KR100399461B1 - 저압방전램프 - Google Patents

Abstract

저압 방전 램프는 속이 빈 원통형 전극 (3) 이 삽입된 램프 용기 (1) 를 갖고, 전극 사이에는 방전 경로가 형성된다. 전극들 중 적어도 하나는 그 전극의 자유단 (4) 으로부터 방전 경로 방향으로 상당 거리 떨어진 곳에 양 측면이 개방된 튜브 (5) 를 갖는다. 그 튜브는 전자 방출 물질 (6) 로 코팅되고, 전기적인 전도 수단 (7) 에 의해 전극에 연결된다. 단면에서 전기적인 전도 수단 (7) 재료의 표면적은 단면에서 전극 재료 표면적의 많아야 25 % 이다.

Description

저압 방전 램프

본 발명은 단부를 갖는 진공으로 밀폐된 튜브형 유리 램프 용기,

램프 용기 내부의 비활성 기체를 구성하는 이온화 가능한 충전제(filling),

램프 용기의 각기 단부에서 램프 용기에 삽입되며 램프 용기 내부와 외부 각각에서 단부를 갖는 속이 빈 원통형 전극을 구비하는 저압 방전 램프에 관한 것이다.

그런 저압 방전 램프는 EP-A 0 562 679 (PHN 14.189)에 알려져 있다.

종래의 램프는 구현하기 쉬운 간단한 구조물이다. 종래 램프 내부에 있는 속이 빈 원통형 전극은 다중 기능을 가진다: 그들은 램프 용기 내부에서 전극으로써, 램프 용기벽과 내부에서는 전류 유도와 전류 공급 전도체로써, 또한 충전제를 공급하고 램프 용기를 정화하는 튜브로써 기능한다. 이 램프 용기는 유리 튜브 (9)가 램프 용기 외부의 전극 각각에 융접되고, 예를 들어, 융접에 의해 유리 튜브의 자유단에서 밀폐되는 방식으로 램프 용기가 진공으로 밀폐된다.

종래 램프의 구조에서는 예를 들어, 1.5 내지 7 mm 의 비교적 작은 내경과 1 m 이상의 비교적 큰 길이의 램프를 구현하기가 용이했다.

이온화 가능한 충전제는 희유 기체 또는 희유 기체들의 혼합물, 또는 예를 들어, 수은과 같이 기화할 수 있는 성분이 첨가된 것으로 구성된다. 램프 용기 벽은 형광 물질로 피복될 수 있다. 램프는 발광용으로, 또는 예를 들어, 네온 충전제가 첨가되어 차량에서 정지등이나 미등과 같은 신호 램프로 사용될 수 있다. 후자의 응용에서 램프는 에너지가 가해진 후 300 ms 대신에 이미 10 ms 후 완전한 빛을 발한다는 면에서 백열등에 대해 장점을 가진다.

광속 (Luminous flux) 이 비교적 낮다는 것이 종래 램프의 단점이다.

본 발명의 목적은 광속을 증가시킬 수 있는 서두에서 설명된 종류의 저압 방전 램프를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서, 전자 에미터로 코팅된 튜브가 전극들 중 적어도 하나의 연장된 방향으로 그것의 단부로부터 상당 거리 떨어진 곳에 위치하고, 전극 방향의 횡적 단면에서 전극 자체의 재료가 차지하는 표면적의 기껏 25 % 의 표면적을 가지는 전기적인 도체 수단에 의해서 전극에 접속됨으로서 이러한 발명의 목적이 구현된다. 그리고, 전극을 마주보는 상기 튜브의 적어도 한 면이 개방된다.

본 발명에 따른 램프는 동일한 소비 전력에 대해 광속의 증가를 제공한다.

램프의 시동 동안 아크 방전이 주로 전극의 내부에 가해진다. 아크 방전은 또한 튜브를 때리고 그것의 온도를 상승시킨다. 얼마의 시간 후 아크 방전은 주로 튜브에 가해지고 그곳에서 지속된다.

튜브는 램프 동작 동안 비교적 고온을 띤다. 이러한 것이 충분한 전자 방출을 일으킨다. 전기적인 전도 수단이 튜브에 열적 절연을 제공하여 전극 자체는 비교적 차갑게, 종래 램프의 전극보다 더 차갑게 유지된다. 이러한 것은 전극이 램프 용기와 접촉하는 영역과 램프 용기 외부에서의 전극의 온도로부터 명확하다. 결과적으로 램프 용기와 램프 용기 외부의 전극은 동작 동안 열에 비교적 낮은 저항을 가지는 재료로 연결되거나 접촉될 수 있다.

일반적으로, 전기적인 전도 수단은 50 - 2000 K/W 의 열저항을 갖는다. 만약 열저항이 여기에 제시된 것 보다 상당히 크다면, 튜브는 보통 기화가 일어나려는 온도를 띤다. 만약 제시된 것 보다 낮은 저항이라면, 튜브 온도에 가해지는 효과가 작다. 열저항이 100 - 2000 K/W 일 때가 바람직하다.

튜브가 장착된 전극 하나만 가진 램프는 DC 동작에 매우 적당하다. 그런 경우 튜브를 갖는 전극이 음극으로 된다. 그러나 예를 들어, AC 동작에서는, 튜브가 양쪽 전극에 장착되는 것이 바람직하다.

전기적인 전도 수단으로는 예를 들어, 저항 용접이나 레이저 용접으로 튜브와 전극에 용접된 금속선이 될 수 있다. 그러나, 선택적으로는, 상술된 수단은 두 개 이상으로 구성될 수도 있다. 이러한 실시예는 예를 들어, 쇼크나 진동에 의해 동작 중에 가속받기 쉬운 램프에서 바람직하다.

바람직한 실시예에서 튜브는 전극과 일체가 된다. 그러한 경우 원통의 껍질로부터 길이 방향으로 예를 들어, 톱질, 연삭, 천공, 소성, 또는 식각에 의해 재료가 제거되어 전극과 튜브가 만들어진다. 그러면, 튜브와 전극 사이의 하나 또는 여러 개의 연결물이 전기적인 전도 수단으로써 작용하도록 유지될 수 있다. 원주를 따라 분포된 그러한 세 개의 연결물들이 기계적으로 단단한 구조물을 제공한다. 튜브의 벽은 단단한 재료, 예를 들어, 전극과 동일한 재료로 만들어진다. 예를 들어, 튜브는 전극과 일체이다.

바람직한 실시예에서, 튜브의 벽은 기공이 많다. 튜브를 만드는 재료는 Ni, Mo, Ta 나 그것의 합금과 같은 내화성 금속이다. 이러한 것들은 접착 강도와 튜브에 부착될 수 있는 에미터 재료의 양을 향상시키는 장점이 있다. 게다가, 튜브의 열용량은 비교적 낮아서, 전극의 빠른 워밍업을 가져온다.

기공성 재료로는 다루기 쉽고 상대적으로 높은 강도를 가지는 거즈가 바람직하다. 그런 거즈는 예를 들어, mm 당 수 개의 철사 밀도를 가지며 수 십 마이크로미터 정도의 직경을 갖는 철사로 엮어진다.

튜브는 그 내부가 에미터로 코팅되는 것이 바람직하다. 그러나, 선택적으로는 튜브의 외부가 코팅될 수도 있고, 또는 내부와 외부가 모두 코팅될 수도 있다. 내부 코팅의 경우에 아크 방전이 먼저 튜브의 내부에 가해진다. 그러면, 튜브로부터 떨어지는 어떤 물질도 램프 용기 벽에 증착되지 않고 튜브 내부에 사실상 남게 된다. 튜브를 에미터 물질의 현탁액에 담그면 튜브의 내부와 외부가 용이하게 코팅된다. 내부 에미터 더미가 램프 수명의 종말 무렵 고갈되면 외부 에미터가 여분의 저장소로서 작동한다.

튜브의 열 절연은 튜브와 전극 사이의 거리, 튜브와 전극 사이의 연결물 수 및 그것들의 평균적인 단면적의 선택을 통해 정해질 수 있다. 튜브와 전극이 조립되는 단위라면 절연은 또한 상기 수단의 재료 선택, 특히 그것의 열 전도성을 통해 조절될 수 있다. 그러한 기술에 숙련된 사람들은 각각의 램프 형태에 대한 일련의 작은 시험에서 쉽게 이러한 선택을 할 수 있다.

에미터는 예를 들어, 저압 방전 램프 또는 그것들의 혼합인 종래의 램프들에서 사용된 에미터로부터 선택될 수 있다. 탄산염의 동일한 몰로부터 얻어지는 예를 들어, BaO, CaO 와 SrO 의 에미터가 매우 적당하다. 선택적으로는, 예를 들어,

가 사용될 수도 있다. 여기서 x 는 예를 들면, 0.75 이다.

전극과 튜브는 램프 용기 유리의 팽창 계수에 대응하는 팽창 계수를 가지는 금속, 예를 들어, 석회 유리의 경우에는, 6 중량 % 의 Cr, 42 중량 % 의 Ni, 및 나머지의 Fe 로 이루어진 CrNiFe 합금으로 만들어질 수 있다. 예를 들어 붕규산염 유리같은 단단한 유리 램프 용기의 경우에는, 29 중량 % 의 Ni, 17 중량 % 의 Co, 및 나머지의 Fe 로 이루어지고 직경이 1.5 ㎜ 이며 벽 두께 0.12 ㎜ 인 NiCoFe 또는 Ni/Fe 로 만들어진 전극이 사용될 수 있다.

다른 방법으로는, 전극과 튜브의 조립물에서 튜브는 예를 들어, 18 중량 % 의 Cr, 10 중량 % 의 Ni, 나머지의 Fe 인 CrNiFe 또는 Ni 로 이루어질 수 있다. 그런 경우, 전기적인 전도 수단으로 예를 들어, 0.125 또는 0.250 mm 직경의 와이어 형태인, 예를 들어, Ni80Cr20 (중량/중량) 인 NiCr 이 될 수 있다.

본 발명에 따른 램프의 실시예에서, 튜브는 양단에서 개방되고 램프 용기 내부에 놓인다. 실질적으로는, 아크 방전으로 발생되는 모든 방사가 본 실시예에서 활용되고, 이런 것은 비교적 짧은 램프 용기에 특히 적합하다.

본 발명으로 이끈 실험에서 에미터가 방전 용기 내부에 배열된 튜브에 부착된 경우 아크 방전이 튜브 부근의 전극으로 들어갔다. 그 튜브는 한면이 개방되고 폐쇄된 면은 전극을 마주보거나 전극으로부터 멀리 떨어진다. 그러므로, 램프 용기는 튜브 근처에서 진한 흑색을 나타낸다.

램프 용기의 외부에서 유리 튜브가 전극 양쪽 또는 한쪽에 융접되고 밀폐되는 식으로 램프 용기가 밀폐될 수 있다. 그러나, 선택적으로는 램프 용기 외부에서 전극 자체가 밀폐되는 것도 가능하다. 이러한 목적을 위해, 튜브는 예를 들어, 레이저에 의한 용융, 또는 핀치, 또는 핀치와 용융에 의해 밀폐될 수 있다.

본 발명에 따른 램프의 다른 실시예에서, 튜브는 램프 용기의 외부에서 전극의 전방에 놓인다. 이것은 동작 중 튜브로부터 분리되는 물질이 사실상 램프 용기의 외부에 존재하게 되므로 램프 용기 자체가 깨끗하게 유지되는 장점을 가진다. 따라서 루멘 (lumen) 출력이 램프 수명 동안 높게 유지된다. 이러한 실시예는 기화할 수 있는 성분으로 구성된 충전제를 갖는 램프에 매우 중요하다. 정상적인 작동 동안에는 아크 방전이 튜브에 주로 가해지므로, 튜브가 들어있는 램프 용기의 외부 공간은 비교적 고온을 띤다. 따라서 기화 성분은 비교적 높은 증기 압력을 가질 수 있다.

전극을 대면하는 측이 개방된 것 같이 전극에서 멀리 떨어져 대면하는 반대측이 개방될 수 있고, 또는 선택적으로는 예를 들어, 핀치되는 식으로 밀폐될 수도 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 저압 방전 램프의 부분 생략 측면도를 나타낸다. 도 2 는 또한 제 2 실시예의 부분 생략 측면도를 나타낸다.

도면에서 저압 방전 램프는 진공으로 밀폐되고 단부 (2) 를 갖는 튜브형 유리 램프 용기 (1) 를 가진다. 램프 용기에 도시된 실시예에서 유리 튜브 (9, 19)는 램프 용기 외부의 전극 각각에 용융되고, 예를 들어 용융에 의해 유리 튜브의 자유단에서 밀폐되는 방식으로 진공으로 밀폐되는 것이 개시된다. 램프 용기에는 회유 기체로써, 도면에서는 아르곤과 수은으로 구성된 이온화 가능한 충전제가 들어있다. 형광체 (8) 의 혼합물이 주요 부분에서 램프 용기의 내면을 피복한다. 속이 빈 원통형 전극 (3) 은 램프 용기의 각각의 단부 (2) 에서 램프 용기 내부로 삽입되고, 램프 용기의 내부와 외부에 단부 (4A, 4B) 를 갖는다.

튜브 (5) 는 전극들 (3) 중 적어도 하나의 연장된 방향으로 그 전극의 단부 (4) 중 하나의 전면에서 상당 거리 떨어진 곳에 위치하고, 전자 에미터 (6) 로 코팅되고, 전극과 대면하는 적어도 한 면이 개방되고, 전기적인 전도 수단에 의해 전극에 연결된다. 상기 전기적 전도 수단의 재료는 전극의 횡단면에서 전극 자체의 재료가 차지하는 표면적의 많아야 25 % 를 갖는다.

나타낸 실시예에서, 튜브 (5) 는 양면이 개방되고 램프 용기 (1) 내부에서 전극 (3) 전방에 위치된다.

튜브의 내부와 외부는 에미터로 코팅된다. 전극과 튜브는 일체를 형성하다. 도면에서, 전극들은 에미터로 코팅된 튜브를 가지며, 그 튜브는 원주의 거의 10 % 를 차지하면서 원주 둘레를 따라 분포된, 전기적인 전도 수단으로 이루어진 세 개의 연결물들에 의해 전극에 연결된다.

내경이 3.5 mm, 외경이 5 mm 인 석회 유리 램프 용기를 갖는 유사한 램프에서, Cr6Ni42Fe52 (중량/중량/중량) 의 전극이 사용되었다. 전극은 내경이 1.5 mm 이고 벽 두께가 0.12 mm 였다. 단단한 니켈 벽을 가진 튜브는 두 단부에서 개방되고 전극 각각의 전면에서 3 mm 떨어져 연장된 4 mm 길이였다. 튜브의 내부와 외부는

로 코팅되었다. 튜브는 단면에서 전극 자체의 재료가 차지하는 표면적의 거의 6 % 정도인 단면에서의 표면적을 갖는 직경이 0.4 mm 인 니켈 전선에 의해 지지되었고, 튜브의 열저항이 320 K/W 이었다.

그 램프가 다른 모든 면에서 동일하지만, 전극에 튜브를 가지지 않는 램프 (ref) 와 비교되었다. 본 발명에 따른 램프 (inv 1) 가 10 mA 교류 전류로 작동된 것 같이 비교 램프도 마찬가지로 작동되었다. 본 발명에 따른 램프 (inv 2) 는 또한 30 mA 로 작동되었다. 램프 양단에 걸리는 전압 V_k, 소비 전력 P_k, 광속 φ, 발광 효율 η가 아래 표 1 에 나열된다.

표 1 에 의하면, 비교 램프 보다 더 낮은 전력을 소비하지만, 동일한 전류로 동작되는 본 발명에 따른 램프가 동일한 광속을 내고, 따라서 상당히 더 높은 발광 효율을 갖는다는 것이 분명하다. 램프가 더 높은 전력 (inv 2) 으로 동작될 때, 발광 효율도 광속과 마찬가지로 비교 램프보다 훨씬 더 높다.

동일한 전극과 에미터로 코팅된 튜브 그리고 전기적인 전도 수단을 갖지만, 발광체로 코팅되지 않은 동일한 램프 용기에 부피 당 0.05 % 의 아르곤이 첨가되고 네온 25 mbar 가 채워졌다. 그 램프 (inv 3) 가 직류 전류 10 mA 에서 작동되었고, 다른 모든 면에서 동일하지만 튜브가 없는 전극을 갖는 비교 램프 (ref 2) 와 비교되었다.

그 결과가 표 2 에 나열된다.

표 2 에 의하면, 비교 램프와 마찬가지로 동일한 전력이 소모되었을 때 본 발명에 따른 램프의 광속과 발광 효율이 비교 램프보다 더욱 높다는 것이 분명하다.

램프 (inv 3) 의 온도는 도면에서 (a) - (g) 로 표시된 위치에서 측정되었고, 위치 (g) 에 음극이 있다. 이러한 온도들이 비교 램프 (ref 2) 에서 대응되는 온도와 비교되어 아래의 표 3 에 나열되어 있다.

표 3 에 의하면, 램프 (inv 3) 에서 측정된 최고 온도 (e) 가 비교 램프보다 50 ℃ 이상 낮다는 것이 분명하다. 그것을 충족하기 위해 램프가 전극의 돌출된 부분에 의해 반드시 지지되어야 하므로, 램프 동작 동안 위치 (g) 에 놓인 음극 근처에서 온도가 최저가 되고, 비교 램프보다 (71 ℃) 더 낮도록 램프가 연결되는 재료의 선택은 더욱 중요하다. 비교 램프의 램프 용기는 전극에서 발생하는 열의 램프벽을 통한 전도에서 주로 온도를 얻는다는 것이 (e) - (g) 에서의 온도로부터 분명하다. 램프 (inv 3) 용기는 전극에 있는 튜브에서 발생하는 방사를 통해 주로 온도를 얻는다.

다른 실시예에서, 튜브의 벽은 예를 들어, 직경이 50 - 100 ㎛ 이고 ㎜ 당 3 - 5 개 밀도의 전선으로 만들어진 거즈같은 기공성 재료이다. 적당한 물질로 예를 들어, Ni, Mo, Ta 가 있다. 실시예에서, 튜브는 각각 3 ㎜ 와 1.5㎜ 의 길이와 내경을 갖는다.

도 2 에서, 도 1 에 대응하는 요소들은 10 이 더 큰 참조 숫자를 갖는다. 1 h 와 2000 h 의 동작 후 각각 inv 4 와 inv 5 로 아래에 언급된 도 1 과 도 2 의 실시예인 램프에 대해 램프 특성들이 측정되었다. 램프 (inv 4) 에서 튜브 사이의 거리는 12 ㎝ 이다. 그것의 구조물은 다른 모든 면에서 램프 (inv 1) 와 동일하다. 램프 (inv 5) 의 구조물은 튜브가 램프 용기의 외부에 위치한다는 점에서만 램프 (inv 4) 의 구조물과 다르다. 램프 (inv 5) 에서 튜브 사이의 거리는 14 ㎝ 이다. 램프 구조물은 다른 면들, 즉 재료, 튜브의 부피, 전기적인 전도 수단, 및 전극이 동일하다. 램프 (inv 4, inv 5) 에 아르곤 40 mbar 와 수은 2 ㎎ 이 채워졌다. 40 ㎃ 의 램프 전류에서 1 h 와 2000 h 의 램프 동작 시간 T (h) 후 다음의 램프 특성들이 측정되었다. 램프 전압 Ｖ_k[V], 램프에 의한 소비 전력 P_k[W], 광속 Φ[lm], 발광 효율 η[lm/W] 가 아래 표 4 에 나열된다. 1 시간 동작 후의 발광 효율 η₁대한 2000 시간 동작 후의 발광 효율 η₂₀₀₀의 비율이 또한 표 4 에 나열된다.

램프 (inv 5) 내부에서 아크 방전에 의해 발생된 방사가 부분적으로 전극에 의해 차단됨에도 불구하고 아크 방전이 속이 빈 전극을 통해서 튜브에 가해지기 때문에 2000 시간 동작 후 램프 (inv 5) 의 발광 효율이 램프 (inv 4) 의 발광 효율보다도 더 높음을 알 수 있다.

Claims (9)

1. 단부 (2) 를 갖고 진공으로 밀폐된 튜브형 유리 램프 용기 (1);

   램프 용기 내부에 비활성 기체를 구비하는 이온화 가능 충전제; 및

   램프 용기의 각 단부 (2) 에서 각각 램프 용기 내부로 들어가며 그들 각각이 램프 용기 내부에 단부 (4A) 와 램프 용기 외부에 단부 (4B) 를 갖는 속이 빈 원통형 전극 (3) 을 구비하는 저압방전 램프에 있어서,

   튜브 (5) 는 그 전극의 단부 (4A) 로부터 떨어져 상기 전극들 (3) 중 하나 이상의 연장된 방향으로 놓이고 전자 에미터(6) 로 코팅된 전기적인 도전 수단 (7)에 의해서 전극 (3) 에 연결되고 전극 (3) 을 대면하는 적어도 한 면이 개방되며, 전기적인 도전 수단의 재료는 전극의 횡단면에서 전극 자체의 재료가 차지하는 단면적의 많아야 25 % 의 표면적을 갖는 것를 특징으로 하는 저압 방전 램프.
2. 제 1 항에 있어서, 튜브 (15) 의 벽이 투과성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 저압 방전 램프.
3. 제 2 항에 있어서, 투과성 재료가 거즈인 것을 특징으로 저압 방전 램프.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브 (5) 는 양면이 개방되고, 램프 용기 (1) 내부에서 튜브가 전극(3) 전방에 놓이는 것을 특징으로 하는 저압 방전 램프.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브 (15) 가 램프 용기 (11) 외부에서 전극 (13) 의 전방에 놓이는 것을 특징으로 하는 저압 방전 램프.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브 (5) 의 내부가 에미터 (6) 로 코팅되는 것을 특징으로 하는 저압 방전 램프.
7. 제 6 항에 있어서, 튜브 (5) 의 내부와 외부적으로 에미터 (6) 로 코팅되는 것을 특징으로 하는 저압 방전 램프.
8. 제 1 항에 있어서, 전극 (3) 과 튜브 (5) 가 일체로 된 것을 특징으로 하는 저압 방전 램프.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 전극 (3) 양쪽이 튜브 (5) 를 갖는 것을 특징으로 하는 저압 방전 램프.

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