KR101753408B1

KR101753408B1 - 방전 램프

Info

Publication number: KR101753408B1
Application number: KR1020110067852A
Authority: KR
Inventors: 타케히로 하야시
Original assignee: 가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2031-07-08
Also published as: JP5580136B2; JP2012038674A; CN102376523B; TW201222621A; TWI500069B; CN102376523A; KR20120015262A

Abstract

본 발명은 번잡한 작업 공정을 따를 것 없이, 방전 용기의 흑화를 방지하는것을 해결과제로 한다. 해결수단은 샷 블라스팅(shot blasting)에 의해서 양극(30)의 외주면(측면)(30 C)에 알루미나를 분사시켜, 산재한 상태로 알루미나(26)를 외주면(30 C)에 부착시킨다. 그리고, 알루미나(26)의 융점 이하로 양극(30)을 진공가열 처리해, 불순 가스를 없앤다. 램프를 점등 시동시키면, 양극(30)의 온도 상승에 수반해 알루미나(26)가 용해, 증발한다. 그리고, 증발한 알루미나가 발광관의 내면에 부착한다.

Description

방전 램프{Discharge Lamp}

본 발명은, 발광관내(發光管內)에 전극을 배치시킨 방전 램프에 관한 것으로, 특히, 쇼트 아크형 방전 램프 등 고휘도 방전 램프(HID 램프)에 사용되는 전극의 표면 구조에 관한 것이다.

쇼트 아크형(Short arc type) 방전 램프에서는, 석영 유리제의 방전관에 음극, 양극을 대향 배치시키고 있어 음극에서 양극으로 전자 방출에 의해서 아크 방전이 생겨 방전 발광한다. 전극 재료로서는, 점등 중의 전극 용해를 막기 위해, 고융점의 텅스텐(W)이 일반적으로 이용된다.

또, 고휘도 방전 램프에 사용되는 음극의 경우, 전자 방출 능력을 높여 고휘도로 발광시키기 위해, 동작 온도가 비교적 낮은 전자 방사성 물질(전자 방출 재료)인 산화 토륨(ThO₂)을 도핑한 텅스텐 음극(통칭, 토리탄 음극)이 이용된다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2 참조).

아크 방전하고 있는 동안, 전자 방출에 의해서 음극 첨단부 및 양극 첨단부의 온도가 상승한다. 전극 재료의 융점 부근까지 온도가 상승하면, 음극 첨단부, 양극 첨단부가 용해, 증발해 전극이 소모된다. 증발한 금속은 방전관 내벽에 부착해, 이것에 의해서 발광관 내벽이 흑화(黑化)한다. 즉, 금속의 부착이 투과율의 저하를 불러, 램프의 광출력이 저하된다. 또한, 발광관 내벽이 흑화하면, 흑화한 부분이 국소적으로 고온이 되어 발광관에 열로 인한 변형이 축적되어 램프가 파열하는 경우가 있다.

토리탄 음극의 경우, 토륨이 환원 작용에 의해서 단원자층을 전극 표면에 형성하지만, 표면에서 토륨으로부터 분리한 산소가 양극 첨단부의 텅스텐과 결합해, 이것이 양극 첨단부의 융점을 저하시켜, 전극을 소모시킨다. 이러한 전극 소모를 막기 위해, 예를 들면, 토리탄 음극을 성형한 후, 진공 가열 처리에 의해서 산화 토륨이 포함되지 않는 층(탈토륨층)을 음극 표면 부근에 형성한다(특허 문헌 3 참조).

혹은, 투명한 다결정체인 알루미나(Al₂O₃)를 발광관 내면에 코팅하는 것으로써, 발광관의 흑화를 막을 수 있다(특허 문헌 4, 5 참조). 알루미나는 방전관 재료의 석영 유리보다 화학적, 물리적으로 안정해, 점등중에 전극으로부터 방출되는 금속, 이온 등의 하전 입자, 화합물 등에 반응하지 않고, 발광관의 흑화현상을 막는다.

[특허 문헌 1] 일본 특개소(特開昭) 579044호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특개(特開) 200322780호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특개(特開) 2003257365호 공보

[특허 문헌 4] 일본 특개소(特開昭) 61294752호 공보

[특허 문헌 5] 일본 특개(特開) 2002157974호 공보

탈토륨층과 같이 특수한 금속층을 음극 표면 부근에 형성하는 공정은, 작업 공정이 번잡하여, 램프 생산 효율을 저하시킨다. 또, 아크 방전중, 음극 표면에 적당한 토륨층이 형성되지 않으면, 방전관의 흑화현상, 혹은 휘도 저하를 부른다.예를 들면, 전자를 방출하기 위해 음극 표면에 재결정하는 토륨이 너무 많으면, 전극 온도의 상승에 의해서 토륨이 증발해, 방전관에 부착한다. 반대로 토륨이 너무 적으면, 음극의 전자 방출 능력이 오르지 않는다.

한편, 방전관 내면에 알루미나 등을 코팅하는 공정도 번잡한 작업 공정이며, 생산 효율을 악화시킨다. 또, 코팅해도, 가열 성형한 방전관 자신이 열을 머금고 있어서, 열의 영향으로 인해 충분한 코팅 성능을 가질 수 없어서, 투과율이 저하한다.

본 발명의 방전 램프는, 번잡한 작업 공정을 할 필요가 없고, 방전 용기의 흑화를 막을 수 있는 방전 램프로서, 방전 용기와 방전 용기내에 대향 배치되는 양극 및 음극을 갖춘다. 예를 들면, 쇼트 아크형 방전 램프 등, 전극이 고온 상태로 고휘도의 빛을 출력하는 방전 램프가 구성된다. 다만, 쇼트 아크형 방전 램프 이외의 방전 램프의 전극에 적용해도 무방하다. 방전 용기는 빛을 투과하는 석영 유리 등에 의해서 구성될 수 있으며, 전극은 텅스텐 등의 금속재료에 의해서 구성되어도 좋다. 또, 양극으로 칼륨을 포함하여도 좋다.

본 발명에서는, 적어도 양극 표면에 대해서 미소한 도랑이 형성되어 있다. 예를 들면, 표면 처리를 가하여 미소한 도랑의 형성이 가능하다. 여기서의, 미소한 도랑이란, 예를 들면, 광택이 없는 까칠까칠한 상태(이지(梨地) 상태)를 말하며, 수십 ㎛ 단위의 도랑을 말한다. 표면 처리로서는, 샷 블라스트(shot blast), 습식 블라스트, 샌드 블라스트 등의 블라스트 처리에 의해서 표면 마무리를 실시하는 것이 가능하다. 혹은, 기계적 마무리나, 레이저 가공, 방전 가공 등의 표면 처리 이외의 방법에 따라 미세한 도랑(수백 ㎛ 단위의 도랑)을 형성한다. 즉 표면을 거칠게 하는 것도 가능하다. 이러한 미소한 도랑에 흑화 억제체가 비집고 들어갈 수 있어서, 양극 표면에 부착하기 쉬워지는 것이다.

그리고, 본 발명에서는, 방전 용기의 흑화를 막는 것(이하, 흑화 억제체라고 한다)이, 미소 도랑의 형성된 양극 표면에 산재, 부착된다. 여기서, 「흑화 억제체」란, 방전 용기의 조성재료(예를 들면, 석영 유리)에 반응하지 않고(흑화현상을 일으키지 않고), 방전 용기 내면에 부착해도 빛의 투과율을 가능한 한 저하시키지 않는 입상 물질, 조성물인 것을 나타낸다. 또, 「산재한다」는 것은, 표면상에서 드문드문(균일적으로 분산한 상태로) 점재(點在)하고 있는 것을 나타내는데, 예를 들면 흑화 억제체가 구석구석까지 양극 표면을 가리는 상태와는 다르다. 흑화 억제체는, 예를 들면 입자체(입체, 粒體), 분말과 같이 미소한 덩어리의 집합체에 의해서 구성되어 있으며, 그 크기는 한정되지 않는다. 양극 표면의 미소 도랑의 정도(사이즈)도, 흑화 억제체의 사이즈에 따라 정할 수 있다.

아크 방전에 의해서 양극 온도가 상승하면, 양극 표면에 부착한 흑화 억제체는 용해해, 증발한다. 양극 표면이 거친 상태에 있기 때문에, 흑화 억제체가 증발하기 쉽다. 방전 용기내에서 발생하고 있는 열대류에 의해 증발한 흑화 억제체는, 방전 용기 내면과 접촉해, 고체가 되어 부착한다. 흑화 억제체는 양극 표면에 산재하고 있기 때문에, 양극 표면으로부터 랜덤하게 증발해, 열대류에 의해서 방전 용기에 부착된다. 이와 같이, 본 발명에서는 코팅과 같은 보호 처리가, 램프 제조 후의 점등 동작에 의해서, 방전 용기 내면에 대해서 점등 시간 경과와 함께 행해진다.

텅스텐, 토륨 등 전극 재료가 되는 금속은 전극이 가열되면 용해, 증발해 방전 용기내에 부착하면, 방전 용기 내면의 흑화현상을 일으킨다. 특히, 쇼트 아크형 방전 램프의 경우, 음극, 양극 첨단부는 2000˚C부근까지 고온이 되므로, 전극 금속이 증발하기 쉽다.

그렇지만, 본원 발명에서는, 램프 제조 후에 점등 시동하면 미리 양극 표면에 부착시킨 흑화 억제체가 증발해, 방전 용기에 부착한다. 방전 용기 내면에 부착한 흑화 억제체는 방전 용기와 반응하지 않고, 빛의 투과율을 저하시키지 않기 때문에, 방전 용기를 흑화시키지 않는다.

한편, 흑화 억제체가 방전 용기 내면에 부착하면, 텅스텐 등 전극으로부터 증발하는 전극 재료의 금속, 혹은 수은 등 발광을 위해 방전관에 봉입된 금속은 유리와 반응하지 않는다. 즉, 흑화를 일으키는 금속이 방전 용기에 부착하는 것을 방해한다. 그 결과, 램프를 장시간 사용해도 흑화현상이 진행하지 않고, 안정된 조도로 램프가 계속 점등할 수 있다.

램프 제조 공정으로부터 점등 개시까지, 흑화 억제체를 박리하지 않고 확실히 양극 표면에 고정시키는 방법으로서는, 표면 처리를 하는 것이 바람직하다. 표면 처리에 의해서 양극 표면을 거칠게 하기 위해 흑화 억제체가 양극 표면에 강하게 부착해, 전극 가열 처리 등 램프 제조 공정 과정에서 흑화 억제체가 양극 표면으로부터 박리하지 않고, 제조후에 처음으로 램프를 점등할 때까지 흑화 억제체가 강하게 양극 표면에 대해 고정될 수 있도록 한다.

특히, 흑화 억제체를 확실히 부착시키기 위한 간단하고 쉬운 방법으로는, 블라스트 처리를 가해, 양극 표면에 흑화 억제체를 충돌시키는 것이 좋다. 흑화 억제체를 양극 표면에 고압축으로 내뿜어서, 요철 상태(광택이 없는 까칠까칠한 상태, 이지(梨地) 상태)가 양극 표면에 형성되도록 하는 한편, 충돌한 흑화 억제체의 일부는, 양극 표면을 함몰시키면서 충돌 고정된다. 블라스트 처리를 하기 위해, 흑화 억제체는 산재한 상태로 양극 표면에 부착한다.

또, 흑화 억제체를 양극 표면의 오목하게 형성된 오목부에 부착시키는 것으로, 흑화 억제체가 양극 표면으로부터 돌출하는 것을 막아, 램프 제조 공정의 진공 배기 처리 등에서 발광 관내에 흐름이 생겨도, 흑화 억제체가 박리되지 않는다.

텅스텐 등의 전극 금속이 증발하면, 방전 용기내에서 증발한 금속이 부유하고 있다. 점등 개시부터 가능한 한 빨리 흑화 억제체를 증발시켜, 방전 용기 내면에 부착시키기 위해서는, 양극의 전극 재료인 금속보다 먼저 증발하는 흑화 억제체를 사용하는 것이 좋다.

또, 수은이 방전 용기에 봉입되는 경우, 석영 등의 방전 용기는 수은, 혹은 산화수은과 반응한다. 방전 용기내에 수은이 비집고 들어가면, 발광에 기여하는 수은량이 감소해, 조도가 저하해 버린다. 이것을 막기 위해, 흑화 억제체는, 방전 용기의 조성 재료(석영 유리 등)에 대하여, 금속 혹은 금속 화합물과 화학반응을 일으키지 않는 흑화 억제체인 것이 바람직하다.

흑화 억제체로서는, 금속 흑화 억제체, 혹은, 금속 산화물 등의 금속 화합물흑화 억제체를 사용하면 좋다. 예를 들면 석영 유리에 대해서 반응하지 않는 알루미나(산화 알류미늄)를 사용하는 것이 바람직하다. 알루미나는 물리적, 화학적으로 안정한 다결정체이며, 예를 들면 투명 알루미나가 사용된다.

램프 시동후 가능한 빨리 흑화 억제체를 용해, 증발시키기 위하여, 흑화 억제체를 부착시키는 양극 표면 영역에 대해 가장 효율적으로 흑화 억제체가 용해, 증발하는 영역을 정할 수 있다.

한편, 양극을 윗쪽으로 해 전극을 연직 방향으로 배치한 형태로 방전 램프가 설치되는 경우, 양극 표면의 온도 분포가 특이한 분포를 갖는다. 즉, 음극으로부터의 전자 방출에 의해서 양극 첨단부가 매우 고온 상태가 되어, 음극 측에 가까운 전극 첨단부에 비해 전극 지지봉측의 양극 단면에서는 온도가 낮아진다. 또, 양극 외주면(측면)을 따라서 대류가 방전관내에서 발생한다.

따라서, 양극의 외주면(측면)을 따라서 흑화 억제체를 부착시켜 흑화 억제체를 빨리 용해시켜, 방전관 내면에 부착시키는 것이 가능해진다. 주방향에 따라서 부분적으로 부착시키는 것도 가능하고, 흑화 억제체를 주방향 전면에 걸쳐서 부착시켜도 괜찮다. 예를 들면, 양극이 테이퍼진 형태의 첨단부와 원주 모양 몸체부로부터 구성되는 경우, 흑화 억제체를 상기 몸체부의 외주면에 부착시키면 좋다. 특히, 점등 중의 양극 온도 분포를 분석해, 흑화 억제체가 가장 증발하기 쉬운 영역을 전극 축방향을 따라 집중적으로 흑화 억제체를 부착시킬 수도 있다.

알루미나를 확실히 양극 표면에 부착시키기 위해서는, 흑화 억제체가 끼워지는 듯한 미세 도랑(예를 들면, ㎛ 단위의 도랑)을(예를 들면, 주방향에 따라서) 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 미세 도랑에 흑화 억제체가 끼워지는 듯이 삽입됨에 따라, 양극 표면에 부착하기 쉬워진다. 또, 흑화 억제체가 증발하면, 미세 도랑이 방열 구조로서 기능한다. 예를 들면, 양극의 온도 분포로부터 최적인 영역에 미세 도랑을 형성하는 것이 좋다.

흑화 억제체의 부착량을 늘리기 위해서는, 양극의 외주면에 단면이 파형(波形)형상(콜 게이트 형상(주름이 잡혀있는 관 형상)) 도랑을 주방향에 따라 형성하는 것이 바람직하다. 이 도랑은, 상기 미세 도랑보다 훨씬 사이즈가 큰 도랑(예를 들면 mm단위)이며, 양극 표면에 경사면이 형성된다. 그 결과, 표면 처리 등에서 보다 많은 흑화 억제체를 부착시킬 수 있다. 예를 들면, 온도 분포를 고려해 가장 적합한 영역에 단면 파형형상의 도랑을 형성하면 좋다.

양극 표면에 미세한 요철이 형성되고 있으면, 램프 제조 공정에서 볼록부의 박리가 생기기 쉽고, 또, 먼지 등의 이물질이 양극 표면에 부착하기 쉬워진다. 이것을 막기 위해서는, 양극에 양극 외경보다 작은 외경의 축경부를 마련해 상기 흑화 억제체를 상기 축경부 표면에 부착시키는 것이 좋다. 양극 표면, 특히 외주면에 미세도랑, 단면 파형형상의 도랑이 형성되고 있는 경우에도, 효과적이다.

한편, 증발한 흑화 억제체를 방전관내의 대류에 실어 방전관 내면의 흑화가 생기기 쉬운 영역에 신속하게 부착시키기 위해서는, 양극의 전극 지지봉측 후단면에 볼록부를 형성하는 것이 좋다. 연직 윗쪽에서 하부(음극측)를 향해서 전극 지지봉에 따라서 강하하는 기류가 볼록부에 충돌해 상승 기류가 생기게 되므로, 양극의 외주면(측면)에 따른 상승 기류가 흑화 억제체를 방전관 내면의 흑화현상이 생기기 쉬운 영역에 중점적으로 옮길 수 있다. 따라서, 흑화에 기인하는 방전 용기의 열로 인한 변형을 억제할 수 있다. 예를 들면, 주방향에 따라서 비교적 큰 도랑을 형성한다.

본 발명의 방전 램프의 제조 방법은, 블라스트 처리에 의해 흑화 억제체를 양극 표면에 투사해, 상기 흑화 억제체를 상기 양극 표면에 산재 부착시켜, 상기 흑화 억제체의 융점 이하의 온도에서, 불순물을 제거하기 위한 가열 처리를 양극에 대해서 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 번잡한 작업 공정을 수반하는 일 없이, 방전 용기의 흑화를 막을 수 있다. 또, 흑화에 기인한 방전 용기의 열로 인한 변형의 축적을 억제해, 방전 용기의 파손을 막을 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태로서, 쇼트 아크형 방전 램프의 개략적 단면도이다.
도 2는 양극의 측면측이 본 확대 평면도이다.
도 3은 제2의 실시 형태로서, 양극 표면의 확대 단면도이다.
도 4는 제3의 실시 형태로서, 양극 평면도이다.
도 5는 제4의 실시 형태로서, 양극 평면도이다.
도 6은 제5의 실시 형태로서, 양극 단면도이다.
도 7 a, b는 블라스트 처리전과 블라스트 처리 후의 양극 측면의 전자현미경 확대 사진이다.
도 8은 본 실시예인 방전 램프의 양극 표면을 위에서 본 전자현미경 확대 사진이다.
도 9는 양극 표면을 경사 방향에서 본 전자현미경 확대 사진이다.

이하에서는, 도면을 참조해 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은 제1의 실시 형태로서, 쇼트 아크형 방전 램프의 개략적 단면도이다.

쇼트 아크형 방전 램프(10)는, 투명한 석영 유리제의 발광관(12)을 구비하며, 발광관(12)내에는 음극(20), 양극(30)이 소정간격을 가지고 대향 배치된다. 발광관(12)의 양측에는, 석영 유리제의 봉지관(13 A, 13 B)이 발광관(12)과 연결되어 일체로 형성되어 있다. 발광관(12)내의 방전 공간(S)에는, 수은 및 아르곤 가스등의 희소가스가 봉입되고 있다.

봉지관(13 A, 13 B)의 내부에는, 음극(20), 양극(30)을 지지하는 도전성의 전극 지지봉(17 A, 17 B)이 배설되고 있다. 전극 지지봉(17 A, 17 B)은 각각 금속박(16 A, 16 B)을 개입시켜 도전성의 리드봉(15 A, 15 B)과 접속된다. 봉지관(13 A, 13 B)은, 그 양단이 꼭지쇠(19 A, 19 B)에 의해서 막히게 되며 동시에, 내부에 설치된 유리관(도시하지 않음), 유리봉(도시하지 않음)과 용착(溶着)하여, 이것에 의해서 발광관(12)이 폐쇄된다.

리드봉(15 A, 15 B)은 외부의 전원부(도시하지 않음)에 접속되고 있어서, 리드봉(15 A, 15 B)을 개입시켜 음극(20), 양극(30)에 전력을 공급된다. 전압이 음극(20), 양극(30)의 사이에 인가되면, 음극(20), 양극(30)의 전극간에 아크 방전이 발생해, 발광관(12)의 외부를 향해 빛이 방사된다. 여기에서는, 양극(30), 음극(20)이 연직 방향에 따라서 줄서듯이 방전 램프(10)에 배치되어 있다.

도 2는, 측면측에서 본 양극의 확대 평면도이다.

양극(30)은 텅스텐 전극에 칼륨 0.002퍼센트를 함유시킨 전극으로서, 전극 지지봉(17B)과 연결된 원주형상 몸체부(30B)와, 몸체부(30B)로부터 음극(20)을 향해 테이퍼진 형상으로 된 첨단부(30A)로 구성되어 있다. 램프 점등중, 음극 첨단부로부터 전자가 방출해, 음극(20), 양극(30)의 사이에 아크 방전이 발생한다.

외경이 일정한 동체부(30B)의 외주면(측면)(30C)에는, 투명한 다결정체인 알루미나(26)(Al₂O₃)가 부착 영역(R)내에서 산재해, 부착되어 있다. 부착 영역(R)은, 전극축X방향을 따라서 소정의 폭을 갖고, 주방향 전체에 걸친 영역으로서 정해진다. 덧붙여 부착 영역(R)의 폭은 점등 중의 전극축X에 따른 양극 표면 온도 분포를 고려해 정할 수 있지만, 적어도 고온이 되는 첨단부측 양극 표면을 포함하도록 하는 것이 좋다.

알루미나(26)는 물리적, 화학적으로 안정된 결정체이며, 석영 유리의 발광관(12)과는 반응하지 않는다. 알루미나(26)는 양극(30)에 대한 표면 처리에 의해서 부착된다. 본 실시 형태에서는, 표면 처리로서 블라스트 처리, 구체적으로는, 알루미나를 양극(30)에 고압으로 분사하는 샷 블라스트를 실시하고 있다. 샷 블라스트 할 때는, 소정의 범위의 입경(105~125)인 알루미나 분말을 외주면(30C)의 부착 영역(R)을 향해서 고압으로 분사한다.

양극(30)의 외주면(30C)의 부착 영역(R)은, 알루미나가 분사된 결과, 까칠까칠한 상태(이지(梨地) 상태), 요철형상으로 형성된다. 즉, 미소한 요철이 있는 엉성한 표면이 된다. 또, 외주면(30C)에 충돌한 알루미나의 일부는, 외주면(30C)에 함몰한 상태로 꽂혀(침투하여), 스스로의 충돌에 의해서 외주면(30C)을 들어가게 하면서, 외주면(30 C)에 충돌 고정된다.

또, 샷 블라스팅을 할 때, 알루미나 분말을 외주면(30C)을 향해 균일하게 분사한다. 이로 인해, 부착하는 알루미나는 외주면(30C)전체에 분산해, 듬성듬성하게 산재 한다. 표면 처리를 실시하는 분사 장치(도시하지 않음)는, 알루미나가 외주면(30C)에 충돌한 후에 그대로 부착하도록, 분사 압력을 설정한다.

블라스트 처리를 하면, 진공 분위기로 양극(30)을 가열한다. 가열 처리는 알루미나의 융점보다 낮은 온도로 실시해, 알루미나의 증발을 막는다. 예를 들면, 약 1600˚C로 수분에서 수십 분간, 양극(30)을 가열한다. 이것에 의해, 양극(30)에 부착한 알루미나가 외주면(30C)에 친밀하게 되어 고정됨과 동시에, 전극 조립시의 공정에서 전극에 포함되게 된 불순물이 제거된다.

램프 제조 후에 램프를 점등 시동하면, 양극(30)의 온도가 알루미나의 융점 부근(약 2000˚C)에까지 이른다. 그 결과, 알루미나(26)가 용해, 증발한다. 점등 시간의 경과와 함께 알루미나(26)가 차례 차례로 증발해, 최종적으로는 양극(30)에 부착하고 있던 대부분의 알루미나는 양극(30)으로부터 분리된다. 증발한 알루미나는, 발광관(12)내의 열대류에 의해서 발광관(12)의 내면의 소정 영역에 부착한다. 이 영역은, 열대류에 의해서 금속 등이 비교적 부착하기 쉬운 영역으로 한다.

발광관(12)의 내면 전체에 걸쳐 부착되는 알루미나는, 코팅막과 같은 기능을 한다. 즉, 발광관(12)내에서 증발해 부유하고 있는 텅스텐, 토륨, 혹은 방전 발광에 의해서 생기는 산화수은, 그 외의 불순물 등은 발광관(12)의 내면의 알루미나가 부착한 영역에는 부착하지 않고, 알루미나에 부착하지 않은 영역에 부착하든가 계속 부유하게 된다.

이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 샷 블라스트에 의해서 양극(30)의 외주면 (30C)에 알루미나를 분사시켜, 산재한 상태로 알루미나(26)를 측면(30C)에 부착시킨다. 그리고, 알루미나(26)의 융점 이하로 양극(30)을 진공가열 처리해, 불순 가스를 없앤다. 램프를 점등 시동시키면, 양극(30)의 온도 상승에 수반해 알루미나 (26)가 용해, 증발한다. 그리고, 증발한 알루미나는 발광관(12)의 내면에 부착한다.

텅스텐의 융점은 매우 높지만, 음극 첨단면, 양극 첨단면이 매우 가열되면, 텅스텐이 증발하게 된다. 또, 발광관 내에 봉입된 수은은 산소와 반응해 산화수은을 생성하게 되어, 이것이 발광관 내면에 부착한다. 이러한 산화수은, 텅스텐의 부착은 발광관의 흑화를 진행시킨다.

한편, 알루미나는 투명한 다결정체이며, 발광관(12)의 재료인 석영 유리와 비교해서 텅스텐, 수은 혹은 방전 발광 중에 발생하는 불순 가스, 하전 입자 등과 반응을 일으키지 않고 안정되어 있다.

본 실시 형태에서는, 램프 제조 후에 점등 시동시킨지 얼마되지 않아서, 알루미나가 증발해 발광관(12)내에 부착하게 된다. 이러한 알루미나의 부착은 텅스텐의 증발보다 빠르며, 음극 첨단부로부터 증발하는 토륨의 증발과 거의 동시에 일어나게 된다. 그 결과, 양극 측면(30C)에 부착해 있던 알루미나(26)는, 흑화를 막도록 발광관(12)의 내면상으로 먼저 이동하게 된다.

그 때문에, 텅스텐, 산화수은이 발광관(12)내에서 부유해도 발광관(12)에 부착하지 않고, 텅스텐, 산화수은이 발광관 내면에 부착해 발광관이 흑화하는(투과율이 저하하는) 것을 전체적으로 막을 수 있다. 또, 발광관(12)내에서는 열대류가 생기고 있기 때문에, 증발한 알루미나는 발광관(12)의 내면의 흑화현상이 생하기 쉬운 영역에 중점적으로 부착해서, 발광관(12)을 흑화로부터 막게 된다.

이러한 코팅에 의한 보호 기능을 램프 제조 공정중 코팅 작업없이 실현시키고 있기 때문에, 램프 제조 공정에 번잡한 작업을 할 필요가 없다. 게다가 전극 표면의 표면 마무리로서 블라스트 처리를 하기 때문에, 이로 의하여 알루미나를 부착시키는 것이 가능하고, 알루미나를 부착시키기 위한 공정을 별도로 마련할 필요가 없다.

양극 표면을 거칠게 하고 요철을 형성한 상태에서 알루미나가 표면에 꽂혀서 파고드는, 혹은 함몰한 상태로 부착되고 있기 때문에, 알루미나(26)은 확실히 양극 표면에 부착할 수 있게 된다. 그 때문에, 램프점 등 시동전의 제조공정 도중에 박리되는 것이 방지될 수 있다. 게다가, 알루미나는 양극이 일체로 성형된 후에 양극 표면에 부착되어 고정된다. 즉, 양극 내부에 혼입되는 경우와 비교하면, 알루미나는 양극 표면에 대해서 강고한 결합체를 형성하고 있지 않기 때문에, 전극 온도가 알루미나 융점 부근까지 상승하면, 알루미나가 양극 표면으로부터 용이하게 증발할 수 있다.

방전 램프 점등중, 양극이 음극 윗쪽에 배치되어 있어 방전 공간내의 열대류에 의해서 양극 측면을 따라서 상승류가 발생한다. 본 실시 형태에서는, 알루미나가 양극 측면에 부착되고 있기 때문에, 알루미나가 조기에 증발해 전극축 윗쪽으로 향하는 대류에 의해서 방전 공간내를 신속히 이동하여 발광 관내에 부착한다. 또한, 알루미나의 부착 영역(R)이 점등중의 양극 온도 분포에 근거하여 정해져 있기 때문에, 확실히 알루미나를 증발시키는 것이 가능해진다.

본 실시 형태에서는, 방전 공간내에서 대류를 이용해 이동하기 쉬운 양극 측면에 알루미나를 부착시켰지만, 그 이외의 양극 표면 부분에 알루미나를 부착시켜도 괜찮다. 또, 알루미나 이외의 분말, 입자체(입체, 粒體)를 양극에 대해 분사시켜도 괜찮다. 분사하는 입자체로서는, 발광관의 투과율을 저하시키지 않는 투명성이 있는 결정체이며, 석영 유리 등 발광관 재료, 혹은 텅스텐, 수은, 방전 가스 등 발광 관내부에서 대류하는 물질, 화합물과 화학반응을 일으키지 않고, 물리적, 화학적으로 안정된 입자체(금속립체, 금속 산화물 등)이면 좋다.

블라스트 처리로서는, 샌드 블라스트, 습식 블라스트(액체 호닝), 샷 블라스트 등 어느 방법으로 해도 무방하다. 또, 블라스트 이외의 방법으로 양극을 표면 가공 처리해, 알루미나를 부착시키도록 구성해도 괜찮다. 또한 표면 가공 처리 이외의 방법에 따라(예를 들면, 입자체를 강하게 밀어눌러서 양극 표면 내부에 비집고 들어가게 하는 등) 입자체를 양극 표면에 산재, 부착시켜도 괜찮다.

다음, 도 3을 이용해 제2의 실시 형태인 방전 램프에 대해 설명한다. 제2의 실시 형태에서는, 양극 표면의 주방향에 따라서 미세한 도랑이 형성되고 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 실질적으로 제1의 실시 형태와 같다.

도 3은, 제2의 실시 형태에 있어서의 양극 표면의 확대 단면도이다.

양극(130)의 표면(130C)에는, 레이저 가공, 브레이드 가공, 방전 가공 등에 의해, 미소 피치의 도랑(13ON)(여기에서는, 미세도랑이라고 한다)가 주방향을 따라서 형성되어 일련의 도랑이 축방향으로 소정폭을 가지고 형성되고 있다.

미세도랑(13ON)의 오목부(130G)는 쐐기 모양(예각 상태)으로 형성되어 블라스트 처리 시에 알루미나가 오목부(130G)에 들어맞도록, 마이크로 미터(㎛)를 오더로 하는 피치(J)의 도랑이 형성되고 있다. 미세도랑(130N)에 형성되는 양극 표면 영역은, 제1의 실시 형태에 설명한 부착 영역(R)의 일부, 혹은 전체 영역이며, 특히 점등중 알루미나가 증발하기 쉬운 영역으로 정해진다.

미세도랑(13ON)과 교대로 나타나는 표면의 볼록부(130T)가 박리해 자신의 오목부(130G)에 삽입되는 것을 막기 위해, 미세도랑(13ON)의 피치(J)는 상대적으로 크게 정해져 있다.

즉, 볼록부(130T)의 폭은 오목부(130G)의 폭보다 충분히 크다.

이러한 미세도랑을 형성하는 것으로써, 샌드 블라스트 처리에 의해서 알루미나가 한층 더 확실하게 표면 부착할 수 있도록 하여, 램프 제조시에 있어도 밀착하도록 한다. 또, 전극축 방향에 따른 온도 분포에 근거해, 가장 효과적으로 알루미나 증발이 실현될 수 있는 영역에 미세도랑(130)을 형성하고 있기 때문에, 알루미나 증발이 확실히 된다. 게다가 알루미나가 증발한 후, 미세도랑(130)이 방열핀의 기능을 완수해, 전극의 과열을 막을 수 있다.

덧붙여 블라스트 처리 이외의 방법에 의해서 알루미나를 미세도랑에 부착시켜도 괜찮다. 예를 들면, 알루미나를 양극 표면에 꽉 누르는 것에 의해서 부착시키는 것도 가능하다. 또, 알루미나 부착 영역을 보다 특정의 영역에 집중시켜도 괜찮다.

다음, 도 4를 이용해 제3의 실시 형태인 방전 램프에 대해 설명한다. 제3의 실시 형태에서는, 양극 표면에 콜 게이트 형상(단면 파형형상)의 도랑이 형성되고 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제1의 실시 형태와 같다.

도 4는, 제3의 실시 형태에 있어서의 양극 평면도이다.

양극(230)의 외주면(230C)에는, 콜 게이트 형상 도랑(230W)이 알루미나의 부착영역(R)의 일부인 영역(W)에 형성되고 있다. 콜 게이트 형상 도랑(230W)은, 전극 축방향에 따라서 일련의 톱 단면 파형을 형성하는 도랑이며, 알루미나 입자보다 충분히 큰(눈으로 확인 가능) 오목부가 형성되고 있다. 여기에서는, 절삭 가공등에 의해, 밀리미터(mm)의 오더로 도랑(230W)의 외주면(230C)의 주방향에 따라서 형성되어 있다.

콜 게이트 형상 도랑(230W)은 주방향을 따라서 형성되는 것으로, 양극 표면의 면적이 확대한다. 그 때문에, 알루미나의 부착량이 증가하는 것과 동시에, 경사 방향으로 샌드 블라스트를 함에 있어서 알루미나의 부착이 용이하게 된다.

덧붙여 제2의 실시 형태와 같이, 블러스트 처리 이외의 방법에 의해서 알루미나를 미세도랑에 부착시켜도 괜찮다. 또, 제2의 실시 형태로 설명한 미세도랑을, 콜 게이트 형상 도랑 위에 한층 더 형성하여 구성해도 괜찮다.

다음에, 도 5를 이용해 제4의 실시 형태인 방전 램프에 대해 설명한다. 제4의 실시 형태에서는, 양극 표면에 외경이 작은 세경부가 형성되고 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제3의 실시 형태와 실질적으로 같다.

도 5는, 제4의 실시 형태에 있어서의 양극 평면도이다. 양극(330)에는, 전극 지지봉 부근의 단부(33OA)에 비교하여 외경이 상대적으로 작은 세경부(330B)가 폭(Z) 간격으로 건너 형성되고 있다. 그리고, 양극 표면(330C)의 일부 영역(R)에 대해서 알루미나가 샌드 블라스트 처리에 의해서 부착되어 있다. 게다가 콜 게이트 형상 도랑(330W)가 영역(W)에 걸쳐 주방향으로 형성되어 있다.

이러한 세경부를 양극에 형성함으로써, 램프 제조시에 부착한 알루미나가 박리하는 것을 방지하는 것이 가능하다. 또, 알루미나가 미소한 티끌 등 이물질과 함께 양극 표면에 부착하는 것을 막는다. 게다가 샌드 블라스트 처리에 의해서 표면에 형성된 미세한 볼록부분, 혹은 미세도랑의 볼록부분이 박리 하는 것을 막아, 혹은 이물질과 일체로 부착하는 것을 막을 수 있다.

덧붙여 샌드 블라스트 등의 표면 처리 이외의 방법에 따라 알루미나를 부착시켜도 괜찮다. 또, 콜 게이트 형상 도랑을 형성하지 않아도 되고, 미세도랑을 형성하지 않아도 되다.

다음, 도 6을 이용해 제5의 실시 형태인 방전 램프에 대해 설명한다. 제5의 실시 형태에서는, 전극 배면 측에 오목부가 형성되고 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제3의 실시 형태와 실질적으로 같다.

도 6은, 제5의 실시 형태에 있어서의 양극 단면도이다. 양극(430)의 전극 지지봉측 단면에는, 도랑(430M)이 주방향을 따라서 원을 그리도록 형성되어 있다. 알루미나는 영역(R)에 걸쳐 부착되며, 콜 게이트 형상 도랑(430W)이 영역(W)에 걸쳐 주방향으로 형성되고 있다.

이러한 구덩이가 되는 오목부를 양극 단면 측에 마련하는 것으로, 램프 점등중에 생기는 하강기류가 전극과 충돌해, 상승 기류와 함께 윗쪽으로 흘러 간다. 상승기류와 함께 상승한 알루미나가 방전관내의 표착하기 쉬운 부분으로 신속히 이동하게 되어, 미리 알루미나 부착시키는 영역을 집중시켜 코팅 효과를 높일 수 있다.

이하, 방전 램프의 실시예에 대해 설명한다.

[실시예 1]

본 실시예의 방전 램프는, 제1의 실시 형태로 설명한 방전 램프에 해당한다.

도 7은, 블라스트 처리 전과 블라스트 처리 후의 양극 측면의 전자현미경 확대 사진이다. 도 7a에 나타난 바와 같이, 블라스트 처리전에는, 양극 측면은 거의 평활하다. 한편, 블리스트 처리 후의 양극 측면은, 광택이 없는 거슬거슬한 상태(이지(梨地) 상태)가 되며, 미세한 요철 형상이 된다. 도 7b의 확대 사진에서는, 알루미나의 예리한 형상에 꽂힌 부분, 전극 파편이 부착하고 있는 부분과 함께, 알루미나가 양극 측면으로 충돌해, 파고든 상태로 고정되어 있는 부분을 보이고 있다.

[실시예 2]

본 실시예는, 제2의 실시 형태에 있어서의 방전 램프에 해당한다.

도 8은, 본 실시예인 방전 램프의 양극 표면을 위에서 본 전자현미경 확대 사진이다. 도 9는, 양극 표면을 경사 방향에서 본 전자현미경 확대 사진이다.

도 8, 도 9로부터 분명히 표시된 바와 같이, 양극 표면에는 도랑 피치가 도랑 폭보다 큰 미세도랑이 주방향에 따라서 형성되고 있다. 그리고, 대량의 알루미나가 미세도랑의 부분에 제대로 삽입되어 부착하고 있는 것을 알 수 있다.

[실시예 3]

본 실시예의 방전 램프는, 제5의 실시 형태로 설명한 방전 램프에 해당한다.

알루미나를 양극 표면에 부착시켰을 때에 발광관의 흑화를 억제하는 효과를 확인하는 실험을 실시했다. 실시예의 쇼트 아크형 방전 램프는, 외경 121mm, 용적 885cc, 석영 유리로부터 완성되는 발광관을 갖춘다. 발광 관내에는, 약 30mg/cc의 수은을 봉입했다.

또, 상온시에 약 190 kPa가 되도록 아르곤 가스를 봉입했다.

양극은, 중량비 약 0.002%의 칼륨을 포함한 텅스텐 전극이다. 음극은, 중량비 약 2%의 산화 토륨(ThO₂)을 도핑한 텅스텐 전극이며, 전극간 거리는 약 12mm로 설정되어 있다. 양극, 음극 형상은 상기 실시 형태에 나타낸 형상과 거의 같다. 음극에는, 가는 테이퍼진 첨단부가 형성되고 있다.

양극의 콜 게이트 형상 도랑이 형성된 측면에 대해, 알루미나(Al₂O₃)를 분사하는 블라스트 처리를 실시해, 양극 측면을 표면 가공했다. 입경 약 115의 알루미나 분말을 사용해, 가압 가스의 분사 압력으로 알루미나 분말을 양극 측면의 소정 영역에 충돌시켜, 표면 완성해를 하는 동시에, 알루미나를 부착시켰다.

한편, 비교예로서 알루미나의 부착을 제외하면 본 실시예와 같은 구성인 쇼트 아크형 방전 램프를 준비했다.

그리고, 알루미나 증발의 확인 실험을 실시했다. 여기에서는, 양극을 진공 환경에서 가열 처리를 실시해, 실제로 램프 점등시의 전극 온도 환경(1500˚C 이상)을 만들어, 알루미나 융점보다 낮은 전극 온도, 높은 전극 온도로 알루미나 잔류량을 조사했다.

전극을 1500˚C에 가열했을 때에는 알루미나가 잔류하고 있었지만, 2200˚C까지 가열하면, 알루미나는 잔류하지 않았다.

다음에, 알루미나를 양극 표면에 부착시키는 것으로 흑화를 방지하는 확인 실험을 실시했다. 여기에서는, 상기 실시예의 쇼트 아크형 방전 램프에 대해, 12 kW의 전력으로 점등시켜, 1000시간의 점등 후의 발광 관내면의 흑화 상태를 검사했다.

조도 유지율은, 350nm 부근에 감도를 가지는 조도계에 의해 측정했다. 콜 게이트 형상 도랑이 형성되지 않고, 샌드 블라스트 처리에 의한 알루미나 부착이 없는 종래 램프의 조도 유지율이 67%인데 대해, 실시예인 본 램프의 조도 유지율은 75%가 되어, 발광관의 흑화를 억제하는 것이 확인되었다.

10　쇼트 아크형 방전 램프
12　발광관(방전 용기)
20　음극
26　알루미나
30　양극

Claims

방전 용기와,
상기 방전 용기 내에 대향 배치되는 양극 및 음극을 구비하고,
적어도 양극 표면에 미소한 요철이 형성되고,
흑화 억제체가 구석구석까지 상기 양극 표면을 덮는 상태와는 상이하게 상기 양극 표면에 산재하여 부착하고 있고, 점등시에 상기 양극의 전극 재료인 금속보다 먼저 증발하는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
삭제
제1항에 있어서,
상기 흑화 억제체가 상기 방전 용기의 조성 재료와 비교해서 점등시에 상기 방전 용기내에서 부유하는 금속 혹은 금속 화합물과 화학반응을 일으키지 않는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 흑화 억제체가 금속입자체 혹은 금속 화합물입자체인 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 흑화 억제체가 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 흑화 억제체가 상기 양극 표면의 오목한 부분에 부착하고 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 양극 표면에 상기 흑화 억제체를 충돌시키는 블라스트 처리에 의해서 상기 양극이 표면 처리되어, 상기 흑화 억제체가 상기 양극 표면을 함몰시키면서 충돌 고정하고 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 흑화 억제체가 상기 양극 외주면에 부착하고 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 양극은 테이퍼진 첨단부와 원주모양 몸체부로 이루어지며,
상기 흑화 억제체가 상기 몸체부의 외주면에 부착하고 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 양극의 외주면에 미세 도랑이 형성되어 있어, 상기 미세 도랑에 상기 흑화 억제체가 끼워질수 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제10항에 있어서,
상기 미세 도랑의 도랑 간격이 상기 흑화 억제체의 크기 이상인 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 양극의 외주면에, 단면이 파형 형상인 도랑이 형성되고 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 양극이 양극 외경보다 작은 외경의 축경부를 가지며,
상기 흑화 억제체가 상기 축경부 표면에 부착하고 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 양극이 칼륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 양극의 전극 지지봉측 후단면에, 오목하게 형성된 오목부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
블라스트 처리에 의해 흑화 억제체를 양극 표면에 투사하여, 상기 흑화 억제체를 구석구석까지 상기 양극 표면을 덮는 상태와는 상이하게 상기 양극 표면에 산재 부착시키고, 상기 흑화 억제체의 융점 이하의 온도에 의해서, 불순물을 제거하기 위한 가열 처리를 양극에 대해서 실시하고, 점등 시에 상기 흑화 억제체가 상기 양극의 전극 재료인 금속보다 먼저 증발하는 것을 특징으로 하는 방전 램프의 제조 방법.