KR20030046319A - 고압방전램프 및 램프유닛 - Google Patents

고압방전램프 및 램프유닛 Download PDF

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KR20030046319A
KR20030046319A KR1020020076581A KR20020076581A KR20030046319A KR 20030046319 A KR20030046319 A KR 20030046319A KR 1020020076581 A KR1020020076581 A KR 1020020076581A KR 20020076581 A KR20020076581 A KR 20020076581A KR 20030046319 A KR20030046319 A KR 20030046319A
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하타오카신이치로
다카하시키요시
가네코유리코
호리우치마코토
카이마코토
이치바카세츠요시
세키토모유키
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마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 높은 내압강도를 갖는 고압방전램프를 제공하기 위한 것이다.
관내에 발광물질(6)이 봉입되는 발광관(1)과, 발광관(1)의 기밀성을 유지하는 봉함부(2)를 구비한 고압방전램프(100)이다. 봉함부(2)는 발광관(1)으로부터 연장되는 제 1 유리부(8)와, 제 1 유리부(8) 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부(7)를 구비하며, 또 봉함부(2)는 압축응력이 인가된 부위(7)를 갖는다.

Description

고압방전램프 및 램프유닛{HIGH PRESSURE DISCHARGE LAMP AND LAMP UNIT}
본 발명은 고압방전램프 및 램프유닛에 관한 것이다. 특히 일반조명이나, 반사경과 조합시킨 프로젝터, 자동차 전조등 등의 용도에 사용되는 고압방전램프에 관한다.
최근, 대화면 영상을 실현하는 시스템으로서 액정프로젝터나 DMD프로젝터 등의 화상투영장치가 널리 이용되고 있으며, 이와 같은 화상투영장치에는 높은 휘도를 나타내는 고압방전램프가 일반적으로 널리 사용된다. 종래 고압방전램프(1000)의 구성을 도 40에 모식적으로 나타낸다. 도 40에 나타낸 램프(1000)는 이른바 초고압 수은램프이며, 예를 들어 일특개평 2-148561호 공보에 개시되어 있다.
램프(1000)는, 석영유리로 구성된 발광관(밸브)(101)과, 발광관(101) 양 끝에서 연장되는 한 쌍의 봉함부(실부)(102)를 구비한다. 발광관(101) 내부(방전공간)에는 발광물질(수은)(106)이 봉입되며, 또 텅스텐을 재료로 하는 한 쌍의 텅스텐전극(W전극)(103)이 일정 간격을 두고 서로 대향 배치된다. W전극(103)의 한 끝은, 봉함부(102) 내의 몰리브덴박(Mo박)(104)과 용접되며, W전극(103)과 Mo박(104)은 전기적으로 접속된다. Mo박(104) 한 끝에는 몰리브덴으로 구성된 외부리드(Mo봉)(105)가 전기적으로 접속된다. 그리고 발광관(101) 내에는 수은(106) 외에 아르곤(Ar) 및 소량의 할로겐도 봉입된다.
램프(1000)의 동작원리를 간단히 설명하면, 외부리드(105) 및 Mo박(104)을 통해 W전극(103, 103) 사이에 시동전압이 인가되면, 아르곤(Ar) 방전이 일어나고, 이 방전에 의해 발광관(101)의 방전공간 내 온도가 상승하며, 이로써 수은(106)이 가열, 기화된다. 그 후 W전극(103, 103) 사이의 아크 중심부에서 수은원자가 여기되어 발광한다. 램프(1000)의 수은증기압이 높을수록 방사광도 많아지므로, 수은증기압이 높을수록 화상투영장치의 광원으로서 적합하지만, 발광관(110)의 물리적 내압강도의 관점에서 15~20MPa(150~200기압) 범위의 수은증기압으로 램프(1000)는사용되고 있다.
상기 종래의 램프(1000)는 20MPa 정도의 내압강도를 갖는 것이지만, 램프특성을 보다 향상시키기 위해 내압강도를 더욱 높이는 연구개발이 진행되고 있다(예를 들어 일특개2001-23570호 공보 등 참조). 이는, 오늘날 보다 고 성능의 화상투영장치를 실현하는 데 있어, 보다 고출력 고전력의 램프가 요구되고 있으며, 이 요구를 만족시키기 위해 더욱 내압강도가 높은 램프가 필요해졌기 때문이다.
부연하여 설명하자면, 고출력 고전력 램프의 경우, 전류 증대에 따라 전극의 증발이 빨라지는 것을 억제하기 위해, 통상보다 더욱 많은 수은을 봉입하여 램프전압을 높일 필요가 있다. 램프전력에 대해 봉입 수은량이 모자라면 필요한 레벨까지 램프전압을 높일 수 없기 때문에 램프전류가 증대해버리고, 그 결과 전극이 빨리 증발해버리므로 실용적인 램프는 실현할 수 없다. 바꾸어 말해, 고출력 램프를 실현하는 관점에서 본다면, 램프전력을 높이고 또 전극간 거리가 종래의 것보다 더 짧은 쇼트 아크형 램프를 제작하면 되지만, 실제로 고출력 고전력 램프를 제작하는 데 있어서는, 내압강도를 향상시키고 봉입 수은량을 늘릴 필요가 있게 된다. 그리고 오늘날의 기술에 있어서, 매우 높은 내압강도(예를 들어 30MPa 정도 이상)에서 실용화 가능한 고압방전램프는 아직 실현되지 않았다.
본 발명은 이러한 여러 문제에 감안하여 이루어진 것으로 그 주된 목적은, 종래의 고압방전램프보다 높은 내압강도를 갖는 고압방전램프를 제공하는 데 있다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 관한 고압방전램프(100)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 2의 (a) 및 (b)는 봉함부(2)의 긴쪽 방향(전극축 방향)을 따른 압축왜곡의 분포를 모식적으로 나타내는 주요부 확대도.
도 3의 (a) 및 (b)는 광탄성효과를 이용한 예민색판법을 이용하여 측정된 램프의 압축왜곡 분포를 나타내는 도면 대용 사진.
도 4의 (a) 및 (b)는 각각 도 3의 (a) 및 (b)에 대한 트레이스도.
도 5의 (a) 및 (b)는 광탄성효과를 이용한 예민색판법에 의한 왜곡 측정 원리를 설명하기 위한 도.
도 6은 응력[kgf/㎠]과 램프 개수[개]와의 관계를 나타내는 그래프.
도 7의 (a) 및 (b)는 제 2 유리부(7)에 압축왜곡이 발생함에 따라, 램프(100)의 내압강도가 올라가는 이유를 설명하기 위한 주요부 확대도.
도 8은 램프(100)의 개변예를 모식적으로 나타내는 주요부 확대도.
도 9는 램프(100)의 개변예를 모식적으로 나타내는 주요부 확대도.
도 10은 램프(100)의 개변예를 모식적으로 나타내는 주요부 확대도.
도 11은 램프(100)의 개변예를 모식적으로 나타내는 주요부 확대도.
도 12는 방전램프용 유리파이프(80)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 13은 유리관(70)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 14는 유리파이프(80)의 측관부(2')에 유리관(70)을 고정시키는 공정을 설명하기 위한 공정단면도.
도 15는 전극구조체(50)의 구성을 모식적으로 나타내는 도.
도 16은 경소부(83)가 형성된 유리파이프(80) 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 17은 전극구조체(50)의 삽입공정을 설명하기 위한 공정단면도.
도 18은 도 17 중의 c-c선의 단면도.
도 19는 봉함부 형성공정을 설명하기 위한 공정단면도.
도 20의 (a) 및 (b)는 제 2 유리부(7)에 압축왜곡이 생기는 기구를 설명하기 위한 단면도.
도 21은 유리관(70)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 22는 유리관(70)에 전극구조체(50)를 삽입하는 공정을 설명하기 위한 공정단면도.
도 23은 유리관(70)을 수축시키는 공정을 설명하기 위한 공정단면도.
도 24는 유리관(70)부착 전극구조체(50)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 25는 유리파이프(80) 측관부(2')에, 유리관(70)부착 전극구조체(50)를 삽입하는 공정을 설명하기 위한 공정단면도.
도 26은 본 발명의 실시예에 관한 고압방전램프(200)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 27은 본 발명의 실시예에 관한 고압방전램프(300)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 28은 정수압을 이용한 내압시험을 실시할 때의 램프구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 29는 내압과 파손확률의 관계를 나타내는 와이블 플롯.
도 30은 점등동작압 40MPa로 동작시켰을 때의 분광분포를 나타내는 그래프.
도 31은 점등동작압 19MPa로 동작시켰을 때의 분광분포를 나타내는 그래프.
도 32는 종래 램프의 분광분포를 나타내는 그래프.
도 33은 평균 연색평가지수(Ra)와 점등동작압의 관계를 나타내는 그래프.
도 34는 거울부착램프(900)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 35는 동작압(MPa)과 평균조도(lx)의 관계를 나타내는 그래프.
도 36은 전구(500)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 37은 전구(600)의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도.
도 38은 종래 램프(2000)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 39는 도전성 리드선 구조(250)의 주요부 확대도.
도 40은 종래의 고압수은램프 구성을 모식적으로 나타내는 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 발광관 1' : 발광관부
2 : 봉함부 2' : 측관부
3 : 전극봉 4 : 금속박
5 : 외부리드 6 : 발광물질(수은)
7 : 제 2 유리부 8 : 제 1 유리부
9 : 필라멘트 10 : 방전공간(관내)
11 : 지지부재 12, 40 : 코일
20 : 왜곡 경계영역 50 : 전극구조체
56 : 마우스피스 60 : 반사경
62 : 리드선용 개구부 65 : 리드선
70 : 유리관 80 : 방전램프용 유리파이프
82 : 척
100, 200, 300 : 고압방전램프 500, 600 : 전구(할로겐전구)
900 : 거울부착램프(램프유닛) 1000 : 초고압수은램프
2000 : 램프
본 발명에 의한 제 1 고압방전램프는, 관내에 발광물질이 봉입되는 발광관과, 상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부를 구비하며, 상기 봉함부는 상기 발광관으로부터 연장되는 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하며, 또 상기 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 갖는다.
상기 압축응력이 인가된 부위는, 상기 제 2 유리부, 상기 제 2 유리부와 상기 제 1 유리부와의 경계부, 상기 제 2 유리부 중 상기 제 1 유리부 쪽 부분, 및 상기 제 1 유리부 중의 상기 제 2 유리부 쪽 부분으로 이루어지는 군에서 선택된 부분이면 된다.
상기 제 1 유리부와 상기 제 2 유리부의 경계 주변에는, 양자의 압축응력 차에 의해 발생된 왜곡 경계영역이 존재해도 된다.
상기 봉함부 내에는, 상기 제 2 유리부와 접하는 금속부이며, 전력을 공급하기 위한 금속부가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 압축응력은, 상기 봉함부의 적어도 긴 쪽 방향에 인가되면 된다.
상기 제 1 유리부는, SiO2를 99 중량% 이상 함유하며, 상기 제 2 유리부는, 15 중량% 이하의 Al2O3및 4 중량% 이하의 B 중 적어도 한쪽과, SiO2를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 유리부의 연화점은, 제 1 유리부의 연화점 온도보다 낮은 것이 바람직하다.
상기 제 2 유리부는, 유리관으로 형성된 유리부인 것이 바람직하다.
상기 제 2 유리부는, 유리분말을 압축형성하고 소결시켜 이루어지는 유리부가 아닌 것이 바람직하다.
본 발명에 적합한 실시예에 있어서, 상기 발광관으로부터는 한 쌍의 상기 봉함부가 연장되며, 상기 한 쌍의 봉함부 각각이, 상기 제 1 유리부와 상기 제 2 유리부를 구비하고, 상기 한 쌍의 봉함부 각각이, 압축응력이 인가된 부위를 갖는다.
본 발명에 적합한 실시예에 있어서, 상기 압축응력이 인가된 부위에서의 상기 압축응력은, 약 10kgf/㎠ 이상 약 50kgf/㎠ 이하이다.
본 발명에 적합한 실시예에 있어서, 상기 압축응력의 차는, 약 10kgf/㎠ 이상 약 50kgf/㎠ 이하이다.
본 발명의 적합한 실시예에 있어서, 상기 발광관 내에는 한 쌍의 전극봉이 서로 대향하여 배치되며, 상기 한 쌍의 전극봉 중 적어도 한 쪽 전극봉은 금속박에 접속되고, 상기 금속박은 상기 봉함부 내에 형성되고, 또 당해 금속박의 적어도 일부는 상기 제 2 유리부 내에 위치한다.
본 발명의 적합한 실시예에 있어서, 상기 발광물질로서, 적어도 수은이 상기 발광관 내에 봉입되며, 상기 수은의 봉입량은 300mg/cc 이상이다.
본 발명의 적합한 실시예에 있어서, 상기 고압방전램프는, 평균 연색 평가수(Ra)가 65를 초과하는 고압수은램프이다.
상기 고압수은램프의 색 온도는 8000K 이상인 것이 바람직하다.
상기 고압방전램프는, 상기 발광물질로서 적어도 금속 할로겐화물을 함유하는 메탈할라이드 램프라도 된다.
본 발명에 의한 제 2 고압방전램프는, 관내에 한 쌍의 전극봉이 배치된 발광관과, 상기 발광관으로부터 연장되며, 상기 발광관 내의 기밀성을 유지하는 한 쌍의 봉함부를 구비하고, 상기 한 쌍의 전극봉 각각의 전극봉 일부는, 상기 한 쌍의 봉함부 각각의 안에 매입되며, 상기 봉함부는, 상기 발광관으로부터 연장된 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하고, 상기 적어도 한 쪽 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 가지며, 상기 압축응력이 인가된 부위는, 상기 제 2 유리부, 상기 제 2 유리부와 상기 제 1 유리부와의 경계부, 상기 제 2 유리부 중 상기 제 1 유리부 쪽 부분, 및 상기 제 1 유리부 중 상기 제 2 유리부 쪽 부분으로 이루어지는 군에서 선택되고, 상기 제 2 유리부에는, 상기 봉함부의 적어도 긴 쪽 방향에의 압축응력이 존재하며, 상기 적어도 한 쪽 봉함부 내에 매입된 부분에 있어서 상기 전극봉의 적어도 일부 표면에는, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속으로 구성된 금속막이 형성된다.
본 발명에 의한 제 3 고압방전램프는, 관내에 한 쌍의 전극봉이 배치된 발광관과, 상기 발광관으로부터 연장되며, 상기 발광관 내의 기밀성을 유지하는 한 쌍의 봉함부를 구비하고, 상기 한 쌍의 전극봉 각각의 전극봉 일부는, 상기 한 쌍의 봉함부 각각의 안에 매입되며, 상기 봉함부의 적어도 한 쪽은, 상기 발광관으로부터 연장된 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하고, 상기 적어도 한 쪽 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 가지며,상기 압축응력이 인가된 부위는, 상기 제 2 유리부, 상기 제 2 유리부와 상기 제 1 유리부와의 경계부, 상기 제 2 유리부 중 상기 제 1 유리부 쪽 부분, 및 상기 제 1 유리부 중 상기 제 2 유리부 쪽 부분으로 이루어지는 군에서 선택되고, 상기 적어도 한 쪽 봉함부 내에 매입된 부분에 있어서 상기 전극봉의 적어도 일부에는, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속을, 적어도 표면에 갖는 코일이 감긴다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 한 쌍의 전극봉 각각은, 상기 한 쌍의 봉함부 각각의 내부에 형성된 금속박에 접속되며, 상기 적어도 한 쪽 봉함부 내에 형성된 금속박의 적어도 일부는, 상기 제 2 유리부 내에 위치한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2 유리부는, 15 중량% 이하의 Al2O3및 4 중량% 이하의 B 중 적어도 한쪽과, SiO2를 함유하며, 상기 제 1 유리부는, SiO2를 99 중량% 이상 함유하고, 상기 제 2 유리부의 연화점은, 제 1 유리부의 연화점 온도보다 낮으며, 상기 제 2 유리부는, 유리분말을 압축형성하고 소결시켜 이루어지는 것이 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 압축응력이 인가된 부위에서의 상기 압축응력은, 약 10kgf/㎠ 이상 약 50kgf/㎠ 이하이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 발광관 내에, 발광물질로서 적어도 수은이 봉입되며, 상기 수은의 봉입량은 300mg/cc 이상이다.
상기 고압방전램프는, 상기 발광물질로서 적어도 금속 할로겐화물을 함유하는 메탈할라이드 램프라도 된다.
본 발명의 실시예 있어서의 고압방전램프는, 투광성 기밀용기와, 기밀용기 내에 형성된 한 쌍의 전극과, 상기 기밀용기에 연결된 한 쌍의 봉함부를 구비하며, 상기 한 쌍의 봉함부의 적어도 한 쪽은 상기 발광관으로부터 연장되는 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 갖고, 상기 제 2 유리부에는 상기 봉함부의 적어도 긴 쪽 방향에의 압축응력이 존재하며, 상기 기밀용기 내에는 수은이 실질적으로 봉입되지 않고 또 적어도 제 1 할로겐화물과, 제 2 할로겐화물과, 희가스가 봉입되며, 상기 제 1 할로겐화물의 금속은 발광물질이고 상기 제 2 할로겐화물은 제 1 할로겐화물에 비해 증기압이 크며, 또 상기 제 1 할로겐화물의 금속에 비해 가시역에서 발광하기 어려운 금속의 1 종 또는 복수 종의 할로겐화물이다.
본 발명의 실시예 있어서의 고압방전램프는, 투광성 기밀용기와, 기밀용기 내에 형성된 한 쌍의 전극과, 상기 기밀용기로부터 연장된 한 쌍의 봉함부를 구비하며, 상기 한 쌍의 봉함부의 적어도 한 쪽은 상기 발광관으로부터 연장되는 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 갖고, 상기 제 2 유리부에는 상기 봉함부의 적어도 긴 쪽 방향에의 압축응력이 존재하며, 상기 기밀용기 내에는 수은이 실질적으로 봉입되지 않고 또 적어도 제 1 할로겐화물과, 제 2 할로겐화물과, 희가스가 봉입되며, 상기 제 1 할로겐화물은 나트륨, 스칸듐, 및 희토류 금속으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 복수 종의 할로겐화물이고, 상기 제 2 할로겐화물은 상대적으로 증기압이 크며 또 상기 제 1 할로겐화물의 금속에 비해 가시역에서 발광하기 어려운 금속의 1 종 또는 복수 종의 할로겐화물이다.
본 발명 실시예에서의 제 1 고압방전램프 제조방법은, 고압방전램프의 발광관이 될 발광관부와, 상기 발광관부로부터 연장된 측관부를 갖는 방전램프용 유리파이프를 준비하는 공정과, 상기 측관부에 유리관을 삽입함에 이어서 상기 측관부를 가열하여 양자를 밀착시키는 공정과, 상기 측관부에 밀착된 상기 유리관 내에 적어도 전극봉을 포함하는 전극구조체를 삽입함에 이어서 상기 측관부 및 상기 유리관을 가열 수축시켜, 상기 전극구조체를 봉함하는 공정을 포함한다.
본 발명 실시예에서의 제 2 고압방전램프 제조방법은, 유리관 내에 적어도 전극봉을 포함하는 전극구조체를 삽입하는 공정과, 상기 유리관 일부와 상기 전극구조체의 적어도 일부를 밀착시키는 공정과, 고압방전램프의 발광관이 될 발광관부와 상기 발광관부로부터 연장된 측관부를 갖는 방전램프용 유리파이프의 측관부에, 상기 전극구조체의 적어도 일부가 밀착된 상기 유리관을 삽입하는 공정과, 상기 측관부 및 상기 유리관을 가열 수축시킴으로써 상기 전극구조체를 봉함하는 공정을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 측관부는 SiO2를 99 중량% 이상 함유하고, 상기 유리관은 15 중량% 이하의 Al2O3및 4 중량% 이하의 B 중 적어도 한쪽과, SiO2를 함유한다.
상기 유리관의 연화점은 상기 측관부 연화점 온도보다 낮은 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 전극구조체를 봉함하는 공정을 실행함으로써, 상기 유리관, 상기 유리관과 상기 측관부와의 경계부, 상기 유리관 중 상기 측관부 쪽 부분, 및 상기 측관부 중 상기 유리관 쪽 부분으로 이루어지는 군에서 선택되는 부분에 약 10kgf/㎠ 이상 약 50kgf/㎠ 이하의 압축응력이, 상기 측관부의 적어도 긴 쪽 방향에 발생한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 전극구조체를 봉함하는 공정을 실행하여 고압방전램프의 봉함부를 완성시킨 후, 당해 봉함부에 열을 가하여 약 10kgf/㎠ 이상 약 50kgf/㎠ 이하의 압축응력을 상기 봉함부 일부에 발생시킨다.
상기 전극구조체를 봉함하는 공정을 실행하여 고압방전램프의 봉함부를완성시킨 후, 상기 유리관 왜곡 점 온도보다 높은 온도로 당해 봉함부를 2 시간 이상 가열하는 공정을 추가로 실행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 전극구조체는 상기 전극봉과, 상기 전극봉에 접속된 금속박과, 상기 금속박에 접속된 외부리드로 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 전극봉의 적어도 일부에, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속으로 구성된 금속막이 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속을 적어도 표면에 갖는 코일이, 상기 전극봉의 적어도 일부에 감긴다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 방전램프용 유리파이프의 상기 측관부와 상기 발광관부와의 경계주변에는, 상기 측관부 내경이 다른 부분보다 작아진 경소부(徑小部)가 형성된다.
본 발명의 실시예에서의 고압방전램프는, 고압방전램프의 발광관이 될 발광관부로부터 연장된 측관부와, 상기 측관부 내에 삽입된 유리관 양자를 가열 밀착시켜 형성된 봉함부를, 상기 유리관의 왜곡점 온도보다 높고 상기 측관부를 구성하는 유리의 왜곡점 온도보다 낮은 온도에서 열처리함으로써 얻어진 것을 구비한다.
본 발명에 의한 제 4 고압방전램프는, 관내에 발광물질이 봉입되는 발광관과, 상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부를 구비하며, 상기 봉함부는 상기 발광관으로부터 연장되는 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하며, 광 탄성효과를 이용한 예민색판법에 의한 왜곡측정을 실행하면, 상기 봉함부 중 상기 제 2 유리부에 상당하는 영역의 적어도 일부에, 압축응력이 관찰된다.
상기 왜곡측정은, 도시바제(東芝製)의 SVP-200 왜곡검사기를 이용하여 실행하면 된다.
본 발명 실시예에서의 전구는, 관내에 발광물질이 봉입된 밸브와, 상기 밸브 내의 기밀성을 유지하는 봉함부를 구비하며, 상기 봉함부는 상기 발광관으로부터 연장된 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 갖고, 상기 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 갖는다.
본 발명에 의한 램프유닛은 상기 고압방전램프와, 상기 고압방전램프에서 발하는 광을 반사하는 반사경을 구비한다.
본 발명의 고압방전램프에서는, 봉함부가 발광관으로부터 연장된 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하며, 또 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 갖는다. 이 압축응력이 인가된 부위의 존재로써 고압방전램프의 내압강도를 향상시킬 수 있다.
적어도 한쪽의 봉함부에 매입된 부분에서의 전극봉 적어도 일부 표면에, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속으로 구성된 금속막이 형성된 경우에는, 전극봉 표면과 봉함부 유리 사이의 습윤성을 나쁘게 할 수 있으므로, 램프 제조공정 시 양자의 분리가 좋아진다. 그 결과 미세한 균열 발생을 방지할 수 있어, 램프의 내압강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또 적어도 한쪽의 봉함부에 매입된 부분에서의 전극봉 적어도 일부에, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속을 적어도 표면에 갖는 코일이 감긴 경우에도, 미세한 균열 발생을 방지할 수 있어, 램프의 내압강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 고압수은램프만이 아닌, 메탈할라이드램프, 크세논램프 등 다른 고압방전램프에 적용할 수 있으며, 또 수은이 들어가지 않은 무수은 메탈할라이드램프에도 적용할 수 있다. 본 발명에 의한 무수은 메탈할라이드램프는 내압강도가 높기 때문에 희가스를 고압 봉입할 수 있고, 그 결과 간편하게 효율을 향상시킬 수 있으며, 더불어 점등 시동성도 향상시킬 수 있다. 또 본 발명은 고압 수은램프만이 아닌 전구(예를 들어 할로겐전구)에도 적용 가능하며, 이로써 종래의 것보다 파열 방지를 도모할 수 있다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.
(실시예)
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 실시예를 설명하기로 한다. 이하의 도면에서는 설명의 간결화를 위해, 실질적으로 동일한 기능을 갖는 구성요소를 동일 참조부호로 나타낸다. 또 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
(제 1 실시예)
도 1의 (a) 및 (b)는 본 실시예에 관한 램프(100)의 구성을 모식적으로 나타낸다. 본 실시예의 램프(100)는, 관내에 발광물질(6)이 봉입된 발광관(1)과, 발광관(1)으로부터 연장된 봉함부(2)를 구비한 고압방전램프이며, 도 1에 나타낸 램프는 고압수은램프이다. 도 1의 (a)는 램프(100)의 전체구성을 모식적으로 나타내며, 도 1의 (b)는 도 1의 (a) 중, b-b선에서의 발광관(1) 쪽에서 본 봉함부(2)의 단면구성을 모식적으로 나타낸다.
램프(100)의 봉함부(2)는, 발광관(1) 내부(10)의 기밀성을 유지하는 부위이며, 램프(100)는 봉함부(2)를 2 개 구비한 양단형(double end type) 램프이다. 봉함부(2)는 발광관(1)으로부터 연장된 제 1 유리부(측관부)(8)와, 제 1 유리부(8) 안쪽(중심 쪽)의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부(7)를 구비하며, 또 봉함부(2)는 압축응력이 인가된 부위를 가지며, 본 실시예에서 압축응력이 인가된 부위는 제 2 유리부(7)에 상당하는 부분이다. 봉함부(2)의 단면형상은 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이 거의 원형이며, 봉함부(2) 내에 램프전력을 공급하기 위한 금속부(4)가 형성된다. 이 금속부(4)의 일부는 제 2 유리부(7)와 접하며, 본 실시예에서는 제 2 유리부(7) 중심부에 금속부(4)가 위치한다. 제 2 유리부(7)는 봉함부(2)의 중심부에 위치하며, 제 2 유리부(7)의 외주는 제 1 유리부(8)에 의해 피복된다.
본 실시예의 램프(100)에 대해, 광 탄성효과를 이용한 예민색판법에 의한 왜곡측정을 실행하여 봉함부(2)를 관찰하면, 제 2 유리부(7)에 상당하는 부분에 압축응력이 존재함이 확인된다. 예민색판법에 의한 왜곡측정에서는, 램프(100) 형상을 유지한 채로 봉함부(2)를 횡 절단상태로 한 단면 내의 왜곡(응력) 관측을 실행할 수는 없지만, 제 2 유리부(7)에 상당하는 부분에 압축응력이 관측됐다는 것은, 제 2 유리부(7) 전체 또는 대부분에 압축응력이 인가된 경우 외에, 제 2 유리부(7)와 제 1 유리부(8)의 경계부에 압축응력이 인가된 경우와, 제 2 유리부(7) 중 제 1 유리부(8) 쪽의 부분, 또는 제 1 유리부(8) 중 제 2 유리부(7) 쪽 부분에 압축응력이 인가된 경우 중 어느 하나, 혹은 이들이 복합된 형태에서 봉함부(2) 일부에 압축응력이 인가됐다는 것이 된다. 또 이 측정에서는 봉함부(2)의 긴 쪽 방향으로 압축되는 응력(또는 왜곡)은 적분값으로 관측된다.
봉함부(2)에서의 제 1 유리부(8)는 SiO2를 99 중량% 이상 함유하는 것이며, 예를 들어 석영유리로 구성된다. 한편 제 2 유리부(7)는, 15 중량% 이하의 Al2O3및 4 중량% 이하의 B 중의 적어도 한쪽과 SiO2를 함유하는 것이며, 예를 들어 바이코오유리로 구성된다. SiO2에 Al2O3이나 B를 첨가하면 유리의 연화점은 내려가므로, 제 2 유리부(7) 연화점은 제 1 유리부(8) 연화점 온도보다 낮다. 또 바이코오유리(Vycor glass; 상품명)란, 석영유리에 첨가물을 혼입시켜 연화점을 내리고 석영유리보다 가공성을 향상시킨 유리이며, 예를 들어 붕규산 유리(boro-silicated glass)를 열 화학처리 하여, 석영의 특성에 가깝게 함으로써 제작할 수 있다. 바이코오유리의 조성은 예를 들어 실리카(SiO2) 96.5 중량%, 알루미나(Al2O3) 0.5 중량%, 붕소(B) 3 중량%이다. 본 실시예에서는 바이코오유리제 유리관으로 제 2 유리부(7)가 형성된다. 또 바이코오제 유리관 대신, SiO2: 62 중량%, Al2O3: 13.8 중량%, CuO: 23.7 중량%를 성분으로 하는 유리관을 이용해도 된다.
봉함부(2) 일부에 인가된 압축응력은, 실질적으로 제로(즉 0kgf/㎠)를 초과한 것이면 된다. 여기서 이 압축응력은 램프가 점등되지 않은 상태의 것이다. 이 압축응력의 존재로써 종래 구조보다 내압강도를 향상시킬 수 있다. 이 압축응력은 약 10kgf/㎠ 이상(약 9.8 ×105N/㎡ 이상)인 것이 바람직하다. 그리고 약 50kgf/㎠ 이하(약 4.9 ×106N/㎡ 이하)인 것이 바람직하다. 10kgf/㎠ 미만이면 압축왜곡이 약하여, 램프 내압강도를 충분하게 올릴 수 없는 경우가 생길 수 있기 때문이다. 그리고 50kgf/㎠를 초과하는 구성으로 하기 위해서는, 이를 실현시키는 데 실용적인 유리재료가 존재하기 않기 때문이다. 단 10kgf/㎠ 미만이라도 실질적으로 0 값을 초과한다면 종래 구조보다 내압을 올릴 수 있으며, 또 50kgf/㎠를 초과하는 구성을 실현할 수 있는 실용적인 재료가 개발되기만 한다면 50kgf/㎠를 초과하는 압축응력을 제 2 유리부(7)가 가져도 된다.
램프(100)를 왜곡검사기로 관측한 결과로부터 추측하면, 제 1 유리부(8)와 제 2 유리부(7) 사이의 경계주변에는, 양자의 압축응력의 차에 의해 발생한 왜곡 경계영역(20)이 존재하는 것으로 생각된다. 이는, 압축응력은 제 2 유리부(7)(또는 제 2 유리부(7)의 외주 근방영역)에만 존재하며, 제 1 유리부(8) 전체에는 제 2 유리부(7)의 압축응력이 그다지(혹은 거의) 전해지지 않았음을 의미하는 것으로 생각된다. 양자(8, 7)의 압축응력 차는 예를 들어 약 10kgf/㎠에서 약 50kgf/㎠의 범위 내로 될 수 있다.
램프(100) 발광관(1)은 거의 구형이며, 제 1 유리부(8)와 마찬가지로 석영유리로 구성된다. 또 장수명 등의 우수한 특성을 발휘하는 고압수은램프(특히 초고압수은램프)를 실현하는 데는, 발광관(1)을 구성하는 석영유리로서 알칼리 금속 불순물레벨이 낮은(예를 들어 1ppm 이하) 고 순도 석영유리를 사용하는 것이 바람직하다. 물론 통상의 알칼리 금속 불순물레벨의 석영유리를 이용하는 것도 가능하다. 발광관(1) 외경은 예를 들어 5mm~20mm 정도이며, 발광관(1) 유리두께는 예를 들어 1mm~5mm 정도이다. 발광관(1) 내의 방전공간(10) 용적은 예를 들어 0.01~1cc 정도(0.01~1㎤)이다. 본 실시예에서는 외경 9mm 정도, 내경 4mm 정도, 방전공간 용량 0.06cc 정도의 발광관(1)이 사용된다.
발광관(1) 내에는 한 쌍의 전극봉(전극)(3)이 서로 대향 배치된다. 전극봉(3) 선단은, 0.2~5mm 정도(예를 들어 0.6~1.0mm)의 간격(아크 길이)이며, 발광관(1) 내에 배치되고 전극봉(3) 각각은 텅스텐(W)으로 구성된다. 전극봉(3) 선단에는 램프 동작 시의 전극 선단 온도를 저하시키는 것을 목적으로 코일(12)이 감긴다. 본 실시예에서는 코일(12)로서 텅스텐제 코일을 사용하지만, 토륨-텅스텐제 코일을 사용해도 된다. 또 전극봉(3)도, 텅스텐봉만이 아닌 토륨-텅스텐으로 구성된 봉을 사용해도 된다.
발광관(1) 내에는, 발광물질로서 수은(6)이 봉입된다. 초고압 수은램프로서 램프(100)를 동작시킬 경우, 수은(6)은 예를 들어 200mg/cc 정도 또는 그 이상(220mg/cc 이상 또는 230mg/cc 이상, 혹은 250mg/cc 이상), 바람직하게는 300mg/cc 정도 또는 그 이상(예를 들어 300mg/cc~500mg/cc)의 수은과, 5~30kPa의 희가스(예를 들어 아르곤)와, 필요에 따라 소량의 할로겐이 발광관(1) 내에 봉입된다.
발광관(1) 내에 봉입되는 할로겐은, 램프 동작 중에 전극봉(3)으로부터 증발한 텅스텐(W)을 다시 전극봉(3)으로 되돌리는 할로겐사이클의 역할을 담당하며, 예를 들어 브롬이다. 봉입되는 할로겐은 단체 형태가 아닌, 할로겐 전구체의 형태(화합물 형태)의 것이라도 되며, 본 실시예에서는 할로겐을 CH2Br2의 형태로 발광관(10) 내에 도입한다. 또 본 실시예에서의 CH2Br2봉입량은 0.0017~0.17mg/cc 정도이며, 이는 램프 동작 시의 할로겐 원자 밀도로 환산하면, 0.01~1μmol/cc 정도에 상당한다. 여기서 램프(100)의 내압강도(동작압력)는, 20MPa 이상(예를 들어 30~50MPa 정도 또는 그 이상)으로 할 수 있다. 또 관벽 부하는, 예를 들어 60W/㎠ 정도 이상이며, 특히 상한 값은 설정되지 않는다. 예시적으로 나타내면 관벽 부하는, 예를 들어 60W/㎠ 정도 이상에서 300W/㎠ 정도의 범위(바람직하게는 80~200W/㎠ 정도)의 램프를 실현할 수 있다. 냉각수단을 구성하면 300W/㎠ 정도 이상의 관벽 부하를 달성하는 것도 가능하다. 여기서 정격전력은, 예를 들어 150W(이 경우의 관벽 부하는 약 130W/㎠에 상당)이다.
방전공간(10) 내에 한 끝이 위치하는 전극봉(3)은, 봉함부(2) 내에 형성된 금속박(4)에 용접에 의해 접속되며, 금속박(4)의 적어도 일부는 제 2 유리부(7) 내에 위치한다. 도 1에 나타낸 구성에서는, 전극봉(3)과 금속박(4)의 접속부를 포함하는 개소를 제 2 유리부(7)가 피복하는 식의 구성이다. 도 1에 나타낸 구성에서의 제 2 유리부(7) 크기를 예시하면, 봉함부(2)의 긴 쪽 방향 길이가 약 2~20mm(예를 들어 3mm, 5mm, 7mm)이며, 제 1 유리부(8)와 금속박(4) 사이에 끼인 제 2 유리부(7) 두께는 약 0.01~2mm(예를 들어 0.1mm)이다. 제 2 유리부(7)의 발광관(1) 쪽 단면으로부터 발광관(1)의 방전공간(10)까지의 거리(H)는 약 0mm~약 6mm(예를 들어 0mm~약 3mm, 또는 1mm~6mm)이다. 제 2 유리부(7)를 방전공간(10) 내에 노출시키고 싶지 않을 경우에, 거리(H)는 0mm보다 커지며, 예를 들어 1mm 이상이 된다. 그리고 금속박(4)의 발광관(1) 쪽 단면으로부터 발광관(1)의 방전공간(10)까지의 거리(B)(바꾸어 말하면 전극봉(3)만 봉함부(2) 내에 매입된 길이)는 예를 들어 약 3mm이다.
상술한 바와 같이 봉함부(2)의 단면 형상은 거의 원형이며, 그 거의 중앙부에 금속박(4)이 형성된다. 금속박(4)은 예를 들어, 장방형 몰리브덴박(Mo박)이고, 금속박(4)의 폭(짧은 변 쪽의 길이)은 예를 들어 1.0mm~2.5mm 정도(바람직하게는1.0mm~1.5mm 정도)이다. 금속박(4)의 두께는, 예를 들어 15㎛~30㎛ 정도(바람직하게는 15㎛~20㎛ 정도)이다. 두께와 폭의 비는 대체로 1:100 정도이다. 또 금속박(4)의 길이(긴변 쪽 길이)는 예를 들어 5mm~50mm 정도이다.
전극봉(3)이 위치하는 쪽의 반대쪽에는, 외부리드(5)가 용접으로써 형성된다. 금속박(4) 중 전극봉(3)이 접속된 쪽의 반대쪽에는 외부리드(5)가 접속되며, 외부리드(5)의 한 끝은 봉함부(2) 밖까지 연장된다. 외부리드(5)를 점등회로(도시 생략)에 전기적으로 접속시킴으로써, 점등회로와, 한 쌍의 전극봉(3)이 전기적으로 접속되게 된다. 봉함부(2)는, 봉함부의 유리부(7, 8)와 금속박(4)을 압착시켜, 발광관(1) 내 방전공간(10)의 기밀을 유지하는 역할을 한다. 봉함부(2)에 의한 실(seal) 기구를 이하에 간단하게 설명한다.
봉함부(2)의 유리부를 구성하는 재료와, 금속박(4)을 구성하는 몰리브덴과는 서로 열팽창계수가 다르므로, 열팽창계수의 관점에서 보면 양자는, 일체화시킨 상태로는 되지 않는다. 단 본 구성(박 봉함)의 경우, 봉함부의 유리부로부터의 압력으로 금속박(4)이 소성변형을 일으켜, 양자 사이에 생기는 틈새를 메울 수 있다. 이로써 봉함부(2)의 유리부와 금속박(4)을 서로 압착시킨 상태로 할 수 있어, 봉함부(2)에서 발광관(1) 내의 실링을 실시할 수 있다. 즉 봉함부(2)의 유리부와 금속박(4)의 압착에 의한 박 봉함에 의해 봉함부(2) 실링이 실행된다. 본 실시예에서는 압축왜곡이 있는 제 2 유리부(7)가 형성되므로 이 실 구조의 신뢰성이 향상된다.
다음에, 봉함부(2)에서의 압축왜곡에 대하여 설명한다. 도 2의 (a) 및 (b)는 봉함부(2)의 긴 쪽 방향(전극축 방향)을 따른 압축왜곡의 분포를 모식적으로 나타내며, 도 2의 (a)는 제 2 유리부(7)가 형성된 램프(100) 구성의 경우, 한편 도 2의 (b)는 제 2 유리부(7)가 없는 램프(100') 구성(비교예)의 경우를 나타낸다.
도 2의 (a)에 나타낸 봉함부(2) 중, 제 2 유리부(7)에 상당하는 영역(망사선 영역)에 압축응력(압축왜곡)이 존재하며, 제 1 유리부(8)의 개소(사선 영역)에서의 압축응력 크기는 실질적으로 제로이다. 한편, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이 제 2 유리부(7)가 없는 봉함부(2)의 경우, 국소적으로 압축왜곡이 존재하는 개소는 없으며, 제 1 유리부(8)의 압축응력 크기는 실질적으로 제로이다.
본원 발명자는, 실제로 램프(100)의 왜곡을 정량적으로 측정하여, 봉함부(2) 중 제 2 유리부(7)에 압축응력이 존재하는 것을 관측했다. 그 측정결과를 도 3 및 도 4에 나타낸다. 이 왜곡의 정량화는 광 탄성효과를 이용한 예민색판법을 이용하여 실시했다. 이 수법에 의하면, 왜곡(응력)이 있는 개소의 색이 변화되어 보이며, 그 색을 왜곡 표준기와 비교하여 왜곡의 크기를 정량화 시킬 수 있다. 즉 측정하고자 하는 왜곡의 색과 동색의 광로차를 읽어냄으로써 응력을 산출할 수 있다. 왜곡 정량화를 위해 사용한 측정기는 왜곡검사기(도시바제(東芝製): SVP-200)로서, 이 왜곡검사기를 이용하면 봉함부(2)의 압축왜곡 크기를 봉함부(2)에 인가된 응력의 평균값으로 구할 수 있다.
도 3의 (a)는 광 탄성효과를 이용한 예민색판법을 이용하여 측정된 램프(100)에 대한 압축응력의 분포를 나타낸 사진이며, 한편 도 3의 (b)는 제 2 유리부(7)가 없는 램프(100')에 대한 압축응력 분포를 나타내는 사진이다. 여기서도 4의 (a) 및 (b)는 각각 도 3의 (a) 및 (b)에 대한 트레이스 도이다.
도 3의 (a) 및 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이 램프(100)의 봉함부(2) 중, 제 2 유리부(7) 영역이 주위(8)와 다른 색(엷은 색)으로 된 곳이 있어, 제 2 유리부(7)에 압축응력(압축왜곡)이 존재함을 알 수 있다. 한편, 도 3의 (b) 및 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 램프(100')의 봉함부(2) 중, 다른 색(엷은 색)의 영역은 없으며, 따라서 봉함부(2)(제 1 유리부(8))의 특정 부분에 압축응력이 존재하는 곳이 없음을 알 수 있다.
다음으로 도 5를 참조하면서, 광 탄성효과를 이용한 예민색판법에 의한 왜곡 측정의 원리를 간단히 설명한다. 도 5의 (a) 및 (b)는 편광판을 투과시켜 이루어지는 직선편광을 유리에 입사시킨 상태를 모식적으로 나타낸다. 여기서 직선편광의 진동방향을 u라 하면, u는 u1과 u2가 합성되어 이루어진 것으로 간주할 수 있다.
도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이 유리에 왜곡이 없을 때 u1과 u2는 그 속을 같은 속도로 통과하므로, 투과광 u1과 u2 사이에 차가 발생하지 않는다. 한편 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이 유리에 왜곡이 있고 응력(F)이 작용할 때는, 그 안을 u1과 u2가 같은 속도로 통과하지 않으므로, 투과광 u1과 u2 사이에 차가 발생한다. 즉 u1과 u2 중 한 쪽이 다른 쪽보다 늦어지게 된다. 이 늦어진 거리를 광로차라 한다. 광로차(R)는, 응력(F)과 유리 통과거리(L)에 비례하므로, 비례상수를 C로 하면,
R＝CㆍFㆍL
로 나타낼 수 있다. 여기서 각 기호의 단위는 각각 R(nm), F(kgf/㎠), L(cm), C({nm/cm}/{kgf/㎠})이다. C는 유리 등의 재료에 따른 것이므로 광 탄성상수라 불린다. 상기 식에서 알 수 있는 바와 같이 C를 알 수 있으면, L 및 R을 측정하여 F를 구할 수 있다.
본원 발명자는 봉함부(2)에서의 광 투과거리(L), 즉 봉함부(2) 외경(L)을 측정하고, 또 왜곡 표준기를 이용하여 측정 시의 봉함부(2) 색으로부터 광로차(R)를 읽어냈다. 또 광 탄성상수(C)는 석영유리의 광 탄성상수 3.5를 사용했다. 이들을 상기 식에 대입시켜 산출된 응력값의 결과를 도 6의 막대그래프에 나타낸다.
도 6에 나타내는 바와 같이 응력이 0[kgf/㎠]이었던 램프 개수는 0 개이고, 10.2[kgf/㎠]이었던 램프 개수는 43 개이며, 20.4[kgf/㎠]이었던 램프 개수는 17 개이고, 또 35.7[kgf/㎠]이었던 램프 개수는 0 개다. 한편 비교예의 램프(100')의 경우, 측정한 모든 램프에 대해 응력은, 0[kgf/㎠]이었다. 여기서 측정원리상, 봉함부(2)에 인가된 응력의 평균값으로부터 봉함부(2)의 압축응력을 산정했지만, 제 2 유리부(7)를 형성함으로써 봉함부(2) 일부에 압축응력이 인가된 상태로 되는 것은 도 3, 도 4 및 도 6의 결과로써 쉽게 결론지을 수 있다. 왜냐하면, 비교예의 램프(100')에 대해서는 봉함부(2)에 압축응력이 존재하지 않았기 때문이다. 또 도 6은 이산(離散)적 응력값을 나타내지만, 이는 왜곡 표준기로부터 읽어들이는 광로차가 이산적인 것임에 기인한다. 따라서 응력값이 이산적인 것은, 예민색판법에 의한 왜곡 측정의 원리에 의한 것이다. 실제로는 예를 들어 10.2[kgf/㎠]와 20.4[kgf/㎠] 사이의 값을 나타내는 응력값도 존재하는 것으로 생각되지만, 제 2유리부(7) 혹은 제 2 유리부(7) 외주 주변영역에, 소정량의 압축응력이 존재한다는 것에는 변함없다.
여기서 본 측정에서는 봉함부(2)의 긴 쪽 방향(전극축(3)이 연장되는 방향)에 대한 응력을 관찰하지만, 이는, 다른 방향에 압축응력이 존재하지 않음을 의미하는 것은 아니다. 봉함부(2) 지름방향(중심-외주 방향), 또는 봉함부(2) 둘레방향(예를 들어 시계방향)에 대해 압축응력이 존재하는지의 여부를 측정하는 데는, 발광관(1)이나 봉함부(2)를 절단할 필요가 있기는 하지만 그와 같은 절단을 실시하는 순간, 제 2 유리부(7)의 압축응력이 완화되어버린다. 따라서 램프(100)에 절단을 실시하지 않은 상태로 측정할 수 있는 것은 봉함부(2)의 긴 쪽 방향에 대한 압축응력이므로, 본원 발명자는 적어도 그 방향에서의 압축응력을 정량화한 것이다.
본 실시예의 램프(100)에서는 제 1 유리부(8) 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부(7)에 압축왜곡(적어도 긴 쪽 방향으로의 압축왜곡)이 존재하므로, 고압방전램프의 내압강도를 향상시킬 수 있다. 바꾸어 말하면 도 1 및 도 2의 (a)에 나타낸 본 실시예의 램프(100) 쪽이, 도 2의 (b)에 나타낸 비교예의 램프(100')보다 내압강도를 높일 수 있다. 도 1에 나타낸 본 실시예의 램프(100)는, 종래의 최고 레벨 동작압인 20MPa 정도를 초과하는 30MPa 이상의 동작압에서 동작시킬 수 있다.
다음, 도 7을 참조하면서 제 2 유리부(7)에 압축왜곡이 존재함으로써 램프(100)의 내압강도가 올라가는 이유를 설명한다. 도 7의 (a)는 램프(100) 봉함부(2)의 주요부 확대도이며, 한편 도 7의 (b)는 비교예의 램프(100') 봉함부(2)의주요부 확대도이다.
램프(100)의 내압강도가 올라가는 기구에 대해서는 실제 명확하게 알 수 없는 부분도 있지만, 본원 발명자는 이에 대해 다음과 같이 추론했다.
우선 전제로서, 봉함부(2) 내의 금속박(4)은 램프 동작 중에 가열 팽창되므로, 봉함부(2) 유리부에는 금속박(4)으로부터의 응력이 가해진다. 보다 구체적으로 설명하면, 유리보다 금속 쪽이 열팽창률이 크다는 것과 더불어, 전극봉(3)에 열적으로 접속되고 또 전류가 통과하는 금속박(4) 쪽이, 봉함부(2) 유리부보다 가열되기 쉬우므로, 금속박(4)으로부터(특히 면적이 작은 박 쪽의 면으로부터) 유리부로 응력이 가해지기 쉽다.
여기서 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이 제 2 유리부(7)의 긴 쪽 방향에 압축응력이 가해지면, 금속박(4)으로부터의 응력(16) 발생을 억제할 수 있을 것으로 생각된다. 바꾸어 말하면 제 2 유리부(7)의 압축응력(15)에 의해, 커다란 응력(16)이 생기는 것을 억제할 수 있을 것으로 생각된다. 그 결과, 예를 들어 봉함부(2) 유리부에 균열이 발생하거나, 봉함부(2) 유리부와 금속박(4) 사이에 가스누설의 발생이 저감되어 봉함부(2) 강도가 향상되게 된다.
한편, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이 제 2 유리부(7)가 없는 구조의 경우에는, 금속박(4)으로부터의 응력(17)은 도 7의 (a)에 나타낸 구성의 경우보다 커진다고 생각할 수 있다. 즉 금속박(4) 주위에 압축응력이 가해진 영역이 존재하지 않으므로, 금속박(4)으로부터의 응력(17)은 도 7의 (a)에 나타낸 응력(16)보다 커질 것으로 생각된다. 때문에 도 7의 (a)에 나타낸 구성 쪽이, 도 7의 (b)에 나타낸구성보다 내압강도를 향상시킬 수 있을 것으로 추론된다. 이 생각은 유리에 인장왜곡(인장응력)이 생기면 깨지기 쉽고, 압축왜곡(압축응력)이 생기면 깨지기 어려워진다는, 유리의 일반적인 성질과 상용되는 것으로 생각된다.
단, 유리에 압축응력이 생기면 깨지기 어려워진다는 유리의 일반적인 성질로부터, 램프(100)의 봉함부(2)가 높은 내압강도를 가진다는 것으로까지 추론할 수는 없다. 왜냐하면, 설령 압축왜곡이 생긴 영역의 유리 강도가 증대했다 하더라도, 봉함부(2) 전체적으로 보면 왜곡이 없는 경우와 비교하여 부하가 발생한 것이 되므로 봉함부(2) 전체적인 강도는 오히려 저하된다는 생각도 성립될 수 있기 때문이다. 램프(100)의 내압강도가 향상됐다는 결과는 본원 발명자가 램프(100)를 시험제작하고 실험하여 처음으로 알게 된 것으로, 확실히 이론만으로는 이끌어낼 수 없었던 것이다. 필요 이상의 커다란 압축응력이 제 2 유리부(7)(또는 그 외주 주변영역)에 존재한 채로 된다면, 실제로는 램프 점등 시에 봉함부(2)의 파손을 주게되어 오히려 램프 수명을 짧게 해버릴지도 모른다. 이러한 점을 고려하면 제 2 유리부(7)를 갖는 램프(100) 구조는, 절묘한 균형하에서 그 높은 내압강도를 나타내는 것으로 생각된다. 발광관(1) 부분을 절단하면, 제 2 유리부(7)의 응력왜곡이 완화되는 것으로 추측할 때, 제 2 유리부(7)의 응력왜곡에 의한 부하는, 발광관(1) 전체에서 알맞게 받아들이고 있는지도 모르겠다.
여기서 상기 높은 내압강도를 나타내는 구조는, 제 1 유리부(8)와 제 2 유리부(7)의 압축응력 차에 의해 발생한 왜곡 경계영역(20)에 의해 주어지는 것으로도 생각할 수 있다. 즉 제 1 유리부(8)에는 실질적으로 압축응력이 가해지지 않으며,왜곡 경계영역(20)보다 중심 쪽에 위치하는 제 2 유리부(7)(또는 그 외주 주변)만의 영역에 알맞게 압축왜곡을 가둘 수 있음으로써, 우수한 내압 특성을 발휘시키는 것에 성공했다는 추론도 성립된다. 예민색판법에 의한 왜곡측정의 원리에 기인하여, 응력값이 이산적으로 나타나버린 결과, 도 7 등에서는 왜곡 경계영역(20)이 명확하게 나타나 있기는 하지만, 가령 현실의 응력값을 연속적으로 표시한다 하더라도, 왜곡 경계영역(20)에서는 응력값이 준급하게 변화한다고 생각되며, 이 준급하게 변화하는 영역에서 역으로 왜곡 경계영역(20)을 규정할 수 있을 것으로 생각된다.
본 실시예의 램프(100)에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극봉(3)과 금속박(4)의 용접부를 피복하도록 제 2 유리부(7)를 배치한 구성으로 하지만, 이에 한정되지 않고 도 8에 나타낸 구성으로 해도 된다. 즉 도 8에 나타낸 바와 같이 봉함부(2) 내에 매입된 부분의 전극봉(3) 전부와, 금속박(4) 일부를 피복하도록 배치한다. 이 때 제 2 유리부(7) 일부를 발광관(1) 내 방전공간(10)에 노출시키도록 해도 된다. 즉 도 1의 (a) 중 H＝0으로 하고, 제 2 유리부(7)의 일부를 발광관(1) 내 방전공간(10)에 노출시켜도 내압향상의 관점에서 특히 문제될 것은 없다. 단 램프(100)가 고압수은램프인 경우에는, 광색 특성이나 수명의 관점에서 보면, 제 2 유리부(7)를 방전공간(10)에 노출시키지 않는 구성을 채용하는 것도 하나의 생각이다. 그 이유는 제 2 유리부(7)에는 SiO2외에 Al2O3이나 B도 함유하므로, 이들 첨가물이 방전공간(10)으로 나오면 램프 특성이 나빠질 우려가 있기 때문이다. 또 도1이나 도 8에 나타낸 바와 같이 전극봉(3)과 금속박(4)의 용접부를 피복하도록 제 2 유리부(7)를 배치하는 것은, 이 용접부에서의 파손 균열이 비교적 많으므로 이 개소의 강도를 높이도록 하는 것이다.
또한 도 9에서 도 11에 나타낸 구성으로 해도 된다. 즉 도 9에 나타내는 바와 같이, 금속박(4)의 중앙부를 제 2 유리부(7)가 피복하도록 제 2 유리부(7)를 배치해도 되고, 도 10에 나타내는 바와 같이 금속박(4)과 외부리드(5)의 용접부를 피복하도록 제 2 유리부(7)를 배치해도 된다. 또 도 11에 나타내는 바와 같이 금속박(4) 전체를 피복하도록 제 2 유리부(7)를 배치해도 된다.
도 1에 나타낸 구성만이 아닌, 도 8에서 도 11에 나타낸 구성에서도 램프의 내압강도를 향상시킬 수 있다. 바꾸어 말하면 비교예의 램프(100')보다 많은 수은을 봉입시켜 높은 동작압으로 점등시킬 수 있다.
여기서 도 1에 나타낸 구성에서는, 한 쌍의 봉함부(2) 양쪽에 제 2 유리부(7)를 배치하지만, 이에 한정되지 않고 한쪽 봉함부(2)에만 제 2 유리부(7)를 배치해도, 비교예의 램프(100')보다 내압강도를 향상시킬 수 있다. 단 양쪽 봉함부(2)에 제 2 유리부(7)를 배치한 구성이며 또 양쪽 봉함부(2)가 압축응력이 인가된 부위를 갖는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이는 한쪽 봉함부보다, 양쪽 봉함부(2)가 압축응력이 인가된 부위를 갖는 쪽이 보다 높은 내압을 달성할 수 있기 때문이며, 단순히 생각하여 압축응력이 인가된 부위를 갖는 봉함부를 1 개 구비하는 것보다, 2 개 구비하는 쪽이, 봉함부에서 가스누설이 발생할 확률(즉 어느 레벨의 고 내압을 유지할 수 없는 확률)을 1/2로 하는 것이 가능해지기 때문이다.
또한 본 실시예에서는, 수은(6) 봉입량이 매우 많은 고압수은램프(예를 들어 동작압 20MPa를 초과하는 초 고압수은램프)에 대하여 설명하지만, 수은증기압이 그리 높지 않은 1MPa 정도의 고압수은램프에도 적합하게 적용할 수 있다. 왜냐하면, 동작압력이 매우 높아도 안정되게 동작할 수 있다는 것은 램프 신뢰성이 높은 것을 의미하기 때문이다. 즉 본 실시예의 구성을, 동작압력이 그리 높지 않은 램프(램프 동작압력이 30MPa 정도 미만, 예를 들어 20MPa 정도~1MPa 정도)에 적용했을 경우, 당해 동작압력으로 동작하는 램프의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되기 때문이다. 본 실시예의 구성은, 봉함부(2)에 새로운 부재로서 제 2 유리부(7) 부재를 도입하기만 하면 되므로, 적은 개량으로 내압향상의 효과를 얻을 수 있다. 따라서 매우 공업적인 용도에 적합한 것이다.
다음으로 도 12에서 도 19를 참조하면서 본 실시예에 관한 램프(100)의 제조방법을 설명한다.
우선 도 12에 나타낸 바와 같이 램프(100)의 발광관(1)이 될 발광관부(1')와, 발광관부(1')로부터 연장된 측관부(2')를 갖는 방전램프용 유리파이프(80)를 준비한다. 본 실시예의 유리파이프(80)는 외경 6mm, 내경 2mm의 통모양 석영유리의 소정 위치를 가열 팽창시켜, 거의 구형의 발광관부(1')를 형성한 것이다.
또 도 13에 나타내는 바와 같이, 별도로 제 2 유리부(7)가 될 유리관(70)을 준비한다. 본 실시예의 유리관(70)은 외경(D1) 1.9mm, 내경(D2) 1.7mm, 길이(L) 7mm의 바이코오제 유리관이다. 유리관(70) 외경(D1)은, 유리파이프(80)의 측관부(2')에 삽입 가능하도록 측관부(2') 내경보다 작게 한다.
다음에 도 14에 나타내는 바와 같이, 유리파이프(80)의 측관부(2')에 유리관(70)을 고정시킨다. 이 고정은 측관부(2')에 유리관(70)을 삽입한 후, 측관부(2')를 가열하여 양자(2', 70)를 밀착시킨다. 이하 이 공정을 보다 상세하게 서술하기로 한다.
우선 한쪽 측관부(2')에 1 개의 유리관(70)을 삽입한다. 이어서 유리파이프(80)를 양 선반에 설치한다. 여기서 세정시킨 텅스텐 봉을 이용하여 유리관(70) 위치를 미세 조정한다. 측관부(2') 내경보다 지름이 작은 텅스텐 봉을 이용하면 이 미세 조정 작업이 편리하다. 물론 텅스텐 이외의 봉을 이용해도 된다.
마지막으로 버너로 측관부(2')를 가열시킴으로써, 측관부(2') 내벽에 유리관(70) 외벽을 밀착 고정시킨다. 여기서 이 공정에 의해 램프에 악영향을 미치는 것으로 생각되는 수분(구체적으로는 유리관(70)을 구성하는 바이코오 중의 수분)을 램프로부터 발산시킬 수 있어, 그 결과 램프의 고 순도화를 도모할 수 있다. 다른 쪽 측관부(2')에 대해서도 마찬가지 공정을 실시하여, 측관부(2')에 유리관(70)을 고정시킨다. 이와 같이 하여 도 14에 나타내는 바와 같은 구성이 얻어진다. 여기서 도 14에 나타낸 구성을 제작한 후, 한번 관내를 세정하는 것이 바람직하다. 유리관(70)을 삽입 고정시키는 공정 중에 불순물이 침입했을 가능성이 있기 때문이다.
다음에 도 15에 나타내는 바와 같은, 별도 제작한 전극구조체(50)를 준비해두고, 유리관(70)이 고정된 측관부(2')에 삽입한다. 전극구조체(50)는 전극봉(3)과, 전극봉(3)에 접속된 금속박(4)과, 금속박(4)에 접속된 외부리드(5)로 구성된다. 전극봉(3)은 텅스텐제 전극봉이며, 그 선단에는 텅스텐제 코일(12)이 감긴다. 코일(12)은 토륨-텅스텐제의 것을 이용해도 된다. 또 전극봉(3)도 텅스텐 봉만이 아닌, 토륨-텅스텐으로 구성된 봉을 사용해도 된다. 또 외부리드(5)의 한 끝에는, 측관부(2') 내면에 전극구조체(50)를 고정시키기 위한 지지부재(금속제 조임쇠)(11)가 구성된다. 도 15에 나타낸 지지부재(11)는 몰리브덴으로 된 몰리브덴 테이프(Mo테이프)이지만, 이 대신 몰리브덴제의 고리형 용수철을 사용해도 된다. Mo테이프(11)의 폭(a)은 측관부(2') 내경 2mm보다 약간 크며, 이로써 전극구조체(50)를 측관부(2') 내에 고정시킬 수 있다.
본 실시예에서는 도 12에 나타내는 바와 같은 방전램프용 유리파이프(80)를 사용하지만, 이 대신 도 16에 나타내는 바와 같은 유리파이프(80)를 사용할 수도 있다. 도 16에 나타내는 유리파이프(80)에서는, 측관부(2')와 발광관부(1')와의 경계 주변에, 측관부(2') 내경이 다른 부분보다 작아진 경소부(83)가 형성된다. 이 경소부(83)는 리딩(reeding)이라고도 불린다. 경소부(83) 내경(d)은 유리관(70)이 멎을 정도의 크기이며, 예를 들어 1.8mm 정도이다. 경소부(83)가 형성된 영역(h)의 크기(측관부(2') 긴 쪽 방향의 크기)는 예를 들어 1~2mm 정도이다. 경소부(83)는, 도 12에 나타낸 유리파이프(80)의 소정 개소(영역(h))에 레이저를 조사하여 당해 개소를 가열시켜 형성된다. 본 실시예에서는 유리파이프(80) 내를 감압상태(예를 들어 Ar 압력이 10-3Pa 상태)로 하여 경소부(83)를 형성하지만,영역(h) 개소를 수축시킬 수 있다면 대기압 하에서도 경소부(83)를 형성할 수 있다. 유리파이프(80)에 경소부(83)를 형성함으로써 유리관(70)의 삽입공정이 용이해진다. 즉 유리관(70)을 소정 위치로 고정시키기가 용이해진다.
측관부(2')에 전극구조체(50)를 삽입하는 것은 다음과 같이 하면 된다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 한 쪽의 측관부(2')에 전극구조체(50)를 넣어 전극봉(3)의 선단(12)을 발광관부(1') 내에 위치시킨다. 이 때 Mo테이프(11)가 측관부(2') 내벽에 접촉하여 전극구조체(50)를 삽입하는 데 다소의 저항이 생기므로, 여기서 충분히 세정한 텅스텐 봉을 사용하여 소정 위치까지 전극구조체(50)를 밀어 넣는다. 소정 위치까지 전극구조체(50)를 밀어 넣으면, Mo테이프(11)에 의해 전극구조체(50)는 그 위치에서 고정되게 된다. 도 17의 선 c-c에서의 단면구성을 도 18에 나타낸다.
다음에 전극구조체(50) 삽입 후의 유리파이프(80) 양끝을, 기밀성을 유지하면서 회전 가능한 척(82)에 설치한다. 척(82)은 진공계(도시 생략)에 접속되어 유리파이프(80) 내를 감압시킬 수 있다. 유리파이프(80) 내를 진공 배기시킨 후, 200torr 정도(약 20kPa)의 희가스(Ar)를 도입한다. 그 후 전극봉(3)을 회전중심축으로 하여 화살표(81) 방향으로 유리파이프(80)를 회전시킨다.
이어서 측관부(2') 및 유리관(70)을 가열 수축시켜 전극구조체(50)를 봉함함으로써, 도 19에 나타낸 바와 같이 측관부(2')였던 제 1 유리부(8) 안쪽에, 유리관(70)이었던 제 2 유리부(7)가 형성된 봉함부(2)를 형성한다. 이 봉함부(2)의 형성은 발광관부(1')와 측관부(2') 사이의 경계부분으로부터 외부리드(5)의 중간 부근까지, 차례로 측관부(2') 및 유리관(70)을 가열하여 수축시켜감에 따라 실시한다. 이 봉함부 형성공정에 의해 측관부(2') 및 유리관(70)으로부터, 적어도 긴 쪽 방향(전극봉(3)의 축 방향)에 압축응력이 인가된 상태의 부위를 포함하는 봉함부(2)가 얻어진다. 여기서 외부리드(5) 쪽으로부터 발광관부(1') 쪽으로 가열 수축을 실행해도 된다. 그 후 개방된 측관부(2') 쪽 단부로부터 소정량의 수은(6)을 도입한다. 이 때 필요에 따라 할로겐(예를 들어 CH2Br2)도 도입한다.
수은(6) 도입 후, 다른 쪽 측관부(2') 에 대해서도 상기와 마찬가지 공정을 실행한다. 즉 아직 봉함되지 않은 측관부(2')에 전극구조체(50)를 삽입한 후, 유리파이프(80) 내를 진공 처리하여(바람직하게는 10-4Pa 정도까지 감압하여), 희가스를 봉입하고 이어서 가열 봉함한다. 이 때의 가열 봉함 시 수은이 증발하는 것을 방지하기 위해, 발광관부(1)를 냉각시키면서 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 양쪽 측관부(2')를 봉함하면 도 1에 나타낸 램프(100)가 완성된다.
다음에 도 20의 (a) 및 (b)를 참조하면서 봉함부 형성공정에 의해 제 2 유리부(7)(또는 그 외주 주변부)에 압축응력이 가해지는 기구를 설명한다. 또 이 기구는 본원 발명자가 추고(推考)한 것이며 반드시 이대로라고만은 말할 수 없다. 그러나 예를 들어 도 3의 (a)에 나타낸 대로, 제 2 유리부(7)(또는 그 외주 주변부)에 압축응력(압축왜곡)이 존재하는 것은 사실이며, 또 이 압축응력이 가해진 부위를 포함하는 봉함부(2)에 의해 내압이 향상되는 것도 사실이다.
도 20의 (a)는 측관부(2') 상태의 제 1 유리부(8) 내에, 유리관(70) 상태의제 2 유리부(7a)를 삽입한 시점의 단면구성을 모식적으로 나타내며, 한편 도 20의 (b)는 도 20 (a) 구성에서 제 2 유리부(7a)가 연화되어 용융상태(7b)로 된 시점의 단면구성을 모식적으로 나타낸다. 본 실시예에서 제 1 유리부(8)는, SiO2를 99wt% 이상 포함하는 석영유리로 구성되며, 또 제 2 유리부(7a)는 바이코오유리로 구성된다.
우선 전제로서, 압축응력(압축왜곡)이 존재한다는 것은, 서로 접촉하는 재료끼리의 열팽창계수에 차가 있는 경우가 많다. 즉 봉함부(2) 내에 형성된 상태의 제 2 유리부(7)에 압축응력이 가해진 이유로는, 양자의 열팽창계수에 차가 있는 것으로 생각하는 것이 일반적이다. 그러나 이 경우, 실제로는 양자의 열팽창계수에 커다란 차는 없으며 거의 같다고 말할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 금속인 텅스텐 및 몰리브덴의 열팽창계수가 각각 약 46 ×10-7/℃ 및 약 37~53 ×10-7/℃ 인데, 제 1 유리부(8)를 구성하는 석영유리의 열팽창계수는 약 5.5 ×10-7/℃이고, 바이코오유리의 열팽창계수는 석영유리의 열팽창계수와 같은 레벨이라 간주할 수 있는 약 7 ×10-7/℃이다. 겨우 이 정도의 열팽창계수의 차로 양자 사이에 약 10kgf/㎠ 이상의 압축응력이 발생한다고는 생각되지 않는다. 양자의 성질의 차는 열팽창계수보다 오히려 연화점 또는 왜곡점에 있으며, 이 점에 착안하면 다음과 같은 기구로 압축응력이 가해지는 것을 설명할 수 있을 것으로 생각된다. 그리고 석영유리의 연화점 및 왜곡점은, 각각 1650℃ 및 1070℃(제냉점은 1150℃)이며, 한편바이코오유리의 연화점 및 왜곡점은 각각 1530℃ 및 890℃(제냉점은 1020℃)이다.
도 20의 (a)에 나타낸 상태로부터, 제 1 유리부(8)(측관부(2'))를 바깥 쪽에서 가열하여 수축시키면, 처음에 양자 사이에 있었던 틈새(7c)가 메워져 양자가 접한다. 수축 후에 있어서는 도 20의 (b)에 나타내는 바와 같이, 연화점이 높고, 외기와 접하는 면적이 많은 제 1 유리부(8) 쪽이 먼저 연화상태로부터 놓여진 시점(즉 굳어진 시점)에서도, 그보다 안쪽에 위치하고 또 연화점이 낮은 제 2 유리부(7b)는 여전히 연화된 채(용융상태인 채)의 시점이 존재한다. 이 때의 제 2 유리부(7b)는 제 1 유리부(8)와 비교해 유동성을 갖고 있어, 가령 통상 시(연화상태가 아닌 시점) 양자의 열팽창계수가 거의 같다하더라도, 이 시점의 양자의 성질(예를 들어 탄성률, 점성도, 밀도 등)은 크게 달라졌다고 생각된다. 그리고 더 시간이 경과하여 유동성을 가졌던 제 2 유리부(7b)가 식어, 제 2 유리부(7b) 온도가 연화점을 밑돌게까지 되면, 제 2 유리부(7)도 제 1 유리부(8)와 마찬가지로 굳어지게 된다. 여기서 제 1 유리부(8)와 제 2 유리부(7)의 연화점이 같으면 바깥쪽으로부터 서서히 냉각되어 압축왜곡이 남지 않도록 양쪽 유리부가 굳어지게 되지만, 본 실시예 구성의 경우 바깥쪽 유리부(8)가 빨리 굳고, 얼마간 시간이 흐른 후에 안쪽의 유리부(7)가 굳어지므로 당해 안쪽의 제 2 유리부(7)에 압축왜곡이 남게 되는 것으로 생각된다. 이와 같은 점을 고려하면, 제 2 유리부(7)는 일종의 조임(pinching)이 간접적으로 실행된 상태로 됐다고도 말할 수 있을 것이다.
또 이러한 압축왜곡이 남으면 통상, 양자의 열팽창률 차에 의해 어느 온도에서 양자(7, 8)의 밀착상태가 멎어버리게 되겠지만, 본 실시예 구성의 경우, 양자의열팽창률이 거의 같으므로 압축왜곡이 존재해도 양자(7, 8)의 밀착상태가 유지 가능하다고 추측된다.
또한 제 2 유리부(7)에 약 10kgf/㎠ 이상의 압축응력을 주기 위해서는, 상술한 제작방법으로 완성시킨 램프(램프 완성체)에 대하여, 1030℃에서 2 시간 이상 가열할 필요가 있음을 알았다. 구체적으로는, 완성된 램프(100)를 1030℃의 용기(노)에 넣어 어닐링(예를 들어 진공열처리, 또는 감압 열처리)하면 된다. 여기서 1030℃의 온도는 예시이며, 제 2 유리부(바이코오유리)(7)의 왜곡점 온도보다 높은 온도이면 된다. 즉 바이코오 왜곡점 온도 890℃보다 크면 된다. 적합한 범위는 바이코오 왜곡점 온도 890℃보다 크고, 제 1 유리부(석영유리)의 왜곡점 온도(SiO2왜곡점 온도 1070℃)보다 낮은 온도이지만, 1080℃나 1200℃ 정도의 온도에서 본원 발명자가 실험한 경우에 있어서 효과가 있는 경우도 있었다.
또 비교 참고를 위해, 열처리를 하지 않은 고압방전램프에 대하여 예민색판법에 의한 측정을 한 바, 고압방전램프 봉함부에 제 2 유리부(7)를 형성한 구성임에도 불구하고 봉함부에 약 10kgf/㎠ 이상의 압축응력은 관측되지 않았다.
어닐링(또는 진공열처리) 시간에 대해서는 2 시간 이상이라면, 경제적인 관점에서 본 상한을 제외하고 특별히 상한은 없다. 2 시간 이상의 범위에서 적합한 시간을 적절히 설정하면 된다. 또 2 시간 미만이라도 효과가 보일 경우에는 2 시간 미만에서의 열처리(어닐링)를 해도 된다. 이 어닐링 공정에 의해 램프의 고 순도화, 바꾸어 말하면 불순물 저감이 달성됐을 수도 있다. 왜냐하면 램프 완성체를어닐링 함으로써, 램프에 악영향을 미치는 것으로 생각되는 수분(예를 들어 바이코오 중의 수분)을 램프로부터 제거할 수 있다고 생각되기 때문이다. 어닐링을 100 시간 이상 실시하면, 거의 완전히 바이코오 중의 수분을 램프 내에서 제거하기가 가능하다.
상술한 설명에서는, 제 2 유리부(7)를 바이코오유리로 구성한 예로 설명했지만, SiO2: 62중량%, Al2O3: 13.8중량%, CuO: 23.7중량%를 성분으로 하는 유리(상품명; SCY2, SEMCOM사제. 왜곡점; 520℃)로 제 2 유리부(7)를 구성한 경우에도 적어도 긴 쪽 방향에 압축응력이 인가된 상태로 되는 것도 알았다.
다음에 도 21에서 도 25를 참조하면서, 본 실시예에 관한 램프(100)의 다른 제조방법을 설명한다.
우선 도 21에 나타내는 바와 같이 제 2 유리부(7)가 될 유리관(70)을 준비한다. 도 21에 나타낸 유리관(70)은 바이코오제 유리관이며, 그 크기는 외경(D1) 1.9mm, 내경(D2) 1.7mm, 길이(L) 100mm이다. 이 유리관(70) 중에 도 22에 나타내는 바와 같이 전극봉(3)을 포함하는 전극구조체(50)를 삽입하고, 이어서 유리관(70) 양쪽을 기밀성을 유지하면서 회전가능한 척(82)에 설치한다. 전극구조체(50)의 구성은, 도 15에서 설명한 바와 마찬가지이다. 척(82)은 진공계(도시 생략)에 연결되며 유리관(70) 내를 진공 처리할 수 있다.
유리관(70) 내를 진공 처리한 후, 감압상태의 희가스(예를 들어 20kPa)를 봉입한다. 다음으로 전극봉(3)을 축으로 유리관(70)을 회전시킨 후, 유리관(70) 중외부리드(5)에 대응하는 부분(72)을 가열하여 수축시키면, 도 23에 나타내는 바와 같은 구성이 된다. 그리고 도 23에 나타낸 유리관(70)을 도면 중의 선 a, b 부분에서 절단하여, 도 24에 나타낸 바와 같이 가공한다. 또 수축시킬 부분은 외부리드(5)의 일부가 아닌 전극봉(3) 일부 또는 금속박(4) 일부라도 된다.
다음에 도 25에 나타내는 바와 같이 유리관(70) 부착의 전극구조체(50)를 유리파이프(80)의 한쪽 측관부(2')에 삽입한다. 구체적으로는 세정된 텅스텐 봉을 이용하여 전극구조체(50)를 측관부(2')의 소정 위치까지 밀어 넣어 고정시킨다. 전극구조체(50)의 조임쇠(11)로서 폭이 2mm보다 약간 큰 것을 이용하면, 측관부(2')의 소정 위치에 용이하게 고정시킬 수 있다.
다음으로 유리파이프(80) 양쪽을, 기밀성을 유지하면서 회전 가능한 척(도시 생략)에 설치한다. 그 후 상술한 실시예의 제조방법과 마찬가지로(도 17, 도 19 참조), 유리파이프(80) 내를 진공 처리하고 희가스를 봉입한 후, 전극봉(3)을 축으로 화살표(81) 방향으로 유리파이프(80)를 회전시키며, 이어서 발광관부(1')와 측관부(2')의 경계부근 부분으로부터 외부리드(5)의 중간 부근까지 차례로 가열하여 수축시켜간다. 이와 같이 하여 유리관(70) 부착의 전극구조체(50)를 봉함한다. 그 후 개방된 측관부 쪽으로부터 규정량의 수은(예를 들어 200mg/cc 정도 또는 300mg/cc 정도 혹은 그 이상)을 도입한다. 수은 도입 후, 상기와 마찬가지 방법으로 유리관(70) 부착 전극구조체(50)를 다른 쪽 측관부(2')에 삽입한다. 이어서 진공 처리 후 희가스를 봉입하고 가열 봉함한다. 상술한 바와 같이 이 가열 봉함은 수은 증발 방지를 위해 발광관부(1)를 냉각시키면서 행하는 것이 바람직하다. 이제조방법에 의해 도 11에 나타낸 구성의 램프(100)가 얻어지게 된다. 또 이 실시예에 있어서도 측관부(2')를 양쪽 봉함한 후, 1030℃에서 2 시간 이상 가열함으로써 압축 왜곡을 크게 할 수 있다.
본 실시예의 램프(100) 내압강도를 더욱 향상시키기 위해서는 도 26에 나타낸 램프(200)와 같이, 봉함부(2) 내에 매입된 부분의 전극봉(3)의 적어도 일부 표면에, 금속막(예를 들어 Pt막)(30)을 형성하는 것이 바람직하다. 여기서 금속막(30)은 Pt, Ir, Rh, Ru, Re으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속으로 구성되면 되며, 밀착성의 관점에서 하층이 Au층이고 상층이 예를 들어 Pt층과 같이 하는 것이 바람직하다.
램프(200)에서는 봉함부(2)에 매입된 부분의 전극봉(3) 표면에 금속막(30)이 형성되므로, 전극봉(3) 주위에 위치하는 유리에 미소한 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉 램프(200)에서는 램프(100)에서 얻어지는 효과와 더불어, 균열발생 방지라는 효과도 얻을 수 있으며, 이로써 보다 내압강도를 향상시킬 수 있다. 이하 균열발생 방지 효과에 대하여 설명을 계속하기로 한다.
봉함부(2) 내에 위치하는 전극봉(3)에 금속막(30)이 없는 램프의 경우, 램프 제작공정에서의 봉함부 형성 시, 봉함부(2)의 유리와 전극봉(3)이 한번 밀착된 후, 냉각 시에 양자의 열팽창계수의 차이에 의해 양자는 분리되게 된다. 이 때 전극봉(3) 주위의 석영유리에 균열이 발생한다. 이 균열의 존재에 의해, 균열이 없는 이상적인 램프보다 내압강도가 저하되게 된다.
도 26에 나타낸 램프(200)의 경우, 표면에 Pt층을 갖는 금속막(30)이전극봉(3) 표면에 형성되므로, 봉함부(2)의 석영유리와 전극봉(3) 표면(Pt층) 사이의 습윤성이 나빠진다. 즉 텅스텐과 석영유리와의 조합인 경우보다, 백금과 석영유리의 조합인 경우 쪽이, 금속과 석영유리의 습윤성이 나빠지므로 양자는 서로 붙지 않고 분리되기 쉬워지는 것이다. 그 결과 전극봉(3)과 석영유리와의 습윤성이 나쁨으로써 가열 후 냉각 시의 양자 분리가 좋으며, 미세한 균열의 발생을 방지할 수 있게된다. 이와 같은 습윤성이 나쁜 점을 이용하여 균열발생을 방지한다는 기술적 사상에 기초하여 제작된 램프(200)는 램프(100)보다 더욱 높은 내압강도를 나타낸다.
여기서 도 26에 나타낸 램프(200) 구성 대신, 도 27에 나타낸 램프(300)의 구성으로 해도 된다. 램프(300)는 도 1에 나타낸 램프(100) 구성에서, 표면을 금속막(30)으로 피복한 코일(40)을, 봉함부(2)에 매입된 부분의 전극봉(3) 표면에 감은 것이다. 바꾸어 말하면 램프(300)는 Pt, Ir, Rh, Ru, Re으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속을 적어도 표면에 갖는 코일(40)이 전극봉(3) 뿌리에 감긴 구성을 갖는다. 여기서 도 27에 나타낸 구성에서, 코일(40)은 발광관(1)의 방전공간(10) 내에 위치하는 전극봉(3) 부분에까지 감긴다. 도 27에 나타낸 램프(300)의 구성에서도, 코일(40) 표면의 금속막(30)에 의해 전극봉(3)과 석영유리의 습윤성을 나쁘게 할 수 있으며, 그 결과 미세한 균열발생을 방지할 수 있다. 코일(40) 표면의 금속은 예를 들어 도금으로 형성하면 된다. 밀착성의 관점에서는, 코일(40) 상에 우선 하층이 될 Au층을 형성하고 이어서 상층이 될 예를 들어 Pt층을 형성하는 것이 바람직하다.
다음에 본 실시예의 램프(100 및 200) 내압강도에 대하여 설명한다. 도 28은 본 실시예의 램프에 대하여 정수압(Hydrostatic Pressure)을 이용하여 내압시험을 할 때의 램프구성을 모식적으로 나타낸다. 정수압을 이용한 내압시험은, 도 28에 나타내는 바와 같이 한쪽 봉함부(2)는 도 1에 나타낸 램프(100)의 봉함부(2), 또는 도 26 및 도 27에 나타낸 램프(200 및 300)의 봉함부(2)와 같은 구성이다. 그리고 다른 쪽 봉함부를 측관부(2') 상태인 채로 두고, 이 개방된 쪽의 측관부(2') 한 끝으로부터 물을 넣어 수압을 가해 램프의 내압을 측정한다. 구체적으로 설명하면, 개방된 측관부(2')로부터 순물을 도입하여 정수압을 가하고, 그 압력을 서서히 늘려간다. 램프가 파열됐을 때의 정수압 값을 램프의 내압(정수압에 의한 내압)으로 한다.
본 실시예의 램프(100)에 대하여 7 개, 램프(200)에 대해 5 개, 비교예의 램프(도 2의 (b) 참조)에 대해 9 개, 내압시험을 실시한 결과를 도 29에 나타낸다. 도 29는 내압과 파손확률의 관계를 나타낸 와이블 플롯(weibull plot)이다. 도 29에서 가로축의 값이 클수록 내압이 크며, 또 기울기가 클수록(즉 수직에 가까울수록) 내압 편차가 작아지게 된다.
도 29에서 알 수 있는 바와 같이, 파손확률이 50%로 되는 것은 비교예에서 21MPa인 것에 반해, 램프(100)에서는 25.3MPa이며, 램프(200)에서는 28.5MPa까지 커졌다. 램프(100 및 200)의 내압(정수압에 의한 내압)은, 내압에 우수한 종래의 램프에서도 도저히 도달하지 못했던 높은 내압이다. 또 기울기를 보더라도, 본 실시예의 램프(100 및 200) 쪽이 비교예의 것보다 크며, 이로써 내압의 편차가 적다는 것을 알 수 있다.
일반적으로, 내압시험에 의해 얻어지는 내압보다 점등동작압 쪽이 높아지는 것은 잘 알려져 있다. 점등동작압 쪽이 높아지는 이유를 설명하면 다음과 같다. 램프가 점등하여 가열되면 발광관 유리는 열팽창되게 되는데, 실제로 램프 구조상 발광관 유리는 자유롭게 팽창될 수 없어 결과적으로 수축되는 힘이 발광관에 가해진다. 이 수축하는 힘, 즉 복귀하고자 하는 힘이 작용함으로써 내압시험에 의해 얻어지는 내압보다, 점등동작압 쪽이 높아지는 것이다. 점등동작압 편에서 평가하면, 램프(100)는 동작압을 30MPa 이상으로 할 수 있으며, 램프(200)에 이르러서는 40MPa 이상으로도 할 수 있다. 한편 비교예의 램프 동작압을 30MPa로 한다고 하면 파열돼버리게 된다.
점등동작압이 30MPa 이상에서 동작하는 고압방전램프는 종래에는 존재하지 않았으므로, 동작압을 극단적으로 크게 했을 경우 그 분광특성이 어찌될까 매우 흥미롭다. 동작압을 30MPa 이상으로 했을 경우, 평균 연색평가지수(Ra) 및 조도가 대폭 향상되는 것이 확실해졌다. 이하 그 결과에 대하여 설명한다.
도 30은 본 실시예의 램프를, 점등동작압 40MPa로 동작시켰을 때의 분광분포를 나타낸다. 그리고 도 31은 본 실시예의 램프를 점등동작압 19MPa로 동작시켰을 때의 분광분포를 나타낸다. 한편 도 32는 종래의 램프(Philips사제)를, 동작압 20MPa, 120W로 점등시켰을 때의 분광분포를 참고로 나타낸다. 도 30에서 도 32에 나타낸 분광분포는 실측데이터이다.
도 31 및 도 32를 비교하여 도 30을 보면, 동작압이 40MPa인 램프에서는405nm, 436nm, 546nm, 547nm 부근의 휘선 비율이 작아진 것을 알 수 있다. 또 평균 연색평가지수(Ra)에 주목하면, 도 30에 나타낸 예에서는 Ra가 70.7이라는 매우 높은 값을 나타낸다. 한편 도 31에 나타낸 예에서는, Ra가 60.2이고, 또 도 32에 나타낸 예에서는 59.4이다. 여기서 참고로, 도 30에서 도 32에 나타낸 예에 대하여 다른 특성을 표시하자면 다음과 같다. 또 R9~R15는 특수 연색평가수이다.
도 30에 나타낸 예(동작압 40MPa, Ra＝70.7):
색도값(x, y)＝(0.2935, 0.2967), Tc＝8370K, DUV＝-3.4
R9＝-11.0, R10＝34.4, R11＝56.7, R12＝58.6, R13＝66.3
R14＝84.1, R15＝66.8
도 31에 나타낸 예(동작압 19MPa, Ra＝60.2):
색도값(x, y)＝(0.2934, 0.3030), Tc＝8193K, DUV＝0.1
R9＝-53.3, R10＝11.6, R11＝42.0, R12＝41.9, R13＝54.0
R14＝79.0, R15＝52.4
도 32에 나타낸 예(동작압 20MPa, Ra＝59.4):
색도값(x, y)＝(0.2895, 0.3010), Tc＝8574K, DUV＝1.3
R9＝-53.2, R10＝9.9, R11＝40.9, R12＝41.5, R13＝52.8
R14＝78.5, R15＝50.8
다음에, 평균 연색평가지수(Ra)와 점등동작압의 관계에 대하여 설명한다. 도 33은 Ra의 점등동작압 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 33에서 알 수 있는 바와 같이 점등동작압이 커짐에 따라 Ra가 커진다. 동작압을 19MPa에서 40MPa까지 올리면, Ra가 약 14% 향상했다. 종래의 초고압수은램프의 Ra가 고작 60(경우에 따라 65)인 것에 반해, Ra를 65보다 크게 할 수만 있다면, 램프의 범용성은 매우 넓어지게 된다. 즉 형광램프의 Ra가 61이고, 형광형 수은램프의 Ra가 40~50인 점에서, 초고압수은램프의 Ra를 65보다 크게 할 수 있다면 고 효율형 메탈할라이드램프(예를 들어 Ra65~70)의 용도에도 적극적으로 사용 가능해지기 때문이다. 그리고 초고압수은램프의 Ra를 70 이상으로 하면, 공업적인 작업용만이 아닌 사무용에도 보다 적합하게 사용 가능해질 것이므로, 램프의 범용성이 매우 높아진다. 따라서 본 실시예의 램프의 평균 연색평가수(Ra)는 예를 들어 65보다 큰 값, 또는 67 이상, 70 이상으로 올라갈수록 보다 바람직하다. 이 램프(초고압수은램프)의 색 온도는 8000K 이상으로, 색 온도가 8000K 이상이고 Ra가 65를 초과하는 램프는 현 시점에서 아직 존재하지 않는다. Ra를 매우 높게 한 메탈할라이드램프 등은 색 온도가 비교적 낮으며, 또 전구도 색 온도가 비교적 낮다. 색 온도가 8000K 이상이고 Ra가 65를 초과하는 본 실시예의 램프는, 인공 태양광원(인공 태양장치 또는 인공 태양시스템)으로 될 수 있는 것, 또는 이에 가까워지는 것으로서, 현재 아직 존재하지 않는 새로운 수요를 산출하게 될 수 있는 획기적인 램프이다.
또한 본 실시예의 램프(100 및 200)는 반사경과 조합시켜 거울장착 램프 내지 램프유닛으로 할 수 있다.
도 34는 본 실시예의 램프(100)를 구비한 거울장착 램프(900)의 단면을 모식적으로 나타낸다.
거울장착 램프(900)는, 거의 구형의 발광관(1)과 한 쌍의 봉함부(2)를 구비하는 램프(100)와, 램프(100)로부터 발광된 광을 반사하는 반사경(60)을 구비한다. 여기서 램프(100)는 예시이며, 물론 램프(200)라도 된다. 또 거울장착 램프(900)는 반사경(60)을 유지하는 램프하우스를 추가로 구비해도 된다. 여기서 램프하우스를 구비한 구성의 램프는 램프유닛에 포함되는 것이다.
반사경(60)은 예를 들어 평행광속, 소정의 미소영역에 수속되는 집광광속, 또는 소정의 미소영역으로부터 발산된 것과 동등한 발산광속이 되도록 램프(100)로부터의 방사광을 반사하도록 구성된다. 반사경(60)으로는 예를 들어 포물면경이나 타원면경을 사용할 수 있다.
본 실시예에서는 램프(100)의 한쪽 봉함부에 마우스피스(56)가 설치되며, 당해 봉함부(2)로부터 연장된 외부리드(5)와 마우스피스(56)는 전기적으로 접속된다. 봉함부(2)와 반사경(60)은 예를 들어 무기계 접착제(예를 들어 시멘트 등)로 고착되어 일체화된다. 반사경(60)의 전면(前面) 개구부 쪽에 위치하는 봉함부(2)의 외부리드(5)에는 인출리드선(65)이 전기적으로 접속되며, 인출리드선(65)은 외부리드(5)로부터 반사경(60)의 리드선용 개구부(62)를 통해 반사경(60) 외부까지 연장된다. 반사경(60)의 전면 개구부에는 예를 들어 전면 유리를 설치할 수 있다.
이와 같은 거울장착 램프 내지 램프유닛은, 예를 들어 액정이나 DMD를 이용한 프로젝터 등과 같은 화상투영장치에 설치할 수 있으며, 화상투영장치용 광원으로서 사용된다. 또 이와 같은 거울장착 램프 내지 램프유닛과,화상소자(DMD(Digital Micro-mirror Device) 패널이나 액정패널 등)를 포함하는 광학계를 조합시킴으로써, 화상투영장치를 구성할 수 있다. 예를 들어 DMD를 이용한 프로젝터(디지털 라이트 프로세싱(DLP) 프로젝터)나 액정프로젝터(LCOS(Liquid Crystal on silicon)구조를 채용한 반사형 프로젝터도 포함)를 제공할 수 있다. 또한 본 실시예의 램프 및 거울장착 램프 내지 램프유닛은, 화상투영장치용 광원 외에, 자외선 스테퍼용 광원, 또는 경기장용 광원이나 자동차 전조등용 광원, 도로표지를 비추는 투광기용 광원 등으로서도 사용할 수 있다.
다음으로 본 실시예의 램프에 있어서 점등동작압과 조도의 관계에 대하여 설명한다.
도 35는 동작압(MPa)과 평균조도(lx)의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 조도 측정은 다음과 같이 하여 실시한다. 도 34에 나타낸 바와 같은 반사경에 램프를 조립하여 적절한 광학계를 이용하여 스크린에 광을 조사시킨 상태에서, 스크린을 등면적의 9 개 면으로 분할하여 각각의 면 중심에서 조도를 측정한다. 9 개의 조도 평균값을 램프 평균조도로 하고, 이를 램프의 조도 지표로 한다.
도 35에서 알 수 있는 바와 같이 동작압이 커짐에 따라 조도도 커진다. 동작압을 19MPa에서 40MPa로 올림으로써, 조도가 약 14% 향상되었다. 따라서 40MPa의 램프를 이용하면 종래보다 더욱 밝은 화상투영장치를 실현할 수 있다. 근년, 스크린의 밝기가 더욱 강하게 요구되게 되었으므로 이 조도를 약 14% 향상시킬 수 있다는 것은, 기존 기술의 돌파구의 하나가 될 수 있는 의미도 갖는다.
(다른 실시예)
상기 실시예에서는, 발광물질로서 수은을 사용하는 수은램프를 고압방전램프의 일례로서 설명했지만, 본 발명은 봉함부(실부)에 의해 발광관의 기밀을 유지하는 구성을 갖는 모든 고압방전램프에도 적용 가능하다. 예를 들어 금속 할로겐화물을 봉입한 메탈할라이드램프나 크세논 등의 고압방전램프에도 적용할 수 있다. 메탈할라이드램프 등에 있어서도 내압이 향상될수록 바람직하기 때문이다. 즉 가스누설 방지나 균열방지를 도모함으로써, 고 신뢰성을 가지며 장수명의 램프를 실현할 수 있기 때문이다.
또 수은만이 아닌 금속 할로겐화물도 봉입된 메탈할라이드램프에 상기 실시예의 구성을 적용할 경우에는, 다음과 같은 효과도 얻을 수 있다. 즉 제 2 유리부(7)를 형성함으로써 봉함부(2) 내에서 금속박(4)의 밀착성을 향상시킬 수 있어 금속박(4)과 금속 할로겐화물(또는 할로겐 및 알칼리금속)의 반응을 억제할 수 있게되며, 그 결과 봉함부 구조의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 특히 도 1, 도 8이나 도 10에 나타낸 구성과 같이, 금속봉(3) 부분에 제 2 유리부(7)가 위치했을 경우에는, 금속봉(3)과 봉함부(2) 유리 사이에 있는 작은 틈새로부터 침입하여 금속박(4)에 반응해 박의 취약화를 일으키는 금속 할로겐화물의 침입을 제 2 유리부(7)에 의해 효과적으로 경감시키는 것이 가능해진다. 이와 같이 상기 실시예의 구성은 메탈할라이드램프에 적합하게 적용 가능하다.
최근 수은을 봉입하지 않는 무수은 메탈할라이드램프의 개발도 진행되고 있는데, 이와 같은 무수은 메탈할라이드램프에, 상기 실시예의 기술을 적용하는 것도 가능하다. 이하 보다 상세히 설명한다.
상기 실시예의 기술이 적용된 무수은 메탈할라이드램프로서, 도 1, 도 26 또는 도 27에 나타낸 구성에 있어서, 발광관(1) 내에 수은이 실질적으로 봉입되지 않고 또 적어도 제 1 할로겐화물과, 제 2 할로겐화물과, 희가스가 봉입된 것을 들 수 있다. 이 때 제 1 할로겐화물의 금속은 발광물질이며, 제 2 할로겐화물은 제 1 할로겐화물에 비해 증기압이 크고 또 상기 제 1 할로겐화물의 금속에 비해 가시역에서 발광하기 어려운 금속의 1 종 또는 복수 종의 할로겐화물이다. 예를 들어 제 1 할로겐화물은, 나트륨, 스칸듐, 및 희토류 금속으로 된 군에서 선택된 1 종 또는 복수 종의 할로겐화물이다. 그리고 제 2 할로겐화물은 상대적으로 증기압이 크며 또 제 1 할로겐화물의 금속에 비해 가시역에서 발광하기 어려운 금속의 1 종 또는 복수 종의 할로겐화물이다. 구체적인 제 2 할로겐화물로는, Mg, Fe, Co, Cr, Zn, Ni, Mn, Al, Sb, Be, Re, Ga, Ti, Zr 및 Hf로 된 군에서 선택된 적어도 1 종의 금속 할로겐화물이다. 그리고 적어도 Zn 할로겐화물을 포함하는 제 2 할로겐화물이 보다 적합하다.
또 다른 조합예를 들면, 투광성 발광관(기밀용기)(1)과, 발광관(1) 내에 형성된 한 쌍의 전극(3)과, 발광관(1)에 연결된 한 쌍의 봉함부(2)를 구비한 무수은 메탈할라이드 램프의 발광관(1) 내에 발광물질인 ScI3(요오드화 스칸듐) 및 Nal(요오드화 나트륨)과, 수은 대체물질인 InI3(요오드화 인듐) 및 TlI(요오드화 탈륨)과, 시동 보조가스로서의 희가스(예를 들어 1.4MPa의 Xe가스)가 봉입된 것이다. 이 경우 제 1 할로겐화물은 ScI3(요오드화 스칸듐), Nal(요오드화 나트륨)이며, 제 2 할로겐화물은 InI3(요오드화 인듐) 및 TlI(요오드화 탈륨)이다. 또 제 2 할로겐화물은 비교적 증기압이 높고 수은의 대리 역할을 맡는 것이면 되므로, InI3(요오드화 인듐) 등의 대신에 예를 들어 Zn 요오드화물을 이용해도 된다.
이와 같은 무수은 메탈할라이드램프에 있어서, 상기 제 1 실시예의 기술이 적합하게 적용 가능한 이유를 이하에 설명한다.
우선 Hg 대체물질(Zn 할로겐화물 등)을 이용한 무수은 메탈할라이드램프의 경우, 유수은 램프에 비해 효율이 저하된다. 효율을 올리기 위해서는 점등동작압을 올리는 것이 매우 유리하게 작용한다. 상기 실시예의 램프의 경우, 내압을 향상시킨 구조이기 때문에 희가스를 고압 봉입할 수 있으므로, 간편하게 효율을 향상시킬 수 있어 실용화 가능한 무수은 메탈할라이드램프를 용이하게 실현할 수 있다. 이 경우 희가스로는 열전도율이 낮은 Xe이 바람직하다.
그리고 무수은 메탈할라이드램프의 경우, 수은을 봉입하지 않는 관계상, 유수은 메탈할라이드램프보다 할로겐을 많이 봉입할 필요가 있다. 따라서 전극봉(3) 부근의 틈새를 통해 금속박(4)까지 달하는 할로겐의 양도 많아져, 할로겐이 금속박(4)(경우에 따라서는 전극봉(3) 뿌리부분)과 반응하는 결과, 봉함부 구조가 약해져 가스누설이 발생하기 쉬워진다. 도 26 및 도 27에 나타낸 구성에서는, 전극봉(3) 표면을 금속막(30)(또는 코일(40))으로 피복하므로 전극봉(3)과 할로겐의 반응을 효과적으로 방지할 수 있다. 또 도 1과 같이 전극봉(3) 주변에 제 2 유리부(7)가 위치하는 구성의 경우, 그 제 2 유리부(7)에 의해 할로겐화물(예를 들어Sc 할로겐화물)의 침입을 막을 수 있으며, 이로써 가스누설 발생의 방지가 가능해진다. 때문에 상기 실시예의 구조를 구비한 무수은 메탈할라이드램프의 경우, 종래의 무수은 메탈할라이드램프보다 고 효율화 및 장수명화를 도모할 수 있다. 이것은 일반조명용 램프로 넓게 말할 수 있는 것이다. 더욱이 자동차 전조등용 램프에 대해서 말하자면, 다음과 같은 이점이 있다.
차량 전조등에 사용할 경우, 스위치를 ON한 다음 순간에 100% 광을 얻고자 하는 요구가 있다. 이 요구에 응하기 위해서는 희가스(구체적으로는 크세논)를 고압으로 봉입하는 것이 효과적이다. 그러나 통상의 메탈할라이드램프에서 크세논을 고압으로 봉입하면 파열의 가능성이 높아진다. 이는 보다 고도의 안전성이 요구되는 전조등용 램프로서 바람직하지 못하다. 즉 야간의 전조등 고장은 차량의 사고로 이어지기 때문이다. 상기 실시예의 구조를 구비한 무수은 메탈할라이드램프의 경우에는 내압이 향상된 구조이므로, 이와 같은 고압 크세논 봉입에도 안전성을 확보하면서 점등 시동성을 향상시킬 수 있다. 또 장수명화도 도모할 수 있으므로 전조등용으로서 보다 적합하게 적용 가능하다.
또한 상기 실시예에서는 수은증기압이 20MPa 정도 또는 30MPa 정도 이상의 경우(이른바 초고압 수은램프의 경우)에 대하여 설명했지만, 상술한 바와 같이 수은증기압이 1MPa 정도의 고압수은램프에 적용하는 것을 배제하는 것은 아니다. 즉 초고압수은램프 및 고압수은램프를 포함하는 고압방전램프 전반에 적용 가능한 것이다. 여기서 오늘날 초고압수은램프라 불리는 것의 수은증기압은, 15MPa 또는 그 이상(봉입수은량 150mg/cc 또는 그 이상)이다.
동작압력이 매우 높아도 안정되게 동작할 수 있다는 것은, 램프의 신뢰성이 높다는 것을 의미하므로, 본 실시예의 구성을 동작압력이 그리 높지 않은 램프(램프 동작압력이 30MPa 정도 미만, 예를 들어 20MPa 정도~1MPa 정도)에 적용할 경우, 당해 동작압력으로 동작하는 램프의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
높은 내압강도를 실현할 수 있는 램프의 기술적 의의를 더 설명하자면, 다음과 같다. 최근, 보다 고출력 고전력의 고압수은램프를 얻기 위해, 아크길이(전극간 거리)가 짧은 쇼트아크형 수은램프(예를 들어 전극간 거리가 2mm 이하)의 개발이 진행되고 있는 바, 쇼트아크형의 경우 전류 증대에 수반하여 전극증발이 빨라지는 것을 억제하기 위해 통상보다 많은 수은량을 봉입할 필요가 있다. 상술한 바와 같이 종래의 구성에서는 내압강도에 상한이 있으므로 봉입수은량에도 상한(예를 들어 200mg/cc 정도 이하)이 있어, 새로운 우수 특성을 나타내는 램프의 실현화에 제한이 가해졌다. 본 실시예의 램프는 이와 같은 종래의 제한을 제할 수 있는 것이며, 종래에는 실현할 수 없었던 우수한 특성을 나타내는 램프 개발을 촉진시킬 수 있는 것이다. 본 실시예의 램프에서는 봉입수은량이 200mg/cc 정도를 초과하는 300mg/cc 정도 또는 그 이상의 램프를 실현하는 것이 가능해진다.
여기서 상술한 바와 같이 봉입수은량이 300~400mg/cc 정도 또는 그 이상(점등동작압 30~40MPa)을 실현할 수 있는 기술이라는 것은, 특히 점등동작압 20MPa를 초과하는 레벨의 램프(즉 오늘날의 15~20MPa 램프를 초과하는 점등동작압을 갖는 램프. 예를 들어 23MPa 이상 또는 25MPa 이상의 램프)에 대하여, 그 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있다는 의의도 갖는다. 즉 램프를 대량생산할 경우에, 램프 특성에 어쩔 수 없는 차이가 생길 수 있기 때문에, 점등동작압이 23MPa 정도의 램프라도 마진을 고려한 상태에서 내압을 확보할 필요가 있으므로, 30MPa 이상의 내압을 달성할 수 있는 기술이 30MPa 미만의 램프에 대해서도 실제로 제품을 공급할 수 있다는 관점에서의 이점은 크다. 물론 30MPa 이상의 내압을 달성할 수 있는 기술을 이용하여, 23MPa 혹은 그 이하의 내압에서도 괜찮은 램프를 제작하면 안전성 및 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.
따라서 본 실시예의 구성은, 신뢰성 면에서도 램프 특성을 향상시킬 수 있는 것이다. 또 상기 실시예의 램프에서는 봉함부(2)를 수축(shrinkage)수법으로 제작하지만, 조임(pinching)수법으로 제작해도 된다. 또 양단형 고압방전램프에 대해서 설명했지만, 일단형(single end type) 방전램프에 상기 실시예의 기술을 적용하는 것도 가능하다. 여기서, 상기 실시예에서는 예를 들어 바이코오제 유리관(70)으로 제 2 유리부(7)를 형성하지만, 반드시 유리관으로 형성하지 않아도 된다. 금속박(4)의 전체 주위를 피복하는 식의 구성에 한정되지 않고, 금속박(4)에 접촉하여 봉함부(2) 일부에 압축응력을 존재시킬 수 있는 유리구조체라면 유리관에 한정되지 않는다. 예를 들어 유리관(70) 일부에 슬릿이 있어 「C자」형으로 된 유리구조체도 사용할 수 있으며, 금속박(4)의 한쪽 또는 양쪽에 접촉하도록 예를 들어 바이코오제 캐럿(유리조각)을 배치시켜도 되고, 금속박(4) 주위를 피복하도록 예를 들어 바이코오제 유리섬유를 배치시켜도 된다. 단 유리구조체가 아닌 유리분말체, 예를 들어 유리분말을 압축형성하여 소결시켜 이루어지는 소결유리체를 이용하는 것은 봉함부(2) 일부에 압축응력을 존재시킬 수 없으므로, 유리분말체는 이용할 수없다.
더불어 한 쌍의 전극(3)간 간격(아크길이)은, 쇼트아크형이 아니라도 되며, 그보다 긴 간격이라도 된다. 상기 실시예의 램프는, 교류점등형 및 직류점등형의 어느 점등방식으로도 사용 가능하다. 또 상기 실시예에서 나타낸 구성 및 개변예는 상호 채용 가능하다. 또한 금속박(4)을 포함하는 봉함구조에 대하여 설명했지만, 무박 봉함부 구조에 대하여 상기 실시예의 구성을 적용하는 것도 가능하다. 무박 봉함부 구조의 경우에 있어서도 내압을 높이는 것, 및 신뢰성을 높이는 것은 중요하기 때문이다. 보다 구체적으로 서술하면 전극구조체(50)로서 몰리브덴박(4)을 이용하지 않고 한 개의 전극봉(텅스텐봉)(3)을 전극구조체로 한다. 그 전극봉(3)의 적어도 일부에 제 2 유리부(7)를 배치하고, 이 제 2 유리부(7) 및 전극봉(3)을 피복하도록 제 1 유리부(8)를 형성하여 봉함부 구조를 구축하는 것도 가능하다. 이 구성의 경우 외부리드(5)도 전극봉(3)으로 구성 가능해진다.
상술한 실시예에서는 방전램프에 대해서 설명했는데, 상기 제 1 실시예의 기술은 방전램프에 한정되지 않으며, 봉함부(실부)에 의해 발광관 기밀을 유지하는 구성의 램프라면, 방전램프 이외의 램프(예를 들어 전구)에도 적용 가능하다. 상기 제 1 실시예의 기술을 적용한 전구를 도 36 및 도 37에 나타낸다.
도 36에 나타낸 전구(500)는 도 1에 나타낸 구조에 있어서, 발광관(1) 내에 필라멘트(9)가 형성된 양단형 전구(예를 들어 할로겐전구)이다. 필라멘트(9)는 내부리드(내부도입선)(3a)에 접속된다. 발광관(1) 내에 앵커를 형성해도 된다.
도 37에 나타낸 전구(600)는, 도 37에서 알 수 있는 바와 같이 일단형 전구이다. 이 예에서는 일단형 할로겐전구를 나타낸다. 전구(600)는 예를 들어 석영제 유리구(1), 봉함부(2)(제 1 유리부(8), 제 2 유리부(7), 몰리브덴박(4)), 필라멘트(9), 내부리드(31), 앵커(32), 외부리드(외부도입선)(5), 애자(insulator)(51), 마우스피스(52)로 구성된다. 이와 같은 할로겐전구에서도 파열문제는 중요한 과제로서, 상기 제 1 실시예의 기술로서 파열을 방지할 수 있게 되는 점의 기술적 의의는 크다.
이상 본 발명의 바람직한 예에 대하여 설명했는데, 이러한 서술은 한정사항이 아니며 물론 여러 가지 변형이 가능하다.
여기서 봉함부 구조에 개량을 가한 주지의 기술로는, 다음과 같은 것을 들 수 있다. 도 38 및 도 39는 일특개평 6-208831호 공보(대응 미국특허 제 5,468,168호)에 개시된 램프(2000)를 나타낸다. 램프(2000)에서는 램프의 발광수단을 정확하게 위치 결정하기 위한 리드선용 밀폐 및 지지수단에 대한 방법을 취하였다.
도 38에 나타낸 램프(2000)는 광 발생용 내부공간(210)을 둘러싼 석영유리로된 엔벨로프(envelope)(201)와, 내부공간(210)에 돌출된 도전성 리드선 구조(250)로 구성된다. 도 39는 도전성 리드선 구조(250)의 구성을 확대시켜 나타낸다.
도전성 리드선 구조(250)는 선단(212)을 갖는 전극봉(203)과, 금속박(204)과, 외부리드선(205)을 구비하며, 이들은 유리질 재료의 입자를 압축성형하고 소결시켜 구성한 본체부(208)에 의해 둘러싸여 밀폐된다. 이 본체부(207)는 내부공간(210)과 연통되는 엔벨로프(201)의 개구부를 통해 연장되며, 밀폐부가 엔벨로프(201)와 본체부 사이의 계면영역에서 엔벨로프(201)와 본체부 사이에 형성되도록 구성된다.
이 램프(2000)에서는 다리부(202) 안쪽에, 유리질 재료의 입자를 압축성형하고 소결시켜 구성한 본체부(208)가 위치하며, 이로써 엔벨로프(201)의 개구부를 밀폐시키는 구성을 채용한 것으로, 본 실시예의 램프(100)와 같이 압축왜곡이 발생한 제 2 유리부(7)를 포함하는 봉함부를 구비한 구성의 것이 아니다. 때문에 양자는 기본적 구성을 달리 하는 것이다.
보다 구체적으로 설명하면, 램프(2000)에서는 양자의 열팽창계수가 거의 같아지도록, 융해 실리카분말로 본체부(208)를 형성하고 다리부(202)를 융해석영으로 형성한다. 이 경우 양자가 거의 동일 조성이므로, 본체부(208)에 압축왜곡이 발생하는 일은 없다. 동 일특개평 6-208831호 공보에는 바이코오유리 소결석영과 같은 유리질 재료로 된 다공성 모재(母材)로부터, 본체부(208)를 제작하는 수법도 개시하고 있는데, 이와 같은 다공성 모재로 제작된 본체부(208)를 다리부(202) 내에 구성시켜도 전극축 방향의 압축왜곡이 본체부(208)에 잔류하는 이유는 보이지 않으며, 실제 상기 공보에 개시된 램프(2000)의 본체부(208)에 압축왜곡이 잔류하는 것은 기재도, 시사도 되어있지 않다.
상기 공보에는 신뢰성 높은 밀폐를 얻는데, 주위와 본체부(208)의 열팽창계수를 동일하게 맞추는 것의 교시가 있으므로, 가능한 한 본체부(208)와 그 주위의 조성은 동일하게 되도록 하는 점이 시사되어 있다고 생각된다. 그리고 설령 유리질 재료의 입자를 압축성형하고 소결시켜 유리부를 중심 쪽으로 배치하고, 바깥쪽으로부터 본 실시예와 같은 측관부(2')로 수축시켰다 하더라도, 유리관(70)과 달리, 입자가 압축형성된 소결체는 그 입자가 분산되어버려, 잔류하는 압축왜곡(압축응력)은 고사하고, 측관부(2') 유리부에로 소결체의 유리분말이 농도 기울기를 가지고 분산되는 결과로 돌아갈 것이기 때문이다.
본 발명에 의하면 봉함부가 발광관으로부터 연장된 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 가지며, 또 봉함부가 압축응력이 인가된 부위를 가지므로, 이 압축응력이 인가된 부위의 존재에 의해 내압강도를 향상시킨 고압방전램프를 제공할 수 있다.

Claims (27)

  1. 관내에 발광물질이 봉입되는 발광관과,
    상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부를 구비하며,
    상기 봉함부는 상기 발광관으로부터 연장되는 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하며, 또
    상기 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 갖는 고압방전램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축응력이 인가된 부위는, 상기 제 2 유리부, 상기 제 2 유리부와 상기 제 1 유리부와의 경계부, 상기 제 2 유리부 중 상기 제 1 유리부쪽 부분, 및 상기 제 1 유리부 중의 상기 제 2 유리부쪽 부분으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유리부와 상기 제 2 유리부의 경계 주변에는, 양자의 압축응력 차에 의해 발생된 왜곡 경계영역이 존재하는 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 봉함부 내에는, 상기 제 2 유리부와 접하는 금속부이며 전력을 공급하기 위한 금속부가 형성되는 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축응력은, 상기 봉함부의 적어도 긴 쪽 방향에 인가되는 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유리부는, SiO2를 99 중량% 이상 함유하며,
    상기 제 2 유리부는, 15 중량% 이하의 Al2O3및 4 중량% 이하의 B 중 적어도 한쪽과, SiO2를 함유하는 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 유리부의 연화점은, 제 1 유리부의 연화점 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 유리부는, 유리관으로 형성된 유리부인 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 유리부는, 유리분말을 압축형성하고 소결시켜 이루어지는 유리부가 아닌 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광관으로부터는 한 쌍의 상기 봉함부가 연장되며,
    상기 한 쌍의 봉함부 각각이, 상기 제 1 유리부와 상기 제 2 유리부를 구비하고,
    상기 한 쌍의 봉함부 각각이, 압축응력이 인가된 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축응력이 인가된 부위에서의 상기 압축응력은, 약 10kgf/㎠ 이상 약 50kgf/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 압축응력의 차는, 약 10kgf/㎠ 이상 약 50kgf/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광관 내에는 한 쌍의 전극봉이 서로 대향하여 배치되며,
    상기 한 쌍의 전극봉 중 적어도 한 쪽 전극봉은 금속박에 접속되고,
    상기 금속박은 상기 봉함부 내에 형성되며, 또 당해 금속박의 적어도 일부는 상기 제 2 유리부 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 발광물질로서, 적어도 수은이 상기 발광관 내에 봉입되며,
    상기 수은의 봉입량은 300mg/cc 이상인 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 고압방전램프는, 평균 연색 평가수(Ra)가 65를 초과하는 고압수은램프인 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 고압수은램프의 색 온도는 8000K 이상인 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  17. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압방전램프는, 상기 발광물질로서 적어도 금속 할로겐화물을 함유하는 메탈할라이드 램프인 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  18. 관내에 한 쌍의 전극봉이 배치된 발광관과,
    상기 발광관으로부터 연장되며, 상기 발광관 내의 기밀성을 유지하는 한 쌍의 봉함부를 구비하고,
    상기 한 쌍의 전극봉 각각의 전극봉 일부는, 상기 한 쌍의 봉함부 각각의 안에 매입되며,
    상기 봉함부는, 상기 발광관으로부터 연장된 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하고,
    상기 적어도 한 쪽 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 가지며,
    상기 압축응력이 인가된 부위는, 상기 제 2 유리부, 상기 제 2 유리부와 상기 제 1 유리부와의 경계부, 상기 제 2 유리부 중 상기 제 1 유리부 쪽 부분, 및 상기 제 1 유리부 중 상기 제 2 유리부 쪽 부분으로 이루어지는 군에서 선택되고,
    상기 제 2 유리부에는, 상기 봉함부의 적어도 긴 쪽 방향에의 압축응력이 존재하며,
    상기 적어도 한 쪽 봉함부 내에 매입된 부분에 있어서 상기 전극봉의 적어도 일부 표면에는, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속으로 구성된 금속막이 형성되는 고압방전램프.
  19. 관내에 한 쌍의 전극봉이 배치된 발광관과,
    상기 발광관으로부터 연장되며, 상기 발광관 내의 기밀성을 유지하는 한 쌍의 봉함부를 구비하고,
    상기 한 쌍의 전극봉 각각의 전극봉 일부는, 상기 한 쌍의 봉함부 각각의 안에 매입되며,
    상기 봉함부의 적어도 한 쪽은, 상기 발광관으로부터 연장된 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하고,
    상기 적어도 한 쪽 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 가지며,
    상기 압축응력이 인가된 부위는, 상기 제 2 유리부, 상기 제 2 유리부와 상기 제 1 유리부와의 경계부, 상기 제 2 유리부 중 상기 제 1 유리부 쪽 부분, 및 상기 제 1 유리부 중 상기 제 2 유리부 쪽 부분으로 이루어지는 군에서 선택되고,
    상기 적어도 한 쪽 봉함부 내에 매입된 부분에 있어서 상기 전극봉의 적어도 일부에는, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속을, 적어도 표면에 갖는 코일이 감긴 고압방전램프.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극봉 각각은, 상기 한 쌍의 봉함부 각각의 내부에 형성된 금속박에 접속되며,
    상기 적어도 한 쪽 봉함부 내에 형성된 금속박의 적어도 일부는, 상기 제 2 유리부 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  21. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 제 2 유리부는, 15중량% 이하의 Al2O3및 4중량% 이하의 B 중 적어도 한쪽과, SiO2를 함유하며,
    상기 제 1 유리부는, SiO2를 99중량% 이상 함유하고,
    상기 제 2 유리부의 연화점은, 제 1 유리부의 연화점 온도보다 낮으며,
    상기 제 2 유리부는, 유리분말의 압축형성으로 소결시켜 이루어지는 유리부가 아닌 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  22. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 압축응력이 인가된 부위에서의 상기 압축응력은, 약 10kgf/㎠ 이상 약 50kgf/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  23. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 발광관 내에, 발광물질로서 적어도 수은이 봉입되며,
    상기 수은의 봉입량은 300mg/cc 이상인 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  24. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 고압방전램프는, 상기 발광물질로서 적어도 금속 할로겐화물을 함유하는 메탈할라이드 램프인 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  25. 관내에 발광물질이 봉입되는 발광관과,
    상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부를 구비하며,
    상기 봉함부는 상기 발광관으로부터 연장되는 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하며,
    광 탄성효과를 이용한 예민색판법(sensitive color plate method)에 의한 왜곡측정을 실행하면, 상기 봉함부 중 상기 제 2 유리부에 상당하는 영역의 적어도 일부에, 압축응력이 관찰되는 고압방전램프.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 왜곡측정은, 도시바제(東芝製)의 SVP-200 왜곡검사기를 이용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 고압방전램프.
  27. 제 1, 제 18, 제 19, 제 25 항 중 어느 한 항 기재의 고압방전램프와, 상기 고압방전램프에서 발하는 광을 반사하는 반사경을 구비한 램프유닛.
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