KR20110127398A - 형광램프의 실링방법 및 이를 위한 실링장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형광램프의 실링방법 및 실링장치를 개시한다. 본 발명에 따른 형광램프 실링방법은, (a) 유리관의 단부에 전극을 삽입하는 단계; (b) 상기 유리관의 단부를 가열하여 연화시키는 단계; (c) 상기 유리관의 주변에 자석을 대칭적으로 배치하여 상기 자석의 자기력을 이용하여 상기 전극을 상기 유리관의 중심축에 정렬시키는 단계; (d) 상기 전극이 상기 유리관의 중심축에 정렬된 상태에서 상기 유리관의 단부를 눌러서 밀봉시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 자기력에 의해 전극이 유리관의 중심축에 정확히 정렬될 수 있기 때문에 종래처럼 삽입부재나 삽입링을 사용할 필요가 없다. 따라서 삽입부재나 삽입링을 이용함으로써 방전가스가 오염되거나 방전효율이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다. 또한 상대적으로 큰 직경의 전극을 사용하더라도 유리관과 접촉하지 않도록 전극을 정확히 정렬할 수 있기 때문에 전극 면적을 넓혀 방전효율을 높이는 것이 용이해진다.

Description

형광램프의 실링방법 및 이를 위한 실링장치{Method of sealing fluorescent lamp and sealing device for the same}

본 발명은 형광램프의 실링방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 형광램프의 유리관 내부에 삽입되는 전극이 유리관의 내벽에 닿지 않도록 정확한 위치에 정렬하면서 실링할 수 있는 방법과 이에 사용되는 실링장치에 관한 것이다.

오늘날 광고용 패널, 액정표시장치 등의 백라이트나 조명장치의 광원에 냉음극 형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)가 많이 사용되고 있다.

냉음극 형광램프는 도 1에 도시된 바와 같이, 소정 길이의 유리관(10), 상기 유리관(10)의 양 단부에서 내부로 각각 삽입된 전극(20), 상기 전극(20)을 외부전원에 연결하기 위해 유리관(10)의 외부로 인출된 전원선(30)을 포함한다. 유리관(10)의 양단부에는 밀봉부(40)가 형성되며, 유리관(10)의 내부에는 아르곤(Ar), 네온(Ne) 등의 혼합방전가스와 수은(Hg)이 충진되고, 유리관(10)의 내벽에는 형광체가 도포되어 있다.

따라서 양 전극(20)간에 전압이 인가되면 전계에 의해 전극(20)에서 방출된 전자가 수은 원자를 여기시키며, 여기상태의 수은 원자가 기저상태로 환원하면서 자외선이 방출되고, 이 자외선에 의해 형광체가 여기되어 가시광선이 발생하게 된다.

도 2는 전극(20)과 이에 연결된 전원선(30)을 도시한 것으로서, 전극(20)을 도시된 바와 같이 컵 형상으로 제조하면 방전면적이 넓어지는 장점이 있다. 전원선(30)은 단일 소재가 아니라 전극(20)에 직접 연결되는 니켈선(32), 밀봉부(40)에 위치하는 부분으로서 유리관(10)과 비슷한 열팽창계수를 가지는 듀멧선(34), 외부전원과 연결되는 리드선(36)으로 구성된다. 듀멧선(34)은 철,니켈의 합금을 구리로 피복한 것이 주로 사용된다.

이러한 냉음극 형광램프는 다음과 같은 과정을 거쳐서 제조된다.

먼저, 유리관(10)을 적당한 길이로 절단한 후 단부를 매끄럽게 글레이징(grazing) 처리하고, 유리관(10)의 내벽에 형광체를 도포한 후 건조시킨다. 이어서 형광체 내부의 불순물을 제거하는 베이킹 과정을 거치고, 유리관(10)의 일 단부에 전극(20)을 삽입한 후 가열하여 밀봉시킨다. 이어서 유리관(10)의 타 단부에 전극(20)과 배기관을 삽입한 상태에서 밀봉부(40)를 형성하고, 고전압을 인가하여 전극과 유리관 내부의 불순물을 태우는 봄바딩(bombarding) 공정을 수행한다. 이어서 배기관을 통해 유리관(10)의 내부를 진공펌핑한 후 방전가스를 주입하고, 배기관과 유리관을 함께 녹여서 완전히 밀봉시킨다.

그런데 유리관(10)의 양 단부에 전극(20)을 삽입하고 밀봉시킬 때는 반드시 전극(20)과 유리관(10)의 내벽이 이격되어야 한다. 전극(20)이 유리관(10)의 내벽과 접촉하거나 지나치게 가까우면 불순물을 태우는 봄바딩 과정에서 유리관(10)의 접촉부분이 파손되거나 점등과 소등을 반복하는 과정에서 열팽창에 의해 파손될 수 있기 때문이다.

따라서 전극(20)을 유리관(10)의 내부에 실링하는 과정에서는 전극(20)을 유리관(10)의 중심축에 정확히 정렬시키는 것이 매우 중요하다. 전극(20)의 직경이 작은 경우에는 큰 문제가 없으나, 방전효율을 높이기 위해서는 가급적 큰 직경의 전극(20)을 사용해야 하는데, 종래에는 밀봉과정에서 전극(20)을 유리관(10)의 중심축에 정확히 정렬시킬 수 있는 방법이 없기 때문에 전극(20)의 직경을 키우는데 한계가 있었다. 전극(20)의 직경이 커질수록 전극(20)과 유리관(10)의 접촉 위험이 높아지기 때문이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 등록특허 제846731호가 제안되기도 하였으나, 상기 등록특허에 따른 형광램프는 도 3에 도시된 바와 같이 전극(20)의 단부에 세라믹재질의 삽입부재(50)를 장착하고 삽입부재(50)와 유리관(10)의 사이에 운모 재질의 삽입링(60)을 장착하는 점에 특징이 있다. 그런데 전극(20)에 삽입부재(50)와 삽입링(60)을 장착하면 전극(20)과 유리관(10)의 접촉가능성이 원천적으로 차단되기는 하지만, 봄바딩 과정에서 세라믹과 운모로부터 불순물이 발생하여 방전가스의 순도를 저하시키는 한편 이들 불순물이 수은과 결합하여 전자운동을 감소시켜 방전효율을 저하시키는 문제점이 발생한다. 또한 삽입부재(50)와 삽입링(60)으로 인해 유효방전면적이 줄어드는 것을 피할 수 없게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 형광램프를 구성하는 전극에 삽입부재나 삽입링을 장착하지 않고서도 전극을 유리관의 중심축에 정확히 정렬시킬 수 있는 실링방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, (a) 유리관의 단부에 전극을 삽입하는 단계; (b) 상기 유리관의 단부를 가열하여 연화시키는 단계; (c) 상기 유리관의 주변에 자석을 대칭적으로 배치하여 상기 자석의 자기력을 이용하여 상기 전극을 상기 유리관의 중심축에 정렬시키는 단계; (d) 상기 전극이 상기 유리관의 중심축에 정렬된 상태에서 상기 유리관의 단부를 눌러서 밀봉시키는 단계를 포함하는 형광램프의 실링방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 전극에 연결된 전원선이 삽입되는 전원선장착홈과 배기관이 삽입되는 배기관장착홈을 구비하는 홀더; 공정 중에 유리관을 지지하는 유리관 지지수단; 상기 유리관의 내부에 삽입된 상기 전극을 자기력을 이용하여 상기 유리관의 중심축에 정렬시키는 정렬장치; 상기 유리관의 단부를 가열하여 연화시키는 가열수단; 상기 전극이 상기 유리관의 내부에 삽입되어 정렬된 상태에서 연화된 유리관의 단부를 밀봉시키는 누름수단을 포함하는 형광램프 실링장치를 제공한다.

본 발명의 형광램프 실링장치에서, 상기 정렬장치는 상기 유리관의 중심축에 대해 대칭적으로 배치되고, 대향면이 정렬위치에서 상기 유리관의 외주면과 평행하도록 곡면으로 형성된 적어도 2개의 정렬유닛과, 상기 각 정렬유닛을 상기 유리관의 중심축을 향해 근접시키거나 멀어지게 하는 수평구동수단을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 형광램프 실링장치는, 상기 유리관의 길이방향과 평행하게 설치된 수직축; 상기 수직축과 상기 정렬장치를 연결하는 리니어가이드; 상기 수직축 또는 상기 정렬장치에 설치되어 상기 정렬장치를 승강시키는 수직구동수단을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 유리관을 밀봉할 때 자기력에 의해 전극이 유리관의 중심축에 정확히 정렬될 수 있으므로 종래처럼 삽입부재나 삽입링을 사용할 필요가 없다. 따라서 삽입부재나 삽입링을 이용함으로써 방전가스가 오염되거나 방전효율이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다.

또한 상대적으로 큰 직경의 전극을 사용하더라도 유리관과 접촉하지 않도록 전극을 정확히 정렬할 수 있기 때문에 전극 면적을 넓혀 방전효율을 높이는 것이 용이해진다.

도 1은 종래 냉음극 형광램프의 일 예를 나타낸 단면도
도 2는 전극을 나타낸 도면
도 3은 종래 냉음극 형광램프의 다른 예를 나타낸 단면도
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 냉음극 형광램프의 실링방법을 순서대로 나타낸 공정순서도
도 5는 본 발명에 따른 정렬장치가 전극의 주변에 위치한 모습을 나타낸 도면
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 정렬장치의 동작을 나타낸 도면
도 7은 본 발명에 따른 정렬장치의 다른 유형을 나타낸 도면
도 8은 배기관이 없는 단부에서의 실링과정을 나타낸 도면

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 냉음극 형광램프의 실링방법을 순서대로 나타낸 공정순서도이다.

냉음극 형광램프를 구성하는 유리관(10)의 내부에 전극(20)을 삽입한 상태에서 방전가스를 주입하고 밀봉하는 공정은 실링장치에서 진행된다. 일반적으로 실링장치는 다수의 유리관(10)을 직립상태로 유지하는 다수의 지지수단을 구비하는 회전테이블과 회전테이블의 원주방향을 따라 설치된 가열유닛, 밀봉유닛, 배기유닛, 가스주입유닛 등을 포함한다. 회전테이블을 대신하여 컨베이어, 롤러 등의 인라인 방식의 이송라인을 설치하고, 상기 가열유닛, 밀봉유닛, 배기유닛, 가스주입유닛 등을 상기 이송라인의 측방에 배치할 수도 있다. 이와 달리 각 공정유닛이 연속적으로 배치되지 않고 서로 별개로 배치되는 경우도 있다.

본 발명은 이러한 공정유닛 중 밀봉유닛에서 형광램프의 단부를 밀봉할 때 전극(20)을 유리관(10)의 중심축에 정확히 정렬시키기 위하여 안출된 것이다.

이하에서는 유리관(10)의 일 단부에 배기관과 전극을 함께 실링하는 경우를 설명하기로 한다.

먼저 본 발명의 실시예에 따른 실링장치는 도 4a에 도시된 바와 같은 홀더(70)를 구비한다. 연속공정을 위해서는 홀더(70)를 실링장치의 회전테이블이나 이송라인에 설치하는 것이 바람직하다. 도시하지는 않았지만 유리관(10)에 대한 가열공정 중에 홀더(70)를 회전시킬 수 있는 회전구동수단을 홀더(70)에 연결할 수도 있다.

홀더(70)는 그 상면부에 배기관장착홈(72)과 전원선장착홈(74)을 구비하며, 도 4b에 도시된 바와 같이 배기관장착홈(72)에는 배기관(80)을 삽입하고 전원선장착홈(74)에는 전극(20)에 연결된 전원선(30)을 삽입한다. 이때 배기관(80)은 그 상단부가 전극(20)의 하부에 위치하도록 배기관장착홈(72)에 삽입되어야 한다.

이어서 형광체를 도포하고 베이킹 처리를 마친 유리관(10)을 홀더(70)의 상부로 이송하여 도 4c에 도시된 바와 같이 수직으로 세운다. 이때 유리관(10)의 하단부의 내부에 전극(20)과 전원선(30)이 삽입되어야 한다.

유리관(10)은 공정 중에 안정적으로 수직상태를 유지할 수 있어야 하므로, 실링장치는 유리관(10)을 지지할 수 있는 유리관 지지수단(90)을 구비하는 것이 바람직하다. 유리관 지지수단(90)은 유리관(10)의 외주면을 안정적으로 잡을 수 있는 그리퍼(gripper)(92)를 구비하며, 도면에는 편의상 1개만 도시되었으나 적어도 2개의 그립퍼(92)가 상하로 이격되어 설치되는 것이 바람직할 것이다.

유리관 지지수단(90)의 하단부를 홀더(70)와 연결하면 홀더(70)가 회전할 때 유리관 지지수단(90)도 함께 회전할 수 있다. 한편 유리관 지지수단(90)은 유리관(10)의 단부를 밀봉할 때까지 유리관(10)을 지지하는 것이므로 이후의 도 4d 및 도 4e의 공정에서도 도면에 표시되지는 않았지만 계속 사용된다.

이어서 도 4d에 도시된 바와 같이 버너 등의 가열수단(300)을 이용하여 유리관(10)의 단부를 가열시켜서 연화시킨다. 이때 유리관 지지수단(90)의 하단부가 홀더(70)와 연결되어 있으면, 홀더(70)를 회전시킴으로써 유리관(10)도 함께 회전하게 되며, 이를 통해 유리관(10)의 단부를 고르게 가열할 수 있다.

도시된 바와 같이 유리관(10)의 양측에 버너를 배치하면 홀더(70)를 좌우 90도씩 왕복 회전시킴으로써 유리관(10)의 둘레를 고르게 가열할 수 있다.

다른 방법으로서, 홀더(70)를 고정한 채 유리관 지지수단(90)의 그리퍼(92)에 롤러 등을 설치하여 유리관(10)을 회전시키는 것도 가능할 것이다.

이어서 유리관(10)의 단부를 눌러서 밀봉부를 형성해야 하는데, 본 발명은 이 과정에서 도 4e에 도시된 바와 같이 정렬장치(100)를 사용하여 전극(20)을 유리관(10)의 중심축에 정렬시키는 점에 특징이 있다.

정렬장치(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1정렬유닛(110)과 제2정렬유닛(120)을 포함한다. 제1정렬유닛(110)과 제2정렬유닛(120)은 서로 대향하는 면에 각각 동일한 곡률의 곡면을 구비하며, 제1정렬유닛(110)과 제2정렬유닛(120)이 정렬위치에 도달하였을 때 각 곡면이 유리관(10)의 외주면과 평행하도록 형성되어야 한다.

제1정렬유닛(110)과 제2정렬유닛(120)은 그 자체가 자석으로 구성될 수도 있고, 그 내부에 자석이 장착될 수도 있다. 또한 서로 대향하는 곡면에 동일 곡률의 자석이 부착될 수도 있다. 어떤 경우이든지 유리관(10)의 중심점을 기준으로 자기력선이 대칭적으로 형성되도록 자석이 배치되어야 할 것이다.

또한 제1정렬유닛(110)과 제2정렬유닛(120)의 자석들은 서로 척력을 발휘하여 전극(20)을 정렬하기 위한 것이므로 서로 동일한 극성을 가져야 한다.

한편 제1정렬유닛(110)과 제2정렬유닛(120)은 유리관(10) 및 전극(20)에 대하여 수평방향으로 근접이동을 하거나 멀어질 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 이를 위해서 예를 들어 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 제1정렬유닛(110)과 제2정렬유닛(120)의 사이에 구동실린더(130)를 연결할 수 있다. 즉, 공압 또는 유압으로 작동하는 구동실린더(130)의 일단을 제2정렬유닛(120)에 고정하고 피스톤로드(132)를 제1정렬유닛(110)에 고정할 수 있다. 제1정렬유닛(110)과 제2정렬유닛(120)의 수평방향 구동수단이 구동실린더에 한정되는 것은 아니므로 모터, 볼스크류, 리니어가이드 등이 사용될 수도 있다.

또한 정렬장치(100)는 수직방향으로 승강할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 전술한 가열수단(300)이 유리관(10)의 하단을 가열시키는 동안에는 정렬장치(100)가 가열위치로부터 멀리 이격되어 있다가 밀봉공정을 진행할 때만 하강하여 정렬위치로 이동하는 것이 바람직하기 때문이다.

정렬장치(100)의 수직운동을 위해서는 도시된 바와 같이 리니어가이드(210)를 이용하여 정렬장치(100)를 수직축(200)에 대해 승강할 수 있도록 결합하면 된다. 이 경우 공압실린더, 모터 등(미도시)을 수직축(200) 또는 정렬장치(100)에 고정하고 피스톤로드 등을 반대쪽 - 정렬장치(100) 또는 수직축(100) - 에 고정하면 된다. 필요에 따라서는 수직축(200) 자체를 수평방향으로 이동하도록 설치할 수도 있다.

한편 본 발명에서 정렬장치(100)를 제1정렬유닛(110)과 제2정렬유닛(120)의 2개 유닛으로 분리하여 구성한 것은 예시에 불과한 것이다. 따라서 정렬장치(100)를 유리관(10)의 중심축을 기준으로 대칭적으로 배치된 3개 이상의 정렬유닛으로 구성할 수도 있다.

또한 이와 같이 정렬장치(100)를 제1정렬유닛(110)과 제2정렬유닛(120)의 2개 유닛으로 분리하여 구성한 것은 각 정렬유닛(110, 120)을 유리관(10)의 측방에서 정렬위치로 또는 반대쪽으로 이동시키기 위한 것이며, 이를 위해 전술한 수평방향 구동수단이 필요한 것이다.

그런데 도 7에 도시된 바와 같이 정렬장치(100)에 관통부(150)를 형성하고, 상기 관통부(150)를 통과하도록 유리관(10)이 설치할 수도 있다. 이 경우에는 정렬장치(100)를 승강시키는 수직방향 구동수단은 필요하지만, 수평방향 구동수단은 생략될 수 있다. 이 경우에도 관통부(150)의 내벽은 정렬위치에서 유리관(10)과 평행하도록 곡면으로 형성되어야 하며, 자기력이 유리관(10)의 중심을 기준으로 대칭적으로 가해지도록 자석이 배치되어야 할 것이다.

다시 도 4e에서, 전술한 정렬장치(100)를 이용하여 유리관(10)의 중심축에 전극(20)을 정렬한 다음에는 가열되어 연화된 유리관(10)의 단부를 누름수단(400)으로 눌러서 밀봉시킨다. 이때 전원선(30)의 듀멧선(34)과 유리관(10)의 단부를 일치시킴으로써 밀봉부(40)의 내부에 듀멧선(34)이 위치하도록 하여야 한다.

이어서 유리관(10)의 반대쪽 단부를 전술한 바와 동일한 과정을 거쳐 밀봉하면 도 4f에 도시된 바와 같은 중간제품이 완성된다. 유리관 반대쪽 단부에 대한 공정은 도 8에 도시된 바와 같이 배기관이 없는 상태에서 정렬 및 밀봉공정을 진행하면 된다. 배기관이 없는 단부를 먼저 밀봉한 후에 전술한 도 4a 내지 도 4f 의 공정을 진행할 수도 있음은 물론이다.

이후에는 종래의 방법과 마찬가지로, 전극(20)에 고전압을 인가하여 전극(20)과 유리관(10) 내부의 불순물을 태우는 봄바딩(bombarding) 공정을 수행하고, 이어서 배기관(80)을 통해 유리관(10)의 내부를 진공 펌핑한 다음 혼합방전가스를 주입하고, 마지막으로 배기관(80)과 유리관(10)을 함께 녹여서 완전히 밀봉시킨다.

한편 이상에서는 냉음극 형광램프를 실링하는 과정에서 전극(20)을 유리관(10)의 내부에 정확히 정렬시키는 방법을 설명하였다. 그러나 본 발명의 실시예가 반드시 냉음극 형광램프에 한정되는 것은 아니어서 유리관의 내부에 전극이 삽입되는 열음극 형광램프 등 다른 유형의 형광램프에도 적용될 수 있다.

또한 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 또는 수정될 수 있다. 그런데 이렇게 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.

10: 유리관 20: 전극
30: 전원선 40: 밀봉부
70: 홀더 80: 배기관
90: 유리관 지지수단92: 그리퍼
100: 정렬장치 110: 제1정렬유닛
120: 제2정렬유닛 130: 구동실린더
132: 피스톤로드 150: 관통부
200: 수직축 210: 리니어가이드
300: 가열수단 400: 누름수단

Claims (4)

1. (a) 유리관의 단부에 전극을 삽입하는 단계;
   (b) 상기 유리관의 단부를 가열하여 연화시키는 단계;
   (c) 상기 유리관의 주변에 자석을 대칭적으로 배치하여 상기 자석의 자기력을 이용하여 상기 전극을 상기 유리관의 중심축에 정렬시키는 단계;
   (d) 상기 전극이 상기 유리관의 중심축에 정렬된 상태에서 상기 유리관의 단부를 눌러서 밀봉시키는 단계;
   를 포함하는 형광램프의 실링방법
   
2. 전극에 연결된 전원선이 삽입되는 전원선장착홈과 배기관이 삽입되는 배기관장착홈을 구비하는 홀더;
   공정 중에 유리관을 지지하는 유리관 지지수단;
   상기 유리관의 내부에 삽입된 상기 전극을 자기력을 이용하여 상기 유리관의 중심축에 정렬시키는 정렬장치;
   상기 유리관의 단부를 가열하여 연화시키는 가열수단;
   상기 전극이 상기 유리관의 내부에 삽입되어 정렬된 상태에서 연화된 유리관의 단부를 밀봉시키는 누름수단;
   을 포함하는 형광램프 실링장치
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 정렬장치는,
   상기 유리관의 중심축에 대해 대칭적으로 배치되고, 대향면이 정렬위치에서 상기 유리관의 외주면과 평행하도록 곡면으로 형성된 적어도 2개의 정렬유닛;
   상기 각 정렬유닛을 상기 유리관의 중심축을 향해 근접시키거나 멀어지게 하는 수평구동수단;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광램프 실링장치
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 유리관의 길이방향과 평행하게 설치된 수직축;
   상기 수직축과 상기 정렬장치를 연결하는 리니어가이드;
   상기 수직축 또는 상기 정렬장치에 설치되어 상기 정렬장치를 승강시키는 수직구동수단;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광램프 실링장치

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