(57)【要約】広帯域出力高パワーパルスフラッシュランプは多くの応用において有用であり、特定の最適化において優れた紫外線（ＵＶ）光源と成り得、それは特に光学的材料処理用途において有用である。高エネルギー光パルスの生成に伴う複数の要因が場合によっては紫外線ランプの動作に悪影響を及ぼし、その結果ランプ外囲器に微小クラックが生じ、それによりランプの寿命が短くなることがある。同様の要因はランプ部品によるＵＶ放射の吸収の増大およびランプ効率の低下の原因となる。本発明は例えば多くの大規模光処理用途において要求されるような、新たな世代の高パワー高性能を可能とする新しいパルスフラッシュランプ設計を記載する。本発明は独自の仕方で効果的に微小クラックや破損の発生を低減し、劇的に改善された電気的効率とランプの光学性能および耐用年数の安定をもたらす。【選択図】図１
2009506504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプであって、
放射透過性の材料と、内側ランプチューブ表面と、外側ランプチューブ表面と、第１のランプチューブ端と第２のランプチューブ端とを有するランプチューブと、
前記ランプチューブ内に存する気体と、
少なくとも１つの電極であって、少なくとも部分的に前記ランプチューブ内に存し、そこから前記電極は前記気体内に放電を発し、前記放電は方向を有しかつ前記放電はプラズマチャネルを生成する電極と、を有するランプにおいて、前記ランプは、
パワー負荷に起因する力への耐性を与える手段、
ランプの剛性および強度を高める手段、
チューブの共振振動を防止する手段、
前記ランプチューブ内の応力負荷を低減する手段、
前記ランプチューブに加わる軸方向圧縮力を制限する手段、
衝撃波を吸収および／または抑制および／または方向変更する手段、
のうちの少なくとも１つを更に有するランプ。
【請求項２】
請求項１記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプにおいて、前記ランプチューブは更に代替のランプチューブ設計を有し、該代替ランプチューブ設計は、
前記内側表面または前記外側表面はリブを更に有し、前記リブの少なくとも１つは、長手方向リブ、リングリブ、螺旋リブ、外表面リブ、環状リングリブおよび不連続リブからなるリブ種類の群から選択されること、
前記内側表面または前記外側表面は凸部を更に有すること、
前記内側表面と前記外側表面は凹部を更に有し、前記凹部の少なくとも１つは、長手方向凹部、リング凹部、螺旋凹部、外表面凹部、環状リング凹部および不連続凹部からなる凹部種類の群から選択されること、
前記ランプチューブは、円形、非円形、楕円形、長円形、三角形、四角形、多角形、丸い角を有する多角形および菱形からなる断面群から選択された断面を有すること、
前記ランプチューブは長手方向に捩られていること、
前記チューブは波状の表面を有すること、
のうちの少なくとも１つを有するランプ。
【請求項３】
請求項１記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプにおいて、
少なくとも１つの第２のチューブであって、前記ランプチューブは前記第２のチューブの少なくとも一部の内側にあり、即ち前記第２のチューブは前記ランプチューブの少なくとも一部の上側にあり、前記第２のチューブは内側第２チューブ表面と外側第２チューブ表面とを有するチューブと、
前記ランプチューブと前記第２のチューブとの間のチャネルと、を更に有するランプ。
【請求項４】
前記第２のチューブは前記少なくとも１つの電極の少なくとも一部を取り囲む、請求項３記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項５】
前記内側第２チューブ表面はリブを有し、前記リブは少なくとも１つの位置において前記外側ランプチューブ表面に近接または接触する、請求項３記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項６】
前記外側ランプチューブ表面はリブを有し、前記リブは少なくとも１つの位置において前記内側第２チューブ表面に近接または接触する、請求項３記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項７】
前記内側第２チューブ表面は、長手方向リブ、リングリブ、螺旋リブ、外表面リブ、環状リングリブ、不連続リブ、長手方向凹部、リング凹部、螺旋凹部、外表面凹部、環状リング凹部、不連続凹部および凸部のうちの少なくとも１つを有する、請求項３記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項８】
前記ランプチューブ及び前記第２のチューブの各々は、螺旋リブを有し、前記ランプチューブの前記螺旋リブおよび前記第２のチューブの螺旋リブはそれぞれ同方向に螺行するか、または異なる方向に螺行している、請求項３記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項９】
前記ランプチューブまたは前記第２のチューブはリブを有し、前記リブは前記ランプチューブと前記第２のチューブとの間の少なくとも部分的な接触を提供する、請求項３記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項１０】
スペーサを有し、前記ランプチューブおよび前記第２のチューブは前記スペーサによって少なくとも所々で接続され、前記スペーサは前記ランプチューブの少なくとも一箇所における径方向圧縮または前記ランプチューブの少なくとも一箇所における軸方向圧縮の少なくとも一方を媒介する、請求項３記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項１１】
前記スペーサは弾性体である、請求項１０記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項１２】
前記スペーサはプレストレスを与えられているか、あるいは可撓性であるかの少なくとも一方である、請求項１０記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項１３】
前記第２のチューブから前記ランプチューブに圧縮を伝達する要素を有する、請求項３記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項１４】
前記要素は前記ランプチューブを前記第２のチューブ内で中心合わせする中心合わせ手段を更に有する、請求項１４記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項１５】
前記チャネルは冷却剤を更に有し、前記冷却剤は加圧されている、請求項３記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項１６】
前記冷却剤は少なくとも２バールに加圧されている、請求項１５記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項１７】
衝撃吸収手段を更に有し、前記衝撃吸収手段は前記ランプチューブ内に存する、請求項１記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項１８】
請求項１記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプにおいて、前記電極は、
頭部、
中間部、および
尾部、を有し、
前記頭部は前記中間部と接続可能であるかまたは接続されており、かつ前記中間部は前記尾部と接続可能であるかまたは接続されており、前記電極は前記ランプチューブ内の中心に位置しており、前記電極の前記中間部は前記電極の前記頭部よりも小さな周を有し、その結果、前記中間部と前記ランプチューブの間の環状空間は前記頭部と前記ランプチューブの間よりも大きくなり、前記環状空間内に前記気体が存在する、ランプ。
【請求項１９】
前記環状空間の少なくとも一部は衝撃吸収手段を備える、請求項１８記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項２０】
前記第１のランプチューブ端または前記第２のランプチューブ端の少なくとも一方は、径方向、軸方向またはそれら両方向に傾斜した外側面取り部または内側面取り部を有する、請求項１記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項２１】
請求項２０記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプにおいて、衝撃波消散および方向変更手段を有し、前記衝撃波消散および方向変更手段は前記第１のランプチューブ端と前記第２のランプチューブ端の少なくとも一方と接し、石英またはガラスと冷却剤の中間の密度を有する材料からなる、ランプ。
【請求項２２】
ランプ端部ホルダを更に有し、前記ホルダは熱膨張および／または高エネルギーパルスの作用時にランプの滑動を許容する、請求項１記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項２３】
請求項１記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプであって、
接地電流帰還手段を更に有し、前記接地電流帰還手段は電流方向が前記プラズマチャネルと逆でかつプラズマチャネルと同軸であり、前記接地電流帰還手段は予め決められた距離に位置し、前記予め決められた距離は、プラズマの空間配置、プラズマ電流の断面形状、前記内側表面に対するプラズマの近接性、プラズマ電流の大きさ、プラズマ温度、プラズマ電流の電子密度および分光出力からなる一群の因子から選択された少なくとも１つの因子を最適化する、ランプ。
【請求項２４】
前記接地電流帰還手段は、外部の金属導体の対称な列、または平行な導体の放射状の列である、請求項２３記載のパルス広帯域および／または紫外線（ＰＵＶ）ランプ。
【請求項２５】
パルスフラッシュランプであって、
内側ランプチューブ表面と、外側ランプチューブ表面と、第１のランプチューブ端と第２のランプチューブ端とを有する放射透過性の材料からなるランプチューブと、
前記ランプチューブ内に存する気体と、
少なくとも２つの電極であって、少なくとも部分的に前記ランプチューブ内に存し、前記少なくとも２つの電極間の電流が前記気体内に放電を作り出し、前記放電は方向を有するような電極と、
少なくとも１つの第２のチューブであって、前記ランプチューブは前記第２のチューブの少なくとも一部の内側にあり、即ち前記第２のチューブは前記ランプチューブの少なくとも一部の上側にあり、かつ前記第２のチューブは内側第２チューブ表面と外側第２チューブ表面とを有するような第２のチューブと、
前記ランプチューブと前記第２チューブとの間のチャネルと、を有するパルスフラッシュランプであって、前記パルスフラッシュランプは更に、
複数パルスのパワー負荷に起因する力への耐性を与える手段、
ランプの剛性および強度を高める手段、
チューブの共振振動を防止する手段、
前記ランプチューブ内の応力負荷を低減する手段、
前記ランプチューブに加わる軸方向圧縮力を制限する手段、
衝撃波を吸収および／または抑制および／または方向変更する手段、
のうちの少なくとも１つを更に有するランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
−関連出願−
本特許出願は２００５年８月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／７１０，８６６号に基づく優先権を主張するものであり、そのすべてを茲に引用によって援用する。
【０００２】
本発明は高性能で非常に高パワー（ピークおよび平均）のパルス広帯域光を生成するように設計されたパルスフラッシュランプ（pulsed flash lamp）、およびパルス紫外線（ＰＵＶ）光を生成するランプに関するものである。特に本発明はランプの劣化および破損を低減し、ランプ冷却の改善と所望の分光発光帯域の電力対光出力効率の改善をもたらすランプ設計に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
高パワーフラッシュランプのシステム設計は一般的に以下の要素を含むことが知られている、即ち、１）所望の分光発光帯域に対する十分な透過性を持った管状材料（例えば紫外線発光に対しては、ＵＶグレード石英）からなり、キセノン、クリプトンその他適宜の１種または複数種の気体を充填されたランプ外囲器（lamp envelope）、即ちランプチューブ、２）チューブの両端に配置され、高電圧源に接続されて気体内に放電を生じさせる電極、３）適宜の透明材料からなる周囲ジャケットであって、ランプ外囲器の周囲を取り囲み、ランプの外表面と該ジャケットの内表面との間に冷却流体（気体または液体）が循環する容積を与える周囲ジャケット、即ち第２チューブ、これらである。この冷却流体はランプ動作中に発生した過剰な熱を除去する。
【０００４】
パルスフラッシュランプを動作させる態様および方法は多くのものが知られているが、高パワーのパルスランプを動作させるために、なんらかの方式で３つの典型的動作モード、即ち点弧モード（ignition mode）、シマーモード（simmer mode：低電力モード）およびパルスモード（pulse mode）含むことが最も一般的である。点弧モードは特別なイグナイタ（点弧子）によりチューブ内で気体の最初のイオン化を行う。シマー（スタンバイ）モードはチューブ内に一定の低レベルで気体のイオン化を維持する小電流によって提供される。パルスモードはチューブ内における短期の高ピークかつ高電圧の放電によって実施され、該放電の持続時間はマイクロ秒乃至ミリ秒であって、かつ１乃至数百メガワットのピークパワーを与える。
【０００５】
増大したＵＶ処理パワーの新たな用途によって増えつつある需要により、多くの事例において、本発明以前の世代のＰＵＶランプの能力を超えて大幅に改善されたフラッシュランプ性能が求められて来ている。従来のパルスランプ設計と比較して、この新世代の高パワー高性能パルスランプは遙かに長い陽極−陰極間隔の長さ（例えば３倍以上）と、それに伴うランプの長さ、重量およびアスペクト比のプロファイルの増加、によって物理的に特徴づけられる。従来のパルスランプ設計と比較して、この新世代の高パワー高性能パルスランプはより大きな電流（ピークおよび／または平均の大きさ）、より長いアーク長（陽極−陰極間隔）およびより高い要求動作電圧、によって電気的に特徴づけられる。既存世代のいわゆる中−高パワーフラッシュランプを越えてパワーおよび性能の両方を拡張する為には、新たな方法および設計が必要とされている。例えば、大規模な水の消毒および改質は、旧世代のＰＵＶランプには欠けている用途のまさに一例であり、当業界において旧世代のＰＵＶランプはこの課題に対して全般的に適してないと考えられている。新世代の高パワー高性能パルス紫外線ランプが求められており、かつそれは有用なものでもある。ＵＶ光は広範囲の目的病原体を効率的に消毒する。塩素などの化学的消毒とは極めて対照的に、ＵＶ光は水の味や臭い、安全性に悪影響を与えることなく消毒を行うことが可能であり、かつクリプトスポリジウム・パルブムのような原生動物に対して特に効果的である。更に、パルスＵＶシステムは特に、ランプおよび／または周囲温度が変化しても一定のＵＶ光出力効率を好適に与えることができ、また瞬時にＵＶパワーを「オン」「オフ」に切り替え、ゼロから１００％の間を通じて瞬時に可変で正確なレベルのＵＶパワー出力を与えることができる。ＰＵＶランプは、従来の連続波（ＣＷ）中圧力ＵＶランプの特徴であった有害な水銀や、ランプ外囲器が高温高圧となることに起因する爆発の可能性と無縁に、上記のことを行うことができることが重要である。更に、ＣＷ水銀ランプは（とりわけ）熱勾配によって引き起こされるランプ冷却ジャケットの汚れ（無機物の吸着）による性能劣化という固有の問題を有している。従って、大規模なＵＶ処理用途の要求を満たす能力を有するパルスＵＶシステムを作り出すことは有用である。
【０００６】
当業者には、前の世代のＰＵＶランプは非常に魅力的な有用性や利点を有してはいるが、大規模な配備には成功しておらず、研究室での研究および／または比較的低パワーのニッチ用途に限定されていることが知られている。既知の問題としては、許容しがたいほど短い耐用寿命、競争力に欠ける電力対光出力効率、一定しないＵＶ出力、および目的用途にあまり適合しないＵＶ分光出力および電力出力がある。文献によれば、ランプの耐用寿命は、急速に低下するＵＶ出力、動作を劣化させそして早期に停止させるランプの過度の経年劣化、および／またはランプ外囲器材料の破滅的な破損、の１つまたはそれ以上の組み合わせにより限界づけられることが示されている。電力対ＵＶ出力効率は５％乃至９％であり、これは一般的なＣＷ水銀ＵＶランプのおよその実際的な範囲である１７％乃至３５％に比較して劣っている。以前の世代のＰＵＶランプのＵＶ出力は、高出力パワーを目指し、ついに成功しなかった試みに対して、次第に見合わない（パルス毎のエネルギーおよび分光特性に関して）ものになってしまった。
【０００７】
これら限界となる問題の第１の原因は、ランプの設計もパルスパワー供給の設計も共に、比較的低性能なシステムにおいて何十年もの間用いられてきた従来のフラッシュランプ技術と本質的な違いがないことである。従来技術を徹底的に調べることにより、技術を今日ある種の用途で望ましいとされている性能およびパワーレベルに合わせることを可能にするような、標準的なパルスランプ設計からの新たな脱却がなされていないことがあきらかになった。実際、最近の高度化した性能基準を満たさないパルスランプシステムの設計は、伝統的に用いられてきたより小さく、要求の低い、低性能なシステムの設計と本質的に同一である。
【０００８】
当業者は、パルスフラッシュランプを設計し駆動するための様々な標準的技術に関する、長らく確立されている一連の知見を持っている。これらの技術はこれらの設計が取り入れられてきた確立された用途の幅広い基盤の中ではうまく行く傾向があるが、より要求の高いクラスの非常に高パワーなＰＵＶランプにおいてこれらの標準的な設計および方法を単に拡張するだけでは、課題に対して力不足であることが証明された、ということは今や周知である。
【０００９】
非常に高パワーのパルスＵＶランプの潜在的な有用性を実現するためには、この技術を可能とする新規で独自のランプ設計を創造し、それによって完全に新しい世代のより高能力で高性能なパルスランプを発明することが必要である。より低性能かつ低パワーの旧世代フラッシュランプではこの課題に対して不十分であり、本発明は必要とされる解決手段を提供するものである。
【００１０】
複数の原因により、この新世代の高性能パルスランプは潜在的に有害な応力を受ける可能性がある。例えば、圧縮および引張により生ずる応力、熱膨張および収縮によって生ずる応力、引き起こされた変形、非対称な加熱およびランプ外囲器の曲げによって起こる外囲器の変形の結果生ずる引張応力、および共振振動、これらである。
【００１１】
例えば、パルスフラッシュランプの典型的な特徴として、主電流パルスの開始と共に始まる放電は、薄い陰極シース（sheath）（陰極「発光（glow）」、負グロー（negative glow）およびいわゆる「暗部（dark space）」）および陽極と陰極との間の空間の大部分を占める陽光柱（positive column）からなる。ランプ圧力が高い場合には、この陰極シースは１ミクロン以下の厚さであるが、電圧、印加電圧及びおよそ１５０ボルト程の、電流に依存しない電圧降下を有している。このシースの厚さは微小なため、シースによって消散されるパワーは小さいが、単位体積あたりで消散されるパワーは非常に高い。その結果、瞬間的に高い温度および圧力が生じ、その後強い衝撃波が形成される。この初期の強い衝撃波は数ミリメートル以内で減衰し、そのエネルギーの多くの部分はランプ外囲器を含む電極周囲の領域に蓄積される。その後、陽極−陰極間の主コラム内に蓄積される主パルスのパワーは内部空間の長さに沿ってプラズマを急速に加熱し、それにより外囲器の壁に向かって進み、非常に高い音響周波数（≒１００ｋＨｚ）で何度か反射し振動する円柱状の衝撃波を生じさせる。
【００１２】
理論的計算およびパルスフラッシュランプの動作から得た経験的データによれば、非常に高いパワーのパルスはランプ材料に圧縮および引張応力を生じさせる強い力を生じさせる可能性がある。特に、高パワーパルスは気体の加熱および圧力の増大、軸方向および径方向の力、そしてガスとチューブ壁中を進む衝撃波を生じさせる。その結果、１）軸方向の衝撃波は気体と外囲器中を伝搬しチューブ端部で完全にまたは部分的に反射して、一連の複数の反射波を生じさせ、これらが干渉して定在波と外囲器壁内の応力ポイントとを作り出し、２）径方向の衝撃波は気体、外囲器壁、冷却流体、冷却ジャケット中を伝搬し、異なる性質の材料間の境界を経て完全にまたは部分的に反射し、定在波と外囲器壁内の様々な応力ポイントとを作り出す。
【００１３】
急速なパルス状の気体加熱はランプ外囲器の内側の層に過渡的な熱負荷を生じさせるが、この加熱により熱膨張および熱収縮に起因する応力が生ずる。外囲器の外側層は外側を流れる冷却液により冷却され、その結果チューブ壁内に温度勾配が生じ、また外囲器の外側層内に更なるパルス状の引張応力が生ずる。
【００１４】
外囲器の材料内の変形は、高いピーク内部圧力が外囲器内側層の加熱および軟化と組合わさることによって生ずる。熱伝導性の石英またはガラスを急速に冷却すると変形した材料が硬化し、外囲器内側層内の圧縮応力および外側層内の引張応力を生じさせる。この効果は、大砲の砲身の処理方法（オートフレッタージ：自己緊縮）において知られている、高い内部流体圧力が砲撃時の砲身の抵抗力を強化する場合と類似している。それぞれの短パルス間の非常に小さい変化が蓄積して、チューブ外側層に十分な引張応力を生じさせ、またチューブの伸張や屈曲を生じさせる場合がある。これらは膨張側に加わる引張応力の更なる原因となり得る。
【００１５】
電流に起因する強い電磁場がプラズマや外部のランプ配線から発生し、かつこれは設計によっては周囲の部品配置の影響も受けるが、この電磁場がプラズマフィラメントを、ランプの軸から遠ざかる外囲器壁の一方側に向かって、非対称に移動させることがある。これにより、外囲器の非対称な加熱および変形が生じ得る。複数のパルスによる変形と応力の蓄積により、ついにはランプ外囲器の屈曲が生じ得る。
【００１６】
最後に、複数の高パワーパルスとそれに伴う１秒あたり１から数千の間で絶えず変化するパルス反復周波数（システム設計と動作条件に依存する）により、同じ周波数範囲内の固有振動数でのランプの共振効果を生じさせ得る。非常に長い長さのランプが使用されるようになるとこの状況は更に悪化する。ランプ内の共振振動はランプ部品に有害なパルス状の引張および圧縮応力を生じさせ得る。これらおよびその他の応力発生メカニズムはランプ外囲器の材料内に蓄積しまた協働して作用する可能性がある。チューブ形状の材料（石英またはガラス）は他の堅くもろい物質と非常に似た振る舞いを示すことが知られている。即ちこれらは圧縮には非常に強いが、引張応力には非常に弱い。応力の臨界レベルを超える多くの応力サイクルは材料内の微小クラックの漸進的な成長や出現の原因となり得、ランプの致命的な破損につながり得る。応力と微小クラックの蓄積の別の影響として、チューブの透明性の低下（外囲器壁による放射の吸収の増加）と、その結果としてのランプの電力対光出力効率の低下がある。
【００１７】
従って、信頼性が高くコスト効率のよいランプシステム設計、並びにランプの破損および／または所望の発光出力の早期低下を防止することのできる製造方法が必要とされている。
【発明の開示】
【００１８】
従って、本発明の第１の目的は信頼性が高くコスト効率のよいランプ設計およびランプ製造方法を提供し、それによって高パワー電流パルスによって生み出される力に起因するランプの破損を防止することである。
【００１９】
本発明の別の目的は外囲器材料の劣化および光学特性の低下に関してランプの安定性を改善するランプ設計およびランプ製造方法を提供することである。
【００２０】
本発明により、これらおよびその他の目的が達成される。
【００２１】
本発明はパルスフラッシュランプの部品を含む材料内における微小変形の蓄積によって引き起こされ、ついには微小クラックの成長および出現、外囲器の光学特性やランプ効率の劣化、そして場合によってはランプの破損に至るジレンマを解決する。
【００２２】
ランプ外囲器部品の微小変形の蓄積は、ランプチューブ内の高電圧放電の複数の高パワーパルスが作り出す応力の結果として起こる。
【００２３】
これらのパルスは以下のものの原因となる、即ち、チューブ内部の圧力増加、チューブ内壁の加熱、ランプ部品の熱膨張、チューブの作動気体内の衝撃波の生成、ランプ部品内での軸方向および径方向への衝撃波の伝搬、ランプ部品の共振振動、およびランプチューブの伸張および屈曲、これらである。
【００２４】
本発明のパルスフラッシュランプは以下を提供することによりランプ部品の強度および透明度の低下の問題を解決する、即ち、例えば、複数のパルス状高パワー負荷によって生み出される力の組み合わせに対する外囲器の抵抗を高めるより優れたランプ外囲器の形状、断面および材料分布、ランプの剛性と強度を改善するチューブと外囲器間の接点、危険なチューブ共振振動を防止することを目指した選択的なチューブ／外囲器結合および材料分布、チューブ壁内の引張負荷を低減する特別な手段（加圧された冷却流体、軸方向および径方向の予圧等）、膨張を防止するためにチューブの軸方向圧縮力を制限する方法（滑動式チューブホルダー等）、関連するランプ部品に加わる有害な高ピークパルス負荷を低減するために衝撃波を吸収、抑制し、かつ方向変更する様々な方法、そして新しい世代の高パワーで高性能なパルスランプにおいて、そのままではある種のランプ外囲器（チューブ）材料の引張特性が許容できなくなるような状況において、それらの材料の所望の品質を問題なく利用できるようにするための上記技術の様々な組み合わせ、これらである。
【００２５】
本発明の特徴の組み合わせは、高パワー電気パルスの力によるランプの破損を防止し、かつランプ材料の光学的透過性および安定性を改善する、信頼性が高くコスト効率のよいランプ設計およびランプ製造方法を提供する。
【００２６】
以下になされる詳細な説明のよりよい理解、そして当該技術への貢献のよりよい理解に資するべく、本発明のより重要な特徴の概要を広く説明してきた。本発明は以下に更に説明する、更なる特徴を有することはもちろんである。
【００２７】
この点について、少なくとも１つの発明の実施形態の詳細な説明に先だって、本発明はその応用において以下の説明に述べられまた図面に示された要素の構成や配列の詳細に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は他の実施形態および様々な形態で実行、実施可能である。また、茲に用いる文章表現や用語は説明のためのものであり、限定として解釈されるべきではないことを理解されたい。
【００２８】
かくして、当業者は本開示がその基礎を置く概念に基づいて、本発明のいくつかの目的を達成するための他の構造、方法およびシステムを容易に設計できることを理解するだろう。従って、本発明の思想と範囲を逸脱しない範囲において、均等な諸構造が本発明に含まれるということが重要である。
【００２９】
本発明と、その動作上の利点およびその使用によって達成される目的のよりよい理解のために、本発明の好適な実施形態を例示する添付図面と説明を参照されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は新しい世代の高パワー高性能なパルスＵＶ（ＰＵＶ）フラッシュランプ１００の一例を、旧世代のより性能の低いフラッシュランプ１２０と共に図示する。新世代のフラッシュランプ１００は紫外線透過性材料を用いた中心外囲器即ち中心チューブ（管）１０２を備える。このような材料は当業者には公知である。好適な一実施形態においては、中心外囲器はＵＶグレード石英からなる。チューブの容積は当業者に公知の作動気体で充填されている。この気体としてはキセノンおよびクリプトンがあるが、それらに限るものではない。
【００３１】
電極１０８はランプチューブ１０２の端部に密封して挿入され、ランプコネクタ１０６によって電源と電気的に接続されており、それにより作動気体中に放電を起こすことが可能となる。電源は高電圧のパルス電源が好適である。陽極−陰極間距離即ちアーク長はおよそ１００ｃｍまたはそれ以上で、前の世代のフラッシュランプ１２０の電極間距離よりも特徴的にかなり長い。この電極間距離の長さにより、与えられたパルスエネルギーに対してランプチューブ１０２の長さ１ｃｍあたりの熱負荷は、旧世代のパルスランプ１２０と比較しておよそ３分の１以下に低減される。
【００３２】
詳細な断面図Ａ−Ａに示されるとおり、適宜の透過性を有する材料からなる冷却ジャケット即ち第２チューブ１０４がランプの周囲に配設され、ランプと冷却ジャケット１０４の壁部との間に環状チャネル１１０を形成している。環状チャネル１１０を通じて冷却流体がランプチューブ１０２に沿って圧送され、ランプ１００が動作中に発生する過度の熱を除去する。
【００３３】
前世代の低性能のフラッシュランプ１２０は遙かに短い陽極−陰極間距離即ちアーク長によって特徴づけられ、その長さは２５ｃｍ乃至３５ｃｍ程度である。この電極１２４間の距離がより短いことにより、新世代のランプ１００に比べて、与えられたパルスエネルギーに対してのランプチューブ１２２の長さ１ｃｍあたりの熱負荷は３倍以上になる。共通の構成は、供給板即ちフランジ１２８を貫く冷却流体流入口１３０、ランプチューブ１２２の周囲に冷却ジャケット１２６で囲まれた冷却流体循環容積、供給板即ちフランジ１２８を貫く冷却流体流出口１３２、ランプ電極１２４へのパルス電源供給用接点１３４、対向して位置するランプ電極１２４からの接地電流帰還用接点１３６、である。
【００３４】
ランプの動作中の高パワーパルスは、ガス圧の増加や発熱、チューブ材料内の軸方向及び径方向の力の発生、ガスやチューブ壁内の衝撃波の原因となる。その結果、外囲器材料（石英あるいはガラス）に高ピークの圧力が蓄積し、外囲器形状や強度の劣化、微小クラックの成長、早期の故障を引き起こすことがある。
【００３５】
図２、３、４および５は本発明の一実施形態を示す。図のランプは外囲器／チューブの改良された設計を採用することにより強化されており、それにより外囲器材料の曲げおよび引張応力に対するより高い耐性、および熱伝導性および冷却流体の流れの制御の改善を実現する。
【００３６】
図２はランプ外囲器（即ちチューブ）の設計を示す。比較のために、従来の前の世代の（低パワーで低性能の）チューブ２０２も図示している。独自かつ有利なランプ外囲器の設計として、外面および／または内面にリブを備えたチューブ、外面及び／又は内面に凹部のあるチューブ、そして非円形のチューブを備える。補強用のリブおよび／または凹部を有するチューブは、ラジアルチューブ２０４に示すように、環状リング形状あるいは螺旋要素形状に作ってもよい。また補強用のリブおよび／または凹部を有するチューブは、長手チューブ２０６に示すように、チューブの中心線に沿って長手方向に形成してもよい。同様に、石英又はガラス製のチューブ壁を変形させて長手方向および径方向のリブを作ることで、外囲器の物理的強度を更に改善し、また屈曲、応力集中、衝撃波の抑制に関連する問題を低減することもできる。さらに、このようなリブおよび／または凹部は不連続でもよい。別の実施形態では、チューブは、類似の構造で内側凹部に代わって外側に凸部として形成する構造を有している。
【００３７】
さらに、図３は改良された外囲器／チューブの設計を示す。図のパルスフラッシュランプは非円形の断面を持つ外囲器を有する。非円形のチューブ断面としては楕円形即ち長円形３０２や、三角形３０４、長方形３０６、多角形、角の丸い多角形、菱形その他の形があるがそれに限られるものではない。非円形の断面のチューブは通常高い慣性率（modulus of inertia）を有し、特定の方向についてより高い曲げ抵抗を与えることができる。チューブの容積が方向によって一様でないため、付加的な空間が生まれ、それにより、振動の分散を促進し、また衝撃波の有害な影響を低減することができる。
【００３８】
ねじれ形状の部品３０８や波状の部品３１０をランプチューブに採用することにより、ランプの引張によって生まれる応力疲労特性を改善することができる。連続的に変化する音響反射面を有する外囲器は、作動気体中をチューブの長手方向に伝搬する衝撃波を抑制し、またその方向を変える有効な手段をもたらす。
【００３９】
図４は長手方向の螺旋状の壁凹部を持つフラッシュランプを示す。この改良は、より優れた性能と長い寿命をもたらすためのいくつかの特徴を同時に与えることができる。例えば、チューブの凹部間に形成される付加的な気体容積は、ランプ気体中での高ピークパワーパルスの放電によって生じる衝撃波を低減しかつ方向を変える圧力吸収室として機能する。同時に、凹部の電気的近接効果（electrical proximity effect）はプラズマチャネルの電子密度を（従って温度を）最適化するために好適に利用できる。電場の形状はプラズマを取り巻く高誘電性外囲器材料の大きさ、距離、形状に影響される。従って、凹部によって、プラズマフィラメントの軸方向の位置をよりよく制御することも可能である。それを利用して内部凹部がプラズマフィラメントを外囲器の中心線に向かって集中させる傾向を持つようにし、プラズマフィラメントのランプの中央部への局在化を補助する。
【００４０】
図４の断面図は接地電流帰還バー４０２の追加も図示している。このような接地電流帰還バー４０２は好適には、ランプ外囲器（即ちチューブ）４０４内部に格納されたプラズマチャネル４０６と電流方向が逆で、プラズマチャネル４０６と同軸の、対称な外部金属導体の列である。適切に配置された（逆方向の接地電流が流れる）接地電流帰還バーの追加によって生じる電磁場は、ランププラズマ４０６をチューブ４０４の所望の中心軸位置に安定させるように作用する。本発明によって、複数の平行な接地電流帰還導体を配置することで（低インダクタンスかつＥＭＩ遮蔽性の）単一同軸帰還ラインの利点を、このような単一同軸帰還ラインの高ピークで高平均な電力の電磁場と共に用いた時に損失を生じるような欠点なしに提供することができる。このように配列することで、通常は大きな周辺の電流帰還ループ（プラズマの接線方向）、を遮断するが、このような周辺の電流帰還ループの電気的損失は高電流電場の存在する際には有害になる。したがって、このような帰還導体は、実質的に電流ループを伴うことのない、プラズマに同軸に配置された平行導体の放射状の配列として構成される。さらに、周囲の誘電体部品やプラズマとの導体の電場の相互作用がプラズマの成形を助けるような位置に、導体の放射状の配列を注意深く好適に配置することができる。プラズマの空間的な位置や、断面の形状、大きさ、表面への近接性、電子流の密度は所与の用途に対して好適に最適化することができる。例えば、接地電流帰還導体をプラズマから特定の距離に設置し、プラズマをランプ口径の中心軸に沿って好適に位置決めすることができる。さらに、所望のプラズマ電流密度および／またはプラズマ温度に最適化すべく、接地電流帰還導体をプラズマから特定の距離に配設することができる。他の例としては、プラズマ電流の所望の断面形状、大きさおよび／または電子密度を最適化すべく、接地電流帰還導体を中間の誘電性材料やそれに関連する電場形成の特性を考慮して配置することができる。それらに限定されるものではないが、上記の例を含む最適化を、本開示に鑑みて当業者は容易に決定することができる。したがって、放射状の平行な同軸の接地帰還バーの様々な組み合わせは、プラズマ温度やそれに伴うランプのスペクトル出力にも影響を与えることができる。また別の実施形態では導体バーの代わりにロッドやシートなど他の形状を代用し、プラズマと帰還電流電磁場との相互作用効果が導体材料の形状や近接性と誘電材料（石英チューブ）の形状や近接性と組み合わさって可能となる前記の付加的な望ましい結果を得る。
【００４１】
図５は冷却流体の流れの制御を改善し、それによりランプからの熱伝導性を改善するようなランプ外囲器５０２への構造的変更を示す。図はパルスランプの一端の接線断面図であり、ランプ外囲器即ちチューブ５０２、電極５０４、プラズマ放電部５０６を示している。従来は、平坦な壁を持つランプ外囲器はランプ外表面に沿った冷却流体の層流を不都合なほどに最大化し、そのため流体の境界層は厚くなり、乱流は減少し、熱伝導効率が低下する。本発明は、光学的出力の伝達に悪影響を及ぼすことはないが、同時に熱接触の臨界面に沿った冷却流体乱流を増大させる不規則な面形状を採用することで、この問題を除去する。このように熱交換効率と熱交換速度を高めることで、ランプ外囲器の平均温度およびピーク温度を下げることができ、それによってパルスランプのパワー及び性能を向上させる。これら要素のランプ外囲器上の位置を適切に選定することで、チューブ壁を通じた熱伝導の改善と、およびランプの最も高温な領域に高乱流ゾーンを発生させることを含めた、ランプ外囲器と冷却ジャケットとの間のチャネルを通る冷却流体の流れの制御とを行うことができる。冷却剤の乱流を改良するために、ランプ外囲器の表面および／またはチューブリブは不連続要素および／または波状面構造の形態としてもよく、また、ある特定の高性能パルスランプ設計において求められる、各位置における熱状態を達成するために必要となる位置にのみ配置してもよい。
【００４２】
ランプ外囲器補強要素の様々な組み合わせを、様々な特定の応用における異なるランプ面の変形例に対して使用できることは理解されよう。
【００４３】
図６は他の実施形態を示す。図のＵＶランプチューブ６０２は、第２補強スリーブ６０４を元の外囲器の上および／または内側に有する外囲器の設計を採用することで補強されている。チューブ６０２と補強スリーブ６０４が適度な緊密さで嵌合することで、チューブ材料内の応力の大きさを低減し、フラッシュランプの寿命に有利な効果をもたらすことができる。
【００４４】
予圧をかけて組み付けられた少なくとも２層の外囲器材料による多層チューブは、応力の方向と大きさの調節を許容する（例えば、チューブの内層における応力の低減）。さらに、少なくとも二つの壁に隣接する要素の接触領域を設けることで、径方向の衝撃波を減衰することができ、また衝撃波をチューブの内部へ向け直し、チューブの外部での応力の大きさを低減することができる。このように、付加的な支持を必要とするある領域、例えば、電極６０６を囲む部位を、他の応力の小さい位置に悪影響を与えることなく、好適に強化することができる。この手法を様々に組み合わせることでランプ外囲器の寿命を改善することができる。
【００４５】
多層壁チューブは、高温の電極領域や高圧の外囲器中央領域など、より高い熱的あるいは機械的負荷を受ける領域に部分的に用いてもよい。即ち、このような多層壁チューブは不連続でもよい。例えば、一例においては、多層チューブは電極６０６付近で、および／またはランプチューブ６０２に沿って使用される。このような多層壁チューブを使用することにより、より少ない変更で今後の問題の発生もより少なくしつつ、外囲器の寿命を伸ばすことができる。
【００４６】
図７はランプチューブ７０２とそれを取り巻く冷却ジャケット７０４との間の機械的相互作用に関する本発明の別の実施形態を示す。ランプチューブ７０２と冷却ジャケット７０４との間に結合ポイントを作ることで、それがない場合には支持の弱い（例えば、電極７０６外側の両端のみ）ランプを、ランプの中央部位での支持に加え、付加的次元方向の機械的構造を与える、よりよく支持された設計へ変えることができる。
【００４７】
この堅固で安定したランプ支持の設計はフラッシュランプ部品の複数の多様性と組み合わせに基づくものであり、異なる実施形態、即ちランプチューブ７０２の外面と接しかつそれを支持する輪状あるいは長手のリブ７０８を有する冷却ジャケット７０４と、ランプチューブ７０２上に設けたあるいはそれと一体化した不連続のあるいは連続した外側リブ７１０の使用と、ランプチューブ７０２と冷却ジャケット７０４との間での独立した中間スペーサ７１２の導入と、がある。
【００４８】
図８はランプチューブ８０２、冷却ジャケット即ち第２チューブ８０４のいずれかに、ランプチューブに機械的な安定性をもたらす螺旋状リブを備えたものを組み込むことを基礎とするフラッシュランプ部品の様々な実施形態を示す。したがって、一体化されたランプアセンブリは、冷却ジャケットの滑らかな内径に配置されたリブ付きランプ、あるいはリブ付き冷却ジャケット８０４の内部に配置された滑らかな（リブの付いていない）ランプ８０６外面を有する。
【００４９】
ランプチューブ８０６と電極８１０とは、ランプ両端のうち一方にのみ示されている。他の実施形態としては、ランプチューブと冷却ジャケットの両方にリブ加工してもよい。さらに、様々な形式のランプの組立は、常温においてランプとジャケットの部品とを“滑り嵌め”して組み立て、ランプが通常の高い動作温度になった時にランプを機械的に支持する“締まり嵌め”接点８１２を作ることにより、好適に単純化することができる。長手方向あるいは径方向に捩ったおよび／またはセグメント化した表面を持ちチューブとジャケットとの間に接点を作った部品を使用することで、衝撃波の吸収、反射、方向変更を助けることができ、それによって、ランプ要素の応力の大きさを低減することができる。表面のパターンを様々に組み合わせ、冷却流体の乱流を増大させてもよく、それによって熱伝導効率も向上する。
【００５０】
図９は機械的支持を提供する実施形態を示す。図に電極９０４と共に示すランプチューブ９０２の補強は、ランプチューブ９０２と冷却ジャケット９０８の壁面とを接続するマルチロブスペーサ（multi-lob spacer(s)）９０６を挿入することにより、ランプと冷却ジャケットの一体アセンブリとして実現され、それにより３次元的に支持された、より高い強度と剛性を持つ機械的構造を形成する。接続位置は、補強領域がチューブの固有振動と共振とを制限でき、またランプチューブ材料を軸方向および径方向に予圧することを可能とするように選定する。これはランプ外囲器（チューブ）９０２内の引張応力の除去や低減、また軸方向負荷の下でのチューブの膨張範囲の制限を行うことを効果的に可能にする。
【００５１】
チューブ９０２とジャケット９０８との間の、プレストレス（pre-stress）を与えられたおよび／または可撓性の接続要素（例えばスペーサ）によって、機械的応力の制御および衝撃波によって生じる振動の吸収が可能になる。一例においては、このような可撓性接続要素９０６は機械的弾性を有する各種の適切な材料のいずれかによりなる。
【００５２】
図１０は本発明の更なる実施形態を示し、該実施形態ではランプ組立中にランプチューブ壁１００２に長手方向の予圧を与えることによりランプ外囲器材料内の有害な引張応力を更に低減する。チューブ壁１００２への付加的圧縮力１００４により、ランプ放電の複数のパルス発光時の強い引張応力の発生を防ぐことができ、それによってランプ外囲器材料内の微小クラック発生の可能性が大きく低減される。このような圧縮は、本例に図示されるとおりランプチューブ１００２の長手に沿った長手圧縮１００４でも、また前述したとおり径方向の圧縮でもよい。本例において長手圧縮１００４は、電極１００８またはその近傍でランプの両端に加わる、衝撃波の力や熱由来の一時的なポストパルス気体圧力負荷に起因する、ランプチューブ１００２の長手膨張１００６を打ち消すように作用する。あるいは、圧縮力は冷却ジャケット１０１０からランプチューブ１００２の壁へと伝達され得る。例えば、冷却ジャケット１０１０とチューブ１００２との間の機械的接続によってチューブ壁内の軸方向の圧縮を媒介し得る。
【００５３】
プレストレスを与えられた、一体化したランプ設計は、一つ以上の圧力リング１０１４をランプチューブ１００２の両端あるいはその近傍でランプチューブ長手方向圧縮力１００４負荷部材として使用することで達成できる。この設計によってランプ組立過程を、ランプチューブ１００２の部品内部の軸方向の力を再分配し、また、この軸方向の力のうちのいくらかを冷却ジャケット１０１０内の長手および／または径方向の引張応力に変換し、それによってランプチューブ１００２の壁内の軸方向の圧縮応力を均衡させ、低減するように修正することができる。
【００５４】
好適には、例えば、応力リング１０１４を星型あるいは放射アーム状とすることで（例えば図７および図９で示す形状を参照）、チューブ１００２は冷却ジャケット１０１０の中心に芯合わせされ、冷却ジャケット１０１０内でランプチューブ１００２を取り巻く環状ギャップ１０１２内での冷却流体の循環を許容する。他の中心合わせ手段としては前述の例、即ち、放射状に延在してジャケット壁と接触するアームを有し、ランプチューブと接触する内部環状リング、内部に放射状に拡がってランプチューブ壁と接触するアームを有し、ジャケット壁と接触する外部環状リング、両方向に放射状に拡がってそれぞれの壁と接触するアームを有し、ランプチューブ壁とジャケット壁の中間に配置された中央環状リングなどがあるがそれに限られるものではない。
【００５５】
本発明のさらに別の実施形態では、チューブ壁内での過度な引張応力の発生の虞を、ランプチューブに沿って均一に分布する水圧を加えることによって低減する。より高パワーのパルスフラッシュランプは一般的にランプチューブ１００２と冷却ジャケット１０１０との間にチャネル１０１２を持っており、冷却流体がチャネル１０１２内を圧送されてランプチューブ１００２から熱を除去することが知られている。本発明により、冷却流体内の圧力を意図的に大きく増大させることでチューブ壁１００２を均一に径方向に圧縮することができ、それによって、高性能パルスランプチューブに使用される材料内に過度な引張応力が発生する可能性を低減する。好適な実施形態では、２バールから７バールの範囲が達成可能かつ実施において安全でありながら、好適な範囲となる。
【００５６】
図１１は別の実施形態を図示し、該実施形態は、ランプ作動気体とランプチューブ壁を含む材料内の過度な衝撃波の有害な影響を制限する手段を含む。好適には、中空の室１１２４を電極頭部１１０４近傍に形成する。例えば、一つの実施形態では、両方の電極１１０４の径を絞った領域がランプチューブ１１０２の内壁面と共に電極頭部１１０４の背後に小円筒型の中空室１１２４を形成する。これらの室は電極頭部１１０４とチューブ内面の間の細い隙間によってチューブ内の気体の主容積１１０６と接続しており、チューブ内の気体中を伝搬する軸方向の衝撃波１１１０に対するトラップとして機能することができる。前述した波状や捩れ形状チューブやジャケットも気体内の衝撃波に対する複数のトラップとして機能する不規則な中空を形成することも述べておく。
【００５７】
電極と支持構造の更なる変更、例えば、平らな頭部形状を球面に変える、また頭部の背後に特別な溝を導入したりするなどにより、ランプ気体中の圧力波の更なる反射や消散を促進できる。あるいは、周囲のチューブを変更することで、エネルギーを分散させる付加的な空間を設けることもできる。
【００５８】
図１１はさらに、ランプ内の気体や固体部品中を伝搬する高エネルギー衝撃波（およびその高調波）の弱力化、方向変更、散乱を担うフラッシュランプ設計および部品を示す。図は、ランプ外囲器（即ちチューブ）１１０２、電極アセンブリ１１０４、チューブ気体主容積１１０６、一次高エネルギー衝撃波１１０８、気体に満たされた空洞１１０６内の二次散乱衝撃波エネルギー成分１１１０を示す小さな矢印、ランプチューブ１１０２の固体材料内のランプチューブと結合した衝撃波エネルギー１１１２、そしてランプチューブ１１０２の両端あるいはその近傍の散乱衝撃波エネルギー１１１４を示す小さな矢印、を含むパルスランプの一方の端の説明図である。
【００５９】
空洞を生じる別の実施形態において、例えば空洞即ち室は１１２４は適切な（例えば、ある種のシリコーン化合物に類似した）弾性を持った材料を包含する、あるいは含むが、該材料は必ずしもポリマーには限らず、他の類の材料でも互換性のある性質を提供することができる。例えば、（スポンジのような）空洞を含む圧縮性の構造を有すると共に、高温、高電気的応力、高光子束、高気体純度といった周囲の条件と両立できる材料がある。
【００６０】
ランプチューブ１００２の端部の外側を面取りされた（外側に斜角を付けられた）部分１１１６および／または内側を面取りされた（内側に斜角を付けられた）部分１１１８によって、ランプチューブ１００２の材料内を伝わる衝撃波１１１２を方向変更および／または消散させることができる。他の実施例では、ランプチューブ１００２のチューブ先端１１２２に位置し、密度がランプ外囲器材料（好適にはガラスまたは石英）と冷却媒体（一般的には水）の中間である衝撃を補償する材料でできた充填材１１２０によって、ランプチューブ１００２の衝撃波１１１２が充填物１１２０に伝わる際に更なる吸収および減衰をもたらすことができる。
【００６１】
フラッシュランプの寿命と性能を向上させる更なる実施形態として、チューブの内側（電極頭部の背後）およびチューブ先端の外側に配置した様々な衝撃吸収材料と構造がある。
【００６２】
さらに、ランプチューブ１１０２の内径を大きくすると、チューブの温度と衝撃波の影響を低減しつつ気体の量が増大する。重要なのは、このような変更がプラズマの形成や濃度に与えることがある、場合によっては有害な付加的影響は、本発明の他の教示や請求項の一つあるいはいくつかを組み合わせることで完全に緩和できることである。例えば、前述の図４で示される接地電流帰還方式はこのような手段の一つであり、それによってプラズマコラムを所望の状態を達成するように好適に成形することができる。
【００６３】
ランプ電極のより効率的な冷却に関する全ての提案が、ここに説明した衝撃波の影響の低減および／あるいは外囲器の補強要素に焦点を当てた実施形態と共に機能することが可能である。
【００６４】
図１２はまた別の実施形態を示し、該実施形態では反復的な高エネルギーパルスとランプチューブの熱膨張によって起こるチューブ材料への長手軸方向の過度の応力を低減する。本実施形態において、ランプチューブ１２０４が長手方向に１２０６に滑動できるように、ランプチューブ１２０４の各端部において電極頭部１２１２を越えて位置するランプチューブホルダ（ランプチューブ保持体）１２０２を可撓性の冷却剤シールと共に構成することができ、それによってランプチューブ１２０４および冷却外囲器１２１４の壁の長手軸方向にかかる虞のある過度の負荷を低減する。従って、本実施形態では、ランプチューブホルダ１２０２は、ランプチューブ１２０４の熱膨張および／または高エネルギーパルスに応じた滑動を許容しつつ、冷却流体をランプ冷却チャネル１２０８に圧送して流入させ、行き渡らせ、流出させる手段を提供する。冷却チャネル１２０８に位置する放射状のアームを持つ支持スペーサ１２１０は、十分な冷却流体の流れを許容する通路に加え、ランプチューブ１２０４の軸方向の支持および長手方向の滑動の双方を提供するように構成される。
【００６５】
図１３は、ランプチューブ１３０２の固有振動を制限するために、ランプチューブ１３０２の共振波のアンチノード１３１２（最大振幅）領域に配置され、それにより共振に起因する過度の応力を抑制する前述の支持スペーサ１３１０の使用を示す。支持スペーサ１３１０は、ランプチューブ１３０２の周囲に配置されて冷却ジャケット壁の内部に径方向に延在し、必要とされるランプチューブ１３０２の長手方向の適切なアンチノード位置１３１２に配置されて、ランプを機械的に強化する。振動共振波の第１のモード１３０４、振動共振波の第２のモード１３０６および振動共振波の第３のモード１３０８を、それぞれのアンチノード位置１３１２とともに図示する。ある種のより要求の厳しい用途においては、チューブ材料の共振や過度のたわみの虞を回避することは、ランプチューブへの微小クラックの発生の低減に有利かつ有益であり、それによって、早期の故障および／または許容できないランプ寿命の短さを防止する。
【００６６】
熱伝導性または、ランプチューブと冷却ジャケット間の機機械的力の伝達をもたらすために、意図的に熱膨張率の一致しない、接続および／または圧縮リング材料を使用することが効果的である場合がある。この方法はランプチューブ外面と冷却ジャケット内面間の温度差を利用するもので、それによって熱的な“焼嵌め（shrink fit）”を行い、その後の、部品（ランプチューブ、リング、及び冷却ジャケット）間の密接な物理的面接触をもたらす。それぞれに与えられる圧縮力の大きさは、材料とランプ冷却の動作パラメータを選定することにより正確に調整できる。さらに製造時の“滑り嵌め”状態は、ランプシステムの動作中に要求されるより高い温度のもとで好適に圧縮嵌めに転化し得る。
【００６７】
ここまで本発明のいくつかの実施形態について説明してきたが、以上は単なる説明でありそれに限るものではなく、例示のみを目的として提示したものであることは、当業者には明らかである。多数の変更および他の実施形態が当業の通常技術の範囲内にあり、それらは本発明およびその均等物の範囲内に含まれると考えられる。本発明の変形例が当業者には容易に明らかであると理解され、本発明はこれらの代替案も含むことを意図している。さらに、多数の変形が当業者には容易に想到可能であり、従って本発明を図示し説明した構成および動作そのものに限定することを望むものではなく、本発明の範囲内に含まれる全ての適切な変更および均等物を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】高パワーかつ高性能なパルスＵＶフラッシュランプおよび従来のフラッシュランプを示す図である。
【図２】ランプ外囲器の剛性を高める手段を示す図である。
【図３】非円形のランプチューブ形状を示す図である。
【図４】螺旋状の長手方向壁凹部を有するフラッシュランプチューブを示す図である。
【図５】熱交換を高める手段を示す図である。
【図６】２層式のランプチューブを示す図である。
【図７】ランプチューブの剛性を高める手段を示す図である。
【図８】ランプチューブを支持する螺旋状構成の使用を示す図である。
【図９】プレストレスを加えられたランプを示す図である。
【図１０】ランプチューブ壁の軸方向予圧を示す図である。
【図１１】衝撃波を抑制する手段を示す図である。
【図１２】滑動チューブを有するランプホルダを示す図である。
【図１３】共振波を抑制する手段を示す図である。
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
2009506504.tif 000016
2009506504.tif 000017