KR20140007334A - 새로운 필라멘트 기하구조를 갖는 차량 헤드라이트용 전기 백열 램프 - Google Patents

새로운 필라멘트 기하구조를 갖는 차량 헤드라이트용 전기 백열 램프 Download PDF

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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

백열 램프 어셈블리용 필라멘트 코일(100)이 제공된다. 필라멘트 코일(filament coil)은 제1 단부(104)와 제2 단부(106) 사이에서 전반적으로 장축(longitudinal)(102)을 따라 연장되는 나선형 권선(helical winding)을 포함한다. 필라멘트 코일은 또한 제1 단부 및 제2 단부에서는 제1 피치 비율 h/d를 갖고, 제1 단부와 제2 단부 사이에 위치된 중간 부분(intermediate portion)(108)을 따라서는 상이한 제2 피치 비율을 갖는 권선을 포함한다.

Description

새로운 필라멘트 기하구조를 갖는 차량 헤드라이트용 전기 백열 램프{ELECTRIC INCANDESCENT LAMP FOR VEHICLE HEADLIGHTS WITH NEW FILAMENT GEOMETRY}
본 발명은 백열 램프에 관한 것으로, 특히, 상이한 기하구조를 갖는 필라멘트 코일 구조에 관한 것이다. 필라멘트 코일 구조는, 선택된 양상이 컷오프(cut-off) 영역의 콘트라스트를 증가시키는 이슈에 맞닥뜨리는 관련 적용예들의 적용예를 발견할 수 있다는 것을 이해할 수 있지만, 특히, 차량 헤드램프 또는 헤드라이트의 특정 적용예를 찾는다.
미국 특허 공개번호 제2006/0038471호 및 미국 특허번호 제7,456,558호는 로빔(low beam)의 명/흑(light/dark) 경계에서 휘도를 증가시키기 위해 필라멘트의 대향 단부에 위치한, 상이한 피치 비율을 갖는 백열 램프 필라멘트를 개시한다. 피치 비율은 다음의 수학식에 의해 표현된다.
PR=h/d
여기서, PR은 피치 비율, d는 필라멘트 와이어의 직경, h는 인접한 코일 회전축(turn axis) 사이의 거리이다.
그러나, 베이스에 가까운 백열 필라멘트의 단부에서, 피치 비율이 더 높아지게 되어 도로에서는 밝기가 떨어지게 된다. 다른 백열 필라멘트 기술은 필라멘트의 제1 단부에서의 최소값으로부터 제2 필라멘트에서의 최대값으로 계속해서 증가하는 외부 직경을 갖게 되고, 그 결과 컴팩트성이 떨어지는 차량 헤드램프가 된다.
최근의 발전에 비추더라도, 산업에서는 양호한 휘도가 바람직한 로빔(low beam) 차량 헤드라이트의 명/흑 경계 영역에서 높은 휘도를 실현하기 위한 유용한 기하구조를 갖는 필라멘트가 존재하고 있지 않다.
예시적인 실시예에서, 백열 램프 어셈블리용 필라멘트 코일(a filament coil for an incandescent lamp assembly)은 전반적으로 제1 단부와 제2 단부 사이에 장축(longitudinal axis)을 따라 연장되는 나선형 권선(herical winding)을 포함한다. 이 권선은 제1 단부와 제2 단부에서 제1 피치 비율(pitch ratio)을 갖고, 제1 단부와 제2 단부 사이에 위치된 중간 부분(intermediate portion)을 따라서는 상이한 제2 피치 비율을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 나선 피치는 제2 나선 피치보다 작다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 코일은 실질적으로 제1 단부와 제2 단부에서는 동일한 직경을 갖고, 중간 부분을 따라서는 더 작은 직경을 갖는다.
백열 램프용 필라멘트 코일을 형성하는 방법은, 장축을 따라 제1 단부와 제2 단부 사이에 위치된 중간 부분을 갖는 나선형 권선을 공급하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한, 제1 단부 및 제2 단부에서 제1 피치 비율을 제공하고 중간 부분에서 상이한 제2 피치 비율을 제공하는 단계를 포함한다.
백열 램프용 필라멘트 코일에 의해 실현되는 주요 이점은 핫스폿(hot-spot) 영역 주위에서 차량용 헤드라이트의 최대 휘도를 증가시킬 수 있다는 것이다.
백열 램프용 필라멘트 코일에 의해 실현되는 다른 이점은 필라멘트 기하구조를 변경함으로써 차량용 헤드라이트의 최대 휘도를 증가시킬 수 있다는 것이다.
백열 램프용 필라멘트 코일에 의해 실현되는 또 다른 이점은 증가된 휘도를 갖고 전체의 헤드램프 어셈블리를 교환할 필요가 없는 새로운 경쟁력 있는 제품을 차량 수리용 부품 시장에서 팔 수 있다는 것이다.
백열 램프용 필라멘트 코일의 또 다른 이점 및 특징은 다음의 상세한 설명을 읽고 이해함으로써 더 명백해 질 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 필라멘트 코일의 입면도이다.
도 2는 제2 실시예에 따른 필라멘트 코일의 입면도이다.
도 3은 차량용 할로겐 백열 램프의 측면도이다.
현재의 진보적인 필라멘트 코일은 현재의 기술과 상이하게 비교되는 방식으로 코일의 기하구조를 변경함으로써 차량용 헤드램프 또는 헤드라이트에서의 더 높은 휘도를 달성한다. 예시적인 일 실시예에서, 필라멘트는 차량용 헤드라이트의 휘도에서의 증가를 가능하도록 하기 위해 단부에서 더 높은 피치 비율을 갖고 단부들 사이의 중간 또는 중앙 영역에서 더 낮은 피치 비율을 갖는다. 이것은 중간의 두 개의 인접한 권선 사이의 균일한 간격(uniform interspace)을 갖는 필라멘트에 기인한다. 또한, 필라멘트는 중간 영역으로부터 필라멘트의 두 개의 단부 방향으로 계속해서 증가하는 피치 또는 피치 비율을 갖는다.
다른 예시적인 실시예에서, 필라멘트는 차량용 헤드라이트의 최대 휘도를 증가시키기 위해 양쪽 단부에서는 증가된 직경을 갖고 단부들 사이의 중간 또는 중앙 영역에서는 더 작은 직경을 갖는다. 따라서, 필라멘트는 바람직하게 중앙 영역에서는 균일한 필라멘트 직경을 갖는 한편, 중앙 영역으로부터 필라멘트의 두 개의 단부 방향으로는 직경은 계속해서 증가한다. 이 실시예에서, 필라멘트 피치 비율은 제1 실시예와 유사한 방식으로 변경될 수 있거나 필라멘트는 두 개의 인접한 풀 권선(full turns) 사이에 균일한 간격을 가질 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예는 축방향으로 또는 횡으로 정렬된 필라멘트를 갖는 램프에 적합하다.
본 발명의 예시적인 제1 및 제2 코일(100, 200)이 도 1 및 도 2에 각각 도시되어 있다. 필라멘트 코일(100, 200)은, 예를 들면, 텅스텐 와이어이다. 필라멘트 와이어는, 필라멘트 코일의 공통적으로 사용되는 단면(cross-sections)이 전형적으로 원, 타원, 정사각형 또는 직사각형이지만, 임의의 적절한 단면(cross-sections)일 수 있다.
제1 실시예(도 1)의 필라멘트 코일(100)은 제1 단부(104)와 제2 단부(106) 사이의 장축(longitudinal axis)(102)을 따라 일반적으로 연장하는 나선형 권선(helical winding)을 포함한다. 나선형 권선은 제1 및 제2 단부(104, 106)에서는 제1 피치 비율을 갖는다. 제1 단부(104)와 제2 단부(106) 사이의 중간 또는 중앙 부분(108)을 따라서는 상이한 제2 피치 비율이 제공된다. 전술한 피치 비율에 대한 공식(PR=h/d)을 사용하여, 예시적인 실시예에 대한 제1 단부(104) 및 제2 단부(106)에 대한 피치 비율은, 예를 들면, 2.2일 수 있고, 일반적으로 1.8-2.5 사이일 수 있다. 예시적인 실시예에 대한 중간 부분(108)에 대한 피치 비율은, 예를 들면, 1.4일 수 있고, 일반적으로 1.1-1.7 사이일 수 있다. 물론, 당업자는 이들 범위가 단지 예시적인 것이고 종래의 배치에 비해 증가된 휘도를 갖게 된다는 것을 이해할 것이다.
제1 나선형 피치는 제2 나선형 피치보다 인치당 권선수(turns per inch; tpi)가 더 적다. 예시적인 실시예에 대해 제1 단부(104) 및 제2 단부(106)에 위치된 제1 나선형 피치는, 예를 들면, 적어도 인치당 45 권선수(tpi)를 가질 수 있고, 일반적으로 인치당 약 70 권선수(tpi)보다 작은, 예를 들면, 인치당 약 60 권선수(tpi)를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에 대해 중간 부분(108)에 위치된 제2 나선형 피치는, 예를 들면, 인치당 적어도 약 50 권선수(tpi)를 가질 수 있고, 일반적으로 인치당 약 100 권선수(tpi)보다 작은, 예를 들면, 인치당 약 70 권선수(tpi)를 가질 수 있다. 예시적인 필라멘트 코일(100)은 실질적으로 제1 단부(104) 및 제2 단부(106)에서와 중간 부분(108)에서 동일한 직경 D를 갖는다. 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 치수가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이지만, 예시적인 실시예에 대한 직경 D는, 예를 들면, 1.1 mm일 수 있고, 일반적으로 1.0-1.3 mm일 수 있다.
예시적인 제2 실시예의 필라멘트 코일(200)의 측면도가 도 2에 도시되어 있다. 필라멘트 코일(200)은 전반적으로 제1 단부(204)와 제2 단부(206) 사이에서 장축(202)을 따라 연장되는 나선형 권선이다. 제1 단부(204)와 제2 단부(206) 사이의 중간 부분(208)을 따라서는 상이한 제2 피치 비율이 위치된다. 제1 피치 비율과 제2 피치 비율은 특히 중간 영역에 대한 단부에서의 상이한 직경으로부터 기인한다. 도시된 실시예에서, 직경은 각 단부 쪽으로 점차 증가하고 및/또는 필라멘트 코일은 중간 영역(208)으로부터 축방향으로 진행한다. 즉, 도 2에서, 필라멘트 코일(200)은 제1 및 제2 단부에서 축 범위 L1, L3를 따른 피치 비율(204, 206)과는 상이한 피치 비율(200)을 정의하기 위해 축 길이(L2)를 따라 실질적으로 일정한 직경 D2를 갖는다. 제1 단부(204), 제2 단부(206), 및 중간 부분(208) 각각은 장축(202)을 따라 예시적인 필라멘트 코일(200)의 총 길이 L의 약 1/3인 L1, L2, L3을 정의한다.
도 3은 차량용 램프(300)와 같은 백열 램프를 도시한다. 차량용 램프(300)는 베이스(384)에 고정된 엔빌롭(envelope) 또는 외부 전구(382)를 구비한 할로겐 백열 램프이다. 엔빌롭(382)은 광 투과 재료로 형성되고 암 영역(darkened region; 386)을 포함하여 종종 헤드램프로부터의 섬광(glare light)을 제한한다. 엔빌롭(382)은 도시된 바와 같이 그리고 예시적인 실시예와 연결하여 설명한 바와 같이 필라멘트 구조(100 또는 200) 중 하나일 수 있는 필라멘트 구조(388)를 둘러싼다. 필라멘트 구조는, 예를 들면, 리드 와이어(lead wires)(392, 394)에 용접됨으로써, 리드 와이어(392, 394)에 기계적으로 그리고 전기적으로 접속되어 램프(300)의 긴 수명 및 신뢰성 있는 동작이 용이해지도록 한다. 그러한 램프, 예를 들면, 차량의 램프로서 사용되는 할로겐 백열 램프는 당업자에게 잘 알려져 있고 본 발명에 대한 충분하고 완전한 이해를 위한 추가의 설명은 필요하지 않다는 것을 유념해야 한다.
본 발명은 바람직한 실시예에 관하여 설명되었다. 명백하게, 전술한 상세한 설명을 읽고 이해하게 되면 수정 및 변경이 가능해질 것이다. 본 발명은 그러한 수정 및 변경 모두를 포함하는 것으로 해석될 것을 의도한다.

Claims (22)

  1. 제1 단부와 제2 단부 사이에서 전반적으로 장축(longitudinal axis)을 따라 연장되는 나선형 권선(helical winding)을 포함하되, 상기 권선은 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부에서는 제1 피치 비율(pitch ratio)을 갖고, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 위치된 중간 부분(intermediate portion)을 따라서는 상이한 제2 피치 비율을 갖는
    백열 램프 어셈블리용 필라멘트 코일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 나선형 피치는 상기 제2 나선형 피치보다 더 작은(인치당 권선수(turns per inch; tpi)가 더 작은)
    필라멘트 코일.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부에서 실질적으로 동일한 직경을 갖는
    필라멘트 코일.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부에서와 상기 중간 부분에서 실질적으로 동일한 직경을 갖는
    필라멘트 코일.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 나선형 피치는 인치당 대략 60 권선수(tpi)인
    필라멘트 코일.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 나선형 피치는 인치당 대략 100 권선수(tpi)인
    필라멘트 코일.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 필라멘트 섹션(sections)은 상이한 직경을 갖는
    필라멘트 코일.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 직경은 상기 제2 직경보다 큰
    필라멘트 코일.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 중간 부분은 실질적으로 일정한 직경을 갖는
    필라멘트 코일.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 단부 및 상기 제2 단부의 상기 직경은 상기 코일이 상기 중간 부분으로부터 상기 장축을 따라 진행함에 따라 점진적으로 증가하는
    필라멘트 코일.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단부, 상기 제2 단부, 및 상기 중간 부분 각각은 상기 장축을 따라 상기 코일의 총 길이의 약 1/3을 정의하는
    필라멘트 코일.
  12. 제1 단부와 제2 단부 사이의 장축을 따라 위치된 중간 부분을 갖는 나선형 권선을 제공하는 단계,
    상기 제1 단부와 상기 제2 단부에서 제1 피치 비율을 제공하는 단계, 및
    상기 중간 부분에서 상이한 제2 피치 비율을 제공하는 단계를 포함하는
    백열 램프용 필라멘트 코일을 형성하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 피치 비율 제공 단계들은 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부에서는 제1 나선형 피치를 제공하고, 상기 중간 부분에서는 상이한 제2 나선형 피치를 제공하는 단계를 포함하는
    방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 피치 비율 제공 단계들은 상기 제2 나선형 피치보다 더 작은 상기 제1 나선형 피치(인치당 권선수)를 형성하는 단계를 포함하는
    방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 단부, 상기 제2 단부 및 상기 중간 부분을 따라 실질적으로 일정한 직경을 유지하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 피치 비율 제공 단계들은 상기 중간 부분의 직경과 상이한, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부에서의 제1 직경을 제공하는 단계를 포함하는
    방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 직경은 상기 제2 직경보다 더 큰
    방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 피치 비율 제공 단계들은 상기 제1 단부, 상기 제2 단부, 및 중간 부분이 상기 코일의 길이를 따라 실질적으로 동일하게 분할되는(divided) 단계를 포함하는
    방법.
  19. 외부 엔빌롭(envelope), 및
    상기 외부 엔빌롭 내에 둘러싸인 필라멘트 - 상기 필라멘트는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 전반적으로 장축을 따라 연장되는 나선형 권선을 포함하고, 상기 권선은 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부에서는 제1 피치 비율을 갖고, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 위치된 중간 부분을 따라서는 상이한 제2 피치 비율을 가짐 - 를 포함하는
    백열 램프.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부에서와, 그리고 상기 중간 부분에서 실질적으로 동일한 직경을 갖는
    백열 램프.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제1 나선형 피치 비율은 상기 제2 나선형 피치 비율보다 더 작은(인치당 권선수(turns per inch; tpi)가 더 작은)
    백열 램프.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 제1 단부 및 상기 제2 단부의 상기 직경은 상기 코일이 상기 중간 부분으로부터 상기 장축을 따라 진행함에 따라 점진적으로 증가하는
    백열 램프.
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