БЕЗЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ
NONELECTRODE INCANDESCENT LAMP

Настоящее изобретение относится к безэлектродной лампе накаливания.
Электрические лампы обычно представляют собой либо лампы с нитью омического накаливания и соответствующей арматурой, либо газоразрядные лампы, обычно снабженные электродами для возбуждения разряда. Возникающее при этом излучение не всегда находится в видимом диапазоне, и в этом случае лампа покрыта фосфоресцентным материалом для обеспечения видимого света. Также известна технология обеспечения лампы без электродов и ее возбуждения за счет внешнего излучения, в частности микроволнового излучения.
Безэлектродная лампа с микроволновым источником описана в патенте США №6737809, выданном FM Espiau и др., снабженном следующим рефератом:
плазменная лампа со встроенным диэлектрическим волноводом, корпус которой состоит, по существу, из, по меньшей мере, одного диэлектрического материала, диэлектрическая постоянная которого больше примерно 2, имеющая такие форму и размеры, что корпус резонирует в, по меньшей мере, резонансной моде при подаче в корпус микроволнового излучения соответствующей частоты. Лампа, находящаяся в полости корпуса, содержит газ, который, поглощая энергию от резонирующего корпуса, создает светоизлучающую плазму.
Несмотря на использование термина "лампа" в данном описании изобретения не рассмотрена дискретная лампа, отделяемая от корпуса лампы.
В нашей более ранней международной патентной заявке, опубликованной под № WO 02/47102, приведено следующее описание:
лампа имеет корпус из керамического материала на основе спеченного глинозема, снабженный окном из искусственного сапфира. Корпус первоначально формуется в сыром состоянии, и окно запрессовывается в переднюю выемку. Комбинация обжигается при температуре порядка 1500°C для сплавления корпуса в когерентном герметичном состоянии с окном. После частичного охлаждения до температуры порядка 600°C гранула возбудимого материала добавляется через заднее, зарядное отверстие. Керамический диск с фриттой помещается поверх отверстия. Диск облучается лазером для сплавления фритты и диска с корпусом, что обеспечивает герметизацию возбудимого материала в лампе.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного способа изготовления безэлектродной лампы накаливания.
Согласно изобретению предусмотрен способ изготовления безэлектродной лампы накаливания, способ содержит этапы, на которых:
- обеспечивают корпус лампы из кварцевого стекла,
- формируют соседнюю горловину, канал которой меньше внутреннего поперечного размера корпуса лампы:
- либо как единое целое с корпусом лампы,
- либо в отводной трубке, открывающейся в корпус лампы,
- вставляют, по меньшей мере, одну гранулу возбудимого материала в корпус лампы через соседнюю горловину,
- вакуумируют корпус лампы через соседнюю горловину и
- герметизируют лампу.
Мы обнаружили, что использование смешанных возбудимых элементов может обеспечивать некоторые преимущества. Соответственно этап вставки гранул может включать в себя вставку более чем одной гранулы.
Хотя можно предусмотреть другие формы, например сферическую, предпочтительно, чтобы корпус представлял собой трубку, и способ включает в себя этап, на котором перекрывают, по меньшей мере, одно отверстие в трубке лампы и в котором на этапе формирования соседней горловины:
- формируют горловину, удаленную от закрытого конца в случае, когда соседняя горловина сформирована как единое целое с лампой, или
- перекрывают другой конец корпуса лампы в случае, когда соседняя горловина сформирована в отводной трубке.
Предпочтительно, соседнюю горловину формируют и размещают относительно центральной оси трубки лампы, чтобы, при горизонтальном расположении трубки лампы или другой трубки, гранула катилась вверх для вхождения в канал соседней горловины. Такая конфигурация позволяет грануле проходить через горловину, причем горловина не позволяет ей катиться вдоль трубки, благодаря чему она остается на удалении от другого конца трубки в ходе герметизации.
Обычно, центральная ось соседней горловины совпадает в, по меньшей мере, точке пересечения, с центральной осью трубки лампы.
Предпочтительно:
- лампу герметизируют на соседней горловине;
- трубку лампы или другую трубку, если таковая предусмотрена, снабжают дополнительной горловиной, удаленной от соседней горловины, и трубку лампы или другую трубку предварительно герметизируют на дополнительной горловине, до окончательной герметизации лампы на соседней горловине.
Когда предусмотрены две горловины, первую герметизацию можно производить на внешней горловине, после чего можно производить вторую герметизацию на внутренней горловине, причем часть трубки между горловинами отламывается и выбрасывается.
В некоторых вариантах осуществления один конец трубки лампы герметизируют, закрывая трубку лампы ее собственным материалом. Этот конец можно шлифовать до плоской формы или шлифовать до формы линзы. Аналогично, другой конец можно герметизировать собственным материалом трубки и шлифовать до плоской формы или до формы линзы.
В других вариантах осуществления один конец трубки лампы герметизируют, наплавляя дополнительный кусок на конец трубки лампы. Дополнительный кусок может быть плоским искривленным по кругу - предпочтительно на обеих поверхностях - или линзообразным. Когда предусмотрена отводная трубка, другой конец можно аналогично герметизировать, наплавляя на него дополнительный кусок плоской или иной формы.
В других вариантах осуществления лампу можно формировать как единое целое методом дутья и присоединять к трубке на горловине.
Обычно способ включает в себя:
- дополнительный этап, на котором наполняют трубку лампы инертным газом, предпочтительно, благородным газом, после вакуумирования и до герметизации.
В случае обеспечения значительной длины трубки между соседней горловиной и дополнительной горловиной можно прогнозировать количество газа, заключенного в лампе; если газ имеет достаточно высокую точку кипения, как, например, криптон, его можно конденсировать на конце трубки лампы, удаленном от места герметизации, образованного на соседней горловине, применяя жидкий азот к удаленному концу лампы.
Способ дополнительно может включать в себя:
- предварительный этап, на котором выполняют чистовое растачивание трубки лампы; и
- предварительный этап, на котором выполняют бесцентровое шлифование и полировку трубки лампы.
Однако в некоторых вариантах осуществления можно использовать точно вытянутую кварцевую трубку.
Предпочтительно:
- возбудимым материалом является материал галогенида металла;
- грануле или гранулам возбудимого материала придают размер, обеспечивающий избыток материала при испарении для формирования насыщенной атмосферы материала в лампе; и
- способ включает в себя этап, на котором формируют небольшую выпуклость без существенной вогнутости в месте герметизации на соседней горловине, во избежание образования выступа, подверженного перегреву, или выемки, подверженной формированию холодного пятна вне плазмы, например, чтобы заставлять массу возбудимого материала конденсироваться там в ходе использования.
Согласно другому аспекту изобретения предусмотрена безэлектродная лампа накаливания, выполненная согласно способу, отвечающему первому аспекту.
Для лучшего понимания изобретения обратимся к конкретным вариантам его осуществления, которые описаны в порядке примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:
Фиг.1 - вид в перспективе лампы, отвечающей изобретению;
Фиг.2 - схематический вид сбоку участка кварцевой трубки, загерметизированного на одном конце при подготовке к изготовлению лампы, показанной на Фиг.1;
Фиг.3 - аналогичный вид кварцевой трубки, где первая горловина сформирована до герметизации;
Фиг.4 - аналогичный вид трубки, где две горловины сформированы до герметизации;
Фиг.5 - дополнительный вид трубки, к открытому концу которой присоединена арматура вакуумирования;
Фиг.6 - схематический вид сбоку трубки после первой герметизации;
Фиг.7 - аналогичный вид трубки после второй герметизации;
Фиг.8 - аналогичный вид законченной лампы;
Фиг.9 - увеличенный вид варианта лампы, показанной на Фиг.8;
Фиг.10 - вид того же места герметизации, которое показано на Фиг.9, в частично изготовленной лампе, отвечающей изобретению, с боковым отводом;
Фиг.11 - аналогичный вид лампы, показанной на Фиг.10, полностью сформированной;
Фиг.12 - аналогичный вид третьей лампы, отвечающей изобретению;
Фиг.13 - схематический вид лампы, герметизируемой согласно изобретению на токарном станке по стеклу; и
Фиг.14 - вид еще одной лампы, изготовленной согласно изобретению.
Согласно чертежам лампа, показанная на Фиг.1, имеет стенку 1 из кварца и наполнена материалом галогенида металла 2 - первоначально в виде гранулы - и благородным газом 3, обычно неоном, аргоном, ксеноном или криптоном. Стенка имеет форму цилиндра вдоль своей длины 4, с поперечными концами 5. Они образованы плоскими внутренними поверхностями 6 и плоскими внешними поверхностями 7. Первые поверхности создаются путем нагрева и обработки их материала на токарном станке по стеклу известным способом, а последние поверхности - путем шлифовки и полировки, также известным способом. Лампа формируется путем чистового растачивания по своей длине и бесцентровой шлифовки и полировки материала, благодаря чему лампа имеет объем, заранее определенный ее внешними размерами. Обычно она имеет 12 мм в длину и 6 мм в диаметре.
Согласно Фиг.2-6 лампу изготавливают из отрезка 10 кварцевой трубки, которая первоначально в десять раз длиннее своей конечной длины. Обычно, трубка с внешним диаметром 6 мм имеет внутренний диаметр 4 мм. Этапы изготовления лампы таковы.
1. Один конец 11 перекрывают и делают плоским 12, как показано на Фиг.2, на токарном станке по стеклу, который не показан.
2. Первую горловину 13 формируют в трубке вблизи закрытого конца, как показано на Фиг.3. Эта горловина имеет положение и форму, способствующие чистовой обработке лампы по длине.
3. Вторую горловину 14 формируют в трубке, вблизи пока открытого конца, как показано на Фиг.4, причем первая горловина сформирована вблизи закрытого конца. Трубку вынимают из токарного станка.
4. Гранулу галогенида металла 15 известного размера бросают в трубку, прокатывают и проталкивают через две горловины 13, 14. Трубку возвращают в токарный станок. Когда гранула находится на участке 16, оканчивающемся закрытым концом 11, трубку вакуумируют. Это делают с помощью уплотнительного кольца 17, насаженного на точно отшлифованную внешнюю поверхность трубки. Уплотнительное кольцо установлено в арматуре 18, имеющей клапан 19, через который трубку можно вакуумировать и, после вакуумирования, наполнять благородным газом, см. Фиг.5. Арматура удерживается в задней бабке токарного станка. Для удобства горловины формируют на одном токарном станке, а наполнение и герметизацию осуществляют на другом токарном станке.
5. Кварцевую трубку герметизируют на второй горловине 14 до удаления арматуры 18. После герметизации трубки галогенид металла и благородный газ заключены в трубке. Арматуру 18 удаляют, и остаток трубки можно удалить. В результате, когда гранула 15 находится со стороны первого закрытого конца первой горловины 13, герметизацию 20 можно производить на второй горловине, без опасности испарения галогенида металла и не нагревая большую часть благородного газа, заполняющего трубку. Таким образом, содержимое трубки строго определено.
6. Первую горловину 13 герметизируют на участке 21, в то время как гранула галогенида металла находится на участке 16. Трубку обрабатывают для формирования уплотнения, форма которого показана на Фиг.7. Даже если придание лампе окончательных размеров приводило к испарению материала галогенида металла в ходе этой операции, он содержится в трубке известных размеров, благодаря чему количество, подлежащее захвату на участке 16, известно. Испаряется он или нет - что предпочтительно - в условиях окончательной герметизации, первоначальное количество галогенида металла остается на участке 16.
7. Последний этап - отдельно не показан - это полировка загерметизированного и обломанного конца 19 с образованием гладкого конца 22.
Согласно Фиг.9 конец лампы, показанный справа, формируется, по существу, как описано, но левый конец формируется иначе. Правый конец имеет небольшую внутреннюю выпуклость 23, сформированную в ходе внутренней манипуляции стеклом для обеспечения хорошей герметизации, и внешнее острие 24, сформированное путем оттягивания ненужной части трубки от сформированной лампы. Внешнее острие сошлифовывают до плоского конца 22. Внутренняя выпуклость призвана гарантировать отсутствие вогнутости, которая могла бы приводить к конденсации возбудимого материала при использовании вне плазмы до такой степени, что испаряться будет лишь малая часть материала, что привело бы к снижению светового выхода. Однако когда внешнее острие 24 играет роль теплоотвода, внутренняя выпуклость 23 может функционировать как холодное пятно для такой конденсации, будучи на конце лампы, когда тепло передается телу из галогенида металла содержимому благородного газа в центре лампы. На практике, гранула галогенида металла имеет такой размер, что в лампе существует избыток материала, т.е. свыше достаточного количества, необходимого для создания атмосферы насыщенного пара материала в ходе работы лампы. Остаток накапливается на холодном пятне 23, как периферийной точке конденсации, тогда как материал испаряется из более горячих точек в других местах лампы.
Левый конец трубки сформирован из плоского диска 31 из кварцевого стекла, вплавленного в трубку. Плоский диск позволяет свету выходить из лампы по прямой линии от плазмы, формируемой в центре лампы в ходе работы.
На Фиг.10 и 11 показана вторая лампа, которая сформирована из главной трубки 101 лампы и отводной трубки 151 чуть меньшего диаметра. Главная трубка отрезана по длине и имеет наплавленные плоские дисковые концы 131, 132. Отводная трубка имеет первую горловину 113 и вторую горловину, аналогичную горловине 14 в удлинении трубки, не показанном на Фиг.10. Горловина 113 соединяет трубку лампы и отводную трубку. В стенке трубки лампы предусмотрено отверстие 152 для ввода гранулы галогенида металла, вакуумирования и ввода благородного газа. Как и в первой лампе, где трубка лампы и дополнительная трубка располагаются на одной линии, когда ось 153 отводной трубки строго перпендикулярна оси 154 трубки лампы, гранула, введенная в трубку лампы через отводную трубку и отверстие 152, не сможет выкатиться из трубки лампы при большинстве ориентаций трубки лампы, что позволяет манипулировать лампой, держа отводную трубку горизонтально, не рискуя потерять гранулу галогенида металла.
Согласно Фиг.11 герметизация лампы на горловине 113 приводит к образованию внутренней выпуклости 123 и внешнего острия 124, которые можно сошлифовывать.
Третья лампа, показанная на Фиг.12, имеет трубку 201 лампы и рудиментарную отводную трубку или ручку 251. Концы 231, 232 лампы линзообразны, поскольку им придали форму до сплавления с концом трубки 201. Это дает преимущество над плоскими концами лампы, показанной на Фиг.10, которое заключается в фокусировке света лампы; тогда как плоские концы лампы имеют преимущество, когда требуется коллимированный свет.
Лампа 201 имеет выпуклость 223, аналогичную выпуклости 123. Рудиментарная отводная трубка/ручка 251 формируется в процессе герметизации отводной трубки. Она выровнена с выпуклостью и примыкает к ней. При использовании ручка располагается в керамическом волноводе, который холоднее лампы. Поэтому ручка обеспечивает путь теплопередачи от лампы и поддерживает выпуклость более холодной, чем остальная лампа, благодаря чему она может действовать как холодное пятно конденсации.
Для формирования ламп, описанных со ссылкой на Фиг.1-9, согласно Фиг.13 токарный станок по стеклу, или, по меньшей мере, токарный станок, используемый для герметизации лампы, можно разместить так, чтобы его ось A передней/задней бабки была наклонена, причем задняя бабка должна быть выше передней бабки. Такая конфигурация вынуждает гранулу возбудимого материала оставаться в уже закрытом конце лампы, как показано на Фиг.13. Дополнительная возможность состоит в том, что герметизируемая лампа должна охлаждаться жидким азотом, для конденсации благородного газа, содержащегося в трубке лампы, и удлинения трубки в формируемую лампу в ходе герметизации лампы. Для этого можно обеспечить форсунку 301 позади патрона 302, удерживающего лампы, и выпуск струи жидкого азота из форсунки на конец трубки лампы.
Согласно Фиг.14 лампа 401 имеет удлинение 451, сформированное путем обработки на меньший размер оставшейся части трубки и ее отламывания на нужном расстоянии 452 от места герметизации 453. Удлинение может формировать удобное средство крепления лампы при ее использовании. Альтернативно обработке на меньший размер остатка трубки кусок стержня можно наплавить на это место герметизации. Эта лампа имеет полусферический конец 411, позволяющий свету проходить перпендикулярно через стенку лампы. Это имеет преимущество, когда горячая плазма имеет конец аналогичной формы. Такой конец можно формировать путем наплавления первоначально отдельного куска, с помощью токарного станка по стеклу или непосредственно дутьем.
Изобретение не предусматривает ограничение деталями вышеописанных вариантов осуществления. Например, можно использовать альтернативные материалы накаливания/разряда, например серу, галогениды ртути, натрия и калия. Опять же, хотя в настоящее время предпочтительна представленная трубчатая лампа, с одной вогнутостью и одной ручкой, можно предусмотреть, например, сферическую лампу с тремя ручками и горячими пятнами.