(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、反射器と、アノード組立品内のガス充填用管状部材とを有している改良されたキセノン・アーク・ランプであって、
一本の棒状体からなるカソード支持支柱と、
前記一本の棒状体からなるカソード支持支柱の中央の両側の面を囲んで装着されるよう設けられている、カソード電極の一方の端部における中央に位置するスロットと、
前記中央に位置するスロットの両側の側面で当該中央に位置するスロットの内側に、前記一本の棒状体からなるカソード支持支柱を結合して、前記カソード電極と前記一本の棒状体からなるカソード支持支柱とにおける熱負荷が均等かつ対称的になり、動作時間中、前記カソード電極の先端のずれを制限するように設けられたろう付けの部分と、
を備えているキセノン・アーク・ランプ。
【請求項２】
請求項１に記載のキセノン・アーク・ランプにおいて、
前記カソードは、スロット付きの比較的大きい直径の部分と、前記アークの先端で終端する、より小さい直径の部分に向かって円錐状に縮径されながら延びる円錐状移行部とを備えていることを特徴とするキセノン・アーク・ランプ。
【請求項３】
請求項１に記載のキセノン・アーク・ランプにおいて、
前記一本の棒状体からなるカソード支持支柱と、スロットが設けられた前記カソードの端部とは、一つの取り付けカソード副組品を形成するようにパラジウム・コバルトろう付けにより一体に融合されていることを特徴とするキセノン・アーク・ランプ。
【請求項４】
請求項３に記載のキセノン・アーク・ランプにおいて、
窓フランジとサファイヤ製出力窓とをさらに有し、これらの窓フランジとサファイヤ製出力窓とは、前記取り付けカソード副組品と一体にろう付けされていることを特徴とするキセノン・アーク・ランプ。
【請求項５】
請求項３に記載のキセノン・アーク・ランプにおいて、
一つの本体ろう付け副組品を形成するように、全てが一体にろう付けされる銅チューブ製充填用管状部材と、コバール・スリーブと、セラミック製反射器本体と、アノード用フランジと、タングステン製アノードとをさらに有していることを特徴とするキセノン・アーク・ランプ。
【請求項６】
請求項５に記載のキセノン・アーク・ランプにおいて、
前記取り付けカソード副組品と、前記本体ろう付け副組品とは、一回のタングステン不活性ガス溶接で一体に溶接されていることを特徴とするキセノン・アーク・ランプ。
【請求項７】
９個からなる一組の構成部材を備え、これらの構成部材は、（ａ）出力窓と、（ｂ）前記出力窓を保持するための窓フランジと、（ｃ）カソード支持支柱と、（ｄ）前記カソード支持支柱に結合される、中央にスロットが設けられた端部を有するカソードと、（ｅ）前記窓フランジに結合される本体スリーブと、（ｆ）前記本体スリーブに取り付けられるガス充填用管状部材と、（ｇ）前記カソードを内部に収容して前記本体スリーブに結合される反射器本体と、（ｈ）前記反射器本体の底部に結合されるアノード用フランジと、（ｉ）前記アノード用フランジに支持されるアノードとされ、
前記カソード支持支柱および前記中央にスロットが設けられた端部を有するカソードは、前記カソードの一方の端部の中央に設けられた前記スロットにおいて、１回の両面のろう付けを通じて一体に結合され、
前記出力窓および前記窓フランジは、前記カソード支持支柱ならびに前記中央にスロットが設けられた端部を有するカソードと一体にろう付けされ、
前記本体スリーブと、前記ガス充填用管状部材と、前記反射器本体と、前記アノード用フランジとは、１回のろう付けにより融合され、
ろう付けにより一体に結合された前記出力窓、前記窓フランジ、前記カソード支持支柱、および前記中央にスロットが設けられた端部を有するカソードは、ろう付けにより融合された前記本体スリーブ、前記ガス充填用管状部材、前記反射器本体、および前記アノード用フランジに、１回でＴＩＧ溶接されて、
完成されたキセノン・アーク・ランプの製品とされていることを特徴とするキセノン・アーク・ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク・ランプ一般に関し、特にキセノン・アーク・ランプの製造コストを低減するのに用いられて好適な構成部材および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ショート・アーク・ランプは、反射器で光を収集することができる強力な点光源で、医療用内視鏡、計装およびビデオ映写の分野の種々の用途のためのものである。また、ショート・アーク・ランプは、例えば、ジェット・エンジンの内部を検査する際に、工業用内視鏡でも使用される。さらに最近になって、カラー・テレビ受像機システムおよび歯科治療の分野でも使用されるようになってきている。
【０００３】
典型的なショート・アーク・ランプというのは、アノードと、数気圧のキセノン・ガスを含有したシリンダ状の密封された凹形状のチャンバの縦軸に沿って位置する先端の尖ったカソードとを備えている。１９９８年２月２４日付けでロイ・Ｄ・ロバーツ（Roy D. Roberts）に付与された特許の米国特許第５，７２１，４６５号明細書には、このような通常のショート・アーク・ランプが開示されている。（カルフォルニア州サニーベール所在の）ＩＬＣテクノロジー社が市販しているＣＥＲＭＡＸ（商標）のような通常のキセノン・アーク・ランプは、ランプの軸に同心に、アノードと対向してカソード電極を保持する３本足の支柱システムを有している。
【０００４】
大電力キセノン・アーク・ランプを製造する際には、高価で極めて特殊な材料、精巧な製造手順、溶接手順およびろう付け手順が関係してくる。多数のキセノン・アーク・ランプが製造され、市販されているので、材料費を節約し、および／または組立手順を簡略化することが機会ある毎に追求されている。市場においては、安い製造コストで製品を作ることができるメーカーが競争に打ち勝つことになる。
【０００５】
例えば、図１のＣＥＲＭＡＸ型のアーク・ランプ１００（以下ランプとのみ称する場合もある）は、市場で販売されている通常のタイプのアーク・ランプである。ランプ１００の製造コストにおいて、材料費および人件費が１００ドルのうちの大部分を占める。全製造コストが、小売り価格の最低価格を決めることになる。それ故、販売することができる生産量は、小売りの際の高値により制約を受ける。ランプ１００は、従来のタイプのものであり、サファイヤ製の窓１０４上のオプティカルコーティング１０２、窓シェル用フランジ１０６、本体スリーブ１０８、一組のフランジ１１０，１１２、３つの部分からなる支柱組立品１１４、２パーセントのトリアを含むタングステン製カソード１１６、アルミナ磁器製の楕円反射器１１８（本明細書中、単に反射器、ないしは反射器本体と称する場合もある）、金属製のシェル１２０、銅アノード基部１２２、基部支持リング１２４、タングステン製アノード１２６、ガス用管式部材１２８、および充填されるキセノン・ガス１３０を有している。これらすべては、いくつかの別々のろう付け作業により一体にろう付けされる。
【０００６】
本発明者であるロバーツおよびマニング（Manning）は、支持支柱のいずれか一方の側に取り付けられているカソード電極において、末端のアーク端部が、動作中にアノードの一方の側に向かって湾曲するのを発見した。動作中に、カソード電極の位置を安定させるための構成ならびに方法が必要とされた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の事情に鑑み、本発明の一つの目的は、従来の構成よりも製造するためのコストがかからないセラミック製キセノン・ランプを提供することである。
【０００８】
本発明のもう一つの目的は、より高価な従来の構成と同じように動作する、コストの低いセラミック製キセノン・ランプを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
端的に、アーク・ランプは、一方の縁部から他方の縁部まで延びる一本のカソード支持支柱を備えており、このカソード支持支柱上に、カソードがその端部のスロットにおいて装着されている。かくして、動作時間中に組立品上に熱負荷が対称的に加わり、アークの先端の、アノードの中心からのずれが事実上解消される。９個の構成部材が、僅か３回のろう付けと１回のＴＩＧ溶接で一体に組み立てられ、完成品になる。アノード組立品は、２回の工程ではなく、１回の工程で本体の小組立品の残りの部分にろう付けされる。一本の棒状体からなるカソード支持支柱（カソード支持棒状体）は、１回の工程で一体にろう付けされる。窓フランジおよびサファイヤ製出力窓は、装着カソードろう付け工程において、支柱をろう付けする支柱ろう付け工程の生成物と一体にろう付けされる。銅チューブ製充填用管式部材（単に管式部材とのみ称する場合もある）、コバール（ｋｏｖａｒ）・スリーブ、セラミック製反射器本体、アノード用フランジ、およびタングステン製アノードは、「本体ろう付け」工程で、すべて一体にろう付けされる。装着カソードろう付け工程の生成物、および本体ろう付け工程の生成物は、最終溶接工程で、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ：ｔｕｎｇｓｔｅｎ−ｉｎｅｒｔ−ｇａｓ）溶接で一体とされる。キセノン・ガスを充填し、管式部材を挟んでつまみ取れば、ランプが完成する。
【００１０】
本発明の一つの利点は、従来の構成および方法と比較して、製造するためのコストがかからないセラミック製アーク・ランプが得られることである。
【００１１】
本発明の他の利点は、簡単な構成のセラミック製アーク・ランプが得られることである。
【００１２】
本発明のさらに他の利点は、一本の棒状体からなるカソード支持支柱を有するセラミック製アーク・ランプが得られることである。
【００１３】
本発明のさらにもう一つの利点は、小組立品の数が少なくてすむセラミック製アーク・ランプを提供することである。
【００１４】
添付の図面に示す好適な実施形態の以下の詳細な説明を読めば、当業者なら、必ず本発明の上記および他の目的および利点を理解することができるだろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明に係るキセノン・ショート・アーク・ランプの実施形態を示す図である。符号２００は、本明細書においては本発明の一実施形態によるキセノン・ショート・アーク・ランプ（本明細書中、単にランプとのみ称する場合もある）を示す。このランプ２００は、傾斜ホット・ミラー組立品２０１を備え、この傾斜ホット・ミラー組立品２０１は、保持リング２０２と、１０度傾斜されたカラー２０４と、青色フィルタ２０６と、ホット・ミラー２０８と、リング・ハウジング２１０とを有している。リング・ハウジング２１０内の１０度傾斜されたランド２１２は、１０度傾斜されたカラー２０４の向きと整合している。上記傾斜ホット・ミラー組立品２０１は、ランプ２００の残りの部分と一緒にいつも使用されるわけではない。
【００１６】
ランプ２００は、リング・フレーム２１６内に設置されているサファイヤ製窓２１４（出力窓）を有している。サファイヤ製窓２１４と一緒に任意のフィルタ・コーティングを使用する場合には、このようなコーティングは内側に面している。一本の棒状支柱２１８（カソード支持棒状体、カソード支持支柱）（あるいは本明細書中、単に支柱とのみ称する場合もある）は、リング・フレーム２１６（窓フランジ）の底部上の互いに対向し合う地点に取り付けられている。カソード２２０は、先端の尖ったアーク放電端部と反対の側にスロット付きの端部を有している。支柱２１８は、カソード２２０のスロット内にろう付けされている。本体スリーブ２２２は、銅のチューブでできているキセノンで充填された管式部材２２４（ガス充填用管式部材、あるいは単に充填用管式部材）を有している。キセノン・ガス２２６が、アノード基部を通して導入される図１の従来技術と比較すると、この点が対照的である。キセノン・ガスは、最終的に組立てられた後、またすべてのろう付けが完了した後で、ランプ２００内に注入される。セラミック製の反射器２２８（本明細書中、楕円の反射面を有する楕円反射器、あるいは反射器本体と称する場合もある）は、本発明に係る一実施形態において、歯科用装置で使用された０．７５インチの直径のものが用いられた。アノード用フランジ２３０は、セラミック製反射器２２８の平らな底部に直接ろう付けされ、タングステン製アノード２３２に同軸に整合されている。
【００１７】
それ故、従来のＣＥＲＭＡＸ型のアーク・ランプと比較すると、ランプ２００は、部品点数が少なくてすみ、高価な材料の使用量が少なくてすみ、工具類がより簡単なものですみ、組立て工程の数も少なくてすむ。
【００１８】
表Ｉおよび表ＩＩは、類似のＣＥＲＭＡＸ型のランプの製造コストとの比較を示す。表Ｉは、ランプ１００（図１）の１９９９年における構成部材コストを示すもので、比較する目的で、ランプ１００に直接かかったコストが全部で１００になるように正規化されている。表ＩＩには、ランプ２００の構成部材コストが、ランプ１００の全直接コストの百分率で示されている。
【表１】
0003672535.tif 000002
【００１９】
ランプ２００の構成部材の数は、ランプ１００と比較すると６個少ない。表Ｉおよび表ＩＩは、人件費が５９％低減したことを示している。材料コストの削減は６２％である。全体の削減は、３０％以上である。
【表２】
0003672535.tif 000003
【００２０】
人件費がこのように劇的に削減できた主な理由は、ランプ２００の組立てが、自動化大量生産技術に非常に向いているからである。特に、支柱組立品に違いがある。
【００２１】
図３は、本発明に係るキセノン・ショート・アーク・ランプ組立品の実施形態を示す図であって、本明細書においては、このキセノン・ショート・アーク・ランプ組立品を符号３００で示す。ランプ組立品３００は、保持リング３０２と、１０度傾斜された頂部カラー３０４と、青色フィルタ３０６と、ホット・ミラー３０８と、およびリング・ハウジング３１０とを有している。リング・ハウジング３１０内の１０度傾斜された底部カラー３１２は、頂部カラー３０４の向きと整合している。ランプ組立品３００は、さらに、リング・フレーム３１６内に設置されているサファイヤ製窓３１４（出力窓）を有している。一本の棒状の支柱３１８は、リング・フレーム３１６の底部上の対向点に取り付けられていて、カソード３２０を支持している。本体スリーブ３２２には、図３では、つまみ取られ密封された状態で示されているキセノン充填用の管式部材３２４が嵌合されている。キセノン・ガス雰囲気３２６は、セラミック製の反射器３２８内に封入されている。アノード用フランジ３３０は、セラミック製反射器３２８の平らな底端部に直接ろう付けされていて、タングステン製アノード３３２を支持している。
【００２２】
作業中、一組のアルミニウム製ヒートシンク３３４，３３６が取り付けられる。ヒートシンク３３６は、金属製本体スリーブ３２２に適合するような外形状に形成され、さらに、挟み取られた後のキセノン・ガス充填用の管式部材３２４が取り除かれるように解放される必要がある。後部ヒートシンク３３４の外形状は、アノード用フランジ３３０およびタングステン製アノード３３２の周囲に嵌合するように形成されている。また、このようなヒートシンクは、そのままで、それぞれカソード３２０およびアノード３３２へのしっかりとした接続を提供し、簡易な電気的接続端子点となっている。
【００２３】
ヒートシンク３３６は、フランジ縁部３４０内に係止された分割円形バネ保持部３３８を内蔵させることにより、リング・ハウジング３１０の保持に供されるように用いることができる。
【００２４】
図４は、アルミニウム製リング・ハウジング４０２を備える傾斜ホット・ミラー組立品４００を示す。外部縁部４０４は、ヒートシンクと接触し、リング・ハウジング４０２がランプと光学的に直線になるようにするためのものである。内部縁部４０６は、頂部カラーと底部カラーとに相当する一組の１０°リング楔４０８，４１０をスナップ・リング４１２の内側に保持するのに役立っている。青色フィルタ４１４およびホット・ミラー４１６は、１０度リング楔４０８と４１０との間に保持されている。隙間パッド４１８によって、青色フィルタ４１４とホット・ミラー４１６とが分離されている。青色フィルタ４１４およびホット・ミラー４１６の組合わせによる光学的な通過帯域幅は、４４０〜５２５ｎｍの光の波長となるのが好ましい。
【００２５】
図５は、窓フランジ５０２と、サファイヤ製窓５０４と、モリブデン製支柱５０６と、およびタングステン製カソード５０８とを備えて成る装着支柱組立品５００を示す。ゲッター５１０は、支柱５０６の一方の腕部にスポット溶接されている。ろう付け５１２によって、支柱−カソード小組立品が窓フランジ５０２に取り付けられ、同じように、ろう付け５１４によって窓５０４が取り付けられている。ゲッター５１０は、ランプが密封された後の作業の間、残留ガスの汚染物質を捕捉するのに供される。
【００２６】
図６は、図１〜図５の小型キセノン・アーク・ランプの製造方法を示す図であって、本明細書においては、斯かる製造方法を符号６００で示す。モリブデンから形成された一本の棒状体からなるカソード支持支柱６０２と、タングステン製カソード６０４とは、工程６０６（支柱ろう付け工程）において一体にろう付けされる。例えば、パラジウム・コバルトろう付けを行なうことによって、よい結果がもたらされた。窓フランジ６０８および窓６１０は、装着カソードろう付け工程６１２において、支柱ろう付け工程６０６の生成物と一体にろう付けされる。例えば、５０／５０銀ろう付けを行なうことによって、よい結果がもたらされた。銅チューブ製充填用管式部材６１４と、コバール・スリーブ６１６と、セラミック製反射器本体６１８と、アノード用フランジ６２０と、タングステン製アノード６２２とは、すべて、「本体ろう付け」工程６２４において、一体にろう付けされる。例えば、ｃｕｓｉｌろう付けを行なうことによって、良い結果がもたらされた。装着カソードろう付け工程６１２の生成物、および本体ろう付け工程６２４の生成物は、最終溶接工程６２６において、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）で一体に溶接される。キセノン・ガスをランプ内に充填させ、さらに、例えば、挟み取り部６２８になるように管式部材を挟んで摘み取ることによりランプ６２７が完成する。焦点６３０は、ランプ出力窓の付近に位置する。
【００２７】
直径が約０．７５インチの反射器を有してなるこのような一つのランプ６２７は、１５０ワットの動作電力量を有していた。概して、本発明に係る実施形態によれば、用いられる部品数が少なくてすみ、必要とされるろう付け−溶接組立て工程の数が少なくてすむ。図６は、例を用いてこれらの点を明確に示すためのものである。従来技術と比較すると、ランプ６２７の場合、３回のろう付けと１回の溶接ですむし、部品が９個しかない。（カリフォルニア州サニーベール所在の）ＩＬＣテクノロジー社が製造した同じ入力電力を有する類似のコストの安いランプの場合には、ろう付けを６回しなければならなかったし、ＴＩＧ溶接を２回行わなければならなかった。このような従来技術のランプは、１５個の部品を使用している。かくして、部品点数および製造工程が少なくなったことによって、類似の電力のアーク・ランプの直接製造コストが劇的に低減される。
【００２８】
図７は、本発明に係るカソード支柱システムの実施形態を示し、本明細書においては、このカソード支柱システムを符号７００で示す。カソード支柱システム７００は、セラミック製ランプ本体７０４の内側に、対向する両端部でろう付けされるモリブデン製支柱７０２を有している。サファイヤ製窓７０６は、頂部に封止されている。タングステン製カソード電極７０７は、支柱７０２の中央部の両側の側面上を滑る中央部のスロット７０８を有し、適切な位置にろう付けされている。比較的厚く、比較的大きい直径の部分７１０は、この直径７１０の部分に比べてより薄く、より小さな直径の部分７１４に向かって漸次縮径される円錐状移行部７１２を介して細くなっている。先端７１６は、ギャップを隔てて、アノード電極７１８に対向する位置に設けられている。
【００２９】
支柱７０２上にカソード７０７を装着するのに、このようにスロット７０８を用いることによって、作業中、すべての部品において、熱および熱応力による負荷が、より均等に、より対称的に加わる結果となる。５００時間使用した後でも、本発明の実施形態による試作品は、カソードの先端が最小限度しかずれなかった。
【００３０】
好ましい実施形態を参照しながらこれまで本発明を説明してきたが、ここに開示された内容は、本発明を制限するものと解釈すべきでないことを理解されたい。開示内容を読めば、当業者であれば、種々の変更および修正を必ずや思い付くことができるだろう。従って、記載された請求項の範囲は、請求項から導かれる発明の観点と思想を有するすべての変更および修正を含むものと解釈されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術によるＣＥＲＭＡＸ型のアーク・ランプの分解組立図である。
【図２】  本発明による一実施形態を示す図であって、ＣＥＲＭＡＸ型のアーク・ランプの分解組立図である。
【図３】  本発明による一実施形態を示す図であって、キセノン・ショート・アーク・ランプ組立品の断面図である。
【図４】  傾斜ホット・ミラー組立品の断面図である。
【図５】  装着支柱組立品の断面図である。
【図６】  図１〜図５の小型キセノン・アーク・ランプの製造方法のフローチャートである。
【図７】  本発明による一実施形態を示す図であってカソード支柱システムの分解図である。
【符号の説明】
２００，３００・・・ランプ（キセノン・アーク・ランプ）
２１４，３１４，５０４・・・サファイヤ製窓（出力窓）
６１０・・・窓（出力窓）
２１６，３１６，５０２，６０８・・・リング・フレーム（窓フランジ）
２１８，３１８，５０６，６０２・・・支柱（カソード支持支柱、カソード支持棒状体）
２２０，３２０，５０８，６０４・・・カソード（カソード電極）
２２２，３２２・・・本体スリーブ（コバール・スリーブ）
２２４，３２４・・・管式部材（銅チューブ製充填用管式部材）
２２８，３２８・・・反射器（反射器本体）
６１８・・・セラミック製反射器本体
２３０，３３０，６２０・・・アノード用フランジ
２３２，３３２，６２２・・・アノード
６０６・・・支柱ろう付け工程
６１２・・・装着カソードろう付け工程
６２４・・・本体ろう付け工程
６２６・・・最終溶接工程
【図１】
0003672535.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003672535.tif 000009
【図７】
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