KR940009201B1

KR940009201B1 - 램프 및 외곽용기의 코팅방법

Info

Publication number: KR940009201B1
Application number: KR1019910006012A
Authority: KR
Inventors: 신지 이누까이; 사또시 이와사와; 가즈오 다끼다; 가쯔스께 우찌오
Original assignee: 도시바 라이테크 가부시끼가이샤; 쯔루미 쯔도무
Priority date: 1990-04-13
Filing date: 1991-04-13
Publication date: 1994-10-01
Also published as: EP0452133A1; EP0452133B1; DE69104530T2; KR910019105A; DE69104530D1

Abstract

내용 없음.

Description

램프 및 외곽용기의 코팅방법

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 금속할로겐램프의 정면도.

제2도는 제1도의 부분단면도.

제3도는 램프상부코팅층의 장력강도와 상부코팅층에 퍼져 있는 금속 산화물입자의 중량비 사이관계를 설명하기 위한 그래프.

제4도는 램프의 발광플럭스와 상부코팅층에 퍼져 있는 금속산화물입자의 중량비와의 관계를 설명하기 위한 그래프.

제5도는 램프로부터 방출되는 UVB강도와 상부코팅층에 퍼져 있는 금속 산화물입자의 양 사이의 관계를 설명하기 위한 그래프.

제6도는 램프의 발광플럭스와 상부코팅층에 퍼져 있는 금속산화물입자의 양 사이의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 외곽용기 15 : 외곽용기의 단부

17 : 베이스 19 : 내부튜브

21,22 : 전극 23,25 : 지지선

27,29 : 절연홀더 33,35 : 리드선

37 : 스템영역

본 발명의 램프외곽용기에 코팅되는 탄화불소폴리머로 구성된 층을 가진 램프 및 그 층을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.

이 분야에서는 램프의 유리용기 위에 코팅되는 탄화불소로 구성되는 층을 가진 램프가 알려져 있다. 그 층은 유리용기가 깨질때 유리용기 조작이 흩어지는 것을 방지하기위하여 형성되어 있다. 탄화불소폴리머의 녹는 온도가 높기 때문에 탄화불소폴리머를 그 층의 재료로 이용한다. 그래서 탄화불소폴리머층은 특히 외곽용기들이 200℃ 이상의 고온을 가지는 금속 할로겐램프와 같은 높은 조명도의 방전램프에 대해 적용된다.

그러나 종래의 탄화불소폴리머층은 높은 조명도의 방전램프들에 대해서는 강도에 있어서 불충분하다. 그래서 높은 조명도의 방전램프 외곽용기 위에 탄화불소폴리머층의 강도를 증가시키는 것이 요구된다.

탄화불소폴리머층의 두께를 증가시키는 방법으로 탄화불소폴리머층의 강도를 높일 수 있다. 그러나 이 경우에는 탄화불소폴리머층에 의한 빛의 흡수 때문에, 램프의 발광플럭스가 감소한다는 단점이 있다.

탄화불소폴리머의 개선된 층을 가지는 진보된 램프들이 일본 특허 공개공보 제60-71546호와 제64-21855호에 나타나 있다. 공보 제60-71546호에 나타나 있는 램프는 유리섬유를 포함하는 탄화불소폴리머층을 구비하고 있다.

그러나 유리섬유는 탄화불소폴리머층과 램프의 외곽유리용기 사이에서 접착력을 증가하기 위해 탄화불소폴리머에 혼합된다. 그리고 이것은 탄화불소폴리머 그 자체층이 강도를 증가시키기 위한 것이 아니다. 다시 말해서 장력강도를 위한 것이 아니다. 이 램프의 탄화불소폴리머층은 장력강도에 있어서 개선된 것이 아니다.

공보 제64-21855호에 나타나 있는 램프는 탄화불소폴리머층과 램프의 외곽 유리용기사이에 하부층을 구비하고 있다. 하부층은 보통 프라이머층이라 불리워진다. 공보 제64-21855호에 나타나 있는 하부층은 금속 산화물입자를 포함하고 있으며, 유리섬유가 탄화불소폴리머에 혼합되는 것과 같은 이유로 코팅된다. 이 램프의 탄화불소폴리머층도 그 강도에 있어서는 개선되지 않는다.

따라서, 램프이 외곽용기 위에 코팅되는 탄화불소폴리머의 단단해진 층을 제공하고 그것을 제조하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이 본 발명의 목적이다.

위에 언급된 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 램프는 빛과 열을 방출하기 위한 수단 상기 수단에 의해 200℃ 이상에서 가열되는, 상기 수단을 포함하는 용기 및 상기 용기의 바깥쪽에 코팅되고, 내부에 퍼져 있는 금속산화물 입자를 포함하는 탄화불소폴리머로 구성되는 첫번째 층을 구비하고 있다.

이제 관련도면을 참조하면서 따른 본 발명의 실시예들이 기술될 것이다.

그러나 도면에서 유사한 요소들에는 같은 숫자들이 적용되며, 따라서 이들의 상세한 설명들은 반복되지 않는다.

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 금속할로겐램프의 정면도이다.

금속할로겐램프는 단단한 유리로 만들어진 외곽용기(11)를 구비하고 있다. 외곽용기(11)는 소위 BT모양이라 불리는 형태로 램프의 중심을 둘러싸고 있으며, 외곽용기(11)의 양끝부위는 중심부와 비교하여 가늘다. 가는 영역들 중 하나는 목부분(13)이고 다른 하나는 그 반대편 단부(15)이다 목부분(13)은 장비가 빛을 발하게 하기 위해(나타나 있지는 않지만) 램프를 부착하기 위한, 그리고 전력을 받아들이기 위한 베이스(17)를 구비하고 있다.

외곽용기(11)는 그 속에 내부튜브(19)를 포함하고 있다. 내부튜브(19)는 석영유리로 만들어져 있다. 한쌍의 전극(21)(22)이 내부 튜브(19)의 양끝에 제공되어 있다. 내부튜브에는 스타킹 가스로서 아르곤과 같은 불활성가스(회가스), 수은, 할로겐화나트륨, 할로겐화스캄듐과 같은 방전가스가 봉해져 있다.

내부튜브(19)는 한쌍의 지지선(23)(25)과 한쌍의 절연홀더(27)(29)에 의해 외곽용기(11)내에 지지되어 있다. 한 지지선(23)은 단부(15)에서 탄성요소(31)에 의해 고정되어 있고, 다른 하나의 지지선(25)은 스템영역(37)에 설치된 리드선(33)과 연결되어 지지되어 있다. 전극 “21”은 연결선(38)을 통해 다른 리드선 “35”과 전기적으로 연결된다. 다른 전극 “22”는 지지선 “25”를 거쳐 리드선 “33”에 전기적으로 연결된다. 두 리드선 “33”“35”는 베이스(17)와 전기적으로 연결된다. 따라서, 두전극 “21”“22”는 베이스(17)와 전기적으로 연결된다.

상부 코팅층(39)은 제2도에 나타나 있는 램프의 외곽유리용기(11)의 부분 단면도가 가리키고 있듯이 외곽유리용기(11)의 바깥쪽에 코팅되어 있다.

상부 코팅층(39)은 반드시 그 속에 금속산화물입자(나타나 있지는 않지만)포함하고 있는 탄화불소폴리머로 구성되어 있고, 그 두께는 약 100μm이다.

하부 코팅층(41)은 상부코팅층(39)과 외곽유리용기(11)의 바깥표면사이에 형성되어 있다.

이 실시예의 탄화불소폴리머는 반드시 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로 알킬비닐에 테르코폴리머(tetrafiuoroethylene-perfluoroalkylvinylether copolymer)(PFA라고함)(MP-103 : 일본에 있는 주식회사 미쓰이 듀퐁 플루오로 케미컬(MITSUI DUPONT FLUOROCHEMICAL CO., LTD)로부터 구입가능)로 구성하고 있다. 그러나 다른 탄화불소폴리머들, 예를들면 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer)(FEP라고 함), 테트라플루오로에틸렌-헥사 플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 코폴리머(tetraluoroethylene-hexafluoropropylene-perflouorol-alkylvinylether copolymer)(EPE라고 함)(일본에 있는 주식회사 미쓰이 듀퐁 플루오로케미컬로부터 구입가능 등이 사용될 수도 있다. 이 실시예의 금속산화물입자는 산화아연(ZnO)(일본에 있는 주식회사 스미또모 시멘또(SUMITOMO SEMENTO CO., LTD)로부터 구입가능)과 산화티타늄(TiO₂)(일본에 있는 주식회사 스미또모 시멘또로부터 구입가능)으로 구성되어 있다. 그러나 다른 금속산화물, 예를들면 산화탄탈륨(Ta₂O₅), 산화실리콘(SiO₂), 산화알미늄(Al₂O₃) 등이 사용될 수도 있다. 금속산화물의 중량은 탄화불소폴리머 중량이 1%이다. 산화아연(ZnO)과 산화티타늄(TiO₂)입자의 분자크기 평균치는 약 0.02μm이고, 산화아연(ZnO)의 중량과 산화티타늄(TiO₂)의 중량은 서로 같다.

하부 코팅층(41)은 외곽유리용기(11)의 바깥쪽 표면위에 일반적으로 프라이머라고 불리는 비이온성 계면활성제(458-500 : 일본에 있는 주식회사 미쓰이 듀퐁 플루오로케미컬로부터 구입가능)인 산화실리콘(SiO₂)입자 및 산화알미늄(Al₂O₃)입자의 혼합물을 코팅하고, 이 코팅제를 건조시키므로써 형성된다. 그리고 화합물을 코팅하기 전에 닦거나 구우므로써 외곽유리용기(11)의 바깥쪽 표면으로부터 지방질과 기름찌꺼기를 제거할 필요가 있다.

하부 코팅층(41)을 코팅한 후, 잘 알려진 정전기 코팅방법을 포함한 단계들을 거쳐 상부 코팅층(39)이 형성된다. 첫번째 단계는 탄화불소폴리머의 파우더, 산화아연(ZnO)입자의 파우더 및 산화티타늄(TiO₂)입자의 파우더를 포함하는 혼합파우더를 준비하는 것이다. 각 파우더의 세부사항은 앞에 기술되어 있다. 다음 단계는 하부코팅층(41)영역에 있는 하부코팅층(41)의 표면위에 정전기 코팅방법으로 혼합파우더를 코팅하는 것이다. 이 경우에, 하부코팅층(41)은 파우더의 하전된 입자들을 끌어 들이는 전극으로서 작용한다. 그래서 상부코팅층(39)은 반드시 하부코팅층(41) 위에서만 형성된다.

탄화불소폴리머의 파우더가 높아서 탄화불소폴리머의 연속층, 즉 상부코팅층(39)을 형성하도록 하기 위해 다음 단계는 온도 310~400℃에서 외곽유리용기(11)의 표면위에 코팅된 파우더를 가열하는 것이다. 위 설명으로부터 이해된 바와 같이, 하부코팅층(41)은 외곽유리용기(1)의 바깥쪽 표면에 대하여 상부 코팅층(39)의 접착력의 증가를 위해서 뿐만 아니라 상부코팅층(39)을 형성하기 위해서 코팅된다. 이상에서 설명된 방법은 액체를 사용하지 않기 때문에 상부코팅층(39)의 어느 위치에서든지 금속산화물입자의 농도가 균일하며, 층의 두께가 균일하게 된다.

제3도는 상부코팅층(39)내에 퍼져 있는 금속산화물입자들이 중량비가 변화함에 따른 램프의 상부 코팅층(39)의 장력을 측정한 결과가 있다.

제3도에서 가로축은 금속산화물입자의 중량비를 가리키며 세로축은 상부코팅층(39) 장력의 상대치를 가리킨다. 그리고 100%는 금속산화물입자를 포함하지 않는 상부코팅층의 경우에 있어서의 장력을 의미한다. 위에서 언급된 바와 같이, 금속산화물입자의 평균분자크기는 0.02μm이고, 상부코팅층(19)의 두께는 약 100μm이다.

제3도의 측정결과에 따르면, 장력은 금속산화물입자의 중량이 0.05% 이상의 범위에서는 금속산화물입자들의 중량비의 증가에 의해 비례하여 증가했다.

장력이 증가하는 이유는 상부코팅층(39)이 겹쳐진 탄화불소폴리머분자 사이에 퍼져 있는 금속산화물입자가 탄화불소폴리머분자 사이에 미끄러짐을 방지하는 것이라고 생각된다. 게다가, 위에 설명된 방법에 의해 형성된 상부코팅층(39)은 어느 위치에서든 금속산화물입자의 균일한 농도를 가지고 있는바, 어느 위치에서든 금속 산화물 입자들의 농도와 탄화불소폴리모층의 장력이 극히 낮은 곳은 없다. 상기 설명된 이유로 인해 장력이 증가하는 것으로 추측된다.

다른 종류의 금속산화물입자와 여러가지 크기의 분자들의 경우에 있어서도 유사한 결과가 얻어졌다.

제4도는 상부코팅층(39)에 퍼져 있는 금속산화물입자의 평균분자크기와 중량비가 변화함에 따라 램프의 발광플럭스 측정결과를 나타내고 있다.

제4도에서 가로축은 금속산화물입자의 중량비를 가리키고 세로축은 램프의 발광플럭스의 상대치를 가리키고 있다. 그리고 100%는 상부코팅층(39)이 금속산화물입자를 가지고 있지 않은 경우에 램프의 발광플럭스를 의미한다.

곡선(a)(b)(c)는 각각 평균분자크기 0.02μm, 0.1μm, 0.2μm와 일치한다.

제4도의 측정된 결과에 따르면, 발광플럭스는 금속산화물입자의 중량비 증가에 비례하여 감소했다. 이것은 상부코팅층(39)의 금속산화물입자가 빛을 흡수한다는 것을 나타낸다. 이 경우에, 발광플럭스의 감소는 금속산화물 입자의 중량비가 3% 이내의 범위에서는 그렇게 크지 않았다. 그러나 금속산화물입자의 중량비가 3% 이상의 범위에서는 매우 컸다. 그것은 또한 금속산화물입자의 중량비가 작다고 하더라도 분자크기가 0.1μm 이상이었을때 발광플럭스의 감소가 매우 크다는 점을 알려준다. 금속산화물입자의 중량비가 매우 클때는 상부코팅층(39)이 불투명 혹은 비선명한 결점을 가진다.

다른 종류 금속산화물입자들의 경우에도 유사한 결과가 얻어졌다.

따라서, 금속산화물입자들의 분자크기는 바람직한 범위는 0.1μm 보다 크지 않은데서 결정되었고, 중량비의 바람직한 범위는 0.05~3% 사이에서 결정되었다.

제5도에는 상부코팅층(39)에 퍼져 있는 금속산화물입자의 중량비(Mwt%)와 상부코팅층(39)의 두께(tμm)가 변화함에 따라 램프로부터 방출된 자외선 강도를 측정한 결과가 나타나 있다. 램프의 금속산화물입자는 위에 언급된 바와 같이 산화티타늄(TiO₂)과 산화아연(ZnO)으로 구성되어 있다. UVB라 불리는 280~320nm의 파장을 가진 자외선이 측정되었다. 제5도에서, 가로축은 상부코팅층(39)에 퍼져 있는 금속산화물입자의 양(M×t)을 가리킨다.

상부코팅층(39)에 퍼져있는 금속산화물입자의 양(M×t)은 금속산화물입자의 중량부(M)와 상부코팅층(39)의 두께(t) 사이의 곱해진 값으로서 정해진다.

세로축은 램프로부터 방출된 UVB의 상대적인 강도를 가리키고 100%는 상부 코팅층(39)이 금속산화물을 포함하고 있지 않은 경우에 있어서의 UVB의 강도를 의미한다.

제5도에 나타난 바와 같이 램프로부터 방출된 UVB의 강도는 금속산화물의 중량비(M)와 상부코팅층(39)의 두께(t)가 증가함에 따라 비례하여 감소하였다. 특히, 위에 언급된 바와 같이 1% 중량의 산화티타늄(TiO₂)과 산화아연(ZnO)의 금속산화물입자를 포함하는 두께 100μm의 상부 코팅층(39)을 가진 램프로부터 방출된 UVB의 강도는 금속산화물입자를 포함하지 않은 상부 코팅층(39)를 가진 램프로부터 방출된 UVB의 강도의 100분의 1 이하로 감소한다. 게다가, 금속산화물입자 5wt% μm(M×t)를 포함한 램프로부터 방출된 UVB이 강도는 금속산화물입자를 포함하지 않은 상부코팅층(39)을 가진 램프로부터 방출된 UVB강도의 절반이다. 대체로 그것은 UVB의 강도를 절반으로 감소시키므로써 빛의 희미해짐을 방지하는 효과가 얻어진다는 것을 알게 된다. 그래서 바람직한 램프는 빛의 희미해짐을 방지하기 위해 금속산화물 입자를 5wt%μm 이상 가진다. 유사한 결과가 금속산화물입자의 여러가지 분자 크기를 포함하는 상부코팅층(39)을 가진 램프들에 대하여 얻어졌다. 그리고 또한, 산화티타늄(TiO₂)단일물, 산화아연(ZnO)단일물, 혹은 산화세륨(CeO)의 화합물과 같은 그런 여러가지 종류의 금속산화물입자를 포함하는 상부코팅층(39)을 가진 램프들에 대하여 유사한 결과가 얻어진다.

제6도에는 램프의 발광플럭스와 금속산화물입자들의 양(M×t)의 관계가 나타나 있다. 제6도의 가로축은 금속산화물입자의 양(M×t)을 가리키고 세로축은 램프의 발광플럭스의 상대치를 가리킨다. 그리고 100%는 상부층(39)이 금속산화물입자를 가리지 않은 램프의 발광플럭스를 나타내고 혹은 상부코팅층(39)을 가지지 않은 램프의 발광플럭스를 나타낸다. 제6도는 금속산화물입자가 약 0.02μm의 평균분자크기를 가진 같은 량의 산화아연(ZnO)과 산화티타늄(TiO₂)으로 이루어지고, 상부코팅층(39)이 약 100μm 두께를 가진 상태하에서 얻어졌다.

제6도에 나타난 바와 같이, 램프로부터 방출된 발광플럭스의 강도가 상부코팅층(39)의 두께(t)와 금속산화물입자들이 중량비(M)의 증가와 더불어 감소했다. 이들 결과들은 제4도에서 측정된 결과와 일치한다. 이 경우에 발광플럭스의 감소는 금속산화물입자의 양이 300(wt%×μm)이내에서는 크지 않지만 금속산화물입자의 양이 300(wt%×μm) 이상에서는 매우 크다. 게다가 금속산화물의 양(M×t)이 300(wt%×μm) 이상일 경우 제4도에 따른 결과와 같이 불투명 혹은 비선명한 결점을 가진다.

다른 종류의 금속산화물입자인 경우와 금속산화물입자들의 크기가 다른 경우에도 유사한 결과가 얻어졌다.

제5도와 제6도의 측정결과에 따른 금속산화물입자의 바람직한 양은 다음과 같다.

5≤M×t≤300

본 발명은 위에서 언급한 금속할로겐램프 뿐만 아니라 고압나트륨램프, 고압수은램프 등과 같은 그런 높은 조명도의 방전램프에도 적용될 수 있다.

나아가 본 발명은 할로겐램프에 적용될 수 있다. 이 경우에 텅스텐필라멘트는 200℃ 이상에서 보통 석영유리로 만들어진 용기에 빛과 열을 방출한다. 그래서 본 발명은 또한 할로겐램프에도 적당하다.

요약해서, 본 발명은 종래의 기술의 단점을 제거하여 램프의 유리용기가 부숴질때 유리조각이 흩어지는 것을 방지하기 위해 개선된 층을 제공한다.

그래서 위에 언급된 실시예들에서 많은 변형들과 변화들은 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 수행될 수 있다. 그래서 덧붙이는 청구범위는 그런 모든 변형들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

빛과 열을 방출하기 위한 수단(19)(21)(22), 상기 수단(19)(21)(22)을 둘러싸고, 상기 수단(19)(21)(22)에 의해 200℃ 이상으로 가열되는 용기(11) 및 상기 용기(11)의 바깥쪽 표면에 코팅되어 그속에 퍼져있는 금속산화물입자를 포함하는 탄화불소폴리머로 구성되어 있는 상부 코팅층(39)을 구비하는 것을 특징으로 하는 램프.
제1항에 있어서, 상기 금속산화물입자가 산화티타늄(TiO₂), 산화아연(ZnO), 산화실리콘(SiO₂), 산화탄탈륨(Ta₂O₅), 산화알미늄(Al₂O₃)의 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 램프.
제1항에 있어서, 상기 금속산화물입자의 평균분자크기가 0.1μm이내인 것을 특징으로 하는 램프.
제3항에 있어서, 탄화불소폴리머에 대한 상기 금속산화물입자의 중량비가 0.05~3% 사이에 있는 것을 특징으로 하는 램프.
제1항에 있어서, 상기 금속산화물입자가 빛과 열을 방출하는 수단(19)으로부터 발생되는 자외선을 억제하는 것을 특징으로 하는 램프.
제5항에 있어서, 상기 금속산화물입자가 산화티타늄(TiO₂), 산화아연(ZnO) 및 산화세륨(CeO)의 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 램프.
제6항에 있어서, 상기 금속산화물입자의 중량비(Mwt%)와 상부코팅층(39)의 두께(tμm)가 다음 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 램프.

5≤M×t≤300
제1항에 있어서, 용기(11)상의 상기 상부코팅층(39)의 접착강도를 증가시키기 위하여 용기(11)와 상부코팅층(39) 사이에 형성되는 하부코팅층(41)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 램프.
제1항에 있어서, 상기 빛과 열을 방출하는 수단(19)(21)(22)이 빛을 방출하는 내부튜브(19), 내부튜브(19)에 포함된 방전가스 및 내부튜브(19)내에 배치되어 있는 한쌍의 전극(21)(22)들을 구비하는 것을 특징으로 하는 램프.
금속산화물입자와 탄화불소폴리머를 포함하는 혼합파우더를 준비하고, 정전기 코팅수단에 의해 용기(11)에 혼합파우더를 코팅하고, 금속산화물입자를 포함하는 탄화불소폴리머로 구성되는 연속적인 층을 형성하기 위하여 열로써 탄화불소폴리머의 파우더를 녹이는 것을 특징으로 하는 램프의 용기(11) 위에 금속산화물입자를 포함하는 탄화불소폴리머로 구성되는 층을 형성하기 위한 방법.