KR20010023389A - 고압 가스 방전 램프 - Google Patents

Abstract

고압 가스 방전 램프는 방전 공간(3)을 둘러싸는 석영 유리 벽(2)을 갖는 봉인된 램프 용기(1)를 포함한다. 금속 포일들(4)은 벽에 삽입되어, 벽으로부터 방전 공간 내로 돌출하는 전극 막대들(6a)에 접속된다. 전극 막대들(6a)은 제1 부분(7a) 및 제2 부분(7b)을 갖는다. 제2 부분은 적어도 직경이 120 내지 180μm인 텅스텐, 직경이 120 내지 350μm인 몰리부덴, 또는 직경이 120 내지 350μm인 텅스텐-몰리부덴 혼합물로 만들어진다. 제2 부분은 벽(2)내에 위치하며, 누출에 의해 야기되는 램프의 조기 고장을 방지한다.

Description

고압 가스 방전 램프{HIGH-PRESSURE GAS DISCHARGE LAMP}

본 발명은

진공밀폐 방식으로 밀폐되며 방전 공간을 둘러싸는 석영 유리 벽을 갖는 램프 용기와,

램프 용기 벽에 삽입되며, 각각의 외부 전류 도체에 각각 접속되는 금속 포일들(foil)과,

각각이 상기 금속 포일들 각각에 접속되며 램프 용기 벽으로부터 방전 공간으로 돌출하는 텅스텐 전극 막대들과,

방전 공간 내의 이온화 가능한 충전재와,

관계식 f_inw〉=40% 에 의해 정의되는 램프를 포함하는 고압 가스 방전 램프에 관한 것이며, 여기서 f_inw는 램프 용기 벽으로 둘러싸인 전극 막대 길이의 일부분이다.

이러한 유형의 고압 가스 방전 램프가 EP 0 581 354A1에 개시된다. 공지된 램프는 차량 헤드라이트로 이용하기에 적당하며 두께가 250μm인 전극 막대를 가지며, 이 전극 막대는 그들의 자유 종단에 외피를 갖을 수도 갖지않을 수도 있으며, 예컨대 토륨 텅스텐으로 구성될 수 있다.

점화된 후에 램프가 안정한 동작 동안 발광 플럭스의 상당 부분을 제공하는데는 속도에 관한 까다로운 요구물들이 부과된다. 이전 동작 주기로 인해 아직 뜨거운 동안에 램프를 점화시킬 수 있는 것이 필요하다. 램프는 이들 요구물들에 따르기 위해서 수 kV의 전압과 수 kHz의 주파수에서 점화된다.

공지된 램프 제조시, 하나 또는 여러 개의 상기 금속 포일들이 벽으로 둘러싸이는 봉인이 만들어진다. 이 동작 동안, 이러한 봉인이 금속 포일, 외부 전류 도체 및 전극 막대 정면에 생성되는 영역에서 석영 유리가 연화된다. 이후에, 램프 또는 램프가 되도록 냉각된다. 선형 열적 팽창(대략 45*10^-7K^-1)의 상대적으로 높은 계수때문에, 전극 막대는 전극 막대가 삽입되는 석영 유리보다 더 강하게 수축한다. 석영 유리는 SiO₂내용물이 무게의 98%를 차지하는 유리이며, 이 유리의 팽창 계수는 대략 6*10^-7K^-1이다. 토륨 산화물과 같은 전극 막대 텅스텐에 대한 첨가물에 의해 획득되는 막대와 석영 유리 간의 좋은 점착력을 위해, 막대 주변의 석영 유리에 대한 코팅이 이루어지며, 이는 벽의 석영 유리와 기계적으로 접속되지 않는다. 전극 막대와 석영 유리가 서로 충분히 점착되지 않는 경우, 막대 주변의 수축으로 인해 커필러리(capillary) 공간이 생성된다. 포일 형태때문에 금속 포일, 종종 몰리부덴 포일 주위에는 어떤 그러한 커필러리 공간도 생성되지 않는다.

공지된 램프에서, 막대와 석영 유리 간의 점착성이 좋으므로 막대 주변에 석영 유리 코팅이 존재한다. 공지된 램프에서 전극 막대들을 석영 유리로 코팅함으로써 그들의 열용량(동일한 온도 상을 위해 필요한 에너지)을 개선시키고, 또한 그들의 열 전도성(단위 시간당 고갈될 수 있는 열의 양)을 증가시킨다. 반면에, 그들의 전기 전도성은 영향을 받지 않는다. 보다 높은 열용량이 램프 점화 동안 막대의 온도 상승을 지연시키므로, 삽입된 금속 포일과의 영구 접촉이 벽을 둘러싼 석영 유리로 하여금 전류 통로로 인해 포일에 전개된 열때문에 보다 높은 온도를 띠게하고 팽창하게 한다.

한가지 유형의 램프를 코팅함으로써 교대로 나타나는 길이를 갖을 수 있다. 이것은 봉인이 만들어 질 시 석영 유리의 작은 온도 변화때문일 수 있다. 코팅 부재 또는 불충분한 코팅으로 인해 램프를 제조하는 동안 불합격되고, 석영 유리 코팅이 전여 없거나 충분하지 않을 시와 이 램프가 짧은 동작 주기 후에 스위치 온 되거나 스위치 오프 될시 공지된 램프가 단지 아주 짧은 수명을 갖는다는 단점이 있다.

코팅이 없는 그러한 램프가 점화될 시, 전극 막대의 온도는 이들 막대를 통해 흐르는 높은 전류 때문에 그리고 방전으로 인한 열전달 때문에 가파르게 상승한다. 석영 유리는 이러한 온도 상승을 순간적으로 따르지 못한다. 그들의 보다 높은 온도와 보다 큰 팽창 계수 때문에, 막대는 석영 유리와 접촉하게 되어 이 석영 유리에 압력을 가하게 된다. 그때 미소 균열과 같은 손상이 석영 유리에 발생되며, 이 미소 균열은 일반적으로 다음 점화 주기동안 수와 크기가 증가하게 된다. 이것이 충전재의 구성요소가 새개하는 누출로 인해 램프의 수명을 (빨리) 다하게 하여, 램프가 더이상 점화하지 못하게 하거나, 램프 용기가 파열되게 한다.

관계식 f_inw〉=40% 을 따르는 램프는 특별한 환경, 예컨대 전극 막대 주위에 석영 유리 코팅이 생성되지 않는 경우, 전술된 해로운 현상이 발생할 보다 큰 위험을 갖는다.

또다른 결점은 코팅이 방전시 생성되는 빛을 반사하는 것인데, 이것은 바라지않는 곤란한 문제다.

본 발명의 목적은 단순한 구조를 가지며 상기 결점을 극복하는, 서두 문구에 개시된 유형의 고압 가스 방전 램프를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 이 목적은 전극 막대가 방전 공간 내로 돌출하며, 적어도 텅스텐으로 만들어지는 제1 부분과, 적어도 부분적으로 벽으로 둘러싸이며, 두께가 120μm 내지 180μm 사이의 범위인 텅스텐과 두께가 120μm 내지 350μm 사이의 범위인 몰리부덴과 두께가 120μm 내지 350μm 사이의 범위인 텅스텐-몰리부덴 합금 군으로부터 선택된 소자들로 만들어지는 제2 부분을 갖기때문에 달성되며, 상기 제1 및 제2 부분은 마주보는 종단을 통해 접촉 내지 접속된다.

전극들이 제1 및 제2 부분으로 구성되기 때문에, 전극들을 그 주변에 적응시키는 것이 가능하다. 제1 부분은 공지된 램프의 전극 종단이 방전 공간 내로 돌출하도록 만들어져서, 램프의 수명동안 높은 시작 전류와 방전에 의해 생성되는 열에 저항할 수 있다. 제2 부분은 팽창 및 그로인한 램프의 (재)점화 동안 전극 막대의 제2 부분에 의해 석영 유리 상에 가해지는 압력때문에, 램프의 누출 또는 파손으로 인한 문제가 적어도 더이상 일어나지 않게하는 방식으로 설계된다.

관계식 f_inf〉=40% 을 따르는 램프에서, 누출 발생 문제는 적어도 벽으로 둘러싸인 제2 부분의 상대적으로 작은 두께를 갖는 전극 막대에서는 발생하지 않는다. 두께가 180μm인 텅스텐의 제2 부분을 구비한 전극 막대를 갖는 램프에서, 램프 누출은 단지 산발적으로 발생한다. 180μm 이하의 두께에서, 팽창의 절대값 및 그에따라 석영 유리상의 전극 막대에 의해 가해진 압력은 너무 작아서, 미소 균열과 같은 어떤 더이상의 손상이 더이상 발생하지 않는다.

텅스텐-몰리부덴 합금 및 두께 350μm인 몰리부덴의 제2 부분을 구비한 전극 막대를 갖는 램프에서, 램프 누출은 단지 산발적으로 발생한다. 램프 누출 또는 파손에 대한 위험은 이들 제2 부분들의 두께가 350μm 보다 작게 선택되는 경우 상당히 줄어든다. 몰리부덴 또는 텅스텐-몰리부덴 합금의 제2 부분을 갖는 상대적으로 큰 두께를 성공적으로 이용할 수 있는 것은 이들 물질들의 연성에 기초한다. 전극들의 팽창으로 인해 석영 유리상에 압력이 가해질 시, 이 압력은 예컨대 훨씬 작은 연성을 지닌 텅스텐으로 만들어진 전극을 이용할 시 보다 상대저으로 연성이 있는 물질의 변형때문에 보다 균일하게 분포될 것이다.

그러나, 두께가 120μm 보다 작은 텅스텐, 텅스텐-몰리부덴 합금 및 몰리부덴으로 만들어진 제2 부분들의 경우에, 전극들만이 그들의 작은 질량으로 인한 작은 열용량 및 그들의 상대적으로 작은 직경으로 인한 작은 열 전도성을 가지므로, 그 결과로서 전극은 램프를 시작시키는 동안 상대적으로 뜨겁게된다. 작은 커필러리 공간이 제2 부분들의 상대적으로 작은 두께로 인해 석영 유리 내에 삽입되는 동안 형성될 지라도, 주어진 환경 하에서 이들 커필러리 공간의 전극 막대는 램프 용기 벽과 지역적으로 영구 접촉하여, 상대적으로 작은 직경으로 인해 생기는 전극의 작은 열 전도성을 적절히 보상하는 방식으로 열 소모가 개선되게 하여, 램프 수명의 빠른 종료가 방지된다.

두께가 120μm 이하인, 예컨대 100μm 인 제2 부분을 갖는 전극들은 너무 뜨겁게 되어 램프 동작 동안 변형 및/또는 용해되는 것으로 나타난다. 전극이 녹는다는 사실때문에, 전극들 사이의 방전 아크 길이가 변하고, 그에따라 램프의 공칭 동작 동안의 전력 소모 또한 변한다.

본 발명에 따른 측정의 중요한 이점은 램프 수명에 해로운 영향을 미치지 않고도 전극 막대용 토륨이 없는 물질을 이용할 가능성을 제공한다는 것이다. 전극 막대를 석영 유리에 삽입하는 동안 형성되는 커필러리 공간은 두께가 350μm 보다 작은 제2 부분에서 상대적으로 작다. 따라서, 이것은 다량의 소금이 이들 커필러리 공간에 축적될 수 없다는 부가적인 이점을 가지며, 그렇지 않다면 이 소금은 방전으로 인해 추출될 것이다.

전극의 제1 및 제2 부분은 통상의 기술, 예컨대 레이저 용접 수단에 의해 서로 고정될 수 있다. 제1 및 제2 부분이 전극 막대의 종단을 통해 서로 고정될 시, 좋은 접촉이 실현된다는 것은 중요하다. 이것은 제1 부분으로부터 제2 부분으로 충분히 열을 전달하는데 필수적이며, 그것은 전극이 램프 수명 동안 높은 시작 전류와 방전으로 생긴 열에 견딜 수 있다는 사실에 기인한다.

제1 및 제2 부분이 텅스텐으로 만들어질 시 유리하다. 제1 및 제2 부분은 에칭 기술, 예컨대 피클링(pickling)에 의해 한 조각으로 만들어질 수 있다.

제2 부분의 상대적으로 작은 두께때문에, 제2 부분과의 접속부에 근접한 제1 부분은 길이 0.1-1.0mm에 걸쳐 용기로 부분적으로 둘러싸인 램프 용기 벽과 영구 접촉되는 것은, 튼튼한 구조, 즉 전극의 변형을 피하는데 유리하다. 제2 부분들과의 접속부에 근접한 제1 부분들의 램프 용기 벽과의 영구 접촉은 복합 전극의 충분한 열 소모에 유리하다.

램프 점화시의 높은 시작 전류 및 방전 결과로 생성된 열때문에, 상대적으로 높은 온도가 전극의 제2 부분과 제1 부분에 발생한다. 두께가 250μm 이하인 제1 부분에, 전극 헤드를 녹일 수 있는 상대적으로 큰 위험이 존재한다. 두께가 250μm 이상인 제1 부분을 갖는 전극들은 충분한 열 전도성을 가지므로, 녹을 위험이 상당히 감소한다. 더욱이, 제1 부분은 바람직하게는 두께가 400μm 이하다. 그때, 바람직하지 않은 램프 플리커링(flickering) 효과가 발생할 위험은 거의 없으며, 즉 방전 아크의 접촉점은 전극 헤드를 점프한다.

본 발명에 따른 고압 가스 방전 램프는, 예컨대 차량 헤드라이트로 또는 다른 종류의 광학 시스템으로 이용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 램프는 램프 뚜껑을 구비할 수 있고, 외곽 외피에 의해 둘러싸일 수도 그렇지 않을 수도 있다. 램프 뚜껑은 반사경과 함께 통합될 수도 그렇지 않을 수도 있다.

제1 및 제2 부분의 길이는 전체 전극의 총 길이에 의해 결정된다. 바람직한 실시예에서, 전체 전극은 길이가 4.5 및 7.5mm 사이이며, 바람직하게는 6mm다. 제2 부분에 대한 제1 부분의 접속은 전극이 방전 공간 내로 돌출하는 위치에서 벽과 방전 공간의 경계 표면에 적어도 위치하도록 개별적인 부분들의 길이를 선택한다.

금속 포일은 벽의 어떤 영역에서 서로 옆이나, 또는 서로로부터 어떤 거리에 위치한 예컨대 서로 마주보는 영역들에 삽입될 수 있다. 전극 막대의 제1 부분은 방전 공간에 있는 그들의 자유 종단에 외피 감기(enveloping winding)를 갖을 수도 그렇지 않을 수도 있다. 전극 막대의 제1 종단은 도핑되지 않은 텅스텐, 예컨대 텅스텐-ZG 또는 Th 무게의 1.5%를 차지하는 W와 같은 도핑되지 않은 텅스텐으로 만들어 질 수 있다. 전극 막대의 제2 부분은 도핑되지 않은 텅스텐 또는 몰리부덴 예컨대 텅스텐-ZG, 텅스텐-몰리부덴 혼합물 또는 도핑된 텅스텐이나 Y의 무게가 3%를 차지하는 Mo와 같은 몰리부덴으로 만들어질 수 있다. 도핑된 텅스텐이 이용될 시, K,Al,Si의 총 무게가 0.01%인 크리스탈 성장 조절 수단의 작은 내용물이 텅스텐 그레인(grain) 크기에 영향을 주도록 부가될 수 있다.

이온화 가능한 충전재는 특히 희가스, 수은 및 금속 할로겐화물의 혼합물, 예컨대 란탄 계열 원소, 스칸듐 및 이트륨의 할로겐화물인 희토산화물 할로겐화물을 포함할 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 양상들은 이후에 개시되는 실시예를 참조하여, 비제한적인 예로부터 명료해질 것이다.

도면에서,

도 1은 램프의 측입면도,

도 2a 및 2b는 확대된 스케일로 도시된 도 1의 세부항목,

도 3은 램프 뚜껑을 갖는 도 1 램프의 측입면도를 도시한다.

도 1에서, 고압 가스 방전 램프는 진공 밀폐 방식으로 밀폐된 램프 용기(1)와, 방전 공간(3)을 둘러싸는 석영 유리 벽(2)을 갖는다. 이 실시예에서는 Mo인 각각의 외부 전류 도체들(5)에 접속되는, 도면에서 Y₂O₃무게의 0.5%를 차지하는 Mo, 즉 금속 포일들(4)이 램프 용기의 벽에 삽입된다. 상기 금속 포일들(4) 각각에 접속되는 텅스텐 전극 막대들(6a) 각각은 램프 용기 벽으로부터 방전 공간 내로 돌출한다.

이온 가능한 충전재가 방전 공간(3)에 존재한다.

외부 도체들(5)에 고정되있는 금속 포일들(4)에 접속되는 전극 막대들(6a)은 램프 용기의 벽으로 부분적으로 둘러싸이며, 이 벽은 이들 도체 면적에서 도체들과 융합되거나, 또는 이 벽은 조여서 봉인하기 위해 평평해진다.

도면에서, 램프 용기는 외곽 외피(9)에 의해 둘러 싸이며, 이 외피(9)에 연결된다. 램프는 금속 클램핑 스리브(10)에 있는 램프 뚜껑에 의해 죄어질 수 있다.

개시된 램프는 수은, 소듐 요오드화물 및 스칸듐 요오드화물, 크세논, 예컨대 실온에서 7 bar 압력의 크세논을 가지며, 정격 전압에서 동작하는 동안 35W의 전력을 소모한다.

도 2a 및 2b는 전체 전극 막대들(6a)이 길이(f_inw)의 대략 75%인 부분에 걸쳐 램프 용기(1)의 벽(2)으로 둘러싸여, 램프가 관계식 f_inw〉=40% 를 따름을 보여준다. 길이가 대략 6mm 인 전극 막대들(6a) 각각은 길이가 각각 대략 1.5mm 및 대략 4.5mm인 제1 부분(7a) 및 제2 부분(7b)을 가지며, 이들은 인접하여 예컨대 제1 및 제2 부분의 종단들(7c)을 통해 용접에 의해 서로 접속된다. 종단들(7c)은 램프 용기(1)의 벽(2) 근처에 위치한다. 제1 부분(7a)은 램프의 누출 또는 파손 위험을 감수하지 않고도 접촉 영역(6c)에서 램프 용기(1)의 벽(2)과 영구 접촉된다. 전극 막대들(6a) 각각은 적어도 관련 금속 포일(4)에 근접한 벽(2) 내에 제2 부분(7b)을 가지며, 이 제2 부분은 벽의 유리와 기계적으로 접속되지 않는다.

도 2a에 도시된 실시예에서, 전극 막대(6a)는 두께 300μm인 텅스텐으로 만들어진 제1 부분(7a)과, 두께 150μm인 텅스텐으로 만들어진 제2 부분(7b)을 갖는다. 도 2b에 도시된 실시예에서, 전극 막대(6a)는 두께 300μm인 텅스텐으로 만들어진 제1 부분(7a)과, 두께 300μm인 몰리부덴으로 만들어진 제2 부분(7b)을 갖는다. 이 도는 제2 부분(7b) 및 이 주변의 커필러리(6b)가 포일 위에 있는 막대의 용접부(4a)에서 종결함을 보여준다. 봉인(2a)은 외부 전류 도체(15)와 전극 막대(6a) 사이의 영역에서 진공 밀폐된다.

도 3에서, 램프 용기(1)는 상이한 외곽 외피(9a)로 둘러싸이고 이 외피에 연결된다. 램프 용기는 중앙 핀 접촉부(11)와 링 접촉부(12)를 구비한 베이오넷(bayonet)형 램프 뚜껑(8)에 고정되며, 이들 접촉부는 접속 도체(13)를 통해 각각의 전극 막대들(6a)과 링 접촉부에 접속된다. 그러한 램프 뚜껑(8)을 구비한 램프 용기(1)는 차량 헤드라이트에 특히 적합하다.

Claims (5)

1. 진공 밀폐 방식으로 밀폐되며 방전 공간(3)을 둘러싸는 석영 유리 벽(2)을 갖는 램프 용기(1)와,

   상기 램프 용기 벽에 삽입되며, 각각이 각각의 외부 전류 도체(5)에 접속되는 금속 포일들(4)과,

   각각이 상기 금속 포일들 각각에 접속되며, 상기 램프 용기 벽으로부터 상기 방전 공간 내로 돌출하는 텅스텐 전극 막대들(6a)과,

   상기 방전 공간 내의 이온화 가능한 충전재와,

   f_inw가 상기 램프 용기 벽으로 둘러싸인 상기 전극 막대들(6a) 길이의 일부분이며, 관계식 f_inw〉=40% 에 의해 정의되는 상기 램프를 포함하는 고압 가스 방전 램프에 있어서,

   상기 전극 막대들(6a)은 적어도 텅스텐으로 만들어진, 상기 방전 공간(3) 내로 돌출하는 제1 부분들(7a)과, 두께가 120μm와 180μm 사이 범위인 텅스텐, 두께가 120μm와 350μm 사이 범위인 몰리부덴 및 두께가 120μm와 350μm 사이 범위인 텅스텐-몰리부덴 합금 군으로부터 선택된 소자들로 마들어진, 상기 벽(2)으로 적어도 부분적으로 둘러싸인 제2 부분들(7b)을 가지며, 상기 제1 및 제2 부분들은 마주보는 종단들(7c)을 통해 서로 접촉 및 접속되는 것을 특징으로 하는 고압 가스 방전 램프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전극 막대들(6a)의 제1 부분들(7a)은 접촉 영역(6c)에서 상기 램프 용기(1)의 벽(2)과 영구 접촉되는 것을 특징으로 하는 고압 가스 방전 램프.
3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,

   상기 전극 막대들(6a)의 제1 부분들(7a)은 두께가 250μm 내지 400μm 인 것을 특징으로 하는 고압 가스 방전 램프.
4. 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전극 막대들(6a)은 길이가 4.5mm 및 7.5mm인 것을 특징으로 하는 고압 가스 방전 램프.
5. 제 1 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 램프는 램프 뚜껑(8)을 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 가스 방전 램프.