专利名称：闭环管灯管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及无电极低压光源，更具体地说，涉及闭环管灯管以及闭环管灯管的制造方法。
1970年3月10颁发给Andersond的美国专利No.3,500,118、1976年10月19颁发给Andersond的美国专利No.3,987,334以及Anderson发表于Illuminating Engineering，April，1969，pp.236-244公开了无电极荧光灯。无电极电感耦合灯，正如这些参考文献所公开的，包括在构成连续的闭合电通路的放电管内的低压汞/缓冲气体放电。放电管的通路通过一个或多个环形铁氧体磁心的中心，使得放电管变成变压器的次级线圈。电力通过将正弦电压加在几圈绕在环绕放电管的环形磁心上的线圈而耦合到放电部分上。通过初级线圈的电流产生时变磁通，后者沿着放电管感应产生维持放电的电压。放电管内表面敷以磷，后者在被激发的汞原子发射的光子照射下发出可见光。Anderson所描述的灯参数产生的灯，磁心损耗高，因而效率极低。另外，Anderson灯由于变压器磁心所用的铁氧体材料，太重，不实用。
1996年3月27日提交的美国专利申请书申请号No.08/624.043公开了一种高效无电极灯装置。所公开的灯装置包括无电极灯，后者包括内装汞蒸汽和缓中气体，压力低于约0.5乇的闭环管灯管；环绕灯管的变压器磁心；磁心上的输入绕组；以及耦合到输入绕组的射频电源。射频电源向汞蒸汽和缓冲气体提供足够的射频能量，使灯管内的放电电流等于或大于约2安培。所公开的灯装置同时达到比较高的流明输出、高功效和高的轴向流明密度，这使它成为传统的极高输出(VHO)荧光灯和高亮度、高压放电灯的有吸引力的替代品。
上述类型的无电极灯要使用闭环管灯管。该灯管是空心的，并形成闭环，但可以具有各种不同的外形。上述专利No.3,500,118公开一种椭圆型灯管。上述专利No.3,987,334公开一种具有用来放置铁氧体的收缩部分的环形灯管。日本专利No.7-94152公开各种外形的无电极灯管，其中两半在两处结合形成一个环。
就申请人所知，先有技术并未公开一种适宜于自动化生产的制造闭环管灯管的方法。和其制造工艺一样，这种闭环管灯管的所有已知的外形都是非常独特的。结果，灯的制造设备昂贵又不灵活。利用一条生产线不能适应不同的玻璃和灯的尺寸以及各种外形。例如，上述日本专利文献No.7-94152公开将成形后的玻璃管相邻端连接起来的方法。这种方法在实验室环境下是可行的，但在生产环境下则非常昂贵，不实用。
按照本发明，提供一种制造闭环管灯管的方法。在透光管的一端形成半球形。在半球上模制形成凸泡，在模制出的凸泡中形成一个孔。接着，在透光管的另一端形成半球形。在半球上模制形成凸泡，在模制出的凸泡中形成第二个孔。每个模制的凸泡都包括一个把各个孔围起来的凸缘。第二根管用同样方法处理。将第一和第二根管端部的凸缘融合在一起，形成密封的闭环管灯管。当把该灯管用在荧光光源时，第一和第二根管的内表面均敷以磷材料。
可以在一处或多处使透光管弯曲，以形成要求的灯管形状。玻璃管端部的凸缘形成匹配的半桥接部分，用来把第一和第二根管连接起来。
按照本发明的另一方面，提供一种连接玻璃管的方法。该方法包括以下步骤在第一根玻璃管的一端形成半球，在该半球上模制出具有凸缘的凸泡，在模制的凸泡上形成孔。该孔由凸缘围成。用同样方法处理第二根玻璃管。在凸缘处把第一和第二根玻璃管连接起来，形成第一和第二根玻璃管之间的密封连接。
按照本发明的再一个方面，提供一种用来处理连接到另一根玻璃管的玻璃管的方法。该方法包括以下步骤在一根玻璃管的一端形成半球，在该半球上模制出具有凸缘的凸泡，在模制的凸泡上形成孔。该孔由凸缘围成。该凸缘适合于连接到具有同样结构的另一根玻璃管上。
按照本发明的再一个方面，提供一种闭环管灯管。第一根透光管在其相对两端形成第一和第二半球。第一根管的第一和第二半球包括分别围成第一和第二孔的第一和第二凸缘。第二根透光管在其相对两端形成第三和第四半球。第二根管的第三和第四半球包括分别围成第三和第四孔的第三和第四凸缘。把第一和第三凸缘连接起来，并把第二和第四凸缘连接起来，使第一和第二根管形成闭环管灯管。在最佳实施例中，第一和第二根管具有直的部分，并借助于匹配的半桥接部分连接起来。
参照包括在此作为参考的附图，对本发明会有更好的理解。附图中
图1-4举例说明按本发明预制用来连接到另一根玻璃管的玻璃管的工艺步骤；图5举例说明按本发明将两根玻璃管连接起来的方法；图6和7举例说明按本发明的工艺制造的闭环管灯管；图8举例说明用在无电极荧光灯上的闭环管灯管的一个最佳实施例；图9是举例说明按本发明的闭环管灯管制造工艺的流程图；图10A-10K举例说明在图9的各工艺步骤之后的玻璃管。
生产闭环空心管灯管的方法是对各管段进行成形和处理，然后在轮廓清晰的密封面上把它们融合在一起。该工艺一般都涉及两个管段的预制，但并不限于两个管段。按严格的配合公差加工各管段，以保证密封面匹配。最后的灯管必须可靠地密封，必须比较坚固，而且必须具有长的使用寿命。可再现性和高的工艺产量取决于准备连接在一起的管段之间的良好匹配。
现参照图1-4描述在准备将一根玻璃管与另一个玻璃管连接时玻璃管的预制过程。这个过程从具有所要求的直径、壁厚和成分的直玻璃管10开始。如图2所示，在玻璃管10的一端形成半球12。半球12可以通过把玻璃管放在机床上，在要形成半球的区域加热玻璃管，旋转玻璃管，把玻璃管的两端拉开而形成。对于本专业的技术人员来说，形成半球12的自动化技术是众所周知的。半球最好呈半球形，其直径等于玻璃管10的直径。半球12将玻璃管10的一端封闭。
如图3所示，形成半球12是为了形成有凸缘的孔的先体。可以利用诸如吹模法等模制方法形成半球12以形成凸泡20。凸泡20包括具有封闭端24的凸缘22。凸泡20可以通过加热半球12，给玻璃管10的内部加压，将半球12的一部分压入具有凸泡20形状的模具(未示出)内来形成。所述模具限定了凸泡20的外部尺寸和形状。凸缘22的壁厚决定于半球12的厚度，一般与玻璃管10的壁厚大致相同。
如图4所示，将凸泡20的封闭端去掉，以形成由凸缘22围成的孔26。在最佳实施例中，通过用火焰切割凸泡20来形成孔26。凸缘22最好包括圆柱形壁，并围成圆形的孔。孔26的凸缘22可以在半球12的任何需要的位置上形成。为了保证形成圆形的凸缘，凸泡20必须整个位于半球12上。确定孔26的位置的自由度取决于孔26的要求尺寸。小孔比大孔可以位于所述半球上更大的立体角范围内。但无论如何，示于图1-4并在上文中描述的该过程，在孔26的尺寸和位置上以及它对于玻璃管10中心轴的取向上提供了灵活性。因为凸缘22是模制的，所以它的外形和尺寸很好控制。
利用本发明的程序进行的两个玻璃管的连接过程示于图5。用与上述玻璃管10的同样方法处理具有半球32和凸缘36的玻璃管30。作为形成凸缘用的模制方法的结果，凸缘22和36具有相同的直径，其配合公差最好在约0.2-0.3mm范围内，和相同的壁厚。将凸缘22和36对准，其配合公差在几度范围内，然后溶化在一起，形成密封接头40。因为凸缘22和36是用同一个模具成形的，所以它们是精密配合的，使管子10和30之间有可能精确地融合和密封。管子10和30一般都具有相同的直径和壁厚。但是，利用本发明的工艺方法，也可以连接不同尺寸的管子。主要要求是，凸缘22和36充分匹配，使它们能融合在一起。像先有技术已知的那样，融合凸缘22和36的方法是加热这些元件至溶化状态，然后把它们压在一起。
图1-4所示并如上所述的工艺是在一端形成了半球的直玻璃管上进行的。在许多情况下，可能要求在靠近半球12的地方弯曲玻璃管，例如，令凸缘22的平面的取向与玻璃管10的轴向平行。如后所述，图1-4的工艺在两个玻璃管的两端进行，并将两个玻璃管连接在一起，形成闭环管灯管。利用所公开的工艺和不同的管子形状和尺寸，可以制造出各种各样的灯型。所公开的程序使极其灵活的制造工艺成为可能，对这种制造工艺稍作改变即能处理不同的形状和尺寸。按照本发明制造的闭环空心管灯管的例子示于图6和7。在图6中，灯管50是将玻璃管52和54结合而形成的。在玻璃管52中，凸缘56在玻璃管52一端的半球58上形成，而凸缘60在玻璃管52另一端的半球62上形成。类似地，凸缘66在玻璃管54一端的半球68上形成，而凸缘70在玻璃管54另一端的半球72上形成。每一个玻璃管52和54在端部附近加工成形，使之能形成闭环管灯管，并形成要求的形状。玻璃管52的凸缘56和玻璃管54的凸缘70在接头76处连接，而玻璃管52的凸缘60和玻璃管54的凸缘66在接头78连接，形成密封的闭环管灯管50。
形状不同于灯管50但用同一方法制造的灯管90示于图7。如上所述，制造具有凸缘94和96的玻璃管92，并且制造具有凸缘102和104的玻璃管100。在接头110处将凸缘96融合到凸缘104，而在接头112处将凸缘94融合到凸缘102，从而形成密封的闭环灯管90。无电极光源用的灯管120的最佳结构示于图8。灯管120包括玻璃管122和124，后者通过桥接部分126和128在接近每一端头处连接，形成一个闭环。桥接部分126和128由玻璃管122和124上的整体半桥接部分形成。玻璃管122和124的直线部分是彼此平行而又彼此隔开的。玻璃管122和124在接头130和132处融合，形成具有闭环放电通路的密封灯管。在最佳实施例中，管子122和124外径5.0cm，除了桥接部分126和128外彼此隔开2.8cm。灯管总长度，不包括排气管，为40.0cm。桥接部分126和128外径为3.4cm。
现参照图9和图10A-10K描述图8所示类型的闭环空心灯管的制造过程。显然，这种工艺普遍地适用于各种形状和尺寸的闭环空心管灯管的制造。在步骤200将玻璃管300(图10A)切成要求的长度。在步骤202在管300的第一端形成半球302(图10B)。在步骤204，如图10C的304所示，将管300的半球端弯曲至与管轴线成45°角。利用吹模法模制第一半球302，以便在步骤206形成凸泡306(图10D)。在步骤208，将凸泡打开，形成由凸缘310围成的孔308(图10E)。接着，在步骤210，在管子300的第二端形成半球320(图10F)。在步骤212，如图10G的322所示，将管子300弯曲至与管轴线成45°角。在步骤214，用吹膜法将管子300的第二端加工成凸泡324(图10H)。在步骤216，将凸泡324打开，形成由凸缘328围成的孔326(图10I)。在步骤218，当该灯管用于荧光灯时，玻璃管300的内表面敷以磷材料。更具体地说，灯管可以在内部敷以氧化铝的阻挡涂层。阻挡涂层用炉烘干之后，正如先有技术已知的，灯管敷以3500K三磷共混聚合物、烘干并烧固。在靠近凸缘310和328，要进行玻璃密封的区域，从管子300的敞开端擦除磷涂层。接着在步骤220，对第二根玻璃管340(图10K)重复步骤200至218。每一根玻璃管的每一端都有半桥接部分。在两个或其中一个成形了的玻璃管上可以连接一个或多个排气管334(图10J)。在步骤224，在熔接机上，把两根已成形的玻璃管300和340在其匹配的凸缘处熔接在一起，形成闭环灯管(图10K)。
灯的排气工艺过程类似于其他气体荧光灯所采用的。在炉子中加热对玻璃和磷除气，对灯管进行反复循环的惰性气体冲洗和抽真空。最后的填充气体，可以是氪，最好在0.2乇的压力下引入。按投配量引入汞和汞齐，将排气管334封口便如图8所示得到完工的灯管。
半桥接部分之间的精确间距和它们的切开端的同平面度对玻璃管密封在一起的能力是极其关键的。半桥接部分上的凸缘的对齐的配合公差应在0.2至0.3mm以内，而同平面度配合公差应在几度以内。玻璃管相对两端最好应同时密封。
虽然已经显示和描述了本发明的最佳实施例，但对于本专业的技术人员来说，在不脱离后附权利要求书所定义的本发明的范围的情况下，显然可以进行各种各样的变化和修改。
权利要求
1.一种制造闭环管灯管的方法，其特征在于包括a)在第一管的一端形成第一半球；b)在所述第一半球上模制第一凸泡，所述第一模制凸泡具有第一凸缘；c)在所述第一模制凸泡内形成第一孔，所述第一孔由所述第一凸缘围成；d)在所述第一管的另一端形成第二半球；e)在所述第二半球上模制第二凸泡，所述第二模制凸泡具有第二凸缘；f)在所述第二模制凸泡内形成第二孔，所述第二孔由所述第二凸缘围成；g)通过对第二管执行步骤a)-f)来处理第二管；h)在所述第一凸缘和所述第二凸缘处把所述第一管和第二个连接起来，从而形成密封的闭环灯管。
2.权利要求1所定义的方法，其特征在于它还包括弯曲所述第一管和所述第二管以使所述灯管具有要求的形状。
3.权利要求2所定义的方法，其特征在于弯曲所述第一管和所述第二管，包括在靠近各自半球处弯曲所述第一和第二管，以使所述第一和第二管各包括笔直的部分和在各端的半桥接部分。
4.权利要求1所定义的方法，其特征在于形成第一孔和形成第二孔的步骤包括形成基本上圆形的孔。
5.权利要求1所定义的方法，其特征在于形成第一孔和形成第二孔的步骤各自包括火焰切割所述第一和第二孔的步骤。
6.权利要求1所定义的方法，其特征在于所述模制第一凸泡和模制第二凸泡的步骤各自包括吹模工艺。
7.权利要求1所定义的方法，其特征在于所述模制第一凸泡和模制第二凸泡的步骤各自包括对所述管内部加压以迫使所述半球进入模具的过程。
8.权利要求1所定义的方法，其特征在于它还包括对所述第一管和第二管内表面敷以磷材料涂层的步骤。
9.权利要求8所定义的方法，其特征在于它还包括在连接所述第一和第二管之前从所述第一和第二管的所述第一和第二凸缘除去磷材料的步骤。
10.权利要求1所定义的方法，其特征在于它还包括把至少一根排气管连接到所述第一管，以便对所述灯管抽真空和充气的步骤。
11.一种连接玻璃管的方法，其特征在于包括下列步骤a)在第一玻璃管的一端形成半球；b)在所述半球上模制凸泡，所述模制的凸泡具有凸缘；c)在所述模制的凸泡内形成孔，所述孔由所述凸缘围成；d)通过对第二玻璃管执行步骤a)-c)来处理第二玻璃管；e)在所述凸缘处在所述第一和第二玻璃管之间形成密封连接。
12.权利要求11所定义的方法，其特征在于它还包括在靠近所述半球处弯曲所述第一玻璃管的一部分的步骤。
13.权利要求11所定义的方法，其特征在于形成孔的步骤包括火焰切割所述孔的步骤。
14.权利要求11所定义的方法，其特征在于所述模制凸泡的步骤包括吹模工艺。
15.一种处理连接到另一玻璃管的玻璃管的方法，其特征在于包括下列步骤a)在玻璃管的一端形成半球；b)在所述半球上模制凸泡，所述模制的凸泡具有凸缘；以及c)在所述模制的凸泡内形成孔，所述孔由所述凸缘围成，其中所述凸缘适合于连接到另一玻璃管。
16.权利要求15所定义的处理玻璃管的方法，其特征在于还包括弯曲所述玻璃管的步骤。
17.权利要求15所定义的处理玻璃管的方法，其特征在于形成所述孔的步骤包括火焰切割所述孔的步骤。
18.权利要求15所定义的处理玻璃管的方法，其特征在于所述模制凸泡的步骤包括吹模工艺。
19.一种闭环管灯管，其特征在于包括其相反两端具有第一和第二半球的第一透光管，所述第一管的第一和第二半球包括分别围成第一和第二孔的第一和第二凸缘；以及其相反两端具有第三和第四半球的第二透光管，所述第二管的第三和第四半球包括分别围成第三和第四孔的第三和第四凸缘，将所述第一和第三凸缘连接起来，所述第二和第四凸缘连接起来，从而使所述第一和第二管形成密封的闭环管灯管。
20.权利要求19所定义的闭环管灯管，其特征在于所述第一和第二管各包括具有纵轴的直的部分，其中所述第一和第三凸缘形成匹配的半桥接部分，用来在一端的附近连接所述第一和第二管的直的部分，而其中所述第二和第四凸缘形成匹配的半桥接部分，用来在另一端的附近连接所述第一和第二管的直的部分。
21.权利要求19所定义的闭环管灯管，其特征在于还包括在所述第一和第二管内表面涂敷磷涂层。
全文摘要
公开了一种闭环管灯管及制造闭环管灯管的方法。在一根透光管的一端形成半球。在该半球上形成凸泡,在该凸泡内形成孔。接着,在该透光管的另一端形成半球。在该半球上形成凸泡,在该凸泡内形成第二孔。每个模制的凸泡都包括凸缘,后者围成各个孔。用同样的方法处理第二根管子。将该第一和第二管末端的各个凸缘熔合在一起,形成密封的闭环管灯管。可以弯曲每个管,使灯管具有要求的形状。凸缘的模制工艺确保了密封面的匹配。
文档编号H01J9/22GK1173606SQ97113440
公开日1998年2月18日 申请日期1997年5月22日 优先权日1996年5月22日
发明者D·C·文兹尔, G·扎斯拉维斯基, J·V·利马 申请人:奥斯兰姆施尔凡尼亚公司