JP4944047B2 - 電球形蛍光ランプ及び発光管の製造方法。 - Google Patents
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具体的には、前記ガラス管の横断面形状が略楕円であることを特徴とし、又は、前記ガラス管の横断面形状が「く」の字形状をしていることを特徴としている。この構成によると、第1の径が第2の径より小さく、例えば、ガラス管の横断面における内周の形状が第2の径と同寸法の直径を有する円形状に比べて、水銀原子から放出された紫外放射が発光管の管壁に至るまでの光路を短くできると共に、発光管から発する光束が最大となる温度を上昇させることできる。従って、ランプ点灯中の発光管の温度との差が小さくなりランプ効率を向上させることができる。しかも、第1の径の内周が旋回軸と略直交する方向なので、ガラス管の横断面における旋回軸側の内周が、前記円形状における旋回軸側の内周よりも旋回軸から離れた位置にあり、前記円形状のものに比べて電極間距離を長くすることができ、ランプ効率を向上させることできる。
(第1の実施の形態)
1.電球形蛍光ランプの構成について1)全体構成について図1は本発明に係る電球形蛍光ランプの一部を切り欠いた全体構造を示す正面図である。この電球形蛍光ランプ1(以下、単に「ランプ1」という。)は、白熱電球60Wの代替用である11W品種である。ランプ1は、同図に示すように、螺旋状に湾曲する発光管2と、この発光管2を点灯させるための点灯回路3と、点灯回路3を収納し且つ口金5を有するケース4と、発光管2を覆う外管バルブ6とを備えている。
ガラス管9は、旋回軸Aを中心とした軸廻り(以下、単に「旋回軸A廻り」という。)を旋回しながら一方の端部から旋回軸A廻りに旋回しながら下方の折り返し部10に向かう第1の旋回部11aと、折り返し部10から旋回軸A廻りを旋回しながら他方の端部に向かう第2の旋回部11bとを有する2重螺旋形状をしている。第1及び第2の旋回部11a、11bは、両者をあわせて旋回軸Aを略5周旋回している。
発光管2は、その電極7、8側の端部がホルダー12の下面に固定され、またこのホルダー12の裏面には、図1に示すように、発光管2を点灯させるための電気部品13が装着されている。なお、これらの電気部品13により発光管2を点灯させるための点灯回路3が構成されている。ケース4は、合成樹脂製であって、図1に示すように、下拡がりの筒状をしている。ケース4内には、点灯回路3側が奥側となるようにホルダー12が開口部から挿入され、ホルダー12の周縁部がケース4の内壁に接着剤、ねじ等の適宜装着手段により装着されている。ケース4の上部、つまり開口部と反対側には、E26用の口金5が装着されている。なお、図1では、発光管2と点灯回路3との電気的接続及び口金5と点灯回路3との電気的接続の図示は省略している。
ランプ入力11Wでランプ1を、口金5を上にした状態で点灯(以下、単に「口金上点灯」という。)したとき、ランプ始動時での光束立上り特性が、従来の一般蛍光ランプと同等の特性を示し、また、ランプ電流約75mAにおいて光束790lmを得、ランプ効率として目標の70lm/W以上である71.9lm/Wが得られた。同時に、ランプ寿命が6000時間以上であることも確かめられた。
2.検討内容本発明者は、バルブ有りタイプのランプ1の検討にあたり、以下の4つを具体的目標とした。
b)ランプ1の外観寸法を白熱電球、特に60W品種の大きさ、つまりランプ径φが60mm、ランプ長Lが110mmの大きと同等以下まで小形化する。
d)ランプ寿命を、日本電球工業会規格JEL201規格で定められた6000時間以上とする。
本発明者は、上記の目標を達成すべく検討を進める際に、現行品で使用されている主アマルガム形態を発光管2内に封入するのではなく、水銀を単体形態で封入して、ランプ点灯中におけるランプ効率の低下を抑制できる手段を探索した。
ここで、予備検討として、ガラス管9の管内径φiが7.4mm、管外径φoが9.0mmで、電極間距離Leが340mmの発光管2を用いて、白熱電球60W品種の大きさ(ランプ径φ:60mm、ランプ長L:110mm)とほぼ同等の大きさに試作したランプ1をランプ入力11Wで点灯させて、発光管2と外管バルブ6の温度測定を行なった。なお、点灯の条件は口金上点灯である。また、外管バルブ6の形状は白熱電球60Wと同様なA型を使用した。
熱伝導性媒体15には、上述したように、耐熱性及び光透過性に優れた材料を探索し、透明なシリコン樹脂を選択した。またこのシリコン樹脂を用いることにより透明ゆえにランプ1の美観も損なうことがなく、また点灯後にシリコン樹脂が影として外管バルブ6に現出することもない。発光管2の下端部と外管バルブ6の内壁の下端部との距離d(図1参照)を2mmと設定し、発光管2の下端部を約2mmだけシリコン樹脂に埋没させている。ここで、上記測定に用いたランプ1において、発光管2の下端部と外管バルブ6の内壁の下端部との距離dを6.0mmより長く設定すると、最冷点温度の低下割合が減少することがわかった。従って、上記距離dは6.0mm以下の範囲に規定されるべきである。
c)ランプ効率について図6における線3は、ランプ効率が70lm/Wになる電極間距離Leを結んだラインである。このライン上の電極間距離Leは、ランプ効率が70lm/Wになる値を実験により求めた。具体的には、ガラス管9の管内径φiが5.0mm〜9.0mmの範囲で発光管2を作製し、この発光管2の電極間距離Leを種々換えて実際に点灯させて、その光束を測定し、ランプ効率が70lm/Wになる電極間距離Leを求めている。
このように、発光管2内に水銀が単体で封入されているので、一般の蛍光ランプ1と同等の光束立上り特性を得ることができる。また、管内径φiを5.0〜9.0mmの範囲にすることで、最大の光束を発する温度を60〜65℃の範囲にできるため、ランプ点灯中に発光管2の温度が上昇しても、最大の光束を発する温度との温度差が小さくなり、ランプ効率の低下を抑制することができる。また、管内径φiを小さくすることで、電極間距離Leを長くでき、ランプ効率を向上させることができる。さらに、シリコン樹脂を用いて発光管2と外管バルブ6とを結合することにより、ランプ点灯中に発光管2から発生する熱を外管バルブ6に伝えることができ、発光管2の温度を下げることができる。
(第2の実施の形態)上記第1の実施の形態では、本発明を白熱電球60W代替の11W品種に適用させた例を示したが、本実施の形態では、白熱電球100W代替の21W品種に適用させたものである。本実施の形態におけるランプと、第1の実施の形態におけるランプ1とを区別するために、本実施の形態における各構成の符号に200番台を、例えばランプの符号を201のように使用する。このため、構成に符号が付されているが、図示されていない(例えばランプ201、外管バルブ206)場合がある。
1.構成
図7は、本実施の形態を示す発光管の全体を示す正面図である。本実施の形態におけるランプ201の基本構成は、第1の実施の形態と同様であり、構成が異なる点は、白熱電球100W代替であるため、ランプ入力が11Wから21Wに増大すると共に、100W品種と略同等の光束を得るために、発光管202の電極間距離を長くしている。このため、発光管202の螺旋形状が、図7に示すように、第1の実施形態の略5周巻きから略7周巻きに変更されている。
まず、ランプ入力21Wで口金上点灯したとき、ランプ始動時での光束立上り特性が、従来一般蛍光ランプと同等の特性を示し、また、ランプ電流約100mAにおいて光束1520lmを得、ランプ効率が目標の70lm/W以上である72.4lm/Wとなった。同時に、ランプ寿命が6000時間以上であることも確かめられた。
2.検討内容
本実施の形態では、現行の22W品種用のランプより小形化することを目標とし、ランプ外径φを現行品の65mmより小さい60〜65mmに、ランプ長Lを現行の22W品種の140mmより短い120〜135mmにした。またランプ効率の目標は、第1の実施の形態と同様に、現行の22W品種用のランプ(69lm/W)以上の70lm/Wとした。なお、ランプ寿命については、第1の実施の形態と同様に、6000時間以上としている。
3)ランプ効率について図8における線23は、ランプ効率が70lm/Wになる電極間距離Leを結んだラインである。この電極間距離Leは、第1の実施の形態と同様に、ランプ効率が70lm/Wになるように実験により求められている。
(第3の実施の形態)
上記第2の実施の形態では、本発明を光束1500lmクラスの白熱電球100W代替の21W品種に適用した例を示したが、本実施の形態では、本発明を光束1700lmクラスの白熱電球100W代替の所謂高光束形23W品種に適用したものである。
本実施の形態において代替目標とする光束1700lmクラスの白熱電球100Wのランプ形状及び寸法そのものは、上記光束1500lmクラスのランプと同じ、すなわち、ランプ径φが60mm、ランプ長Lが110mmである。
1.構成本実施の形態におけるランプ301の基本構成は、上記第2の実施の形態と同様であり、構成が異なる点は、高光束1700lm対応であるため、ランプ入力が21Wから23Wに増大すると共に、発光管302の電極間距離Leをより長くしていることである。なお、本実施の形態でも、ガラス管9の管内径φiは、上記実施の形態と同様の理由により、5.0mm以上9.0mm以下の範囲に規定されている。
2.検討内容
本実施の形態では、現行のランプに比べて、特にランプ外径φを現行の65mmより小さい60〜65mmに小形化することを目標とした。また、ランプ効率及び寿命時間の目標は、第2の実施の形態である1500lmクラスの21W品種ランプ201と同様に、それぞれ70lm/W以上及び6000時間以上とした。
1)ランプ小形化について図9における線31は、ランプ301の形状として大きくてもそのランプ径φが白熱電球100Wと略同等で、かつ長さLが現行の22W品種用と略同等となるように各管内径φiにおける最大の電極間距離Leを結んだラインである。具体的には、各管径φiにおける電極間距離Leは、外径φが略60mm及び長さLbが略90mmの外管バルブ306内に収まり得る発光管302の最大長さから求めている。
3)ランプ効率について図9における線33は、ランプ効率が70lm/Wになる電極間距離Leを結んだラインであり、これは実験により求められている。
(第4の実施の形態)
上記第1の実施の形態では本発明を白熱電球60W代替の11W品種に、第2の実施の形態では本発明を白熱電球100W代替の21W品種に、第3の実施の形態では本発明を白熱電球100W代替の23W品種にそれぞれ適用した例を示したが、本実施の形態では、光束500lmクラスの白熱電球40W代替の7W品種に適用したものである。
本実施の形態において代替目標とする白熱電球40Wのランプ形状寸法は、ランプ径φが55mm、ランプ長Lが98mmであり、また光束は485lmである。なお、この40W白熱電球は、前記60W及び100W白熱電球と共に市場において主力品種として広く使用されている。また、現行の白熱電球40W代替の8W品種における外管バルブ付き電球形蛍光ランプの形状は、ランプ径φが略60mmでランプ長Lが略122mmである。そしてランプ性能は、光束が500lmでランプ効率が62.5lm/Wである。
1.構成
本実施の形態におけるランプ401の基本構成は、上記第1〜第3の実施の形態と同様であり、構成が異なる点は、光束が500lm対応であるため、ランプ入力が7Wに低減されると共に、発光管402の電極間距離Leも短縮されていることである。なお、本実施の形態でも、ガラス管409の管内径φiは、上記第1の実施の形態と同様の理由により、5.0mm以上9.0mm以下の範囲に規定されている。
2.検討内容
本実施の形態では、まずランプサイズを白熱電球40Wと略同等の形状まで小形化することを目標とした。また、ランプ効率及び寿命時間の目標は、前記第1〜第3の実施の形態で説明した各品種ランプ1、201、301と同様に、それぞれ70lm/W以上及び6000時間以上とした。
1)ランプ小形化について図10における線41は、ランプ401の形状が白熱電球40Wと略同等になるように各管径φiにおける最大の電極間距離Leを結んだラインである。具体的には、各管径φiにおける電極間距離Leは、外径φが略55mm及び長さLbが略46mmの外管バルブ406内に収まり得る発光管402の最大長さから求めている。
3)ランプ効率について図10における線43は、ランプ効率が70lm/Wになる電極間距離Leを結んだラインであり、これは実験により求められている。
(第5の実施の形態)
上記の第1〜第4の実施の形態では、2重螺旋形状のガラス管からなる発光管2、202、302、402を適用したが、その他の3本U形及び4本U形発光管を用いたランプについても検討した。なお、本実施の形態におけるランプと、上記の実施の形態におけるランプ1、201、301、401とを区別するために、本実施の形態における各構成の符号に500番台を、例えばランプの符号を501のように使用する。
発光管502は、4本のU形ガラス管509からなり、その管内径φiが7.4mm、管外径φoが9.0mm、電極管距離Leが340mmに設定されている。また、U形ガラス管509の幅bは20mmである(図11(b)参照)。また、発光管502の外観の外径φhが46mm、長さLhが60mmになっている。外管バルブ506は、外径φが60mm及び長さLbが58mmである。そして、最終のランプ501の全体の大きさとして、ランプ径φが60mm及びランプ長Lが110mmであり、これは白熱電球60Wと略同等である。
(第6の実施の形態)
上記の各実施の形態では、ランプ効率の目標を70lm/W以上としたが、本発明者は、ランプの大きさを変えずにランプ効率をさらに向上させる技術の検討を行った。本実施の形態におけるランプと、第1の実施の形態におけるランプ1とを区別するために、本実施の形態における各構成の符号に600番台を、例えばランプの符号を601のように使用する。
1.ランプの構成及び特性
a)電極間距離が340mmのタイプ本実施の形態における具体的構成を説明する。発光管602を形成するガラス管609は、その内周面が、管短内径D1が5.4mm、管長内径D2が7.4mmで、外周面が、管短外径が7.0mm、管長外径が9.0mmの楕円形状をしている。また発光管602内の電極間距離Leは340+βmmである。
なお、D2は7.4mmであり、第1及び第2の実施の形態における管内径φiに等しい。また、発光管602は、第1の実施の形態と同様に、略5周巻きの螺旋形状に形成され、その大きさが、直径φhが36mm、長さLhが64mmになっている。外管バルブ606の大きさは、外径φが55mm、長さLbが58mmで、その内部に上記の発光管602が納まるようになっている。
このランプ効率は、第1の実施の形態におけるランプ1のランプ効率に対して、約4%改善されている。このように、発光管602の断面形状を楕円状にすることにより、第1の実施の形態と同じ発光管2の長さであるにもかかわらず、ランプ効率を向上させることができる。これは、単位長当たりの発光管入力と内周面の表面積が同一の発光管2においては、楕円断面では円形断面に比べて光路が短縮されるため、それだけ最大の光束を発する温度が一層高温側へ移行できる。これにより、外管バルブ606内に装備されたときの発光管602内の水銀蒸気圧が上昇して生じるランプ効率の低下をより抑制でき、それだけランプ効率が一層改善されることになる。つまり、バルブ有りタイプのランプ601においては、基本的に楕円断面をなす発光管602を用いることはランプ効率改善のうえからも有利といえる。
3.検討内容
本発明者は、白熱電球を代替する省エネルギーの光源として、電球形蛍光ランプをより普及させるためには、バルブ有りタイプ及びバルブ無しタイプに関係なく、また発光管内に水銀が、主アマルガム形態で或いは単体形態で封入されたものに関係なく、さらにランプ効率を向上させる方法を検討した。
ここで、ガラス管9の横断面を楕円形状にすると電極間距離が長くなることを図14で説明する。まず図14は、ガラス管9の所定位置と、この位置から半周旋回した位置とを切断した図を示している。ガラス管609の横断面において、管短内径D1が方向Bと一致する楕円形状を実線で示し、この楕円の管長内径D2と同じ長さの管内径を有する円を仮想線(第1の実施の形態における発光管2に対応している。)で示している。なお、両者のガラス管9、609は、各中心が一致する場合を示している。
a)白熱電球100W代替用21W品種(符号にaを追加して付している)この場合も、発光管602aの寸法の設定を行う際にも、上記の方法に準じて、図8を利用して設定すれば良い。つまり、発光管602aを形成するガラス管609aの管短内径D1を規定して、D1の値から電極間距離Leを決定すれば良い。なお、図8には、管内径φiが5mm以下について電極間距離Leの範囲が示されていないが、管内径φiが3mm以上5mm未満の範囲における電極間距離Leの上限は、管内径φiと電極間距離Leとを直交座標(φi、Le)で示すと、線21を管内径φiが3.0mmとなるまで延長させた線分以下であり、電極間距離Leの下限は、線22を管内径φiが3.0mmとなるまで延長させた線分以上であれば良い。つまり、(φi、Le)は、点(3.0、840)、点(7.4、530)、点(9.0、560)、点(9.0、620)及び点(3.0、1085)の各点により囲まれた範囲内に規定されておれば良い。
(変形例)以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記の各実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば以下のような変形例を実施することができる。
1.発光管の外観形状について
第1〜第5及び第6の実施の形態では、発光管は、ガラス管を円周状に巻きつけた螺旋形状、つまり発光管を平面視したときの形状が円形をしているが、例えば、平面視の発光管の形状が略楕円状になるように、ガラス管を楕円形状に巻き付けた形状にしても良い。但し、このようにするには成形冶具を割型にするなどの工夫が必要となる。さらには、発光管の螺旋形状は、その旋回軸が口金の中心軸(上下方向)と同じ方向になっているが、例えば、口金の中心軸と直交する方向でも良い。
2.発光管の管形状について
上記の第6の実施の形態では、ガラス管の横断面の内周面が非円形状、特に、ガラス管が旋回する旋回軸と略直交する方向の第1の径が、旋回軸と略平行な方向における第2の径より小であるような形状として、楕円形状を例示したが、第1の径が第2の径より小で、第2の径と第1の径との比率が0.85以下であれば他の形状でも良い。
3.水銀の封入形態について
上記各実施の形態では、基本的に水銀が発光管内に主アマルガムでなく単体の形態で封入され存在しているが、この場合電極近傍などに従来技術による小形の補助アマルガム、例えばインジウムInメッキされたステンレスメッシュ等が付設されても良い。つまり、小形補助アマルガムであれば、封入水銀の一部がこれに吸着されるだけであり、発光管内には十分な水銀が単体と存在しているので、光束立上り特性が悪くなることはない。
4.熱伝導性媒体について
上記各実施の形態では、発光管の下端部と外管バルブの内壁の下端部とを、シリコン樹脂により結合しているが、ランプ点灯中の発光管の熱を外管バルブ側に伝えることができれば良い。つまり、熱的に結合されておれば良い。例えば、シリコン樹脂と発光管の下端部とは結合されていなくても当接しておれば良く、また、消灯時は、シリコン樹脂と発光管とは接触しておらず、ランプ点灯後にシリコン樹脂が膨張して発光管に密着するようにしても良い。但し、シリコン樹脂と発光管、或いはシリコン樹脂と外管バルブとが結合されていない場合は、結合したものに比べて、発光管の温度低下の割合が小さくなるが、発光管の温度を低下させるという効果はある程度得ることはできる。
2、202、502、602、902 発光管
4 ケース
5 口金
6、506、606 外管バルブ
7、8 電極
9、209、509、609 ガラス管
10、210 折り返し部
15、515、615 シリコン樹脂
16、516、616 最冷点箇所
20、920 成形冶具
30 ガラス管
A 旋回軸
φi ガラス管の内径
Le 電極間距
Claims (11)
- 螺旋状に湾曲するガラス管を有する発光管を備え、
前記ガラス管は、前記ガラス管の両端間の略中央に折り返し部を有し、前記ガラス管は、一方の端部側から旋回軸廻りを旋回しながら前記折り返し部に向かう第1の旋回部と、前記折り返し部から前記第1の旋回部の旋回軸廻りを旋回しながら他方の端部側に向かう第2の旋回部とを有する2重螺旋形状であって、
前記ガラス管の第1の旋回部および第2の旋回部の横断面の内周において、前記旋回軸と略直交する方向の第1の径が、前記旋回軸と略平行な方向の第2の径より小であることを特徴とする電球形蛍光ランプ。 - 前記第1の径をD1(mm)、前記第2の径をD2(mm)としたとき、D2の値が5mm以上9mm以下であり、且つD1の値が3mm以上D2未満であることを特徴とする請求項1に記載の電球形蛍光ランプ。
- 前記発光管は、前記ガラス管の両端部に電極を備え、
前記発光管内の電極間距離をLe(mm)とし、前記D1と前記Leとを直交座標(D1、Le)で表すときに、前記(D1、Le)が、点(3.0、445)、点(7.4、275)、点(9.0、290)、点(9.0、360)及び点(3.0、855)の各点により囲まれた範囲内に規定されていることを特徴とする請求項2に記載の電球形蛍光ランプ。 - 前記発光管は、前記ガラス管の両端部に電極を備え、
前記発光管内の電極間距離をLe(mm)とし、前記D1と前記Leとを直交座標(D1、Le)で表すときに、前記(D1、Le)が、点(3.0、840)、点(7.4、530)、点(9.0、560)、点(9.0、620)及び点(3.0、1085)の各点により囲まれた範囲内に規定されていることを特徴とする請求項2に記載の電球形蛍光ランプ。 - 前記発光管は、前記ガラス管の両端部に電極を備え、
前記発光管内の電極間距離をLe(mm)とし、前記D1と前記Leとを直交座標(D1、Le)で表すときに、前記(D1、Le)が、点(3.0、975)、点(7.4、570)、点(9.0、600)、点(9.0、670)及び点(3.0、1165)の各点により囲まれた範囲内に規定されていることを特徴とする請求項2に記載の電球形蛍光ランプ。 - 前記発光管は、前記ガラス管の両端部に電極を備え、
前記発光管内の電極間距離をLe(mm)とし、前記D1と前記Leとを直交座標(D1、Le)で表すときに、前記(D1、Le)が、点(3.0、330)、点(7.4、200)、点(9.0、230)、点(9.0、320)及び点(3.0、725)の各点により囲まれた範囲内に規定されていることを特徴とする請求項2に記載の電球形蛍光ランプ。 - 前記ガラス管は、前記電極を封装する部分が円形断面をしていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電球形蛍光ランプ。
- 前記発光管の内部に、水銀がアマルガム形態をとらずに略単体形態で封入されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電球形蛍光ランプ。
- 前記発光管を内包する外管バルブを備え、
前記ガラス管は、前記折り返し部周辺が前記外管バルブに熱伝導性媒体を介して結合されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電球形蛍光ランプ。 - 前記発光管における前記熱伝導性媒体と結合する部分に、前記熱伝導性媒体との結合面積を拡張させる拡張部が形成されていることを特徴とする請求項9に記載の電球形蛍光ランプ。
- 前記ガラス管は、前記折り返し部と、この折り返し部につながる第1及び第2の旋回部との隙間が、ガラス管の折り返し部の外径より小であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の電球形蛍光ランプ。
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