KR20070100416A

KR20070100416A - 길이 방향의 그루브를 포함하는 전극봉 및 석영 전구를갖는 램프

Info

Publication number: KR20070100416A
Application number: KR1020077020075A
Authority: KR
Inventors: 피터 클라우스; 게르 반 헤스; 잔 데 래트; 루크 스메츠
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-10-10
Also published as: JP2008529252A; US20080185950A1; EP1846935A2; WO2006082539A2; CN101116166A; WO2006082539A3

Abstract

석영 유리의 전구(1) 및 금속 전극봉(3; 21, 22)이 제공되는 전기 램프가 제공된다. 전극봉(3; 21, 22)은 전구의 석영 유리 재료에 적어도 부분적으로 매립된다. 석영 유리 재료와 접촉되는 전극봉(3; 21, 22)의 표면의 적어도 대부분에는 전극봉의 길이 방향의 축과 평행한 그루브(6)가 제공된다.

램프, 석영 유리의 전구, 전극봉, 그루브, 리플렉터

Description

길이 방향의 그루브를 포함하는 전극봉 및 석영 전구를 갖는 램프{A LAMP WITH QUARTZ BULB AND ELECTRODE RODS HAVING LONGISH GROOVES}

본 발명은 석영 유리의 전구 및 금속 전극봉이 제공되는 전기 램프에 관한 것으로, 여기서 전극봉은 전구의 석영 유리 재료에 적어도 일부가 매립된다. 일반적으로, 2개의 전극봉이 램프의 전구의 석영 유리 재료에 매립된다. 이러한 램프, 예컨대 고압 수은 방전 램프는 통상적인 동작 기간 동안 약 200bar 내지 500bar의 가스 압력을 가질 수 있고, 50W 내지 500W의 범위, 심지어는 1500W의 전력을 소비할 수 있다.

이러한 종류의 램프는 GB-A-2351602에 개시되어 있다. 이 공보에는, 램프의 발광 방전 공간을 둘러싸는 석영 유리 전구를 포함하고, 석영 유리 전구의 양 엔드의 각각에 형성되는 핀치 밀봉된 부분을 포함하는 가스 방전 램프에 대해 설명되어 있다. 2개의 텅스텐 전극봉의 엔드는 방전 공간으로 돌출된다. 각 전극봉의 일부는 2개의 전극봉이 서로에 대해 동축으로 배치되는 방식으로, 핀치 밀봉된 부분에 매립된다. 2개의 전극봉의 다른 엔드는 전극봉에 전류를 공급하기 위하여 도전성 몰리브덴 포일(foil) 부재의 엔드에 접속되며, 여기서 몰리브덴 포일 부재는 또한 램프의 석영 유리 전구의 핀치 밀봉된 부분에 매립된다. 몰리브덴 포일 부재의 다 른 엔드는 리드 와이어(lead wire)에 접속되고, 여기서 리드 와이어는 램프의 석영 유리 전구의 외부로 연장된다.

2개의 전극봉은 전구의 양 엔드에서 동축으로 위치될 수 있지만, 서로에 대해 평행하게 위치될 수도 있고, 서로로부터 일정 거리만큼 떨어져 위치될 수도 있다. 후자의 경우, 2개의 전극봉은 램프의 석영 유리 전구의 동일하게 핀치 밀봉된 부분에 매립된다. 램프는 램프 및 리플렉터를 포함하는 유닛의 불가결한 부분일 수 있다.

이러한 램프에 있어서, 전극봉의 재료와 석영 유리 재료 사이에는 열팽창 차가 있으며, 여기서 석영 유리 재료는 램프의 전구의 핀치 밀봉된 부분에 있는 전극봉의 일부를 둘러싼다. 이러한 열팽창 차는 램프가 사용 중일 때 램프의 재료에 높은 스트레스를 야기하고, 이 높은 스트레스는 램프의 전구의 크래킹 또는 폭발에 의한 램프의 빠른 고장으로 이어질 수 있다. 이 열팽창 차의 부작용을 제한하기 위하여 전극봉 주위에 코일 적용 또는 전극봉 주위를 감싼 포일 적용 등의 다수의 수단이 공지되어 있다. 이들 수단의 단점은 상대적으로 높은 추가 비용이 든다는 것과, 이들 수단의 대부분이 램프 내의 추가적인 부분을 필요로 한다는 점이다.

본 발명의 목적은 석영 유리의 전구 및 금속 전극봉이 제공되는 램프이며, 여기서 전극봉은 전구의 석영 유리 재료에 적어도 부분적으로 매립되고, 전극봉의 재료와 석영 유리 재료 사이의 열팽창 차에 의한 고장의 위험성이 감소된다.

이 목적을 실현시키기 위하여, 석영 유리 재료와 접촉되는 전극봉의 표면의 적어도 대부분에 실질적으로 길이 방향(longitudinal direction)을 갖는 그루브, 즉 전극봉의 축과 실질적으로 평행하게 되는 그루브가 제공된다. 바람직한 실시예에서, 석영 유리 재료와 접촉되는 전극봉의 실질적인 전체 표면에는 위의 그루브가 제공된다. 일반적으로, 램프에는 2개의 전극봉이 존재하고, 양 전극봉에는 실질적으로 길이 방향인 위의 그루브가 제공되는 것이 바람직하다.

전극봉의 표면에 길이 방향의 그루브가 존재한다는 것은, 전극봉의 원주 방향(접선 방향)에서 측정된 표면 거칠기(Ra)가 전극봉의 길이 방향(축 방향)에서 측정된 전극봉의 표면 거칠기보다 크다는 것을 의미한다. 원주 방향에서 측정된 거칠기는 길이 방향에서 측정된 거칠기의 2배 이상인 것이 바람직하며, 길이 방향에서 측정된 거칠기의 5배 이상인 것이 보다 바람직하다.

바람직한 실시예에서, 전극봉의 금속 재료는 텅스텐을 적어도 70% 중량으로 포함한다. 전극봉의 금속 재료는 중량의 30% 까지 하나 이상의 부가적인 도펀트, 예컨대 금속 이트륨, 토륨, 몰리브덴, 레늄, 란탄, 세륨, 알루미늄, 칼륨, 니오브, 크롬 및/또는 이들 금속의 산화물을 포함할 수 있다. 이러한 도펀트는 전극봉의 수율/인장력(tensile stress)에 긍정적인 영향을 미친다. 이와 달리, 전극봉은 순수한 텅스텐으로 이루어질 수 있다. 또한, 전극봉, 및 몰리브덴 포일 부재에는 크롬 금속층과 같은 산화 보호 코팅이 제공될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 그루브의 깊이는 1㎛보다 깊으며, 바람직하게는 2㎛ 내지 30㎛, 보다 바람직하게는 3㎛ 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 5㎛ 내지 10㎛이다. 그루브의 이러한 깊이는 전극봉의 재료와 램프의 전구의 석영 유리 재료 사이의 열팽창 차에 의한 고장 위험성의 실질적인 감소로 이어진다는 실험 결과가 나타났다.

바람직한 실시예에서, 그루브의 폭/깊이 비는 4보다 작으며, 바람직하게는 2보다 작고, 보다 바람직하게는 1보다 작다. 또한, 그루브의 이러한 폭/깊이 비는 전극봉의 재료와 램프의 전구의 석영 유리 재료 사이의 열팽창 차에 의한 고장 위험성의 실질적인 감소로 이어진다는 실험 결과가 나타났다.

일반적으로, 전극봉의 직경은 0.05㎜ 내지 0.5㎜이지만, 2.5㎜까지도 될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 전극봉의 단면의 그루브의 수는 ㎜로 측정된 전극봉의 직경의 10 내지 4000배이며, 바람직하게는 ㎜로 측정된 전극봉의 직경의 100 내지 2000배이고, 보다 바람직하게는 250 내지 1000배이다. 전극봉의 표면에 있는 이와 같은 그루브의 수는 전극봉의 재료와 램프의 전구의 석영 유리 재료 사이의 열팽창 차에 의한 고장 위험성의 실질적인 감소로 이어진다는 실험 결과가 나타났다.

그루브가 전극봉의 원주 상에 고르게 분포된 경우에 실험에서 좋은 결과가 획득되지만, 덜 고르게 분포되더라도 긍정적인 결과를 가져온다. 전극봉의 단면에서, 그루브가 (360/n)° 플러스 또는 마이너스 (360/2n)°의 각도로 원주 상에 분포되는 것이 바람직하며, 여기서 n은 위에서 말한 단면에 있는 그루브의 수이다.

그루브는 전극봉에 대하여 실질적으로 길이 방향을 가지며, 즉 그루브는 전극봉의 축과 실질적으로 평행하다. 바람직한 실시예에서, 전극봉의 길이 방향 축과 그루브 사이의 각도는 20°보다 작으며, 바람직하게는 10°보다 작고, 보다 바람직하게는 4°보다 작다.

램프는 고압 가스 방전 램프인 것이 바람직한데, 왜냐하면 전극봉의 재료와 석영 유리 재료 사이의 열팽창 차에 의한 고장이 이와 같은 램프에서 특히 발생되기 때문이다. 그러나, 본 발명은 메탈 할라이드 가스 방전 램프, 예컨대 MSR(스칸듐-브롬화물-요오드화물-염화물과 같은 희토류 금속 할라이드, 수은을 포함하고, 안정된 동작 기간 동안 100W 내지 10,000W 범위의 전력을 소비함)과 같은 금속 할라이드 가스 방전 램프, 또는 광원으로서 텅스텐 필라멘트가 접속되는 전극봉을 포함하는 LV/MV 할로겐 백열등과 같은 다른 램프에서도 성공적으로 적용될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 전극봉은 램프의 석영 유리 전구의 핀치 밀봉된 부분에 존재하며, 여기서 전구는 1개의 핀치 밀봉된 부분 또는 2개의 핀치 밀봉된 부분, 즉 전구의 양 엔드 각각에 핀치 밀봉된 부분을 가질 수 있다. 2개의 핀치 밀봉된 부분이 존재하는 경우, 각 핀치 밀봉된 부분에는 전극봉이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명은 램프 및 리플렉터의 유닛에 관한 것으로, 리플렉터에는 위와 같이 램프가 제공된다. 리플렉터는 램프 어셈블리의 불가결한 부분이므로, 램프가 고장난 경우에는 전체 유닛이 교체되어야 한다. 따라서, 램프 고장 위험성의 감소가 특히 중요하다.

또한, 본 발명은 석영 유리 전구와 금속 전극봉이 제공되는 전기 램프의 제조 방법에 관한 것으로, 전극봉의 일부는 전구의 석영 유리 재료에 매립되고, 전극봉이 석영 유리 재료에 매립되기 전에, 석영 유리 재료와 접촉하게 될 전극봉의 표면의 적어도 대부분에는 실질적으로 길이 방향을 갖는 그루브가 제공된다.

길이 방향의 그루브를 갖는 전극봉의 표면을 제공하기 위하여, 전극봉이 신선 프로세스(wire drawing process)를 거침으로써, 전극봉의 재료가 소성 변형(plastic deformation)되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 길이 방향의 그루브가 전극봉의 표면에 생성되게 된다. 또한, 길이 방향 그루브는 분쇄 프로세스, 에칭 프로세스에 의해, 또는 물질 제거 레이저빔 동작에 의해 제조될 수도 있다.

본 발명은 2개의 핀치 밀봉된 부분을 갖는 석영 유리 전구 및 이러한 핀치 밀봉된 부분에 매립되는 2개의 텅스텐 전극봉이 제공되는 전기 램프의 설명에 의해 더욱 명료하게 될 것이다. 여기서, 단지 개략적으로만 표현되어 있는 형상을 포함하는 도면을 참조한다.

도 1은 고압 가스 방전 램프를 도시하는 도면.

도 2a는 전극봉의 단면도.

도 2b는 도 2a의 전극봉의 측면도.

도 3은 전극 코일이 제공되는 전극봉을 도시하는 도면.

도 4는 램프 어셈블리의 단면도.

도 1은 투명한 석영 유리 재료의 전구(1)를 포함하는 고압 수은 가스 방전 램프를 도시한다. 석영 유리 전구(1)는 점선으로 나타낸 가스 방전 공간(8)을 둘러싼다. 양 엔드에서, 가스 방전 공간(8)에 필요한 가스 충전이 제공된 후에, 석영 유리 전구(1)가 핀치 밀봉된 부분(2)에 의해 막혀있다. 2개의 동축으로 배치된 텅스텐 전극봉(3)이 있고, 각 전극봉(3)의 하나의 엔드는 가스 방전 공간(8)으로 연장된다. 전극봉(3)의 다른 엔드는 도전성 몰리브덴 포일 부재(4)의 엔드에 접속된다.

텅스텐 전극봉(3)의 일부와 몰리브덴 포일 부재는 램프의 석영 유리 전구(1)의 핀치 밀봉된 부분(2)에 매립된다. 몰리브덴 포일 부재(4)의 다른 엔드는 리드 와이어(5)에 접속되고, 리드 와이어(5)는 램프의 석영 유리 전구(1)의 핀치 밀봉된 부분(2)의 외부로 연장된다. 2개의 리드 와이어(5)는 전류원에 접속될 수 있기 때문에, 램프의 전구(1)의 가스 방전 공간(8)에 가스 방전을 발생시키기 위하여 전류가 몰리브덴 포일 부재(4)를 통해 전극봉(3)으로 공급될 수 있다.

이러한 가스 방전은 발광으로 이어지지만, 또한 전극봉(3)과 램프의 전구(1)의 재료의 온도가 크게 상승하게 된다. 온도가 상승할 때, 전극봉의 텅스텐 재료의 열팽창이 램프의 전구(1)의 석영 유리 재료의 열팽창보다 크기 때문에, 재료에 높은 스트레스가 발생하며, 특히 램프의 전구(1)의 석영 유리 재료에 인장력을 발생시킨다. 이러한 스트레스는 램프의 전구(1)의 파열에 의한 램프의 빠른 고장으로 이어질 수 있다.

램프의 빠른 고장의 위험성을 감소시키기 위하여, 전극봉(3)의 표면의 적어도 일부에는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 길이 방향의 그루브(6), 즉 전극봉(3)의 축과 실질적으로 평행한 그루브가 제공된다. 도 2a는 도 1의 B-B선을 따라 취한 전극봉(3)의 단면도이다. 이 도면에서, 전극봉(3)의 원주 방향 표면 전체에 그루브(6)가 제공되지만, 이와 달리 표면의 일부에만 그루브가 제공될 수 있으 며, 이 일부는 램프의 전구(1)의 석영 유리 재료와 접촉된다. 또한, 석영 유리 재료와 접촉되는 표면의 일부의 부분에만 그루브(6)가 제공되는 경우에도 긍정적인 결과가 획득된다.

도 3의 (a), (b) 및 (c) 각각은 전극봉(3)의 끝 부분(9) 근처에 전극 코일(7)이 제공되는, 즉 전극봉(3)의 엔드가 가스 방전 공간(8)으로 연장되는 전극봉(3)을 도시한다. 전극 코일(7)은 전극봉(3)과 동일한 재료, 특히 텅스텐으로 이루어질 수 있다. 전극 코일(7)의 목적은 전극봉(3)의 직경을 증가시켜서, 전극(3)의 표면적을 확대시키는 것이다. 이에 의해, 전극봉(3)의 온도를 감소시키기 위하여 전극봉(3)으로부터의 열복사가 증가된다. 일반적으로, 전극 코일(7)은 가스 방전 공간(8)에 위치하지만, 전극 코일(7)의 일부가 램프의 전구(1)의 석영 유리 재료에 매립될 수 있다.

도 3의 (a)는 전극봉(3)을 도식적으로 도시하며, 여기서 전극 코일(7)의 왼쪽에 위치한 전극봉(3)의 일부는 램프의 전구(1)의 석영 유리 재료에 매립되게 된다. 그 부분 중 넓은 부분(10)에는 길이 방향의 그루브(6)가 제공되고, 작은 부분(11)에는 길이 방향의 그루브(6)가 제공되지 않는다. 도 3의 (b)는 전극봉(3)을 도시하며, 여기서 전극 코일(7)의 왼쪽에 위치한 부분 전체에 길이 방향의 그루브(6)가 제공되므로, 석영 유리 재료에 매립되는 전극봉의 부분에는 길이 방향의 그루브(6)가 전체적으로 제공된다. 도 3의 (c)는 전극봉(3)을 도시하며, 여기서 몰리브덴 포일 부재(4)에 접속되는 전극봉(3)의 엔드에 있는 부분(12)에는 길이 방향의 그루브(6)가 제공되지 않는다. 전극봉(3)의 그 부분(12)은 전극봉(3)의 다른 부분에 비해 동작 기간 동안에 상대적으로 낮은 온도를 갖는다.

도 4는 램프 어셈블리(15), 즉 고압 방전 램프(16) 및 리플렉터(17)의 유닛의 단면도를 도시한다. 리플렉터(17)는 주로 유리(유리, 유리-세라믹(glass-ceramic) 또는 석영)로 이루어지고, 벨 형상이며, 그 중심축(18)은 도면의 지면에서 연장된다. 리플렉터(17)는 그 포물선 형상(또는 타원형)의 내면에 광 반사 코팅(19)이 제공된다. 고압 가스 방전 램프(16)는 리플렉터(17)에 탑재되기 때문에, 램프(16)의 전구의 가스 방전 공간(20)은 리플렉터(17)의 위에서 말한 포물선 형상(또는 타원형)의 초점 근처에 위치한다. 가스 방전 공간(20) 내부에는 2개의 전극봉(21, 22)이 있고, 각 전극봉은 전극봉(21, 22)에 전류를 공급하기 위하여 몰리브덴 포일 부재(23, 24)를 통해 리드 와이어(25, 26)와 전기적으로 접속된다. 각 몰리브덴 포일(23, 24)은 램프(16)의 전구의 핀치 밀봉된 부분(27, 28)에 위치하고, 이 2개의 핀치 밀봉된 부분(27, 28)은 대향하는 방향에서 외부로 연장된다.

램프(16)는 하나의 핀치 밀봉된 부분(27)을 통해 리플렉터(17)에 부착되며, 여기서 핀치 밀봉된 부분(27)은 리플렉터(17)의 목부(neck portion)(30)에 존재하는 시멘트(29)에 매립된다. 리플렉터(17)와 램프(16) 사이의 분리될 수 없는 고형 접속을 위하여 시멘트(29)가 제공되며, 이에 의해 램프 어셈블리(15)에 의해 생성되는 광빔의 소정의 형상을 획득하기 위하여, 가스 방전 공간(20)이 원하는 위치에서 정확하게 유지된다. 다른 핀치 밀봉된 부분(28)은 리플렉터(17)의 포물선 형상(또는 타원형)의 중심축(18)을 따라 연장된다.

전류는 공급 와이어(31)를 통해 전극봉(22)에 공급된다. 공급 와이어(31)의 하나의 엔드는 리드 와이어(26)에 접속되고, 다른 엔드는 리플렉터(17)의 후면에 있는 제1 접촉 소자(33)에 접속된다. 전류는 역시 리플렉터(17)의 후면에 위치한 제2 접촉 소자(34)를 통해 전극봉(21)에 공급되며, 이 접촉 소자(34)는 리드 와이어(25)에 접속된다. 램프 어셈블리(15)의 전방측은 유리판(32)으로 덮혀 있어, 리플렉터(17)의 내부 공간은 막혀 있게 된다.

램프(16)의 전극봉(21, 22)의 표면의 대부분에는 예컨대, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 길이 방향의 그루브가 제공된다.

위에서 설명된 바와 같은 가스 방전 램프의 실시예는 단지 예시적일 뿐이며, 많은 다른 실시예들도 가능하다.

Claims

석영 유리의 전구(1) 및 금속 전극봉(3; 21, 22)이 제공되고, 상기 전극봉(3; 21, 22)은 상기 전구(1)의 석영 유리 재료에 적어도 부분적으로 매립되는 전기 램프로서,

상기 석영 유리 재료와 접촉되는 상기 전극봉(3; 21, 22)의 표면의 적어도 대부분에는 실질적으로 길이 방향을 갖는 그루브(6)가 제공되는 것을 특징으로 하는 램프.
제1항에 있어서,

상기 전극봉(3; 21, 22)의 금속 재료는 텅스텐을 적어도 70% 중량으로 포함하는 것을 특징으로 하는 램프.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 그루브(6)의 깊이는 1㎛보다 깊으며, 바람직하게는 2㎛ 내지 30㎛, 보다 바람직하게는 3㎛ 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 5㎛ 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 램프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 그루브(6)의 폭/깊이 비는 4보다 작고, 바람직하게는 2보다 작고, 보다 바람직하게는 1보다 작은 것을 특징으로 하는 램프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전극봉(3; 21, 22)의 단면의 그루브(6)의 수는 ㎜로 측정된 상기 전극봉(3; 21, 22)의 직경의 10 내지 4000배이며, 바람직하게는 ㎜로 측정된 상기 전극봉(3; 21, 22)의 직경의 100 내지 2000배이고, 보다 바람직하게는 250 내지 1000배인 것을 특징으로 하는 램프.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전극봉(3; 21, 22)의 단면에서, 상기 그루브(6)는 (360/n)° 플러스 또는 마이너스 (360/2n)°의 각도로 원주 상에 분포되고, 여기서 n은 상기 단면에 있는 그루브(6)의 수인 것을 특징으로 하는 램프.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전극봉(3; 21, 22)의 길이 방향 축과 상기 그루브(6) 사이의 각도는 20°보다 작으며, 바람직하게는 10°보다 작고, 보다 바람직하게는 4°보다 작은 것을 특징으로 하는 램프.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 램프는 고압 가스 방전 램프인 것을 특징으로 하는 램프.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전극봉(3; 21, 22)은 상기 램프의 상기 석영 유리 전구(1)의 핀치 밀봉된 부분(2; 27, 28)에 존재하는 것을 특징으로 하는 램프.
램프 및 리플렉터의 유닛으로서,

상기 리플렉터(17)에는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 램프(16)가 제공되는 것을 특징으로 하는 램프 및 리플렉터의 유닛.
석영 유리의 전구(1) 및 금속 전극봉(3; 21, 22)이 제공되고, 상기 전극봉(3; 21, 22)의 일부가 상기 전구(1)의 석영 유리 재료에 매립되는 전기 램프의 제조 방법으로서,

상기 전극봉(3; 21, 22)이 상기 석영 유리 재료에 매립되기 전에, 상기 석영 유리 재료와 접촉하게 될 상기 전극봉(3; 21, 22)의 표면의 적어도 대부분에는 실질적으로 길이 방향을 갖는 그루브(6)가 제공되는 것을 특징으로 하는 램프 제조 방법.