KR20090015914A

KR20090015914A - 고압력 가스 방전 램프 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20090015914A
Application number: KR1020087027033A
Authority: KR
Inventors: 조셉 에프. 알. 에이저맨스
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2009-02-12
Also published as: JP2009532840A; US20090243485A1; WO2007113742A2; CN101416274A; EP2005463A2; US7982399B2; WO2007113742A3; CN101416274B

Abstract

석영 유리의 벌브(1) 및 두 개의 전극바(8, 9)를 가지며, 각각의 전극바(8, 9)의 한쪽 종단은 석영 유리 소재에 끼워넣어진 몰리브덴 포일 부재(6, 7)에 연결되고, 각각의 전극바의 다른쪽 종단은 벌브(1) 내의 가스 방전 공간(2)으로 돌출하는 고압력 가스 방전 램프가 제공된다. 전극바(8, 9)의 일 부분은 벌브(1)의 석영 유리 소재에 끼워넣어진다. 전극바(8, 9)의 끼워넣어진 부분의 표면에는, 램프 제조 시 전극바(8, 9)를 둘러싸는 석영 유리 소재 내의 미리 결정된 위치에서 균열(18)을 촉발하기 위한 수단이 제공된다.

전극바, 가스 방전 램프, 균열 촉발, 벌브

Description

고압력 가스 방전 램프 및 그 제조 방법{HIGH-PRESSURE GAS DISCHARGE LAMP HAVING ELECTRODE RODS WITH CRACK-INITIATING MEANS}

본 발명은 석영 유리(quartz glass)의 벌브(bulb) 및 두 개의 전극바(electrode rod)를 갖고, 각 전극바의 한쪽 종단은 석영 유리 소재 내에 포함된 각각의 몰리브덴 포일 부재에 연결되는 한편, 각 전극바의 다른쪽 종단은 벌브 내의 가스 방전 공간으로 돌출하고, 전극바의 일 부분은 벌브의 석영 유리 소재 내에 끼워넣어진 고압력 가스 방전 램프(high-pressure gas discharge lamp)에 관한 것이다.

이러한 종류의 램프가 GB-A-23516093에 공개된다. 이 공개는 램프의 방전 공간을 감싸는 석영 유리 벌브을 포함하는 가스 방전 램프를 기술한다. 램프에게는 석영 유리 벌브의 각 종단에 하나씩, 두 개의 핀치 봉합 부분(pinch-sealed portions)이 제공된다. 두 개의 텅스텐 전극바의 종단은 방전 공간으로 돌출하고, 각 전극바의 일 부분은, 두 개의 전극바가 서로에게 동축으로(coaxially) 배치되는 방식으로 벌브의 핀치 봉합 부분에 끼워넣어진다. 두 개의 전극바의 다른 종단은 전극바에게 전기 전류를 공급하기 위한 도전성의 몰리브덴 포일 부재의 종단에 연결되며, 이 몰리브덴 포일 부재도 램프의 석영 유리 벌브의 핀치 봉합 부분에 역시 끼워넣어진다. 몰리브덴 포일 부재의 다른 종단은 램프의 석영 유리 벌브의 바깥 으로 연장하는 리드 와이어(lead wire)에 연결된다.

이러한 램프, 예를 들면, 고압력 수은 방전 램프는 정상 동작 중에는 최고 200 b까지의 가스 압력을 가질 수 있고, 50W 내지 500W의 범위, 또는 심지어 1500W까지의 전력을 소모할 수 있다. 두 개의 전극바는 벌브의 양쪽 단에서 동축으로 배치될 수 있지만, 램프의 석영 유리 벌브의 동일한 핀치 봉합 부분 내에 끼워 넣어지면서 서로에게 소정의 거리를 둔 상태에서 병렬로 배치될 수도 있다. 램프는 램프 및 반사체를 포함하는 유닛의 통합된 부분일 수 있다.

이러한 램프에서는, 전극바의 소재와, 램프 벌브의 핀치 봉합 부분에서 전극바의 일 부분을 둘러싸고 있는 벌브의 석영 유리 소재 사이에 열팽창 계수차가 존재한다. 이러한 열팽창 계수의 차는, 사용중일 때, 특히 런업(run-up) 단계에서 램프의 소재에 높은 스트레스를 야기하며, 높은 스트레스는 램프 벌브의 균열 또는 폭발에 의한 때이른 램프 파손을 초래한다. 열팽창 계수에서의 차이로 인한 석영 유리 내의 균열을 피하기 위해, 전극바 둘레로의 코일 적용 또는 전극바를 둘러싼 포일 등과 같은 여러 조치들이 알려졌다. 이러한 조치의 불이익은 상대적으로 높은 추가 비용이며, 대부분의 이러한 조치는 램프에서 추가적인 부품을 필요로 한다.

공개공보 GB-A-2351603은 램프의 제조 중에 벌브의 석영 유리 소재 내에서의 소정의 균열을 일으킬 것을 제안하며, 이로써 소위 잔류 압축 응력 계층(residual-compressive-stress layer)이 전극바를 둘러싸며 부착되도록 형성된다. 코팅이라고도 나타내지고 이하에서는 비드(bead)라고 칭해지는 이러한 계층은, 전극바의 일 부분을 둘러싸고, 석영 유리 소재 내의 방사향(radial direction)으로의 추가적인 균열을 방지한다. 이러한 추가적인 균열은 석영 유리 벌브의 외부 표면으로 확장되어, 램프의 정상 기능을 종료시킬 수 있다.

하지만, 비드의 길이는 어떤 제한 범위내로 유지되어야만 한다. GB-A-2351603에 기술된 것처럼, 비드의 길이는 몰리브덴 포일 부재와의 연결부로부터 측정된, 전극바의 끼워넣어진 부분의 길이의 적어도 30%여야 한다. 램프는 전극바와 그를 둘러싸는 석영 유리 간에 점착을 이루기 위해 비교적 고온에서 제조되어, 팽창 차에 의한 균열을 일으키며, 이는 전극바의 상기 끼워넣어진 부분의 일부를 둘러싸는 비드의 윤곽을 균열시킨다. 램프 제조 이후, 비드의 길이가 측정되고, 만약 비드의 길이가 너무 짧다면, 램프는 버려진다. 그러나, 비드의 길이는 너무 길지 않아야 한다고 드러났다. 특히, 전극바가 끼워넣어져 있는 위치에서의 석영 유리 소재의 횡단 치수가 비교적 작고, 및/또는 전극이 비교적 큰 직경, 예를 들면, 250㎛ 보다 큰 직경을 가진다면, 비드의 길이는 전극바의 끼워넣어진 부분의 길이보다는 분명히 실질적으로 작을 것이다. 그렇지 않다면, 비드의 직경은 너무 커져서, 방사형 균열을 초래할 수 있다.

앞서 기술된 것과 같은 비드 생성의 부수적인 이점은 전극바와 석영 유리간 공간의 부재이다. 가스 방전 공간의 염 충전재(salt filling)가 이러한 공간으로 이동할 때, 그 공간은 램프 기능 상에 있어 부정적인 효과를 가질 것이다.

본 발명의 목적은, 전극바의 일부가 벌브의 석영 유리 소재 내에 끼워넣어지고 적절한 길이를 갖는 비드가 램프 제조 중에 생성된, 석영 유리 벌브 및 두 개의 전극바를 갖는 고압력 가스 방전 램프를 제공하는 것이다.

이 목적은 전극바의 끼워넣어진 부분의 표면이 램프 제조 시 전극바를 둘러싸는 석영 유리 소재 내의 미리 결정된 위치에서 균열을 촉발(initiating)하기 위한 수단을 가지는 것으로 이루어진다. 균열 촉발 수단을 사용함으로써, 전극바 둘레의 비드가, 전극바가 몰리브덴 포일 부재에 연결된 위치로부터 균열 촉발 수단의 위치로 연장한다는 것이 실시에 의해 증명되었다. 따라서, 비드는 미리 결정된 길이를 가지며, 램프의 개선된 품질을 초래한다.

바람직한 실시예에서, 상기 균열 촉발을 위한 수단은 몰리브덴 포일 부재로부터 미리 결정된 거리에서 전극바의 원주(circumference) 상에 분포된 다수의 리세스(recess)(예를 들면, 오목한 곳(dent) 또는 움푹 들어간 곳(indentation)) 및/또는 돌기부를 포함하고, 및/또는 상기 균열 촉발 수단은 몰리브덴 포일 부재로부터 미리 결정된 거리에서 전극바의 표면 내에 하나 이상의 접선(tangential) 홈(groove) 및/또는 융기(ridge)를 포함하고, 및/또는 균열 촉발 수단은 몰리브덴 포일 부재로부터 미리 결정된 거리에서 전극바의 표면 상에 추가적인 소재의 점(dot)들을 포함한다. 전극바의 표면 상의 이러한 모든 수단은 (개별적으로 또는 조합하여) 전극바 둘레의 적절한 길이를 가지는 비드를 형성하기 위해 전극바 주위의 석영 유리 소재 내에 작은 균열을 촉발하는 데에 효과가 있는 것으로 나타났다. 이러한 수단은 본 기술 분야에서 알려진 것과 같이, 레이저 빔 동작에 의해 생성될 수 있다.

또다른 실시예에서, 균열을 촉발하기 위한 수단은 몰리브덴 포일 부재로부터 미리 결정된 거리에서 전극바 둘레에 짧은 길이를 가지는 와이어 코일을 포함한다. 전극바 둘레를 단지 한 바퀴 또는 두 바퀴를 감는 이러한 철사 코일 또한 미리 결정된 위치에서 균열을 촉발하기 위한 효율적인 수단이다.

바람직한 실시예에서, 상기 균열을 촉발하기 위한 수단은 몰리브덴 포일 부재로부터, 상기 전극바의 끼워넣어진 부분의 길이의 90% 미만, 바람직하게는 80% 미만, 더 바람직하게는 70% 미만의 거리를 두고 배치된다. 상기 전극바의 끼워넣어진 부분의 길이는 전극바가 몰리브덴 포일 부재에 연결된 위치와 전극바가 벌브의 가스 방전 공간으로 진입하는 위치 사이의 길이이다. 더욱이, 상기 균열을 촉발하기 위한 수단은 몰리브덴 포일 부재로부터, 전극바의 끼워넣어진 부분의 길이의 20% 초과, 바람직하게는 30% 초과의 거리를 두고 배치된다. 따라서, 미리 결정된 치수를 갖는 적절한 비드가 전극바 둘레에 생성될 수 있다.

또한, 본 발명은 석영 유리의 벌브 및 두 개의 전극바를 가지는 고압력 가스 방전 램프를 제조하는 방법에 관한 것이며, 각 전극바의 한쪽 종단은 석영 유리 소재 내에 끼워넣어진 몰리브덴 포일 부재에 연결되며, 각 전극바의 다른쪽 종단은 진공 방사관 내의 가스 방전 공간으로 돌출되며, 전극바의 일 부분은 벌브의 석영 유리 소재 내에 끼워넣어지고, 여기서 균열은 몰리브덴 포일 부재로부터 미리 결정된 거리에서 전극바의 표면 상에서 균열 촉발 수단에 의해, 램프 제조 시, 벌브의 석영 유리 소재에서 촉발된다.

본 발명은 3개의 개략도를 포함하는 도면을 참조하여 더 설명될 것이다.

도 1은 가스 방전 램프를 도시한 도면.

도 2는 램프의 전극바를 도시한 도면.

도 3은 램프의 일 부분의 단면도.

도면들은 본 발명의 설명과 관련한 부분들만을 보여주는 도식적인 표현들이다.

도 1은 석영 유리 소재의 벌브(1)를 가지는 가스 방전 램프를 보여준다. 벌브(1)는, 예를 들면, 수은, 요오드화 나트륨, 요오드화 스칸듐, 크세논 및/또는 다른 가스들로 채워진 가스 방전 공간(2)을 수용한다. 벌브(1)는 투명한 외측 엔벨로프(3)로 둘러싸여진다.

램프의 벌브(1)에는, 벌브(1)의 양단에 두 개의 핀치 봉합된 부분(4, 5)이 제공된다. 각각의 핀치 봉합된 부분(4, 5)은 벌브(1)의 석영 유리 소재 내에 끼워넣어진 몰리브덴 포일 부재(6, 7)를 포함한다. 각각의 몰리브덴 포일 부재(6, 7)는 전극바(8, 9)의 종단에 연결되는 한편, 각각의 전극바(8, 9)의 다른 종단은 가스 방전 공간(2)으로 돌출한다. 전극바(8, 9)는 적어도 그들의 표면에서, 첨가물, 예를 들면, ThO₂을 포함할 수 있는 텅스텐으로 만들어진다.

몰리브덴 포일 부재(6, 7) 역시 벌브(1)의 석영 유리 소재 외부로 돌출하는 각각의 리드 와이어(lead wires)(10, 11)에 연결되어, 포일 부재들이 전력 공급 수단에 연결될 수 있다. 전력은 몰리브덴 포일 부재(6, 7)를 통하여 전극바(8, 9)로 공급된다.

램프를 램프 고정자(lamp holder)에 연결하기 위한 캡(cap)(12)이 램프에 제공된다. 램프 캡(12)은 램프 고정자 내의 대응되는 접촉 부재에 연결되는 접촉 엘리먼트(도시되지 않음)를 가지며, 이로 인해 전력은 이 접촉 부재들을 통하여 램프 고정자로부터 램프로 공급될 수 있다. 리드 와이어(10)는 상기 접촉 부재들 중 하나에 연결되고, 다른 접촉 부재는 리드 와이어(11)로의 전기 공급을 위해 전기적 전류 안내 바(electric current-guiding rod)로 연결된다.

도 1의 동그라미 부분(17)은 전극바(8, 9) 중 하나를 가리키며, 여기서 전극바(8)는 도 2의 투시도에 도식적으로 표현된다. 전극바(8)의 원통형의 외부 표면은 실질적으로 평활하다. 원통형의 외부 표면에는 추가적인 텅스텐 소재의 다수의 점(dot)(14)들이 제공되며, 점(14)들은 전극바(8)의 표면 상에 동그라미(점선(15)) 내에 위치한다. 추가적인 소재의 점(14) 대신에, 전극바의 표면 상에 리세스 또는 다른 수단들이 만들어질 수 있다.

도 3은 도 1의 동그라미 부분(17)에 의해 지시되는 램프의 일부의 개략적인 단면도이다. 램프 벌브(1)의 석영 유리 소재의 핀치 봉합된 부분(4)은 전극바(8)의 종단에 연결된 몰리브덴 포일 부재(6)를 포함한다. 전극바(8)의 다른 종단은 램프 벌브(1)의 가스 방전 공간(2)으로 돌출한다.

석영 유리 소재와 텅스텐 전극바(8) 간의 점착이 양호한 경우, 램프 벌브(1)가 봉해지고 소재가 냉각된 후, 전극바의 소재 및 석영 유리 소재의 팽창 계수 차에 의한, 소재 내의 높은 신장력(tensile stress)이 있을 것이다. 이러한 스트레 스는 램프의 제조 또는 사용 시, 석영 유리 소재에서의 균열을 일으킬 것이다. 만약 특정한 온도가 봉합 과정에서 가해지면, GB-A-2351603에서 기술된 바와 같이, 램프 제조 시 석영 유리 소재 내에 균열이 생성될 것이다.

실시에서, 석영 유리 소재 내의 이러한 균열(18)은 전극바(8)의 일부를 둘러싸는 소위 비드(16)의 경계를 형성하는 것으로 보인다. 비드(16)는 석영 유리 소재의 남은 부분으로부터 균열(18)에 의해 분리된 석영 유리 소재의 조각(piece)이며, 이는 전극바(8)를 둘러싼다. 비드(16)는 램프의 동작 시, 석영 유리 소재를 (제어되지 않는) 추가적인 균열, 예를 들면, 방사상 균열,로부터 보호한다.

전극바(8)의 직경 및 길이와 핀치 봉합된 부분(4)의 치수에 의존하여, 비드(16)는 램프의 바람직한 개선을 얻기 위해 미리 결정된 치수를 가져야만 한다. 구체적으로, 만약 비드(16)가 너무 길다면, 그 직경은 너무 커질 수 있어서, 램프의 동작 시 석영 유리 소재의 추가적인 균열을 일으킨다. 그러므로, 미리 결정된 길이를 가지는 비드(16)를 생성하는 것이 바람직하다.

실시에서, 비드(16)의 한쪽 종단은 몰리브덴 포일 부재(6)와 전극바(8) 사이의 연결부에 가까이 위치된다. 따라서 만약 다른쪽 종단이 미리 결정된 위치에서 생성될 수 있다면, 비드(16)의 길이가 정의된다. 그러므로, 전극바(8)에는, 전극바(8)의 미리 결정된 위치에서 균열 촉발 수단(14)이 제공된다.

도 3에서, 비드(16)의 길이가 L1에 의해 지시되고, 석영 유리 소재 내에 끼워넣어진 전극바(8)의 부분이 L2에 의해 지시된다. 균열 촉발 수단을 전극바(8)의 표면 상의 미리 결정된 위치에 배치함으로써, 비드(16)의 길이 L1은 전극바(8)의 끼워넣어진 부분의 길이(L2)의 특정 비율이다. 램프의 이 예시에서, 비율은 대략 60%이다.

앞서 기술된 램프의 실시예는 단지 본 발명에 따른 가스 방전 램프의 예시이며, 많은 다른 실시예들이 가능하다.

Claims

석영 유리(quartz glass)의 벌브(bulb) 및 두 개의 전극바(electrode rod)를 갖고, 각 전극바의 한쪽 종단은 석영 유리 소재 내에 끼워넣어진 각각의 몰리브덴 포일 부재에 연결되는 한편, 각 전극바의 다른쪽 종단은 벌브 내의 가스 방전 공간으로 돌출하고, 전극바의 일 부분은 벌브의 석영 유리 소재 내에 끼워넣어진 고압력 가스 방전 램프(high-pressure gas discharge lamp)에 있어서,

상기 램프의 제조 시, 상기 전극바의 상기 끼워넣어진 부분의 표면은 상기 전극바를 둘러싸는 상기 석영 유리 소재 내의 미리 결정된 위치에서 균열 촉발(initiating)을 위한 수단을 가지는 것으로 특징으로 하는 고압력 가스 방전 램프.
제1항에 있어서,

상기 균열을 촉발하기 위한 수단은 상기 몰리브덴 포일 부재로부터 미리 결정된 거리에서 상기 전극바의 원주(circumference) 위에 분포되어 있는 다수의 리세스(recess)를 포함하는 고압력 가스 방전 램프.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 균열을 촉발하기 위한 수단은 상기 몰리브덴 포일 부재로부터 미리 결정된 거리에서 상기 전극바의 원주 위에 분포된 다수의 돌기부(protrusion)를 포함 하는 것을 특징으로 하는 고압력 가스 방전 램프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 균열을 촉발하기 위한 수단은 상기 몰리브덴 포일 부재로부터 미리 결정된 거리에서 상기 전극바의 표면 내에 하나 이상의 접선(tangential) 홈(groove) 및/또는 융기(ridge)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압력 가스 방전 램프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 균열을 촉발하기 위한 수단은 상기 몰리브덴 포일 부재로부터 미리 결정된 거리에서 상기 전극바의 표면 상에 추가적인 소재의 점(dot)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압력 가스 방전 램프.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 균열을 촉발하기 위한 수단은 상기 몰리브덴 포일 부재로부터 미리 결정된 거리에서 상기 전극바 주위에 짧은 길이를 갖는 와이어 코일(wire coil)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압력 가스 방전 램프.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

균열을 촉발하기 위한 상기 수단은 상기 몰리브덴 포일 부재로부터, 상기 전극바의 상기 끼워넣어진 부분의 길이의 90% 미만, 바람직하게는 80% 미만, 더 바람 직하게는 70% 미만의 거리에 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 고압력 가스 방전 램프.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 균열을 촉발하기 위한 수단은 상기 몰리브덴 포일 부재로부터, 상기 전극바의 상기 끼워넣어진 부분의 길이의 20% 초과, 바람직하게는 30% 초과의 거리에 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 고압력 가스 방전 램프.
석영 유리의 벌브 및 두 개의 전극바를 갖고, 각 전극바의 한쪽 종단은 석영 유리 소재 내에 끼워넣어진 몰리브덴 포일 부재에 연결되는 한편, 각 전극바의 다른쪽 종단은 벌브 내의 가스 방전 공간으로 돌출하고, 전극바의 일 부분은 벌브의 석영 유리 소재 내에 끼워넣어진 고압력 가스 방전 램프를 제조하는 방법에 있어서,

상기 램프의 제조 시, 상기 몰리브덴 포일 부재로부터 미리 결정된 거리에서 상기 전극바의 표면 상에 있는 균열 촉발 수단에 의해, 상기 전극바를 둘러싸는 상기 석영 유리 소재에서 균열이 촉발되는 것을 특징으로 하는 고압력 가스 방전 램프 제조 방법.