KR20040103742A - High intensity discharge lamp, arc tubes and methods of manufacture - Google Patents
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Abstract
아크튜브를 완전히 밀폐시키는 단계 동안 아크튜브가 제어되지 않은 대기에 개방되는 것을 특징으로 하는 고강도방전 램프용 팁 없는 아크튜브 및 제조방법. 상기 신규한 아크튜브 및 방법은 제어된 대기에서 어떠한 절차도 수행할 필요가 없다. 상기 아크튜브 내에 밀폐된 충전가스의 압력은 아크튜브를 완전히 밀폐시키는 동안 충전가스의 온도를 제어함으로써 제어된다. 상기 신규한 아크튜브 및 방법은 충전가스 압력을 제어하기 위해 펌프를 사용할 필요가 없다.And a method for manufacturing a tipless arc tube for a high intensity discharge lamp, wherein the arc tube is opened to an uncontrolled atmosphere during the step of completely sealing the arc tube. The novel arctubes and methods do not need to perform any procedure in a controlled atmosphere. The pressure of the filling gas sealed in the arc tube is controlled by controlling the temperature of the filling gas while the arc tube is completely sealed. The novel arc tubes and methods do not require the use of a pump to control the fill gas pressure.
Description
메탈 할라이드(metal halide, 금속 할로겐화물) 및 수은램프와 같은 고강도 방전램프는, 다른 램프형태와 비교할 때 고강도방전 램프의 상대적으로 높은 효율, 소형인 크기, 낮은 유지비 때문에, 체육경기장, 실내체육관, 창고, 주차시설 등과 같은 넓은 외부 및 내부지역을 밝히는데 널리 사용되어 왔다. 메탈 할라이드 램프는 백색광을 생성하는데 있어서의 그 램프의 효율성 때문에 자주 선호된다.High intensity discharge lamps such as metal halides and mercury lamps, due to their relatively high efficiency, compact size, and low maintenance costs compared to other lamp types, can be used in athletic stadiums, gymnasiums and warehouses. It has been widely used to identify large external and internal areas such as parking lots and parking facilities. Metal halide lamps are often preferred because of their efficiency in producing white light.
고강도방전 램프는 외부 램프 덮개의 안에서 지지되는 아크튜브를 포함한다. 아크튜브는 램프충전물과 불활성 충전가스를 포함하는 완전히 밀폐된 발광챔버를 형성하는 석영이나 세라믹 물질과 같은 광투과 물질로 구성된 일반적으로 관상인 본체로 이루어진다. 일반적으로, 여러 종류의 고강도방전 램프용 아크튜브 본체가 있다. 아크튜브 본체의 하나의 형태는 관상의 단부를 핀치 실링(pinch-sealing)함으로써 챔버가 형성되는 일반적인 실린더형 아크튜브 챔버의 직경을 갖는 석영 관으로부터 형성되는 "실린더형" 본체이다. 아크튜브 본체의 다른 형태는 훨씬 작은관상 직경을 갖는 양단부 사이의 내압하에서 팽창함에 의해 구상 발광챔버가 형성되는 훨씬 작은 직경의 석영 관으로부터 형성되는 "형성된" 본체이다. 전술한 아크튜브의 형태는 즉, 각 단부에서 하나가 밀폐되는 이격되어 설치된 전극들을 갖는 아크튜브인 "양쪽-단부(double-ended)" 아크튜브를 형성하는데 사용된다. 고강도방전 램프용 아크튜브는 또한 그 한쪽 단부만 밀폐되는 구상 챔버를 갖는 "단일-단부" 아크튜브일 수 있다.The high intensity discharge lamp includes an arc tube supported inside of the outer lamp cover. The arc tube consists of a generally tubular body composed of a light transmissive material, such as quartz or ceramic material, which forms a completely enclosed light emitting chamber comprising a lamp charge and an inert filling gas. Generally, there are several kinds of arc tube bodies for high intensity discharge lamps. One form of arc tube body is a "cylindrical" body formed from a quartz tube having the diameter of a typical cylindrical arc tube chamber in which the chamber is formed by pinch-sealing the tubular end. Another form of arc tube body is a "formed" body formed from a much smaller diameter quartz tube in which a spherical light emitting chamber is formed by expanding under internal pressure between both ends with a much smaller tubular diameter. The above-described form of arc tube is used to form a "double-ended" arc tube, ie an arc tube with spaced apart electrodes, one sealed at each end. The arc tube for the high intensity discharge lamp may also be a "single-end" arc tube with a spherical chamber sealed only at one end thereof.
아크튜브는 램프의 작동중에 그 사이로 아크가 형성되는 한 쌍의 이격되어 배치된 전극들을 포함한다. 양쪽 단부 아크튜브에서, 전극 리드 조립체(electrode lead assembly)는 아크튜브의 각 단부에서 밀폐된다. 전극 리드 조립체는 전형적으로 텅스텐 전극, 몰리브덴 포일 및 외측 몰리브덴 리드로 구성된다.The arc tube includes a pair of spaced apart electrodes that form an arc therebetween during operation of the lamp. At both end arc tubes, an electrode lead assembly is sealed at each end of the arc tube. The electrode lead assembly typically consists of a tungsten electrode, molybdenum foil and outer molybdenum lead.
고강도방전 램프용 실린더형 본체 또는 형성된 본체 아크튜브인, 양쪽 단부 아크튜브의 제조에서, 발광챔버는 전극 리드 조립체를 아크튜브 본체의 각 단부에 위치시키고, 각 단부의 부분을 가열하고 그리고 나서 그 안에 위치하는 전극 리드 조립체 둘레의 가열된 부분을 쉬링크(shrinking)시키거나 핀칭(pinching)함으로써아크튜브 본체에 대하여 조립체의 위치를 고정하고 완전히 밀폐(hermetic seal)시킨다. 가열된 부분의 온도는 대략 2000℃ 또는 그 이상에 달한다. 이러한 고온에서, 단부의 내부에 위치하는 전극 리드 조립체의 금속 요소는 공장 생산라인을 둘러싸는 공기와 같은 제어되지 않은 대기(uncontrolled atmosphere)에 노출될 때 부식에 매우 민감하며, 어떤 부식도 램프의 성능을 심각하게 저하시키고 리드 조립체의 기계적인 손상을 야기한다. 따라서 제조공정에서 조립체의 온도가 상승했을 때에 제어되지 않은 대기에 전극 리드 조립체를 노출하는 것을 피하는 것이 중요하다.In the manufacture of both end arc tubes, which are cylindrical bodies for high intensity discharge lamps or formed body arc tubes, the light emitting chamber places the electrode lead assembly at each end of the arc tube body and heats portions of each end and then therein. Shrinking or pinching the heated portion around the electrode lead assembly in place to fix the position of the assembly with respect to the arc tube body and completely seal it. The temperature of the heated portion reaches approximately 2000 ° C. or higher. At these high temperatures, the metal elements of the electrode lead assemblies located inside the ends are very susceptible to corrosion when exposed to an uncontrolled atmosphere, such as air surrounding the factory production line, and no corrosion is the performance of the lamp. Severely degrade and cause mechanical damage to the lid assembly. It is therefore important to avoid exposing the electrode lead assembly to an uncontrolled atmosphere when the temperature of the assembly rises in the manufacturing process.
본 발명에서, "제어되지 않은 대기"는 글로브 박스안의 대기와 같이 대기의 구성 성분이 엄격하게 제어되는 것이 아닌 대기를 말한다. 대기의 온도, 습도, 분진 함량 등에 대한 약간의 제어가 있다 하더라도 공장 생산라인 주위의 대기는 제어되지 않은 대기로 간주된다.In the present invention, "uncontrolled atmosphere" refers to an atmosphere in which the components of the atmosphere are not strictly controlled, such as the atmosphere in a glove box. Even if there is some control over the temperature, humidity, dust content, etc. of the atmosphere, the atmosphere around the factory production line is considered to be uncontrolled atmosphere.
고강도방전 램프의 제조에서, 아크튜브 본체의 발광챔버는 하나 또는 그 이상의 메탈 할라이드와 같은 고체 램프 충전물(solid lamp fill material)로 채워져 있다. 이 물질은 제어되지 않은 대기에 노출될 때 램프의 성능을 크게 저하시키는 수분감염에 영향받기 쉽다. 따라서, 제조공정에서 오염된 대기에 고체 램프 충전물이 노출되는 것을 피하는 것이 중요하다.In the manufacture of high intensity discharge lamps, the light emitting chamber of the arc tube body is filled with a solid lamp fill material such as one or more metal halides. This material is susceptible to moisture infections that significantly degrade lamp performance when exposed to uncontrolled atmosphere. Therefore, it is important to avoid exposing the solid lamp charge to contaminated atmosphere in the manufacturing process.
고강도방전 램프용 아크튜브를 만드는 알려진 방법에서, 아크튜브 본체는 석영과 같은 유리물질로부터 형성된다. 충전/배출 튜브는 발광챔버가 형성되는 본체의 세로방향 중심에 인접하게 융합된다. 배출튜브는 챔버의 내부와 아크튜브 본체의 외부와 사이에서 소통하도록 하는 수단을 제공한다. 전극 리드 조립체는 자리잡고 그 후 아크튜브 본체의 단부들에서 핀치-밀폐(pinch-sealed)된다. 핀치 밀폐 공정 동안에, 밀폐 공정의 동안에 구성물이 가열될 때 전극 리드 조립체들의 금속 요소들의 공기로의 노출을 방지하기 위해 비-반응성(non-reactive) 가스가 충전/배출 튜브를 통해 챔버내로 도입되고, 이에 따라 금속 요소의 부식이 방지된다. 본 발명에서, "비-반응성(non-reactive)" 가스는 예를 들면 전극 리드 조립체 및 램프 충전물을 포함하는 램프 구성물에 대하여 반응하지 않는 가스를 말한다.In a known method of making arc tubes for high intensity discharge lamps, the arc tube body is formed from a glass material such as quartz. The filling / discharging tube is fused adjacent to the longitudinal center of the body in which the light emitting chamber is formed. The outlet tube provides a means for communicating between the interior of the chamber and the exterior of the arc tube body. The electrode lead assembly is located and then pinch-sealed at the ends of the arc tube body. During the pinch closure process, a non-reactive gas is introduced into the chamber through the fill / exhaust tube to prevent exposure of the metal elements of the electrode lead assemblies to the air when the component is heated during the closure process, This prevents corrosion of the metal element. In the present invention, a "non-reactive" gas refers to a gas that does not react to lamp construction, including, for example, an electrode lead assembly and a lamp charge.
아크튜브들의 단부가 한 번 밀폐되면, 고체 충전 물질과 수은은 충전/배출 튜브를 통해 챔버 내로 도입된다. 그 후 불활성 충전가스가 바람직한 충전압력으로 챔버내로 도입되고 충전/배출 튜브는 인접하게 융합되어 챔버를 완전히 밀폐한다.Once the ends of the arc tubes are closed, the solid fill material and mercury are introduced into the chamber through the fill / discharge tube. An inert fill gas is then introduced into the chamber at the desired fill pressure and the fill / discharge tubes are adjacently fused to completely seal the chamber.
이 종래의 방법은 챔버의 벽이 충전/배출 튜브가 부착되고 융합되고 닫혀지고 기울여 비워지는 점에서의 불규칙성을 포함하는 실질적인 단점을 포함하는 여러가지 단점에 따른 곤란성을 갖고 있다. 이 불규칙성은 챔버의 벽에 냉점(cold spot)을 야기하고 할로겐화물이 램프의 작동중에 그곳에 응축하며, 할로겐화물의 응축은 램프로부터 발산된 광의 색의 균일성에 심각한 영향을 미칠 것이다. 챔버에서의 이 불규칙성은 또한 챔버로부터 방사된 광을 방해하고 응축된 할로겐화물은 어둠을 생성하며, 광을 제어하고 방향지도하는 것을 어렵게 할 것이다. 이것은 특히 광섬유, 프로젝션 표시 및 자동차 헤드램프와 같은 광학시스템에 바람직하지 않다. 이러한 단점들은 작고 불규칙성이 챔버 벽의 더 큰 부분을 포함하는 낮은 와트의 램프에 상당히 해로운 영향을 미칠것이다.This conventional method suffers from several disadvantages, including substantial disadvantages, including irregularities in that the walls of the chamber are attached, fused, closed and tilted to empty the fill / discharge tube. This irregularity causes a cold spot on the wall of the chamber and the halide condenses there during the operation of the lamp, and the halide condensation will severely affect the uniformity of the color of the light emitted from the lamp. This irregularity in the chamber will also interfere with the light emitted from the chamber and condensed halides will produce dark, making it difficult to control and direct the light. This is particularly undesirable for optical systems such as optical fibers, projection displays and automotive headlamps. These shortcomings will have a significantly detrimental effect on low wattage lamps, where small and irregularities include a larger portion of the chamber wall.
융합되고 폐쇄된 충전/배출 튜브를 갖는 아크튜브의 그 이상의 단점은 보호측판내에 또는 관형 외측 덮개내에 장착되는 아크튜브에 적용된다. 융합되고 폐쇄된 충전/배출 튜브의 부분은 아크튜브의 챔버 벽으로부터 방사상으로 돌출된다. 따라서 실린더형 측판 또는 관형 덮개는 방사상으로 돌출된 팁을 갖는 아크튜브를 둘러싸기 위해 큰 직경을 가져야 한다.A further disadvantage of arc tubes with fused and closed fill / discharge tubes applies to arc tubes mounted in protective side plates or in tubular outer sheaths. The portion of the fused and closed fill / discharge tube projects radially from the chamber wall of the arc tube. The cylindrical side plate or tubular cover must therefore have a large diameter to surround the arc tube with the radially projecting tip.
종래의 기술은 융합되고 폐쇄된 충전/배출 튜브를 갖는 아크튜브의 결점을피하기 위해 "팁 없는(tipless)" 아크튜브를 제작하는 방법을 개발했다. 그러나, 팁 없는 아크튜브를 만드는 종래 방법은 적어도 몇몇의 공정단계 동안에 제어된 환경에서 사용될 필요가 있었다.The prior art has developed a method of fabricating "tipless" arc tubes to avoid the drawbacks of arc tubes with fused and closed fill / discharge tubes. However, conventional methods of making tipless arc tubes need to be used in a controlled environment during at least some process steps.
일반적으로, 팁 없는 아크튜브를 만드는 방법은, 아크튜브 본체를 제공하는 단계; 아크튜브 본체의 하나의 단부에 전극 리드 조립체를 위치시킨 후 밀폐시키는 단계; 상기 본체의 나머지 개방된 단부를 통해 본체의 내부로 고체 램프 충전 물질과 불활성 충전가스를 도입하는 단계; 상기 본체의 나머지 개방된 단부에 다른 전극 리드 조립체를 위치시킨 후 밀폐시켜 완전히 밀폐된 발광챔버를 형성하는 단계를 포함한다.In general, a method of making a tipless arc tube includes providing an arc tube body; Positioning and closing the electrode lead assembly at one end of the arc tube body; Introducing a solid lamp fill material and an inert fill gas into the interior of the body through the remaining open ends of the body; Positioning the other electrode lead assembly at the remaining open end of the body and then closing the electrode lead assembly to form a completely sealed light emitting chamber.
상기 제 1 단부의 밀폐 공정 동안 상기 제 1 전극 리드 조립체의 금속 요소들이 산화되는 것을 방지하기 위해, 나머지 단부를 통해 본체의 내부로 비-반응성 가스를 도입함으로써 밀폐 공정 동안 상기 리드 조립체를 통과하는 비-반응성 가스의 흐름을 만드는 것이 알려져 있다. 이것은 밀폐 공정 동안 금속 요소들이 습기를 기닌 공기와 같은 반응성 대기에 노출되는 것을 방지한다. 상기 비-반응성 가스는 상기 개방된 단부의 위로 호스를 장착하거나 상기 개방된 단부를 통해 본체의 내부로 탐침(probe)를 삽입하는 것과 같은 종래의 수단들에 의해 본체의 내부로 주로 도입된다.A ratio that passes through the lid assembly during the closure process by introducing a non-reactive gas into the interior of the body through the other end to prevent oxidation of the metal elements of the first electrode lead assembly during the closure process of the first end. It is known to make a stream of reactive gases. This prevents the metal elements from being exposed to reactive atmospheres, such as moist air, during the closure process. The non-reactive gas is mainly introduced into the body by conventional means such as mounting a hose over the open end or inserting a probe into the body through the open end.
그 후 본체의 내부는 고체 램프 충전 물질을 도입하기 전에 개방된 단부를 통해 비-반응성 가스로 채워진다. 상기 램프 충전 물질은 전형적으로 건조한 비-반응성 대기에 저장되므로 오염 없이 본체의 내부로 도입될 수 있다.The interior of the body is then filled with a non-reactive gas through the open end before introducing the solid lamp fill material. The lamp filling material is typically stored in a dry, non-reactive atmosphere and can therefore be introduced into the body without contamination.
상기 제 2 단부의 밀폐공정 동안 상기 제 2 전극 리드 조립체의 금속 요소들이 산화되는 것을 방지하기 위하여, 종래 기술은 일단 고체 충전 물질과 수은이 아크튜브 본체의 내부로 도입되고 상기 제 2 전극 리드 조립체가 나머지 개방된 단부에 위치된 후에는 상기 아크튜브 본체의 내부가 제어되지 않은 대기로부터 격리되어야만 한다는 것을 시사하고 있다.In order to prevent the metal elements of the second electrode lead assembly from being oxidized during the closing process of the second end, the prior art once introduced the solid filling material and mercury into the arc tube body and the second electrode lead assembly was After being located at the remaining open end, the interior of the arc tube body must be isolated from the uncontrolled atmosphere.
종래 기술은, 상기 아크튜브의 내부가 (ⅰ) 하이더 등에 의해 1992. 4. 28. 자로 등록된 미국 특허 5,108,333에서 시사하고 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 시하하고 있는 바와 같이 필요한 밀폐를 제공하는 진공 시스템에 개방된 단부를 연결시키는 것 중 어느 하나에 의해 제어되지 않은 대기로부터 격리될 수 있음을 시사하고 있다. 종래 기술에 의해 예시된 것처럼, 아크튜브 본체의 하나의 단부는 조립체가 단부의 내부에 위치될 때 전극 리드 조립체의 전부를 둘러쌀 수 있을 정도로 충분히 길어야 한다. 일단 아크튜브가 격리되면, 아크튜브 본체는 바라는 압력에서 불활성 충전 가스로 채워지고 그 후 단부는 본체 내부에서 전체 조립체를 둘러싸도록 전극 리드 조립체의 외부에 인접되게 융합된다. 그 후 아크튜브는 글로브 박스나 진공 시스템으로부터 제거되고 제 2 단부가 쉬링크 또는 핀칭(pinching)에 의해 밀폐되고, 그 후 단부의 초과 부분은 전극 리드 조립체의 외부 리드가 노출되도록 제거된다.The prior art discloses the arc tube body in a controlled atmosphere, such as a glove, as indicated by U.S. Patent 5,108,333, the interior of which is registered by Hither et al. Or (ii) by connecting the open end to a vacuum system that provides the necessary closure as described in US Pat. No. 5,505,648, issued April 9, 1996 by Nagasawa et al. Suggests that it can be isolated from unatmosphere. As illustrated by the prior art, one end of the arc tube body should be long enough to enclose the entirety of the electrode lead assembly when the assembly is positioned inside the end. Once the arc tube is isolated, the arc tube body is filled with an inert fill gas at the desired pressure and then the end is fused adjacent to the outside of the electrode lead assembly to surround the entire assembly inside the body. The arc tube is then removed from the glove box or vacuum system and the second end is closed by shrinking or pinching, and the excess portion of the end is then removed to expose the external leads of the electrode lead assembly.
상기 종래 방법은 제어되지 않은 대기로부터 아크튜브 본체를 격리시킬 필요가 있다는 큰 단점이 있다. 이것은 일반적으로 글로브 박스나 진공 시스템의 사용을 요구하고 있다. 그러한 방법은 복잡하고 자동화하기 어렵다.The prior art method has the big disadvantage that it is necessary to isolate the arc tube body from uncontrolled atmosphere. This generally requires the use of a glove box or vacuum system. Such methods are complex and difficult to automate.
본 발명은 일반적으로 고강도 방전(HID)램프, 아크튜브 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates generally to high intensity discharge (HID) lamps, arc tubes and manufacturing methods.
도 1은 구상의 발광챔버(bulbous light emitting chamber)를 갖는 아크튜브 본체의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an arc tube body having a bulbous light emitting chamber.
도 2a-e는 도 1에 도시된 아크튜브 본체를 형성하기 위한 종래 기술의 절차 단계를 도시하고 있다.2A-E illustrate the prior art procedure steps for forming the arc tube body shown in FIG.
도 3a는 핀치(pinch) 밀폐 단계 동안 본체의 내부에 불활성 가스를 주입하면서 아크튜브의 단부를 가열하는 단계를 도시하고 있다.Figure 3a shows the step of heating the end of the arc tube while injecting an inert gas into the interior of the body during the pinch closure step.
도 3b는 일 단부에 핀치 밀폐된 전극 리드 조립체(electrode lead assembly)를 갖는 아크튜브 본체의 단면도이다.FIG. 3B is a cross-sectional view of the arc tube body with a pinch sealed electrode lead assembly at one end. FIG.
도 4는 전극 리드 조립체를 개략적으로 도시한 것이다.4 schematically illustrates an electrode lead assembly.
도 5는 챔버의 내부로 고체 램프 충전물(solid lamp fill material)과 수은을 도입하는 단계를 도시하고 있다.5 shows the step of introducing a solid lamp fill material and mercury into the chamber.
도 6은 전극 리드 조립체 이상에서 팁 없는(tipped off) 연장 단부를 갖는 종래 아크튜브 본체의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a conventional arc tube body having a tipped extended end above the electrode lead assembly.
도 7은 본체의 내부가 주위 대기에 개방되도록 하면서 아크튜브 본체의 상단부를 가열하는 상태를 도시한 것이다.7 illustrates a state in which the upper end of the arc tube body is heated while allowing the inside of the body to open to the ambient atmosphere.
도 8은 본 발명의 하나의 방법에 의해 제조된 아크튜브의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of an arc tube manufactured by one method of the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 아크튜브 본체의 일실시예의 단면도이다.9 is a cross-sectional view of one embodiment of an arc tube body according to the present invention.
도 10은 도 9에 도시된 아크튜브 본체로부터 제조된 아크튜브의 단면도이다.10 is a cross-sectional view of the arc tube manufactured from the arc tube body shown in FIG. 9.
도 11a는 본 발명에 따라 아크튜브 본체에 최종 충전가스를 주입하고(flushing) 충전하는(filling) 단계를 도시한 것이다.Figure 11a illustrates the step of flushing and filling the final filling gas into the arc tube body in accordance with the present invention.
도 11b는 본 발명의 일측면에 따라 전극 리드 조립체를 위치시키고 아크튜브의 제 2 단부를 핀치 밀폐하는 단계를 도시한 것이다.11B illustrates the steps of positioning the electrode lead assembly and pinching the second end of the arc tube in accordance with one aspect of the present invention.
따라서 본 발명의 목적은 종래 기술의 많은 단점들을 제거하고 새로운 HID 램프, 아크튜브 및 아크튜브의 제조방법을 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to obviate many of the disadvantages of the prior art and to provide a new HID lamp, arc tube and method of making the arc tube.
본 발명의 다른 목적은 제어된 대기 내에서 수행될 필요가 있는 모든 절차를 제거한 HID 램프를 위한 새로운 아크튜브 및 아크튜브의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a new arc tube and a method of making the arc tube for a HID lamp which eliminates all the procedures that need to be performed in a controlled atmosphere.
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.It is yet another object of the present invention to provide a novel arc tube and tipless arc tube manufacturing method for HID lamps in which the arc tube is exposed to uncontrolled atmosphere during the final arc tube closure process.
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.Another object of the present invention is a novel arc for HID lamps in which uncontrolled atmospheric communication such as inert fill gas and air is maintained until the arc tube is hermetically sealed. To provide a tube and tipless arc tube manufacturing method.
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.It is yet another object of the present invention to provide a novel arc tube and a method for manufacturing the arc tube for a HID lamp that do not need to remove part of the end to expose the outside of the electrode lead assembly.
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.It is still another object of the present invention to provide a novel arc tube and a method for producing an arc tube for a HID lamp, wherein each end of the arc tube body has a length substantially equal to the ends of the finished arc tube.
본 발명의 또 다른 목적은 아크튜브 본체의 단부에 의해 형성된 관상 개구를 확장하기 위한 신규의 장치와 HID 램프용 아크튜브를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.It is a further object of the present invention to provide a novel device for expanding the tubular opening formed by the end of an arc tube body and a method of manufacturing an arc tube for a HID lamp.
실질적인 실내 온도에서 대기압 보다 현저히 낮은 압력, 즉, 500torr인 최종 충전가스 압력을 얻는 것이 바람직하다. 대략 1/2 기압 이하의 최종 충전가스 압력이 일반적이고 대략 30torr 정도로 낮춰질 수 있다. 대략 100 torr의 충전 압력이 메탈 할라이드 램프에서 일반적이다. 이러한 최종적인 대기압 이하의 충전 압력을 얻기 위하여, 종래 기술은 폐쇄된 충전/배출 튜브를 융합시키거나 또는 팁 없는 아크튜브에서 남아있는 개방 단부를 쉬링크시키거나 핀칭함으로써 아크튜브의 내부를 완전히 밀폐시키기 전에 원하는 압력으로 아크튜브의 내부를 비우는 기계적인 수단을 사용한다. 그러한 방법은 값비싼 펌프 및/또는 진공 시스템의 사용을 필요로 하고, 복잡하며 자동화하기 어렵다.It is desirable to obtain a final fill gas pressure that is significantly lower than atmospheric pressure, i.e. 500 torr, at room temperature. Final fill gas pressures below about 1/2 atm are common and can be lowered to about 30 torr. A charging pressure of approximately 100 torr is common in metal halide lamps. In order to achieve this final sub-atmospheric filling pressure, the prior art is to completely seal the interior of the arc tube by fusing a closed charge / discharge tube or by shrinking or pinching the remaining open end in the tipless arc tube. Use mechanical means to evacuate the inside of the arc tube before the desired pressure. Such methods require the use of expensive pumps and / or vacuum systems, which are complex and difficult to automate.
하이더 등의 특허는 충전 가스의 "근소한(slight)" 저압(under-pressure)이 충전 가스를 가열하고 글로스 박스 내부에 있는 폐쇄된 개방 단부를 융합하고 그 후 나머지 쉬링크되지 않은 단부를 쉬링크 또는 핀치 밀폐하기 위해 글로브 박스로부터 아크튜브를 제거하는 것에 의해 얻어지는 것이 개시되어 있다. 하이더 등은 상기 충전 가스가 냉각될 때 근소한 저압을 얻기 위해 폐쇄된 아크튜브을 융합하기 전에 단지 100℃ 까지 충전 가스의 온도를 상승시키는 것을 개시하고 있다. 만약 충전 가스가 대기압에서 가열된다면, 100℃의 온도 차이는 아크튜브가 밀폐되고 냉각될 때 500 torr 이상의 최종 충전가스 압력을 제공하게 될 것이다. 현저하게 대기압 보다 낮은 충전 압력, 즉 500 torr 이하의 압력이 이 방법에 의해 달성될 수 있음이, 또는 충전가스 온도가 제어되지 않은 대기에 공개되면서 글로브 박스의 외부에서 제어될 수 있음이 하이더 등에는 개시되어 있지 않다.Heider et al. Teach that a "slight" under-pressure of the fill gas heats the fill gas and fuses the closed open end inside the gloss box and then shrunks the remaining unshrinked end. It is disclosed that it is obtained by removing the arc tube from the glove box to pinch seal. Heider et al. Discloses raising the temperature of the fill gas to only 100 ° C. before fusing the closed arc tube to obtain a slight low pressure when the fill gas is cooled. If the fill gas is heated at atmospheric pressure, a temperature difference of 100 ° C. will provide a final fill gas pressure of at least 500 torr when the arc tube is sealed and cooled. Significantly less than atmospheric pressure, i.e., pressures below 500 torr, can be achieved by this method, or that it can be controlled outside the glove box as the filling gas temperature is released to the uncontrolled atmosphere. It is not disclosed.
따라서 본 발명의 다른 목적은 현저하게 대기압 보다 낮은 충전 압력을 얻기 위해 아크튜브를 기계적으로 비울 필요가 없는 HID 램프용의 신규한 아크튜브 및 아크튜브의 제조방법을 제공하는 것이다.It is therefore a further object of the present invention to provide a novel arc tube and a method for producing an arc tube for a HID lamp which does not require mechanically emptying the arc tube to obtain a significantly lower filling pressure than atmospheric pressure.
본 발명의 또 다른 목적은 제어되지 않은 대기에서 아크튜브를 밀폐하기 전에 충전가스의 온도가 제어되는 HID 램프용의 신규한 아크튜브 및 아크튜브의 제조방법을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a novel arc tube and a method for producing an arc tube for a HID lamp in which the temperature of the filling gas is controlled before closing the arc tube in an uncontrolled atmosphere.
본 발명의 또 다른 목적은 밀폐할 때 압력 차이가 없는 현저하게 대기압 보다 낮은 충전 압력을 갖는 HID 램프용의 신규한 아크튜브 및 아크튜브의 제조방법을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a novel arc tube and a method for producing an arc tube for a HID lamp with a significantly lower than atmospheric pressure with no pressure differential when closed.
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.These and many other objects and advantages of the present invention are readily understood by those skilled in the art by reading the claims, the appended drawings and the following detailed description of the preferred embodiments. Will be.
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.The present invention is useful in arc tubes for HID lamps of all shapes and sizes and in the general method of making such lamps. By way of example only, certain aspects of the invention will be described in the context of a tipless quartz formed body arctube for a double ended metal halide lamp.
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.1 illustrates a conventional arc tube body formed from a quartz tube. The arc tube body 10 includes a bulbous light emitting chamber 12 that is in the interediate between the open tubular ends 140 16. The arc tube 10 ) Can be formed by any conventional method.
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.The body arc tube formed was named "Horizontal Burning HID Ram and Arc Tube", assigned to U.S. Patent Application Serial No. 09 / 595,547, filed June 19, 2000, filed on June 19, 2000, concurrently with the present application. It may be prepared by the method described in the invention. Figures 2a-e illustrate such a method, forming an arc tube from quartz tubing (Figure 2a), placing the tube on a shelf to heat the tube (Figure 2b), and axially moving the tube. By reducing the tube heated (FIG. 2C) and expanding the tube reduced relative to the mold to internal pressure (FIG. 2D) to obtain an arc tube body of the desired shape (FIG. 2E). The thickness of the arc tube body can be adjusted by the amount of quartz accumulated in the reducing step, and the shape of the arc tube body is determined by the shape of the mold.
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 상기단부(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 실(12)의 내부와 본체(10)의 외부 사이에 완전한 밀폐를 제공한다.As shown in FIGS. 3A and 3B, a first electrode lead assembly 18 is located inside the open tubular end 14 and the end 14 is a traditional pinch sealing. ) Is sealed using the process. During the pinch closure process, a portion of the end 14 is heated to soften the quartz, and a conventional pinch jaw around the electrode lead assembly 18 positioned therein and pressurized to the softened portion. pinch jaw (not shown) is used to pinch the seal 20. The pinch seal 20 fixes the position of the assembly 18 with respect to the arc tube body 10 and complete seal between the inside of the seal 12 and the outside of the body 10 via an end 14. To provide.
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.The electrode lead assembly 18 is composed of several metal elements including a tungsten electrode 22, molybdenum foil 24 and molybdenum outer lead 26 as shown in FIG. 4. During the pinch closure process, the temperature of the metal elements can reach 2000 ° C. or higher when the quartz becomes soft. At such high temperatures, the metal elements can corrode very easily if exposed to moisture in a reactive atmosphere such as air. To prevent such corrosion, an inert gas is introduced into the chamber 12 through the remaining open tubular end 16 and flows through the lid assembly during the pinch closure process. The gas may be introduced by conventional means such as inserting a probe 28 as shown in FIG. 3A or connecting a hose (not shown) to the open end 16. The gas may be any inert gas such as nitrogen or argon or a mixture thereof.
다음 단계는 상기 나머지 개방된 단부(16)를 통해 챔버(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.The next step is to introduce the material into the arc tube body by introducing material into the chamber 12 through the remaining open end 16. The solid fill 30 is introduced into the chamber 12 through the remaining open end 16 by conventional means, such as a fin type dispenser of lamp filled pellets manufactured by APL Engineered Materials, Inc. Can be introduced. If desired, mercury 31 may also be introduced into the chamber 12 through the open end 16 through all prior art. FIG. 5 shows an arc tube body 10 having a lamp filling pellet 30 and mercury 31 in the chamber 12.
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.Remaining steps in the method include filling the chamber with a final fill gas, placing a second electrode lead assembly at the remaining open end, and closing the remaining open end. As described in connection with the pinch closure of the first end, it is important to prevent the metal elements of the electrode lead assembly from being exposed to corrosive atmosphere at high temperatures.
상기 종래 방법들은 아크튜브 본체의 내부에 최종 충전가스를 채우고 상기 제 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.The conventional methods include (i) placing the arc tube in a glove box or (ii) vacuuming the open end of the arc tube before filling the final fill gas inside the arc tube body and positioning the second electrode lead assembly. It teaches the need to isolate these elements from an uncontrolled atmosphere using any of the methods of connecting to the system. As shown in FIG. 6, the open end 16 is external to the electrode lid assembly 32 once the final charge gas pressure has been obtained to isolate the interior of the chamber 12 containing an inert atmosphere. In closed and fused. The prior art thus isolates the elements with an inert atmosphere inside the arc tube body to prevent corrosion of the metal elements of the electrode lead assembly during pinch closure of the open end 16.
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 또는 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.5 and 7, as shown in FIGS. 5 and 7, the arc tube body 10 is positioned to extend upwardly, and the filling gas to air to maintain the filling of the inert gas in the arc tube body. By relying on relative weight, it has been found that a glove box or vacuum system can be used to avoid isolating the interior of the arc tube from an uncontrolled atmosphere. The final inert fill gas can be introduced into the chamber 12 by inserting a suitable conventional probe. The filling gas may be any inert gas such as argon, neon, xenon, krypton or a combination thereof. In a preferred embodiment of the invention, the filling gas is xenon or a mixture of xenon and argon, all of which are heavier than air and tend to stay inside the arc tube body 10 as long as the body maintains the vertical direction. Thus, light contaminated air from the uncontrolled atmosphere surrounding the arc tube is prevented from entering.
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.The interior of the arc tube body 10 is filled with filling gas to the top of the open end 16 so that all other gases disappear. Once the arc tube body is filled, the probe 34 is removed and a second electrode lead assembly 32 is placed inside the end 16 as shown in FIG. The end 16 is a fill gas in which the lid assembly 32 is inside the end despite the slight mixing of the uncontrolled atmosphere and the filling gas surrounding the arc tube body 16 near its top 38. It must extend sufficiently above the lid assembly 32 so as to be immersed in a closed column.
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.As shown in Figures 7, 8, the second end 16 may be sealed by a conventional pinch sealing method. A portion of the end 16 is heated to soften the quartz and softened around the electrode lead assembly 32 located therein using a conventional pinch jaw (not shown) to form a pinch seal 36. Pressure is applied. The pinch seal 36 fixes the position of the assembly 32 relative to the arc tube body 10 and provides a complete seal between the interior of the chamber 12 and the outside of the body 10 through the opening 16. do. In another embodiment, the end may be sealed by a shrink seal method.
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.As shown in FIG. 8, the chamber 12 is now completely sealed from the outside of the arc tube body 10. The excess portion of the end 16 is then removed and the outer lid 42 of the electrode lead assembly 32 is exposed.
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. 상기 단부들(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.9 and 10 show another embodiment of the present invention. The arc tube body 50 can be formed with a chamber 52 between the open ends 54, 56. The ends 54, 56 may have substantially the same length. In a preferred embodiment, the excess portion of the second end after the chamber is closed by ensuring that the length of the ends 54, 56 of the arc tube body 50 is substantially the same as the length of the ends of the finished arc tube. Eliminate the step of removing it. However, it is necessary to provide a pillar of filling gas long enough that the second electrode lead assembly 58 located inside the second end 56 is sufficiently immersed in the filling gas during the pinch closing process of the second end.
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.In one embodiment of the present invention, the filling gas column may extend beyond the length of the end by connecting the open end with mechanical means to form an elongated shaft having a diameter substantially equal to the outer diameter of the end. In the embodiment shown in FIGS. 11A and 11B, the injection and filling block 60 is mounted to the electrode lead assembly 58, to inject / fill the final fill gas into the body 50, and to the end 56. The main shaft 62 is formed in communication with the open end 56 of the arc tube body 50 during the pinch closing step.
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.The block 60 forms one or more auxiliary shafts 64 which provide a passage between the main shaft 62 and the main shaft 62 and the ambient atmosphere. The open end of the end 56 is positioned relative to the block 60 for effective communication of the main shaft 62 with the tubular opening formed by the end 56. Inside the arc tube chamber 52 and the open end 56, the final fill gas can be injected and filled by inserting a conventional probe 66 into the chamber 52 as shown in FIG. 11A.
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. 일단 상기 전극 리드 조립체(58)가 위치되면, 상기 단부(56)는 종래 핀치 밀폐 방법을 이용하여 핀치 밀폐된다. 다른 실시예에서, 단부(56)는 쉬링크 밀폐 방법으로 밀폐된다.When the final filling gas is injected and filled into the arc tube body 50, the probe 66 is removed. The fill gas then fills the end 56 and main shaft 62 and remains inside the shaft 62 as a result of the relative weight of the fill gas to the surrounding atmosphere. The electrode lead assembly 58 is then positioned within the end 56 and main shaft 62 using a conventional assembly holder 68 as shown in FIG. 11B. With the filling gas filled up to the top of the shaft 62, the electrode lead assembly 58 is completely submerged in the filling gas to prevent corrosion during the pinch closure process. Once the electrode lead assembly 58 is positioned, the end 56 is pinched sealed using a conventional pinch sealing method. In another embodiment, the end 56 is sealed by a shrink closure method.
많은 응용에서, 실질적인 실내 온도에서 현저하게 낮은 대기압, 즉 500 torr이하의 압력인 충전가스 압력을 갖는 아크튜브를 제공하는 것이 바람직하다. 1/2 기압 이하 그리고 심지어 30 torr 정도로 낮은 충전가스 압력을 갖는 아크튜브가 보통이다. 그러한 대기압 보다 낮은 충전가스 압력을 얻기 위해, 중래 기술에 따른 방법은 폐쇄된 단부를 융합시키기 전에 충전가스 압력을 제어하고 최종적으로 챔버를 밀폐시키기 위해 단부를 핀치 또는 쉬링크 밀폐시키는 진공 펌프와 같은 기계적인 시스템을 사용한다. 그러한 기계적인 시스템은 비싸고 그러한 시스템을 사용하는 공정단계들은 자동화하기 어렵다.In many applications, it is desirable to provide an arc tube having a fill gas pressure that is significantly lower at atmospheric pressure, i.e., pressures below 500 torr. Arc tubes with a filling gas pressure below 1/2 atm and even as low as 30 torr are common. In order to obtain a fill gas pressure below such atmospheric pressure, the method according to the state of the art is a machine such as a vacuum pump that controls the fill gas pressure and finally pinches or shrinks the end to seal the chamber before fusing the closed end. Use a traditional system. Such mechanical systems are expensive and process steps using such systems are difficult to automate.
본 발명의 일측면에서, 아크튜브에 현저하게 대기압 보다 낮은 충전가스 압력을 제공할 때 그러한 기계적인 시스템의 사용이 제거된다. 상부의 단부(16(56)를 완전히 밀폐하는 최종적인 핀치 밀폐 공정 동안, 챔버(12)(52)의 내부와 아크튜브(10)(50)를 둘러싼 제어되지 않은 대기의 소통이 유지된다. 따라서 충전가스와 주위 대기의 압력은 동일하고 충전가스는 주위 대기의 온도에 대한 충전가스의 온도에 반응하여 팽창 또는 수축할 수 있다. 실질적인 실내 온도에서 현저하게 대기압 보다 낮은 충전가스 압력을 얻기 위하여, 상기 아크 챔버는 가열되고 그에 따라 핀치 밀폐 과정 동안 충전가스의 온도는 상승하게 되고 따라서 챔버가 완전히 밀폐될 때 챔버 내부에 있는 충전가스의 밀도는 감소된다. 밀폐과정 동안 대기와의 사이에 소통이 유지되기 때문에 챔버가 밀폐될 때 충전가스의 압력은 주위 대기의 압력과 동등하게 될 것이다. 공장 생산 구역의 제어되지 않은 대기에서, 압력은 실질적으로 대기압이 될 것이고 충전가스의 온도를 상승시키는 것은 튜브의 단부에서 가스의 혼합으로 인한 오염을 방지하기 위해 개방된 단부를 통해 아크튜브로부터충전가스가 흐르도록 할 것이다. 상기 아크튜브와 충전가스가 실내 온도로 냉각될 때, 상기 챔버의 고정된 부피에서 충전가스의 압력은 감소되고 실질적인 실내온도에서 충전가스의 최종 압력은 챔버가 밀봉될 때 충전가스의 온도를 제어함으로써 제어된다.In one aspect of the invention, the use of such a mechanical system is eliminated when providing the arc tube with a fill gas pressure significantly lower than atmospheric pressure. During the final pinch closure process, which completely closes the upper end 16 (56), uncontrolled atmosphere of communication inside the chamber 12, 52 and surrounding the arc tubes 10, 50 is maintained. The pressure of the filling gas and the ambient atmosphere is the same and the filling gas can expand or contract in response to the temperature of the filling gas relative to the temperature of the ambient atmosphere, in order to obtain a charge gas pressure significantly lower than atmospheric pressure at substantial room temperature. The arc chamber is heated and thus the temperature of the filling gas is raised during the pinch closure process, thus reducing the density of the filling gas inside the chamber when the chamber is completely closed. Therefore, when the chamber is closed, the pressure of the filling gas will be equivalent to the pressure of the ambient atmosphere.In the uncontrolled atmosphere of the factory production zone, the pressure Will be atmospheric pressure and raising the temperature of the filling gas will cause the filling gas to flow from the arc tube through the open end to prevent contamination due to mixing of the gas at the end of the tube. When cooled to room temperature, the pressure of the fill gas at a fixed volume of the chamber is reduced and the final pressure of the fill gas at substantial room temperature is controlled by controlling the temperature of the fill gas when the chamber is sealed.
바람직한 실시예에서, 버너(70)는 챔버(52) 내부에 있는 충전가스의 온도를 제어하기 위해 상기 핀치 밀폐과정 동안 아크튜브 본체(50)의 구상 챔버(52)를 직접 가열하는데 적용된다. 상기 버너(70)의 밀도, 그리고 그에 따라 상기 충전가스에 적용된 가열량은 완성된 아크튜브의 바라는 충전가스의 압력에 따라 제어된다.In a preferred embodiment, the burner 70 is applied to directly heat the bulbous chamber 52 of the arc tube body 50 during the pinch closure process to control the temperature of the filling gas inside the chamber 52. The density of the burner 70, and thus the amount of heating applied to the fill gas, is controlled according to the pressure of the desired fill gas of the completed arc tube.
택일적으로, 본 발명의 다른 측면에서, 충전가스는 챔버가 완전히 밀폐될 때 실질적인 실내온도에서 대기압 보다 낮은 충전가스 압력을 얻기 위해 냉각될 수 있다. 냉각과정 동안 아크튜브 내로 충전가스가 계속적으로 도입됨에 따라 일어날 수 있는 오염을 방지하기 위해 주의를 기울여야 한다.Alternatively, in another aspect of the present invention, the fill gas may be cooled to achieve a fill gas pressure below atmospheric pressure at substantial room temperature when the chamber is completely closed. Care must be taken to prevent contamination that may occur as the filling gas is continuously introduced into the arc tube during the cooling process.
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.Although preferred embodiments of the invention have been described, the described embodiments are merely exemplary and the scope of the invention is to be accorded the full range of equivalents, many variations and modifications naturally occurring to those skilled in the art. It is to be understood that the determination must be made only by the appended claims.
본 발명은 광섬유 조명시스템, 프로젝션 디스플레이 및 자동차 헤드램프 등에 광범위하게 사용될 수 있다.The present invention can be widely used in optical fiber lighting systems, projection displays and automobile headlamps.
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