KR20130058606A - 세라믹 메탈 할라이드 램프 - Google Patents

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KR20130058606A
KR20130058606A KR1020120126596A KR20120126596A KR20130058606A KR 20130058606 A KR20130058606 A KR 20130058606A KR 1020120126596 A KR1020120126596 A KR 1020120126596A KR 20120126596 A KR20120126596 A KR 20120126596A KR 20130058606 A KR20130058606 A KR 20130058606A
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가즈히코 가와사키
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가부시키가이샤 지에스 유아사
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Abstract

근접 도체를 구비한 정격 램프 전력이 450W 이상 1500W 이하인 것에 있어 본관부 및 세관부의 연결 부분에 크랙이 발생하지 않는 세라믹 메탈 할라이드 램프를 제공한다.
본관부(21) 및 상기 본관부(21)의 축방향 양단부에 설치된 세관부(22)를 가지는 발광관(2), 상기 발광관(2)의 세관부(22)에 삽입하여 설치된 전극(41, 42), 상기 전극(41, 42)의 선단부에 권취하여 설치된 제1 코일(4b), 상기 제1 코일(4b)의 후단 측에서 전극(41, 42)에 권취하여 설치된 제2 코일(4c), 및 상기 세관부(22)에 설치된 근접 도체(6)를 포함하고, 정격 전력이 450W 이상 1500W 이하인 세라믹 메탈 할라이드 램프(100)로서, 제2 코일(4c)이 세관부(22)에서 본관부(21) 측으로 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출되어 있다.

Description

세라믹 메탈 할라이드 램프 {CERAMIC METAL HALIDE LAMP}
본 발명은, 발광관이 투광성 알루미나 세라믹 등의 세라믹관으로 이루어지는 세라믹 메탈 할라이드 램프에 관한 것이다.
종래의 세라믹 메탈 할라이드 램프로서는, 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같이, 본관부 및 이 본관부의 축방향 양단부에 설치된 세관부를 가지는 투광성 세라믹으로 이루어지는 발광관과, 이 발광관의 세관부에 삽입하여 설치된 한 쌍의 전극과, 이 한 쌍의 전극의 선단부에 권취하여 설치된 제1 코일과, 이 제1 코일의 후단 측에서 전극에 권취하여 설치된 제2 코일을 가지는 것이 있다.
그러나, 이 세라믹 메탈 할라이드 램프는, 첫회 점등 시에, 제2 코일의 선단부가 가공에 의해 생기는 버(burr)를 가지는 것 또는 밀봉물의 부착이 없는 깨끗한 금속 표면이기 때문에, 방전 시동용의 근접 도체의 효과에 의해, 제2 코일의 선단부로부터 아크 방전(백아크, back arc)이 발생한다. 이 백아크는, 제2 코일의 선단부에서 몇 초간 지속하는 경우가 있고, 특히 이 경우에는, 제2 코일의 선단부의 급격한 온도 상승을 일으킨다. 여기서, 제2 코일의 선단부는, 통상, 본관부 및 세관부의 연결 부분 또는 세관부의 내부에 위치하므로, 상기 백아크의 발생에 따른 제2 코일의 급격한 온도 상승에 의해, 본관부 및 세관부 연결 부분에 응력이 집중하여 크랙(crack)이 발생한다는 문제가 있다. 그리고, 최악의 경우, 세라믹 메탈 할라이드 램프가 점등하지 않게 된다는 문제가 있다. 이들 문제는, 세라믹 메탈 할라이드 램프의 정격 램프 전력이 고와트(high wattage)화함에 따라, 현저해진다. 예를 들면, 450W 이상의 고와트 램프에서는, 전극 사이 거리를 짧게 하면 발광관의 동작 온도가 지나치게 상승하여 단수명이 되기 때문에, 400W 이하의 저와트 램프에 비하여, 전극 사이 거리를 길게 할 필요가 있지만, 역으로 전극 사이 거리가 길어지면 방전 개시에 필요한 절연 파괴 전압이 높아지므로 근접 도체를 설치할 필요가 있다. 이와 같이 근접 도체를 설치한 경우에는, 상기 문제의 발생이 현저해진다. 그리고, 정격 램프 전력이란, JIS-C-7623에 정해진 바와 같이, 램프를 규정 조건에서 점등한 경우의 제조업자 또는 책임 있는 판매업자가 공표하고 있는 램프의 전력값을 나타내는 것이다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제2003-317661호
한편, 본원 발명자는, 정격 램프 전력이 큰 세라믹 메탈 할라이드 램프에서 본관부 및 세관부의 연결 부분에서 크랙이 발생하지 않는 구성에 대하여 다양한 검토를 행하고 있다.
본 발명은, 본원 발명자의 다양한 검토 결과 최초로 이루어진 것이며, 근접 도체를 구비한 정격 램프 전력이 450W 이상 1500W 이하인 것에 있어 본관부 및 세관부의 연결 부분에 크랙이 발생하지 않는 세라믹 메탈 할라이드 램프를 제공하는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.
즉, 본 발명에 따른 세라믹 메탈 할라이드 램프는, 본관부 및 상기 본관부의 축방향 양단부에 설치된 세관부를 가지는 발광관, 상기 발광관의 세관부에 삽입하여 설치된 전극, 상기 전극의 선단부에 권취하여 설치된 제1 코일, 상기 제1 코일의 후단 측에서 상기 전극에 권취하여 설치된 제2 코일, 및 상기 세관부에 설치된 근접 도체를 포함하고, 정격 램프 전력이 450W 이상 1500W 이하인 세라믹 메탈 할라이드 램프로서,
상기 제2 코일이 상기 세관부에서 본관부 측으로 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 것이면, 세라믹 메탈 할라이드 램프의 첫회 점등 시에, 본관부 및 세관부의 연결 부분에 크랙이 발생하는 일은 없다. 이와 같이 크랙의 발생이 억제되므로, 첫회 점등 시에, 제2 코일의 선단부에서 백아크가 발생하고, 제2 코일의 선단부에서 급격한 온도 상승이 발생하지만, 제2 코일을 세관부에서 본관부 측으로 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출시키고 있으므로, 그 온도 상승이 본관부 및 세관부의 연결 부분에 열이 전달되기 곤란해져, 세관부 및 본관부의 연결 부분에서의 크랙이 발생하지 않는 것으로 생각된다.
여기서, 본원 발명자의 검토 결과 및 실용성을 고려하여 본 발명은 정격 램프 전력이 450W 이상 1500W 이하의 범위인 것이 바람직하다.
또, 상기 세관부가 직관형이고, 상기 본체부가 상기 세관부에 연속되도록 지름이 줄어드는 축경부(縮徑部)를 가지고, 상기 제2 코일이 상기 세관부 및 상기 축경부의 경계에서 본체부 측으로 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
또, 본관부 및 상기 본관부의 축방향 양단부에 설치된 세관부를 가지는 발광관, 상기 발광관의 세관부에 삽입하여 설치된 전극, 상기 전극의 선단부에 권취하여 설치된 제1 코일, 상기 제1 코일의 후단 측에서 전극에 권취하여 설치된 제2 코일, 및 상기 세관부에 설치된 근접 도체를 포함하고, 정격 램프 전력이 450W 이상 1500W 이하이며, 상기 제2 코일의 선단부에서 아크 방전이 발생하는 세라믹 메탈 할라이드 램프로서,
상기 제2 코일이 상기 세관부에서 본관부 측으로 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출되어 있는 것이, 특히 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 근접 도체를 구비한 정격 램프 전력이 450W 이상 1500W 이하인 것에 있어 본관부 및 세관부의 연결 부분에 크랙이 발생하지 않는 세라믹 메탈 할라이드 램프를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시예의 세라믹 메탈 할라이드 램프의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 실시예의 발광관의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 실시예의 제2 코일 선단부 및 연결 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 변형 실시예의 발광관의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 5는 변형 실시예의 발광관의 구성을 나타낸 단면도이다.
이하에 본 발명에 따른 세라믹 메탈 할라이드 램프의 일 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시예에 따른 세라믹 메탈 할라이드 램프(100)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 투광성 알루미나 세라믹 등의 투광성 세라믹에 의해 형성되고, 내부에 발광 물질로서 금속 할로겐화물이 충전되는 동시에 한 쌍의 전극(41, 42)이 배치된 발광관(2)과 상기 발광관(2)을 수용하는 외관(3)을 구비하고 있다.
발광관(2)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 방전 공간(S)을 형성하는 본관부(21) 및 이 본관부(21)의 축방향 양단부에 설치된 세관부(22)를 구비하고 있다.
본관부(21)는 대략 직관(直管) 형상을 이루는 것이며, 그 양단부에 단부 측을 따라 서서히 지름이 줄어드는 축경부(21A)를 가진다. 그리고, 이 본관부(21)의 축경부(21A)에 연속하여 직관형의 세관부(22)가 접속되어 있다. 또, 본 실시예의 본관부(21) 및 세관부(22)는 투광성 세라믹에 의해 일체 성형되어 있다.
또, 본관부(21)의 내부에 형성되는 방전 공간(S)에는, 시동용 희(希)가스, 금속 할로겐화물 및 수은(모두 도시하지 않음)이 밀봉되는 동시에, 한 쌍의 전극(41, 42)이 배치되어 있다. 이 한 쌍의 전극(41, 42)은 텅스텐 등의 내열성 금속에 의해 봉 형상으로 형성된 한 쌍의 전극 심지(4a)를 구비하고 있고, 이 각 전극 심지(4a)는 각 세관부(22) 내에 각각 삽입됨으로써, 그 선단부가 방전 공간(S) 내에서 대향 배치되어 있다.
전극 심지(4a)의 선단부에는, 램프 점등 시에 전극 심지(4a)의 선단부에 발생하는 아크 스폿의 고온으로부터 전극 심지(4a)를 보호하기 위한, 텅스텐 등의 내열성 금속으로 이루어지는 선단 코일(제1 코일)(4b)이 권취되어 있다.
또한, 세관부(22) 내의 전극 심지(4a)에는, 전극(41, 42)의 선단부의 열을 기단부 측으로 방출하기 위한, 몰리브덴 등의 내열성 금속으로 이루어지는 세관내 코일(제2 코일)(4c)이 권취되어 있다. 또, 전극 심지(4a)의 기단부에는, 금속 할로겐화물에 내식성을 가지는 전극 지지체(4d)가 접속되어 있다. 이 전극 지지체(4d)는 금속 할로겐화물에 내식성을 가지는 봉합재(4e)에 의해 세관부(22)에 기밀하게 고정되어 있고, 후술하는 지지 프레임(5)에 접속된다.
이 발광관(2)에는, 몰리브덴 등의 세선으로 이루어지는 방전 시동용의 근접 도체(6)가 장착되어 있다. 이 근접 도체(6)는 한 쌍의 세관부(22)를 건너지르도록 본관부(21)의 외주면을 따라 한쪽의 세관부(22)에서 다른 쪽의 세관부(22)에 걸쳐 설치되어 있다. 이 근접 도체(6)에는, 바이메탈 스위치(7)를 통하여 지지 프레임(5)에 접속되고, 한쪽의 전위가 인가된다.
외관(3)은 상기 발광관(2)을 수용하는 동시에 발광관(2)에 설치된 한 쌍의 전극(41, 42)에 급전하기 위한 꼭지쇠(31)를 가진다. 이 외관(3)은 투명한 경질 유리에 의해 형성되어 있고, 중앙 부분이 대략 타원 구형을 이루는 것이다. 외관(3)의 내부는 진공 또는 불활성 가스가 밀봉되어 있고, 외관(3)의 기단부는 스템부(stem)(32)에 의해 기밀하게 밀봉되어 있고, 이 스템(32)에 꼭지쇠(31)가 장착되어 있다. 또, 외관(3)에는 발광관(2)을 지지하는 동시에, 발광관(2) 내의 한 쌍의 전극(41, 42)에 급전하기 위한 금속 봉제(棒製)의 지지 프레임(5)이 설치되어 있다. 이 지지 프레임(5)은, 기단부가 스템(32)에 접속되는 동시에, 선단부가 외관(3)의 선단측 내벽에 접촉하여, 발광관(2)을 외관(3)의 중앙 부분에 위치 결정하여 지지하는 것이다.
그리고, 외관(3) 내에는, 글로우관(glow tube)으로 이루어지는 시동기(始動器)(8)가 발광관(2)과는 병렬로 접속되어 고정되어 있다. 이 시동기(8)를 내장시킴으로써, 수은등용 안정기에서의 점등이 가능해진다. 또, 외관(3) 내를 진공으로 한 경우에는, 램프(100)의 수명 기간 동안 고진공으로 유지되도록, 바륨 등으로 이루어지는 게터(getter)(9)가 장착된다.
이와 같이 구성한 세라믹 메탈 할라이드 램프(100)의 동작 원리는 다음과 같다. 세라믹 메탈 할라이드 램프(100)의 꼭지쇠(31)에 안정기(도시하지 않음)를 통하여 전원을 접속하면, 시동기(8)와 발광관(2)에 전압이 인가된다. 그리고, 시동기(8)에 전압이 인가되면 글로우관의 접점에서 온오프를 반복하게 되고, 이에 따라 안정기에 고압 펄스가 발생한다. 그리고, 안정기에서 발생한 고압 펄스가 발광관(2)의 전극(41, 42) 사이에 인가되므로, 램프(100)가 시동한다.
따라서, 본 실시예의 세라믹 메탈 할라이드 램프(100)에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제2 코일(4c)이 세관부(22)에서 본관부(21) 측으로 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출되어 있다.
제2 코일(4c)이 세관부(22)에서 본관부(21) 측으로 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출되어 있다는 것은, 제2 코일(4c)이 본관부(21)의 축경부(21A)와 세관부(22)의 경계(X)에서 본체부(21) 측으로 1mm 이상 돌출되어 있다는 것이다. 여기서 본관부(21)의 축경부(21A)와 세관부(22)의 경계(X)란, 발광관(2)의 내주면에서 직선 부분(세관부(22)의 내주면)과 원호 부분(축경부(21A)의 내주면)의 경계이다. 그리고, 제2 코일(4c)이 경계(X)에서 본관부(21) 측으로 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출되어 있다는 것은, 제2 코일(4c)의 최첨단과 경계(X)와의 거리(돌출 길이 L)가 1mm 이상 3mm 이하의 범위라는 것이다.
다음에, 세라믹 메탈 할라이드 램프(100)에서, 제2 코일(4c)의 돌출 길이(L)및 정격 램프 전력을 변경시킨 경우에 백아크 발생의 유무 및 크랙 발생의 유무에 대한 실험 결과에 대하여 설명한다.
이 실험에서의 주된 조건은 이하의 표 1에 나타내 바와 같다. 또, 각 정격 램프 전력의 세라믹 메탈 할라이드 램프의 발광관 내에는, 금속 할로겐화물로서 DyI3를 0.6μmol/cc, HoI3를 0.5μmol/cc, TmI3를 0.6μmol/cc, TlI를 0.5μmol/cc, NaI를 5.0μmol/cc, 시동용 가스로서 아르곤 가스를 10kPa, 및 램프 전압을 조정하기 위한 완충 가스로서 수은 가스를 밀봉하였다.
[표 1]
Figure pat00001
그리고, 상기의 정격 램프 전력이 450W, 700W, 1000W, 1500W인 것에 대하여, 제2 코일의 돌출 길이를 -3.0mm∼3.0mm의 사이에서 0.5mm 단위로 변화시킨 경우에, 백아크의 발생 및 크랙의 발생 유무를 확인하였다. 그리고, 음의 부호(-)는, 제2 코일의 선단부가 세관부의 내부에 위치하고 있다는 것을 의미한다.
각 정격 램프 전력의 제2 코일의 각 돌출 길이에 대한 백아크의 발생 및 크랙의 발생 유무를 이하의 표 2에 나타낸다.
표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 근접 도체를 가지는 정격 램프 전력이 450W 이상인 세라믹 메탈 할라이드 램프에서는, 제2 코일이 본관부 측으로 돌출되어 있는지 여부에 관계없이, 백아크가 발생하는 것으로 밝혀졌다(표 2의 "백아크 발생"란을 참조). 한편, 제2 코일을 1.0mm 이상 3.0mm 이하의 범위에서 본체부 측으로 돌출시킴으로써, 백아크가 발생함에도 불구하고, 본관부 및 세관부의 연결 부분(경계(X)) 및 그 근방 부분에 크랙이 발생하지 않는 것으로 밝혀졌다(표 2의 "크랙 발생"란에서의 1.0mm∼3.0mm를 참조). 이와 같이 크랙의 발생이 억제되므로, 백아크에 의해 제2 코일의 선단부가 급격하게 온도 상승했다고 해도, 제2 코일의 선단부가 세관부에서 멀어지는 방향으로 돌출되어 있으므로, 제2 코일의 선단부에서 세관부로 열이 쉽게 전해지지 않는 것으로 생각된다.
[표 2]
Figure pat00002
이와 같이 구성한 본 실시예의 세라믹 메탈 할라이드 램프(100)에 의하면, 첫회 점등 시에, 제2 코일(4c)의 선단부에 백아크가 발생함에도 불구하고, 본관부(21) 및 세관부(22)의 연결 부분(경계(X)) 및 그 근방 부분에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 본관부에 투광성 알루미나 세라믹을 사용하고 있으므로, 종래의 투명 석영 재료와 비교하여, 메탈 할라이드 램프의 충전물인 금속 할로겐화물에 대하여 고온에서의 내식성이 우수하다는 장점을 가진다. 그러므로 본 실시예의 세라믹 메탈 할라이드 램프(100)에 의해, 동작 중의 발광관 온도를 높게 설정하여 램프의 발광 효율이나 연색성(演色性)을 높일 수 있다.
그리고, 알루미나 세라믹과 같은 세라믹 재료는, 석영 재료와 비교하여 열충격에 대하여 약하다는 문제점이 있다. 예를 들면, 석영 유리의 열팽창율은 0∼900℃의 온도 범위에서 약 0.5×10-6/℃이지만, 알루미나 세라믹의 열팽창율 약 8×10-6/℃이기 때문이다. 이와 같은 세라믹 재료를 사용한 것이라도, 본 실시예에 의하면, 본관부에 크랙을 바람직하게 억제할 수 있다.
그리고, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 발광관의 형상으로서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본관부 전체가 원통형을 이루는 것이어도 된다. 이 경우, 제2 코일(4c)의 돌출 길이는, 세관부(22)의 본체부(21) 측의 개구단에서 제2 코일(4c)의 선단까지의 거리이다. 즉, 제2 코일(4c)가, 세관부(22)의 본체부(21) 측의 개구단에서 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출된 구성으로 된다.
또 발광관은, 본관부 및 세관부가 일체 성형되었지만, 그 밖에, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본관부(21)와 세관부(22)가 별체(別體)를 이루는 것이며, 본관부(21)의 축방향 양단부에 형성된 결합부(211)에 세관부(22)를 결합시킴으로써 구성해도 된다. 이 경우, 제2 코일(4c)의 돌출 길이는, 세관부(22)의 본체부(21) 측의 개구단으로부터 제2 코일(4c)의 선단까지의 거리이다. 즉, 제2 코일(4c)이 세관부(22)의 본체부(21) 측의 개구단으로부터 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출된 구성으로 된다.
그 외에, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.
100: 세라믹 메탈 할라이드 램프
2: 발광관
21: 본관부
22: 세관부
X: 본관부와 세관부의 경계
41, 42: 한 쌍의 전극
4b: 제1 코일
4c: 제2 코일
6: 근접 도체

Claims (4)

  1. 본관부 및 상기 본관부의 축방향 양단부에 설치된 세관부를 가지는 발광관, 상기 발광관의 세관부에 삽입하여 설치된 전극, 상기 전극의 선단부에 권취하여 설치된 제1 코일, 상기 제1 코일의 후단 측에서 전극에 권취하여 설치된 제2 코일, 및 상기 세관부에 설치된 근접 도체를 포함하고, 정격 램프 전력이 450W 이상 1500W 이하인 세라믹 메탈 할라이드 램프로서,
    상기 제2 코일이 상기 세관부에서 본관부 측으로 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출되어 있는, 세라믹 메탈 할라이드 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세관부가 직관형이고, 상기 본체부가 상기 세관부에 연속되도록 지름이 줄어드는 축경부를 포함하고,
    상기 제2 코일이 상기 세관부 및 상기 축경부의 경계에서 본체부 측에 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출되어 있는, 세라믹 메탈 할라이드 램프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발광관이 투광성 알루미나 세라믹으로 이루어지는, 세라믹 메탈 할라이드 램프.
  4. 본관부 및 상기 본관부의 축방향 양단부에 설치된 세관부를 가지는 발광관, 상기 발광관의 세관부에 삽입하여 설치된 전극, 상기 전극의 선단부에 권취하여 설치된 제1 코일, 상기 제1 코일의 후단 측에서 전극에 권취하여 설치된 제2 코일, 및 상기 세관부에 설치된 근접 도체를 포함하고, 정격 램프 전력이 450W 이상 1500W 이하이고, 상기 제2 코일의 선단부에서 아크 방전이 발생하는 세라믹 메탈 할라이드 램프로서,
    상기 제2 코일이 상기 세관부에서 상기 본관부 측으로 1mm 이상 3mm 이하의 범위에서 돌출되어 있는, 세라믹 메탈 할라이드 램프.
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