(57)【要約】【課題】  ランプ（１０、５０、８０、１００、１２０、３５０、４００）を密閉シールする。【解決手段】  ランプは、開口端を有するアークエンベロープ（１２、５４、８２、１０２、１２２、３５２、４０２）と、開口端でアークエンベロープに拡散結合された端部構造体（１８、５２、９０、１１０、１２６）を有する。端部構造体はまた、アークエンベロープに延びる充填通路（１６、５６、９０、１１０、１２６）を有する。他の実施形態では、アークエンベロープの開口端を閉鎖するように端部構造体が適合され、充填管は端部構造体に拡散結合される。【選択図】      図１
2005183356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口端を有するアークエンベロープ（１２、５４、８２、１０２、１２２、３５２、４０２）と、
前記開口端において前記アークエンベロープ（１２、５４、８２、１０２、１２２、３５２、４０２）に拡散結合された端部構造体（１８、５２、９０、１１０、１２６）と、
を備え、
前記端部構造体（１８、５２、９０、１１０、１２６）は前記アークエンベロープ（１２、５４、８２、１０２、１２２、３５２、４０２）に延びる充填通路（１６、５６、９０、１１０、１２６）を含むランプ（１０、５０、８０、１００、１２０、３５０、４００）。
【請求項２】
前記充填通路（１６、５６、９０、１１０、１２６）に取り付けられたアーク電極リード（９４、１１４、１２８）を含む請求項１に記載のランプ（１０、５０、８０、１００、１２０、３５０、４００）。
【請求項３】
前記端部構造体（１８、５２、９０、１１０、１２６）に連結されたアークエンベロープ（２１、６１、９５、１３１、３７８、４２６）を更に備え、前記端部構造体（１８、５２、９０、１１０、１２６）は非導電材料を含み、前記アーク電極（２１、６１、９５、１３１、３７８、４２６）は前記端部構造体（１８、５２、９０、１１０、１２６）の導電性部分（２２５、３１４、３８８、４３４）に連結される請求項１に記載のランプ（１０、５０、８０、１００、１２０、３５０、４００）。
【請求項４】
共に拡散結合された第１部分と第２部分を含み、前記第１及び第２の部分の少なくとも１つは透明なセラミックで構成される中空本体（１２、５４、８２、１０２、１２２、３５２、４０２）と、
前記中空本体（１２、５４、８２、１０２、１２２、３５２、４０２）内に支持される１対のアーク電極（２１、６１、９５、１３１、３７８、４２６）と、
前記中空本体（１２、５４、８２、１０２、１２２、３５２、４０２）内に配置されたイオン化可能なガス及び水銀と、
を含む照明装置（１０、５０、８０、１００、１２０、３５０、４００）を備えるシステム。
【請求項５】
前記第１部分はドーム（５４、３５４、４４２）を含み、前記第２部分は充填管（１６、５６、９０、１１０、１２６）を有する端部構造体（１８、５２、９０、１１０、１２６）を含むことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記充填管（１６、５６、９０、１１０、１２６）は、冷間溶接部分（１５０、１７０）で密閉シールされることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１部分は、光を合焦するように適合されたレンズ構造体（４４２）を含むことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
ランプ（１０、５０、８０、１００、１２０、３５０、４００）を形成する方法であって、
充填通路（１６、５６、９０、１１０、１２６）を有する端部構造体（１８、５２、９０、１１０、１２６）にアークエンベロープ（１２、５４、８２、１０２、１２２、３５２、４０２）を拡散結合する段階と、
前記充填通路（１６、５６、９０、１１０、１２６）を通って前記アークエンベロープ（１２、５４、８２、１０２、１２２、３５２、４０２）の中に所望の物質を注入する段階と、
前記充填通路（１６、５６、９０、１１０、１２６）を閉鎖する段階と、
を含む方法。
【請求項９】
前記拡散結合する段階が、前記アークエンベロープ（１２、５４、８２、１０２、１２２、３５２、４０２）と前記端部構造体（１８、５２、９０、１１０、１２６）の間の接続部分に局所加熱を加える段階を更に含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記拡散結合する段階が、前記アークエンベロープ（１２、５４、８２、１０２、１２２、３５２、４０２）と前記端部構造体（１８、５２、９０、１１０、１２６）の間のモリブデン拡散結合を形成する段階を含む請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に照明システムの分野に関し、更に詳細には、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプに関する。具体的には、ハロゲン化合物及び金属ハロゲン化物のような腐食性充填材料に対する改良されたシール特性と耐性を備える密閉シール型ランプが提供される
【背景技術】
【０００２】
高輝度放電ランプは、１つ又はそれ以上の端部構造体にシールされるセラミックの管状本体又はアーク管から形成されることが多い。端部構造体は、このセラミック管状本体に、セラミック構成要素と端部構造体の特性を一致させる物理的及び機械的な特性を有するシールガラスを使ってシールされることが多い。通常、シールは、強力な化学的及び物理的な結合を形成するためのシールガラスの溶解とセラミック製本体との反応を誘起するために、セラミック製の管状本体、端部構造体、及びシールガラスアセンブリを過熱する段階を含む。セラミック製管状本体と端部構造体は、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）のような同じ材料で作られることが多い。しかしながら、ある用途では、セラミック製管状本体と端部構造体に異なる材料の使用を必要とする場合がある。いずれの場合も、種々の応力が、シール工程、接合構成要素間の接続部分、及び異なる構成要素に使用された材料から生じる可能性がある。例えば、構成要素の材料は、残留応力及びシール亀裂を引き起こすことになる熱膨張係数（ＣＴＥ）の差のような、力学的及び物理的な特性の差を有する。これらの将来起こる可能性のある応力及びシールによる亀裂は特に高圧ランプにとって問題となる。
【０００３】
セラミック製管状本体と端部構造体との接続部分の幾何形状はまた、上述の応力に起因するものである。例えば、セラミック製管状本体の平坦な表面と円筒形の表面の両方を接続する端部構造体は、プラグ又はポケットのような形状にされることが多い。構成要素が異なる熱膨張係数及び弾性特性を有する場合、残留応力が、応力の無い状態への材料の弛緩を妨げる異なる歪みに起因して生じる。例えば、プラグ形の端部構造体の場合に、プラグがセラミック製の管状本体とシールガラスよりも低い熱膨張係数を有すると、引張応力がプラグ部分に生じると同時に圧縮応力がセラミックシールガラス部分に生じる。
【０００４】
セラミック製管状本体と端部構造体に加えて、高輝度放電ランプはまた、照明に必要な高輝度放電を生成するための種々の内部材料（例えばガス）及び電極材料を含む。高輝度放電ランプに配置された特殊な内部材料は、ランプの構成要素及びシールガラスとして使用可能な材料のシール特性、光特性、及び種類に影響を及ぼす場合がある。例えば、ハロゲン化合物及び金属ハロゲン化物のようなある内部材料は、照明特性には望ましいものとすることができるが、これらは管状本体と端部構造体を含むセラミック製及び金属製の構成要素の幾つかに対して腐食性がある。
【０００５】
適切な光制御を必要とする光投影のようなある用途では、既存の高輝度放電ランプは、好ましくない光及び色特性をもたらす。例えば、既存の高輝度放電ランプは、その「投影された画面のルーメンス」に限定されることが多く、すなわち、光スペクトルの外見上の光源サイズが大きいこと、及び赤色の含有量が不十分であることの双方が、投影された画面ルーメンスの量に影響を与える。赤色含有量の不足が高輝度放電ランプの「色効率」によって量的に表わされると共に、光散乱又は光源サイズは「エテンデュー」によって量的に表わされる。これらの欠点の両方が、コンピュータ又はビデオ投影システムのような投影システムの画面の明るさを制限する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、改善されたシール特性を高輝度放電ランプのような照明システムに備える技術が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ランプを密閉シールするためのシステム及び方法。ランプのある実施形態は、開口端を有するアークエンベロープ、及び開口端でアークエンベロープに拡散結合された端部構造体を有する。端部構造体はまた、アークエンベロープに延びる充填通路を有する。他の実施形態では、照明装置はアークエンベロープの開口端を閉鎖するようにされた端部構造体と、端部構造体に拡散結合された充填管を備える。照明システムの別の実施形態は、アークエンベロープとアークエンベロープの開口端に拡散結合された端部構造体を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の上述及び他の利点並びに特徴は、図面を参照して以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。
【０００９】
以下に詳細に説明されるように、本発明の実施形態は、高輝度放電ランプのようなランプアセンブリ内で発生する可能性のある亀裂及び応力を低減するための種々の固有のシールシステム及び方法を提供する。これらのシールシステム及び方法によれば、標準動作状態を越える比較的高い温度及び圧力でランプを作動させることができる。例えば、ランプのある実施形態は、２００バールを越える内部圧力、ケルビン絶対温度１０００度を越える内部温度で動作可能である。他の実施形態では、ランプは３００から４００バールを越える内部圧力、ケルビン絶対温度１３００から１４００度を越える内部温度で動作可能である。また、ランプは、特定の構造材料、内部充填材料（例えば、不活性ガス、水銀など）、幾何形状、及び他の特性に応じて、より高い温度及び圧力で使用可能である。上述の温度及び圧力状態に加えて、ランプはハロゲン化合物及び金属ハロゲン化物のような、種々の腐食性内部充填材料を用いて使用することができる。
【００１０】
以下に更に詳細に説明されるように、上述のランプの特性は、材料拡散シール技術、室温シール技術、局所的或いは集中熱シール技術、単純化されたシール接続部分、複数領域のシール技術、及び／又は耐食性材料の使用によるものである。例えば、材料拡散シール技術は、ランプ構成要素間の結合接続部分でのシール材料又は接続材料の排除を容易にする。このシール材料接続部分が排除されることにより、種々のランプ構成要素とシール材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）の差に起因する場合が多い残留応力及び結果として生じる亀裂の可能性が低減される。更に、シール材料の排除は、充填に伴う腐食又は有害な相互作用に関する低下に役立つ。非熱、すなわち室温シール技術は、室温で延性のある材料を機械的に変形又は圧着することによってシールを形成する。局所的又は集中熱シール技術は、望ましいシール部分に熱を集中させる（例えばレーザー溶接）ことによるランプ構成要素への熱衝撃及び損傷を実質的に低減する。単純化されたシール接続部分は、熱膨張係数が異なる構成要素間の圧縮及び引張応力の可能性を実質的に低減する。例えばある構成要素では、接続部分が単一の平面に沿うように端部と端部がシールされる。従って、この平面の接続部分又は突き合わせシールは、結合された構成要素間の圧縮又は引張応力の可能性を実質的に排除する。また、複数領域のシール技術は、熱膨張係数が異なる構成要素間の圧縮及び引張応力の可能性を低減する。平面の接続部分を有する代わりに、これらの複数領域のシール技術は、シール接続部分の種々の部分に異なるシール材料を物理的に分配及び／又は加える。以下に詳細に説明されるように、ランプの実施形態は、上述の技術によってシール可能な種々の材料から形成されると共に、ハロゲン化合物のような比較的高温高圧の腐食性材料に耐えることができる。
【００１１】
本技術は広範な照明システムに適用できるが、上記で導入された固有の機能を図１から図２１に示される幾つかの例示的なランプに関して説明する。次に、これらの図面を参照すると、図１は本発明のある実施形態によるランプ１０の斜視図である。図に示すように、ランプ１０は、中空本体又はアークエンベロープ１２、端部構造体１８を通って延びる充填管１６を有する充填構造体１４、及び端部構造体２０の密閉シールされたアセンブリを備える。図に示すように、アークエンベロープ１２は、円筒又は管状の幾何形状を有し、端部構造体２０は円盤状又はキャップ形の幾何形状を有する。ランプ１０はまた、端部構造体１８及び２０を通って（又は、ここから）アークエンベロープ１２に延びるリード線２２及び２４を有する。アークエンベロープでは、アーク電極２１及び２３がリード線２２及び２４から延びて、アーク先端部２６及び２８で終端する。これらのアーク先端部２６及び２８間のアークギャップは、端部構造体１８及び２０へのアーク電極２１及び２３の挿入の長さに応じて設定される。内部充填材料３０はまた、密閉シールされたアセンブリの内部に配置することができる。例えば、充填材料３０のある実施形態は、希ガス及び水銀を含む。充填材料３０の他の実施形態は更に、臭素のようなハロゲン化合物、又は希土類金属ハロゲン化物を含む。
【００１２】
以下に更に詳細に説明されるように、ランプ１０のある実施形態は、１つ又はそれ以上のシール材料、材料拡散又は共焼結プロセス、局所過熱、及び／又は他の適切な技術によって共に結合又はシールされる。例えば、ランプ１０の１つの実施形態は、端部構造体１８及び２０とアークエンベロープ１２の両端との間に加えられたシール材料を有する。別の実施形態では、端部構造体１８及び２０はどのようなシール材料も使用せずに、材料拡散によってアークエンベロープ１２の両端に結合される。同様にランプ１０の幾つかの実施形態は、１つ又はそれ以上のシール材料、材料拡散、及び／又は局所加熱を適用することにより、各々の端部構造体１８及び２０に結合された充填管１６とリード線２２及び２４を有する。アークエンベロープ１２に充填材料３０を注入した後、充填管１６は、局所加熱、冷間溶接、圧着、及び／又は他の適切なシール技術によってシールされる。
【００１３】
ランプ１０の種々の実施形態はまた、高輝度放電（ＨＩＤ）又は超高輝度放電（ＵＨＩＤ）ランプのような種々の異なるランプ構造及び形式を有する。例えばランプ１０のある実施形態は、高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプ、セラミックメタルハライド（ＣＭＨ）ランプ、ショートアークランプ、超高圧（ＵＨＰ）ランプ、又はプロジェクタランプを含む。上述のように、ランプ１０は、比較的極端な動作状態に適応させるために独自にシールされる。ランプ１０の幾つかの実施形態は外部的には、真空、窒素、空気、又は他の種々のガス中及び環境内で動作可能である。ランプ１０の幾つかの実施形態は内部的には、２００、３００、又は４００バールを越える圧力、及びケルビン絶対温度１０００、１３００、又は１４００度を越える温度を保持する。例えばランプ１０のある構成では、４００バールの内部圧力及び４００バールでの水銀の露点における内部温度又はこれを越える内部温度、すなわちケルビン絶対温度約１４００度で動作する。これらの高い内部圧力はまた、内部ランプ圧力が上昇するにつれて生成されるアークを小さく（例えば、全ての方向で小さくなる）することができるショートアークランプに対して特に有利である。ランプ１０の別の実施形態はまた、希ガス及び水銀のような種々の充填材料３０を密閉して保持する。幾つかの実施形態では、充填材料３０はハロゲン化合物（例えば臭素、ヨウ素など）又は希土類金属ハロゲン化物を含む。
【００１４】
ランプ１０の構成要素は、同一か又は互いに異なる種々の材料から形成される。例えば、アークエンベロープ１２の様々な実施形態は、イットリウム−アルミニウム−ガーネット、イッテルビウム−アルミニウム−ガーネット、ミクロ粒子多結晶アルミナ（μＰＣＡ）、アルミナ又は単結晶サファイア、イットリア、スピネル、及びイッテルビアといった種々の透明なセラミック及び他の材料から形成される。アークエンベロープ１２の他の実施形態は、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）のような従来のランプ材料から形成される。しかしながら、上述の材料は、有利には、より低い光散乱性及び他の望ましい特性を与える。アークエンベロープ１２の種々の実施形態はまた、球、円筒、半球体、又は他のどのような好適な中空本体などの様々な形状を有する。
【００１５】
ランプ１０の端部構造体１８及び２０を参照すると、これらの構成要素は、種々のセラミックと、ニオブ、耐食性材料（例えばハロゲン化合物に耐性のある材料）がコーティングされたニオブ、サーメット（例えばジルコニア安定化サーメット、アルミナ−タングステンなど）、及び他の導電性又は非導電性材料のような他の好適な材料から形成される。例えば、ジルコニア安定化サーメットのある実施形態は、モリブデン−ジルコニア安定化サーメット、又はタングステン−ジルコニア安定化サーメットを含む。更に、ジルコニア安定化サーメットの別の実施形態では、ジルコニアは、イットリア、カルシア、マグネシア、又は適切なランタニドによって安定化される。ニオブは、有用なセラミックに類似した熱膨張係数を有し、その上、高温のナトリウム及び水銀蒸気に対して熱化学的に安定している。従って、ニオブは幾つかの応用において特に有利である。しかしながら、ハロゲン化合物のような腐食性材料がランプ１０内に配置される場合には耐食性材料が望ましい。例えば、モリブデンを含む耐食性材料は、高温のハロゲン化合物蒸気に特に耐性がある。１つの実施形態においては、端部構造体１８及び２０は、モリブデンの薄い層がコーティングされたニオブプレートを含む。薄い層は、モリブデンとセラミックの熱膨張係数の不一致を最小にするために十分薄く、これにより結果として生じるセラミックの応力及び亀裂の可能性が低減される。アルミナ−モリブデン、アルミナ−タングステン、タングステン−イットリア安定化ジルコニア、又は、モリブデン−イットリア安定化ジルコニアのようなサーメットはまた、ランプ１０に対して特に有利である。例えば、あるサーメットはセラミックアークエンベロープ１２と比較的類似したＣＴＥ整合を有すると同時に、高温のハロゲン化合物蒸気に耐性がある。例示的なモリブデン−イットリア安定化ジルコニアのサーメットは、ジルコニアの体積で３５から７０パーセントの組成を有する。ある実施形態では、モリブデン−イットリア安定化ジルコニアのサーメットは、ジルコニアの体積で約５５から６５パーセントを有する。しかしながら、他のどのような好適なモリブデン−イットリア安定化ジルコニアの組成も本技術の範囲内にある。
【００１６】
ランプ１０の電気的な構成要素に関しては、リード線２２及び２４のある実施形態は、端部構造体１８及び２０を貫通し、端部構造体材料が非導電性である場合には電極２１及び２３と物理的に接触する。他の実施形態では、リード線２２及び２４は、端部構造体材料が導電性である場合には、端部構造体１８及び２０に直接取り付けられ、これにより２０を介して２４から２３へ、及び１８介して２２から２１への導電経路が形成される。リード線２２及び２４は、タングステン又はモリブデンのような任意の好適な材料を含む。ランプ１０の別の実施形態は、端部構造体と充填管の材料が適合性がある場合、端部構造体及び充填管に拡散結合されたこれらのリード線２２及び２４を有する。例えば、例示的な拡散結合は、各々の構成要素間のタングステン−サーメット拡散結合又はモリブデン拡散結合を含む。同様に、電極２１及び２３と電極先端部２６及び２８とは、タングステン又は他の何らかの好適な材料を含む。
【００１７】
充填管１６を参照すると、ランプ１０の別の実施形態は、種々の様々な構成及びニオブのような材料の組成物を有する。しかしながら、充填管１６のある実施形態は、高温及び高圧での安定性、高温のハロゲン化合物蒸気のような腐食性材料に対する安定性、及び充填管１６を冷間溶接するための延性を与える。例えば、充填管１６の幾つかの実施形態は、両方が高温のハロゲン化合物に対して安定しているモリブデンとレニウムとの合金から形成される。どのような適切な組成物も本技術の範囲内にあるが、例示的なモリブデン−レニウム合金は、約３５から５５重量パーセントのレニウムを含む。ある実施形態においては、モリブデン−レニウム合金は、約４４から４８重量パーセントのレニウムを含む。しかしながら、他のどのような適切なモリブデン−レニウム組成物も本技術の範囲内にある。モリブデンとレニウムの合金はまた、圧着工程、冷間溶接工程、又は他のどのような適切な機械的変形技術によっても充填管１６を密閉シールできるほど十分な延性がある。また、上述の圧着、冷間溶接、及び局所加熱の併用及び／又は多段ステップはまた、ランプ１０のある実施形態において充填管１６をシールするために使用される。しかしながら、ランプ１０の例示的な実施形態では、充填管１６の最初の密封シールは、外部からの加熱なしで（すなわち冷間溶接によって）行われる。このようにして、充填材料３０の揮発性の構成要素は、アークエンベロープ１２内で必要以上に加熱されることはない。更に冷間溶接により、ランプ１０のアークエンベロープ１２及び他の構成要素に対する熱衝撃が実質的に排除される。所望の場合には充填管１６のより強いシールを促進するために、局所加熱を冷間溶接に加える。例えば、冷間溶接を可能にするため圧着工具が使用される場合、局所加熱を加える１つの技術は、工具の圧着ジョーを加熱することである。別の局所加熱技術は、工具による最初の生成後に冷間溶接に局所加熱を加える段階を含む。このようにして、局所加熱により、冷間溶接又は圧着された充填管１６が、１から５００気圧を越える内圧（例えば２００、３００又は４００気圧）のような高い圧力に耐えることが保証される。レーザー溶接は、１つの例示的な局所加熱技術である。
【００１８】
上述のように、充填構造体１４の充填管１６は、アークエンベロープ１２の容積を真空にして、希ガス、水銀、ハロゲン化合物、及び金属ハロゲン化物のような望ましい充填材料３０で充填しなおすことができる。以下に更に詳細に説明されるように、真空及び再充填プロセスの例示的な実施形態は、ドライボックス及び／又は炉内でアセンブリを処理するのとは対照的に、適切な処理ステーションに充填管１６を簡単に取り付けることによって行われる。これは、アークエンベロープ１２内の室温の希ガス圧力が１バールを実質的に越える場合に特に有利である。
【００１９】
組み立て工程を参照すると、ランプ１０のある実施形態は、ガラス又は真鍮のようなシール材料で組み立てられる。組み立て工程中、シール材料は構成要素間に配置され、構成要素を共に接合するために加熱される。例えば、ランプ１０のある実施形態によれば、組み立て工程は、アークエンベロープ１２と端部構造体１８及び２０間、端部構造体１８及び２０と充填間１６間、及び／又は端部構造体１８及び２０とリード線２２及び２４間のシールガラス材料を加熱する段階を含む。加熱は、炉からレーザーに至る種々の非局所的及び局所的加熱技術によって加えられる。シール材料のある実施形態は、カルシウム−アルミン酸塩、ディスプロシア−アルミナ−シリカ、マグネシア−アルミナ−シリカ、及びイットリア−カルシア−アルミナのようなシールガラスを含む。他の可能な非ガラス製材料は、ニオブをベースにする真鍮又は他のどのような好適な材料も含む。これらのシールガラスの幾つかは、高温で動作可能である。例えば、カルシウム−アルミン酸塩シール材料は、ケルビン絶対温度約１５００度までの温度で動作可能である。
【００２０】
シール材料のない結合もまた、ランプ１０の幾つかの実施形態の構成要素間に提供される。従って、組み立て工程は、各々の構成要素間にどのような中間シールガラス又は真鍮材料もなしで、すなわちシール材料のない結合で構成要素間を結合する。シール材料のない結合の１つの実施形態は、隣接する構成要素間の材料拡散又は共焼結によって実現される。ランプ１０の幾つかの実施形態によると、モリブデンを含む隣接する構成要素はモリブデン拡散によって互いに結合される。例えば、１つの例示的な実施形態では、モリブデンのリード線２２及び２４、アルミナ−モリブデン又はモリブデン−ジルコニア安定化サーメット（例えば、イットリア、カルシア、マグネシア、又は適切なランタニドによって安定化されたジルコニア）によって形成された端部構造体１８及び２０、及びモリブデン−レニウム充填管１６は、各々の隣接する構成要素でのモリブデンのモリブデン拡散によって互いに熱的に結合される。別の実施例は、サファイア又はイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）のアークエンベロープ１２とサーメットの端部構造体１８及び２０間のアルミニウムとジルコニアの材料拡散である。サーメット端部構造体１８及び２０の別の実施形態は、モリブデン−アルミナサーメット又はモリブデン−ジルコニア安定化サーメット（例えば、イットリア、カルシア、マグネシア、又は適切なランタニドによって安定化されたジルコニア）を含む。更なる実施例は、ＹＡＧとアルミナ−モリブデン又は適切な金属−サーメット接続部分間に形成された材料拡散結合である。他の材料もまた、ランプ１０の隣接する構成要素全体にわたり上述の材料拡散又は共焼結を促進するために使用できる。更にランプ組み立て工程のある実施形態は、集束加熱技術又は局所加熱技術（例えば、レーザー）を用いて、ランプ１０の種々の構成要素間で上述のシール材料のない結合を促進させる。上述のようにシール材料をなくすことにより、シール材料とランプ構成要素との異なる熱膨張係数に相関するシールの亀裂と応力の可能性が実質的に排除される。ハロゲン化合物及び金属ハロゲン化物のような腐食性の充填材料３０に対して幾つかのシール材料が影響を受けやすい場合に、上述のシール材料のない結合技術は、このような腐食性材料とともに動作するランプ１０を更に改良する。
【００２１】
応力及びシールの亀裂が発生する可能性を低減するために、ランプ組み立て工程はまた、ランプ１０の種々の実施形態で構成要素間の修正された構造上の接続部分を使用する。例えば、以下に更に詳細に説明されるように、修正された構造接続部分は一般に、構成要素間にわずかな角度又は階段状形状を有し、これにより構成要素間に生じる引張及び／又は圧縮応力の可能性を低減する。これは、熱膨張係数が異なる構成要素に特に有利である。例えば、図１に示されるアークエンベロープ１２と端部構造体１８及び２０は、端部と端部がシールされ、すなわち突き合わせシールされ、上述の応力及びシール亀裂の可能性が低減される。このようにして、端部と端部のシールは、構成要素の一方が他方に対して圧縮又は膨張を受けることのない単一の平面内にある。
【００２２】
上記に導入された固有の特徴及び材料を考慮して、ランプ１０の種々の実施形態を図２から図３３を参照して説明する。図２は、端部構造体１８及び２０とアークエンベロープ１２の両端間の例示的な端部対端部又は突き合わせシール２９を示すランプ１０の側方断面図である。図に示すように、端部構造体１８及び２０は、アークエンベロープ１２の円周又はその周辺には延びていない。単一の平面へのシール接続部分、すなわち当接端面を低減することにより、突き合わせシール２９は多くの角度又は多段シール接続部分に一般に関連する応力及び亀裂を効果的に低減する。この突き合わせシール技術は、端部構造体によりシールできる１つ又はそれ以上の開口端を有するランプのような、どのようなランプ構成又は形式にも用いることができる。
【００２３】
図３は、平面又は環状のシール接続部分５５で中空本体又はアークエンベロープ５４に突き合わせシールされた単一端部構造体５２を含む別のランプ５０の側方断面図である。図示されるように、アークエンベロープ５４は、ドーム形又はカップ形の幾何形状を有する。上述のように、本技術は、シール材料、共焼結、局所加熱、及び／又は誘導加熱といったどのような好適な接合又はシール機構も利用する。図１に示されるランプ１０と同様に、ランプ５０もまた、充填材料５８をランプ５０内に注入できるようにアークエンベロープ５４中に端部構造体５２を貫通して延びる充填管５６を含む。図示されたランプ５０はまた、アークエンベロープ５４内にアーク先端部６４及び６６を有する、アーク電極６１及び６３に延びるリード線６０及び６２を含む。この図示された実施形態では、端部構造体５２は、アーク電極６１及び６３とリード線６０及び６２のために正確に位置付けられた開口部６５及び６７を含む。これらの開口部６５及び６７は、アーク先端部６４及び６６の間のアーク間隔を直接制御する。従って、所望のアーク間隔が、図２及び図３を参照して上記で説明されたアークの距離の制御（すなわちアーク電極の挿入距離）と対照をなす開口部６５及び６７の位置に応じて正確に設定される。また上述のように、図１、図２及び図３を参照して説明されたランプ１０及び５０は、上述され且つ以下に更に詳細に説明される材料及びシール工程のいずれかから形成される。
【００２４】
図４は、図２及び図３に示される突き合わせシール２９及び５５のうちの１つの側方断面図である。図示されるように、端部構造体２０、５２とアークエンベロープ１２、５４との材料拡散突き合わせシール６８は、矢印７０、７２によって示されるように、隣接する材料の共焼結又は拡散結合によって達成される。例えば、モリブデン−ジルコニアサーメット（例えば、イットリア、カルシア、マグネシア、又は適切なランタニドによって安定化されたジルコニア）から形成された端部構造体２０、５２の実施形態は、２つの構成要素間のアルミナとジルコニアの材料拡散によってアルミナ（例えば、単結晶サファイア）から形成されたアークエンベロープ１２、５４の実施形態と熱結合され、突き合わせシール６８を形成する。或いは、アルミナ−モリブデンサーメットから形成された端部構造体２０、５２の実施形態は、２つの構成要素間のアルミナの材料拡散によってアルミナ（例えば、単結晶サファイア）から形成されたアークエンベロープ１２、５４の実施形態と熱結合されて、突き合わせシール６８を形成する。この共焼結又は拡散結合は、端部構造体とアークエンベロープのどのような構造的構成、及びランプ１０の他の様々な構成要素の結合にも適用可能である。
【００２５】
例えば、図５は、図２及び図３に示されるような端部構造体１８、５２との充填管１６、５６の拡散結合を示す。図のように、端部構造体１８、５２と充填管１６、５６との間の材料拡散結合又はシール７４は、矢印７６及び７８で示されるように隣接材料の共焼結又は拡散結合によって実現される。例えば、アルミナ−モリブデン又はモリブデン−ジルコニアサーメット（例えば、イットリア、カルシア、マグネシア、又は適切なランタニドによって安定化されたジルコニア）から形成された端部構造体１８、５２の実施形態は、２つの構成要素間のモリブデンの拡散によってモリブデン−レニウム合金から形成された充填管１６、５６の実施形態と熱結合されて、材料拡散結合又はシール７４を形成する。この共焼結又は拡散結合は、充填管が端部構造体を貫通するのではなくアークエンベロープに直接連結される構成を含む、充填管のどのような構造的構成に対しても適用可能である。
【００２６】
図６から図８は、種々のアークエンベロープに連結された１つ又はそれ以上の充填管を有するランプ１０の更に別の実施形態の側方断面図である。これらの別の実施形態では、図示されたアークエンベロープは、充填管が挿入され、シール材料、材料拡散、局所加熱、及び／又は他の望ましい結合技術によってシールされる１つ又はそれ以上の受け口を有する。例えば図６は、反対側にある受け口又は開口端８４及び８６を有する円筒形の中空本体又はアークエンベロープ８２を有する別のランプ８０を示す側方断面図である。図に示すように、アークエンベロープ８２は、円筒形又は管状の幾何形状を有する。組み立て時に、充填管８８及び９０は、これらの開口端８４及び８６に嵌合され、その後、アークエンベロープ８２との密封シールを形成するよう結合される。更に、リード線９２及び９４は、充填管８８及び９０を通ってアークエンベロープ８２へ延びる。次に、リード線９２及び９４は、アークエンベロープ８２内に配置されるアーク先端部９６及び９８を有するアーク電極９３及び９５に延びる。以下に論じられるように、引き続いて充填管８８及び９０は、圧着工程、局所加熱工程、及び／又は他の適切なシール技術によってシール又は結合によって封止される。改善された機械接触及び／又は熱接触がこれらの構成要素間に求められる場合、充填材又は中間材料が充填管８８及び９０のリード線９２及び９４の周りに配置される。例えば中間材料の１つの実施形態は、リード線９２及び９４付近に巻かれるワイヤー材料又は他の材料である。しかしながら、どのような適切な構成も本技術の範囲内にある。ランプ８０の組み立て工程の実施形態については、図９から図１４に関して以下に詳細に説明する。
【００２７】
図７に示されるように、別のランプ１００は、反対側にある受け口又は開口端１０４及び１０６を有するほぼ円形（例えば、楕円形、球形、長円形など）の中空本体又はアークエンベロープ１０２を備える。図のように、アークエンベロープ１０２は卵形、楕円形、又はほぼ長円の形状を有する。また、充填管１０８及び１１０は、これらの開口端１０４及び１０６に嵌合され、続いてアークエンベロープ１０２との密閉シールを形成するよう結合される。更に、リード線１１２及び１１４は、充填管１０８及び１１０を通ってアークエンベロープ１０２まで延びる。次に、リード線１１２及び１１４は、アークエンベロープ１０２内に配置されるアーク先端部１１６及び１１８を有するアーク電極１１３及び１１５に延びる。また、充填管１０８及び１１０は引き続き、圧着工程、局所加熱工程、及び／又は他の適切なシール技術によってシール又は結合で封止される。ランプ１００の組み立て工程のある実施形態について、図９−図１４に関して説明する。
【００２８】
図８は、単一の受け口又は開口端１２４を備えたほぼ円形（例えば、楕円形、球形、長円形など）の中空本体又はアークエンベロープ１２２を有する更に別のランプ１２０を示す。また、図示されたアークエンベロープ１２２は、卵形、楕円形、又はほぼ長円形の幾何形状を有する。図示された実施形態では、単一の充填管１２６が開口端１２４に嵌合され、その後、アークエンベロープ１２２との密閉シールを形成するよう結合される。図示された実施形態において端部構造体を取り除くとランプ１２０が光を分散するのに光遮断性が少なく、より大きな透明の表面を有するため、光特性と照明効率が向上する。更に、端部構造体を取り除くと、ランプ１２０の全体的なアセンブリの多くの結合を低減することにより、ランプ１２０のシール特性が向上する。ランプ１２０の電子回路に関して、リード線１２７及び１２８は、充填管１２６を通ってアークエンベロープ１２２まで延びる。アークエンベロープ１２２の内側で、アーク先端部１２９及び１３０は、リード線１２７及び１２８から延びるアーク電極１３１及び１３３上に配置される。また、引き続いて充填管は、圧着工程、局所加熱工程、及び／又は他の適切なシール技術によってシール又は結合によって封止される。図示された実施形態では、リード線１２７及び１２８がスペーサー１３４によって互いに絶縁されている。これらのスペーサー１３４はアーク先端部１２９及び１３０の間のアークギャップを精密に制御する。ランプ１２０の他の実施形態は、絶縁充填材料、絶縁ワイヤージャー、及び／又は他の望ましい絶縁技術でリード線１２７と１２８を電気的に絶縁し間隔を置いて配置する。種々の別の実施形態について、図２４、２５及び２６を参照して以下に説明する。更に、ランプ１００の組み立て工程のある実施形態について、図９から図１４を参照して説明する。
【００２９】
上述のように、充填管８０、１００及び１２０は、１つ又はそれ以上のシール材料、局所加熱技術、及び拡散結合又は共焼結技術のような種々のシール機構によって各々のアークエンベロープ８２、１０２及び１２２に連結される。例えば、ある実施形態において、シールガラスフリット又はニオブベースの真鍮がこれらの充填管８０、１００及び１２０と各々のアークエンベロープ８２、１０２及び１２２との間の接続部分に配置される。次に、密閉シールがランプ全体を加熱するか、又は接続領域を局所的に加熱することによって形成される。他の実施形態では、シール材料のない結合が充填管８０、１００及び１２０と各々のアークエンベロープ８２、１０２及び１２２との間に形成される。図９は、充填管８０、１００及び１２０を図６から図８に示される各々のアークエンベロープ８２、１０２及び１２２に連結する例示的な材料拡散シール１３２を示す拡大断面図である。図示されるように、矢印１３５及び１３６は、各々の充填管８０、１００及び１２０とアークエンベロープ８２、１０２及び１２２との間の材料拡散を示す。また、材料拡散の特定の種類は各構成要素の材料組成によって決まる。
【００３０】
充填管８０、１００及び１２０を各々のアークエンベロープ８２、１０２及び１２２に組み付けた後、本技術は各々のランプ８０、１００及び１２０をシールし、真空にし、望ましい充填材料を充填する段階に進む。図１０から図１３は、ランプの材料充填及びシール工程を更に示す図６に示されるランプの側方断面図である。しかしながら、この工程はまた、図１から図５に示されるようなランプの他の形式にも適用可能である。図示された実施形態では、ランプ８０は２つの充填管８８及び９０を有し、その１つだけがランプ８０への充填材料の注入に必要とされる。従って、図１０に示されるように、充填管８８は冷間溶接又は圧着動作によって閉鎖されて、密閉シール１５０を形成する。例えば、ニオブ又はモリブデン−レニウム合金から形成された充填管８８の実施形態は、圧着工具又は他の機械変形工具によって機械的に圧縮される。より強力な結合が密閉シール１５０に必要とされる場合、密閉シール１５０が加熱される（例えば、レーザー溶接、誘導加熱など）。更に、充填管８８の上述の閉鎖が、リード線９２及び／又はアーク電極９３の位置を設定するように機能し、これによりアーク先端部９６の位置決めを制御する。
【００３１】
シールされると、ランプ８０はランプ８０に望ましい充填材料を供給するための１つ又はそれ以上の処理システムに連結される。図１１に示された実施形態では、処理システム１５２が矢印１５６、１５８及び１６０によって示されるようにアークエンベロープ８２に現在あるどのような物質１５４をも排出するように動作する。例えば、物質１５４には、空気、結合工程から生じた残留物、及び他の望ましくない物質が含まれる。
【００３２】
これらの物質１５４を排出した後、処理システム１５２は、図１２の矢印１６４、１６６及び１６８で示されるようにアークエンベロープ８２の中に１つ又はそれ以上の充填材料１６２を注入する段階に進む。例えば、充填材料１６２のある実施形態は、希ガス及び水銀を含む。充填材料１６２の他の実施形態は、希ガス、水銀、及びハロゲン化合物（例えば、臭素、希土類金属ハロゲン化物など）を含む。更に、充填材料１６２の別の実施形態は、気体、液体、又は充填ピルのような固体の形態でアークエンベロープ８２中に注入される。
【００３３】
所望の充填材料１６２をランプ８０中に注入した後に、本技術は、図１３に示されるように残存する充填管９０を閉鎖する段階に進む。例えば、上述のように、充填管９０のある実施形態は、ニオブ又はモリブデン−レニウム合金のような延性のある材料を含む。従って、充填管９０の延性のある実施形態は、圧着工具又は他の機械変形工具によって機械的に圧縮されて、密閉シール１７０を形成する。また、より強力な結合又はシールが密閉シール１７０で必要な場合には、圧着工程中又はその後で密閉シール１７０の領域に局所加熱が加えられる。更に、充填管９０の上述の閉鎖は、リード線９４及び／又はアーク電極９５の位置を設定するように機能し、これによりアーク先端部９８の位置決めを制御する。従って、リード線９２及び９４及び／又はアーク電極９３及び９５付近の充填管８８及び９０の両方の閉鎖により、アーク先端部９６及び９８の精密なアークギャップの制御が容易になる。
【００３４】
図１４は、図１から図１３の種々のランプの実施形態に関して最もよく理解される例示的なランプ組み立て、充填、及びシールの各工程２００を示すフローチャートである。図１４に示されるように、工程２００は、特定の実施形態に応じて決まる中空本体又はアークエンベロープ、１つ又はそれ以上のアーク電極及びリード、１つ又はそれ以上の充填通路、及び１つ又はそれ以上の端部構造体のような種々のランプ構成要素を準備することによって始まる（ブロック２０２）。これらの構成要素は、外部供給源から購入されるか、企業内で形成されるか、特定のランプを調整するか、又は他の手段によって入手される標準規格又は特注の構成要素である。例えば、ランプのある実施形態は外部メーカーから購入されたアーク電極を含み、一方、アークエンベロープ又は充填通路は、望ましい材料を使用して企業内で製造される。更にランプの幾つかの実施形態は、短くされた或いは長くされたアークエンベロープ及び充填管、異なる材料組成、及び他の幾何形状及び材料特性を有する。上記に説明された材料及び構造はまた、ブロック２０２で準備されたランプの構成要素に応用できる。
【００３５】
望ましいランプ構成要素を取得、製造、又は一般に準備する段階の後で、プロセス２００は適切な結合技術によってランプ構成要素を互いに連結する段階に進む（ブロック２０４）。結合ブロック２０４の別の実施形態は、１つ又はそれ以上の材料拡散結合、シール／ろう付け材料、誘導加熱、冷間溶接、圧着、及び／又は簡単化された幾何形状の接続部分を含む。例えば、結合ブロック２０４の幾つかの実施形態は、図２から図３及び図６から図８に示されるように、アークエンベロープ、１つ又はそれ以上の端部構造体、及び１つ又はそれ以上の充填管を組み立てる。組み立てられたランプが図６から図８のように複数の充填管を有する場合、結合ブロック２０４はまた、充填管の１つを除いて全てを結合閉鎖する、すなわち全体的に閉鎖する段階を含む。例えば、ある実施形態では、結合ブロック２０４は機械変形、局所加熱、及び／又は他のどのような適切なシール技術によっても充填管をシールする（図１０から図１２を参照）。
【００３６】
次に、図１４のブロック２０６を参照すると、プロセス２００は、ランプ構成要素（例えば、密閉シールされたアークエンベロープ及び充填管）を希ガス、水銀、臭素又はヨウ素のようなハロゲン化合物、及び／又は金属ハロゲン化物のような望ましい充填材料で充填する段階に進む（ブロック２０６）。充填段階２０６は、図１０から図１２を参照して説明される処理システム１５２のようなどのような適切な処理システムによっても行われる。上述のように、充填材料の別の実施形態は、気相状態、液相状態、及び／又は固相状態（例えば、ピル、粉末など）にある。更に、充填材料が複数の物質を含む場合、充填ステップ２０６の幾つかの実施形態は、個々の物質をランプ構成要素の中に別々に、或いは共に注入する段階を含む。所望であれば、充填ステップ２０６はまた、上述の充填材料を注入する前に、ランプ構成要素を真空にする段階を含む。
【００３７】
図１４のブロック２０８において、プロセス２００は、ランプ組み立て全体の密閉シールを生成し、これによりランプ構成要素内（例えば、アークエンベロープ内）に注入された充填材料をシールする。例えば、シールブロック２０８の別の実施形態は、冷間溶接、局所シール（例えば、レーザー溶接、誘導加熱など）、及び圧着のような１つ又はそれ以上の密閉シール又は結合プロセスを含む（ブロック２０８）。これらのシール技術の結果、プロセス２００によって生産されたランプは、高い内部温度及び圧力での種々の固有のシール特性、耐食性、動作性、及び応力と亀裂に対して低減された感受性を有する。
【００３８】
図１５から図２１を参照して以下に詳細に論じられるように、ランプの幾つかの実施形態はシール材料結合を含む。これらのシール材料結合は、種々のランプ構成要素、例えばアークエンベロープ、充填管、及び端部構造体に使用された材料の種類に少なくとも部分的に起因する特性を有する。例えば、ランプの幾つかの実施形態は、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）端部構造体に結合されたサファイア管状アークエンベロープから形成される。構成要素間の種々の結合接続部分で、これらのランプは、各ＰＣＡ／サファイアシール接続部分で応力を制御するために望ましい熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するシール材料（例えば、シールガラス又はニオブ真鍮）を含む。例えば、別のシール材料の幾つかは、冷却によって生じる引張応力を最小にするシールガラス、例えば、ＰＣＡの平均値であるＣＴＥ値と、縁部限定成長サファイアのａ軸又は半径値とを備えるシールガラスを含む。また、ある実施形態では、シール材料に局所加熱が加えられ、例えばシールガラスなどの局所的微小構造の形成を制御する。更に、ランプの幾つかの実施形態は、シール接続部分（例えば、ＰＣＡ／サファイア接続部分）の領域を選択するために加えられたシール材料を有するが、他の接続部分はシール材料のない結合（例えば、材料拡散結合）を有する。
【００３９】
次に、図１５から図２１を参照すると、種々の実施形態が上述の議論の観点から説明される。図１５は、図３に示されるランプ５０の別の実施形態の側方断面図である。図のように、ランプ５０はシール材料２２２によるアークエンベロープ５４と端部構造体５２との例示的な端部対端部又は突き合わせシール２２０を有する。また、図示されたアークエンベロープ５４は、ドーム形、カップ形、或いは一般に半球形の幾何形状を有する。この例示的な実施形態では、アーク電極６１及び６３は、結合部２２３及び２２４によって端部構造体５２の内側部分に結合される。同様に、リード線６０及び６２は、結合部２２７及び２２８によって端部構造体５２の外側部分に結合される。図のように端部構造体５２は、リード線６０がアーク電極６１に電気的に接続され、リード線６２がアーク電極６３に電気的に接続されるように、内側と外側部分の間に延びる少なくとも２つの導電性部分２２５及び２２６を有する非導電材料を含む。例えば、導電性部分２２５及び２２６の幾つかの実施形態は、サーメット材料を含む。これらの別のリード線構成は一般に、端部構造体５２におけるリード線シール問題を回避する。他の実施形態は、リード線６０及び６２及び／又はアーク電極６１及び６３が端部構造体５２の内側及び外側部分に部分的に延びている。
【００４０】
図１６は、図３に示されるランプ５０の更に別の実施形態の側方断面図である。図示のように、ランプ５０はアークエンベロープ５４と段付き端部構造体２３２との間に例示的な複数シール材料の接合部２３０を有する。段付き端部構造体２３２の他の実施形態は、角度付き接続部分（例えば９０度）、Ｕ形或いはスロット形接続部分、又は異なる向きに配置された部分を有する他の何らかの接続部分を含む。この例示的な実施形態では、アークエンベロープ５４と段付き端部構造体２３２の間の段付き接続部分に沿って異なる熱膨張係数に良好に適合するように、複数のシール材料が選択される。このようにして、ランプ５０の接合部２３０において起こり得る応力及び亀裂が実質的に低減される。幾つかの実施形態では、アークエンベロープ５４が段付き端部構造体２３２を圧縮し、又は端部構造体２３２に焼き嵌めされるように、熱膨張係数が異なるアークエンベロープ５４と段付き端部構造体２３２の材料が選択される。これらの圧縮力は、アークエンベロープ５４と段付き端部構造体２３２の間のシールの改善を容易にする。
【００４１】
図１６に示される接合部２３０に関して、複数シール材料の接合部２３０は、内側円形又は環状の接続部分２３６に沿うシール材料２３４と、アークエンベロープ５４の平面端部又は円盤状の接続部分２４０に沿う別のシール材料２３８を含む。幾つかの実施形態はまた、２つのシール材料２３４と２３８の間に互いの絶縁を維持するための絶縁材料を設ける。シール材料２３４及び２３８は、適切な熱源を加えることにより、アークエンベロープ５４と段付き端部構造体２３２との間に密閉結合される。ある実施形態において、他のシール材料（例えばシール材料２３８）を硬化させる前にシール材料の１つ（例えばシール材料２３４）に局所加熱が加えられる。この多段ステップ硬化工程が複数シール材料の接合部２３０を硬化させるのに使用される場合、シール材料２３４及び２３８は、同一の又は異なるシール物質のいずれかである。同様に、絶縁材料がシール材料２３４及び２３８の間に配置される場合には、シール材料２３４及び２３８は、同一又は異なるシール物質のいずれかである。他の場合は、異なるシール物質がシール材料２３４及び２３８用に選択される。複数シール材料の接合部２３０の付加的な構成は、図１７から図１９に示される。
【００４２】
図１６の端部構造体に注目すると、リード線６０及び６２とアーク電極６１及び６３とが、段付き端部構造体２３２中に部分的に延びる。この例示的な実施形態では、アーク電極６１及び６３が結合部２４１及び２４２を介して導電性部分２２５及び２２６中に延びる。同様に、リード線６０及び６２は、結合部２４３及び２４４を介して導電部部分２２５及び２２６中に延びる。上述のように、導電性部分２２５及び２２６は、段付き端部構造体２３２のサーメットのような残存する非導電性部分によって囲まれている。また、ランプ構成要素の他のどの構成も本技術の範囲内にある。
【００４３】
次いで、図１７から図１９を参照すると、複数シール材料の接合部２３０の種々の他の実施形態が拡大断面図で示されている。図１７で、障壁材料２４６は、上述のような２つのシールを隔てるためにシール材料２３４及び２３８の間に配置される。図１８は、複数シール材料接合部２３０の別の実施形態を示し、ここでは段付き端部構造体２３２が、２つのシール材料２３４及び２３８の間に延びる追加の段又はフランジ部分２４８を有する。ある実施形態において、１つ又はそれ以上のシール接続部分２３６及び２４０は、アークエンベロープ５４と端部構造体２３２の間のシール工程を容易にするための角度付き幾何形状を有する。図１９に示されるように、段付き端部構造体２３２は、端部接続部分２４０に沿って角度付き部分２５０を備える。
【００４４】
ランプ５０の更に別の実施形態が図２０及び図２１に示される。図２０の実施形態では、封入端部構造体２５２がアークエンベロープ５４の外側端部領域の周りに配置される。上記に詳細に説明されたように、アークエンベロープ５４に端部構造体２５２を連結するために種々のシール技術が使用される。しかしながら、図示された実施形態では、シール材料２５４及び２５６は、アークエンベロープ５４の外側円形又は環状接続部分２５８及び平面端部又は円盤状端部接続部分２６０において端部構造体２５２とアークエンベロープ５４との間に配置される。また、これらのシール材料２５４及び２５６は、同一の又は異なるシール物質のいずれかを含む。必要に応じて、シール材料２５４及び２５６は、シール工程を容易にするために障壁材料又はフランジによって分離される。更にある実施形態では、多段硬化工程で局所加熱を加えることにより、２つのシール材料２５４及び２５６に異なる特性を付与することができる。
【００４５】
図２１に示されるように、スロット形端部構造体２７０は、ランプ５０のアークエンベロープ５４に連結される。この例示的な実施形態では、ランプ５０は、アークエンベロープ５４と端部構造体２７０の間の３つの異なるシール接続部分を有する。図示された実施形態では、シール材料２７２、２７４、及び２７６が、外側円形又は環状接続部分２７８、平面端部又は円盤状接続部分２８０、及び内側円形又は環状接続部分２８２において、端部構造体２７０とアークエンベロープ５４との間にそれぞれ配置される。ランプ５０の特定の実施形態によっては、これらのシール材料２７２、２７４、及び２７６は、同一又は異なるシール物質のいずれかを含む。別の実施形態では、１つ又はそれ以上のこれらのシール材料は、材料拡散結合工程と置き換えられる。局所加熱もまた、種々のシール材料を硬化させ、及び／又は３つのシール材料２７２、２７４、及び２７６に異なる特性を付与するために幾つかの実施形態で使用される。
【００４６】
図２２及び図２３は、図６に示されるランプ８０の更に別の実施形態の側方断面図である。これらの別の実施形態では、図示されたアーク電極９３及び９５は、アーク先端部９６と９８との間に形成されるアーク２９０を良好に収容するようにアークエンベロープ８２内で中心をずらして位置付けられる。例えば図６は、アークエンベロープ８２から縦方向に延びる中心線２９２から角度をなして離れたアーク電極９３及び９５を有するランプ８０の別の実施形態を示す。図のように、アーク電極９３及び９５は、アーク先端部９６と９８との間に形成されるアーク２９０が中心線２９２に対して実質的に中心に位置するように、アークエンベロープ８２内に傾斜部分２９４及び２９６を有する。このようにして、中心からずれたアーク先端部９６及び９８によりランプ８０の熱特性及び性能が向上する。
【００４７】
同様に、図２３に示されるランプ８０のアーク先端部９６及び９８もまた、アークエンベロープ８２内で中心からずれている。この例示的な実施形態では、アーク先端部９６と９８との間に形成されるアーク２９０が中心線２９２に対して実質的に中心に位置するように、充填管８８及び９０の幾何形状を変更してアーク電極９３及び９５とアーク先端部９６及び９８が中心からずれて位置付けるようにする。図に示すように、充填管８８及び９０は、互いに対して中心がずれた異なるサイズの端部を有する。充填管８８及び９０の管状端部２９８及び３００は、これらの管状端部２９８及び３００と開口端８４及び８６の中心線が互いにほぼ一直線に並ぶように、アークエンベロープ８２の開口端８４及び８６である反対側にある受け口に嵌入される大きさにされる。従って、組み立て中、これらの管状端部２９８及び３００は、これらの開口端８４及び８６に挿入された後、上記に詳細に説明された結合技術のいずれかによって結合されてアークエンベロープ８２との密閉シールを形成する。しかしながら、充填管８８及び９０の管状端３０２及び３０４は、管状端２９８及び３００と開口端８４及び８６に比べて比較的小さく、且つ中心からずれている３０５。従って、組み立て中にリード線９２及び９４及び／又はアーク電極９３及び９５は、アーク先端部９６及び９８が同様に充填管８８及び９０内で中心からずれて位置付けられる３０５ように、通常より小さな大きさで且つ中心がずれた管状端部３０２及び３０４内に固定される。必要に応じて、この中心からずれた位置３０５を充填材料、スペーサー、又は他の適切な支持物によって支持する。しかしながらどのような適切な構成も本技術の範囲内にある。図２２を参照して上記に説明されたように、この結果得られた中心からずれたアーク先端部９６及び９８により、ランプ８０の熱特性及び性能が向上する。
【００４８】
図２４、図２５、及び図２６は、図８に示されたランプ１２０の更に別の実施形態の断面図である。これらの別の実施形態では、図示されたリード線１２７及び１２８及び／又はアーク電極１３１及び１３３は、適切な非導電材料によって互いに３０と電気的に絶縁されている。図示されたランプ１２０は、ほぼ円形の中空本体又はアークエンベロープ１２２の開口端１２４内に密閉シールされた単一の充填管１２６を含む。また、図示されたアークエンベロープ１２２は、卵形、楕円形、或いはほぼ長円形の幾何形状を有する。図２４に示された実施形態では、リード線１２７及び１２８は、リード線１２８の付近に配置された絶縁又は非導電被覆３０６によって充填管１２６全体にわたって互いに電気的に絶縁されている。図２５は、リード線１２７と１２８との間のこの電気的絶縁を示す充填管１２６の断面図である。必要に応じて、リード線１２７及び１２８は、充填管１２６内の１つ又はそれ以上のスペーサー１３４或いは充填材料によって更に支持される。図２６に示された実施形態では、リード線１２７及び１２８は、リード線１２７及び１２８を完全に分離する絶縁又は非導電充填材料３０８によって充填管１２６全体にわたって互いに電気的に絶縁され間隔を置いて配置される。また、他のどのような適切な絶縁技術も本技術の範囲内にある。
【００４９】
図２７から図３１は、図３及び図１５から図２１を参照して説明された端部構造体５２、２３２、２５２、及び２７０の更に別の実施形態を示す。例えば図２７は、ほぼ平らな又は平面構成を有する非導電ベース又は端部構造体３１２を含む別のランプ３１０の部分的な側方断面図である。従って、端部構造体３１２のこの平面構成は、隣接するアークエンベロープ（図示されていない）との平面的な結合接続に役立つ。非導電ベース又は端部構造体３１２はまた、内側及び外側表面３１８及び３２０の間に延びる導電性部分３１４及び３１６を有する。図のように、リード線６０及び６２は、非導電端部構造体３１２の外側表面３２０で導電性部分３１４及び３１６に連結される。同様に、アーク電極６１及び６３は、非導電端部構造体３１２の内側表面３１８で導電性部分３１４及び３１６に連結される。従って、これらの導電性部分３１４及び３１６は、リード線６０及び６２とアーク電極６１及び６３との間に導電経路を形成すると共に、リード線６０及び６２とアーク電極６１及び６３における通路に起因する漏れの可能性を排除する。図２７から図３１に示されるように、ランプ３１０はまた、非導電ベース又は端部構造体３１２に密閉シール又は結合された充填管５６を含む。電極６３及び６１とリード線６２及び６０はまた、図１６に示された実施形態と同様に導電性部分３１６及び３１４中に部分的に挿入することができる。
【００５０】
図２８は、図２７を参照して説明されたランプ３１０の断面平面図である。図のように充填管５６は、アーク電極６１及び６３、アーク先端部６４及び６６、及び導電性部分３１４及び３１６と間隔を置いて配置される。このようにして、充填材２５６の位置は、アーク電極６１及び６３、アーク先端部６４及び６６、及び導電性部分３１４及び３１６の間の間隔とは干渉しない。従って、図示された実施形態は、アーク先端部６４及び６６の間に比較的短いアーク経路を形成するためのアーク電極６１及び６３の接近した位置付けを容易にする。
【００５１】
図２９は、段付き又は多段外側円周部３３４を有する非導電ベース又は端部構造体３３２を含む別のランプ３３０の部分側方断面図である。図のように端部構造体３３２は、実質的に平らな下部表面３３６を有する。しかしながら、多段外側円周部３３４は、対応するアークエンベロープ（図示されず）に結合するための端部構造体３３２の上部表面３３８上に配置される。図示された実施形態では、多段外側円周部３３４は、上部表面３３８の平らな形状３４２の異なる場所においてほぼＬ形の溝３４０を定める。図２７に示されたランプ３１０と同様に、非導電ベース又は端部構造体３３２はまた、外側及び内側表面３３６及び３４２の間に延びる導電性部分３１４及び３１６を含む。また、リード線６０及び６２は、非導電端部構造体３３２の外側表面３３６で導電性部分３１４及び３１６に連結される。同様にアーク電極６１及び６３は、非導電端部構造体３３２の内側表面３４２で導電性部分３１４及び３１６に連結される。従って、これらの導電性部分３１４及び３１６は、リード線６０及び６２とアーク電極６１及び６３の間に導電経路を形成すると共に、リード線６０及び６２とアーク電極６１及び６３における通路に起因する漏れの可能性を排除する。更にランプ３３０は、非導電ベース又は端部構造体３３２に密閉シール又は結合された充填管５６を含む。例えば、図２８を参照して上記に説明されたように、ランプ３３０のある実施形態は、アーク先端部６４及び６６の間に比較的短いアーク経路を形成するよう構成要素間に間隔を設ける。
【００５２】
他の実施形態では、充填管５６は、アーク先端部６４及び６６の間のアークの生成を促進するためにアーク先端部６４及び６６の近くに位置付けられる。例えば図３０は、図２７に示されたランプ３１０の別の実施形態の部分側方断面図であり、これは充填管５６の端部３４４がアーク先端部６４及び６６に比較的近づくように、内側表面３１８を越えて突出する充填管５６を有する。従って、充填管５６とアーク先端部６４及び６６の各々との間の距離は、アーク先端部６４及び６６の間の距離よりも相対的に小さい。動作中、充填管５６がアーク先端部６４及び６６と比較的近くに接近していることにより、充填管５６とアーク先端部６４及び６６の一つとの最初のアーク形成が容易になる。最初のアークが形成された後、完全なアークが２つのアーク先端部６４と６６との間に延びる。例えば、最初のアークは、内部の充填材料（例えば希ガス及び水銀）をイオン化するよう機能し、これによりアーク先端部６４及び６６の間のアークギャップを短絡するための必要電圧を低下させる。ガスがイオン化されると、アークはアーク先端部６４及び６６の間のギャップの短絡を更に容易にする。従って、充填管５６の図示された実施形態は、充填管５６がアーク生成のための起動装置として機能するように、モリブデン又はモリブデン−レニウム合金のような導電材料を含む。
【００５３】
図３１は、アーク先端部６４及び６６に対する充填管５６の幾何学的な位置を更に示す図３０に示されたランプ３１０の上面図である。図のように充填管５６は、アーク先端部６４及び６６の間の標準的なアーク先端部間隔３４８より短くされた距離３４６だけアーク先端部６４から離間して配置されている。従って、短くされた距離３４６により、次いで２つのアーク先端部６４及び６６の間を短絡するアークの最初の形成が容易になる。図２８に示された実施形態と同様に、図示された実施形態により、アーク先端部６４及び６６の間に比較的短いアーク経路を形成するためにアーク電極６１及び６３の近接した位置付けが容易になる。
【００５４】
図３２は、本技術のある実施形態による別のランプ３５０の側方断面図である。図のようにランプ３５０は、段付き又は複数角度付き接続部分３５８で共に連結されている上側及び下側カップ部分３５４及び３５６を有するアークエンベロープ３５２を含む。図示された複数角度付き接続部分３５８は、下側カップ部分３５６のフランジ付き構造体３６２内にＬ形の溝３６０を含む。Ｌ形の溝３６０は、水平リング又は円盤状部分３６４と縦リング又は環状部分３６６を含む。Ｌ形の溝３６０のこれらの部分３６４及び３６６は、カップ部分３５４の対応する向き合う端部３６８と外側円周部分３７０において上側カップ部分３５４を接続する。種々の実施形態において、この複数角度付き接続部分３５８は、１つ又はそれ以上のシール材料、拡散結合プロセス、局所的又は非局所的加熱工程、及び／又は他の適切な結合技術を用いて密閉シールされる。
【００５５】
図３２に示されたランプ３５０は更に、充填管３７２、リード線３７４及び３７６、アーク先端部３８２及び３８４を有する角度付きアーク電極３７８及び３８０、及び反射層又はコーティング３８６を含む。図のように充填管３７２は、上記に詳細に説明されたように、望ましい充填材料の注入のために下側カップ部分３５６に連結される。充填管３７２は、冷間溶接、局所加熱、及び／又は他の適切なシール技術によって次いでシール閉鎖される。
【００５６】
図示された実施形態では、下側カップ部分３５６はまた、内側及び外側表面３９２及び３９４の間に延びる少なくとも２つの導電性部分３８８及び３９０を有する非導電材料を含む。外側表面３９４において、リード線３７４及び３７６が導電性部分３８８及び３９０に連結される。次いで、角度付きアーク電極３７８及び３８０が、内側表面３９２で導電性部分３８８及び３９０に連結される。このようにして、導電性部分３８８及び３９０は、リード線３７４及び３７６と角度付きアーク電極３７８及び３８０との間に導電経路を形成すると共に、ランプ３５０のシール特性を向上させる。アーク電極３７８及び３８０の角度付き構成に関して、図示された実施形態により、ランプ３５０の動作のための縮められたアーク距離が得られる。更に、上側及び下側カップ部分３５４及び３５６の曲線の幾何形状が、アーク先端部３８２及び３８４の間に形成されるアークを収容するめの対称性と空間を改善する。このようにして、上述の特徴によりランプ３５０の熱管理及び性能が向上する。
【００５７】
更にまた、下側カップ部分３５６の曲線形状と反射層又はコーティング３８６により、ランプ３５０の照明性能の改善が可能となる。反射層又はコーティング３８６は、アーク先端部３８２及び３８４の間に形成されたアークから収集されるルーメンを増大させるよう機能する。種々の実施形態では、反射層又はコーティング３８６の材料組成は、モリブデン、タングステン、レニウム、及び／又は他の好適な材料のうちの１つ又はそれ以上の層を含む。例えば、反射層又はコーティング３８６の幾つかの実施形態は、多層セラミックを含む。曲線の幾何形状はまた、このルーメンの収集を高めると共に、ルーメンの方向性を制御する。例えば、下側カップ部分３５６の別の実施形態は、より効率的に且つ正確にルーメンを取り込んで集束させるよう異なる曲率、半径、厚さ、及び他の幾何形状の構成を含む。下側カップ部分３５６の実施形態は、高屈折率の材料層と低屈折率の材料層とが交互になるような（例えば酸化タンタルと二酸化シリコンの交互の層）、種々の材料組成を有する。
【００５８】
図３３は、本技術のある実施形態による別のランプ４００の側方断面図である。図のようにランプ４００は、段付き又は複数角度付き接続部分４０６において共に連結されるアークエンベロープ４０２と端部構造体４０４とを含む。図示された複数角度付き接続部分４０６は、端部構造体４０４の外側円周部４１０においてＬ形の溝４０８を含む。Ｌ形の溝４０８は、水平リング又は円盤状部分４１２と縦リング又は環状部分４１４を含む。Ｌ形の溝４０８のこれらの部分４１２及び４１４は、アークエンベロープ４０２の対応する向き合う端部４１６と内側円周部分４１８においてアークエンベロープ４０２を接続する。種々の実施形態において、この複数角度付き接続部分４０６は、１つ又はそれ以上のシール材料、拡散結合プロセス、局所的又は非局所的加熱工程、及び／又は他の適切な結合技術を用いて密閉シールされる。
【００５９】
端部構造体４０４に関して、図３３に示されたランプ４００は更に、充填管４２０、リード線４２２及び４２４、及びアーク先端部４３０及び４３２を有する角度付きアーク電極４２６及び４２８を含む。図のように充填管４２０は、上記に詳細に説明されたように所望の充填材料の注入のために端部構造体４０４に連結される。その後、充填管４２０は、冷間溶接、局所加熱、及び／又は他の適切なシール技術によって密閉シールされる。
【００６０】
図３３の図示された実施形態では、端部構造体４０４はまた、内側及び外側表面４３８及び４４０の間に延びる少なくとも２つの導電性部分４３４及び４３６を有する非導電材料を含む。外側表面４４０において、リード線４２２及び４２４が導電性部分４３４及び４３６に連結される。次に、角度付きアーク電極４２６及び４２８が、内側表面４３８において導電性部分４３４及び４３６に連結される。このようにして、導電性部分４３４及び４３６は、リード線４２２及び４２４と角度付きアーク電極４２６及び４２８の間に導電経路を形成すると共に、ランプ４００のシール特性を向上させる。アーク電極４２６及び４２８の角度付き構成に関して、図示された実施形態により、ランプ４００の動作のための縮められたアーク距離が得られる。アーク電極４２６及び４２８の角度付き構成はまた、ランプ４００の熱管理及び性能を向上させる。例えば、アーク電極４２６及び４２８の角度付き構成は、ランプ４００の動作中にアーク先端部４３０及び４３２の間に形成されるアークを比較的中心にあり、及び／又は対称的な位置付けを容易にする。このようにして、ランプ４００の全体にわたってより均一に熱が分散される。
【００６１】
光特性及び照明性能に関して、図３３に示されたアークエンベロープ４０２は、比較的厚い中央部分４４４と比較的薄い外側部分４４６とを有するレンズ構造又はドーム４４２を含む。動作中、ドーム４４２は、アーク先端部４３０及び４３２に発生した光を焦点に集めるか、或いは集束させる。例えば、ドーム４４２のある実施形態は、ランプ４００から所望の距離にある特定の目標に光を集めるように機能する。このようにして、ドーム４４２は特定の用途のための光の利用を高める。例えば、ドーム４４２の別の実施形態は、より効率で且つ正確に光を取り込んで合焦するための異なる曲率、半径、厚さ、及び他の幾何形状構成を含む。付加的な性能及び効率が、図３３のドーム４４２と図３２の下側カップ部分３５６との組み合わせによって達成される。図１から図３３を参照して上記に説明された特徴のどれもが図１から図３３によって示された実施形態のいずれにも適用できるので、別の実施形態は本明細書で説明された特徴のいずれの組み合わせも含む。
【００６２】
特定の実施形態を図面において例証の目的で示し、本明細書で詳細に説明してきたが、本発明は種々の変更及び別の形態が可能である。しかしながら、本発明は、開示された特定の形態に限定されることを意図するものではないことを理解されたい。例えば、図を参照して上記に説明された特徴は、ランプ組立体、製造工程、或いは他の照明システム及び工程に対してどのような適切な組み合わせでも適用できる。従って本発明は、添付された請求項によって定められるような本発明の精神及び範囲内にある全ての改良、均等物、及び代替物を保護しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本技術のある実施形態によるランプの斜視図。
【図２】アークエンベロープ、端部構造体、及び充填管の密閉シールされたアセンブリを示す図１に示されるランプの側方断面図。
【図３】本技術のある実施形態による湾曲したアークエンベロープ、端部構造体、及び充填管を有するランプの別の実施形態の側方断面図。
【図４】図２及び図３に示されるアークエンベロープと端部構造体の例示的な材料拡散突き合わせ接合部を示す拡大断面図。
【図５】図２及び図３に示される端部構造体と充填管を連結する例示的な材料拡散接合部を示す拡大断面図。
【図６】アークエンベロープに連結された１つ又はそれ以上の充填管を有するランプの更に別の実施形態の側方断面図。
【図７】アークエンベロープに連結された１つ又はそれ以上の充填管を有するランプの更に別の実施形態の側方断面図。
【図８】アークエンベロープに連結された１つ又はそれ以上の充填管を有するランプの更に別の実施形態の側方断面図。
【図９】図６から図８に示される種々のアークエンベロープ及び充填管を連結する例示的な材料拡散接合部を示す拡大断面図。
【図１０】ランプの材料充填及びシール工程を更に示す、図６に示されるランプの側方断面図。
【図１１】ランプの材料充填及びシール工程を更に示す、図６に示されるランプの側方断面図。
【図１２】ランプの材料充填及びシール工程を更に示す、図６に示されるランプの側方断面図。
【図１３】ランプの材料充填及びシール工程を更に示す、図６に示されるランプの側方断面図。
【図１４】図１から図１３に構造的に示されるランプ組立、充填、及びシール工程を示すフローチャート。
【図１５】シール材料によって端部構造体を備えるアークエンベロープの例示的な突き合わせシールを更に示す、図３に示されるランプの別の実施形態の側方断面図。
【図１６】段付き端部構造体を有する図３に示されるランプの更に別の実施形態の側方断面図。
【図１７】図１６に示されるシールの別の構成を示す拡大断面図。
【図１８】図１６に示されるシールの別の構成を示す拡大断面図。
【図１９】図１６に示されるシールの別の構成を示す拡大断面図。
【図２０】別の端部構造体とシールの構成を示す図３に示されるランプの更なる実施形態の側方断面図。
【図２１】別の端部構造体とシールの構成を示す図３に示されるランプの更なる実施形態の側方断面図。
【図２２】傾斜電極を有する図６に示されるランプの別の実施形態の側方断面図。
【図２３】中心をずらした充填管を有する図６に示されるランプの別の実施形態の側方断面図。
【図２４】充填管内の２つのリード線の１つの周りに非導電性被覆を有する図８に示されるランプの別の実施形態の側方断面図。
【図２５】非導電性被覆による２つのリード線の絶縁を更に示す図２４に示される充填管の断面図。
【図２６】電極の１対のリード線の周りで充填管内に非導電性充填材又はシール材料を有する図８に示されるランプの別の実施形態の側方断面図。
【図２７】充填管とアーク電極の種々の構成を示す図３に示されるランプの別の実施形態の断面図。
【図２８】充填管とアーク電極の種々の構成を示す図３に示されるランプの別の実施形態の断面図。
【図２９】充填管とアーク電極の種々の構成を示す図３に示されるランプの別の実施形態の断面図。
【図３０】充填管とアーク電極の種々の構成を示す図３に示されるランプの別の実施形態の断面図。
【図３１】充填管とアーク電極の種々の構成を示す図３に示されるランプの別の実施形態の断面図。
【図３２】本技術のある実施形態による上側部及び下側カップ状部分、傾斜アーク電極、及び反射層又はコーティングを有する別のランプの側方断面図である。
【図３３】光を集束するように適合されたドーム型の構造を有する図３に示されるランプの別の実施形態の側方断面図。
【符号の説明】
【００６４】
１０  ランプ
１２  アークエンベロープ
１４  充填構造体
１６  充填管
１８  端部構造体
２０  端部構造体
２１、２３  アーク電極
２２、２４  リード線
【図１】
2005183356.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【外国語明細書】
2005183356000001.pdf