一种灯泡的制作方法

1.本公开大体上涉及照明技术领域，并且更具体地，涉及一种包括玻璃芯柱中的多线气密馈通的灯泡。


背景技术：

2.传统的白炽灯泡或灯通常包括透光表面结构、灯丝、中心芯柱和连接线。表面结构通常是球形玻璃壳，并且被布置用于分布由灯丝产生的光。灯丝通常由钨制成并且被布置在用于产生光的透光表面结构内部。芯柱通常由玻璃制成并且被布置在表面结构的中心，用于支撑灯丝。连接线被布置用于确保通过传统白炽灯泡的部件来供电。
3.对于常规白炽灯泡，通常有两根导线(被称为引入线)穿过玻璃芯柱并分别被布置用于连接到位于白炽灯泡底座中的电源的正触点和负触点(“ ”和
“‑”
)。
4.作为对比，新研发的可调led灯丝灯通常需要多于两根的导线穿过玻璃芯柱。一个原因在于，与常规灯泡的灯丝等效的led灯丝灯的光引擎除了包括可以是不同颜色的led之外，还包括诸如用于接收用于控制led光源的信号的通信元件的部件。因此，在驱动器和位于气密灯泡中的光引擎之间，可能需要多于两条——通常三到六条的互连线路——用于功率和信号。
5.对于传统的白炽灯泡，在生产过程期间，引入线在超过一千摄氏度的温度下熔化或压入熔融的玻璃芯柱中。这样的高温使得导线不可能彼此隔离，因为隔离将在芯柱形成过程中熔化。
6.此外，以传统方式会在玻璃芯柱中熔化的许多导线目前被限制为最多四根导线。以这种方式熔化的导线在尺寸和材料方面也受到限制。
7.所有上述因素使得使用常规方式在玻璃芯柱中布置新灯所需数目的导线变得困难或不可行。
8.因此，真正需要一种能够在玻璃芯柱中容纳大量导线的灯泡以及用于制造这种灯泡的方法。


技术实现要素：

9.在本公开的第一方面中，提出了一种灯泡，包括：被布置在由透光表面结构和玻璃芯柱包围的空间内的光引擎；
10.玻璃芯柱包括相互连接的扩口和管状部分，芯柱支撑光引擎并且通过其扩口熔合到透光表面结构；
11.馈通体，延伸穿过玻璃芯柱并且通过熔合被固定在管状部分中，
12.其中馈通体被设置有彼此电隔离的多个电导体，所述多个电导体延伸穿过该玻璃芯柱并且将所述光引擎连接到至少一个功率和信号源上。
13.本公开基于这样的认识，即被固定或熔化在玻璃芯柱内的馈通体可用于容纳彼此相互电隔离的多个电导体(例如导线或导电迹线)，例如多于四个导体(诸如五个、六个或甚
至十二个)。因此，更多的导体可用于将灯丝或光引擎连接到功率和信号源，同时避免常规灯的问题。设置有电导体的馈通体实际上形成单个单元，该单元作为整体可以被固定在芯柱的管状部分中。通过根据本发明的灯泡，抵消了电导体在被固定在芯柱中之后彼此相互接触或彼此相对靠近地被容纳在芯柱中的风险。因此，不仅改善了灯泡的可靠性和安全性，而且与根据现有技术的灯泡相比，还能够使相对大量的电流导体穿过玻璃芯柱到达容纳在空间中的光引擎。
14.根据本发明的灯泡可以具有以下特征：空间被透光表面结构和玻璃芯柱气密地密封，其中馈通体例如通过熔合或熔化在密封长度上以气密方式被密封地固定在所述管状部分中，并且其中所述电导体以气密方式延伸穿过玻璃芯柱。空间的气密密封使得灯泡具有填充有特定气体的空间，并且该气体(例如诸如氖气的气体)被限制在其中，这改善了从光引擎到透光表面结构和外部的热传导，并且因此使得灯具有更好的性能和维护。
15.本公开的技术方案可以具有以下特征：可以使用馈通管或套管作为馈通体，该馈通管或套管熔化在玻璃芯柱中并穿过玻璃芯柱。通常电导体然后被实施为连接的导电线。然后将连接线植入或封装并密封在馈通管中。这意味着多根导线将不会经受超过例如1400摄氏度的高温。因此，导线可以由更便宜的材料制成(如铜而不是钨)。利用该方案的另一个优势是，导线可以做得更细，并且可以被单独绝缘，使得更多的导线可以被容纳在被密封在玻璃芯柱中的馈通管中。
16.灯泡可以具有以下特征：玻璃芯柱具有第一热膨胀系数，并且馈通体具有第二热膨胀系数，其中第一和第二热膨胀系数相差不超过|2.5*10-6/k|，诸如相差不超过|1*10-6/k|。通过限制芯柱和馈通体之间的热膨胀系数的差异，抵消了芯柱和馈通体之间的固定连接的损坏(诸如断裂)的风险，使灯泡更可靠。此外，获得了空间的更可靠的气密密封。
17.在本公开的实施例中，馈通管由金属制成。金属是非常适用于馈通管的材料，因为它可以承受使管密封在玻璃芯柱中所需的高温，同时确保管和玻璃芯柱之间的气密性。在本公开的特定实施例中，金属包括kovar(铁镍钴合金)、vacovit、钨、钼、(cr)nife、al2o3。这些都是容易获得的材料，并且可以用于形成被密封在玻璃芯柱中的管。
18.另一方面，在本公开的另一实施例中，馈通体由陶瓷或玻璃制成。陶瓷材料也可以耐受高温。陶瓷的示例可以包括al2o3(具有2072℃的熔点)或sialon(具有2745℃的熔点)。具有比用于灯泡芯柱的玻璃更高的转变温度或熔化温度的玻璃类型可以包括熔融石英或熔融石英玻璃(熔点1650℃)。
19.在本公开的实施例中，使用弹性和粘性密封化合物将多根导线气密地密封在馈通管中。密封化合物有助于确保馈通管和每根导线之间的气密性。因此，密封化合物需要表现出足够的弹性和对馈通管和导线绝缘的粘附性，以便于补偿馈通管和导线的材料之间的热膨胀系数失配。具有弹性和粘性的密封化合物适合用于这种目的。
20.在本公开的示例性实施例中，密封化合物包括胶和环氧树脂中的一种。具体地，密封化合物可以包括环氧树脂、无定形二氧化硅、氧双(乙烯氧基)双(丙胺)、二氧化钛、丁基2,3－环氧丙基醚，非纤维状氧化铝和双酚-a环氧氯丙烷。这些化合物具有用于将导线气密地密封馈通管内的的适当特性。
21.在本公开的示例性实施例中，多根导线被使用绝缘层来单独绝缘，该绝缘层具有与导线的热膨胀系数匹配的热膨胀系数。当导线被植入在已经被密封在玻璃芯柱中的馈通
管中时，导线不需要耐受用于熔化玻璃芯柱中的导线所需的高温，因此，可以将非常薄的绝缘材料应用于每根导线。该薄绝缘层将确保导线彼此牢固地绝缘，允许更多导线被植入在馈通管中，从而适应需要更多连接线的新灯的需要。
22.在本公开的实施例中，绝缘层由聚酯薄膜(mylar)和硅树脂中的一种制成。由于每根导线用非常薄的绝缘层单独绝缘，这类似于litz线中使用的设计，因此在密封之前和之后不需要保持馈通管中的导线之间的隔离。这有助于使导线的植入或封装更容易。
23.在本公开的实施例中，多根导线具有在0.2mm-0.5mm范围内的直径。由于导线不暴露于对应于1400摄氏度的玻璃熔化的温度，在0.2-0.5mm范围内的直径足以提供导线的所需的电气和机械特性。
24.在本公开的实施例中，导线的数目是三根或更多根(诸如六根或九根)。这对于需要至少四根连接线用于将灯丝或光引擎连接到功率和信号源的新型灯泡或灯是特别有利的，从而允许以不同的方式控制灯泡或灯，提供用户所需的更多照明操作模式。
25.在本公开的实施例中，馈通管具有在1.0mm-3.5mm范围内的内径。馈通管具有足够大的内径以容纳所需数目的导线。可以基于导线的直径和将被植入馈通管中的导线的数目来选择内径。馈通管通常具有在0.5-1.5mm范围内的壁厚，以使其具有适当的热隔离特性，以充分地保护穿过其的导电线免受在固定/密封过程期间产生的热。
26.灯泡可以具有以下特征：馈通体由电绝缘材料制成，并且电导体是被设置在馈通体的表面上的导电迹线。这种导电迹线的提供可以通过丝网印刷、提供(诸如0.1-1mm厚度)厚膜的粘贴，或经由物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)、化学溶液沉积(csd)，或经由通常提供(诸如0.001-0.1mm厚度)薄膜的光刻来容易并且常规地获得。用作导电迹线的合适材料例如是铜、钼、钨或金属陶瓷。合适的金属陶瓷例如是包含氧化铝的耐火氧化物和包含典型地为0.1-0.2体积分数的量的钨或钼的金属；或氮化铝和从约40％至约50％的重量的铝金属。对此，灯泡可以具有以下特征：迹线由铜或金属陶瓷材料制成，金属陶瓷材料包括作为难熔氧化物的氧化铝和/或氮化铝以及作为金属的铝、钼和/或钨。这些材料适合用于该目的。在将玻璃芯柱的管状部分与具有沉积在其上的导电迹线的棒形/杆形馈通体熔合和/或密封时，获得电导体穿过玻璃芯柱的牢固或气密的通过。
27.灯泡可以具有以下特征：所述馈通体由陶瓷或玻璃制成，并且其中电导体是被设置在馈通体的外表面上的导电迹线(例如实心杆或实心棒)。该棒形或杆形馈通体被固定或被密封到芯柱的管状部分中，以获得以期望的方式穿过玻璃芯柱的电导体。可选地，作为电导体经由其穿过芯柱的备选或附加方式，被设置有导电迹线的实心棒或杆是第一馈通体，其用作多个松散的电线的替代物，并且被固定或被密封到第二馈通体(即，馈通管)中。第一和第二馈通体的组合馈通构造随后可作为单个单元被密封到玻璃芯柱的管状部分中，以获得电导体穿过玻璃芯柱的期望的通过。
28.灯泡可以具有以下特征：所述馈通体由陶瓷或玻璃制成，并且其中玻璃芯柱具有第一熔点tm1并且馈通体具有第二熔点tm2，其中tm2-tm1》＝75℃。这种最小或更大的温差有助于馈通载体在玻璃芯柱的管状部分中的密封，因为这降低了馈通体的太大变形的风险，并因此降低了电导体之间的相互接触和/或其损坏(诸如断裂)的风险。
29.在本公开的第二方面中，提出了一种制造根据本公开的第一方面的灯泡的方法。该方法包含以下步骤：
30.i)例如通过熔化或胶合将馈通体固定在玻璃芯柱的管状部分中；
31.ii)提供馈通体，该馈通体具有多个相互电隔离的电导体；
32.iii)将所述多个电导体与由所述玻璃芯柱支撑的光引擎触点连接；
33.iv)将所述光引擎布置在由透光表面包围的空间中；以及
34.v)通过将所述透光表面与玻璃芯柱的扩口部分熔合来组装所述玻璃芯柱和所述透光表面结构，从而封闭所述空间。
35.考虑到用于密封馈通体中的导线的密封化合物可能不能耐受用于固定(例如经由熔化密封)玻璃芯柱中的馈通体的相对高的温度，本公开的方法首先将馈通体密封在玻璃芯柱中。然后，在合适的温度下将导线植入并密封在馈通管中。步骤i和步骤ii的给定次序消除了如果经受高温使导线损坏的担忧。备选地，步骤i和步骤ii可以以相反的顺序执行，例如当馈通载体与沉积在其上的导电迹线一起使用时。
36.在本公开的方法的实施例中，空间由透光表面结构和玻璃芯柱气密地密封，馈通体在密封长度上以气密方式被密封地固定在所述管状部分中，并且所述电导体以气密方式延伸穿过玻璃芯柱，方法还包括经由气体馈送管将气体填充到透光表面结构并且通过气密地密封管状部分来密封空间的步骤。
37.在本公开的实施例中，方法还包括遮蔽所述气体馈送管的步骤，使得馈通体较不突出并且抵消光的散射。
38.从以下参考附图的描述中将最好地理解本发明的上述和其它特征和优点。在附图中，相同的附图标记表示相同的部件，或执行相同或相当的功能或操作的部件。
附图说明
39.图1示意性地示出了根据现有技术的白炽灯泡。
40.图2示意性地示出了根据本公开的灯泡。
41.图3a至图3c示意性地示出了根据本公开的被设置在玻璃芯柱中的馈通体的放大图以及其中密封有电导体的馈通体的一些示例的横截面。
42.图4a至图4b示意性地示出了根据本公开的馈通体的放大和详细视图，该馈通体在其外表面上具有根据本公开的导电迹线。
43.图5以流程图形式示意性地示出了用于制造根据本发明的灯泡的方法的实施例。
具体实施方式
44.现在将参考附图更详细地描述由本公开所设想的实施例。所公开的主题不应被解释为仅限于本文所阐述的实施例。相反，所说明的实施例是以示例的方式提供以向本领域的技术人员传达主题的范围。
45.图1示意性地示出了根据现有技术的白炽灯泡10。灯泡10包括被布置在空间9内的灯丝11，该空间9由透光表面结构12和玻璃芯柱13气密地密封。灯丝11通常由钨或外部合适的金属材料制成，并且用于导电和发光。气体密封的透光表面结构12通常具有球形形状，并且用于保护灯泡10的内部部件。球体12通常由诸如钠钙玻璃的硬玻璃制成，以便承受较高的温度。
46.灯泡10还包括芯柱13，其由玻璃制成并用于保护被布置在其中的导线14，并且用
于将灯丝11支撑和提升到球体12内的空间定向，以便以空间光分布来消散光。
47.导线14(通常被称为引入线)将灯丝11连接到被布置在灯泡10的底座15中的电源(未示出)，以将电流从底座15传送到灯丝11。导线14通常由镀镍的铜制成。
48.虽然对于常规白炽灯泡10通常有两根导线14，但是新开发的可调灯泡可能需要更多的导线，例如，用于连接到功率和信号线的三到六或十根互连线。
49.下面将参考图2、图3a至图3c和图4a至图4b描述根据本公开的灯泡。
50.图2示意性地示出了根据本公开的灯泡20。图3a示意性地示出了馈通体的放大图30——在图3a至图3b中为馈通管——其被设置在玻璃芯柱中，其中导线被密封在该馈通管中。图3b示意性地示出了馈通管的另一实施例的截面图40，其中导电连接线被密封在该馈通管中。图3c示意性地示出了又一馈通结构的截面图40。
51.参考图2和图3a，灯泡20可以包括作为光引擎21a的一个或多个灯丝，诸如发光二极管led的灯丝21，该一个或多个灯丝被布置在由透光表面结构22和芯柱23气密地密封的空间19内。灯丝或多根灯丝21由玻璃芯柱23支撑，玻璃芯柱包括扩口231和管状部分232。多根导线24、24b被布置用于将灯丝21连接到被设置在灯泡20的底座25处或其中的至少一个信号和功率控件(未示出)。
52.可由玻璃、金属或陶瓷制成的馈通体26、管或套筒26b被设置并被固定在玻璃芯柱23中，并且被布置用于容纳附图中的线24b中的多个电导体24。图2示出了馈通体、管或套管26b的示例，该馈通体、管或套管26b被布置用于容纳五根导线24b：一个公共中性线和四根引线用于将每根导电引线24b电连接到相应的led灯丝21。然而，本领域的技术人员可以设想到，在馈通管26b中可以设置更多或更少的导线24b，例如图3b中所示，具有七根导线24b。
53.馈通载体26(在图中为金属管26b)可以在玻璃芯柱23的管状部分232的密封区域233中的密封长度sl上熔化，例如在玻璃芯柱23的制造期间一起熔化。可选地，预制玻璃芯柱23可以被设置有馈通通道，馈通管26b将被安装并被密封在该馈通通道中，以便提供气密性和/或符合入口保护规范标准的入口保护。
54.馈通管26b和玻璃芯柱23之间的气密性可以通过为玻璃和管选择适当的材料组合来保持。例如，可以使用为白炽灯泡定义的那些材料的通常已知组合。
55.作为示例，馈通管26b可以由包括kovar(铁镍钴合金)、vacovit、钨、钼、(cr)nife、al2o3的一组金属中的一种制成。同时，芯柱23可以由玻璃(诸如钠钙玻璃)制成。适合用于芯柱的合适玻璃的示例在表1中给出。
56.[0057][0058]
表1.钠钙玻璃的示例。
[0059]
可以包括引入功率线和信号线的多根导线24被植入或被封装在馈通管26b中。为了保证馈通管26b和导线24b之间的气密性的目的，可以在馈通管26b中和导线24b周围填充密封化合物41，例如如图3b所示。
[0060]
合适的密封化合物41示出了足够的弹性和对馈通管26b和导线24b周围的绝缘层42的粘附性，如下面参考图3b所述，以便补偿馈通管26b的材料和导线24b的绝缘层42之间的热膨胀系数失配。例如，可以使用包含环氧树脂、无定形二氧化硅、氧双(乙烯氧基)双(丙胺)、二氧化钛、丁基2,3-环氧丙基醚、非纤维状氧化铝、双酚-a环氧氯丙烷树脂的组中的一种作为密封化合物41。
[0061]
为了确保导线24b之间的电隔离，每根导线24b用非常薄的绝缘层42以类似于litz线的方式单独绝缘。绝缘层42可以由例如聚酯薄膜或硅树脂制成。因此，在密封导线24b之前和之后不需要保持馈通管26b中的导线24b之间的隔离。
[0062]
绝缘层42具有与导线24b的热膨胀系数匹配的热膨胀系数。例如，聚酯薄膜具有与铜的热膨胀系数1.7x10-5
[in/in/℃](astm-d696)匹配的热膨胀系数。
[0063]
使用铜线的优点在于它们可以直接焊接到灯泡的底座25中的电源和灯丝上，这与常规灯泡相比是有利的，在常规灯泡中玻璃芯柱13中的导线14仅可以焊接的。
[0064]
聚酯薄膜的熔化温度为～250℃，这将为随后描述的组装过程提供足够的阻力。
[0065]
单独绝缘的导线有助于保证气密性。因此，限制了绝缘层和导线材料的热膨胀系数失配。当涉及密封时，导线绝缘层和导线接口的长度也是有利的。
[0066]
构思是，在将导线24b封装在馈通管26b中之前，首先将馈通管26b密封在玻璃芯柱23中。之后，将导线24b封装或植入密封的馈通管26b中。以此方式，导线24b不暴露于对应于大约1400℃的玻璃熔化的温度。因此，导线24b的直径相对于传统的贯通玻璃馈通可以减小。
[0067]
导线24b可以具有在0.2mm至0.5mm的范围内的直径。容纳在管26b中的导线24b的数目可以取决于内管的直径。对于五通道彩色灯丝灯泡，需要至少五根导线24b的馈通，这可以用1.0mm到3.5mm的内管直径来实现。
[0068]
上述每对玻璃芯柱与馈通管之间的气密性、馈通管与密封化合物之间的气密性、密封化合物与导线周围的导线绝缘层之间的气密性，以及导线绝缘层与导线本身之间的气密性有助于确保多根导线24b在馈通管26b中的气密封装或植入，同时确保导线24b之间的相互电隔离。
[0069]
图3c示意性地示出了备选馈通构造的截面图40，电导体24可以经由该馈通构造延伸穿过芯柱。所述备选馈通构造包括第一馈通体26a(即，实心棒或杆26a)，该第一馈通体26a被设置有作为电导体24的导电迹线24a，其用作多个松散的电线的替代物，并且被固定或被密封到第二馈通体(即，馈通管26b)中。第一馈通体26a用封装材料41固定在第二馈通体26b中。组合的第一馈通体26a和第二馈通体26b的馈通构造随后可作为单个单元被密封到玻璃芯柱的管状部分中，以获得电导体24穿过玻璃芯柱的期望通过。
[0070]
图4a至图4b示意性地示出了玻璃芯柱23的放大图30，该玻璃芯柱23具有安装/支撑的led光引擎21a(即，多个(即，五个)led灯丝21)；并且具有馈通载体26(在图4a至图4b中为玻璃棒26a)，其被设置在玻璃芯柱23中；具有多个(即，七个)作为电导体24沉积在其上的导电迹线24a，其在这种情况下经由丝网印刷，但是这可以备选地经由例如粘贴、pvd、cvd、csd或经由光刻方法来获得。图4b示意性地示出了被密封在图4a的实施例中所示的芯柱中的馈通载体的一部分的更详细的视图。玻璃芯柱23的玻璃由第一玻璃(即，具有表1中给出的特性的参考编号为220的玻璃)组成。玻璃棒馈通体26a由第二玻璃(即，具有表1中给出的特性的参考编号为342的玻璃)组成。第一玻璃和第二玻璃的匹配特性使得玻璃棒馈通体26a以及导电迹线24a能够在密封长度sl上被适当地、气密地密封到玻璃芯柱的管状部分232中，如图4a所示。在玻璃芯柱上安装螺旋形状的led光引擎21a，该led光引擎21a包括多个独立可控的led灯丝21，每个灯丝21被连接(未示出连接，但是其可以通过阳-阴、插头状构造方便地获得)到馈通体26a上的相应导电迹线24a上。导电迹线24a由铜金属制成。如图4a所示的具有被支撑的光引擎21a的芯柱23可以适当地被应用作为如图2的灯所示的芯柱和被支撑的光引擎的备选。
[0071]
图5在流程图类型图中示意性地示出了用于制造根据本公开的灯泡的方法50的实施例。
[0072]
考虑到熔化玻璃芯柱中的馈通管所需的高温，作为本公开的方法50的第一步骤51，馈通载体被固定，例如，熔化在玻璃芯柱中。
[0073]
接着，在步骤52，多根导线被馈送到馈通管中，并且然后与光引擎触点(诸如多个灯丝中的每一个灯丝的触点)连接。备选地，步骤51和52可以以相反的顺序执行。
[0074]
在步骤51和52之后，在步骤53中，光引擎被布置在由透光表面和玻璃芯柱包围的空间中。
[0075]
随后，在步骤54，将玻璃芯柱与透光表面结构组装在一起，该玻璃芯柱现在具有被固定/密封在其中的管和位于管中适当位置的导线。这可以以常规方式——例如经由将芯柱的扩口熔化到透光表面结构的熔合——来进行。
[0076]
此后，在步骤55，灯泡可以可选地被用气体填充并且被密封，并且然后在步骤56，
气体馈送管可以被遮蔽。
[0077]
本公开不限于上文所公开的示例，并且本领域的技术人员可以在所附权利要求中所公开的本公开的范围之外对其进行修改和增强，而不必应用创造性的技能并且用于任何数据通信、数据交换和数据处理环境、系统或网络。