KR20070074656A - 방전 램프 및 방전 램프의 구성 요소를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 서로 대향하여 위치하고 있는 내화성 재료의 두 개의 전극들(3)을 수용하는 밀봉된 전구를 포함하는 방전 램프에 관한 것이다. 전극들 중 적어도 하나는 재형상화되고 압출 성형된 내화성 재료로 만들어진 적어도 일부분(4)을 포함한다. 따라서, 복잡한 형상을 지니는 압출 성형된 제품(P)이 제공될 수 있다. 본 발명은 또한 전극 및 특히, HID 또는 UHP 램프인, 전기적 도전성인 방전 램프용 구성 요소의 적어도 일부분(4)을 제조하는 방법에 관한 것이다.

방전 램프, 내화성 재료의 전극들, 밀봉된 전구, 압출 성형

Description

방전 램프 및 방전 램프의 구성 요소를 제조하는 방법{DISCHARGE LAMP, ELECTRODE, AND METHOD OF MANUFACTURING A COMPONENT OF A DISCHARGE LAMP}

본 발명은 방전 램프, 전극 및 이러한 방전 램프의 구성 요소를 제조하는 방법에 관한 것이다.

방전 램프는 통상적으로 기체로 채워진 투명 및/또는 반투명의 밀봉된 전구 내에서 서로 대향하여 위치한 두 개의 전극을 포함한다. 동작 시, 전류가 이들 전극에 제공되어, 전극이 두드러지게 가열된다. 그 결과, 전극의 열적 설계가 동작 시 램프의 초기 고장을 막는 데에 중요한 이슈가 된다.

일반적으로, 전극은 길쭉한 막대(drawn rod) 주위를 길쭉한 와이어(drawn wire)로 똘똘 감아서(coil) 만들어진다. 똘똘 감겨진 와이어는 전극의 팁 부분에서 많은 양의 열을 방산할 수 있는 열 질량(thermal mass)을 갖도록 제공된다.

최근에는, 고휘도 방전(high intensity discharge:HID) 램프 및 초고압력(ultra high pressure:UHP) 램프와 같은 더 복잡한 램프가 필요로 하는 더 높은 수준의 요건에 응하여, 전극을 제조하는 방법으로서 압출 성형(extrusion) 및 금속 사출성형(metal injection molding:MIM)이 등장하고 있다. 압출 성형은 다이를 통해 분말, 용매 및 바인더의 혼합물을 가압 성형하여(press) 압출 성형된 제품을 얻 고, 이 제품을 소결하는 공정을 포함한다. 압출 성형으로 인해 전극의 형상화에 있어 2차원적으로 자유롭다. US 6,218,025호는 MIM 공정으로 제조된 전극을 개시한다. MIM은 요구되는 전극 형상을 위해 특별히 설계된 몰드로 재료를 주조하는 것을 포함한다. 이어서 몰딩된("그린(green)") 제품은 소결된다. 이 기술은 전극을 얻는 데에 있어, 몰드에 의해 나타나는 바와 같이, 3차원적으로 자유롭다. MIM 제품은 통상적으로 주입 몰드에 기인하는 솔기(seam)를 갖는다.

열 질량, 아크 안정성(arc stability) 및 점화(ignition)와 같은 특성에 관한 그 기능성을 증가시키기 위해, 이러한 전극에 대해 복잡한 형상이 요구된다. 그러나, 압출 성형은 형상화 자유가 제한되어 있고, MIM은 복잡하고 비용이 비싼 전용 몰드를 필요로 한다.

이러한 접근 방법에 대한 대안이 JP 2001-319615호에 개시되어 있으며, 여기서는, 캐소드의 팁이 방사체 포함 층(emitter-containing layer)으로 채워진 구멍(hole)을 갖는다. 이어서 이 캐소드가 소결되고, 이후, 원뿔 형상으로 만들어진다. 그러나, 소결된 전극을 틀에 맞게 만드는 것이 어렵고, 이것은 방사체 포함 층이 없는 전극부에 제한된다.

본 발명의 목적은 하나 이상의 상술된 단점을 줄이거나 또는 없애는 대안의 기술에 의해 제조될 수 있는 램프와 전극을 제공하는 것이다.

본 목적은 서로 대향하여 배치된 두 개의 내화성 재료의 전극을 수용하는, 밀봉된 투명 전구를 포함하는 방전 램프에 의해 달성되며, 두 개의 전극 중 적어도 하나는, 재형상화되고 압출 성형된 내화성 재료로 만들어진 적어도 일부분을 포함한다.

본 목적은 재형상화되고 압출 성형된 내화성 재료로 만들어진 부분을 포함하는 방전 램프용 전극에 의해 또한 달성된다.

본 목적은 또한 방전 램프의 전기적 도전성인 구성 요소의 적어도 일부분을 제조하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은, 압출 성형된 제품을 얻기 위해 다이를 통해 내화성 재료의 분말과 바인더를 포함하는 혼합물을 압출 성형하는 단계와, 이 구성 요소의 일부분에 대해 적합한 형상을 얻기 위해 상기 압출 성형된 제품을 재형상화하고, 이어서 그 부분을 소결하는 단계를 포함한다.

구성 요소의 형상화에 있어 2차원적으로 제한되는 것은, 램프 소자의 제조 공정이 재형상화를 허용하는 압출 성형 후의 적절한 단계에서 중단된다는 점에서, 없어지거나 감소되며, 이에 의해 제조 공정은 적어도 하나의 소결 단계로 마무리된다. 또한, 비용이 비싸거나 복잡하고 전용을 요하는 몰드가 필요치 않다. 마지막으로, 압출 성형으로 인해, 내화성 재료는, 소결 전에 적절한 재형상화 공정에서 재형상화될 수 있는 상당한 양의 방사체 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 방사체 재료가 방전 램프의 전극에 반드시 존재할 필요는 없다는 것을 이해할 것이다. 램프 소자는 전극인 것이 바람직하나, 밀봉된 전구의 전극에 또는 그로부터 전류를 공급하기 위한 피드 쓰루(feed-through)와 같은 전기적으로 도전성인 다른 램프 소자 또한 고려된다.

청구항 제2항과 제8항에 정의된 바와 같은 본 발명의 실시예는, 특별한 형상을 필요로 하는 전극의 부분만이 압출 성형 공정을 중단함으로써 제조될 수 있다는 이점을 지닌다. 나머지 다른 부분은, 예를 들면, 길쭉한 와이어일 수 있다.

청구항 제3항과 제4항에 정의된 본 발명의 특별한 실시예에서, 아크 안정성과 점화가 개선된 잘 정의된 전극 팁을 지니는 램프가 얻어진다.

청구항 제5항과 제9항에 정의된 본 발명의 실시예는, 점화 공정이 더 높은 방사체 농도에 의해 용이하게 된다는 이점을 지닌다. 길쭉한 와이어의 경우, 이러한 농도가 통상적으로 제한되는데, 그렇지 않을 경우 방사체 재료를 변형할 수 없어, 그 결과 와이어를 잡아 빼는 것(drawing)이 불가능해지기 때문이다.

청구항 제11항과 제12항에 정의된 본 발명의 실시예는, 압출 성형된 제품의 바인더를 일시적으로 약화시켜 재형상화 공정을 용이하게 하는 이점을 제공한다. 그린(green) 단계에서, 전반적으로 안정적인 압출 성형된 제품을 유지하기 위해, 용매는 선택적으로만 적용되는 것이 더욱 바람직하다.

청구항 제13항에 정의된 본 발명의 실시예는, 그린 단계에서의 압출 성형된 제품의 변형이 비교적 쉽다는 이점을 지닌다.

청구항 제15항에 정의된 본 발명의 실시예는, 구멍이 전극의 원하는 형상에 필요하지 않은 잔여 재료를 수용하기 위한 공간을 제공한다는 이점을 지닌다.

본 발명은 본 발명에 따르는 바람직한 실시예들을 개략적으로 도시하는 첨부된 도면을 참조하여 또한 설명될 것이다. 본 발명이 이들 특정 및 바람직한 실시예에 제한되는 방식이 아니라는 것을 이해할 것이다.

도 1은 방전 램프를 개략적으로 도시하는 도면.

도 2는 방전 램프 전극을 얻기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 방법 단계들의 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 전극부의 제1 실시예를 제조하기 위한 각종 단계들을 도시하는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 전극부의 제2 실시예를 제조하기 위한 각종 단계들을 도시하는 도면.

도 1은, 이하에서는 램프(1)라 지칭되는, 고휘도 방전(HID) 램프 또는 초고압(UHP) 방전 램프와 같은 AC 방전 램프(1)를 도시한다. 램프(1)는, 재형상화되고 압출 성형된 부분(4)과 길게 연장된 부분(elongate portion)(5)을 각각 갖는 전극들(3), 즉, 잘 정의된 전극 팁을 지니는 전극들(3)을 수용하는 방전 체임버를 형성하는, 투명하거나 또는 반투명인 밀봉된 전구(2)를 갖는다. 리드(6)와 피드 쓰루(7)를 통해 전극(3)으로 또는 전극(3)으로부터 전류가 피딩될 수 있다.

도 2는 전극(3) 제조 단계들의 흐름도이다.

단계(10)에서, 텅스텐과 같은 내화성 재료의 분말, 알코올과 같은 용매, 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose)와 같은 바인더의 혼합물이 제공된다. 이 혼합물은 그 양이 2-40 vol.％인 희토류 산화물 또는 탄화물과 같은 전자 방사체 물질을 더 포함할 수 있다. 이 혼합물은 단계(11)에서 핀(도시 생략)을 지니는 다이를 통해 가압 성형되고, 그리하여 길게 연장된 중간 제품이 얻어질 수 있다. 이어서 단 계(12)에서는 다루기에 적절한 강한 제품을 얻기 위해 중간 제품에서 용매가 제거된다. 이 단계에서의 제품은 일반적으로 그린 제품(green product)이라 지칭된다. 단계(13)에서, 그린 제품은 적절한 크기를 갖는 여러 조각으로 절단되어 압출 성형된 제품(P)이 된다. 이 압출 성형된 제품은 압출 성형 다이의 핀에 의해 생긴 관통 구멍(H)을 갖는다.

이 단계에서, 일반적으로 분말 파티클들이 서로 융합되어 아주 단단한 제품을 얻을 수 있는 온도로까지 압출 성형된 제품을 가열시키는 하나 이상의 소결 단계가 적용된다. 소결 시 바인더는 제거되고, 가열 단계 시 강도가 정해진다. 그러나, 본 발명에 따르면, 이 공정은 재형상화 단계에 의해 중단될 수 있다.

도 2의 실시예에 적용되는 단계(14)에서, 압출 성형된 제품(P)의 재형상화가 의도되는 위치에 알코올과 같은 용매가 압출 성형된 제품(P)에 선택적으로 추가된다. 이에 의해 바인더는 일시적으로 약화된다. 위치를 선택하여 용매를 추가하는 것은, 예를 들면, 압출 성형된 제품(P)의 관련된 부분만을 용매에 담금으로써 행해질 수 있다.

이후, 단계(15)에서, 압출 성형된 제품(P)의 약화된 부분이 소정의 압력 하에서 재형상화되어, 내화성 재료의, 재형상화되고 압출 성형된 전극(3)용 제품(R)을 얻는다. 구멍(H)은 재형상화 공정으로 인해 생긴 잔여 재료를 수용하기 위한 공간을 제공한다. 구멍(H)은 재형상화 이후 조금 평탄하게 된 팁을 지닐 수 있다. 단계(16)에서, 재형상화되고 압출 성형된 제품(R)으로부터 용매가 제거된다.

마지막으로, 바인더를 제거하기 위한, 예를 들면, 온도 1000-1200℃의 소결 이전 단계(17)와, 재형상화되고 압출 성형된 내화성 재료의, 도 1의 전극(3)용의 아주 고밀도의 부분(4)을 얻기 위한 2000-2600℃의 소결 단계를 포함하는, 통상적인 소결 공정이 재개된다.

도 3은 재형상화되고 압출 성형된 내화성 재료의 전극(3)용 부분(4)을 얻기 위한 도 2의 각종 단계를 도시한다. 이러한 부분(4)은 HID 램프(1)의 전극(3)용으로 사용될 수 있다. 도 3의 왼쪽에서부터 오른쪽으로, 그 상부에 용매가 선택적으로 추가된 압출 성형된 제품(P)이 몰드(20)에 제공된다. 이후, 압출 성형된 제품(P)은, 이 제품을 압축하는 힘(F)을 지니는 압축 도구(21)에 의한 압력 하에 변형된다. 이어서 재형상화된 제품(R)은 도 2의 단계(17 및 18)에 따라 소결되어 전극(3)용 부분(4)을 얻을 수 있다. 이 부분(4)은 안정적인 동작 시 아크 안정성을 개선시키는 형상을 지니는 HID 전극을 위해 설계된다.

도 4는 도 1에 도시된 전극(3)용의 길쭉한 와이어의 길게 연장된 부분(5)과 결합되는, 재형상화되고 압출 형성된 내화성 재료의 또 다른 부분(4)을 얻기 위한 도 2의 각종 단계들을 도시한다. 길게 연장된 부분(5) 또한 일반적으로 와이어 드로잉(wire drawing)보다 청정한 공정인 압출 성형에 의해 제조될 수 있다. 다시, 선택적으로 약화된 압출 성형된 제품이 몰드(30)에 제공되고, 압축 도구(31)에 의해 압력(F)에 노출되어 재형상화된 제품(R)을 얻게 된다. 재형상화된 제품(R)은 리세스(32)와 돌출부(33)를 갖는다. 이어서, 길쭉한 와이어의 길게 연장된 부분(5)이 재형상화된 제품(R)의 리세스(32) 내로 삽입되고, 그 후 소결 단계(17 및 18)가 실행된다. 그 결과, 재형상화된 제품(R)이 수축되어 길게 연장된 부분(5)은 구멍(32) 내에 고정되게 된다. 돌출부(33)는 사실 길게 연장된 부분(5)이 연장된 것인데, 길게 연장된 부분이 리세스(33) 내에서 끝나고, 돌출부(33)가 부분(4)을 따라 또한 길게 연장된 부분과 정렬되기 때문이다. 도 1의 UHP 방전 램프(1)용의 잘 정의된 팁 부분을 갖는 전극(3)을 얻을 수 있다.

상술된 실시예가 본 발명을 제한하는 것이 아니라 도시하는 것이며, 당업자들은 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 많은 대안의 실시예를 설계할 수 있을 것이라는 것을 유의한다. 예로서, 몰리브덴(Molybdenum)으로 만들어진 피드 쓰루(7)는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조될 수 있다. 더욱 일반적으로, 본 발명에 따른 방법이 램프 구성 요소 외의 제품들에 또한 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 청구항에서, 괄호 속의 임의의 참조 번호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 단어 "포함하는(comprising)"은 청구항에 나열된 것 외의 구성 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 구성 요소 바로 앞의 단어 "a" 또는 "an"은 이러한 구성 요소의 복수의 존재를 배제하지 않는다. 일부 수단들이 상이한 종속항에 서로 언급되어 있다는 단순한 사실은, 이 수단들의 조합이 이익이 되도록 사용될 수 없다는 것을 의미하지는 않는다.

Claims (12)

1. 서로 대향하여 위치하고 있는 내화성 재료의 두 개의 전극들(3)을 수용하는 밀봉된 투명 전구(2)를 포함하는 방전 램프(1)로서,

   상기 전극들 중 적어도 하나는, 재형상화되고 압출 성형된 내화성 재료(reshaped extruded refractory material)로 만들어진 적어도 일부분(4)을 포함하는 방전 램프.
2. 제1항에 있어서, 상기 전극은 상기 재형상화되고 압출 성형된 부분(4)에 전기적으로 접속된 추가의 부분(5)을 포함하는 방전 램프.
3. 제2항에 있어서, 상기 방전 램프는 초고압력(ultra high pressure lamp) 램프이고, 상기 전극들(3)은 상기 재형상화되고 압출 성형된 부분(4)의 리세스(32) 내로 삽입되는 길게 연장된 부분(enlongate portion)(5)을 포함하는 방전 램프.
4. 제3항에 있어서, 상기 재형상화되고 압출 성형된 부분(4)은 상기 길게 연장된 부분(5)에서 연장된 돌출부(33)를 갖는 방전 램프.
5. 제1항에 있어서, 상기 압출 성형된 전극은 텅스텐으로 만들어지고, 2㏖％ 초과의 전자 방사체 도펀트(electron emitter dopant)를 포함하는 방전 램프.
6. 제1항에 있어서, 상기 방전 램프는 고휘도 방전(high intensity discharge:HID) 램프 또는 초고압력 방전 램프인 방전 램프.
7. 전기적으로 도전성인 방전 램프(1)용 구성 요소(3,7)의 적어도 일부분(4)을 제조하는 방법으로서,

   압출 성형된 제품(P)을 얻기 위해 다이를 통해 내화성 재료의 분말과 바인더를 포함하는 혼합물을 압출 성형하는 단계;

   상기 구성 요소(3,7)의 상기 일부분(4)에 대한 적절한 형상을 얻기 위해 상기 압출 성형된 제품(P)을 재형상화하고, 이어서 상기 일부분(4)을 소결하는 단계

   를 포함하는 방전 램프용 구성 요소의 적어도 일부분을 제조하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 방법은 용매를 상기 압출 성형된 제품(P)에 추가하는(add) 단계를 더 포함하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 용매는 상기 압출 성형된 제품(P)에 선택적으로 추가되는 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 재형상화하는 단계는 상기 압출 성형된 제품(P)을 소정의 압력 하에서 변형시킴으로써 행해지는 방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 구성 요소는 상기 방전 램프의 전극(3)이거나 피드 쓰루(7)인 방법.
12. 제7항에 있어서, 상기 다이는 상기 압출 성형된 제품(P)에 구멍(H)을 만들기 위한 핀을 포함하는 방법.

Images