发光管以及低压水银灯.pdf

本发明是以保持发光管的小型化和长寿命特性，并且进一步提高灯的效率的低压水银灯为课题而提出的。本发明的低压水银灯具备将玻璃管弯曲而成的发光管。这种发光管形成为双重螺旋形状，在其两端之间的大致中央具有折返部，并且具有从一个端部起一边绕旋转轴旋转一边朝向上述折返部的第1旋转部，以及从上述折返部起一边绕上述旋转轴旋转一边朝向另一个端部的第2旋转部。这种玻璃管的横截面形状成内径为7.4mm的圆形。这种低压水银灯为作为一般60W灯泡替代用的12W品种，正常点亮时的管壁负荷we为0.103cm2。

1.  一种将玻璃管弯曲成螺旋形状而构成的发光管，其特征是，
上述玻璃管是其横截面的内周为大致圆形，内径在5mm以上、9mm以下的范围内，
管壁负荷设定成正常点亮时上述玻璃管的最冷点部位的温度在60℃以上、65℃以下的范围内。

2.  一种将玻璃管弯曲成螺旋形状而构成的发光管，其特征是，
上述玻璃管是其横截面的内周为大致椭圆形，内周的长径在5mm以上、9mm以下的范围内，并且内周的短径为3mm以上，
管壁负荷设定成正常点亮时上述玻璃管的最冷点部位的温度在60℃以上、65℃以下的范围内。

3.  如权利要求1所述的发光管，其特征是，上述管壁负荷设定在0.08W/cm²以上、0.12W/cm²以下的范围内。

4.  如权利要求1所述的发光管，其特征是，上述玻璃管形成为双重螺旋形状，在其两端之间的大致中央具有折返部，并且具有从一个端部起一边绕旋转轴旋转一边朝向上述折返部的第1旋转部，以及从上述折返部起一边绕上述旋转轴旋转一边朝向另一个端部的第2旋转部。

5.  如权利要求3所述的发光管，其特征是，上述玻璃管形成为双重螺旋形状，在其两端之间的大致中央具有折返部，并且具有从一个端部起一边绕旋转轴旋转一边朝向上述折返部的第1旋转部，以及从上述折返部起一边绕上述旋转轴旋转一边朝向另一个端部的第2旋转部。

6.  如权利要求1～5中任一项所述的发光管，其特征是，上述玻璃管形成为其大小收放在最大外径为30mm以上、40mm以下，最大长度为50mm以上、100mm以下的圆筒空间中。

7.  一种低压水银灯，其特征是，具备权利要求1～6中任一项所述的发光管。

发光管以及低压水银灯
技术领域
本发明涉及一种将玻璃管弯曲成螺旋形而构成的发光管以及采用了上述发光管的低压水银灯。
背景技术
为了迎接节能时代，灯的效率提高、寿命长的低压水银灯备受关注。特别是，作为替代一般灯泡的光源，一直在进行小型自镇流荧光灯的探讨。另外，以下将小型自镇流荧光灯称为“灯”，将紧凑型荧光灯等荧光灯区别于小型自镇流荧光灯，称为“荧光灯”。
这种灯具备将玻璃管弯曲而成的发光管，点亮该发光管的点亮电路，以及收放该点亮电路、并且具有灯头的壳体。另外，这种灯是不具有包覆发光管的外真空管的类型。
上述的荧光管中也具有连结多个、例如3个U字形的玻璃管的类型，但近年来，也采用将玻璃板从其大致中央折返、使其两侧旋转的双重螺旋形状的荧光管。这是由于通过将发光管制成双重螺旋形状而能够有效地利用有限的空间，使发光管比使用U字形状的玻璃管的荧光管更小的缘故。另外，作为一般60W灯泡的替代品的灯已小型化到与一般灯泡相同的程度。
另一方面，在采用了双重螺旋形状的发光管的灯中，为了获得与一般灯泡相同的光束而将管壁负荷设定得较高。因此，正常点亮时的玻璃管的最冷点温度高于产生最大光束地最佳温度(以下将该温度称为“最佳的最冷点温度”)，未获得最佳的灯的效率。
因此，在采用了双重螺旋形状的发光管的灯中，例如为了使正常点亮时的最冷点温度接近最佳的最冷点温度，使发光管的前端部膨胀成凸状，增大散热面积。其结果，在一般60W灯泡(光束为810lm)替代用的13W品种中，获得光束约为800lm、灯的效率为62lm/W的值，而且在一般100W(光束为1520lm)替代用的23W品种中，获得光束约为1500lm、灯的效率为65lm/W的值。另外，这些灯的额定寿命时间为6000小时以上。
这样，现有的灯是使发光管的前端部膨胀成凸状，使最冷点温度降低，但是正常点亮时的最冷点温度仍然超过最佳的最冷点温度，很难说改善了灯的效率。
另外，为了降低玻璃管的最冷点温度，例如当减小管壁负荷时，将得不到所希望的光束，而当增大玻璃管的直径时，则发光管将大型化。
发明内容
本发明的第1目的在于提供一种发光管，能够使正常点亮时的玻璃管的最冷点温度和点亮时发出最大光束的最佳的最冷点温度大致相同。
而且，本发明的第2目的在于提供一种低压水银灯，能够不减弱来自发光管的光束，而且不会使发光管大型化，进一步提高灯的效率。
为了达到上述第1目的，本发明的发光管为一种将玻璃管弯曲成螺旋形状而构成的发光管，其特征是，上述玻璃管是其横截面的内周为大致圆形，内径在5mm以上、9mm以下的范围内，管壁负荷设定成正常点亮时上述玻璃管的最冷点部位的温度在60℃以上、65℃以下的范围内。
根据这种结构，能够使正常点亮时的最冷点温度和发出最大光束的最佳的最冷点温度大致相同。因此，能够提高灯的效率，同时延长灯的寿命。
而且，为了达到上述第1目的，本发明的发光管为一种将玻璃管弯曲成螺旋形状而构成的发光管，其特征是，上述玻璃管是其横截面的内周为大致椭圆形，内周的长径在5mm以上、9mm以下的范围内，并且内周的短径为3mm以上，管壁负荷设定成正常点亮时上述玻璃管的最冷点部位的温度在60℃以上、65℃以下的范围内。
根据这种结构，能够使正常点亮时的最冷点温度和发出最大光束的最佳的最冷点温度大致相同。
另外，在上述的发光管中，其特征是，上述管壁负荷设定在0.08W/cm²以上、0.12W/cm²以下的范围内。因此，管壁负荷减小，发光管的寿命延长。
而且，其特征是，玻璃管形成为双重螺旋形状，在其两端之间的大致中央具有折返部，并且具有从一个端部起一边绕旋转轴旋转一边朝向上述折返部的第1旋转部，以及从上述折返部起一边绕上述旋转轴旋转一边朝向另一个端部的第2旋转部。
或者，权利要求3所述的发光管的特征是，玻璃管形成为双重螺旋形状，在其两端之间的大致中央具有折返部，并且具有从一个端部起一边绕旋转轴旋转一边朝向上述折返部的第1旋转部，以及从上述折返部起一边绕上述旋转轴旋转一边朝向另一个端部的第2旋转部。因此，能够有效地利用有限的空间，使发光管小型化。
另外，其特征是，上述玻璃管形成为其大小收放在最大外径为30mm以上、40mm以下，最大长度为50mm以上、100mm以下的圆筒空间中。因此，例如当使这种发光管适用于小型自镇流荧光灯中时，能够比一般灯泡更加小型化，可适用于现有的使用一般灯泡的照明装置中。
为了达到上述第2目的，本发明的低压水银灯的特征是具备上述的发光管。因此，不会减弱来自发光管的光束，而且不会使发光管大型化，能够使正常点亮时的玻璃管的最冷点温度和点亮时发出最大光束的最佳的最冷点温度的大致相同。因此，能够进一步提高灯的效率。
附图说明
图1为表示第1实施方式中切去灯的一部分的整体结构的主视图。
图2(a)为表示第1实施方式中切去发光管的一部分的结构的主视图，图2(b)为发光管的俯视图。
图3为表示发光管产生最大光束时的最佳的最冷点温度和玻璃管的管内径的关系的附图。
图4为表示玻璃管的最冷点温度和管壁负荷的关系的附图。
图5为表示第2实施方式的小型自镇流荧光灯的主视图。
图6为表示变形例中发光管的一部分的主视图。
图7为表示切去了作为低压水银灯的一例的荧光灯的一部分的整体结构的主视图。
具体实施方式
以下，参照附图对使本发明的发光管适用于小型自镇流荧光灯的
实施方式加以说明。
(第1实施方式)
1.关于小型自镇流荧光灯的结构
1)关于整体结构
图1为表示切去了本发明的小型自镇流荧光灯的一部分的整体结构的主视图。这种小型自镇流荧光灯1(以下简称为“灯1”)是作为一般60W灯泡的替代用的12W品种。在此，也将背景技术中说明的一般60W灯泡替代用的13W品种的灯称为(现有的灯)。
灯1如该图所示，具备弯曲成双重螺旋形状的发光管2，点亮该发光管2的点亮电路3，以及收放点亮电路3的壳体4。壳体4在上端具有灯头5，在下端具有保持发光管2的保持架6。
发光管2从壳体4的保持架6向下方(灯头5的相反一侧)延伸，形成发光管2的玻璃管9以其两端9a、9b之间的大致中央的折返部10折返，玻璃管9的两端9a、9b固定安装在保持架6上。
图2为表示切去了发光管2的一部分的结构的主视图。
玻璃管9成双重螺旋形状，其具有从一个端部9a起一边绕旋转轴A旋转一边朝向下方的折返部10的第1旋转部11a，以及从折返部10起一边绕相同的旋转轴A旋转一边朝向另一个端部9b的第2旋转部11b。第1和第2旋转部11a、11b两者配合地绕旋转轴A大致5周。
另外，如上所述，将玻璃管9绕旋转轴A旋转的状态以其圈数例如称为“5圈”。而且，玻璃管9中的第1和第2旋转部11a、11b以规定的角度α(以下将该角度称为“螺旋角度”)相对于水平方向(相对于旋转轴A正交的方向)倾斜，绕旋转轴A旋转。
在此，选择双重螺旋形状作为发光管2的形状的理由是，螺旋形状的发光管与由U形的玻璃管构成发光管相比能够有效地利用有限的空间，例如能够加长发光管内的电极之间的距离，或者使发光管2整体小型化。
在玻璃管9的两端部9a、9b上封装有电极7、8。该电极7、8是钨制的灯丝线圈7c、8c由一对引线7a、7b、8a、8b架持，同时一对引线7a、7b、8a、8b被临时固定(焊珠固定方式)。
在电极7、8被插入成灯丝线圈7c、8c靠近玻璃管9的端部的状态下，一对引线7a、7b、8a、8b封装在玻璃管9中。另外，通过这种封装保持了玻璃管9内的气密性。
在这种被气密封的玻璃管9内，以单体形态封入约3mg的水银，而且以300Pa封入氩、氖气体作为缓冲气体。另外，在玻璃管9的内表面上涂敷有稀土类的荧光体12。在此使用的荧光体12是混合了发红、绿、篮光的三种Y₂O₃:Eu、LaPO₄:Ce₂Tb和BaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu、Mn荧光体的荧光体。另外，在发光管2的前端部、即折返部10上形成点亮时温度最低的最冷点部位13。
返回到图1，在保持架6的背面上安装有基板16，其上安装用于使发光管2点亮的电气部件17。另外，点亮电路3由这些电气部件17构成。这种点亮电路3为串连变换器方式，其电路效率为91％。
壳体4为合成树脂制，如图1所示，成下部具有开口部的锥状。保持架6堵住壳体4的开口部，点亮电路3一侧成为壳体4内的里侧，在这种状态下，保持架6的周缘部通过粘接剂、螺钉等适当的安装手段安装在壳体4的周壁上。
壳体4上部的灯头5采用拧入式的灯头，例如E26型或E17型。另外，在图1中，省略了关于发光管2和点亮电路3的电连接以及灯头5和点亮电路3的电连接的图示。在此，使灯1的全长、即从壳体4的灯头5的端部到发光管2的前端部的长度为灯长L0，发光管2的外径为Φ0。
2)关于具体的结构
对本实施方式的具体的结构加以说明。
形成发光管2的玻璃管9如图2所示，其管内径Φi为7.4mm，管外径Φo为9.0mm。发光管2形成为大致5周的双重螺旋形状，即两电极7、8之间的距离(以下称为电极间距离)为450mm、玻璃管2绕旋转轴A旋转大致5周。
发光管2的外观直径Φt为37mm，长度Lt为60mm。这种发光管2的大小与以往的13W品种的灯的发光管(外径Φ0为45mm、长度Lt为70mm)相比，减小到外径为8mm、长度为10mm。另外，发光管2的长度Lt为发光管2与旋转轴A平行的方向上的长度。
玻璃管9的折返部10和在该折返部10折返的位于最下位的第1和第2旋转部11a、11b之间的间隙S如图2(b)所示，由于玻璃管9的管外径Φi为9.0mm，所以是5mm。因此，在发光管2的俯视图中，不发光的部分(间隙部分)的面积相对于发光的部分(两旋转部11a、11b和折返部10)的面积的比例减小，发光分布大致均匀，同时来自发光管2的下端部的照度、即所谓正下方照度增大。
灯1如图1所示，其灯长LO为105mm，相对于一般的60W灯泡的灯长L0为110mm，灯长缩短了5mm，比一般的60W灯泡更短。
以下，对上述结构的灯1的性能加以说明。
以灯头5朝上的状态点亮额定灯输入为12W的灯1(以下简称为灯头朝上点亮)时(此时管壁负荷为0.103W/cm²)，分别获得了光束为893lm，灯的效率为74.2lm/W。
这种光束的值与现有的灯中光束为800lm相比，约为其1.1倍，灯的效率与以往的灯中灯的效率为621lm/W相比，约为其1.2倍。同时，获得了额定寿命时间为10550小时、大大超过6000小时的结果。另外，作为参考，上述条件下点亮的灯1中玻璃管9的最冷点部位的温度为62℃。
2.探讨内容
本发明者考虑到了在以往的灯中，由于正常点亮时的玻璃管的最冷点温度高于最佳的最冷点温度，所以如果能够将正常点亮时的最冷点温度降低到最佳的最冷点温度，则灯的效率提高。即，进行了使正常点亮时的最冷点温度降低的方式的探讨。
1)玻璃管的管内径和温度的关系
发明者使玻璃管9的管内径Φi从5mm变化到12mm，测定了在其管内径Φi下发出最大光束的最佳的最冷点温度T₁。具体地说，制作出安装采用了管内径Φi以1mm的间距从5mm增大到12mm的玻璃管9的发光管2的灯1，用这些灯1测定了最佳的最冷点温度T₁。
测定方法是将灯1设置在可进行温度控制的恒温槽内，使发光管2内的水银蒸气压变化。具体地说，为了使发光管2内的水银蒸气压变化而使恒温槽内的温度变化，测定了发光管2发出最大光束时的最冷点部位的温度(最冷点温度T₁)。
在此，使管内径Φi在5mm到12mm的范围内变化是由于当管内径Φi小于5mm时，难以将灯丝线圈7c、8c插入玻璃管9的端部内，而且当管内径Φi大于12mm时，发光管2整体增大，灯1将大型化的缘故。
上述的测定结果示于图3。如该图所示可知，随着玻璃管9的管内径Φi减小，最佳的最冷点温度T₁提高。
在此，由温度限定玻璃管9的管内径Φi中发出最大光束的条件的理由是由于灯1能够发出最大光束的条件由发光管2内的水银蒸气压、即温度决定的缘故。其中，发光管2内的水银蒸气压在最佳值之前随着蒸气压的上升光束也增加，但当超过了最佳值时，则即使蒸气压上升，光束也降低。这是由于当放电空间内的水银原子过于增加时，从某一水银原子放出的紫外射线被其他的水银原子吸收的缘故。
2)最冷点温度和管壁负荷的关系
根据上述的管内径Φi和最佳的最冷点温度T₁的结果，若使灯1正常点亮时的玻璃管9的最冷点温度、具体地为上述最佳的最冷点温度T₁，则灯的效率必定提高。因此，采用管内径Φi为从5mm到9mm的发光管2，使其正常点亮时的最冷点温度为60℃～65℃即可。
使管内径Φi的范围为9mm以下是由于可实现发光管2的小型化、同时与其管内径Φi为12mm的情况相比，可在实现发光管2的小型化的同时加长相同容积内的电极间距离，灯的设计自由度扩大的缘故。
然后，对正常点亮时的玻璃管9的最冷点温度和管壁负荷we的关系进行了调查。测定采用的发光管2是采用管内径Φi为5.0mm、6.0mm、7.4mm、以及9.0mm4种玻璃管9形成的，关于各管内径Φi，试制了改变电极间距离Le，以低于现有的灯1～2W的12W和21W两种灯的输入值，测定了电源电压为100V、灯头朝上点亮时的最冷点温度T₂。
另外，在此测定管壁负荷we是由于上述最冷点温度T₂由管壁负荷we限定的缘故，该管壁负荷we为用发光管2内周面的表面积π×Φi×Le去除发光管输入值的值。在此，发光管输入值是额定的灯输入值(例如12W)乘以点亮电路3的电路效率(0.91)算出的。
这些测定结果示于图4。如该图所示，玻璃管9的各管内径Φi中最冷点温度为60℃～65℃的管壁负荷we的范围为0.08W/cm²～0.12W/cm²。因而可知，在采用了管内径Φi为5mm～9mm的发光管2的情况下，将管壁负荷we设定为0.08W/cm²～0.12W/cm²即可。
另外，还可以确认，通过以上述范围(0.08W/cm²～0.12W/cm²)的管壁负荷we点亮灯1，比以往的管壁负荷(0.139W/cm²～0.165W/cm²)要小，灯1的寿命特性也获得改善，能够保证额定寿命时间60000小时以上的长寿命。
3)总结
根据以上的探讨，对本实施方式的灯1的结构进行总结时，在管内径Φi为5.0mm以上、9.0mm以下的范围内，当将管壁负荷we设定在0.08W/cm²以上、0.12W/cm²以下的范围内时，正常点亮时的玻璃管9的最冷点温度T₂和发光管2发出最大光束时的最佳的最冷点温度T₁大致一致，能够获得灯的效率非常高的灯1。
特别是，作为一般60W灯泡的替代例，在上述说明的灯1中，与以往的灯相比，灯的效率提高了20％(62lm/W→74.2lm/W)，并且光束也提高了93lm(800lm→893lm)。当然，灯1的大小也能够比以往的13W品种的灯更加小型化。
(第2实施方式)
在上述第1实施方式中，例示出使本发明适用于替代一般60W灯泡的12W品种中的例子，但在第2实施方式中，是适用于替代一般100W灯泡的21W品种。另外，在本第2实施方式中，将背景技术中说明的替代一般100W灯泡的23W品种称为(现有的灯)。
图5为表示切去了第2实施方式的小型自镇流荧光灯的一部分的整体结构的主视图。
本第2实施方式中灯31的基本结构与第1实施方式相同，结构的不同之处在于，由于是替代一般100W灯泡，所以额定的灯输入从12W增大到21W，并且为了获得与一般100W灯泡大致相同的光束，加长了发光管32的电极间距离。因此，发光管32的双重螺旋形状从第1实施方式的5圈变成7圈。另外，点亮电路33也与额定的灯输入从12W增大到21W对应地改变。
而且，在本第2实施方式中，玻璃管9的管内径Φi由于与第1实施方式相同的理由而限定在5.0mm以上、9.0mm以下的范围内，管壁负荷we限定在0.8W/cm²～0.12W/cm²的范围内。
1)具体的结构
发光管32是玻璃管39的管内径Φi为7.4mm，管外径Φo为9.0mm，电极间距离为640mm。而且，玻璃管39形成为7圈的螺旋形状，发光管32的大小是直径Φo为37mm，长度为85mm。另一方面，灯31的全长Lo为123mm。
这些尺寸与以往的灯(灯长Lo：150mm)相比，灯长Lo减小了27mm，即本第2实施方式的灯31比以往的灯更加小型化。
以下，对上述结构的灯31的性能加以说明。
首先，在额定灯输入为12W地以灯头朝上点亮时(此时管壁负荷为0.103W/cm²)，分别获得了光束为1660lm，灯的效率为75.5lm/W。
这种光束与现有的灯中光束为1500lm相比，约为其1.1倍，灯的效率与以往的灯中灯的效率为65lm/W相比，约为其1.2倍。同时，获得了额定寿命时间为9850小时、大大超过6000小时的结果。另外，作为参考，上述条件下点亮的灯31中玻璃管39的最冷点部位的温度为63℃。
(变形例)
以上基于各实施方式对本发明进行了说明，但本发明的内容当然并不仅限于上述的各实施方式中所示的具体例子，例如可实施以下的变形例。
1.关于发光管的外观形状
在上述的各实施方式中，玻璃管形成为发光管的俯视形状为大致圆形，但也可以例如形成为发光管的俯视形状为大致椭圆形。其中，在制成这种椭圆形状的情况下，要使用将玻璃管形成为双重螺旋形状的成形模具为能够分割的分型模。
而且，在各实施方式中，发光管是形成为双重螺旋形状，但例如也可以是从折返部到一个端部为绕旋转轴旋转的单重螺旋形状。
2.关于发光管的管形状
在上述的各实施方式中，玻璃管横截面的内周面为圆形，但也可以是非圆形。作为这种非圆形的例子，有图6所示的椭圆形。另外，除了椭圆形之外，“く”字形、扇形等也能够实施。
当使玻璃管49的横截面形状为椭圆形时，例如与直径和椭圆的长径相同的圆形截面相比，能够在短径一侧缩短从横截面的中心到管壁的距离。因此，从水银原子放出的紫外放射被其他水银原子吸收的比例降低，光束相应地增加，获得进一步改善的灯的效率。
另外，在截面形状为圆形，管内径Φi小于5mm时，虽然灯丝线圈向玻璃管的端部内插入困难，但当使玻璃管的截面形状为椭圆时，若管内周的长径为5mm以上，短径为3mm以上，则灯丝线圈的插入设置成为可能。另外，在从玻璃管的管轴观察两实施方式中使用的电极的灯丝线圈时的大小为5mm×3mm左右。
而且，在截面形状为圆形的玻璃管的直径和截面形状为椭圆形的玻璃管49的长径相同的情况下，制成椭圆形的发光管42能够加长电极间的距离。即，在该椭圆形中，如图6所示，使与旋转轴方向(参照图2)大致平行的方向(正确地说为相对于旋转轴倾斜螺旋角度的方向)为长径D2，而且使与旋转轴大致正交的方向(正确地说为相对于正交于旋转轴的方向倾斜螺旋角度的方向)为短径D1。这样，在横截面为圆形的玻璃管的直径和长径D2相同的情况下，绕旋转轴旋转的各发光管中旋转轴一侧的内周是截面形状为椭圆形的位于外侧(从旋转轴离开的方向)。
3.关于低压水银灯
在上述的各实施方式中，作为低压水银灯，对小型自镇流荧光灯进行了说明，但本发明的低压水银灯并不仅限于小型自镇流荧光灯。例如，也可以是紧凑型荧光灯等荧光灯，并且还可以是在构成发光管的玻璃管的内表面上未涂敷荧光体。
图7为表示除去了作为低压水银灯的一例的荧光灯的一部分的整体结构的主视图。
荧光灯51如图7所示，具备将玻璃管59在折返部59C折返、使其两侧绕旋转轴(未图示)旋转的双重螺旋形状的发光管52，保持该发光管52的保持部件53，以及安装在该保持部件53上与上述发光管52相反一侧上的单灯头54。
发光管52为与上述第1实施方式中说明的发光管相同的结构。
保持部件53具备保持玻璃管59的端部59a、59b的保持架56，以及安装在该保持架56的周缘上的壳体55。单灯头54在此利用了GX24q型，但也可以为其他的形状，例如GX10等灯头。
工业上的可应用性
本发明的发光管可适用于小型、灯的性能优良的低压水银灯中，而且本发明的低压水银灯可作为小型、灯的性能优良的光源使用。