KR101808241B1 - 아크튜브 실링장치 및 실링방법 - Google Patents

아크튜브 실링장치 및 실링방법 Download PDF

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Abstract

실시 예는, 복수 개의 아크튜브를 수용하는 복수 개의 공간부를 포함하고, 상기 아크튜브의 하단부에 제1전극을 고정하는 제1실링부; 상기 아크튜브의 상단부를 고정하는 커버; 상기 아크튜브의 상단부에 제2전극을 고정하는 제2실링부; 및 상기 복수 개의 공간부와 연통되고 냉매가 순환하는 제1채널을 포함하는 아크튜브 실링장치 및 실링방법을 개시한다.

Description

아크튜브 실링장치 및 실링방법{APPARATUS AND METHOD FOR SEALING ARC-TUBE}
실시 예는 아크튜브를 실링하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
고휘도 방전램프(HID Lamp)는 밀폐된 아크튜브 내에 고압을 걸기 위한 2개의 전극이 마련되고, 소정의 충전물(예를 들면, 할로겐화물, 수은, 아르곤, 네온, 나트륨 또는 회가스 등)이 2개의 전극 사이에 발생하는 전기 아크에 의해 여기되어 빛을 발산한다.
아크튜브는 석영, 유리가 사용되었으나, 최근에는 효율을 높이기 위해 알루미나 등의 세라믹이 선택될 수 있다.
아크튜브는 가스 충전 후 배기를 위해 냉각할 수 있다. 그러나 기존의 자연 냉각 방식으로는 냉각 시간이 오래 소요되는 문제가 있다.
실시 예는 아크튜브를 신속히 냉각할 수 있는 아크튜브 실링장치 및 실링방법을 제공한다.
또한, 실시 예는 아크 튜브를 대량 생산할 수 있는 아크튜브 실링장치 및 실링방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시 예에 따른 아크튜브 실링장치는, 복수 개의 아크튜브를 수용하는 복수 개의 공간부를 포함하고, 상기 아크튜브의 하단부에 제1전극을 고정하는 제1실링부; 상기 아크튜브의 상단부를 고정하는 커버; 상기 아크튜브의 상단부에 제2전극을 고정하는 제2실링부; 및 상기 복수 개의 공간부와 연통되고 냉매가 순환하는 제1채널을 포함한다.
상기 아크튜브는 내부에 가스가 충전되는 몸체부와, 상기 몸체부와 연통되고 제1전극이 배치되는 하단부, 및 상기 몸체부와 연통되고 제2전극이 배치되는 상단부를 포함할 수 있다.
상기 제1실링부는 상기 공간부와 연통되어 상기 아크튜브의 하단부가 삽입되는 제1홈부, 상기 몸체부가 안착되는 거치대, 및 상기 하단부를 가열하는 제1히터를 포함할 수 있다.
상기 제1실링부는 상기 제1홈부의 외측에 배치되어 냉매가 순환하는 제2채널을 포함할 수 있다.
상기 제1실링부는 제1홈부의 내측에 배치되어 상기 아크튜브를 향해 냉매를 분사하는 노즐을 포함할 수 있다.
상기 커버는 상기 아크튜브의 상단부가 관통하는 삽입홀, 및 삽입홀의 내벽으로 돌출되어 상기 상단부를 고정하는 돌출돌기를 포함할 수 있다.
상기 제2실링부는 상기 아크튜브의 상단부가 삽입되는 제2홈부, 및 상기 상단부를 가열하는 제2히터를 포함할 수 있다.
상기 제1홈부는 상기 제1전극을 고정하는 제1결합부를 포함하고, 상기 제2홈부는 상기 제2전극을 고정하는 제2결합부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 아크튜브 실링방법은, 제1실링부의 공간부에 아크튜브를 배치한 후 아크튜브의 상단부를 커버에 고정하는 준비단계; 상기 아크튜브의 하단부에 전극을 삽입하고 실링하는 제1실링단계; 상기 공간부에 냉매를 순환시켜 상기 아크튜브를 냉각시키는 제1냉각단계; 상기 아크튜브의 상단부를 제2실링부에 삽입한 후 전극을 삽입하고 실링하는 제2실링단계; 및 상기 공간부에 냉매를 순환시켜 상기 아크튜브를 냉각시키는 제2냉각단계를 포함한다.
실시 예에 따르면, 아크튜브를 신속히 냉각할 수 있어 생산 효율이 향상될 수 있다. 또한, 아크 튜브를 대량 생산할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크튜브 실링장치의 개념도이고,
도 2는 아크튜브를 포함하는 램프의 개념도이고,
도 3는 도 1의 A부분 확대도이고,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크튜브 실링장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 도 3의 제1변형예이고,
도 6은 도 3의 제2변형예이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크튜브 실링장치의 개념도이고, 도 2는 아크튜브를 포함하는 램프의 개념도이고, 도 3는 도 1의 A부분 확대도이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 아크튜브 실링장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 실시 예에 따른 아크튜브 실링장치는 복수 개의 아크튜브(130)를 수용하는 제1실링부(10), 아크튜브(130)의 상단을 고정하는 커버(20), 아크튜브(130)에 제2전극(133)을 고정하는 제2실링부(30), 및 냉매가 순환하는 제1채널(40)을 포함한다.
제1채널(40)을 통해 냉매가 제1실링부를 순환함으로써 가열된 아크튜브(130)를 신속히 냉각할 수 있다. 여기서 냉매는 열을 흡수할 수 있는 다양한 매체(예를 들면, 공기, 액화 질소 등)를 모두 포함할 수 있다. 제1채널(40)은 다양한 구조의 냉각기 및 칠러(Chiller)와 연동될 수 있다.
도 2를 참고하면, 고휘도 방전램프(HID Lamp)는 소켓(110), 소켓(110)과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드선(141, 142), 및 한 쌍의 리드선(141, 142)과 전기적으로 연결되는 2개의 전극(134, 135)을 가지며 충전물과 충전가스가 채워지는 아크튜브(130)를 포함한다. 충전물은 2개의 전극(134, 135) 사이에 발생하는 전기 아크에 의해 여기되어 빛을 발산한다. 충전물은 할로겐화물, 수은, 아르곤, 네온, 나트륨 또는 회가스를 포함할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
아크튜브(130)는 내부에 가스가 충전되는 몸체부(131)와, 몸체부(131)와 연통되고 제1전극(134)이 배치되는 하단부(132), 및 몸체부(131)와 연통되고 제2전극(133)이 배치되는 상단부(135)를 포함한다. 아크튜브(130)는 세라믹 재질을 포함할 수 있으며, 두께는 0.5mm 내지 2.0mm일 수 있다.
본 실시 예에 따른 실링장치는 아크튜브(130)에 제1전극(134)과 제2전극(133)을 삽입하고 실링하는 글로브 박스일 수 있다.
도 3을 참고하면, 제1실링부(10)는 공간부(11)와 연통되어 아크튜브(130)의 하단부(132)가 삽입되는 제1홈부(12), 아크튜브(130)의 몸체부(131)가 안착되는 거치대(14), 및 하단부(132)를 가열하는 제1히터(13)를 포함한다. 아크튜브(130)의 몸체부(131)는 거치대(14)에 고정되며 하단부(132)는 제1히터(13)가 배치된 제1홈부(12)에 삽입된다.
커버(20)는 아크튜브(130)의 상단부(135)가 관통하는 삽입홀, 및 삽입홀의 내벽으로 돌출되어 상단부(135)를 고정하는 돌출돌기(21)를 포함한다. 커버(20)는 아크튜브(130)가 제1실링부(10)가 안착되면 하강하여 상단부(135)를 고정할 수 있다.
아크튜브(130)는 몸체부(131)가 거치대(14)에 고정되고 상단부(135)가 커버(20)에 의해 고정될 수 있다.
제1전극(134)은 아크튜브(130)의 하단부(132)로 삽입될 수 있다. 이때, 제1홈부(12)는 제1전극(134)을 고정하는 제1고정부(12a)를 포함할 수 있다. 아크튜브(130)에 삽입되는 2개의 전극 거리는 방전램프의 성능(밝기)에 큰 영향을 미친다. 거치대(14)와 제1고정부(12a)에 의해 제1전극(134)의 삽입 위치가 고정되므로 아크튜브(130)에 삽입되는 깊이가 항상 일정한 장점이 있다.
제1전극(134)의 외주면에는 프릿링(frit ring, 134a)이 배치될 수 있다. 프릿링(134a)은 제1히터(13)에 의한 유도 가열에 의해 용융되어 아크튜브(130)의 하단부(132)와 제1전극(134) 사이를 실링하게 된다. 제1히터(13)는 아크튜브(130)를 약 1600℃로 가열할 수 있다.
1차 실링 후 충전물을 삽입 및 배기하기 위해 아크튜브(130)를 약 600℃까지 냉각한다. 제1채널(40)은 복수 개의 공간부(11)와 연통되어 냉매를 분사함으로써 가열된 아크튜브(130)를 냉각시킬 수 있다.
이때, 제1채널(40)을 순환하는 냉매의 유량은 5㎖/sec 내지 30㎖/sec이고, 유속은 0.1m/sec 내지 2m/sec일 수 있다. 냉매의 유량이 5㎖/sec 미만이거나 유속이 0.1m/sec미만인 경우에는 신속한 냉각이 어려운 문제가 있으며, 냉매의 유량이 30㎖/sec를 초과하거나 유속이 2m/sec를 초과하는 경우에는 두께는 0.5mm 내지 2.0mm인 실리콘 재질의 아크튜브에 크랙이 발생하는 문제가 있다.
아크튜브(130)가 냉각되면 상단부(135)를 통해 질소와 같은 가스, 메탈 할라이드(Metal Halide) 및 수은 등의 봉입물을 충진한 후, 배기(exhausting)할 수 있다. 메탈 할라이드는 할라이드 계통 원소(나트륨, 탤리엄, 황 등)의 분리에서 발생하는 복사열이 가시광을 발생시켜 소정의 램프의 색을 발현시키는 물질이다.
제2실링부(30)는 아크튜브(130)의 상단부(135)가 삽입되는 제2홈부(31), 및 상단부(135)를 가열하는 제2히터(32)를 포함할 수 있다. 제2실링부(30)는 배기가 완료되면 하강하여 아크튜브(130)의 상단부(135)에 제2전극(133)을 삽입하고 실링할 수 있다. 제2전극의 삽입과 실링 공정은 제1실링부(10)와 동일하게 수행될 수 있다.
제2홈부(31)는 제2전극(133)을 고정하는 제2고정부(33)를 포함할 수 있다. 아크튜브(130)에 삽입되는 2개의 전극 거리는 방전램프의 성능(밝기)에 큰 영향을 미친다. 제1고정부(12a)에 의해 제1전극(134)의 삽입 위치가 고정되고, 제2고정부(33)에 의해 제2전극(133)의 삽입 위치가 고정되므로 방전램프의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 실링이 완료되면 제1고정부(12a)와 제2고정부(33)는 전극(133, 134)과 분리될 수 있다. 분리과정은 다양한 구조가 모두 적용될 수 있다. 일 예로, 유압, 나사 분리 등에 의해 분리될 수 있다.
도 4a와 같이 아크튜브(130)가 제1실링부(10)에 안착되면, 도 4b와 같이 커버(20)가 하강하여 아크튜브(130)의 상단부(135)를 고정한 후 1차실링을 수행한다. 이후, 도 4c와 같이 제2실링부(30)가 하강하여 2차실링을 진행한다.
도 5는 도 3의 제1변형예이고, 도 6은 도 3의 제2변형예이다.
도 5를 참고하면, 제1홈부(12)의 외측에는 냉매가 순환하는 메인 채널(16) 및 메인 채널(16)과 연통된 제2채널(16a)이 배치될 수 있다. 제2채널(16a)에는 냉매가 순환하여 제1실링부(10)를 냉각할 수 있다. 이러한 구성에 의하면 제1채널(40)에 의해 아크튜브(130)가 냉각되는 동시에 제2채널(16a)에 의해 제1실링부(10)가 냉각되므로 아크튜브(130)를 더욱 신속하게 냉각시킬 수 있다.
이때, 제2채널(16a)은 거치대(14a)를 순환하거나 또는 접촉할 수도 있다. 거치대(14a)는 아크튜브(130)의 몸체부(131)와 접촉하고 있으므로 거치대(14)가 냉각되는 경우 아크튜브(130)를 더욱 신속하게 냉각할 수 있다. 거치대(14)는 열전도율이 좋은 금속 재질일 수 있다. 일 예로 거치대(14a)는 SUS 재질일 수 있다.
도 6을 참고하면, 제1홈부(12)의 내측에 배치되어 아크튜브(130)를 향해 냉매를 분사하는 노즐(16b)을 더 포함할 수 있다. 또한, 제1실링부(10)의 공간부의 상측(15)에 냉매 채널(15a)이 형성되어 아크튜브(130)를 향해 냉매를 직접 분사할 수도 있다. 냉매 채널(15a)은 메인 채널(16)과 연통될 수 있다.
이하에서는 아크튜브의 실링 방법에 대해 설명한다.
도 3을 참고하면, 실시 예에 따른 아크튜브(130) 실링방법은, 제1실링부(10)의 공간부(11)에 아크튜브(130)를 배치한 후 아크튜브(130)의 상단부(135)를 커버(20)에 고정하는 준비단계, 아크튜브(130)의 하단부(132)를 실링하는 제1실링단계, 공간부(11)에 냉매를 순환시켜 아크튜브(130)를 냉각시키는 제1냉각단계, 아크튜브(130)의 상단부(135)를 제2실링부(30)에 삽입한 후 실링하는 제2실링단계, 및 공간부(11)에 냉매를 순환시켜 아크튜브(130)를 냉각시키는 제2냉각단계를 포함한다.
준비단계는 제1실링부(10)의 공간부(11)에 아크튜브(130)를 배치한 후 아크튜브(130)의 상단부(135)를 커버(20)에 고정한다. 제1전극(134)은 제1실링부(10)의 제1홈부(12)에 미리 고정되어 있으므로 아크튜브(130)를 제1실링부(10)에 배치하는 과정에서 제1전극(134)은 아크튜브(130)의 하단부(132)에 미리 정해진 깊이로 삽입될 수 있다.
제1실링단계는 제1히터(13)를 이용하여 하단부(132)를 약 1600℃로 가열하여 실링한다.
제1냉각단계는 아크튜브(130)를 약 600℃까지 냉각한다. 공간부(11)에 냉매를 순환시켜 가열된 아크튜브(130)를 냉각시킬 수 있다. 이때, 제1채널(40)을 순환하는 냉매의 유량은 5㎖/sec 내지 30㎖/sec이고, 유속은 0.1m/sec 내지 2m/sec일 수 있다. 냉매의 유량이 5㎖/sec 미만이거나 유속이 0.1m/sec미만인 경우에는 신속한 냉각이 어려운 문제가 있으며, 냉매의 유량이 30㎖/sec를 초과하거나 유속이 2m/sec를 초과하는 경우에는 두께는 0.5mm 내지 2.0mm인 실리콘 재질의 아크튜브에 크랙이 발생하는 문제가 있다.
더욱 신속한 냉각을 위해 도 5와 같이 제1홈부(12)의 외측에 제2채널(16a)을 구비할 수도 있으며, 도 6과 같이 제1홈부(12) 또는 공간부(11)의 상측에서 아크튜브(130)에 냉매를 직접 분사할 수도 있다.
제2실링단계는, 봉입물 충진 및 배기 후, 아크튜브(130)의 상단부(135)에 제2전극(133)을 삽입하고 하단부(132)를 약 1600℃로 가열하여 실링한다.
제2냉각단계는 제1냉각단계와 동일하게 수행할 수 있다.
10: 제1실링부
11: 공간부
12: 제1홈부
13: 제1히터
14: 거치대
20: 커버
30: 제2실링부
40: 제1채널

Claims (10)

  1. 아크튜브의 하단부에 삽입되는 제1전극을 고정하는 제1실링부;
    상기 아크튜브의 상단부를 고정하는 커버;
    상기 아크튜브의 상단부에 삽입되는 제2전극을 고정하는 제2실링부; 및
    상기 제1실링부와 상기 커버 사이에 배치되어 냉매가 순환하는 제1채널을 포함하고,
    상기 제1실링부는 상기 아크튜브의 하단부가 배치되는 제1홈부, 상기 하단부를 가열하는 제1히터, 및 상기 제1전극을 고정하는 제1결합부를 포함하고,
    상기 제2실링부는 상기 아크튜브의 상단부가 배치되는 제2홈부, 상기 상단부를 가열하는 제2히터, 및 상기 제2전극을 고정하는 제2결합부를 포함하고,
    상기 제1전극은 상기 제1결합부에 고정되어 상기 아크튜브의 하단부가 상기 제1홈부에 삽입될 때 상기 아크튜브의 하단부에 삽입되고,
    상기 제2전극은 상기 제2전극을 고정한 제2실링부가 하강하면서 상기 아크튜브의 상단부에 삽입되고,
    상기 제1히터는 상기 아크튜브의 상단부를 실링하고 상기 제2히터는 상기 아크튜브의 하단부를 실링하고,
    상기 제1채널을 순환하는 냉매의 유량은 5㎖/sec 내지 30㎖/sec이고, 유속은 0.1m/sec 내지 2m/sec인 아크튜브 실링장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아크튜브는 내부에 가스가 충전되는 몸체부와, 상기 몸체부와 연통되고 제1전극이 배치되는 하단부, 및 상기 몸체부와 연통되고 제2전극이 배치되는 상단부를 포함하는 아크튜브 실링장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1실링부는 상기 제1홈부의 외측에 배치되어 냉매가 순환하는 제2채널을 포함하는 아크튜브 실링장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1실링부는 제1홈부의 내측에 배치되어 상기 아크튜브를 향해 냉매를 분사하는 노즐을 포함하는 아크튜브 실링장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커버는 상기 아크튜브의 상단부가 관통하는 삽입홀, 및 삽입홀의 내벽으로 돌출되어 상기 상단부를 고정하는 돌출돌기를 포함하는 아크튜브 실링장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1실링부의 공간부에 아크튜브를 배치하여 제1전극을 삽입 고정하는 제1준비단계;
    상기 아크튜브의 하단부를 실링하는 제1실링단계;
    상기 공간부에 냉매를 순환시켜 상기 아크튜브를 냉각시키는 제1냉각단계;
    상기 아크튜브의 상단부에 제2전극을 삽입하는 제2준비단계;
    상기 아크튜브의 상단부를 실링하는 제2실링단계; 및
    상기 공간부에 냉매를 순환시켜 상기 아크튜브를 냉각시키는 제2냉각단계를 포함하고,
    상기 제1준비단계는 상기 제1전극을 제1실링부에 미리 고정한 후 상기 아크튜브를 상기 제1실링부에 배치하여, 상기 제1전극을 상기 아크튜브의 하단부에 삽입하고,
    상기 제2준비단계는 상기 제2전극을 제2실링부에 고정한 후 상기 제2실링부를 하강시켜 상기 제2전극을 상기 아크튜브의 상단부에 삽입하고,
    상기 공간부를 순환하는 냉매의 유량은 5㎖/sec 내지 30㎖/sec이고, 유속은 0.1m/sec 내지 2m/sec인 아크튜브 실링방법.
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