专利名称：单灯头型荧光灯及照明器具的制作方法
单灯头型荧光灯及照明器具
技术区域
本发明涉及单灯头型(single base)荧光灯。
背景技术：
迎来节能时代，作为省能光源取代白炽灯的各种灯泡型荧光灯的开 发研究正在取得进展。
图15是作为一个例子的已有的灯泡型荧光灯101的正视图。
灯泡型荧光灯101具备双重螺旋形发光管102、电子镇流器103、支 持发光管102并容纳电子镇流器的容器104、以及灯头105。
灯101 (以下将所述灯称为"已有产品")的尺寸和规格的一个例子 如下所述。
最大直径Do......45mm
灯的总长Lo.......104mm
主要部(发光管102的前端以外的主要部分)的管内径......7.4mm
管壁负载......约0. 13W/cm2
灯的输入......12W
通常在灯泡型荧光灯中，设定为在灯周围的温度为251C时能够发挥 最高光束输出。
这是因为与JIS标准的关系，而且由于灯使用的环境的温度通常认 为是25匸。
专利文献l:特开2003 - 263972号公报
近年来，往往将灯泡型荧光灯使用于埋入天花板等的进深薄的小型 专用照明器具。
根据本发明人的研究可知以下事实，这样的小型的专用照明器具中， 点亮着时灯泡型荧光灯发热使得灯的周围温度过度上升，且有时高于上 述设定温度25X:。
一旦周围温度高于设定温度25X:，光束输出就下降，可能就不能够 得到额定的光束。
发明内容
本发明是鉴于上述存在问题而作出的，其目的在于，提供即使是采 用如上所述的使用方法，也能够实现峰值的光束输出的灯泡型等单灯头 型荧光灯。
为了实现上述目的，本发明的单灯头型荧光灯，具备在内部具有 一对电极，而且在内部具有一条弯曲的放电通路的发光管；竖立设置所 述发光管的支持部；以及连接于点灯用的器具用的灯头，其特征在于， 在灯周围温度为30匸以上的规定的温度，具有最高的光束输出。
又，本发明的一形态，其特征在于，所述规定的温度为45C以下的 温度。
本发明的一形态，其特征在于，灯周围温度为25X:的条件下的正常 点灯时发光管的最冷点温度为55X:以下。
本发明的一形态，其特征在于，在所述发光管中，至少有一个使连 结电极与电极的放电通路间的发光管的一部分膨胀为所述放电通路部
分的发光管的平均内径的1.2倍以上的部位。
本发明的一形态，其特征在于，在所述发光管内封入稀有气体，所
述稀有气体是100%的氩气，或所述稀有气体的主成分是氩气和氪气， 氪气的组成比为稀有气体的Owt% ~50wt%。
本发明的一形态，其特征在于，在所述发光管内封入稀有气体，所
述稀有气体的主成分是氩气和氙气，氙气的组成比为Qwt% ~25wt%。 本发明的一形态，其特征在于，在所述发光管内封入稀有气体，所
述稀有气体的主成分是氩气、氪气和氙气，混合气体中氪气的组成比设
定为RKr，混合气体中氙气的组成比设定为Rxe的情况下，(RKr+2RXe)
在混合气体的Owt % ~ 50wt %范围内。
本发明的一形态，其特征在于，所述发射紫外线的物质是水银单质
或具有与水银单质相同的水银蒸气压的温度特性的水银合金。
本发明的一形态，其特征在于，所述发光管形成不被被覆构件覆盖， 直接与外部空气接触的结构。
本发明的一形态，其特征在于，所述发光管的主要部分的管内径为 4. O迈m ~ 7. 4mm。
本发明的一形态，其特征在于，所述发光管的管壁负载在0. 07W/cm2 ~ 0.13W/c迈2范围内。
本发明的一形态，其特征在于，所述发光管是螺旋状发光管，所述 发光管的螺旋状部是具有向一个方向旋转到折返部的第1旋转部分和 从折返部向与所述一个方向的大约相反的方向旋转的第2旋转部分的 双重螺旋形状，所述折返部的内径与所述第l和第2旋转部分的内径相 比膨胀到1.2倍以上。
本发明的一形态，其特征在于，在所述发光管设置细管，点亮时在 所述细管内设置最冷点。
本发明的照明器具，其特征在于，将所述单灯头型荧光灯密闭收容。
本发明的照明器具，其特征在于，以大致水平的姿势安装所述单灯 头型荧光灯。
如果采用本发明的单灯头型荧光灯，在灯周围的温度为301C以上的 规定温度条件下具有最高的光束输出，因此能够适应灯的使用形态的实 态，发挥灯的能力。例如即使是将灯安装于小型照明器具上，在周围温 度高于25"C的环境下使用，也能够实现最大的光束输出。
图l是表示灯泡型荧光灯1的正视图。
图2是表示灯泡型荧光灯1的发光管2的正视图。
图3是表示电子镇流器4的点灯电路结构的示意图。
图4是在照明器具上安装已有的产品或发明的产品1时的光束输出 的比较曲线图。
图5是表示周围温度与相对光束的关系的曲线图。
图6包含表示R与最冷点温度之间的关系的曲线。
图7包含使管壁的负载不同的情况下的，周围温度与相对光束的关 系曲线。
图8包含以已有的产品的管壁负载为1的情况下的管壁负载比率与 最冷点温度的关系曲线。
图9表示使封入的稀有气体的组成不同的各种灯的周围温度与相对 光束的关系曲线。
图10包含Kr的混合比率与最冷点温度的关系曲线。
图11是表示封入稀有气体的组成不同的灯的光束上升特性的曲线图。
图12是表示下面开放的顶棚型照明器具50的分解图。 图13表示水平点亮的向下照明型照明器具60。 图14是表示已有产品与发明的产品(发明的产品1~ 3中的任意一 个)使用于照明器具的情况下的器具内的光束输出的比较曲线。 图15是表示已有的灯泡型荧光灯101的正视图。 符号说明
1 灯泡型荧光灯
2 发光管
3 电子镇流器 8 玻璃管
8a第1旋转部 8b第2旋转部 8c 折返部 11 膨胀部 18 水银
50照明器具(下面开放顶棚型)
60照明器具(水平点亮的向下照明型)
具体实施方式
实施形态1
下面参照附图对实施形态进行说明。
1. 灯泡型荧光灯的结构
图1是表示灯泡型荧光灯1的正视图。
如图1所示，单灯头灯泡型荧光灯1具备发光管1、树脂支持构件3、 电子镇流器4、树脂外壳5、以及灯头6。
发光管2具有屈曲为双重螺旋状的螺旋状部。
树脂支持构件3通过支持发光管2的两个端部竖立设置发光管2。
灯泡型荧光灯1形成发光管2不被覆盖构件覆盖，能够直接接触外 部空气的结构(没有外壳包围着的结构)。
树脂外壳5容纳电子镇流器4，端部安装有灯头6。
2. 发光管的结构图2是表示灯泡型荧光灯1的发光管2的正视图，为了便于了解， 以玻璃管8部分切开的状态表示其横断面的形状。
发光管2具备作为管状容器的玻璃管8、以及配置于该玻璃管8的两 端部的一对电极9、 10。
玻璃管8形成为双重螺旋状，玻璃管8具有折返部8c、从配设了电 极9的一侧的端部起旋转到折返部8c的第1旋转部8a、以及从折返 部8c起旋转到配设了电极10的一侧的端部的第2旋转部8b。由于玻 璃管8这样多次弯曲，在电极9、 IO之间形成的发光管2的放电通路具 有多个弯曲的部分。
玻璃管8的前端的折返部8c形成比其他主要部分膨胀的膨胀部11。 灯1点亮时，在散热性良好的膨胀部11的内表面部分形成最冷点部位。 利用该最冷点部位的温度，能够惟一地规定点灯时的管内的水银蒸气 压。
电极9、 IO是所谓三重巻绕型的钨制造的灯丝线圏，在Ba-Ca-Sr 的复合氧化物中充填添加Zr氧化物的电子发射物质(未图示)。 又，电极9、 IO分别利用一对引线12a、 12b、引线13a、 13b支持。 引线12a、 12b以及引线13a、 13b利用玻璃珠固定方式在玻璃管8 的端部气密封。
还有，在玻璃管8的一个端部封装排气管14 (发光管排气之后将前 端部密封)。
在发光管2的除了两端部以外的内表面上，形成荧光体层16。荧光 体层16是红、绿、蓝三种颜色的荧光体混合后的稀土荧光体涂布烧结 而形成的。
又，发光管2内加入水银(Hg) 18，封入稀有气体(未图示)作为 緩沖气体。稀有气体的組成将在下面叙述。
3.电子镇流器4的点灯电路结构
图3是表示电子镇流器4的点灯电路结构的示意图。
如图3所示，电子镇流器4的点灯电路结构包含镇流'滤波电路34、 逆变器电路36、隔直电容器(DC cut capacitor) 38、限流用扼流圏 40。
还有，电子镇流器4的电路效率约为90%。 逆变器电路部36是串联逆变器电路方式的。
8电子镇流器4还包含并联连接于发光管2的引线26b、 28b上的C预 热电路42。
C (电容器)预热电路42是电容器44与正温度特性电阻元件(PTC) 46的并联电路构成的。
电容器44除了灯启动时和正常点灯时对电极9、 10分别提供预热电 流和辅助加热电流外，还具有特别是在灯启动时通过与上述限流用扼流 圏Lb40发生谐振而产生对发光管2施加的启动施加电压的功能。
又，PTC46具有特别是在灯启动时对发光管2的电极9、 IO提供充分 的预热电流的功能。
4.使达到峰值的周围温度向高温移动的方法
使光束输出为峰值的周围温度从25X:向高温移动的方法，有下面所 述的(1)到(3 )所示的各种方法。下面依序对各方法的手段和本发明 的发明人研究的实验结果进行说明。 (1)膨胀部11的扩径
本发明的发明人用与图1~图3所说明的灯相同的结构，制作使膨胀 部11的直径比以往大的灯(以下将其称为"发明的产品l")。
发明的产品1的试制品的尺寸和规格如下所述。
发光管2的主要部的管内径 6. Omm
膨胀部11的管内径 9. Omm (主要部的1. 5倍)
封入的稀有气体 Ar80Wt% Kr20WtW的混合气体(封入压力"OPa )
管巻绕层数 约5. 5次
相邻的巻绕层的间隙 1. Omm
环外径 32.5mm
灯的输入(功率) 10W
图4是在照明器具上安装已有的产品或发明的产品1时的光束输出 的比较曲线图。
已有产品的光束输出的峰值在25"C附近，而发明的产品1其峰值为 高于30匸的温度。
在本实施形态中，为了使峰值的温度比以往上升，使膨胀部ll的内 径比发光管2的主要部(旋转部8a、 8b等发光管2的发光部分)的平 均内径要大，从而使发光管的内表面积扩大。
图5是表示周围温度与相对光束的关系的曲线图。从图5所示可知，R为1. 5的发明的产品1，与R为1.2的已有产品 相比，光束输出达到峰值的周围温度高。
在这里，R是膨胀部的内径(b)除以主要部的内径(a)的商(R = b/a )。
还有，膨胀部的内径采用主要部的内径的1.7倍(R-1.7)时，可 以使峰值的周围温度向更高温度移动。
虽然这样越是扩大膨胀部的内径越是能够提高更高温度环境下适应 性，但是有时候由于扩大内径，膨胀部分的壁厚变薄，因此上限值为例 如2. 5倍。
图6包含表示R与最冷点温度之间的关系的曲线。
如图6所示，随着R的变大，通常点灯("通常点灯"在周围温度 为251C的条件下进行。下同，)时的最冷温度下降，因此发明的产品l 即使是在最冷点温度容易上升的环境中使用，也能够抑制最冷点温度的 过度上升，能够得到峰值的光束输出。
(2)管内径、管壁负载
通过改变管内径和管壁负栽的设定，能够使取得光束输出的峰值的 周围温度向高温移动。
具体地说，通过抑制管壁负载，使灯点着的情况下的发光管2的表 面温度下降。而且，管内径与管壁负栽设定为能够维持与已有的灯同等 的光束的值。
在这里，所谓管壁负载是发光管输入功率(W)除以在电极间距离上 的管内表面积(圆周率x管内径x电极间距离)得到的商值。
图7包含使管壁的负载不同的情况下的周围温度与相对光束的关系 曲线。
在发明的产品2中，管壁负载以及内径以外的规格、尺寸与上述发 明的产品l相同。对管壁的负栽比以往更进一步抑制，因此能够使光束 输出达到峰值的周围温度向高温移动。
图8包含以已有产品的管壁负载为1的情况下的，管壁负载比率与 最冷点温度的关系曲线。
如图8所示，发明的产品2与已有的产品相比，灯正常点亮(周围 温度为25t:)时的最冷点温度下降。
还有，为了避免抑制管壁负载引起的光束减小，并且使管壁负栽比 以往更小，有必要减小管内径，延长放电通路的长度，因此要求管内径比已有的产品的7, 4mm更细。又，管内径小于4. Omm时，灯电压上升， 用小型、廉价的点灯电路难以稳定地点灯，因此管内径最好是4. 0咖~ 7. 4坦屯—,
又，管壁负载如果低于0. 07W/cm2，特别是发光管2的玻璃管8的管 全长过长，其成型加工极其困难，同时也难于将灯的外围形状保持为与 通常的60W灯泡大致相同。由于要求比已有产品的0. 13W/cm、卜，最好 是0. 07W/cm2~ 0. 13W/cm2。 (3)稀有气体的组成
发光管2内封入的稀有气体采用在氩气中添加氙气或氪气的混合气 体，借助于此，能够使光束输出为峰值的周围温度向高温移动。
图9表示使封入的气体的组成不同的各种灯的周围温度与相对光束 的关系曲线图。
在图9中，例如Ar80/Kr20表示作为稀有气体，封入Ar80wt。/。/KrZ0wt %的混合气体的灯。
如图9所示可知，如ArlOO (已有产品)、Ar90/Kr10、 Ar80/Kr20 (发明的产品3)、 Ar50/Kr50、 KrlOO那样，随着Kr的比例逐步变大， 光束输出达到峰值的周围温度向高温移动。
图10包含表示Kr的混合比率与最冷点温度之间的关系的曲线。
如图10所示，随着Kr的混合比例升高，正常点灯(周围温度为25 ■C )时的最冷点温度下降。
最冷点温度因Kr混合气体而下降，这是因为从等离子体向管内壁的 热传导率下降。
图11是表示封入稀有气体的组成不同的灯的光束上升特性的曲线图。
如图11所示，Kr组成比率Rh为20w"的发明的产品3能够确保用3 秒钟使光束约上升50%。
与此相对，Kr组成比率Rh为50wt。/。的灯的3秒内光束约上升30%, 与Ru为20wtW的灯相比稍有下降，但是实际使用上不存在问题，是在 能够使用的范围内。
Kr组成比Rh为100wt。/。的灯，光束上升特性急剧变慢，因此作为在 对上升特性有严格要求的环境中(卫生间照明)使用的灯是不太理想的。
还有，随着Kr组成比率Rh的变大，上升特性劣化，这是因为Kr气
ii体的热传导率比Ar气体低。
根据以上所述，(Ar + Kr)混合气体中的Kr组成比率R"特别是规 定在Owt% 50wt。/。范围内是妥当的。
5.照明器具
(1) 下面开放的顶棚型器具
图12是表示下面开放的顶棚型照明器具50的分解图。 照明器具50具备灯泡型荧光灯1、主体51、插座53、主体密封件(body packing) 54，在内部安装灯泡型荧光灯1。
插座53利用安装螺丝52a、 52b与主体密封件54固定。 又，插座53与电源线56连接。
主体51紧固固定于插座53上。因此灯泡型荧光灯l位于密闭的空 间中，使用照明器具50时，灯1的周围温度容易达到30C以上的高温。
灯泡型荧光灯1，其光束输出达到峰值的温度为3or;以上的规定温 度，因此能够使得照明器具的光束输出高于以往。
(2) 水平点亮的向下照明型(down-light)照明器具 图13表示水平点亮的向下照明型照明器具60。
照明器具60具备灯泡型荧光灯1、反射板61、插座62，在内部安装 有灯泡型荧光灯1。
照明器具60的灯泡型荧光灯1没有被封闭，因此与在照明器具50
中使用时相比，灯1的周围温度异常上升程度不那么大。
尤其是，灯1以大致水平点亮的姿势固定，根据本发明的发明人的
研究，判定为在水平点亮的情况下最冷点温度上升，偏离最佳的最冷点
温度范围，有时候会发生光束减小的问题。
灯泡型荧光灯1由于正常点灯时的最冷点温度比以往低，能够抑制
水平点灯的情况下的最冷点温度过度上升，能够设定为光束输出达到峰
值的最冷点温度。 (3 )比较
图14是表示已有产品与发明的产品(发明的产品1~3中的任意一 个)使用于照明器具的情况下的器具内的光束输出的比较曲线。
图14的左边的"通常点灯"是已有产品和发明的产品没有安装于照 明器具而使其正常点亮的情况。在这种情况下，周围温度为25C因 此，已有产品的光束输出达到峰值，发明的产品低于峰值。因此，结果是发明的产品与已有产品相比稍劣。
另一方面，在将灯泡型荧光灯封闭收容的照明器具即"下面开放型
顶棚型器具"(参照例如图12)以及"密闭顶棚型器具"中，使用发 明的产品得到比已有产品更好的效果。
又，在灯泡型荧光灯以大致水平姿势安装的"水平点亮的向下照明 型照明器具(例如参照图13)中，发明的产品得到更好的效果。
这样，发明的灯在没有安装于照明器具的情况下，虽然与已有产品 相比光束输出稍差但没有达到影响实际使用的程度，但是在使用于照明 器具的情况下，发明的灯发挥了真正的价值。
6.其他
(1) 在实施形态中，封入单质水银18 (参照图2)作为紫外线发射 物质。单质水银特别是与灯启动时的水银蒸气压低下的汞合金相比，灯 启动时的光束上升特性良好，因此是合适的。
还有，不限于水银单质，也可以采用与水银单质具有相同的水银蒸 气压的温度特性的水银合金。
(2) 灯的光束输出达到峰值的规定的周围温度的设定，最好是在30 "C 45"C范围内。
如果是30t;以上，则与以往的设定温度251C的灯相比，能够得到有 意义的效果。
又，如果设定得比45C高，则低温时的光束输出下降，因此相对地 上升迟緩，所以是不理想的。
(3) 灯的最冷点温度最好是设定为比光束输出达到峰值的以往的60 匸~65匸低，特别是设定为55C以下。
如果设定为55t:以下，则能够将例如光束输出达到峰值的周围温度 可靠地移动到高于25"C的30n以上。
(4) 除了实施形态中说明的上述(Ar + Kr)混合气体之外，也试制 了特别是封入(Ar + Xe)混合气体的发光管2构成的灯1,进行与上面 所述相同的测定。测定的结果判明，该封入(Ar + Xe)的灯1，特别是 在Xe组成比率Rxe为上述封入(Ar + Kr)的灯1中的Kr组成比率RKr 的约1/2的情况下，得到与上面所述大约相同的效果。而且，该灯1 中的Xe组成比率Rxe，由于与上述封入(Ar + Kr)的灯l相同的理由， 特别是规定为Owt% 25wt。/。范围是合适的。又确认，在混合气体中，即使混入微量的(例如两者的总和为2wt %以下)为稀有气体的氦气(He)和氖气(Ne),也没有不良影响。
(5) 在实施形态中，发光管2的折返部8c形成膨胀部11，但是形 成膨胀部的部分不限于此。只要是连结发光管2的电极9与电极10间 的一部分，也可以是其他部分。又，作为连结像发光管的一部分(例如 排气管)那样的细管形成最冷点的结构，通过将最冷点的温度设定在发 明范围内，能够得到与本发明相同的效果。
又，在实施形态中，作为单灯头型荧光灯的一个例子，以内装电子 镇流器的灯泡型荧光灯为例进行了说明，但是也可以适用于没有内装电 子镇流器的类型的荧光灯，又，作为具有弯曲部的发光管，也可以是例 如将U型管相互连结的形状或将直管搭桥形成的双体形状的发光管。
又，本发明可以使用于将这样的发光管竖立设置于引脚类型的灯头上的 双体型的单灯头型荧光灯。在这些形状的情况下，也只要将膨胀的地方
即膨胀部设置于放电通路中即可。借助于此，可以将最冷点形成于该膨胀部。
(6) 在图9中，作为稀有气体的封入比例，例示了 Arl00wt%、 Krl00wty。的灯。尤其是，在制造工序上，封入稀有气体时有时候会混 入空气等，并不是严格地为100.0wt%，例如混入0. 3wt。/。左右的其他 稀有气体的情况下，也是可以想到的。
工业应用性
如果采用本发明的单灯头型荧光灯，则具有与灯的实际使用形态相 符合的温度特性，因此在例如使用于照明器具的情况下，能够实现最高 的光束输出。
1权利要求
1. 一种单灯头型荧光灯，具备发光管，在内部具有一对电极，而且在内部具有一条弯曲的放电通路；竖立设置所述发光管的支持部；以及用于连接到点灯用的器具的灯头，其特征在于，在灯周围温度为30℃以上的规定温度下具有最高的光束输出。
2. 根据权利要求1所述的单灯头型荧光灯，其特征在于， 所述规定温度为45匸以下的温度。
3. 根据权利要求1所述的单灯头型荧光灯，其特征在于， 灯周围温度为25TC的条件下的正常点灯时，发光管的最冷点温度为55匸以下。
4. 根据权利要求l所述的单灯头型荧光灯，其特征在于， 在所述发光管中，至少有一个使连结电极与电极的放电通路间的发光管的一部分膨胀为所述放电通路部分的发光管的平均内径的1.2倍 以上的部位。
5. 根据权利要求1所述的单灯头型荧光灯，其特征在于， 在所述发光管内封入稀有气体，所述稀有气体是100%的氩气，或所述稀有气体的主成分是氩气和氪气，氪气的组成比率为稀有气体的Owt % ~ 50wt%。
6. 根据权利要求l所述的单灯头型荧光灯，其特征在于， 在所述发光管内封入稀有气体，所述稀有气体的主成分是氩气和氙气，氙气的组成比率为Owt % ~ 25wt % 。
7. 根据权利要求1所述的单灯头型荧光灯，其特征在于， 在所述发光管内封入稀有气体，所述稀有气体的主成分是氩气、氪气和氙气，混合气体中氪气的组成比率设定为R"， 混合气体中氙气的 組成比率设定为Rxe的情况下，(Rh + 2RXe)在混合气体的Owt% ~50wt %范围内。
8. 根据权利要求1所述的单灯头型荧光灯，其特征在于， 所述发射紫外线的物质是水银单质或具有与水银单质相同的水银蒸气压的温度特性的水银合金。
9. 根据权利要求l所述的单灯头型荧光灯，其特征在于， 所述发光管形成不被被覆构件覆盖，直接与外部空气接触的结构。
10. 根据权利要求1所述的单灯头型荧光灯，其特征在于， 所述发光管的主要部分的管内径为4. 0mm~7. 4mm。
11. 根据权利要求1所述的单灯头型荧光灯，其特征在于， 所述发光管的管壁负载在0. 07W/cm2~ 0. 13W/cm2范围内。
12. 根据权利要求1所述的单灯头型荧光灯，其特征在于， 所述发光管是螺旋状发光管，所述发光管的螺旋状部是具有向一个方向旋转到折返部的第1旋转部分和从折返部向与所述一个方向的大 约相反的方向旋转的第2旋转部分的二重螺旋形状，所述折返部的内径 与所述第l和第2旋转部分的内径相比膨胀到1.2倍以上。
13. 根据权利要求1所述的单灯头型荧光灯，其特征在于， 在所述发光管设置细管，点亮时在所述细管内设置最冷点部位。
14. 一种照明器具，其特征在于， 将权利要求1所述的单灯头型荧光灯密闭收容。
15. —种照明器具，其特征在于，以大致水平的姿势安装权利要求1 所述的单灯头型荧光灯。
全文摘要
本发明提供在使用于照明器具的情况下具有峰值光束输出的灯泡型等的单灯头型荧光灯。也就是灯(1)具备发光管(2)，其具有屈曲为螺旋状的螺旋状部，在内部具有一对电极，而且具有向内部弯曲的一条放电通路；竖立设置发光管(2)的树脂支持构件(3)；以及用于连接到点灯用的器具上的灯头(6)，其中，在灯周围温度为30℃以上的规定的温度下具有最大的光束输出。
文档编号H01J61/30GK101548357SQ20078002958
公开日2009年9月30日 申请日期2007年7月17日 优先权日2006年8月10日
发明者伊藤和彦, 高桥昭悟, 高桥晓良 申请人:松下电器产业株式会社