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KR900002446B1 - 불활성 가스 방전등 장치 - Google Patents

불활성 가스 방전등 장치 Download PDF

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KR900002446B1
KR900002446B1 KR1019870005211A KR870005211A KR900002446B1 KR 900002446 B1 KR900002446 B1 KR 900002446B1 KR 1019870005211 A KR1019870005211 A KR 1019870005211A KR 870005211 A KR870005211 A KR 870005211A KR 900002446 B1 KR900002446 B1 KR 900002446B1
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bulb
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gas discharge
lamp device
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요시노리 사또오
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와다리 스기이찌로오
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Abstract

내용 없음.

Description

불활성 가스 방전등 장치
제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 불활성 가스 방전등 장치의 개략도.
제 2 도는 제 1 도의 장치에 있어서의 불활성 가스 방전등의 종단면도.
제 3 도는 제 2 도의 불활성 가스 방전등의 횡단면도.
제 4 도는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 불활성 가스 방전등의 종단면도.
제 5 도는 제 4 도의 불활성 가스 방전등의 횡단면도.
제 6 도는 차광층(遮光層)을 형성한 불활성 가스 방전등의 사시도.
제 7 도는 제 6 도의 불활성 가스 방전등의 횡단면도.
제 8 도는 제 6 도의 불활성 가스 방전등의 광 출력을 나타낸 그래프.
제 9 도는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 불활성 가스 방전등의 횡단면도.
제 10 도는 제 9 도의 불활성 가스 방전등의 광 출력을 나타내는 그래프.
제 11 도는 본 발명의 제 4 실시예에 관한 불활성 가스 방전등의 횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 불활성 가스 방전등 장치 3 : 고주파 점등장치
4,5,6 : 콘덴서 7 : 방전등
8 : 밸브 9 : 형광층
10,11 : 내부 전극 12,13 : 리이드선
14 : 양광주(陽光柱) 15 : 보조 전극
16 : 차광층(遮光層) 17 : 창(窓)
18 : 반사층
본 발명은 수은 대신에 전구내에 불활성 가스를 봉해 넣은 불활성 가스 방전등 장치에 관한 것이며, 특히 보통용지를 사용하는 복사기, 팩시밀리의 광원으로서 가장 적합한 불활성 가스 방전등 장치에 관한 것이다.
보통 용지를 사용하는 복사기 및 팩시밀리의 노광용의 광원으로서 종래의 저압 수은 증기 방전등의 일종인 형광 램프가 사용되고 있다.
이와같은 종류의 광원에서는 조사(照射)를 가늘고 길게 확보하기 위해서 발광부분이 길어야할 것, 피 조사면의 조사도를 높이기 위해서 광 출력이 높아야 할 것, 및 피 조사면의 조사도를 균일하게 하기위해서 발광부분의 광 출력이 긴쪽 방향에 따라서 균일해야 할 것이 요구된다.
이들 형광 램프에서는 전구내에 수은이 증기압 5×10-5Torr 정도로 봉해 넣어져 있으며, 또한, 시동 전압을 내리기 위해서 아르곤 가스등의 불활성 가스가 수 Torr정도의 증기압으로 봉해 넣어져 있다. 이들의 램프는 전구내에 봉해 넣어진 수은 원자에서 발생하는 자외선에 의해서, 전구의 내면에 도포된 형광체를 여기(勵起)시켜 발광하는 것이며, 형광 램프의 광 출력은 전구내의 수은 증기압에 의존하고 있다.
수은 증기압은 온도에 의해서 변화되며, 따라서 수은을 봉해 넣은 형광 램프의 광 출력도 형광 램프의 주위 온도에 의해서 변화되는 결점이 있다.
주위 온도의 악 영향을 받지않는 광원으로서 수은 대신에 예를 들면 크세논(Xenon) 가스등의 불활성 가스를 전구내에 봉해 넣어서 된 불활성 가스 방전등을 보통의 용지를 사용하는 복사기나 팩시밀리의 광원으로써 사용하는 것이 검토되고 있다. 이 불활성 가스 방전등은 전구 내부에서 글로우(glow) 방전을 발생시켜 그 양광주에서 발생하는 자외선에 의해서 전구 내면에 도포된 형광층을 여기시켜서 가시광을 발생시키는 것이다.
불활성 가스 방전등에서는 전구내에 있어서의 불활성 가스를 봉해 넣는 압력을 놓게 하므로서 광 출력을 증대시킬 수 있으며, 실용에 적합한 광출력을 가지고 있는 불활성 가스 방전등으로서는 예를 들면 크세논 가스를 수 10Torr 내지 수 100Torr의 고압으로 전구내로 봉해 넣을 필요가 있다.
불활성 가스를 고압으로 전구내에 봉해 넣으므로서 전구내의 양광주는 가늘게 되는 동시에 흔들리게 된다. 즉, 전구의 긴쪽 방향으로 뻗는 글로우 방전의 양광주는 전구의 지름방향으로 흔들려 전구의 축선상에서 안정되지 않게 된다. 그러므로 양광주와 전구의 내면에 도포된 형과층과의 거리가 변화되므로서 전구의 긴쪽 방향에 따른 광 출력이 일정하지 않게 된다. 즉, 근접되어 있는 부분의 형광층은 매우 강하게 발광되며, 한편, 양광주로부터 멀리 떨어져 있는 부분의 형광층은 발광이 약하게 된다. 이와같은 사실로 이 불활성 가스 방전등에서는 광 출력이 길이 방향을 따라서 균일하지 않으며, 따라서 피조사면의 조사도를 균일하게 할 수 없다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 전구의 긴쪽 방향에 따라서 광 출력을 균일하게 할 수 있고, 또한 광 출력도 크게 할 수 있는 불활성 가스 방전등 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 의한 불활성 가스 방전등 장치는 가늘고 긴 모양으로 되어 있으며, 불활성 가스를 봉해 넣은 전구와 전구의 양쪽끝부분에 설치된 한쌍의 내부 전극과 전구 내면에 형성된 형광층과 한쌍의 내부 전극사이에 전압을 인가하고 내부의 전극사이에 방전을 생기게 하는 점등회로와 전술한 전구에 설치되어 전구의 긴쪽 방향으로 뻗어 내부 전극간의 방전에 의해서 전구내에 발생하는 가시광을 출력하는 창과 전구의 면에 창과 대향하도록 전구의 긴쪽 방향으로 뻗은 동시에 각각의 내부 전극과의 사이에 전위차(電位差)가 있도록 설치된 보조전극을 구비하고 있다. 이 불활성 가스 방전등 장치에서는 점등회로를 통해서 전구의 내부 전극 사이에서 글로우 방전이 되고, 글로우 방전의 양광주에 의해서 발생되는 자외선이 형광층에 의해서 가시광으로 변환되며, 가시광은 창을 투과해서 피 조사면에 조사된다. 보조전극과 각각의 내부전극과의 사이의 전위차이에 의해서 양광주는 보조전극에 향해서 끌어 당겨져서 전구의 길이 방향에 따라서 균일하게 해서 형광층에 근접된다. 이것에 의해서 불활성 가스 방전등 장치의 광 출력은 긴쪽 방향에 따라서 균일하게 되는 동시에 안정되며 또한, 창방향에 대해서 증대된다. 이하 도면을 참조로 하면서 설명을 하기로 한다.
제 1 도 내지 제 3 도를 참조로 하여 본 발명에 의한 불활성 가스 방전등 장치의 제 1 실시예를 설명하면, 불활성 가스 방전등 장치(1)는 고주파 점등회로(3)와 콘덴서(4), (6)와 장전등(7)을 구비하고 있다. 고주파 점등회로(3)는 예를 들면 상용 전원등의 교류 전원(2)에 접속되어 있다. 고주파 점등회로(3)의 두 개의 출력끝은 콘덴서(4), (6)를 통해서 방전등(7)의 한쌍의 내부 전극에 각각 접속되어 있다. 콘덴서(4), (6)는 예를 들면 각각 150PF, 220PF의 용량을 가지고 있다. 제 2 도 및 제 3 도에는 방전등(7)이 보다 상세하게 표시되어 있다. 방전등(7)은 전구(8)를 구비하고 있다. 전구(8)는 양쪽끝이 폐쇄된 내부지름 2mm-10mm 정도의 가늘고 긴 속이 비어 있는 막대 모양을 하고 있으며, 석영 유리 또는 경질 또는 연질유리로 형성되어 있다. 전구(8)내에는 크세논(Xe)을 주성분으로 하는 불활성 가스가 예를 들면 30-60Torr의 압력으로 봉해 넣어져 있다. 이 경우 광출력은 30Torr로부터 160Torr의 사이에서는 가스 압력에 비례해서 증대된다. 전구(8)내에는 양끝부분에 위치에서 서로 극성이 다른 한쌍의 내부 전극(10), (11)이 설치되어 있다. 이들 내부 전극(10), (11)은 예를 들면 니켈로 되어 있으며, 전구(8)의 끝부분의 벽을 기체가 새지않게 관통된 리이드선(12), (13)에 접속되어 있다. 이들 리이드선(12), (13)은 전술한 고주파 점등회로(3)에 접속되어 있다. 전구(8)의 내면에는 형광층(9)이 형성되어 있다. 불활성 가스 방전등(7)은 조사 방향을 규제하기 위해서 창(17)을 구비하고 있다. 형광층(9)에서 발광된 가시광은 이 창(17)을 투과(透過)해서 피 조사면을 조사한다.
이 실시예에서는 전술한 바와같이 전구(8)의 내면에 형성하는 형광층(9)의 일부를 결여시켜서 창(17)을 낸다. 전구(8)의 외면에는 보조전극(15)이 전구(8)의 긴쪽 방향으로 대략 전체의 길이에 걸쳐서 설치되어 있다. 이 보조 전극(15)은 바람직 하게는 전구(8)의 횡단 방향에 대해서 창(17)과 대향되는 위치에 설치되어 있다. 보조전극(15)은 예를들면 동과 카본을 혼합해서 페이스트 모양으로 하고 이것을 전구(8)의 옆벽의 외부면의 소정의 위치에 도포한 다음, 소성해서 형성되어 있다. 보조전극(15)은 제 1 도에서 명백한 바와같이 콘덴서(4)와 고주파 점등회로(3)의 한편의 출력끝과의 사이의 접속점에 접속되어 있으며, 또한, 이 접속점과 보조전극(15)과의 사이에는 콘덴서(5)가 끼워져 있다. 이 실시예의 경우 콘덴서(5)는 300PF의 용량을 가지고 있다.
본 발명에 의한 불활성 가스 방전등 장치는 아래와 같이 동작한다. 방전등(7)을 점등할 경우에는 고주파 점등회로(3)에 의해서 교류전원(2)의 전원 주파수를 예를 들면 30KHz의 고주파수로 변환하며, 이 고주파전류를 방전등(7)의 한쌍의 내부 전극(10,11)에 통전 한다. 이것에 의해서, 한쌍의 내부 전극(10,11)의 사이에서 글로우 방전이 이루어지며, 제 2 도에서 나타낸바와 같이 전구(8)내에는 양광주(14)가 발생할 때, 즉, 램프 전류가 7mA일때 전구(8)에 보조전극(15)이 설치되어 있지 않을 경우, 양광주(14)는 전술한 바와같이 전구(8)의 지름방향으로 흔들리게 되어 불안정하다.
실시예에서는 보조전극(15)이 전구(8)의 길이 방향에 거의 전체의 길이에 걸쳐서 설치되어 있으며, 또한 콘덴서(4), (5), (6)의 작용에 의해서 보조전극(15)과 각각 내부전극(10) 또는 (11)과의 사이에 발생되는 양광주(14)는 전구(8)의 대략 전체의 길이에 걸쳐서 보조전극(15)으로 향하여 끌어 당겨지며, 따라서 양광주(14)는 형광층(9)에 균등하게 접근된다. 양광주(14)는 형광층(9)에 균등하게 접근되어 있으므로 양광주(14)는 안정되고, 따라서 불활성 가스 방전등(7)의 광 출력도 긴쪽 방향에 따라서 균일하게 분포된다. 또한, 양광주(14)가 형광층(9)에 접근되어 있으므로 형광층(9)의 발광가도가 증가해서 불활성 가스 방전등(7)의 광 출력도 증대된다. 더구나, 보조전극(15)이 전구(8)의 횡단방향에 대해서 창(17)과 대향하는 위치에 설치되어 있으므로 형광층(9)에서 발광하는 가시광은 창(17)으로부터 높은 효율로서 출력된다. 여기에서 보조전극이 직접내부 전극과 접속되어도 내부 전극과 외부전극사이에 전위가 없을때는 양광주의 일부가 보조전극에 끌어 당겨지지 않고 떠올라버려서 배광(配光)을 흩어 버리므로 보조전극과 내부전극이 전위차가 있는 것은 필수적이다. 제 4 도 및 제 5 도에는 본 발명의 제 2 의 실시예에 관한 불활성 가스 방전등 장치가 표시되어 있다.
이 제 2 실시예에 있어서, 보조 전극(15)은 콘덴서를 통해서 고주파 점등회로(3)에 접속되는 대신에 접지(接地)되어 있다. 보조전극(15)이 접지되어 있으므로 보조전극(15)과 각각의 내부전극(10) 또는 (11)과의 사이에는 전위차가 있다. 따라서 이 구성에 있어서도 전술한 제 1 실시예와 대략 같은 효과를 나타낼 수 있다. 그런데, 전술한 바와같이 불활성 가스 방전등(7)에는 형광층에서 발광되는 가시광의 조사방향을 규제하는 수단으로서 창(17)이 설치되어 있다. 조사방향을 더욱 확실하게 하기 위해서 제 6 도 내지 제 7 도의 제 3 실시예에 나타낸바와 같이 전구(8)의 외면에는 창(17)을 남기고 차광층(16)이 형성되어 있다. 또한, 창(17)을 남기고 차광층(16)을 형성할 경우에는 형광층(9)은 전구(8)의 옆벽의 내면 전면에 걸쳐서 형성해도 좋다. 창(17)을 남기고 차광층(16)을 형성하므로써 형광층에 의해서 발광되는 가시광은 창(17)을 통해서만 방사된다. 따라서, 가시광의 조사병향은 규제되며, 조사방향의 광량도 증대되며, 이것에 의해서 피 조사면의 조사도를 증가할 수 있다.
제 8 도의 특성도에 나타낸바와 같이 방전등(7)으로부터의 광 출력은 실용화 될 수 있을 정도로 전구(8)의 축 방향에 따라서 대략 일정하게 된다. 더구나, 제 8 도에 나타낸 광 출력이 전구(8)의 축 방향에 따라서 완전히 일정하게 되지 않는 것은 아래의 이유에 의한다. 즉, 전술한 바와 같이 양광주(14)는 보조전극(15)쪽에 끌어 당겨져서 전구(8)의 내벽에 가까워지게 되지만, 보조전극(15)의 폭이 비교적 넓게되면, 양광주(14)는 제 8 도의 1점 쇄선으로 나타낸바와 같이 꾸불꾸불 구부러져 가는수가 있다. 즉, 보조전극(15)의 폭이 창(17)의 폭보다도 크거나, 창(17)의 폭과 같은 정도이면 양광주(14)의 사행(蛇行)하는 진폭(振幅)도 크게 된다.
따라서, 양광주(14)가 제 7 도중의 12점 쇄선으로 표시된 바와같이 보조전극(15)의 옆언저리 근처에 위치시키게 되면 광 출력은 양광주(14)가 보조전극(15)의 폭의 중심부에 위치하고 있을 경우에 비해서 차광층(16)에 의해서 그 일부가 차단되므로 약간 작아진다. 그러므로, 제 9 도에 나타낸 본 발명의 제 4 실시예의 방전등(7)은 창(17)의 폭(W2)보다 좁은폭(W1)을 가진 보조전극을 구비하고 있다. 구체적으로 설명한다면 전구(8)는 내부지름(d)이 4.8mm(외형은 5.8mm)이며, 창(17)의 트여진 각도(θ)는 60도로 설정되어 있으며, 따라서 창(17)의 트여진 폭(W2)은 대략 3.0mm로 형성되어 있다. 이것에 대해서, 보조전극(15)의 폭(W1)은 창(17)의 트여진 폭(W2)보다도 충분히 작은 1.8mm로 되어 있다. 더구나, 창의 트여진 각도(θ)는 가장 적합하게는 30°내지 90°이다.
이와같은 구성에 의한다면 점등중에 양광주(14)는 보조전극(15)에 향해서 끌어당겨져서, 옆벽에 가까워지게 되나, 이때, 보조전극(15)의 폭(W1)이 창(17)의 폭(W2)보다도 작게 형성되어 있으므로 예를 들면 양광주(14)가 사행되었다고 하더라도, 양광주(14)의 사행폭은 제10도에 나타낸바와 같이 창(17)의 폭보다도 작아진다. 따라서, 이 불활성 가스 방전등(7)에서는 긴쪽 방향에 따라서 완전히 일정한 광 출력이 얻어지고, 더구나, 높은 광 출력을 얻을 수 있다. 제 11 도에는, 본 발명의 제 5 실시예에 관한 불활성 가스 방전등(7)이 표시되어 있다.
본 실시예에서는 차광층(16) 대신에 반사층(18)이 전구(8)의 내면과 형광층(9)과의 사이에 형성되어 있다. 반사층(18)은 형광층(19)으로부터 발광되는 가시광을 차광 및 반사하므로서, 불활성 가스 방전등(7)의 조사 방향을 규제하는데 기여된다.

Claims (10)

  1. 가늘고 긴 모양을 하고, 불활성 가스를 봉해 넣은 전구와 전구의 양쪽끝 부내에 설치된 한쌍의 내부전극과, 전구 내면에 형성된 형광층과 한쌍의 내부 전극사이에 전압을 인가하고, 내부 전극내에 방전을 생기게하는 점등회로를 구비한 불활성 가스 방전등 장치에 있어서, 더욱, 전구에 설치되고, 전구의 긴쪽 방향으로 뻗고 내부 전극사이의 방전에 의해서 전구내에 발생되는 가시광을 출력하는 창과 전구의 면과 창과 대향하도록 전구의 긴쪽 방향으로 뻗는 동시에 각각의 내부 전극과의 사이에 전위차를 갖도록 설치된 보조전극을 구비한 것을 특징으로 하는 불활성 가스방전등 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 불활성 가스는 크세논을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 방전등장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 전구내에 30-160Torr의 압력으로 봉해 넣어진 것을 특징으로 하는 불활성 가스 방전등 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 전구의 내부 지름이 2-10mm의 범위에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 방전등 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 보조전극을 콘덴서를 통해서 점등회로에 접속되어서 된 것을 특징으로 하는 불활성 가스 방전등 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 보조전극은 접지되어서 된 것을 특징으로 하는 불활성 가스 방전등 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 보조전극은 폭(W1)은 전구의 둘레방향에서 봐서 창의 폭(W2)보다도 좁게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 방전등 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 창은 전구 내면에 형성된 형광층의 결여로 인해 형성되어서 된 것을 특징으로 하는 불활성 가스 방전등 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 전구의 외면에 일부를 제외한 부분에 차광층을 설치하고, 창은 이 차광층의 결여된 부위에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 방전등 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 반사층은 전구의 내면과 형광층과의 사이에 일부를 제외한 부분에 형성되며, 창은 이 반사층의 결여된 부위에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 방전등 장치.
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