JP2002516024A

JP2002516024A - 内部反射鏡を有する高圧力アークランプとその応用方法

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Publication number: JP2002516024A
Application number: JP53104698A
Authority: JP
Inventors: シポラ，ジヨン・シー
Original assignee: ブライトスマイル・インコーポレーテツド
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1998-01-09
Publication date: 2002-05-28
Also published as: EP0990260A2; WO1998031043A3; CA2277088A1; WO1998031043A2

Abstract

(57)【要約】内部反射鏡を有し、現在のコンパクトな、短絡アークランプより遙かに高い圧力と温度で作動出来る高圧力の、短絡アークランプが全て金属の囲いを使用して提供される。該アークランプはゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）のガス充填圧力を安全に収容出来て高い出力レベルでの作動が出来るように従来技術の短絡ランプに比較して大幅に改良された熱伝達能力を提供する。好ましい実施例では、該アークランプはゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）のアルゴンガスで充たされそして光硬化性の複合材料及び樹脂の硬化と歯を白くする処置との改良された方法で使用される。

Description

【発明の詳細な説明】内部反射鏡を有する高圧力アークランプとその応用方法発明の背景本発明は数気圧以上に加圧された不活性ガスを含むアークランプに関する。特に、本発明は高出力（high power）の点光源を提供するために内部反射鏡とコンパクトな設計を有する高圧力の、短絡アーク放電ランプ（short arc discharge lamp）に関する。該ランプはアルゴン又はキセノンガスの様な不活性ガスを使用しそして数十乃至数千ワットで動作出来る。更に、本発明は、光硬化性材料を硬化したり、歯を白くする（whitening）処置を含む、この様なランプの応用に関する。アークランプ、特にキセノンの短絡アークランプは、赤外線及び可視光線の探照燈、光フアイバーの照明、分光器、アタジアム照明、舞台及び映写幕照明、自動車前照灯、そして顕微鏡検査の様な、種々の応用で従来技術で公知である。該キセノンランプのスペクトル分布は自然の日光のそれに近似している。加えて、内部反射鏡を有するキセノンの短絡アークランプは従来技術で公知である。内部反射鏡の使用はコンパクトな設計を考慮している。例えば、ロバート他（Robert et al.）の米国特許第４、６３３、１２８号は内部反射鏡を有する短絡アークランプの典型的構造を一般的に説明している。この様なランプは周囲条件で数気圧に加圧されたキセノンの様なガスを有するシールされた、凹型の室を有する。陽極と陰極は該室の中心軸線に沿って設置されそしてアーク間隙を規定している。一体化された凹面の反射鏡は該アーク間隙で発生する光をコリメート（collimate）する働きを有しそして典型的にはサフアイア製の、窓が該コリメートされた光の外部伝播を可能にする。該２つの電極を電気的に絶縁するために、現在の短絡アークランプは典型的にはセラミックアルミナ材料製の、セラミックボデイを使用しており、それにより該凹面状の内面が形成されている。それぞれ該電極用導電体を供給するため及び該窓組立体を設置するために該セラミックボデイの基部と窓の端部に金属バンドが使用されている。ロバート他（Robert et al.）はアークランプ用のこの種の形状を図解している。形状が放物面、楕円面又は球面の該セラミックの内面は蒸着した反射性の金属コーテイング（deposited reflective metal coating）を備えている。ロバート他（Robert et al.）により認識されている様に、これらの従来技術のアークランプが高出力レベル（at high power levels）で使用されると、問題が生ずる。該ランプ内の温度は摂氏２、０００度を越え、かくして該ランプボデイを通して実質的な温度勾配を生ずる。これは該ランプが高電力、すなわち８００ワットを越えて作動させられた時該反射鏡又はセラミックボデイの亀裂を引き起こす可能性がある。この様な亀裂は該ランプの反射面内の中断又は変色を引き起こす可能性があり、それによりその効果を減退させる。更に、亀裂は該ランプの爆発へ導く可能性がある。米国特許第３、７１５、６１３号は高圧力で作動させられた時セラミックボデイを使用するアークランプの限界を述べている。これらにはセラミクの限られた引っ張り強さ、該セラミックボデイと金属部材間のろう付け接合の限られた強さ、そして該セラミックの比較的低い熱伝導性のための該ランプの冷却に付随する問題が含まれている。光、特に青のスペクトルの光の利用は、歯を白くする処置で有利であるが、それはこの波長の光は黄色／茶色の汚れ分子には吸収されやすいが、生きた歯の赤色の歯髄には大部分反射される傾向があるからである。１つのこの様な歯を白くする処置（tooth whitening procedure）は、白くする過程を加速する酸素遊離基（free oxygen radicals）を発生するためにアルゴンレーザーからのレーザー光と組み合わせて、過酸化物コンパウンド（peroxide compound）の様な、白くする薬剤（whitening agent）を使用する。しかしながら、この様な処置は該白くする過程を有効化するために各歯がレーザー光に曝されねばならぬ時間量のために長い医院訪問を要する可能性がある。これはこの処置に使用されるアルゴンレーザーが２５０ｍＷ乃至５００ｍＷの範囲の出力（output power）を有するのが典型的であるからである。アークランプのスペクトル出力は充填圧力を変えかくしてこの様なランプのシールされた室内のガス密度を変えることにより調整される。特に、使用されるガス又はガス組み合わせ品に依って、アークランプ用に高い充填圧力が望ましいがそれは該充填圧力の変更が該ランプのスペクトル出力の僅かだが望ましいずれ（ shift）を引き起こすからである。この様なずれは、それらが望ましい波長での追加的出力を供給しかくして該ランプの効率を増加する点で意味がある。例えば、アークランプでのアルゴンの圧力の増加は、発生する青色光の量を増加するスペクトル出力のずれとなる。青色光はそれが光硬化性の樹脂及び複合材料の硬化用と歯を白くする処置に於いてと双方で有用であるため望ましい。かくして、より少ない入力電力で青のスペクトルの同じ出力レベルを得るために充填圧力を高めることによりアークランプの効率を高めることが可能である。しかしながら、従来技術のアークランプはセラミックボデイを使用するそれらの構造のためにゲージ圧で約０．３４４７ＭＰａ（５０ｐｓｉｇ）より遙かに高い充填圧力を収容することは出来ない。そしてゲージ圧で約０．３４４７ＭＰａ（５０ｐｓｉｇ）での短絡アークランプへのアルゴンの使用は実際的でないが、それはこの圧力では、硬化及び白くする応用のために効率の良いシステムを創生するのに可視スペクトルの出力が不充分であるからである。ゲージ圧で約０．３４４７ＭＰａ（５０ｐｓｉｇ）ではキセノンガスの方が可視出力を供給するにはより効率的である。かくして、従来技術のアークランプはこれらのランプの設計の制限のためにキセノンガスを使用している。しかしながら、出願人は、スペクトル出力で達成したずれ（shift）によりゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）の充填圧力でのアルゴンガスの使用は可視出力の意味でゲージ圧で約０．３４４７ＭＰａ（５０ｐｓｉｇ）充填のキセノン短絡アークランプの効率を越えてアルゴンアークランプの効率を著しく向上させることを発見した。更に、アルゴンガスはキセノンガスより著しく低廉である。かくして、少なくともゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）の充填圧力に安全に耐えるコンパクトなアークランプの設計の必要がある。従来技術のアークランプはセラミック絶縁体を引っ張り状態でなく圧縮状態に置くよう企てる複雑な多数部品設計でこの問題に取り組むよう企てた。例えば、米国特許第４、１７９、０３７号は陰極リングと陽極リングを分離するセラミックリングを開示している。コバール（Kovar）のシール用リングが該セラミックリングを該陽極及び陰極リングから分離している。しかしながら、この設計は、２部品のハウジングとセラミックのシール用リングとの構造のために複雑であり、かくして製造コストが高い。加えて、該セラミックリングは引っ張りよりも圧縮に強いけれども、それはなお該構造の弱点でありかくして該アークランプ内で使用されるガスの圧力を制限している。米国特許第３、７１５、６１３号は全て金属の囲い（enclosure）を有する高圧力アークランプを開示しており、該囲いは陰極と該陰極から陽極を絶縁するセラミックのインサート（ceramic insert）とを含んでいる。該セラミックインサートは該金属の囲いの部分の内部にろう付けされている。この設計は、セラミックが引っ張りと反対に圧縮で遙かに強いので該セラミックを引っ張り状態と反対に圧縮状態に置くよう意図されている。しかしながら、この設計は、該セラミックインサートを収納する金属ハウジングの部分が該セラミックのそれに近く整合する熱膨張係数を持たねばならないために複雑で製造が難しい。かくして、該ハウジングは、一緒に接合される２つの別々の材料で作られる。加えて、該ランプ用にセラミックボデイを使用する従来技術の設計の様に、該セラミックインサートは熱伝達通路内にありかくしてその比較的低い熱伝達特性のために熱消散の問題を提起する。かくして該セラミックから金属の囲いへ熱を伝達するために特別に設計された熱伝達部材が必要である。加えてこの設計は容易に改装可能ではない。かくして経済的で製造が容易でありそして従来技術のアークランプの欠点を負わないようなコンパクトな、内部反射鏡を有する高圧力アークランプの必要性が存在する。複合材料と樹脂の双方の硬化用のみならず歯の白くする処置用としても、該処置の完成時間の短縮とその結果の改善との双方のために高出力の光源が望ましい。例えば、これら双方の応用に、与えられた歯に分け与えられるエネルギーの全量に従って必要エネルギーが決定される。典型的には、歯１枚当たり２０ジュールの全エネルギーが硬化用と歯を白くする応用の双方に供給される最大エネルギーである。この数値が生きた歯の歯髄が損傷されないことを保証するため使用される。硬化と白くする処置に使用される現在の硬化用ランプとレーザーは一般に１ワットより低い出力レベル（power levels）で作動する。かくして、必要なエネルギー量を歯に与えるために２０乃至６０秒の範囲で時間がかかる。しかしながら、セラミックの比較的低い熱特性と高温度でのセラミックの大幅に低下する強度とのために熱消散の問題によりセラミックボデイを使用するアークランプでの出力レベルは制限される。上記説明の様に、より高い効率を有してこれらの出力を達成するためには高充填圧力を利用することが望ましい。特に、スペクトル出力でもたらされるずれにより可能となる効率の著しい向上のためにゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）の充填圧力で作動出来るアークランプが特に望ましい。光硬化性の複合材料と樹脂はそれらがより速く硬化される程改良された特性を示すのが典型的なので硬化中に改良された結果が得られる。同様に、過酸化物コンパウンドを使用して白くする処理に関しては、より多くのエネルギーが印加されると、より多くの過酸化物が酸素遊離基に分解されるので該過酸化物の漂白効率が改善される。該過酸化物が歯の上により長く残る程、より多量の分子状酸素が発生されるが、その分子状酸素は酸素遊離基とほぼ同じ漂白効果は有していない。発明の概要本発明によれば、内部反射鏡を有する高圧力アークランプが開示される。該ランプのハウジングは全て金属で形成されそして同じ電位に保持される。カーブした反射壁を形成する凹面の金属、ガラス、又はセラミックの反射鏡が該ランプの中心軸線の周りに対称にハウジング内に嵌合されている。焦点合わせされた光を通過させるために円形の窓が該反射鏡の反対の壁の中にそして該ランプの軸線の周りに対称に設置されている。陰極は該ハウジング内に吊されそして該反射鏡と反対のこの同じ金属壁を通して入っている。該陰極は該陰極と該金属壁との間に配置された誘電体材料により陽極から隔離されている。本発明の設計では、コンパクトな設計で（周囲条件での）ゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）の内部ガス充填圧力が可能である。加えて、該全金属製ハウジングのために、該ランプにより発生された熱が該窓と相対する該ランプ端部を通して効率良く伝達されるので該ランプは３０００ワット以上までの電力（powers）で作動させられても良い。又本発明は全て金属のハウジングと内部反射鏡を有する高圧力アークランプを使用する光硬化製材料の硬化方法を包含している。該方法は本発明のランプの出力を硬化される材料に向ける光フアイバー（light guide）の提供と該材料を硬化させるに充分な量の時間の間該ランプにエネルギーを与えることを含んでいる。更に本発明は全て金属のハウジングと内部反射鏡とを有する高圧力アークランプを使用して歯を白くする方法を包含している。該方法は白くされるべき歯を光で活性化される漂白用配合物（bleaching composition）で処置すること、そして本発明のランプの出力を該歯に向けるための光フアイバーを提供し該材料を硬化させるに充分な量の時間の間該ランプにエネルギーを与えることを含んでいる。又本発明は内部反射鏡を有するコンパクトなアルゴンアークランプを使用して光硬化性材料を硬化させる方法を含んでいる。該方法は本発明のランプの出力を硬化される材料に向ける光フアイバーを提供しそして該材料を硬化させるに充分な量の時間の間該ランプにエネルギーを与えることを含んでいる。本発明は更に内部反射鏡を有するコンパクトなアルゴンアークランプを使用して歯を白くする方法を含んでいる。該方法は白化される歯を光で活性化される漂白用配合物（ph otoactivated bleaching composition）で処置することと、そして本発明のランプの出力を該歯に向ける光フアイバーを提供しそして該材料を硬化させるに充分な量の時間の間該ランプにエネルギーを与えることを含んでいる。本発明の利点は高い圧力と出力レベルで作動させられる内部反射鏡を有するコンパクトな、短絡アークランプが提供されることである。本発明の設計を用いれば、連続動作で１５００ワット以上の入力電力が可能である。本発明の追加的利点は高圧力のアークランプが従来技術のアークランプシステムのそれと比肩されるエンベロープ（envelope）の中で提供され、それにより該ランプのスペクトル出力のずれ（shifting）がその効率を改善出来るようにしたことである。更に本発明の利点は従来技術のアークランプより著しく高い圧力レベルで安全に作動出来る内部反射鏡を有するコンパクトなアークランプが提供されることである。更に本発明の利点は従来技術のアークランプより著しく大きい出力（power）レベルで作動出来る内部反射鏡を有するコンパクトなアークランプが提供されることである。本発明の追加的利点は内部反射鏡を有する高圧力アークランプを使用して樹脂と複合材料を硬化させることと歯を白くすることの双方の改良された方法をそれが提供することである。本発明の追加的利点は内部反射鏡を有するアルゴンアークランプを使用して樹脂と複合材料の硬化と歯を白くすることの双方の改良された方法をそれが提供することである。本発明の追加的利点は製造が比較的簡単であり劣化部品の交換で改装出来るアークランプの設計をそれが提供することである。図面の簡単な説明前記概要のみならず次の好ましい実施例の詳細説明もここに付属した図面と関連して読むとより良い理解が得られる。本発明を図解する目的で該図面には現在の好ましい実施例が示されているが、しかしながら、本発明はここに開示した特定の方法と部品に限定されないと理解されている。図１は本発明の高圧力アークランプの実施例の等角図である。図２はランプの中心線に沿って取った、本発明の高圧力アークランプの実施例の断面図である。図３は本発明のアークランプの１つの実施例の陰極組立体の詳細図である。図４は本発明のアークランプの１つの実施例の陽極組立体の詳細図である。図５はランプの中心線に沿って取った、本発明の高圧力アークランプの水冷された実施例の断面図である。図６は本発明の１つの実施例の窓組立体の詳細図である。図７は光フアイバーのコネクターとの嵌合用のアダプターを含む本発明の高圧力アークランプの実施例の断面図である。図８は硬化及び歯を白くする応用のための本発明のアークランプと関連して使用されるフイルターのスペクトル出力の線図である。実施例本発明は全てが金属の囲いと内部反射鏡とを有する高圧力、アークランプを具備している。該ランプのランプハウジングは全体を金属で形成されそして同じ電位に保持されている。カーブした反射壁を規定する凹面の金属の反射鏡が該ランプの中心軸線の周りに対称に該ハウジング内に嵌合されている。焦点合わせされた光を通過させるために該反射鏡に相対する金属壁内にそして該ランプの軸線の周りに対称に円形の窓が設置されている。陰極は該ハウジング内に吊されそして該反射鏡と相対するこの同じ金属壁を通して入っている。該陰極は該陰極と該金属壁間に配置された誘電体材料により陽極から隔離されている。本発明の設計を用いて、コンパクトな設計でゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）のガス充填圧力が可能になっている。加えて、全てが金属のハウジングのために、該ランプにより発生された熱が該窓と反対の該ランプの端部を通して効率良く伝達されるので該ランプは３０００ワット以上の電力で作動させても良い。該ハウジング用に選択される金属は強度が大きく、高い熱伝達能力を有しそして腐蝕に耐性があるべきである。好ましい実施例では、ステンレス鋼が使用されている。全て金属の囲いの使用はセラミックボデイを使用する従来技術のアークランプで可能なより遙かに高い圧力と作動温度を考慮している。又金属囲いの使用は該ランプをより耐久性があり改装可能にしでおりそしてセラミックボデイと比較して遙かに高い効率の空気及び／又は水による冷却を考慮してある。図１は本発明のランプハウジングの好ましい実施例の等角図である。該ハウジング１０は中空の円筒形でありそして壁厚さが約１．５２４ｍｍ（約０．０６インチ）そして外径が約７６．２ｍｍ（３．０インチ）のステンレス鋼から出来ている。該円筒の各端部はハウジング１０に溶接された厚さ約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）の円筒形の鋼板でシールされている。該端部板の各々を該円筒形ハウジングに溶接するために溶接リップ（weld lip）３９が使用されている。光の通過を可能にする窓を設置するために前部端板１５内に、該ハウジングの長手軸線と対称な、丸い孔が該板を貫くよう切られている。該窓１７は直径約２５．４ｍｍ（約１．０インチ）そして厚さ約２．２８６ｍｍ（０．０９０インチ）のサフアイア（sapphire）で作られている。加えて、該ハウジングをアルゴン又はキセノンの様な不活性ガスで充填するための充填注ぎ口（fill spout）２０を設置するために該ランプの軸線からオフセットされた孔が設けられている。該充填注ぎ口は板１５内の貫通孔内にろう付けされた或る長さの標準の約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）の銅管であり、そして充填後切り離しシールされる。陰極２２は誘電体のセラミック絶縁体２３に設置され該絶縁体は今度は板１５に設置されている。電気コネクター上に設置用面を供給するために陰極２２の端部上にＵ型のコネクター１２が備えられている。該陰極２２は陽極と同電位にある板１５からセラミック絶縁体２３により電気的に絶縁されている。該セラミック絶縁体２３を該板１５に設置するためにシール用リング２１が使用されている。絶縁体２３は該陰極２２用にその軸線を通過する貫通孔を有するセラミック円筒である。該陰極組立体の設置用の配置は図３と関連してより詳細に説明する。光フアイバーのコネクターアダプターと接地電位ワイヤーを取り付けるために該板１５には設置用孔１４が備えられている。相対する端部には、板２５がハウジング１０に溶接されておりこれも又厚さ約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）である。陽極の設置が出来るように該ランプの軸線に対し対称に板２５に貫通孔が備えられている。作動中該ランプにより発生される熱エネルギーの消散を助けるために該板の外側に冷却用フイン３０が結合されても良い。該冷却用フインの組立体が該板にボルト締めされるように板２５に設置用孔が備えられても良い。加えて、該板２５と冷却用フイン３０との間の良好な熱的接触を保証するために熱的パッド（thermal pad）又はペーストが使用されても良い。該ランプのデユーテイサイクル（duty cycle）のためにもし必要であれば該フイン上の空気を循環させるために小さなフアンが使用されても良い。該ランプが改装出来るように本発明の該アークランプの溶接構造は該板が容易に取り除けるようにしてある。例えば、該ランプを作動させる結果として劣化する該反射鏡が交換されそして該ランプが新鮮なガスで充填されることが可能である。図２は多くの図１と同じ特徴を示す、本発明のランプの内部の断面図である。該ランプ２５の基部部分には、板２５の中央の貫通孔内にプラグ３５がその外面が板２５の外面と同一面となるように溶接されている。プラグ３５は基部部分とハウジング１０内へ伸びる部分とを有する。本発明の該アークランプの陽極部分は下記で説明する図４でより詳細に示す。陽極３５は楕円型反射鏡４０の基部内の孔を通って突出している。反射鏡４０はニッケルの基盤（substrate)とエンハンスされた（enhanced）アルミニウムの電着コーテイング（electrodeposited coating）を有する電鋳された光学部品（ electroformed optical component）である。ロジウムの様な他のコーテイングが使用されても良い。ロジウムは紫外線の近くから赤外線を含む迄の範囲で７０％より多い反射率を有する貴金属である。当業者には認識されるように、該コーテイングは該ランプの特定の応用によりそして伝播される光の望ましい波長によって選択される。例えば、樹脂や複合材料の光硬化と歯を白くする応用には可視光は反射するが赤外線の光は反射しない２色性のコーテイングを使用するのが望ましい。カリフオルニア州、テメクラのオプチフオーム社（Opti-Forms，Inc．o f Temecula，CA）から種々の表面コーテイングを有する反射鏡が入手可能である。全て金属の設計は本発明の該アークランプがより大型の又はより小型の寸法で容易に製造されることを可能にしているが、本発明の好ましい実施例では、提示するように、約７６．２ｍｍ（３．０インチ）の直径のハウジング１０が使用されている。従来技術で標準である直径約５０．８ｍｍ（２．０インチ）のハウジングに比較して直径約７６．２ｍｍ（３．０インチ）のハウジングを使用する利点はより大きい直径の設計で得られる増大したガス容積が該電極により該ガス中へ放たれる不純物を薄めることである。すなわち、同じ寸法の電極である場合、該ガス中の不純物濃度はガス容積が大きい程少ない。この仕方で、より少ない不純物しか該反射鏡上に堆積しないので該反射鏡の寿命は伸びる。図２に示すように、ハウジング１０の内径内に備えられた段４１に対し該反射鏡の前方に面した縁を設置することにより反射鏡４０は該円筒１０内の位置に保持される。該段の幅はその縁での該反射鏡の厚さとほぼ同じ寸法に形成される。該ランプの作動中該反射鏡を位置的に保つために、図２に示すようにリング４２を使用することに依って該反射鏡４０は基部に向かって位置的に保持される。リング４２は厚さ約１．５２４ｍｍ（０．０６０インチ）のステンレス鋼製でハウジング１０の内面に溶接又はロウ付けされる。該反射鏡を通してガスが流れるように該リングは４個の直径約６．３５ｍｍ（約０．２５インチ）の貫通孔を備えている。又リング４２は反射鏡４０の外面にろう付けされても良いが、それは必要なことではない。該反射鏡を位置的に保持する他の手段を使用しても良いことは当業者は認識する所である。例えば、１端を反射鏡４０の基部に他端を該陽極３５に設置したバネを備えても良い。この仕方では、作動中該ランプ内の温度と圧力が増加し、それにより該ハウジングが膨張すると、該バネは壁１０内のリップに対し該反射鏡を位置的に保持するよう作用する。代わりに、該円筒形ハウジング１０と板２５よりもむしろ該反射鏡を該圧力を担う面として使用することも出来る。これには該反射鏡４０をその基部で該陽極３５にそしてその縁で該ハウジング１０のリップにろう付けする必要がある。加えて、該反射鏡４０，ハウジング１０，及び陽極３５の間の良好な熱的接触を保証するために該ろう付け部に熱伝達用パッド（heat transfer pads）を使用することを勧めする。この設計の利点はそのカーブした表面のために、該反射鏡４０は薄壁構造を使用しても良くそれでも作動圧力に耐えることが出来ることである。対照的に、平な端板２５を使用することは作動圧力に耐えるためにより厚い材料を必要とする。かくして反射鏡４０を該ランプの圧力を担う部品とすることにより重量を軽減した設計が達成出来る。 ”ゲッター（getter）”として引用される、金属片を図２に示すように該ハウジング内に取り付けても良い。該片５０は幅約８．０ｍｍそして厚さ約０．３０ｍｍであり図２に示すようにアコーデオンの様な断面（accordion-like cross-s ection）を形成するよう曲げられている。該ゲッターはニッケル鍍金した鉄の基部片（base strip）と重量比で８４％のジルコニウム及び１６％のアルミニウムから成るエステー１０１合金層（a layer of ST 101 alloy）とから作られる。ゲッターは、該ランプ作動中に該空洞部内に形成される、例えば、該ランプ部品内に含まれる不純物の放出により発生される、不純物を吸収するため使用される。該ゲッターは該ハウジング１０の内部に対し各端部を点溶接される。適当なゲッターはイタリアの会社の、サエスゲッターエスピーエイ（Saes Getters S.p.A .，an Italian company）製のエステー１０１／シーテーエス／エヌアイ／８× ６デー６０（ST 101/CTS/NI/8×6 D60）ゲッターである。開示されている設計の利点は、引っ張り状態にある従来技術の設計のセラミックボデイと異なって、該セラミック絶縁体２３は圧縮負荷のみを受けることである。加えて、該陽極からの熱伝達通路にはセラミックは存在しない。むしろ、本発明の設計は簡単な設計の中で該ランプが作動出来る出力レベルを著しく増大させる全部金属の熱伝達通路を提供する。又本発明は該陰極を該ランプに設置するための新規な設計を含んでいる。図３で示すように、該陰極２２はそれを陽極と同電位にある板１５から絶縁するためにセラミックのプラグ２３内に設置されている。当業者には確認される様に該陰極は適合するどんな金属から作られても良い。好ましい実施例では、該陰極２２は直径約２．２９ｍｍ（０．０９インチ）のニッケルのロッドから成りそして図２に図解する形状に曲げられている。該ロッド２２の円周はセラミック円筒２３内に備えられた貫通孔の内面にろう付けされており、該セラミック円筒はセラミックのアルミナ材料で作られている。図２に示すように点で終了する、タングステン電極２９は陰極２２の端部にろう付けされている。当業者には公知の様に、該ランプの出力レベルは該アーク間隙の寸法を変えるように陰極２２の該電極２９の位置を調整することにより変更される。該ランプの外側で該陰極２２の反対の端部に該陰極に電圧を印加するためのターミナル３１が備えられている。図３に示す様に、該セラミック円筒を板１５に設置するために”ゼット形の（ｚ）” 断面を有するリング２１が使用されている。好ましい実施例では、リング２１はステンレス鋼で作られているが、コバール（kovar）又は他の適当などんな金属で作られても良い。該リングの内側の円周は該セラミック２３にろう付けされその外側の円周は該板１５にろう付け又は溶接されている。該リング２１を収容するために該セラミック円筒２３の外側円周には段２４が備えられている。該リング２１の”ゼット形の”断面のために該板１５の外側上の該板と該セラミック円筒２３の間に間隙２６が存在する。同様に、該板１５の内側上の該板と該セラミック円筒２３の間に間隙２７が存在する。該リング２１が柔軟性があるので、該陰極２２の該陽極３５に対する位置を調整するために該セラミック円筒２３はその軸線に対し横に何れの方向にも動かしても良い。図４は本発明の１実施例の陽極組立体の詳細な図面である。陽極３５は板２５内に備えられた貫通孔内に溶接又はろう付けされる。図４に図解された実施例では、該陽極３５は該板２５に溶接され溶接リップ３９はこの目的で備えられている。図４に示す様に、陽極３５の基部部分は板２５の内面との接触をするためにその周辺の周りにリップ３８を有している。該リップは該２つが一緒に溶接される時該陽極３５の該板２５内への自己固定作用を見越している。タングステン電極４５は該陽極３５の突出部分の端部にろう付けされる。好ましい実施例では、該タングステン電極４５は最初に該陽極３５にろう付け又は溶接され、そして次いで該組み合わせ品は図４に示す形状に加工されている。銅はその熱伝導特性のために該陽極用に好ましい金属であるが、他の金属を使用しても良い。該反射鏡周りのガスの流れを見越すために、反射鏡４０のその基部での内径は陽極３５の突出する部分の半径より大きく作られているがそれは反射鏡４０の基部と該陽極３５との間に環状間隙４３を備えるためである。加えて、該アークランプが作動時該反射鏡４０の熱膨張を見越すために該反射鏡４０の基部は陽極３５の基部部分から間を隔てられている。板２５と共同する該陽極３５の設計は従来技術のセラミックアークランプに比較して著しく改良された熱伝達を提供する。従来技術の設計での該陽極からセラミック材料を通しての伝達熱よりもむしろ、熱は銅の様な熱伝導性の高い材料を通して直接伝達される。図２に示す様に、熱の除去を容易にするために該陽極３５は冷却フイン３０と熱的に結合されても良い。図５は高いデューティサイクルでの作動と１６００ワットより大きい電力レベル用とを意図した本発明の代わりの実施例を図解している。本発明の設計は現在の設計より遙かに改良された水冷能力を提供する。図５に示す様に、タングステンフイラメント４５の背面へ冷却水を供給するために水（又は他の冷却液）供給管３６が陽極３５と一体に作られている。この実施例に於いて、該陽極３５の該板２５への溶接を容易にするために、該溶接は該板２５の内側に位置している。この場合、溶接中の自己固定作用を提供するために陽極３５の外側にリップが備えられている。本発明の該アークランプの設計に依って、高出力レベルでの連続作動を可能にするよう該ランプにより発生される熱の非常に短い導熱通路が提供される。該冷却水用の戻り通路を提供するために戻り管３７が管３６に溶接又はろう付けされている。図６は該サフアイアの窓組立体の詳細を図解している。窓１７はその周辺に沿ってコバールのリング１８にろう付けされ、該リングはその外側の円周に沿って該板１５に溶接又はろう付けされている。図６の実施例で、該コバールリング１８は該板１５に溶接されそして溶接リップ３９がこの目的で備えられている。図２に示す様に、その上に窓１７が載る面を提供するために該内側の面に沿って該コバールリング１８内にリップ１９が備えられている。これは該窓が内部圧力により該囲いから押される可能性があるリスクを最小にするのに役立っている。該ランプの作動中該窓組立体の熱膨張を見越すために該板１５と該コバールリング１８の間に環状の間隙１３が備えられている。図７は板１５の外部に設置された光フアイバーのコネクター７０を備えた本発明のアークランプを図解している。本発明の好ましい実施例では、該ハウジング１０と端部板１５及び２５とを含む、該ランプのボデイは大地電位に保持される。これは該ランプへの金属部品の設置と、該ランプの容易な取り扱いとを考慮している。かくして該結合部はステンレス鋼又は他の金属で作られても良くそして円筒部分７４に対してテーパーを持つ円錐状内側部分７２を備えているが、どちらも図７に示す様に該コネクター７０の軸線に対し中央にある。加えて、該ランプの特定の応用に望ましければ光学的フイルターを置くべき範囲７５を備えている。該円錐部分から該円筒部分へと移行が行われる点は窓１７を通して反射鏡４０により供給される光の焦点である。コネクター７０の自由端部は標準の光フアイバーカップリングを受けるよう設計されている。本発明の１つの利点はどの様な種類のカップリング又はアダプターでもそれが大地電位にあれば該ランプに嵌合されることである。本発明は又本発明のアークランプを使用する光硬化性樹脂及び複合材料の硬化と歯を白くする改良された方法に関する。硬化への応用には、タングステン、ハロゲン、及び金属ハロゲン化物（metal halide）のランプが通常使用されるがそれは可視領域でのそれらの比較的平坦なスペクトル分布のためである。加えて、可視光、特に青のスペクトルでの可視光は、硬化及び歯を白くする応用の両者に有用である。主として青の領域、すなわち約４７０ナノメートルの波長の出力光を提供するために光学フイルターが使用される。本発明によれば、硬化と歯を白くする改良された方法はこれらの処置でアルゴンをゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）に充填した本発明のアークランプを使用することにより実現される。ゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）に充填されたアルゴンの短絡アークランプは約４７０ナノメートルでスペクトル出力のピークを示す。かくして、ゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）で作動するアルゴンのアークランプはキセノンのアークランプに比較して該青の波長で光学的エネルギーを供給する意味で著しく改良された効率を提供する。例えば、１５００ワットの入力電力で、該ランプから光フアイバーを通して硬化されるべき複合材料へ、最小５ワットが供給される。下記変換表は出力（output power）５００ｍＷ／ｃｍ²と０．９５０ｃｍ²プローブ（probe）（全出力４７５ｍＷ用）を有する従来型タングステンハロゲン硬化用光に基づき、該複合材料メーカー推奨の複合材料硬化時間の関数として本発明のランプで使用されるエネルギー設定を示す。又表１には、硬化されるべき複合材料の近くに置かれた光フアイバーの遠位の端部に於ける仮定出力５Ｗに基づき、本発明のシステムでの硬化時間を示す。しかしながら、ゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）の充填が約４３０乃至５０５ナノメートルの領域での出力を最適化すると実際の出力（power output）は著しく高まるので、該硬化時間は実際にはここに示したより更に短くなると思われる。硬化及び白くする双方の応用に本発明のランプを使用時、光の望ましくない波長を斥けるためにフイルターが使用されそして好ましい実施例では図８に示す特性を有するが該図は波長の関数として伝播するパーセントを図解している。この図で示される様に、該フイルターは約４３０ナノメートルより下と約５０５ナノメートルより上の波長の光を実質的に取り除くがこれら２つの波長の間の光を伝播する。上記説明の様に、窓１７を通して赤外線のエネルギーが伝播されるのを防止するために反射鏡４０は２色性フイルターを備えている。もし２色性のコーテイングのない反射鏡が使用される場合は、赤外線を吸収そして消散させるために別の、２色性フイルターを使用しても良い。当業者には明らかな様に、実際の硬化時間は該複合材料に供給された光学的エネルギー（該フイルターを通過した周波数範囲内での）の出力レベルに左右され、該レベルは今度は該アークランプへの入力電力と充填圧力と使用された特定の１種類又は多種類のガスに左右される。処置に必要な時間を短縮するそして得られる結果を改善する双方の意味で、硬化する及び歯を白くする両応用での高出力光源使用の利点が１９９６年１２月２４日にジョンシーシポラ（John C．Cipolla）により出願され、その開示が引用によりここに組み入れられている”携帯型高出力アークランプシステムとそれの応用（Portable High Power Arc Lamp System and Applications Therefor）” と云う名称の同時係属中の出願で開示されている。加えて、本発明の高圧力アークランプの使用は望ましい周波数範囲での高出力の供給を考慮しておりかくして所要の入力電力を削減する。本発明のアークランプを硬化する及び歯を白くする応用での使用に適合させるために、可撓性のあるシース（flexible sheath）内に収容された光フアイバーケーブルの束の様な、可撓性のある材料製の光フアイバー（light guide）が光フアイバーを用いるコネクターのアダプター７０に取り付けられても良い。これで該ランプの出力を望ましい歯の表面に送ることが出来る。好ましい実施例では、コネチカット州、トランスライトオブポムフリート（Translight of Pomfriet ，Conneticut）から入手可能な、部分的に重合させたポリマー（partially poly merized polymer）製のより可撓性のある、高出力の、固体化光フアイバー（sol id state light guide）が使用された。ユーザーに光フアイバーの充分な操作性を提供するために該光フアイバーの可撓性は重要である。従って、通常の作業条件用に充分な長さを提供するためには数メートル（数フイート）の光フアイバーが必要である。歯を白くする応用には、本発明のランプは、過酸化物コンパウンド（peroxide compound）を含むものの様な歯を漂白する配合物と共同して使用しても良い。現在の歯を白くする方法は該漂白用配合物を賦活するために比較的低い出力のアルゴンレーザーを使用する。遙かに高い出力レベルで作動出来る本発明の使用法はこの様な処置に必要な時間を大いに短縮しそして結果を改善するがそれは該光エネルギーが、例えば、過酸化水素により速く印加される程、歯の漂白に殆ど効果のない分子状酸素と反対の酸素遊離基をそれだけ多量に発生するからである。本発明を上記説明した特定の実施例と典型的応用に関連して詳細に説明した。ここに説明した実施例について変更がなされるがそれらはこの発明した広い概念から離れるものでないことは当業者には理解されるところである。本発明はこの実施例と例示品により限定されるものではなく、付属する請求項の範囲によってのみ限定されるものである。例えば、本発明のランプはどんな不活性ガス又はその組み合わせで充填されても良い。該ランプの従来技術の設計に比較して遙かに高い圧力容量は、特定の周波数帯域で出力を最大化するようガス充填を調節する能力に関して、前に利用可能なより遙かに多くのオプションを考慮している。更に、本発明のランプのより高い出力とより優れた熱消散能力とから、典型的にキセノンガス充填の、低圧力の、セラミックアークランプが現在選択されたランプである、赤外線及び可視光線の探照灯、光フアイバーの照明、分光学、スタジアム照明、舞台及び映写幕照明、自動車前照灯、外科及び他の医療応用、及び顕微鏡検査を含む、全ての分野に於いてその利用を考慮している。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年８月７日（１９９８．８．７）【補正内容】請求の範囲１．コンパクトな、高圧力アークランプシステムに於いて、ａ．前の端部及び後ろの端部と各前記端部に溶接された円形の板とを有する中空の円筒形の部分を備えたシールされた金属ハウジングを具備しており、前記ハウジングは前記後ろの端部の板に設置された前記アークランプの第１の電極と同じ電位に保持されており、ｂ．該システムは又前記円筒形のハウジングの内部の凹面の反射鏡と、ｃ．前記前の端部の板に設置されそしてそれから電気的に絶縁された第２の電極と、ｄ．前記ハウジングの前記円筒形の部分の長手方向の軸線に対し対称に前記前の端部の板に設置された窓と、ｅ．前記ハウジングの内部の不活性ガスとを具備しており、前記アークランプは少なくともゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）の内部ガス圧力で作動するよう構成されていることを特徴とするコンパクトな、高圧力アークランプシステム。２．歯を白くする方法に於いて、ａ．漂白されるべき歯の上に光で賦活される漂白用配合物を置く過程と、ｂ．アルゴンの短絡アークランプで前記ランプ内の窓を通して前記ランプからの可視光エネルギーを向けるための内部反射鏡を有するものを備える過程と、ｃ．前記可視光エネルギーを光の伝播用部材に結合させる過程と、ｄ．前記歯を白くする効果を得るに充分な量の時間の間前記可視光を前記漂白用配合物上に向けるよう前記光伝播部材を使用する過程とを具備することを特徴とする歯を白くする方法。３．光硬化性複合材料を硬化するための方法に於いて、ａ．光硬化性複合材料を上でそれが硬化されるべき面の上に置く過程と、ｂ．アルゴンの短絡アークランプで前記ランプ内の窓を通して前記ランプからの可視光エネルギーを向けるための内部反射鏡を有するものを備える過程と、ｃ．前記可視光エネルギーを光の伝播用部材に結合させる過程と、ｄ．前記複合材料を硬化させるに充分な量の時間の間前記可視光を前記複合材料上に向けるよう前記光伝播用部材を使用する過程とを具備することを特徴とする光硬化性複合材料を硬化するための方法。４．請求項１のアークランプに於いて、前記ハウジングが鋼製であることを特徴とするアークランプ。５．請求項１のアークランプに於いて、前記反射鏡が金属製であることを特徴とするアークランプ。６．請求項１のアークランプに於いて、前記反射鏡がガラス製であることを特徴とするアークランプ。７．請求項１のアークランプに於いて、前記反射鏡がセラミック製であることを特徴とするアークランプ。８．請求項１のアークランプに於いて、前記反射鏡がロジウム（rhodium）製であることを特徴とするアークランプ。９．請求項１のアークランプに於いて、前記第２の電極が前記前の板に設置されそして前記ハウジング内に吊された陰極を有することを特徴とするアークランプ。１０．請求項１のアークランプに於いて、前記不活性ガスがアルゴンであることを特徴とするアークランプ。１１．請求項１のアークランプに於いて、前記不活性ガスがキセノンであることを特徴とするアークランプ。１２．請求項１のアークランプに於いて、前記窓がサフアイア（sapphire）であることを特徴とするアークランプ。１３．請求項１のアークランプに於いて、前記第１の電極が陽極を有することを特徴とするアークランプ。１４．請求項１３のアークランプに於いて、前記陽極が水冷される（water-co oled）ことを特徴とするアークランプ。１５．請求項１のアークランプに於いて、前記第２の電極がセラミックの絶縁体を使用して前記前の端部の板から電気的に絶縁されていることを特徴とすることを特徴とするアークランプ。１６．請求項１５のアークランプに於いて、前記陰極の位置が前記陽極に対して移動可能になるように前記セラミックの絶縁体がコバール（kovar）のリングを使用して前記前の端部の板に設置されていることを特徴とするアークランプ。１７．高圧力アークランプに於いて、第１の電位にあるステンレス鋼のハウジングを具備しており、前記ハウジングは前の端部及び後ろの端部を有する中空の円筒形の部分と、前記前の端部に固定された第１の円形の板と、そして前記後ろの端部に固定された第２の円形の板とを備えており、該アークランプは又前記後ろの端部に隣接する前記円筒形のハウジング内に設置された凹面の反射鏡と、前記第２の板に設置された陽極とを具備しており、前記陽極は前記ハウジングと同じ電位にあり、該アークランプは更に前記前の板に設置され前記円筒形のハウジング内に突出している陰極を具備しており、前記陰極は前記ハウジング及び前記陽極とは異なる電位にあり、該アークランプはなお更に前記陰極と前記前の板との間に設置された電気絶縁体と、そして前記ハウジング内にある不活性ガスとを具備することを特徴とする高圧力アークランプ。１８．請求項１３のアークランプに於いて、前記不活性ガスは周囲条件に於けるゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）以上の圧力のアルゴンを有することを特徴とするアークランプ。１９．シールされたハウジングで、前記ハウジングが同じ電位に保持されている、該ハウジング内にある内部反射鏡を有する高圧力アークランプを提供する方法に於いて、前記方法が内部の凹面の反射鏡を有するおおむね円筒形の金属の囲い（enclosure）を備える過程と、前記おおむね円筒形の囲いの軸線方向の端部に設置するよう適合された前及び後ろの概ね円形の金属板を備える過程とを具備しており、前記前の板は前記囲いの軸線の周りに対称な窓を有しており、該方法は又前記後ろの板に第１の電極をそして前記前の板に第２の電極を設置する過程を具備しており、前記第２の電極は前記前の板から電気的に絶縁されており、該方法は更にシールされたハウジングを形成するために前記前と後ろの板を前記囲いの相対する端部にシール可能に固定する過程と、前記ハウジングを不活性ガスで充填する過程とを具備することを特徴とするシールされたハウジング内にある内部反射鏡を有する高圧力アークランプを提供する方法。２０．請求項１９の方法に於いて、前記囲いと前記板が鋼製であることを特徴とする方法。２１．請求項１９の方法に於いて、前記ハウジンがゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（約２００ｐｓｉｇ）以上の圧力にアルゴンで充填されていることを特徴とする方法。２２．請求項１９の方法に於いて、前記不活性ガスがキセノンであることを特徴とする方法。２３．請求項１９の方法に於いて、前記囲いが更にゲッター（getter）を有することを特徴とする方法。２４．請求項１９の方法に於いて、前記第１の電極が陽極を有することを特徴とする方法。２５．請求項１９の方法に於いて、前記第２の電極が陰極を有することを特徴とする方法。２６．請求項１９の方法に於いて、前記第２の電極がセラミック絶縁体を使用して前記前の板から絶縁されていることを特徴とする方法。２７．請求項１９の方法に於いて、前記陽極が水冷されて（water-cooled）いることを特徴とする方法。

Claims

【特許請求の範囲】１．コンパクトな、高圧力アークランプシステムに於いて、ａ．前の端部及び後ろの端部と各前記端部に溶接された円形の板とを有する中空の円筒部分を備えたシールされた金属ハウジングを具備しており、前記ハウジングは前記後ろの端部の板に設置された前記アークランプの第１の電極と同じ電位に保持されており、ｂ．該システムは又前記円筒形のハウジングの内部の凹面の反射鏡と、ｃ．前記前の端部の板に設置されそしてそれから電気的に絶縁された第２の電極と、ｄ．前記ハウジングの前記円筒形の部分の長手方向の軸線に対し対称に前記前の端部の板の中に設置された窓と、ｅ．前記ハウジングの内部の不活性ガスとを具備しており、前記アークランプは少なくともゲージ圧で約１．３７９ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ）の内部ガス圧力で作動するよう構成されていることを特徴とするコンパクトな、高圧力アークランプシステム。２．歯を白くする方法に於いて、ａ．漂白されるべき歯の上に光で賦活される漂白用配合物を置く過程と、ｂ．アルゴンの短絡アークランプで前記ランプ内の窓を通して前記ランプからの可視光エネルギーを向けるための内部反射鏡を有するものを備える過程と、ｃ．前記可視光エネルギーを光の伝播用部材に結合させる過程と、ｄ．前記歯を白くする効果を得るに充分な量の時間の間前記可視光を前記漂白用配合物上に向けるよう前記光伝播部材を使用する過程とを具備することを特徴とする歯を白くする方法。３．光硬化性複合材料を硬化するための方法に於いて、ａ．光硬化性合成材料を上でそれが硬化されるべき面の上に置く過程と、ｂ．アルゴンの短絡アークランプで前記ランプ内の窓を通して前記ランプからの可視光エネルギーを向けるための内部反射鏡を有するものを備える過程と、ｃ．前記可視光エネルギーを光の伝播用部材に結合させる過程と、ｄ．前記複合材料を硬化させるに充分な量の時間の間前記可視光を前記複合材料上に向けるよう前記光伝播部材を使用する過程とを具備することを特徴とする光硬化性複合材料を硬化するための方法。