JP2007518225A - 高圧ガス放電ランプ - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも、ガス入り放電空間（２１）を密閉封止するランプバルブ（２）を持つ高圧ガス放電ランプであって、前記ランプバルブ（２）が、少なくとも、前記高圧ガス放電ランプの所望の発光に直接的には役立たない領域（３）であって、前記ランプバルブ（２）の材料より高い熱伝導率を持つ熱伝導材料が設けられる領域（３）を持つ高圧ガス放電ランプに関する。

Description

本発明は、少なくとも、ガス入り放電空間を密閉封止するランプバルブを有する高圧ガス放電ランプであって、前記ランプバルブが、前記高圧ガス放電ランプの所望の発光に直接的には役立たない領域を少なくとも１つ持つ高圧ガス放電ランプに関する。

ランプバルブの、高圧ガス放電ランプの所望の発光に直接的には役立たない領域は、例えば、被覆又は反射器取付け部(reflectorized portions)であり得る。これらは、多くの場合、少なくとも可視光又は可視光の一部を通さない又は部分的に通さないよう作成される。この領域が、例えば、光をランプバルブ内へ反射する場合には、この領域は、所望の発光の供給に間接的に役立つかもしれない。

ランプバルブの、主としては、高圧ガス放電ランプの所望の発光に役立たない領域は、多くの場合、例えば、光量の減少も達成するが、ランプ寿命などを改善するランプの他の機能を実現し得る。

いかなる場合にも、ランプバルブの外表面は、例えば発光窓の形態の、高圧ガス放電ランプの所望の発光に直接的に役立つ領域を持つ。

高圧ガス放電ランプ（ＨＩＤ、即ち高輝度放電ランプ）、特に、ＵＨＰランプ、即ち超高性能(ultra high performance)ランプは、それらの光学特性のため、とりわけ投影用途における使用に好ましい。

これらの用途には可能な限り点状である光源が必要とされ、故に、電極先端部間に生じる放電アークは、略々0.5乃至2.5mmの長さを越えるべきではない。更に、通常、光の可能な限り自然な分光組成とあわせて可能な限り高い光度が求められる。

これらの特性は、現在、ＵＨＰランプで最も良好に達成され得る。しかしながら、これらのランプの発展例(development)は、同時に２つの必須の要件を満たさなければならない。

一方では、放電空間の内表面における最高温度は、通常石英ガラス製であるランプバルブの失透が生じるほど高くなってはならない。これは、ランプの放電空間の内部の強い対流が放電アークより上の領域をとりわけ強く加熱することから、問題を構成し得る。従って、少なくともガス放電中及びその直後の放電空間内には不均一な温度分布がある。

他方では、それにもかかわらず、放電空間の領域内のランプバルブの内表面上の最も冷たい箇所(the coldest spot)は、水銀が、そこに堆積せず、全体的に十分な程度まで気化した状態のままであるように、略々200barの水銀圧が達成され得るような高い温度、例えば1200Kを持たなければならない。これは、飽和ガス充填物を備えるランプにおいてとりわけ留意されるべきである。

これら２つの互いに相反する要件の結果として、とりわけ関連するランプのタイプ及びその取付け状況に依存する、ランプバルブの内面における最高温度と最低温度との間の最大許容差は、所与の係数である。全ての場合の要件であり、とりわけ関連するランプのタイプに依存するこの温度の範囲は、放電空間の外表面、即ち、その場所のランプバルブの内側における最高温度と、放電空間の外表面における最低温度とによって境界をつけられる。

例えば、この差は、独国特許公開公報第DE 101 51 267 A1号の教示に従う、ランプバルブ上に部分的な反射被覆を備えるＵＨＰランプにおいては、多くの場合、略々120K前後の値を持つ。最高温度及び最低温度は、とりわけ、小さい非常に詰め込まれた(loaded)放電ランプにおいては、互いに依存し、或る用途においては十分に長いランプ寿命と最適ランプ動作の調整において問題をもたらし得る。

放電空間は非常に小さくなければならないので、とりわけ熱伝導のために、放電空間の内表面上の最も冷たい箇所の関連する最低温度を十分に高く保つような十分な量のエネルギが最も冷たい箇所に到達する。

市販のＵＨＰランプは、通常、定格出力で動作される場合に、略々1200K乃至略々1400Kの所要温度範囲内に保つ。しかしながら、ありうる応用分野を広げること、例えば、より高いルーメン出力を持つ用途のためにランプのタイプをアップグレードすること、又はランプの減光可能性を実現することが望まれている。減光する場合に、最も冷たい箇所の温度は、最低温度を下回ってはならない。出力増大の場合に、最も熱い箇所の温度は、最高温度を越えてはならない。上記の相互関係から、最も冷たい箇所と最も熱い箇所との間の温度差を縮小するために適当な方策がとられ得る場合には、応用分野は広げられることができ、ＵＨＰランプの設計は単純化され得ることは、明らかである。

冷却を達成するのが比較的困難である又は技術的にやっかいである場合、例えばガス密の反射器を備える用途において、同様な、応用分野の拡大の要求がある。

高められた出力においてランプを動作させることが出来るように方向づけられた空気の流れを用いてランプを冷却するのは、既知の方法である。その場合、ランプバルブの最も熱い箇所に空気が吹きつけられ、故に、過熱、即ち、最高温度を超えるまでの過熱は防止される。前記方法の不利な点は、この冷却を実現するために、空気の流れの生成及び方向づけのための特別な構成が必要とされることである。これらの構成は、装置内に収容されるべきであり、付加的な費用の原因となり、付加的な雑音をもたらすかもしれない。

とりわけ放電空間の領域においてランプバルブのためにより厚い壁厚を使用することは、例えば独国特許公開公報第DE 101 51 267 A1号からも既知である。これは、ランプバルブの壁部沿いの熱伝導率を高め、ランプバルブの外表面への改善された熱伝達を達成する。しかしながら、これらの増大された壁厚は、ランプの直径の増大をまねき、これは、とりわけ、小さな反射器において、増大される影の作用(shadow effect)のために悪影響を及ぼす。更に、より厚いランプバルブの形状寸法は、多くの場合、製造プロセスにおけるより高い費用の原因となることから、ランプバルブのイメージング欠陥(imaging defect)を防止するのにより多くの費用が必要とされる。

従って、本発明の目的は、冒頭の段落において言及されている種類の高圧ガス放電ランプであって、最も熱い箇所と最も冷たい箇所との間でより小さな温度差を持ち、これらの２つの温度の値が、最低温度と最高温度との間の所要の温度範囲内にあるような高圧ガス放電ランプを提供することにある。関連する解決策は、技術的に単純であり、工業的大量生産に適しているべきである。

本発明の目的は、少なくとも、ガス入り放電空間を密閉封止するランプバルブを有する高圧ガス放電ランプであって、前記ランプバルブが、前記高圧ガス放電ランプの所望の発光に直接的には役立たない領域であって、前記ランプバルブの材料より高い熱伝導率を持つ熱伝導材料が設けられる領域を少なくとも１つ持つ高圧ガス放電ランプによって達成される。

本発明による、前記ランプバルブの材料より高い熱伝導率を持つ前記熱伝導材料の供給は、とりわけ該熱伝導材料における熱伝導のため、該ランプバルブの外表面の前記領域における少なくとも部分的な温度の均一化を達成する。この温度の均一化は、詳細には、前記ランプバルブの領域であって、前記熱伝導材料の対応領域によって直接的に影響を及ぼされる領域において、優先的に、より高い温度の低下及びより低い温度の上昇を達成する。前記ランプバルブの他の領域の温度状態は、少なくとも間接的に、詳細には、該ランプバルブにおける熱伝導の作用ために、影響を及ぼされる。その結果として、最高温度と最低温度との間の温度差は縮小される。

本発明によるこの温度差への影響、即ちこの温度差の縮小は、とりわけ、関連するランプのタイプと、１つ又は複数の前記熱伝導材料の領域の大きさ及び配置と、前記熱伝導材料の熱伝導率とに依存する。従って、場合により前記影響の程度は異なり、例えば、前記熱伝導材料の大きさの増大に伴ってこの程度は増大する。

この温度差への影響の程度に依存して、関連する高圧放電ランプの設計は、単純化されるかもしれず、且つ／又は関連する動作領域は、広げられるかもしれない。

従属する請求項２乃至７は、本発明による高圧放電ランプの他の有利な実施例に関する。

前記高圧放電ランプはＵＨＰランプであるのが好ましい。このランプタイプの前記放電空間には、完全気化の場合に該放電空間において例えば200barより高い水銀蒸気圧が生成されるような量の水銀が充填される。ここで、この高い圧力は、前記ＵＨＰランプの満足な光度及び分光分布を達成するのに必要である。しかしながら、この蒸気圧は、前記放電容器の全内壁に沿って略々1200Kの或る温度より高い場合にしか維持され得ない。或る場所において内部温度が所要の最低温度に届かない場合、この場所で水銀が凝結し、故に、前記圧力は低下し、ランプデータ(lamp data)は悪化する。前記ランプの放電アークにおいて変換されたエネルギの一部は、とりわけ、熱いガスの対流のために、放電室の表面に到達し、続いて、前記ランプバルブの表面に到達する。前記放電室の表面の最も冷たい箇所の最低温度を十分に高く保つためには、前記放電容器は比較的小さくなければならない。最も熱い箇所においては、略々1400Kの最高温度を超えてはならない。なぜなら、さもないと、前記ランプバルブの再結晶化のために前記ランプの耐用年数が短縮されるであろうからである。

前記熱伝導材料は、スリーブのような形状をしており、前記ランプバルブから略々500μm未満の距離のところ、より好ましくは、該ランプバルブから略々200μm未満の距離のところに配置されるのが更に好ましい。この構成は、大量生産にとりわけ適している。例えば、金属スリーブは、通常の製造公差の遵守に関しての要件の増大なしに、予め安価に製造され、取り付けられ得る。しかしながら、前記スリーブと前記ランプバルブとの間のギャップ幅が小さければ、とりわけ熱伝導及び熱放射による十分な熱伝達が依然として保護される。

他の例においては、前記熱伝導材料は、前記ランプバルブ上に配置される被覆又はフォイルであるのが好ましい。

前記熱伝導材料用としての材料の選択は、アルミニウム及び／又は銅を、それらの比較的良好な熱伝導率及び利用可能性のため、とりわけ支持する。非常にすぐれた熱導体である銀の熱伝導率の値を基準とした相対熱伝導率は、例えば、銅で略々0.95であり、アルミニウムで略々0.585であり、ガラスで略々0.002である。

前記ランプバルブ及び前記熱伝導材料の互いに対応する表面は、形状、形状寸法(geometry)及び膨張(expansion)に関して同一である又は高度に類似していることが更に好ましい。このようにして、前記ランプバルブ及び前記熱伝導材料の互いに対応する領域の間の所望の熱伝達がとりわけ効果的に実現され得る。

他の例においては、前記ランプバルブ及び前記熱伝導材料の互いに対応する表面が、形状、形状寸法及び／又は膨張に関して同一でない若しくは類似していない、又は部分的にしか同一でない若しくは類似していないものが供給される。前記熱伝導材料のこれらのパラメータの適当な選択は、例えば、とりわけ前記ランプバルブの想定した(envisaged)箇所又は領域における温度範囲(temperature field)に付加的な影響を及ぼすことを可能にする。或る用途においては、これらの領域、例えば、電極が前記ランプバルブにそれの端部において入る領域は、非常に冷たい場合があるので、ここで、凝結作用又は熱応力が生じる。前記熱伝導材料の、熱橋(heat bridge)として役立つような適当な寸法決めは、該橋を介してこれらの冷たい領域に向かう熱伝導を供給する。

本発明の目的は、光源として、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の高圧ガス放電ランプを少なくとも１つ有する照明装置によっても達成される。

従属項９は、本発明による照明装置の他の有利な発展例に関する。独国特許公開公報第DE 101 51 267 A1号の教示に従う照明装置であって、光源としてＵＨＰランプが用いられ、背面反射器(back reflector)がランプバルブ上に配置される照明装置の使用が好ましい。この照明装置は、とりわけ球状放電容器の表面の一部における反射器の取付け(reflectorization)のために、光学投影システムの効率の向上を達成する。ここで、目的は、前記バルブの表面の反射器取付け部から出る可視光を可能な限り少なくすることを可能にすることにある。前記背面反射器によって覆われていない表面領域は、とりわけ、発光窓として役立つ。斯くして、前記背面反射器は、間接的な方法で前記高圧ガス放電ランプの前記所望の発光に役立ち、前記ランプバルブの一部の表面上に配置される。前記背面反射器の、その機能に依存する幾何学的形状は、関連する熱伝導材料の配置のための熱伝導に関してとりわけ好ましい設計可能性を供給する。

本発明の更なる詳細、特徴及び利点は、図面に関連して与えられている下記の好ましい実施例から明らかになるであろう。

図１は、高圧ガス放電ランプ（ＵＨＰランプ）を縦断面図で概略的に示している。ランプバルブ２は放電空間２１を持ち、前記放電空間２１内には通常の放電ガス及び電極構成がある。電極構成は２つの電極２２及び２３によって形成され、前記２つの電極２２及び２３の先端部の間では、既知の方法でガス放電が行なわれる。ランプバルブ２及び主反射器１は、互いに、実際の光源の位置、即ち２つの電極２２及び２３の間の領域の位置が、実質的に主反射器１の焦点にあるように配置される。反射層の形態の背面反射器３は、略々9mmの外径を持つランプバルブ２の実質的に球状の部分の上にある。この層構造のありうる構成及び対応する材料選択は、独国特許公開公報第DE 101 51 267 A1号において見いだされ得る。表面のこの部分は、ガス放電から発せられ、背面反射器３に入射する光が、開口部４を通して主反射器１上へ反射されるように形づくられる。背面反射器３は、通常、ランプバルブ２の、放電空間２１を取り囲む領域のなかほどまでは延在しないような大きさにされる。スリーブ５の形の熱伝導材料は、背面反射器３に隣接して、実質的に該背面反射器３と機械的接触をしないよう配置される。スリーブ５は、とりわけ銅で作成され、通常の方法で、例えばこの用途では通常イグニッションアンテナ(ignition antenna)（図１には図示せず）によってＵＨＰランプに固定される。スリーブ５は、ランプバルブ２から略々200μm未満の距離のところに配置され、これは、技術的に簡単な取付けを可能にし、なおかつ、良好な熱伝達を可能にする。それ故、スリーブ５は、この領域において、ランプバルブ２の実質的に球状の領域に対応する形状を持つ。スリーブ５の寸法は、背面反射器３から来る光において付加的な影の作用がもたらされないように選ばれる。スリーブ５の下の領域には反射器が取り付けられていることから、光はスリーブ５の表面に到達せず又はほとんど到達せず、故に、ランプの光学特性はスリーブ５によって影響を及ぼされない。スリーブ５の高い熱伝導率の結果として、スリーブ５の両端間の温度勾配は、ランプバルブ２の両端間の温度差と比較して小さい。スリーブ５の、隣接するランプバルブ２の最も冷たい箇所に近い領域及び隣接するランプバルブ２の最も熱い箇所に近い領域は、実質的に１つの温度レベルにある。スリーブ５とランプバルブ２の表面との間にある温度勾配は、全体的に、ランプバルブ２の熱い領域から冷たい領域へのエネルギの流れを実現する。

本発明の効果は、熱撮像カメラ(thermal imaging camera)によって測定され得る。スリーブ５付きのＵＨＰランプ及びスリーブ５のないＵＨＰランプは、定常状態においては略々120Wの電力で動作される。図２は、図表でスリーブのない場合の温度勾配（点線）とスリーブ付きの場合の温度勾配（ブロック線）とを示している。ＵＨＰランプが水平位置にある状態、即ち、電極２２、２３が水平軸上にある状態で、頂部から底部まで記録された温度プロファイル（temperature profile）の位置が、Ｘ軸上の左から右へプロットされている。Ｙ軸上には温度値（℃）がプロットされている。

スリーブのない場合の温度表示（点線）は、略々907℃に決定された最も熱い箇所及び略々783℃に決定された最も冷たい箇所により略々124Kの温度差に帰する。

スリーブ５付きの場合の温度表示（ブロック線）は、略々887℃に決定された最も熱い箇所及び略々817℃に決定された最も冷たい箇所により略々70Kの温度差に帰する。

高圧ガス放電ランプ（ＵＨＰランプ）を縦断面図で概略的に示す。 スリーブ付きのＵＨＰランプの測定値と、スリーブのないＵＨＰランプの測定値とを示す。

Claims (9)

1. 少なくとも、ガス入り放電空間を密閉封止するランプバルブを有する高圧ガス放電ランプであって、前記ランプバルブが、前記高圧ガス放電ランプの所望の発光に直接的には役立たない領域を少なくとも１つ持ち、前記ランプバルブの材料より高い熱伝導率を持つ熱伝導材料が前記領域に設けられる高圧ガス放電ランプ。
2. 前記ランプがＵＨＰランプであることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
3. 前記熱伝導材料が、スリーブのような形状をしており、前記ランプバルブから略々500μm未満の距離のところ、より好ましくは、該ランプバルブから略々200μm未満の距離のところに配置されることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
4. 前記ランプバルブ及び前記熱伝導材料の互いに対応する表面が、形状、形状寸法及び／又は膨張に関して実質的に同一である又は類似していることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
5. 前記ランプバルブ及び前記熱伝導材料の互いに対応する表面が、形状、形状寸法及び／又は膨張に関して同一でない若しくは類似していない、又は部分的にしか同一でない若しくは類似していないことを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
6. 前記熱伝導材料が、前記ランプバルブ上に配置される被覆又はフォイルであることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
7. 前記熱伝導材料が、アルミニウム及び／又は銅を有することを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
8. 光源として、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の高圧ガス放電ランプを少なくとも１つ有する照明装置。
9. ＵＨＰランプである光源と、主反射器と、開口部を備える背面反射器とを備える照明装置であり、前記開口部が、前記主反射器に対向して位置しており、前記光源から出て来る光が、前記開口部を通して前記主反射器上に反射される照明装置であって、前記光源の中心が、前記背面反射器の焦点に位置しており、前記背面反射器が、前記ランプバルブ上に設けられることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。

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