JP2006044989A - 蛍光ランプの製造方法およびその製造装置 - Google Patents

蛍光ランプの製造方法およびその製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】成形型を使用せずにガラス管をほぼ直角状に曲げ成形することにより、ガラス管に傷が発生するのを防止ないし低減することができるうえに、その曲げ部に偏平が発生するのを防止ないし低減することができる蛍光ランプの製造方法およびその製造装置を提供する。
【解決手段】内面に蛍光体膜が予め形成されているガラスバルブ2を固定チャック3と可動チャック4とにより保持し、これら固定,可動チャック間の所定領域5を加熱して軟化させる加熱軟化工程と;この加熱軟化工程の後、ガラス管内に不活性ガスを供給するとともに所定領域を保温しながら上記可動チャックをインボリュート曲線円弧面7aに沿って回動させることにより、このガラスバルブをほぼ直角に曲げる曲げ工程と;を具備している。
【選択図】 図1

Description

本発明は、角形蛍光ランプに用いられる角形ガラス管を、直管状のガラス管から角形に成形する場合に好適な蛍光ランプの製造方法およびその製造装置に関する。
従来、例えば直管状ガラス管をU字形等所要形状に曲げ成形する場合は、そのガラス管を、金属製または耐熱素材製で所要形状の成形型に、直接巻き付けて成形していた。しかしながら、この成形方法では、ガラス管を加熱軟化した後、成形型に直接巻き付けて、所要形状に曲げ成形するので、この成形型とガラス管が滑りながら成形されることになる。そのため、成形型に微小でも傷があると、その傷によって形成された微細な凹凸が起点となってガラス管にクラックが発生し易くなるという課題がある。
また、加熱されたガラス管と成形型には温度差があるので、高温のガラス管が低温の成形型に接触した時点で温度が低下し、歪が発生する原因になる。そこで、成形型を加熱する場合は、成形型の温度管理が必要になるうえに、そのときの温度条件によっては、曲げ形状が安定しないという課題もある。
そこで、近年では、成形型を使用せずに、ガラス管をインボリュート曲線に沿って所要形状に曲げる成形方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
この成形方法によれば、ガラス管の曲げ成形のために、成形型を使用しないので、上記成形型を使用した場合の課題を殆ど解消することができる。
特開2002−60233号公報
しかしながら、このような後者の成形方法は、液晶ディスプレイのバックライトとして用いられる管径の細い冷陰極蛍光ランプのガラス管の成形方法として提案されているものに過ぎない。
したがって、この成形方法を、管径が例えば15mm程度の一般照明用蛍光ランプに使用するガラス管であって、ほぼ直角に曲げる曲げ部を有する角形ガラス管の成形に使用する場合には、その直角曲げ部に偏平を発生させるという課題がある。
しかも、この蛍光ランプは一般照明用に使用されるので、その偏平が目立ち、美観を害するという課題がある。
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、成形型を使用せずにガラス管をほぼ直角状に曲げ成形することにより、ガラス管に傷が発生するのを防止ないし低減することができるうえに、その曲げ部に偏平が発生するのを防止ないし低減することができる蛍光ランプの製造方法およびその製造装置を提供することにある。
請求項1に係る発明は、内面に蛍光体膜が予め形成されているガラス管の直管部を少なくとも一方が曲げ加工方向に動作可能な一対の把持具により保持し、これら把持具間の所定領域を加熱して軟化させる加熱軟化工程と;この加熱軟化工程の後、上記ガラス管内に不活性ガスを供給するとともに、上記所定領域を保温しながら曲げ加工方向に動作可能な可動把持具をインボリュート曲線またはこれに近似した曲線に沿って回動させることにより、このガラス管をほぼ直角に曲げる曲げ工程と;を具備していることを特徴とする蛍光ランプの製造方法である。この請求項1以下において、一対の把持具とは、少なくとも一方が可動把持具であればよく、両者が可動把持具である態様を含むものである。なお、保温とは上記所定領域の温度が加熱軟化工程時の温度よりも極端に低下しないようにすることを意味する。インボリュート曲線に近似した曲線とは本発明の作用効果に影響しない程度にインボリュート曲線からずれたものを含むことを意味する。
請求項2に係る発明は、上記加熱軟化工程、上記曲げ工程を複数回繰り返すことにより、ガラス管を角形に曲げ成形することを特徴とする請求項1記載の蛍光ランプの製造方法である。
請求項3に係る発明は、上記曲げ工程時に、上記ガラス管内の曲げ部外周面を局所的に加熱することを特徴とする請求項1または2記載の蛍光ランプの製造方法である。
請求項4に係る発明は、上記可動把持具は、カムプレートの上記インボリュート曲線により形成された曲面上を移動する移動部材に連動してインボリュート曲線に沿って回動するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一記載の蛍光ランプの製造方法である。
請求項5に係る発明は、ガラス管の直管部を所定間隔を置いて保持する少なくとも一方が曲げ加工方向に動作が可能な一対の把持具と;上記ガラス管における上記一対の把持具間の所定領域を加熱して軟化させると共に保温する加熱装置と;曲げ加工方向に動作が可能な可動把持具をインボリュート曲線に沿って回動させることにより上記ガラス管をほぼ直角に曲げる可動把持具駆動装置と;上記可動把持具の回動時に上記ガラス管内に不活性ガスを供給するガス供給装置と;を具備していることを特徴とする蛍光ランプの製造装置である。
本発明によれば、一対の把持具により把持されたガラス管の当該把持具間の所定領域を加熱した後、ガラス管内に不活性ガスを供給するとともに、その所定領域を保温しながら可動把持具をインボリュート曲線に沿って回動させることによりほぼ直角に曲げるので、その曲げ加工時に蛍光体膜の剥離またはひび割れを防止または低減することができるとともに、ガラス管の曲げ部の偏平を防止ないし低減することができ、美観の低下を防止ないし低減することができる。また、ガラス管を、成形型を使用せずに成形するので、ガラス管に傷が発生するのを低減することができる。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、これら添付図面中、同一または相当部分には、同一符号を付している。
図1は本発明の第1実施形態に係る蛍光ランプの製造方法によるガラスバルブ(管)の成形方法の原理を示す正面図、図2はそのガラスバルブの成形方法により角形に成形された角形ガラスバルブの一例の正面図である。
図2に示すように角形ガラスバルブ1は、例えば1本の直管状ガラスバルブを曲げ加工することにより、一平面状にてほぼ正方形に形成されている。すなわち、角形ガラスバルブ1は、複数の直管部1a,1a,…と、この直管部1a,1a,…同士をそれぞれ接続している複数の屈曲部1b,1b,…とから形成されている。なお、図1の直管状ガラスバルブ2の両端部には曲げ加工前に図示しない放電電極が封装されている。
各直管部1aの管外径は、12〜20mmの範囲内であり、ランプ効率などのランプ特性や製造条件を考慮した管外径の最適範囲は14〜18mmである。なお、屈曲部1b近傍の直管部1aは屈曲部の曲げ加工において若干管外径が変化して部分的に上記範囲から外れることが考えられるが、本発明の場合、直管部1aの大部分が上記範囲内であればよい。なお、直管部1aの肉厚は約0.8〜1.2mm程度とするのがよい。
ガラスバルブ1は、ソーダライムガラスや鉛ガラスなどの軟質ガラスで形成されるが、ほうケイ酸ガラスや石英ガラスなどの硬質ガラス製であってもよい。バルブの肉厚は0.8〜1.2mm程度が望ましいがこれに限定されない。
ガラスバルブ1の内面に塗布される蛍光体層(膜)は、屈曲部1bの形成前に1本の直管状ガラスバルブ2全体に形成されている。
蛍光体層を構成する蛍光体は、三波長発光形蛍光体、ハロ燐酸塩蛍光体など周知の蛍光体で構成可能であるが、発光効率の観点から三波長発光形蛍光体の使用が好ましい。
三波長発光形の蛍光体としては、450nm付近に発光ピーク波長を有する青系蛍光体としてBaMgAl1627:Eu2+、540nm付近に発光ピーク波長を有する緑系蛍光体として(La,Ce,Tb)PO、610nm付近に発光ピーク波長を有する赤系蛍光体としてY:Eu3+などが適用可能であるが、これらに限定されない。
なお、ガラスバルブ1の内面と蛍光体層との間に保護膜を介在させてもよい。保護膜としては金属酸化物微粒子から構成したものが好適であり、金属酸化物微粒子には、アルミナ(Al)やリン酸ストロンチウム(Sr)などの微粒子を用いることが可能である。
次に、この角形ガラスバルブ1を、1本の直管状のガラスバルブ2の曲げ加工により角形に成形する蛍光ランプの製造方法による曲げ成形方法の一例を説明する。
まず、図1に示すように直管状のガラスバルブ2の直管部2aを、固定把持具の一例である固定チャック3と、可動把持具の一例である可動チャック4とにより所定間隔laを置いて着脱可能に把持する。
次に、これら固定チャック3と可動チャック4とにより把持されている中間部であって、曲げが予定されている所定領域5をバーナ等により所定温度に加熱して軟化させる(加熱軟化工程)。
図3はこのガラスバルブ2の所定領域5を加熱するバーナの一例である主バーナ6をガラスバルブ2の直管部2aの外周に同心状に遊嵌させた状態の正面図、図4はその側面図を示す。
これら図3、図4に示すように、主バーナ6は、ガラスバルブ2の所定領域5のほぼ全域を、その外周回りに所要の間隙を置いて同心状に覆い、ガラスバルブ2の所定領域5の全領域外周面の全面を図4中小矢印で示す火炎により加熱する円筒状のバーナヘッド6aを備えている。バーナヘッド6aは半円筒状の左右一対のヘッドエレメント6b,6cに分割可能に構成され、図5に示すようにこれら一対のヘッドエレメント6b,6cを左右に所定間隔Lb離間した状態で火炎または主バーナ6の残余熱により加熱させることにより所定領域5を所定温度、例えば650〜750℃の範囲内になるように保温することができるようになっている。
そこで、この加熱軟化工程の後は図5に示すように一対のヘッドエレメント6b,6c同士を所定間隔lbまで離間させて所定領域5の加熱を継続することにより、この所定領域5を所定温度で保温する。次に、この保温状態でガラスバルブ2の屈曲部2bを形成するための曲げ加工を行なう。
すなわち、図1に示すように固定チャック3をその保持位置で固定する一方、可動チャック4をその可動チャック駆動装置(図示せず)によりインボリュート曲線に沿って回動させることにより、直管状のガラスバルブ2の直管部2aの所定領域5を成形型を使用することなく、非接触で略円形状の曲率半径を有するほぼ直角に屈曲した屈曲部2bを形成することができる(曲げ工程)。
可動チャック駆動装置は、例えば平板状のカムプレート7の所要曲率のインボリュート曲線icに沿って形成されたインボリュート曲線円弧面7a上に、ローラやコロ等の移動部材である転動子を転動可能に配設し、この転動子をインボリュート曲線円弧面7a上のほぼ全長に転動させることにより、この転動子の転動に連動して可動チャック4をカムプレート7のインボリュート曲線円弧面7aよりも内側にてインボリュート曲線icに沿って回動させるように構成されている.
この直管状ガラスバルブ2の加熱軟化工程と曲げ工程とを、角形ガラスバルブ1の屈曲部1bの箇数と同数回繰り返すことにより、この直管状ガラスバルブ2を角形ガラスバルブ1に成形することができる。図2で示す角形ガラスバルブ1の場合は屈曲部1bが4箇所あるので、加熱軟化工程と曲げ工程は4回繰り返す必要がある。よって、屈曲部1bが3箇所ある場合は、これら加熱軟化工程と曲げ工程とを3回繰り返せばよい。
したがって、この実施形態によれば、ガラスバルブ2をインボリュート曲線icを使用してほぼ直角に曲げることにより屈曲部2bを形成しているので、この屈曲部2bの内径の肉厚が薄くなるのを防止ないし低減することができる。
すなわち、インボリュート曲線icは例えば円筒外周に巻き付けた糸を引き解くとき、その糸の端が描く曲線であるから、可動チャック4を屈曲部2bの内周側半径と等しい円筒に巻付けるように回動させることにより、その屈曲部2bのガラスバルブ2の伸びを理論的にはほぼゼロにする等最小限に減少させることが可能である。このために、屈曲部2bの肉厚が薄くなることを防止ないし低減することができる。
また、直管状ガラスバルブ2の曲げ工程時に、その曲げ予定部の所定領域5を保温するので、ガラスバルブ2内の蛍光体膜の剥離またはひび割れを防止ないし低減することができる。
なお、上述したようにガラスバルブ2をインボリュート曲線icに基づいて曲げて屈曲部を形成することにより、屈曲部2bの内周側の伸びは最小限に減少させることができるが、屈曲部2bの外側面や外周面には若干伸びが生ずる。
そこで、ガラスバルブ2の加熱軟化工程時に、このガラスバルブ2内に給気管2cを介して窒素ガス(N)等の不活性ガスを低圧で供給する一方、この不活性ガスを高圧に昇圧してから曲げ工程を実施している。
これによれば、屈曲部2bに偏平が発生することを低減することができ、屈曲部2bの断面形状を直管部2aのそれに近似させることができる。
したがって、その曲げ加工時には、このガラスバルブ2の管外径が10mm以上と太径であっても、この屈曲部2bに偏平が発生するのを防止ないし低減することができる。このために、角形ガラスバルブ1の美観を向上させることができる。
また、上記曲げ工程時には、ガラスバルブ2の所定領域5において屈曲部2bの外側面と外周面に相当する部分を補助バーナ8により径方向に局所的に加熱してもよい。
これによれば、ガラスバルブ2の内圧が不活性ガスの供給によって高くなっていることから、屈曲部2bの外側面や外周面が膨らんで伸び易くなることから、屈曲部2bに偏平が発生することをさらに低減することができる。
図6〜図8は上記蛍光ランプの製造方法を適用した製造装置11の概略正面図である。この蛍光ランプの製造装置11は、機台12に、3台の固定チャック3a,3b,3c、3台の可動チャック4a,4b,4c、直管状のガラスバルブ2の他端側を支持する支持ローラ13を備えた送り機構、ガラスバルブ2の所定領域を加熱軟化させる主バーナ6、上記補助バーナ8、および可動チャック4a〜4cを、カムプレート7のインボリュート曲線に沿って形成したインボリュート曲線円弧面17aに沿って回動させる図示しない可動チャック駆動装置、ガラスバルブ2に窒素ガス(N)等の不活性ガスを供給する図示しない不活性ガス供給装置を配設している。
固定チャック3a〜3cは、ガラスバルブ2の高さまで上昇する図示しない支持アームと支持板とによりガラスバルブ2を着脱可能に把持する把持機構と、ガラスバルブ2を把持した状態で移送する移送機構とを備えている。なお、図中の固定チャック3a〜3cはガラスバルブ2を把持する前の下降した状態を示している。把持機構は、送りローラ13を備えた送り機構により直管状のガラスバルブ2が位置決めアーム14まで搬送されたときに、固定チャック3a〜3cの支持アームと支持板とを所定角度開脚させた状態で図中上方のガラスバルブ2の送り位置まで突出させて着脱可能に把持するものである。
移送機構は、この把持機構によりガラスバルブ2を把持した後に、その把持した状態でガイドレール15上を摺動して可動チャック4a〜4c側の所定の移送位置まで移送し、その位置でガラスバルブ2を把持した状態で停止する機構である。
可動チャック4a〜4cは、固定チャック3a〜3cによりガラスバルブ2が可動チャック4a〜4c側の所定位置まで移送されてきたときに、このガラスバルブ2を着脱可能に把持させる機能を有する。
可動チャック駆動装置は、ガラスバルブ2の所定領域5を加熱軟化させる所定時間経過後、これら可動チャック4a〜4cをカムプレート7のインボリュート曲線円弧面7aに沿って回動させる機能を有する。
すなわち、可動チャック駆動装置は、カムプレート7のインボリュート曲線円弧面7aのほぼ全長上をローラやコロ等の転動子により転動させ、その転動子の移動に、可動チャック4a〜4cを連動させることにより、これら可動チャック4a〜4cをインボリュート曲線に沿って回動させるように構成されている。
主バーナ6は、可動チャック4a〜4cと固定チャック3a〜3cとによりガラスバルブ2の直管部2aを所定間隔laを置いて把持した後に、これら可動チャック4a〜4cと固定チャック3a〜3cとの中間部の所定領域5を図4に示すように所定時間加熱し、その後、ガラスバルブ2の曲げ工程時、図5に示すように一対のヘッドエレメント6b,6c同士をガラスバルブ2の径方向に所定間隔lb離間して所定領域5を加熱または保温するものである。
また、この補助バーナ8は、ガラスバルブ2の曲げ工程時に、そのガラスバルブ2の屈曲部2b外周面を局所的に径方向に加熱するものである。
不活性ガス供給装置は、上記ガラスバルブ2の加熱軟化工程時に、給気管2cを介してガラスバルブ2内に、窒素ガス(N)等の不活性ガスを低圧で供給すると共に、そのガス圧を、ガラスバルブ2の曲げ工程時に、加熱軟化工程時よりも高圧に昇圧するものである。
次に、この蛍光ランプの製造装置11の作用を図6〜図8に基づいて説明する。なお、これら図6〜図8中、(1)〜(5)は工程順を示す。
まず、図6中(1)に示すように、直管状のガラスバルブ2が固定チャック3a〜3c、支持ローラ13等からなる送り機構により所定位置まで搬送される。すると、固定チャック3a〜3cの支持アームと支持板とが所定角度で開脚してガラスバルブ2の送り位置まで突出する。その後、この支持アームと支持板とが閉じてガラスバルブ2を着脱可能に挟持し、その把持状態で固定チャック3a〜3cがガイドレール15上を摺動して図6中(2)に示すように左側の可動チャック4a〜4c側の所定位置へ移送し、固定チャック3a〜3cはその位置で停止し、固定される。
すると、可動チャック4a〜4cがガラスバルブ2の先端部を着脱可能に把持する。この後、これら可動チャック4a〜4cと固定チャック3a〜3cとにより、それぞれ把持している間の所定領域5をバーナ6により加熱してガラスバルブ2を軟化させる(加熱軟化工程)。
この加熱軟化工程時には、ガラスバルブ2内に給気管2cを介して低圧の不活性ガスが図示しない不活性ガス供給装置から供給される。
この後、図5に示すように主バーナ6の一対のヘッドエレメント6b,6c同士が所定間隔lb離間するように径方向に分割されてガラスバルブ2の所定領域5を保温し、不活性ガス供給装置から給気管2cを通してガラスバルブ2内に供給されるガス圧が所定圧に昇圧される。
この後、可動チャック駆動装置は、可動チャック4a〜4cをカムプレート7のインボリュート曲線円弧面7aに基づくインボリュート曲線に沿って回動させることにより、ガラスバルブ2の所定領域5をほぼ直角に曲げ、図6中(3)に示すように第1の屈曲部2bを形成する(曲げ工程)。
この曲げ工程時には、図3で示す補助バーナ8により曲げ部2bの外周面と外側面を径方向に加熱する。
この後、可動チャック4a〜4cがガラスバルブ2の把持を解除して、回動前の原位置に復帰してから再びガラスバルブ2を把持する。次に固定チャック3a〜3cもガラスバルブ2の把持を解除してガイドレール15上を摺動し、図6中右側へ所定量後退してから再びガラスバルブ2を把持する。
これにより、再びガラスバルブ2を可動チャック4a〜4cと固定チャック3a〜3cとにより把持し、これら両チャック4a〜4c、3a〜3c間に所定領域5を設定する。
この後、上記加熱軟化工程と曲げ工程を所定回数繰り返すことにより、図6中(4),(5)に示すように例えば4個所の屈曲部2bを順次形成して図2等で示す角形ガラスバルブ1を形成する。
したがって、この蛍光ランプ製造装置11によれば、複数の直管状のガラスバルブ2を自動的に角形バルブ1に順次成形加工することができるうえに、上述した蛍光ランプの製造方法により直管状のガラスバルブ2を角形バルブ1に成形加工するので、この蛍光ランプの製造方法と同様の作用効果を奏することができる。なお、この蛍光ランプ製造装置11によれば、上記直管状ガラスバルブ2よりも長い直管状ガラスバルブ2xaの送り長さを適宜調整することにより、上記角形ガラスバルブ2よりも大きい角形ガラスバルブ2x等複数サイズの角形ガラスバルブを製造することができるようになっている。
本発明の第1の実施形態に係る蛍光ランプの製造方法の原理を説明する正面図。 図1で示す蛍光ランプの製造方法により角形に成形された角形ガラスバルブの一例を示す正面図。 図1で示す蛍光ランプの製造方法およびその製造装置により使用される主バーナ、補助バーナおよびガラスバルブの一部を拡大して示す正面図。 図3で示す主バーナの側面図。 図3で示す主バーナによりガラスバルブを保温する場合の当該主バーナの位置を実線で示す側面図。 本発明の第2の実施形態に係る蛍光ランプの製造装置の概略正面図であって、直管状ガラスバルブを固定チャックにより把持して可動チャック側へ移送する工程を示す図。 同じく蛍光ランプの製造装置の概略正面図であって、直管状ガラスバルブの第1の屈曲部を曲げ加工する工程を示す図。 同じく蛍光ランプの製造装置の概略正面図であって、直管状ガラスバルブの各屈曲部を順次曲げ加工した状態を示す図。
符号の説明
1…角形ガラスバルブ、1b…屈曲部、2…直管状ガラスバルブ、2a…直管部、2b…屈曲部、2c…給気管、3…固定チャック、4…可動チャック、5…所定領域、6…主バーナ、7…カムプレート、7a…インボリュート曲線円弧面、8…補助バーナ、11…蛍光ランプ製造装置、12…機台、15…ガイドレール。

Claims (5)

  1. 内面に蛍光体膜が予め形成されているガラス管の直管部を少なくとも一方が曲げ加工方向に動作可能な一対の把持具により保持し、これら把持具間の所定領域を加熱して軟化させる加熱軟化工程と;
    この加熱軟化工程の後、上記ガラス管内に不活性ガスを供給するとともに、上記所定領域を保温しながら曲げ加工方向に動作可能な可動把持具をインボリュート曲線またはこれに近似した曲線に沿って回動させることにより、このガラス管をほぼ直角に曲げる曲げ工程と;
    を具備していることを特徴とする蛍光ランプの製造方法。
  2. 上記加熱軟化工程、上記曲げ工程を複数回繰り返すことにより、ガラス管を角形に曲げ成形することを特徴とする請求項1記載の蛍光ランプの製造方法。
  3. 上記曲げ工程時に、上記ガラス管内の曲げ部外周面を局所的に加熱することを特徴とする請求項1または2記載の蛍光ランプの製造方法。
  4. 上記可動把持具は、カムプレートの上記インボリュート曲線により形成された曲面上を移動する移動部材に連動してインボリュート曲線に沿って回動するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一記載の蛍光ランプの製造方法。
  5. ガラス管の直管部を所定間隔を置いて保持する少なくとも一方が曲げ加工方向に動作が可能な一対の把持具と;
    上記ガラス管における上記一対の把持具間の所定領域を加熱して軟化させると共に保温する加熱装置と;
    曲げ加工方向に動作が可能な可動把持具をインボリュート曲線に沿って回動させることにより上記ガラス管をほぼ直角に曲げる可動把持具駆動装置と;
    上記可動把持具の回動時に上記ガラス管内に不活性ガスを供給するガス供給装置と;
    を具備していることを特徴とする蛍光ランプの製造装置。
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