KR940009329B1 - 전기 방전 램프로 부터 열을 제거하기 위한 열전달 장치와 이 열전달 장치를 구비한 크세논 금속 할로겐 램프 및 자동차용 헤드 램프 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기 방전 램프로 부터 열을 제거하기 위한 열전달 장치와 이 열전달 장치를 구비한 크세논 금속 할로겐 램프 및 자동차용 헤드 램프

제1도는 본 발명에 따른 열 전달 수단을 구비하는 용융 석영 엔벌로프를 나타내는 부분 횡단면도.

제2도는 제1도의 용융 석영 엔벌로프를 이용한 금속 할로겐 램프용 아아크 관을 나타내는 측면도.

제3도는 본 발명에 따른 다른 구조의 석영 아아크 관을 나타낸 측면도.

제4도는 제3도의 석영 아아크 관을 갖는 자동차 헤드 램프를 나타내는 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 엔벌로프 12 : 몸체

14,16 : 목부 18 : 벌브형 중앙부

20,22 : 벽 24 : 용융 석영 돌기

32,34 : 전극 50 : 금속 할로겐 광원

54 : 외부 덮개 부재 68,70 : 박막 금속 호일

82 : 반사기 부재 88,90 : 도체

본 발명은 전기 방전 램프의 용융 석영 아아크 관으로 부터 열을 제거하는 수단에 관한 것으로서, 특히 비교적 고온 및 고방전 압력 하에서 램프가 작동하도록 하는 수단에 관한 것이다.

통상적으로, 여러 가지 고압 형태의 전기 방전 램프는 광원으로서 용융 석영 아아크 관을 사용하는데, 이는 그러한 세라믹 재료의 내화성 및 광학적 투명도에 따른 것이다. 이와 같은 형태의 램프에서, 아아크 관은 일반적으로 용융 석영을 관상으로 형성시킨 밀봉 엔벌로프와 그 안에 삽입되는 방전 전극으로 구성된다. 통상 아아크 관은 밀봉 엔벌로프의 대향 단부에 한 쌍의 방전 전극을 갖는다. 그러나, 아아크 관의 동일 단부에 양 전극이 배치되는 경우도 있다. 상기 밀봉된 아아크 관은 여러 금속 물질로 충진되는데, 이 충진 물질은 하나 또는 그 이상의 크립톤, 아르곤 및 크세논과 같은 불활성 개스와 함께 수은 나트륨 및 금속 할로겐화물을 포함하며 방전 작동 동안 증기화된다. 이러한 금속 증기 방전 램프는 직류 및 교류 전원을 이용한 주지의 램프 안정화 회로로 작동될 수 있다. 이러한 타입의 금속 증기 램프에 의해 고발광 효율이 성취되고 있는데, 이러한 새로운 디자인의 램프는 램프 엔벌로프 크기를 줄이는 한편 방전 압력을 증가시킴으로써 그러한 효율을 증가시키고 있다.

비교적 높은 동작 온도 및 압력에서 사용되는 석영 아아크 관은 자주 약 1000℃의 가열벽 온도에 도달된다. 상기 용융 석영 재료는 그러한 가압 열적 환경 속에서 급속히 불투명화 및 결정화되어 파열됨으로써 램프 수명을 심하게 단축하게 된다. 상기 파열시, 램프 내부의 고압은 석영관으로 부터의 재료를 비교적 고속으로 파열시킴으로써 자동차의 헤드 램프에 이용되는 것과 같은 램프용 외부 하우징 수단까지도 파괴할 가능성이 있다. 자동차 헤드 램프와 같이 석영 아아크 관이 반사기 내에 위치하는 용융이나 그 밖의 기타 응용에서, 그러한 고온 및 고압 상태에 의해 야기되는 상기 아아크 관의 팽창은 소망의 조명 패턴에 악 영향을 미치게 된다. 그러므로 램프가 동작하는 동안 과열벽의 온도를 감소시키는 것이 절실히 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은 전기 방전 램프에 사용되는 용융 석영 아아크관으로 부터 열을 제거하는 수단으로 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 아아크 관 벽을 통해 전도된 열을 제거하기 위해 상기 아아크 관과 작동적으로 결합된 열 전달 수단을 포함하는 용융 석영 아아크 관을 사용하는 전기 방전 램프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전기 방전 램프로 부터의 열 제거를 위해 용융 석영 매체를 이용하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 아아크 관과 작동적으로 결합된 열 제거 수단을 포함하는 용융 석영 아아크 관을 광원으로 사용하는 자동차 헤드 램프를 제공하는 것이다.

본 발명은 여러 전기 방전 램프에서 광원으로 사용되는 용융 석영 아아크 관으로 부터 열을 제거하는 수단에 관한 것이다. 상기 열은 아아크 관의 과열 영역에 물리적으로 인접 배치되는 용융 석영 돌기에 의해 상기 아아크 관벽을 통해 제거된다. 이와 같은 용융 석영 돌기는 아아크 관이 통상의 방법으로 형성되는 초기에 아아크 관 자체의 한쪽 벽에 형성될 수 있다. 이와 달리, 용융 석영 아아크 관의 외벽 표면에 소량의 용융 석영을 열접합(heat sealing) 또는 본딩(bonding)함으로써 적절한 돌기가 아아크 관의 한쪽 벽에 제공될 수도 있다.

제1도는 자동차 등에 적용하기에 적당한 아아크 관에 조립되기 이전의 용융 석영 엔벌로프(10)를 도시한 것이다. 상기 도면에 도시한 바와 같이, 엔벌로프(10)는 가늘고 긴 중공 몸체(12), 목부(14, 16), 벽(20, 22)에 의해 형성되는 벌브형 중앙부(18)를 구비한다. 본 발명에 다른 열 전달 수단을 제공하기 위해 벽(20)의 바깥 표면에 용융 석영 돌기(24)가 고정된다. 상기 용융 석영 돌기(24)는 램프가 동작하는 동안 아아크 관에서 발생되는 과열 영역과 일치되도록 벌브형 중앙부(18)의 중심 또는 그 근처에 위치된다. 따라서, 상기 기술한 열 제거 수단은 용융 석영 엔벌로프(10)의 상부벽(20)과 상기 용융 석영 돌기(24) 간의 협동 작용을 포함한다. 열 제거는 제공된 돌기 요소에의 부가의 집합 및 분산을 위해 상기 벽을 통한 초기 전도로 부터 진행된다.

제2도는 상기 실시예에서 언급한 중공 엔벌로프(10)를 사용해 주문 방식으로 제조된 작동 가능한 아아크 관(30)을 도시하고 있다. 따라서, 도면에 상기 엔벌로프(10)와 공통적인 요소는 동일한 부호를 붙였다. 상기 석영 아아크 관(30)은 양단부 구조를 가지고 있으며, 한 쌍의 전극(32, 34)이 공동 엔벌로프의 목부(14, 16)에 밀봉되어 약 2 내지 4밀리미터의 범위에서 소정의 거리만큼 서로 분리되어 있다. 상기 도시한 양단부 구조와는 달리, 본 발명에 따라 일단부 구조의 아아크 관도 생각해 볼 수 있는데, 이 일단부 구조의 아아크 관에서는 2전극이 아아크 관의 동일 단부에 배치되며 소정의 거리만큼 서로 분리된다. 전극(32, 34)은 막대 형태로서 텅스텐 또는 텅스텐 합금과 같은 내화성 금속으로 구성되는데, 도면에서와 같이 선택적으로 비대칭인 크기를 지니도록 구성될 수도 있다. 램프가 직류 전원에 의해 동작되는 때에는 보다 큰 열 분산을 위해 애노드 전극(32)은 도면에 나타낸 바와 같이 캐소드 전극(34) 보다 직경이 크게 되는데, 이와 달리 일반적으로 램프가 교류 전원으로 동작되는 경우는 동일한 크기의 전극이 선택된다. 상기 전극 부재는 공지된 스팟-모드(spat-mode)형태를 갖는데, 이는 순서 방식에서 상기 아아크 관(30) 내의 열전사 아아크 조건을 향상시키기 위한 것이다. 양 전극(32, 34)은 각각 외부 리드(40, 42)에 접속되는 박막 내화성 금속 호일 소자(36, 38)와 함께 상기 석영 엔벌로프 내에 밀봉된다. 도시 생략된 크세논 수은 및 금속 할로겐 화물의 충진물질은 석영 엔벌로프의 벌브형 밀봉 공동(18) 내에 제공되어 순시광 발산시 협동한다. 내화 금속 코일(44, 46)은 상기 밀봉 아아크 관 엔벌로프의 양 단부의 중앙에 전극 부재를 위치시키는데 이용된다.

열 방산 수단으로 이용된 상기 용융 석영 돌기(24)의 효율을 알아보기 위해 다수의 온도 측정이 상기 아아크 관(30) 상에서 실행되었다. 상기 온도 측정은 점등 상태의 아아크 관에서 약 5미크론의 파장으로 전파되는 상업용 고온계로 실시되었다. 열 전달 수단을 통해 상기 아아크 관의 벽 온도를 1000° 이하로 감온시키는 것은 이미 지적한 바와 같은 램프의 성능을 저해하는 영향을 줄이기 위한 것이다. 따라서, 점등된 아아크 관의 벽 온도는 상기 석영 돌기(24)의 말단 외향 돌출 단부에서의 온도 측정과 함께 양단부 및 벌브형 중앙부(18)의 중간 위치에서 측정되었다. 밀봉 공동 애노드 단부에서 벽 온도는 995℃이고, 상기 밀봉 공동의 캐소드 단부에서 벽 온도는 910℃이다. 벌브형 중앙부(18)의 중간 위치에서의 벽 온도는 975℃이고, 상기 석영 돌기의 외측 말단 단부에서는 925℃로 측정되었다. 상기 온도 측정으로 부터 과열점 온도는 열 제거 수단이 없을 때 발생했던 온도인 1000℃ 이하로 감소된다는 것이 명확히 밝혀진다. 상기 아아크 관 작동온도의 추가 감소는 제공된 열 전달 메카니즘과 물리적으로 접촉하여 전개되는 부가의 열 싱크(sink) 수단을 구비함으로써 입증되었다. 좀더 상세하게, 18게이지 열 전도 금속선(제2도에 도시 않됨)을 단순히 상기 석영 돌기의 기저부 둘레에 감았다. 이후, 아아크 관의 동작중에 그러한 변경된 열 전달 수단을 통해 온도 측정을 실행했다. 그 결과, 상기 애노드의 벽 온도는 930℃로 측정되고, 캐소드의 벽 온도는 875℃이며, 중앙부의 중간 위치에서의 벽온도는 920℃이고, 상기 석영 돌기 말단 단부에서의 온도는 820℃가 되었다. 램프 동작 중 상기 입증된 과열점 온도의 감소는 상기 아아크 관에서의 벽 온도 분포를 더욱 균일하게 하였다.

제3도는 내부 용융 석영 아아크 관 부재(52)의 목부(56, 58)에 외부 엔벌로프, 즉 외부 덮개 부재(54)가 합체되어 있는 그러한 아아크 관 부재(52)를 갖는 금속 할로겐 램프용 석영 아아크 관 구조(50)의 측면도이다. 일반적으로 비슷한 덮개 수단을 금속 할로겐 램프에 제공하는 목적은 R.L. Hansler 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,935,668호에 자세히 설명되어 있다. 본 도면에서 보는 바와 같이, 상기 외부 덮개는 밀봉된 환상 공간(60)을 제공하도록 내부아아크 관 부재의 벽으로 부터 소정 거리 만큼 물리적으로 분리된다. 이 외부 덮개 부재(54)는 램프 동작중 아아크 관의 온도보다 저온에서 동작하기 때문에 ＃180 유리와 같은 보다 낮은 내화성의 광학적 투명 유리로 구성될 수 있다. 그러한 외부 덮개 부재의 이용은 여러 장점을 지닌다. 그것은 상기 램프에서의 개선된 균일한 온도 동작을 위해 석영 아아크 관내에서 가스 전도 및 대류의 냉각 효과를 최소화 함으로서 광원의 효율 및 칼라를 개선하는 내부 아아크 관내에서의 아아크 상태의 방전시 더 많은 금속 할로겐이 증기화되어 유지되게 한다. 이와 같은 개선된 균일 온도 동작은 광원으로 하여금 자동차용 헤드 램프 내에서와 같이 하우징 내에서의 그것의 방향에 덜 의존하게 한다. 상기 외부 덮개 부재는 금속 할로겐화물을 광원의 양단부에서 구동시키는 광원의 DC 및 저주파 동작 동안 통상 발생하는 전기 영동 효과를 감소시킨다. 밀봉된 환상 공간(60)은 비워져 있던가 건조 니트로겐 및 지르코늄 금속칩과 같은 습윤 게터링제로 채워질 수 있다. 상기 아아크 관 구조는 벌브형 중앙 공동(60)의 대향 단부에 밀봉되는 전극(62, 64)을 지닌 양단부 형태이다. 유사하게, 전극(62, 64)은 각각 박막 내화성 금속 호일(68, 70)에 연결되고, 상기 박막 금속 호일의 대향 단부는 각각 외부 리드(72, 74)에 연결되어 있다. 제3도에 도시된 바와 같이, 양쪽의 막대형 전극(62, 64)은 동일한 물리적 크기 및 구조를 지닌다. 물론, 상기 전극은 제2도에서와 같이 다른 크기일 수도 있다. 용융 석영 돌기(76)는 기존의 열 전달 수단으로 이용되기 위해 벌브형 중앙 공동(66)의 중심 또는 그 근처에서 석영 아아크 관(52)의 외벽 표면에 고정된다. 상기 석영 돌기는 유리로 된 외부 덮개 부재(54)에 구비된 여전히 부가적인 열제거를 위한 제2돌기(78)와 협동한다. 상기 상호 협동을 달성하는데 있어서, 석영 돌기(76)는 상호 간격져 이격되어 제2돌기(78)와 인접 배치된다. 상기 외부 덮개 부재(54)는 그 자체로 내부 아아크 관으로 부터의 열 제거에 관계하기 때문에 제2돌기(78)는 열제거에 있어 최소의 감소시 제거될 수 있다. 상기 아아크 관 구조는 양호한 빛의 방사를 위해 크세논, 수은 및 금속 할로겐화물(도시않됨)의 충진제를 포함한다. 더 큰 열 제거는 아아크 관(50)내에서 석영 돌기(76)가 석영 돌기(78)에 물리적으로 직접 결합됨으로써 성취될 수 있다.

제4도는 수평축 방식으로 지향된 제3도의 용융 아아크 관 구조를 갖는 자동차용 헤드 램프를 측면도로 나타낸 것이다. 상기 자동차용 헤드 램프(80)는 반사기 부재(82)와, 상기 반사기 부재의 전방에 고정된 렌즈부재(84)와, 전원과의 접속을 위해 상기 반사기 부재 후방에 고정된 연결부재(86)와, 금속 할로겐화물 광원(50)을 구비한다. 반사기 부재의 접속수단(86)은 자동차의 외부 전원에 접속 가능한 도체(88, 90)을 포함한다. 상기 반사기 부재(82)는 자동차용 헤드 램프(80)의 축(94)를 따라 측정된 선정된 촛점(92)를 가지고, 광원(50)은 반사기의 촛점(92)에 근접 위치되도록 반사기(82) 내의 선정된 곳에 위치된다. 상술한 실시예에서 광원(50)은 반사기의 축(94)를 따라 위치된다. 상기 반사기는 포물선 형태로 인해 광원(50)과 협동하고, 광비임을 정해진 전방 방향으로 조사하도록 협동하는 프리즘 요소(도시않됨)을 구비할 수 있는 투명 재료로 형성된 렌즈 부재(84)와도 협동한다. 광원(50)은 한 쌍의 비교적 단단한 자체 지지 리드 도체(96, 98)에 의해 반사기(82)의 후미에 접속되는데, 이 리드 도체는 양단부가 도체(88, 90)에 각각 접속된다. 광원(50)은 분리된 전극 양단에 자동차용 전원이 인가되어 여기되었을 때 순간 조명을 제공하여 용융 아아크 관내에 함유된 크세논 가스 충진제가 먼저 여기되고 그 속에 함유한 금속 할로겐화물 성분과 함께 수은이 증기화 및 이온화된다. 본 발명에 따른 광원에서는 열 전달 요소(76, 78)를 구비함으로써 상기 램프 동작 온도가 소망제한치 1000℃ 이하에서 유지된다.

비교적 고온 및 고압에서 동작되는 전기 방전 램프에 용융 석영 아아크 관을 채용한 경우 그 용융 석영 아아크 관으로 부터 열을 효과적으로 제거하기 위해 특정 수단이 제공되었다는 것은 전술한 설명으로 부터 명백하다. 본 발명의 범주는 벗어나지 않으면서 상기 열 제거 수단은 그 물리적 특징이 변경될 수도 있다는 것 또한 명백하다. 본 명세서에서 개시된 것과는 다른 용융 석영 아아크 관, 전극 부재 및 반사기 부재가 예측될 수 있다. 예를들어 단일-단부 석영 아아크 관은 비교 가능한 유용한 결과를 얻으면서 동일한 열 전달 수단을 이용할 수 있다. 석영 아아크 관을 둘러싸는 유리 쟈켓으로 부터 내부로 돌출되는 윤곽(confour)으로 열제거 수단을 제한하는 것도 예측될 수 있다. 추가로, 램프축을 가로질러 정렬되며 본 열제거 수단을 포함하는 광원을 구비하는 자동차 헤드 램프 구조도 예측될 수 있다. 상술한 본 발명은 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (7)

1. 전기 방전 램프 동작 중 상기 방전 램프로 부터 열을 제거하기 위한 열 전달 장치에 있어서, 밀봉된 벽으로 형성된 중공 공동을 갖는 용융 석영 아아크 관과 ; 상기 아아크 관의 벽을 통해 전도된 열을 제거하기 위해 상기 아아크 관과 작동적으로 결합된 용융 석영 돌기를 구비하며, 상기 용융 석영 돌기는 상기 아아크 관의 과열 영역에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 용융 석영 돌기는, 초기 형성 단계에서 상기 아아크 관의 한쪽 벽에 제공되는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 용융 석영 돌기는 열 접합 수단에 의해 상기 아아크 관의 한쪽 벽에 물리적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 용융 석영 돌기는 상기 용융 석영 아아크 관을 둘러싸고 상기 아아크 관으로 부터의 열제거시 협동하는 광학적으로 투명한 유리 쟈켓에 제공되는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 아아크 관의 벽에 형성된 돌기는 유리 쟈켓 내에 형성된 돌기와 협동하는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
6. 램프가 동작하는 동안에 열을 제거하는 열 전달 장치를 구비한 크세논-금속 할로겐 전기 방전 램프에 있어서, 한 쌍의 방전 전극이 삽입되어 밀봉된 벽으로 형성된 중공 공동을 가지며, 비교적 고압의 크세논, 수은 및 금속 할로겐 화물의 충진제를 포함하는 아아크 관과 ; 상기 아아크 관의 벽을 통해 전도된 열을 제거하기 위해 상기 아아크 관과 작동적으로 결합된 용융 석영 돌기를 구비하며, 상기 용융 석영 돌기가 상기 아아크 관의 과열 영역에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 크세논-금속 할로겐 방전 램프.
7. 선정된 촛점거리 및 촛점을 가지는 전원에의 접속을 위한 반사기 부재와, 상기 반사기의 전방부에 결합된 렌즈 부재와, 상기 반사기의 촛점에 근접 배치되도록 상기 반사기 내에 위치되는 용융 석영 아아크 관을 구비하는데, 상기 용융 석영 아아크 관은 한 쌍의 방전 전극이 삽입되어 밀봉된 벽으로 형성된 중공 공동을 가지며, 비교적 고압의 크세논, 수은 및 할로겐 화물의 충진제를 포함하고, 상기 아아크 관의 벽을 통해 전도된 열을 제거하기 위해 상기 아아크 관과 작동적으로 결합된 용융 석영 돌기를 구비하며, 상기 용융 석영 돌기는 상기 아아크 관의 과열 영역에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 헤드 램프.