KR20090055030A - 램프의 석영 유리 엔벨로프에 매립된 도전체를 포함하는 램프 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

램프의 광원을 둘러싸는 석영 유리로 된 엔벨로프(1)를 포함하는 램프가 개시되는데, 전기 도전체(8), 예를 들면, 전극봉은 적어도 부분적으로 엔벨로프(1)의 석영 유리 재료에 매립된다. 도전체(8)의 상기 부분의 표면 중 적어도 일부분에는 상기 표면에서 브러시형 구조를 형성하는 융기부(15)가 제공된다. 융기부(15)는 바람직하게는 10㎛ 내지 35㎛ 사이의 평균 길이를 갖는다.

석영 유리, 엔벨로프, 전기 도전체, 브러시형 구조, 가스 방전 램프

Description

램프의 석영 유리 엔벨로프에 매립된 도전체를 포함하는 램프 및 그 제조 방법{LAMP COMPRISING A CONDUCTOR EMBEDDED IN THE QUARTZ GLASS ENVELOPE OF THE LAMP}

본 발명은 램프의 광원을 둘러싸는 석영 유리로 된 엔벨로프를 포함하는 램프에 관한 것으로서, 엔벨로프의 석영 유리 재료에 전기 도전체가 적어도 부분적으로 매립되어 있다. 전기 도전체는 전극봉(electrode rod)일 수도 있지만, 백열등(incandescent lamp), 예를 들면, 요리 또는 공업용 가열 분야를 위한 고-전력 할로겐 램프에 전력을 공급하기 위한 봉 모양 부분과 같은, 램프 엔벨로프의 석영 유리 재료에 매립된 다른 전기 도전성 부재일 수 있다.

이 유형의 램프는 US-A-2001/0005117에 개시된다. 이 공보는 램프의 방전 공간을 둘러싼 석영 유리 엔벨로프를 포함하는 고-전압 방전 램프를 개시한다. 이 램프에는 두 개의 밀봉된 부분이 제공되는데, 밀봉된 한 부분은 석영 유리 엔벨로프의 두 끝부분 각각에 존재한다. 두 전극봉의 끝부분은 방전 공간으로 돌출하고 각 전극봉의 일부는 두 전극봉이 서로에 대하여 공통축을 가지고(coaxially) 위치하는 방식으로 엔벨로프의 밀봉된 부분에 매립된다. 두 전극봉의 다른 쪽 끝부분은 전극봉에 전류를 공급하기 위해 전도성 몰리브덴 포일 부재의 끝 부분에 연결되 어 있는데, 이 몰리브덴 포일 부재 또한 램프의 석영 유리 엔벨로프의 밀봉된 부분에 매립된다. 몰리브덴 포일 부재의 다른 쪽 끝 부분은 램프의 석영 유리 엔벨로프 외부로 확장하는 리드-아웃 선에 연결되어 있다.

두 개의 전극봉은 엔벨로프의 양쪽 끝 부분에 공통축을 갖도록 위치될 수도 있지만, 서로 동일한 거리를 두고 서로 평행할 수도 있는데, 이 전극봉들은 램프의 석영 유리 엔벨로프의 동일한 밀봉된 부분에 매립되어 있다. 램프는 크세논 금속 할로겐화물 램프나 임의의 기타 전기 방전 램프, 특히 HID-램프(high-intensity discharge lamp), 또는 할로겐 램프와 같은 석영 유리 엔벨로프를 포함하는 임의의 기타 램프일 수 있다. 램프는 램프 및 반사경을 포함하는 장치의 전체 부분일 수 있다.

이러한 램프는 도전체 재료와 엔벨로프의 석영 유리 재료의 팽창 계수들의 차이를 보여주는데, 여기서 도전체의 적어도 일부는 램프 엔벨로프의 밀봉된 부분에 매립된다. 팽창 계수들의 이러한 차이는 사용 시에, 특히 런업(run-up) 단계에서, 램프의 재료 내 높은 압력을 일으키고, 고압은 램프 엔벨로프의 균열 또는 파열로 인한 이른 램프 고장(failure)을 초래한다. 상기 팽창 계수들의 차이로 초래되는 석영 유리의 균열을 막기 위해, 램프의 전극봉 주변에 코일을 도포하거나, 전극봉 주변을 둘러싸도록 포일을 도포하는 것과 같은, 몇 가지의 대책이 공지되어 있다. 대부분 램프 내에 추가 부분들을 필요로 하는 이들 대책의 단점은 상대적으로 높은 추가 비용이다.

본 발명의 목적은 램프 엔벨로프의 석영 유리 재료에 전기 도전체가 적어도 부분적으로 매립된 램프를 제공하여서, 램프 엔벨로프의 석영 유리 재료 내의 균열의 위험을, 적어도 그러한 위험의 감소가 바람직한 소정의 위치에서 감소시키는 것이다.

이 목적을 달성하기 위해, 상기 도전체 부분의 표면 중 적어도 일부분에는 상기 표면에 브러시형 구조를 형성하는 융기부(protrusions)가 제공되는데, 브러시형 구조는 도전체의 재료의 일부가 외부로 팽창하여 상기 융기부를 형성하는 구조이다. 융기부는 그 단면부의 평균 치수보다 긴 길이를 가질 수 있다. 표면의 상기 일부는 털이 나 있거나(bristly) 브러시형 외관을 갖는데, 브러시의 털이나 스파이크와 같이, 도전체의 표면으로부터 솟아오른 융기부를 갖는다. 매립된 도전체 표면의 이러한 브러시형 구조는, 특히 도전체가 빠르게 가열될 때에, 주변의 석영 유리 재료 내의 압력 및 균열의 생성을 방지하거나, 적어도 감소시킨다고 증명되었다.

이는 이하의 설명에 기초한다. 비록 도전체 표면의 브러시형 구조가 석영 유리 재료에 매립될 때에 소정의 각도로 평평해진다 해도, 가열될 때에 도전체의 재료의 추가적인 팽창을 수용하기 위해 브러시의 털들 사이에 보정의 작은 공간이 여전히 있을 것이다. 도전체의 재료와 석영 유리 재료 사이에 직접 접촉이 존재하여서, 도전체는 자신의 열을 석영 유리에 전도할 수 있다. 이에 따라, 도전체의 가열은 주변 석영 유리의 동시적인 가열을 초래할 것이므로, 도전체와 주변 석영 유리 간의 팽창 계수의 차이가 감소된다.

바람직한 실시예에서, 융기부는 10㎛와 35㎛ 사이, 바람직하게는 15㎛와 25㎛ 사이의 평균 길이를 갖고, 브러시형 구조 내 재료 밀도는 바람직하게는 20%와 80% 사이인데, 여기서 브러시형 구조는 몇몇 재료의 고체 구조 보다 실질적으로 더 높은 기계적 유연성(mechanical flexibility) 및 변형 가능성(deformation potential)을 갖는다.

바람직한 실시예에서, 상기 도전체 표면 중 일부분에는 하나 이상의 오목부(recesses)가 제공되는데, 여기서 상기 융기부들은 상기 오목부들의 에지에 위치된다. 이들 오목부는 도전체의 표면에 들어맞을 수도 있지만, 이것들은 바람직하게는 상기 도전체 일부분의 표면 내의 하나 이상의 홈(grooves)이 된다. 그러면 도전체의 표면은 도전체의 재료가 홈들 밖으로 꺼내져 홈의 에지에 있는 브러시형 구조의 털모양 융기부로 재성형되는(reshaped) 방식으로 처리될 수 있다.

바람직한 실시예에서는, 도전체의 표면에서 브러시형 구조는 폭이 25㎛ 미만인 하나 이상의 존(zones)으로 팽창하는데, 이 존은 상기 홈들의 에지들을 따라 팽창할 수 있다. 상기 존 또는 존들은 도전체 주변의 나선형의 밴드일 수 있거나, 도전체의 표면에서 보다 짧은 밴드들을 포함할 수 있거나, 다른 모양을 갖는 구역일 수 있다.

도전체의 표면 중 상기 일부분은 바람직하게는 도전체의 재료가 국부적으로 분리되어 도전체의 표면에서 융기부를 형성하는 레이저 빔을 이용하여 처리된다. 진동 레이저 빔으로 도전체의 표면을 처리하게 되면, 도전체의 재료는 레이저에 노출된 후에 이동하여(moves away), 적어도 이 재료의 일부는 도전체의 표면에서 융기부를 형성한다고 알려져 있다.

바람직한 실시예에서, 도전체의 재료는 텅스텐 또는 텅스텐 합금이거나 도핑된 텅스텐이다. 다른 바람직한 실시예에서, 도전체의 재료는 Mo, Ta, Re, In과 같은 내화 금속(refractory metals)의 그룹 중에서 텅스텐 이외의, 순수하거나, 도핑되거나, 합금질의 다른 금속이다. 램프에서 종종 사용되는 이러한 금속들은, 램프 엔벨로프의 석영 유리 재료에 매립되고, 이는 이러한 금속들 내의 브러시형 구조가 레이저 빔에 의해 단순하고 빠른 동작으로 만들어질 수 있음을 나타내었다.

도전체는 바람직하게는 엔벨로프의 석영 유리 재료에 부분적으로 매립되어 있는 전극봉인데, 여기서 램프는 바람직하게는 고압 가스 방전 램프이고, 전극봉은 석영 유리 엔벨로프의 밀봉된 부분에 매립되어 있다. 이러한 램프들에서, 전극봉은 램프가 켜졌을 때, 특히 짧은 시간 내에 높은 광도에 도달하기 위해 여분의 전력이 램프에 공급되는 차량의 크세논 램프의 경우에 빠르게 가열될 것이다. 그러면 전극봉의 온도는 매우 빠르게 올라갈 것이다. 이러한 램프에서, 전극봉의 팽창을 위한 약간의 공간이 있는 전극봉 표면의 브러시형 구조를 이용함으로써 균열을 피할 수 있다. 이 브러시형 구조는 전극봉으로부터 주변 석영 유리까지 열의 상대적으로 빠른 전도를 보장한다.

본 발명은 또한 램프의 광원을 둘러싸는 석영 유리의 엔벨로프를 포함하는 램프를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 전기 도전체가 엔벨로프의 석영 유리 재료에 적어도 부분적으로 매립되어 있고, 상기 도전체의 부분의 표면 중 적어도 일부분은 도전체의 재료가 국부적으로 분리되어 도전체의 표면에서 융기부를 형성하게 하는 레이저 빔에 의해 처리된다.

이러한 것들 및 본 발명의 기타 양태들은 이하에 설명된 실시예들과 관련하여 설명될 것이다.

도 1은 가스 방전 램프를 도시하는 도면;

도 2는 램프의 일부의 개략적인 단면도;

도 3은 전극봉의 브러시형 단면을 도시하는 도면;

도 4는 전극봉 표면의 개략적인 단면도; 및

도 5는 다른 전극봉의 브러시형 표면을 도시하는 도면.

도면들은 본 발명과 연관이 있는 부분들만을 도시하는 도식적 표현이다.

도 1은 석영 유리로 된 엔벨로프(1)를 갖는 가스 방전 램프를 도시한다. 엔벨로프(1)는 예를 들면, 수은, 요오드화나트륨, 요오드화스칸듐, 크세논 및/또는 기타 기체로 채워져 있는 가스 방전 공간(2)을 수용한다. 엔벨로프(1)는 투명한 아우터 엔벨로프(3)로 둘러싸여 있다.

램프의 엔벨로프(1)에는 엔벨로프(1)의 양 쪽 끝부분에 두 개의 밀봉된 부분(4, 5)이 제공된다. 각각의 밀봉된 부분(4, 5)은 엔벨로프(1)의 석영 유리 재료에 매립된 몰리브덴 포일 부재(6, 7)를 포함한다. 각 몰리브덴 포일 부재(6, 7)는 전극봉(8, 9)의 끝부분에 연결되어 있고 각 전극봉(8, 9)의 다른쪽 끝부분은 가스 방전 공간(2)으로 돌출한다. 전극봉(8, 9)은 적어도 그들의 표면에, 예를 들면, ThO₂와 같은 첨가물을 포함할 수 있는 텅스텐으로 만들어진다.

두 개의 몰리브덴 포일 부재(6, 7) 각각은 또한 리드아웃 와이어(10, 11)에 각기 연결되는데, 리드아웃 와이어는 엔벨로프(1)의 석영 유리 재료 바깥으로 돌출하여서, 전력을 공급하기 위한 수단에 연결될 수 있다. 전력은 몰리브덴 포일 부재(6, 7)를 통해 전극봉(8, 9)에 공급된다.

램프에는 램프를 램프 홀더에 연결하기 위한 캡(12)이 제공된다. 램프의 캡(12)에는 램프 홀더 내 대응 접촉 부재에 연결될 접촉 소자(도시 생략)들이 제공되어서, 램프 홀더로부터 램프에까지 이들 접촉 부재를 통해 전력이 제공된다. 리드아웃 와이어(10)는 상기 접촉 소자들 중 하나에 연결되고 나머지 다른 접촉 소자는 전력을 리드아웃 와이어(11)에 공급하기 위해 전류 유도봉(electric current guiding rod; 13)에 연결된다.

도 2는 램프 부분의 개략적 단면의, 분해된 모양인데, 이 부분은 도 1에서 원(17)으로 표시되어 있다. 램프의 엔벨로프(1)의 석영 유리 재료의 밀봉된 부분(4)은 전극봉(8)의 끝부분에 연결된 몰리브덴 포일 부재(6)를 포함한다. 전극봉(8)의 다른쪽 끝부분은 램프의 엔벨로프(1)의 가스 방전 공간(2)으로 돌출한다.

실린더형 전극봉(8)의 일부는 램프의 석영 유리 엔벨로프(1)의 밀봉된 부분(4)에 매립된다. 전극봉(8)의 이 부분의 표면에는 도 2에서 뒤쪽 방향 빗살 무늬로 표시된 나선형 홈(14)이 제공된다. 융기부들은 홈(14)의 두 에지를 따라 존재하여서, 전극봉(8)의 표면에서 브러시형 구조가 얻어진다.

도 3은 전극봉(8)의 일부를 도시하는데, 전극봉(8) 표면의 브러시형 구조가 도시된다. 브러시형 구조는 전극봉(8)의 재료로 된 털모양 융기부(15)를 포함하는데, 융기부는 전극봉(8)의 실린더형 표면에 있는 나선형 홈(14)의 에지에 위치된다.

브러시형 구조는 25㎛ 폭보다 좁은 구역 내에서 확장하고, 홈(14) 옆은 통상적으로 15㎛내지 25㎛ 높이의 결정형(dendritic), 섬유형(fibrous) 및/또는 원뿔형(conical) 모양이다. 존 내의 융기부(15)는 약 20% 내지 80% 사이의 평균 재료 밀도를 갖는 반면에, 결정형, 섬유형 또는 원뿔형은 100%에 가까운 재료 밀도를 갖는다. 융기부(15)는 그들의 기계적 유연성 및 변형 가능성(deformation potential)이, 같은 치수의 고체 구조의 기계적 유연성 및 변형 가능성보다 실질적으로 단면 비율(cross-section ratio)에 걸쳐 더 높은 높이를 갖는다.

도 3에 도시된 브러시형 구조는 전극봉(8)의 표면을 향한 레이저 빔을 이용한 동작에 의해 생성되고, 전극봉(8)은 그 축을 중심으로 회전하여서, 나선형 홈(14)이 얻어진다. 이 방법에서, 전극봉(8)의 재료는 국부적으로 분리되어 도 3에 도시된 브러시형 구조의 털모양 융기부(15)를 형성한다.

도 4는 홈(14) 및 융기부(15)를 도식적으로 도시한다. 이 예에서, 홈(14)은 약 25㎛의 너비 A와 약 75㎛의 깊이 C를 갖는다. 홈(14)들 사이의 거리 B는 약 100㎛이고, 융기부(15)는 약 20㎛의 길이 D(즉, 높이)를 갖는다.

도 5는 실린더형 전극봉(8)을 도시하는데 그 표면은, 구멍들(18; pits)이 전극봉(8)의 표면에 생겨나고, 융기부(15)가 구멍들(18)의 끝부분에 위치하도록, 진 동 레이저 빔(pulsating laser beam)에 의해 처리된다. 동작들은 Q-스위치된 나노세컨드 YAG 레이저 IR 1064nm에 의해 수행된다. 펄스 길이는 약 16ns이고 펄스 주파수는 33Hz이다. 평균 전력은 9.6W(12W 시스템의 80%)이다. 구멍들은 약 25㎛의 치수를 갖는다. 동작중에, 전극봉(8)은 1000rpm의 속도록 회전한다. 또한, 원하는 브러시형 구조를 획득하기 위한 반응의 일부는 산소이므로, 산소의 흔적을 허용하기 위해 기체 흐름(공기 또는 아르곤)이 적용된다.

전극봉(8) 표면의 브러시형 구조 때문에, 전극봉(8)과 램프 엔벨로프(1)의 밀봉된 부분(4)의 석영 유리 재료 사이에 약간의 공간이 있을 것이어서, 전극봉(8)은 석영 유리 재료보다 약간 더 팽창할 수 있다. 또한, 브러시형 구조 때문에, 전극봉(8)의 재료와 램프 엔벨로프(1)의 밀봉된 부분(4)의 석영 유리 재료 사이에 양호한 열-전도성 접촉이 존재한다. 따라서 석영 유리에서 균열이 발생할 위험은 상당히 감소된다.

상술한 램프의 실시예는 본 발명에 따른 가스 방전 램프의 예에 불과하며, 다른 실시예들이 가능한데, 이 실시예들에서 도전체의 매립된 부분 중 단지 일부 부분들에만 브러시형 구조가 제공되거나, 리드아웃 와이어의 표면 중 일부분에 브러시형 구조가 제공된다.

Claims (11)

1. 램프의 광원을 둘러싸는 석영 유리로 된 엔벨로프(1)를 포함하는 램프 - 상기 엔벨로프(1)의 석영 유리 재료에는 전기 도전체(8)가 적어도 부분적으로 매립됨 - 로서,

   상기 도전체(8)의 부분의 표면 중 적어도 일부분에는 상기 표면에서 브러시형 구조를 형성하는 융기부(protrusions; 15)가 제공되는 것을 특징으로 하는 램프.
2. 제1항에 있어서, 상기 융기부(15)는 10㎛ 내지 35㎛ 사이, 바람직하게는 15㎛ 내지 25㎛ 사이의 평균 길이를 갖는 램프.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 브러시형 구조(15) 내 재료 밀도는 20% 내지 80% 사이이고, 브러시형 구조(15)는 동일한 재료로 된 고체 구조의 기계적 유연성 및 변형 가능성보다 실질적으로 높은 기계적 유연성 및 변형 가능성을 갖는 램프.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전체(8)의 표면 중 상기 일부분에는 오목부(recesses; 14, 18)가 제공되고, 상기 융기부는 바람직하게는 상기 도전체(8)의 상기 일부분의 표면에 있는 하나 이상의 홈(grooves; 14)인 상기 오목부(14, 18)의 에지(edges)에 위치되는 램프.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전체(8)의 표면의 브러시형 구조(15)는 25㎛ 폭 미만의 존(zone) 내에서 확장하는 것을 특징으로 하는 램프.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 도전체(8)의 표면 중 상기 일부분은, 상기 도전체(8)의 재료가 국부적으로 분리되어 상기 도전체(8)의 표면에서 융기부(15)를 형성하도록 레이저 빔에 의해 처리되는 램프.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전체(8)의 재료는 텅스텐이거나, 텅스텐 합금 또는 도핑된 텅스텐인 램프.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전체(8)의 재료는 Mo, Ta, Re, In과 같은 내화 금속의 그룹 중에서 텅스텐 이외의 순수하거나, 도핑되거나, 합금질의 다른 금속인 램프.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전체(8)는 상기 엔벨로프(1)의 석영 유리 재료에 부분적으로 매립된 전극봉(electrode rode; 8, 9)인 램프.
10. 제9항에 있어서, 상기 램프는 고압 가스 방전 램프이고, 상기 전극봉(8, 9)은 석영 유리 엔벨로프(1)의 밀봉된 부분(4, 5)에 매립되는 램프.
11. 램프의 광원을 둘러싸는 석영 유리로 된 엔벨로프를 포함하는 램프 - 상기 엔벨로프(1)의 석영 유리 재료에는 전기 도전체(8)가 적어도 부분적으로 매립됨 - 를 제조하는 방법으로서,

    상기 도전체(8)의 부분의 표면 중 적어도 일부분은 도전체(8)의 재료가 국부적으로 분리되어 도전체(8)의 표면에서 융기부(15)를 형성하도록 레이저 빔에 의해 처리되는 것을 특징으로 하는 램프 제조 방법.

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