KR20010112865A - 가스 방전등의 전극 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극의 구조를 개선하여 전자 방출 효율을 증가시킴으로써 방전등의 내부 가스 압력을 낮출 수 있고, 이에 따라 제조 비용이 감소되고 환경 문제를 완화시킬 수 있도록 한 가스 방전등의 전극 장치에 관한 것이다.

또한 본 발명은 전극구조를 개선함으로써 전극의 마모를 방지하도록 한 가스 방전등의 전극장치에 관한 것이다.

본 발명의 가스 방전등의 전극 장치는 양극과 음극이 대향 설치되어 이루어지며, 양극과 마주보는 음극의 단부에 길이 방향으로 요홈부가 형성되어 이루어진다.

Description

가스 방전등의 전극 장치{Electrode Device for Gas Lamp}

본 발명은 가스 방전등의 전극 장치에 관한 것으로, 특히 음극의 구조를 개선시켜 전자 방출 효율을 증대시키고 전극의 수명을 연장시킬 수 있도록 한 가스 방전등의 전극 장치에 관한 것이다.

근래 들어, 차량에 사용되는 헤드라이트와 관련하여 광량의 증가 및 램프의 소형화가 요구되고 있는 바, 이러한 요구에 따라 방전등의 채용이 고려되고 있다.

가스 방전등이 종래의 전구와 다른 점은 종래의 전구는 단순히 전압을 한 개의 필라멘트에 인가하여 발광시켰으나 가스 방전등은 서로 대향하게 두 전극을 설치하여 전극간에 발생된 아크를 발광체로 하며 이러한 아크광을 제어하기 위해 점등장치가 필요한 점이다.

또한, 이러한 아크는 아크관 내에서 이루어지며 아크관 내에는 아크를 발생시킬 수 있도록 서로 대향하는 텅스텐 전극, 금속할로겐화물과 시동가스인 키세논 및 수은 등이 봉입되어 있다.

도 1은 종래의 가스 방전등의 전극 장치를 설명하기 위한 개략 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 가스 방전등의 전극 장치는 음극(1)과 양극(2)이 마주보도록 설치되어 있는 바, 이러한 음극(1)과 양극(2)의 몸체는 통상적으로 원주형상의 텅스텐으로 이루어진다. 그리고, 음극(1)의 단부에는 원뿔부(1a)가 형성되어 있고, 양극(2)의 단부에는 돔부(2a)가 형성되어 있다.

도 2a 및 도 2b는 종래 가스 방전등의 방전상태를 나타낸 사진이다.

도 2a는 저전압을 인가하였을 때 나타나는 사진으로 방전광선이 음극의 원뿔부의 끝부분에 집중되어 있음을 알 수 있고, 방전광선의 폭이 좁고, 방전광선이 휘어져 있음을 알 수 있다.

도 2b는 고전압을 인가하였을 때 나타나는 사진으로 방전광선의 폭이 넓어졌으나, 저전압을 인가한 경우와 마찬가지로 방전광선이 음극의 원뿔부의 끝부분에 집중되어 있음을 알 수 있고, 여전히 방전광선이 휘어져 있음을 알 수 있다.

전술한 구성의 전극을 갖는 가스 방전등에서 음극(1)이 가열되게 되면, 음극(1)의 원뿔부(1a) 부근의 표면에서 열전자가 방출되게 되고, 이렇게 방출된 열전자는 높은 전위를 갖는 양극(2)으로 끌려가게 된다. 이 때, 음극(1)에서 발생되는 열전자는 상기 음극(1)의 원뿔부(1a)에 집중되고, 상기 음극(1)과 양극(2) 사이에 형성되는 전기력선도 상기 음극(1)의 원뿔부(1a)에 집중되므로 전기력선의 폭(D)은 대략 1-2[mm] 정도에 불과하여 방출된 열전자의 이동궤적이 제한되므로 방전등 내부에 봉입된 가스 원자와의 충돌 기회가 그만큼 적어지게 된다. 따라서, 다량의 가스 원자와의 충돌로 다량의 전자를 방출시키기 위해서 고압의 가스를 봉입하여야 한다.

또한, 도 1과 같이 상기 음극(1)의 단부를 원뿔부(1a)로 형성하는 경우 열전자의 방출이 상기 원뿔부(1a)의 끝부분에 집중되므로 상기 원뿔부(1a)의 끝 부분이 쉽게 마모되게 되어 음극(1)과 양극(2) 사이의 간격이 길어지게 된다. 따라서음극(1)과 양극(2) 사이에 일정한 전계를 인가하기 위해서는 상기 음극(1)과 상기 양극(2)에 인가하는 전압을 계속해서 높여주어야 한다.

이와 같이 종래의 가스 방전등에서는 방전등의 내부를 고압으로 유지시켜야 하기 때문에 많은 양의 봉입 가스가 필요하고 제조 공정도 복잡해져서 결과적으로 제조 비용이 상승되며, 방전등을 폐기할 때에 많은 양의 봉입 가스로 인하여 그 만큼 많은 환경 오염이 유발되는 문제점이 있다.

나아가, 음극이 원뿔형상을 이루고 있어서 전자 방출이 원뿔형상의 끝 부분에 집중되어 음극이 쉽게 마모되므로 방전등의 효율이 저하되게 되고, 결국에는 가스 방전등의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 음극의 구조를 개선하여 전자 방출 효율을 증대시키기 위한 가스 방전등의 전극 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 음극의 마모가 어느 한 곳에 집중되는 것을 방지하기 위한 가스 방전등의 전극 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전자 방출효율을 증대시킴으로써 가스 방전등의 내부 가스 압력을 낮출 수 있으며, 이에 따라 제조 비용이 감소되고 환경 오염 유발 문제를 완화시킬 수 있도록 하기 위한 가스 방전등의 전극 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 방전등의 전극 장치는 양극과음극이 대향되게 설치되며, 상기 양극과 마주보는 상기 음극의 단부에는 상기 음극의 길이 방향으로 요홈부를 형성한다.

또한, 전술한 구성에서, 상기 음극과 마주보는 상기 양극의 단부에 양극의 길이 방향으로 요홈부를 형성함으로써 전극의 마모를 방지하고, 방전 효율을 더욱 증진시킬 수 있다.

도 1은 종래의 가스 방전등의 전극 장치를 설명하기 위한 개략 구성도,

도 2a는 종래의 가스 방전등의 전극장치에 저전압을 인가하였을 때 나타나는 방전광선의 모양

도 2b는 종래의 가스 방전등의 전극장치에 고전압을 인가하였을 때 나타나는 방전광선의 모양

도 3은 본 발명의 가스 방전등의 전극 장치를 설명하기 위한 개략 구성도,

도 4는 도 2의 가스 방전등의 전극 장치의 단면도 및 동작 원리를 설명하기 위한 도,

도 5는 본 발명의 가스 방전등의 전극 장치의 다른 실시예에 따른 개략 구성도이다.

도 6a는 본 발명의 가스 방전등의 전극장치에 저전압을 인가하였을 때 나타나는 방전광선의 모양

도 6b는 본 발명의 가스 방전등의 전극장치에 고전압을 인가하였을 때 나타나는 방전광선의 모양

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1, 10: 음극, 1a: 원뿔부,

2, 40: 양극, 2a: 돔부,

12, 42: 요홈부, 20: 전자,

30: 가스 원자, 50: 방전광선

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 방전등의 전극 장치에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 가스 방전등의 전극 장치를 설명하기 위한 개략 구성도이다.

방전등 내부, 구체적으로는 아크관 내부에 음극(10)과 양극(2)이 대향되게 설치되며, 상기 음극(10)은 원주형상을 이루고 있으면서 상기 양극(2)과 마주하는 상기 음부(10)의 단부에 상기 음극(10)과 상기 양극(2)을 연결하는 길이 방향으로 요홈부(12)가 형성되어 있다. 또한, 상기 양극(2)은 원주형상을 이루고 있으며 상기 양극(2)의 단부는 돔부(2a)가 형성되어 있다.

상기 음극(10)과 상기 양극(2)의 재질로는 텅스텐이 사용될 수 있다.

도 4는 도 3의 상기 음극(10)과 상기 양극(2)을 각각 A-A'와 B-B'로 절단한 단면도이다.

가스 방전등의 전극 장치의 동작 원리를 도 4로 설명한다.

본 발명의 가스 방전등의 전극장치는 상기 음극(10)을 제외하고는 종래의 가스 방전등과 동일한 구조를 이루고 있다.

본 발명을 설명하기 위해 도 3과 도 4에 도시된 본 발명의 음극(10) 구조로부터 방출되는 열전자와 방전에 이르는 과정에 대하여 설명한다.

상기 음극(10)에는 양극(2)과 대향하는 단부에 상기 음극(10)의 길이 방향으로 요입홈(12)이 형성되어 있다.

고전압이 상기 음극(10)과 양극(2)에 인가되면 상기 음극(10)으로부터 열전자가 방출되고, 계속해서 고전압이 인가되면 상기 방출된 열전자는 상기 양극(2)으로 이끌리면서 방전등 내에 봉입된 가스와 충돌하게 된다.

상기 음극(10)의 상기 요입홈(12)의 표면으로부터 방출되는 열전자는 방전등에 봉입된 가스와 충돌하면서 중성가스는 양이온과 전자로 분리된다.

상기 양이온은 전압에 이끌려 상기 요입홈(12)의 표면과 충돌하면서 열전자의 방출을 촉진하게 되고, 중성가스로부터 이탈된 상기 전자 또한 중성가스와 충돌하여 중성가스의 이온화를 가속하게 된다.

특히, 상기 요입홈(12) 내부는 음극으로 둘러싸여 있으므로 열전자, 양이온의 밀도가 증가하여 전자와 양이온이 급증하는 전자사태가 쉽게 발생하게 된다. 이렇게 발생한 전자사태는 양극(2) 쪽을 확산되면서 양극(2) 쪽으로 흐르는 전자의 흐름과 음극(10) 쪽으로 흐르는 양성자의 흐름이 왕성하게 되어 방전내의 중성가스의 절연이 파괴되므로 실질적으로 많은 전류가 흐르는 것과 동일한 효과가 발생한다. 이때 전자는 중성가스 분자를 전리시킬 뿐 아니라 양이온과 충돌하여 다시 중성분자로 이루어지면서 전자가 가지고 있는 에너지가 빛과 열로 변하게 된다.

또한, 상기 요입홈(12) 내부에서 열전자의 방출이 집중되어 상기 양극 쪽으로 진행하므로 방전 광선의 폭을 요입홈(12)의 직경 정도로 조절할 수 있고, 상기 요입홈(12) 내부에서 발생한 전자사태가 급격히 양극(2) 쪽으로 전이되므로 방전광선의 직진성을 확보할 수 있게 된다.

따라서 상기 음극(10)에 요입홈(12)을 형성함으로써 전자사태가 용이하게 발생하므로 방전등 내에 저밀도(저압)의 가스를 봉입해도 많은 양의 전자를 방출할 수가 있게 되어 아크방전을 쉽게 유도할 수 있다.

도 5는 본 발명의 가스 방전등의 전극 장치의 다른 실시예에 따른 개략 구성도인 바, 도 3의 실시예와 동일한 부분에는 동일한 참조 번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 음극(10)과 대향하게 설치되는 양극(40)도 원통체로 이루어지며, 음극(10)의 요홈부(12)와 마주보는 부분에 음극(10)과 마찬가지로 요홈부(42)가 형성되어 이루어진다. 전술한 구성에 의해 열전자 또는 전자사태로부터 발생한 전자들은 양극(40)의 요홈부(42)를 통해 흡수되므로 방전광선의 직진성을 용이하게 유도할 수 있고, 전자들과의 충돌로 인한 양극(40) 끝 부분의 마모도 방지할 수 있다.

도 6a는 본 발명의 전극구조를 사용한 가스 방전등에 저전압을 인가한 경우를 나타낸 사진이다. 방전광선의 폭이 좁다하더라도 방전광선이 음극의 요홈부로부터 발생하고 있음을 알 수 있고, 방전광선이 직진하고 있음을 알 수 있다.

도 b는 본 발명의 전극구조를 사용한 가스 방전등에 고전압을 인가한 경우를 나타낸 사진이다. 방전광선의 폭이 넓고, 방전광선이 음극의 요홈부로부터 발생하고 있음을 알 수 있으며, 방전광선이 직진하고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 가스 방전등의 전극 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 예를 들어, 방전등 자체의 구조 및 내부 가스의 종류 등에 관계없이 여러 방전등에 폭넓게 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 가스 방전등의 전극 장치에 따르면, 전극 구조를 개선하여 전자 방출 효율을 증가시킴으로써 방전등의 내부 가스 압력을 낮출 수 있는 이외에 공정을 단순화시킬 수 있어서 제조 비용이 감소된다. 또한, 적은 양의 가스 원자를 사용하기 때문에 공해 유발 문제를 완화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 전극의 마모가 어느 한 곳에 집중되는 것을 방지하므로 방전등의 수명을 연장할 수 있을 뿐 아니라 방전등의 효율을 증대시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 양극과 음극이 대향되게 설치되며, 상기 양극과 마주보는 상기 음극의 단부에 길이 방향으로 요홈부가 형성되어 이루어진 가스 방전등의 전극 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 음극과 마주보는 상기 양극의 단부에 길이 방향으로 요홈부가 형성되어 이루어진 가스 방전등의 전극 장치.
3. 제 1 항 또는 제2항에 있어서, 상기 요홈부의 내부 표면이 요철처리된 것을 특징으로 하는 가스 방전등의 전극 장치.