KR20010095117A - 할로겐 백열램프 및 그 램프를 이용한 조명장치 - Google Patents

할로겐 백열램프 및 그 램프를 이용한 조명장치 Download PDF

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KR20010095117A
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가노 다다오
도시바 라이텍쿠 가부시키가이샤
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Abstract

할로겐 백열램프는 할로겐 가스와 불활성 가스를 포함하는 가스로 채워진 발광엔벌로프로 이루어진다. 한 쌍의 내부 도전성 전선은 엔벌로프에 배열된다. 약 1.5∼약 4 회의 권회수를 가지는 제 1 코일, 제 2 코일 및 제 3 코일을 가지는 3중 코일 필라멘트는 재형성되고, 엔벌로프에 배치되며, 내부 도전성 전선의 끝단 사이에 연결된다. 3중코일 필라멘트는 지지부에 의해 지지된다. 할로겐 백열램프는 조명장치로 활용될 수 있다.

Description

할로겐 백열램프 및 그 램프를 이용한 조명장치{A HALOGEN INCANDESCENT LAMP AND A LIGHTING APPARATUS USING THE LAMP}
본 출원은 2000년 3월 30일자로 출원된 일본 특허출원 2000-095806호 및 2000년 9월 9일자로 출원된 2000-286218의 우선권주장에 근거한 것이다.
본 발명은 3중으로 감겨진 필라멘트를 사용하는 할로겐 백열램프 및 그 램프를 이용한 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로, 할로겐 백열램프는 감겨진 필라멘트보다 길이가 더 짧은 길이로 형성된 권취코일 필라멘트를 이용한다. 그러나, 이러한 필라멘트는 예를 들어, 소형 할로겐 백열램프에 사용될 때 더욱 짧아져야 한다. 권취코일 필라멘트의 길이를 짧게하기 위해, 맨드릴(mandrel)의 주위에 권취코일 필라멘트를 감아서 권취-권취코일 또는 삼중코일 필라멘트를 만드는 것으로 알려져 있다.
그러한 삼중코일은 가시광원 점광원에 밀접하게 복사를 발생할 수 있다. 반사경을 포함하는 조명장치에 3중으로 감겨진 필라멘트를 가지는 할로겐 백열램프가 제공될 때는, 반사경의 초점의 둘레에 삼중코일을 위치시키는 것이 용이하다. 따라서, 삼중코일에 의하여 발생된 가시광선은 반사경에 의하여 정확하게 반사된다. 또한, 가시광선은 소정의 구역에 정확하게 빛을 조사할 수 있어서 조명장치는 향상된 빛 광출력비를 가지게 된다. 이와 반대로, 3중코일 필라멘트의 램프 수명은 때때로 열화에 의하여 짧아지고, 이에 따라, 램프 운용시에 단축된다.
일본 실공소 58-6369 호, 미국 특허 4,499,401(이하 "'401 특허"라 함), 미국 특허 4,316,116(이하 "'116 특허"라 함)는 백열램프용의 3중으로 감겨진 필라멘트를 개시한다. 특히, '401 특허에서 설명된 삼중코일 필라멘트는 백열램프 속에 배열된 삼중코일 필라멘트보다 먼저 재결정이 필요되지 않도록 선택된 크기를 가지므로, 제조를 간소화한다. 즉, 삼중코일 필라멘트의 외부 지름은 20d 내지 26d의 범위 내에 있으며, 여기에서 d는 텅스텐 와이어의 지름이다. 결과적으로, 삼중코일 필라멘트는 작은 외부 지름 때문에 램프가 작동하는 동안 휘어지지 않는다. 따라서, 삼중코일 필라멘트의 분리된 권선은 쉽게 서로 접촉하지 않고, 쇼트회로를 피할 수 있다. 그러나, 삼중코일 필라멘트의 외부 지름은 20d 내지 26d의 범위이고, 필라멘트의 길이는 필라멘트의 외부 지름이 짧기 때문에 길어지는 경향이 있다. 따라서, 이 필라멘트는 소형 할로겐 백열램프 또는 반사경의 초점주위의 삼중코일 필라멘트 위치에 적용하는 것은 쉽지 않다.
또한, '401 특허는 외부 지름 27d를 가지는 '116 특허의 삼중코일 필라멘트을 설명하고 있으며, 여기에서 d 는 텅스텐 와이어의 지름을 나타내며, 운용중 휘어짐을 제거하는 재결정 과정을 필요로 한다. 즉, 필라멘트에 있는 크리스탈의 입자의 크기가 점점 커져서 재결정된 삼중코일 필라멘트는 더욱 강해진다. 그러나, 재결정된 삼중코일 필라멘트의 탄성은 지나치게 감소해서 충격에 해를 입기 쉽다. 따라서, 예를 들어 재결정된 삼중코일 필라멘트가 외부로부터 충격을 받을 때, 재결정된 삼중코일 필라멘트는 크리스탈의 입자의 경계면에서 흔들리거나 때때로 깨질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 할로겐 백열램프의 측면도이다.
도 2A와 2B는 각각 필라멘트 전선의 측면도와 정면도로서, 코일 필라멘트를 형성하도록 제 1 맨드릴의 주위에 감겨져 있다.
도 3A와 3B는 각각 도 2A와 2B에 나타낸 코일 필라멘트의 측면도와 정면도이고, 삼중코일 필라멘트를 형성하도록 제 2 맨드릴 주위에 감겨진다.
도 4A와 4B는 각각 도 3A와 3B에 나타낸 삼중코일 필라멘트의 측면도와 정면도이고, 삼중코일 필라멘트를 형성하도록 제 3 맨드릴 주위에 감겨진다.
도 5는 도2A 내지 4B에 나타난 삼중코일 필라멘트 및 맨드릴 양자의 의 도식적인 연관성을 나타낸다.
도 6은 제 2 실시형태에 따른 할로겐 백열램프의 측면도이다.
도 7은 제 3 의 실시형태에 따른 할로겐 백열램프의 측면도이다.
도 8은 제 4 의 실시형태에 따른 할로겐 백열램프의 측면도이다.
도 9는 제 5 의 실시형태에 따른 할로겐 백열램프의 측면도이다.
도 10은 제 6 의 실시형태에 따른 할로겐 백열램프의 측면도이다.
도 11은 제 7 의 실시형태에 따른 할로겐 백열램프의 측면도이다.
도 12는 삼중코일 필라멘트의 설계된 길이와 제 3 코일의 설계된 외부 지름사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 반사경을 가지는 할로겐 백열램프의 부분적인 측면도이다.
도 14는 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 할로겐 백열램프의 측면도이다.
도 15는 본 발명의 제 9 실시형태에 따른 할로겐 백열램프의 측면도이다.
도 16은 본 발명에 따른 램프를 이용한 조명장치의 측면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 엔벌로프 1a : 원통부
1b : 밀봉부 1c : 배기관부
2 : 몰리브덴박 3a, 3b : 내부 도전선
3a2, 3b2 : 중간부 3a3, 3b3 : 연결부분
4 : 유리구슬 5 : 외부 도전선
6 : 필라멘트 6l : 다리부
6p : 제 1 코일 6s : 제 2 코일
6t : 제 3 코일 7 : 반사경
7a : 반사부분 7b : 반사필터
7c : 투명판 8 : 베이스
8a : 본체 8b : 램프캡
9 : 지지부재 9a : 링형상부
9b : 끝단 21 : 하우징
22 : 백열램프 21a : 베이스
21b, 21c : 지지부재
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 할로겐 백열램프는 할로겐 가스와 불활성 가스를 포함하는 가스로 채워진 발광 엔벌로프(envelope)를 포함하여 구성된다. 한쌍의 내부 도전선은 엔벌로프내에 배치된다. 제 1 코일, 제 2 코일 및, 약 1.5 내지 4회 권회되는 제 3 코일을 가진 삼중코일 필라멘트는 재결정되고, 엔벌로프내에 배치되며, 내부 도전선의 끝단 사이에 연결된다. 삼중코일 필라멘트는 지지부에 유지된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 조명장치는 반사경 및 램프를 수용하는 하우징을 가지는 상술한 할로겐 백열램프로 이루어진다.
본 발명의 상기 및 기타의 실시형태는 첨부된 도면 및 발명의 상세한 설명에서 자세히 설명된다.
(실시예)
본 발명의 제 1 실시형태에 대하여 도1 내지 5를 참조하여 이하에서 상세히설명한다. 도 1에 나타난 할로겐 백열램프는 석영 유리로 만들어지고 밀폐적으로 밀봉된 발광엔벌로프(1)를 포함하여 구성된다. 제 1 코일(6p), 제 2 코일(6s) 및 제 3 코일(6t)를 가지는 텅스텐 필라멘트 전선(6e)으로 만들어진 한 쌍의 내부 도전선(3a), (3b)는, 엔벌로프(1)의 중앙축을 따라서 엔벌로프(1)내에 배치된다. 삼중코일 필라멘트(6)의 각 끝단으로부터 연장되며, 제 1 코일(6p)로 만들어진 각 다리부(6ℓ), (6ℓ)가 내부 도전선(3a), (3b) 사이에 연결되어 있다. 3중코일 필라멘트(6)가 필라멘트 전선(6e), 제 1 코일(6p) 또는 제 2 코일(6s)중의 어느 하나에 의해 형성될 때, 다리부(6ℓ)들은 가열되지 않기 때문에 쉽게 발광되지 않는다. 따라서, 필라멘트(6)는 더큰 전체 조광플럭스를 발생할 수 있다. 제 1 코일(6p)는 제 2 코일(6s)를 지나서 연장될 수 있으며, 제 2 코일(6s)는 제 3 코일(6t)를 지나서 연장될 수 있다. 제 1 코일(6p)가 제 3 코일(6t)로 직접 연장되는 것이 적절하다.
유리구슬(4)는 내부 도전선(3a), (3b)를 내부 도전선의 중간부(3a2), (3b2)에 고정시킨다. 엔벌로프(1)의 밀봉부(1b)에 매립된 각 몰디브덴박(箔)(2),(2)는 내부 도전선(3a), (3b)에 용접되고, 또한 도전선(5), (5)에 연결된다.
발광 엔벌로프(1)은 원통부(1a)와, 원통부(1a)의 한쪽 끝단에 있는 밀봉부 (1b)와, 원통부(1a)의 다른 쪽 끝단에 있는 배기관부(1c)로 연속하여 형성된다. 또한, 엔벌로프(1)는 예를 들면 할로겐 가스, 브롬(Br), 희가스, 예를 들면 크립톤 (Kr)과 불활성 가스, 예를 들면 전체압력의 부분압력 40%를 가지는 질소(N2)등으로이루어진 충전가스로 채워진다. 할로겐 가스는 단순한 물질일수 있고, 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I) 또는 유기 할로겐 화합물에서 선택된 하나 또는 그 이상의 물질이다. 희가스는 아르곤(Ar) 또는 크세논(Xe)일 수 있다.
원통부(1a)는 도 8에 나타난 것처럼 구형상 또는 타원면 형상으로 형성될 수 있다. 밀봉부(1b)는 도 15에 나타낸 바와 같이 원통부(1a)의 양 끝단에 형성될 수 있다. 발광 엔벌로프의 표면은 램프의 조명효과를 향상시키기 위해 간섭필터로 피복될 수 있다. 저굴절률과 고굴절률 성분의 교대층으로 만들어진 간섭필터는 삼중코일 필라멘트뒤에서 필라멘트까지 적외선 복사를 반사할 수 있고, 필라멘트로부터 엔벌로프를 통해 가시광선을 전달할 수 있다. 또한, 삼중코일 필라멘트의 전체 표면이 상대적으로 크기 때문에, 필라멘트는 필터에 의해 반사된 적외선 복사를 효과적으로 포집할 수 있다. 따라서, 필라멘트의 온도는 증가되어 필라멘트는 더욱더 많은 가시광선을 발생한다. 저굴절률층은 산화실리콘(SiO2) 또는 불화마그네슘 (MgF2)과 같은 금속산화물로 만들어질 수 있다. 고굴절률층은 산화티타늄(TiO2), 산화탄탈(Ta2O5), 산화지르코늄(ZrO2) 또는 황화아연(ZnS)과 같은 금속산화물로 만들어질 수 있다. 간섭필터는 적어도 엔벌로프(1)의 원통부분(1a)으로 덮여질 수 있다.
평행하게 엔벌로프에 배치된 각각의 내부 도전선(3a), (3b)는 밀봉부(1b)에 매립된 하나의 몰디브덴박(2), (2)으로 용접된다. 내부 도전선(3a)의 한쪽 끝단은 연결부(3a3)로서 U자 형상으로 형성되고, 밀봉부(1b) 측에 있는 삼중코일 필라멘트(6)의 다리부(6ℓ)에 연결된다. 이 연결부분(3a3)은 엔벌로프(1)의 중앙 축에 놓여진다. 내부 도전선(3a)의 다른 끝단(3a1)은 몰디브덴박(2)에 연결된다. 내부 도전선(3b)의 한쪽 끝단은 연결부분(3b3)로서 형성되고, 배기관부(1c)에 이웃한 삼중코일 필라멘트의 다리부(6ℓ)에 연결된다. 내부 도전선(3b)의 다른쪽 끝단(3b1)은 몰디브덴박(2)에 연결된다. 연결부(3a3), (3b3)와 필라멘트의 다리부(6ℓ), (6ℓ)는 각각 강하게 결합되어 용접부(w)에 각각 용접된다.
텅스텐으로 만들어진 외부 도전선(5), (5)는 엔벌로프(1)의 밀봉부(1b)로부터 외부로 향하여 연장된다.
이제 할로겐 백열램프에서 사용된 삼중코일 필라멘트(6)를 설명한다. 내화성 금속필라멘트 전선(6e)로 만들어진 제 1 코일(6p)는 외부 지름 Dp(도 5에 나타남)를 가지며, 제 1 맨드릴(M1)의 둘레에 감겨져 있다. 한가닥의 텅스텐 전선으로 만들어진 필라멘트 전선 (6e)는 약 0.036mm(약 4MG) 내지 0.1mm(약 30MG)의 지름을 가진다. 상기 "MG"의 단위는 내화성 금속 필라멘트 전선(6e) 200mm의 무게(mg)를 의미한다. 외부지름 Ds(도 5에 나타남)를 가지는 제 2 코일(6s)는 제 2 맨드릴 (M2) 주위에 제 1 코일(6p)를 감음으로써 형성된다. 외부지름 Dt (도 5에 나타남)를 가지는 제 3 코일(6t)는 세 번째 맨드릴(M3)의 주위에 제 2 코일(6s)를 감음으로써 형성된다.
또한, 삼중코일 필라멘트는 재결정온도에서 삼중코일 필라멘트를 어닐링함에 따라 재결정된다. 또한, 삼중코일 필라멘트는 제 3 코일이 약 1.5 내지 4회의 권회를 가짐으로써 지지부재(9)에 의해 유지되도록 형성된다.
지지부재(9)는 링형상부(9a)에 의해 제 3 코일 (6t)를 유지한다. 지지부재 (9)의 다른 끝단(9b)는 유리구슬(4)에 의해 고정된다. 몰디브덴 또는 텅스텐으로 만들어진 지지부재(9)는 몰리브덴 또는 텅스텐으로 만들어지며, 진동과 충격의 부작용을 줄이도록 필라멘트(6)를 지지할 수 있다. 링형상부(9a)의 내부 지름은 삼중코일 필라멘트의 외부지름 Dt보다 2배 또는 그 이상 클 수 있다. 링형상부(9a)는 필라멘트(6)의 조명효과를 줄이지 않도록 필라멘트(6)과 접촉하지 않는다. 지지부재(9)는 삼중코일 필라멘트의 충격특성을 향상시켜서 필라멘트(6)가 외부의 힘에 의해 깨지거나 쉽게 변형되지 않는다.
또한 램프가 반사경을 가질 때, 삼중코일 필라멘트는 반사경의 초점에 가까이 있게 된다. 따라서, 필라멘트에 의해 발생된 가시광선은 정확하게 반사될 수 있고, 가시광선은 선택된 지역을 정확하게 빛을 비출 수 있어서, 조명장치의 광출력비가 효과적으로 향상될 수 있다.
재결정된 필라멘트는 이하에서 정의된 바와 같이 약 600% 또는 그 이상의 확장비를 가지도록 조절될 수 있다. 각각의 다리부 또한 재결정될 수 있다. 그 결과, 재결정된 삼중코일 필라멘트는 충분한 탄성과 충격특성을 가질 수 있다. 삼중코일 필라멘트의 확장비는 장력 테스트에 따라서 측정된다: 먼저, 필라멘트의 끝단은 반대방향으로 당겨진다. 다음에, 필라멘트의 확장된 길이가 필라멘트가 파단됨과 동시에 측정된다. 마지막으로 확장비는 본래의 길이로 확장된 필마멘트의 길이를 나눔으로써 계산된다.
엔벌로프(6)내에 배치된 삼중코일 필라멘트(6)은 약 2mm 내지 4mm의 외부지름 Dt을 가지고, 약 3mm 내지 10mm의 길이를 가진다. 길이의 상한선은 약 7mm이다. 각 다리부의 길이는 약 0.5mm 내지 2mm의 범위이다. 필라멘트(B)의 길이에 대한 다리부(A)의 길이 비 A/B(%)는 약 7% 내지 50%이다. 제 1 맨드릴(M1)은 약 0.1mm 내지 1.5mm의 지름(DM1)을 가진다. 제 2 맨드릴(M2)은 약 0.5mm 내지 5mm의 지름 (DM2)을 가진다.
또한, 삼중코일 필라멘트(6)은 제 1 코일(6p)의 피치 p1, 제 2 코일(6s)의 피치 p2, 제 3 코일(6t)의 피치 p3를 가진다. 각각의 피치는 제 1 코일(6p), 제 2 코일(6s) 또는 제 3 코일(6t)의 두 개의 인접한 코일들의 중앙으로부터 중앙까지의 거리 S에 있다. 일반적으로, 제 1 코일(6p), 제 2 코일(6s), 제 3 코일(6t)는 %P1, %P2, %P3의 피치비(%피치)를 각각 가진다. %피치는 다음과 같이 정의된다: %피치 = (S/D)*100. 제 1 코일(6p)의 경우에 D는 필라멘트 전선(6e)의 지름 d이고, S는 피치 p1이다. 제 2 코일(6s)에 있어서, D는 제 1 코일(6p)의 외부지름(에) 또는 2*d+DM1이고 S는 피치 p2이다. 제 3 코일(6t)에 있어서, D는 제 2 코일(6s)의 외부지름 Ds 또는 4*d+2*DM1+DM2이고 S는 피치 p3이다.
이 실시형태에서, 피치 p1, p2, p3는 다음과 같이 설명된다: p1≥p2≥p3. 일반적으로, 필라멘트에 의해 초래된 복사와 전도열 때문에 램프 작동동안 필라멘트의 더욱 더 가열된 부분인 핫스폿(hot spot)이 발생하는 경향이 있다. 복사와 전도열은, 양쪽 코일이 제 3 코일(6t)에 둘러싸여졌기 때문에, 제 1 코일(6p) 또는 제 2 코일(6s)에서 더 큰 경향이 있다. 특히, 제 1 코일 (6p)는 제 2 코일(6s)와제 3 코일(6t)에 둘러싸여졌기 때문에 필라멘트(6)의 열은 제 1 코일(6p) 주위에 더욱 유지될 가능성이 있다. 핫스폿이 발생할 때, 필라멘트(6)는 더욱 빠르게 소진한다. 따라서, 램프의 필라멘트(6)은 핫스폿때문에 종종 깨어진다.
따라서, 제 1 코일(6p)의 피치 p1은 제 2 코일(6s)의 피치 p2와 제 3 코일(6t)의 pitc p3보다 더 클 수 있어서, 제 2와 제 3 코일에서 제 1 코일(6p)까지의 열 전도는 약간 감소하기 쉽다. 따라서, 핫스폿이 종종 발생하지 않는 경우가 있다. 더욱이, 각각의 피치 %p1, %p2, %p3가 130%보다 적을 때, 핫스폿은 코일들사이의 거리가 짧기 때문에 발생할 가능성이 있다. 각각의 %p1, %p2, %p3가 너무 클 때, 필라멘트는 만족할만한 탄성과 충격특성을 가질 수 없다. 따라서, %p1, %p2, %p3는 다음과 같다 : 약 130≤%p1≤약 400, 약 130≤%p2≤약 300, 약 130 ≤%p3≤약 300. 이 경우에, CL/EL 비율은 다음과 같이 제공된다 : 약1/100≤CL/EL≤약 1/55, 여기에서 CL은 삼중코일 필라멘트의 길이를 나타내고, EL은 필라멘트 전선(6e)의 전체 길이를 나타낸다. CL/EL 비율이 1/100 보다 작으면, 필라멘트의 피치와 맨드릴의 지름은 작아지므로, 핫스폿이 발생할 수 있고 필라멘트를 약화시킨다. 그러나, CL/EL 비율이 1/55보다 더 크면, 필라멘트가 지나치게 늘어난다. 예를 들어, 약 110V가 공급되는 60W램프는 약 1/70의 CL/EL을 가진다. 40W램프는 약 1/94의 CL/EL 비를 갖는다. 삼중코일필라멘트는 1mm의 높이에서 300번 이상 떨어지는 충격 테스트에서 깨지지 않았다.
이러한 램프가 조명장치에 사용될 때, 비록 램프가 권취코일필라멘트를 가지는 종래의 램프의 최대 플럭스에 해당하는 약 60%의 총 플럭스를 발생하여도, 램프에 의해 발생된 가시광선은 종래의 램프를 사용하는 조명장치와 견주어 볼 때 소정의 지역에 더 정확하게 반사되어 빛을 비출 수 있다. 따라서 조명장치의 광출력비가 향상될 수 있다.
필라멘트의 %p1, %p2, %p3는 다음과 같을 수 있다 : 약 150≤%p1≤약 250, 약 150≤%p2≤약 250, 약 150≤%p3≤약 250. 삼중코일필라멘트는 약 1.5mm의 높이에서 300번 이상 떨어지는 충격 테스트동안 깨지지 않았다.
%p1, %p2, %p3는 다음과 같을 수 있다 : 약 160≤%p1≤약 250, 약 160≤%p2≤약 250, 약 150≤%p3≤약 200. 삼중코일필라멘트는 약 2mm의 높이에서 300번 이상 떨어지는 충격 테스트동안 깨지지 않았다.
또한, 일반적으로, 제 1 코일(6p), 제 2 코일(6s), 제 3 코일(6t)은 각각 %M1, %M2, M3의 맨드릴 비율(이하 "%맨드릴"이라 한다)을 가진다. %맨드릴은 다음과 같이 정의된다 : %맨드릴 = (DM/D)*100. 제 1 코일(6p)의 경우에, D는 지름이 d인 필라멘트 전선 (6e)이고 DM은 제 1 맨드릴의 지름 DM1이다. 제 2 코일(6s)에 있어서, D는 제 1 코일(6p)의 외부지름 Dp 또는 2*d+DM1이고, DM은 제 2 맨드릴 M2의 지름 DM 2를 나타낸다. 제 3 코일(6t)에 있어서, D는 제 2 코일(6s)의 외부지름 Ds 또는 4*d+2*DM1+DM2이고, DM은 제 3 맨드릴 M3의 지름 DM3이다.
본 실시형태에서, DM1, DM2, DM3은 다음과 같이 설명된다: DM1〈DM2〈DM3. %M1, %M2, %M3는 다음과 같다 : 약 100≤%M1≤약 700, 약 100≤%M2≤약 300, 약 100≤M3≤약 700. 각각의 M1, %M2, %M3가 100% 보다 작으면, 핫스폿이 발생할 수있는데, 이는 각 코일의 내부지름이 외부지름에 비해 작기 때문이다. 따라서, 필라멘트 속의 공간은 줄어들어서, 필라멘트내에 열이 유지되기 쉽다. 각 %M1, %M2, %M3가 너무 크면, 필라멘트는 진동과 충격 피해를 더 받는다. 삼중코일필라멘트는 약 1mm의 높이에서 300번 이상 떨어지는 충격 테스트동안 깨지지 않았다. 이 경우에, 핫스폿을 더욱 줄이기 위해서, DM2/DM1 비와 DM3/DM1 비는 다음과 같다 : 약 1.5≤D M2/DM1≤약 2.5, 약 6≤DM3/DM1≤약 25.
또한, 100≤%M1≤약 700, 약 100≤%M2≤약 300, 약 100≤%M3≤약 700이 되도록 삼중코일필라멘트가 형성될 때, %M1, %M2, %M3는 다음과 같다 : %M1≥%M3≥%M2. 따라서, 필라멘트는 진동과 충격 저항성을 더 향상시킬 수 있다.
또한, %M1, %M2, %M3는 다음과 같을 수 있다 : 150≤%M1≤약 600, 약 150≤%M2≤약 250, 약 150≤%M3≤약 600. 이 경우에, 핫스폿이 더욱 회피될 수 있다. 삼중코일필라멘트는 약 1.5mm의 높이에서 300번 이상 떨어지는 충격 테스트동안 깨지지 않았다.
또한, %M1, %M2, %M3 는 다음과 같을 수 있다: 약 150≤%M1≤약 400, 약 150≤%M2≤약 200, 약 150≤%M3≤약 400.
또한, 진동과 충격 저항성을 향상시키기 위해, %M1, %M2, %M3는 다음과 같을 수 있다 : 약 100≤%M1≤약 600, 약 100≤%M2≤약 200, 약 100≤%M3≤약 200. 각각의 제 1 코일(6p), 제 2 코일(6s), 제 3 코일(6t)의 권회수는 이전에 언급된 코일에 견주어 볼 때 감소할 수 있다.
제 1 코일(6p), 제 2 코일(6s), 제 3 코일(6t)가 모두 같은 방향으로 감겨질때, 필라멘트(6) 내의 내부압력은 필라멘트가 길어지도록 발생한다. 내부 압력을 제거하기 위해서, 제 1 코일(6t), 제 2 코일(6s), 제 3 코일(6t)중 어느 하나는 반대 방향으로 감겨질 수 있다. 따라서, 필라멘트(6) 내의 내부압력은 줄어들고, 필라멘트(6)은 램프작동 동안 쉽게 변형되지 않는다.
삼중코일필라멘트의 실시예 1 내지 4를 이하에서 상세하게 설명한다. 필라멘트가 할로겐 백열램프에 적용될 때, 필라멘트의 길이와 제 3 코일의 지름은 필라멘트의 본래의 디자인으로부터 바뀔 수 있는데, 이것은 필라멘트가 확장되고 팽창되는 동안 필라멘트는 대개 도전선(3a), (3b)사이에 배치되기 때문이다. 따라서, 도전선 사이에 배열된 필라멘트의 길이는 본래 디자인된 길이보다 더 길어질 수 있다. 제 3 코일의 외부지름은 본래의 디자인된 지름보다 더 작을 수 있다.
실시예 1
실시예 1에서 삼중코일필라멘트는 110V전압과 60W의 와트를 가지는 램프에 적용된다.
제 1 코일 제 2 코일 제 3 코일
지름(mm) 0.052 0.255 0.809
맨드릴의 지름(mm) 0.15 0.30 1.20
%mandrel 287 118 148
%pitch 221 193 179
필라멘트의 본래 디자인의 길이(mm) 5.2
본래 디자인의 외부지름(mm) 2.82
제 3 코일의 권회수 3.9
실시예 2
실시예 2에서 삼중코일필라멘트는 110V의 전압과 40W의 와트를 가지는 램프에 적용된다.
제 1 코일 제 2 코일 제 3 코일
지름(mm) 0.042 0.233 0.767
맨드릴의 지름(mm) 0.15 0.30 1.00
%mandrel 360 129 130
%pitch 230 197 153
필라멘트의 본래 디자인의 길이(mm) 4.3
본래 디자인의 외부지름(mm) 2.53
제 3 코일의 권회수 3.6
실시예 3
실시예 3에서 삼중코일필라멘트는 전압 240V와 램프 60W의 와트를 가지는 램프에 적용된다.
제 1 코일 제 2 코일 제 3 코일
지름(mm) 0.031 0.212 0.724
맨드릴의 지름(mm) 0.15 0.30 1.00
%mandrel 484 141 166
%pitch 220 188 172
필라멘트의 본래 디자인의 길(mm) 4.4
본래 디자인의 외부지름(mm) 2.65
제 3 코일의 권회수 3.5
실시예 4
실시예 4에서 삼중코일필라멘트는 전압 240V와램프 40W의 와트를 가지는 램프에 적용된다.
제 1 코일 제 2 코일 제 3 코일
지름(mm) 0.024 0.198 0.696
mandrel의 지름(mm) 0.15 0.30 1.30
%mandrel 625 152 187
%pitch 256 220 178
필라멘트의 본래 디자인의 길이(mm) 4.1
본래 디자인의 외부지름(mm) 2.69
제 3 코일의 권회수 3.3
이 실시형태에서, 할로겐 백열램프는 약 40W 내지100W의 범위에 있는 램프 와트를 가지며, 100V 내지240V의 볼트가 공급된다. 할로겐 백열램프는 700lm ∼1300lm의 전체 조명 플럭스와, 3000시간의 램프 수명 및 2600 내지 3300 Kelvin의 범위에 있는 색온도를 달성할 수 있다. 예를 들어, 400W-램프는 권취코일필라멘트를 가지는 종래의 60W-램프와 비슷한 특징을 갖는다. 60W-램프는 권취코일필라멘트를 가지는 종래의 100W-램프와 비슷한 특징을 갖는다. 따라서, 본 실시예의 와트수는 종래의 램프와 비교할 때 약 30% 내지 약 40% 의 범위에서 감소될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 대하여 이하에서 상세하게 설명한다. 도 6은 제 2 의 실시형태에 따른 할로겐 백열램프의 측면도를 나타난다. 동일한 참조부분에 대하여는 도 1 내지 5에 나타낸 제 1 실시형태에서 램프에서와 동일한 참조부호를 사용하였다. 따라서, 유사한 구성의 상세한 설명은 생략한다. 본 실시형태의 형상 및 작용은 다리부를 형성하는 방법을 제외하고는, 실질적으로 제 1 실시형태에서와 같다. 본 실시형태에서, 각각의 다리부(6ℓ)는 삼중코일 필라멘트로 된 텅스텐 필라멘트 전선(6e)의 한 가닥에 의해 형성된다. 다리부(6ℓ)가 필라멘트 전선(6e)자체만으로 형성될 때는, 다리부는 가열되거나 발광할 수 없다. 따라서, 필라멘트 (6)은 더 큰 전체 조명 플럭스를 발생할 수 있다. 필라멘트 전선(6e)에 의해서 형성된 다리부(6ℓ)는 제 1 코일(6p)로부터 연장될 수 있고, 제 1 코일(6p)은 제 3 코일(6t) 또는 제 2 코일(6s)로 연장될 수 있다. 필라멘트 전선(6e)가 제 3 코일(6t)로 직접 연장되는 것이 적절하다. 필라멘트 전선(6e)를 내부 도전선(3a),(3b)로 연결시키기 위해, 다리 권취부(3a3), (3b3)는 필라멘트 전선(6e)의 다리부 (6ℓ)가 도전선(3a), (3b)의 주위에 감겨진 후에 용접되거나 조여질 수 있다. 다리 권취부(3a3), (3b3)는 금속 슬리브(도시되지 않음)에 의해 덮혀진 후에 금속 슬리브가 조여진다.
도 7 은 제 3 실시형태에 따른 할로겐 백열램프의 측면도를 나타난낸. 도 1 내지 5에 나타낸 제 1 실시형태에 있는 램프의 구성요소와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였으며, 그에 대한 설명은 생략한다. 이 실시형태의 형상과 작용은 실질적으로 제 1 실시형태와 동일하다. 본 실시형태에서 다리부(6ℓ)는 3중 필라멘트(6)의 제 2 코일(6s)에 의해 형성된다. 따라서, 다리부(6ℓ)는 약하게 가열되거나 더 발광된다. 그러나, 다리부에서 제 2 코일(6s)일 때, 필라멘트(6)은 쉽게 진동하지 않는다.
도 8 은 제 4 실시형태에 따른 할로겐 백열램프의 측면도를 나타난다. 도 1 내지 5에 나타난 제 1 실시형태에 있는 램프의 구성요소와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였으며, 그에 대한 설명은 생략한다. 본 실시형태의 작용은 실질적으로 제 1 실시형태와 동일하다. 이 실시형태에서 발광엔벌로프(1')은 제 1 실시형태에 있는 원통부(1a) 대신에 간섭필터(10)을 가지는 타원형으로 형성된다.
도 9 는 제 5 실시형태에 따른 할로겐 백열전구의 측면도로 나타난다. 도 1 내지 5에 나타난 제 1 실시형태에 있는 램프의 구성요소와 동일한 부분에 대하여는 동일부호를 부여하였으며, 그에 대한 설명은 생략한다. 본 실시형태의 형상과 작용은 실질적으로 제 1 실시형태와 동일하다. 이 경우에 3중코일 필라멘트의 제 3코일(6t)는 세 번 권회되어 형성된다. 각각의 다리부(6ℓ), (6ℓ)는 제 1 코일 (6p)에 의해 형성된다. 지지부재(9)의 링형상부(9a)는 제 3 코일(6t)의 중간권취부를 지지하고, 지지부재(9)의 다른 끝단(9b)는 유리구슬 4에 의해 고정된다.
도 10 는 제 6 실시형태에 따른 할로겐 백열전구의 측면도로 나타난다. 도 1 내지 5에 나타난 제 1 실시형태에 있는 램프의 구성요소와 동일한 부분에 대하여는 동일부호를 부여하였으며, 그에 대한 설명은 생략한다. 본 실시형태의 형상과 작용은 실질적으로 제 5 실시형태와 동일하다. 이 실시형태에서 각각의 다리부 (6ℓ), (6ℓ)는 필라멘트 전선 (6e)에 의해 형성된다.
도 11 은 제 7 실시형태에 따른 할로겐 백열전구의 측면도로 나타난다. 도 1 내지 5에 나타난 제 1 실시형태에 있는 램프의 구성요소와 동일한 부분에 대하여는 동일부호를 부여하였으며, 그에 대한 설명은 생략한다. 본 실시형태의 형상과 작용은 실질적으로 제 2 실시형태와 동일하다. 이 실시형태에서 3중코일 필라멘트의 제 3 코일(6t)은 두 개의 권회수를 가진다. 장력이 가해지는 3중코일 필라멘트(6)는 내부 도전선(3a), (3b)사이에 배열된다. 필라멘트(6)을 내부 도전선(3a), (3b)으로부터 절단함으로써 장력을 가지게 되는 것은 이해할 수 있다. 필라멘트가 장력을 가지면, 절단된 후의 필라멘트 길이는 절단되기 전보다 더 짧다. 2.5회의 권회수와 필라멘트를 가진 제 3 코일이 팽창될 때, 필라멘트는 진동이 줄어드는데 그것은 2회의 권회가 내부 도전선 (3a), (3b)에 의해 각각 지탱되기 때문이다.
본 실시형태의 3중코일 필라멘트의 상세한 규격은 실시예 5에서 설명될 것이다.
실시예 5
이 실시예 5에서 3중코일 필라멘트는 110V의 볼트와 40W의 와트를 가지는 램프에 적용된다.
제 1 코일 제 2 코일 제 3 코일
지름(mm) 0.042 0.283 0.966
맨드릴의 지름(mm) 0.2 0.4 1.5
%mandrel 476 141 155
%pitch 221 191 172
필라멘트의 본래 디자인의 길이(mm) 3.2
본래 디자인의 외부지름(mm) 3.43
제 3 코일의 권회수 2
본 발명에 따르면, 필라멘트의 제 3 코일은 1회반5(1.5)권회수 내지 4회(4)권회수를 가질 수 있다. 코일 권회수가 1.5보다 적으면, 필라멘트의 외부지름은 커진다. 따라서, 대부분의 필라멘트는 반사경의 초점에 벗어나 있어서, 필라멘트에 의해 발생된 가시광선은 정확하게 반사될 수 없다. 따라서, 광원으로부터의 광출력비가 감소하는 경향이 있다. 비록 필라멘트가 팽창되거나 지지부재를 가지더라도, 코일이 4번 이상 권회되면 필라멘트의 중심부 전체는 커져서, 진동은 쉽게 조절될 수 없다.
도 12는 제 3 코일의 본래 설계상 외부지름에 대한 3중코일 필라멘트의 본래 설계도 길이의 그래프를 나타낸다. 수평축은 필라멘트의 본래 설계도 길이CL(mm)를 나타낸다. 수직축은 필라멘트의 본래 설계도 외부 지름 OSD(mm)을 나타낸다. 실시예 1 내지 5에 따른 본래의 설계된 길이와 필라멘트의 지름이 표시된다. 본래 설계도 길이와 본 발명의 필라멘트의 지름은 점선에 의해 둘러싸여진 부분 A이다.또한 굵은 선에 의해 둘러싸여진 부분 B는 더욱 바람직한 범위를 나타낸다. 팔라멘트는 실제로 팽창되거나 도전선 사이에서 연장되기 때문에, 필라멘트의 길이는 필라멘트의 본래 설계도 길이보다 더 길다.
도 13은 반사경을 갖는 할로겐 백열램프의 부분측단면도를 나타낸다. 도 13은 할로겐 백열램프(1), 할로겐 백열램프(1)를 수용하는 반사경(7), 세라믹으로 만들어진 베이스(8)을 포함한다. 램프 캡(8b)을 가지는 본체(8a)는 반사경(7)의 목부분에 무기의 접착제로 고정된다.
유리로 된 반사경(7)은 초점을 가지는 반사부분(7a), 내부 표면에 덮어진 반사필터(7b), 정면개구부를 덮은 투명판(7c)으로 이루어진다. 반사경(7)의 정면 개구부의 지름과 비교할때 3중 코일 필라멘트(6)의 외부 지름은 1/30∼1/10의 범위에 있다. 필라멘트(6)의 외부지름이 1/30보다 더 줄어들면, 필라멘트(6)이 너무 작아져서, 필라멘트가 반사경의 초점에 놓여지는 것이 어려워진다. 필라멘트의 외부 지름이 1/10 이상이면, 필라멘트는 너무 커진다. 이에 따라, 반사경은 가시광선을 정확하게 반사할 수 없게되어, 반사 능력은 감소한다. 반사경(7)의 정면 개구부의 지름과 비교할 때, 3중코일 필라멘트(6)의 외부지름은 1/25∼1/14의 범위에 있다. 반사경(7)의 정면 개구부의 지름과 비교할 때, 3중코일 필라멘트의 길이는 1/20∼1/5의 범위에 있다. 정면 개구의 지름과 비교할 때, 3중 코일 필라멘트의 길이는 1/17∼1/6의 범위에 있다.
반사 필터는 상기 언급된 간섭필터와 동일한 재료로 만들어진다. 이 경우에, 필터는 램프로부터 가시광선이 반사되고 적외선 복사를 통과하도록 작동한다.램프(1)는 무기의 접착제로 반사경에 고정된다. 램프(1)가 있는 3중코일 필라멘트 (6)의 중심은 반사경(7)의 초점에 마련된다. 또한, 3중코일 필라멘트(6)는 권취코일 필라멘트보다 짧기 때문에, 반사경(7)의 초점 주위에 마련하는 것은 쉽다. 따라서, 3중코일 필라멘트(6)에 의해 발생된 가시광선은 반사부(7a)에 의해 적절하게 반사된다.
도 14는 할로겐 백열램프의 측면도를 나타낸다. 도 9에 나타낸 램프의 구성요소와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였으며, 따라서, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이 실시형태의 형상과 작용은 실질적으로 도 9와 같다. 이 경우에, 램프는 세라믹으로 만들어진 본체(8a)를 가지는 베이스(8)와 E11 방식의 램프 캡(8b)으로 이루어진다.
도 15는 할로겐 백열전구의 측면도를 나타낸다. 도 6에 나타낸 램프의 구성요소와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였으며, 따라서, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이 경우에, 발광엔벌로프(1")는 두 개의 밀봉부(1b), (1b) 및 Rs7 방식의 베이스(8)를 가진다. 필라멘트는 내부 도전선(3a), (3b)사이에 배열된다. 지지부재(9)는 3중코일 필라멘트를 지지한다.
도 16은 상기 언급된 램프를 사용하는 조명장치의 측면도를 나타낸다. 스포트라이트에는 반사경(22a)를 가지는 할로겐 백열 램프(22)와 그 램프(22)를 수용하는 하우징(21)이 마련된다. 예를 들어, 하우징(21)은 천장에 고정되도록 적용된 베이스(21a)와, 베이스(21a)에 마련된 지지부재(21b) 및 램프 지지부재(21c)로 이루어진다. 지지부재(21b)는 램프(22)를 베이스(21a)에 포함된 회선에 연결하는 케이블을 가진다. 이 실시형태에 따르면, 반사경의 초점 주위에 3중코일을 놓는 것이 용이하다. 이에 따라, 필라멘트에 의해 초래된 가시광선은 반사경에 정확하게 반사되어, 가시광선은 선결된 지역에 정확하게 빛을 비출 수 있다. 그 결과로서, 조명장치의 광출력비가 향상될 수 있다.
본 발명에 따르면, 램프가 반사경을 가질 때, 삼중코일 필라멘트는 반사경의 초점에 가까이 있게 된다. 따라서, 필라멘트에 의해 발생된 가시광선은 정확하게 반사될 수 있고, 가시광선은 선택된 지역을 정확하게 빛을 비출 수 있어서, 조명장치의 광출력비가 효과적으로 향상될 수 있다. 또한, 비록 램프가 권취코일필라멘트를 가지는 종래의 램프의 최대 플럭스에 해당하는 약 60%의 총 플럭스를 발생하여도, 램프에 의해 발생된 가시광선은 종래의 램프를 사용하는 조명장치와 견주어 볼 때 소정의 지역에 더 정확하게 반사되어 빛을 비출 수 있다. 따라서 조명장치의 광출력비가 향상될 수 있다. 아울러, 필라멘트에 의해 초래된 가시광선은 반사경에 정확하게 반사되어, 가시광선은 선결된 지역에 정확하게 빛을 비출 수 있다. 그 결과로서, 조명장치의 광출력비가 향상될 수 있다.

Claims (8)

  1. 할로겐 가스와 불활성 가스를 포함하는 가스로 채워진 발광 엔벌로프와;
    상기 엔벌로프에 배치된 한 쌍의 내부 도전선과;
    상기 1.5 내지 4 회의 권회수를 가지는 제 1 코일, 제 2 코일 및 제 3 코일을 가지며, 재결정되고, 상기 엔벌로프내에 배치되며, 내부 도전선의 끝단 사이에 접속된 3중코일 필라멘트; 및
    필라멘트를 지지하는 지지부재로 이루어진 할로겐 백열램프.
  2. 제 1 항에 있어서, 3중 필라멘트를 초점에 가깝게 하기 위해 마련된 반사경과, 반사경의 한쪽 끝단에 고정된 베이스를 구비하는 할로겐 백열램프.
  3. 제 1 항에 있어서, 필라멘트로부터 연장된 한 쌍의 다리부를 포함하여 구성되며, 다리부의 각각은 내부 도전선의 한쪽에 연결되는 할로겐 백열램프.
  4. 제 1 항에 있어서, 3중코일 필라멘트가 이하의 조건을 만족하는 할로겐 백열램프 : p1≥p2≥p3≥, 여기에서, p1, p2, p3는 제 1 코일, 제 2 코일 및 제 3 코일중의 두 개의 인접한 코일권회의 중앙으로부터의 길이를 각각 나타낸다.
  5. 제 4 항에 있어서, 3중코일 필라멘트가 이하의 조건을 만족하는 할로겐 백열램프.: 약 130≤%p1≤약 400, 약 130≤%p2≤약 300 및 약 130≤%p3≤약 300, 여기에서
    %p1은 다음의 공식에 의해 정의된 제 1 코일의 피치비율이며: %p1= (p1/D)*100, D는 필라멘트 전선의 지름,
    %P2는 다음의 공식에 의해 정의된 제 2 코일의 피치비율이며: %p2= (p2/D)*100, D는 제 1 코일의 외부 지름,
    %p3는 다음의 공식에 의해 정의된 제 3 코일의 피치비율이며 : %p3= (p3/D)*100, D는 제 2 코일의 외부지름이다.
  6. 제 1 항에 있어서, 3중코일 필라멘트는 DM1의 지름을 가지는 제 1 맨드릴과, DM2의 지름을 가지는 제 2 맨드릴 및 DM3의 지름을 가지는 제 3 맨드릴의 주위에 감음으로써 형성되고 다음의 조건을 만족시키는 할로겐 백열램프.: 약 100≤%M1≤약 700, 약 100≤%M2≤약 300, 100≤%M3≤약 700, 여기에서,
    %M1은 다음의 공식에 의해 정의되는 제 1 코일의 맨드릴비,: %M1= (DM1/D)*100, D는 필라멘트 전선의 지름이고,
    %M2는 다음의 공식에 의해 정의되는 제 2 코일의 맨드릴비,: %M2= (DM2/D)*100, D는 제 1 코일의 외부지름이고,
    %M3은 다음의 공식에 의해 정의되는 제 3 코일의 맨드릴비,: %M3=(DM3/D)*100, D는 필라멘트 전선의 지름이다.
  7. 제 6 항에 있어서, 3중 코일 필라멘트는 다음의 조건을 만족하는 할로겐 백열램프: %M1≥%M3≥M2.
  8. 반사경을 가지며,
    할로겐 가스와 불활성 가스를 포함하는 가스로 채워진 발광 엔벌로프와;
    상기 엔벌로프에 배치된 한 쌍의 내부 도전선과;
    상기 1.5 내지 4 회의 권회수를 가지는 제 1 코일, 제 2 코일 및 제 3 코일을 가지며, 재결정되고, 상기 엔벌로프내에 배치되며, 내부 도전선의 끝단 사이에 접속된 3중코일 필라멘트; 및
    필라멘트를 지지하는 지지부재로 이루어진 할로겐 백열램프; 및
    상기 램프를 수용하는 하우징을 포함하여 구성되는 조명장치.
KR10-2001-0016655A 2000-03-30 2001-03-29 할로겐 백열램프 및 그 램프를 이용한 조명장치 KR100407359B1 (ko)

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