專利名稱：減小長度的緊湊型熒光燈及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放電燈，尤其是涉及低壓放電燈。本發(fā)明特別適用于具有螺旋結(jié)構(gòu)的尤其是雙螺旋形的緊湊形熒光燈，并將參照這類燈進(jìn)行描述。不過，將可以理解的是，本發(fā)明具有廣泛的應(yīng)用，并可有益地用在與以下描述的實(shí)施例相關(guān)的環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)合中。
近些年來，以緊湊型熒光燈替代常規(guī)白熾燈的應(yīng)用已有巨大增長。由于緊湊型熒光燈比常規(guī)白熾燈具有更長的壽命和更高的能量效率，消費(fèi)者和商業(yè)部門已將注意力轉(zhuǎn)向緊湊型熒光燈。
在1985年3月5日授予D.E.Bedel的美國專利NO.4503360中，展示和描述了緊湊型熒光燈的一個(gè)例子。正如此專利中所描述的和本領(lǐng)域所公知的，典型的緊湊型熒光燈是通過將多個(gè)管部分連在一起形成一個(gè)連續(xù)的燈泡或放電管。管部分通常是從燈座或殼向外延伸至預(yù)定長度。
為更好地與白熾燈相比較，必須獲得較高的流明輸出水平，以便緊湊型熒光燈實(shí)現(xiàn)與例如100瓦的白熾燈大致相同的流明輸出。100白熾燈的平均光輸出為100小時(shí)1700流明。為實(shí)現(xiàn)相同流明輸出，對(duì)于放電管內(nèi)徑為10mm、氬氣體填充壓強(qiáng)為3-4乇和功率約為24瓦的緊湊型放電燈來說，需要有約610mm的放電弧長度。還需要額外的放電管長度來容納電極和形成端部，結(jié)果使總的放電管長度約為670mm。
為在較小空間中實(shí)現(xiàn)延伸的放電管長度，燈制造者已采用了多個(gè)彎管，它們連在橋接部分上。電極間的放電弧上下穿行并繞經(jīng)彎管的彎曲部分(carousel)。另外，為在小空間中容置延伸的放電管長度，已提出螺旋結(jié)構(gòu)作為另一種優(yōu)選設(shè)計(jì)方案。螺旋結(jié)構(gòu)提供了更小的總長度，例如約75mm減至60mm。例如，在1991年10月2日申請(qǐng)并轉(zhuǎn)讓給Narva Berliner Gluhlampenwerk GmbH的公布的德國申請(qǐng)DE 4133077中示出并描述了螺旋結(jié)構(gòu)。另一個(gè)緊湊型熒光燈組件中的螺旋結(jié)構(gòu)的例子示出并描述于轉(zhuǎn)讓給Lee OY的公布的PCT申請(qǐng)WO9429895中。
在上文的德國專利申請(qǐng)和PCT申請(qǐng)中，螺旋結(jié)構(gòu)的放電管的下伸的端部或腿增加了燈總長度。另外，提供用于將氣態(tài)填充物激勵(lì)至放電狀態(tài)的電能的鎮(zhèn)流器部件也增加了燈總長度，導(dǎo)致緊湊型熒光燈組件無法裝配在由可配用100或150的白熾燈的商業(yè)上銷賣的臺(tái)燈的燈罩支架(harp)所確定的空間中。
雖然鎮(zhèn)流器部件的不斷發(fā)展使其尺寸減小，但這些更緊湊的設(shè)計(jì)仍無法很好地滿足各種熱傳遞方面的考慮。在放電管中被加熱的電極可損壞用于支撐緊湊型熒光燈的塑料殼體。另外，電極是向鎮(zhèn)流器的電子元件傳熱的主要熱源。
已提出的解決這些熱傳遞問題的一種方法是增大具有豎直延伸的腿的緊湊型熒光燈中的電極的高度。這是使電極進(jìn)一步遠(yuǎn)離殼體和鎮(zhèn)流器部件，以消除高溫影響。不幸的是，這種方法增加了燈的總高度。由于當(dāng)前設(shè)計(jì)者的主要目標(biāo)是通過減小燈組件的高度來增強(qiáng)緊湊型熒光燈的可接受性及應(yīng)用廣度，這種解決熱傳遞問題的方法只會(huì)使減小燈組件的高度的目的更難以實(shí)現(xiàn)。
還提出了多種制造約24瓦的更緊湊熒光放電管的方法。但這些方法具有其伴生的缺點(diǎn)。例如，可通過使燈工作在較大電流下來減小放電管的長度。放電的負(fù)伏—安特性，增大燈功率需要增大電流。另一方面，電極損耗與電流成正比。因此，工作在大電流下的燈會(huì)導(dǎo)致更大程度的電極和壁損耗。增大電流就會(huì)增大壁負(fù)載，這會(huì)導(dǎo)致形成更高的燈泡壁溫度。這又會(huì)使得實(shí)現(xiàn)用于控制汞蒸汽壓強(qiáng)的最佳冷點(diǎn)溫度更加困難。最佳光輸出就需要采用高溫汞齊。再者，大電流會(huì)使鎮(zhèn)流電阻和電感線圈消耗更多功率，從而增高塑料和電子元件的溫度并降低鎮(zhèn)流器的效率。
減小放電管的長度的另一種方法是增強(qiáng)等離子體中的電場(chǎng)。通常，這是通過在緩沖氣體中加氖氣或減小放電管直徑實(shí)現(xiàn)的。這兩種方案均使等離子體中電場(chǎng)增強(qiáng)，但也增大了壁負(fù)載，并導(dǎo)致陰極壽命縮短。
涉及緊湊型熒光燈的另一問題是要使放電管很好地機(jī)械支撐于殼體上。通常，粘結(jié)劑是用于抵抗在進(jìn)入燈座的豎直腿上產(chǎn)生的拉拔力的唯一方式。從燈組件中省去粘結(jié)劑將是有好處的，因?yàn)檫@樣可在降低成本的情況下減小緊湊型熒光燈的制造時(shí)間。
因此，希望得到具有下述任一特性的緊湊型熒光燈(i)在不增大壁負(fù)載的情況下減小了高度；(ii)通過降低燈座處的燈壁溫度和減小傳至鎮(zhèn)流器部件的熱量改善了熱特性；(iii)具有抵抗拉拔力的特性；和(iv)具有常規(guī)A型(A-line)白熾燈的形狀和工作特性。
本發(fā)明提供了一種減小高度的低壓放電燈，該燈可提供相當(dāng)于100瓦白熾燈的光輸出。
根據(jù)本發(fā)明的原理，所提供的緊湊型熒光燈具有一個(gè)燈泡，燈泡以螺旋結(jié)構(gòu)形成并包含可激勵(lì)至放電狀態(tài)的氣態(tài)填充物。螺旋燈泡或放電管的端部以不平行于燈的縱向或中心軸的方向插裝入燈座中的第一和第二開口，從而減小了總高度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，放電管的端部從螺旋結(jié)構(gòu)徑向內(nèi)彎，從而提供了抵抗沿中心軸方向施加的拉拔力能力，還使燈的熱傳遞特性最佳化。
在閱讀和理解了以下的詳細(xì)說明之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和有益之處。
本發(fā)明可采用特定的部件及其組合來體現(xiàn)，其優(yōu)選實(shí)施例將在本說明書中詳細(xì)描述并在附圖中示出。這些附圖包括

圖1是根據(jù)本發(fā)明形成的優(yōu)選緊湊型熒光燈的正面圖；圖2是沿圖1中的線2-2截取的剖視圖；圖3是沿圖1中的線3-3獲取的正視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的思想形成的插入式緊湊型熒光燈的正視圖；圖5是沿圖4中的線5-5截取的剖面圖；圖6是沿圖4中的線6-6獲取的正視圖；圖7是與柱狀鎮(zhèn)流器殼體聯(lián)用的緊湊型熒光燈的正視圖；圖8是沿圖7中的線8-8截取的剖視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的思想形成的一體化的或插入式緊湊型熒光燈的正視圖；圖10是沿圖9的線10-10截取的剖視圖；圖11是沿圖9的線11-11獲取的正視圖；現(xiàn)參照附圖進(jìn)行說明，其中所示的結(jié)構(gòu)是僅僅為了描繪本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例之目的，而并非為了限制本發(fā)明之目的。圖中示出一種低壓放電燈組件A，尤其是一種具有燈泡B和燈座或殼體C的緊湊型熒光燈組件。
首先，更具體地說明圖1-3的實(shí)施例，這里示出了一種帶有一體化的鎮(zhèn)流器的緊湊型熒光燈。燈泡B為具有第一端部22和第二端部24的細(xì)長管20。正如本領(lǐng)域所公知的，燈泡是與外部環(huán)境密封隔離的，并且含有氣體填充物，此填充物可通過從電源施加并維持電壓而被激勵(lì)至放電狀態(tài)。來自于電極的自由電子由電位差加速，通過碰撞，電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為氣體填充物中的原子的內(nèi)部能量。當(dāng)原子衰減至較低能態(tài)時(shí)，原子的內(nèi)部能量通過輻射耗散。
通常，氣體填充物包括汞和惰性氣體，例如氬氣，它們被氣密封裝在放電管中。電極組件設(shè)置在放電管的封閉端，電引線26和28從密封端向外延伸。引線26和28具有設(shè)置于密封的管內(nèi)的第一部分和位于密封管之外用于與供電電路連接的外部部分。引線與鎮(zhèn)流器或驅(qū)動(dòng)電路40進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接，其具體連接技術(shù)是本領(lǐng)域公知的。
熒光涂層42設(shè)置在放電管的內(nèi)壁上。涂層將由在氬填充氣體中被激勵(lì)的汞添加劑產(chǎn)生的紫外輻射轉(zhuǎn)換成可見光。涂層的具體細(xì)節(jié)也是本領(lǐng)域公知的，因此對(duì)于全面而深入地理解本發(fā)明來說，完全不必在此做進(jìn)一步的討論。
為減小燈組件的總高度，其它解決方案是增加壁負(fù)載，而本發(fā)明與其它方案不同，本發(fā)明是通過向內(nèi)徑向彎曲端部22和24來減小燈的總長度。在本申請(qǐng)的發(fā)明背景技術(shù)部分引用的文獻(xiàn)中，示出了端接放電燈的第一和第二端部的現(xiàn)有方式。具體地講，放電管的腿是沿大致豎直的方向取向的，正如前面所述的，這會(huì)使緊湊型熒光燈的長度延長，導(dǎo)致緊湊型熒光燈可能與常規(guī)臺(tái)燈的燈罩支架尺寸不相容。在此圖中，放電管形成螺旋結(jié)構(gòu)，最好是雙螺旋結(jié)構(gòu)，其中第一和第二端部設(shè)置在成形燈泡的一端上。雙螺旋在預(yù)定長度44上形成連續(xù)的螺旋路徑，它足以提供與100瓦白熾燈等效的流明輸出。
如圖1中所示，放電管在其整個(gè)縱向長度44上具有大體恒定的直徑46。即，放電管圍繞中心或縱向軸48形成雙螺旋。如圖1所示，放電管在每一螺旋中卷繞了1圈，盡管為獲得預(yù)選燈輸出所需的不同燈泡長度可采用更多或更少的圈數(shù)。對(duì)于任何給定的細(xì)管長度和直徑，螺旋結(jié)構(gòu)是最緊湊的結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)于已是緊湊的結(jié)構(gòu)來說，進(jìn)一步減小燈泡的長度或高度的能力變得非常重要。
正如圖2中更清楚地顯示出的，端部22和24中的每一個(gè)分別在區(qū)域52和54處徑向內(nèi)彎。沿直徑方向?qū)χ玫亩瞬坎皇茄永m(xù)大體恒定的直徑的螺旋結(jié)構(gòu)，而是在區(qū)域52和54處徑向內(nèi)彎，以便端部進(jìn)入燈座中的對(duì)應(yīng)開口62和64中。因此，如圖2和3中所示，端部在沿直徑方向?qū)χ玫牟糠稚线M(jìn)入燈座。另外，徑向的彎曲使端部基本上垂直于軸線48。按此方式，作用在燈泡上的大體上平行于軸線48的拉拔力將被有效地通過燈泡在燈座中的徑向安裝來抵擋。甚至可以考慮，如果形成C形槽，開口62可設(shè)計(jì)為由點(diǎn)劃線64和66表示的扣合式結(jié)構(gòu)，以完成繞燈泡端部的外圍連接。這種結(jié)構(gòu)可免除為將燈泡固定至燈座而對(duì)任何粘接劑的需要，或者，如果需要的話，這種結(jié)構(gòu)可與少量的粘接劑相結(jié)合使用。這又可以減小根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造緊湊型熒光燈所需的成本和時(shí)間。
如圖1所示，一對(duì)豎直的壁或板72和74用作鎮(zhèn)流器殼體的上部的側(cè)板。每一板具有徑向開口62、64，開口接收燈泡的向內(nèi)延伸的端部。另外，每一板起到支撐背板作用，以限制相對(duì)腿的繼續(xù)插入超過大致由區(qū)域76、78表示的另一板(圖2)。
圖2中還示出，電極82、84從燈座的壁72、74向外隔開一定距離。這是與放電燈相關(guān)的最高溫區(qū)域。由于燈座常常由塑料形成，因此希望電極離開殼體的距離最大并提供充分的散熱，以與外部環(huán)境形成良好的熱交換。塑料壁本身起到熱屏蔽作用，以阻止由電極產(chǎn)生的熱直接進(jìn)入鎮(zhèn)流器殼體區(qū)域。另外，徑向彎曲的端部設(shè)置在大體水平的方向上且容易被隔離，以防止由電極產(chǎn)生的熱進(jìn)入燈座的鎮(zhèn)流器區(qū)域。
由于燈泡的端部的選位最有利于與外部環(huán)境的熱傳遞，因此放電管端部有益地提供了一個(gè)冷點(diǎn)，這可穩(wěn)定燈中的汞或汞齊的蒸汽壓。
圖1-3的殼體或燈座還設(shè)有一個(gè)小孔92，在燈座的一端上設(shè)有帶外螺紋的護(hù)套94，用于與相應(yīng)的燈具(未示出)的螺紋插口相配合。在小孔和護(hù)套92，94與鎮(zhèn)流器的相關(guān)電路之間建立適當(dāng)?shù)碾娺B接，以便由鎮(zhèn)流器調(diào)整來自于外部電源的功率而使放電燈工作。
圖4-6的實(shí)施例示出本發(fā)明在插入式燈結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。此結(jié)構(gòu)與圖1-3的實(shí)施例非常相似，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的零件，且前面的說明也適用于此實(shí)施例。不過，可以清楚地看出，鎮(zhèn)流器沒有集成在殼體中，而是一個(gè)分離的部件。桿狀接頭100、102和104從燈座上伸出，用于匹配地容納于鎮(zhèn)流器殼體(未示出)中。
在圖7和8的實(shí)施例中，示出了一個(gè)更緊湊的鎮(zhèn)流器殼體，例如采用集成電路的鎮(zhèn)流器殼體?？梢灶A(yù)料，隨著鎮(zhèn)流器技術(shù)的發(fā)展，這種殼體的相對(duì)比例和尺寸將變得越來越小。事實(shí)上，如果鎮(zhèn)流器殼體減小至不大于用于白熾燈中的標(biāo)準(zhǔn)愛迪生(Edison)燈座，則在鎮(zhèn)流器殼體的外殼的徑向端部間進(jìn)行直接連接是可能的。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)殼體的鎮(zhèn)流器區(qū)域和愛迪生型燈座之間的過渡，標(biāo)號(hào)106表示的錐形結(jié)構(gòu)是必要的。
圖9-11的實(shí)施例代表了前述實(shí)施例中采用的構(gòu)思的組合。為便于燈泡連接至燈座，設(shè)置了一對(duì)板72′和74′。另外，這對(duì)板將放電管的端部分隔開，從而以與上述相同的方式提供了有益的熱傳遞之好處。再者，與圖1-3的實(shí)施例相比，燈座的柱形部分或底部區(qū)域110提供了用于容納鎮(zhèn)流器部件的更大區(qū)域，借助于容納燈泡的端部的分隔板，鎮(zhèn)流器部件與燈泡從結(jié)構(gòu)上被分隔開。此外，電極仍是沿徑向置于殼體外部，以使對(duì)燈座的溫度影響減至最小。
根據(jù)上面例舉的技術(shù)方案形成的緊湊型熒光燈在100小時(shí)內(nèi)發(fā)射約1700流明，同時(shí)消耗功率約為24瓦。放電管的平均內(nèi)徑約為10mm，氬氣填充物的壓強(qiáng)為3-4乇。通過使端部徑向內(nèi)彎，并除了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中普遍存在的非必要腿長度，來減小燈組件的總高度，燈泡的總長度約為670mm。
與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，由于燈泡端部徑向安裝至殼體上，而不是形成豎直延伸的腿，因此鎮(zhèn)流器殼體實(shí)質(zhì)上是與燈泡的第一圈的長度相重疊的。這些組合效應(yīng)使燈的高度總體上減小了大約13mm。因此，該緊湊型熒光燈接近于150瓦的白熾燈的輪廓，這樣它便可裝入大多數(shù)臺(tái)燈燈罩支架或反射燈具中。
通過將電極靠近腿彎曲部分設(shè)置，向鎮(zhèn)流器殼體和電子元件輻射熱的主要熱源被設(shè)置得遠(yuǎn)離塑料殼體。這是在不必象現(xiàn)有技術(shù)采用豎直取向腿結(jié)構(gòu)中而必須增加電極的總高度的情況下實(shí)現(xiàn)的。
對(duì)由電極產(chǎn)生的熱的隔離防止了熱直接進(jìn)入鎮(zhèn)流器殼體。這不需在燈泡的端部與鎮(zhèn)流器電路板之間加熱屏蔽即可，而通常的現(xiàn)有解決方案是加熱屏蔽，從而增大了燈的總長度。
將電極與放電管的端部分開還提供了一個(gè)冷點(diǎn)，這可穩(wěn)定汞或汞齊的蒸汽壓。
因此，概括地講，本發(fā)明提供了一種緊湊型熒光燈，其中雙螺旋的兩端設(shè)置于燈的同一端。通過使燈泡的彎部徑向內(nèi)彎而不是豎直向下安裝至燈座上，提供了高度減小的總體燈幾何形狀。另外，這種幾何形狀可同樣地適用于這樣的燈，即，其中燈座與鎮(zhèn)流器部件整體地形成，或者鎮(zhèn)流器容納于一個(gè)分離的殼體中以及殼體可采用多種不同的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明已參照優(yōu)選實(shí)施例得以描述。顯然，在閱讀并理解了此說明書的基礎(chǔ)上，將會(huì)產(chǎn)生其它改進(jìn)，本發(fā)明意欲包括落入所附權(quán)利要求或其等同物的范圍之內(nèi)的全部技術(shù)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種低壓放電燈組件，包括燈泡，它含有可激勵(lì)至充電狀態(tài)的氣態(tài)填充物，此燈泡具有第一和第二端部并形成繞縱向軸卷繞的螺旋形結(jié)構(gòu)；和燈座，它具有第一和第二開口，分別用于容納燈泡的第一和第二端部，第一和第二端部以與縱向軸不平行的方向伸入第一和第二開口，以減小該低壓放電燈的總高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的放電燈，其中，燈泡的第一和第二端部相對(duì)于螺旋結(jié)構(gòu)的縱軸按0至90°之間的一個(gè)角度取向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的放電燈，其中，燈泡的第一和第二端各包括一個(gè)與燈座相分離的電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的放電燈，其中，兩燈泡端部在大體相對(duì)置的周邊側(cè)壁部分處進(jìn)入燈座。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的放電燈，其中，燈泡的第一和第二端部從螺旋結(jié)構(gòu)徑向向內(nèi)彎曲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的放電燈，其中，燈座包括鎮(zhèn)流器部件和位于一端的帶外螺紋的部分，前者用于將氣態(tài)填充物激勵(lì)至放電狀態(tài)，后者用于以螺紋配合方式容納于插口中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的放電燈，其中，燈座包括向外延伸的引線，引線適于容納于相配合的包括用于將氣態(tài)填充物激勵(lì)至放電狀態(tài)的鎮(zhèn)流器部件的插入式插口中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的放電燈，其中，燈泡端部容納于以不在燈軸方向上并形成一定角度的第一和第二開口中，并通常相互對(duì)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的放電燈，其中，開口分別以大致平行于第一和第二壁的方式設(shè)置，這些壁減少了從燈泡端部至燈座的熱傳遞。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的放電燈，其中，第一和第二燈泡端部各包括一個(gè)電極，電極設(shè)置在燈泡中并通過一個(gè)壁與燈座的其余部分隔開。
11.一種固定方法，用于將繞一縱軸卷繞的低壓放電燈的燈泡的第一和第二端部固定至具有第一和第二開口的燈座，該方法包括以下步驟將燈泡的第一和第二端部徑向向內(nèi)朝縱向軸彎曲；和分別通過第一和第二開口插入燈泡的彎曲的第一和第二端部。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低壓放電燈，尤其是一種緊湊型熒光燈，該燈通過為連至燈座而使燈泡的端部徑向向內(nèi)彎曲實(shí)現(xiàn)了總高度的減小。這可有益地使燈泡內(nèi)的電極遠(yuǎn)離燈座。另外，這種安裝結(jié)構(gòu)提供了耐拉拔力特性并省除了用于將燈泡固定至燈座的粘合劑，同時(shí)還提供了改善的熱傳遞性能。
文檔編號(hào)H01J5/50GK1140325SQ9610413
公開日1997年1月15日 申請(qǐng)日期1996年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月31日
發(fā)明者T·F·索爾斯, J·I·巴力, F·F·阿爾格倫, A·L·古巴, E·G·施坦布倫納 申請(qǐng)人:通用電氣公司