卤钨灯泡和使用卤钨灯泡的反光灯

摘要

本发明提供了一种带有电弧管的卤钨灯泡,在电弧管的一端有一个密封部分。在电弧管的内部装有一根灯丝,且在电弧管中还填充了主要包括氙气或氪气的一种基本气体。下面的公式(1)和(2)要同时满足,V≥100(伏特)(1),P≥0.7+{0.1×(Kr%/(Kr%+Xe%))}(2),在这些公式中,Kr%+Xe%=100%,0≤Kr%≤100,且0≤Xe%≤100。这样,可以防止在电弧管密封部分出现裂纹,并提高使用寿命。

说明书

本发明涉及一种卤钨灯泡，以及使用卤钨灯泡的反光灯。

卤钨灯泡一般用于商店和住宅的照明。

传统上，这种卤钨灯泡可以被分为低压型和高压型。低压型主要指额定电压为12伏特的灯泡，而高压型是指，例如，额定电压为100伏特或110伏特用于日本的灯泡，额定电压为120伏特用在美国的灯泡，额定电压为230伏特或240伏特用于欧洲的灯泡。卤钨灯泡可以进一步分类为只在一端有密封部分的单基座型灯泡，以及在两端有密封部分的双基座型灯泡。

在上面所确定的传统卤钨灯泡中，单基座卤钨灯泡有一支电弧管，且电弧管的一端是密封的。在电弧管中，装有一根灯丝和固定灯丝的两条内部引线。此外，在电弧管中还填充有基本气体，主要包括氙气、氪气、氩气或类似气体。

基座是用粘合剂固定到密封部分上的。

用被密封在密封部分中的金属箔片将内部引线连接到外部引线上。这些外部引线被连接到基座上。

对于这样的单基座卤钨灯泡，特别当它是一个高压型的卤钨灯泡时，为了减少对电弧管的损坏，在室温(摄氏25度)下填充基本气体的压力被减小到，例如，0.2兆帕或更小。

然而，在这样一个高压型卤钨灯泡中，当到达使用寿命时，灯丝会断开。结果，在断开灯丝的断面之间会引起电弧放电。此电弧放电从内部引线上移位到密封部分附近，并产生热冲击，因此在密封部分会出现裂纹。特别地，该热冲击不仅由电弧放电产生，也由过热的内部引线上的热量产生。

此外，在传统的高压型卤钨灯泡中，灯丝中的钨会蒸发，这会引起灯丝的断裂以致减少了使用寿命。

为解决上述问题，本发明提供了一种卤钨灯泡，以及一个使用卤钨灯泡的反光灯。此卤钨灯泡能够防止在电弧管密封部分的裂纹发生，而且使用寿命延长。

为达到上述目的，本发明的卤钨灯泡有一支电弧管，它在一端有密封部分。在此电弧管中装有一根灯丝，并在电弧管中充有基本气体，它主要包括氙气或氪气。

当V(伏特)表示卤钨灯泡的额定电压，P(兆帕)表示在室温下基本气体的填充压力，以及Xe体积％和Kr体积％分别表示氙气和氪气的成分比例时，下列公式要同时满足。

V≥100(伏特)                       (1)

P≥0.7+{0.1×(Kr％/(Kr％+Xe％))}(2)在这些公式中，Kr％+Xe％=100％，0≤Kr％≤100，且0≤Xe％≤100。

本发明的反光灯包括一个卤钨灯泡和一个装有保护玻璃的反射镜。该卤钨灯泡有一支电弧管，它在一端有密封部分。电弧管内部装有一根灯丝，并在电弧管中充有基本气体，它主要包括氙气或氪气。

当V(伏特)表示卤钨灯泡的额定电压，P(兆帕)表示在室温下基本气体的填充压力，以及Xe体积％和Kr体积％分别表示氙气和氪气的成分比例时，下列公式要同时满足。

V≥100(伏特)                          (1)

P≥0.7+{0.1×(Kr％/(Kr％+Xe％))}   (2)在这些公式中，Kr％+Xe％=100％,0≤Kr％≤100，且0≤Xe％≤100。

因此，本发明提供了一种能够防止在电弧管密封部分出现裂纹的长寿命卤钨灯泡，而且本发明还提供了一种使用卤钨灯泡的反光灯。

图1是根据本发明一实施例的卤钨灯泡的局部剖面正视图。

图2是根据本发明一实施例的反光灯的局部剖面正视图。

根据本发明，因为能够防止在断开的灯丝断面之间的电弧放电移位到密封部分，所以能够防止由热冲击导致的在密封部分的裂纹。此外，因为能够减少灯丝上钨的蒸发，所以能够抵抗灯丝断裂。

在本发明中，公式(1)中的实际电压范围从100至380伏特。

在公式(2)中，氙气和氪气的填充压力的下限不同的。当单独使用氙气时，填充压力至少为0.7兆帕，而当单独使用氪气时，其填充压力至少为0.8兆帕。因为氪的原子半径比氙的小，所以氪的平均自由路径较氙的长。结果是，与单独使用氙气的情况相比，当单独使用氪气时，电子提供的电离可能性较高。这能导致更多的电弧放电，因此气压会升高。

更可取的是，在本发明的卤钨灯泡和反光灯中，公式(2)为P≥1.0+{0.1×(Kr％/(Kr％+Xe％))}，在此公式中，Kr％+Xe％=100％,0≤Kr％≤100，且0≤Xe％≤100。相应地，即使不使用电流保险丝，也能够防止在密封部分由热冲击引起的裂纹发生，而且电弧管的损坏率也能够降低。

同样更可取的是，将氮气加入基本气体中。因此，在照明过程中可以抑制跨灯丝的电弧放电。所加入的氮气数量最好为全部基本气体的5至20体积％。

更可取的是，将卤化物进一步加入到基本气体中。

更可取的是，该卤化物是亚甲基溴化物(CH₂Br₂)。

更可取地，该卤化物的数量为全部基本气体的百万分之5至百万分之1500。

更可取的是，为了提高安全性而装上电流保险丝，以便在照明过程中灯丝断裂时，切断灯丝的电流供应。

更可取的是，在室温下基本气体的填充压力P(兆帕)与电流保险丝的丝直径(毫米)有以下关系。当P=0.7(兆帕)时，丝直径为0.24毫米或更小。当P=0.8(兆帕)时，丝直径为0.28毫米或更小。当P=0.9(兆帕)时，丝直径为0.30毫米或更小。这样，相对室温下的气体的填充压力可以选择恰当的电流保险丝。

更可取地，(T_min-T_h)＞0，其中T_min是电弧放电的最小持续时间(毫秒)，而T_h是电流保险丝的熔断时间(毫秒)。因此，电流保险丝将在电弧管被损坏前熔断。

参考图1和图2来解释本发明的实施例。在本说明书中，若非特别注释，‘％’指体积％。

实施例1

如图1所示，在本发明的实施例1中使用的额定电压为110伏特(额定功率为65瓦)的单基座卤钨灯泡包括一支石英玻璃制成的电弧管1。电弧管1的全长为44毫米，最大外直径为14毫米。

电弧管1依次包括一个封闭部分2，一个椭圆发光部分3，一个圆柱部分4和一个密封部分5。

用粘合剂7将基座6固定到电弧管1的密封部分5的一端。

在电弧管1中，填充有基本气体。该基本气体主要包括氙气或氪气，并且还加入了氮气和如亚甲基溴化物(CH₂Br₂)那样的微量卤化物。

在本说明书中，术语‘主要包括’被用来表示在基本气体中某一成分的含量至少为40％。因此，应包括氙气或氪气，并至少达到整个基本气体的40％。换句话说，所包含的氙气和氪气的总量至少为40％。

因为在基本气体中加入了氮气，所以能像下面所述的那样来抑制跨灯丝8的电弧放电的发生。所加入的氮气最好是占到整个基本气体的5至20％。当氮气的数量少于5％时，要抑制电弧放电的发生将是困难的。当氮气的数量超过整个基本气体的20％时，灯丝8的温度会降低，使发光效率变差。

在除了密封部分5以外的电弧管外表面上，有一层红外线反射膜9，是由氧化钽(Ta₂O₅)和氧化硅(SiO₂)构成的多层干涉膜。

在发光部分3的内部装有钨灯丝8。灯丝8连接到钨内部引线11上，内部引线的两端固定在石英圆柱棒10上。

通过被密封在密封部分5中的一个钼箔片12，内部引线连接到钼的外部引线13上。而且外部引线13被分别连接到基座6的金属接头(6a,6b)上。

更可取的是，在外部引线13和基座6的金属接头6a之间装有一根电流保险丝(未示出)，以便在照明过程中灯丝8断裂时，切断灯丝8的电流供应。

在本实施例中，为A-S每组灯(如表1所示)各准备了五十个卤钨灯泡。对A-S各灯组，在室温25摄氏度下填充基本气体的压力(以下简称为填充压力P)从0.1兆帕至1.5兆帕不等。在基本气体中，氙气对氮气的成分比率为88∶12，而且还在基本气体中加入了百万分之200的亚甲基溴化物。为有意弄断灯丝，当每个灯泡在水平状态点亮时，使其下落以提供一个机械冲击。接着研究了在密封部分5的裂纹发生率和电弧管1的损坏率，得到在表1中所示的结果。

                                      表1

   试例号   灯号   电流保险丝室温下的填充压力(兆帕)  密封部分的裂纹发生率(％) 电弧管的损坏率(％)评价    1    A    无    0.1     96     0 差    2    B    无    0.2     95     0 差    3    C    无    0.3     45     55 差    4    D    无    0.4     14     86 差    5    E    无    0.5     10     72 差    6    F    无    0.6    5    32 差    7    G    无    0.7    0    12 好    8    H    无    0.8    0    6 好    9    I    无    0.9    0    3 好    10    J    无    1.0    0    0极好    11    K    无    1.1    0    0极好    12    L    无    1.2    0    0极好    13    M    无    1.3    0    0极好    14    N    无    1.4    0    0极好    15    O    无    1.5    0    0极好    16    P    有    0.7    0    0极好    17    Q    有    0.8    0    0极好    18    R    有    0.9    0    0极好   传统技术    S    有    0.2    2    0 差

在表1中，‘好’是指在密封部分5的裂纹发生率为0％，‘极好’是指在密封部分5的裂纹发生率和电弧管1的损坏率都为0％。其余的灯组被标为‘差’。

“电弧管的损坏”是指电弧管1破裂导致泄漏。

例1-15的灯组没有装电流保险丝。例16-18的灯组以及用传统技术的灯组装有电流保险丝。

如表1所示，对于灯组G,H和I，尽管在电弧管1中观察到了很少量的破裂，但在密封部分5的裂纹发生率为0％。对于灯组J,K,L,M,N,O,P,Q和R，在密封部分5的裂纹发生率以及电弧管的损坏率都为0％。

这意味着通过将填充压力设置为不小于0.7兆帕，可以防止在密封部分5的裂纹发生。尤其是当填充压力设置为不小于1.0兆帕时，可以防止在密封部分5的裂纹发生，而且还可以防止电弧管1的损坏。即使在填充压力P不小于0.7兆帕但小于1.0兆帕时，如果装有电流保险丝，也可以防止在密封部分5的裂纹发生和电弧管1的损坏。

灯组C,D,E和F中的某些灯在密封部分5有裂纹，和/或由于在密封部分5的裂纹而使电弧管1(特别地，密封部分5)被损坏。特别是灯组E和F中的某些灯，不管密封部分5有无裂纹，其电弧管1(即，发光部分)都被损坏。对于灯组A和B，虽然电弧管1没有损坏，但在密封部分5发生了裂纹。灯组S(传统技术)即使装有电流保险丝，在密封部分也有裂纹。

本发明的实施例中用于卤钨灯泡的电弧管1不能承受5.0兆帕以上的填充压力P，并会由此产生裂纹。填充压力P的上限依电弧管1的材料和厚度或类似的属性而不同。

发明者将填充压力P分类为五个区域：区域A中填充压力P的范围从0.1兆帕至0.2兆帕；区域B中填充压力P大于0.2兆帕但不大于0.4兆帕；区域C中填充压力P大于0.4兆帕但小于0.7兆帕；区域D中填充压力P为0.7兆帕或更高但小于1.0兆帕；区域E中填充压力P为1.0兆帕或更高。发明者利用摄像机和示波器来观察各个区域中电弧管的电弧放电现象。

根据对于区域A的观察，在断开的灯丝8断面之间引发的电弧放电移位到密封部分5，并随后在密封部分5熄灭及停止。这被称为电弧放电移位模式。

一种类似的电弧放电移位模式发生在区域B。然而，比起在区域A中的电弧放电移位模式，在密封部分5附近电弧放电所维持的时间稍长。

在区域C中，在保留电弧放电移位模式的同时，还发生了下面两种电弧放电现象。一种现象是在断开的灯丝8断面之间引发的电弧放电没有移位到密封部分5，而是在发光部分3里面停留。在下文中，这种现象被称作电弧放电停留模式。它发生的原因可能是，由于填充压力P的升高以及电弧放电停止移位到密封部分5，增加了在内部引线11之间的放电破坏能量。另一种现象是在断开的灯丝8断面之间引发的电弧放电的立即消失。这种现象被称作电弧放电消失模式。可以设想它发生的原因是，由于填充压力P的升高，所引发的电弧放电的放电维持电压变得比灯的额定电压更高。

在区域D中，电弧放电移位模式没有了，而且电弧放电停留模式也减少了，因此电弧放电消失模式成为最主要的。

在区域E中，电弧放电停留模式没有了，只存在电弧放电消失模式。

根据上述事实可以推测到，在密封部分5的裂纹可能是由于电弧放电移位模式的发生而造成的。换句话说，由于已引发并移位到密封部分5的电弧放电的热冲击，以及由于过热的内部引线11造成的热冲击，在密封部分5会发生裂纹。

可以推测到由于在密封部分5的裂纹发生而使电弧管1被损坏。这种损坏发生的原因被认为是，在电弧放电移位模式中电弧放电的持续时间得到了延长。

当电弧管1的损坏与在密封部分5的裂纹无关时，其损坏的原因被认为是由于电弧放电逗留模式的发生。换句话说，由于所引发并逗留的电弧放电的热冲击，会使发光部分3被损坏。不过，灯组E和F的电弧管1的损坏包括了密封部分5的破裂，以及由在密封部分5的裂纹引起的破裂。

所以，可以推测到当在室温下基本气体的填充压力P设置为不小于0.7兆帕时，由于电弧放电移位模式的消失，在密封部分5的裂纹不会出现。

当在室温下基本气体的填充压力P设置为不小于1.0兆帕时，可能由于不存在电弧放电移位模式和电弧放电逗留模式，在发光部分3的破裂没有发生。

随后，又为每组灯准备了五十个卤钨灯泡。这些卤钨灯泡没有电流保险丝，在室温下基本气体的填充压力从0.1兆帕至1.4兆帕不同。基本气体包含氪气和氮气，氪气对氮气的比率为88∶12，而且基本气体还包含百万分之200的亚甲基溴化物。在与所含的基本气体主要包括氙气的灯组相同的条件下，研究了在密封部分5的裂纹发生率和电弧管1的损坏率，因此得到了下面表2中所示的结果。

                                    表2

   试例号   灯号   电流保险丝室温下的填充压力(兆帕)  密封部分的裂纹发生率(％) 电弧管的损坏率(％)评价    19    A’    无    0.1    96    0 差    20    B’    无    0.2    96    0 差    21    C’    无    0.3    65    35 差    22    D’    无    0.4    30    70 差    23    E’    无    0.5    17    83 差    24    F’    无    0.6    15    64 差    25    G’    无    0.7    4    28 差    26    H’    无    0.8    0    12 好    27    I’    无    0.9    0    6 好    28    J’    无    1.0    0    2 好    29    K’    无    1.1    0    0极好    30    L’    无    1.2    0    0极好    31    M’    无    1.3    0    0极好    32    N’    无    1.4    0    0极好    33    O’    有    0.8    0    0极好    34    P’    有    0.9    0    0极好    35    Q’    有    1.0    0    0极好    36    R’    有    0.2    1    0 差

表二显示，当填充压力P为0.8兆帕或更大时，在密封部分5的裂纹发生率为0％。当填充压力P为0.7兆帕或更小时，在密封部分5的裂纹发生率为4％或更高。因此，当主要包括氪气的基本气体在室温下的填充压力为0.8兆帕或更大时，可以防止在密封部分5的裂纹发生。

应特别注意到当填充压力P为1.1兆帕或更大时，电弧管1的损坏率为0％。从这个事实中很清楚地看到，当主要包括氪气的基本气体在室温下的填充压力至少为1.1兆帕时，可以防止在密封部分5的裂纹发生和电弧管1的损坏。

接着，研究了在表1中的灯组B和G的使用寿命。

在使用寿命的测试中，以点亮2.5小时并熄灭0.5小时的循环重复进行。

灯组G的使用寿命为3250小时。灯组B的使用寿命为1850小时。可能原因如下，因为灯组G的填充压力比灯组B的高，所以在灯丝8中钨的蒸发得到了抑制。

如上所述，当把灯丝8装到一端有密封部分5的电弧管内部，并且填充了包括氙气或氪气的基本气体并满足下面的公式时，可以防止在密封部分5的裂纹发生，而且能够延长使用寿命：

V≥100(伏特)且

P≥0.7+{0.1×(Kr％/(Kr％+Xe％))}。在这些公式中，V(伏特)表示额定电压，P(兆帕)表示在室温下基本气体的填充压力，以及Xe％和Kr％分别表示氙气和氪气的成分比例。在这些公式中，Kr％+Xe％=100％,0≤Kr％≤100，且0≤Xe％≤100。

应特别注意到，当满足以下公式时，可以防止电弧管1的损坏，

P≥1.0+{0.1×(Kr％/(Kr％+Xe％))}，其中，Kr％+Xe％=100％，0≤Kr％≤100，且0≤Xe％≤100。

此外，当装有电流保险丝的卤钨灯泡满足以下公式时，可以将电流保险丝的直径做得比传统卤钨灯泡(例如，灯组S)的更大：

V≥100(伏特)且

P≥0.7+(0.1×(Kr％/(Kr％+Xe％))}在这些公式中，V(伏特)表示卤钨灯泡的额定电压，P(兆帕)表示在室温下基本气体的填充压力，以及Xe％和Kr％分别表示氙气和氪气的成分比例；Kr％+Xe％=100％,0≤Kr％≤100，且0≤Xe％≤100。因此，将电流保险丝与基座6的金属接头6a以及外部引线13连接起来的操作可以简化，并且可以防止电流保险丝的断裂。

实施例2

在本实施例中，可以使用大直径的电流保险丝。下面将解释其原因。表3给出了改变电流保险丝直径后的熔断时间T_h(毫秒)的测试结果。

                               表3

电流保险丝的金属丝直径(毫米)熔断时间T_h(毫秒)    0.10    5.2    0.12    7.3    0.14    10.1    0.16    13.5    0.18    16.5    0.20    20.3    0.22    24.9    0.24    31.2    0.26    35.0    0.28    40.3    0.30    45.1    0.32    50.2

表4给出了对于灯组A,G,H和I，在断开的灯丝断面之间所引发的电弧放电的最小持续时间T_min(毫秒)的有关结果。

                                表4

   灯号电弧放电的最小持续时间T_min(毫秒)    A    8.3    G    34.3    H    43.2    I    50.2

表3和表4显示通过满足公式(T_min-T_h)＞0可以防止电弧管1的损坏。这意味着在电弧管1被损坏之前，电流保险丝已熔断。

表3和表4表明，对于填充压力P为0.7兆帕的灯组G，可以使用直径不大于0.24毫米的电流保险丝。对于填充压力P为0.8兆帕的灯组H，电流保险丝的直径最大可以增加到0.28毫米。对于填充压力P为0.9兆帕的灯组I，电流保险丝的直径最大可以增加到0.30毫米。

对于灯组A，其电流保险丝的直径被限制在0.12毫米或更小。

依照上述配置，可以使用直径较大的电流保险丝。

在本实施例中使用的基本气体包含氙气或氪气，外加氮气。若将氩气或类似气体加到基本气体中，可以获得类似的效果。

本实施例涉及使用额定功率为65瓦及额定电压为110伏特的卤钨灯泡的情况。然而，使用额定功率为50瓦或90瓦及额定电压为100伏特的卤钨灯泡，或者额定电压为110伏特、120伏特、220伏特、230伏特或240伏特的卤钨灯泡，可以获得类似的效果。

实施例3

按照本发明一实施例的反光灯包括一个前开口直径为70毫米的球面反射镜14，一个装在反射镜14中的额定电压为110伏特(额定功率为65瓦)的单基座卤钨灯泡15，以及一块附加到反射镜14前部的保护玻璃16。数字17表示一个基座。

除了基座6被去掉外，该单基座卤钨灯泡15是按照相似于本发明的实施例1中额定电压为110伏特(额定功率为65瓦)的单基座卤钨灯泡(如图1所示)来配置的。

该单基座卤钨灯泡15是用一种粘合剂(未示出)固定到基座17上面的。

用一个金属固定件16a将保护玻璃16固定到反射镜14上。

本发明的某一实施例中如此构造的反光灯可以防止在密封部分的裂纹发生，并可以延长使用寿命。

实施例4

为了代替在实施例1中指出的主要包括氙的气体成分，准备了一种主要包括氙和氪的气体混合物，即X_e∶K_r∶N₂=44∶44∶12，并在将气体混合物填充到灯泡之前，加入百万分之200的亚甲基溴化物。结果如表5所示。其判断标准及类似的情况与实施例1中的一致。

                              表5

   试例号  灯号   电流保险丝室温下的填充压力(兆帕) 在密封部分的裂纹发生率(％) 电弧管的损坏率(％)评价    37    a    无    0.1    96    0 差    38    b    无    0.2    95    0 差    39    c    无    0.3    55    45 差    40    d    无    0.4    22    78 差    41    e    无    0.5    13    77 差    42    f    无    0.6    10    48 差    43    g    无    0.7    2    20 差    44    h    无    0.8    0    9 好    45    i    无    0.9    0    4 好    46    j    无    1.0    0    1 好    47    k    无    1.1    0    0极好    48    l    无    1.2    0    0极好    49    m    无    1.3    0    0极好    50    n    无    1.4    0    0极好    51    o    有    0.8    0    0极好    52    p    有    0.9    0    0极好    53    q    有    1.0    0    0极好    54    r    有    0.2    1    0 差

表5表明当主要包括氙和氪的气体混合物在室温下的填充压力超过0.8兆帕时，在密封部分的裂纹发生率降低了。电弧管的损坏率也降低了，并取得了评价为极好的结果。应该注意到当在室温下的填充压力超过1.0兆帕时，有保险丝的灯组取得了令人满意的结果。对于没有保险丝的灯组，当在室温下的填充压力超过1.1兆帕时，取得了令人满意的结果。

可以用不违反其精神或基本特征的其它形式来实施本发明。在本申请中公开的实施例无论从哪方面来看都被认为是说明性的而非限制性的。不是在前述的说明中而是在所附加的权利要求书中指出了本发明的范围，所有等效于权利要求书的含意和内容的结构变化，均同理包含于本发明的范围内。