专利名称：灯泡形无电极荧光灯和无电极放电灯点亮装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无电极放电灯的点亮装置。特别涉及灯泡形无电极荧光灯。
背景技术：
近年，从地球环境保护和经济性的观点出发，效率比白炽灯高出5倍的有电极的灯泡形荧光灯，取代白炽灯泡，在住宅和旅馆等等场所广泛应用。这样的有电极的灯泡形荧光灯已经在例如特开2001-196194号公报中公开。灯泡形荧光灯内藏点亮电路，而且还包含灯头，因此它具有能够直接替代白炽灯的构造。
再就是，最近，现存的有电极的灯泡形荧光灯之外，无电极的灯泡形荧光灯开始普及。无电极荧光灯由于没有电极，所以就没有电极损耗，特征是比有电极荧光灯寿命更长，今后有望加速普及。这种灯泡形无电极荧光灯已在例如特开平9-320541公报中公开。
无电极荧光灯以往主要用于公共照明(例如，路灯等)，自从灯泡形无电极荧光灯开发之后，用途得以推广，取代白炽灯广泛应用于旅馆等地方。因此，比起以往，就必须更加防备其万一破裂、必须更加重视防止其飞散。
图20显示了特开平9-320541公报中公开的无电极的灯泡形荧光灯。为了比较，特开2001-196194公报中公开的有电极的灯泡形荧光灯在图21中显示。
如图20所示，为插入感应线圈(306、307)，在球状灯泡303的一部分上设置了凹入部，而且在灯泡303内部，封入了发光气体，不过却呈现了几Pa～几百Pa的减压状态。再有，图20中的膜301为导电膜，膜302为荧光体。此时，灯泡303内部是减压状态，倘若灯泡303的一部分破损，那么朝着灯泡的中心点一下子引起向心聚爆，应该比有电极的灯泡形荧光灯分散程度大。
具体如图21所示，若是有电极的灯泡形荧光灯的话，细长的灯管71虽然像通常的荧光灯那样也是呈减压状态，但是细长的灯管71周围是空气，其外围是外球75，所以即便是灯管71破损，飞散物也会被收留在外球75之内。再者，即使吸收飞散物冲击力的外球75破损，外球75内由于不是减压状态，所以不会发生向心聚爆。就算是那种没有外球75类型的灯，在有电极的灯泡形荧光灯的情况下，由于灯管的形状是管状，破损时由于大气压差产生的力沿着灯管的中心轴大幅分散，所以它比力集中在球中心的无电极的灯泡形荧光灯的力度小，飞散程度也就不会那么大。
本发明就是为解决上述问题而研究出来的。其主要目的是为灯在万一破损而飞散的状况下提供能够有效防止其飞散的灯泡形荧光灯以及无电极放电灯点亮装置。
发明内容
本发明的第一灯泡形无电极荧光灯包括封入了发光气体的、具有凹入部的发光管；插入在上述凹入部的感应线圈；与上述感应线圈电连接的点亮电路；与上述点亮电路电连接的灯头。上述发光管和上述点亮电路及上述灯头被一体地构成，上述发光管由近似为球形的外管和规定上述凹入部的内管组成。上述外管上的至少上半球表面涂有具有光透过性的硅橡胶，当把上述硅橡胶的机械物性值中的拉伸强度[MPa]和断裂伸长率[％]相乘、再乘以1/2定义为回弹值[Mpa·％]并设为Res，硅橡胶所涂范围的平均膜厚[μm]设为Tave时，应满足-58.271Ln(Tave·Res)+711.03＜100(这里Ln表示自由对数)的关系。
进一步，优选是满足-58.271Ln(Tave·Res)+711.03＜75的关系。
本发明的第二灯泡形无电极荧光灯包括封入了发光气体的、具有凹入部的发光管；插入在上述凹入部的感应线圈；与上述感应线圈电连接的点亮电路；与上述点亮电路电连接的灯头。上述发光管和上述点亮电路及上述灯头被一体地构成，上述发光管由近似为球形的外管和规定上述凹入部的内管组成。发光管是具有相当于灯泡100W额定光束的高W用的发光管，上述外管上的至少上半球表面涂有具有光透过性的硅橡胶，当把上述硅橡胶的机械物性值中的拉伸强度[MPa]和断裂伸长率[％]相乘、再乘以1/2定义为回弹值[Mpa·％]并设为Res，硅橡胶所涂范围的最低所需膜厚[μm]设为Tthin时，应满足Tthin≥-26.453Ln(Res)+263.54(这里Ln表示自由对数)的关系。
本发明的第三灯泡形无电极荧光灯包括封入了发光气体的、具有凹入部的发光管；插入在上述凹入部的感应线圈；与上述感应线圈电连接的点亮电路；与上述点亮电路电连接的灯头。上述发光管和上述点亮电路及上述灯头被一体地构成，上述发光管由近似为球形的外管和规定上述凹入部的内管组成。发光管是具有相当于灯泡60W的额定光束的低W用的发光管，上述外管上的至少上半球表面涂有具有光透过性的硅橡胶，当把上述硅橡胶的机械物性值中的拉伸强度[MPa]和断裂伸长率[％]相乘、再乘以1/2定义为回弹值[Mpa·％]并设为Res，硅橡胶所涂范围的最低所需膜厚[μm]设为Tthin时，应满足Tthin≥-24.232Ln(Res)+238.53(这里Ln表示自由对数)的关系。
上述硅橡胶优选是实质地全面涂覆在上述外管表面。上述硅橡胶优选是既涂覆在上述外管的上半球表面又涂覆在上述外管的下半球表面。
在某一实施方式中，为吸收蓝色区域的可见光，上述硅橡胶是导入了芳香族类官能基的硅橡胶。
在某一实施方式中，在上述硅橡胶的涂层上，或者，在上述硅橡胶的涂层和上述外管表面之间，形成具有滤色功能的薄膜。
在某一实施方式中，在上述硅橡胶的涂层上，或者，在上述硅橡胶的涂层和上述外管表面之间，形成具有紫外线吸收功能的薄膜。
在某一实施方式中，在上述硅橡胶的涂层上，形成具有光催化功能的薄膜。
在某一实施方式中，在上述硅橡胶的涂层上，形成由高分子树脂组成的薄膜。
本发明的无电极放电灯点亮装置是包含具有凹入部的发光管的无电极放电灯点亮装置，由硅橡胶组成的飞散防止膜形成于上述发光管表面。
在一较佳的实施方式中，在上述发光管的内表面的至少一部分上形成荧光体层。优选是，荧光体层实质地全面形成于上述发光管外管的内表面。
在某一实施方式中，在上述飞散防止膜上，或者，在上述飞散防止膜和上述发光管的上述外表面之间形成荧光体层。
上述硅橡胶可以是混入荧光体的硅橡胶。
图1示意地示出了本发明的实施方式1所涉及的灯泡形无电极荧光灯的结构的剖面图。
图2是为说明落下试验的视图。
图3是表示各种硅薄膜的平均膜厚(Thin)和飞散度(d)的关系图。
图4是用于说明灯泡形无电极荧光灯各部位的剖面图。
图5(a)为膜抑制玻璃飞散的视图。图5(b)为冲破了膜玻璃飞散出来的视图。
从图6(a)到图6(c)分别显示高W情况下的样本a～c中密封部强制破坏性试验结果的图表。
从图7(a)到图7(c)分别显示低W情况下的样本a～c中密封部强制破坏性试验结果的图表。
图8是表示应力“σ”和应变“γ”关系的图。
图9是表示膜强度[N·％/m]和玻璃碎片最大飞散半径(cm)关系的图。
图10是表示回弹值和所要膜厚的关系图。
从图11(a)到图11(c)分别显示硬度、拉伸强度、断裂伸长率随时间变化的图。
图12显示回弹值随时间变化的图。
图13是为了比较模拟结果和加速度试验结果的图。
图14(a)以及图14(b)分别是为了比较低W和高W用发光管的模拟结果和加速度试验结果的图。
图15是表示拉伸强度对试验片厚度依存性的图。
图16是表示断裂伸长率对试验片厚度依存性的图。
图17示出了本发明的实施方式1所涉及的灯泡形无电极荧光灯的外观图。
图18为灯泡形无电极荧光灯的分解图。
图19示意地示出了本发明的实施方式2所涉及的灯泡形无电极荧光灯的一个实例的剖面图。
图20示意地示出了现有的无电极灯泡形荧光灯的结构的剖面图。
图21示意地示出了现有的有电极灯泡形荧光灯的结构的剖面图。
图22显示用于落下试验的硅的物性值的图表。
图23显示用于热冲击性强制破坏性试验的物性值的图表。
图24显示样本F点亮30000小时后的物性值的预测值的图表。
图25显示低W发光管在耐热加速试验后的落下试验的结果表。
图26显示高W发光管在耐热加速试验后的落下试验的结果表。
图27显示低W发光管在耐热寿命试验后的密封部热冲击强制破坏性试验的结果表。
图28显示高W发光管在耐热寿命试验后的密封部热冲击强制破坏性试验的结果表。
具体实施例方式
本申请的发明者认为为有效防止灯泡形无电极荧光灯破损、飞散，应在灯泡形无电极荧光灯的发光管表面形成树脂制的薄膜。灯泡形无电极荧光灯以外的直管/圆管的荧光灯，往往是在发光管(灯泡)上进行涂覆的，但是对于灯泡形无电极荧光灯如何进行涂覆，在开发最初完全不清楚。理由以下。
直管/圆管的荧光灯往往由热收缩型的聚酯系树脂、氯乙烯系的薄膜构成的热收缩管套在外表面上覆盖，通过加热对其进行紧密加工。但是，这么做产生的问题就是形状自由度小，耐热寿命短。如果要保证飞散防止膜的作用到灯的寿命末期，那么比一般有电极荧光灯寿命长的灯泡形无电极荧光灯的发光管不但得是近似球形，而且点亮时发光管还得变成高温，因此，不能使用形状自由度小的薄膜，也不可能使用耐热寿命短的薄膜。
另外，灯泡形无电极荧光灯用于公共照明时，会被安装在屋外。而用于直管/圆管的荧光灯上的该热收缩管耐候性差，因此就这一点来讲，将该热收缩管用在灯泡形无电极荧光灯上会产生问题。再者，从环境公害的观点出发，使用氯乙烯系的材料也是有问题的。再有，虽然讨论了使用聚氨酯树脂对直管/圆管的荧光灯进行涂覆，但是要将其用于灯泡形无电极荧光灯，耐热性低、耐候性差的问题会使保证其性能直到寿命终期变得困难。
聚四氟乙烯(注册商标也称为“PTFE”)可认为是耐热性/耐候性好的材料。但是，聚四氟乙烯需要在玻璃表面先喷涂糊状的底漆，再通过喷涂吹上聚四氟乙烯粉体，还要在电炉中将聚四氟乙烯粉体熔化，这样镀在玻璃表面。所以加工起来比较困难。因此不适合泡形无电极荧光灯涂覆。另外，还有费用高这个缺点。如果不管光源的问题，只单一保护灯泡形无电极荧光灯灯泡的话，也许可以用适当的树脂涂得厚一些，或是在周围配置金属等材料。但是要想使得灯泡形无电极荧光灯的配光性及其设计性不至受损，并且要使光束尽量不减，这些方法就不太适宜。
再有，还必须注意灯泡形无电极荧光灯特有的问题。含有用于插入感应电圈的凹入部的灯泡形无电极荧光灯(或无电极放电灯)，是通过密封用于构成凹入部的内管和形成灯泡外形的外管而形成的。在密封部周围容易留下加工时带来的变形和微小损伤(微裂)，所以由于受到热或者物理性的冲击，内管和外管的密封部就变得容易破损。
还有，本申请的发明者通过试验确认了以下现象灯泡(发光管)破损时，由于管内压力远比外压(大气压)低，引起所谓“向心聚爆”现象，这时凹入部(内管)突破外管，玻璃就飞散出来。这种现象是相同灯泡形的有电极荧光灯所见不到的现象。那是因为有电极的灯泡形荧光灯的灯泡不是由内管和外管构成，再加上没有内管形成的凹入部，外球设置在发光管周围的缘故。也就是说，无电极的灯泡形荧光灯由于是内管和外管构成，具有发光管可以脱出的特殊性，因此对破损时所发生的飞散必须进行特别保护。另外，灯泡形无电极放电灯具有无电极荧光灯长寿的特性，所以就要求破损时防止飞散所涂覆的膜(飞散防止膜)具有优良的耐热寿命特性。当然如上所述，还必须是加工比较容易、形状自由度也能确保才行。
具体讲，在开发最初，没有完全弄清飞散防止膜所要求的材料物性，不能判断以什么作为基准去开发最合适的材料。在这种状况下，本申请的发明者在明确材料开发基准上进行了实践，屡次试验失败之后，终于成功地找出了适合灯泡形无电极荧光灯的飞散防止膜以及它所要求的材料物性条件，完成了本发明。
下面，参考附图，说明本发明的实施方式。为便于说明，在以下各图中，用同一个符号表示实际上具有相同功能的构成要素。再有，本发明并不只限于以下的各实施方式。
(实施方式1)参照图1至图3，就本实施方式1所涉及的无电极放电灯的点亮装置以及灯泡形无电极荧光灯进行说明。
图1示意地示出了本实施方式的无电极放电灯的点亮装置(灯泡形无电极荧光灯)的结构。本实施方式的无电极放电灯装置包括含有凹入部15的发光管(真空管)1，发光管1的外表面涂有具有透光性的硅橡胶10。另外，发光管1的内表面至少一部分上形成有荧光体层2。
图1所示的无电极放电灯装置是由发光管1、点亮电路4和灯头7一体构成的灯泡形无电极荧光灯，发光管1外表面的近乎全部都形成由硅橡胶组成的飞散防止膜10。发光管1构成如下由插入了感应电圈3的凹入部15而构成的内管11、和成为发光管1外表面的外管12。而且，近似筒状的内管11的端部和近似球状的外管12的端部，由密封部13密封着。还有，颈部14位于密封部13的周围。再有，发光管1的玻璃部的厚度分布在0.8～2.0mm范围之内。发光管1如果是相当于100W灯泡的高W用发光管的话，其玻璃壁厚是上半球侧(与灯头7的相反一侧)平均为1.0±0.2mm；发光管1如果是相当于60W灯泡的低W用发光管的话，其玻璃壁厚是上半球侧平均为1.3±0.2mm。
感应电圈3由铁氧体磁磁芯3a，和卷在磁磁芯3a上的绕组3b组成，绕组3b与点亮电路4电连接。点亮电路4的周围设有外壳5，外壳5下部设有与点亮电路4电连接的灯头7。再有，图1所示的例子当中，发光管1和点亮电路4之间有支撑体6。支撑体6通过与发光管1相嵌使发光管1保持固定。而且，支撑体6通过与外壳5相嵌使外壳5也保持固定。
为了防止由于内管11和外管12的密封部破损引起内管11突破外管12的现象，飞散防止膜10有必要至少覆盖外管12的头顶部(或是顶点部1a)。在此，“头顶部”的范围可以规定为以内管11的先端部为近似的中心，左右45度角以内的外管12表面。还有，也可以是以顶点部1a为中心，半径25mm范围内的外管12的一部分。飞散防止膜10优选是覆盖外管12的上半球(将发光管1的外管12比作地球的话，为“北半球”)部分。在此，“上半球”的部分也可以看成是占外管12一半高度的上半部分的范围，它是将外管12看成球形或是实质的球形时，包含大圆(赤道)在内的大圆以上的范围。而且，要想防止外部对外管12全面的冲击，优选进一步将发光管1的外管12的外表面全面覆盖。
下面，阐述选择具有透过性的硅橡胶来作为飞散防止膜10的理由。有电极·无电极的灯泡形荧光灯、直管·圆管荧光灯，哪个都不曾使用硅橡胶来作为飞散防止膜10的，然而在选择了各种材料之后，再从耐热性·耐候性的观点出发，这种材料受到了注目。
作为硅橡胶的机械强度特性，可以列举例如硬度、拉伸强度、断裂伸长率、剪断连接等等。这些特性中，哪个参量对飞散防止膜10的机能重要、哪个起到飞散防止的作用、以及和这些物性值有怎样的关联都是完全未知的。因此，有必要将灯泡形无电极荧光灯用的飞散防止膜所要求的物性弄清楚。本申请的发明者通过多次试验，成功导出了只有“拉伸强度”、“断裂伸长率”的两个材料参量、和“膜厚(分布)”这一个设计参量是作为飞散防止膜10的必要条件。该条件如下所示。再有，“Ln”是代表自然对数。
(1)发光管如果是相当于100W灯泡那样的高W用发光管(以下称作“高W”)的情况下，把上述硅橡胶的机械物性值中的拉伸强度[MPa]和断裂伸长率[％]相乘、再乘以1/2定义为回弹值[MPa·％]并设为Res，头顶部(从头顶部到侧面部的范围(参照图4))或是上半球上的硅橡胶的最低所需膜厚[μm]设为Tthin时，应满足Tthin≥-26.453Ln(Res)+263.54
(2)发光管如果是相当于60W灯泡的低W用发光管(以下称“低W”)的情况下，应满足Tthin≥-24.232Ln(Res)+238.53或者，可以有以下条件。
(3)硅橡胶外管表面被实质地全面涂覆，若将被涂覆的硅橡胶范围的平均膜厚[μm]设为Tave时，应满足-58.271Ln(Tave·Res)+711.03＜100这种情况，发光管是高W、低W均可。
再有，优选是，(4)应满足-58.271Ln(Tave·Res)+711.03＜75下面说明关于本申请的发明者为求出这些条件所进行的试验以及有关讨论。
首先，为了求出较佳的飞散防止膜条件，优选是先想象实际的使用状态，再制定质量评价的判断基准。为此，对于发光管的“破裂”，有必要把“原因”和“破裂状态”弄清楚。灯破裂的原因可以认为是由于受了外界机械的·热的冲击而造成玻璃管破损。
机械冲击可以列举为灯在点亮过程中、出货搬运时、制造组装中掉落下来，或是和物体直接碰撞时可能引起的破损等等。热冲击可以认为是屋外使用中的发光管，点亮发热后被雨淋了的情况或者由于点亮、灭灯引起的热膨胀和收缩的重复应力而造成微裂加剧、破损的情况。
想象这些情景，对于机械冲击造成的破损，从实用角度上考虑，用落下试验来评价是妥当的。进而想到了应当将一般荧光灯规格JIS C7601-1997的灯从3m高的顶棚落下来作为落下试验的基准。此外，关于热冲击，由于玻璃加工时产生了残留应力，所以在容易有微裂的密封部(密着部)上施加热冲击力来破坏它时，一定不能让玻璃碎片冲破膜而飞散。
<评价结果>
首先，对落下试验进行说明。如图2所示，落下试验(JIS C 7601-1997)是发光管1从3m高的顶棚自然落下后，测量距落地点最大的玻璃飞散距离(半径)。再有，1m以内是JIS的对一般涂有飞散防止膜的荧光灯的规格。另外还需提一下的是3m这一高度是公共设施等建筑物的一般高度(住宅为3m以下)；玻璃的最大飞散距离为1m以下的话，考虑到人的视线高度，碎片进到眼睛里引起重伤的危险性是极低的。所以从以上这两种情况来讲，本评定基准不仅在日本，在全世界也可认为是一个一般的安全性指标。
为了明确飞散防止膜所要求的物性，将不同物性值的多种硅橡胶所组成的薄膜在发光管外表面上全面形成，进行该落下试验。图22显示了用于落下试验的硅橡胶以及其物性。样本A～F全部都从GE东芝硅(株)购入的。
作为落下试验的结果，图3中显示了各种硅薄膜的膜厚和飞散度的关系。图3中的横轴表示形成在发光管1上薄膜的平均膜厚。纵轴表示发光管1破碎后，飞散到最远方的玻璃碎片的距离。
在此，为何使用平均膜厚，其理由如下。落下试验当中，与地面相撞的发光管1的破损部分是从发光管1的顶上部到密封部(参照图4)广泛分布，不能确定的。因此，对膜厚取平均值是妥当的。另外，平均膜厚一致了，即便从顶上部到密封部的膜厚偏差有变化，在偏差范围内，可看不到明显误差。加上，低W和高W玻璃的壁厚虽然不同，但二者之间不存在明显误差，而含在评价结果的偏差当中，所以图3的数据(点)是低W和高W两种混在一起描出的。
从图3可知，硅的机械物性中的断裂伸长率和拉伸强度(+膜厚)对玻璃碎片飞散的程度影响很大，拉伸强度和伸展(断裂伸长率)效果具佳的样本F显示出最为良好的结果。
其次，对热冲击力的强制破坏性试验进行说明。用以下方法在密封部(参照图4)上制造微裂。用热板加热密封部，再在冰水里进行强制冷却，使密封部破损。这时，虽然由于向心聚爆引起内管直击外管造成玻璃破损，如果由于膜的作用而能够抑制玻璃飞散的话，就可判定为“OK”(参照图5(a))，如果冲破膜玻璃飞散的话，就判定为“NG”(参照图5(b))。
密封部分破损是由于内管如弹丸发射似地突破外管所至，为明确不使玻璃碎片飞散发生的硅的所要物性、膜厚，使用了物性值相差较大的三种硅来形成飞散防止膜，进行强制破坏性试验。图23表示所用的三种硅及其物性，图6以及图7表示强制破坏性试验的结果。
图6为高W(相当于灯泡100W)的发光管的图表。图7为低W(相当于灯泡60W)的发光管的图表。样本a～c的物性值在图23中表示。样本a～c全部都从GE东芝硅(株)购入。再有，样本a与上述样本F相同，样本b与上述样本E相同。
图6以及图7中，横轴表示每个发光管的涂覆量，纵轴表示热冲击强制破坏性试验造成的破损玻璃管的破断面上硅被膜的膜厚。之所以涂覆量相同而破断面的膜厚不同是因为内管飞出所造成的冲击使发光管的破损部位不相同，各部位的膜厚分布也不相同。还有，涂覆量上的评价与平均膜厚上的评价是等价的，而相同的涂覆量，判定为“OK”和“NG”的点也分布在两边，意味着设定最小膜厚要比设定平均膜厚更为重要。
对于样本a，高W为35μm，低W为30μm处存在“OK”和“NG”的边界值，它规定了膜厚分布的最小膜厚；样本b同样，高W为65μm，低W为55μm处存在“OK”和“NG”的边界值；样本c在高W为95μm，低W为85μm处存在“OK”和“NG”的边界值。
对于初期内管飞出、玻璃飞散的“破裂”，只要选择了上述材料，所要的膜厚自然就被决定了。但是，如果要想使灯在报废之前始终发挥防止玻璃飞散的效果，就必须考虑所采用的硅材料的时效变化(劣化)，将初期强度设计得略高一些。为此必须明确物性值所要求的要素和数值。因而以物性不同的硅的试验结果为基础，对所要物性值进行了进一步考察。
根据上述的实验结果可知飞散防止膜材料所要求的物性可以由“拉伸强度”及“断裂伸长率”两个材料系数，和“膜厚(分布)”这一设计系数来表记。这里，拉伸强度和膜厚代表膜的强度，断裂伸长率代表材料的“弹性”，它们起到吸收来自外部冲击的作用。通过将这些要素和玻璃飞散程度联系起来，从物性值就能够导出“破裂程度”。
拉伸强度和延伸(伸度)可以与材料流体学特征之一的“回弹值”联系起来。所谓回弹值是被作为弹性能积存的最大限度的工作量值，是指去除了外力时消失的弹性能。它是大致衡量物体积存弹性能的能力的数值。
弹性遵循虎克定律的情况下，用图表表示“应力σ”和“应变γ”之间关系时，就应当是如图8所表示的直线，应力σ所对应的回弹值可以计算ΔOAB三角形的面积得到[以上根据公立出版股份公司“化学大辞典7”第887页]。关于橡胶弹性体，严格来讲是非线性的，不会形成直线，但是大体看其定性行为，基本接近直线，所以认为它符合理想弹性的虎克定律是没有问题的。
因此，从材料物性的(拉伸强度)＝(应力)、(延伸)＝(断裂伸长率)的等价关系出发，就导入了“(回弹值)＝(拉伸强度[MPa])×(断裂伸长率[％])×1/2[MPa·％]”这一定义来解析上述数据。
<落下试验解析>
以落下试验的数据为基础，导入回弹值概念后，对飞散度进行了解析。使用上述各种硅材料的“拉伸强度”以及“断裂伸长率”来计算“回弹值”，将(回弹值[MPa·％])×(平均膜厚[μm])＝(膜强度[N·％/m])作为横轴值，将玻璃的最大飞散距离(cm)作为纵轴值。结果在图9中表示。
用对数函数来体现玻璃飞散程度的话，可近似地表示为下式。
d＝-58.271Ln(S)+711.03…………式1d玻璃碎片的最大飞散距离(cm)S膜强度＝(回弹值)×(平均膜厚)[N·％/m]如果知道材料物性(回弹值)和平均膜厚，由式1就能够预测出玻璃落下时的飞散程度。具体讲，材料随时间发生变化，热、紫外线、湿度和重复应力引起的疲劳会使材料劣化，预见上述回弹值的变化，就可将必要的膜厚反馈到初期设计中去。
若以JIS规格为基准，膜强度的设计必须使得d＜100。回弹值由于是材料固有的物性值，所以它是由所选材料所决定。即，设计者必须在材料选择以后，设计膜厚。由于是破坏性试验，考虑到数值偏差大约为±25％左右，所以可以设计成使d＜75～50。
再有，在上述试验中，虽然是对发光管单体进行了落下试验，不过连同电路盒一起进行同样的试验也显示了同样的结果。之所以这样可以认为电路盒和发光管的连接牢靠，重量即便加重，飞散物由于外壳的影响反而变得不宜飞散。也就是说，使用过程中，由于一些原因灯从顶棚落下的话，可以考虑有两种情况仅是发光管落下的情况，和连同电路盒(含点亮电路)一起落下的情况。后一种情况是由上述发光管单体落下试验类推出的，结果是适用的。
<热冲击强制破坏性试验的解析>
在对内管和外管的密封部所进行的热冲击强制破坏性试验中，同样导入“回弹值”概念，对于材料固有的物性值(回弹值)，导出了无电极荧光灯的飞散防止膜所要求强度的最小膜厚(所要膜厚)。其结果在图10中表示。
由内压和外压的差而引起的“向心聚爆现象”使得飞出的内管破坏外管，导致玻璃破损，然而飞散防止膜可抑制玻璃飞散。其抑制玻璃飞散所需膜厚可以通过以下显示回弹值和所要膜厚关系的对数函数来近似地表示。
高WTthin＝-26.453Ln(Res)+263.54……………(式2)低WTthin＝-24.232Ln(Res)+238.53……………(式3)Tthin飞散防止所需膜厚[μm]Res回弹值＝(拉伸强度)×(断裂伸长率)×1/2[MPa·％]由式2和式3可以决定不同玻璃壁厚的高W以及低W的所要膜厚，将材料物性(回弹值)的时效变化(由热、紫外线、湿度和重复应力引起的疲劳，使材料劣化的情况下)所引起的回弹值变化考虑其中，就能够将必要的膜厚反馈到初期设计中去。
本申请的发明者第一个发现了灯泡形无电极荧光灯用的飞散防止膜所要求的材料物性。基于“落下试验”“热冲击强制破坏性试验”得出膜的强度设计所必须的要素是回弹值这一结果。
具体来说，在设计飞散防止膜的时候，由于膜厚是越薄越好，所以优选是选用对拉伸强度和断裂伸长率两方都很出色的材料(样本F、样本a)来作为飞散防止膜的材料。关于膜厚，要看清样本F(样本a)的回弹值的时效变化(由热、紫外线、湿度和应力引起的劣化)程度后来决定。希望时效变化后的回弹值应满足式1、2、3中的任意一个，且遵从材料性能的偏差状况和处理条件的偏差状况来进行设计。例如如果样本F(样本a)发生以下情况时效变化引起回弹值减少3成，初期材料性能的偏差量减少3成，在处理条件(制造)的偏差量上只有2成膜厚变化发生，那么作为初期设计的膜厚，可从高WMin.35μm、低WMin.30μm的条件改为高WMin.90μm、低WMin.80μm。
<飞散防止膜的信赖性·寿命评价>
下面，本申请的发明者为了确认灯泡形无电极荧光灯用的飞散防止膜与周围(使用)环境联系在一起时玻璃飞散防止机能是否能够维持，对飞散防止膜材料的时效变化(物性值变化)进行了预测，进而通过寿命加速试验对飞散防止膜的机能进行了确认。
灯泡形无电极荧光灯的额定寿命为20000小时，大约是有电极灯泡形荧光灯寿命的3倍。但是容易推定并不是所有的灯在额定的20000小时均为不点亮的状况，其中会有达到25000-30000小时的灯。从灯的制造过程开始到出货搬送，从点亮期间中到最终由于寿命而报废，飞散防止膜都必须发挥玻璃飞散防止的机能。
然而，实际上，要进行30000小时的实际使用状态下的寿命测试，确认其性能是否能够维持，然后再对强度设计进行反馈是较为困难的。因此就有必要促进(加速)时效变化(劣化反应)在通常速度以上，短时间内再现、确认同一模式的故障。为此，如果不在把握故障原理的基础上进行测试就不可能实现加速测试，而只是单纯的破坏性实验罢了。因此考虑周全后进行了试验。
以下对寿命加速试验和预想的故障模式进行叙述。加速试验可以认为是在实施一定应力(故障期间分布)的情况下，进行高温放置、高温·高湿放置、紫外线暴露。而且，在进行循环测试(应力重复的影响)的情况下，可以加上热冲击试验。预想的故障模式可以想象有如下情形(I)劣化(热、紫外线)而引起的性能低下，着色等等，以及(II)无法发挥性能，例如膜的脱离、成形不良(气泡·未涂覆·与设计不吻合)、和由于与其他物质反应而引起变性/变质。
在此，关于(I)的劣化有以下模式考虑到受热和紫外线影响的固定分子间反应的“化学反应论模型”，和像热冲击试验那样重复应力所引起的劣化“应力-强度模型”。有关飞散防止膜，也通过上述试验对其进行了直至寿命终期的性能确认。
-耐热物性变化-对用于飞散防止膜的硅橡胶耐热物性变化进行测定，模拟30000小时之后的发光管“破裂”，进行了机能的维持确认。图11(a)～(c)显示了采用飞散防止膜的样本F(样本a)的耐热物性变化。图11(a)～(c)分别是有关硬度、拉伸强度、断裂伸长率的图表。再有，1.0E+X是1.0×10的X方的意思，例如1.0E+2是1.0×102的意思。
另外，回弹值的时效变化在定义上可以通过拉伸强度和断裂伸长率的物性值算出。图12上显示了基于样本F(样本a)的拉伸强度以及断裂伸长率的时效变化(图11)的、回弹值的时效变化。发光管的最高达到温度成为高W是125℃～130℃，低W是90℃～100℃。因此，可以专把125℃的耐热寿命性质作为参考。再有，90℃～100℃的情况下劣化程度多少有些减轻。在图11中，之所以230℃以及250℃的耐热物性变化的行为与125℃～200℃明显不同是因为发生热分解的缘故。
灯泡形无电极荧光灯的高W发光管最高达到温度是在颈部附近可达大约125℃～130℃。但是，试验条件是系统输入电压110V，周围温度30℃～40℃，在铝制的开口直径为100mmΦ的下注光照明灯具(松下电工制“白炽灯器具”型号是NL70153T-R50)内点亮。再有，本器具是市售品中温度条件最严格的灯具。将这些情况考虑在内来预测30000小时后125℃条件下，样本F(样本a)的物性变化。
在推定橡胶·合成橡胶的寿命方面，断裂伸长率和硬度一般能够符合阿雷尼厄斯图。虽然拉伸强度在125℃～150℃的范围内变化程度小，但是考虑到2000小时前后的实测值的降低程度，值就按减小的趋势确定了。以上述数据为基础，图24显示出30000小时后的样本F(样本a)的物性值的预测。
以实际的使用条件，在所能考虑到的最高达到温度125℃(即使是130℃，物性值也可以认为与125℃的情况相比没有变化)的温度条件下，经过30000小时之后的物性值变化与200℃/48小时的物性变化程度几乎相同。考虑到以立足于产品的材料性能偏差，即考虑到物性值的最低保证值，把取40％左右的边缘部分作为前提，那么它就相当于200℃/240h的物性变化情况。
因此，实际设计膜厚时，在200℃/240h中暴露的发光管若能通过“3米高落下试验”和“密封部热冲击强制性破坏试验”两项，那么它对于热劣化就不会有什么问题。图25和图26显示了破坏性试验的结果。
图25和图26分别为低W和高W在耐热加速试验后的3米高的落下试验结果。通过上述结果，从落下试验可知飞散防止膜材料在125℃/30000小时的时效劣化后还能使玻璃碎片的最大飞散距离(半径)控制在50cm以内，进一步考虑材料性能偏差导致的40％的边缘部分，也能使最大飞散距离(半径)控制在50cm以内。
还有，如果把图25和图26的结果作成如图13所示的、模拟试验求出的膜材料的物性值和玻璃碎片的最大飞散距离关系式图表，那么模拟试验的结果几乎全部被再现，由此可见基于上述式1的模拟试验是妥当的。
-耐热寿命试验后的密封部热冲击强制性破坏试验-下面，对耐热寿命试验后的密封部热冲击强制性破坏试验结果进行说明。图27和图28显示了耐热寿命试验后的密封部热冲击强制性破坏试验的结果。
从图27和图28可知不论高W还是低W，在125℃/30000小时的耐热时效劣化后还能够抑制玻璃碎片的飞散。还有，图14(a)和(b)中的通过模拟试验所求出的膜材料的物性值界限曲线显示了耐热时效劣化后的物性值变化。
如图14所示，在“OK”区域的点说明图27和图28所示结果全部合格，也确认了上述式2和式3关联的模拟实验的妥当性。从以上情况，以及耐热寿命加速试验没有出现问题的事实导出了它能够忍耐125℃/30000小时这一使用环境。
再有，通过实验，对紫外线引起的物性变化也进行了调查，实用上没有问题。另外，将30分钟150℃放置、30分钟温室放置和30分钟-20℃放置作为一个循环，实施了将其进行1000次循环的热冲击试验，实用上也没有问题。
还有，拉伸强度和断裂伸长率的测定方法虽然是基于JIS K 6249的橡胶力学试验方法，但是对于拉伸强度和断裂伸长率的测定不一定被此限定，用薄膜测定也可以。这是因为有关试验片的厚度，应是作为飞散防止膜使用时范围内的膜厚，但拉伸强度和断裂伸长率对于厚度的依赖程度很小。作为一个例子图15和图16中显示了拉伸强度和断裂伸长率的对试验片厚度的依赖程度。
根据本实施方式的灯泡形无电极荧光灯，在发光管1的外管12中的至少上半球表面上涂覆了具有光透过性的硅橡胶10，所以万一灯飞散的话也可以有效防止。
发光管1是高W的情况下，优选满足Tthin≥-26.453Ln(Res)+263.54的关系；发光管1是低W的情况下，优选满足Tthin≥-24.232Ln(Res)+238.53的关系。另外还有，不论高W低W，优选满足-58.271Ln(Tave·Res)+711.03＜100的关系。进一步，满足-58.271Ln(Tave·Res)+711.03＜75就更好了。这样，硅橡胶10就很合适在外管12的外表面上实质地进行全面涂覆。
本实施方式的灯泡形无电极荧光灯的外观，高W的情况和低W的情况如图17所示。这里，高W发光管1的大小为最大外径65～90mm，玻璃壁厚0.8～2.0mm，上半球的玻璃壁厚平均为1.0±0.2mm。低W发光管1的大小为最大外径60～80mm，玻璃壁厚0.8～2.0mm，上半球的玻璃壁厚平均为1.3±0.2mm。这里，由于形状上两方都是近似球形，所以上述高W和低W的最低所需膜厚的差就表示为玻璃壁厚的差。
将图17所示的灯泡形无电极荧光灯分解，就变成图18所示的样子。在这个例子中，支撑体6连带着卷线3b的绕线管(6a)，磁芯3a位于绕线管3b内。磁芯3a的一端设置了放热用的散热片8。还有，载置散热片8以及点亮电路支撑体6b会收在支撑体6里面，形成能够固定它们的构造。如图1的结构所表明的那样，发光管1是通过支撑体6与外壳8固定在一起的。
(实施方式2)
上述实施方式1的灯泡形无电极荧光灯也可以做以下改变。
首先，硅橡胶涂层有橡胶那样发粘的感觉，很容易弄脏。所以可以设置混有氧化钛(TiO2)那样的含光催化作用物质的薄膜在飞散防止膜10中，这样既可防污，又可具有杀菌功效。进一步，为了除去橡胶那种发粘的感觉，也可以在上层形成由高分子树脂所组成的薄膜，使它产生光滑的感觉。这样就既不易变污，还容易去污。
另外，飞散防止膜10上，可以涂覆具有滤光作用的薄膜使其形成多层膜。由此，可将荧光体中不能调整的颜色变成可变的。另外，为防止放射有害紫外线，还可以在飞散防止膜10上涂覆具有紫外线吸收作用的薄膜。这些薄膜可以存在于发光管的外表面和飞散防止膜10之间。
在本发明的实施方式中，发光管1的内表面至少一部分形成了荧光体层2，荧光体层2可以仅在外管12上形成，也可以在外管12和内管11两方表面形成。另外，荧光体层也可以在飞散防止膜10上，或者在飞散防止膜10和发光管1的外表面之间形成。或者，也可以将荧光体混入到构成飞散防止膜10的硅橡胶中。这样，关灯之后的一段时间，荧光体还会发亮的灯泡形无电极荧光灯就制成了。这种灯可以例如用于紧急用电灯。
发光管1结构可以不必限于标准的球形，而是如图19所示的近似球形。这里就发光管1上的点亮电路4施加的高频电压的频率进行说明。本发明的实施方式中所涉及的该频率，比起一般实用的用于ISM带的13.56MHz或是几MHz来说，是在1MHz以下(例如，40～500kHz)这样较低的频率区域。之所以使用这种低频率区域的频率，理由如下。首先，以13.56MHz或几MHz这样较高的频率区域的频率工作的情况下，为抑制点亮电路(电路基板)内的高频电源电路所产生的线路干扰而设置的干扰过滤器较大，这样高频率电源电路的体积就变大。还有，如果从灯发射或传播的干扰是高频干扰的话，由于法令上对高频干扰有非常严格的规定，要想通过其规定，就有必要使用昂贵的防护罩。这样一来试图削减成本就会十分困难。另一方面，在大约40kHz～1MHz的频率区域内工作的情况下，作为构成高频电源电路的材料，可以使用作为一般电子机器用的廉价电子部件通用产品，还能够使用尺寸较小的部件，这样既可实现低成本也可实现小型化，好处是很大的。但是，本实施方式的结构是不只限于在1MHz以下工作，还可以在13.56MHz或几MHz等的频率区域工作。
另外，构成飞散防止膜10的硅橡胶可以使用被导入芳香族类官能基的硅橡胶。因为使用这样的硅橡胶，就可以吸收蓝色区域的可见光。如此构成，器具内点亮时的发光管温度上升至高温时，封入的水银蒸气压上升使得水银辉线的蓝色区域发光，由此，即便向高的色温度一侧发生色位移，用该硅橡胶去吸收蓝色区域的光，能得到矫正色位移的效果。
进一步，即便使用混入了白色粉体的白色化的硅橡胶来作为构成飞散防止膜10的硅橡胶，只要是回弹值及硅橡胶膜厚满足上述规定关系就可以。这样做，振动等冲击就算使荧光体层2部分剥落，在外表上也可以让它看不出来。而且能够提高成品率。而且具有使涂斑不明显的效果。
另外，即便使用混入了金属粉体的硅橡胶来作为构成飞散防止膜10的硅橡胶，只要是回弹值及硅橡胶膜厚满足上述规定关系就可以。例如，如果将微量的铝、铜、银等金属粉体混入硅橡胶，就能够具有抑制从灯泡形无电极荧光灯发出的辐射干扰等的电磁防护罩的作用。再有，对氧化后性能低下的金属优选实施氧化防止处理。但是，如果混入了白色粉体和金属粉体等的粉体的话，就会出现硅橡胶膜强度降低、粉体凝聚后涂覆时形成斑、混合了粉体的涂覆液保管上较难等等诸多课题，因此，涂覆液优选只是高分子材料，飞散防止膜10也优选是仅由高分子材料组成。
再有，在本发明的实施形式中，虽然显示了灯泡形无电极荧光灯的形态结构，也可以选择没有荧光体的灯泡形无电极放电灯。也就是说，可以是像杀菌灯那样的、在放电灯泡上不涂荧光体的放电灯。还有，用途上不限于一般照明用，也可以用作例如对于红斑和维生素D生成具有有效作用的光谱的健康射线灯，或对于植物的光合作用和形态形成具有有效作用的光谱的植物育成用灯的点亮部分。进一步，由于是以发光管1的飞散防止作为目的，所以本发明的实施方式的结构不只限于灯泡，还可以是发光管1和点亮电路4分别设置的放电灯的点亮装置(无电极放电灯点亮装置)。
根据本发明，构成发光管的外管中的至少上半球表面上涂覆了满足回弹值和膜厚的所定关系的、具有光透过性的硅橡胶，所以万一灯飞散的话也可以有效防止。
产业上利用的可能性本发明能够有效防止灯由于掉落或热冲击的原因使得发光管破裂、碎片飞散。对于安全性较高的灯泡形无电极荧光灯以及无电极放电灯的点亮装置，从其实用化这一点来说，产业上利用的可能性较高。
权利要求
1.一种灯泡形无电极荧光灯，其特征在于，包括封入了发光气体的、具有凹入部的发光管；插入在所述凹入部的感应线圈；与所述感应线圈电连接的点亮电路；和与所述点亮电路电连接的灯头，所述发光管、所述点亮电路和所述灯头被一体地构成，所述发光管是由近似球形的外管和规定所述凹入部的内管构成，所述外管中的至少上半球表面涂有具有光透过性的硅橡胶，当把所述硅橡胶的机械物性值中的拉伸强度[MPa]和断裂伸长率[％]相乘、再乘以1/2定义为回弹值[Mpa·％]并设为Res，所述硅橡胶所涂范围的平均膜厚[μm]设为Tave时，应满足-58.271Ln(Tave·Res)+711.03＜100(这里Ln表示自由对数)的关系。
2.一种灯泡形无电极荧光灯，其特征在于，包括封入发光气体的、具有凹入部的发光管；插入在所述凹入部的感应线圈；与所述感应线圈电连接的点亮电路；和与所述点亮电路电连接的灯头，所述发光管、所述点亮电路和所述灯头被一体地构成，所述发光管是由近似球形的外管和规定所述凹入部的内管构成，它是具有相当于灯泡100W的额定光束的高W用发光管，所述外管中的至少上半球表面涂有具有光透过性的硅橡胶，当把所述硅橡胶的机械物性值中的拉伸强度[MPa]和断裂伸长率[％]相乘、再乘以1/2定义为回弹值[Mpa·％]并设为Res，所述硅橡胶所涂范围的的最低所需膜厚[μm]设为Tthin时，应满足Tthin≥-26.453Ln(Res)+263.54(这里Ln表示自由对数)的关系。
3.一种灯泡形无电极荧光灯，其特征在于，包括封入发光气体的、具有凹入部的发光管；插入在所述凹入部的感应线圈；与所述感应线圈电连接的点亮电路；和与所述点亮电路电连接的灯头，所述发光管、所述点亮电路和所述灯头被一体地构成，所述发光管是由近似球形的外管和规定所述凹入部的内管构成，它是具有相当于灯泡60W的额定光束的低W用的发光管，所述外管中的至少上半球表面涂有具有光透过性的硅橡胶，当把所述硅橡胶的机械物性值中的拉伸强度[MPa]和断裂伸长率[％]相乘、再乘以1/2定义为回弹值[Mpa·％]并设为Res，所述硅橡胶所涂范围的的最低所需膜厚[μm]设为Tthin时，应满足Tthin≥-24.232Ln(Res)+238.53(这里Ln表示自由对数)的关系。
4.根据权利要求1所述的灯泡形无电极荧光灯，其特征在于，满足-58.271Ln(Tave·Res)+711.03＜75的关系。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的灯泡形无电极荧光灯，其特征在于，所述硅橡胶是在所述外管表面实质上全面地涂覆。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的灯泡形无电极荧光灯，其特征在于，所述硅橡胶是为吸收蓝色区域的可见光而被导入了芳香族类官能基的硅橡胶。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的灯泡形无电极荧光灯，其特征在于，在所述硅橡胶的涂层上，或者所述硅橡胶的涂层与所述外管表面之间，形成具有滤光作用的薄膜。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的灯泡形无电极荧光灯，其特征在于，在所述硅橡胶的涂层上，或者所述硅橡胶的涂层与所述外管表面之间，形成具有吸收紫外线功能的薄膜。
9.根据权利要求1～6中任一项所述的灯泡形无电极荧光灯，其特征在于，在所述硅橡胶的涂层上，形成具有光催化功能的薄膜。
10.根据权利要求1～6中任一项所述的灯泡形无电极荧光灯，其特征在于，在所述硅橡胶的涂层上，形成由高分子树脂构成的薄膜。
11.一种无电极放电灯点亮装置，其特征在于，它是包含具有凹入部发光管的无电极放电灯点亮装置；在所述发光管的外表面形成由硅橡胶构成的飞散防止膜。
12.根据权利要求11所述的无电极放电灯点亮装置，其特征在于，所述发光管的内表面的至少一部分上形成荧光体层。
13.根据权利要求11或12所述的无电极放电灯点亮装置，其特征在于，在所述飞散防止膜上、或者所述飞散防止膜和所述发光管的所述外表面之间、形成荧光体层。
14.根据权利要求11或12所述的无电极放电灯点亮装置，其特征在于，所述硅橡胶是混入了荧光体的硅橡胶。
全文摘要
本发明提供一种灯泡形无电极荧光灯。其结构如下包括具有凹入部(15)的发光管(1)、插入在凹入部(15)的感应线圈(3)、与感应线圈(3)电连接的点亮电路(4)、和灯头(7)。发光管(1)、点亮电路(4)和灯头(7)被一体地构成。发光管(1)由近似球形的外管(12)和内管(11)构成，在外管(12)上的至少上半球表面涂覆具有光透过性的硅橡胶(10)。
文档编号H01J61/35GK1579001SQ0380144
公开日2005年2月9日 申请日期2003年6月27日 优先权日2002年7月2日
发明者荒川刚, 保知昌, 泽智裕, 川崎充晴 申请人:松下电器产业株式会社