KR100847156B1 - 납을 함유하지 않는 호박색으로 착색된 전등 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전등, 보다 특히 자동차의 방향 지시등에 관한 것이다. 유리가 호박색으로 착색되며 상기 유리의 조성물이 환경에 유해할 수 있는 독성 성분 또는 사용금지 성분(예: 산화납, 산화안티몬, 셀레늄 또는 카드뮴)을 포함하지 않는, 전등용으로 사용하기 위한 납 및 카드뮴을 함유하지 않은 설페이트 정련 유리 조성물이 본원에 기술되어 있다.

Description

납을 함유하지 않는 호박색으로 착색된 전등{LEAD-FREE AMBER-COLORED ELECTRIC LAMP}

본 발명은 전등에 관한 것이다. 특히 본 발명은 유리의 벽이 호박색으로 착색된 유리 엔벌로프(amber colored glass envelop)를 갖는 전등에 관한 것이다.

본 발명은 백열등, 보다 특히 자동차의 신호등 예를 들어 방향 지시등에 적용한다.

미국 특허 제5,470,805호는 전등용의 납 부재의 유리 조성물을 기술하고 있다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 유리의 벽이 호박색으로 착색되며, 상기 유리의 조성물이 납을 함유하지 않는 유리 엔벌로프를 갖는 전등을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 추가로 유리 엔벌로프의 벽이 호박색으로 착색되고, 상기 유리의 조성물이 환경에 유해할 수 있는 독성 성분 또는 사용금지 성분(예: 산화납, 산화 안티몬, 셀레늄 또는 카드뮴)을 포함하지 않는 유리 엔벌로프를 갖는 전등을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따라, 벽 유리의 조성물이 산화물 형태의 몰리브덴 1중량% 이하 및 SO₃ 2.5중량% 이하를 포함하는 위에서 개방형 문장으로 기술된 전등에 의해 상기 목적이 달성된다.

산화몰리브덴 및 SO₃를 포함하는 납 및 카드뮴을 함유하지 않으며 설페이트 정련된 유리 조성물로 이루어진 유리의 벽을 갖는다.

본 발명에 따르는 전등의 이점은 다음과 같다: 종래 기술의 착색 램프, 예를 들어 자동차 신호등에서 유리는 통상 착색된 니스 또는 래커를 함유한다. 종래 기술의 전등의 단점은, 래커 또는 니스가 분해되어 궁극적으로 전등 엔벌로프의 벽으로부터 탈착될 수 있다는 점이다. 종래 기술의 램프의 또다른 단점은 전등 엔벌로프를 세정하고 니스칠하는 전등의 제조공정 도중 추가의 단계가 필요하다는 점이다. 이 경우 상기 추가의 단계에 의해 전등의 제조단가가 상승된다.

본 발명에 따르는 전등의 생산공정은 공정중에 유리 엔벌로프의 특정한 착색점이 유리의 특정한 조성에 의해 실현되므로 추가의 제조단계가 불필요하다. 적어도 세정 및 니스칠 단계는 불필요하게 된다. 국제적인 교통법규에 의해 규정되는 자동차의 신호등에 적당한 호박색 또는 오렌지색 착색점을 가질 수 있다.

더욱이, 상기 유리 조성을 이용하여 수득된 착색 유리는 유리 조성에 기인하여 수득된 호박색 또는 오랜지색 색상이 니스칠한 경우와는 달리 영구적으로 유지 될 수 있으므로 고품질의 유리를 생성한다.

본 발명 및 본 발명을 실시하기 위해 선택적으로 사용될 수 있는 추가의 양태는 후술하는 양태로부터 명백하며 그러한 양태를 참조로 하여 보다 분명해진다.

도 1은 본 발명에 따르는 전등의 예를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따르는 호박색 또는 오랜지색 착색 유리의 색상 삼각형(color triangle)에서의 특성을 나타낸 색도 다이아그램을 도시한 것이다.

도 1은 예를 들어 0.3 내지 1.1mm의 벽 두께를 갖는 호박색으로 착색된 유리로 제조된 전등 엔벌로프 또는 전구(2); 와권(渦捲) 필라멘트(coiled filament; 5)를 지지하기 위해 유리 전구(2) 안쪽에 설치된 비드(bead; 4)에 의해 지지되는 2개의 도입선(3a 및 3b)을 포함하는 마운트(mount; 3); 상기 마운트(3) 및 전구(2)와 함께 가열 밀봉시킴으로써, 전등의 제조공정 도중 전등 엔벌로프(2)로부터 가스를 배기시키고 불활성 가스를 불활성 가스를 전등 엔벌로프 속으로 도입시키기 위한 진공 기밀 핀치(vacuum-tight pinch)를 형성하는 배기관(7); 상기 마운트(3)에 접속되는 것으로 차량의 전기회로에 의해 전등에 전류를 통하게 하는 전기 접촉부(8); 및 전등 셋의 홀더(holder)에 탑재되는 금속 캡(metal cap)(9)을 포함하는, 소위 방향 지시등으로 불리우는 자동차의 전기 신호등(1)을 도시하고 있다.

본 발명에 따르면 전등의 전구(2)는 납 및 카드뮴을 함유하지 않는 호박색으로 착색된 설페이트 정련 유리로 제조된다.

본원에서 인용되는 미국 특허 제 5,470,805 호에서 기술되는 바와 같이, 사용되는 출발물질은 규사, 스포듀민(spodumene), 백운석(dolomite), 및 Li, Na, K, Sr 및 Ba의 탄산염이다. 정련제로서는 황산나트륨(Na₂SO₄)이 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 제 1 양태에 따르는 전등은 하기 표 1에 수록된 성분들을 포함하는 유리 조성물로 이루어진 유리 전구를 갖는다.

SiO₂는 망상구조 형성제로서 작용한다. SiO₂의 함량은 다른 성분들과 혼합하여 용이하게 용융가능한 유리를 생성할 수 있는 60 내지 75중량%로 제한된다. Al₂O₃는 내약품성 및 내식성을 개선시킨다. 알칼리 금속 산화물 LiO₂, Na₂O 및 K₂O가 용융제로서 사용되며, 상기 산화물들은 유리의 점도를 강하시킨다. 상기 3가지의 알칼리 금속 산화물이 모두 주어진 조성으로 사용되는 경우, 충분히 높은 전기저항을 나타내게 된다(알칼리 혼합 효과). BA는 유리의 전기저항을 증가시키고 유리의 연화점(T_soft)을 강하시키는 선호되는 특성을 갖는다. 알칼리 토금속 산화물 SrO, MgO 및 CaO는 유리의 액화점 및 융점을 강하시키는 선호되는 특성을 갖는다.

상기 표 1에 따르는 조성물로 이루어진 것으로 납 및 카드뮴을 함유하지 않는 호박색으로 착색된 설페이트 정련 유리는 Na₂SO₄로 정련되며, 바람직하게는 0.25 내지 2.5중량%의 SO₃를 포함한다. 상기 유리는, 추가로 사용되는 원료물질로부터 유래하는 불순물로서 FeO₃를 함유한다.

공지 전등의 납을 함유하지 않는 스템 유리와 비교하여 본 발명에 따르는 호박색 또는 오랜지색으로 착색된 유리는 유리 조성물이 SO₃를 2.5중량% 이하 포함하도록 1중량% 이하의 MoO₃ 및 환원제, 예를 들어 탄소 또는 목탄을 환원성 분위기에 가함으로써 수득된다. 환원성 분위기는 환원제의 존재에 의해 유도된다. 유리 속에 용해된 MoO₃는, 특히 290 내지 380nm 영역에서 그 투과능을 저하시킨다. 황의 존재하에서 MoO₃는 규산염 유리를 오랜지색으로 착색시키며, 이러한 착색은 가능한 티오몰리브데이트의 형성에 의해 일어난다. 유리 중의 MoO₃의 용해도는 비교적 불 량하다.

본 발명의 보다 바람직한 제 1 양태에 따르는 전등은 하기 표 2에 수록된 성분들을 포함하는 유리 조성물로 이루어진 유리 전구를 갖는다.

중량비가 0과 대등한 하한을 갖는 원소들과 관련하여, 이러한 원소들은 원료 물질로서 첨가될 수 없으나 원료물질 오염의 결과로서 가공된 유리 중에 여전히 존재할 수 있다.

표 2에 수록된 성분들로 제조된 유리는 하기 표 3에 나타낸 특성들을 갖는다.

본 발명의 제 1 양태에 따르는 조성물로 이루어진 유리의 물성

물 성	물성치
Tstrain	455℃
Tanneal	490℃
Tsoft	675℃
Tmelt	1490℃
비중	2.62×103 kg·m3
비저항	7.9×106Ohm·m
선팽창 계수(25 내지 300℃)	9.1×10-6/℃

본 발명의 바람직한 제 2 양태에 따르는 전등은 하기 표 4에 수록된 유리 조성물로 이루어진 유리 전구를 갖는다.

표 4에 수록된 성분들을 갖는 유리는 표 1 및 표 2에 수록된 성분들을 갖는 유리에 비해 비교적 저렴한 유리이다. K₂O는 표 4에 수록된 유리 중에 존재하지 않을 수 있다. 상기 제 1 양태의 높은 전기저항을 생성할 수 있는 비교적 고가의 성 분들을 포기하는 경우 상당히 염가의 유리를 생성하게 된다. 이러한 유형의 유리는 흔히 소다 석회 유리(soda lime glass)라 불리운다.

표 4에 수록된 성분들로 제조한 유리는 표 5에 도시되어 있다.

본 발명의 제 2 양태에 따르는 조성물로 이루어진 유리의 물성

물 성	물성치
Tstrain	490℃
Tanneal	520℃
Tsoft	690℃
Tmelt	1445℃
비중	2.48×103 kg·m3
비저항	2.5×106Ohm·m
선팽창 계수(25 내지 300℃)	9.7×10-6/℃

유리의 제조방법은 하기에서 기술된다. 위에서 언급된 모든 산화물 성분들을 칭량하고 혼합하여 배치를 준비한다. 배치를 통상적인 연속식 용융 탱크에 공급한다. 공급 시스템에 별도의 성분들을 가하여 착색능을 증강시킴으로써 레서피(recipe)를 조정할 수 있다. 온도 및 가스 분위기를 포함하는 용융 조건을 조정하여 용융, 정련 및 색상 안정화를 위한 안정한 처리 조건을 수득한다. 바람직하게는, Na₂SO₄가 정련제로서 사용된다. 정련 공정은 SO₄ 성분으로부터 산소를 형성시킴으로써 수행한다. 일련의 복잡한 반응에서 CO₂ 및 N₂를 포함하는 과량의 가스가 유리 용융물로부터 제거되므로 관에서 공기 라인이 형성되는 것을 방지한다. 노 내부의 분위기는 정련 공정에 의해 산화된다. 바람직하게는 정련제는 부분적으로 유리에서 폴리설파이드 및 SO₃로서 형성된다. 나머지는 연도 가스로 운반되어 나온다. 유리 제조공정의 말미에 공지의 대너 공정(Danner process)을 이용하여 공장에서 유리관을 제조한다. 그러나, 공지의 벨로 공정(Vello process)이 적용될 수도 있다. 유리관의 일부를 가열하여 전등 전구를 제조한다.

특정량의 황은 용융물을 황색 또는 갈색으로 용이하게 변할 수 있게 한다. 황은 주로 환원 조건하에 폴리설파이드 또는 설파이드 형태로 발생한다. 엠버 유리(amber glass)는 설페이트를 설파이드 및 폴리설파이드로 환원시키기 위해서 일정량의 환원제를 필요로 한다. Cr, Mn 및 V 등을 포함하는 다른 환원제가 사용될 수 있다.

엠버 유리의 황색 색상은 중금속, 특히 Fe의 설파이드와 함께 알칼리 폴리설파이드에 의해 생성된다. Fe₂O₃ 발색단에 의해 혼입된 S^2-를 형성시키는 경우 호박색 또는 오랜지색 색상이 발생한다. 환원제로서 목탄을 혼합하는 경우 Fe²⁺가 형성된다. Fe²⁺ 및 Fe³⁺가 형성되는 (주로 Fe²⁺로서) 중질의 환원 조건하에서 황과 혼합된 미량의 Fe₂O₃만이 호박색 색상을 생성할 수 있다. Fe₂O₃가 반드시 유리 조성물의 레서피에 첨가될 필요는 없다. 전술한 바와 같이 Fe의 양은 원료 물질에 의해 수득될 수 있다.

특정한 이론에 근거하는 것은 아니나, 유리의 착색은 사면체 배위의 3개의 산소원자에 의해 둘러싸인 Fe³⁺ 중심원자로 구성되는 발색단의 형성에 의해 설명될 수 있다. 발색단에서 S는 오로지 Fe³⁺ 원자에 결합되거나 Fe³⁺ 및 Si⁴⁺에 브릿징시킴으로써 결합될 수 있다. 알칼리의 양에 대한 엠버 유리의 착색 의존성은 밝혀졌다. 알칼리의 양이 많은 유리일수록 보다 깊고 어두운 착색이 일어나고 흡수가 보다 긴 장파장쪽으로 이동한다. 1가 알칼리 금속의 이온반경이 클수록 보다 고급의 폴리설파이드의 형성이 보다 용이하게 일어난다. 폴리설파이드의 형태가 보다 고급이고 S-쇄의 길이가 길수록 보다 적색이고 보다 짙은 색상으로 된다. K₂O는 엠버 유리의 색상을 개선시키고 짙게 한다.

Na-설포페레이트 착체 NaFeS₂는 짙은 적색 색상에 의해 특성화된다. 유리의 산도 증가에 따라 설포페레이트의 농도는 감소한다. 산성 유리에서는 폴리설파이드의 대부분이 H₂S 및 S로 분해되며 색상은 탁한 녹색으로 변한다. 승온에서 물 또한 폴리설파이드의 가수분해를 유도하는 산성 효과를 나타낸다.

몰리브덴 실리케이트의 존재하에서 유리는 오랜지색을 나타내며 이것은 티오몰리브데이트의 형성에 의해 설명된다. 특히 290 내지 380nm의 영역에서 몰리브덴 옥사이드는 투과능을 감소시킨다.

엠버 유리를 용융시키는 경우 FeS가 형성되지 못하게 할 필요가 있다. 황색 착색은 유리의 열 이력에 의존한다. 투과 곡선은 UV 및 500nm 이하의 청색 영역에서 흡수를 나타내지만, 황색, 적색 및 적외선 영역은 방해받지 않고 투과된다. 오렌지색 내지 적색 계열의 호박색 색상의 강도는 소량의 Fe의 존재를 필요로 한다.

도 2는 발색도 챠트을 사용하여 국제 교통법규에 따르는 신호등의 유리 엔벌 로프에 사용하기 위한 호박색으로 착색된 유리의 다양한 착색점을 나타낸다. 이들 착색점은 위에서 기술한 본 발명에 따른 유리 조성으로 성취될 수 있다. 착색점을 제공하는 유리의 정확한 조성은 유리의 생성, 특히 환원 상태, 및 전구 취입후 경화에 따라 의존한다.

유럽에서 자동차의 방향지시등의 호박색 착색점은 당해 분야의 숙련가들에게 알려진 법규 제 ECE 37 호에 의해 정의된다. 그것은 도 2의 진한 연속선으로 표시된 영역에 상응한다. 엠버 ECE-37 영역은 색상 좌표 (0.571, 0.429), (0.564, 0.429), (0.595, 0.398) 및 (0.602, 0.398)로 측정된다.

GTM(Groupe de Travail de Bruxelles) 위원회는 2, 3년 내에 시행 예정으로 도 2에서 점선으로 나타낸 보다 넓은 새로운 영역을 제안하였다. 이러한 넓은 영역은 SAE(Society of Automotive Engineers) 요건에 상응한다. 엠버 SAE-영역의 색상 좌표는 (0.560, 0.440), (0.545, 0.425), (0.597, 0.390) 및 (0.610, 0.390)로 측정된다.
본 발명의 제 1 및 제 2 양태에 따르는 각종 배치의 유리가 제조되었다. 도 2에서 삼각형, 마름모 및 정사각형은 본 발명의 제 1 양태에 따르는 상이한 조성의 유리에 상응한다.
도 2에서 삼각형은 자동차의 방향 지시등의 규제 법규 제 ECE 37호에 의해 정되는 범위에 속한다. 마름모는 ECE 37 영역의 가장자리에 근접하고 정사각형은 바람직한 ECE 37 영역 밖에만 존재하지만 SAE 영역에 속한다. 다른 유리와 비교하여 도 2에서 삼각형으로 표시된 착색점에 상응하는 유리의 조성은 비교적 적은 Fe 함량을 갖는다. 상기 유리의 벽 두께는 400 내지 700nm의 영역에서 대략 60%의 투과능을 갖는 대략 0.6mm이다.

도 2에서 본 발명의 제 2 양태에 따르는 착색점을 나타내는 원은 법규 제 ECE 37호에 정의된 요건을 충족시킨다. 도 2에서 원으로 표시된 유리의 조성은 0.03중량% 미만의 Fe 함량을 갖는다.

첨부된 도면 및 상기 발명의 상세한 설명은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이로써 본 발명이 제한되어서는 안된다. 첨부된 청구의 범위의 범주를 벗어나지 않는 다수의 대안이 존재할 수 있음이 명백하다.

청구의 범위에서 참조 표시는 청구의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 청구의 범위에서 "포함하는"이란 표현은 특허청구범위에 정의된 것 이외의 구성요소 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 구성요소 또는 단계들에 대한 단수 형태의 표현은 이런 구성요소 또는 단계들이 복수로 존재하는 것을 배제하지 않는다.

Claims (7)

1. 유리의 벽이 호박색(amber)으로 착색되며 상기 벽의 유리 조성물이 산화물 형태의 몰리브덴 1중량% 이하 및 SO₃ 2.5중량% 이하를 포함하는 유리 엔벌로프(glass envelop)를 갖는 전등.
2. 유리의 벽이 호박색으로 착색되며, 상기 벽의 유리 조성물이 산화물 형태의 몰리브덴 1중량% 이하를 포함하고, 유리 조성물이 SO₃를 2.5중량% 이하 함유할 수 있도록 상기 유리가 환원 분위기 중에서 정련제로서 설페이트를 사용하여 정련되는, 유리의 유리 엔벌로프를 갖는 전등.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   유리 조성물이 하기 조성의 성분들을 포함하는 전등.

   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   유리 조성물이 하기 조성의 성분들을 포함하는 전등.

   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   유리 조성물이 미량의 B₂O₃를 3중량% 이하로 포함하는 전등.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   유리 조성물이 미량의 Fe₂O₃를 0.5중량% 이하로 포함하는 전등.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   유리 조성물이 미량의 CeO₂를 0.2중량% 이하로 포함하는 전등.

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