KR100969125B1 - 개선된 수은 필리폼 디스펜서 - Google Patents

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KR100969125B1 KR1020090130871A KR20090130871A KR100969125B1 KR 100969125 B1 KR100969125 B1 KR 100969125B1 KR 1020090130871 A KR1020090130871 A KR 1020090130871A KR 20090130871 A KR20090130871 A KR 20090130871A KR 100969125 B1 KR100969125 B1 KR 100969125B1
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알레시오 꼬라자
김인선
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Abstract

파우더 형태의 활성 물질을 포함하며 램프내에 수은을 배출하기 위한 개선된 필리폼 디스펜서, 상기 개선된 필리폼 디스펜서를 이용하여 램프들을 제조하는 방법, 및 상기 개선된 필리폼 디스펜서를 내부에 장착한 램프들이 기재된다.

Description

개선된 수은 필리폼 디스펜서{IMPROVED MERCURY FILIFORM DISPENSER}
본원 발명은, 그 첫 번째 양상에 있어서, 특별하지만 냉음극 형광 램프(CCFL)와 동떨어지지 않은 형광 램프의 내부에 수은을 확산(dispensing) 및 투여(dosing)하기 위한 개선된 장치들에 관한 것이다.
CCFL의 제조는 수은의 정밀한 양의 투여를 요하는데, 이러한 정밀도는 램프로서의 올바른 기능 및 요구되는 수명을 보장하기 위하여 충분한 양의 수은을 투여하기 위한 필요성과, 수은의 사용에 따른 필연적인 환경의 악영향을 최소화하기 위한 상반된 요구와 관련되어 진다.
다양한 문제점들 및 기술적인 필요성들이 수은 투여(dosage)를 요하는 램프들의 제조 공정의 개선을 요구하고 또한 해결되어 왔다. 이 분야에서 첫 번째 개발 중 하나는 본 출원인이 출원한 1972년 미국특허 US 3,657,589에 기재된 것으로써 안전 우려와 연관되어 있고, 500℃ 미만의 온도에서 현저한 수은 배출을 회피하는 TixZryHgz의 개발에 이르게 되었다.
이 문제점의 해결 이후에, 다음의 장애물은 공정 폐기물을 최소화하기 위하 여 수은 수율을 개선하는 것이었다. 이와 관련하여, 두 가지 해결책이 개발되었고, 첫 번째 해결책은 소정의 첨가물들(조촉매)의 사용을 도모하는 한국특허 제239823호에 기재된 화학적 해결책이고, 반면 두 번째 해결책은 한국특허 제417445호에 기재된 것으로서, 수은 배출 화합물을 위한 용기의 적절한 디자인을 이용하여 문제를 해결한 기계적 해결책이며, 이 두 특허는 모두 본 출원인이 출원한 것이다.
상기 후자의 해결책은 널리 채용되어 왔고, 최근 많은 수은 디스펜서들은 수은 배출 화합물의 분말들로 채워지고, 원하는 길이로 기계적으로 절단되는 필리폼 형태의 금속 용기들에 의해 제조된다. 필리폼 디스펜서는 램프 내에서 사용되고 밀봉될 수 있거나, 또는 디스펜서를 포함하는 적절한 유리제 충진관이 램프의 단부에 일시적으로 연결되고, 디스펜서가 수은을 방출한 후, 상기 관은 분리되어 소진된 디스펜서들이 폐기되는 한국 특허 제417445호에 기재된 더블 팁-오프(double tip-off)와 같은 기술들을 이용하여 제조 공정에서만 사용될 수 있다.
수율을 개선하기 위한 노력들은 본 출원인이 출원한 것으로 구리를 포함하는 적절한 3성분 및 4성분 합금들이 기재된 한국특허출원 제2006-7027837호에 기재된 것처럼 여전히 진행중이다. 상기 한국특허출원 제2006-7027837호에 개시된 수은 배출을 위한 구리 함유 화합물들은 이후의 한국 특허 제899601호에도 또한 기재되어 있다.
이전의 해결책들에서, 일반적으로 분말 형태인 수은 화합물은 램프 생산시 배기공정을 방해하거나 혹은 램프내 해로운 영향을 미칠 수 있는 불순물들을 제거할 수 있는 적절한 게터 물질(getter material)과 결합하여 사용된다.
이후에, 하나 이상의 수은 배출 분말 화합물들 및 선택적으로 존재하는 게터 물질 분말들의 적절한 혼합을 기재하기 위해 용어 활성 물질이 사용될 것이다.
상보적인 해결책들인 화학적 해결책 대 기계적 해결책을 이용하여 동일한 문제점을 해결하는 한국특허 제239823호 및 제417445호의 경우에 대해서, 일부 상이하거나 강화된 기술적 효과들이 화학적 해결책들이 아닌 물리적 해결책의 적절한 개발로부터 생길 수 있다.
이러한 시도들 중 하나는, 디스펜서 케이스의 재질 및 두께에 관한 것으로서, 한국 특허 제896196호에 기재되어 있다.
이전 해결책 중 어느 것도 더 짧은 디스펜서들을 사용하기 위한 요구, 및 개선된 제조 공정들 및 장치들에 관련된 필요성에 관한 최근에 불거진 새로운 문제점을 언급하고 있지 않은데, 보다 구체적으로는, 디스펜서가 더 짧아질수록 램프 내에 쉽게 장착될 것이다. 또한 더블 팁-오프 기술의 경우에는 보다 컴팩트한 충진 용기를 사용할 수 있는 이점이 있을 것이다.
본원 발명은 분말 형태의 활성 물질을 함유하며 극단들에 두 개의 개구들을 갖는 수은 배출을 위한 필리폼 디스펜서로서, 상기 디스펜서내의 분말 충진량(loading)이 5 내지 8.5 그램/㎤인 것을 특징으로 하는 필리폼 디스펜서를 이용하여, 상기 디스펜서의 길이의 단위 당 가장 많은 수은 투여량의 필요성과 관련하여 공지된 기술에 여전히 존재하는 제한들을 해결하기 위한 것이다.
필리폼 금속 디스펜서는, 그 길이 대 측면 치수 사이의 비율이 2보다 크고 최대의 측면 치수가 1.5mm 이하인 것을 의미하는 신장된 구조를 가지는 디스펜서를 의도한다. 복잡한 단면(예를 들어, 사다리꼴 단면)의 경우, 상기 비율은 가장 넓은 측면 치수를 말한다.
바람직한 실시예에서, 필리폼 소자는 일반적으로 필리폼 소자의 측면을 따라 연장하는 슬릿의 형태인 측면 개구를 포함한다. 이러한 바람직한 실시예는 적절한 금속 물질(11)에 의해 제조된 필리폼 디스펜서(10)를 도시하는 도 1에 도시되어 있고, 여기서 상기 디스펜서는 한 측면에 존재하는 슬릿(12) 및 극단들에 있는 두 개 구들(13, 13')을 가지며, 활성 물질(14)의 분말들을 포함하고 있다. 용어 활성 물질(active material)은, 수은 배출을 위한 하나 이상의 화합물들 및 선택적으로 게터 물질 분말들을 포함하는 분말들의 적절한 혼합물을 지칭한다는 것에 주의하여야 한다.
금속 구조의 측면을 따라 연장하는 슬릿의 형태인 측면 개구를 제공하는 도 1에 도시된 바람직한 실시예는 수은의 배출을 용이하게 하는 이점이 있다. 만약 이 슬릿이 없다면 수은이 양 끝단 두 개의 개구들로만 방출됨으로써, 효율적인 수은의 배출이 어렵고, 너무 과도한(너무 짧은 시간내의) 수은 가스 방출에 의한 파티클의 손실을 가져올 수도 있다.
활성화 물질을 포함하는 필리폼 디스펜서의 바람직한 실시예의 제조 공정은 일반적으로 무한의 길이를 갖는 평면형 적층 스트립상에 분말들의 증착 및 투여(dosing) 단계, 및 도 1에 도시된 측면으로 연장하는 스트립을 갖는 금속 구조를 생성하기 위해 상기 스트립의 측면들을 접는 단계를 상정한다. 폐쇄된 구조(극단들에서의 개구는 제외)의 경우, 분말들은 일반적으로 튜브형인 금속 구조 내에 충진되며, 이러한 유형의 구조를 갖는 디스펜서의 생성에 관한 더욱 상세한 정보는 본 출원인이 출원한 한국특허 제742418호에 개시되어 있다.
도 1뿐만 아니라 다른 도면들에서, 도 1에 도시된 측면 연장 슬릿의 구체적인 폭의 형상이 이들의 정확한 치수 또는 치수 비율로 도시된 것이 아니라, 도면 가독율을 향상시키기 위해 변경된 것임에 주의하여야 한다.
용어 무한 길이(indefinite length)는, 제조 단계에서 생산품의 길이가 요구 되는 것보다 훨씬 긴 필리폼이며, 필요에 따라 하나의 디스펜서가 절단 동작을 이용하여 쉽게 생성될 수 있음을 의도하는 것이다. 비록 레이저 절단과 같은 다른 형태의 절단들이 이용될 수 있겠지만, 표준 절단은 기계적 절단을 이용하여 실시되며, 이는 절단 동작 동안 활성물질인 분말에 다시 한번 압축을 가해 줌으로서 파우더의 보존에 도움을 줄 수 있기 때문이다.
무한 길이의 필리폼 소자의 제조 공정에서, 일부 경우에 현저한 분말 손실을 방지하는 데 도움이 되는 하나 이상의 압축 동작들이 선택적으로 제공될 수도 있다.
높은 수준의 분말 손실은 최종 디바이스, 즉 램프에 다소 심각한 결과들을 가질 수 있는데, 이는 손실된 입자들이 특히 전극들과 관련하여 컴포넌트들의 올바른 기능과 간섭하는 것과 같이 일련의 해로운 효과들을 발생시킬 수 있거나, 손실된 입자들이 유리 용융 영역에 누적되면 밀봉부를 손상시킬 수 있기 때문이다.
발명자들은, 수많은 노력 끝에, 필리폼 소자 내의 활성 물질의 분말들에 대한 적절한 수준의 충진량을 식별할 수 있었다; 손실되는 분말의 양과 관련하여, 또한, 높은 분말 충진량은 무한 길이의 필리폼 소자의 기계적 특성들의 열화에 이를 수 있고, 이는 구조의 무결성 문제로 귀결될 수 있다. 예를 들어, 길이의 단위 당 분말량을 두 배로 하면, 무한 길이의 필리폼 소자의 취급 문제들을 발생시킬 것이고, 이는 예를 들어 유연성의 손실 및 이에 따른 취급 동안 필리폼 소자의 파괴 위험과 연관된다.
놀랍게도, 발명자들은 좁은 범위내의 분말 충진량에서 동작시킬 때, 길이의 단위 당 배출되는 수은의 양을 증가시키면서, 동시에 분말 손실 현상을 개선시키는 것이 가능함을 발견하였다.
이 범위의 분말 충진량은, 5 내지 8.5 그램/㎤이며, 가령 (필리폼 소자의 길이를 기초로 계산된) 충진될 분말들 양을 선택함으로써 무한 길이의 필리폼 소자의 제조 공정에서 획득되고 결정될 수 있고, 그 후 이를 적절한 압축 공정들을 이용하여 상기 구조내에 "삽입"한다.
비록 상기 특정된 범위 전체에서 유용한 효과들이 관측될 수 있지만, 램프들의 제조 공정에 대한 덜 엄격한 요건들을 유도하는, 특히 활성화 공정 동안의 더욱 균일한 가열과 관련된 강화된 효과들이 적어도 6 그램/㎤의 충진량으로 동작시킬 때 얻어짐이 발견되었고, 따라서 활성화 물질들의 함량의 바람직한 범위는 6 내지 8.5 그램/㎤이다.
상이한 화합물들이 수은 디스펜서에 충진될 때, 활성 물질 분말들에 대한 바람직한 충진량 레벨은 수은 배출 화합물 및 다른 활성 물질들(예, 게터 분말들) 사이의 중량비에 따라 상이하다. 특히, 수은 화합물 및 게터 합금의 중량비가 95:5 내지 85:15인 경우, 이러한 충진량은 바람직하게는 5.4 내지 8 그램/㎤, 또는 더욱 바람직하게는 5.4 내지 7.4 그램/㎤이지만, 수은 화합물 배출 분말들의 중량비가 85:15 미만인 경우, 용기 내의 분말 충진량은 바람직하게는 5 내지 7.6 그램/㎤, 또는 더욱 바람직하게는 5 내지 7 그램/㎤이다.
도 2는 도 1에 도시된 와이어의 단면을 도시하며, 도 3은 본원 발명에 따라 실현되는 디스펜서에 대한 대안의 단면 형상을 도시한다. 도 2 및 3에 도시된 단 면 형상들은 적절한 형상의 예이지만, 본원 발명의 개념은 상이한 단면 형상들을 갖는 필리폼 디스펜서들에 적용될 수 있다.
본원 발명을 실시하기에 적합한 수은 배출 화합물들은 다른 선택적인 요소들과 함께 수은 및 티타늄을 함유하는 화합물이며, 보다 구체적으로는, 미국특허 제3,657,589호에 기재된 일반식 TixZryHgz를 갖는 화합물들(여기서 x 및 y는 0 내지 13이고, x+y는 3 내지 13이고, z는 1 또는 2임), 또는 한국특허 제239823호에 기재된 것처럼 주석, 인듐, 은, 실리콘 또는 희토류 중에서 선택된 하나 이상의 원소들과 구리의 합금 및 전술한 TixZryHgz 화합물, 또는 한국 특허출원 제2006-7027837호에 기재된 것처럼 주석, 크롬 및 실리콘 중 하나 이상, 수은, 티타늄, 및 구리를 포함하는 조성물이다. 또한 전술한 물질들의 조합으로 제조되거나, 전술한 물질의 각각 또는 이들의 조합에 의해 적어도 75%의 중량 부분으로 제조된 수은 배출 분말들이 등가적으로 사용될 수 있다.
수은 배출 분말들과 함께 사용되기 위해 유용한 게터 물질들은, 전이원소들, 희토류 금속들 또는 알루미늄 중 선택된 하나 이상의 원소들을 가지며, 지르코늄, 티타늄, 바나듐, 니오븀, 하프늄, 또는 탄탈, 또는 이들 원소들(특히 지르코늄 또는 티타늄)의 합금으로부터 선택된 금속들일 수 있다. 램프들에 가장 일반적으로 사용되는 게터 물질들은 약 84 중량%의 지르코늄을 함유하는 지르코늄-알루미늄 합금, 약 80 중량%의 지르코늄, 15 중량%의 코발트 및 5 중량%의 희토류를 함유하는 지르코늄-코발트-희토류 합금이다.
제 2 양상에 있어서, 본원 발명은 본원 발명에 따른 필리폼 디스펜서를 이용하여 램프를 제조하는 방법에 관한 것이다.
제 1 실시예에서, 필리폼 디스펜서는 이의 밀봉 후에 램프 내부에 남아 있지만, 더블 팁-오프 기술과 같은 제조 공정이 사용되는 제 2 실시예에서는, 필리폼 디스펜서가 램프 내부에 남아 있지 않는다.
제 3 양상에 있어서, 본원 발명은 분말 형태의 활성 물질을 함유하며 두 개의 개구부를 갖는 수은 배출을 위한 필리폼 디스펜서를 포함하는 형광 램프에 관한 것으로서, 상기 디스펜서내의 분말 충진량(loading)이 5 내지 8.5 그램/㎤인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따라 실현되는 램프는 일반적으로 슬릿의 형태이고 필리폼 요소의 측면을 따라 연장하는 개구부를 제공하는 필리폼 소자를 포함한다.
본 발명은 또한, 다음의 제한되지 않는 예들을 이용하여 설명될 것이다. 필리폼 디스펜서들의 300개의 요소들의 네 가지 상이한 군들(batches)(각각의 피스는 8 mm 길이를 갖고, 사다리꼴 단면이 1 mm의 가장 넓은 치수를 갖고, 0.3 mm의 측면 연장 슬릿을 가짐)이 입자 손실을 측정하기 위하여 30분 동안 진동 접시상에서 동일 조건으로 테스트되었다.
디스펜서들 내부의 활성 물질들의 조성물, 분말 충진량, 및 실험의 결과가 표 1에 기록되어 있다.
Hg 배출 물질
(A)		 게터 물질
(B)		 중량비
(A:B)		 분말 충진량 분말 손실(중량%)
샘플 1 Ti-Hg Zr-Al 90:10 5.42 0.25
샘플 2 Ti-Hg-Cr-Cu Zr-Al 90:10 6.89 0.35
샘플 3 Ti-Hg Zr-Al 90:10 7.69 0.15
샘플 4 Ti-Hg-Cr-Cu Zr-Al 90:10 7.99 0.20
샘플 5 Ti-Hg-Cr-Cu Zr-Al 90:10 8.15 0.20
비교 샘플 1 Ti-Hg Zr-Al 90:10 4.79 0.80
비교 샘플 2 Ti-Hg-Cr-Cu Zr-Al 90:10 8.59 0.55
전술된 것처럼, 표 1에 있는 모든 비들은 중량비이다.
표 1에 도시된 실험 데이터로부터, 비교 샘플들을 이용하여 획득된 데이터는 본 발명의 조건들에 따라 획득된 샘플들과 비교하여 분말 손실들에 있어서 현저한 증가를 나타냄을 관측할 수 있다. 청구된 범위 내에서의 작동은 비교 샘플 1에 의해 표현되는 대부분의 상업적으로 입수가능한 디스펜서들과 비교하면 디스펜서의 길이의 유닛 당 수은 방출 양을 증가시키는 점에서 이점을 가질 뿐 아니라, 놀랍게도 이러한 범위 내에서 손실 분말의 양이 그렇지 않은 경우보다 훨씬 적음이 발견되었다.
도 1은 본원 발명을 실행하기에 적절한 필리폼 소자에 대한 바람직한 실시예를 도시하며,
도 2는 도 1에 도시된 필리폼 소자의 단면도를 도시하며,
도 3은 본원 발명을 실행하기에 적절한 필리폼 소자에 대한 대안의 단면도를 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 필리폼 디스펜서 11: 금속 물질
12: 슬릿 13, 13': 개구들
14: 활성 물질

Claims (17)

  1. 분말 형태의 활성 물질(14)을 함유하며 두 개의 개구부들(13, 13')을 갖는 수은 배출을 위한 신장된(elongated) 필리폼 디스펜서(filiform dispenser; 10)로서, 상기 활성 물질은 수은을 배출하기 위한 수은 함유 물질을 포함하고, 상기 신장된 필리폼 디스펜서내의 분말 충진량(loading)이 5 내지 8.5 그램/㎤인 신장된 필리폼 디스펜서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분말 충진량은 6.0 내지 8.5 그램/㎤인 신장된 필리폼 디스펜서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 물질은 게터 분말들을 더 포함하는 신장된 필리폼 디스펜서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수은 함유 물질 및 상기 게터 분말들 사이의 중량비는 95:5 내지 85:15인 신장된 필리폼 디스펜서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분말 충진량은 5.4 내지 8 그램/㎤인 신장된 필리폼 디스펜서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분말 충진량은 5.4 내지 7.4 그램/㎤인 신장된 필리폼 디스펜서.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 수은 함유 물질 및 게터 분말들 사이의 중량비는 85:15보다 작은 신장된 필리폼 디스펜서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 분말 충진량은 5 내지 7.6 그램/㎤인 신장된 필리폼 디스펜서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 분말 충진량은 5 내지 7 그램/㎤인 신장된 필리폼 디스펜서.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 수은 함유 물질은 수은 및 티타늄을 포함하는 신장된 필리폼 디스펜서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 신장된 필리폼 디스펜서의 길이는 상기 신장된 필리폼 디스펜서의 최대 폭보다 2배 이상 크고, 상기 신장된 필리폼 디스펜서의 최대 폭은 1.5mm인 신장된 필리폼 디스펜서.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 신장된 필리폼 디스펜서는 측면을 따라 연장하는 슬릿(12)을 갖는 신장된 필리폼 디스펜서.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 신장된 필리폼 디스펜서는 무한 길이의 신장된 필리폼 디스펜서를 기계적 절단함으로써 생성되는 신장된 필리폼 디스펜서.
  14. 삭제
  15. 제 1 항에 따른 신장된 필리폼 디스펜서를 이용하여 램프를 제조하는 방법으로서,
    상기 램프 내에 상기 신장된 필리폼 디스펜서를 밀봉하는 단계를 포함하며,
    상기 신장된 필리폼 디스펜서는 이의 밀봉 이후에 상기 램프 내부에 남아 있는, 램프를 제조하는 방법.
  16. 제 1 항에 따른 신장된 필리폼 디스펜서를 이용하여 램프를 제조하는 방법으로서,
    상기 신장된 필리폼 디스펜서를 포함하는 충진관을 상기 램프의 단부에 일시적으로 연결하는 단계; 및
    상기 신장된 필리폼 디스펜서가 수은을 방출한 후, 상기 충진관을 상기 램프의 단부로부터 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 신장된 필리폼 디스펜서는 이의 밀봉 이후에 상기 램프 내부에 남아 있지 않는 램프를 제조하는 방법.
  17. 분말 형태의 활성 물질을 함유하며 두 개의 개구들을 갖는 수은 배출을 위한 신장된 필리폼 디스펜서를 포함하는 형광 램프로서, 상기 활성 물질은 수은을 배출하기 위한 수은 함유 물질을 포함하고, 상기 신장된 필리폼 디스펜서내의 분말 충진량이 5 내지 8.5 그램/㎤인 형광 램프.
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