(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動中に過度に加熱可能なランプエンベロープを有する無電極ランプの冷却装置において、冷却ガスを供給する冷却ガス源手段と；前記冷却ガスを前記冷却ガス源から前記ランプエンベロープの近辺へ導く導管手段と；前記ランプエンベロープを冷却するために、前記導管手段から前記ランプエンベロープに向けて冷却ガス流を供給するための超音速ジェット出口ノズルと；から構成することを特徴とする無電極ランプの冷却装置。
【請求項２】
更に、前記ランプエンベロープと前記導管手段とを固定するための共通のマニホールドを備えており、前記導管手段は実質的に等長の複数の導管から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプの冷却装置。
【請求項３】
前記共通のマニホールドは前記各導管用の装着部材を有しており、装着部材は、ランプエンベロープの周囲の異なる高さ位置から前記ランプエンベロープの近辺へ冷却ガスを供給するために、前記マニホールドに高さ位置を変えて互い違いに配列されていることを特徴とする請求項２に記載の無電極ランプの冷却装置。
【請求項４】
前記超音速ジェット出口ノズルは、直径約０．０３５インチのスロートと、長さ約０．１インチの収縮部と、直径約０．０４０インチの出口を有していることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプの冷却装置。
【請求項５】
更に、前記ランプエンベロープと前記導管手段とを固定するための共通マニホールドを備えていることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプの冷却装置。
【請求項６】
前記共通マニホールドは、前記各導管手段用の調整可能な装着部材を有しており、該調整可能な装着部材は前記導管手段を垂直方向に調整することを特徴とする請求項２に記載の無電極ランプの冷却装置。
【請求項７】
前記ランプエンベロープを冷却するために、前記導管手段から前記ランプエンベロープに向けて冷却ガス流を供給する複数の前記各導管手段に、超音速ジェット出口ノズルを構成していることを特徴とする請求項２に記載の無電極ランプの冷却装置。
【請求項８】
前記ランプエンベロープを冷却するために、前記導管手段から前記ランプエンベロープに向けて冷却ガス流を供給する複数の前記各導管手段に、超音速ジェット出口ノズルを構成していることを特徴とする請求項３に記載の無電極ランプの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無電極ランプの冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する無電極ランプは、プラズマ形成媒体を封入したランプエンベロープを有している。エンベロープ内の媒体は、マイクロ波エネルギー、無線周波数エネルギー、或は他の電磁エネルギで励起されてプラズマを発生し、このプラズマは紫外スペクトル、可視スペクトル或は赤外スペクロルを放射する。無電極ランプは半導体製造操作に使用されており、光重合反応によってコーティング処理或はインキ処理するために使用される。
【０００３】
無電極ランプは、作動中大量の熱をランプエンベロープに伝達する。そして、ランプエンベロープは冷却されることで、ランプの総合性能を制限する効果があることがわかっている。特に、ランプエンベロープ内のマイクロ波或は他のエネルギーの電力密度が増加するにつれて、ランプから放射されるエネルギーに伴う輝度が増加する。しかしながら、電力密度が増加するにつれて、エンベロープ温度も上昇して、適当に冷却されなければ、エンベロープが溶解する温度に達してしまう。このように、ランプの輝度は、ランプエンベロープを冷却することで左右される。更に、ランプが所定のエンベロープ温度で作動されても、より低い温度にエンベロープを冷却することによりバルブの寿命は延ばされる。
【０００４】
無電極ランプの冷却装置は、米国特許第５，０２１，７０４号、第４，４８５，３３２号及び第４，０４２，８５０号に開示されているように周知である。これらの特許は、エンベロープ表面の温度プロフィルを均一にするために、電力密度をある程度増加させる技術を含んでいる。しかしながら、より高い電力密度で作動させるためには、より良く冷却する必要がある。
【０００５】
従来の冷却装置は、ランプエンベロープに冷却空気流を供給する冷却導管として共通の収斂出口ノズルを使用している。収斂冷却導管ノズルのノズル出口が最も細い部分であり、そこからガスが流出する。この形式のノズルでは、ガスは、大径の入口部分から導管ノズルの次第に細くなる部分、即ち、流量面積がノズル出口に達するまで減少している部分を通って流れる。収斂ノズルの出口で、音速の最大速度を得ることができる。最大速度で得られるノズル出口の圧力は、ガスの臨界圧力に達する。ノズル出口での圧力がガスの臨界圧力より高いと、出口速度は音速より低くなる。ガスの臨界圧力によって出口圧力が上昇しても、出口速度は増加しない。同様に、出口圧力がガスの臨界圧力以下の場合、ノズル出口で急激な制御不能の膨張が起こり、ジェット流を破壊してしまい、その結果、ランプエンベロープへの空気流速度は低下してしまう。
【０００６】
従来の無電極ランプは複数の冷却導管を使用しており、これらの導管はエンベロープランプの中空壁に固定されて、そこから延びている。冷却空気は、エンベロープが回転するにつれて、導管及び導管の出口ノズルを通ってランプエンベロープの表面を流れる。冷却導管はランプエンベロープの周囲を取り囲むように配置されている。より良くより均一に冷却するために、ランプエンベロープを取り囲んでいる導管ノズルを、異なる高さでランプエンベロープに空気を供給するように、異なる水平面に配置することが考えられる。
【０００７】
冷却導管出口ノズルの高さ位置を変えるために、従来の冷却導管は、異なる長さの、典型的には３つの標準サイズで設計されている。異なる高さ位置にノズルを配置するためにこれらの導管は必要であるが、従来の冷却装置は、互いに共通の水平面で中空壁に冷却導管を固定するように制限されている。
【０００８】
従来の冷却導管の設計はいささか不利である。ランプのランプエンベロープは上方に延びている導管を介してマニホールドに装着されている。ランプエンベロープは、最も効果的にマイクロ波フィールドに結合するように垂直方向に調整可能である。しかしながら、冷却導管がランプの中空壁に固定されているので、エンベロープの垂直方向の位置が変えられた時、ランプエンベロープに対応する冷却導管出口ノズルの相対位置が変わることによって、エンベロープの冷却力が変化する。
【０００９】
更に、従来の無電極ランプの冷却導管は、ランプエンベロープの異なる高さ位置で、冷却導管の空気出口ノズルを異ならせるように異なる長さにしなければならない。冷却導管の長さを変えることによって、無電極ランプの製造に伴うコストが上昇すると共に、ランプのスペア部品を製造するコストも増加する。更に、冷却導管を交換する時、適当な長さの導管を確実に所定の位置に配置する必要があるというやっかいな問題がある。導管を過って配置すると、ランプエンベロープを加熱させ、溶解させてしまうことになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、無電極ランプのランプエンベロープを効果的に冷却することができる冷却装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴によれば、無電極ランプの冷却装置は、冷却ガスを供給する冷却ガス源手段と；前記冷却ガスを前記冷却ガス源から前記ランプエンベロープの近辺へ導く導管手段と；前記ランプエンベロープを冷却するために、前記導管手段から前記ランプエンベロープに向けて冷却ガス流を供給するための超音速ジェット出口ノズルと；から構成されている。
【００１２】
本発明の超音速ジェット出口ノズルはノズルからの空気速度を効果的に増加させて、ランプエンベロープのための冷却空気量を増大させる。この特別な冷却により、より高出力のランプを冷却でき、また、ランプエンベロープの寿命を延ばすことができる。また、超音速ジェット出口ノズルは、ランプエンベロープの冷却伝達効率を増大させ、冷却空気の消費量を抑える。更に、超音速ジェット出口ノズルを使用することにより、所定の冷却空気量に対して、無電極ランプ当りの冷却導管数を減らすことができる。
【００１３】
本発明の別の特徴によれば、ランプエンベロープと導管手段とを固定するための共通のマニホールドを備えており、導管手段は実質的に等長の複数の導管から構成されている。
【００１４】
更に別の特徴によれば、各導管手段の装着部材があり、該装着部材は、ランプエンベロープの異なる高さ位置で、ランプエンベロープの近辺に冷却ガスを供給するように垂直方向に交互に配置されている。装着部材は調節可能であるので、導管手段も垂直方向に適正に調整可能である。
【００１５】
単に１つのサイズの冷却導管を有することにより、交換導管の設置ミスの危険性を減少させ、また、交換導管を用意するためのコストを下げることができる。超音速ジェット出口ノズルをランプエンベロープの異なる高さ位置に配置することにより、冷却導管の装着部材を異なる高さ位置に交互に配置することができる。更に、冷却導管とランプエンベロープとを固定する共通のマニホールドを有することにより、ランプエンベロープを調整する時に同時に冷却導管も調整することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１及び図２には、本発明の好適な実施の形態の斜視図及び側面図が示されている。この実施の形態では、６本の冷却導管１とランプエンベロープ２を含んでおり、これらの全ては組立構造体３から延びている。組立構造体は、モータ組立体４、空気入口ポート５及び組立体ケース６を含んでいる。
【００１７】
各冷却導管は、周知のように、ランプエンベロープの表面を一様に冷却するように設計されている。一般的な冷却導管の設計では、図１に示すように、ランプエンベロープの周囲にほぼ円周状に延在するように各冷却導管を装着している。また、超音速ジェット出口ノズルは、他の各超音速ジェット出口ノズルに対して異なる高さ位置で、冷却空気をランプエンベロープを指向するようにされている。超音速ジェット出口ノズルの高さ位置を調整することによって、最も効果的にランプが冷却されることも周知である。超音速ジェット出口ノズルを好適に調整するために異なる長さの冷却導管を準備するよりも、本発明では、ランプエンベロープの周囲の超音速ジェット出口ノズルの高さを調整するために、組立体ケース内に異なる高さ位置の導管装着部材を設けて、等しい長さの冷却導管を使用することを教示している。
【００１８】
以下にもっと詳細に説明するように、空気源（図示しない）から空気入口ポート５に流入する空気は、組立構造体３の内部の冷却導管１に流入して、ランプエンベロープ２に冷却空気を供給するためにランプエンベロープ２の近辺で超音速ジェット出口ノズル７から流出する。
【００１９】
図３には、本発明の好適な実施の形態の断面図が示されている。６本の冷却導管１とランプエンベロープ２は共通のマニホールド８に装着されている。ランプエンベロープ２はランプ装着部材９に、また、各冷却導管１は共通マニホールド上の個別の導管装着部材（２つの導管装着部材１０、１１のみが示されている）に、それぞれ固定されている。各冷却導管１の長さは等しく、また、流量も等しい。空気は、入口ポート５から共通マニホールド８へ、さらに６本の冷却導管１の中を流れる。
【００２０】
各導管装着部材の高さ位置はそれぞれ異なっており、組立構造体３内においてオフセットされて固定される。図３に示すように、導管装着部材１０は、導管装着部材１１よりも高い垂直方向位置で組立構造体３内に装着されている。このように、導管装着部材１０に装着された冷却導管１６は、導管装着部材１１に装着された冷却導管１１よりも高い位置で、組立構造体３内に装着されている。冷却導管１６と１７の長さは等しいので、ランプエンベロープ２の表面に空気を運搬する冷却導管１６と１７の超音速ジェット出口ノズルの高さ位置の差は、導管装着部材１０と１１との垂直方向の距離と等しくなる。
【００２１】
冷却導管１とランプエンベロープ２は共通のマニホールド８に装着されているので、共通マニホールド８の位置を調整することによってランプエンベロープ２の高さが調整されると、冷却導管１はランプエンベロープ２と一緒に自動的に調整される。
【００２２】
図５に示す本発明の他の実施の形態では、冷却導管１は組立体ケース６内に調整可能に装着されている。冷却導管１の上端２２は組立体ケース６の上面を貫通して延びているので、各冷却導管１を上方の制限をすることなく調整することができる。各冷却導管の上端は、それぞれ空気源に接続される。
【００２３】
以上説明してきた調整可能な冷却導管を備えた冷却装置により、技術者は冷却導管１の高さ位置の組み合わせを変える実験をすることができる。この装置を使用して冷却導管の好適な高さ調整を発見した時、図１〜図３に示すように、新たに調整して、共通マニホールド８内で導管の装着位置を固定して、商業ユニットが組み立てられる。
【００２４】
本発明を他の観点から見ると、ランプエンベロープの表面を横切る空気流の流速が高くなればなるほど、より冷却できるので、より高出力のランプを採用することが可能になる。同様に、所定の冷却導管を用いて、より高速の空気流により冷却を促進できるのであれば、導管により所定の冷却量を供給する必要はない。本発明の超音速ジェット出口ノズルは従来技術よりも高速の空気流を創成することができる。
【００２５】
図４には、本発明の超音速ジェット出口ノズルが示されている。超音速ジェット出口ノズルは、収縮部１８、スロート１９、末広がり部２０と出口２１を備えている。スロートは超音速ジェット出口ノズルの最小断面積部である。従来の収斂ノズルと同様に、収縮部の終端、即ちスロートで、スロートでの圧力が超音速ジェット出口ノズルを流れる特定のガスの臨界圧力に近づくように、超音速が得られる。ガスが、スロート１９から末広がり部２０へ通過する時、ガスの流速は超音速に増速され、出口２１からランプエンベロープ２に向けて流出する。ランプエンベロープ２に向かう超音速ガス流量は、ランプエンベロープの表面で大量の対流熱を伝達して、ランプを冷却する。
【００２６】
超音速ジェット出口ノズルはクオーツから作られるのが好ましい。マイクロ波エネルギを吸収しないセラミックなどの材料も適している。これらの超音速ジェット出口ノズルの寸法は、ランプエンベロープを冷却するために必要なサイズの冷却導管と共同するように非常に小さい。好適には、冷却導管の超音速ジェット出口ノズルの出口で最高の超音速を達成するために、超音速ジェット出口ノズルのスロート１９の直径は約０．０３５インチであり、収縮部２０の長さは約０．１インチであり、出口２１の直径は約０．０４０インチである。これらの寸法と共に、超音速ジェット出口ノズルの入口圧力は少なくとも３気圧にすべきであり、また、超音速ジェット出口ノズルの出口及びランプエンベロープの周囲の圧力は、超音速ジェット出口ノズルの性能を最大限発揮するように大気圧にすべきである。
【００２７】
上述した実施の形態は、単に実例を示すものであり、何ら制限されるものではないことを認識すべきである。したがって、付随する請求の範囲によって限定される全ての内容並びにそれらと同等のものを保護しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の無電極ランプ及びその冷却装置の斜視図である。
【図２】  図２は、本発明の無電極ランプ及びその冷却装置の側面図である。
【図３】  図３は、本発明の無電極ランプ及びその冷却装置の断面図である。
【図４】  図４は、本発明の超音速ジェット出口ノズルを示す図である。
【図５】  図５は、調整可能な冷却導管を備えた無電極ランプ及びその冷却装置の斜視図である。
【符号の説明】
１（１６、１７） 冷却導管
２ ランプエンベロープ
５ 入口ポート
７ 超音速ジェット出口ノズル
８ 共通マニホールド
９ ランプ装着部材
１０、１１ 導管装着部材
１８ 収縮部
１９ スロート
２０ 末広がり部
２１ 出口
【図１】
0003870389.tif 000002
【図２】
0003870389.tif 000003
【図３】
0003870389.tif 000004
【図４】
0003870389.tif 000005
【図５】
0003870389.tif 000006