KR20040004659A - 고강도 방전램프, 아크 튜브 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

아크튜브(12)를 충전가스로 충전하는 방법, 여기서 아크튜브는 그를 둘러싼 제어되지 않은 대기와 유체 소통이 되는 개방된 단부를 가지며, 방법은 주입가스를 튜브에 주입하는 단계, 충전가스의 일부를 냉각시키기 위해 튜브의 하부(12)를 냉각시키는 충전가스를 제공하고 충전가스의 온도가 더 이상 내려가지 않을 때 충전가스가 대기압 이상의 압력이 되도록 하기 위해 충전가스의 온도를 낮추고 튜브를 대기에 개방시킨 상태에서 튜브를 밀폐시키는 단계를 선택적으로 갖는다. 하나의 실시예는 충전가스가 아르곤과 크세논을 포함하고 온도가 크세논의 응결점 이하이고 아르곤의 응결점 이상인 것을 개시한다. 다른 실시예는 충전가스와 대기 사이에 비-반응성의 층을 제공하는 것을 개시한다. 또 다른 실시예는 튜브의 하단부를 핀치 밀폐하는 단계와 다른 단부를 통해 챔버 내로 램프 충전물, 수은 및 불활성 가스를 도입하는 단계를 포함하는 것을 개시한다.

Description

고강도 방전램프, 아크튜브 및 제조방법{High Intensity Discharge Lamps, Arc Tube and Methods of Manufacture}

HID 램프는 점광원(point source)으로서, 특히 광섬유 조명시스템, 프로젝션 디스플레이 및 자동차 헤드램프에 적합하도록 개발되었다. 즉각적인 발광 능력, 상대적으로 긴 수명 그리고 훌륭한 색채 연출로 백색광을 생성하는데 있어서 상대적으로 높은 효율성 때문에 충전가스로서 크세논이 충전된 메탈 할라이드 램프(metal halide lamp)가 많은 응용분야에서 각광받고 있다.

점광원용 HID 램프를 제조하는데 있어, 실질적인 실내온도에서 1기압 보다 높은 최종적인 충전가스 압력을 얻는 것이 바람직하다. 대략 5기압 이상의 최종 충전가스 압력이 일반적이고 충전가스 압력은 대략 600기압 정도로 높아질 수 있다.

크세논 메탈 할라이드 램프를 제조하는데 있어, 챔버(chamber)를 밀폐시키기 전에 램프의 발광 챔버(light emitting chamber) 내부에 있는 일정량의 크세논을 응결(freezing)시킴으로써 대기압보다 높은(superatmospheric) 크세논 압력이 얻어지는 것이 알려져 있다. 챔버 내의 응결된 크세논의 부피(실질적인 1기압, 실내온도일 때)는 챔버의 부피보다 크므로 챔버 내에 밀폐된 크세논의 압력은 크세논의 온도가 실질적인 실내온도로 복원되었을 때 1기압 이상이 된다. 실질적인 실내온도에서 챔버 내에 밀폐된 충전가스의 압력(기압으로)은 챔버의 부피에 대한 챔버 내의 응결된 가스의 부피(1기압, 실내온도에서)의 비와 동등하다.

주지된 대기압 이상의 아크튜브를 제조하는 방법으로, 종래 기술은 일단 고체 충전물과 수은이 아크튜브 본체의 내부로 도입되고 제 2 전극 리드 조립체(electrode lead assembly)가 나머지 개방된 단부에 위치된 후에는 제 2 단부의 밀폐 공정 동안 제 2 전극 리드 조립체의 금속 요소들의 산화를 방지하기 위해 아크튜브 본체의 내부는 제어되지 않은 대기로부터 격리되어야만 한다는 것을 가르치고 있다.

종래 기술은, 상기 아크튜브의 내부가 (ⅰ) 하이더 등에 의해 1992. 4. 28. 자로 등록된 미국 특허 5,108,333에서 가르치고 있는 바와 같이 그로브 박스(glove)와 같은 제어된 대기 내에 아크튜브 본체를 위치시키거나, (ⅱ) 나가사와 등에 의해 1996. 4. 9. 자로 등록된 미국 특허 5,505,648에서 가르치고 있는 바와 같이 필요한 밀폐를 제공하는 진공 시스템에 개구를 연결시키는 것 중 어느 하나에 의해 제어되지 않은 대기로부터 격리될 수 있음을 가르치고 있다.

하이더 등의 발명에서 개시된 바와 같이, 아크튜브 본체의 일단부는 조립체가 단부 내에 위치할 때 전체 전극 리드 조립체를 감싸도록 충분히 길어야 한다. 일단 아크튜브가 글로브 박스의 제어된 대기 내에 놓여지면, 상기 본체는 크세논으로 채워지고 그 후 상기 단부는 상기 전체 전극 리드 조립체가 상기 본체 내에 동봉되도록 폐쇄되어 융합된다(fused closed). 상기 아크튜브는 글로브 박스로부터 분리되고 크세논이 챔버 내에서 응결되고 그 후 상기 제 2 단부를 쉬링킹( shrinking) 또는 핀칭(pinching) 밀폐시킨다. 그 후 상기 단부의 초과 부분은 상기 전극 리드 조립체의 바깥 리드(lead)가 노출되도록 하기 위해 제거된다.

상기 종래 기술의 방법은 제어되지 않은 대기로부터 아크튜브 본체를 격리시킬 필요가 있다는 문제가 있다. 이것은 일반적으로 글로브 박스나 진공 시스템의 이용을 필요로 한다. 그러한 방법은 복잡하고 자동화하기 어렵다.

본 발명은 고강도방전("HID")램프, 아크튜브, 그리고 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 아크튜브 내 충전가스(fill gas)의 압력이 실질적인 실내온도에서(at substantially room temperature) 1기압 보다 높은 것을 특징으로 하는 HID 램프, 아크튜브 및 제조방법에 관한 것이다.

본 출원은 본 발명의 양수인에게 양도된, 2001년 3월 8일자로 출원된 미국특허출원 09/800,669의 일부 계속출원이다.

도 1은 구상의 발광챔버(bulbous light emitting chamber)을 갖는 아크튜브 본체의 단면도이다.

도 2a-e는 도 1에 도시된 아크튜브 본체를 형성하기 위한 종래 기술의 절차 단계를 도시하고 있다.

도 3a는 핀치(pinch) 밀폐 단계 동안 본체의 내부에 불활성 가스를 주입하면서 아크튜브의 단부를 가열하는 단계를 도시하고 있다.

도 3b는 일단부에 핀치 밀폐된 전극 리드 조립체(electrode lead assembly)를 갖는 아크튜브 본체의 단면도이다.

도 4는 전극 리드 조립체를 개략적으로 도시한 것이다.

도 5는 챔버의 내부로 고체 램프 충전물(solid lamp fill material)과 수은을 도입하는 단계를 도시하고 있다.

도 6은 전극 리드 조립체 이상이 팁 없는(tipped off) 연장 단부를 갖는 종래 아크튜브 본체의 단면도이다.

도 7은 본체의 내부가 주위 대기에 개방되도록 하면서 아크튜브 본체의 상단부를 가열하는 상태를 도시한 것이다.

도 8은 본 발명의 하나의 방법에 의해 제조된 아크튜브의 단면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 아크튜브 본체의 일실시예의 단면도이다.

도 10은 도 9에 도시된 아크튜브 본체로부터 제조된 아크튜브의 단면도이다.

도 11a는 본 발명에 따라 아크튜브 본체에 최종 충전가스를 주입하고(flushing) 충전하는(filling) 단계를 도시한 것이다.

도 11b는 본 발명의 일측면에 따라 전극 리드 조립체를 위치시키고 아크튜브의 제 2 단부를 핀치 밀폐하는 단계를 도시한 것이다.

도 12는 본 발명의 다른 측면에 따라 전극 리드 조립체를 위치시키고 아크튜브의 제 2 단부를 핀치 밀폐하는 단계를 도시한 것이다.

[챔버시예]

본 발명은 모든 형태와 크기의 HID 램프용 아크튜브 및 그러한 램프의 일반적인 제조 방법에 있어서 유용하다. 단지 예로서, 본 발명의 특정한 측면이 양단을 갖는(double ended) 메탈할라이드 램프용 팁 없는 석영(tipless quartz) 형성된 본체 아크튜브와 관련하여 설명될 것이다.

도 1은 석영관으로부터 형성되는 종래 아크튜브 본체를 도시한 것이다. 상기 아크튜브 본체(10)은 개방된 관상(tubular)의 단부(140(16) 사이의 중간(interediate)에 있는 구상의 발광 챔버(bulbous light emitting chamber, 12)를 포함한다. 상기 아크튜브(10)는 어떠한 종래 방법으로도 형성될 수 있다.

형성된 본체 아크튜브는 라무리 등에 발명되어 본 출원과 동시 계속중인 2000년 6월 19일 출원된 미국특허출원 09/595,547호로 본 발명의 양수인에게 양도된 "수평 버닝 HID 램브 및 아크튜브"라는 명칭의 발명에서 설명된 방법으로 제조될 수 있다. 도 2a-e는 그러한 방법을 도시한 것으로, 석영관(quartz tubing)으로부터 아크튜브를 형성하고(도 2a), 선반에 상기 관을 재치시켜 관을 가열하고(도 2b), 관의 축방향 이동으로 가열된 관을 줄이고(도 2c), 주형에 대하여 줄어된 관을 내부 압력으로 팽창시켜(도 2d), 원하는 형상의 아크튜브 본체를 얻는다(도 2e). 상기 아크튜브 본체의 두께는 상기 줄이는 단계에서 축적된 석영의 양에 의해 조정될 수 있고, 아크튜브 본체의 형상은 주형의 형상에 의해 결정된다.

도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 제 1 전극 리드 조립체(first electrode lead assembly, 18)가 상기 개방된 관상의 단부(14)의 내부에 위치되고 상기 단부(14)는 전통적인 핀치 밀폐(pinch sealing) 공정을 이용하여 밀폐된다. 상기 핀치 밀폐 공정 동안, 단부(14)의 일부는 석영을 유연하게 하기 위해 가열되고, 유연하게 된 부분에 압력이 가해지고 그 내부에 위치된 상기 전극 리드 조립체(18)의 주위에서 전통적인 핀치 조(pinch jaw)미도시)를 이용하여 핀치 밀폐(20)된다. 상기 핀치 밀폐(20)은 상기 아크튜브 본체(10)와 관련하여 상기 조립체(18)의 위치를 고정하고 단부(14)를 통해 챔버(12)의 내부와 본체(10)의 외부 사이에 완전한 밀폐를 제공한다.

상기 전극 리드 조립체(18)는 도 4에 도시된 바와 같이 텅스텐 전극(22), 몰리브덴 호일(24) 및 몰리브덴 외부 리드(26)를 포함하는 몇 개의 금속 요소들로 구성된다. 상기 핀치 밀폐 공정동안에, 상기 석영이 유연하게 될 때 상기 금속 요소들의 온도는 2000℃ 또는 그 이상에 도달할 수 있다. 그러한 고온에서, 상기 금속 요소들은 공기와 같은 반응성 대기에서 습기에 노출된다면 아주 쉽게 부식될 수 있다. 그러한 부식을 방지하기 위하여, 불활성 가스가 상기 나머지 개방된 관상의 단부(16)를 통해 상기 챔버(12)내로 도입되고 상기 핀치 밀폐 공정동안 상기 리드 조립체를 통과해 흐른다. 상기 가스는 도 3a에 도시된 바와 같이 탐침(probe, 28)을 삽입하거나 또는 상기 개방된 단부(16)에 호스(미도시)을 연결하는 것과 같은 전통적인 수단에 의해 도입될 수 있다. 상기 가스는 질소 또는 아르곤 또는 그들의 혼합 가스와 같이 어떠한 불활성 가스라도 가능하다.

다음 단계는 상기 나머지 개방된 단부(16)를 통해 실(12) 내부로 물질을 도입함으로써 원하는 충전물을 아크튜브 본체에 투입하는 것이다. 상기 고체 충전물(30)은 APL 엔지니어드 머티리얼 회사(APL Engineered Materials,Inc)에 의해 제조된 램프 충전 펠렛의 핀 타입 디스펜서와 같은 종래 수단에 의해 나머지 개방된 단부(16)를 통해 상기 챔버(12)내로 도입될 수 있다. 필요하다면, 수은(31) 또한 모든 종래 기술을 통해 상기 개방된 단부(16)를 통해 상기 챔버(12) 내로 도입될 수 있다. 도 5는 상기 챔버(12)내에 램프 충전 펠렛(30)과 수은(31)을 갖는 아크튜브 본체(10)를 도시하고 있다.

본 방법에서 남아있는 단계들은 최종 충전가스로 챔버를 충전하는 단계와, 상기 나머지 개방된 단부에 제 2 전극 리드 조립체를 위치시키는 단계와, 상기 나머지 개방된 단부를 밀폐하는 단계를 포함한다. 상기 제 1 단부의 핀치 밀폐과 관련하여 설명된 바와 같이, 상기 전극 리드 조립체의 금속 요소들을 높은 온도에서 부식되기 쉬운 대기에 노출시키는 것을 방지하는 것이 중요하다.

상기 종래 방법들은 아크튜브 본체의 내부에 최종 충전가스를 채우고 상기제 2 전극 리드 조립체를 위치시키기 전에 (ⅰ) 아크튜브를 글로브 박스 내에 위치시키거나, 또는 (ⅱ) 아크튜브의 개방된 단부를 진공 시스템에 연결시키는 방법 중 어느 하나를 사용하여 제어되지 않은 대기로부터 상기 요소들을 격리시키는 것이 필요함을 가르치고 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 개방된 단부(16)는 불활성 대기를 포함하는 챔버(12)의 내부를 격리시키기 위해 일단 최종 충전가스의 압력이 얻어진 후에는 상기 전극 리드 조립체(32)의 외부에서 폐쇄되어 융합된다. 따라서 종래 기술은 아크튜브 본체의 내부에 있는 불활성 대기로 요소들을 격리시킴으로써 상기 개방된 단부(16)를 핀치 밀폐하는 동안에 상기 전극 리드 조립체의 금속 요소들이 부식되는 것을 방지한다.

도 5 및 7에 도시된 바와 같이 상기 개방된 단부(16)를 상방향으로 뻗도록 아크튜브 본체(10)를 위치시키고 상기 아크튜브 본체 내의 불활성 가스의 충전을 유지하도록 하는 공기에 대한 충전가스의 상대적인 무게에 의존함으로써, 글로브 박스 또는 진공 시스템을 사용하여 제어되지 않은 대기로부터 아크튜브의 내부를 격리시키는 것을 회피할 수 있음이 발견되었다. 최종 불활성 충전가스는 적당한 종래의 탐침을 삽입함으로써 챔버(12)의 내부로 도입될 수 있다. 상기 충전가스는 아르곤, 네온, 크세논, 크립톤 도는 그들의 조합과 같이 모든 불활성 가스가 가능하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 충전가스는 크세논이나 또는 크세논과 아르곤의 혼합이며, 그들은 모두 공기보다 무겁고 본체가 수직 방향을 유지하는 한 상기 아크튜브 본체(10)의 내부에 머물러 있으려는 경향이 있으므로, 아크튜브를 둘러싸고 있는 제어되지 않은 대기의 가벼운 오염된 공기가 유입되는 것이 방지된다.

아크튜브 본체(10)의 내부는 개방된 단부(16)의 꼭대기까지 충전가스가 주입되고 채워짐으로써 다른 모든 가스가 사라지도록 한다. 일단 아크튜브 본체가 충전되면, 상기 탐침(34)은 제거되고 도 7에 도시된 바와 같이 상기 단부(16) 내부에 제 2 전극 리드 조립체(32)가 놓여진다. 상기 단부(16)은 그 꼭대기(38) 근처에서 아크튜브 본체(16)를 둘러싸고 있는 제어되지 않은 대기와 충전가스가 약간 혼합되는데도 불구하고 상기 리드 조립체(32)가 단부 내부에 있는 충전가스로 된 기둥 내에 잠겨 있도록 상기 리드 조립체(32) 위로 충분히 확장되어야 한다.

도 7, 8에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 단부(16)는 종래 핀치 밀폐 방법에 의해 밀폐될 수 있다. 단부(16)의 일부는 석영이 부드러워지도록 가열되고, 핀치 밀폐(36)을 형성하도록 종래의 핀치 조(미도시)를 사용하여 그 내부에 위치한 전극 리드 조립체(32)의 주위에서 부드러워진 부분에 압력이 가해진다. 상기 핀치 밀폐(36)는 아크튜브 본체(10)에 대하여 조립체(32)의 위치를 고정시키며, 상기 개구(16)를 통해서 챔버(12)의 내부와 본체(10)의 외부 사이에 완전한 밀폐을 제공한다. 다른 실시예로, 상기 단부는 쉬링크(shrink) 밀폐 방법으로 밀폐될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 이제 상기 챔버(12)는 상기 아크튜브 본체(10)의 외부로부터 완전히 밀폐된다. 그 후 단부(16)의 초과 부분이 제거되고 상기 전극 리드 조립체(32)의 외부 리드(42)가 노출되도록 한다.

도 9, 10은 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 아크튜브 본체(50)는 개방된 단부들(54)(56) 사이에 챔버(52)를 갖도록 형성될 수 있다. 상기단부들(54)(56)는 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 아크튜브 본체(50)의 단부들(54)(56)의 길이가 마무리 처리된 아크튜브의 단부들의 길이와 실질적으로 동일하도록 함으로써 챔버가 밀폐된 후 제 2 단부의 초과 부분을 제거하는 단계를 없앨 수 있다. 그러나 상기 제 2 단부(56) 내부에 위치한 상기 제 2 전극 리드 조립체(58)가 상기 제 2 단부의 핀치 밀폐 과정 동안 충전 가스에 완전히 잠기기에 충분하도록 긴 충전가스의 기둥을 제공할 필요가 있다.

본 발명의 일실시예에서, 충전가스 기둥은 단부의 외경과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 연장된 샤프트를 형성하는 기계적인 수단과 상기 개방된 단부를 연결시킴으로서 단부의 길이를 넘어 확장될 수 있다. 도 11a, 11b에 도시된 실시예에서, 주입 및 충전 블록(60)은 전극 리드 조립체(58)의 재치 단계, 본체(50)에 최종 충전 가스를 주입/충전하는 단계, 및 단부(56)를 핀치 밀폐하는 단계 동안 상기 아크튜브 본체(50)의 개방된 단부(56)와 연통되는 메인 샤프트(62)를 형성한다.

상기 블록(60)은 메인 샤프트(62)와 메인 사프트(62)와 주변 대기 사이의 통로를 제공하는 하나 또는 그 이상의 보조 샤프트(64)를 형성한다. 상기 단부(56)의 개방된 끝은 단부(56)에 의해 형성된 관상의 개구와 메인 샤프트(62)의 효과적인 소통을 위해 상기 블록(60)에 대하여 상대적으로 위치된다. 아크튜브 챔버(52)와 개방된 단부(56)의 내부에는 도 11a에 도시된 바와 같이 챔버(52) 내부로 종래의 탐침(66)를 삽입하므로써 최종 충전 가스가 주입되고 충전될 수 있다.

상기 아크튜브 본체(50)에 최종 충전가스가 주입되고 충전되면, 상기 탐침(66)은 제거된다. 그 후 충전가스는 단부(56)와 메인 샤프트(62)를 채우고 주위 대기에 대한 충전가스의 상대적인 무게의 결과로서 샤프트(62) 내부에 머물게 있게 된다. 그 후 도 11b에 도시된 바와 같이 종래 조립체 홀더(68)를 이용하여 전극 리드 조립체(58)가 단부(56)와 메인 샤프트(62) 내에 위치된다. 충전가스가 샤프트(62)의 꼭대기까지 채워진 상태에서, 상기 전극 리드 조립체(58)는 핀치 밀폐 과정 동안 부식이 방지되도록 충전가스에 완벽하게 잠기게 된다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 충전가스는 실질적인 실내온도에서 대기압 이상의 충전가스 압력을 얻기 위해 상기 챔버가 완전히 밀폐될 때 냉각된다. 냉각 과정 동안 아크튜브 내로 충전가스가 계속적으로 도입되어 오염되지 않도록 주의를 할 필요가 있다.

도 12는 충전가스가 크세논인 본 발명의 실시예를 도시하고 있다. 도 12를 참조하면, 아르곤층(a blanket of argon)은 샤프트(52)의 꼭대기까지 채워지는 크세논으로 대체된다. 챔버(52) 부분의 온도는 액화 질소 스프레이(61)에 의한 것과 같이 종래의 모든 수단들에 의해, 크세논의 응결점 이하의 온도, 즉 대략 -112℃ 또는 그보다 낮은 온도로 낮아진다. 일단 본체(50)와 샤프트(62)의 내부에 있는 크세논의 전체 부피가 챔버 내에서 응결되면, 단부(56)는 핀치 또는 쉬링크 밀폐과 같은 종래 밀폐 방법으로 밀폐된다. 전극 리드 조립체(58)는 상기 챔버(52) 내부에서 크세논을 냉각시킴으로서 상기 본체(50)와 샤프트(62) 내부에 만들어지는 보이드를 채우는 크세논의 위로 아르곤층을 유지시킴으로서 밀폐 과정 동안 비-반응성가스(non-reactive gas)에 잠겨지도록 한다. 소량의 아르곤이 챔버(52) 내에 밀폐될 수 있으나, 램프의 작동에는 영향이 없다.

본 실시예에서, 실질적인 실내온도에서 밀폐된 아크튜브 내에 있는 크세논의 최종 충전 압력은 밀폐된 챔버(52)의 부피에 대한 아크튜브 본체(50)와 샤프트(62)의 내부 부피의 비에 의해 결정된다. 상기 샤프트(62)의 부피는 원하는 최정적인 충전 압력을 얻기 위해 변경될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 적어도 두 가지의 비-반응성 가스의 혼합물을 포함하는 가스의 흐름이 상기 챔버(52) 내로 도입될 수 있다. 챔버의 온도는 상기 가스들 중 하나의 응결점 이하로 낮아지나, 다른 가스들의 응결점 이상이 되도록 유지되도록 하여 가스들 중의 하나는 응결되고 나머지 가스들은 흐름을 계속하면서 챔버 내에 남아있게 된다. 최종 충전 압력은 가스 혼합물의 조성과 가스의 흐름율을 제어함으로써 결정된다. 일단 원하는 양의 가스가 챔버 내에서 응결되면, 흐름은 중단되고 단부(58)는 밀폐되어 챔버(52)가 완전히 밀폐된다.

예를 들어, 상기 가스는 크세논과 아르곤을 포함할 수 있다. 만약 챔버의 온도가 크세논의 응결점 이하로 내려가고 아르곤의 응결점 이상으로 유지된다면, 크세논은 챔버 내에서 응결되는 반면에 아르곤은 계속적으로 흘러 아크튜브의 나머지 개방된 단부의 핀치 또는 쉬링크 밀폐 동안에 상기 제 2 전극 리드 조립체를 둘러싸는 비-반응성 대기를 제공하게 된다.

비록 본 발명의 바람직한 실시예가 설명되었지만, 설명된 실시예들은 단지 예시적인 것이며 본 발명의 범위는 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 사람들에게 자연스럽게 발생하는 모든 범위의 균등물, 많은 변경 및 변형들에 일치되는 오직 첨부된 청구항들에 의해 결정되어야만 한다는 것이 이해되어야 된다.

따라서 본 발명의 목적은 종래 기술의 많은 결함을 해소하고 신규의 HID 램프, 아크튜브 및 아크튜브의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 제어된 대기(controlled atmosphere) 내에서 제조 공정을 수행할 필요가 없는 HID 램프용의 신규의 아크튜브 및 아크튜브의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 최종적인 아크튜브의 밀폐 과정동안 제어되지 않은 대기에 아크튜브가 노출되는 HID 램브용의 신규의 아크튜브 및 팁 없는(tipless) 아크튜브 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 아크튜브가 완전히 밀폐(hermetically sealed)될 때까지 불활성 충전가스(inert fill gas)와 공기와 같은 제어되지 않은 대기의 소통(communication)이 유지되는 HID 램프용의 신규의 아크튜브 및 팁 없는(tipless) 아크튜브 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전극 리드 조립체의 외부를 노출시키기 위해 단부의 일부를 제거할 필요가 없는 HID 램프용의 신규의 아크튜브 및 아크튜브의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 아크튜브 본체의 각 단부가 마무리된 아크튜브의 단부들과 실질적으로 동일한 길이를 갖는 HID 램프용의 신규의 아크튜브 및 아크튜브의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 아크튜브 본체의 단부에 의해 형성된 관상 개구를 확장하기 위한 신규의 장치와 HID 램프용 아크튜브를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제어되지 않은 대기에서 아크튜브를 밀폐하기 전에 충전가스의 온도가 제어되는 HID 램프용의 신규의 아크튜브 및 아크튜브의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 밀폐시 압력 차이가 없는 대기압 보다 높은 충전 압력을 갖는 HID 램프용의 신규의 아크튜브 및 아크튜브의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 이러한 목적 및 그 이외 다른 많은 목적과 장점들은 특허청구범위, 첨부된 도면들, 그리고 다음의 바람직한 실시예들의 상세한 설명을 정독함으로써 본 발명이 속하는 기술분야에서 실질적인 지식을 가진 자들에게 쉽게 이해될 것이다.

본 발명은 광섬유 조명시스템, 프로젝션 디스플레이 및 자동차 헤드램프 등에 광범위하게 사용될 수 있다.

Claims (30)

1. 실질적인 실내온도에서 대기압 보다 높은 압력을 갖는 충전가스를 포함하는 고강도 방전램프용 아크튜브를 제조하는 방법으로, 제조방법은,

   충전가스와 그 주위의 대기와의 소통을 유지하면서 실질적인 대기압에서 아크튜브 본체를 둘러싼 제어되지 않은 대기의 온도에 비례하여 아크튜브 본체의 내부에 있는 충전가스의 온도를 낮추는 단계와;

   상기 충전가스의 온도가 더 이상 낮추어지지 않을 때 상기 아크튜브 본체의 내부에 밀폐된 충전가스의 압력이 대기압 이상으로 되도록 상기 충전가스의 온도를 낮추면서 아크튜브 본체를 완전히 밀폐시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 방전 램프용 아크튜브를 제조하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 충전가스의 온도를 낮추는 단계는 챔버 내의 크세논을 응결시키는 단계와, 아르곤과 주위 대기의 소통을 유지하면서 응결된 크세논 위에 아르곤 층을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 아크튜브가 밀폐되고 크세논이 더 이상 응결되지 않을 때 원하는 충전가스 압력을 얻기 위해 챔버 내에 있는 주지된 부피의 크세논을 응결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 충전가스의 온도를 낮추는 단계는 상기 아크튜브 본체의 길이방향으로 중앙 부분을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 본체의 하나의 관상 단부를 밀폐시키는 단계;

   상기 밀폐된 단부들 사이에서 완전히 밀폐된 발광 챔버를 형성하기 위해 상기 본체의 나머지 하나의 관상 단부를 밀폐시키는 단계; 및

   상기 챔버를 냉각시켜 상기 나머지 하나의 관상 단부를 밀폐시키는 단계 동안 상기 챔버 내에 있는 충전가스의 온도를 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 단부들은 핀치 밀폐된 것을 특징으로 하는 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 단부들은 쉬링크 밀폐된 것을 특징으로 하는 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 충전가스는 불활성이고 상기 주위 대기는 공기인 것을 특징으로 하는 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 불활성 충전가스는 크세논을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 내에 밀폐된 충전가스의 압력은 실질적인 실내 온도에서 10 기압 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 충전가스의 압력은 대략 5 기압에서 30 기압 사이인 것을 특징으로 하는 제조방법.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 아크튜브 본체를 완전히 밀폐시키는 단계는 상기 아크튜브의 발광 챔버로부터 확장된 관을 밀폐시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 아크튜브 본체는 하나의 개방된 단부를 갖는 발광 챔버를 갖는 것을 특징으로 하는 제조방법.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 아크튜브 본체는 세라믹 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 아크튜브 본체는 석영을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 아크튜브 본체를 완전히 밀폐시키는 단계는 상기 본체의 하나의 개방된 단부에 하나 또는 그 이상의 전극 리드 조립체를 위치시키는 단계와, 그 내부에 위치한 하나 또는 그 이상의 전극 리드 조립체 주위에서 상기 단부를 밀폐시켜 상기 하나 또는 그 이상의 전극 리드 조립체의 위치를 고정시키고 상기 아크튜브 본체를 완전히 밀폐시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
17. 아크튜브의 발광 챔버 내에 완전히 밀폐된 충전가스를 갖는 고강도 방전램프용 아크튜브의 제조방법으로, 여기서 충전가스의 압력은 실질적인 실내온도에서 1 기압 이상이며, 제조방법은,

    적어도 2 가지의 비-반응성 가스들을 포함하는 충전가스를 상기 챔버 내에 유입시키는 단계;

    상기 가스의 적어도 하나의 일정량이 상기 챔버 내에서 응결되도록 하기 위해, 상기 충전가스를 구성하는 가스들 중의 적어도 하나의 가스의 응결점 이하의 온도이나, 상기 충전가스를 구성하는 적어도 다른 하나의 가스의 응결점 이상의 온도가 되도록 상기 챔버를 냉각시키는 단계; 및

    원하는 양의 가스가 내부에서 응결될 때 상기 챔버를 완전히 밀폐시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 충전가스는 크세논과 아르곤을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 충전가스는 적어도 1 ppm 크세논을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
20. 제 17 항에 있어서, 충전가스의 흐름율은 적어도 대략 초당 1/10의 표준 리터이며 초당 1/100 표준 리터를 넘지 않은 것을 특징으로 하는 제조방법.
21. 제 17 항에 있어서, 상기 충전가스는 상기 아크튜브의 개방된 관상 단부를 통해 챔버 내로 흐르는 것을 특징으로 하는 제조방법.
22. 제 17 항에 있어서, 상기 챔버를 완전히 밀폐시키는 단계는 상기 본체의 개방된 단부에 하나 또는 그 이상의 전극 리드 조립체를 위치시키는 단계와, 내부에 위치한 상기 하나 또는 그 이상의 전극 리드 조립체의 주변에서 상기 단부를 밀폐시켜 상기 하나 또는 그 이상의 전극 리드 조립체의 위치를 고정시키고 상기 아크튜브 본체의 발광 챔버를 완전히 밀폐시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
23. 대기압보다 높은 압력에서 충전가스를 포함하는 완전히 밀폐된 발광 챔버를 갖는 팁 없는 아크튜브의 제조방법으로, 제조방법은,

    가스 상태의 대기에 상기 팁 없는 챔버를 위치시키는 단계;

    상기 아크튜브의 개방된 단부를 통해 충전가스를 상기 챔버에 주입하고 충전하는 단계;

    상기 챔버 내의 충전가스의 온도를 낮추는 단계;

    비-반응성 가스와 상기 챔버를 둘러싼 가스 상태의 대기 사이의 소통을 유지하면서 충전가스의 위에 비-반응성 가스층을 제공하는 단계; 및

    상기 단부를 밀폐함으로써 상기 챔버를 완전히 밀폐시키는 단계를 포함하고,

    상기 비-반응성 가스의 조성은 상기 아크튜브를 둘러싸고 있는 가스 상태의 대기의 조성과 다른 것을 특징으로 하는 제조방법.
24. 제 23 항에 있어서, 상기 비-반응성 가스는 아르곤이고 상기 아크튜브를 둘러싼 대기는 공기인 것을 특징으로 하는 제조방법.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 충전가스는 크세논인 것을 특징으로 하는 제조방법.
26. 대기압 이상으로 충전된 크세논을 포함하는 HID 램프용 아크튜브의 제조방법으로, 제조방법은,

    (a) 개방된 관상 단부들을 포함하는 아크튜브 본체를 제공하는 단계;

    (b) 상기 관상 단부들이 실질적으로 수직하도록 상기 아크튜브 본체를 위치시키는 단계;

    (c) 상기 상부의 개방된 관상 단부를 통해 도입된 비-반응성 가스를 본체의 내부에 주입하면서 하부의 개방된 관상 단부에 제 1 전극 리드 조립체를 위치시키는 단계;

    (c) 상기 하부의 관상 단부를 완전히 밀폐시키고 다음에 의해 아크튜브 본체에 대하여 상기 제 1 전극 리드 조립체의 위치를 고정시키는 단계;

    (ⅰ) 하부의 관상 단부의 일부분을 가열하는 단계와,

    (ⅱ) 내부에 위치한 조립체 부분 둘레에서 상기 하부의 관상 단부의 가열된 부분을 핀치 밀폐시키는 단계;

    (d) 상기 상부의 관상 단부를 통해 상기 아크튜브 본체의 내부로 램프 충전물을 도입하는 단계;

    (e) 상기 상부의 관상 단부를 통해 크세논을 아크튜브 본체의 내부에 충전하는 단계;

    (f) 상기 상부 관상 단부를 통해 크세논의 위에 비-반응성 가스층을 제공하는 단계;

    (g) 상기 아크튜브 본체의 내부에 있는 크세논을 응결시키는 단계;

    (h) 상기 상부의 관상 단부에 제 2 전극 리드 조립체를 위치시키는 단계; 및

    (j) 상기 상부의 관상 단부를 완전히 밀폐시키고 다음에 의해 아크튜브 본체에 대하여 제 2 전극 리드 조립체의 위치를 고정시키는 단계를 포함하고,

    (ⅰ) 상기 상부의 관상 단부를 통해 비-반응성 가스층과 아크튜브 본체를 둘러싼 대기 사이에 소통을 유지하면서 상기 상부의 관상 단부를 가열하는 단계,

    (ⅱ) 그 내부에 위치한 조립체 부분 둘레에서 상부의 관상 단부의 가열된 부분을 핀치 밀폐시키는 단계;

    상기 상부의 관상 단부의 밀폐가 상기 아크튜브 본체의 내부를 완전히 밀폐시키는 최종 밀폐가 되도록 한 것을 특징으로 하는 제조방법.
27. 제 26 항에 있어서, 상기 비-반응성 기체는 아르곤인 것을 특징으로 하는 제조방법.
28. 실질적으로 동일한 길이를 갖는 관상 단부의 중간에 구상의 발광 챔버를 갖는 석영 아크튜브 본체를 제공하는 단계;

    하나의 단부에서 전극 리드 조립체를 밀폐시키는 단계;

    나머지 단부를 통해 상기 챔버 내로 램프 충전물, 수은 및 불활성 가스를 도입하는 단계;

    실질적인 대기압에서 상기 챔버를 둘러싼 대기에 비례하여 상기 챔버 내의 충전가스의 온도를 낮추는 단계; 및

    상기 나머지 단부에서 전극 리드 조립체를 밀폐시켜 상기 충전가스의 온도가 더 이상 내려가지 않을 때 상기 챔버 내의 충전가스의 압력이 대기압 이상이 되도록 하기 위해 충전가스의 온도를 낮추면서 상기 챔버를 완전히 밀폐시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
29. (a) 단부를 통해 제어된 대기를 통과시키면서 제 1 단부에 제 1 전극 리드 조립체를 핀치 밀폐시키는 단계;

    (b) 나머지 관상 단부를 통해 챔버 내로 충전물을 삽입시키는 단계;

    (c) 제거 가능한 통로의 하부 단부 내부에 부분적으로 제 2 전극 리드 조립체를 위치시키는 단계;

    (d) 제거 가능한 통로의 하부 단부를 상기 나머지 관상 단부에 밀폐 가능하게 접합시킴으로서 상기 단부의 유효 길이를 확장시키고 상기 나머지 단부 내에 제 2 전극 리드 조립체를 위치시키는 단계;

    (e) 제어되지 않은 대기를 실질적으로 제거하기 위해 상기 통로와 상기 나머지 관상 단부를 통해 아크튜브로 제어된 대기의 효과적인 부피를 통과시키는 단계;

    (f) 제어된 대기에서 상기 가스들 중의 적어도 하나의 응결점 이하로 상기 챔버의 온도를 내림으로써 상기 통로와 상기 나머지 관상 단부가 제어된 대기로 충전된 채 유지되도록 하면서 상기 챔버 내에 있는 일정량의 가스를 응결시키는 단계;

    (g) 통로의 상단부가 제어되지 않은 대기와 소통되도록 하면서 상기 나머지단부에서 제 2 전극 리드 조립체를 밀폐시키는 단계; 및

    (h) 상기 통로를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구상의 챔버와 관상 단부들을 갖는 아크튜브를 밀폐하는 방법.
30. 제 29 항에 있어서, 상기 챔버 내에서 응결된 가스는 크세논인 것을 특징으로 하는 제조방법.