KR20020047226A - 소형 고전압 백열 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형 고전압 전구에 관한 것이다. 발광체, 즉 상기 전구는, 2중-나선(4a-4c)으로 구성된 2중-나선(4) 형태의 3중 코일을 구비한다. 본 발명은 소형 크기와 높은 광 세기를 갖는 고전압 전구를 제조할 수 있다.

Description

소형 고전압 백열 램프{COMPACT HIGH-VOLTAGE ELECTRIC LIGHT-BULB}

코일드-코일 필라멘트(coiled-coil filament)를 구비한 소형 할로겐 백열 램프가 이미 EP-A 0 743 673에 공지되어 있다. 코일드-코일 필라멘트는, 특히 램프를 수직축으로 횡단하며, 원주형 전구 내부에 배치된다. 동작 전압에 대한 특정 데이터는 상기 출원에서 얻을 수 없다. 그러나, 적어도 230V의 동작에 적합하지 않다는 것을 알 수 있다.

저전압 중간-전압 기술(low-voltage to medium-voltage technology)(예컨대 6 내지 36V)을 사용하며, 코일드-코일 필라멘트와 전구 벽면에 제공되고 적외선(IR) 복사를 반사하는 층을 갖는, 소형 할로겐 백열 램프가 GB-A 2 302 208에 개시되어 있다. 코일드-코일 필라멘트는 전구의 원주형 부분의 축에 배치된다.

US-A 4,499,401에는 배-형상(pear-shape)의 전구 내부에서 램프를 수직축으로 횡단하며 배치된 3중 필라멘트를 갖는 백열 램프가 개시되어 있다. 이러한 백열 램프는 에디슨 나사 베이스(Edison screw base)를 가지며 230V의 동작에 적합하다. 그러나, 필라멘트의 횡단 배치로 인해, 상대적으로 높은 형상을 가지며 이로 인해 투사 분야에 적합하지 않다.

마지막으로, 각각의 필라멘트 세그먼트가 복잡한 필라멘트 프레임에 의해 전구 내부에 고정된, 다수의 필라멘트 세그먼트를 갖는 HV 백열 램프가 또한 공지되어 있다. 그러나 광학 반사기내에서 이러한 램프를 사용할 때 발광 품질이 낮아지는 단점을 갖는다. 특히, 공간적으로 연장되고 세그먼트된 백열 필라멘트는 바람직하지 않은 비균일 광도 분배를 유발한다.

본 발명은 소형 고전압 백열 램프에 관한 것이다.

고전압 백열 램프라는 용어는 일반적으로, 예컨대 115V 또는 230V의 시스템 전압으로 바로 변환하는 트랜스포머 또는 전기 변환기와 같은 전압 트랜스포머를 내장하지 않고 동작할 수 있는 백열 램프를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.

특히, 이것은 예컨대, 230V의 시스템 전압에서 동작하는 소형 고전압 할로겐 백열 램프이다. 할로겐 백열 램프에서, 통상적으로 N₂, Xe, Ar, 및/또는 Kr과 같은 불활성 가스로 충진된 전구는 전구 흑화 현상(bulb blackening)을 방지하기 위해 텅스텐-할로겐 순환 과정을 유지하는 할로겐 첨가물이 추가로 첨가된다.

이러한 형태의 램프는 일반적인 발광 및 특정 발광 작업, 예컨대 투사 기술과 같은 광학 반사기와 함께 사용된다.

이미 저전압 할로겐 백열 램프의 경우와 같이, 고전압 할로겐 백열 램프도 소형 램프 크기의 방향으로 증가하는 추세이다. 램프, 특히 램프의 발광 엘리먼트의 소형화는 투사 분야에서 매우 중요하다.

그러나, 이것은 고전압 할로겐 백열 램프용 발광 엘리먼트(백열 필라멘트)의 경우에 통상적으로 필요한 전선의 큰 길이와 대치된다. 그 이유는 백열 필라멘트의 전기 저항(R)과 주어진 공급 전압(U)에 대한 필요한 전력 소모량(P) 사이의 관계식과 관련이 있다. 특히, 관계식 P=U²/R 이 적용된다. 공급 전압(U)은 상기 관계식에서 2차 형태이기 때문에, 백열 필라멘트의 저항은 램프의 동일한 전력 소모를 실현하기 위해 저전압에서 고전압 영역으로 전이함에 따라 증가해야 한다. 전선 필라멘트의 저항(R)은 전선 직경과 전선 길이의 함수이다. 따라서, 고전압 할로겐 백열 램프에서, 전선은 통상적으로, 전선 직경 및 전력(여기서는, 예컨대 50㎛와 150W 또는 190㎛와 1000W)에 따라서, 1m 내지 2m사이의 길이를 갖는다.

따라서, 백열 필라멘트는 통상적으로 주어진 전력 소모량, 전선 직경 및 필라멘트 피치(filament pitch)와 비교하여 저전압 형태보다는 고전압 램프에서 더 길어진다.

도 1a는 2중-나선 발광 엘리먼트와 원주형 전구를 구비한 고전압 할로겐 백열 램프의 내부를 도시한다.

도 1b는 도 1a를 90°로 회전시킨 것이다.

도 2a는 2중-나선 발광 엘리먼트와 타원형 전구를 구비한 고전압 할로겐 백열 램프의 내부를 도시한다.

도 2b는 도 2a를 90°로 회전시킨 것이다.

도 3은 2중 권선으로 2중-나선 발광 엘리먼트를 제조하는 원리를 도시한다.

본 발명의 목적은 소형 고전압 백열 램프를 제공하는 것이다. 추가의 특징은 더 높은 광와 효율 및 광학 반사기에서 사용하는 경우에 더 나은 발광 품질을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 제 1 항의 특징부를 갖는 램프에 의해 실현된다. 유리한 개선 사항은 종속항에 나탄난다.

또한 청구항은 본 발명에 따른 램프와 광학 반사기를 갖는 발광 시스템을 보호한다.

본 발명에 따른 소형 고전압 백열 램프는 종래 2중 권선으로부터 형성된2중-나선 형태의 3중 권선을 발광 엘리먼트로서 구비한다.

발광 엘리먼트의 형태를 도시하기 위해, 2중-나선이 두 개의 공간적으로 연동하는 코일드-코일 필라멘트 부분으로 구성된 코일드-코일 필라멘트로서 간주될 수 있고, 두 개의 코일드-코일 필라멘트는 유사한 나선형 굴곡이지만 전류 흐름과 관련하여 반대로 회전하는 것으로 구현된다. 이러한 두 개의 나선형 굴곡은 이들의 두 개의 수직축이 일치하도록 축방향으로 대략 피치의 절반까지 상호간에 상대적으로 떨어져 배치된다. 여기서, 피치는 나사형 굴곡이 완전하게 회전한 거리로서 한정된다. 두 개의 코일드-코일 필라멘트 부분은 발광 엘리먼트의 제 1 단부에서 상호간에 결합된다. 발광 엘리먼트의 반대 단부에서, 코일드-코일 필라멘트 부분은 각각 공급 리드(supply lead)에 연결된다. 전체 시스템 전압은 램프의 동작 동안 공급 리드에 존재한다. 230V AC 전압 시스템에서, 예컨대, 이것은 대략 311V의 피크 전압을 의미한다. 전압 플래시오버(flashover) 및/또는 이로 인한 아크의 증가된 위험이, 두 개의 공간적으로 연동하는 코일드-코일 필라멘트 부분중에서, 공급 리드에 바로 인접한 개시 영역에 존재한다. 적어도 이러한 위험을 감소시키기 위해, 이러한 영역의 피치를 증가시키는 것이, 즉, 공급 리드의 방향으로 증가하는 피치를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 특히, 두 개의 2중-나선 절반부의 개시 영역은, 필요에 따라, 가깝지 않게 인접하지만, 발광 엘리먼트의 전체 길이는 과도하게 증가하지 않는다. 선택적으로 또는 보완적으로서, 공급 리드의 방향으로 증가하는 2중-나선의 직경을 제공하는 것이 또한 유리할 수 있다.

어쨌든, 이러한 방식으로 고전압 백열 램프에 필요한 긴 백열 전선은 상기설명한 3중 권선의 형태로 초소형이며, 단일부 구성, 즉 분할되지 않은 발광 엘리먼트로서 설계될 수 있다. 2중-나선 형상의 발광 엘리먼트의 소형화에 추가하여, 자체의 구조가 상대적으로 밀폐되는 것이 유리하다. 따라서, 고전압 백열 램프의 경우에 첫째로, 높은 광도와, 둘째로,-광학 반사기내에 설치하는 경우에-좋은 발광 품질을 실현하는 것이 가능하다.

초소형 개발 분야에서, 전구의 주부는 횡단면이 원형인 원주 형상을 갖는다. 이러한 경우에, 신장된 2중-나선은 원주형 전구 내부에서 축 방향으로 향한다. 이러한 경우에, 전구와 발광 엘리먼트는 형상적으로 상호간에 대등하게 되어, 그 결과 램프의 초소형 구조를 갖는다.

더욱이, 효율을 더욱 증가시키기 위해 그 자체로 공지된 방식인 적외선(IR) 복사를 반사하는 층을 갖는 전구의 벽면을 제공하는 것이 바람직할 수 있다(예컨대, 상기 인용된 GB-A 2 302 208을 참조). 이러한 층은 발광 엘리먼트에 의해 방출된 적외선(IR) 복사력(radiant power)의 대부분을 재반사한다. 램프 효율의 증가는, 한편으로, 일정한 전력 소모량이 주어진 발광 엘리먼트의 온도를 증가시키고, 광속을 높이는데 사용될 수 있다. 다른 한편으로, 낮은 전력 소모-유리한 "에너지 절감 효과"-와 함께 상기 설명한 광속을 실현하는 것이 가능하다. 추가의 유리한 효과는 적외선(IR) 층으로 인해 적은 적외선(IR) 복사력이 전구를 통해 방출되고, 따라서 주위 환경이 종래 백열 램프보다 훨씬 적은 열을 받는다는 것이다.

적외선(IR) 복사를 반사하는 층을 갖는 램프의 바람직한 실시예에서, 전구의 주요부는 타원형으로 또는 적어도 대략적인 타원 형상의 구조를 갖는다. 전구의이러한 형태는 적외선(IR) 복사의 매우 효율적인 피드백이 가능하게 한다. 이것에 대한 더 자세한 사항은 EP-A 0 765 528에 나타난다.

실시예를 이용하여 본 발명을 하기에서 더 상세하게 설명한다.

도 1a, 1b는 230V의 시스템 전압에서 동작하며 일 단부에 핀칭된 본 발명에 따른 고전압 할로겐 백열 램프의 측면도와 90°로 회전시킨 도면을 개략적으로 도시한다. 전력 소모량과 발광 효율은 각각 1000W와 25 lm/W이다.

램프는 석영 유리로 제조되고, 일 단부에서 폐쇄된 팁(2)을 갖는 돔을 형성하는 형상의 원주형 전구(1)를 구비한다. 전구(1)는 핀치 밀폐부(3)를 이용하여 다른 단부에서 밀폐된다. 할로겐 백열 램프에 사용되는 것과 같이, 전구(1)는 자체로 공지된 할로겐 충진물을 둘러싼다. 충진물 성분은 예컨대, 크세논(Xe)과 니트로겐(N₂) 및, 디브로모메탄(DBM)과 같은, 소량의 할로겐이다. 충진물 압력은 대략 3 bar이다.

단일부로 구성된 발광 엘리먼트(4)는 전구(1) 내부에서 축방향으로 배치되어 있다. 도 1b에 확대되어 도시된 바와 같이, 발광 엘리먼트는 2중-나선을 형성하는 형상의 텅스텐 전선으로 제조되어 그 자체로 공지된, 코일드-코일 필라멘트(4a-4c)를 갖는다. 2중-나선(4)은 나선형 굴곡 형상으로 두 개가 공간적으로 연동된 코일드-코일 필라멘트 섹션(4a,4b)을 가지며, 아크형 코일드-코일 필라멘트 섹션(4c)에 의해 상호간에 연속적으로 결합된다. 나선형 굴곡 형상에서, 2중-나선(4)의 부분(4a,4b) 각각은 일회전 반을 회전한다. 2중-나선(4)의 외부 직경과 길이는 각각 대략 11mm와 16mm이다. 따라서, 230V 시스템 전압과 1000W 전력 소모량에서 동작하는 2중-나선 발광 엘리먼트(4)는 초소형이 된다.

발광 엘리먼트의 두 개의 단일한 나선형 단부(5a,5b)는, 두 개의 전선 핀(7a,7b)에 의해 지지되는 석영 빔(6)에 고정되고, 또한 공급 리드로서 기능을 한다. 두 개의 전선 핀(7a,7b)은 핀치 밀폐부(3)내에서 종결되며, 각각 몰리브덴 포일(molybdenum foil)(8a,8b)에 연결된다. 마지막으로 몰리브덴 포일(8a,8b)은 각각 외부로 유도되는 공급 피드 핀(supply feed pin)(9a,9b)에 연결된다.

팁(2)에 인접한 2중-나선 발광 엘리먼트(4)의 단부는 코일드-코일 필라멘트 부분(4c)이 전선으로 제조된 홀더(holder)(10)를 이용하여 고정된다. 이러한 목적을 위하여, 전선 홀더(10)는 고리부(eye)(11)에서 종결되는 신장 활부(elongatedbow)(11)를 형성한다. 두 개의 2중-나선(4)의 절반부를 연결하는 부분(4c)는 이러한 고리부(11)에 의해 지지된다. 홀더(10)의 다른 단부는 석영 빔(6)내에 고정된다.

선택적으로, 홀더(10)의 다른 단부는 또한 핀치 밀폐부(3)까지 연장될 수 있다. 이러한 경우에, 홀더가 핀치 밀폐부에 직접 고정되기 때문에, 상기 언급한 석영 빔(6)을 제거할 수 있다. 일부 환경에서, 예컨대, 큰 전선 직경이 제공되어, 필라멘트의 안정성이 충분히 높다면, 홀더 전체를 제거하는 것도 가능하다.

도 1a, 1b 의 할로겐 백열 램프는 3중 권선 소형 2중-나선 발광 엘리먼트(4)와, 자체에 적응되며 일 단부에서 핀칭되고, 대략 60mm의 전체 길이와 대략 20mm의 직경을 갖는 원주형 전구(1)를 이용하여 초소형화를 갖는 고전압 적합성을 실현한다.

도 2a, 2b는 본 발명에 따르고 일 단부에서 핀칭된 고전압 할로겐 백열 램프(230V)의 추가의 실시예에 대한 측면도와 90°로 회전한 도를 개략적으로 도시한다. 도 1a, 1b와 동일한 특징부에는 동일한 참조 번호가 제공된다.

도 1a, 1b의 실시예와 대비하여, 도 2a, 2b의 램프는 외부 벽면이 적외선(IR) 복사를 반사하는 층 시스템(13)이 제공되는 타원형 전구(12)를 구비한다. 층 시스템(13)은 그 자체로 공지된 간섭 필터-일반적으로 다른 굴절 지수의 선택적인 유전층 시퀀스를 구비한다. 이러한 경우에, Nb₂O₅또는 SiO₂층의 선택적인 시퀀스가 된다.

전구(12)는 램프 목부(neck) 영역에서, 즉 전구(12)에서 핀치 밀폐부(3)까지의 전이 영역내에 공지된 제한부(14)를 가지며, 핀치 밀폐부(3)는 포일 리드-스루(foil lead-through)로 인해 상대적으로 넓다. 매우 넓은 동작 반사면(13)은 전체 전구와 관련하여 이루어지며, 따라서 높은 램프 효율이 실현된다.

이러한 방식으로, 도 2a, 2b의 할로겐 백열 램프는 적외선-층 기술과 소형화를 구비한 고전압 안정성을 갖는다.

발광 시스템(도시 안됨)에서, 도 1의 램프와, 선택적으로, 도 2의 램프는 광학 반사기내에 설치된다.

2중 권선(4')으로부터 본 발명에 따른 2중-나선 발광 엘리먼트(4)의 제조 원리가 도 3에 도시되어 있다. 이러한 목적을 위해, 2중 권선(4')(상세하게 도시 안됨)은 권선 심축 레일(winding mandrel rail)(16)의 홈(15)내의 중심에 삽입된다. 권선 심축 레일(16)을 회전시켜 2중 권선(4')으로부터 2중-나선(4)을 형성하고 다음에 권선 심축 레일(16)을 제거하여 도 1a, 1b와 도 2a,2b에 따라 본 발명에 따른 램프내에 설치한다. 병목(bottleneck) 형상의 권선 심축 레일(16)의 구성은 공급 리드(9a,9b)의 방향으로 증가하는 직경을 갖는 2중-나선(4)을 제조할 수 있게 한다.

Claims (12)

1. 고전압 할로겐 백열 램프인 소형 고전압 백열 램프로서, 전구(1;12) 및 발광 엘리먼트(4)를 포함하며, 상기 발광 엘리먼트(4)는 3중 권선 백열 전선으로 구성되고 상기 전구(1;12) 내부에 배치되며 외부로 유도되는 두 개의 공급 리드(9a,9b)에 전기 도전 형태로 연결되고, 상기 전구(1;12)와 상기 공급 리드(9a,9b)는 상기 램프의 수직축을 한정하며, 및 상기 발광 엘리먼트는 코일드-코일 필라멘트(4a-4c)로 구성된 2중-나선(4)인 백열 램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 2중-나선(4)은 상기 전구(1;12)내에서 축 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 백열 램프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 2중-나선의 리드는 상기 공급 리드 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 백열 램프.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 2중-나선의 직경은 상기 공급 리드 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 백열 램프.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구(1;12)는 회전 대칭인 것을 특징으로 하는 백열 램프.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 전구는 원주(1) 형상의 구조인 것을 특징으로 하는 백열 램프.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 전구는 타원(12) 형상의 구조인 것을 특징으로 하는 백열 램프.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 전구(12)는 램프 목부에서 제한부(14)를 갖는 것을 특징으로 하는 백열 램프.
9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 두 개의 공급 리드(9a,9b)는 상기 램프(1;12)의 일 측부상에서 상기 램프의 수직축과 관련하여 기밀 방식으로 외부로 안내되는 것을 특징으로 하는 백열 램프.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 공급 리드(9a,9b)와 반대로 위치한 상기 2중-나선의 단부(4c)가 고정된 홀더(10)는 상기 램프(1;12) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 백열 램프.
11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구(12)의 벽면은 적외선(IR) 복사를 반사하는 층(13)이 제공되는 것을 특징으로 하는 백열 램프.
12. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 따른 램프 및 광학 반사기를 구비한 발광 시스템.