專利名稱：閉環(huán)管燈管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無電極低壓光源，更具體地說，涉及閉環(huán)管燈管以及閉環(huán)管燈管的制造方法。
1970年3月10頒發(fā)給Andersond的美國專利No.3,500,118、1976年10月19頒發(fā)給Andersond的美國專利No.3,987,334以及Anderson發(fā)表于Illuminating Engineering，April，1969，pp.236-244公開了無電極熒光燈。無電極電感耦合燈，正如這些參考文獻(xiàn)所公開的，包括在構(gòu)成連續(xù)的閉合電通路的放電管內(nèi)的低壓汞/緩沖氣體放電。放電管的通路通過一個(gè)或多個(gè)環(huán)形鐵氧體磁心的中心，使得放電管變成變壓器的次級線圈。電力通過將正弦電壓加在幾圈繞在環(huán)繞放電管的環(huán)形磁心上的線圈而耦合到放電部分上。通過初級線圈的電流產(chǎn)生時(shí)變磁通，后者沿著放電管感應(yīng)產(chǎn)生維持放電的電壓。放電管內(nèi)表面敷以磷，后者在被激發(fā)的汞原子發(fā)射的光子照射下發(fā)出可見光。Anderson所描述的燈參數(shù)產(chǎn)生的燈，磁心損耗高，因而效率極低。另外，Anderson燈由于變壓器磁心所用的鐵氧體材料，太重，不實(shí)用。
1996年3月27日提交的美國專利申請書申請?zhí)朜o.08/624.043公開了一種高效無電極燈裝置。所公開的燈裝置包括無電極燈，后者包括內(nèi)裝汞蒸汽和緩中氣體，壓力低于約0.5乇的閉環(huán)管燈管；環(huán)繞燈管的變壓器磁心；磁心上的輸入繞組；以及耦合到輸入繞組的射頻電源。射頻電源向汞蒸汽和緩沖氣體提供足夠的射頻能量，使燈管內(nèi)的放電電流等于或大于約2安培。所公開的燈裝置同時(shí)達(dá)到比較高的流明輸出、高功效和高的軸向流明密度，這使它成為傳統(tǒng)的極高輸出(VHO)熒光燈和高亮度、高壓放電燈的有吸引力的替代品。
上述類型的無電極燈要使用閉環(huán)管燈管。該燈管是空心的，并形成閉環(huán)，但可以具有各種不同的外形。上述專利No.3,500,118公開一種橢圓型燈管。上述專利No.3,987,334公開一種具有用來放置鐵氧體的收縮部分的環(huán)形燈管。日本專利No.7-94152公開各種外形的無電極燈管，其中兩半在兩處結(jié)合形成一個(gè)環(huán)。
就申請人所知，先有技術(shù)并未公開一種適宜于自動化生產(chǎn)的制造閉環(huán)管燈管的方法。和其制造工藝一樣，這種閉環(huán)管燈管的所有已知的外形都是非常獨(dú)特的。結(jié)果，燈的制造設(shè)備昂貴又不靈活。利用一條生產(chǎn)線不能適應(yīng)不同的玻璃和燈的尺寸以及各種外形。例如，上述日本專利文獻(xiàn)No.7-94152公開將成形后的玻璃管相鄰端連接起來的方法。這種方法在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下是可行的，但在生產(chǎn)環(huán)境下則非常昂貴，不實(shí)用。
按照本發(fā)明，提供一種制造閉環(huán)管燈管的方法。在透光管的一端形成半球形。在半球上模制形成凸泡，在模制出的凸泡中形成一個(gè)孔。接著，在透光管的另一端形成半球形。在半球上模制形成凸泡，在模制出的凸泡中形成第二個(gè)孔。每個(gè)模制的凸泡都包括一個(gè)把各個(gè)孔圍起來的凸緣。第二根管用同樣方法處理。將第一和第二根管端部的凸緣融合在一起，形成密封的閉環(huán)管燈管。當(dāng)把該燈管用在熒光光源時(shí)，第一和第二根管的內(nèi)表面均敷以磷材料。
可以在一處或多處使透光管彎曲，以形成要求的燈管形狀。玻璃管端部的凸緣形成匹配的半橋接部分，用來把第一和第二根管連接起來。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種連接玻璃管的方法。該方法包括以下步驟在第一根玻璃管的一端形成半球，在該半球上模制出具有凸緣的凸泡，在模制的凸泡上形成孔。該孔由凸緣圍成。用同樣方法處理第二根玻璃管。在凸緣處把第一和第二根玻璃管連接起來，形成第一和第二根玻璃管之間的密封連接。
按照本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種用來處理連接到另一根玻璃管的玻璃管的方法。該方法包括以下步驟在一根玻璃管的一端形成半球，在該半球上模制出具有凸緣的凸泡，在模制的凸泡上形成孔。該孔由凸緣圍成。該凸緣適合于連接到具有同樣結(jié)構(gòu)的另一根玻璃管上。
按照本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種閉環(huán)管燈管。第一根透光管在其相對兩端形成第一和第二半球。第一根管的第一和第二半球包括分別圍成第一和第二孔的第一和第二凸緣。第二根透光管在其相對兩端形成第三和第四半球。第二根管的第三和第四半球包括分別圍成第三和第四孔的第三和第四凸緣。把第一和第三凸緣連接起來，并把第二和第四凸緣連接起來，使第一和第二根管形成閉環(huán)管燈管。在最佳實(shí)施例中，第一和第二根管具有直的部分，并借助于匹配的半橋接部分連接起來。
參照包括在此作為參考的附圖，對本發(fā)明會有更好的理解。附圖中

圖1-4舉例說明按本發(fā)明預(yù)制用來連接到另一根玻璃管的玻璃管的工藝步驟；圖5舉例說明按本發(fā)明將兩根玻璃管連接起來的方法；圖6和7舉例說明按本發(fā)明的工藝制造的閉環(huán)管燈管；圖8舉例說明用在無電極熒光燈上的閉環(huán)管燈管的一個(gè)最佳實(shí)施例；圖9是舉例說明按本發(fā)明的閉環(huán)管燈管制造工藝的流程圖；圖10A-10K舉例說明在圖9的各工藝步驟之后的玻璃管。
生產(chǎn)閉環(huán)空心管燈管的方法是對各管段進(jìn)行成形和處理，然后在輪廓清晰的密封面上把它們?nèi)诤显谝黄?。該工藝一般都涉及兩個(gè)管段的預(yù)制，但并不限于兩個(gè)管段。按嚴(yán)格的配合公差加工各管段，以保證密封面匹配。最后的燈管必須可靠地密封，必須比較堅(jiān)固，而且必須具有長的使用壽命?？稍佻F(xiàn)性和高的工藝產(chǎn)量取決于準(zhǔn)備連接在一起的管段之間的良好匹配。
現(xiàn)參照圖1-4描述在準(zhǔn)備將一根玻璃管與另一個(gè)玻璃管連接時(shí)玻璃管的預(yù)制過程。這個(gè)過程從具有所要求的直徑、壁厚和成分的直玻璃管10開始。如圖2所示，在玻璃管10的一端形成半球12。半球12可以通過把玻璃管放在機(jī)床上，在要形成半球的區(qū)域加熱玻璃管，旋轉(zhuǎn)玻璃管，把玻璃管的兩端拉開而形成。對于本專業(yè)的技術(shù)人員來說，形成半球12的自動化技術(shù)是眾所周知的。半球最好呈半球形，其直徑等于玻璃管10的直徑。半球12將玻璃管10的一端封閉。
如圖3所示，形成半球12是為了形成有凸緣的孔的先體?？梢岳弥T如吹模法等模制方法形成半球12以形成凸泡20。凸泡20包括具有封閉端24的凸緣22。凸泡20可以通過加熱半球12，給玻璃管10的內(nèi)部加壓，將半球12的一部分壓入具有凸泡20形狀的模具(未示出)內(nèi)來形成。所述模具限定了凸泡20的外部尺寸和形狀。凸緣22的壁厚決定于半球12的厚度，一般與玻璃管10的壁厚大致相同。
如圖4所示，將凸泡20的封閉端去掉，以形成由凸緣22圍成的孔26。在最佳實(shí)施例中，通過用火焰切割凸泡20來形成孔26。凸緣22最好包括圓柱形壁，并圍成圓形的孔?？?6的凸緣22可以在半球12的任何需要的位置上形成。為了保證形成圓形的凸緣，凸泡20必須整個(gè)位于半球12上。確定孔26的位置的自由度取決于孔26的要求尺寸。小孔比大孔可以位于所述半球上更大的立體角范圍內(nèi)。但無論如何，示于圖1-4并在上文中描述的該過程，在孔26的尺寸和位置上以及它對于玻璃管10中心軸的取向上提供了靈活性。因?yàn)橥咕?2是模制的，所以它的外形和尺寸很好控制。
利用本發(fā)明的程序進(jìn)行的兩個(gè)玻璃管的連接過程示于圖5。用與上述玻璃管10的同樣方法處理具有半球32和凸緣36的玻璃管30。作為形成凸緣用的模制方法的結(jié)果，凸緣22和36具有相同的直徑，其配合公差最好在約0.2-0.3mm范圍內(nèi)，和相同的壁厚。將凸緣22和36對準(zhǔn)，其配合公差在幾度范圍內(nèi)，然后溶化在一起，形成密封接頭40。因?yàn)橥咕?2和36是用同一個(gè)模具成形的，所以它們是精密配合的，使管子10和30之間有可能精確地融合和密封。管子10和30一般都具有相同的直徑和壁厚。但是，利用本發(fā)明的工藝方法，也可以連接不同尺寸的管子。主要要求是，凸緣22和36充分匹配，使它們能融合在一起。像先有技術(shù)已知的那樣，融合凸緣22和36的方法是加熱這些元件至溶化狀態(tài)，然后把它們壓在一起。
圖1-4所示并如上所述的工藝是在一端形成了半球的直玻璃管上進(jìn)行的。在許多情況下，可能要求在靠近半球12的地方彎曲玻璃管，例如，令凸緣22的平面的取向與玻璃管10的軸向平行。如后所述，圖1-4的工藝在兩個(gè)玻璃管的兩端進(jìn)行，并將兩個(gè)玻璃管連接在一起，形成閉環(huán)管燈管。利用所公開的工藝和不同的管子形狀和尺寸，可以制造出各種各樣的燈型。所公開的程序使極其靈活的制造工藝成為可能，對這種制造工藝稍作改變即能處理不同的形狀和尺寸。按照本發(fā)明制造的閉環(huán)空心管燈管的例子示于圖6和7。在圖6中，燈管50是將玻璃管52和54結(jié)合而形成的。在玻璃管52中，凸緣56在玻璃管52一端的半球58上形成，而凸緣60在玻璃管52另一端的半球62上形成。類似地，凸緣66在玻璃管54一端的半球68上形成，而凸緣70在玻璃管54另一端的半球72上形成。每一個(gè)玻璃管52和54在端部附近加工成形，使之能形成閉環(huán)管燈管，并形成要求的形狀。玻璃管52的凸緣56和玻璃管54的凸緣70在接頭76處連接，而玻璃管52的凸緣60和玻璃管54的凸緣66在接頭78連接，形成密封的閉環(huán)管燈管50。
形狀不同于燈管50但用同一方法制造的燈管90示于圖7。如上所述，制造具有凸緣94和96的玻璃管92，并且制造具有凸緣102和104的玻璃管100。在接頭110處將凸緣96融合到凸緣104，而在接頭112處將凸緣94融合到凸緣102，從而形成密封的閉環(huán)燈管90。無電極光源用的燈管120的最佳結(jié)構(gòu)示于圖8。燈管120包括玻璃管122和124，后者通過橋接部分126和128在接近每一端頭處連接，形成一個(gè)閉環(huán)。橋接部分126和128由玻璃管122和124上的整體半橋接部分形成。玻璃管122和124的直線部分是彼此平行而又彼此隔開的。玻璃管122和124在接頭130和132處融合，形成具有閉環(huán)放電通路的密封燈管。在最佳實(shí)施例中，管子122和124外徑5.0cm，除了橋接部分126和128外彼此隔開2.8cm。燈管總長度，不包括排氣管，為40.0cm。橋接部分126和128外徑為3.4cm。
現(xiàn)參照圖9和圖10A-10K描述圖8所示類型的閉環(huán)空心燈管的制造過程。顯然，這種工藝普遍地適用于各種形狀和尺寸的閉環(huán)空心管燈管的制造。在步驟200將玻璃管300(圖10A)切成要求的長度。在步驟202在管300的第一端形成半球302(圖10B)。在步驟204，如圖10C的304所示，將管300的半球端彎曲至與管軸線成45°角。利用吹模法模制第一半球302，以便在步驟206形成凸泡306(圖10D)。在步驟208，將凸泡打開，形成由凸緣310圍成的孔308(圖10E)。接著，在步驟210，在管子300的第二端形成半球320(圖10F)。在步驟212，如圖10G的322所示，將管子300彎曲至與管軸線成45°角。在步驟214，用吹膜法將管子300的第二端加工成凸泡324(圖10H)。在步驟216，將凸泡324打開，形成由凸緣328圍成的孔326(圖10I)。在步驟218，當(dāng)該燈管用于熒光燈時(shí)，玻璃管300的內(nèi)表面敷以磷材料。更具體地說，燈管可以在內(nèi)部敷以氧化鋁的阻擋涂層。阻擋涂層用爐烘干之后，正如先有技術(shù)已知的，燈管敷以3500K三磷共混聚合物、烘干并燒固。在靠近凸緣310和328，要進(jìn)行玻璃密封的區(qū)域，從管子300的敞開端擦除磷涂層。接著在步驟220，對第二根玻璃管340(圖10K)重復(fù)步驟200至218。每一根玻璃管的每一端都有半橋接部分。在兩個(gè)或其中一個(gè)成形了的玻璃管上可以連接一個(gè)或多個(gè)排氣管334(圖10J)。在步驟224，在熔接機(jī)上，把兩根已成形的玻璃管300和340在其匹配的凸緣處熔接在一起，形成閉環(huán)燈管(圖10K)。
燈的排氣工藝過程類似于其他氣體熒光燈所采用的。在爐子中加熱對玻璃和磷除氣，對燈管進(jìn)行反復(fù)循環(huán)的惰性氣體沖洗和抽真空。最后的填充氣體，可以是氪，最好在0.2乇的壓力下引入。按投配量引入汞和汞齊，將排氣管334封口便如圖8所示得到完工的燈管。
半橋接部分之間的精確間距和它們的切開端的同平面度對玻璃管密封在一起的能力是極其關(guān)鍵的。半橋接部分上的凸緣的對齊的配合公差應(yīng)在0.2至0.3mm以內(nèi)，而同平面度配合公差應(yīng)在幾度以內(nèi)。玻璃管相對兩端最好應(yīng)同時(shí)密封。
雖然已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的最佳實(shí)施例，但對于本專業(yè)的技術(shù)人員來說，在不脫離后附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的范圍的情況下，顯然可以進(jìn)行各種各樣的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種制造閉環(huán)管燈管的方法，其特征在于包括a)在第一管的一端形成第一半球；b)在所述第一半球上模制第一凸泡，所述第一模制凸泡具有第一凸緣；c)在所述第一模制凸泡內(nèi)形成第一孔，所述第一孔由所述第一凸緣圍成；d)在所述第一管的另一端形成第二半球；e)在所述第二半球上模制第二凸泡，所述第二模制凸泡具有第二凸緣；f)在所述第二模制凸泡內(nèi)形成第二孔，所述第二孔由所述第二凸緣圍成；g)通過對第二管執(zhí)行步驟a)-f)來處理第二管；h)在所述第一凸緣和所述第二凸緣處把所述第一管和第二個(gè)連接起來，從而形成密封的閉環(huán)燈管。
2.權(quán)利要求1所定義的方法，其特征在于它還包括彎曲所述第一管和所述第二管以使所述燈管具有要求的形狀。
3.權(quán)利要求2所定義的方法，其特征在于彎曲所述第一管和所述第二管，包括在靠近各自半球處彎曲所述第一和第二管，以使所述第一和第二管各包括筆直的部分和在各端的半橋接部分。
4.權(quán)利要求1所定義的方法，其特征在于形成第一孔和形成第二孔的步驟包括形成基本上圓形的孔。
5.權(quán)利要求1所定義的方法，其特征在于形成第一孔和形成第二孔的步驟各自包括火焰切割所述第一和第二孔的步驟。
6.權(quán)利要求1所定義的方法，其特征在于所述模制第一凸泡和模制第二凸泡的步驟各自包括吹模工藝。
7.權(quán)利要求1所定義的方法，其特征在于所述模制第一凸泡和模制第二凸泡的步驟各自包括對所述管內(nèi)部加壓以迫使所述半球進(jìn)入模具的過程。
8.權(quán)利要求1所定義的方法，其特征在于它還包括對所述第一管和第二管內(nèi)表面敷以磷材料涂層的步驟。
9.權(quán)利要求8所定義的方法，其特征在于它還包括在連接所述第一和第二管之前從所述第一和第二管的所述第一和第二凸緣除去磷材料的步驟。
10.權(quán)利要求1所定義的方法，其特征在于它還包括把至少一根排氣管連接到所述第一管，以便對所述燈管抽真空和充氣的步驟。
11.一種連接玻璃管的方法，其特征在于包括下列步驟a)在第一玻璃管的一端形成半球；b)在所述半球上模制凸泡，所述模制的凸泡具有凸緣；c)在所述模制的凸泡內(nèi)形成孔，所述孔由所述凸緣圍成；d)通過對第二玻璃管執(zhí)行步驟a)-c)來處理第二玻璃管；e)在所述凸緣處在所述第一和第二玻璃管之間形成密封連接。
12.權(quán)利要求11所定義的方法，其特征在于它還包括在靠近所述半球處彎曲所述第一玻璃管的一部分的步驟。
13.權(quán)利要求11所定義的方法，其特征在于形成孔的步驟包括火焰切割所述孔的步驟。
14.權(quán)利要求11所定義的方法，其特征在于所述模制凸泡的步驟包括吹模工藝。
15.一種處理連接到另一玻璃管的玻璃管的方法，其特征在于包括下列步驟a)在玻璃管的一端形成半球；b)在所述半球上模制凸泡，所述模制的凸泡具有凸緣；以及c)在所述模制的凸泡內(nèi)形成孔，所述孔由所述凸緣圍成，其中所述凸緣適合于連接到另一玻璃管。
16.權(quán)利要求15所定義的處理玻璃管的方法，其特征在于還包括彎曲所述玻璃管的步驟。
17.權(quán)利要求15所定義的處理玻璃管的方法，其特征在于形成所述孔的步驟包括火焰切割所述孔的步驟。
18.權(quán)利要求15所定義的處理玻璃管的方法，其特征在于所述模制凸泡的步驟包括吹模工藝。
19.一種閉環(huán)管燈管，其特征在于包括其相反兩端具有第一和第二半球的第一透光管，所述第一管的第一和第二半球包括分別圍成第一和第二孔的第一和第二凸緣；以及其相反兩端具有第三和第四半球的第二透光管，所述第二管的第三和第四半球包括分別圍成第三和第四孔的第三和第四凸緣，將所述第一和第三凸緣連接起來，所述第二和第四凸緣連接起來，從而使所述第一和第二管形成密封的閉環(huán)管燈管。
20.權(quán)利要求19所定義的閉環(huán)管燈管，其特征在于所述第一和第二管各包括具有縱軸的直的部分，其中所述第一和第三凸緣形成匹配的半橋接部分，用來在一端的附近連接所述第一和第二管的直的部分，而其中所述第二和第四凸緣形成匹配的半橋接部分，用來在另一端的附近連接所述第一和第二管的直的部分。
21.權(quán)利要求19所定義的閉環(huán)管燈管，其特征在于還包括在所述第一和第二管內(nèi)表面涂敷磷涂層。
全文摘要
公開了一種閉環(huán)管燈管及制造閉環(huán)管燈管的方法。在一根透光管的一端形成半球。在該半球上形成凸泡,在該凸泡內(nèi)形成孔。接著,在該透光管的另一端形成半球。在該半球上形成凸泡,在該凸泡內(nèi)形成第二孔。每個(gè)模制的凸泡都包括凸緣,后者圍成各個(gè)孔。用同樣的方法處理第二根管子。將該第一和第二管末端的各個(gè)凸緣熔合在一起,形成密封的閉環(huán)管燈管。可以彎曲每個(gè)管,使燈管具有要求的形狀。凸緣的模制工藝確保了密封面的匹配。
文檔編號H01J9/22GK1173606SQ97113440
公開日1998年2月18日 申請日期1997年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月22日
發(fā)明者D·C·文茲爾, G·扎斯拉維斯基, J·V·利馬 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司