CN1140328A - 具有螺旋形灯泡的紧凑型荧光灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有双螺旋形的灯泡的紧凑型荧光灯。灯泡形成大致为半球形的侧轮廓，由此提供了近似于常规的A型白炽灯的光分布。灯泡还设有一顶部，此顶部向内逐渐变细并具有横连部分，横连部分从顶部区域提供了大致均匀的光分布。灯泡的开口螺旋结构还能有效地容许从螺旋灯泡的内侧产生的光以最小损失量穿过开口螺旋结构，而直灯泡结构则会产生较大的光损失。

Description

具有螺旋形灯泡的紧凑型荧光灯

本发明涉及一种具有双螺旋形灯泡的紧凑型荧光灯。更具体地讲，本发明涉及这样一种紧凑型荧光灯，它实现了足够长的放电路径，以致于在流明输出方面接近于较高功率的白炽灯，同时还提供了接近于常规的A型(A-line)白炽灯的灯外形，以致于实现了相似的光输出分布。

近些年来，以紧凑型荧光灯替代常规白炽灯的应用已有显著增加。由于紧凑型荧光灯比常规白炽灯具有更长的寿命和更高的能量效率，用户及商业部门已将其注意力转移至紧凑型荧灯灯。在1985年3月5授予D.E.Bedel的美国专利4503360中可找到这种紧凑型荧光灯的一个例子。值得注意的是，对于典型的紧凑型荧光灯而言，灯泡是这样成型的，即多个平行延伸的管部分从基座(壳)部分延伸预定长度。为更好地与白炽灯相比拟，灯设计者必须重点研究的一个方面是实现比现有技术更高的流明输出水平的能力；例如，希望提供能实现与100瓦的白炽灯大致相同的流明输出的紧凑型荧光灯。功率高至足以给出相当于100瓦或再高功率的白炽灯的流明输出同时能工作于足够低电流以实现高效率的紧凑型荧光灯需要大于约60cm的较大放电弧长度。为提供这种长度的玻璃管并将其设置在相同流明输出的常规白炽灯的小型总体尺寸范围内，灯制造者必须延伸灯泡的各管的长度，或者增加这种管的数量，例如增至8个管。作为这类应用的一个例子，有些紧凑型荧光灯是这样制造的：将12mm的管弯制成U形，封闭一个或两个腿，然后将两个或更多个这种弯管用玻璃桥接部分连接起来，桥接部分是通过靠近两个管的底部同时吹制一个小孔并将其熔结在一起形成的。放电路径则是沿一个腿上升、沿另一个腿下降，尔后通过玻璃桥到达第二弯管并如此类推至其它弯管。这种结构存在的一个问题是，当沿圆形顶盖部分的外周边对称布置时，各管部分具有互相对着的背部。由于背部按这种方式相互面对，在这种背部上产生的光输出会由其它管多次反射，从而因吸收而导致部分光损失。

在另一种结构中，单管可弯成U形，尔后再在中部弯曲。其它的灯外形结构可这样形成，即，一种简单螺旋形，它相对于灯座水平安装，其两腿伸入灯座内，用于电连接；或另一种设计，其中螺旋结构的顶端通过螺旋的中心反向向下延伸，以便电连接于灯座中。这些灯泡设计结构可在美国专利2279635,3764844和5243256中找到。对于每一种灯泡设计，重点考虑的问题是，灯泡必须能在制造系统中制成，而且从成本效率角度看，设计必须是实际可行的。因此，最有利的是提供这样的紧凑型荧光灯，该灯的灯泡结构具有较高的流明输出构形，即能有效地容许光输出并具有最少吸收，并且该灯可按合理成本在高速自动生产设备上制造。

形成具有螺旋形灯泡的紧凑型荧光灯的一种方法是，采用直玻璃管并按简单螺旋方式卷绕它。用于紧凑型荧光灯的这种螺旋形灯泡的一个例子可在德国专利申请DE4133077中找到，此申请是1991年10月2日在德国提交的，并转让给Narva Berliner Gluhlampenwerk GmbH。在此申请中，简单螺旋结构是这样形成的，玻璃管双(股)绕(制)，在顶部区域形成有互连桥接部分，用于连接两个卷绕螺旋部分。在此结构中，整体灯泡结构形成基本上直上直下的侧轮廓，即形成灯泡的侧壁面的管部分之间是平行设置的。此外，由于顶部基本上是平的，如果桥接部分在两个卷绕部分之间形成且仅覆盖灯泡顶部面积的一部分，则会产生相当大的无光输出的间隙。最后，对于灯泡的底部来说，这个参考文件展示出这样的情况，底部位于灯轴线上，并且是通过按背离螺节的角度弯曲底部形成的。

虽然卷绕螺旋结构需要专门的制造工艺来生产，但可以理解，采用螺旋灯泡结构，可实现比常规紧凑型荧光灯更高的效率，产生更高效率的原因是，灯泡只有两个腿伸入灯座中，因此有较少的光损失于灯座中，而U形结构的多个腿中的每一个均会产生光损失。此外，对于任何给定的长度和细管直径，螺旋结构是一种最紧凑的结构，由于高度和直径可连续地变化，因而容许形成不同功率的灯。

对于前面参考的德国专利申请来说，尽管采用所示出的螺旋结构的灯泡的总体效果是比使用U形灯泡的紧凑型荧光灯实现了更高的效率，但这种螺旋形设计也存在缺点，缺点主要表现在产生类似于常规A型白炽灯的光输出分布的能力方面。换句话说，这种结构仅在螺旋结构的表面面积上产生光输出，这是由其形状限制的，即其外侧为直上直下且在顶部具有相当大的开口间隙。按这种形状，将呈现光分布方面的限制，即光分布限制在特定方向上。因此，最有利的是提供这样的荧光灯，该灯具有类似于常规A型白炽灯的形状的螺旋形灯泡结构，以便所产生的光输出分布遍及比目前实现的区域更为均匀的区域上。

本发明提供了一种带螺旋形灯泡的紧凑型荧光灯，灯泡具有大致为半球形的形状，以使所形成的光分布更接近常规的A型白炽灯。此外，本发明提供了这样一种紧凑型荧光灯，通过采用螺旋形灯泡结构，该灯容许形成能实现较高流明输出的放电长度，事实上，典型的这种紧凑型荧光灯的流明输出与100的白炽灯相当。

根据本发明的原理提供了一种低压放电灯，该灯包括内表面涂有荧光涂层的灯泡并且灯泡包含由汞和惰性气体组成的气态填充物。灯泡安装在壳体上，镇流电路可安置于壳体的一个空腔部分内。灯泡由管状玻璃形成，管状玻璃以如此方式卷绕，即形成大体为半球形的外轮廓。例如，灯泡可形成双螺旋形状。

在本发明的另一实施例中，灯泡是如此形成的，即灯泡有一个向内逐渐变细的顶部和一个大体覆盖灯泡灯部的管状部分、这样所形成的光输出就更接近于常规A型灯的光输出。

在以下的详细说明中，将参照下列附图：

图1是按照现有技术构成的紧凑型荧光灯的部分剖开的正视图；

图2是根据本发明构成的紧凑型荧光灯的部分剖开的正视图；

图3是沿图2的线3-3截取的灯泡的一部分的平面图；

图4是根据本发明构成的另一种灯泡结构的示意图。

如图1所示，按照现有技术的教导构成的紧凑型荧光灯10包括带有多个延伸管12a、12b、12c和12d的灯泡结构12，每一延伸管以相互平行的方式从壳体14向上延伸。虽然图中画出的结构包括四个延伸管，但图1的灯泡结构12可包括六个或八个这种延伸管，其中每一个沿壳体14的顶部的外周缘设置。在通常的实际产品中，延伸管12a、12b、12c和12d是成对连在一起的，且大体呈U形，在每一对的顶部形成有接合部分16。另外，在每对延伸管的底部形成桥式连接(未示出)，以将多个延伸管连接于一个连续的放电路径中。带螺纹的螺丝灯座18固定在壳体14的底部，以容许紧凑荧光灯10用于常规的灯插口中(未示出)。图1中还示出了一个镇流电路装置20，它装在壳体14内，并能有效地通过螺丝灯座18接收导线功率且将导线功率转换成工作信号，此信号连至电极22，以激励放电。放电以标准方式产生于灯泡12内，即借助于填充的汞和惰性气体被引入的由镇流电路装置20产生的工作信号激发至放电状态来实现放电。正如现有技术中公知的那样，涂在灯泡内表面上的荧光涂层(未示出)有效地将放电转换成可见光。

应当注意的是，为实现与紧凑荧光灯要替代的常规白炽灯的输出相似的较高流明输出，必需将灯泡内的放电路径的长度增大至大于约60cm。采用现有技术中的平行的延伸管12a、12b、12c和12d(以及多达八个的延伸管)，会降低效率，因为大量的延伸管端部设置在壳体14的顶部内，导致端部产生的光损失。另外，由于每一延伸管的长度受到其中要使用紧凑荧光灯的照明灯具的尺寸的限制，必需绕壳体14的顶部外周缘设置大量的延伸管。通过围绕壳体14的顶部的外周缘密布多个延伸管，可以理解到这样一个情况：对于在每一延伸管的背部产生的光来说，这种光必须会受到其它延伸管的背部的反射，从而导致显著的光量损失。换句话说，只有在延伸管的面向外的部分上产生的光是有效的，这种光没有象每一延伸管的背侧产生的光那样受到多个其它表面的反射。

还应注意的是，通过沿壳体14的顶部的外周缘布置多个延伸管，在灯泡12的顶部会形成一个较大的空间，形成一个无光输出的空间。如果要将现有技术的紧凑型荧光灯10用于为下照射或阅读光用途而设计的照明灯具中，使光按与传统的A型(A-line)白炽灯相似的方式从灯顶部向下辐射是重要的。灯10的暗区(dead space，或称死区)还受到所呈现的“闪光灯”现象之缺点的影响，这种现象可发生于深镜面反射灯具中，在这里，“闪光灯”是定义当朝向天花板观看时对灯具中的灯的反射状态的观察效果的术语。当在灯下走动并注意光源时，如果灯图象很快地由亮变暗，从而引起人们对光源的注意力，“闪光灯”现象是有害的。

采用根据本发明形成的如图2所示的用于紧凑型荧光灯30的螺旋形灯泡结构32，可基本上消除现有技术中的常规紧凑型荧光灯10中存在的问题。灯泡32是按双螺旋(线)结构形成的。这种结构可描述为一个螺旋线圈，此线圈从一端开始，绕中心轴卷绕上升，尔后在顶部横向延伸并开始相对于第一线圈(线圈起始上升至顶部的部分)偏移180°卷绕下降。按这种方式，上升的线圈部分与下降的线圈部分是交替排列的，并容许形成开口的螺旋结构。换句话说，采用双螺旋结构，在螺旋形灯泡的上升和下降部分之间提供了间隙。这种间隙的优点在于，在螺旋形灯泡32的内侧产生的光可以更容易地从此内侧区域向外辐射，而不会象诸如现有技术中的U形结构之类的直灯泡结构中那样，内侧的光要被其它管多次反射或穿过其它管，从而由于吸收而导致部分光损失。

图2所示的螺旋形灯泡32的另一优点是不存在陡变的角部或桥接部分，而要由玻璃制成的这些部分正如现有技术的U形灯中那样，其壁厚是小于主管部分的。采用连续的螺旋形结构的灯泡32，提供了更坚固的灯，而不象已有的紧凑型荧光灯泡那样容易损坏。螺旋形灯泡结构的再一个优点是，灯的总高度大为减小，以使本发明的光可安装于为A-19尺寸的白炽灯设计的照明器具中。现有技术的紧凑型荧光灯采用U形管结构，它延伸超过了这类照明器具的边缘，因此无法被接受。

当直视此图时，图2的螺旋形灯泡32呈现半球形的外部轮廓；即，两侧不是直的，而是逐渐变细的，变细程度更接近于本发明要替代的常规白炽灯的形状。可以理解，按这种方式，来自于灯泡32的光分布将比具有直上和直下的U形灯泡的常规紧凑型荧光灯的光分布更均匀。

采用双螺旋结构的灯泡32，对于端部32a和32b来说还有进一步的优点，端部32a和32b在进入壳体的顶部36时，是按形成螺旋形灯泡32的角度，从灯泡32的外表面区域进入的，而不是象单螺旋结构所需的中心进入方式。这种端部32a始于外侧的结构可由以与螺旋(线)节距(picth)相同的角度形成的端部或者以如图2所示的向内伸展的角度形成的端部实现。另外，采用这种有一定角度的进入结构，端部32a和32b会有更少的面积设置于要造成光损失的壳体的顶部36内，并且各端部32a和32b是彼此分离的，由此实现了热控制(即分散热量)的优点。

设置于灯泡32的端部32a和32b之内的是电极38，这些电极电连接至安装在壳体34内的镇流电路40上。镇流电路40能有效地利用通过螺丝灯座42接收的导线功率并将这种线功率转换成合适的信号，以便将紧凑型荧光灯30激励至放电状态。详细讨论镇流电路40的工作原理，请参考1994年8月23日授予Nerone的美国专利5341068，此专利转让给了与本发明相同的受让人。

图3中示出了灯泡32的顶视图，从此图可以更清楚地看出这种灯泡32的顶部的向内倾斜的结构。除了向内倾斜的结构更接近白炽灯的形状这种事实之外，可以看出，灯泡32的较大顶部面积由灯泡的螺旋部分所覆盖，由此减小了无光输出的空间。采用这种结构，会有较多的光从灯顶部向外辐射，这对于需要向下照明的照明应用来说是重要的，例如在内凹式照明器具中或阅读场合中。这种向内倾斜的结构对于从根本上减轻“闪光灯”问题也是有效的，正如前面所讨论的，“闪光灯”问题是指当在光源下行走时灯的视觉效果快速由亮至暗的现象。通过在灯顶部填充(filling)，光源的反射在开始观看时将显得明亮，但它不会随灯顶部成为焦点而急剧变化，并且在熄灭之前一直维持明亮状态。当然，除了灯泡32的向内倾斜的顶部的功能方面的优点之外，还有另外一个优点，即，这种结构比采用U形灯泡的常规紧凑型荧光灯更具美感。

为制造用于本发明的紧凑型荧光灯30的螺旋灯泡32，可能使用一个心轴(未示出)。由本发明要涉及到的任一种灯泡之螺旋设计均可在一个简单的螺旋心轴上形成；此心轴可以是刻有螺旋槽的直棒。也可在杯形模具内形成螺旋灯泡，此模具内侧形成有螺旋槽。螺旋槽可切制成螺旋内径之深度。应注意的是，对于任一种这类工具而言，顶部必须向内逐渐变细，以容许形成灯泡32的向内逐渐变细的顶部。可在心轴的顶尖上形成一个槽，以容许形成连通上升螺旋方向至下降螺旋方向的横跨玻璃管。为形成螺旋灯泡32的双螺旋，直玻璃管被加热至其软化或可加工温度范围，并定中于加工工具(未示出)上，而且工具转动并沿轴线性移动，从而使软化管成为螺旋形，或者反之，即软化管绕工具移动或卷绕。在准备用于制造外侧轮廓为半球形的灯泡的心轴时，建议采用可拆心轴。通过靠近端部32a和32b经由灯泡底部的较小直径开口拧下拆开的心轴，这种可拆心轴容许在定型之后取下灯泡32。

如图4所示，本发明中提供了灯泡的另一实施例，此灯泡42具有基本上直的侧边轮廓，但若从线4-4上方观视，灯泡的顶部形成半球形状。还应注意的是，为实现不同的功率、流明输出及结构，组成灯泡32或42的双螺旋的圈(匝)数是可以改变的。另外要指出的是，所示出的灯泡42带有一个插头部件44，并且安装在反射式或其它类型的灯具46中。本发明提供的灯泡32或42与现有技术的紧凑型荧光灯相比具有显著的优点，即，有更多的光直接从半球形顶部辐射出来，而且也有更多的光从下部间接地辐射或反射。

尽管上面描述的实施例构成了本发明的优选实施例，但应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下可做出多种修改。例如，灯泡32可不采用直的或半球形的侧边轮廓，而是形成向内倾斜的下部，即呈锥形。另外，虽然灯和镇流电路是以整体方式示出的，但本发明也可采用分离的灯和插头部件，其中灯泡安装在带有外伸的引线的连接座(adapter post)上。再一个实施例是，用一些其它的发光材料或者(事实上)通过使用氖气的彩色放电替代荧光涂层和填充气体。

Claims (9)

1.一种低压放电灯，包括：

灯泡，具有带荧光涂层的内表面，并包含可被激励至放电状态的气态填充物；

壳体，所述灯泡安装在此壳体上；和

其中所述灯泡是由管状材料形成的，并经过螺旋盘绕，即形成大体上为半球形的外部轮廓。

2.根据权利要求1的放电灯，其中所述灯泡具有一个顶部，此顶部以向内逐渐变细的方式形成并包括一个中心延伸部分，向内逐渐变细的顶部和所述中心延伸部分以如此方式组合，即它们基本上覆盖所述灯泡的顶部，并由此在所述顶部上提供了大致均匀的光输出分布。

3.根据权利要求1的放电灯，其中所述灯泡的端部按一定角度伸入所述壳体的顶盖部分中，以使由所述壳体的所述顶盖部分覆盖的灯泡的表面积降至最小。

4.根据权利要求3的放电灯，其中所述灯泡的所述端部从沿所述灯泡的外周边的点处伸入所述壳体中。

5.一种低压放电灯，包括：

灯泡，内含可激励至放电状态的气态填充物；

壳体，其上安装所述灯泡；

电路装置，设置在所述壳体内，用于将所述气态填充物激励至放电状态；和

其中所述灯泡是由管状材料形成的，并以双螺旋方式成型，且在中心部分形成有空心区域。

6.根据权利要求5的放电灯，其中所述灯泡包括彼此相对分开预定间隔的侧部；借助于所述灯泡的所述双螺旋形状，所述预定间隔能有效地容许从绕所述空心区域设置的管部分的背面产生的光输出穿过此间隔向外辐射。

7.根据权利要求5的放电灯，其中所述灯泡具有一个顶部，此顶部以向内逐渐变细的方式形成并包括一个中心延伸部分，向内逐渐变变细的顶部和所述中心延伸部分以如此方式组合，即它们基本上覆盖所述灯泡的顶部，并由此在所述顶部上提供了大致均匀的光输出分布。

8.一种低压放电灯，包括：

灯泡，它具有带荧光涂层的内表面，并包含可激励至放电状态的气态填充物；

壳体，其上安装所述灯泡；

镇流电路，设置于所述壳体内，并能有效地将所述气态填充物激励至放电状态；和

其中所述灯泡是以螺旋形状构成的，并具有一个顶部，此顶部以向内逐渐变细的方式形成并包括一个中心延伸部分，向内逐渐变细的顶部和所述中心延伸部分是这样组合的，即它们基本上覆盖所述灯泡的顶部，并由此在所述顶部上提供大致均匀的光输出分布。

9.根据权利要求8的放电灯，其中所述灯泡的端部按一定角度伸入所述壳体的顶盖部分中，以使由所述壳体的所述顶盖部分覆盖的灯泡的表面积降至最小。

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