KR910009664B1 - 소형 금속 증기 방전등 - Google Patents

소형 금속 증기 방전등 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

소형 금속 증기 방전등
제1도는 종래의 편봉지형(片封止形)의 소형 금속 할로겐 램프의 단면도.
제2도는 본 발명의 한 실시예에 따른 편봉지형의 소형 금속 할로겐 램프의 단면도.
제3도는 제2도의 램프의 아크튜브의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
7a,7b : 전극 8a,8b : 금속박
9a,9b : 리드선 12 : 아크튜브
13 : 봉함지역 14 : 튜브전구
19a,19b : 아크 튜브와이어 A : 변곡점
18a,18b : 몰리브덴박
본 발명은 편봉지형의 금속 증기 방전등에 관한 것으로 특히 편봉지형의 소형 금속 할로겐 램프에 관한 것이다.
종래 고강도의 방전 램프는 실외의 조명, 공장내의 조명에 사용되어 왔지만, 최근 점포등의 낮은 천장의 건물 실내 조명에 사용되기 시작하고 있다.
고강도의 방전 램프 가운데에서도 특히 금속 할로겐 램프는 높은 효율과 높은 색상 묘사를 가지고 있기 때문에 이것을 소형화해서 상기 용도에 사용되는 경우가 많아졌다. 이 같은 고강도 방전 램프의 소형화는 종래의 양단을 봉한 모양의 전구 구조에서는 곤란하기 때문에 편봉지형의 석영 이중관형 램프의 개발이 추진되고 있다.
이 형의 램프는 빛을 발하는 튜브 및 외부의 튜브가 같이 봉함된 부분이 한곳의 봉합구조이것, 및 외부의 튜브도 석영 유리제이기 때문에 내열성이 뛰어나고, 그 때문에 램프 전체의 소형화가 가능하다는 이점이 있다.
제1도는 편봉지형의 금속 할로겐 램프의 아크튜브의 개략을 설명하는 도면이다.
제1도에 있어서, 아크튜브의 전구(4)는 방전 영역을 정의하는 거의 구상의 방전부(5)와, 그의 한쪽에 인접한 봉함부(6)로 구성된다. 이 전구(4)에는 소정량의 스타팅용의 희토류가스, 수은, 금속 할로겐이 봉입되어 있다.
방전영역(1)내에는 전극(7a)(7b)이 대향해서 배치되고, 그 단부는 봉함부(6)내에 매린된 금속박(8a)(8b)에 접속되어 있다.
금속박(8a)(8b)에는 또한 리드선(9a)(9b)의 일단이 접속되고, 리드선(9a)(9b)의 타단은 봉함부(6)에서 외부로 도출되어 있다. 또한 방전영역(5)내에 전극(7a)(7b)의 배후의 부분(12a)(12b)은 봉함부(6)의 어깨부분(6a)(6b)인접하고 있다. 이상과 같이 구성된 아크튜브를 석영 유리제의 외부의 튜브내에 수용하는 것에 의해 금속 할로겐 램프가 얻어진다. 이와같이 금속 할로겐 램프를 점등하면 전극(7a)(7b)사이에 아크가 발생한다.
이 경우 방전영역(5)의 배후의 부분(12a)(12b)의 내벽은 아크에 대향하지 않기 때문에 아크에 대향하는 다른 부분에 비교해서 아크에서 받은 열량이 적어서 전구(4)의 내벽이 최냉부이다.
그런데 이 최냉부의 온도는 인접하는 어깨부분(6a)(6b)에서 열이 빼앗기기 때문에 더욱 저하해 버린다. 그래서 이 최냉부의 온도에 의해 결정되는 아크튜브 내의 압력이 저하하고 발광 효율과 색상 연출등의 램프 특성에 악영향을 주어버리는 결점이 있다.
본 발명의 목적은 전구 최냉부의 온도의 저하를 방지하고 그것에 의해 발광효율과 색상 연출등의 램프 특성을 개선한 편봉지형의 금속 증기 방전 램프를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 편봉지형의 금속 증기 방전램프는 방전영역을 정의하는 방전부와 이것과 인접하는 어깨부분을 갖는 봉함부로 되는 전구 및 봉함부내에서 방전영역 내에 확장하여 그 선단에 서로 대향하여 배치된 한쌍의 전극부를 갖는 전극을 구비한 아크튜브 및 이 아크튜브를 수용하는 외부튜브를 구비한다.
전구의 단면의 외형은 방전 부분과 봉함 부분과의 경계에 있어서 변곡점을 갖고 전극부의 중심을 맺는 직선(l)과, 이 직선의 중점과 전기 변곡점과를 맺는 직선(L)과의 이루는 각이 15-45°이고, 어깨부분은 직선(L)에 대해 직선(l)과는 반대쪽에 위치하고 있다.
이같은 구성의 금속 증가 방전램프에 있어서는 아크튜브의 봉함부에 어깨부분과 전극의 끝부분의 후배부인 전구내면의 최냉부가 떨어져 있기 때문에 이 최냉부가 더욱 냉각되는 것이 없다.
또한 봉함부 전체의 안쪽 면적도 적어지기 때문에, 봉함부에서의 열의 손실도 적게할 수 있다.
이같이 해서 아크튜브 내의 압력의 저하가 방지되고, 램프 특성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한 본 발명의 램프에 있어서는 안정 점등시의 램프 전류(I)(A)/전극의 철선직경(d)(mm)의 치를, 식 2의 4
Figure kpo00001
I/d
Figure kpo00002
3.27을 만족하는 값으로 하는 것에 의해, WL/S가 20-70이라는 고 부하에도 불구하고 광속유지율을 높일 수 있고, 램프의 수명을 향상시킬 수 있다.
이하 도면을 참조해서 본 발명을 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명의 관한 전력 150W의 금속 할로겐 단면도이고, 제3도는 제2도의 금속 할로겐 램프의 아크튜브의 단면도이다.
제2도에 있어서, 석영 유리제의 외부 튜브(11)의 내부에는 아크튜브(12)가 수요되어 있다.
외부 튜브(11)의 일단에만 장치된 봉함부(6)에는 도시하지 않은 금속판이 뚜껑으로 되어 있다.
아크튜브(12)의 싸개를 구성하는 석영 유리제의 아크튜브전구(14)는 방전공간(15a)을 정의하는 거의 구상 또는 타원형의 방전부(15)와 그 일단에만 형성된 봉함부(16)로 구성되며 그 내용적은 0.5cc이다. 방전공간(15a)에는 한쌍의 전극(17a)(17b)이 그의 일단에 장치된 끝부분 (17c)(17d)과 6.5mm정도 떨어져서 서로 대향하도록 장치되어 있다.
전극(17a)(17b)의 타단은 봉함부(16)내에 봉착되어 있다. 전극(17a)(17b)은 예를들면 직경 0.6mm의 토륨텅스텐 와이어로 되어 그 끝부분(17c)(17d)은 코일에 감겨져 있다.
한편 봉함부(16)내에 봉착되어 있는 전극(17a)(17b)의 타단은, 봉함부(16)내에 매립되어 있는 몰리브덴등으로 된 금속박(18a)(18b)에 접속되어 있고 이 금속박(18a)(18b)에는 아크튜브 와이어(19a)(19b)가 접속되어 있다.
아크튜브 와이어(19a)(19b)는 봉함부(16)에서 도출되어 그 단부는 봉합지역(13)내에 매립된 금속박(20a)(20b)에 접속되고 또한 금속박(20a)(20b)에는 외부 튜브 리드선(9a)(9b)이 접속되어 있다.
전극(17a)(17b)의 끝부분(17c)(17d)은 코일상으로 감은 것 뿐만 아니라 선상의 것이라도 좋으며 또한 전극(17a)(17b)과 끝부분(17c)(17d)과의 일체적으로 형성되어 있는 것에 한하지 않고 따로따로 형성된 후 접합되어 있는 것이라도 좋다.
아크튜브(12)내에는 소정량의 스타팅용의 희토류 가스, 수은 및 금속 할로겐이 봉입되어 있다.
금속 할로겐으로서는 예를 들면 “Sni”,“TlI”,“NaI”,“LiI”,“InI”,“NaBr”, “LiBr”등을 이용할 수 있다.
아크튜브 전구(14)의 단면의 외형은 방전부(15)와 봉함부(16)와의 경계에 있어서 변곡점(A)을 가지고 있다.
전극(17a)(17b)의 끝부분(17c)(17d)의 각각의 중심을 맺는 직선(l)과 이 직선(l)의 중점(C)과 변곡점(A)과를 맺는 직선(L)과의 이루는 각은 35°이다.
또한 봉함부(16)의 어깨부분(16a)은 전술한 직선(L)에 관해 상기 직선(l)과는 반대쪽에 위치하고 있다.
역시 타방의 어깨부분(16)도 다른 어깨부분(16a)과 같이 형성되어 있다.
이상과 같은 구성의 금속 할로겐 램프를 점등시켜 사용한 경우 아크튜브의 전구 내면의 최냉부인 전극(17a)(17b)의 배후의 방전부(12a)(12b)는 봉함부(16)의 어깨부분(16a)(16b)에서 떨어진 위치에 있으므로 어깨부분(16a)(16b)에 빼앗기는 열량이 적어 최냉부(12a)(12b)의 온도가 저하되지 않는다.
더구나 전술한 각도 “θ”는 35°로 큰데, 봉함부(16)전체의 표면적도 작아지고 그래서 봉함부(16)전체에서의 열손실도 작아진다. 따라서 이들 양자의 작용이 서로 어울려 아크튜브내의 압력의 저하가 방지되고 램프의 특성을 향상시킬 수 있다.
다음에 전술의 램프에 있어서, 각도 “θ”를 여러 가지로 변화시킬 경우의 발광 효율을 측정한 바, 하기표에 나타낸 효율을 얻었다.
[표 1]
Figure kpo00003
상기 표에서 밝힌 것처럼 “θ”가 크게 되면 발광효율도 향상하고, 예를 들면 “θ”가 15°인 경우의 발광효율은, “θ”가 0°인 경우에 비교해서 현저한 효과가 얻어지는 것을 알았다.
그러나 “θ”가 45°를 넘으면 봉함부(16)의 횡폭을 작게 하지 않으면 안되고 그럴 경우 봉함단계에 있어서 용융한 석영이 내측에 이동하는 양이 증가하고, 이 용융 석영의 흐름 때문에 몰리브덴박(18a)(18b)을 적정한 위치에서 봉지가 불가능하게 된다.
그 결과 소망의 램프 특성을 얻는데 필요한 전극간의 거리가 얻기 어렵게 되기도 하고 또는 심한 경우에는 몰리브덴박(18a)(18b)끼리 접촉해서 단락을 일으키는 등의 불량이 생기기 쉽게된다.
따라서 “θ”는 15-45°가 아니면 안된다.
본 발명에 있어서와 같이 편봉지형의 소형 금속 증기방전램프는 종래의 양측 봉지형의 램프에 비교해서 발광효율을 높이기 때문에 램프의 부하의 높은 상태에서 점등되도록 되어 램프의 가혹한 상황하에서 사용된다.
즉 이런 종류의 편봉지형이 소형 금속 증기 방전램프는 입력전력을 WL(와트), 아크튜브의 내표면적을 “S”(㎠)로 했을 때 WL/S의 치가 20-70정도의 높은 부하에서 점등되고 있다.
이같이 가혹한 조건에서 점등되는 경우 아크튜브의 조기 흑화가 진행하고 광속 유지율이 저하해서 램프의 수명이 짧아 진다는 문제점이 있다.
예를들면 상술의 제2 및 3도에 나타낸 램프에 있어서는 안정 점등시의 램프 전류(I)는 1.8A로, 이때 램프의 입력전력(W)은 150W로 되도록 설정되어 있다.
또한 아크튜브의 내표적(S)는 3.5㎠로 아크튜브의 단위 내표적당의 램프부하는 약 43W/㎠으로 되어 있다.
이치는 종래의 양측 봉지형의 금속 할로겐 램프에 비교해서 2배이상 높다.
이것은 발광효율을 높게하기 위해 튜브벽의 부하를 종래의 양측 봉지형의 램프 보다도 높게 설정해 있기 때문이다.
이 때문에 상술한 바와같은 문제점이 생기는 것이다.
본 발명자들은 광속유지율을 개선하기 위해 각종 검토 실험을 행한 결과, 전극의 철선 직경이 광속 유지율에 큰 영향이 있는 것을 발견했다.
일반적으로 전극의 철선 직경이 크게되면 열용량이 증가하는데 전극온도가 낮아지고 전극재료의 비산(飛散)이 감소해서 튜브벽에 부착할 때 굳어져서 흑화가 감소된다.
그러나 철선 직경이 지나치게 커지면 전극온도가 너무 낮아져서 점멸하기도 하고 할로겐회로를 저해하는 등의 문제점이 있는 것은 알려져 있다.
본 발명자들은 전술의 150W의 금속 할로겐 램프에 있어서 실험을 행하고 전극의 철선 직경과 1000시간 점등후의 광속유지율과의 관계를 조사했다.
그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure kpo00004
표 2에서 나타낸 것처럼 전극의 철선직경(d)을 0.55mm이상, 즉 안정 점등시의 램프 전류(I)(A)/전극의 철선직경(d)(mm)의 치를 3.27이하로 하면, 1000시간 점등후의 광속 유지율을 실용으로 제공할 수 있는 값인 80%이상으로 유지할 수 있다.
다만, 전극의 철선직경(d)은 무제한으로 크게할 수 있는 것이 아니고 철선직경(d)이 크게 되면 전극의 열용량이 크게 되고 따라서 점멸하기 쉽게 되는데 이것의 제약을 받는다.
실용상 전원전압의 변등에 의해 램프의 점멸 방지를 고려하면 점멸전압/정격전압의 치는 90%이하인 것이 바람직하고, 이것으로 I/d의 2.4이상으로 할 필요가 있다.
따라서 안정 점등시의 램프 전류(I)(A)/전극의 철선직경(d)(mm)의 치를, 하기의 치를 만족하는 치로 하는 것에 의해 전술의 문제점을 제거할 수 있다.
2.4
Figure kpo00005
I/d
Figure kpo00006
3.27
또 이 식은 150W의 금속 할로겐 램프에 한하지 않고 다른 정격 전력의 램프에도 적용할 수 있다.
이상 본 발명을 금속 할로겐 램프에 적용할 경우에 대하여 설명했으나 본 발명은 이것에 한하지 않고 편봉지형의 금속 증기 방전램프라면 어느 램프도 실용 가능한데 예를들면 높은 압력 수은 램프에 적용가능하다.
이상 설명한 것처럼 본 발명의 금속 증가 방전 램프에 따르면 아크튜브의 전구 내면의 최냉부 온도의 저하가 방지되어 그것에 의해 아크튜브 내의 압력이 적절한 치로 유지되고 그 결과 뛰어난 램프의 특성이 얻어진다.
또한 특히 전극의 철선직경(d)과 램프 전류(I)와의 비를 소정의 치로 하는 것에 의해 WL/S가 20-70이라는 고부하에도 불구하고 광속 유지율을 높일 수 있고, 램프의 수명을 향상 시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 방전영역을 정의하는 방전부(15)와 이것과 인접하는 어개부분(16a)(16b)을 갖는 봉함부(16)로 된 전구(14) 및 상기 봉함부(6)내에서 전술한 방전영역(15a)내에 확장하는 일단에 서로 대향하여 배치된 한쌍의 전극부를 갖는 전극(17a)(17b)을 구비하는 아크튜브(12) 및 이 아크튜브(12)를 수용하는 외부튜브(11)를 구비하고 전술한 전구(14)의 단면의 외형은 방전부(15)와 봉함부(16)와의 경계에 있어서 변곡점(A)을 가지고 전술한 전극부(17a)(17b)의 중심을 맺는 직선(l)과, 이 직선과 중점과 전술한 변곡점(A)과를 맺는 직선(L)이 이루는 각이 15-45°로 전술한 어깨부분(16a)(16b)은 전술한 직선(L)에 대하여 전술한 직선(l)과는 반대쪽에 위치하여 있는 것을 특징으로 하는 편봉지형의 금속증기방전등.
  2. 제1항에 있어서, 아크튜브(12)내에는 스타팅용의 희토류가스, 수은 및 금속 할로겐이 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 금속증기방전등.
  3. 제2항에 있어서, 금속 할로겐은 Sni,TlI,NaI,LiI,InI,NaBr, LiBr로 되는 군에서 선택된 적어도 1종류인 것을 특징으로 하는 금속증기방전등.
  4. 제1항에 있어서, 전극부(17)는 코일형상인 것을 특징으로 하는 금속증기방전등.
  5. 제1항에 있어서, 전극부(17)는 선형상인 것을 특징으로 하는 금속증기방전등.
  6. 제1항에 있어서, 전극의 타단은 봉함부(16)내에 봉착되어 있는 것을 특징으로 하는 금속증기방전등.
  7. 제1항에 있어서, 봉함부(16)내에는 금속박(18a)(18b)이 매립되어 있고, 전극의 타단은 금속박(18a)(18b)에 접속되어 있고, 금속박에는 외부튜브와이어(19a)(19b)의 일단이 접속되어 있고, 이 외부튜브와이어 타단은 아크튜브 밖에 도출되어 있는 것을 특징으로 하는 금속증기방전등.
  8. 제1항에 있어서, 전극과 전극부는 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속증기방전등.
  9. 제1항에 있어서, 전극과 전극부는 따로따로 성형된 후 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 금속증기방전등.
  10. 제1항에 있어서, 입력전력 WL(와트) 아크튜브의 내표면적 S(㎠)과의 비 WL/S가 20-70이고 안정 점등시의 램프전류 I(A)와 전술한 전극부의 철선직경 d(mm)과의 비 I/d가 식 2.4≤I/d≥3.27을 만족하는 것을 특징으로 하는 금속증기방전등.
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