JP2005532667A - 冷却手段を有する放電ランプ - Google Patents

Abstract

放電ランプ、より詳細には、高圧ガス放電ランプ（HID（高輝度放電）ランプ又はUHP（超高性能）ランプ）であって、反射器と冷却手段とを有するものが説明されている。冷却手段は、少なくとも一つのノズル（３）を有し、それを通してガスの流れを放電ランプ上に向けることが可能であり、その少なくとも一つのノズル（３）は、ランプ（２）及び反射器（１）によって生成されたビーム経路内に、少なくとも少しも実質的な程度まで、それが延在しないように配置されている。このようにして、冷却手段は、光のビーム経路にいかなる障害物を形成しないのである。好ましい実施例においては、とりわけランプの放電管（２１）を囲み、かつ、冷却手段の効果を大幅に向上させる乱流を生成することが可能である。また、更なる実施例は、個別の部位が過少に又は過剰に冷却されることなく、複数の異なる位置で放電ランプが稼動することを可能にする。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、放電ランプに関し、より詳細には、反射器及び冷却手段を有する高圧ガス放電ランプ（HID（高輝度放電）ランプ又はUHP（超高性能）ランプ）に関するものである。

その大きさ、設置状況及び稼動される出力によって、放電ランプは、比較的高いレベルの熱応力にさらされるものである。この結果として発生し得る寿命の短縮を回避するため及び／又は放電ランプの出力をより一層高めることを可能にするため、多くの場合には、冷却手段が使用される。

片方の電極封止部（挟み部）によって反射器のネックに取り付けられている放電ランプが、例えば、米国特許第３，８４３，８７９号によって知られている。この場合では、冷却手段が、主として、圧縮空気の源と接続されたスリーブ配列によって形成され、ランプのもう片方の電極封止部に取り付けられており、これを通して空気の流れがランプ上へと向けられる。しかし、この冷却手段の大きな欠点は、圧縮空気を供給するために必要とされるスリーブ配列及びダクトが、光が遮蔽又は極座標図の光分布が変更される結果として、ランプの光特性に悪影響を与えることである。

また、かかる冷却手段及び他の冷却手段によって、ランプがそのランプが意図された稼動位置で稼動されない場合に問題が発生することがある。なぜなら、この位置がいくらかでも変化することによって、一方では、ランプの最も熱い部位が他の箇所に移動し、適切に冷却されない可能性があり、この場合に、ランプエンベロープの石英が再結晶化するという危険性がある。他方では、他の部位が過度に激しく冷却され、そこで放電ガスが圧縮し、ランプ内のガスの圧力が低下してしまうことがある。

よって、本発明の目的は、反射器及び冷却手段を有し、光の歩留まりや極座標図の光分布に対して、言及するに値するほどの悪影響を与えるような遮蔽を発生させない放電ランプを提供することである。

また、本発明の目的は、より効果的な反射器及び冷却手段を有する放電ランプを提供し、これにより、寿命が実質的な程度に短縮されるおそれもなくランプの出力、効率、及び光の歩留まりの向上を可能にすることである。

最後に、本発明は、反射器及び改良された冷却手段を有する放電ランプであって、その冷却手段をもって、最適かつランプの稼動位置から大幅に自由な冷却を確保することを可能にするものを提供することも意図しており、これは、ランプの各部位が過度に激しく又は過度に弱く冷却されることがないことを意味する。

かかる目的は、請求項１に記載されてように、反射器及び冷却手段を有する放電ランプであって、前記冷却手段は、少なくとも一つのノズルを有し、それを通してガスの流れを前記放電ランプ上に向けることが可能であり、前記少なくとも一つのノズルは、前記ランプ及び前記反射器によって生成されたビーム経路内に、少なくとも少しも実質的な程度まで、それが延在しないように配置されている、ところの放電ランプによって達成される。

この場合における「少しも実質的な程度」とは、該当するアプリケーションから検出され得るほどにランプの放射光線及び／又は極座標図の光分布がそれぞれ縮減され及び／又は悪影響を受ける程度のことをいう。しかしながら、理想的な場合としては、ノズルはビーム経路内に一切延在しないのである。

この解決策の利点は、供給ダクトや取り付け部材などの冷却手段の他の部分が、生成された光のビーム経路の障害物を形成しないことであり、これにより、公知のデザインと比べると、光の歩留まり及び極座標図の光分布のいずれもが遮蔽によって、悪影響を受けることがないのである。

また、本冷却手段によって、ランプの特定の部位を他の部位よりも激しい冷却にさらすことが可能になり、これは、同じ寿命でランプのパワーの向上を図ることが可能になる（又は同じパワーでその寿命を延ばすことが可能になる）ことを意味する。

最後に、ランプの反射器への取り付けとは大幅に自由な態様で、冷却手段を取り付けることが可能となり、かつ、何ら高価で複雑な調整が必要とされることがないのである。

従属する請求項は、本発明を有効に改良したものに関するものである。

請求項２に係る実施例は、高価な取り付け手段などを要することのない特定の手法をもってノズルが取り付けられることを可能にする。

請求項３から請求項５に係る実施例は、少なくともランプの一部を囲む乱流を生成し、これによって、冷却手段の効率が一層向上される。

請求項６に係る実施例では、冷却手段の稼動の監視が可能になり、また、障害が発生した場合でも、自身が損傷する前に適時にランプがオフになることが可能になる。

請求項７から請求項９に係る実施例では、上部の所定の位置にある放電管の部位が過剰に激しく加熱又は過剰に激しく冷却される危険にさらされること無く、様々な稼動位置でランプが操作されることを可能にする。

請求項８及び請求項９に係る実施例は、冷却が自動的に及び最適にランプの稼動位置に適用されることを可能にする。

本発明の上記及び他の側面は、以下の実施例から明らかであり、これらを参照して解明する。

図１は、反射器１に放電ランプ２と冷却手段とを組み合わせた態様の本発明の第一実施例を示す図である。放電ランプは、好ましくは、放電管２１と金属‐石英封止部２２とを有する高圧ガス放電ランプ（HID又はUHPランプ）である。ランプ２は、その金属‐石英封止部２２の一方の部位にて反射器のネック部１１に取り付けられる。

放電管２１は、放電ガスを含む放電チャンバーを密封する。ランプが稼動状態にある場合には、公知の態様をもって放電チャンバー内へと延在する電極の対向する先端間でアーク放電が励起される。

放電ランプ２は、アーク放電が実質的に反射器１の焦点に位置し、かつ、反射器の形状に対応したビーム経路（極座標図の光分布）を該ランプが確保し得るように、配置される。

図１に示されるように、冷却手段は、A、B、Cの三つの例示的な位置に示されている少なくとも一つのノズル３とガス、好ましくは、空気の吸入のためにノズル３に接続されている少なくとも一つのガス圧力の源４とを有している。ガス圧力の源４は、好ましくは容積式ポンプをもって形成され、これにより、空気がノズル３を通して送り込まれる。

ノズル３は、ランプが意図された稼動位置にある場合に実質的にその上部部位にあたる放電管２１の部位に向けられた態様で、取り付けられる。放電管２１の上において垂直な位置A及び／又は反射器のネック部１１の部位の位置Bにノズル３が取り付けられることを可能とすべく、それぞれの穴が、反射器にあけられ、その中にノズル３が取り付けられる。ノズル３を所定の位置に取り付けて、それが反射器の開口部に所在する位置Cに配列すべく、適切な取り付け部材（図示せず）が使用される。

この場合においては、ノズル３は、生成された光のビーム経路内に（即ち、位置A及びBの場合においては、反射器１の内部に）延在することを要しないのである。該当する穴又は位置Cに対してノズル３がどの程度深く挿入され又は下げられるかに応じて、多くて、その先端部（排出口）が、ビーム経路内に侵入するのである。

この配置の大きな利点は、冷却手段によって引き起こされる光の喪失が、極めて少なく、かつ、位置A及びBの場合において、専らそれぞれの場合に形成された反射器１のノズル３の穴の断面によって決定されることである。冷却手段の他の部分が反射器１及び生成された光のビーム経路の外に位置するため、光の遮蔽や散乱が無いのである。

この追加の冷却手段は、また、ランプの組み立てをほとんど妨げることもなく、それに対していかなる悪影響を有しないものである。ノズル３は、放電ランプ２の反射器１に対する取り付けから独立して取り付けられることが可能であり、この場合には、複雑かつ高いコストをもって、ランプ２とノズル３とを配列する必要も無いのである。

ガスが比較的高速にノズル３から出射されるように、ノズル３の直径（ガスの排出口）とガス圧力の源４の出力とが互いに合わせられるのである。この場合におけるノズル３は、好ましくは、公知の冷却手段に比べて比較的小さい直径（例えば、約０．５〜２ mm）を有し、これは、該当する穴がより小さな直径をもって反射器に設けられたことで、光の喪失は、あまりにも小さいため、それを無視できることを意味する。ガス圧力の源４は、このように設計されているため、ノズル３内の圧力の低下に対して十分に高い圧力（例えば、数百ミリバール）のガスを生成することができるのである。

冷却の効率を向上させるべく、ノズル３から出射されるガスの速度は、放電管２１を囲う境界層が形成されないように又は放電管２１に断熱作用を与えるあらゆる層が貫通され、ノズル３から出射されるガスの流れによって、少なくとも大部分が破壊され、放電管２１を少なくとも部分的に囲う乱流が生成されるように、十分に高いことが好ましい。

驚くことに、このようにして極めて効果的で、効率的な冷却が確保されることが発見された。このようにして、放電管２１の壁は、石英が再結晶化するおそれのある温度よりも低くなるように、良好に冷却されることが可能になる。

図１に示される種類の複数のノズルが、反射器の外周に沿って（位置A及び／又はB）及び反射器の開口部（位置C）に配置され、かつ、それぞれが、それらに対向する放電管２１の部位に向けられた場合に、これらの部位は、異なるガスの流れによって、異なる程度で冷却されることが可能になる。

更に、これによって、ランプが異なる稼動位置で稼動されることが可能になり、とりわけ、その機能として反射器１の縦軸の周辺の異なる位置に回転された場合には、その時点では、上部にある放電管２１の部位は、それらに向けられたノズルに対して増量されたガスの供給によって十分に激しく冷却され、他の部位、とりわけ、下部に位置する部位は、それらに向けられたノズルに対して良好に抑えられたガスの供給又は完全に停止されたガスの供給によって過度に激しく冷却されないように、ノズル３に供給されるガスの流れは、良好に変化させられる。

この第一実施例において、ノズル３から出射されるガスの流れを均等にすることによって、或いは、放電管２１への作用を乱すことよって、冷却の効率を更に向上させることができる。この目的のために、一つとしては、ガス圧力の源４によって生成されるガス圧力とこの圧力に関連する流れの速度とを高めることによって、流れの乱れを確保することができる。他としては、バッフルという手段又は類似の構造のものを放電管２１の部位に用いることによっても、流れの乱れを確保することができる。但し、この路は、これに伴う光の遮蔽のために、一般的に従われないものである。

流れの乱れを確保又は増加させる三つ目の可能な手法は、図２に示される第二実施例によって提供される。図２は、放電ランプ２の方向に見た場合の反射器１の断面図である。この実施例では、上記のような反射器に向けられたメインの流れだけではなく、補助の流れが少なくとも一つ存在し、その配置は、好ましくは、それら流れ（又は全ての流れ）が放電管２１の上部の部位で合わさるようなものである。これは、当初から薄層をなすメインの流れを乱流にすることになる。

この目的のために、第二実施例は、少なくとも一つの第一ノズル３１と少なくとも一つの第二ノズル３２とを有し、それぞれは、第一実施例と同様に、反射器１に形成された穴に挿入される。この場合におけるノズル３１、３２は、お互いに対して約９０度の角度をなして、放電管２１の上部の部位に向けられ、これは、二つの流れがそこで合流し、ガスの乱流を生成することを意味する。この場合においては、メインの流れと補助の流れとの間に差が設けられることは必要とされない。むしろ、例えば、適切に分岐したダクトを伴った共通のガス圧力の源４をもって、実質的に同一である二つの流れを生成してもよい。他の点では、本実施例は、図１に示されたものと同じである。

上記ガスの圧力の増加に対して第二実施例が有する利点は、時間単位ごとにおける反射器に流れるガスの容積を増加させる必要がなく、又は、増加が必要な場合であっても、それはわずかなもので足りるということである。

薄層のものに比べて乱流輸送の係数がより高いため、ランプが冷却される効率が更に向上される。しかし、それと同時に、上記のように高度に方向付けられた流れが確保されるため、ランプ２、とりわけ、放電管２１の冷たい部位が過度に激しく冷却されるということをおそれる必要がなくなる。これは、該当する壁の部位において放電ガスの過度の圧縮が発生する可能性もなくなることを意味する。

図３は、再び放電ランプ２の方向に見た場合の反射器１の断面図という態様で本発明の第三実施例を示すものである。この場合、冷却手段は、第二実施例における第一ノズル３１と第二ノズル３２に加えて、第三ノズル３３と第四ノズル３４を有し、これらノズルも同様にお互いに対して約９０度の角度をなすものであるが、ランプ２の放電管２１の下部の部位上に向けられる。この冷却手段では、ランプは、異なる方向からのガスの乱流をもって冷却されることが可能となり、この場合では、図３に示される四つのノズル３１、３２、３３、３４に加えて、ノズルを更に設けられてもよい。他の点では、本実施例は、図１に示されたものと同じである。

ノズル３；３１、３２、３３、３４にガス圧力を提供するにおいて、各ノズルに対応してガス圧力の源４が設けられてもよく、又は、一つ以上のノズル３；３１、３２、３３、３４が共通のガス圧力の源４から供給を受けるものであってもよい。後者の場合においては、適切な分岐ダクトが設けられる。

ガス圧力の設定又は制御についても同様である。一つとしては、希望のガス圧力を生成するために、使用されるガス圧力の源４がそれぞれ独立して制御可能のものであってもよく、又は、他としては、該当するノズルから出射されるガスの流れの圧力に対してなされるべき適切な減圧を可能とするために、ガス圧力制御用のバルブが分岐の下流に配置されてもよい。

代わりとして、それぞれの枝に配給されるガスの容積の比率が設定可能となるように一つ以上の分岐ダクトを設計することも可能である。この目的のために、同様に、バルブ等を公知の態様で利用してもよい。

それぞれのノズルに対して極めて正確なガス容積の配給を行って、これら容積の制御を可能とすべく、ノズルへと繋がる各供給ダクト又はノズル自体に独立の流量制御装置を設けてもよい。ノズル３；３１、３２、３３、３４から出射されるガスの流れの速度を感知するために、各場合において、例えば、温度センサーなどの第一センサー４１を該当するノズルに取り付けて、使用してもよい。この場合において、対象となるノズルは、高い熱的有効質量を有するランプ系の他の部分、例えば、反射器１などに対して断熱されている必要がある。その熱的有効質量が実質的に低いため、ノズルの温度は、ランプ２又は反射器１の温度よりも早く、冷却状況のあらゆる変化に対して追従することになる。

この種類の温度センサーは、冷却手段や通常の操作状態における障害を感知するためにも使用することが可能である。例えば、ガス圧力の源４が故障し、該当する第一センサー４１に感知される温度が所定の最大値を超えた場合には、ランプ２が損傷する前に、該ランプが適時にオフにされる。また、これは、ランプ２がオンにされる前においても、対象となるノズルからガスの流れが出射されているか否か及びガス圧力の源４が意図されている態様で稼動しているか否かを確認すべく、第一センサー４１からの信号を分析するチェックを行うために有益である。

ノズルから出射されるガスの流れを感知するために、温度センサーの代わりに他の種類のセンサーを使用してもよい。この目的を達成するために考えられるものとしては、例えば、ノズルの圧力低下を測定する圧力センサーやガスの流れ又は流れの流量を感知する他のセンサーがある。

ランプが稼動している位置から独立した最適な冷却は、図３に示される第三実施例をもって達成できる。これにより、上部の所定の位置に所在し、熱対流の結果として特に激しく加熱された放電管２１の部位は、適切なガスの流れが供給され、それらに向けられた二以上のノズル３１、３２によって適切に冷却されるとともに、下部の所定の位置に所在する部位は、それらに向けられた二以上のノズル３３、３４にてガスの流れを適切に抑え又は停止することによって、過度に激しく冷却されることはないのである。

図３に示される第三実施例は、少なくとも二つの操作位置をとることができ、それぞれは、二つのノズル３１、３２；３３、３４が常に放電管２１の上部部位に向けられ、それぞれが縦方向に約４５度の角度をなすように、図３に示される位置から反射器１の縦軸付近を１８０度回転されるのである。各場合において該当する二つのノズルは、ノズルのペアとして形成され、それらより、上記ガスの乱流が少なくとも一つのガス圧力の源４から上部部位へと向けられるのである。各ノズルがそれぞれ独立して制御され、隣接するノズと組み合わされてノズルのペアとして操作される場合には、本実施例は、四つの操作位置をとることができ、それぞれが反射器１の縦軸付近を９０度回転されることも可能である。

中間位置をとることを可能にするには、上部の所定の位置に所在する放電管２１又はランプ２の部位は、これらの部位に向けられた該当するノズルに供給されたガスの流れの適切な配給によって、冷却される。

独立して制御可能なノズルが多数ある場合に、ランプは、これに対応して、多数の稼動位置を意図したものであってもよい。

ランプの稼動位置に係る機能として冷却手段の制御を可能とするには、その時におけるランプの稼動位置を感知するための第二センサー１２を設けることが好ましい。これは、適切な数のコントクトを有する公知の姿勢スイッチ（例えば、水銀スイッチなど）であってもよい。いくつかの位置で稼動可能なプロジェクタにランプが使用される場合には、適切な姿勢信号がそのプロジェクタによって生成されてもよい。最後に、冷却手段は、スイッチという手段をもって、ランプが稼動している位置に係る機能として制御されるものであってもよい。

使用される反射器が、例えば、楕円又は非対称の形状の断面のものである場合には、それぞれのノズルに供給されるガスの流れは、該当するノズルとランプ２又は放電管２１との間の距離に係る機能として設定されてもよく、必要な場合には、ランプの稼動位置に係る機能として決定される要因に応じて偏らせてもよい。

ランプ２の稼動位置及び冷却要求に係る機能として又はセンサー４１；１２からの信号によって、ぞれぞれのノズル３、３１、３２、３３、３４にて上記異なる速度の流れの確保を可能とするには、ガス圧力の源４又はダクトから分岐される適切なバルブは、例えば、センサーからの信号によって、本質的に公知の態様で制御される。よって、ここでは、より詳しい説明は要しない。

一般に、本発明に従い、複数のノズルを反射器１の外周に沿って配置した場合に、以下の更なる利点が得られる：全ての面において、即ち、最も冷たい部位も含めて、冷却を必要とする高電力の高圧ガス放電ランプ（特に、HIDランプ）に適用できること。この場合、それぞれが局所の冷却要求に適したガスの流れをノズルに供給することによって、放電管の全ての部位において均一の温度を確保することが可能になる。

図１は、第一実施例を形成するランプ組立体の縦方向の断面図である。 図２は、本発明の第二実施例の断面図である。 図３は、本発明の第三実施例の断面図である。

Claims (9)

1. 放電ランプであって：
   反射器；及び
   冷却手段；
   を有し、
   前記冷却手段は、少なくとも一つのノズルを有し、それを通してガスの流れを前記放電ランプ上に向けることが可能であり、
   前記少なくとも一つのノズルは、前記ランプ及び前記反射器によって生成されたビーム経路内に、少なくとも少しも実質的な程度まで、それが延在しないように配置されている、
   ところの放電ランプ。
2. 請求項１記載の放電ランプであって、前記少なくとも一つのノズルが、前記反射器の穴に挿入される、ところの放電ランプ。
3. 請求項１記載の放電ランプであって、前記少なくとも一つのノズルから出射される前記ガスの流れの速度は、前記ランプの少なくとも一部を囲む乱流が生成されるような値である、ところの放電ランプ。
4. 請求項１記載の放電ランプであって、少なくとも二つのノズルが、前記ランプの少なくとも一部を囲む乱流が生成されるように、お互いに対して角度をなして前記放電ランプに向けられる、ところの放電ランプ。
5. 請求項４記載の放電ランプであって、前記ノズルは、お互いに対して約９０度の角度をなす、ところの放電ランプ。
6. 請求項１記載の放電ランプであって、第一センサーが、前記ノズルを通り抜けるガスの流れの速度及び／又は圧力及び／又は流量を感知するために、前記ノズルの少なくとも一つに隣接して配置されている、ところの放電ランプ。
7. 請求項１記載の放電ランプであって、少なくとも一つの第一ノズルが、前記放電ランプが稼動している位置の上部にある、放電管の部位に向けられ、また、少なくとも一つの第二ノズルが、この同じ稼動位置の下部にある、放電管の部位に向けられる、ところの放電ランプ。
8. 請求項７記載の放電ランプであって、前記ノズルの少なくとも一つを通り抜ける前記ガスの流れの速度は、前記放電ランプの稼動位置に係る機能として制御できる、ところの放電ランプ。
9. 請求項７記載の放電ランプであって、第二センサーが、前記放電ランプの稼動位置を感知し、前記ノズルの少なくとも一つを通り抜ける前記ガスの流れの速度を前記稼動位置の機能として制御するために設けられている、ところの放電ランプ。

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