CN103107062B - 水晶吊灯使用的带罩节能荧光灯及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种水晶吊灯使用的带罩节能荧光灯及其制造方法。所述的水晶吊灯使用的带罩节能荧光灯包括：灯头(11)、与所述灯头(11)连接的上盖(12)、包括在所述上盖(12)中的控制电路板(13)、灯管(140)、灯罩(15)以及将灯罩(15)和上盖(12)密闭连接的连接装置(16)，其特征在于，所述的灯管(140)包括直管部分(141)和螺旋管部分(142)，所述的直管部分(141)包括封置在内部的阴极，而所述螺旋管部分(142)是单螺旋状，其中所述直管部分(141)的直径大于所述螺旋管部分(142)的直径。
Description
技术领域
本发明涉及低压气体放电节能荧光灯，尤其涉及一种水晶吊灯使用的带罩节能荧光灯。
背景技术
节能荧光灯随着技术、工艺与设备的日益成熟，已经成为当今照明应用的主力。而且，在下一代LED照明技术的真正完善而能够达到广泛的商业应用之前的相当长的时期内，节能荧光灯无疑将在各个照明领域中承担主力的角色。
虽然当今生产的各类(例如常见的U型和螺旋型)紧凑型节能荧光灯已经满足了大多数照明的一般需求以及对于环保(例如汞回收)方面的技术要求，但是由于这些节能荧光灯与传统的照明灯(例如白炽灯)在外观结构上的差异，使得这些节能荧光灯在使用的方便性和环境的适应性方面还是不如传统的照明灯。例如，与传统的灯泡相比，无论是U型还是螺旋型节能荧光灯在安装和拆卸时都容易损坏，尤其在使用较细的玻管时。另外，在清洁和防尘土方面也不如擦拭灯泡那样容易。更为重要的是，在制作成灯具之后，无论是U型还是螺旋型节能荧光灯都可能产生与其管的形状相对应的光照阴影。为此，人们在近期开始制作如图1所示的“灯泡”状的节能荧光灯。为了区别于传统的白炽灯泡，业内将这种“灯泡”状的节能荧光灯称之为带罩节能荧光灯(CFL)，这里所说的“罩”就是由透光玻璃(例如磨沙玻璃或乳白透光玻璃)制作的泡壳。
在某些特殊应用的场合，例如用于水晶吊灯的应用情况，尤其需要的是表面亮度高、体积小的灯泡，例如当今广泛使用的如图2所示的属于白炽灯的小电珠20。这是因为构成装饰用途的水晶吊灯组成的两个部分，一个是表面亮度很高的点光源，另一个是对于点光源发出的光进行折射、散射、透射的水晶玻璃几何造型体，二者的配合形成了富丽堂皇和光彩耀人的照明效果。作为白炽灯的小电珠20的好处是几何体积小而灯丝接近点光源的要求，形成的水晶灯的光照效果好，但其明显的缺点是耗电大、寿命短。
图1示出了采用已有技术制成的带罩节能荧光灯10。其可以理解为是在传统的节能荧光灯上加装了罩15而形成。其中的灯头11、上盖12以及包括在所述上盖12中的控制电路板13、灯管14都与已有技术的节能荧光灯的对应部分没有实质区别。为了把罩15和上盖12连接，在已有技术的带罩节能荧光灯10中设计有连接装置16，例如通过螺纹或粘合的方式把罩15和上盖12密闭连接。当带罩节能荧光灯10是灯头朝上工作时，P端是此时的灯冷端。
如果直接采用图1所示的带罩节能荧光灯10来制作水晶吊灯，则由于其发光体的体积较大，在很大程度上不能作为点光源来看待，而且其泡壳的体积与水晶玻璃几何造型体的体积几乎在相同的数量级，所以该带罩节能荧光灯与水晶玻璃几何造型体的配合难于设计得完美，尤其作为发光体的灯管表面亮度低，仅仅在5000cd/m2左右，难于实现水晶吊灯所希望的对光进行折射、散射、透射而效果欠佳。
如果考虑把图1所示的带罩节能荧光灯10的体积减小，即试图直接把罩的体积减小，也同样有问题。因为图1所示的带罩节能荧光灯10的灯罩的体积是对于内置的节能荧光灯大小的直接限制。当灯罩的体积减小时，节能荧光灯的体积下降意味着光通和光效下降，尤其表面亮度太低，根本无法供水晶吊灯使用。
因此，本发明旨在提供一种供制作水晶吊灯使用的带罩节能荧光灯，其具有尽可能小的体积和尽可能高的表面亮度，同时达到降低电耗的技术效果。
本申请在此给出相关的背景技术文件：
1.申请号为200610024762.0、题为《一种超细管径荧光灯管的先弯管后涂粉制作方法》的中国发明专利申请。该申请被全文引入本申请的背景中说明本申请使用的节能荧光灯的先弯后涂的技术。
2.申请号为201110167156.5、题为《荧光灯制造中的微量汞注入方法》的中国发明专利申请。该申请被全文引入本申请的背景中说明本申请使用的节能荧光灯的精确汞注入量的方式以及低含汞量的节能荧光灯的获得方法。
3.申请号为201110342018.6、题为《使用低温汞齐的带罩节能荧光灯》的中国发明专利申请。该申请被全文引入本申请的背景中说明本申请使用的使用低温汞齐的带罩节能荧光灯的制作技术。
发明内容
根据本发明的一个技术方案，提供一种水晶吊灯使用的带罩节能荧光灯，包括：灯头11、与所述灯头11连接的上盖12、包括在所述上盖12中的控制电路板13、灯管140、灯罩15以及将灯罩15和上盖12密闭连接的连接装置16。其特征在于，所述的灯管140包括直管部分141和螺旋管部分142，所述的直管部分141包括封置在内部的阴极，而所述螺旋管部分142是单螺旋状，其中所述直管部分141的直径大于所述螺旋管部分142的直径。
根据本发明的一个技术方案，其中所述的灯管140中注入有低温汞齐。并且所述的低温汞齐优选地是钛汞齐(Ti-Hg)。
根据本发明的一个技术方案，其中所述螺旋管部分142带有与所述灯管主体相连通的盲尾Pa，所述的盲尾Pa的内壁不涂覆荧光粉，用作所述荧光灯的延伸冷端。
提供采用上述相关背景技术1公开的技术方案对节能荧光灯管进行先弯后涂的操作，使得所述的灯管140内壁的荧光粉层获得最佳的涂敷效果。
通过采用上述相关背景技术2、3公开的技术方案对节能荧光灯管汞齐注入量进行控制，使得在汞的释放过程中仍保留一部分低温汞在汞齐中作为节能荧光灯管储备汞，从而在该节能荧光灯管可能长达上万小时的工作寿命过程中将储备的汞缓慢地自动释放出来，以补充所述节能荧光灯管汞的工作消耗。具体地说，所述的低温汞的注入量等于初始释放的低温汞量与储备在灯管内并且随灯管工作时间的延续极其缓慢释放的低温汞量之和。
根据本发明的一个技术方案，其中所述螺旋管部分142的直径是所述直管部分141的直径的1/4至1/2。
本发明还提供了制作上述水晶吊灯使用的带罩节能荧光灯的方法。所述的方法包括步骤：将用于制作螺旋管部分142的玻管和用于制作直管部分141的玻管进行对接，其中用于制作螺旋管部分142的玻管的直径小于用于制作直管部分141的玻管的直径；将上述对接步骤形成的玻管弯成包括螺旋管部分142和直管部分141的单螺旋灯管140；对所形成的单螺旋灯管140涂敷荧光粉；将阴极封置在所述的直管部分141中；以及在所述的单螺旋灯管140中注入低温汞齐。
为了形成用作所述荧光灯的延伸冷端，本发明的方法还包括在所述螺旋管部分142制作与所述灯管主体相连通的盲尾Pa的步骤。其中所述的盲尾Pa的内壁不涂覆荧光粉。
在对所述的单螺旋灯管140注入低温汞齐的步骤中，控制注入量等于初始释放的低温汞量与储备在灯管内并且随灯管工作时间的延续极其缓慢释放的低温汞量之和。
根据本发明的上述技术方案实现了将带罩节能荧光灯用于制作水晶吊灯的目的。由于所述的螺旋管部分142是单螺旋并且其直径远小于所述直管部分141的直径，所以该螺旋管部分142的发光更接近于一个点光源。并且在低温汞的释放过程中保留一部分低温汞在汞齐中作为灯管储备汞，以便使得其在灯管可能长达上万小时的工作过程中缓慢自动释放出来，从而补充灯管汞的工作消耗。节能灯管的形状的改进，即作为冷端的盲尾的添加，不仅提供了汞的储备空间，而且实现了灯管冷端热量的快速外散和较低温度下的热平衡，从而使得冷端在灯管工作时候能够收纳更高浓度的汞蒸汽。如此形成的使用带罩节能荧光灯在管径极细、螺旋盘旋体积极小的条件下获得了高光通，因此发光体表面亮度比普通带罩节能灯高1～2个数量级以上，约在100000cd/m2以上；盲尾和直管141形成双冷端，灯头朝上或者朝下，灯管燃点光色指标一致；在最大程度上模拟了传统小电珠的效果，并且大幅度地降低了耗电并有寿命长的技术效果。
附图说明
下面将结合附图对体现本发明精神实质的实施例进行描述，其中：
图1是已有技术中带罩节能荧光灯的示意图。
图2是已有技术中用于水晶灯的小电珠的示意图。
图3是一个示意图，说明在根据本发明实施例的带罩节能荧光灯的灯管实现方式。
图4是带有盲尾的节能荧光灯管的示意图。
图5a和图5b分别示出了采用图3和图4的节能荧光灯管制作的带罩节能荧光灯的示意图。
具体实施方式
图1示出了采用已有技术制成的带罩节能荧光灯10。其可以理解为是在传统的节能荧光灯上加装了罩15而形成。其中的灯头11、上盖12以及包括在所述上盖12中的控制电路板13、灯管14都与已有技术的节能荧光灯的对应部分没有实质区别。为了把罩15和上盖12连接，在已有技术的带罩节能荧光灯10中设计有连接装置16，例如通过螺纹或粘合的方式把罩15和上盖12密闭连接。
本发明可以理解为是对上述的图1中的灯管14进行改进，以便实现大幅度降低其体积并且维持较大的光通以便替代传统的例如小电珠的白炽灯的目的。
参考图3，其中示出了根据本发明实施例的带罩节能荧光灯的灯管实现方式。实现本发明构思的核心在于荧光灯管140的设计。其中的直管部分141包括了置于其中的阴极，而盘圆弯管部分142与直管部分141相连接。从图3中看出，直管部分141的直径H大于弯管部分142的直径h，通常的情况下，可以考虑把盘圆弯管部分142的直径h设置为直管部分141的直径H的二分之一到四分之一。容易理解到，在有限的空间中，当弯管部分142的直径h被选择得越小时，其展开的长度就会越长。同时，该盘圆弯管部分142呈单螺旋并且每一螺旋最大程度地靠近。这样也能够增加灯管的展开长度而提高发光效率、增加光通，从而达到提高表面亮度的效果。
为了实现这种荧光灯管140的设计，将直管部分141和盘圆弯管部分142进行连接是一个关键的步骤。在本发明中采用的方法是“熔融”对接的方法，即用火头对直管部分141和盘圆弯管部分142的对接端口部位同时加温(盘圆弯管部分142对接端口朝上被固定在夹具上，直管部分141手工握住或者固定在能够垂直向下运动的夹具上)，两个端口的玻璃都达到软化点之上开始融化时，端口对接上，对接后把直管部分141微微向上拉一拉，同时给入低压风吹“胖”对接部位，防止对接部位玻璃料的堆积产生应力。
参考图4，其中示出了根据本发明实施例的带罩节能荧光灯的灯管另一种实现方式。与图3示出的方式相比，区别在于图4的带罩节能荧光灯的灯管140’的弯管部分142带有盲尾Pa，作为延伸冷端。这种设计尤其适用采用低温汞的情况。
有关在带罩节能荧光灯中使用低温汞的技术可以参考上述的背景技术3。在此需要强调或补充说明以下内容。
在本发明的实施例中采用先弯后涂的技术使得荧光粉的涂敷质量得到保障，所谓的先弯后涂就是在实现上述的直管部分141和盘圆弯管部分142进行连接的关键步骤之后，再进行盘圆弯管部分142的单螺旋和直管部分141的荧光粉层的涂覆、烤管工艺步骤。这是保证荧光灯制成之后光效高、流明维持率高的充分必要条件。现有对类似本技术采用的这种超细管径螺旋灯管，如CCFL螺旋灯管，由于超细管径形成螺旋灯管后涂覆荧光粉极其困难，都是先涂后弯，即先涂直管，烤管之后再盘圆弯管；这种方法的最大问题是弯管炉中高达1000℃以上的高温对荧光粉形成激活发光中心而添加的微量金属元素的破坏性很大，灯管制成后光效低、光衰大、表面亮度低。本发明的技术方案中采取先弯后涂的技术确保了灯管制成后的品质。有关于先弯后涂技术的详细描述可以参加上述列举的背景技术1。
采用超细管径单螺旋。如图3和图4所示，用直径很细的玻管(例如采用直径为2.7～2.8mm的玻管)像绕制普通弹簧一样绕成一个外包10～20mm，总长约15～25mm的单螺旋，其螺距仅仅约0.1～0.2mm；这样灯管被制作成为热阴极荧光灯管之后，就能实现高光效和高光通量，表面亮度可以超过100000cd/m2，这已经是比普通的荧光灯高出1～2个数量级；加上光色调整到标准的白炽灯色的2700K色温，色容差控制在＜3SDCM，因此，实际在水晶吊灯中燃点已经可以达到图2中的小电珠20(白炽灯)的效果。
如图3和图4所示，螺旋管弯制之后在两端分别对接一根粗得多的玻管，便于灯管两端封接阴极，然后再行涂粉。
惰性气体高纯氩的充气压力维持在8～18乇。本行业现有荧光灯技术对热阴极荧光灯的充气压力一般是2～4乇，因为充气压力越高虽然开关性能越好，流明维持率和寿命也越长；但是由于CFL氩气压力超过240Pa(133.3Pa＝1乇)时，发光效率就开始下降，恰恰是因为灯管的超细管径，本发明中能够把高纯氩的充气压力提高到8～18乇。
根据本发明的实施例，在带罩灯内使用的节能荧光灯管中注入的是低温汞，并且注入的低温汞量可以包括两个部分，第一部分q1是初始释放的汞量，第二部分q2是储备在灯管内并且随灯管工作时间的延续极其缓慢释放的汞量。通过背景技术1精准地确定出q1和q2这两个量，将两个量相加得到注入低温汞的总量Q，即总给汞量Q＝q1+q2。
图5a和图5b分别示出了采用图3和图4的节能荧光灯管140和140’制作的带罩节能荧光灯100和100’的示意图。与图1的已有技术的带罩节能荧光灯相比，从结构上看，核心的区别在于本发明的灯管140和140’。
实例说明
本发明中采用3.5W水晶CFL灯管的制作来做为优选实施例进行操作过程的扼要说明，目的是通过这些简要的描述对本发明的上述特征及方案有一个大致的了解，但不作为对本发明限制。
第一步明管制作。可分为手工为主机械辅助盘圆弯管和机械为主的自动化盘圆弯管。
手工为主机械辅助盘圆弯管的特点是先盘圆弯管后接管脚，例如用直径2.7～2.8mm的玻管像绕制普通弹簧一样绕成一个外包直径12～12.5mm，5圈总长约17mm的单螺旋，其螺距0.1～0.15mm；手工为主机械辅助盘圆弯制时，把玻管的一端与模具固定，对玻管用火焰加温，到玻管软化点之后一边弯一边继续加温，即一边加温一边弯直至完全盘圆成型；模具反转螺旋灯管被退出，检验合格的产品清洗干燥后裁去多余的端料，准备对接用。
机械为主的自动化盘圆弯管，是明管展长确定之后直接裁管，然后在玻管两端分别对接一根直径4.2～4.7mm的玻管再弯管；盘圆弯管时玻管在炉腔内一次性加热至软化点后送到弯制模具，模具端头有一接料定位装置将玻管一端定位，模具反时针旋转，玻管快速被弯制成为单螺旋明管，然后，接料定位装置打开，模具顺时针旋转灯管被退出。
第二步对接管脚的直管。对手工盘圆弯管的灯管两只管脚分别对接一根4.2～4.7mm的玻璃直管。对接采用“熔融”对接的方法，即用火头对直管部分141和盘圆弯管部分142的对接端口部位同时加温(盘圆弯管部分142对接端口朝上被固定在夹具上，直管部分141手工握住或者固定在能够垂直向下运动的夹具上)，两个端口的玻璃都达到软化点之上开始融化时，端口对接上，并且把直管部分141微微向上拉一拉，同时给入低压风，吹“胖”对接部位，防止对接部位玻璃料的堆积产生应力。
第三步明管清洗、涂粉和烤管。
1.将明管脚引出管一端对接的4.2～4.7mm的玻管再垂直平行于灯管中心的方向向上对折90°，对灯管先后压入清洗液、自来水、去离子水进行多次冲洗，垂直悬挂在中心盘给风的涂粉机上干燥(管内的水是被有一定压力热风吹出来的)；
2.在螺旋明管中部接一根直径2.7mm左右的排气管(即冷端玻管)，并且对排气管的末端气密性烧结；
3.涂粉，粉浆从管脚出粉端压入，垂直悬挂在中心盘给风的涂粉机上定型、干燥(管内的粉浆是被有一定压力热风吹出来后再热风快速蒸发水分定型的)；
4.裁管脚和排气管口、擦管脚端口的粉，将两端管脚按照设计的长度裁截整齐，并且把封口端的粉擦除干净，排气管端口被切割开；
5.烤管，将排气管倒插在中心盘给风的烤管机工位的转架上，两灯管脚在最上部经过烘箱温区时温度最高，便于把管脚尤其粉浆淌出脚较厚的粉层彻底烤透；这种烤管机是由下往上给风，风经过管径较细的排气管、灯管螺旋部分被快速加热，流经管脚时无疑是富氧的高热风，十分有利于把粉层相对较厚的管脚烤透；
6.封口与排气，采用玻珠芯柱或者不带喇叭口芯柱插入灯管两端端口后用单火头手工封口，或者机械夹封，这些操作可以参见本申请人在先中国专利：专利号为ZL 200610031032.3题为《一种T2～T1规格热阴极荧光灯的制作方法》的发明专利、专利号为ZL200920167983.2题为《具有外封玻壳的超细管径螺旋型热阴极荧光灯》的实用新型专利。然后进行排气、分解、激活阴极，烧灯下流水线。
7.高频释汞，采用手工断续或者机械化连续高频机对置放在灯管排气管内的钛汞齐高频感应加温，使钛汞齐内的汞以气化形态进入灯管；根据需要一次性释放完全出来或者根据设计需要控制释汞时间一次性释放大部分，留一小部分在钛汞齐内通过长达上万小时的灯管燃点释放进入灯管，补充灯管中晚期后灯管内汞消耗后的不够；本发明技术采用后一种方式一次性释放总给汞量的60％，约0.18mg，留40％，约0.12mg在汞齐内，在灯管长达20000h燃点使用的后期自然释放出来。这种方式有利于：a.灯管初始不至于一次性给入的汞量太多，超过冷端的收汞能力，使得参与放电工作的汞摩尔量大，从而汞蒸气压上升，因此汞谱线蓝光太丰富和253.7nm谱线减少，所以色指标漂移和光效大大降低。b.可以大大提高灯管有效寿命(流明维持率)，防止灯管中晚期燃点汞自然消耗，汞量不够，开始是功率上升，光效降低，光通可以维持；慢慢功率下降逐步厉害，光效严重降低，光通下降不能够使用。钛汞这种特性的发现和使用方法是与传统经典的论述与使用方法相悖的。
8.灯管老炼，灯管需要在一个相对封闭的空间中进行老炼，即灯管工作需要一个环境温度比较高的空间；如果裸点在开放式空间，灯管散热太快，汞蒸气压不够，灯管工作处于非正常状态。
第四步，电子整灯的装配
1.灯管检验合格后被清洁，然后与中盖粘接固定；
2.粘接固定好中盖的灯管与电子板电连接，加上盖和灯头后试亮；
3.合上泡壳，开始合泡壳建议用胶带，老炼合格后取下胶带再用节能灯胶涂覆在上盖内边口套上泡壳室温固化24h；如果老炼合格率高达99％以上，也可以一次性直接粘接泡壳；前一种用胶带的泡壳粘接固化后需要进行二次老炼，时间可比第一次稍短些；
4.整灯检验，在输入电压230V情况下测试一组10支灯管的测试参数如下面的表1所示。
表1
开关试验一组6支，开关次数＞50000，燃点3000h后平均流明维持率＞95％，预计寿命＞30000h；表面亮度＞100000cd/m2。
根据本发明的上述技术方案实现了将带罩节能荧光灯用于制作水晶吊灯的目的。由于所述的螺旋管部分142是单螺旋并且其直径远小于所述直管部分141的直径，所以该螺旋管部分142的发光更接近于一个点光源。如此形成的带罩节能荧光灯在最大程度上模拟了传统小电珠20(白炽灯)的效果，并且大幅度地降低了耗电并有寿命长的技术效果。
对于本领域技术人员来说显见的是，可以在不脱离本发明的范围的情况下对本发明进行各种修改和变形。本领域技术人员可以理解的是，所描述的实施例仅用于说明本发明，而不是限制本发明；本发明并不限于所述实施例，而是仅由所附权利要求所限定。
Claims (5)
1.一种水晶吊灯使用的带罩节能荧光灯，包括：灯头(11)、与所述灯头(11)连接的上盖(12)、包括在所述上盖(12)中的控制电路板(13)、灯管(140)、灯罩(15)以及将灯罩(15)和上盖(12)密闭连接的连接装置(16)，其特征在于，所述的灯管(140)包括直管部分(141)和螺旋管部分(142)，所述的直管部分(141)包括封置在内部的阴极，而所述螺旋管部分(142)是单螺旋状，其中所述直管部分(141)的直径大于所述螺旋管部分(142)的直径；
其中所述螺旋管部分(142)带有与所述的灯管(140)的主体相连通的盲尾(Pa)，所述的盲尾(Pa)的内壁不涂覆荧光粉，用作所述荧光灯的延伸冷端；
所述的灯管(140)中注入有低温汞齐，并且所述的低温汞齐是钛汞齐(Ti-Hg)；
所述的低温汞齐的注入量等于初始释放的低温汞量与储备在灯管内并且随灯管工作时间的延续极其缓慢释放的低温汞量之和。
2.根据权利要求1的水晶吊灯使用的带罩节能荧光灯，其中所述螺旋管部分(142)的直径是所述直管部分(141)的直径的1/4至1/2。
3.根据权利要求1或2的水晶吊灯使用的带罩节能荧光灯，其中所述的灯管(140)内壁的荧光粉层是采用先弯后涂的工艺实现的。
4.一种制造如权利要求1-3任意之一的水晶吊灯使用的带罩节能荧光灯的方法，其特征在于包括步骤：
将用于制作螺旋管部分(142)的玻管和用于制作直管部分(141)的玻管进行对接，其中用于制作螺旋管部分(142)的玻管的直径小于用于制作直管部分(141)的玻管的直径；
在所述螺旋管部分(142)制作与所述的灯管(140)的主体相连通的盲尾(Pa)，所述的盲尾(Pa)的内壁不涂覆荧光粉，用作所述荧光灯的延伸冷端；
将上述对接步骤形成的玻管弯成包括螺旋管部分(142)和直管部分(141)的单螺旋灯管(140)；
对所形成的单螺旋灯管(140)内壁涂敷荧光粉；
将阴极封置在在所述的直管部分(141)中；以及
在所述的单螺旋灯管(140)中注入低温汞齐，其中，所述的单螺旋灯管(140)中注入的低温汞齐的注入量等于初始释放的低温汞量与储备在灯管内并且随灯管工作时间的延续极其缓慢释放的低温汞量之和。
5.根据权利要求4的制造水晶吊灯使用的带罩节能荧光灯的方法，其中所述螺旋管部分(142)的直径是所述直管部分(141)的直径的1/4至1/2。
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