KR100390100B1 - 고압 방전램프, 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치 - Google Patents

고압 방전램프, 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 충분히 낮은 시동전압을 나타내는 고압 방전램프, 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치를 제공한다. 이 고압 방전램프는 포위부, 포위부의 양단에 연통하는 한 쌍의 소직경 실린더를 갖는 투광성 세라믹 방전용기, 한 쌍의 전극 및 방전매체를 구비한 발광관과, 적어도 하나의 소직경 실린더의 외주에 감겨지고, 전극의 다른 단과 동일한 전위를 갖도록 접속되어 있는 금속제 코일과, 상기 발광관과 상기 금속제 코일을 내부에 기밀하게 수납하는 외관과, 상기 한 쌍의 전극에 접속되고, 상기 외관으로부터 외부로 기밀하게 도출된 한 쌍의 외부 접속단자를 포함한다. 금속제 코일은 소직경 실린더에 4 회전수 이상 감겨지고, 일단(一端)이 투광성 세라믹 방전용기의 포위부의 경계 근처에 배치되는 것이 바람직하고, 금속제 코일의 감김 피치는 100% 내지 500%의 범위이다. 또한, 금속제 코일의 길이(L2)는 소직경 실린더의 길이의 0.3 대 1.0 배이다. 또한, 포위부와는 반대측의 단부는 다른 전극과 동일한 전극을 갖도록 접속되어 있다.

Description

고압 방전램프, 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치{HIGH-INTENSITY DISCHARGE LAMP, SYSTEM FOR LIGHTING THE LAMP AND LIGHTING APPLIANCE USING THE LAMP}
본 발명은 투광성 세라믹 방전용기를 구비한 고압 방전램프, 고압 방전램프를 이용하는 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치에 관한 것이다.
최근, 광섬유용 광원 또는 할로겐 전구용 대체 광원으로서 램프 전력이 약 10-30W인 소형 금속 할라이드(halide) 램프 및 소형 고압 방전램프, 즉 금속 할라이드 램프, 상기 금속 할라이드 램프를 점등하는 소형 점등회로 및 나사베이스가함께 일체로 결합된 나사베이스 장착형 고압 방전램프를 본 발명의 발명자가 개발했다. 나사베이스 장착형 고압 방전램프는 램프 효율이 상기 할로겐 램프보다 약 3-4배 더 높고 나사베이스 장착형 형광램프보다 현저하게 크기가 작아서, 점광원으로서 취급된다.
그러나, 상기 램프가 고압 방전램프에 속해 있기 때문에, 시동시에 비교적 높은 전압 펄스를 발생하기 위한 이그나이터(igniter)를 내부에 포함하는 안정기, 즉 점등회로를 필요로 한다. 대안적으로, 독립형 이그나이터 및 상기 이그나이터를 포함하지 않는 점등회로를 필요로 한다. 따라서, 소형 고압 방전램프가 모든 문제점을 해소하기 위해 개발되더라도, 광원, 안정기 또는 점등회로 및 점등장치로 구성된 전체 시스템은 크기가 커지게 된다. 한편, 소형 형광램프 및 상기 형광램프가 그 점등회로와 일체화된 나사베이스 장착형 형광램프는 백열전구의 대안적인 광원으로서 사용되었다. 또한 상기 나사베이스 장착형 형광램프가 방전램프에 속해 있기 때문에, 점등회로가 필요하다. 그러나, 나사베이스 장착형 형광램프의 점등회로는 고압 방전램프와 비교할 때 매우 작다.
상기 문제점을 해결하기 위한 연구 결과, 본 발명자는 소형의 고압 방전램프의 점등회로로서 나사베이스 장착형 형광램프용으로 사용되는 소형 고주파 인버터를 주체로 구성하는 점등회로를 사용하는데 성공하였다. 상기 점등회로는 일반적으로 그 회로 구성이 간단하고 고주파에서 동작하기 때문에, 소형이고 경량이며 저렴하다. 따라서, 소형이고 경량이며 저렴한 고압 방전램프 점등장치를 실현할 수 있다.
그러나, 만일 고압 방전램프의 시동전압을 낮추는 것이 가능하다면, 좀더 소형이고 경량이며 저가인 점등회로를 실현할 것이다.
일반적으로, 상기 방전램프의 시동전압은 전극 및 방전매체 등의 조건이 일정한 경우, 전극간 거리와 방전매체의 압력의 함수, 즉 파센의 법칙(Paschen's law)을 따른다.
따라서, 시동전압을 낮추기 위하여, 방전매체의 압력을 저하시키고 전극간의 거리를 단축시키는 것이 일반적이다. 상기 방법에 따르면, 시동전압이 확실하게 낮아진다. 그러나, 전극을 구성하는 텅스텐의 스퍼터링 또는 증발을 증가시켜 투광성 세라믹 방전용기를 흑화(黑化)시켜 광속유지율 및/또는 발광효율을 저하시키는 결과를 가져오는 여러 문제점들을 발생시킨다.
시동전압을 낮추기 위하여 전극 근방에 보조급전도체(a supplemental conductor)를 제공하는 또다른 방법이 있다. 그러한 종래 방법으로서, 보조급전도체의 양단을 각각 포위부와 실린더의 경계 근처에서 소직경 실린더 각각에 약 2-3 회전수 감는 것이 공지되어 있다. 그 후, 상기 도체의 중간부가 포위부를 따라 연장된다. 본 명세서에서 보조급전도체는 전극으로부터 절연되어, 그로부터 전기적으로 단절된다.
또 다른 종래 방법으로서, 한 쌍의 보조급전도체의 각각의 한 단부를 투광성 석영 방전용기의 한 쌍의 연장된 밀폐부의 중간부에서 약 2-3 회전수 감는 것이 공지되어 있다. 보조급전도체의 중간부는 포위부로부터 적절한 간격을 두고 포위부를 따라 연장된다. 그 동안 보조급전도체의 각각의 다른 단부가 대향측 밀폐부의 외부 리드선과 연결된다.
그러나, 상기 보조급전도체를 이용하는 종래 방법에서, 보조급전도체가 항상 효율적으로 작동하지 않는다는 것을 발견했다.
본 발명은 낮은 시동전압에서 동작하는 고압 방전램프, 상기 고압 방전램프를 이용하는 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고압 방전램프의 제 1 실시예에 대한 일부 단면 정면도,
도 2는 고압 방전램프의 일부 확대 단면 정면도,
도 3은 나사베이스(screw-base)가 장착되기 전의 와이어 벌브(wire-bulb) 형태를 나타내는 일부 단면 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 고압 방전램프의 제 2 실시예에 대한 일부 단면 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 고압 방전램프의 제 3 실시예에 대한 일부 단면 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 고압 방전램프의 제 4 실시예에 대한 일부 확대 단면 정면도,
도 7은 본 발명에 따른 고압 방전램프 장치의 한 실시예에서 점등회로를 나타내는 회로도,
도 8은 본 발명에 따른 조명장치의 제 1 실시예로서 스포트라이트를 나타내는 일부 단면 측면도 및
도 9는 본 발명에 따른 조명장치의 제 2 실시예로서 전구형 고압 방전램프를 나타내는 일부 단면 정면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 투광성 세라믹 방전용기 1a : 포위부
1b : 소직경 실린더 3 : 급전도체
4 : 시일 IB : 발광관
CO1 : 제 1 금속제 코일 CO2 : 제 2 금속제 코일
OB : 외관 ps : 핀치시일부
t : 배기 핀치오프부 CC1, CC2 : 제 1 접속도체
OCT1, OCT2 : 외부 접속단자 GT : 게터
B : 나사베이스
본 발명의 한 태양에 따른 고압 방전램프는 방전공간을 포위하는 포위부, 그 양단에서 포위부와 연통하고 상기 포위부보다 작은 내경을 갖는 한 쌍의 소직경 실린더를 포함하는 투광성 세라믹 방전용기, 전극과 소직경 실린더의 내면 사이에 작은 갭을 형성하고, 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더를 통해 연장되는 한 쌍의 가느다란 전극 및 상기 투광성 세라믹 방전용기내에 봉입된 방전매체를 구비한 발광관, 전극 중의 하나가 삽입통과되는 적어도 하나의 소직경 실린더에 감겨지고, 전극의 다른 단과 동일한 전위를 갖도록 접속되는 금속제 코일, 발광관과 금속제 코일을 내부에 기밀하게 수납하는 외관 및 외관 외부로 기밀하게 도출되고, 한 쌍의 전극과 접속된 한 쌍의 외부 접속단자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
다음의 설명에서, 특별히 지정하지 않는 한 후술되는 특정 용어를 표현하기 위해 그 기술적 의미를 정의할 것이다.
이하, 고압 방전램프를 그 구성요소 각각에 대해 설명한다.
〈발광관〉
발광관은 적어도 투광성 세라믹 방전용기, 한 쌍의 전극 및 방전매체를 구비한다.
〈방전램프 투광성 세라믹 방전용기〉
"투광성(light-transmissive)"이라는 용어는 방전에 의해 발생된 빛을 외부로 도출하도록 하는 투과율을 의미한다. 따라서, 상기 용어는 투명성 뿐만 아니라 광확산성(a light diffusiveness)을 포함한다. 투광성 세라믹 방전용기가 소직경 실린더를 구비하는 경우, 이용될 방사에 대한 투광성을 포위부가 갖는 것만이 필수가 된다. 필요하다면 소직경 실린더 또는 방전에 의한 방사를 이용하지 않는 부분이 차광성이 될 수 있다.
따라서, "투광성 세라믹 방전용기(a light-transmissive ceramic discharge enclosure)"라는 용어는 적어도 사파이어와 같은 단결정의 금속산화물, 반투명의 기밀(氣密)성 알루미늄 산화물(알루미나-세라믹스), 이트륨-알루미늄 가넷(YAG), 이트륨 산화물(YOX)과 같은 다결정 금속산화물 및 알루미늄 질화물(AIN)과 같은 광투과성 및 내열성을 갖는 재료와 같은 다결정 비산화물로 이루어진 포위부로 구성된 방전용기를 의미한다.
또한, 투광성 세라믹 방전용기를 만들 때, 하나 또는 한 쌍의 소직경 실린더는 제 1 스텝에서 포위부의 대향하는 양단과 실린더(들)를 연결함으로써 포위부와 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 포위부를 형성하는 속이 빈 구형부(a hollow spherical portion)와 소직경 실린더를 형성하는 한 쌍의 소직경 실린더를 적절하게 단계적으로 접합한 다음 일시적으로 소결(燒結:sintering)한 후, 마지막으로 그 전체를 소결함으로써 일체인 투광성 세라믹 방전용기를 제조할 수 있다. 또한, 예를 들어 포위부를 형성하는 큰 직경 실린더, 상기 실린더의 양단에 맞추어 양단을 폐쇄하는 한 쌍의 단판(端板:a pair of end plates) 및 단판내에 형성된 중심구멍에 맞추어 한 쌍의 소직경 실린더를 적절하게 단계적으로 맞춘 다음 일시적으로 소결하고, 마지막으로 그 전체를 소결함으로써 일체의 방전용기를 형성할 수도 있다.
또한, 본 발명에서, 본 발명자는 투광성 세라믹 방전용기의 내용적은 소형의 고압 방전램프를 실현하기 위해 작은 용적, 0.05㏄ 이하, 또는 바람직하게는 0.04㏄ 이하에서 특히 효율적이다. 그러나, 특정 용적에 반드시 제한되는 것은 아니다. 이러한 경우, 투광성 세라믹 방전용기의 길이는 35㎜ 이하, 또는 바람직하게는 10-30㎜가 된다.
〈전극〉
한 쌍의 전극은 텅스텐 또는 도핑된 텅스텐 등의 재료로 이루어지고, 투광성 세라믹 방전용기내에 밀봉된다. 본 명세서에서, 상기 전극은 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더내에서 연장되고, 그 내부 단부는 포위부내에 위치한다. 그러나, 상기 전극의 내부 단부는 포위부에 대면하는 위치에 배치되어 포위부내에서 방전을 발생시킨다.
또한, 가느다란 전극이 소직경 실린더내로 삽입되는 상태에서, 소직경 실린더의 내면과 전극 사이에 작은 갭 또는 소위 모세관이라 불리는 것이 형성된다. 그러한 경우, 전극의 중간부가 균일한 두께를 구비하여 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더의 내부면과 전극 사이에 균일한 공간을 형성하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 전극의 선단부는 요구에 따라 텅스텐으로 이루어진 코일을 그 위에 감고, 방열을 향상시키기 위해 그 표면적을 확대시키도록 한다.
또한, 전극의 외부 단부는 투광성 세라믹 방전용기에 대해 적절한 위치에 고정되어 외부로부터 전력을 도입하는 기능을 한다.
또한, 전극의 외부 단부는 용접 등에 의해 급전도체(給電導體:the feed-conductor)의 선단에 고착되어, 전극이 급전도체에 의해 전기적 및 기계적으로 지지된다. 이러한 경우, 급전도체는 전극에 고착될 때 전극의 외부 단부와 급전도체 사이에 놓인 위치에서 몰리브덴 또는 서멧 등의 재료로 이루어진 내화성부분으로서 부설되는 것이 허용된다.
〈방전매체〉
방전매체는 적어도 시동가스(starting gas) 및 완충가스(buffer gas)로서 희소가스를 포함한다. 방전매체는 투광성 세라믹 방전용기내에 봉입되어, 램프가 동작하는 동안 1기압 이상의 압력이 존재하도록 한다.
또한, 방전매체는 발광물질 또는 금속 할로겐화물 또는 아말감 등의 그 화합물을 포함한다.
또한, 방전매체는 버퍼증기로서 수은을 포함할 수 있다.
한편, 희소가스는 반드시 특정 가스에 반드시 제한되지 않는다. 그러나, 정규 글로우(glow) 방전으로부터 이상(異常) 글로우 방전까지의 천이시 방전 시동전압이나 글로우 전류를 저하시키는 것이 바람직한 경우에, 네온 및 아르곤을 희소가스와 결합하여 포위부내에 봉입할 수도 있다. 이러한 경우, 아르곤은 0.1~15%, 또는 바람직하게 10% 이하의 비율로 네온과 혼합된다. 또한, 네온과 아르곤은 일반적으로 80~500 torr, 또는 바람직하게 100~200 torr의 대기압에서 사용된다. 본 명세서에서, 만일 대기압이 80 torr 미만인 경우, 글로우 아크(glow-arc) 전이시간이 연장되고, 전극을 구성하는 텅스텐의 증발 또는 스퍼터링으로 인한 흑화가 증가된다.
한편, 만일 대기압이 500 torr를 초과하는 경우, 고압 방전램프의 점등 개시를 위한 시동전압이 증가하여, 글로우 전력 또한 증가한다.
또한, 네온 또는 아르곤에 추가하여, 필요하다면 다른 종류의 희소가스가 포위부에 봉입된다.
고압 방전램프가 금속 할라이드 램프의 한 종류인 경우, 방전매체로 발광 금속 할로겐화물이 사용된다면, 금속 할로겐화물을 구성하는 할로겐으로서 요오드, 브롬, 염소 및 불소의 그룹에서 하나 또는 복수를 사용할 수 있다.
발광색, 평균 연색 평가수(Ra) 및 발광효율 등의 바람직한 발광특성을 구비한 방사를 얻기 위해서, 그리고 방전램프 투광성 세라믹 방전용기의 크기 및 램프전력에 응하여, 공지된 금속 할로겐화물 그룹으로부터 발광 금속 할로겐화물이 선택될 수 있다. 예를 들어, 나트륨-할로겐화물, 리튬-할로겐화물, 스칸듐-할로겐화물 또는 희토류 금속-할로겐화물의 그룹중에서 선택된 하나 또는 복수의 할로겐화물이 사용될 수 있다.
또한, 버퍼 증기로서 적절한 양의 수은뿐만 아니라 비교적 높은 증기압을 갖고 발광동작에 대해 그다지 기여하지 않거나 전혀 기여하지 않는 알루미늄 할로겐화물과 같은 금속 할로겐화물도 포함할 수 있다.
〈발광관의 다른 구성요소〉
(1) 급전도체
후술되는 바와 같은 급전도체는 전극을 지지하고, 전극에 전력을 공급하며, 투광성 세라믹 방전용기를 밀봉하기 위한 구조체에 적당하다.
즉, 급전도체는 전극을 지지하고, 전극에 전압을 인가하며, 전극에 방전전류를 공급하고, 투광성 세라믹 방전용기를 밀봉하는 기능을 한다. 급전도체의 내부 단부는 후술되는 바와 같이 직접적으로 또는 내화성부분을 통해 전극의 외부 단부와 접속된다. 필요하다면 급전도체의 외부 단부는 투광성 방전용기 외부로 도출된다. 본 명세서에서, "투광성 방전용기 외부로 도출된다"는 어구는 투광성 방전용기 외부로 돌출될 수 있거나, 또는 항상 외부로 돌출되는 것이 아니라 접속도체를 통해 외부로부터 급전할 수 있는 정도로 외부에 임해 있을 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 급전도체는 전극을 지지함으로써 고압 방전램프 전체를 지지하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 급전도체는 니오븀, 탄탈, 티타늄, 지르코늄, 하프늄 및 바나듐과 같은 밀봉가능한 금속으로 이루어질 수 있다. 투광성 세라믹 방전용기 재료로서 알루미나 세라믹을 이용하는 경우 니오븀 및 탄탈이 알루미늄 산화물과 거의 동일한 평균 열팽창 계수를 갖기 때문에, 그들은 급전도체에 적당하다. 이트륨 산화물 및 YAG를 이용하는 경우, 그 열팽창 계수에 그다지 차이가 없다.
알루미늄 질화물을 사용하는 경우, 급전도체를 위해 지르코늄을 이용하는 것이 권장할만하다.
또한, 급전도체는 상기한 바와 같이 금속으로 이루어진 기둥형상, 파이프형상, 또는 코일 형상이 될 수 있다. 이러한 경우, 니오븀이 산화성 금속의 한 종류이기 때문에, 급전도체에 추가적인 내산화성 외부 리드선을 접속할 필요가 있고, 급전도체가 공기중에 노출되지 않도록 급전도체에 시일재료를 피복할 필요가 있다.
또한, 상기한 바와 같이 급전도체의 외부 단부에 내화성 금속으로 이루어진 내화성부분을 추가할 수 있다. 내화성부분은 몰리브덴, 텅스텐, 또는 서멧으로 이루어질 수 있다. 그러나, 필요하다면 전극의 고정 단부는 급전도체의 밀봉가능한 부분의 내측 단부에 직접 접속될 수 있다. 그것은 만일 적어도 급전도체에 추가될 내화성부분의 자유 단부가 텅스텐으로 이루어지는 경우 내화성부분이 전극으로서 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 반면, 전극의 고정 단부는 내화성부분으로 사용될 수 있다.
실질적으로 양쪽 구성 모두 서로 동일하다.
(2) 램프전력
만일 고압 방전램프의 램프전력이 50W 미만인 경우, 점등회로를 소형으로 하는 것이 용이하다. 그러나, 반드시 특정값에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 "램프전력"이라는 용어는 고압 방전램프가 점등회로에 의해 동작되고 점등을 안정되게 유지하는 조건하에서 고압 방전램프에서 소비되는 전력을 의미한다.
〈금속제 코일〉
금속제 코일은 한 쌍의 전극이 연장되어 통과되는 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더 중 적어도 하나의 실린더에 감겨져 있고, 상기 코일의 한 단부는 다른 전극과 동일한 전위(potential)를 갖도록 다른 전극과 접속된다. 즉, 금속제 코일(들)은 전극의 하나 또는 양쪽에 배치될 수 있다. 그리고, 금속제 코일 및 동작 개시시 코일에 대향하는 전극에 고전압이 인가된다. 따라서, "금속제 코일의 한 단부가 다른 전극과 동일한 전위를 갖도록 다른 전극와 접속된다"는 어구는 금속제 코일이 소직경 실린더를 통해 대향하게 되는 전극이 하나의 전극을 나타내는 경우 금속제 코일의 한 단부가 급전도체 또는 급전도체와 접속된 접속도체와 접속된다는 것을 의미한다.
또한, 금속제 코일을 가능한한 단단하게 소직경 실린더에 감는 것이 바람직하다.
또한, 금속제 코일로서 몰리브덴 또는 니오븀과 같은 내열성 도전성 금속을 사용할 수 있다. 따라서, 발광관으로 전력을 공급하기 위해 상기 접속도체가 사용되는 경우, 접속도체는 금속제 코일과 동일한 금속으로 이루어질 수 있다. 그러나 다른 종류의 금속으로 이루어질 수도 있다.
〈외관(外管:jacket bulb)〉
외관은 그 내부에 발광관을 기밀하게 수납하기 위한 수단이다.
본 발명에 따른 고압 방전램프에서, 투광성 세라믹 방전용기는 보온이나 대기와의 차단을 위해 외관내에 기밀하게 수납된다. 보온 및 대기 차단을 실현하기 위해서, 외관이 배기되거나 희소가스 또는 질소와 같은 불활성 가스로 봉입된다.
또한, 외관은 적절한 투광성, 기밀성, 내열성 및 가공성을 구비한 재료로 이루어지는 것으로 가정된다. 예를 들어, 경질 유리, 반경질 유리, 또는 석영유리를 이용하는 것이 실제적이다. 필요하다면, 투광성 세라믹 또는 결정성 유리를 이용할 수 있다.
또한, 외관은 필요하다면 일단(一端) 밀봉구조 또는 양단 밀봉구조중의 하나로 형성될 수 있다. 만일 외관이 일단 밀봉구조로 이루어진다면, 그 광축이 고압방전램프의 광축과 일치하는 반사경을 이용하는 점등장치의 경우에 효율적이다.
또한, 외관을 밀봉하기 위해 핀치 시일, 플레어(flare) 시일, 비드(bead) 시일, 또는 버튼 스템 시일과 같은 공지된 밀봉방법이 사용된다.
〈외부 접속단자〉
한 쌍의 외부 접속단자는 외관내에 수납된 발광관의 한 쌍의 전극과 접속된다. 또한, 그들은 외관 외부로 도출되어, 외부 점등회로로부터 전기에너지를 도입하고 고압 방전램프를 지지하는 수단으로서 작동한다. 또한, 발광관으로 전력을 공급하기 위해 접속도체를 이용하는 경우, 외부 접속단자는 접속도체와 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 그들은 각각 형성된 후 외관의 시일부내 밀봉가능한 금속을 통해 용접 등의 고착 수단에 의해 함께 접속된다. 또한, 한 쌍의 외부 접속단자는 외관의 시일부의 한 단부에서 함께 집합되어 외관 외부로 연장될 수 있다. 따라서, 점등회로를 고주파 출력단자와 접속하는 것이 용이해진다. 그러나, 한 쌍의 외부 접속단자는 적절하게 외관의 양단으로부터 각각 분리되어 도출된다.
또한, 외부 접속단자는 외관 외부로 돌출되거나 외관에 배치될 수 있다. 외부 접속단자가 외관 외부로 돌출되는 구조에서, 돌출부는 그 자체로 접속핀을 구성하거나, 또는 나사베이스와의 접속선으로서 기능할 수도 있다. 한편, 외부 접속단자가 외관에 배치되는 구성에서, 외부 접속단자가 외관에 배치되는 위치가 핀치 시일부까지 선택되는 경우, 나사베이스가 없는 구조가 될 것이다. 또한, 한 쌍의 외부 접속단자는 점등회로의 고주파 출력단자와 접속하기에 적절한 구조 및 재료를 구비할 수 있다. 따라서, 외부 접속단자가 외관의 시일부를 관통하는 부분에서 적어도 밀봉가능한 금속이 사용될 수 있지만, 점등회로에 접속되는 부분에서는 접촉 저항이 낮고 기계적 강도가 충분한 황동, 동 등의 접촉편이 사용될 수 있다.
〈그 밖의 구성〉
1. 접속도체
발광관에 시동전압을 인가하고 방출전류를 공급하기 위해서, 외관내의 한 쌍의 전극과 외부 접속단자사이에서 개재되는 접속도체를 이용한다.
또한, 접속도체는 몰리브덴 또는 니오븀과 같은 내열성과 도전성을 가지는 금속으로 만들어질 수 있다.
2. 발광관의 지지
이하의 어느 한 방법에 따라 발광관은 외관내의 소정의 위치에서 지지된다.
(1) 접속도체에 의해서만 발광관을 지지한다.
(2) 발광관을 지지하는 접속도체에서 외관의 내부면과 당접하는 지지 프레임을 제공한다.
(3) 접속도체를 만곡시키는 것에 의해 외관의 내부면과 발광관을 당접시킨다.
(4) 외관의 팁오프부의 내부면에서 발광관에 접속되는 접속도체를 직접적으로 또는 다른 부재를 통해 간접적으로 맞물리게 한다.
(5) 접속도체를 대신하여 발광관의 투과성 세라믹 방전용기를 탄성을 가지는 지지 밴드로 직접 지지한다.
3. 수전(受電) 수단
고압 방전램프를 점등회로에 접속시키기 위해, 외관에 수전수단을 부착할 수 있다. 수전장치로는, 각종 램프에 사용되는 나사베이스, 천정 조명 기구의 전력을 공급하기 위해 이용되는 후크형 세일링 잭의 캡, 점등회로에 고주파 출력단을 직접 접속하는 절연피복 전선과 같은 적절한 장치를 채용할 수 있다.
수전장치로서 나사베이스를 채용하는 경우에는, 공지된 각종 나사베이스 중 하나를 적절히 선택한다. 그러나, 이미 존재하는 백열전구 또는 전구 형광체 램프와의 호환성을 중시한다면, 동일한 사양을 가지는 나사베이스를 이용하는 것이 바람직하다.
램프 나사베이스는 필요하다면 선택적으로 나사베이스, 핀 나사베이스 또는 베이어네트 나사 베이스 등이 채용될 수 있다. 그러나, 점등 전력 50W이하를 가지는 소형 고압 방전램프는 할로겐 램프와 대체가능한 구성으로 할 수 있고, 만일 필요하다면 상용 전원 전압용으로 사용되는 E11형 나사베이스를 채용할 수 있다.
그때, 외관의 한 단부와 접속되는 나사베이스는 램프 소켓에 장착되어, 고압 방전램프가 간단하고 쉽게 부착되도록 한다.
따라서, 고압 방전램프는 할로겐 램프와 대체할 수 있다.
4. 게터
외관내의 불순 가스를 흡착하기 위해, 게터는 일반적으로 사용되는 것처럼 외관내에 부착된다. 이 경우에, 게터는 투광성 세라믹 방전용기 또는 접속도체와 같은 적당한 부재에 의해 지지된다.
〈본 발명의 작용〉
본 발명의 태양에 따른 고압 방전램프에서는, 전극과 소직경 실린더 내면사이에 작은 갭을 유지하면서 전극이 소직경 실린더를 통해 확장한다. 액상에서 방전매체는 안정 점등 동안에 작은 갭으로 유지된다. 액상 방전매체의 표면 또는 계면은 방전매체의 증기압을 결정하는 최냉부가 된다. 그러나, 글로우 방전 작동에서는, 작은 갭으로 유지되는 방전매체는 일시적으로 증발된다. 시동시에는 방전매체가 적절한 시간내에서 증발되는 것이 바람직하다.
본 발명의 이러한 태양에서는, 금속제 코일이 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더 중 적어도 하나에 감겨지기 때문에, 시동시에는 전극과 대향하는 소직경 실린더에 감겨져 있는 금속제 코일과 전극을 통해 상대적으로 높은 전압이 인가된다. 전극과 금속제 코일 사이에서 소직경 실린더의 세라믹을 통해 약한 방전이 발생되어 시동을 보조한다. 따라서 시동 전압이 현저하게 저하된다. 그리고, 방전매체의 표면 근처에서 금속제 코일이 대향하기 때문에, 시동시에 방전매체의 증발이 촉진하게 된다.
또한, 금속제 배열에 의해 발생되는 약한 방전에 의해 전기 에너지의 바이패스가 발생하기 때문에, 금속제 코일과 대향하는 전극에서 글로우 아크 전이시간은 금속제 코일이 없는 경우와 비교하여 확장되는 경향이 있다. 이러한 이유때문에 금속제 코일은 글로우 아크 전이시간을 최적화시키는데 효과적이다. 따라서 금속제 코일은 시동시에 흑화(blackening)를 억제할 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 따른 고압 방전램프는 방전 공간을 형성하는 포위부와 포위부의 양단부와 연통하고 포위부보다 작은 내부직경을 갖는 한 쌍의 소직경 실린더를 포함하는 투광성 세라믹 방전용기는 소직경 실린더의 내면(the inner surface)과 전극 사이에서 작은 갭을 형성하고 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더를 통해 확장하는 제 1 및 제 2 전극 및 투광성 세라믹 방전용기로 채워지는 방전매체, 제 1 전극이 삽입 통과하고 소직경 실린더의 한 단부의 외주에 감겨지며 제 2 전극과 동일한 전위를 갖도록 접속되는 제 1 금속제 코일, 제 2 전극이 삽입 통과하고 다른 소직경 실린더에 감겨지며 제 1 전극과 동일한 전위를 갖도록 접속되는 제 2 금속제 코일, 발광관 및 제 1 및 제 2 금속제 코일을 수납하는 외관 및 제 1 및 제 2 전극과 접속되고 외관에 기밀하게 도출되는 한 쌍의 외부 접속단자를 포함한다.
본 발명의 이러한 태양에서는, 제 1 및 제 2 금속제 코일은 제 1 및 제 2 전극과 대향하는 소직경 실린더에 감겨진다.
이것으로, 본 발명에서는, 하나의 전극에 감겨지는 금속제 코일의 경우와 비교했을때 시동 전압이 저하된다.
또한, 제 1 및 제 2 금속제 코일이 제 1 및 제 2 전극 모두에 감겨지기 때문에, 양호한 밸런스로 각 전극의 글로우 아크 전이시간을 최적화 하는데 효과적이다. 그래서, 각 전극의 글로우 아크 전이시간은 쉽게 동일화되고 이것으로 시동시의 흑화가 더욱 억제된다.
본 발명의 제 3 태양에 따른 고압 방전램프는 방전 공간을 형성하는 포위부와 포위부의 양단부와 연통하고 포위부보다 작은 내부직경을 갖는 한 쌍의 소직경 실린더를 포함하는 투광성 세라믹 방전용기, 소직경 실린더의 내면과 전극 사이에서 작은 갭을 형성하고 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더를 통해 확장하는한 쌍의 길다란 전극 및 투광성 세라믹 방전용기내에 투입되는 방전매체를 구비하는 발광관, 한 전극이 삽입 통과하고 소직경 실린더의 한 단부의 외주에 감겨지며, 다른 전극과 동일한 전위를 갖도록 접속되는 제 1 금속제 코일, 다른 전극이 삽입통과하고 다른 소직경 실린더의 한 단부에 감겨지는 제 2 금속제 코일, 발광관 및 제 1 및 제 2 금속제 코일을 수납하는 외관 및 제 1 및 제 2 전극과 접속되고 외관에 기밀하게 도출되는 한 쌍의 외부 접속단자를 포함한다.
본 발명의 이러한 태양은 한 쌍의 금속제 코일을 소직경 실린더에 감는 본 발명의 제 2 태양과 동일하지만, 제 2 금속제 코일이 또 다른 전극에 접속되지 않는다. 즉 다시 말하면, 제 2 금속제 코일은 전극과 전기적으로 독립되어 있다. 그러나, 제 2 금속제 코일은 제 2 전극과 정전용량적으로 결합되어 있다.
본 발명의 이러한 태양에서는 다른 금속제 코일이 소직경 실린더에 감겨지는 점에서는 상기 언급된 본 발명의 태양과 동일하다. 게다가, 제 2 금속제 코일이 소직경 실린더에 감겨지는 것에 의해, 시동시에 제 2 전극의 글로우 아크 전이시간이 확장되는 경향이 있다. 따라서, 시동시에 원하는 범위로 제 2 전극의 글로우 아크 전이시간을 쉽게 제어할 수 있다. 즉 다시 말하면, 시동시에 흑화를 억제시키는 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 제 4 태양에 따른 고압 방전램프는 본 발명의 제 1 내지 제 3 태양중 어느 한 태양에 따른 고압 방전램프에 있어서, 금속제 코일이 소직경 실린더에 회전수를 4회 이상 한 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 제 4 태양은 금속제의 효과적인 회전수를 규정한다.
즉 다시 말하면, 금속제 코일의 작용은 금속제 코일의 회전수에 의해 영향을 받는다. 회전수가 4회 이하인 경우에는, 시동 전압 저하의 충분한 기능을 얻지 못한다. 그 이유는 정전용량의 관계가 언제나 명확하지 않고 추측되기 때문이다. 이러한 의미는, 가능한 한 작은 갭을 만들기 위해서 금속제 코일은 소직경 실린더에 기밀하게 감는 것이 바람직한 것을 나타낸다.
반면에, 금속제 코일의 회전수의 상한은 축방향에서 투광성 세라믹 방전용기의 크기에 의해 결정된다.
따라서, 금속제 코일의 적절한 회전수는 금속제 코일이 소직경 실린더에 감겨지는 가능한 범위내에서 원하는 시동 전압이 얻어질 수 있도록 설정할 수 있다. 또한 본 발명의 이러한 태양은 시동시에 글로우 아크 전이시간을 원하는 범위로 조정하는 경우에도 효과적이다.
본 발명의 제 5 태양에 따른 고압 방전램프는 본 발명의 제 1 내지 제 4 태양중 어느 한 태양에 따른 고압 방전램프에 있어서, 금속제 코일의 한 단부가 투광성 세라믹 방전용기의 포위부의 경계 근처에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 5 태양은 금속제 코일을 배열 설치하기 위한 적절한 위치를 규정한다.
다시 말하면, 금속제 코일의 한 단부가 투광성 세라믹 방전용기의 포위부의 경계 근처에 배치되기 때문에, 금속제 코일의 위치결정 및 고정을 용이하게 할 수 있다. 또한, 금속제 코일과 대향하는 방전매체의 계면에서 고압 방전램프를 설계할 수 있다.
본 발명의 제 6 태양에 따른 고압 방전램프는 본 발명의 제 1 내지 제 5 태양중 어느 한 태양에 따른 고압 방전램프에 있어서, 금속제 코일의 감김 피치(winding pitch)가 100% 내지 500%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 6 태양은 금속제 코일의 적절한 감김 피치를 규정한다.
"감김 피치" 는 코일을 형성하는 금속선의 직경에 대한 인접하는 2회전 코일의 중심사이의 거리의 비율을 의미한다. 따라서, 감김 피치가 100%인 경우에는, 코일이 밀접하게 감겨져 있는 것을 나타낸다. 또한 감김 피치가 500%인 경우에는, 인접하는 2 회전 사이에 형성되는 금속선의 직경보다 4배나 큰 갭이 형성된다.
본 발명의 이러한 태양에서는, 만일 감김 피치가 500%를 초과하면 소직경 실린더에 코일을 밀접하게 감는 것이 어려울 뿐만 아니라 감김 후에 코일의 느슨함을 방지하는 것도 어려워진다. 또한, 감김 피치가 100%이면 인접하는 회전 사이에서 코일이 서로 접촉해도 문제가 되지 않는다.
그리고, 본 발명의 태양에서는, 금속제 코일의 감김이 쉽게 실행되고 시동 전압의 저하도 효과적으로 된다.
본 발명의 제 7 태양에 따른 고압 방전램프는, 본 발명의 제 1 내지 제 6 태양중 어느 한 태양에 따른 고압 방전램프에 있어서 금속제 코일의 길이를 L1으로 하고 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더의 길이를 L2로 했을때 L1/L2의 값이 0.3 내지 1.0인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이러한 태양은 소직경 실린더의 길이 L2에 대한 금속제 코일의 축방향의 길이 L1를 적절히 규정한다.
다시 말하면, 금속제 코일은 소직경 실린더 전장에 감겨진다. 금속제 코일은 최단에서 소직경 실린더보다 0.3배 긴 길이를 가질 수 있다.
본 발명의 제 8 태양에 따른 고압 방전램프는, 본 발명의 제 1 내지 제 7태양 중 어느 한 태양에 따른 고압 방전램프에 있어서 투광성 세라믹 방전용기의 포위부의 대향 단부에 위치하는 금속제 코일의 한 단부가 다른 단부와 동일한 전위를 갖도록 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이러한 태양은 전극과 접속되는 금속제 코일의 단부의 적절한 선택을 규정한다. 즉 다시 말하면, 금속제 코일의 접속 부분이 고압 방전램프의 광 분배에 주는 영향을 감소시키기 위해서, 포위부의 대향 단부에 위치하는 금속제 코일의 단부는 전극과 접속된다. 또한, 금속제 코일이 전극과 결합되면, 투광성 세라믹 방전용기의 포위부는 방해되지 않기 때문에 접속 작업성이 양호해진다.
본 발명의 제 9 태양에 따른 고압 방전램프는, 본 발명의 제 1 내지 제 8 태양중 어느 한 태양에 따른 고압 방전램프에 있어서 한 쌍의 외부 접속단자의 정전 용량이 1.2 내지 4 pF인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이러한 태양은 시동 전압이 적절하게 저하될때에 한 쌍의 외부 접속단자간의 정전 용량을 규정한다.
한 쌍의 외부 접속단자간의 정전 용량은 고압 방전램프가 외관 및 금속제 코일을 구비하고 나사베이스가 제거될때 40kHz의 주파수로 측정된다. 여기서, 외관의 내부는 약 10 내지 4torr인 저진공 상태로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 이러한 태양에서는 금속제 코일이 제공되면, 한 쌍의 외부 접속단자 사이의 정전용량이 증가한다. 그 결과, 시동시에 세라믹을 통해 전극과 대향하는 금속제 코일과 전극 사이에서 미소 방전이 생성되고, 시동이 향상된다. 그래서, 시동 전압은 현저하게 저하된다.
또한, 시동시에 전기 에너지는 정전 용량을 통해 바이패스되고, 전기 에너지의 양은 전극에 적용되지 않는다. 그 결과, 글로우 아크 전이시간은 소정 범위내에서 적절하게 확장할 수 있다. 따라서, 시동시에 흑화의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 금속제 코일이 또 다른 전극과 접속되지 않는 경우에는, 한 쌍의 외부 접속단자간의 정전 용량이 증가된다.
본 발명의 제 10 태양에 따른 고압 방전램프는, 본 발명의 제 1 내지 제 9 태양중 어느 한 태양에 따른 고압 방전램프에 있어서 전극은 금속제 코일과 대향하는 전극 축부의 한 부분을 감는 금속제 코일체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
금속제 코일체는 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더 내부에 설치될 수 있고, 선의 직경, 회전수 및 감김 피치는 제한되지 않는다.
또한, 방전매체는 금속제 코일과 소직경 실린더 사이에서 형성되는 작은 갭을 통해 출입하고, 램프의 점등동안에 액상으로 체류한다.
그래서, 본 발명의 이러한 태양에서는 금속 코일체를 전극의 축부에 설치하는 것에 의해, 시동 전압을 더욱 저하시킬 수 있다. 또한, 글로우 아크 전이시간을 원하는 대로 제어할 수 있는데, 이것은 글로우 아크 전이시간이 더 길어질 수 있음을 의미한다. 상기에서 언급한 바와같이 이러한 효과가 얻어지는 이유는 명확하지 않지만, 이러한 이유는 소직경 실린더와 대향하는 금속제 코일의 면적이 증가하고 그들사이의 공간 길이가 단축되는 것으로 추측할 수 있다. 그리고 양자간의 정전 용량은 증가한다.
또한, 본 발명의 이러한 태양은 전극의 축부의 직경이 소직경 실린더의 내부직경보다 작고, 갭이 상대적으로 넓은 경우에 효과적이다.
본 발명에 제 11 태양에 따른 고압 방전램프 점등장치는 본 발명의 제 1 내지 제 10 태양 중 어느 한 태양에 따른 고압 방전램프 및 고주파수 영역에서 고압 방전램프를 점등하기 위한 인버터를 주체로 구성되는 점등회로를 포함한다.
〈고압 방전램프와 점등회로의 배치〉
본 발명에서는 고압 방전램프와 방전회로는 서로 전기적으로 접속된다. 이들은 서로 공간적으로 분리될 수 있고 또는 물리적으로 함께 접속될 수 있다. 예를 들면, 전자의 배치의 예로서 고압 방전램프는 점등 기구에 장착될 수 있다. 반면에 점등회로는 천정뒤에서 고압 방전램프와 떨어져 배치된다. 그리고 후자의 예로는 하기에서 기술되는 바와같이 전구형 고압 방전램프를 구성하는 배치이다.
〈점등회로〉
1. 본 발명에서 "고주파"는 5kHz 이상의 주파수를 의미한다.
2. 점등회로를 소형화 하기 위해, 형광 램프용 점등회로를 이용한다. 형광 램프용 점등회로는 2차 개방 전압에서 2차 단락 전류까지 확장하는 부하 특성을 구비한다.
본 발명의 이러한 태양에서는, 형광 램프용 점등회로는 본 발명용으로 전환 될 수 있다. 물론 이것에 개의치 않고 고압 방전램프용으로 제조되고 소정의 부하 특성을 만족시키는 점등회로를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 태양에서는, 점등회로의 2차 개방 전압(V20)은 비교적 자유도가 큰 범위로 설정된다. 즉 다시말하면, 고압 방전램프의 방전 개시 전압(Vs)에 대한 점등회로의 2차 개방 전압(V20)의 비율(V20/Vs(%))은 하기의 범위로 설정할 수 있다.
110 ≤V20≤300
여기서, 고압 방전램프의 방전 개시 전압(Vs)이 통계적으로 분산되기 때문에, 방전 개시 전압(Vs)을 충분히 유의하는 것이 필요하다.
그런데, 점등회로의 기본적 회로 구성은 상술한 바와같이 부하 특성을 구비하는 어떤 유형일 수 있다. 예를들면, 안정기는 기본적으로 반-브리지 인버터(a half bridge inverter), 풀-브리지 인버터(a full-bridge inverter), 병렬 인버터(a parallel inverter) 및 블로킹 발진형 인버터(a blocking oscillator inveter)와 같은 일석식 인버터(a single-transistor tyoe inveter)로 구성되는 회로 배치를 구비할 수 있다.
3. 점등회로의 동작 주파수는 5 내지 200kHz의 범위내에서 규정된다.
4. LC 공진기를 구비하는 고주파수 인버터로 구성되는 점등회로를 이용할 수 있다.
상기에서 언급한 조건을 만족하는 인버터는 반 브리지 인버터, 블로킹 발진형 인버터와 같은 일석식 인버터 또는 병렬 인버터를 이용할 수 있다.
인버터의 발진 제어는 자려(self-excitation) 또는 타려(separate-excitation)중 하나로 할 수 있다. 또한 인버터의 발진 주파수는 일정하거나 변경될 수 있다.
LC 공진기의 공진 주파수에 대한 인버터의 진동 주파수가 상황에 따라 변경되면, 안정기의 출력 전압은 인버터의 진동 주파수를 변경하는 것에 의해 제어될 수 있다. 즉 다시 말하면, 시동시에 진동 주파수가 LC 공진기의 공진 주파수에 근접하면, 출력 전압이 높아지고, 이것으로 2차 개방 전압이 고압 방전램프의 방전 개시 전압에 근접하게 된다. 반면에, 진동 주파수가 점등후에 공진 주파수와 분리되면, 출력 전압이 감소된다. 따라서, 고압 방전램프의 방전 개시 전압에 근접하는 2차 개방 전압에서 2차 단락 전류까지 연속적으로 확장하는 부하 특성을 가진 점등회로를 제공할 수 있다.
또한, 동작 주파수가 일정하면, 상황에 따라 공진 주파수가 변경되는 LC 공진기를 구성하는 것에 의해 점등회로의 출력 전압을 제어할 수 있다. 즉 다시 말하면, 무부하시에 LC 공진기의 인덕터(L)가 포화되고 동시에 공진 주파수가 높아져 동작 주파수에 근접하면, 점등회로의 출력 전압이 높아진다. 또한, 부하시에는 LC 공진기의 인덕터의 포화가 램프 전류에 따라 분리되고, 그 결과 공진 주파수가 동작 주파수와 분리되고, 출력 전압이 감소된다.
그리고, LC 공진기를 제공하는 인버터를 사용하는 것에 의해, 점등회로의 회로 배치가 간단해지고, 이것으로 한층 소형화되고 값싼 고압 방전램프 점등장치를 얻을 수 있다.
또한, 점등회로가 LC 공진기를 구비하기 때문에, 출력 전압의 파형을 정현파로 할 수 있다.
〈글로우 아크 전이시간〉
글로우 아크 전이시간이 0.5 내지 3.0초, 바람직하게는 1.0 내지 2.5초의 범위로 제한되는 고압 방전램프를 구성함으로써, 소형 점등회로를 사용하여 고압 방전램프가 점등될 때 시동시의 흑화가 현저하게 감소될 수 있다. 글로우 아크 전이시간은 오실로스코프에 의해 전압 파형의 강하점을 측정하고, 5회 측정된 샘플의 평균을 계산함으로써 얻어진다. 여기서, 램프 전압 파형의 강하점은 글로우 아크 전이가 양쪽 전극에서 발생할 때의 강하점으로 되어야 한다. 따라서, 글로우 아크 전이는 한쌍의 전극에서 동시에 발생한다. 그러나, 전극에서 글로우 아크 전이 사이에 시간 지연이 존재할 때에는 후에 글로우 아크 전이가 발생하는 전극의 강하점에서 발생할 것이다.
한편, 글로우 아크 전이시간이 0.5초 미만이면, 글로우 아크 전이 전력이 단시간에 많이 공급되어, 전극의 과도한 가열이 행해진다. 따라서, 전극의 증발이 과도하게 행해지고, 흑화가 촉진되며, 광속(光束) 유지율이 상당히 낮아지기 때문에, 부적절하다.
게다가, 글로우 아크 전이시간이 3.0초 보다 길어지면, 전극의 스퍼터링이 현저해진다. 따라서, 시동시의 흑화가 촉진되고, 광속 유지율이 저하하기 때문에 부적절하다.
따라서, 글로우 아크 전이시간이 0.5 내지 3.0의 범위내에 있으면, 점등3,000시간 후에 광속 유지율의 80% 이상을 유지할 수 있다. 여기서 상기한 점등 시간은 고압 방전램프가 165분간 점등, 15분간 소등의 점멸 사이클에 의해 간헐적으로 점등되었던 시간을 의미한다.
또한, 고압 방전램프의 사양 및 점등회로와의 매칭을 적정하게 설정함으로써 상기한 범위내로 글로우 아크 전이시간을 정할 수 있다.
본 발명의 제 12 태양에 따른 조명장치는 조명장치 본체와, 이 조명장치 본체에 설치되는 본 발명의 제 11 태양에 따른 고압 방전램프 점등장치를 포함한다.
이 태양에서, 용어 "조명장치"는 고압 방전램프에서 방사된 광을 어느 한 목적 또는 다른 목적으로 사용하는 장치를 포함하는 넓은 개념을 갖는다. 예를 들어, 조명장치는 전구형 고압 방전램프, 조명기구, 이동체용 전조등, 광파이버용 광원, 화상투사장치, 광화학장치 또는 지문판별장치에 적용 가능하다.
용어 "조명장치 본체"는 고압 방전램프를 제외한 조명장치의 전부분을 의미한다.
용어 "전구형 고압 방전램프"는 보통의 백열전구와 유사한 방식으로 사용될 수 있도록 고압 방전램프와 안정장치가 일체화되고, 또 램프 소켓에 연결될 때 수전(受電)을 위한 나사베이스를 갖는 조명장치를 의미한다.
또한, 고압 방전램프 점등장치의 점등회로는 조명장치 본체에 배치될 수 있고, 또는 천정 뒤와 같은 조명장치 본체와는 이격된 위치에 배치될 수 있다.
다음에, 전구형 고압 방전램프를 구성하는 경우에, 고압 방전램프가 바람직한 배광특성을 나타내도록 집광을 위한 반사경을 제공할 수 있다.
또한, 고압 방전램프의 휘도를 적당히 저감하기 위하여 반사경을 대신하여 또는 반사경에 부가하여 광확산 글러브 또는 커버를 제공할 수 있다.
또한, 바람직한 사양을 갖는 나사베이스를 제공할 수 있다. 따라서, 종래의 광원 램프를 직접적으로 대체하기 위하여 종래의 광원 램프의 것과 같은 나사베이스가 채용될 수 있다.
한편, 조명장치가 조명기구인 경우에는, 조명장치 본체가 점등회로와 램프 소켓을 갖고, 고압 방전램프는 램프 소켓에 결합될 수 있도록 구성된다. 그러나, 조명장치 본체가 점등회로를 갖지 않을 때, 전구형 고압 방전램프는 광원으로서 램프 소켓에 결합될 수 있다.
본 발명의 부가적인 목적과 이점들은 다음의 설명과, 여기에 포함되어 있고, 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면을 참조함으로써 해당 기술분야의 숙련자에게는 명백할 것이다.
첨부한 도면과 관련하여 고려될 때 다음의 상세한 설명에 대한 참조에 의해 보다 잘 이해되는 것처럼 본 발명의 보다 완전한 평가와 많은 부수적인 이점들은 용이하게 얻어질 것이다.
이제 첨부한 도면, 도 1 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예를 이하에 기술할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고압 방전램프의 제 1 실시예의 일부 단면 정면도이다.
도 2는 고압 방전램프의 확대 단면 정면도이다.
도 3은 나사베이스가 고압 방전램프에 장착되기 전의 와이어 벌브 형태를 나타내는 일부 단면 정면도이다.
도면에서, 고압 방전램프는 발광관(IB), 제 1 접속도체(CC1), 제 2 접속도체(CC2), 제 1 및 제 2 금속제 코일(C01, C02), 외관(OB), 한 쌍의 외부 접속단자(OCT1, OCT2), 게터(getter)(GT) 및 나사베이스(B)로 이루어진다.
〈발광관(IB)〉
발광관(IB)은 투광성 세라믹 방전용기(1), 제 1 및 제 2 전극(2A, 2B), 급전도체(3), 시일(4) 및 액상 방전매체(5)를 구비하고 있다. 그리고 상하부가 대칭이다.
투광성 세라믹 방전용기(1)는 포위부(1a)와 한 쌍의 소직경부(1b, 1b)를 구비하고 있다.
포위부(1a)는 양단이 연속적인 곡면에 의해 좁혀지고, 거의 구형이다.
소직경 실린더(1b)는 투광성 세라믹 방전용기(1)를 일체적으로 형성하도록 연속한 곡면에 의해 포위부(1a)에 결합되어 있다.
제 1 및 제 2 전극(2A, 2B)은 도핑된 텅스텐으로 이루어지고, 봉형상의 축부(2a)와 코일부(2b)를 갖는다. 축부(2a)는 내부 단부가 포위부(1a)내에 돌출되게 소직경 실린더(1b)내에 삽입통과된다. 그 결과, 소직경 실린더(1b)와 제 1 및 제 2 전극(2A, 2B) 사이에는 작은 갭(g)이 형성되어 있다.
코일부(2b)는 축부(2a)와 결합되어 있다.
급전도체(3)는 니오븀으로 이루어지고, 봉형상을 갖는다. 급전도체(3)의 내부 단부는 전극(2A, 2B)의 외부 단부에 맞대어 방전용접되고, 외부 단부는 투광성 세라믹 방전용기(1)의 외부로부터 돌출되어 있다.
시일(4)은 투광성 세라믹 방전용기(1)의 소직경 실린더(1b)와 밀봉부분(2a) 사이에 넣어 투광성 세라믹 방전용기(1)를 밀봉하고, 또한 급전도체(3)가 투광성 세라믹 방전용기(1)의 내부에 노출하지 않도록 피복하기 위하여 세라믹 밀봉용 화합물을 용융하여 경화한다.
시일을 형성하기 위해, 세라믹 밀봉용 화합물은 수직 위치에 배치되는 투광성 세라믹 방전용기(1)의 밀봉부분 주위에 배치되고, 그 일부는 급전도체(3) 외부로 돌출되어 있다. 그 결과, 이것은 가열에 의해 용융되어, 급전도체(3)과 홈부(1c) 사이의 갭으로 흐르며, 따라서 소직경 실린더(1b)내로 삽입되어 있는 급전도체(3)의 전체 뿐만 아니라 전극(2)의 외부를 피복하고, 다음에 냉각에 의해 경화된다.
투광성 세라믹 용기(1)에 충전된 방전매체는 네온 및 아르곤을 포함하는 시동 가스 및 버퍼 가스, 발광 금속 할로겐화물 및 버퍼 증기로서의 수은으로 이루어진다.
또한, 금속 할로겐화물 및 수은은 증발하는 양보다 과도하게 투광성 세라믹 용기(1)내에 충전되어 있기 때문에, 그 일부는 안정 점등시에 작은 갭(g)에 액상 상태로 대류하고 있다. 따라서, 방전매체(5)의 표면은 최고 냉각부를 형성하고 있다.
〈접속도체(CC1, CC2)〉
제 1 접속도체(CC1)는 몰리브덴 선으로 이루어지고, 그 내부 단부는 전극(2A)측의 급전도체(3)에 접속되며, 중간부는 투광성 세라믹 방전용기(1)의 축방향에 대하여 평행하게, 또한 떨어져 연장된다.
제 2 접속도체(CC2)는 몰리브덴으로 이루어지고, 그 내부 단부는 전극(2B)측의 급전도체(3)에 접속되어 있다.
〈금속제 코일(C01, C02)〉
제 1 금속제 코일(CO1)은 제 1 전극(2A)이 내부에 삽입통과되어 있는 소직경 실린더(1b)의 외주에 감겨져 있다. 그리고, 급전도체(3)측의 코일의 단부가 투광성 세라믹 방전용기(1)의 축방향에 대하여 떨어져 연장되며, 제 2 전극(2B)측의 급전도체(3)에 접속되어 있다.
제 2 금속제 코일(CO2)은 제 2 전극(2B)이 내부에 삽입통과되어 있는 소직경 실린더(1b)의 외주에 감겨져 있다. 그리고, 급전도체(3)측의 코일의 단부는 제 1 접속도체(CC1)에 접속되어 있다.
〈외관(OB)〉
외관(OB)은 경질 유리제의 T형 벌브로 구성되어 있다. 핀치시일부(ps)는 외관(OB)의 외부 단부에 형성되고, 배기 핀치오프부(t)가 외관(OB)의 내부 단부에 형성되어 있다. 외관의 내부는 10 - 40 torr 정도의 낮은 진공상태로 되어 있다.
핀치시일부(ps)는 T형 벌브의 개구가 가열에 의해 연화될 때 핀치함으로써 형성된다.
배기 핀치오프부(t)는 배기관을 통해 외관(OB)을 배기하고, 이 배기관을 핀치오프한 후에 남겨진 흔적이다.
〈외부 접속단자(OCT1, OCT2)〉
한 쌍의 외부 접속단자(OCT1, OCT2)는 이러한 급전도체를 연장하여 제 1 및 제 2 접속도체(CC1, CC2)와 일체로 형성된다. 그리고, 수전수단으로서의 나사베이스(B)가 장착되기 전에 외관(OB)으로부터 바깥쪽으로 돌출한다.
〈게터(GT)〉
게터(GT)는 ZrAl 합금으로 구성되고, 제 1 접속도체(CC1)에 용접에 의해 지지된다.
〈나사베이스(B)〉
나사베이스는 E11형 나사베이스이고, 한 쌍의 외부 접속단자(OCT1, OCT2)가 필요에 따라 접속된다. 또한, 외관(OB)의 핀치시일부(ps)에 무기질 접착제에 의해 고정된다.
〈실시예〉
이것은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 고압 방전램프이다. 이 고압 방전램프는 다음과 같은 사양을 갖는다.
〈발광관〉
방전램프 투광성 세라믹 용기: 투광성 알루미나세라믹제; 길이 23㎜; 외부직경 6㎜ 및 내부직경 5㎜의 포위부(1a)(벽두께 0.5㎜); 외부직경 1.8㎜ 및 내부직경 0.7㎜의 소직경 실린더(1b)(벽두께 0.5㎜); 길이 L2가 8㎜.
전극: 축부 및 코일부의 직경이 0.2㎜인 텅스텐.
급전도체: 니오븀; 직경 0.64㎜.
작은 갭(g): 0.25㎜.
방전매체: 시동 가스 및 버퍼 가스로서 Ne 3% + Ar 200 torr; 적당량의 수은 및 발광 금속의 할로겐화물. 발광 금속 할로겐화물은 금속 할로겐화물이 완전히 증발하지 않고, 나머지가 작은 갭내에 대류하는 정도의 양만큼 포위부내에 충전되어 있다.
제 1 및 제 2 금속제 코일: 직경 0.3㎜의 몰리브덴 선이 권선 피치 200%로 7회, 포위부에 인접하는 위치에서 소직경 실린더의 외주에 감겨져 있다. 길이 L1은 약 5㎜이고, 비(L1/L2)≒0.63이다.
한 쌍의 외부 접속단자 사이의 정전용량: 2.3㎊.
시동 전압: 0.7 ㎸p-p (본 실시예와 동일한 사양을 갖지만, 제 1 및 제 2 금속제 코일을 갖지 않는 비교예에서, 시동 전압은 3.0 ㎸p-p이었다).
글로우 아크 전이시간: 제 1 전극에서 1.4초, 제 2 전극에서 1.6초.
도 4는 본 발명에 따른 고압 방전램프의 제 2 실시예를 나타내는 일부 단면 정면도이다.
도 4에서, 도 1에 도시된 것과 동일한 구성요소에는 동일한 부호가 할당되어 있다.
이 실시예는 제 1 금속제 코일(CO1)이 제 2 전극(2B)에 접속되지 않는다는 점에서 다른 실시예와 차이가 있다.
즉, 제 1 금속제 코일(CO1)은 한 전극과 전기적으로 절연되어 있다.
다음에, 시동 전압은 1.0 ㎸p-p이다. 그리고, 제 1 전극(2A)의 글로우 아크 전이시간은 0.7초이고, 제 2 전극(2B)의 글로우 아크 전이시간은 1.5초이다.
또한, 외부 접속단자(OCT1, OCT2) 사이의 정전용량은 약 1.8 내지 2.0㎊ 정도로 된다.
도 5는 본 발명에 따른 고압 방전램프의 제 3 실시예를 나타내는 일부 단면 정면도이다.
도 5에서, 도 1에 도시된 것과 동일한 구성요소에는 동일한 부호가 할당되어 있다.
이 실시예는 제 2 금속제 코일(CO2)만이 소직경 실린더에 감겨져 있다는 점에서 다른 실시예와 차이가 있다.
다음에, 시동 전압은 1.1 ㎸p-p이다. 그리고, 제 1 전극(2A)의 글로우 아크 전이시간은 0.6초이고, 제 2 전극(2B)의 글로우 아크 전이시간은 1.4초이다.
또한, 외부 접속단자(OCT1, OCT2) 사이의 정전용량은 약 1.3 내지 1.8㎊ 정도로 된다.
도 6은 본 발명에 따른 고압 방전램프의 제 4 실시예를 나타내는 일부 확대 단면 정면도이다.
도 6에서, 도 2에 도시된 것과 동일한 구성요소에는 동일한 부호가 할당되어 있다.
이 실시예는 금속제 코일(MC1, MC2)이 양쪽 전극(2A, 2B)의 축부(2a)가 금속제 코일(MC1, MC2)에 면하는 부분에 감겨져 있다는 점에서 다른 실시예와 차이가있다.
즉, 금속제 코일(MC1, MC2)은 0.2㎜ 두께의 텅스텐 선을 전극들의 축부(2a) 주위를 8회 감음으로써 형상화된다.
따라서, 금속제 코일(CO1, CO2)과 소직경 실린더(1b)의 내면 사이에 약 0.5㎜의 작은 갭이 형성될 뿐만 아니라, 금속제 코일(C01, C02) 사이에 나선형으로 연장하는 다른 갭이 또한 형성된다.
도 7은 본 발명에 따른 고압 방전램프 조명장치의 한 실시예에서 점등회로를 나타내는 회로도이다.
도 7에서, AS는 저주파 AC 전원을 나타내고, f는 과전류 휴즈를 나타내고, NF는 노이즈 필터를 나타내고, RD는 정류화 DC 전원을 나타내고, Q1은 제 1 스위칭 수단을 나타내고, Q2는 제 2 스위칭 수단을 나타내고, GD는 게이트 드라이브 회로를 나타내고, ST는 시동회로를 나타내고, GP는 게이트 보호회로를 나타내고, LC는 부하회로를 나타내며, c, d는 고압 방전램프(11)가 소켓(14b)을 통해 점등회로에 접속되는 노드를 나타낸다.
저주파 AC 전원(AS)은 상용의 100V 전원을 의미한다.
과전류 휴즈(f)는 인쇄회로기판에 인쇄된 패턴 휴즈이다. 휴즈(f)는 과전류가 점등회로에 흐를 때 점등회로의 단선을 보호한다.
노이즈 필터(NF)는 인덕터(L1)와 커패시터(C1)로 구성되고, 고주파 인버터의 동작에 따라 발생하는 고주파 성분을 전원측에 유출하지 않도록 제거한다.
정류화 DC 전원(RD)은 브리지 정류회로(BR)와 평활 커패시터(C2)로 구성된다. 브리지 정류회로(BR)의 AC 입력단자는 노이즈 필터(NF)와 과전류 휴즈(f)를 통해 저주파 AC 전원(AS)에 접속된다. DC 출력단자는 평활 커패시터(C2)의 양단에 접속되어 있고, 평활된 DC 전류를 출력한다.
제 1 스위칭 수단(Q1)은 드레인이 평활 커패시터(C2)의 양극 단자에 연결되는 N-채널 MOSFET으로 구성된다.
제 2 스위칭 수단(Q2)는 소스가 제 1 스위칭 수단(Q1)의 소스에 연결되고, 드레인이 평활 커패시터(C2)의 음극 단자에 연결되는 P-채널 MOSFET으로 구성된다.
따라서, 제 1 및 제 2 스위칭 수단(Q1, Q2)은 순방향으로 직렬 접속되고, 각각의 극 단자는 정류화 DC 전원(RD)의 출력단자 사이에 연결된다.
게이트 드라이브 회로(GD)는 피드백 회로(FBC), 직렬 공진회로(SRC) 및 게이트 전압 출력회로(GO)로 구성된다.
피드백 회로(FBC)는 전류 제한 인덕터(L2)에 자기적으로 접속되는 보조 권선으로 구성된다.
직렬 공진회로(SRC)는 피드백 회로(FBC) 사이에 접속되는 인덕터(L3)와 커패시터(C3)의 직렬회로로 구성된다.
게이트 전압 출력회로(G0)는 직렬 공진회로(SO)의 커패시터(C3)의 양단에 나타나는 공진 전압을 커패시터(C4)를 통해 출력하도록 구성되어 있다. 다음에, 커패시터(C4)의 일단은 커패시터(C3)와 인덕터(L3)의 접속 노드에 연결되고, 커패시터(C4)의 다른 단은 제 1 및 제 2 스위칭 수단(Q1, Q2)의 소스에 연결된다. 따라서, 커패시터(C3)의 양단에 나타나는 공진 전압은 게이트 전압 출력회로(GO)를 통해 제 1 및 제 2 스위칭 수단(Q1, Q2)의 게이트 및 소스 사이에 인가된다.
시동회로(ST)는 저항기(R1, R2, R3)로 구성된다.
저항기(R1)의 일단은 평활 커패시터(C2)의 양극 단자에 접속된다. 저항기(R2)의 다른 단은 제 1 스위칭 수단(Q1)의 게이트에 접속된다. 저항기(R1)의 다른 단은 또한 저항기(R2)의 일단 및 게이트 드라이브 회로(GD)의 게이트 전압 출력회로(GO)의 출력단자, 즉 커패시터(C4)의 다른 단에 접속된다.
저항기(R2)의 다른 단은 직렬 공진회로(SRC)의 인덕터(L3) 및 피드백 회로(FBC)의 접속 노드에 연결된다.
저항기(R3)의 일단은 제 1 및 제 2 스위칭 수단(Q1, Q2), 즉 스위칭 수단(Q1, Q2)의 소스 및 게이트 전압 출력회로(GO)의 소스에 접속된다. 반면에 저항기(R3)의 다른 단은 평활 커패시터(C2)의 음극 단자에 접속된다.
게이트 보호회로(GP)는 대향하는 단자가 직렬로 연결된 한 쌍의 제너 다이오드로 구성되고, 게이트 전압 출력회로(GO)에 병렬로 접속된다.
부하회로(LC)는 고압 방전램프(HD), 전류 제한 인덕터(L2)와 DC 차단 커패시터(C5) 및 고압 방전램프(HD)에 병렬로 접속되는 공진 커패시터(C6)의 직렬회로로 구성된다. 부하회로(LC)의 일단은 고주파 출력단자(c)에 접속되고, 다른 단은 제 2 스위칭 수단(Q2)의 드레인에 접속된다.
단자(c, d)에서 고압 방전램프(HPL)가 램프 소켓을 통해 점등회로에 접속된다.
고압 방전램프(HD)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 구성되고, 상기한사양을 갖는다.
전류 제한 인덕터(L2)아 공진 커패시터(C6)는 함께 직렬 공진회로를 형성한다. 여기서, DC 차단 커패시터(C5)는 큰 정전용량을 갖고, 따라서 직렬 공진에 그리 영향을 미치지 않는다.
제 2 스위칭 수단(Q2)의 드레인 및 소스 사이에 접속된 커패시터(C7)는 제 2 스위칭 수단(Q2)의 스위칭 동작 동안 부하를 감소시킨다.
이제 회로 동작에 대해서 설명한다.
AC 전원(AS)이 가해질 때, 정류화 DC 전원(RD)에 의해 평활된 DC 전압이 평활 커패시터(C2)의 양단에 나타난다. 다음에, DC 전압은 직렬접속된 제 1 및 제 2 스위칭 수단(Q1, Q2)의 양쪽 드레인 사이에 인가된다. 그러나, 양쪽 스위칭 수단(Q1, Q2)은 게이트 전압이 인가되지 않기 때문에 오프되어 있다.
상기한 바와 같이 DC 전압은 동시에 시동회로(ST)에 인가되기 때문에, 저항기(R1, R2, R3)의 저항값의 비례분배(proportional distribution)에 따른 전압이 저항기(R2)의 양단에 나타난다. 다음에 저항기(R2)의 단자 전압은 제 1 및 제 2 스위칭 수단(Q1, Q2)의 게이트와 소스 사이에 정극성의 전압으로서 인가된다.
결과로서, 제 1 스위칭 수단(Q1)이 임계전압을 초과하도록 설정되기 때문에 온된다. 그러나, 제 2 스위칭 수단(Q2)의 게이트와 소스 사이에 인가된 전압은 게이트 전압과는 역극성이기 때문에 제 2 스위칭 수단(Q2)은 오프상태를 유지한다.
제 1 스위칭 수단(Q1)이 온(on)될 때, 전류는 제 1 스위칭 수단(Q1)을 통해 정류화 DC공급전원(RD)으로부터 부하회로(LC)로 흐른다. 따라서, 전류 제한 인덕터(L2)와 공진 커패시터(C6)의 직렬 공진회로의 공진 때문에 공진 커패시터(C6)의 단자 사이에 보다 높은 공진 전압이 나타나고, 다음에 공진 전압은 고압 방전램프(HPL)에 인가된다.
한편, 전류 제한 인덕터(L2)에 흐르는 전류에 의해 전압은 전류 제한 인덕터(L2)에 자기적으로 접속하는 피드백 회로(FBC)에 유기된다. 따라서, 승압된 부전압이 직렬 공진회로(SRC)의 직렬 공진에 의해 커패시터(C3)에서 발생되기 때문에, 전압은 게이트 보호회로(GP)에서 일정 전압으로 클리프되고, 게이트 전압 출력회로(G0)를 통해 제 1 및 제 2 스위칭 수단(Q1, Q2)의 게이트와 소스 사이에 인가된다.
클리프된 일정 전압은 제 2 스위칭 수단(Q2)의 일정 전압을 초과하기 때문에, 제 2 스위칭 수단(Q2)은 온된다.
반대로, 제 1 스위칭 수단(Q1)은 게이트 전압이 역극성으로 되기 때문에 오프된다.
제 2 스위칭 수단(Q2)이 온될 때, 부하회로(LC)의 전류 제한 인덕터(L2)에 축적된 전자기(電磁氣) 에너지(electromagnetic energy) 및 커패시터(C6)에 축적된 전하가 방출되고, 전류 제한 인덕터(L2)에서 제 2 스위칭 수단(Q2)을 통해 부하회로(LC)내를 역방향으로 전류가 흐른다. 다음에 커패시터(C6)의 양단에 극성이 반전된 높은 공진 전압이 나타나고, 고압 방전램프(HPL)에 인가된다. 이후, 상기한 동작이 반복된다.
한편, 고압 방전램프(HPL)가 시동하기 전에는 전류 제한 인덕터(L2)와 커패시터(C6)로 구성된 직렬 공진회로의 공진주파수에 비교적 가까운 주파수에서 반 브리지 고주파 인버터가 동작하기 때문에 2차 개방회로 전압은 약 500 V(실효값)이다. 다시 말하면, 2차 개방회로 전압은 약 1.0 ㎸p-p이고, 고압 방전램프(HLP)의 방전 시동 전압보다 높은 전압으로 설정된다. 또한, 2차 개방회로 전류는 약 550 ㎃이다.
따라서, 펄스 전압을 발생하는 이그나이터(igniter)가 사용되지 않더라도 고압 방전램프(HLP)은 단시간에 점등을 개시할 것이다. 1.4초 후에, 글로우 아크 전이가 발생하고, 이어서 부하특성 곡선상의 정격 램프 전류값이 동작점으로 이동하여 고압 방전램프(HLP)는 안정하게 점등한다. 여기서, 고압 방전램프가 상기한 글로우 아크 전이시간내에 전이가 행해지는 것에 의해 시동시에 흑화가 거의 발생하지 않는다. 여기서 점등시의 동작 주파수는 47㎑이다.
도 8은 본 발명에 따른 조명장치의 제 1 실시예로서 스포트라이트형 고압 방전램프의 일부 중앙 단면 측면도이다.
도 8에서, 11은 스포트라이트 본체를 나타내며, 12는 고압 방전램프를 나타낸다.
스포트라이트 본체(11)는 주로 천정 부착부(11a), 암(11b), 본체 케이스(11c), 램프 소켓(11d), 반사경(11e), 차광 실린더(11f) 및 전면유리(119)를 갖는다.
천정 부착부(11a)는 천정에 설치되어 스포트라이트를 매달고, 또한 전력을 수용하기 위하여 천정 뒤에 설치되는 점등회로(도시하지 않음)에 접속된다.
암(11b)의 외부 단부는 천정 부착부(11a)에 고정된다.
본체 케이스(11c)는 전면에 개구를 갖고, 암(11b)의 자유 단부에서 수직면내에 있어서 자유롭게 흔들리도록 피봇되어 있다. 여기서, 암(11b)이 본체 케이스와 관련하여 흔들릴 수 있는 범위는 도 8에 이점쇄선으로 표시되어 있다.
E11형 나사베이스에 맞는 램프 소켓(11d)이 본체 케이스(11c)내에 배치된다.
반사경(11e)은 램프 소켓(11d)의 전면에 배치되고, 본체 케이스(11c)에 설치되어 있다.
차광 실린더(11f)는 반사경(11e)의 개구단의 중앙부에 설치되어 있다.
전면 유리(119)는 본체 케이스(11c)의 개구단에 설치되어 있다.
고압 방전램프(12)는 도 1 내지 도 3에 도시된 것과 동일하고, 이들 도면과 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명은 생략한다. 그리고, 고압 방전램프(12)는 램프 소켓(11d)에 고압 방전램프(12)의 나사베이스(B)를 설치함으로써 스포트라이트 본체(11)에 설치된다. 또한, 차광 실린더(11f)는 고압 방전램프(12)가 스포트라이트 본체에 설치될 때에 외관(OB) 선단으로부터의 광을 차광하여, 번쩍임을 방지한다. 도 9는 본 발명에 따른 고압 방전램프의 제 4 실시예 및 조명장치의 제 2 실시예로서의 전구형 고압 방전램프의 일부 단면 정면도이다.
도 9에서, 전구형 고압 방전램프는 고압 방전램프(12), 대좌(臺座)(13), 반사경(14), 점등회로(15), 기체(基體)(16) 및 나사베이스(17)를 갖는다.
상기 구성요소들은 각각 이하에 설명된다.
〈고압 방전램프(12)〉
고압 방전램프(12)는 나사베이스 부분을 제외하고 도 5에 도시된 고압 방전램프와 거의 동일한 사양을 갖는다. 도 9에서, 외부 접속단자(OCT1, OCT2)는 외관(OB)의 핀치시일부(ps)로부터 위쪽으로 돌출한다. 도 9에서, 도 5와 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명은 생략한다.
〈대좌(13)〉
대좌(13)는 내열성 합성 수지로 형성된다. 대좌(13)는 중심부에 장착구멍(13a), 상부 외부 둘레 가장자리부에 장착부(13b) 및 하부 외부 둘레 가장자리부에 원추형의 스커트(13c)를 갖는다.
장착구멍(13a)은 대좌(13)에 고압 방전램프(12) 및 반사경(14)을 설치하기 위해 채용된다. 고압 방전램프(12)의 핀치시일부(ps)와 반사경(14)의 기단(14a)은 장착구멍(13a)에 삽입되고, 무기질 접착제(BC)를 통하여 고정된다.
장착부(13b)는 기체(16)의 개구단에 고정된다.
원추형 스커트(13c)는 반사경(14)의 주위를 둘러싸서 보호하고, 또 외관을 개선한다.
〈반사경(14)〉
반사경(14)은 고압 방전램프(12)의 주위에 배치되고, 적어도 발광부, 즉 고압 방전램프(12)의 포위부(1a)를 둘러싼다. 따라서 반사경(14)은 대좌(13)에 고정된다. 상기한 실시예에서, 고압 방전램프(12)는 반사경(14)과 함께 대좌(13)에 고정된다.
또한, 반사경은 유리 형성에 의해 사발 형상으로 형성되고, 정상부에 일체로 형성된 원통형상의 가장자리부(14a)를 갖는다. 그리고, 반사면(14b)은 증착된 알루미늄막에 의해 사발 형상의 반사경의 내면에 형성된다. 가장자리부(14a)는 대좌(13)의 장착구멍(13a)에 삽입되고, 무기질 접착제(BC)를 통해 대좌(13)에 고정된다.
또한, 전면유리(14c)가 반사경(14)의 개구부에 장착된다. 전면유리(14c)는 투명유리로 형성되고, 낮은 융해점을 갖는 프릿 유리(18)를 통해 반사경(14)에 기밀하게 봉착된다.
또한, 불활성 가스로서 질소가 반사경(14)과 전면유리(14c)에 의해 형성된 공간에 충전된다.
〈점등회로(15)〉
점등회로(15)는 주로 도면에서 배선기판(15a)의 상측에 장착된다. 그리고, 이것은 배선기판(15a)의 하측으로부터 고압 방전램프(12)의 외부 접속단자(OCT1, OCT2)를 받아들여 배선기판(15a)과 적절히 접속한다.
또한, 점등회로(15)는 도 6에 도시된 것과 동일한 회로 구성을 갖는다.
〈기체(基體)(16)〉
기체(16)는 컵형상으로 되어 있다. 후술하는 나사베이스(17)는 기부(基部)에 접속되고, 외부 가장자리 단(16a)이 기체(16)의 개구 가장자리에 형성된다. 또한, 기체(16)는 점등회로(15)를 내부에 수납한다. 또한, 대좌(13)의 외부 가장자리 단(13c)이 개구 가장자리의 외부 가장자리 단(16a)에 끼워 맞춰지고, 무기질 접착제에 의해 고정된다. 여기서, 공기를 배출하거나 열을 방출하는 구멍 또는 갭이 기체(16)의 적소에 또는 필요에 따라 대좌와의 끼워맞춤부에 형성된다.
〈나사베이스(17)〉
나사베이스(17)는 E26형 나사베이스로 구성되고, 기체(16)에 배치된다.
본 발명의 제 1 내지 제 10 태양에 따르면, 투광성 세라믹 방전용기, 한 쌍의 전극 및 방전매체를 구비한 방전관, 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더의 적어도 한쪽의 외부 표면에 감겨지고, 또한 코일의 다른 단부와 동일한 전위가 되도록 접속되어 있는 금속제 코일, 상기한 발광관과 금속제 코일을 기밀하게 수납하는 외관 및 발광관의 한 쌍의 전극에 접속되고, 외관으로부터 외부로 기밀하게 도출된 한 쌍의 외부 접속단자가 제공된다. 그 결과, 훨씬 더 낮은 시동전압을 갖는 소형 점등회로에 효과가 있고, 글로우 아크 전이시간의 연장에 효과가 있는 고압 방전램프가 제공된다.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 제 1 전극이 내부에 삽입되는 소직경 실린더에 감겨져 제 2 전극과 동일한 전위를 갖는 제 1 금속제 코일과, 제 2 전극이 내부에 삽입통과되는 소직경 실린더에 감겨져 제 1 전극과 동일한 전극을 갖는 제 2 금속제 코일이 제공되기 때문에, 훨씬 더 낮은 시동전압을 갖는 소형 점등회로에 효과가 있고, 글로우 아크 전이시간의 연장에 효과가 있는 고압 방전램프를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 3 태양에 따르면, 제 1 금속제 코일이 다른 구성요소와 전기적으로 절연되어 있고, 제 2 금속제 코일이 다른 전극과 동일한 전위가 되도록 접속되어 있기 때문에, 시동전압을 저감하여 소형 점등회로에 효과가 있고, 글로우 아크 전이시간의 연장에 효과가 있는 고압 방전램프를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 4 태양에 따르면, 금속제 코일이 4 회전수 이상 감겨져 있기 때문에, 시동전압을 저감하는데 적합한 고압 방전램프를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 5 태양에 따르면, 금속제 코일의 일단이 투광성 세라믹 방전용기의 포위부의 경계 근처에 배치되기 때문에, 금속제 코일을 배치하고 고정하기 쉬운 고압 방전램프를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 6 태양에 따르면, 금속제 코일의 감김 피치가 100% 내지 500%의 범위이기 때문에, 감김 동작이 용이하고, 시동전압이 효율적으로 낮아지는 고압 방전램프를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 7 태양에 따르면, 금속제 코일의 길이가 L1이고, 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더의 길이가 L2일 때, L1/L2의 값은 0.3 내지 1.0이기 때문에, 금속제 코일이 적당한 길이를 갖는 고압 방전램프를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 8 태양에 따르면, 투광성 세라믹 방전용기의 포위부의 반대측 단부에 배치된 금속제 코일의 일단이 전극의 다른 단과 접속되어 있기 때문에, 배광이 교란되지 않고, 금속제 코일이 용이하게 접속되는 고압 방전램프를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 9 태양에 따르면, 한 쌍의 외부 접속단자 사이의 정전용량이 1.2 내지 4.0 ㎊이기 때문에, 시동전압이 낮아지고, 글로우 아크 전이시간이 제어될 수 있는 고압 방전램프를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 10 태양에 따르면, 금속제 코일이 적어도 하나의 전극이 금속제 코일과 면하는 위치에서 전극의 축에 감겨지기 때문에, 시동전압이 낮아지고, 글로우 아크 전이시간이 제어될 수 있는 고압 방전램프를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 11 태양에 따르면, 본 발명의 제 1 내지 제 10 태양 중 어느 하나에 따른 효과를 갖는 고압 방전램프 점등장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 12 태양에 따르면, 본 발명의 제 1 내지 제 10 태양 중 어느 하나에 따른 효과를 갖는 조명장치를 제공할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 매우 바람직한 고압 방전램프, 고압 방전램프 점등장치 및 조명장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예로서 현재 고려되고 있는 것이 도시되고 기술되었지만, 해당 기술분야의 숙련자에 의해 여러 가지 변화 및 변형이 이루어질 수 있으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 동등물이 구성요소를 대체할 수 있다고 이해된다. 부가적으로, 본 발명의 중심 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 교시(敎示)에 특정한 경우 또는 재료를 채용하기 위해 많은 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명이 본 발명을 실시하기 위해 심사숙고한 최선의 모드로서 개시된 특정 실시예에 한정되지 않고, 본 발명이 첨부된 청구범위에 포함되는 모든 실시예를 포함하도록 하기 위한 것이다.
본 출원인은 상기 설명과 도면이 개별적으로 다양한 진보성 개념을 포함하는 것으로 생각하며, 이들 중 일부는 부분적으로 또는 전체적으로 청구범위의 일부 또는 전체 범위의 바깥에 있을 수 있다. 본 출원인이 청구범위에 따른 청구된 보호범위를 한정하기 위해 본 발명의 출원시에 선택한 사실은 본 출원의 내용에 포함되고, 다음 청구범위와는 다른 범위의 청구범위에 의해 한정될 수 있는 거절 이유 또는 대안적인 진보성 개념으로 취해져서는 안되며, 이 다른 범위의 청구범위는 이후에 예를 들어 분할출원을 목적으로 하는 절차 동안 채용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 방전공간을 포위하는 포위부와, 이 포위부의 양단에서 포위부와 연통하고 이 포위부보다 작은 내부 직경을 갖는 한 쌍의 소직경 실린더를 포함하는 투광성 세라믹 방전용기, 이 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더의 내면과 전극 사이에 작은 갭을 형성하면서 소직경 실린더내에 삽입통과되어 있는 가느다란 한 쌍의 전극 및 상기 투광성 세라믹 방전용기에 충전된 방전매체를 구비한 발광관,
    상기 전극 중 하나가 삽입통과되는 소직경 실린더의 적어도 하나에 대해 감겨지고, 다른 하나의 전극과 동일한 전위를 갖도록 다른 하나의 전극에 접속되어 있는 금속제 코일,
    상기 발광관과 상기 금속제 코일을 내부에 기밀하게 수납하는 외관(外管) 및
    상기 한 쌍의 전극에 접속되고, 상기 외관으로부터 외부로 기밀하게 도출된 한 쌍의 외부 접속단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  2. 방전공간을 포위하는 포위부와, 이 포위부의 양단에서 포위부와 연통하고 이 포위부보다 작은 내부 직경을 갖는 한 쌍의 소직경 실린더를 포함하는 투광성 세라믹 방전용기, 이 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더의 내면과 전극 사이에 작은 갭을 형성하면서 소직경 실린더내에 삽입통과되어 있는 가느다란 제 1 및 제 2 전극 및 상기 투광성 세라믹 방전용기에 충전된 방전매체를 구비한 발광관,
    상기 제 1 전극이 삽입통과되는 상기 소직경 실린더의 일단(一端)의 외주에 감겨지고, 상기 제 2 전극과 동일한 전위를 갖도록 접속되어 있는 제 1 금속제 코일,
    상기 제 2 전극이 삽입통과되는 다른 소직경 실린더에 대해 감겨지고, 상기 제 1 전극과 동일한 전위를 갖도록 제 1 전극에 접속되어 있는 제 2 금속제 코일,
    상기 발광관과 상기 제 1 및 제 2 금속제 코일을 기밀하게 수납하는 외관 및
    상기 제 1 및 제 2 전극에 접속되고, 상기 외관으로부터 외부로 기밀하게 도출된 한 쌍의 외부 접속단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  3. 방전공간을 포위하는 포위부와, 이 포위부의 양단에서 포위부와 연통하고 이 포위부보다 작은 내부 직경을 갖는 한 쌍의 소직경 실린더를 포함하는 투광성 세라믹 방전용기, 이 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더의 내면과 전극 사이에 작은 갭을 형성하면서 소직경 실린더내에 삽입통과되어 있는 가느다란 한 쌍의 전극 및 상기 투광성 세라믹 방전용기에 충전된 방전매체를 구비한 발광관,
    상기 전극 중 하나가 삽입통과되는 상기 소직경 실린더의 일단의 외주에 감겨지고, 다른 하나의 전극과 동일한 전위를 갖도록 다른 하나의 전극에 접속되어 있는 제 1 금속제 코일,
    상기 다른 하나의 전극이 삽입통과되는 다른 소직경 실린더에 대해 감겨지는 제 2 금속제 코일,
    상기 발광관과 상기 제 1 및 제 2 금속제 코일을 기밀하게 수납하는 외관 및
    한 쌍의 전극에 접속되고, 상기 외관으로부터 외부로 기밀하게 도출된 한 쌍의 외부 접속단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속제 코일은 상기 소직경 실린더에 대해 4 회전수 이상 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속제 코일의 일단은 상기 투광성 세라믹 방전용기의 포위부의 경계 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속제 코일의 감김 피치는 100% 내지 500%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속제 코일의 길이가 L1이고, 상기 투광성 세라믹 방전용기의 소직경 실린더의 길이가 L2일 때, L1/L2의 값은 0.3 내지 1.0인 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광성 세라믹 방전용기의 상기 포위부와는 반대측에 위치하는 금속제 코일은 반대측 전극과 동일한 전위를 갖도록 반대측 전극에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 외부 접속단자 사이의 정전용량은 1.2 내지 4 ㎊인 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극은 금속제 코일을 구비하고 있고, 금속제 코일에 면하는 축의 적어도 일부에 대해 금속제 코일이 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 고압 방전램프 및
    기본적으로 인버터로 구성되어 고주파 영역에서 상기 고압 방전램프를 점등하는 점등회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전램프 점등장치.
  12. 조명장치 본체 및
    이 조명장치 본체에 설치되는 제 11 항의 고압 방전램프 점등장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
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