JP4095371B2 - 蛍光ランプの製造方法および蛍光ランプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光ランプの製造方法および蛍光ランプに関する。
【0002】
【従来の技術】
電球代替型の蛍光ランプ(以下、単に「蛍光ランプ」という。)は、白熱電球用のソケットにそのまま装着することができるとともに、消費電力が少なく、長寿命であるなどの優位性から多く用いられるようになっている。蛍光ランプの構造について、図7を用いて説明する。
【0003】
図7に示すように、蛍光ランプは、二重螺旋形状をした発光管310と、駆動回路基板330と、外管グローブ350と、口金345を一端部に備えるケース340などからなる。
発光管310は、その巻回軸方向に設けられた両端部311、312がホルダー320の2つの開口部に挿入され、ホルダー320にシリコーン樹脂によって固定されている。
【0004】
駆動回路基板330は、ホルダー320における発光管310が固定されている側とは反対側に取り付けられている。
図7において、外管グローブ350の内底部分には、透明なシリコーン樹脂層355が形成されている。これは、蛍光ランプを発光駆動させた際に、発光管310の温度上昇を抑制するために設けられたものである。
【0005】
このような二重螺旋形状の発光管310は、略直管状のガラス管を加熱し、これを金型に沿わせて巻回して作製される。
ところで、蛍光ランプは、従来から多く用いられている白熱電球の代替として用いられることが多く、より一層のコンパクト化、あるいはより一層の発光量の増大が要望されている。
【0006】
このような要望を踏まえて、設計面においては、発光管310における巻回軸と平行な両端部311、312でホルダー320に取り付けるのではなく、発光管310における巻回部分でホルダー320に取り付けられるような構造とする検討、開発がなされている。これによって、蛍光ランプは、コンパクト化あるいは発光量の増加が図られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光管における巻回部分でホルダーに取り付けようとする場合には、加熱・巻回加工を施して成形した巻回部分を用いてホルダー320に取り付けるので、上記図7のような構造の場合に比べて、発光管におけるホルダーとの取り付け部の寸法精度、特に巻回径方向の寸法精度が必要とされる。その上、このような発光管では、製造時において、その巻き終わり部分である両端部の寸法精度、特に巻回径方向の寸法精度を確保し難いという問題がある。
【0008】
上記のように巻き終わり部分で寸法精度を確保し難いのは、蛍光ランプに用いるガラス管の巻回において、ガラス管を加熱した後、巻回型の上方から下方に向けて順に巻回していくために、加熱後時間が経過してから巻回することになる巻き終わり端およびその近傍におけるガラス管が巻回径方向の外側に向けて巻き緩みを生じやすい傾向にあるためである。
【0009】
このように、ホルダーとの取り付け部分である両端部の寸法精度が確保されないと、蛍光ランプの製造段階においては、発光管をホルダーにうまく組み付けられず、また、発光管を外管グローブへ挿入ができない場合も生じず、製造過程における歩留まりが低下してしまう。
本発明は、上記問題を解決しようとなされたものであって、コンパクト化を図りつつ、発光管の寸法精度を確保して歩留まりの高い製造を実現できる蛍光ランプの製造方法および蛍光ランプを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明における蛍光ランプの製造方法は、ガラス管を加熱する加熱ステップと、加熱されたガラス管を螺旋形状に巻回する巻回ステップと、巻回ステップの後に、巻回部分でガラス管を切断し、切断部分から巻回ステップでの巻き終わり端にかけての部分を除去する切除ステップとを備えることを特徴とする。そして、切除ステップで除去される部分には、巻回ステップで巻回径方向の外側へ向けて生じる巻き緩みの部分が含まれることも併せて特徴とする。
【0011】
このような製造方法では、巻回ステップで巻き終わり端付近に巻き緩みが生じたとしても、切除ステップにおいて、ガラス管を巻回部分で切断し、切断部分から巻回ステップでの巻き終わり端にかけての部分を除去するので、切除ステップ後のガラス管ではその端部の寸法精度が確保され、これを用いて蛍光ランプを製造する上で高い歩留まりを確保することができる。
【0012】
また、上述のように、本発明に係る蛍光ランプの製造方法では、巻回ステップで巻回径方向の外側へ向けて生じる巻き緩みの部分を含む領域を切除ステップで除去するので、端部における寸法精度を確保することができ、高い歩留まりを確保して蛍光ランプを製造することが可能となる。
従って、本発明の蛍光ランプの製造方法では、寸法精度を確保して歩留まりの高い蛍光ランプの製造を実現することができる。
【0013】
なお、巻回ステップにおいて螺旋形状に巻回されたガラス管は、微視的に観察すると巻き始めから巻き終わりにかけて少しずつ巻回径(外径)が異なっているものであるが、上記巻き緩み部とは、ガラス管をホルダーに取り付ける際に許容される範囲を超えた巻回径(外径)となっているところを指している。この巻き緩み部は、巻回ステップにおける巻き終わり端から1/4ターンの範囲内で発生し易いので、上記切除ステップにおいて切除する部分は、具体的に、巻回ステップにおける巻き終わり端から少なくとも1/4ターン分であることが望ましい。
【0014】
また、蛍光ランプにおいては、限られた空間内で最大限の電極間距離を確保するためにガラス管を二重螺旋形状に成形した発光管が用いられることがあるが、本発明の製造方法は、このような発光管を用いる場合に、特に有効である。
ここで、発光管は、上記ガラス管に対して、管の内面に蛍光体層を形成するステップと、切除ステップにおいて形成された端部に電極を形成するステップと、
内部を排気した後に端部を封止するステップとを経て作製される。このようにして作製される発光管では、巻回の方向に回転させながらホルダーに設けられた開口部に端部を挿入し、ホルダーに対して取り付けが可能であり、蛍光ランプのコンパクト化を図る上で優れる。
【0015】
また、本発明の蛍光ランプは、二重螺旋形状の発光管がホルダーに螺合して取り付けられており、発光管を構成する巻回部および封止部の内、巻回部の巻回外径が略同一に形成されている。そして、本発明に係る蛍光ランプは、上記本発明に係る製造方法を経て製造されたことを特徴とする。
この蛍光ランプでは、螺合により発光管とホルダーとが取り付けられているので、コンパクトであり、発光管を構成する巻回部および封止部の内、巻回部の巻回外径が略同一に形成されているので、巻回外形の揃った発光管を備えるものである。
【0016】
上記蛍光ランプの構造は、発光管が外管グローブ内に内挿されるような構造を有する場合に、特に望ましい。つまり、発光管における寸法精度が優れる本発明の蛍光ランプでは、発光管の電極間距離を最大限確保した場合にも、高い寸法精度をもって発光管を外管グローブに内挿することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態に係る蛍光ランプについて、図を参照しながら説明する。
(全体構成)
先ず、本実施の形態に係る蛍光ランプの全体構成について、図1および図2を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る蛍光ランプ1の展開側面図であり、図2は、その内で発光管10、ホルダー20、駆動回路基板30を示す展開斜視図である。
【0018】
図1に示す蛍光ランプ1は、100Wの白熱電球の代替用としての21W型のものであって、樹脂製のホルダー20を介して駆動回路基板30に取り付けられた発光管10を発光源として備える。ホルダー20には、図の上部から漏斗状のケース40が取り付けられている。このケース40は、外部環境の湿気などから駆動回路基板30などを保護する目的と、ランプ使用時にこれらの回路などに人の手が触れるという危険を回避する目的などから設けられている。ケース40におけるホルダー20との取り付け部分と反対側(図では、上側)には、E型口金45が備えられており、外部ソケットに取り付け可能となっている。E型口金45には、駆動回路基板30から延出されたリード線34a、34bが接続されている。
【0019】
また、ホルダー20とケース40との取り付け部分には、若干の隙間が生じるようになっており、その隙間に外管グローブ50の一端が挟入されている。外管グローブ50の内底部分には、透明なシリコーン樹脂からなる熱伝導性媒体(不図示)が入れられており、組み付け時に発光管10における最冷点箇所16が熱的に接触するようになっている。
【0020】
ここで、発光管10における最冷点箇所16というのは、ランプを発光駆動させた際に発光管10での最も温度の低い箇所であり、ここの温度を低減してやることによって発光管10内の水銀蒸気圧は、効果的に低減される。つまり、蛍光ランプ1では、熱伝導性媒体を設けることにより発光駆動時における発光管10の最冷点箇所16の温度上昇を抑え、もって水銀蒸気圧が低減される。
【0021】
次に、図2に示すように、発光管10は、二重螺旋構造を有するとともに、その下方に2つの端部11、12が設けられている。両端部11、12からは、それぞれ2本の電極リード11a,11bおよび12a、12bが延出されている。そして、図示はしていないが、発光管10は、内面に蛍光体層(不図示)が形成され、内部空間に水銀(Hg)および放電バッファガスが封入されている(不図示)。
【0022】
また、発光管10における両端部11、12の周辺部分は、他の巻回部分よりその巻回ピッチが大きくとられている。これについては、後述する。
発光管10が取り付けられるホルダー20は、樹脂材料を用いて一体成型された浅底筒状のものであり、その底面に2つの開口部21、22が設けられている。この開口部21、22は、発光管10の両端部11、12近傍の螺旋形状に相当する形状に設けられており、両端部11、12がそれぞれ挿入可能となっている。
【0023】
発光管10とホルダー20とは、発光管10の端部11、12をホルダー20の開口部21、22にそれぞれ通し、互いに右ねじ方向に螺合することによって取り付けられるようになっている。そして、図示はしていないが、螺合の後にホルダー20の底面における発光管10が突き出した部分にシリコーン樹脂が塗布・固化されて取り付けが完了する。
【0024】
駆動回路基板30は、一方の主表面上に円形薄板状の基板の上にコンデンサや抵抗などの各素子が配されており、その縁部分に3箇所の切り欠き部33が設けられている。駆動回路基板30は、この切り欠き部33をホルダー20の側壁の頂部に設けられた3箇所の凸部23に位置合わせして嵌めこむことでホルダー20に取り付けられる。
【0025】
なお、駆動回路基板30をホルダー20に取り付ける前には、発光管10の両端部11、12から延出された電極リード11a、11b、12a、12bを駆動回路基板30の各接続箇所に接続しておく。
(発光管10の製造方法)
上記蛍光ランプ1を構成する各部品の中でも、本実施の形態の特徴部分となる発光管の製造方法について、図3および図4を用いて説明する。
【0026】
図3(a)に示すように、発光管10の製造過程における第1のステップは、ガラス管100の加熱ステップである。加熱ステップに供するガラス管100は、最近、環境問題等を考慮して用いられるようになってきた鉛フリーガラス、具体的にはストロンチウム・バリウムシリケイトガラス(軟化点:682℃、作業温度:1020℃)から構成されたものであって、内径がφ7.4mm、外径がφ9.0mmのドーナツ状円形断面を有する直管状のものである。このガラス管100の内部に、巻回時にその断面形状を維持するための不活性ガス(例えば、窒素ガス)を封入して、このガラス管100を用いて、以下のように、中央部を加熱し、巻回する。
【0027】
加熱ステップでは、上記ガラス管100を電気あるいはガスなどを熱源とする加熱炉(不図示)内に投入し、その中央部における巻回しようとする部分をガラス管材料の軟化点である682℃以上になるまで加熱して、ガラス管100の中央部を軟化させる。
軟化させたガラス管100を加熱炉から取り出し、図3(b)に示すように、このガラス管100の略中央部付近を巻回型200の先端の開口部にあてがい、巻回型200を回転させながら上方にせりあがらせる(巻回ステップ)。このとき、ガラス管100の両端には、巻回径方向の外側に向けてテンションが加えられている。このテンションは、ガラス管100と巻回型200との間に隙間が生じないようにするものである。ただし、加えるテンションは、ガラス管100の内径などが極端に小さくならない程度の強さである。
【0028】
このステップで用いる巻回型200の外周面には、作製しようとする発光管10の形状(巻回外径、巻回ピッチ)に対応するように、二重螺旋形状の溝が設けられている。ガラス管100を巻回する際における巻回外径は、φ38mmであり、巻回ピッチは、10mmとなっている。
また、巻回型200には、ヒータ(不図示)が内蔵されており、ガラス管100を巻回する際に加熱されたガラス管100の温度が急激に低下しないように表面温度が400℃〜500℃に保たれている。
【0029】
巻回型200にガラス管100を所要回数(例えば、11ターン)巻回した後、しばらくその状態で保持すると、ガラス管100の温度が低下してゆき、ガラスの状態が軟化状態から固化状態へと移行する。巻回形状が変化しない程度までガラスの温度が低下してから巻回型200を先程の巻回方向とは逆方向に回転させることによりガラス管100から巻回型200を抜き取り、図3(c)に示すような二重螺旋管110を得る。
【0030】
図3(c)に示すように、二重螺旋管110は、その巻回外径がd1(例えば、φ38mm)で設定されて巻回されているが、巻き終わり部110eに巻き緩みを生じ、そこでの巻回外径がd2(例えば、φ40mm)となってしまう。つまり、設定された巻回外径d1よりも2mm大きなものとなってしまう。これは、巻回過程中におけるガラス管100の温度低下、および巻回時にテンションを加えるのにガラス管100の両端部には熱が加えられないことなどが原因であると考えられる。
【0031】
また、巻き終わり部110eは、一方が巻回されていない、所謂自由端であり、このことも巻回後時間の経過とともに巻き終わり部110eに巻き緩みを生じる一因であると考えられる。
なお、上記二重螺旋管110においては、その巻回中間部分(巻回外径d1の部分と巻回外径d2の部分との中間部分)の巻回外径についても厳密には上記巻回外径d1より大きいが、ホルダー20に取り付ける上で、この径は許容範囲内である。つまり、ガラス管100の巻回においては、巻き終わり部110eにおける巻き緩みが特に顕著であり、ホルダー20との取り付けにおいて、巻回外径d2が許容される範囲外となっている。
【0032】
このような巻き終わり部110eにおける巻き緩みは、巻回数が多ければ多いほど加熱後巻き終わりまでに要する時間が長くなるので、顕著に発生する。
また、用いるガラス材料の面からは、鉛フリーガラスの場合、鉛ガラスと比べてその加工(巻回)可能な温度域の狭さゆえに問題が顕著となる。
上記図3(c)に示す巻き終わり部110eを用いて二重螺旋管110をホルダー20に取り付けようとした場合には、巻き終わり部110eでの巻回外径d2が設定の巻回外径d1よりも大きく、その差分(d2−d1)がホルダー20における開口部21、22の許容範囲を超えるような場合には、ホルダー20に発光管10を取り付けることができないという事態を生じ得る。そこで、本実施の形態に係る製造方法では、二重螺旋管110に以下のような加工を施して発光管10を作製する。
【0033】
図4(a)に示すように、本実施の形態に係る製造方法では、上記図3(c)のステップの後、巻き緩みを生じた部分を含むように1/4ターン以上に設定された所定の巻回数を切断し、除去する。この除去する所定の巻回数は、後述するように、形成しようとする蛍光ランプの入力電力に適応する発光管10の巻回数を得ることができるものであって、且つ、巻き緩みを生じ易い上記巻回ステップでの巻き終わり端から1/4ターン以上の部分であり、本実施の形態では、巻き終わり部110から6ターン分である。これにより、端部121が形成され、所定の巻き数の発光管前駆体120が作製される。
【0034】
次に、図4(b)に示すように、発光管前駆体120には、その最も下部の巻回部分に熱が加えられ、端部121を下方に引っ張ることでホルダー20との取り付け予定部の管どうしのピッチが他の巻回部分よりも広げられる。これは、発光管10をホルダー20に取り付ける際に、開口部21、22への挿入部における管どうしのピッチを確保するためである。
【0035】
その後、発光管前駆体120は、管内面に蛍光体材料が塗布された後、焼成されて蛍光体層が形成される(不図示)。
図4(c)に示すように、内面に蛍光体層が形成された発光管前駆体120は、それぞれの端部121に電極13、14および排気管15が取り付けられた後、端部121が封止される。そして、排気管15より中の残留ガスが排気され、代わりにHgおよび放電バッファガス(アルゴンとネオンの混合ガス)が導入されて後、排気管15の開口端が封止される。
【0036】
なお、電極13、14は、ともにビーズガラスマウント方式で仮止めされた状態で発光管前駆体120内に挿設される。
封止された後の発光管10の下端部は、図4(c)の拡大図に示すとおり、管内に電極13が形成され、これに接続された電極リード11a、11bが管外に延出されている。電極リード11aと電極リード11bとの間には、端部が封止された排気管15が形成されている。
【0037】
また、発光管10の上端部には、上方向に突出した最冷点箇所16が設けられている。
以上のようにして作製される発光管10においては、その巻回外径が上部から下部にかけての全領域でd1となり、電極13、14が形成された下端部が巻き緩みによる許容範囲外の巻回外径となることがなく、ホルダー20における開口部21、22にすんなりと挿入され、ホルダー20への取り付け不良を生じることがない。
【0038】
なお、図5に示すように、電極13、14が形成され、管の端が封止された部分においては、封止のために管が絞られた分だけ封止部と封止部との間隔(外径)d3が上部の巻回部分(発光部)の巻回外径d1よりもやや小さくなるが、発光管10のホルダー20への取り付け時に問題を生じるところではない。
また、上記図3(c)の巻き終わり部110eに電極13、14を形成した場合には、仮にホルダー20と取り付けが可能であったとしても、外管グローブ50のネック部に接触してしまい、外管グローブ50をうまく取り付けられないという問題も生じ得る。
【0039】
これに対して、本実施の形態に係る発光管10の製造方法では、ガラス管100の巻回時に巻き緩みが生じた巻き終わり部110eを切除してしまうので、外管グローブ50のネック部と発光管10とが接触することがなく、取り付け不良を生じることがない。
なお、上記実施の形態では、巻回数が5ターンの発光管10を有する蛍光ランプ1について、説明したが、発光管の巻回数は、5ターンに限定されるものではない。例えば、図6に示すように、11ターンの発光管60を用いて蛍光ランプを作製する場合にも、上述と基本的に同一の製造過程を経ることで行なうことができる。つまり、巻回後のガラス管110では、その巻き終わり部110eに巻き緩みを生じるので、巻き緩みを生じた部分を最低限切除できれば、上記効果を得ることが可能である。
【0040】
具体的には、上記図3(c)に示す巻回過程までは、上述の製造方法と同一であり、その切除する領域が図6に示す発光管60を得ようとする場合には、1巻きとする。そして、巻き終わり部を切除した後の発光管前駆体には、内面に蛍光体層を形成し、端部に電極63、64および排気管65を形成して、Hgおよび放電バッファガスが導入される。その後、排気管65の端部を封止して発光管60が作製される。
(切除する巻回数についての考察)
本発明者は、研究・開発の過程において、ガラス管の巻回ステップにおける巻き緩みが生じるのが巻き終わり端から略1/4ターン程度の部分であることを突き止めた。つまり、ガラス管の巻回ステップでは、得ようとする発光管の巻回数よりも少なくとも1/4ターン程度多めに巻回して二重螺旋管を作製しておき、その巻き緩みを生じた部分(1/4ターン程度)を含む巻き終わり部を切除すれば、特に巻回径方向における発光管の寸法精度を確保することができ、歩留まりの高い製造を実施することが可能となる。
【0041】
さらに、本発明の蛍光ランプの製造方法では、製造過程におけるガラス管を巻回するまでの工程を統合し、切除ステップでの切除領域の大小により入力電力が異なる複数品種の蛍光ランプを効率よく製造することができる。
従って、上記製造方法では、少なくとも発光管作製における巻回ステップまでを統一することができ、製造過程における煩雑さを排除することができるので、製造コストの低減が可能となる。
【0042】
【発明の効果】
以上のように、本発明の蛍光ランプの製造方法は、巻回ステップで巻き終わり端付近に巻き緩みを生じたとしても、切除ステップにおいて、巻回部分を切断し、この切断部分から巻回ステップにおける巻き終わり端にかけての部分を除去するので、切除ステップ後のガラス管ではその端部の寸法精度が確保され、これを用いて蛍光ランプを製造する上で高い歩留まりを確保することができる。つまり、上記ガラス管を用いて発光管を作製した場合には、巻回軸方向に端部を伸ばして、この端部でホルダーに取り付けるという従来の構造を採らなくてもよいので、ランプのコンパクト化を図ることができ、且つ、発光管におけるホルダーとの取り付け部の寸法精度を確保することもできる。
【0043】
従って、本発明の蛍光ランプの製造方法では、ランプのコンパクト化を図りながら、高い寸法精度を確保して歩留まりの高い蛍光ランプの製造を実現することができる。
また、本発明の蛍光ランプは、螺合により発光管とホルダーとが取り付けられており、コンパクトであり、発光管を構成する巻回部および封止部の内、巻回部の巻回外径が略同一に形成されているので、巻回外形の揃った発光管を備え、外管品質の優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係る蛍光ランプの展開側面図である。
【図2】図1における発光管10、ホルダー20、駆動回路基板30の展開斜視図である。
【図3】発光管の製造工程(前工程)を示す工程図である。
【図4】発光管の製造工程(後工程)を示す工程図である。
【図5】図4(c)における発光管10を下方から見た図である。
【図6】白熱電球100W代替の蛍光ランプにおける発光管を示す側面図である。
【図7】従来の蛍光ランプの構造を示す側面図(一部断面図)である。
【符号の説明】
1.蛍光ランプ
10. 発光管
11、12. 端部
13、14. 電極
15. 排気管
16. シリコーン樹脂層
20. ホルダー
30. 駆動回路基板
40. ケース
50. 外管グローブ
110. 二重螺旋管
110e. 巻き終わり部
Claims (7)
- ガラス管を加熱する加熱ステップと、
前記加熱されたガラス管を螺旋形状に巻回する巻回ステップと、
前記巻回ステップの後に、巻回部分で前記ガラス管を切断し、切断箇所から前記巻回ステップでの巻き終わり端にかけての部分を除去する切除ステップとを備え、
前記切除ステップで除去される部分には、前記巻回ステップで巻回径方向の外側へ向けて生じる巻き緩みの部分が含まれる
ことを特徴とする蛍光ランプの製造方法。 - 前記除去される部分は、前記巻回ステップにおける巻き終わり端から少なくとも1/4ターン分である
ことを特徴とする請求項1に記載の蛍光ランプの製造方法。 - 前記巻回ステップ後のガラス管は、二重螺旋形状を有している
ことを特徴とする請求項1から2の何れかに記載の蛍光ランプの製造方法。 - 前記切除ステップ後の前記ガラス管に対して、
内面に蛍光体層を形成するステップと、
前記切除ステップにおいて形成された端部に電極を形成するステップと、
内部を排気した後に前記端部を封止するステップとを経て、発光管を形成する
ことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の蛍光ランプの製造方法。 - 前記封止された端部を、ホルダーに設けられた開口部に前記巻回の方向に回転させながら挿入することで、前記ホルダーに対して前記発光管を取り付ける
ことを特徴とする請求項4に記載の蛍光ランプの製造方法。 - 二重螺旋形状の発光管がホルダーに螺合して取り付けられている蛍光ランプにおいて、
前記発光管は、
ガラス管を加熱する加熱ステップと、
前記加熱されたガラス管を螺旋形状に巻回する巻回ステップと、
前記巻回ステップの後に、巻回部分で前記ガラス管を切断し、切断箇所から前記巻回ステップでの巻き終わり端にかけての部分を除去する切除ステップとを備える各ステップを経て形成されており、
前記切除ステップで除去される部分には、前記巻回ステップで巻回径方向の外側へ向けて生じる巻き緩みの部分が含まれる
ことを特徴とする蛍光ランプ。 - 前記発光管は、略球形状の外管グローブに内挿されている
ことを特徴とする請求項6に記載の蛍光ランプ。
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