KR20190038366A - 저압 수은 램프 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 발광관 내의 아말감을 소정 장소에 안정적으로 고정하고, 자외선 강도를 높게 유지한 저압 수은 램프 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 저압 수은 램프의 제조 방법은, 금속제 누름 부재를 가지는 전극 마운트를 발광관 내에 삽입하고, 상기 금속제 누름 부재를, 상기 발광관의 내면에 형성된 오목부 근방에 위치 결정하며, 상기 발광관의 단부를 핀치 밀봉하고, 상기 발광관 내에 배기관을 경유하여 아말감을 봉입하며, 상기 발광관을 배기하고, 상기 아말감을, 상기 금속제 누름 부재와 상기 발광관에 형성된 오목부에 대하여 가열 용착하여 상기 발광관의 오목부에 고정하는, 아말감의 고정 방법을 포함하고 있다.

Description

저압 수은 램프 및 그 제조 방법{LOW PRESSURE MERCURY LAMP AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 저압 수은 램프 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
저압 수은 램프는 점등 중인 발광관 내의 수은증기압이 100㎩ 이하의 아크방전을 이용한 램프이다. 저압 수은 램프는 주로 유수살균장치, 자외선 산화 수처리장치 등에 사용되고 있다. 저압 수은 램프를 사용한 수처리조의 대표예로, 음료용 정화조에서 사용되는 유수살균처리장치, 반도체 제조에서 사용되는 초순수(超純水) 생성을 위한 자외선 산화 수처리장치가 있다.
자외선 산화 수처리장치를 예로 들어 설명한다. 도 1a는 복수개의 수냉 재킷("슬리브"라고도 한다.)(6)이 수평방향으로 배치된 횡형 수처리조(10-1)를 나타내는 도면이다. 한편, 도 1b는 복수개의 수냉 재킷(6)이 수직방향으로 배치된 종형 수처리조(10-2)를 나타내는 도면이다. 어느 수처리조(10-1, 10-2)에서도, 처리 대상인 물은 급수구(2)로부터 수처리조 내부로 급수되고, 수냉 재킷(6)의 주위를 통과하면서 자외선처리되어 배수구(4)로부터 외부로 배수된다. 대규모 플랜트의 수처리조에서는 수백개의 저압 수은 램프(8)가 구비되고, 처리되는 수량(水量)은 40만톤/일에나 달한다.
도 2a는 저압 수은 램프의 구성을 설명하는 도면이다. 각 수냉 재킷(6)의 내부에는, 도 2a에 나타내는 바와 같이, 양 단부(端部)에 베이스(12-1, 12-2)를 각각 가지는 1개의 발광관(8-1)이 삽입되고, 베이스(12-1, 12-2)는 수냉 재킷(6)의 내주면(內周面)에 접촉한 상태가 되어 있다.
저압 수은 램프(8)의 발광 효율은 베이스(12-1, 12-2) 근방에 위치하는 램프의 최냉부(最冷部) 온도로 결정된다. 램프 점등 중에는 베이스(12-1, 12-2)를 냉각하여 램프 최냉부 온도를 소정 온도(35~45℃)로 유지함으로써, 램프를 높은 조도로 점등시킬 수 있다.
저압 수은 램프(8)에는 수은 또는 아말감(수은과 다른 금속의 합금)이 봉입되어 있다.
일본 공개특허 특개2006-209993 "저압 수은 증기 방전 램프의 제조 방법 및 저압 수은 증기 방전 램프"(공개일 2006/08/10) 출원인: 닛포덴키가부시키가이샤(일본 특허공보 특허 제4621508호) 일본 공표특허 특표2010-535396 "아말감실을 가지는 아말감 캡슐을 구비한 저압 수은 방전 램프"(공표일 2010/11/18) 출원인: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔. 브이.(일본 특허공보 특허 제5174148호)
저압 수은 램프에 있어서, 램프의 발광 효율을 안정적으로 유지하기 위해, 아말감은 발광관 내의 전극 부근에 위치하는 최냉부에 고정하는 것이 바람직하다. 이 때문에 아말감을 최냉부에 위치하는 발광관의 내벽에 가열 용착하여 고정했었다.
그러나 아말감은 램프를 수송할 때의 진동 등의 외력이나 종형 수처리조에서 램프를 점등할 때에 발광관의 소정 장소로부터 이동하는 일이 있었다.
아말감은, 발광관의 소정 장소로부터 이동하면, 램프 발광시의 발광관 내의 수은 증기압이 변동되고, 적정한 동작 온도로부터 벗어나 자외선 방사량이 감쇠된다.
따라서, 본원 발명은 발광관 내의 아말감을 소정 장소에 안정적으로 고정하고, 자외선 강도를 높게 유지한 저압 수은 램프 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 감안하여, 본 발명에 따른 저압 수은 램프의 제조 방법은, 발명의 일면(一面)에서는, 금속제 누름 부재를 가지는 전극 마운트를 발광관 내에 삽입하고, 상기 금속제 누름 부재를 상기 발광관의 내면에 형성된 오목부 근방에 위치 결정하며, 상기 발광관의 단부를 핀치 밀봉(pinch seal)하고, 상기 발광관 내에 배기관을 경유하여 아말감을 봉입하며, 상기 발광관을 배기하고, 상기 아말감을 상기 금속제 누름 부재와 상기 발광관에 형성된 오목부에 대하여 가열 용착하여 상기 발광관의 오목부에 고정하는, 아말감의 고정 방법을 포함하고 있다.
또한, 본 발명에 따른 저압 수은 램프는, 발명의 일면에서는, 양단(兩端) 부근의 내면에 오목부가 각각 형성된 발광관과, 금속제 누름 부재를 가지고, 상기 발광관 내에 삽입된 전극 마운트와, 상기 오목부에 위치 결정된 아말감을 구비하고, 상기 금속제 누름 부재는 상기 아말감의 적어도 일부를 덮도록 배치되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 저압 수은 램프에서는, 상기 아말감은 가열 용착에 의해 상기 오목부에 위치 결정 고정되어 있어도 된다.
또한, 본 발명에 따른 저압 수은 램프에서는, 상기 금속제 누름 부재가 탄성을 가지는 금속박을 구비하고 있어도 된다.
또한, 본 발명에 따른 저압 수은 램프에서는, 상기 금속제 누름 부재는 탄성을 가지는 금속박을 가지고 있어도 된다.
더욱이, 본 발명에 따른 저압 수은 램프에서는, 상기 금속박은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 니오브(Nb), 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 군에서 선택된 금속으로 형성되어 있어도 된다.
또한, 본 발명에 따른 저압 수은 램프에서는, 상기 전극 마운트는 유리제의 스테이를 가지고, 상기 금속박은 상기 유리제의 스테이에 유지된 리드봉에 장착되어 있어도 된다.
또한, 본 발명에 따른 저압 수은 램프에서는, 상기 리드봉의 일부는 상기 발광관에 형성된 오목부의 방향으로 연장되어 있어도 된다.
또한, 본 발명에 따른 저압 수은 램프에서는, 상기 리드봉은, 상기 유리제의 스테이에 고정된 제1 리드봉과, 제1 리드봉에 접속된 제2 리드봉으로 이루어지고, 상기 금속박은 상기 제2 리드봉의 선단에 장착되어 있어도 된다.
본원 발명에 의하면, 발광관 내의 아말감을 소정 부분에 안정적으로 고정하고, 자외선 강도를 높게 유지한 저압 수은 램프 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1a는 저압 수은 램프가 사용되고 있는 자외선 산화 수처리장치를 나타내는 도면이고, 복수개의 수냉 재킷이 수평방향으로 배치된 횡형 수처리조를 설명하는 도면이다.
도 1b는 저압 수은 램프가 사용되고 있는 자외선 산화 수처리장치를 나타내는 도면이고, 복수개의 수냉 재킷이 수직방향으로 배치된 종형 수처리조를 설명하는 도면이다.
도 2a는 저압 수은 램프의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2b는 도 2a에 나타내는 저압 수은 램프의 발광관의 단부 부근의 발광관, 베이스, 수냉 재킷의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 3a는 일방(一方) 측의 금속제 누름 부재를 가지는 전극 마운트 단체(單體)의 측면도이다.
도 3b는 일방 측의 금속제 누름 부재를 가지는 전극 마운트 단체의 정면도이다.
도 3c는 도 2a에 나타내는 저압 수은 램프의 발광관의 오목부를 절단하고, 또한 램프 축선을 포함하는 면에서 본 발광관 단부 부근의 부분 절단면도이다.
도 3d는 도 3c의 절단면과 수직인 관계에서, 저압 수은 램프의 램프 축선을 포함하는 면에서 본 발광관 단부 부근의 부분 절단면도이다.
도 4a는 발광관의 오목부와 전극 마운트의 금속제 누름 부재를 이용하여, 아말감을 고정한 발광관의 상태를 설명하는 모식도이다.
도 4b는 발광관의 오목부를 바로 위에서 본 모식도이다.
도 4c는 발광관의 오목부에 들어간 아말감을, 전극 마운트의 금속제 누름 부재를 이용하여 고정한 상태를 바로 위에서 본 모식도이다.
도 5는 저압 수은 램프의 제조 방법 중 본 실시예에 관한 아말감의 고정 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 저압 수은 램프 및 그 제조 방법의 실시형태에 관해, 첨부한 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도면 중 동일한 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략한다.
[저압 수은 램프]
(저압 수은 램프의 구조)
도 2a는 저압 수은 램프(8)를 나타내는 도면이다. 저압 수은 램프(8)의 발광관(8-1)은 석영 유리로 형성되어 있다. 발광관(8-1)의 내부에는 아말감이 봉입되어 있다. 아말감은, 수은(Hg)에 더하여, 인듐(In), 비스무트(Bi), 주석(Sn), 및 납(Pb) 중 적어도 1종류의 금속이 포함되는 합금이다. 일반적으로, 다른 금속의 비율은 수은(Hg)에 대하여 5중량% 이하이다.
한편, 도 2a에 나타내는 발광관은 직관형(直管形)인데, 이에 한정되지 않는다. 본 실시형태는 U형, W형, M형 등의 다른 형상의 발광관에 관해서도 전극부의 구조가 동일하므로 적용 가능하다.
저압 수은 램프(8)는 발광관(8-1)의 양 단부에 베이스(꼭지쇠)(12-1, 12-2)를 각각 구비하고, 베이스(12-1, 12-2)가 발광관의 최냉부인 발광관 단부를 덮고 있다. 베이스(12-1, 12-2)는 발광관(8-1)을 고정하고, 발광관 단부의 파손 방지 커버이다. 베이스(12-1, 12-2)는 세라믹스, 금속, 내(耐)자외선성을 가지는 탄성체 수지(예를 들면, 불소 수지)에 의해 형성된다.
(저압 수은 램프가 수냉 재킷 내에서 위치 결정·유지되어 있는 구조)
도 2b는 저압 수은 램프가 수냉 재킷 내의 소정 위치에 위치 결정·유지되어 있는 구조를 설명하는 도면이다. 여기서, (A)는 램프 단부 부근의 램프 축선을 따라 절단한 일부 절단면도이고, (B)는 B-B 절단면도이다.
수냉 재킷(6)의 내부에 발광관(8-1)이 배치되어 있다. 수냉 재킷(6)은 램프와 피(被)처리수 사이의 절연 및 램프 파손 보호를 위해 마련되고, 자외선 투과성을 가지는 부재(예를 들면, 석영 유리)로 이루어진다.
발광관(8-1)은 일단(一端)에서 베이스(12-2)에 장착되어 있다. 베이스(12-2)는 베이스 위치 결정 유지부재(16)에 의해 수냉 재킷(6)의 내부의 소정 위치에 유지되어 있다. 램프의 반대 측 단부도 동일한 구조이다.
도 2b에 나타내는 바와 같이, 베이스(12-1, 12-2)는 수냉 재킷(6)에 접촉한 상태로 발광관(8-1)을 지지하고 있다. 따라서, 발광관(8-1)의 최냉부는, 점등시의 고온의 발광관(8-1) 온도와, 피처리수로 식혀진 수냉 재킷(6)에 접촉한 저온의 베이스(12) 온도 양쪽의 영향을 받는다. 피처리수의 수온은 통상 25℃ 정도이다.
일반적으로, 저압 수은 램프(8)의 자외선 출력은 램프 점등시 발광관 내의 아말감의 증기압에 의해 좌우된다. 발광관 관벽의 최냉부를 온도제어함으로써 램프 내부의 수은 증기압을 제어할 수 있다. 발광관 관벽의 최냉부를 약 40℃로 유지하고, 아말감을 약 80~120℃로 유지함으로써 저압 수은 램프(8)로부터 방사되는 파장 254㎚의 자외선 출력이 최대가 된다.
(아말감의 고정 수단)
도 3a는 일방 측의 금속제 누름 부재를 가지는 전극 마운트 단체의 측면도이다. 도 3b는 일방 측의 금속제 누름 부재를 가지는 전극 마운트 단체의 정면도이다. 저압 수은 램프(8)는 교류 구동이고, 반대 측 단부도 동일한 전극 마운트 구조로 되어 있다.
발광관 외부로부터 연장되는 전극 리드선(22)의 선단에 애노드(22-1)가 접합되어 있다. 애노드(22-1) 바로 앞에, 전자방사물질이 도포된 필라멘트(22-2)가 접합되어 있다. 전극 리드선(22)은, 2개의 유리제 부재로 형성된 스테이(24)에 의해 양측으로부터 협지(挾持)되어 유지되어 있다.
전극 마운트의 일부를 구성하는 금속제 누름 부재(18)는, 유리제의 스테이(24)에 의해 유지된 몰리브덴(Mo)으로 형성된 제1 리드봉(18-1)과, 이 제1 리드봉(18-1)의 선단에 장착된 니켈(Ni)로 형성된 제2 리드봉(18-2), 더욱이 이 제2 리드봉의 선단에 판상(板狀)의 금속박(18-3)을 가지고 있다. 제1 리드봉(18-1)의 일부는 L자로 접혀 구부러져, 발광관(8-1)에 형성된 오목부(20)의 방향으로 연장되어 있다. 이 제1 리드봉(18-1)의 선단에 제2 리드봉(18-2)이 장착되고, 이 제2 리드봉(18-2)의 선단에 판상의 금속박(18-3)이 장착되며, 이 금속박(18-3)은 발광관(8-1)의 오목부(20)의 적어도 일부를 덮고 있다.
금속박(18-3)은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 니오브(Nb), 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나로 형성된다. 이들 재질의 선정 이유는 다음과 같다.
(1) 수은과 아말감을 형성하지 않는 재질인 것,
(2) 뒤에 설명하는 제조 방법의 단계(S7)의 가열 용융 공정을 견디어낼 수 있는 고융점 재질인 것,
(3) 일정의 탄성을 가지고, 아말감을 누르는 기능을 가지는 재질인 것.
다음으로, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 전극 마운트를 발광관 내에 위치 결정하고, 그 후, 봉입한 아말감을 발광관 오목부 및 금속제 누름 부재에 대하여 용착한 상태를 설명한다. 도 3c는, 도 2a에 나타내는 저압 수은 램프의 발광관(8-1)의 오목부(20)를 절단하고, 또한 램프 축선을 포함하는 면에서 본 발광관 단부 부근의 부분 절단도이다. 도 3d는, 도 3c의 절단면과 수직인 관계에서, 저압 수은 램프(8)의 램프 축선을 포함하는 면에서 본 발광관 단부 부근의 부분 절단도이다. 발광관(8-1)의 단부 부근에는 내면으로부터 오목부(20)가 형성되어 있다.
저압 수은 램프(8)의 실시예의 한 사양은 다음과 같다.
램프: 직관형, 램프 전력: 110W, 램프 전류: 1.38A, 램프 길이(베이스 단부 사이): 1,020㎜, 램프 지름: φ17㎜,
오목부 형상: 세로 5㎜×가로 5㎜×깊이 1㎜인 모서리가 라운드형인 사각형
금속제 누름 부재의 제1 리드봉(18-1): φ0.4㎜×7㎜(총 길이)
금속제 누름 부재의 제2 리드봉(18-2): φ0.6㎜×3㎜
금속제 누름 부재의 금속박(18-3): 폭 5㎜×두께 35㎛×길이 10㎜
도 4a는 발광관(8-1)의 오목부(20)와 전극 마운트의 금속제 누름 부재(18)를 이용하여, 아말감(26)을 고정한 발광관(8-1)의 상태를 설명하는 모식도이다. 석영제의 발광관(8-1)의 내면에 오목부(20)가 형성되어 있다. 금속제 누름 부재(18)를 이용하여 오목부(20)의 내부에 아말감(26)이 고정되고, 양자(兩者)에 용착되어 있다. 여기서, 도 4a(a)는 금속제 누름 부재(18a)가 오목부(20)의 개구 면적의 약 1/3을 덮은 상태이다. 도 4a(b)는 금속제 누름 부재(18b)가 오목부(20)의 개구 면적의 약 2/3를 덮은 상태이다.
도 4a(a)의 약 1/3을 덮은 상태에서는 아말감(26)의 표면 형상은 부호 26a로 나타내게 된다. 아말감(26)은 오목부(20) 및 금속제 누름 부재(18a) 양쪽에 용착되어 있다. 도 4a(b)의 약 2/3를 덮은 상태에서는 아말감(26)의 표면 형상은 부호 26b로 나타내게 된다. 아말감(26)은 오목부(20) 및 금속제 누름 부재(18b) 양쪽에 용착되어 있다.
표면 형상(26a, 26b)의 상이함은, 금속제 누름 부재(18)의 오목부에 대한 접촉 면적의 대소에 기인하는 차이이다.
도 4b는 발광관의 오목부(20)를 바로 위에서 본 모식도이다. 오목부(20)의 사이즈는, 대표적으로는 세로 5㎜×가로 5㎜×깊이 1㎜인 모서리가 라운드형인 사각형이지만, 이 사이즈 및 형상은 예시이며 이것에 한정되지 않는다.
도 4c는, 발광관의 오목부(20)에 들어간 아말감(26)을, 오목부(20) 및 전극 마운트의 금속제 누름 부재(18)를 이용하여 고정시킨 상태를 바로 위에서 본 모식도이다.
(저압 수은 램프의 제조 방법)
도 5는 저압 수은 램프의 제조 방법 중 본 실시예에 관한 아말감의 고정 방법을 설명하는 흐름도이다.
단계(S1)에서, 발광관의 제조 시에 양 단부 부근에 있는 램프 최냉부에 오목부를 각각 형성한다. 오목부의 형성은 발광관의 외측으로부터 가열하면서 내측으로부터 전용 지그(jig)를 이용하여 가압하여 형성한다.
단계(S2)에서 전극 마운트를 형성한다. 전극 마운트의 애노드 용접 공정에서 금속제 누름 부재를 장착한다.
단계(S3)에서 전극 마운트를 발광관 내에 삽입하고, 금속제 누름 부재를 발광관의 오목부를 덮도록 위치 결정 고정한다.
단계(S4)에서 발광관의 핀치 밀봉을 실시한다.
단계(S5)에서 배기관을 경유하여, 발광관 내에 아말감을 포함하는 첨가물을 봉입한다.
단계(S6)에서 배기관을 경유하여 발광관 내를 배기한다. 그 후, 배기관은 팁오프(tip off)하여 제거한다.
단계(S7)에서 아말감을 발광관 오목부에 위치 결정 고정한다. 램프를 움직이면서 아말감을 이동시켜 발광관 오목부에 넣고, 이 상태로 발광관 오목부를 외측으로부터 가열하여 아말감을 용융하고, 전극 마운트의 금속제 누름 부재와 발광관 오목부에 대하여 용착하고, 고정시킨다.
[정리]
이상, 본 발명에 따른 저압 수은 램프 및 그 제조 방법의 실시형태에 관해 설명했는데, 이들은 본 발명을 이해하기 위한 예시이며, 본 발명의 범위를 하등 한정하는 것이 아니다. 이들 실시형태에 관해 당업자가 용이하게 이룰 수 있는 추가·삭제·변경·개량은 본 발명의 범위 내이다. 본 발명의 기술적 범위는 첨부한 특허청구범위의 기재에 의해 정해진다.
2: 급수구
4: 배수구
6: 수냉 재킷
8: 저압 수은 램프
8-1: 발광관
10-1: 횡형 수처리조
10-2: 종형 수처리조
12, 12-1, 12-2: 베이스
16: 유지부재
18, 18a, 18b: 금속제 누름 부재
18-1: 제1 리드봉
18-2: 제2 리드봉
18-3: 금속박
20: 오목부
22: 전극 리드선
22-1: 애노드
22-2: 필라멘트
24: 스테이
26: 아말감
26a, 26b: 아말감의 표면

Claims (8)

  1. 저압 수은 램프의 제조 방법에 있어서,
    금속제 누름 부재를 가지는 전극 마운트를 발광관 내에 삽입하고,
    상기 금속제 누름 부재를 상기 발광관의 내면에 형성된 오목부 근방에 위치 결정하며,
    상기 발광관의 단부(端部)를 핀치 밀봉(pinch seal)하고,
    상기 발광관 내에 배기관을 경유하여 아말감을 봉입하며,
    상기 발광관을 배기하고,
    상기 아말감을, 상기 금속제 누름 부재와 상기 발광관에 형성된 오목부에 대하여 가열 용착하여 상기 발광관의 오목부에 고정하는, 아말감의 고정 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  2. 저압 수은 램프에 있어서,
    양단(兩端) 부근의 내면에 오목부가 각각 형성된 발광관과,
    금속제 누름 부재를 가지고 상기 발광관 내에 삽입된 전극 마운트와,
    상기 오목부에 위치 결정된 아말감을 구비하고,
    상기 금속제 누름 부재는 상기 아말감의 적어도 일부를 덮도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 저압 수은 램프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 아말감은, 가열 용착에 의해 상기 오목부에 위치 결정 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 저압 수은 램프.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 금속제 누름 부재는 탄성을 가지는 금속박을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 저압 수은 램프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 금속박은, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 니오브(Nb), 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 군에서 선택된 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 저압 수은 램프.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전극 마운트는 유리제의 스테이를 가지고,
    상기 금속박은, 상기 유리제의 스테이에 유지된 리드봉에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 저압 수은 램프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 리드봉의 일부는, 상기 발광관에 형성된 오목부의 방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 저압 수은 램프.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 리드봉은, 상기 유리제의 스테이에 고정된 제1 리드봉과, 제1 리드봉에 접속된 제2 리드봉으로 이루어지고,
    상기 금속박은 상기 제2 리드봉의 선단에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 저압 수은 램프.
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