KR100533660B1 - 램프용 경사기능 재료제 봉지체 및 램프 - Google Patents

램프용 경사기능 재료제 봉지체 및 램프 Download PDF

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Abstract

램프용 경사기능 재료제 봉지체(10, 30)는 경사기능 재료로 이루어진 봉지재와, 이 봉지부재(11, 31)에 고정 장착된 전극봉(13, 32)으로 이루어지고, 상기 봉지부재는 절연성 무기물질층과, 각각 전도성 무기물질 성분과 절연성 무기물질 성분과의 혼합물로 이루어진 복수의 혼합물층이 적층되어 이루어지고, 적층방향으로 전도성 무기물질 성분의 비율이 단계적으로 증대하고, 적층방향으로 연장하는 구멍이 형성되어 있고, 상기 전극봉은 상기 봉지부재의 구멍내에 삽입되고, 이 전극봉의 외주면과 봉지부재의 구멍과의 사이에 고융점 금속으로 이루어진 슬립형상 금속부재가 개재된 상태로 일체로 고정 장착되어 있다.
램프는 상기 램프용 경사기능 재료제 봉지체에 의해 기밀 봉지체 구조가 형성되어 있다.

Description

램프용 경사기능 재료제 봉지체 및 램프{LAMP AND LAMP PACKAGE MADE OF FUNCTIONALLY GRADIENT MATERIAL}
본 발명은 수은램프나 메탈할라이드 램프, 할로겐 램프 등의 램프용 경사기능 재료제 봉지체 및 램프에 관한 것이다.
경사기능 재료는, 예컨대 금속으로 이루어진 전도성 무기물질 성분과 금속산화물로 이루어진 절연성 무기물질 성분과의 혼합 소결체로 구성된다. 특정의 한쪽 방향을 향하게 함에 따라 전도성 무기물질 성분농도가 경사적 또는 단계적으로 변화함으로써, 전도성 무기물질 성분농도가 높은 전도성 부분과 전도성 무기물질 성분 농도가 '0' 또는 해당농도가 낮은 절연성 부분이, 서로 다른 곳에 위치한 일체의 고체재료이다. 그리고, 예를 들면 램프의 시일부의 구성에서, 전류공급로를 형성하는 봉지체로서 알맞게 이용된다.
이러한 경사기능 재료를 실제로 램프용 봉지체로서 이용하는 경우에는 해당 경사기능 재료에 리드봉을 전기적으로 접속한 상태에서 연결하는 것이 필요하다. 예를 들면, 경사기능 재료로 이루어진 봉지부재의 단면에서부터 적층방향으로 연장하는 리드봉 삽입용 구멍을 형성하고, 이것에 리드봉의 일단부분을 삽입하여 고정 장착함으로써 달성된다.
그러나, 예를 들면 텅스텐 등의 금속으로 이루어진 리드봉을 단순히 삽입하여 고정 장착하면, 그 리드봉이 예를 들면 실리카로 이루어진 봉지부재의 절연성 무기물질 성분과 조직적으로 일체화되어 버린다. 그 결과, 양자의 열팽창율의 차에 의해 그 봉지부재에 크랙(crack)이 발생한다.
한편, 리드봉과 봉지부재와의 사이에 간극이 존재하면, 램프의 발광관부 내에 봉입된, 예를 들면 수은 등의 봉입물이 그 간극 내에 진입한다. 그리고, 응축됨으로써 램프의 동작 특성이 변동하게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위해서는, 예컨대 몰리브덴 분말 등으로 이루어진 금속 분말층, 혹은 고융점 금속으로 이루어진 박막을 리드봉의 외주면에 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 간극 내에 봉입물이 진입하여 응축되는 것을 방지할 수 있는 동시에, 봉지부재에 크랙이 발생하는 것도 방지할 수 있다.
그러나, 이상과 같은 금속 분말층, 혹은 고융점 금속으로 이루어진 박막을 형성하는 경우에는 해당 공정이 번잡하다. 게다가 반드시 원하는 성능을 갖는 것을 얻을 수 있는 것도 아니라는 문제가 있다.
본 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 봉지부재에 크랙이 발생하지 않고, 따라서 충분한 열적 내구성을 갖는 램프용 경사기능 재료제 봉지체를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 램프용 경사기능 재료제 봉지체에 의해 열적으로 안정된 기밀봉지 구조가 구성되고, 안정된 동작 특성과 긴 사용수명을 갖는 램프를 제공하는 데에 있다.
도 1은 본 발명의 램프용 경사기능 재료제 봉지체의 구성의 일례를 도시한 설명용 단면도,
도 2는 본 발명의 램프용 경사기능 재료제 봉지체를 형성하는 봉지부재의 구성의 일례를 도시한 설명용 단면도,
도 3은 본 발명의 램프용 경사기능 재료제 봉지체의 구성의 다른 예를 도시한 설명도,
도 4는 도 3의 램프용 경사기능 재료제 봉지체의 슬립형상 금속부재의 확대도,
도 5는 도 3의 램프용 경사기능 재료제 봉지체의 슬립형상 금속부재의 형성방법을 도시한 설명도,
도 6은 본 발명의 램프용 경사기능 재료제 봉지체를 이용한 방전램프의 구성의 일례를 도시한 개략도이다.
본 발명의 램프용 경사기능 재료제 봉지체는 경사기능 재료로 이루어진 봉지부재와, 이 봉지부재에 고정 장착된 전극봉으로 이루어지고,
상기 봉지부재는 절연성 무기물질층과, 각각 전도성 무기물질 성분과 절연성 무기물질 성분과의 혼합물로 이루어진 복수의 혼합물층이 적층되어 있고, 혼합물층의 각각은 상기 절연성 무기물질층에 인접한 것에서부터 순서대로 전도성 무기물질 성분의 비율이 단계적으로 증대하고, 적층방향으로 연장하는 구멍이 형성되어 있는 적층체로 이루어진 경사기능 재료로 구성되고,
상기 전극봉은 상기 봉지부재의 구멍내에 삽입되어 이 전극봉의 외주면과 봉지부재의 구멍과의 사이에 고융점 금속으로 이루어진 슬립형상 금속부재가 개재되는 상태로 일체로 고정 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 램프용 경사기능 재료제 봉지체에 있어서는 상기 슬립형상 금속부재는 통형상으로 감긴 고융점 금속박으로 이루지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 슬립형상 금속부재는 전극봉의 외주면에 나선형으로 감긴 띠형상의 고융점 금속박으로 구성할 수 있다.
상기 슬립형상 금속부재는 봉지부재의 전도성 무기물질 성분의 함유비율이 적어도 15체적% 이하의 전영역에서 개재되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 슬립형상 금속부재를 형성하는 고융점 금속이 몰리브덴 혹은 몰리브덴을 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 슬립형상 금속부재의 외주면에는 레늄, 로듐, 백금 또는 그들의 합금으로 이루어진 코팅층이 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 램프는 상기한 램프용 경사기능 재료제 봉지체에 의해 기밀 봉지 구조가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에서, 리드봉이라는 것은 전극봉 또는 내부 리드봉을 가리킨다.
도 1은 본 발명의 램프용 경사기능 재료제 봉지체의 구성의 일례를 도시한 설명용 단면도이다. 이 램프용 경사기능 재료제 봉지체(10)는 경사기능 재료로 이루어진 봉지부재(11)를 구비하고 있다. 이 봉지부재(11)는 도 2에 도시한 바와 같이, 전극봉 삽입용 구멍(22)과 외부 리드봉 삽입용 구멍(23)을 갖는 경사기능 재료로 이루어진다. 전극봉 삽입용 구멍(22)은 한쪽 끝에 위치하는 절연성 무기물질층의 단면에서부터 전도성 무기물질 성분이 함유된 비율이 증가하는 방향으로 연장하도록 형성된다. 외부 리드봉 삽입용 구멍(23)은 전도성 무기물질 성분이 함유된 비율이 가장 높은 혼합분말층의 단면에서 절연성 무기물질층을 향하여 연장하도록 형성된다. 이 봉지부재(11)의 전극봉 삽입용 구멍(22) 내에는 선단부에 금속 코일이 감김으로써 방전전극(12)이 형성된다. 그리고, 전극봉(13)의 기단측 부분(21)이 삽입되고, 전극봉(13)의 기단측 부분(21)의 외주면과 봉지부재(11)의 전극봉 삽입용 구멍(22)의 내면과의 사이에 고융점 금속으로 이루어진 슬립형상 금속부재(14)가 개재되는 상태로 일체로 고정 장착되어 있다.
한편, 외부 리드봉 삽입용 구멍(23) 내에 외부 리드봉(15)의 일단측 부분이 삽입되어 고정 장착되어 있고, 전극봉(13), 봉지부재(11) 및 외부 리드봉(15)이 일체로 연결되어 있다.
또한, 본 명세서에서, 전극봉(13)의 「기단측 부분」이라는 것은 전극봉(13)이 봉지부재(11)에 삽입되는 영역을 말한다.
경사기능 재료는 절연성 무기물질층과, 이 절연성 무기물질층 상에 적층된 절연성 무기물질 성분과 전도성 무기물질 성분과의 균일한 혼합물로 이루어진 복수의 혼합물층으로 구성된다. 그리고, 특정한 일방향을 향함에 따라 전도성 무기물질 성분 농도가 경사적 또는 단계적으로 증대되는 상태로 적층되어 있다.
여기서, 절연성 무기물질 성분으로서 알맞게 이용되는 재질의 구체례로서는 예를 들면, 실리카 글래스, 석영(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO 2), 마그네시아(MgO), 탄화규소(SiC), 탄화티탄(TiC), 질화규소(Si3N4), 산질화알루미늄(AlON) 등을 들 수 있다.
또한, 전도성 무기물질 성분으로서 유리하게 이용되는 재질의 구체예로서는 예를 들면, 몰리브덴, 니켈, 텅스텐, 탄탈, 크롬, 백금, 아연 등을 들 수 있다.
전극봉 삽입용 구멍(22)의 형상은 예를 들면, 외경이 0.3∼3.0㎜, 길이가 10∼20㎜가 되고, 외부 리드봉용 구멍(23)의 형상은 예를 들면, 외경이 0.3∼3.0㎜, 길이가 5∼10㎜가 된다.
절연성 무기물질층으로부터 연장하는 전극봉 삽입용 구멍(22)의 선단부는 전도성 무기물질 성분의 함유비율이 20 체적% 이상인 구성층에까지 달하는 것이 바람직하고, 40 체적% 이상인 구성층에까지 달하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 충분한 전도성을 얻을 수 있다.
이 경사기능 재료를 제조하는 방법은 예를 들면, 건식법을 유리하게 이용할 수 있다. 구체적으로는, 구멍형성용 성형부재가 바닥부재에 형성된 형성용 금형내에 절연성 무기물질분말을 충전하고, 절연성 무기물질 분말층을 형성한다. 그 위에 전도성 무기물질 분말과, 실리카로 이루어진 절연성 무기물질 분말이 서로 다른 비율로 혼합된, 전도성 무기물질 분말의 함유비율이 서로 다른 복수의 혼합분말을 전도성 무기물질 분말 농도가 가장 낮은 혼합분말으로부터 순차적으로 금형내에 충전되고, 분말적층체를 형성한다. 그 후, 구멍형성용 성형부재를 갖는 가압용 부재에 의해 가압되고, 이에 의해, 가압성형체인 적층성형체가 형성된다. 그리고, 적층성형체에 대해 비산화성 가스 안에서 예를 들면, 1000∼1200℃를 최고가열온도로 하는 소결처리가 행해짐으로써 전극봉 삽입용 구멍(22) 및 외부 리드봉 삽입용 구멍(23)을 갖는 경사기능 재료가 얻어진다.
전극봉(13)은 예를 들면 외경이 0.4∼4.0㎜인 텅스텐선으로 하고, 외부리드봉(15)은 예를 들면 외경이 0.3∼3.0㎜인 텅스텐선 또는 몰리브덴선 등의 금속선으로 이루어진다. 또한, 방전전극(12)은 전극봉(13)의 선단부에 전극코일이 감김으로써 형성되고, 그 전극코일은 예를 들면 직경 0.06∼0.3㎜인 텅스텐선으로 이루어진다.
슬립형상 금속부재(14)의 재질로서는 봉지부재(11)의 절연성 부분과 복합산화물을 형성하지 않는 고융점 금속재료가 이용된다. 이러한 고융점 금속재료의 구체예로서는 예를 들면 몰리브덴 혹은 몰리브덴-파라듐계 합금, 몰리브덴-백금계 합금 등의 몰리브덴 합금 및 텅스텐과 그 합금, 레늄 및 그 합금 등을 들 수 있다.
슬립형상 금속부재(14)를 이러한 재질로 함으로써 전극봉(13)이 온도변화에 의해 팽창, 수축한 경우에도 해당 슬립형상 금속부재가 쿠션재로서 작용하기 때문에 미소변위가 흡수된다. 게다가 리드봉이 봉지부재와 복합산화물의 형성에 의한 일체적인 조직을 형성하지 않기 때문에, 봉지부재에 발생하는 응역이 매우 작고, 따라서 봉지부재에 크랙이 발생하는 것이 방지된다.
슬립형상 금속부재(14)는 전극봉(13)이 삽입 또는 압입되어 장착된 미리 통형상으로 감긴 고융점 금속박으로 구성할 수 있다. 이 경우에는 고융점 금속박이 한겹으로 감긴 것으로 할 수 있지만, 양 가장자리 부분이 겹쳐도 좋고, 혹은 약간 이간되어도 좋다. 또한, 이중 또는 삼중 이상 감긴 것으로 할 수도 있다. 또한, 슬립형상 금속부재(14)는 고융점 금속박을 전극봉(13)의 외주에 감기게 함으로써 형성하여도 좋다.
슬립형상 금속부재(14)가 고융점 금속박으로 구성되는 경우에는 예를 들면 경사기능 재료제 봉지부재(11)의 본 소결시 등에 고융점 금속박에 과대한 힘이 작용되어 깨지거나 혹은 파열됨으로써 간극이 생기거나, 경사기능 재료제 봉지부재(11)가 본 소결시에 충분히 수축하지 않기 때문에 고융점 금속박이 겹치지 않고 간극이 생기거나 하는 경우가 있다. 그러나, 슬립형상 금속부재에 부분적으로 약간의 간극 혹은 갭이 있어도 크랙의 발생을 방지하는 효과를 잃는다는 것은 아니다.
또한, 전극봉(13)에 장착된 고융점 금속박은, 예컨대 YAG(이트륨-알루미늄-가닛) 레이저를 이용하고, 스폿 용접하는 방법 등에 의해 고정하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 슬립형상 금속부재의 한쪽의 1개소에서만 행하면 좋다.
또한, 슬립형상 금속부재(14)는 전극봉(13)이 삽입 또는 압입되어 장착된 파이프 형상의 고융점 금속재료로 구성되어도 좋다. 이 경우에는 그 내경은 전극봉(13)의 외경과 적합한 크기, 예를 들면 압입된 경우에는 그 차가 0.05㎜ 이하인 것이 바람직하다.
그리고, 고융점 금속박으로 구성된 것과 마찬가지로 스폿 용접하는 방법 등으로 고정하는 것이 바람직하다.
이상에서, 슬립형상 금속부재(14)의 두께는 0,01∼0.3㎜, 특히 0.02∼0.1㎜인 것이 바람직하다. 0.01㎜보다도 작은 경우에는 변형이 일어나기 쉽고, 봉지부재(11)에 작용하는 응력을 작게 완화하는 효과를 충분히 얻을 수 없고, 소기의 램프용 경사기능 재료제 봉지체(10)가 얻어지지 않는다. 한편, 0.3㎜보다도 큰 경우에는 전극봉(13)의 팽창, 수축에서 기인하는 미소변위를 충분히 흡수할 수 없기 때문에, 봉지부재(11)에 발생하는 응력이 완화되지 않고, 따라서, 봉지부재(11)에 크랙이 발생할 우려가 있다.
또한, 슬립형상 금속부재(14)의 길이는 봉지부재(11)의 절연성 무기물질층의 단면으로부터 전도성 무기물질 성분의 함유비율이 10∼20 체적%인 영역까지 달하는 길이로 하는 것이 바람직하고, 예를 들면 8∼12㎜가 된다.
또한, 슬립형 금속부재(14)의 외주면에는 예를 들면 레늄, 로듐, 백금 또는 그들의 합금으로 이루어진 코팅층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 슬립형상 금속부재(14)는 봉지부재(11)의 실리카 성분과 복합산화물을 형성하기 힘들게 되기 때문에, 조직이 일체적으로 형성되지 않고, 따라서 봉지부재(11)에 크랙이 발생하지 않는다.
이러한 구성에 의하면, 봉지부재(11)의 전극봉 삽입구멍의 내면과 전극봉(13)의 외주면과의 사이에 그 자체가 독립된 부재인 고융점 금속으로 이루어진 슬립형상 금속부재(14)가 개재됨으로써, 전극봉(13)이 온도변화에 의해 팽창, 수축하는 경우에도 해당 슬립형상 금속부재(14)가 쿠션재로서 작용하기 때문에 미소변위가 흡수되고, 게다가 전극봉(13)이 봉지부재(11)와 일체적인 조직을 형성하지 않기 때문에, 봉지부재(11)에 발생하는 응력이 매우 작게 된다. 따라서, 봉지부재(11)에 쿠션이 발생하는 것을 방지한다.
또한, 슬립형상 금속부재(14)를 적당한 두께로 함으로써, 봉지부재(11)와 전극봉(13)과의 사이의 간극을 충분히 메울 수 있고, 따라서, 램프내의 봉입물이 간극내로 진입하는 것이 방지된다.
또한, 봉지부재(11)와 전극봉(13)과의 사이의 간극에 슬립형상 금속부재로서 파이프형상의 고융점 금속재료를 이용한 경우에는 그 두께가 균일하여 봉지체(10)의 품질의 안정화를 도모할 수 있다. 또한, 슬립형상 금속부재(14)는 그 자체가 용이하게 제조될 수 있을 뿐 아니라, 전극봉으로의 장착이 용이하기 때문에 매우 간단한 작업에 의해 소기의 램프용 경사기능 재료제 봉지체(10)를 제조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 램프용 경사기능 재료제 봉지체의 구성의 다른예를 도시한 설명도, 도 4는 도 3의 램프용 경사기능 재료제 봉지체에서의 슬립형상 금속부재의 확대도이다.
이 램프용 경사기능 재료제 봉지체(30)는 경사기능 재료로 이루어진 봉지부재(31)를 구비하고 있고, 이 봉지부재(31)는 도 1에 도시한 램프용 경사기능 재료제 봉지체(10)의 봉지부재(11)와 마찬가지의 구성의 경사기능 재료로 이루어지고, 해당 봉지부재(31)의 절연성 무기물질층의 단면으로부터 전도성 무기물질 성분이 함유되는 비율이 증가하는 방향(적층방향)으로 연장하도록 형성된, 그 봉지부재(31)를 관통하는 전극봉 삽입구멍(35)을 갖는다.
이 전극봉 삽입구멍(35)에는 선단부에 방전전극(33)이 형성된 전극봉(32)이 삽입 관통되고, 전극봉(32)의 외주면과 봉지부재(31)의 전극봉 삽입구멍(35)의 내면과의 사이에 슬립형상 금속부재(34)가 개재된 상태로 일체로 고정 장착되어 있다.
슬립형상 금속부재(34)는 전도성 무기물질 성분의 함유비율이 적어도 15 체적%의 전영역에 개재되어 있는 것이 바람직하고, 이에 의해 봉지부재(11)에 크랙이 발생하는 것을 유효하게 방지할 수 있다.
이 슬립형상 금속부재(34)는 전극봉(32)의 외주면에 나선형상으로 빽빽히 감긴 띠형상의 고융점 금속박으로 이루어진다. 예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이, 전극봉(32)을 중심축(G)의 주위에 회전시킴으로써 띠형상 금속박(36)을 전극봉(32)의 외주면에 나선형상으로 감은 후, 적당한 길이로 절단함으로써 형성된다.
여기서, 띠형상 금속박(36)으로서는 예를 들면, 몰리브덴, 탄탈, 레늄, 텅스텐, 백금, 혹은 이들의 합금이나 복합재 등을 이용할 수 있다.
이 슬립형상 금속부재(34)의 두께는 예를 들면, 100㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 100㎛를 넘는 경우에는 띠형상 금속박의 강성(剛性)이 과대하게 되어 전극봉(32)의 외주면에 감을 때에 스프링백이 발생하여 감김이 곤란하게 되는 경우가 있다.
또한, 슬립형상 금속부재(34)를 구성하는 띠형상 부분(34A)의 폭은 예를 들면, 1㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 램프용 경사기능 재료제 봉지체(30)내의 내부압력에 대한 충분한 내압(耐壓)을 확보할 수 있다.
또한, 인접한 띠형상 부분의 간극(d)은 0㎜인 것이 바람직하지만, 그 슬립형상 금속부재(34)의 두께를 넘으면 간극이 있어도 좋다. 이에 의해 전극봉(32)과 봉지부재(31)가 직접 접촉하는 것을 피할 수 있고, 전극봉(32)이 봉지부재(31)와 복합산화물의 형성에 의한 일체적인 조직을 형성하는 것을 방지한다.
상기와 같은 구성의 램프용 경사기능 재료제 봉지체(30)에 의하면, 그 슬립형상 금속부재(34)의 각 띠형상 부분은 미소하게나마 이동가능하다. 따라서, 전극봉(32)이 온도변화에 의해 팽창, 수축한 경우에 그 슬립형상 금속부재(34)가 쿠션재로서 작용함과 아울러, 그 슬립형상 금속부재(34)의 미소 이동에 의해서도 미소변위가 흡수된다. 또한, 전극봉(32)이 봉지부재(31)와 일체적인 조직을 형성하지 않기 때문에, 봉지부재(31)에 발생하는 응력이 매우 작다. 따라서, 봉지부재(31)에 쿠션이 발생하는 것이 방지된다.
또한, 슬립형상 금속부재를 적당한 두께의 것으로 함과 아울러, 띠형상 금속박을 전극봉(32)의 외주면에 빈틈이 없이 감음으로써 봉지부재(31)와 전극봉(32)과의 사이의 간극을 충분히 메울 수 있고, 따라서 램프내의 봉입물이 간극내에 진입하는 것을 방지한다.
또한, 소요의 슬립형상으로 하기 위해 필요한 작업이 간단하기 때문에, 비용이 낮아짐과 아울러, 매우 간단한 작업에 의해 소기의 램프용 경사기능 재료제 봉지체(30)를 제조할 수 있다.
도 6은 본 발명의 램프용 경사기능 재료제 봉지체를 이용한 방전램프의 구성의 일예를 도시한 개략도이다. 이 방전램프에서, 참조번호(40)는 실리카 글래스로 이루어진 발광관, 참조번호(10)는 기술의 봉지체이다.
이 봉지체(10)는 그 일단측에 절연성 부분(42)을 갖는 동시에 타단측에 전도성 부분(43)을 갖고 있고, 따라서 그 봉지체(10)의 일단측 부분이 발광관(40)의 봉지관부(41)내에 삽입되어 있을 뿐만 아니라, 그 봉지관부(41)가 그 절연성 부분(42)의 외주면에 용착되어 기밀 시일이 형성되어 있다.
이 구조에서는 외부 리드봉(15)으로부터 봉지체(10)를 구성하는 봉지부재(11)의 전도성 부분(43)을 통하여 전극봉(13) 및 방전전극(12)에 이르는 전기도입용 경로가 형성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 상기의 열적으로 안정된 램프용 경사기능 재료제 봉지체에 의해 점등시에 전극봉(13)이 온도변화에 의해 팽창, 수축한 경우에도 봉지부재(11)에 크랙이 발생하는 것을 방지하고, 열적으로 안정된 기밀봉지 구조가 형성된다. 따라서, 안정된 동작특성을 얻을 수 있음과 아울러, 사용수명을 길게 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명하였는데, 본 발명은 상기의 예에 한정되지 않고, 각부의 구체적 구성에 대해서는 여러 가지의 변경을 가할 수 있다.
예를 들면, 봉지부재(11)의 전극봉 삽입용 구멍(22) 내에 삽입되어 있는 전극봉(13)의 기단측 부분(21)의 선단부를 예를 들면 원추형상 등의 첨두형상으로 할 수 있다. 이 경우에는 전극봉 삽입용 구멍(22)내에 슬립형상 금속부재(14)가 장착된 전극봉(13)의 기단측부분(21)을 삽입하는 작업이 용이해진다. 그리고, 전극봉(13)이 온도 변화에 의해 팽창, 수축하여도 전극봉(13)의 기단측부분(21)의 선단부를 포위하는 부분에서의 온도분포의 변화가 완만하기 때문에, 경사기능 재료에 국소적으로 큰 열응력이 발생하지 않는다.
또한, 전극봉(13)은 외경의 크기가 서로 다른 2개의 부분 즉, 지름이 큰 전극봉 부분과 지름이 작은 전극봉 부분을 갖는 것을 이용할 수 있다. 이 경우에는 슬립형상 금속부재(14)는 지름이 작은 전극봉 부분에 장착되고, 봉지부재(11)의 전극봉 삽입용 구멍에 삽입되어 고정 장착된다. 이러한 구성으로 하면, 전극봉(13) 자체의 온도변화에 의한 열팽창의 정도가 작게 제어되기 때문에, 그 기단측 부분(21)을 포위하는 봉지부재(11)에 발생하는 응력을 작게 할 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 램프용 경사기능 재료제 봉지체에 있어서는 전극봉(13)이 봉지부재(11)의 전체를 관통하는 구성으로 하는 것도 가능하고, 그 경우에는 전극봉의 외단부가 그대로 외부 리드부로서 작용하게 된다.
또한, 도 1에 도시한 램프용 경사기능 재료제 봉지체에서, 슬립형상 금속부재(14)는 전극봉(13)의 기단측 부분의 외주면에 띠형상 금속박이 감김으로써 형성되어도 좋다.
본 발명의 램프용 경사기능 재료제 봉지체(10)는 방전램프에 한정되지 않고, 백열램프에서의 봉지구조의 형성에 적용하는 것도 가능하다. 이 경우에는 전극봉 대신에 소위 내부 리드봉이 이용되고, 그 기단측 부분이 경사기능 재료에 형성된 리드봉 삽입용 구멍 내에 삽입되어 고정 장착되고, 선단측 부분의 선단에는 필라멘트 코일을 연결하여도 좋다.
이하에 실시예 1로서 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.
순도 99.99%, 평균입자반경 1.0㎛인 몰리브덴 분말과, 순도 99.99%, 평균입자반경 5.6㎛인 실리카 분말을 재료분말로서 이용하고, 각종의 전도성 무기물질 성분 농도를 갖는 혼합분말을 제조하였다. 또한, 각 구성층 형성용 분말에는 윤활제 겸 바인더로서 스테아르산을 5.0 중량%의 비율로 첨가하였다.
내경 3.0㎜인 내부공간을 갖는 금형의 바닥부재의 중앙에 폴리프로필렌으로 이루어진 내경 0.6㎜, 길이 11.0㎜인 하부 구멍 형성용 성형부재를 상방으로 돌출한 형태로 고정하여 설치하였다.
이 금형내에 실리카분말 또는 혼합분말을 전도성 무기물질 성분농도(몰리브덴 농도)가 낮은 순으로 충전하여 적층시키고, 합계 11개층의 분말적층체를 형성하였다.
한편, 가압용 부재의 하면의 중앙에는 초경합금으로 이루어진 외경 0.9㎜, 길이 3.0㎜인 상부구멍 형성용 성형부재를 하방으로 돌출한 상태로 고정하여 설치하고, 이 가압용 부재를 분말적층체의 상면에 밀어 붙여서 상부구멍 형성용 성형부재를 최상층으로부터 안쪽방향으로 삽입하고, 가압용 부재의 하면을 분말적층체의 상면에 당접시켰다.
이 상태에서 최종압력이 1.5×108 ㎩(1.5 ton/㎠)인 상태에서 분말적층체를 가압하고, 이에 의해 적층성형체에 하부구멍 형성용 성형부재 및 상부구멍 형성용 성형부재가 결합되어 있는 복합성형체를 형성하였다. 이 복합성형체의 외경은 3.0㎜, 길이는 15.0㎜였다.
이 복합성형체를 소성로 안에 넣고, 수소가스 분위기에서 약 1000∼1200℃까지 가열함으로써, 적층성형체를 가소결하고, 동시에 양 구멍형성용 성형부재를 증발시켜 소실시킴과 아울러 혼합분말에 첨가한 바인더를 소실시킨다. 이에 의해, 도2에 도시한 형상을 갖는 적층성형체의 가소결체인 외부 리드봉 삽입용 구멍 및 전극봉 삽입용 구멍이 양단부에 형성된 원주형상의 봉지체 재료를 얻었다.
다음으로, 선단부가 직경 0.2㎜인 텅스텐선을 감아 형성된 방전전극을 갖고, 외경 0.6㎜, 길이 15.0㎜인 전극봉의 기단측 부분을, 두께 0.08㎜인 몰리브덴박을 내경이 0.6㎜, 길이가 10.0㎜인 통형상으로 한 것에 삽입한 후, 금속박의 한쪽 끝의 1개소를 스포트 용접하여 일체로 한 것으로 한다. 이것을 상기의 봉지체 재료의 전극봉 삽입용 구멍내에 삽입하는 한편, 외부 리드봉 삽입용 구멍 내에 외경 0.5㎜, 길이 8.0㎜인 외부 리드봉의 일단부를 삽입 깊이 3.0㎜로 삽입하였다. 이 상태에서 10-3㎩ 이하의 진공 분위기에서 가열하고, 약1700℃의 온도로 약 10분간 유지한 후, 화로안에서 냉각하여, 가소결체인 봉지체 재료를 본 소결처리함으로써 도1에 도시한 형태의 원주형상의 경사기능 재료로 이루어진 봉지부재의 양단으로부터 전극봉 및 외부리드봉이 연장되어 나온 상태의 램프용 봉지체를 제조하였다.
이상과 같이 하여 얻어진 램프용 봉지체를 이용하여, 도6의 구성에 따라 발광관부에서의 발광공간의 직경이 11.0㎜, 관축방향 거리가 11.0㎜, 봉지관부의 내경이 3.1㎜, 전간극 거리가 1.5㎜이고, 발광물질로서 수은 40㎎, 버퍼 가스로서 아르곤 300 Torr이 봉입되어 이루어진 정격 램프 전력이 100W인 초고압 수은램프를 제조하였다.
이렇게 하여 제조된 방전램프 30개에 대해 정격 점등조건에서 연속점등 테스트를 행한 결과, 모든 것에서 점등시간이 2000시간을 넘어도 안정된 방전특성이 얻어지고, 긴 사용수명이 얻어짐을 확인할 수 있었다.
이하에 실시예 2로서, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.
내경이 0.6㎜, 두께가 0.08㎜, 길이가 11.0㎜인 몰리브덴으로 이루어진 파이프형상의 금속재료를 이용하는 것 외에는 실시예1과 동일하게 하여 램프용 봉지체를 얻고 이 램프용 봉지체를 이용하여 초고압 수은램프를 제조하였다.
이렇게 하여 제조된 방전램프 30개에 대해 정격 점등조건에서 연속점등 테스트를 행한 결과, 모든 것에서 점등시간이 2000시간을 넘어도 안정된 방전특성이 얻어지고, 긴 사용수명이 얻어짐을 확인할 수 있었다.
이하에 실시예 3으로서, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.
초경합금으로 이루어진 외경 0.52㎜, 길이 11.0㎜, 뿔부분의 벌어진 각도가 약 60도인 원추형 선단부를 갖는 하부구멍 형성용 성형부재를 이용하는 것 외에는 실시예1과 동일하게 하여 봉지체 재료를 얻었다. 다음으로, 외경이 0.6㎜, 길이가 4.0㎜인 지름이 큰 전극봉 부분과, 외경이 0.3㎜, 길이가 11.0㎜인 지름이 작은 전극봉 부분으로 이루어진 전극봉을 이용하고, 이 전극봉의 지름이 작은 전극봉 부분에 내경이 0.3㎜, 두께가 0.08㎜, 길이가 10.0㎜인 몰리브덴으로 이루어진 파이프형상 금속재료가 장착되고, 이것을 이용하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 램프용 봉지체를 얻고, 이 램프용 봉지체를 이용하여 초고압 수은램프를 제조하였다.
이렇게 하여 제조된 방전램프 30개에 대해 정격 점등조건에서 연속점등 테스트를 행한 결과, 모든 것에서 점등시간이 2000시간을 넘어도 안정된 방전특성이 얻어지고, 긴 사용수명이 얻어짐을 확인할 수 있었다.
이하에 실시예 4로서, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.
순도 99.99%, 평균입자반경 1.0㎛인 몰리브덴 분말과, 순도 99.99%, 평균입자반경 5.6㎛인 실리카 분말을 재료분말로서 이용하고, 각종의 전도성 무기물질 성분 농도를 갖는 혼합분말을 조제하였다. 여기서, 조제한 혼합분말 중, 전도성 무기물질 성분인 몰리브덴의 농도가 최대인 혼합분말의 몰리브덴 농도는 85중량%이다.
또한, 각 구성층 형성용 분말에는 활제겸 바인더로서 스테아르산을 5.0중량%의 비율로 첨가하였다.
내경 3.5㎜인 내부공간을 갖는 금형의 바닥부재의 중앙에 하단부분의 외경이 0.8㎜, 상단부분의 외경이 0.65㎜인 초경합금으로 이루어진 핀부재를 상방으로 돌출한 상태로 고정하여 형성하였다.
이 금형내에 실리카 분말 또는 혼합분말을 전도성 무기물질 성분 농도(몰리브덴 농도)가 낮은 것에서부터 순서대로 충전하여 적층시키고, 합계 11개층의 분말적층체를 형성하였다.
한편, 가압용 부재는 초경합금으로 이루어지고, 외경이 금형인 내경보다 0.02㎜ 작고, 그 하면 중앙에 상기한 핀부재를 삽입할 수 있는 구멍이 형성되어 있다.
이 가압용 부재를 핀부재를 삽입한 상태에서 분말적층체의 상면에 당접시키고, 이 상태에서 최종압력이 1.5×108㎩이 되는 상태에서 분말적층체를 가압하고, 이에 의해 적층성형체를 형성하였다. 이 적층성형체의 외경은 3.0㎜, 길이는 15.0㎜였다.
이어서, 외경 0.6㎜, 길이 30㎜인 텅스텐선으로 이루어진 전극봉의 외주면에 두께 25㎛, 폭 0.7㎜인 띠형상의 몰리브덴박을 몰리브덴박의 간격을 0㎜로 하여 나선형상으로 감고, 전체길이 11㎜가 되도록 절단하였다.
전극봉의 선단에는 직경 0.2㎜인 텅스텐선을 감음으로써 방전전극을 형성하였다.
이 전극봉을 상기한 적층성형체의 전극봉 삽입용 구멍내에 삽통시키고, 적층성형체의 절연성 무기물질층의 단면으로부터 돌출하는 전극봉의 길이가 4㎜가 되도록 전극봉을 배치하였다.
그리고, 전극봉이 삽통된 적층성형체를 소성로 안에 넣고, 수소가스 분위기에서 약 1000∼1200℃까지 가열함으로써 적층성형체를 가소결시킴과 아울러 혼합분말에 첨가한 바인더를 소실시킨다.
이어서, 이 가소결체를 몰리브덴 농도가 높은 혼합물층을 아래로 하고, 몰리브덴으로 이루어진 지그로 고정하여, 이 상태에서 10-3㎩ 이하의 진공 분위기에서 가열하여, 약 1700℃의 온도에서 약 10분간 유지한 후, 로안에서 냉각하고, 가소결체인 봉지체 재료를 본 소결처리함으로써 도 3에 도시한 형태의 램프용 봉지체를 제조하였다.
이렇게 하여 얻어진 램프용 봉지체를 이용하여, 실시예1과 동일한 초고압 수은램프를 제조하였다.
이렇게 하여 제조된 방전램프 30개에 대해 정격 점등조건에서 연결점등 테스트를 행한 결과, 모든 것에서 점등시간이 2000시간을 넘어도 안정된 방전특성이 얻이지고, 긴 사용수명이 얻어짐을 확인할 수 있었다.
이상과 같이, 본 발명의 램프용 경사기능 재료제 봉지체에 의하면, 봉지부재의 구멍의 내면과, 리드봉의 외주면과의 사이에 리드봉과 별체의 고융점 금속으로 이루어진 슬립형상 금속부재가 개재되어 있다. 이에 의해, 리드봉이 온도변화에 의해 팽창, 수축한 경우에도 그 슬립형상 금속부재가 쿠션재로서 작용하기 때문에 미소변위가 흡수되고, 게다가 리드봉이 봉지부재와 일체적인 조직을 형성하지 않기 때문에, 봉지부재에 발생하는 응력이 매우 작고, 따라서, 봉지부재에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 슬립형상 금속부재를 적당한 두께로 함으로써, 봉지부재와 리드봉과의 사이의 간극을 충분히 메울 수 있고, 따라서 램프 내의 봉입물이 간극 내에 진입하는 것을 방지할 수 있다.
슬립형상 금속부재가 리드봉의 외주면에 나선형상으로 감긴 띠형상의 고융점 금속박으로 이루어진 경우에는 그 슬립형상 금속부재의 각 띠형상 부분은 미소하게나마 이동 가능하다. 따라서, 리드봉이 온도변화에 의해 팽창, 수축한 경우에 그 슬립형상 금속부재가 쿠션재로서 작용함과 더불어, 그 슬립형상 금속부재의 미소이동에 의해서도 미소변위가 흡수되고, 게다가 리드봉이 봉지부재와 일체적인 조직을 형성하지 않기 때문에, 봉지부재에 발생하는 응력이 매우 작아지고, 따라서, 봉지부재에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 슬립형상 금속부재를 형성하는 고융점 금속이 몰리브덴 혹은 몰리브덴을 주성분으로 하는 합금으로 이루어진 경우에는 그 슬립형상 금속부재는 봉지부재의 실리카 성분과 복합산화물을 형성하기 어렵기 때문에 조직이 일체적으로 되지 않으므로, 봉지부재에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 슬립형상 금속부재의 외주면에 레늄, 로듐, 백금 또는 그들의 합금으로 이루어진 코팅층이 형성됨으로써 보다 슬립형상 금속부재를 형성하는 고융점 합금이 봉지부재의 실리카 성분과 복합산화물을 형성하기 힘들게 된다.
본 발명의 램프에 의하면, 상기 열적으로 안정된 램프용 경사기능 재료제 봉지체에 의해, 열적으로 안정된 기밀 봉지구조가 형성되고, 따라서 안정된 동작특성을 얻을 수 있음과 아울러, 사용수명을 길게 할 수 있다.

Claims (7)

  1. 경사기능 재료로 이루어진 봉지부재(11, 31)와, 이 봉지부재에 고정 장착된 전극봉(13, 32)으로 이루어지고, 상기 봉지부재는 절연성 무기물질층과, 각각 전도성 무기물질 성분과 절연성 무기물질 성분과의 혼합물로 이루어진 복수의 혼합물층이 적층되어 이루어지고, 혼합물층의 각각은 상기 절연성 무기물질층에 인접한 것에서부터 순서대로 전도성 무기물질 성분의 비율이 단계적으로 증대하고, 적층방향으로 연장하는 구멍이 형성되어 있는 적층체로 이루어진 경사기능 재료로 구성되고, 상기 전극봉은 상기 봉지부재의 구멍 내에 삽입되고, 이 전극봉의 외주면과 봉지부재의 구멍과의 사이에 고융점 금속으로 이루어진 슬립형상 금속부재(14, 34)가 개재된 상태로 일체로 고정 장착된 것을 특징으로 하는 램프용 경사기능 재료제 봉지체(10, 30).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬립형상 금속부재(14)는 원통 형상으로 감긴 고융점 금속박으로 이루어진 것을 특징으로 하는 램프용 경사기능 재료제 봉지체(10).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬립형상 금속부재(34)는 전극봉의 외주면에 나선형상으로 감긴 띠형상의 고융점 금속박(36)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 램프용 경사기능 재료제 봉지체(30).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬립형상 금속부재를 형성하는 고융점 금속이 몰리브덴 혹은 몰리브덴을 주성분으로 하는 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 램프용 경사기능 재료제 봉지체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬립형상 금속부재는 봉지부재의 전도성 무기물질 성분의 함유비율이 적어도 15 체적% 이하인 전영역에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 램프용 경사기능 재료제 봉지체.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬립형상 금속부재의 외주면에는 레늄, 로듐, 백금 또는 그들의 합금으로 이루어진 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 램프용 경사기능 재료제 봉지체.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 기재의 램프용 경사기능 재료제 봉지체에 의해 기밀 봉지구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 램프.
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