KR100321607B1

KR100321607B1 - 고압방전램프및그제조방법

Info

Publication number: KR100321607B1
Application number: KR1019980038721A
Authority: KR
Inventors: 유리코 가네코; 마코토 호리우치; 마모루 다케다
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2002-05-09
Also published as: KR19990029947A; DE69822058D1; US20010020820A1; CN1113389C; US6428379B2; TW388908B; EP0903771B1; EP0903771A3; US6232719B1; CN1218273A; EP0903771A2

Abstract

고압 방전 램프는 융점이 높은 유리질 물질로 만들어진 유리 하우징과 융점이 높은 같은 유리질 물질로 만들어지고 유리 하우징에서 연재된 한 쌍의 밀봉부를 포함한다. 실온에서 고체 또는 액체인 희박한 가스 또는 물질은 유리 하우징내에 밀봉된다. 도전 봉이 밀봉부내에 매설된다. 도전 봉 주위의 기밀 밀봉은 금속 및 금속산화물 중에서 선택된 적어도 하나의 금속 물질이 융점이 높은 유리질 물질과 도전 봉 사이의 영역근처에 제공되도록 형성된다.

Description

고압 방전 램프 및 그 제조 방법{HIGH-PRESSURE DISCHARGE LAMP AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 고압 방전 램프에 관한 것이며, 특히 고압 방전 램프의 밀봉구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

액정 프로젝터 장치 등은 문자, 도형 등의 화상을 확대, 투영 및 표시하는 수단으로서 공지되어 있다. 고휘도, 고압 방전 램프는 일반적으로, 이러한 화상 투영 장치가 소정의 광출력을 필요로 하기 때문에 널리 이용되고 있다. 이러한 램프는 보통 반사경과 조립된다. 최근은 반사경의 집광율(light-gathering efficiency)을 높이기 위해서 고압 방전 램프들의 전극간 거리(아크 길이)의 단축이 요망되고있다.

그러나, 이러한 전극간 거리 단축은 램프 전압 저하에 연결되며, 동일 램프 전력을 유지하려는 경우, 램프 전류의 증가를 초래한다. 램프 전류의 증가는 전극 손실을 증가시켜 전극 재료의 증발을 활발하게 하고, 전극의 조기열화, 즉, 램프의 수명을 단축시킨다.

이와 같은 이유에서, 전극간 거리를 단축하는 경우는 램프동작시의 수은증기압 등을 증가시켜 램프전압의 저하(램프 전류의 증가)를 방지하는 것이 일반적이며, 그 예로서 일본 특개 평2-148561호에 개시된 고압 수은 램프가 있다.

상기 램프의 전극간 거리는 1,2mm이고, 램프가 50W의 정격전력으로 점등할 때 동작압력은 약 200atm에 달한다. 상기 공보의 개시에 의하면, 높은 램프 전압(76V)이 이러한 높은 압력에서 얻어질 수 있다.

이와 같이 전극간 거리를 단축하는 경우, 적절한 램프 전압을 얻기 위하여 동작 압력은 충분히 높아야 한다. 따라서 램프는 이러한 초고압동작을 견딜 수 있는 충분한 내고압력을 가지는 밀봉구조를 가져야 한다.

도 39의 (a)는 일본 특개 평2-148561호에 개시된 고압 램프의 밀봉부의 전체 구조 중 일부분을 나타낸 도면이다.

도면에서, 100은 석영유리로 만들어진 거의 구형상의 발광부, 101은 발광부(100)에서 연재하는 측관부(側管部), 그리고 102는 발광부(100)에 전류를 공급하는 텅스텐 전극을 나타낸다. 103은 몰리브덴 포일(molybdenum foil), 104는 외부 전류를 도입하기 위한 몰리브덴제의 리드선이다. 이들 부분이 몰리브덴포일(103)의 일단(발광부(100)로 연재하는 전극의 일단)에 전극(102)을 접속하고, 타단에 외부 전류 도입 리드선(104)을 접속해서 얻어진 전극 조립체(105)를 구성하고 있다. 전극 조립체(105)는 몰리브덴 포일(103)의 소성변형에 의하여 석영 유리의 열팽창의 차를 흡수하는 밀봉 포일 구조로서 측관부(101)에 기밀하게 밀봉되어 있다.

이러한 밀봉 포일 구조에 의해 높은 동작 압력(200atm)에 견딜 수 있는 효과적인 수단이, 예컨대, "The 7th International Symposium on the Science & Technology of Light Source(1995), Symposium Proceedings," 111쪽에 상세히 설명되어 있다.

상기 공보의 개요를 도 39의 (b)를 참조하여 설명한다.

도 39(b)는 도 39(a)의 AA' 부분의 단면도이다. 전극(102)의 일부는 측관부(101)내에 매설되어 있으며, 도 37의 사선으로 도시한 바와 같이, 전극(102) 둘레에는 비밀착부(non-adhesive area)(107)가 형성된다. 상기 문헌에 따르면, W가 비밀착부(107)의 폭인 경우, 램프의 내고압력은 비밀착부(107)의 폭(W)을 저감시킴으로써 향상될 수 있으며, 특히, 폭(W)을 작게 하는 구조를 이용하여 비밀착부(107)의 압력집중을 저감할 수 있어 램프의 내고압력을 향상시키는 것을 기술하고 있다.

한편 다른 내고압력의 밀봉 구조로서, 예컨대 미국 특허 제4,282,395호에 개시된 것과 같은 밀봉 로드 구조가 공지되어 있다. 이러한 구조에서, 도 40에서 나타낸 바와 같이, 전극(102)은 발광부(100)에서 떨어진 측관부(101)의 부분(B)에서,석영 유리(열팽창 계수 : 5.5×10^-7/℃)와 텅스텐(열팽창 계수 : 46×10^-7/℃)의 중간의 열팽창 계수를 가지는 유리(예컨대, 열팽창 계수가 32×10^-7/℃인 초경질 유리(200))를 거쳐 측관부(101)에 기밀하게 밀봉된다. 전극(102)과 석영 유리의 중간 유리(200)를 개재한 밀착력은 몰리브덴 포일과 석영 유리의 몰리브덴 포일의 소성변형에 의한 밀착력 보다 훨씬 커서, 내고압력면에서 밀봉 포일 구조보다 우수한 구조를 제공할 수 있다.

전술한 교시에 의하면, 도 39(b)에 나타낸 폭(W)의 최소값은 전극(102)의 지름이므로, 밀봉 포일 구조의 경우, 램프의 최고 내압력은 전극(102)의 지름으로 제한된다. 이 때문에 램프전류가 크며, 그 전류를 허용하는데 충분히 두꺼운 전극을 필요로 하는 고출력의 램프에 있어서는 밀봉 포일 구조에 의하여, 예들 들면 일본 특개 평2-148561호에 개시되어 있는 200atm의 높은 동작압력의 램프는 실현하기 어렵다. 그 때문에 상기 일본 특개 평2-148561호에 개시되어 있는 램프의 예는 어느 것이든 50W이하의 저출력의 램프로 한정되고 있다.

도 40에 나타내는 밀봉 로드 구조에서는 밀봉 포일 구조 보다 높은 내고압력을 램프에 가지게 할 수 있어서 밀봉 포일 구조의 램프 보다 대출력으로서 또한 동작압력이 높은 램프를 제공할 수 있다. 그러나, 도 40에 나타내는 종래의 밀봉 로드 구조는, 예컨대 상기 일본 특개 평2-148561호 공보에 개시되어 있는 램프와 같이, 수은 등의 동작중의 램프의 온도에 의하여 증기압이 크게 변화하는 물질에서 발광물질이 구성되어 있는 램프에는 적합하지 않다.

왜냐하면, 밀봉 로드 구조에서 사용되는 중간 유리의 사용 최고 온도는 초경질 유리의 230℃ 상용값(최고값: 490℃)으로 대표되도록 석영 유리의 900℃ 상용값(최고값: 1100℃) 보다 낮기 때문에 통상 전극은 도 40에 도시된 바와 같이, 동작시에 가장 온도가 높은 발광부(100)에서 가급적 떨어진 저온도부의 부위(B) 부근에서 기밀하게 밀봉되어야 한다.

그러므로, 밀봉 로드 구조의 램프에서는 밀폐된 발광부(100)내부에 도 40에 있어서 부위(A)로 도시한 저온도영역(전극(102)과 측관부(101)가 밀착하고 있지 않는 갭)이 발생한다. 따라서, 종래의 밀봉 로드 구조에 있어서, 예컨대 발광부(100)내부에 발광물질로서 수은을 봉입하고, 일본 특개 평2-148561호 공보에 개시된 고압력동작의 수은램프를 얻으려고 해도, 부위(A)에 수은이 응축하여 바라는 수은증기압을 얻을 수 없어서 정상으로 램프는 동작하지 않는다. 램프를 정상적으로 동작시키도록 무리하게 발광부(100)와 측관부(101) 사이의 접속부 부근에서 밀봉을 형성하면, 동작중에 중간부(200)가 고온에 노출되어 연화되며, 또한 고압력의 발광부(100) 내부와 거의 대기압인 외부와의 압력차에 의하여 밀착이 파괴되며, 램프가 파손된다.

본 발명의 목적은 상기의 과제를 해결하며, 우수한 내고압력을 가지며, 또한 램프의 고출력화에도 대응할 수 있는 고압 방전 램프의 밀봉구조 및 그와 같은 밀봉구조를 가지는 고압 방전 램프를 제조하기 위한 방법을 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 위해, 본 발명의 고압 방전 램프 제조방법은 적어도발광부와, 상기 발광부로부터 연재하는 관형부분을 가지는 고융점 유리 재질의 외관 및 상기 발광부에 방전 아크를 형성하기 위한 전류를 공급하는 도전성 금속 구조물을 준비하는 공정과,

상기 외관의 융점보다도 낮은 융점을 가지는 유리재질로 이루어진 통형구조물을 준비하는 공정과,

상기 외관과 상기 외관의 내부에 배치된 상기 도전성 금속구조물 사이에 상기 통형 구조물을 개재시키는 공정과,

상기 통형 구조물을 개재시킨 상기 외관의 통형 부분을 가열하고, 상기 관형 부분과 상기 통형 구조물을 유착함과 동시에 상기 통형 구조물과 도전성 금속 구조물을 유착함으로써 상기 도전성 금속 구조물을 밀봉하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 방법은 상기 도전성 금속 구조물과 상기 통형 구조물의 간격에 유리 분말, 유리분말에 금속을 혼합한 것, 금속막 중 적어도 하나를 개재시키는 공정을 포함한다.

그리고, 본 발명의 방법은 상기 유리 분말 또는 유리 분말에 금속을 혼합한 것을 압축성형하는 공정을 포함한다.

또한, 본 발명의 고압 방전 램프는 고융점 유리질 재료로 만들어진 유리 하우징;

상기 유리 하우징과 같은 고융점 유리질 재료로 만들어지며, 그로부터 연장하는 밀봉 부품;

실온에서 고체 또는 액체로 되며, 상기 유리 하우징 내측에 봉입된 희유가스 및 재료;

상기 밀봉 부품내에 부분적으로 매립되며, 상기 유리 하우징 내측에 형성된 방전 아크에 전류를 공급하도록 설계된 전기 도전성 금속 구조물; 및

금속들과 이 금속들의 산화물에서 선택된 적어도 하나의 금속재료가 고융점 유리재료와 상기 밀봉 부품의 전기 도전성 금속 구조물 사이에 있는 영역 근처에 제공되게 하기 위한 기밀 밀봉부로서, 상기 밀봉 부품과 상기 기밀 밀봉부 사이의 가열 밀봉과 상기 기밀 밀봉부와 상기 전기 도전성 금속 구조물 사이의 가열 밀봉이 같은 가열 프로세스에서 실행되어, 상기 전기 도전성 금속 구조물이 상기 고융점 유리재료 내에서 기밀하게 밀봉되도록 하기 위한 기밀 밀봉부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따라 구성된 고압 방전 램프를 나타낸 도면이다.

도 2는 종래의 밀봉 포일 구조를 갖는 고압 방전 램프를 나타낸 도면이다.

도 3은 램프 기밀성(air-tightness) 및 내압력을 측정하기 위한 테스트 램프를 나타낸 도면이다.

도 4는 전극의 주축에 수직한 단면적이 방전 아크가 발생되는 부분의 방향으로 점차 증가하는 램프 구조를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 방전 전극 봉의 구조를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따라서 전극 형성체를 형성하는 형틀의 구조를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 유리통의 구조를 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따라 전극 형성체를 제조하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따라 전극 형성체를 제조하는 공정을 나타낸도면이다.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따라 전극 형성체를 제조하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 전극 형성체의 구조를 나타낸 도면이다.

도 12는 도 9의 공정과 유사한 공정을 타나낸 도면이다.

도 13은 도 7과 유사한 구조를 나타낸 도면이다.

도 14는 도 11과 유사한 구조를 나타낸 도면이다.

도 15는 본 발명의 제2실시예에 따라 금속 증기를 전극 봉에 증착하는 제조 방법을 나타낸 도면이다.

도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 전극 구조를 나타낸 도면이다.

도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 외관의 구조를 나타낸 도면이다.

도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 제조 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 제조 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 20은 본 발명의 제2실시예에 따른 제조 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 21은 본 발명의 제2실시예에 따른 제조 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 22는 본 발명의 제2실시예에 따른 제조 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 23은 본 발명의 제2실시예에 따른 제조 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 24는 본 발명의 제2실시예에 따른 제조 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 25는 본 발명의 제2실시예에 따른 제조 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 26은 본 발명의 제2실시예에 따른 제조 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 27은 본 발명의 제3실시예의 고압 방전 램프를 나타낸 도면이다.

도 28의 (a)는 본 발명의 제3실시예에 따른 밀봉 구조를 나타낸 구조도이고, (b)는 종래의 밀봉 구조를 나타낸 구조도이다.

도 29는 본 발명의 제4실시예에 따른 고압 방전 램프를 나타낸 구조도이다.

도 30은 본 발명의 제5실시예에 따라 고압 방전 램프를 제조하는 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 31은 본 발명의 제5실시예에 따라 고압 방전 램프를 제조하는 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 32는 본 발명의 제5실시예에 따라 고압 방전 램프를 제조하는 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 33은 본 발명의 제5실시예에 따라 고압 방전 램프를 제조하는 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 34는 본 발명의 제5실시예에 따라 고압 방전 램프를 제조하는 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 35는 본 발명의 제5실시예에 따라 고압 방전 램프를 제조하는 방법의 공정을 나타낸 도면이다.

도 36은 본 발명의 제6실시예에 따라 고압 방전 램프를 제조하는 방법에 사용된 스퍼터 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 37은 본 발명의 제6실시예에 따른 고압 방전 램프를 나타낸 도면이다.

도 38은 본 발명의 제6실시예에 따른 또 다른 스퍼터 장치를 나타낸 도면이다.

도 39는 종래 고압 방전 램프의 밀봉 포일 구조를 타나낸 도면이다.

도 40은 종래 고압 방전 램프의 밀봉 로드 구조를 나타낸 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 발광부2 : 밀봉부

3 : 방전 전극 봉4 : 유리통

5 : 수은6 : 경계부

503 : 텅스텐 전극504: 텅스텐 분말

506 : 텅스텐 박막580a, 580b: 스퍼터 전극

본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

(제1실시예)

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 고압 방전 램프의 구조도인데, 융점이 석영 유리의 융점보다 낮은 유리통(glass sleeve)이 밀봉을 위해 방전 전극 봉 (discharge electrode bar)과 상기 석영 유리 사이에 개재된 밀봉 구조를 가진다. 도 1에서, 1은 발광부 또는 외부 방전관으로서 기능하는 부분이며, 2는 전극 밀봉부, 3은 방전 전극 봉, 4는 유리통, 5는 봉입 수은 및 금속 할로겐화물, 그리고 6은 전극 밀봉부와 발광부 사이의 경계부이다. 발광부(1)용으로는 석영 유리가 사용되며, Corning Inc. 제조의 바이코어(Vycore^®)와 같은 96% 실리카 유리가 유리통(4)용으로 사용된다. 방전 전극 봉(3)은 텅스텐 재료로 만들어지고 직경은 0.9mm이다. 또한, 발광부(1)의 용적은 약 0.45cc이고, 밀봉하기 전의 전극 밀봉부와 발광부 사이의 경계부(6)의 내경은 2.0mm이다.

밀봉된 형태로 90mg 수은, 0.4mg 인듐 요오드화물 및 1.0mg 툴륨 요드화물(뒤의 두 개는 금속 화합물)을 함유하고 있는 도 1의 램프가 200W의 전력으로 점등되는 경우, 램프 전압은 약 80V이다. 대응의 예상 동작 압력은 약 200atm이다. 본 발명의 고압 방전 램프는 종래의 밀봉 포일 구조 또는 종래의 밀봉 로드 구조도 아니며, 방전 전극 봉(3)과 밀봉 석영 유리(2) 사이에 석영 유리보다도 융점이 낮은 바이코어의 유리통(4)을 개재시켜 봉입 발광재료가 발광관부(4)내에서 증발하며, 이동하는 일이 없이 정상적으로 동작하여 약 200atm의 높은 동작압력을 견뎌낸다.

본 발명의 제1실시예에서 설명된 고압 방전 램프 밀봉 구조의 장점은 아래에서 설명된 검정 실험 결과로부터 보다 더 명확해질 것이다.

도 2는 종래의 금속 박을 사용한 밀봉 고압 방전 램프를 나타낸 구조도이다. 7은 외부 방전관, 8은 밀봉부, 9는 방전 전극 봉, 10은 금속 박, 11은 외부 구동장치에 연결된 리더 라인, 12는 봉입 수은과 금속 할로겐화물, 13은 발광부 내부와 밀봉부 사이의 경계부이다. 방전 전극 봉(9)은 텅스텐 재료로 만들어지며, 그 직경은 0.9mm이다. 밀봉하기 전의 발광부 내부와 전극 밀봉부 사이의 경계부(13)의 내경은 2.0mm이다. 금속 박(10)용으로는 몰리브덴 재료가 사용된다.

도 3은 상기에서 설명한 구조를 이용하여 밀봉된 램프의 기밀성 및 내압을 측정하기 위한 테스트 램프의 구조도이다. 14는 도 1 및 도 2에서 나타낸 바와 같이 밀봉된 밀봉부이다(도 3은 도 1의 밀봉 방법에 의해 얻어진 밀봉 구조를 나타낸 대표도이다). 15는 발광부의 내부를 진공으로 만들기 위한, 밀봉되지 않은 유리통 형태의 부분이다.

도 1과 도 2에서 나타낸 바와 같이, 밀봉된 도 3의 측정 램프는 밀봉부내의 갭을 관찰하는데 사용한다. 갭을 관찰하기 위해서, 발광 관을 진공으로 하기 위한 부분(15)을 통해 잉크(New Kokushin, Edible Red No, 102)를 주사기로 주입하여, 밀봉된 부분이 물에 잠기는 동안 초음파 진동을 주어서 잉크가 상기 작은 갭으로 침투하게 하고, 램프를 수시간 방치한다.

그 결과, 도 1의 밀봉부에는 잉크가 침투되지 않았다. 그러나 종래의 밀봉 램프(도 2의 램프)에서는 전극 봉을 따라서 금속 박과 전극 봉 사이의 접속부까지 잉크가 침투하는 것이 관찰되었다. 이것은 종래의 것보다 기밀성이 더 좋다는 것을 나타낸다.

또한, 발광 관을 진공으로 하기 위한 부품(15)은 로터리 펌프 및 터보 분자펌프(turbomolecular pump)에 접속된 배기대(evacuation stand)에 접속되고, 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이 밀봉된, 도 3의 측정 램프를 사용하여 유사한 방식으로 기밀성을 측정하기 위해서 진공 상태가 만들어진다. 그 후, 두 램프(도 1 및 도 2)는 수분동안 2.0 ×10^-6으로 비워진다. 이러한 진공도는 램프 동작을 충분히견딜만한 레벨에 해당한다.

다음에 상기에서 설명한 램프의 초기 내압이 측정된다. 발광 관을 진공으로 하기 위한 부품(15)을 통해 고압가스가 도입되고, 그 파괴압력(burst pressure)이 측정된다. 램프의 파괴압력은 그 초기 내압에 따라 정해진다. 테스트에 사용된 고압 가스는 200kg/cm²의 최고 압을 가지므로, 그 이상의 고압의 측정을 할 수 없다. 도 1의 램프는 200kg/cm²에서는 파괴되지 않았다.

이와 대조하여, 종래의 밀봉 램프(도 2의 램프)는 100-150kg/cm²의 초기 내압을 가진다. 따라서 금속 박의 밀봉 구조로 함으로써 고내압 구조로 되어있는 것을 알 수 있다.

따라서, 방전 전극 봉과 밀봉부 석영 유리 사이에 석영 유리보다도 융점이 낮은 바이코어의 유리통을 개재시킨 밀봉구조를 가지는 본 발명의 고압 방전 램프는 고내압 램프 또한 봉입 수은이나 금속 할로겐화물을 밀봉부의 방전 전극 봉 부근에 응축하는 일이 없는 램프를 실현할 수 있다.

또한 방전 전극 봉(3)과 유리통(4)의 간격에 유리분말을 충전한 것 또는 그 유리분말에 금속을 혼합한 것, 그리고 전극 봉(3)에 금속막이 붙은 것에 있어서도 동일한 실험결과를 얻을 수 있었다.

전극 봉(3)과 유리통(4)만으로서 밀봉한 램프에 있어서는 밀봉한 후에도 전극 봉과 유리통과의 간격이 근소하게 남을 경우가 있으며, 램프간의 밀봉상태의 불균일 요인으로 되었으나 유리분말 또는 유리분말에 금속을 혼합한 것을 충전한 경우는 그 불균일이 없어져서 보다 기밀한 밀봉을 할 수 있었다.

또한, 전극 봉(3)에 금속 산화막을 형성하여 얻어진 제품에서 밀봉하는 동안유리와 전극 봉간의 열팽창 계수 차에 의해 어떤 균열도 일어나지 않았다. 이에 대한 이유가 충분히 명확하지 않지만, 금속 산화막이 유리와 전극 봉간의 열팽창 계수 차의 영향을 감소시킨 것으로 추정된다. 밀봉 중 균열이 없어지면 유리와 전극 봉 사이의 기밀성이 향상된다. 또한 균열이 크게 됨으로써 발생하는 설계값보다는 극단으로 내압이 강하한다고 하는 램프간의 불균일을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

또 전극 봉을 전극의 장축에 수직한 단면적의 방전 아크를 유지하는 쪽을 0.9㎟, 외부 구동장치에 전기적으로 접속되는 타단부쪽의 단면적을 0.05㎟, 연속적으로 가늘게 되는 형상으로 하여 동일한 실험을 행했다. 이 램프를 도 4에 도시하였다. 이 실험에서 전극 봉(16)이 가늘게 되어감에 따라서 밀봉부에 압축변형이 강하게 걸려있는 것을 관찰하였다. 일반적으로 밀봉부의 압축변형은 내압을 향상시킴으로써 다시 고내압 구조로 되는 것을 알 수 있다.

(제2실시예)

다음에 실시예 1에서 설명한 도 1의 램프의 제조방법에 대하여 설명한다.

도 5는 전극 봉(50)을 도시하며, 도 6은 전극형성체를 형성하기 위한 형틀(51)을 도시한다.

다음은 제1실시예에서 설명된 도 1의 램프를 제조하는 방법에 대한 설명이다. 형틀에는 전극 봉(50)을 세우기 위한 개구(52)와 유리통을 삽입하기 위한개구(53)가 있다. 개구(52)는 전극 봉(50)을 삽일할 때 전극 봉(50)이 기울어지는 일 없이 삽입할 수 있을 만큼의 지름으로 되어 있다. 전극 봉(50)은 전극을 램프내에 기밀 밀봉할 때, 밀봉부 단부에서 외부 구동장치에 접속하는 쪽을 개구(52)에 삽입하기 때문에 미리 개구(50)의 깊이를 규제해 놓지 않으면 안된다. 물론 방전 아크를 유지하는 쪽을 개구(52)에 삽입해도 좋으나, 그때에는 밀봉부 단부에서 방전 아크를 유지하는 측단의 전극봉에 맞추어서 개구(52)의 깊이를 조정하여 규제해야 한다. 또 유리통을 삽입하기 위한 개구(53)는 유리통을 삽입할 때 유리통이 기울어지지 않고 삽입할 수 있을 만큼의 지름으로 되어 있다.

도 7은 유리통을 나타낸다. 이 경우, 유리통은 융점이 램프외관 보다 낮은 바이코어와 같은 재질로 만들어진다. 유리통의 외경이 램프 측관부의 내경 보다 작으며, 유리통의 내경은 전극 봉의 직경 보다 큰 것을 준비한다.

준비된 전극 봉(50)은 도 8과 같이 준비한 텅스텐 형틀(51)에 삽입하여 세운다. 다음에 유리통(54)은 도 9와 같이 형틀(51)에 삽입하여 세운다. 유리통은 융점이 유리통의 융점보다 낮은 재료로 또는 유리통과 같은 물질로 준비된 유리분말(도 10의 55로 도시)로 내측이 충전된다.

도 10의 압축형성용 지그(56)에 도시한 바와 같이, 도넛형 틀로서 외경이 형틀의 개구(53)에 틈새없이 삽입할 수 있도록 또 내경이 전극 봉이 통하도록 준비한 압축형성 지그(56)를 사용하여 도 10과 같이, 화살표(57)의 방향에서 유리 분말(55)을 압축하여 고정한다. 이와 같이 하여 전극 형성체가 만들어진다.

또한 이상과 같이 형성된 전극 형성체를 진공, 혹은 수소분위기 중 고온으로가열소성해도 좋다. 또 필요하면 이상의 공정후에 방전 아크를 유지하는 쪽에 코일을 용접해도 좋다. 도 11은 코일이 붙은 상태의 전극 형성체(57)이다.

도 12에서 나타낸 바와 같이, 유리통(54)은 전극 봉(50) 대신에 전극 봉의 직경과 같은 크기의 직경을 가진 원통형 텅스텐 툴(200)을 사용하여 유리 분말(55)로 충전될 수 있다. 다음에, 도 13에서 나타낸 바와 같이, 유리 분말로 충전된 유리통이 형틀(51)에서 취출, 소결되어 소결된 유리통(201)을 형성한다. 따라서 소결된 유리통(201)은 전극 봉의 소정위치까지 미끄러져 들어가며, 따라서 전극 형틀(202)(도 14)로서 사용될 수 있다. 텅스텐으로 이루어진 형틀(51)과 원통형 툴(200)이 본 실시예에 사용되었지만, 재료에 대한 제한은 없으며, 본 실시예는 몰리브덴, 스테인레스 스틸 등으로 만들어진 부품을 사용하여 실행될 수 있다.

전극 봉 물질의 열팽창 계수에 가까운 열팽창 계수를 가진 금속 분말이 유리 분말과 혼합될 수 있다. 예를 들어, 텅스텐 분말, 텅스텐 산화물 분말, 몰리브덴 분말, 몰리브덴 산화물 분말, 또는 그와 같은 것을 모르타르의 바이코어 분말과 함께 균일하게 섞어 얻어진 혼합 분말을 사용하여 상기와 같은 방법으로 유리통을 충전할 수 있다. 금속 분말의 혼합물은 혼합된 분말의 열팽창 계수를 전극 봉의 열팽창 계수에 가깝게 하여, 결과적으로 더 우수한 기밀 밀봉을 할 수 있다.

불균일한 혼합 분말이 사용될 때, 융점이 높은 혼합 분말은 방전 아크가 형성되는 단에 가깝게 놓여져야 한다.

혼합 분말을 사용하지 않을 때에도, 금속 증기가 외관내에 밀봉된 전극 봉의 부분에 증착될 수 있다. 도 15는 금속 증기가 전극 봉에 증착되는 방법을 나타내고있다. 도 15에서는 나타내지 않았을지라도, 증착은 진공 또는 불활성 기체 분위기에서 실행된다. 전극 봉(50)의 양단은 회전할 수 있는 척(58)에서 유지되고, 증착하지 않는 부분의 증착방지를 위한 셔터판(59)이 전극 봉 아래에 위치되며, 전극 봉의 외관과 밀봉 부분상의 증착을 위해 하부로부터 금속 증기(60)가 공급된다. 상기에 의해 얻어진 증착 전극 봉에 유리통이 위치되어, 도 9 및 10에 나타낸 바와 같이 전극 형성체를 형성한다.

또한 금속 스퍼터링, 열 CVD법, 플라즈마 CVD법 등을 실행하는 것이 가능하다. 이와 같이 변형된 공정이라도, 최종적으로 얻어지는 램프의 밀봉 구조는 우수한 내고압력 및 밀착성을 가진다.

사용된 유리통이 다른 재료로 만들어진 유리통으로 구성되면, 융점이 더 높은 유리통이 방전 아크가 형성되는 단 가까이에 배치되어야 한다. 연속적으로 변하는 융점을 갖는 유리통이 사용될 때, 점점 증가하는 융점을 가진 유리통의 단부는 방전 아크가 형성되는 단부 가까이에 배치되어야 한다. 이것은, 대개, 높은 융점을 가진 물질은 단지 금속 할로겐화물과 같은 밀봉 재료에 대한 반응성도 낮으며, 고온도에서 동작하기 때문에, 발광부에 가장 가까운 부분에 융점이 높은 재료를 사용하는 것이 램프의 수명 특성상 효율적이기 때문이다.

다음은 램프 외관에 전극 형성체(57)를 밀봉하는 공정을 설명한다.

도 16은 램프에 삽입되는 전극을 나타낸다. 측관부내에 전극을 유지하기 위해, 전극 형성체(57)의 외부 구동장치에 접속하는 측단부(62)에 금속 스프링(61)을 용접하고 있다.

도 17은 각 공정에서 필요한 외관(66)을 나타낸다. 상기 외관은 소정의 형상으로 석영 유리를 가열시키고 팽창시켜 얻어진 중공의 거의 구형인 발광부(63) 및 이 발광부(63)의 양단에서 연재하는 측관부(64, 65)로 구성된다. 측관부(65)는 전극을 삽입하고 밀봉하여 얻어진다. 측관부(64)의 일단은 폐쇄되어 있으며, 부분(65)은 타단에서 개구되어 전극이 삽입될 수 있다.

우선, 도 16의 방전 전극이 도 17에 있는 램프의 발광부가 형성되고 처리되어진 후 외관의 측관부(65)를 통해 삽입된다. 전극은 직경이 측관부의 내경 보다 다소 작은 삽입봉에 의해 삽입된다. 방전 전극의 삽입은 프로젝터로 관찰될 수 있다. 전극 및 발광관의 위치는 프로젝터 스크린에 표시되어 전극이 그에 맞게 삽입된다.

도 18에서 화살표(400)로 나타낸 것처럼, 외관(66)의 내부는 거의 진공으로 만들어진다. 도면에서는 나타내지 않았지만, 진공은 진공 펌프를 이용하여 행해지고, 외관(66)의 내부는 약 10^-5torr의 압력으로 진공된다. 도 18에서 화살표(401)로 나타낸 바와 같이, 아르곤 가스가 외관(66) 내에 200mmbarr로 밀봉된다. 이러한 상태에서, 도 19에서 나타낸 바와 같이, 측관부(65)의 개방단 가까이의 아직 밀봉되지 않은 단부(68)를 가열하여 밀봉하도록 레이저 등이 사용된다. 도 19에서 도시하지 않았으나, 회전 가능한 척에 외관(66)을 고정하고, 화살표(67)로 나타낸 것처럼 외관(66)을 회전시키면서 가열, 밀봉을 행하는 것이 또한 가능하다.

이어서, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 외관(66)은 회전 가능한 척으로고정되며, 이 때 삽입된 전극을 포함하는 측관부(65)가 도 20에 도시한 바와 같이, 상측에 유지된다. 이러한 상태에서, 외관(66)은 화살표(69) 방향으로 회전되고, 측관부(65)의 단부가 회전하는 동안 가열, 용융된다. 이러한 처리는 화살표(70)로 간략히 도시한 레이저를 이용하여 실행된다. 레이저는 측관부(65)의 적합한 길이에 걸쳐서 화살표(71)로 도시한 바와 같이, 상하로 이동하고, 측관부(65)가 가열되고 용융되어 기밀하게 밀봉된다.

임의의 융점을 갖는 유리통과 유리 분말이 석영 유리 보다 낮은 융점을 갖기 때문에, 이들은 때때로 석영 유리가 용융하기 전 처리 중에 비등, 팽창된다. 예를 들면, Corning에 의해 제조된 파이렉스 유리는 연화점(softening point)이 821℃이고, 이러한 비등 및 팽창 때문에 밀봉하기가 어렵다. 상기에서 언급한 바이코어 유리는 연화점이 1530℃이고, 비등, 팽창하지 않고 쉽게 밀봉될 수 있으며, 제1실시예에서 설명한 것처럼 밀착성이 높게 밀봉될 수 있다.

상기에서 설명된 공정에 있어서, 발광관에 한 개의 전극이 밀봉된다. 다른 전극의 밀봉을 설명한다. 처음에 폐쇄된 측관부(64)의 단부가, 예를 들어, 커터에 의해 절단되고(화살표(300)로 간략히 도시), 개구단부(301)가 도 21에 나타낸 바와 같이, 타단을 통해 다른 전극을 삽입하기 위해서 형성된다. 다음에, 램프는 그 개구(301)가 도 22에 나타낸 것처럼 위로 향하고, 램프용의 수은(72a), 금속 할로겐화물(72b) 및 다른 발광 물질이 개구(301)로 도입되어 밀봉된다. 또한 전극(302)이 도입된다. 밀봉되는 수은의 양은 발광부의 용적 및 전극간 거리에 따라서 변하며, 발광부(63)의 내부 용적이 0.45cc이고, 전극간 거리가 1.5mm일 때 90mg이다. 이 결과 점등시의 램프 전압은 80V이다.

0.4mg의 인듐 요오드화물과 1.0mg 툴륨 요드화물이 금속 할로겐화물로서 밀봉된다.

도 23에서 화살표(310)로 나타낸 바와 같이, 외관(66)이 진공된다. 도면에서 나타내지는 않았지만, 진공 펌프를 사용하여 진공이 실행되고, 외관(66)의 압력은 약 10^-5torr로 감소된다. 도 23에서 활살표(311)로 간략하게 나타낸 것처럼, 건조한 소정 량의 아르곤 가스가 외관(66) 내부에서 밀봉된다. 이러한 상태에서, 도 24의 화살표(74)로 간략하게 나타낸 바와 같이, 측관부(54)의 아직 밀봉되지 않은 단부 가까운 부분은 레이저 등을 이용하여 밀봉된다. 도 24에 도시하지 않았지만, 화살표(67)에 의해 나타낸 것처럼 외관(66)은 회전 가능한 척에서 유지, 회전, 가열 및 밀봉될 수 있다.

높은 증기압을 가진 수은, 금속 할로겐화물 및 기타 재료가 발광부(63) 내부에 밀봉되기 때문에, 이 발광부는 측관부(65)가 레이저로 가열될 때 그 내부의 밀봉 재료(72)가 증발되는 것을 막기 위해서 냉각되는 동안 기밀하게 밀봉된다.

또한, 도 25에서 나타낸 바와 같이, 양 측관 단부의 유리는 전극 봉이 외부 구동장치에 연결되는 쪽의 전극을 노출시키기 위해서, 화살표(320)로 간략하게 나타낸 바와 같이 절단된다(예를 들어, 커터를 사용하여). 이때 양 전극단에 있는 금속 스프링(61)은 제거될 수 있다. 따라서, 도 1의 제1실시예에서처럼 우수한 내고압력 및 기밀성을 갖춘 고압 방전 램프를 얻을 수 있다.

상기 밀봉방법에서는 발광부(63)의 내부를 감압으로 유지하면서 가열, 용융시켜 밀봉부의 외관을 구워 용융을 실시했으나, 도 26과 같이, 밀봉부를 가열, 용융시킨 후, 외관(66)의 회전을 멈추고, 금형틀(단부)에 의하여 신속히 밀봉부를 압축하여, 성형하여 밀봉하는 방법도 가능하다. 이러한 방법을 이용하면 제1실시예에서와 같은 우수한 내고압력 및 기밀성을 가진 고압 방전 램프를 얻을 수 있기 때문에 특별한 문제점은 수반되지 않는다. 금형틀 성형을 실행함으로써 설계한 램프의 밀봉부의 형상에 불균일함이 없이 성형을 용이하게 행할 수 있는 장점이 있다.

(제3실시예)

도 27은 본 발명의 고압 방전 램프의 제3실시예를 나타내는 구조도이다.

도 27에서, 501은 방전 공간에서 방전 아크를 형성하기 위해 설계되고, 석영 유리로 만들어진 구형 발광부이고, 502는 방전 아크에 전류를 공급하는 기밀하게 밀봉된 도전성 금속 구조물을 포함하는 밀봉부이다. 503은 방전 아크에 전류를 공급하기 위한 도전성 금속 구조물로서 기능하는 원통형 텅스텐 전극이다.

텅스텐 전극(503)의 일단은 방전 아크를 유지하도록 발광부(501) 내부에 배치되며, 타단은 방전 아크에 전류를 공급하도록 외부 구동장치(도 27에 도시 않음)에 접속을 위해 밀봉부(502)를 경유하여 외부로 인출된다.

도면에서 검은 점으로 나타낸 텅스텐 분말(504)은 밀봉부(502)에서 텅스텐 전극(503)과 석영 유리간의 계면 부근에 분포된다. 수은(505)은 발광부(501)내에 발광 물질, 즉, 아르곤 가스로서 밀봉되고, 이 아르곤 가스는 도면에서는 나타내지 않았지만 램프의 시동에 도움을 주도록 설계된다.

도 27에 나타낸 램프에서, 구형 발광부(501)의 내부 용적은 약 0.45cc, 텅스텐 전극(503)의 직경은 0.9mm, 구형 발광부(501)에서 텅스텐 전극(503) 간의 간격, 즉, 전극간의 거리는 1.5mm이다.

수은(505)이 90mg의 양으로 밀봉되고, 램프가 200W의 전력으로 점등될 때, 램프 전압은 약 80V이다. 대응의 추정 동작 압력은 약 200atm이다. 놀랍게도, 본 발명의 고압 방전 램프는 종래의 밀봉 포일 구조 또는 종래의 밀봉 로드 구조로 이루어지지는 않았지만, 텅스텐 전극(503) 및 석영 유리 사이의 계면 부근에 텅스텐 분말(504)이 분포된 밀봉 구조로 되어 있어서, 정상적으로 동작하고, 밀봉부(502)의 텅스텐 전극(503) 부근의 응축이 없어도 완전히 증발될 수 있는 수은(505)을 이용하여 약 200atm 정도의 높은 압력에도 견딜 수 있었다.

본 발명의 제3실시예에서 설명한 고압 방전 램프 밀봉 구조의 장점은 아래에서 설명되는 검정 테스트로부터 좀 더 명확해질 것이다.

도 28의 (a) 및 (b)는 검정 테스트에서 사용된 밀봉 구조를 나타낸 도면이다. 도 27에서 나타낸 본 발명의 제3실시예에서와 마찬가지로, 도 28의 (a)는 직경이 0.9mm인 텅스텐 전극과 석영 유리 사이의 계면 부근에 텅스텐 분말(504)을 분포시키고, 6mm의 외경과 2mm의 내경을 가진 석영 유리통(513)에서 전극을 밀봉시키므로서 얻어진 유리통을 나타낸다.

또한, 도 28의 (b)는 포일 밀봉을 실시한 석영 유리통(513)을 설치한 유리통을 도시한다. 510은 텅스텐 전극(503)과 같은 직경을 갖는 텅스텐 전극이지만, 길이는 다르다. 511 및 512는 각각 몰리브덴 포일 및 몰리브덴 봉이다. 몰리브덴 포일(511)의 두께는 0.02mm이다.

석영 유리통(513)의 개구단부(515)를 통해 도 28의 (a) 및 (b)에 나타낸 유리통으로 일정속도로 질소가스를 도입하여 가압하면서, 유리통이 파괴된 압력을 내고압력으로 하여 측정을 실행했다. 그 결과 도 28 (b)에 나타낸 밀봉 포일 구조를 가진 유리통은 약 160atm에서 파괴되는 반면에, 도 28 (a)에 나타낸 본 발명의 제3실시예의 밀봉 구조는 210atm의 압력이 가해질 때에도 파괴되지 않는다는 것을 알 수 있었다.

각각의 측정에서, 석영 유리통(513)은 그의 개구단부(515)를 통해 진공배기되고, 도 28의 (a) 및 (b)에 나타낸 유리통 각각은 체적 약 10^-6torr의 진공도로 배기되는 것을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명의 제3실시예의 밀봉 구조는 일반적으로 밀착하기가 매우 어려운 석영 유리 및 텅스텐(텅스텐 전극(503))을 접착하기 위한 바인더 역할을 하는 텅스텐 분말(504)이 텅스텐 전극(503)과 석영 유리 사이의 계면에 분포된다는 점에서 종래의 밀봉 포일 구조 보다 더 나은 기밀성과 내고압력을 가지고 있다.(이 원인을 정확하게는 알 수 없으나, 텅스텐 분말(504)이 석영 유리에 널리 분포되어, 그 열팽창 계수가 텅스텐의 열팽창계수에 가까워져서 박리를 더 어렵게 하며, 텅스텐 분말(504)의 일부가 텅스텐 전극(503)과 화학적으로 견고하게 결합하는 것으로 생각된다.)

텅스텐 전극(503)과 석영 유리 사이의 계면 부근에 텅스텐 분말(504)이 분포되는 고압 방전 램프를 참조하여, 본 실시예를 설명했지만, 텅스텐 분말(504) 대신 텅스텐 산화 분말을 사용하는 것 또한 가능하다. 몰리브덴, 또는 몰리브덴 산화 분말과 같은, 텅스텐 이외의 금속 분말이 사용될 수 있다. 이러한 대체 분말을 사용하여 얻은 램프 또한 우수한 기밀성과 내고압력을 가진다. 상기에서 언급한 분말들의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.

(제4실시예)

본 발명의 제4실시예를 도 29를 참조하여 설명한다.

도 29에 나타낸 본 발명의 제4실시예에 따른 고압 방전 램프는 도 27에 나타낸 본 발명의 제3실시예 램프의 텅스텐 분말(504)이 텅스텐 박막(506)으로 대체되고, 텅스텐 전극(503)은 박막(506)을 통하여 석영 유리(밀봉부(502))로 기밀하게 밀봉되는 밀봉 구조를 가진다.

본 실시예의 램프에서, 수은(505)이 90mg의 양으로 밀봉되고 램프가 200W의 전력으로 점등될 때 램프 전압은 약 80V가 얻어질 수 있다. 수은(505)이 밀봉부(502) 부근에서 응축되지 않고 완전히 증발되어, 정상적으로 동작하고 200atm 정도로 높은 동작압력에 견딜 수 있는 내고압력 밀봉 구조가 형성된다.

본 실시예의 고압 방전 램프는 텅스텐 박막(506)을 텅스텐 산화 박막으로 대체된 구조로 해도 우수한 기밀성과 내고압력을 유지한다. 별도의 금속박막, 예컨대 몰리브덴 박막 또는 몰리브덴 산화박막으로 바꾼 구조도 사용할 수 있으며, 이러한 막들로 다층의 박막을 형성한 구조 또한 사용할 수 있다.

제3실시예 및 제4실시예에 있어서 특히, 밀봉부(502)에 매설되는 텅스텐 전극(503)의 상기 부분상에서 산화 처리를 실시하는 것이 유익함을 부가하여 둔다. 이러한 표면 산화는 텅스텐 전극(503)의 표면 부근의 석영 유리 형성시 균열을 거의 완전히 방지할 수 있어서, 기밀성 또는 내고압력을 이루는데 효과적이다.

또한, 제3실시예 및 제4실시예는 방전 아크에 전류를 공급하는 도전성 금속 구조물이 텅스텐 전극(503)으로만 이루어지는 경우에 대해서만 기술하였지만, 도전성 금속 구조물이 도 39 및 도 28 (b)의 종래의 밀봉 포일 구조에서 나타낸 텅스텐 전극(도 39의 102; 도 28 (b)에서 510), 몰리브덴 포일(도 39에서 103; 도 28 (b)에서 511) 및 외부 전류 도입 리드선(도 39에서 104; 도 28 (b)에서 512)으로 구성되는 램프는 이들 구조물이 텅스텐 전극(도 39에서 102; 도 28 (b)에서 510)과 석영 유리 사이의 적어도 계면에 텅스텐 분말을 분포시키거나, 텅스텐 막을 통해 텅스텐 전극을 석영 유리와 접합시킴으로써 얻어지는 구조이면, 제3실시예의 램프 및 제4실시예의 램프와 동일하게 우수한 기밀성과 내고압력을 가진다.

또한, 제3실시예 및 제4실시예는 수은만이 고압 방전 램프의 발광 물질로서 밀봉되는 경우에 대해서 설명하였지만, 수은 이외의 다른 발광 물질(예를 들어, 금속 할로겐화물)이 첨가된 램프를 사용하는 것 역시 가능하다.

제3실시예 및 제4실시예로 나타낸 램프에 대한 밀봉 구조가 수은, 금속 할로겐 화합물 등과 같이 실온에서는 액체 또는 기체로서 점등 중에 증발되어 발광하는 물질이 밀봉되는 고압 방전 램프에 유익하나, 예를 들어, 크세논 방전 램프와 같은 희박한 가스를 포함하는 램프에 대해서도 효과적이라는 것을 알 수 있다.

또한, 제3실시예와 제4실시예는 밀봉부(502)가 발광부(501)로부터 반대 방향으로 연재하는, 소위 더블 엔드형 램프(double-end lamp)에 대해서 설명하였지만, 싱글 엔드형 램프(단일 밀봉부를 갖고, 그 한 쌍의 전극이 이러한 밀봉부에 밀봉되는)가 또한 사용될 수 있는데, 본 발명의 밀봉 구조는 또한 방전 램프가 아닌 발열 코일을 갖는 백열등(incandescent lamp)에도 적용될 수도 있다.

이하의 제5실시예 및 후속의 실시예는 제3실시예 및 제4실시예에서 설명한 본 발명의 고압 방전 램프를 제조하는 방법에 관한 것이다.

(제5실시예)

도 30 내지 35는 본 발명의 제5실시예에 속하는 고압 방전 램프의 제조 방법 공정도이다.

도 30에서, 540은 별도의 공정에서 준비한 외관으로서, 석영 유리통을 소정의 모양으로 가열하고 팽창시켜 얻은 중공의 구형 발광부(541) 및 발광부(541)의 양단에서 연재하는 측관부(542a 및 542b)(석영 유리통)로서 구성되어 있다. 측관부(542a 및 542b)는 균일한 단면을 가지며 그들의 전체 길이를 따라서 원형을 유지한다. 측관부의 단면은 발광부(541)의 단면 보다 물론 작다.

이 준비된 외관(540)에서 측관부(542a 및 542b)의 내면에 텅스텐 분말이 도포된다. 도 31을 기초로 이를 자세히 설명한다. 도 31에서, 543은 평균 입자 직경이 2㎛인 텅스텐 분말과 평균 입자 직경이 20㎛인 SiO₂분말을 니트로 셀룰로오스를 부틸 아세테이트에 녹여서 만든 유기 접합제(organic binder)로 혼합하여 얻은 용액이다.

용액(543)은 측관부(542a)로 도포된다. 도 31에서 나타낸 바와 같이, 이러한 작업은 외관(540)을 측관부(542a, 542b)가 상하에 위치하도록 배치하며, 화살표(544)로 나타낸 것처럼 상기 외관을 상하로 이동시키면서 실시한다. 용액이 측관부(542a)에 도포되고 약 10분동안 자연건조된 후, 외관(540)의 상하를 교환하며, 용액(543)이 같은 방법으로 다른 측관부(542b)에 도포된다. 측관부(542a 및 542b)에 용액(543)을 도포함으로써 얻어진 외관(540)은 30분 동안 약 500℃의 온도로 열처리되어, 유기 접합제가 열분해되어, 텅스텐 분말(545)이 측관부(542a, 542b)의 내면에 부착되어 코팅 공정을 완료한다.

측관부(542a)의 단부가 밀봉되고, 도 32에서 나타낸 바와 같이, 각 공정에서 준비된 방전 아크에 전류를 공급하기 위한 도전성 금속 구조물인 텅스텐 전극(550)을 측관부(542b)를 통해 측관부(542a)에 삽입한다. 여기서, 발광부(541) 내부에 배치되고 아크 방전을 지속하기 위해 설계된 단부와 반대되는 텅스텐 전극(550)의 단부에 철편(551)이 접속되어 있다. 도면에는 나타내지 않았지만, 측관부(542a, 542b)는 이러한 상태에서 회전 가능한 척에서 유지되고, 유리통(540)이 화살표(552)로 도시한 바와 같이 회전된다. 측관부(542b)의 아직 밀봉되지 않은 단부 가까운 부분이 외관(540) 내부가 배기되면서 가열, 밀봉된다. 이러한 동작은, 예를 들어, 화살표(553)에 의해 간략히 나타낸 것처럼 레이저를 사용하여 실행한다.

도 33에서 나타낸 바와 같이, 이번에는 삽입 텅스텐 전극(550)을 포함하는 측관부(542a)가 상측에 위치하도록 도면에서는 생략했으나, 회전 가능한 척으로 외관(540)이 유지된다. 이동 가능한 자석(560)이, 이때 측관부(542a) 외부에 위치되어 자력이 철 조각(551)에 작용하도록 하여 텅스텐 전극(550)이 떨어지는 것을 방지하고, 텅스텐 전극(550)의 아크를 유지하기 위한 단부가 발광부(541)내의 소정 위치에 배치되도록 측관부(542a)의 내부에 적절한 방법으로 텅스텐 전극(550)이 위치된다.

이 상태에서, 외관(540)은 거의 그 주축을 중심으로 화살표(565)와 같이 회전하며, 측관부(542a)(석영 유리)가 회전하는 동안 가열되고 붕괴된다. 이러한 공정은 화살표(561)로 간략하게 나타낸 레이저로서 실행된다. 레이저는 측관부(542a)의 적당한 길이에 걸쳐서 화살표(562)로 나타낸 것처럼 수직으로 이동하여 측관부(542a)를 연화 및 붕괴시겨 그것을 기밀하게 밀봉한다.

이어서, 외관(540)은 척 홀드에서 해제되어(도 34에 나타낸 바와 같이), 측관부(542a)의 밀봉 단부가 절단되며, 텅스텐 전극(550)(철편(551)이 전극의 일단에 접속)이 측관부(542b)로 삽입된다. 동시에 발광물질인 수은(570)이 발광부(541)에 도입된다. 이 작업은 도면에서 생략했으나, 측관부(542b)의 개구단부를 통해 관형 바늘이 삽입되며, 그 선단이 발광부(541)의 중앙 부근에 왔을 때 바늘을 멈추게 하여 실행된다. 바늘은 건조한 비교적 저압의 아르곤 가스원에 연결되고, 이 가스흐름이 바늘을 통하여 수은(570)을 밖으로 밀어낸다. 밀봉되는 수은(570)의 양은 발광부(541)의 용적 또는 전극간 거리에 따라 다르나, 발광부(541)의 내부 용적이 0.45cc이고, 전극간 거리가 1.5mm일 때 이 양은 90mg이다.

도면에 도시하지는 않았으나, 이 상태에서 측관부(542a, 542b)는 회전 가능한 척으로 유지되며, 유리통(540)이 화살표(552) 방향으로 회전된다. 이어서 외관(540)이 진공, 배기되고, 건조한 소정량의 아르곤 가스가, 이때 외관(540)으로 도입되며, 측관부(542b)의 단부 가까운 부분은 가열, 밀봉된다. 가열할 때는 화살표(553)로 간략하게 나타낸 바와 같이 레이저를 사용한다.

최종으로, 측관부(542b)가 레이저에 의해 가열되고 붕괴되어, 도 34에 나타낸 측관부(542a)의 경우와 같은 방법으로 기밀하게 밀봉된다(필요하다면, 수은(570)의 증발을 방지하기 위해서 발광부(541)를 냉각시키는 수단이 부가된다). 측관부(542a, 542b)의 단부가 절단되고, 철편(551)이 접속되어 있는 텅스텐 전극(550)의 단부가 노출되며, 상기 철편(551)이 제거되어 제3실시예에서와 같은 우수한 기밀성과 고내압력을 가진 도 35에 나타낸 고압 방전 램프가 만들어진다. 이러한 램프에서, 텅스텐 분말(545)은 텅스텐 전극(550)과 석영 유리 사이의 계면 부근에 분포된다.

또한 도 31에 나타낸 측관부(542a, 542b)에 텅스텐 분말(545)을 분포시키는 공정과 도 32에서 나타낸 측관부(542a)에 텅스텐 전극(550)을 밀봉하는 공정 사이에 텅스텐 전극(550)의 표면을 산화하는 공정(예컨대, 양극 산화 처리 공정(anodizing step))을 부가한 제조 방법을 채택할 수도 있다.

(제6실시예)

본 발명에 따라서 고압 방전 램프를 제조하는 방법의 제6실시예를 설명한다. 본 실시예에 따라서 고압 방전 램프를 제조하는 방법은 상기 제5실시예에서 설명한 것과 같은 제조 방법에서, 측관부(542a, 542b)에 텅스텐 분말(545)을 도포하도록고안된 도 31을 참조하여 설명한 공정을 이하 설명하는 바와 같이, 측관부(542a, 542b)의 내면에 텅스텐 박막을 형성하는 공정으로 대체한다. 이외의 다른 모든 공정은 제5실시예의 제조 방법과 같다.

도 36은 본 실시예에 따라서 측관부(542a, 542b)의 내면에 텅스텐 박막을 형성하는 공정에 사용된 스퍼터링 장치(sputtering apparatus)를 간략하게 나타낸 도면이다. 도면에서, 580a, 580b는 측관부(542a, 542b)의 개구단부를 통해 각각 도입된 한 쌍의 텅스텐 스퍼터 전극으로, 이것은 측관부(542a)내에서 전극간 영역(Wsp)이 형성되도록 배치되어 있다.

박막은 대체로 전극간 영역(Wsp)에서 성장되므로, 전극간 영역(Wsp)은 측관부(542a)(또는 542b)에서 형성되어야 한다. 스퍼터링동안 온도 증가를 억제하는 알루미늄의 방열판(581)이 스퍼터 전극(580a, 580b) 각각의 일단에 각각 접속되고, 고주파 전원(582)이 정합 장치(583)를 경유하여 접속되어 있다. 이러한 장치로서, 이하 설명하는 바와 같이, 텅스텐 박막이 측관부(542a, 542b)의 내면상에 형성된다.

우선은 측관부(542a, 542b)의 개구단에 근접하여 배치된, 간략하게 나타낸 O-링 밀봉 장치(586) 및 플랜지(587, 588)에 의해 외관(541)에서 진공 밀봉이 형성된다. 이 상태에서, 플랜지(587)에 설치한 배기구(85)에서 주배기펌프로서 터보 분자펌프(도시 않음)가 사용된 진공장치를 이용하여, 외관(541)이 일정한 배경까지 배기된다. 그후 아르곤 가스가 플랜지(588)에 설치한 가스 도입구를 통해 도입된다.

아르곤 가스는 약 3sccm의 일정한 비율로 주입된다. 고주파(500kHZ) 전력 200W가 스퍼터 전극(580a, 580b) 사이에 인가되어 글로우 방전이 발생하며, 텅스텐은 스퍼터된다.

따라서 텅스텐 박막이 전극간 영역(Wsp)의 측관부(542a)의 내면에 성장된다. 소정의 시간동안 방전을 지속하여 두께가 약 100nm 정도의 텅스텐 박막(590)이 형성된 후, 스퍼터 전극(580a, 580b)이 측관부(542b)내에 재배치되고, 텅스텐 박막이 측관부(542b)의 내면에 같은 방식으로 형성된다.

측관부(542a, 542b)의 내면에 텅스텐 박막(590)이 형성된 후, 도 32에서 도 34를 참조하여 설명한 제5실시예에서 실행된 동일한 공정에 의하여, 최종적으로 도 37(도 35와 사실상 동일한 구조를 가진 램프를 기술)에 도시한 바와 같이, 텅스텐 박막의 분산 및 분포에 의해 얻어진 중간의 석영 유리층(599)을 거쳐서 석영 유리에 텅스텐 전극(550)을 기밀하게 밀봉하여 얻은 밀봉 구조를 가진 고압 방전 램프를 얻을 수 있다.

도 36에서 스퍼터링이 아르곤 가스를 흐르게 하여 실행되었으나, 밀봉된 아르곤 가스를 소정 압력으로 유지하면서 스퍼터링을 행하거나 산소 가스의 흐름을 부가하여 산화 스퍼터링을 행하는 것이 또한 가능하다. 또한 텅스텐 박막이 형성된 후 열 산화, 플라즈마 산화 등의 산화처리를 또 다시 실시하여 산화 텅스텐 막을 형성하는 것도 가능하다.

또한 선단을 산화 처리한 텅스텐 전극을 이용하거나, 또 몰리브덴제의 스퍼터 전극을 사용하여 텅스텐 박막을 형성하는 공정을 몰리브덴 박막을 형성하는 공정으로 대치하거나, 상기 텅스텐 박막의 다층막을 형성하는 공정으로 대치할 수 있다.

본 실시예는 한 쌍의 스퍼터 전극(580a, 580b)을 측관부(542a, 542b)에 삽입하여 스퍼터링이 실행되는 경우에 대해서만 설명하였으나, 도 38에서 나타낸 바와 같이, 좁은 원통형 스퍼터 전극(592)을 측관부(542a)(또는 542b)내에 삽입하고, 원통형 스퍼터링 전극(593)을 스퍼터 전극을 중심축으로 하여 측관부(542a)(또는 542b)의 외주부에 배치하며, 아르곤 가스로 대체된 진공 쳄버(591)내에서 스퍼터링을 실행시겨서, 텅스텐 박막(590)을 만드는 것 또한 가능하다.

스퍼터링 이외의 다른 제조 방법에는 열 CVD법, 플라즈마 CVD법 및 진공 증착법 등이 있다. 변형된 막 형성 방법을 사용해도, 최종적으로 얻어지는 램프의 밀봉 구조는 뛰어난 기밀성과 내고압력을 가진다.

제5실시예와 제6실시예에서는 방전 아크에 전류를 공급하는 도전성 금속 구조물이 텅스텐 전극(550)만으로 형성되는 램프 제조 방법을 예로서 설명하였지만, 도전성 금속 구조물이 텅스텐 전극(도 39의 102; 도 28 (b)에서 510), 몰리브덴 포일(도 39에서 103; 도 28 (b)에서 511) 및 도 39 및 도 28 (b)의 종래 밀봉 포일 구조에서 나타낸 외부 전류 도입 리드선(도 39에서 104; 도 28 (b)에서 512)으로 구성되어도 같은 방법으로 램프를 제조할 수 있다.

또한, 수은뿐만 아니라 금속 할로겐화물이 밀봉되는 램프에 대하여도 동일한 제조방법으로서 제조될 수 있으며, 역으로, 크세논 방전 램프와 같은 수은을 포함하지 않는 램프도 같은 방법으로 제조될 수 있으며, 밀봉된 물질의 형태에 대한 제한은 없다.

실시예 3-6에서, 도전성 금속 구조물은 텅스텐 봉으로 만들어지는 것으로 설명하였으나, 각 봉은 텅스텐 봉과 몰리브덴 봉을 납땜하여 얻은 금속성 봉과 같은 임의의 다른 물질로 만들어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예가 상기에서 설명되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 다양하게 변형할 수 있다. 상기 실시예에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 따른 고압 방전 램프의 제조 및 점등 방법은 설명을 위한 것이며, 본 발명의 사상은 청구범위로 한정된다.

따라서, 본 발명은 우수한 내고압력과 밀착력을 가지며, 램프 출력의 증가에 견딜 수 있는 고압 방전 램프용 밀봉 구조를 제공하여, 이러한 밀봉 구조를 갖는 고압 방전 램프를 제조할 수 있다.

Claims

적어도 발광부와 상기 발광부로부터 연재하는 관형 부분을 가지는 고융점 유리 재질의 외관 및 상기 발광부에 방전 아크를 형성하기 위한 전류를 공급하는 도전성 금속 구조물을 준비하는 공정과,

상기 외관의 융점보다도 낮은 융점을 가지는 유리재질로 이루어진 통형 구조물을 준비하는 공정과,

상기 외관과 상기 외관의 내부에 배치된 상기 도전성 금속 구조물 사이에 상기 통형 구조물을 개재시키는 공정과,

상기 통형 구조물을 개재시킨 상기 외관의 통형 부분을 가열하고, 상기 관형 부분과 상기 통형 구조물을 유착함과 동시에 상기 통형 구조물과 도전성 금속 구조물을 유착함으로써 상기 도전성 금속 구조물을 밀봉하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 도전성 금속 구조물과 상기 통형 구조물의 간격에 유리 분말, 유리 분말에 금속을 혼합한 것, 금속막 중 적어도 하나를 개재시키는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 유리 분말 또는 유리 분말에 금속을 혼합한 것을 압축성형하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프의 제조 방법.
고융점 유리질 재료로 만들어진 유리 하우징(1);

상기 유리 하우징과 같은 고융점 유리질 재료로 만들어지며, 그로부터 연장하는 밀봉 부품(2);

실온에서 고체 또는 액체로 되며, 상기 유리 하우징 내측에 봉입된 희유가스 및 재료(5);

상기 밀봉 부품내에 부분적으로 매립되며, 상기 유리 하우징 내측에 형성된 방전 아크에 전류를 공급하도록 설계된 전기 도전성 금속 구조물(3, 50); 및

금속들과 이 금속들의 산화물에서 선택된 적어도 하나의 금속재료가 상기 고융점 유리재료와 상기 밀봉 부품 내의 전기 도전성 금속 구조물 사이에 있는 영역 근처에 제공되게 하기 위한 기밀 밀봉부(4)로서, 상기 밀봉 부품(2)과 상기 기밀 밀봉부(4) 사이의 가열 밀봉과 상기 기밀 밀봉부(4)와 상기 전기 도전성 금속 구조물(3, 50) 사이의 가열 밀봉이 같은 가열 프로세스에서 실행되어, 상기 전기 도전성 금속 구조물이 상기 고융점 유리재료 내에서 기밀하게 밀봉되도록 하기 위한 기밀 밀봉부(4)를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.