KR0130879B1 - 할고겐화 금속 아크 방전램프용 금속 실리 케이트 보호코팅 - Google Patents

할고겐화 금속 아크 방전램프용 금속 실리 케이트 보호코팅

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KR0130879B1 KR1019930015240A KR930015240A KR0130879B1 KR 0130879 B1 KR0130879 B1 KR 0130879B1 KR 1019930015240 A KR1019930015240 A KR 1019930015240A KR 930015240 A KR930015240 A KR 930015240A KR 0130879 B1 KR0130879 B1 KR 0130879B1
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Abstract

본 발명은 할로겐화 나트륨, 하나 이상의 부가적인 할로겐화 금속, 및 비활성시동 기체로 이루어진 아크관용 충전물을 포함하는 할로겐화 금속 아크 방전 램프용 용융 실리카의 아크관에 관한 것으로, 아크관은 아크 챔버를 정의하는 내벽을 갖는 용융 실리카의 관을 포함하고, 이 관의 내벽 상에는 금속 실리케이트 코팅이 제공되는데, 이 코팅은 유리질이고 투광성이며, 필수적으로 스칸듐, 이트륨 및 희토류원소로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 금속, 양호하게는 하나 이상의 부가적인 할로겐화 금속의 금속과 동일한 금속의 실리케이트로 이루어지는 코팅이다. 금속 실리케이트 코팅으로 용융 실리카 아크관을 보호함으로써 확산 또는 반응에 의한 충전물의 금속 부분의 손실을 감소시키고, 이에 따라 아크관 내의 자유 할로겐의 증가를 감소시킨다.

Description

할고겐화 금속 아크 방전램프용 금속 실리 케이트 보호코팅
제1도는 본 발명에 따른 금속 실리케이트 코팅을 포함하는 고광도의 할로겐화 금속 아크 방전 램프를 도시한 도면.
제2도는 본 발명에 따른 금속 실리케이트 코팅을 갖고 있는 램프와 대조 표준 램프의 광 출력을 10,000 시간에 걸쳐 비교한 결과를 도시한 그래프.
제3도는 제2도의 램프들에 대해 10,000 시간에 걸쳐 색 온도(color temperature)의 변화를 비교한 그래프.
제4도는 제2도의 램프들에 대해 10,000 시간에 걸쳐 전압의 변화를 비교한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 램프 12 : 외피
14 : 아크관 14a : 금속 실리케이트
16 : 베이스 18 : 스프링 클립 금속 밴드
20 : 딤플 22,26 : 지지 부재
24,30 : 스트랩 부재 28,40 : 도전성 단자
36,38,46 : 내부리드 28,40 : 저항기
44 : 도체
본 발명은 할로겐화 나트륨(sodium halides)및 하나 이상의 부가적인 할로 겐화 금속(additional metal halide)그리고 선택적으로 수은을 포함하는 혼합물로 충전된 용융 실리카 아크관(fused silica arc tube)을 구비한 고광도의 할로겐화 금속아크 방전 램프(metal halide arc discharge lamp)에 관한 것으로, 특히 용융 실리카아크 방전관을 통한 나트륨 이온의 확산 또는 할로겐화 금속(metal halide)과 용융실리카 아크관과의 반응에 의한 충전물의 금속 부분의 손실 및 이에 따른 바람직하지 않은 아크관 내의 자유 할로겐의 증가(buildup)를 감소시킴으로써 램프의 유효수명을 연장시키기 위해 아크관의 내면 상에 형성하는 금속 실리케이트 코팅(metal silicate coating)에 관한 것이다.
전형적인 할로겐화 금속 아크 방전 램프의 구성은 예를 들면, 미합중국 특허 제4,047,067호, 제4,918,352(전극형) 및 제5,032,762호(무전극형)내에 기술되어 있으며, 이들 개시 내용은 본 명세서에 반영되었다. 이런 형태의 할로겐화 금속 램프는 일반적으로, 예를 들어 용융 실리카, 알루미나 및 결정성 합성 사파이어(crystalline synthetic sapphire)로 구성된 아크관 내에 할로겐 화합물 형태의 나트륨 및 희토류원소들(rare earth elements), 요오드화물을 일반적으로 포함하고, 수은을 선택적으로 포함하는 광 방출 금속들의 충전물을 포함한다.
그러나, 이러한 램프의 수명은 나트륨 이온의 확산 및/ 또는 할로켄화 금속과 용융 실리카 아크관과의 반응에 따른 램프 동작 중 할로겐화 금속 충전물의 금속 부분의 손실 및 이에 따른 아크관 내의 자유 할로겐의 증거에 의해 종종 제한된다. 본 명세서에서 사용되는 자유 할로겐(free halogen)이란 용어는 램프 동작 온도에서 존재하는 휘발성 형태의 할로겐 또는 할로겐 화합물을 말하는 것으로 아크관 벽을 통한 나트륨 이온 확산에 의해 해제된 자유 할로겐 화합물 즉, 할로겐과 다양한 충전 조성물과의 할로겐 화합 반응 생성물을 포함한다.
나트륨 이온의 이동성(mobility)은 아크관이 나트륨 이온에 대해 비교적 다공성(porous)이므로 램프 동작중에 나트륨이 뜨거운 아크 플라스마로부터 아크관 벽을 통과해 아크관과 램프의 외부 재킷 또는 외피(outer jacket or envelope)사이의 차가운 영역으로 이동하여 외피 또는 그 일부 상에 응결된다. 이렇게 손실된 나트륨은 방전에 이용될 수 없으며 더 이상 그 특성 방출을 제공할 수 없으므로, 광 출력은 서서히 감소하고 색깔은 백색에서 청색으로 전이한다. 아크는 수축되고, 특히 수평 동작 램프에 있어서, 아크관 벽을 향하여 활처럼 휘게 되어 아크관 벽을 약화시킨다. 또한, 나트륨이 손실됨에 따라 램프의 동작 전압이 증가되고 그 전압은 아크가 더 이상 유지될 수 없는 점까지 상승하여 램프의 수명을 종식시킬 수 있다.
램프 동작 중의 충전물의 금속 부분의 손실 및 이에 따른 자유 할로겐의 증가에 대한 부수적인 원인은 충전물 내의 할로겐화 금속과 용융 실리카 아크관의 내면의 이산화 실리콘(SIO2)과의 화학 반응으로 인해 예를 들면, 금속 실리케이트 결정 및 테트라요오드화 실리콘 (silicon tetraiodide)이 생성되는 것이다. 이로 인해 램프의 색상 전이, 벽의 암화(wall darkening)및 루멘 소실(lumen loss)이 생긴다.
이에 따라, 산업계에서는 할로겐화 금속 아크 방전 램프의 용융 실리카 아크관을 통한 확산에 의한 나트륨 손실을 방지하거나 최소화할 뿐만 아니라 충전물 내의 이온화 가능한 광 방출 금속 원소와 아크관의 용융 실리카 벽과의 반응을 감소 시키거나 방지하기 위한 방법을 모색하게 되었다. 이들 문제점들을 해결하기 위한 시도에는 아크관의 외부 표면에 알루미늄 실리케이트와 티타늄 실리케이트 층을 제공하는 방법(각각 미합중국 특허 제4,047,067호 및 4,017,163호)이 있었다. 미합중국재허여 특허(U.S.Reissue Patent) 제30,165호에는 세라믹 및 실리카 아크관의 내면용 코팅으로서 유리질의 금속 인산염 및 비산염(vitreous metal phosphates and aresnates)이 개시되어 있다. 아크관의 내면의 코팅으로서 미합중국 제3,984,590호에 는 알루미늄 인산염이 개시되어 있고 미합중국 특허 제5,032,762호에는 산화 베릴륨(beryllium oxide)이 개시되어 있으며, 상술한 모든 목록은 본 명세서의 참조 문헌으로 사용되었다.
그러나, 종래 기술의 코팅의 이점에도 불구하고, 확산 및 반응에 의한 충전물의 광 방출 금속 부분의 손실 및 그에 따른 아크관 내의 자유 할로겐의 증가 문제는 아직까지 만족스럽게 해결되지 못했다.
따라서, 본 발명의 목적은 할로겐화 금속 아크 방전 램프의 아크관 충전물의 금속 부분의 확산 및 /또는 반응에 의한 손실을 감소시켜 결국 이에 따른 자유 할로겐의 증가를 감소시킴으로써 램프의 유효 수명을 연장시키기 위한 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 아크관 및 전술한 수단을 구비한 개선된 아크관을 포함하는 개선된 할로겐화 금속 방전 램프를 제공하는 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 목적은 전기적인 아크 방전을 개시하고 지속시킬 수있는 아크관용 충전물을 포함하되. 충전물 중 하나 이상의 성분이 용융 실리카와 반응하거나 아크관을 통해 확산하는 할로겐화 금속 아크 방전 램프와 같은 아크 방전램프용 융용 실리카의 개선된 아크관 또는 챔버를 제공함으로써 달성될 수 있다. 충전물은 일반적으로, 할로겐화 나트륨, 하나 이상의 부가적인 할로겐화 금속 및 비활성 시동 기체(inertstarting gas)를 포함하며, 아크관은 아크 챔버를 한정하는 내벽을 갖고 있는 용융 실리카 관으로 구성되고, 관의 내벽 상에는 유리질이고 투광성(vitreous and light-transmissive)인 금속 실리케이트 코팅이 제공되는데, 이 코팅은 필수적으로 스칸듐(scandium), 이트륨(yttrium)및 희토류 원소(rare earth element)로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 하나 이상의 금속의 실리케이트를 포함한다. 금속 실리케이트 코팅은 확산 및/또는 반응에 의한 충전물의 금속 부분의 손실을 감소시키고, 이에 따른 자유 할로겐의 증가를 감소시킴으로써 할로겐화 금속 아크 방전램프의 유효 수명을 효과적으로 연장시키는 것으로 밝혀졌다. 더 넓은 의미에서 본 발명은 적어도 표면의 일부 상에 이러한 금속 실리케이트 코팅 또는 존(zone)을 갖고 있는 용융 실리카물(fused silica article)에 관한 것이다.
본 발명은, 부가적으로, 플라스마 아크 방전을 수용하기 위한 용융 실리카의 아크관을 포함하는데, 이 아크관의 내면 상에는 금속 실리케이트 코팅이 제공되며, 이 금속 실리케이트 코팅은 유리질이고 투광성이며, 필수적으로 스칸듐, 이트륨 및 희토류 원소로 구성된 그룹 내에서 선택된 하나 이상의 금속의 실리케이트로 이루어지며; 아크관 내에 배치되고 할로겐화 나트륨, 하나 이상의 부가적인 할로겐화 금속 및 비활성 시동 기체를 포함하는 충전물; 및 아크 방전을 개시하고 지속시키기 위한수단을 포함하는 할로겐화 금속 아크 방전 램프 어셈블리를 제공한다. 대부분의 경우에, 수은도 충전물의 성분이 될 것이다. 그러나, 당 기술 분야의 기술자들에게 공지된 바와 같이, 고주파 또는 마이크로파 주파수에 의해 동작하는 고광도의 무전극형 방전 램프(high intensity discharge electrodeless lamp)는 흔히 충전물 또는 아크관 내에 수은을 거의 포함하지 않거나 또는 전혀 포함하지 않는다.
본 발명은, 부가적으로, 할로겐화 나트륨, 하나 이상의 부가적인 할로겐화 금속, 및 비활성 시동 기체를 포함하는 충전물을 아크관 내부에 포함하는 할로겐화 금속 아크 방전 램프의 용융 실리카 아크관을 확산 또는 반응에 의한 충전물의 금속 부분의 손실 및 그에 따른 아크관 내의 자유 할로겐의 증가로 부터 보호하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 유리질이고 투광성이며, 필수적으로 스칸듐,이트륨 및 희토류 원소로 구성된 그룹 내에서 선택된 하나 이상의 금속의 실리케이트로 이루어진 금속 실리케이트 코팅을 아크관의 내면에 제공하는 단계를 포함한다.
이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 금속 실리케이트 코팅은 실제로는 용융 실리카 아크관의 내벽내의 투광성 유리질 영역 또는 존(light-transmissive, glassy region or zone)이다. 유리질 영역 또는 존은 충전물 내에 포함된 금속의 실리케이트를 포함하는데, 그 금속은 예를 들어, 스칸듐, 이트륨, 희토류 원소 또는 그들의 혼합물의 실리케이트 층이 없을 경우 용융 실리카 아크관의 SiO2와 반응하게 될 것이다. 특히, 유리질 영역 또는 존(이하 금속 실리케이트 코팅이라 함)은 유리질(vitreous)즉, 비결정질(amorphous)로서 양호하게는 실질적으로 연속적이며, 또한 양호하게는 할로겐화 금속 충전물로부터의 나트륨 손실을 감소시키고(또는) 아크관 벽의 SIO2와 아크관 내에 포함된 충전물 중의 금속 원소와의 반응을 감소시키기에 충분한 두께를 갖고 있어서, 거기에 따른 이들 소스로부터의 자유 할로겐 화합물의 증가를 감소시키므로써, 램프의 유효 수명을 연장시틴다. 또한, 보호층은 아크관으로부터의 가시광의 출력차단을 최소화 할수 있을 만큼 충분히 얇다. 일반적으로, 그 두께 범위는 약 2내지 약 30마이크로미터 사이이다.
양호하게는, 금속 시리케이트 코팅은 용융 실리카와 가장 잘 반응하는 충전물 중의 금속 또는 금속들의 실리케이트로 구성된다. 그러므로, 예를 들어, 충전물이 요오드화 스칸듐 및 요오드화 토륨을 포함할 경우, 요오드화 스칸듐이 요오드화 토륨보다 용융 실리카와 더 잘 반응하므로, 금속 실리케이트 코팅은 스칸듐 실리케이트가 바람직하다. 이것은 충전물 내의 여러 금속들 사이에서의 금속 교환 반응의 경향을 감소시키는 이점을 가진다. 즉, 예를 들어, 금속 실리케이트 코팅이 토륨 실리케이트라면, 토륨 실리케이트 코팅 내에서 스칸듐 대 토륨의 금속 교환 반응이 일어나기 쉬울 것이다.
양호하게는 금속 실리케이트 코팅은 확산 및 반응에 의한 충전물의 금속 부분의 손실을 감소시켜 이에 따른 아크관 내의 자유 할로겐의 증가를 감소시키기에 충분한 두께를 가진다. 가장 양호하게는 금속 실리케이트 코팅은 약 2내지 약 30마이크로미터 범위의 두께를 가진다. 가장 바람직하게는, 금속 실리케이트 코팅은 연속적이다.
아크관은 용융 실리카 즉, 적어도 96 중량%의 SiO₂를 내포하는 유리질의 투광성 물질로 만들어진다. 본 발명에서 사용된 바에 따르면, 용융 실리카 물질은 당기술 분야에 숙련자에게 공지된 바와 같이 자연산 석영 모래를 용융시켜 만든 용융석영 물질은 물론 합성 비결정 석영 및 VYCOR을 포함한다. 램프는 크세논 및 아르곤과 같은 비활성 시동 기체와 함께, 당 기술 분야의 숙련자에게 공지된 바와 같이, 나트륨 및 스칸듐, 이트륨 또는 희토류 원소와 같은 하나 이상의 부가적인 이온화 가능한 광 방출 금속의 할로겐 화합물들로 충전된다.
제1도는 미합중국 특허 제4,918,352에 개시되어 있고 본 발명의 실시에 유용한 전극형 할로겐화 금속 아크 방전 램프의 가능한 실시예 중 한 실시예에 유용한 전극형 할로겐화 금속 아크 방전 램프의 가능한 실시예 중 실시예에 대한 개략도이다. 램프(10)는 유리와 같은 투광성 유리질 물질로 만들어진 외피(outer envelope, 12) 투광성 용융 실리카로 만들어진 투광성 아크관(14)및 아크관과 전기적인 접속을 형성하기 위한 적절한 전기 접촉부를 갖고 있는 베이스(16)를 포함한다. 제1도는 전극형 램프를 도시하고 있지만, 본 발명은 예를 들면, 본 명세서에 참고 문헌으로 사용된 미합중국 특허 제5,032,762에 의해 공지된 것과 같은 무전극형 할로겐화 금속 아크 방전 램프에 대해서 또한 실시될 수 있다.
제1도에서, 아크관(14)은 프레임 부품들(frame parts)에 의해 외피(12) 내부의 적소에 고정되는데, 프레임 부품들은, 아크관의 한 단부에서, 외피 내의 딤풀(dimple;20)을 둘러싸는 스프링 클립 금속 밴드(spring clip metal band; 18)를 포함하며, 상기 스프링 클립 금속 밴드에는 점 용접 지지 부재(spot welding support member; 22)가 부착되며, 상기 점 용접 지지 부재는 또한 스트랩 부재(strap member; 24)에 점 용접되며, 상기 스트랩 부재는 아크관(14)의 핀치 실 영역(pinch seal region)주위에 기계적으로 안전하게 고정된다. 아크관의 다른 단부는 지지 부재(26)에 의해 고정되는데, 상기 지지 부재의 한 단부는 전기 도전성 단자(28)에 점 용접되고 다른 단부는 스트랩 부재(30)에 용접되며, 상기 스트랩 부재(30)는 아크관의 다른 핀치 실영역 주위에 기계적으로 안전하게 고정된다. 도전성 부재들(32,34)의 한 단부는 지지 부재들(26,22)에 각각 점 용접되고, 다른 단부는 각 아크관 전극들(도시되지 않음)의 내부 리드들(inlead; 36,38)에 각각 점 용접된다. 전기적 도전성 부재(40)가 시동 저항기 (starting resistor; 42)및 전류 도체(current conductor; 44)에 점 용접된다. 저항기(42)의 다른 단부는 시동 전극(도시되지 않음)의 내부 리드(46)에 접속된다. 몰리브덴으로 만들어진 도체(44) 및 내부 리드들 (36,38 및 46)및 저항기(42)의 실제 저항 부분을 제외하면, 모든 프레임 부품들은 니켈 도금 강철로 만들어질 수 있다. 램프는 또한 주로 램프 외피 내부로부터 할로겐을 흡수 또는 제거(getter)하기 위해 금속 합금 물질로 코팅된 게터 스트립(30')을 포함한다.
본 발명에 따르면, 금속 실리케이트 코팅(14a)이 아크관(14)의 내면에 도포되며 비결정질이다, 양호하게는 금속 실리케이트(14a)는 나트륨의 확산 및/또는 할로겐화 금속과 아크관 벽의 실리카의 반응에 의한 할로겐화 금속 충전물의 금속 부분의 손실을 감소시키고, 그에 따라 대응하는 자유 할로겐의 증가를 감소시키기에 충분한 두께를 갖는다. 또한, 금속 실리케이트 코팅(14a)은 아크관으로부터의 가시 광출력이 차단이 최소한이 되도록 충분히 얇아야 한다. 충전물의 금속 부분은 램프동작 중에 가시 광선을 발생시키기 때문에 , 그 손실을 감소시킴으로써 램프의 유효 수명이 유리하게 연장된다. 또한, 자유 할로겐의 증가는 전형적으로 아크 불안전성을 초래하고 결과적으로 아크 소팡(arc extinction)을 초래하기 때문에, 이러한 증가를 감소시키면 램프의 유효 수명이 연장된다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 아크관(14)은 용융 실리카로 이루어지고 금속 실리케이트 코팅은 스칸듐 실리케이트를 포함하는 유리질 영역 또는 존이다. 스칸듐 실리케이트는 비교적 낮은 열팽창 계수와 높은 용융점을 갖기 때문에 양호한 금속 실리케이트 코팅 물질이다. 금속 실리케이트 코팅(14a)의 양호한 두께는 2 내지 30 마이크로미터이다.
코팅은 산화 금속(metal oxide)의 코팅, 산화 금속 선구 물질(metal oxide precursor)의 코팅 또는 사전 반응된 금속 실리케이트(pre-reacted metal silicate)의 코팅으로서 아크관의 내벽에 도포될 수 있다. 금속 알콕시 졸 겔(metal alkoxy solgel)을 원료로 코팅하여 산화물로 열변환(thermal conversion)하는 방법, 캐리어 용액 내에 미세하게 분할된 산화 금 속의 현탁액(suspension)을 원료로 코팅하는 방법, 선구 물질(precursor)의 용액 또는 현탁액을 원료로 코팅한 후 산화물로 변환하는 방법, 산화물 또는 실리케이트의 분말(power) 또는 유리질 원료(frit)를 원료로 코팅하는 방법, 또는 금속 아세틸 아세토네이트(metal acetyl acetonate)와 같은 선구 물질을 화학 증착법(CVD : chemical vapor deposition)에 의해 코팅하여 산화 금속으로 열분해하는 방법을 포함하여 여러 공지된 방법 중 어느 것이든 사용될 수 있다. 대기압 또는 저압 CVD에 의한 코팅이 선호되며, 이들 기술은 당 기술 분야에 잘 알려져 있다. 그 후 이들 코팅은 예를 들어 불꽃(flame)을 이용하여 실리카 아크관의 내벽으로 용융되어 그 내벽의 실리카 내에 실질적으로 연속적인 실리케이트존을 형성한다.
예를 들면, 스칸듐 아세틸 아세토네이트(scandium acetyl acetonate)와 같은 선구 물질은 대기압 또는 저압의 화학 증착법에 의해 피착되고 약 300℃ 의 온도에서 열 분해(pyrolytic decomposition)되어 산화 스칸듐(Sc2O3)의 코팅을 형성한다. 그 후 산화 스칸듐은 약 1800℃의 온도에서 실리카 내로 용융되어 유리질 스칸듐 실리케이트 존을 형성한다. 다르게는, 산화 스칸듐은 그 현탄액을 원료로 피착되고, 건조된 다음, 1800℃의 온도에서 실리카 내로 용융될 수도 있다. 코팅은 또한 사전 반응된 스칸듐 실리케이트 분말 또는 유리질원료(frit)로서 도포된 다음 아크관의 실리카 내벽으로 용융될 수도 있다.
금속 실리케이트 코팅 즉, 영역 또는 존은 몇가지 기술에 의해 특징 지워 질 수 있다. 코팅 물질이 실리카 내로 용융된 후에, 유리는 가시적으로 투명하다. 이들 표면은 X- 선 분석해 보면 결정성 상(crystalline phase)을 거의 또는 전혀 나타내지 않는 비결정성 구조(amorphous structure)만을 보일뿐이다. 내부로 용융된(fused-in)구조가 결정성이라면, 뚜렷한 X-선 회절 패턴을 기대할 수 있을 것이다. 아크관 벽의 유리질 영역 내의 금속 실리케이트, 예를 들어 스칸듐 실리케이트의 총량은 유리를 용해하여(ICP(inductive coupled plasma) 분광학(spectroscopy)과 같은 기술로 농도를 측정함으로써 결정될 수 있다. 금속 실리케이트의 존재는 또한 EDX분석 시스템이 구비된 스캐닝 전자 현미경(scanning electron microscope)을 사용하여 용융 실리케이트 벽 내로 용융된 금속 실리케이트의 EDX 도트 맵(dot map)을 생성함으로써 검출될 수도 있다. 따라서, 영역의 두께는 당 기술 분야에 공지된 EDX도트 매핑 기술을 사용하거나, 다른 적당한 기술을 사용하여 영역 모서리 분열면(edge fracture surface)으로부터 결정될 수 있다. 영역의 전형적인 두께는 2 내지 30 ㎛임이 밝혀졌다. 두께는 당 기술 분야에 공지된 바와 같이, 표면에 코팅된 최초 산화물의 양과 용융 시간/온도에 좌우될 것이다.
이상은 본 발명의 실시에 관하여 예시적인 것으로 한정하고자 하는 것이 아니다. 본 발명은 또한 이하의 예시적이며 비한정적인 실시예를 참조하면 잘 이해될 것이다.
실시예
선구 물질 즉, 스칸듐 아세틸 아세토네이트의 대기압 화학 증착 및 열분해에 의해 산화 스칸듐, Sc2O3가 용융 석영 아크관의 내면에 도포되었다. 그 후 본 발명에 따라 약 1800℃의 백열(white heat)로 관을 가열함으로써 산화 스칸듐 코팅이 실리타 내에 용융되어 금속 실리케이트 코팅이 제공되었다. 이들 관은 코팅되지 않은 대조 표준 램프와 함께 미합중국 특허 제4,918,352호에 기술되어 있는 형태의 175와트, 할로겐화 금속 아크 방전 램프로 처리되었다. 충전물은 수은, 요오드화 나트륨, 요오드화 스칸듐 요오드화 토륨 및 시동 기체로서의 아르곤의 혼합물이었다. 램프는 10,000 시간 동안 작동되고 검사되었다. 램프 성능 상의 코팅의 효과는 제2내지 제4도에 나타나 있다.
제2도는 본 발명에 따른 코팅된 램프의 개선된 루멘 유지 성능을 코팅되지 않은 대조 표준 램프와 비교하여 도시하고 있다. 10,000시간의 동작에서, 코팅된 아크관 램프는 평균 약25% 이상의 루멘을 나타내었다. 그와 유사하게 10,000 시간에 걸친 색온도 (제3도) 및 전압(제4도) 검사에 있어서도 본 발명에 따른 코팅된 아크관을 사용하는 램프에서 더 작은 변화가 관찰되었다. 예를 들면, 10,000시간의 연소후에, 본 발명에 따른 코팅 및 용융 아크관으로 만들어진 램프의 색 온도는 유리하게도 대조 표준 램프보다 평균적으로 350℃낮았다.(3250K 대 3600K). 10,000시간 동안의 검사중에 전압은 대조 표준 램프의 경우에 거의 +15%가 상승하는데 비하여 코팅된 아크관의 경우에는 단지 +7%만이 상승하였다.
개선된 성능은 전압 및 색 온도의 두 데이타에 의해 시사되는 바와 같이 램프 수명중에 나트륨 손실이 감소되고 충전물 내의 금속 원소와 아크관의 내벽과의 반응이 감소되는 것과 관련이 있는 것으로 보인다.
마지막으로, 아크관이 코팅된 본 발명의 검사 램프들에 대한 잔존율(survival rate)은 대조 표준 램프의 경우보다 50%가 우수한 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 램프들은 검사도중 램프 불량을 보이지 않았으나, 대조 표준 램프들은 10,000시간 동안 50%의 불량을 나타냈다.
자유 할로겐은 당 기술분야에 공지된 자외선 흡수 분광학에 의해 결정되었다. 본 발명에 따른 램프는 코팅되지 않은 램프와 비교하여 1/2배 내지1/4배, 평균 1/3배 감소된 자유 할로겐 레벨을 가졌다. 따라서, 본 발명의 유리질 금속 실리케이트 코팅은 자유 할로겐을 감소시키는 데 효과적이다. 더욱이, X-선 회절에 의해 검사한 결과, SC2O3로부터 결정성 패턴이 관찰되지 않았기 때문에 스칸듐 실리케이트 코팅은 비결정성이었다.
당 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 다른 여러 가지 형태로 용이하게 변형할 수 있을 것으로 이해 된다. 따라서, 본 명세서에 첨부된 특허 청구 범위는 이상의 설명에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허 청구 범위는 본 발명이 속하는 분야의 숙련자들에 의해 본 발명과 동등하게 취급되는 모든 특징들을 포함하여, 본 발명내에 귀속되는 특허성이 있는 신규한 모든 특징들을 포함하는 것으로 이해된다.

Claims (3)

  1. 할로겐화 금속 아크방전 램프 어셈블리(metal halide arc discharge lamp assembly)에 있어서, 플라스마 아크 방전을 수용하기 위한 용융 실리카의 아크관으로서, 상기 아크관의 내면에는 유리질(vitreous)이고 투광성(light-transmissive)인 스칸듐 실리케이트 코팅(scandium silicate coating)이 용융되어 있는 아크관; 상기 아크관내에 배치되며 할로겐화 나트륨, 하나 이상의 부가적인 할로겐화 금속, 및 비활성 시동 기체(inert starting gas)를 포함하는 요오드화 스칸듐 충전물(scandium iodide fill); 및 아크 방전을 시동시키고 유지시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 할로겐화 금속 아크방전 램프 어셈블리.
  2. 할로겐화 나트륨,적어도 요오드화 스칸듐, 및 비활성 시동 기체를 포함하는 충전물을 아크관 내부에 포함하는 할로겐화 금속 아크 방전 램프의 용융 실리카 아크관을 확산 또는 반응에 의한 상기 충전물의 금속 부분의 손실 및 그에 따른 상기 아크관 내의 자유 할로겐의 증가로부터 보호하는 방법에 있어서, 상기 아크관의 내면에 스칸듐 실리케이트를 용융시켜 유리질이고 투광성인 코팅을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융실리카 아크관을 보호하는 방법.
  3. 할로겐화 나트륨, 하나 이상의 부가적인 할로겐화 금속, 및 비활성 시동기체로 이루어진 아크관용 충전물을 포함하는 할로겐화 금속 아크방전 램프용 용융 실리카의 아크관에 있어서, 아크 챔버(arc chamber)를 정의하는 내벽(inner wall)을 갖는 용융실리카의 관 및 상기관의 내벽에 용융된 스칸듐 실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 할로겐화 금속 아크 방전 램프용 용융 실리카의 아크관.
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