KR100343483B1 - 전기램프 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전기 램프는 도프 석영 유리의 외포부(3)를 갖는 광원(1)을 포함한다. 상기 석영 유리는 산화 규소, 산화 세륨, 산화 티타늄, 산화 유로퓸 및 산화 알루미늄을 포함한다. 양이온 형성 원자 기준으로는 0.1 내지 0.2%의 세륨, 0.01 내지 0.04%의 티타늄, 0.03 내지 0.2%의 유로퓸 및 0.8% 이하의 알루미늄을 포함한다. 알루미늄/유로퓸의 원자비는 3내지 8의 범위에 있게 된다. 도프 석영 유리는 적어도 가시광선에 대해 투명하고 자외선에 대해 불침투성을 갖는다.

Description

전기 램프

본 발명은 진공 밀폐 방식으로 폐쇄된 투광 램프에서 광원을 구비하는 전기램프에 관한 것이며, 상기 광원은 세륨 및 티타늄이 속한 그룹으로부터 선정된 산화 알루미늄 및 산화 금속을 포함하는 투광 UV-흡수 석영 유리로 제조된외포부(envelope)를 갖는다.

이와 같은 종류의 고압 방전 램프는 미국특허 제 3,531,677호로부터 공지되고 있다.

상기 공지된 램프는 외부면에 도프 석영 유리층을 갖는 석영 유리 램프 용기를 구비한다. 이 경우 도핑은 착색 UV-흡수 산화물 또는 무색 UV-흡수 물질로서의 산화 세륨 또는 산화 티타늄으로 이루어진다. 상기 공지된 램프는 상기 램프가 오직 UV 스펙트럼의 일부에 대해서만 불침투성이며, 도핑에 의존하며, 또한 오직 광원에 의해 발생된 광의 일부만을 투광시킨다는 단점을 갖는다.

네덜란드 특허 제 77 14 305호에는 석영 유리 램프 용기가 선정 위치에서 UV-흡수 도프 석영 유리, 예를 들면 유로퓸, 세륨 및 티타늄 요소를 각각 0.02 몰%로 이루어지는 석영 유리로 구성된 고압 방전 램프를 공지하고 있다. 여기서의 도프 석영 유리는 작동하는 동안 사용되는 위치에 의해 결정되는 램프가 도펀트 없이 비교적 저온인 램프 용기의 위치에만 존재한다. 도핑으로 인해 UV 는 흡수되고 온도는 본래대로 증가하며, 따라서 램프의 조명 효율에서의 명백한 이익을 갖는다. 그러나 도프 석영 유리는 모든 생성된 광을 투광하지 못하게 하는 황색 칼라를 갖는다. 또한 그것은 모든 자외선을 흡수하지 못한다.

미국특허 제 4,361,779호는 전기 램프, 할로겐 백열 램프 및 고압 방전 램프에 대해 공지하고 있으며, 그들의 석영 유리 램프 용기는 알칼리 산화물, 알칼리 토류 산화물 및 산화 프라세오디뮴과 같은 희토류 산화물은 반드시 함유하고 산화 알루미늄 또는 산화 유로퓸은 선택적으로 함유하므로써 도핑된다. 상기 램프 용기는 황색으로 견고하게 착색되며, 그 결과 예를 들어 황색광을 방사하는 할로겐 램프와 같은 램프에서 사용하기에 적합하게 된다. 상기 유리는 오직 UV 스펙트럼의 일부에만 근접된다.

도프 석영 유리 램프 용기 또는 상기 유리의 외포부를 구비한 고압 방전 램프 및 전기 백열 램프가 미국특허 제 5,196,759호에 공지되어 있다. 여기서의 도핑은 산화 티타늄 및 산화 세륨으로 이루어지며, 자외선의 일부를 흡수할 목적을 갖는다. 그러나, 흡수되지 않는 파장 가운데는 비교적 장파의 자외선(long-wave UV radiation)이 존재한다.

UV 흡수 석영 유리 및 석영 유리의 외포부를 갖는 전기 램프가 유럽 특허출원 EP-A 0 574 158호에 공지되어 있다. 상기 석영 유리는 96 중량 % 이상의 SiO₂및 산화 유로퓸, 산화 티타늄 및 산화 세륨을 포함한다.

상기 특허출원으로부터, 산화 유로퓸이 부가됨으로써, 산화 세륨 및 산화 티타늄으로 도핑된 석영 유리의 UV-투광이 감소하며, 유리가 황색으로 착색되기 때문에 스펙트럼의 가시 영역에서의 투광도 또한 감소한다는 사실을 알 수 있다(제 1도).

본 발명은 적어도 가시광선에 대해서는 투명하고 자외선에 대해서는 불침투성을 갖는 외포부를 구비한 상술한 바와 같은 전기 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면 상기 목적은, 외포부의 석영 유리가 산화 규소, 산화 세륨, 산화 티타늄, 산화 유로퓸 및 산화 알루미늄을 포함하며, 이 경우 양이온 형성원자(cationogenous elements)를 기준으로 세륨은 0.1 내지 0.2%, 티타늄은 0.01 내지 0.04%, 유로퓸은 0.03 내지 0.2% 그리고 알루미늄은 0.8% 이하가 포함되며, 이 때, 알루미늄/유로퓸의 원자비는 3 내지 8 의 범위에 있게 된다.

원자들이 산화물 형태로 이산화 규소 매트릭스에서 주어진 양과 비율로 나타나는 석영 유리는 적어도 가시광선에 대해서는 투명하고 자외선에 대해서는 불침투성을 갖는다는 사실이 밝혀졌다. 다음에 도프 석영 유리에서 설명하게 될 석영 유리가 그와 같은 성질을 갖는 것은 상술된 것과 관련된 모든 모든 구성 요소들의 특성에 기인한다. 구성 요소인 세륨, 티타늄 및 유로퓸은 각각, 서로 보충하며 부분적으로 오버랩되는 자외선의 스펙트럼 부위를 흡수한다. 산화 알루미늄은 유로퓸을 실제 메트릭스에서 용해된 2가 형태(bivalent form)로 유지시킨다. 특히 Al/Eu의 원자비가 4 이상일 경우, 유로퓸에 의한 UV 흡수는 광의 투광으로 인해 높아진다. 알루미늄의 영향은 양호하게도 2가 유로퓸이 존재함으로써 야기되는 석영 유리의 레올로지 변화(rheological changes)를 중화시킨다는 장점을 부가로 갖는다. 그것은 또한, 도프 석영 유리가 0.8% 이상의 알루미늄량을 결정화하는 경향을 나타내기 시작하기 때문에, 알루미늄 함유량에 대한 최대값은 중요하다는 사실을 나타낸다. 만약 적어도 4개의 원자, 특히 도프 석영 유리에 있는 유로퓸 원자용으로 이용 가능한 4개의 알루미늄 원자가 있을 경우, 그것은 바람직한 것으로 밝혀졌다. 다른 한편으로, 그것은 만약 Al/Eu 원자비가 7을 초과하지 않을 경우 유리의 높은 SiO₂함유량을 위해 바람직하다.

또한 만약 유로퓸이 석영 유리가 얻어지는 배치(batch)에서 3가 산화물 형상으로 존재할 경우, 상기 2가 형상은 예를 들어 헬륨 및 수소의 환원 분위기 하에서 용해하는 동안 발생된다. 상기 배치는 도프 석영 유리의 양이온 형성 원자의 산화물이나 또는 상기 원자의 다른 혼합 산화물을 포함할 수도 있다.

일반적으로 광원의 석영 유리 외포부는 적어도 1mm의 두께를 갖는다. 유리용 첨가제의 최소량은 이것에 기초한다. 상기 양이 작아질수록 유리는 자외선에 대한 불충분한 불침투성을 갖는다. 최대량의 첨가제가 주어진 도프 석영 유리는 여전히 약 97 중량 %의 이산화 규소를 포함하며, 광학 성질과는 별도로, 고도의 용융된 이산화 규소의 성질을 갖는다. 상기 도프 석영 유리는 그의 구성 요소에 의해 생성된 불순물을 포함할 수도 있다.

적합한 실시예에 있어서, 상기 도프 석영 유리는 0.15%의 세륨, 0.02%의 티타늄, 0.05%의 유로퓸을 포함하며, 또는 상기 원자들에 대한 원자량의 허용 오차는 ±0.1%로 나타난다. 이때 알루미늄/유로퓸의 원자비는 4 내지 7의 범위, 특히 4로 나타난다.

광원은 예를 들어 텅스텐으로 제조되고 할로겐을 포함하는 불활성 가스에 배열되는 백열광체가 될 수 있다. 또한 광원은 작동중 고압 방전 아크가 지속되는 전극들 사이의 이온화 매체에서 한쌍의 전극이 될 수도 있다. 상기 이온화 매체는 희귀 가스를 반드시 포함하며, 수은 및 할라이드 금속은 선별적으로 포함할 수도 있다.

도프 석영 유리의 램프 용기 및 외포부는 일체로 형성되며, 그 경우 램프 용기는 완전히 도프 석영 유리로 이루어진다. 또한 상기 외포부는 램프 용기를 둘러싸고 있는 몸체와 같은 개별 몸체일 수도 있다. 이 경우 외포부는 진공 밀폐 방식으로 폐쇄된 외등일 수도 있고, 또한 한 단부 또는 양 단부에 폐쇄되거나 또는 폐쇄될 필요가 없는 관상 몸체인 램프 용기 및 외등 사이의 몸체일 수도 있다.

상기 외포부는 광원이 가시광선 뿐만 아니라 자외선을 발생시키며, 상기 램프가 발생된 가시광선을 위해 사용되어야 할 모든 경우에 중요성을 갖는다. 이 경우 자외선으로 인한 생물이나 상품의 상해 또는 손상이 방지된다. 상기 외포부는 또한 외포부가 없을 때보다 높은 온도로 광원을 운반한다는 중요성을 갖게 된다. 이것은 일반적으로 램프의 발광 효율에 유익하다. 또한 외등의 또는 외등에 있어서 튜브 형상의 외포부는 외포부가 없을 때 램프 둘레에 손상을 일으키는 램프 용기의 폭발 및 파열의 위험으로부터 상기 램프를 안전하게 보존한다.

본 발명에 따른 전기 램프의 실시예는 첨부 도면에 도시되어 있다.

제 1 도에 있어서, 전기 램프는 진공 밀폐 방식으로 폐쇄된 투명 석영 유리 램프 용기(2)에 광원(1)과 함께 제공된다. 상기 광원은 희귀 가스, 수은 및 할라이드 금속과 같은 이온화 가스에 있어서의 한쌍의 전극이다. 상기 광원은 산화 알루미늄과 산화 세륨 및 산화 티타늄이 속한 그룹에서 선정된 금속을 포함하는 투광 UV-흡수 석영 유리의 외포부(3)를 갖는다. 상기 도프 석영 유리의 외포부는 램프 용기에 그의 단부에서 퓨즈로 부착된다. 상기 램프는 공급원에 연결시키기 위해 케이블(5)이 외부로 노출되는 램프 캡(4)을 갖는다, 상기 램프는 자동차용 헤드라이트로 사용될 수도 있다.

상기 외포부(3)의 석영 유리는 산화 규소, 산화 세륨, 산화 티타늄, 산화 유로퓸 및 산화 알루미늄을 포함하며, 이 경우 양이온 형성 원자를 기준으로 세륨이 0.1 내지 0.2%, 티타늄이 0.01 내지 0.04%, 유로퓸이 0.03 내지 0.2% 그리고 알루미늄은 0.8% 이하 포함되며, 상기 알루미늄/유로퓸의 원자비는 3 내지 8의 범위에 있게 된다.

상기 외포부(3)의 석영 유리는 예를 들면 0.15%의 세륨, 0.02%의 티타늄, 0.05%의 유로퓸을 포함할 수 있으며, 또는 상기 원자들에 대한 원자량의 허용 오차는 ±0.1% 나타난다. 이 경우 알루미늄/유로퓸의 원자비는 4 내지 7, 특히 4의 범위에 있게 된다.

도시된 램프는 표 1을 기초로 한 예 1의 합성물을 갖는 배치로부터 얻어진 도프 석영 유리의 외포부를 가진다.

제 2 도는 제 1 도에 도시한 참고 부호에 십단위를 추가하여 참고 부호를 부여한 것에 대한 대응부를 나타낸다.

도시된 바와 같은 일반적인 발광 목적의 방전 램프는 진공 밀폐 방식으로 폐쇄된 외등(16) 내부의 도프 석영 유리(13)의 관상 외포부를 갖는다. 상기 외포부는 나선형 코일 금속 와이어(17)에 의해 둘러싸이며, 광원에 의해 발생된 자외선을 흡수하며 가시광선을 투광한다. 상기 금속 와이어와 함께, 외포부는 만약 램프 용기가 폭발할 경우 외등에 대한 손상을 방지한다. 상기 램프 캡(14)은 접촉핀(15)을 갖는다.

제 3 도에 있어서, 상기 램프는 광원으로서 백열광체를 갖는다. 도프 석영 유리의 외포부(23)는 진공 밀폐 방식으로 폐쇄된다. 따라서 그것은 할로겐을 포함하는 가스로 채워진다. 금속 램프 캡(24)은 절연 접촉부(25)를 지지하며 그 자체가 제 2 접촉부로서 작용하는 튜브 형상을 갖는다. 상기 램프는 UV 없는 자동차 램프로 작용하는데 적합하다.

본 발명에 따른 전기 램프에서 사용될 수 있는 도프 석영 유리가 제공하는 배치에 대한 예가 원자 %로 표 1에, 또한 중량 %로 예 1에 표시되어 있다.

M 양이온 형성 원자

* Ce 및 Al 합성값

** CeAl0₃에서 Al을 제외

^ Ce 및 Al 합성값

^^ Ce₂Si₂O₇에서 Si를 제외.

제 4 도는 상기 표 1을 기초하여 예 1의 배치로부터 얻은 석영 유리의 투광곡선 및 유럽특허 EP-A 0 574 158호에 설명된 유리의 투광 곡선을 도시하고 있다.

상기 곡선은 유리가 적어도 가시광선에 대해 투명하고 자외선에 대해 불침투성을 갖는다는 사실을 보여준다. 실제 상기 스펙트럼의 가시부에 있어서의 투광은 오직 92% 이며, 그의 손실은 흡수에 의해 발생되지 않고 유리와 공기 사이의 설치에 따른 굴절률의 차이에 따라 표면에 항상 발생하는 반사에 의해 발생하며 그의 손실량은 일정하다.

제 4 도로부터, 유럽특허 EP-A 0 574 158호에 공지된 유리는 스펙트럼의 가시 범위에서 실제로 낮은 투광을 갖는다는 사실을 알 수 있다.

표 2 는 2개의 유리를 합성한 경우를 비교 형식으로 설명하고 있으며, 도핑양이온 백만당 중량 %로 표시하고 있다.

제 1 도는 제 1 실시예에 대한 측면도.

제 2 도는 제 2 실시예에 대한 측면도.

제 3 도는 제 3 실시예에 대한 측면도.

제 4 도는 예 1 및 유럽특허 EP-A 0 574 158호에 설명된 유리에 대한 투광 곡선을 도시한 도면.

♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣

1 : 광원 2 : 석영 유리 램프 용기

3, 23 : 외포부(envelope) 4, 14, 24 : 램프 캡

5 : 케이블 13 : 도프 석영 유리

17 : 나선형 코일 금속 와이어 25 : 절연 접촉부

Claims (4)

1. 진공 밀폐 방식으로 폐쇄된 투광 램프 용기(2)에 광원(1)을 구비하며, 상기 광원은 세륨 및 티타늄이 속하는 그룹으로부터 선정된 산화 금속 및 산화 알루미늄을 포함하는 투광 UV-흡수 석영 유리의 외포부(3)를 갖는 전기 램프에 있어서,

   상기 외포부(3)의 석영 유리는 산화 규소, 산화 세륨, 산화 티타늄, 산화 유로퓸 및 산화 알루미늄을 포함하며, 양이온 형성 원자 기준으로는 0.1 내지 0.2%의 세륨, 0.01 내지 0.04%의 티타늄, 0.03 내지 0.2%의 유로퓸 및 0.8% 이하의 알루미늄을 포함하며, 상기 알루미늄/유로퓸의 원자비는 3 내지 8의 범위에 있게 되는 것을 특징으로 하는 전기 램프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 외포부(3)의 석영 유리는 0.15±0.015%의 세륨, 0.02±0.002%의 티타늄 및 0.05±0.005% 의 유로퓸을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 램프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 알루미늄/유로퓸의 원자비는 4 내지 7의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전기 램프.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 알루미늄/유로퓸의 원자비는 4인 것을 특징으로 하는 전기 램프.