JP2006179489A - 放電ランプ用バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】バルブおよび発光管室の外形はそれぞれ、真ん中の領域２ａ，３ａ、それに続いている縁領域２ｂ，３ｂを有しており、それぞれ真ん中の領域はトーラス形状に、任意の、バルブ軸線を含んでいる平面を有する真ん中の領域の断面が、セグメント半径ｒを有しかつその中心点がバルブ軸線とは回転半径Ｒだけ離間している円セグメントを有しているように実現されている、内部の発光管室３を有している放電ランプ用バルブ２の光効率を高める。
【解決手段】 外形および発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントの中心点はバルブ軸線の方向の方向において距離ｚを有しており、および／またはバルブ軸線は外形および／または発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントの中心点と該円セグメントとの間にある。
【選択図】図１

Description

本発明は請求項１の上位概念に記載の放電ランプ用バルブ、例えば短アーク放電ランプ用バルブに関する。

放電ランプは今日数多くの分野において、例えば投写光源として使用される。

その際放電ランプは例えば、ガスが充填されている発光管室を有している石英ガラスから成るバルブまたは発光管を常に有している。この発光管室に、例えばキセノン、別の希ガスまたは金属蒸気、例えば水銀が充填されているいわゆるドラムに、２つの相対向している電極が閉じ込められていて、これらの間で放電が行われる。

公知のバルブの幾何学的な形状は歴史的に生み出され、経験的に最適化されてきている。製造の理由から殊に、バルブの外形つまりアウター・コンター（外側の輪郭）もドラムの形状も常にバルブ軸線に対して回転対称である。

従来技術のバルブではバルブの外形もドラムもトーラス形に実現されている真ん中の領域を有している。すなわち、任意の、バルブ軸線を含んでいる平面を有するこの真ん中の領域の１つの断面形状は半径ｒを有する円セグメントであり、円の中心点がバルブ軸線に対して距離Ｒを有している。これまでのバルブデザインではこの円セグメントの中心点はこの円セグメントとバルブ軸線との間にある（Ｒ＞０）。

その際バルブおよびドラムの外形の真ん中の領域に属している円セグメントの中心点はバルブ軸線に対するのと同じ法平面内にあるので、２つのトーラスは同心的である。

この真ん中の領域はこの法平面に関して鏡像対称に縁領域に連続的に移行していく。縁領域はドラムの場合円錐台形状であり、外形の場合管形状である。外形の真ん中の領域と管形状の領域との間に、予め定めた半径を有するくびれ部が存在している。

それ故に公知のバルブでは外形もドラムの形状もバルブ軸線に対して回転対称であるばかりでなく、法平面に対して鏡像対称でもある。

これら対称性はガラス、殊に石英ガラスから成るバルブの製造の際に殊に有利でありかつドラム内のガス圧に対して機械的な強度を高める作用もする。

しかし上に述べた幾何学形状を有する公知のバルブでは光学的な効率、すなわち消費される電流の、放出される光に対する比は最適でない。

本発明の課題は、より一層高い光学的な効率を有する放電ランプ用バルブを提供することである。

この課題を解決するために請求項１もしくは２の上位概念に記載のバルブはそれぞれの特徴部分に記載の構成によって実現される。

本発明の特別有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

請求項１に記載の放電ランプ用バルブはそれ自体公知の方法において内部の発光管室を有しており、ここでバルブおよび発光管室の外形はそれぞれ、真ん中の領域およびそれに続いている縁領域を有しており、それぞれ真ん中の領域はトーラス形状に実現されている。

すなわち、真ん中の領域は、セグメント半径を有しかつその中心点がバルブ軸線上にある円セグメントをこのバルブ軸線に対して法線方向に回転半径だけずらしかつこのバルブ軸線を中心に円セグメントを回転することによって生じる。

請求項１記載の本発明のバルブは更に、次の特徴の１つまたは組み合わせを有している：
外形および発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントの中心点はバルブ軸線の方向の方向において距離を有しており、および／または
バルブ軸線は外形および／または発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントとその中心点との間にある。

請求項２記載の放電ランプ用バルブはそれ自体公知の仕方で内部の発光管室を有しており、バルブおよび発光管室の外形はそれぞれ、真ん中の領域およびそれに続いている縁領域を有しており、それぞれ真ん中の領域はトーラス形状に実現されておりかつ発光管室のそれぞれの縁領域は真ん中の領域から離れる方向に円錐台形状にバルブ軸線に対して回転対称に所定のテーパ角を以て実現されている。

請求項２記載のバルブでは発光管室の２つの縁領域のテーパ角の大きさは同じではない。

付加的に請求項２記載のバルブは次の特徴の１つまたは組み合わせも有している：
外形および発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントの中心点はバルブ軸線の方向において距離を有しており、および／または
バルブ軸線は外形および／または発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントとその中心点との間にある。

請求項１および／または請求項２記載の外形および／または発光管室の真ん中の領域および／または発光管室の縁領域の幾何学形状の上に説明した変更によって驚くべきことに、本発明のバルブの著しく高められた有効発光効率が生じた。有効発光効率は従来の発光管室に比べて２０％まで高めることができた。上に挙げたパラメータ、つまり円セグメントの中心点の、バルブ軸線の方向における距離、テーパ角の差および１つまたは２つの円セグメントの、バルブ軸線の方向へのずれによってバルブは規定の反射体において所定のシールドにより光束に関して最適化することができる。

発光管室の２つの縁領域の１つのテーパ角は２２°から６０°までの間、殊に有利には３０°から４５°までの間の領域にあり、別の縁領域のテーパ角は０°から３０°までの間、有利には１０°から２０°までの間の領域にある。殊に０°のテーパ角も可能であるので、その場合先細になっていく円錐台に代わって管形状の縁領域が存在している。それぞれの縁領域の長さは適当に選択されていてよく、例えば発光管室の全長は従来のドラムに比べて変わらずにとどまる。１つまたは２つの縁領域がごく僅かな長さを有し、従って発光管室は実質的に真ん中のトーラス形状の領域からのみ成っている可能性も包含している。

本発明のバルブを有する放電ランプ用バルブが反射体を有している場合、外形または発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントの中心点は有利にはバルブ軸線の方向にずらされており、一方他方の中心点は反射体の１次焦点面に配置されている。同様に、発光管室の反射体側の縁領域が比較的大きなテーパ角を有し、他方の縁領域が比較的小さなテーパ角を有していることは有利である。

有利には外形および／または発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントはバルブ軸線の方向に、バルブの発光管室および／または壁厚が真ん中の領域において従来技術のバルブのものと同じであるようにずらされている。これにより部分的に、既存の製造工具および方法をそのまま維持して、これらの値に対して経験で求められている最適値を利用することができる。

次に本発明を図示の実施例を用いて詳細に説明する。

図１には本発明のバルブ２を有する放電ランプ１が図示されている。バルブの周囲には楕円形の反射体５が配置されている。これは発光管によって生成された光を２次焦点面に集中させる。

バルブ２は真ん中の領域２ａを持った外形を有している。真ん中の領域はトーラス形状に実現されている。これについては図２に相応の特性値が示されている。任意の、バルブ軸線を含んでいる平面を有する外形の断面によって形成される円セグメント（半径ｒ_Ｂ）はバルブ軸線に対して距離Ｒ_Ｂを有している。これは正または負である可能性がある。

外形は次のようにして生じたものと考えることができる：半径ｒ_Ｂを有しかつその中心点がバルブ軸線上にある円セグメントがこのバルブ軸線に対して法線方向に回転半径Ｒ_Ｂだけずらされる。その際図２に示されているように、円セグメントがバルブ軸線から離れて円セグメントの方向にずらされると、回転半径は正であり（Ｒ_Ｂ＞０）、バルブ軸線を越えて反対の方向にずらされると負である（Ｒ_Ｂ＜０）。引き続いて円セグメントはバルブ軸線を中心に回転しかつその際に外形の真ん中の領域２ａを掃引する。

この真ん中の領域に両側において縁領域２ｂが続く。この領域は更にシャフト領域２ｃに続き、該シャフト領域に比べてくびれている。バルブの縁およびシャフト領域の幾何学的形状は本発明にとって重要ではなく、従来技術のバルブであって構わない。

バルブはガスまたは金属蒸気が充填されている発光管室３を有している。発光管室には電極４が配置されている。電極の接続部は分かり易くするための図示されていない。

発光管室はトーラス形状の真ん中の領域３ａを有している。この特性量は図２に示されている。図２に示されているように、相応の円セグメントの中心点はバルブ軸線を越えていくようにずらされている。

発光管室は次のようにして生じたものと考えることができる：半径ｒ_Ｔを有する円セグメントの中心点がバルブ軸線から離れる方にこのバルブ軸線に対して法線方向に回転半径Ｒ_Ｔだけずらされる。その際図２においてバルブ軸線は円セグメントとその中心点との間にあり、すなわち回転半径は負である（Ｒ_Ｔ＜０）。これと同じ意味において、バルブ軸線から掃引された表面までの最大距離がセグメント半径より小さいときに回転半径は負である。引き続いて円セグメントはバルブ軸線を中心に回転しかつその際に発光管室の真ん中の領域３ａを掃引する。

この真ん中の領域に両側において円錐台形状の縁領域３ｂが続く。この縁領域は真ん中の領域３ａから外方向にバルブ軸線に対して回転対称に所定のテーパ角α_１もしくはα_２を以て先細になっている（図３）。端部で発光管室は溶融されて閉じられている。

その際発光管室の２つの縁領域のテーパ角α_１もしくはα２は同じ大きさではない。反射体５の方を向いている領域は従来のものに比べて著しく急峻であり、反射体５とは反対側の領域は著しく平坦である。

図４には本発明の第２の実施形態のバルブが示されている。ここで、セグメントがトーラス形状の領域を掃引する破線の円によって示されている、発光管室の真ん中の領域３ａは外形の真ん中の領域２ａに対してバルブ軸線の方向において距離ｚだけずらされている。有利には発光管室の真ん中の領域は反射体５の方向にずらされている。その際外形の中心円の中心点は有利には反射体５の１次焦点にとどまっている。

換言すれば、外形および発光管室のトーラス形状の真ん中の領域を形成している（図４では破線で示されている）円のセグメントの中心点はバルブ軸線の方向において距離ｚを有している。

表１には、外形のセグメント半径（ｒ_Ｂ）および回転半径（Ｒ_Ｂ）および発光管室のセグメント半径（ｒ_Ｔ）および回転半径（Ｒ_Ｔ）、テーパ角α_１もしくはα_２、バルブ軸線の方向における円セグメントの中心点の距離ｚ並びに第１行に示されている、従来技術（ＳｄＴ＝Stand der Technik）に対して実現される、偏心率ｅ＝０．７７４の楕円形の反射体の２次焦点面における５．０×３．８ｍｍ２のシールドによる有効光束の増分Δが示されている。上述したように負の半径はバルブ軸線を越える方向の円セグメントのずれを表している。

従って本発明によれば、発光管のバルブ軸線に対する法平面に関する対称性を断念することによって、あとは種々のパラメータを適当に選択することで、バルブを反射体の光学的な特性によりよく整合することが可能である。にも拘わらず、製造および光学的な特性にとって重要である、バルブ軸線に関する回転対称性は維持されたままである。同様に、ランプ作動にとって重要かつ定評のあるパラメータ、例えばバルブの壁厚、発光管室の容積は従来技術に対して変わることなく維持される。

本発明の第１実施例の放電ランプの略図 図１のバルブを真ん中の領域の特性量とともに示す略図 図１のバルブを縁領域の特性量とともに示す略図 本発明の第２実施例のバルブの略図

符号の説明

１ 放電ランプ、 ２ バルブ、 ２ａ 真ん中の領域、 ２ｂ 縁領域、 ２ｃ シャフト領域、 ３ 発光管室、 ３ａ 真ん中の領域、 ３ｂ 縁領域、 ４ 電極、 ５ 楕円形の反射体、 ｒ_Ｂ 外形のセグメント半径、 Ｒ_Ｂ 外形の回転半径、 ｒ_Ｔ発光管室のセグメント半径、 Ｒ_Ｔ 発光管室の回転半径

Claims (10)

1. 内部の発光管室（３）を有している、放電ランプ用バルブ（２）であって、
   バルブおよび発光管室の外形はそれぞれ、真ん中の領域（２ａ，３ａ）およびそれに続いている縁領域（２ｂ，３ｂ）を有しており、
   それぞれ真ん中の領域はトーラス形状に、任意の、バルブ軸線を含んでいる平面を有する真ん中の領域の断面形状が、セグメント半径（ｒ）を有しかつその中心点がバルブ軸線とは回転半径（Ｒ）だけ離間している円セグメントを有しているように実現されている
   形式のものにおいて、
   外形および発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントの中心点はバルブ軸線の方向において距離（ｚ）を有しており、および／または
   バルブ軸線は外形および／または発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントの中心点と該円セグメントとの間にある（Ｒ＜０）
   ことを特徴とする放電ランプ用バルブ。
2. 内部の発光管室（３）を有している、放電ランプ用バルブ（２）であって、
   バルブおよび発光管室の外形はそれぞれ、真ん中の領域（２ａ，３ａ）およびそれに続いている縁領域（２ｂ，３ｂ）を有しており、
   それぞれ真ん中の領域はトーラス形状に、任意の、
   バルブ軸線を含んでいる平面を有する真ん中の領域の断面形状が、セグメント半径（ｒ）を有しかつその中心点がバルブ軸線とは回転半径（Ｒ）だけ離間している円セグメントを有しているように実現されており、かつ
   発光管室のそれぞれの縁領域は真ん中の領域（３ａ）から離れる方向にバルブ軸線に対して回転対称に所定のテーパ角（α）を以て実現されている
   形式のものにおいて、
   発光管室の２つの縁領域のテーパ角（α_１，α_２）は等しくない
   ことを特徴とする放電ランプ用バルブ。
3. 外形および発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントの中心点はバルブ軸線の方向において距離（ｚ）を有しており、および／または
   バルブ軸線は外形および／または発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントの中心点と該円セグメントとの間にある（Ｒ＜０）
   請求項２記載の放電ランプ用バルブ。
4. 外形および発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントの中心点はバルブ軸線の方向において０ないし１ｍｍの領域にある距離（ｚ）を有している
   請求項１から３までのいずれか１項記載の放電ランプ用バルブ。
5. 発光管室の２つの縁領域（３ｂ）の第１の領域のテーパ角（α_１）は２２°から６０°までの間の領域にある
   請求項２または３記載の放電ランプ用バルブ。
6. 発光管室の２つの縁領域（３ｂ）の第２の領域のテーパ角（α_２）は０°から３０°までの間の領域にある
   請求項２、３または５のいずれか１項記載の放電ランプ用バルブ。
7. 縁領域の第１の領域は反射体（５）の方を向いている
   請求項５または６記載の放電ランプ用バルブ。
8. 発光管室の真ん中の領域の円セグメントは２．２ないし４ｍｍの半径を有している
   請求項１から７までのいずれか１項記載の放電ランプ用バルブ。
9. 外形の円セグメントは６ないし８ｍｍの半径を有している
   請求項１から８までのいずれか１項記載の放電ランプ用バルブ。
10. 外形および／または発光管室の真ん中の領域を形成する円セグメントは、真ん中の領域におけるバルブの壁厚が１．５ないし３ｍｍであるようにバルブ軸線に向かってずらされている
    請求項１から９までのいずれか１項記載の放電ランプ用バルブ。

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