(57)【要約】  光透過性容器を有する発光管をもつランプを提供する。その発光管は、気密シュラウドなどの封じ込め容器に閉じ込められたガス状媒質によって取囲まれている。そのガス状媒質は、好ましくは発光管の冷却を助けるＨｅ、Ｈ２、Ｎｅまたは８００℃での熱伝導率がＮ２のそれよりも大きい他のガス、あるいはそれらの混合物である。シュラウドの内側および／または外側は拡散遮断層で被覆されていてもよい。発光管のホットスポットの冷却を助けるため、シュラウドと前記容器との間の間隙を短くし、アーク近傍のシュラウド壁部分を厚くし、発光管をシュラウドの長さ方向軸の上方へずらせることができ、発光管の帰路リード線をシュラウドと発光管との間に位置させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性容器をもつ発光管ならびに一対の間隔をおいて配置された電極を包含し、該発光管が、発光管外側の封じ込め容器によって閉じ込められたガス状媒体によって取り囲まれており、２５℃において該ガス状媒体の少なくとも１０モル％は、ＨｅまたはＨ２またはＮｅもしくは８００Ｃにおいての熱伝導率がＮ２のそれより大きい他のガスあるいはそれらの混合物によってもたらされているランプ。
【請求項２】
２５℃における該ガス状媒質の総モル数の少なくとも８０％がＨｅによってもたらされている請求項１に記載のランプ。
【請求項３】
該ガス状媒質が２５℃で０．１−１０気圧の圧力をもっている請求項１に記載のランプ。
【請求項４】
２５℃における該ガス状媒質の総モル数の０．１−９０％がＮ２である請求項１に記載のランプ。
【請求項５】
該封じ込め容器がシュラウドであり、該シュラウドが内表面、内径、外表面および外径をもつ請求項１に記載のランプ。
【請求項６】
該シュラウドの内表面または外表面が、該ガス状媒質の拡散損失に対する拡散遮断層として作用するのに有効なコーティングによって実質的に被覆されている請求項５に記載のランプ。
【請求項７】
該コーティングがタンタラ、チタニア、アルミナまたはハフニアあるいは他の高温透明材料もしくはそれらの組合せを含有している請求項６に記載のランプ。
【請求項８】
該光透過性容器が外径を有し、該光透過性容器の外径と該シュラウドの内径との差が、該光透過性容器の外径の２倍未満である請求項５に記載のランプ。
【請求項９】
該シュラウドの外径と該シュラウドの内径との差が、該シュラウドの内径の２０％よりも大きい請求項５に記載のランプ。
【請求項１０】
該光透過性容器が、４ｍｍ未満の外径をもつ管である請求項１に記載のランプ。
【請求項１１】
該シュラウドが８ｍｍ未満の外径をもつ請求項５に記載のランプ。
【請求項１２】
光透過性容器をもつ発光管ならびに一対の間隔をおいて配置された電極を包含し、該発光管が、発光管外側の封じ込め容器によって閉じ込められたガス状媒体によって取り囲まれており、該光透過性容器が外表面および外径を有し、該封じ込め容器が、内表面および内径を有するシュラウドであり、該光透過性容器の外表面と該シュラウドの内表面との間に間隙があり、該間隙が該光透過性容器の外径よりも小さいランプ。
【請求項１３】
該間隙が該光透過性容器の外径の半分未満である請求項１２に記載のランプ。
【請求項１４】
光透過性容器をもつ発光管ならびに一対の間隔をおいて配置された電極を包含し、該発光管が、発光管外側の封じ込め容器によって閉じ込められたガス状媒体によって取り囲まれており、該光透過性容器が外表面および外径を有し、該封じ込め容器が、内表面および内径ならびに外表面および外径を有するシュラウドであり、該シュラウドが該外表面と内表面との間に壁厚みを有し、該シュラウドの壁厚みが該シュラウドの内径の１０％よりも大きいランプ。
【請求項１５】
該シュラウドの外径と該シュラウドの内径との差が、該シュラウドの内径の１００％よりも大きい請求項９に記載のランプ。
【請求項１６】
該シュラウドの外径と該シュラウドの内径との差が、該シュラウドの内径の２０％よりも大きい請求項８に記載のランプ。
【請求項１７】
光透過性容器をもつ発光管ならびに一対の間隔をおいて配置された電極を包含し、該発光管が、発光管外側のシュラウドによって閉じ込められたガス状媒体によって取り囲まれており、該発光管がアーク部分を有し、該アーク部分に隣接するシュラウドの第一部分の壁厚が該第一部分から離れたシュラウドの第二部分の壁厚よりも大きいランプ。
【請求項１８】
光透過性容器をもつ発光管ならびに一対の間隔をおいて配置された電極を包含し、該発光管が、発光管外側のシュラウドによって閉じ込められたガス状媒体によって取り囲まれており、該発光管が作動中に軸方向温度勾配を有し、該シュラウドが壁厚みを有し、該発光管が外表面を有し、該シュラウドが内表面を有し、該発光管の外表面と該シュラウドの内表面との間に間隙があり、（ａ）該シュラウドの壁厚または（ｂ）該間隙の厚さまたは（ｃ）該シュラウドの壁厚および該間隙の厚さの両方が、該軸方向温度勾配を有利に調整するのに有効なように変化しているランプ。
【請求項１９】
光透過性容器をもつ発光管ならびに一対の間隔をおいて配置された電極を包含し、該発光管が、発光管外側のシュラウドによって閉じ込められたガス状媒体によって取り囲まれており、該シュラウドが長さ方向軸を有し、該発光管が長さ方向軸を有し、該発光管の長さ方向軸が、該発光管の方位温度勾配を有利に調整するのに有効なように、該シュラウドの長さ方向軸から鉛直方向にずれているランプ。
【請求項２０】
該光透過性容器は外表面を有し、当該ランプが、該電極の一方に電気的に接続されたリード線支持体を包含し、該リード線支持体が、該シュラウドの内表面と該光透過性容器の外表面との間にのびている請求項５に記載のランプ。
【請求項２１】
シュラウドのアーク部分上方部分の壁厚が、シュラウドのアーク部分下方の壁厚よりも大きい請求項１７に記載のランプ。
【請求項２２】
該シュラウドが長さ方向軸を有し、該発光管が長さ方向軸を有し、該発光管の長さ方向軸が、該シュラウドの長さ方向軸から鉛直方向にずれている請求項１２に記載のランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には放電ランプに関し、より詳細には封じ込め容器（エンベロープ）に閉じ込められた冷却用ガスによって取り囲まれた発光管を有する放電ランプに関するものである。
【０００２】
本出願は、２００５年９月１４日に提出された合衆国仮特許出願第６０／７１７，０８７号の優先権を主張するものであり、その全内容を引用によりここに挿入する。
【背景技術】
【０００３】
現存する石英放電灯ヘッドランプは、発光管から放射される光の多く（約３０％以上）が、ヘッドランプビーム中での好ましくないグレア光の防止を主たる目的としてヘッドランプ系中で吸収されなければならないために、発光効率が相対的に悪い。液体金属ハロゲン化物プールによる光の散乱、アークの湾曲ならびに発光管およびシュラウド（囲い）の表面からの反射を含めての種々の影響により、光源がアーク自体よりもかなり大きく見える。見掛けの光源が長さ約５ｍｍ以下、直径約２ｍｍ以下の自動車用ヘッドランプなどのヘッドランプ用のきわめて小さい発光管が必要である。光学的性能をよくするためには、発光管の外径を約２〜３ｍｍ以下に保つことが望ましい。特許文献１など、外径および内径がきわめて小さいセラミック発光管の教示があるが、かかる発光管は極端に高い内温をもつ。約３５Ｗで機能するセラミック発光管の外径を約２ｍｍ、ギャップの長さを約５ｍｍとすると、このセラミック発光管の内側上面でのホットスポットの温度（Ｔ３）は１５００Ｋよりも高くなり、典型的な例では約１７００Ｋに達するが、約１５００Ｋよりも低いＴ３が、セラミック発光管の長寿命（約３０００時間以上）のための要件の一つである。Ｔ３温度を１５００Ｋより低くするセラミック発光管外側の冷却性熱環境を提供する必要がある。
【特許文献１】国際公開第２００４／０２３５１７  Ａ１号
【特許文献２】米国特許第2104652号明細書
【特許文献３】特開平60-028153号公報
【特許文献４】国際公開第2004/051699号
【特許文献５】米国特許第 5388034号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、Ｔ３温度を１５００Ｋより低くするセラミック発光管外側の冷却性熱環境を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
光透過性容器および互いに間隔を置いた一対の電極を有する発光管を含むランプ。この発光管は、発光管外側の封じ込め容器によって閉じ込められたガス状媒体によって取り囲まれている。２５℃において該ガス状媒体の少なくとも１０モル％は、ＨｅまたはＨ２またはＮｅもしくは８００Ｃにおいての熱伝導率がＮ２のそれより大きい他のガスあるいはそれらの混合物によって提供される。前記閉じ込め容器はシュラウドであってよい。この容器の外面とシュラウド内面との間隔は、容器の外径より小さいことが好ましい。シュラウドの壁の厚さは、シュラウドの内径の１０％よりも大きいことが好ましい。該発光管はアーク部分を有する。このアーク部分に隣接するシュラウドの第一の部分の壁の厚さは、この第一の部分から間隔を置いているシュラウドの第二の部分の壁の厚さより大きくてもよい。（ａ）シュラウド壁の厚さまたは（ｂ）発光管とシュラウドとの間の間隙の厚さあるいは（ｃ）シュラウド壁の厚さおよび前記間隙の厚さは、発光管の軸方向温度勾配を有利に調整するべく変化していてもよい。発光管の長さ方向軸は、発光管の方位温度勾配を有利に調整するように、シュラウドの長さ方向軸から鉛直方向にずれていてもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に従えば、ヘッドランプなどにおける発光管の冷却を効果的に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下の説明において、好ましい範囲を、たとえば５〜２５（または５−２５）のように示すときには、これは、好ましくは少なくとも５であり、単独にかつ独立して好ましくは２５以下であることを意味する。
【０００８】
図１を参照すると、そこには、気密シュラウド１４などの封じ込め容器の内部に収容された発光管１２を備えた、メタルハライドランプなどの高輝度放電ランプ１０が示されている。発光管１２は、通常の封入物を含む放電空間３４を含んでいる。シュラウド１４は、好ましくは電極２６，２８の先端間の、放電空間３４を取り囲む領域において、発光管１２または容器１６の外表面６６とシュラウドの内表面６４との間の間隙またはギャップ間隔６２を含む冷却用ガス空間６０を満たすガス状媒質またはガスもしくは冷却用ガスまたは冷却用ガス媒質３８を含んでいる。間隙６２は、輪状の間隙であることが好ましく、厚みは一様であっても、一様でなくてもよい。発光管１２は、両端で第一の脚１８および第二の脚２０によって少なくとも部分的に栓をされ、密封された、好ましくは円筒状または扁長長円楕円体、球状あるいはその他の形状の光透過性容器１６（図１では管として示されている）を包含し、両脚は円柱形であることが好ましいが、断面がほぼ長方形またはその他の形状の締め付けられた形態であってもよい。脚１８，２０は、石英またはセラミックであってよいが、モリブデンその他当該技術分野で既知の高温金属などの他の材料であってもよい。発光管１２および容器１６は、石英または他の透明または半透明の高温材料であってよいが、セラミックが、それの冷却用ガス３８に対する相対的に低い透過性およびより小型の発光管１２を可能にするそれの高い温度極限のゆえに、好ましい。ランプ１０は、間隔を置いた電極２６、２８にそれぞれ電気的に接続された電流導体２２、２４をも包含している。電流導体２４は、リード線支持体３０の曲げられた一端に接続されており、そのリード線支持体は基部３２に接続されていて、常法により石英またはセラミック管３６などの電気絶縁管によって部分的に囲まれている。リード線支持体３０は、両頭シュラウドを形成しているシュラウド１４の外側に示されているが、ランプ形状によっては、片端シュラウドを形成しているシュラウド１４の内部にあってもよい。図７に示したごとき片端シュラウドデザインでは、電流導体２２および２４の両者は、基部３２に最短の同一端においてシュラウド１４の中を通って給電する。ここに記述したもの以外では、上記ランプ１０およびその部品は、通常のものであり、当該技術分野で既知のものである。
【０００９】
本発明は、ヘッドランプおよび自動車用放電ヘッドランプにおいて利用できるが、すべての高輝度放電ランプにおいて、またそれほど好ましくはないが白熱電球およびＬＥＤランプにおいても利用でき、それらのランプの光源容器は、ここに記載のごとく、密封ガスによって受動的に冷却されるときに、光源容器の周囲にぴったり取付けられたシュラウドによって、厚い壁のシュラウドによって、またはこれらの手段の組合せによって受動的に冷却されるときに、より小型に、より明るくすることのできる任意のものであってよい。自動車用放電ヘッドランプへの適用にあっては、容器または管１６を包含する発光管１２は、当該技術分野で既知のとおり、多結晶質アルミナ、多結晶質ＹＡＧその他のセラミックでできていることが好ましい。両電極の先端の間隔またはアークギャップは好ましくは１−７、２−６または約４ｍｍであり、ランプは、１５−１０００、１５−５００、１５−１００、２０−６０、３０−４０または約３５Ｗで作動することが好ましい。容器１６の内径は、２．６、２、１．５、１．４、１．３、１．２、１．１、１、０．９、０．８、０．７ｍｍ未満であることが好ましく、管または容器１６の壁の厚さは、０．２−１、０．３−０．８または約０．４ｍｍであることが好ましい。管または容器１６の外径は、６、５、４、３、２．５、２．３、２．２、２．１、２、１．９、１．８、１．７、１．６、１．５、１．４または１．３ｍｍ未満であることが好ましい。（シュラウド１４の内側６４と管１６の外側６６との間の）距離または間隙の容器１６の外径に対する比は、２、１．５、１、０．８、０．７、０．６、０．５、０．４、０．３、０．２または０．１未満であることが好ましい（Ｈｅまたはその他のガスが有効であるためには、ぴったりと適合したシュラウドである必要なない）。間隙６２が一様な厚さの輪状の間隙であるならば、それは、２、１．５、１、０．８、０．７、０．６、０．５、０．４、０．３、０．２または０．１ｍｍ未満であることが好ましい。シュラウド１４は、好ましくは円筒状であり、約０．５−６または１−３、好ましくは約２ｍｍの一様なまたは実質的に一様な厚さをもっていることが好ましく、シュラウドの内径の１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０または２００％より大きい壁厚みを有していることが好ましく、石英で、または温度が十分低いならば、アルミノケイ酸塩ガラス（たとえばＧＥタイプ１８０）または温度極限が十分に高い他のガラスなどの硬質ガラスで、できていることが好ましい。ＧＥタイプ１８０ガラスは、典型的には、つぎの％組成を有する：６０．３ＳｉＯ２、１４．３Ａｌ２Ｏ３、６．５ＣａＯ、０．０２ＭｇＯ、０．２１ＴｉＯ２、０．０２５ＺｒＯ２、＜０．００４ＰｂＯ、０．０２Ｎａ２Ｏ、０．０１２Ｋ２Ｏ、０．０３Ｆｅ２Ｏ３、１８．２ＢａＯ、０．００１Ｌｉ２Ｏ、０．２５ＳｒＯ。シュラウドの内径は、１０、８、６、５、４、３、２．８、２．６、２．５、２．４、２．２、２、１．９または１．８ｍｍ未満であることが好ましく、その外径は、好ましくは２０、１５、１２、１０、８、７．６、５．５、５．３、５．２、５、４．８、４．６、４．４、４．２、４または３．８ｍｍ未満または２０、１５、１２、１０、８、７．６，５．５、５．３、５．２、５、４．８、４．６、４．４、４．２、４または３．８ｍｍ以上である。シュラウド１４の内径は、管１６の外径より５、４、３、２、１．５、１．２、１．１、１、０．８、０．６、０．５、０．４、０．３または０．２ｍｍ未満だけ大きいことが好ましい。容器１６の外径とシュラウド１４の内径との差は、該容器の外径の４、３、２、１、０．８、０．５または０．３倍未満であることが好ましい。発光管１２および管１６は、シュラウド１４内で中心を一致させていてもよく、シュラウド１４内で中心線をはずれまたはずらせていてもよい。発光管１２および／またはシュラウド１４は非円筒形状であってもよく、その場合には、上記の諸寸法は、２つの電極先端間の中央平面で測定されるものである。
【００１０】
シュラウド１４と発光管１２との間の空間は、２５℃において好ましくは０．０１−１０または０．１−１０または０．１−５、より好ましくは０．３−３、より好ましくは０．５−２、より好ましくは０．６−１．５、さらに好ましくは約０．８気圧の圧力下にあるガス状媒質またはガスまたは冷却用ガス３８によって満たされており、それは好ましくはＮｅであり、より好ましくはＨ２またはＨｅもしくは８００Ｃで熱伝導率がＮ２のそれよりも高い他のガスあるいはそれらの混合物である。それの熱伝導率が高いので、このガス状媒質は、発光管１２の冷却を助ける冷却用ガスとして機能する。気密シュラウド中の従来の充填物は、典型的には、０．１−１．５気圧の範囲内のＮ２ガスである。Ｎ２分子の重い分子量（ａｍｕ（原子質量単位）＝２８）のため、より軽いガスＮｅ（ａｍｕ＝２０）、Ｈｅ（ａｍｕ＝４）またはＨ２（ａｍｕ＝２）よりも熱伝導率が低い。ガス３８の典型的な温度である８００Ｃでのきわめて関心のもたれるガスの熱伝導率（単位：Ｗ／ｍ・Ｋ）は、Ｎ２＝０．０７、Ｎｅ＝０．１２、Ｈｅ＝０．３８、Ｈ２＝０．４６である。図１に示したように、発光管１２は、該発光管の外側のシュラウド１４などの封じ込め容器によって閉じ込められたガス状媒質３８によって取り囲まれている。２５℃においてのガス状媒質３８の（ａ）モル数および（ｂ）圧力の少なくとも１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、９５、９７、９９または９９．９％がＮｅ、Ｈｅ、Ｈ２、または８００Ｃでの熱伝導率がＮ２のそれよりも高いその他のガスによってもたらされていることが好ましく、Ｈｅによってもたらされていることがより好ましい。これらの冷却用ガスのいずれでもないガス媒質３８部分は、Ｎ２であることが好ましい。
【００１１】
シュラウド１４内部のガス３８の機能の一つは、安定器から高電圧（約２５ｋＶまでの）点火パルスが印加されるときに発光管１２の外側電気リード線を横切るガスを通しての電気的絶縁破壊を防止することである。Ｈｅの電離電圧がきわめて高いために、Ｈｅガスは、その絶縁破壊を防止するのに十分でありうる。リード線２２および２４の形状によっては、ランプの点火の間のリード線間の電気的絶縁破壊を抑制するために、冷却用ガス３８とともにＮ２ガスの分圧を含める必要がありうる。かかる場合には、冷却用ガス３８（好ましくはＮｅ、Ｈ２またはＨｅ）の分圧に対するＮ２の分圧は、冷却用ガスの極大冷却効果が得られるよう、絶縁破壊を抑制するのに必要な最低のＮ２量に限定すべきである。発光管の外側とシュラウドの内側との間の領域におけるガスの総熱伝導率を極大にすることが望ましく、ガス混合物の総熱伝導率は文献（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｇａｓｅｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄｓ（気体および液体の熱伝導率）、Ｎ．Ｖ．Ｔｓｅｄｅｒｂｅｒｇ、ザ・ＭＩＴ・プレス、１９６５年、第１４４−１６５頁）中に見出され、いくつかの種々の推算ができるが、大部分はつぎの形（等式１）のものである。
【００１２】
【数１】
2009508316.tif 000003
ここに、λ１およびλ２は熱伝導率であり、ｘ１およびｘ２は各成分ガスの体積分率である。Ａ１２およびＡ２１は、それらの成分の質量および直径ならびに温度に依存する係数である。Ｔｓｅｄｅｒｂｅｒｇの第１４６頁には、Ａ１２についての代表的な式が、次のように与えられている（Ａ２１は相補的な形をもつ）。
【００１３】
【数２】
2009508316.tif 000004
等式１を用いてのガス混合物の熱伝導率は、ガス混合物類の熱伝導率を伝統的Ｎ２ガスの熱伝導率と比較した図８におけるように、プロットすることができる。図８での各ガス混合物は、０−１００％の間の何％かのＮ２ガスと混合物の残余のＮｅ、ＨｅまたはＨ２ガスとの混合物からなる。ガス混合物の熱伝導率は、Ｎ２ガス単独のそれ（８００Ｃで０．０７２Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも、少なくとも２０％、より好ましくは５０％、１００％、２００％、３００％、とくに好ましくは４００％上回っていて、８００Ｃにおけるガス混合物３８の熱伝導率が少なくとも０．０８６、より好ましくは０．１０８、０．１４４、０．２１６、０．２８８、とくに好ましくは少なくとも０．３５９Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましい。すなわち、純粋なＨｅまたはＨ２が優れた冷却用ガスであること、またＮｅが好ましい冷却用ガスであることが見られる。さらに、図８から、ＨｅまたはＨ２にＮ２を加えるとき、Ｎ２百分率が８０％あるいは９０％と高い場合であっても、なお冷却用ガス（すなわち、Ｎ２単独を有意に上回る熱伝導率）が提供されることを、見ることができる。混合物中のＮ２ガスの％は、ランプの点火に要する点火電圧がそれらを通して印加されるリード線２２および２４の間での高電圧絶縁破壊を防止するのに必要な極小％となるよう選択すべきである。それによって、ガスの最大冷却効果がもたらされる。
【００１４】
熱伝導率基づけばＨ２およびＨｅがもっとも好ましいガスであるけれども、ランプの特定の用途に従って変化するであろう他のランプデザイン、たとえばシュラウド内部への冷却用ガスの封じ込め、冷却用ガスの発光管中への浸み込みの防止、ランプ点火の間の冷却用ガスの高電圧絶縁破壊を考慮するときには、それらは好ましくないことがあるかもしれない。８００Ｃでの熱伝導率がＮ２のそれよりも大きい他の任意のガスを冷却用ガスとして使用できると考えられる。Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ（化学的性質ハンドブック）、１９９９年から、ガス温度の関数としての熱伝導率が、もっともありふれた２９７種の無機ガスおよび１２９６種の有機ガスについて与えられている。８００Ｃでの熱伝導率がＮ２のそれ（ｋ＝０．０７２Ｗ／ｍ・Ｋ）を超える４１種の無機化合物のリストは、次の通りである。
分子式        材料名または物質名          ８００Ｃでの熱伝導率
Ｈ２          水素                        ０．４５７
Ｈｅ          ヘリウム−３                ０．４００
Ｈｅ          ヘリウム−４                ０．３７８
Ｄ２Ｏ        重水                        ０．３６８
Ｄ２          重水素                      ０．３３８
Ｈ３Ｎ        アンモニア                  ０．２００
ＦＨ          フッ化水素                  ０．１８９
Ｂ２Ｈ６      ジボラン                    ０．１７９
ＣＨ４Ｎ２    シアン化アンモニウム        ０．１５３
Ｄ３Ｎ        重アンモニア                ０．１４５
Ｂ４Ｈ１０    テトラボラン                ０．１３７
Ｂ２Ｄ６      ジュウテリオジボラン        ０．１３２
ＣＨ２ＢＯ    ボリンカルボニル            ０．１２５
Ｈ４Ｓｉ      シラン                      ０．１２５
Ｂ５Ｈ９      ペンタボラン                ０．１２５
Ｂ５Ｈ１１    テトラヒドロペンタボラン    ０．１２０
Ｎｅ          ネオン                      ０．１１７
Ｎ２Ｏ４      四酸化窒素                  ０．１１５
Ｈ２Ｏ        水                          ０．１０８
Ｈ３ＮＯ      ヒドロキシルアミン          ０．１０８
Ｈ６Ｓｉ２    ジシラン                    ０．０９８
ＦＨ３Ｓｉ    モノフルオロシラン          ０．０９３
Ｂ３Ｈ６Ｎ３  ボリントリアミン            ０．０８７
ＦＮＯ        フッ化ニトロシル            ０．０８６
Ｈ３Ｐ        ホスフィン                  ０．０８３
Ｆ３Ｎ        三フッ化窒素                ０．０８２
ＣＤＮ        シアン化ジュウテリウム             ０．０８２
Ｏ２          酸素                        ０．０７８
Ｈ６ＯＳｉ２  ジシロキサン                ０．０７８
Ｈ２Ｏ２      過酸化水素                  ０．０７７
ＣＨ４Ｎ２Ｏ  尿素                        ０．０７７
ＣｌＨ４Ｐ    塩化ホスホニウム            ０．０７７
Ｆ２          フッ素                      ０．０７７
Ｎ２Ｏ        亜酸化窒素                  ０．０７７
Ｈ４Ｎ２      ヒドラジン                  ０．０７６
ＮＯ          一酸化窒素                  ０．０７６
Ｆ２Ｈ２Ｓｉ  ジフルオロシラン            ０．０７６
ＣＨＮ        シアン化水素                ０．０７５
Ｆ２Ｏ        酸化フッ素                  ０．０７４
ＮＯ２        二酸化窒素                  ０．０７４
ＨＮＯ３      硝酸                        ０．０７３
８００Ｃでの熱伝導率がＮ２（８００Ｃでｋ＝０．０７２Ｗ／ｍ・Ｋ）に比して少なくとも２倍である３１種の有機化合物のリストは、次の通りである。
分子式        材料名または物質名     最低温度    最高温度        ８００Ｃでの
（Ｋ）      （Ｋ）   熱伝導率
Ｃ２Ｆ６      ヘキサフルオロエタン     １９５      ７００        ０．２７２
Ｃ６Ｈ１５Ｎ  トリエチルアミン         ２７３    １０００        ０．２６６
Ｃ３Ｈ７Ｎ    アリルアミン             ３２６    １０００        ０．２１４
Ｃ４Ｈ６      １，３−ブタジエン       ２５０      ８５０        ０．１９３
Ｃ３Ｈ８Ｏ    メチルエチルエーテル     ２７３    １０００        ０．１９１
Ｃ４Ｈ８Ｏ    エチルビニルエーテル     ３０９    １０００        ０．１８５
Ｃ３Ｈ１０Ｎ２       １，２−プロパンジアミン    ３９２    １０００     ０．１８１
ＣＨ４        メタン                     ９７    １４００        ０．１７９
Ｃ４Ｈ８      シクロブタン             ２８６    １０００        ０．１７８
Ｃ４Ｈ１０Ｏ  メチルイソプロピルエーテル  ３０４    １０００     ０．１７５
Ｃ６Ｈ１２    メチルシクロペンタン     ３４５    １０００        ０．１７４
Ｃ４Ｈ６Ｏ    ジビニルエーテル         ３０１    １０００        ０．１６６
Ｃ３Ｈ６      シクロプロパン                  ２４０    １０００        ０．１６２
Ｃ５Ｈ１２Ｏ  メチルイソブチルエーテル    ３３２    １０００    ０．１６２
Ｃ４Ｈ９Ｎ    ピロリジン               ３６０    １０００    ０．１６０
Ｃ４Ｈ４Ｏ    フラン                   ３０５      ９９５        ０．１５６
Ｃ６Ｈ１０Ｏ  シクロヘキサノン         ４００    １０００        ０．１５４
Ｃ４Ｈ８Ｏ    テトラヒドロフラン       ３３８      ９９８        ０．１５４
Ｃ８Ｈ１８Ｏ  ジ−ｓ−ブチルエーテル          ３９４    １０００        ０．１５１
Ｃ７Ｈ１４Ｏ  ジイソプロピルケトン     ３９８    １０００        ０．１５１
Ｃ２Ｈ４Ｏ２  ギ酸メチル               ３００    １０００        ０．１５１
Ｃ３Ｈ７Ｎ    プロピレンイミン         ３３４    １０００        ０．１４９
Ｃ５Ｈ１０Ｏ  メチルイソプロピルケトン    ３６８    １０００     ０．１４８
Ｃ６Ｈ１４Ｏ  ｎ−ブチルエチルエーテル    ３６５    １０００     ０．１４８
Ｃ２Ｈ７Ｎ    ジメチルアミン                  ２７３      ９９０        ０．１４７
Ｃ６Ｈ１２Ｏ  エチルイソプロピルケトン    ３８７    １０００     ０．１４７
Ｃ４Ｈ９ＮＯ  モルホリン               ４０１    １０００        ０．１４６
Ｃ３Ｈ４Ｏ２  ギ酸ビニル               ３２０    １０００        ０．１４６
Ｃ６Ｈ１２Ｏ  ブチルビニルエーテル     ３６７    １０００        ０．１４５
Ｃ３Ｈ６      プロピレン               ２５０    １０００        ０．１４５
Ｃ３Ｈ６Ｏ３  トリオキサン             ３８８      ９９８        ０．１４４
有機ガス類は、発光管の外側に元素状炭素を析出させ、光を遮蔽し、過熱をきたす可能性があるために、一般には好ましくない。
【００１５】
毒性の高いもの、ランプへの応用にはあまりに高価なもの、およびＮ２に比して有意に有利であるために熱伝導性が少なくとも２０％Ｎ２よりも高くはないものを除くと、無機ガス類のうちでは、そのリストは下記にまで減じる。
分子式        材料名または物質名          ８００Ｃでの熱伝導率
Ｈ２          水素                        ０．４５７
Ｈｅ          ヘリウム−４                ０．３７８
Ｈ３Ｎ        アンモニア                  ０．２００
Ｂ２Ｈ６      ジボラン                    ０．１７９
Ｂ４Ｈ１０    テトラボラン                ０．１３７
ＣＨ２ＢＯ    ボリンカルボニル            ０．１２５
Ｈ４Ｓｉ      シラン                      ０．１２５
Ｂ５Ｈ９      ペンタボラン                ０．１２５
Ｂ５Ｈ１１    テトラヒドロペンタポラン    ０．１２０
Ｎｅ          ネオン                      ０．１１７
Ｎ２Ｏ４      四酸化窒素                  ０．１１５
Ｈ２Ｏ        水                          ０．１０８
Ｈ３ＮＯ      ヒドロキシルアミン          ０．１０８
Ｈ６Ｓｉ２    ジシラン                    ０．０９８
ＦＨ３Ｓｉ    モノフルオロシラン          ０．０９３
Ｂ３Ｈ６Ｎ３  ボリントリアミン            ０．０８７
ＦＮＯ        フッ化ニトロシル            ０．０８６
さらに、このリストのうち、水素、アンモニアなど、いくつかの好ましい候補は、製造に当って制御が困難である。ＨｅおよびＮｅは、安全であり、割安であり、化学的に安定であり、ランプに適用するのが容易である。Ｈｅはきわめて好ましく、シュラウドがランプの寿命中Ｈｅを含有するように設計されるときには好ましい冷却用ガスである。
【００１６】
Ｎ２ガス（および／または本発明によって教示された冷却用ガス以外の他の高電圧抵抗性ガスまたはガス類）のモル数および分圧は、２５℃でのガス状媒質３８の総モル数または全圧の５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、８０または９０％を超えないことが好ましい。２５℃でのガス状媒質３８のモル数および圧力の０．１−９０、０．１−８０、０．１−５０，０．１−３０、１−２０、１−１５または１−５％がＮ２によってもたらされることが好ましい。
【００１７】
典型的なランプの用途におけるシュラウド１４の高い動作温度（通常４００−１０００Ｃ、より典型的には約５００−７００Ｃの範囲内）では、高い熱伝導率をもつ上記の好ましい冷却用ガス（Ｈ２、Ｈｅ、Ｎｅまたは８００Ｃでの熱伝導率がＮ２のそれより高いその他のガス）のいくつかの直径の小さい原子および分子は、概して、石英シュラウドを通って容易に拡散する。一般に、より小型の、より好ましい冷却用ガスは、より重い、あまり好ましくないガスよりもより速やかに石英を通って拡散する。典型的には、典型的な温度（たとえば６００Ｃ）、典型的な石英厚み（たとえば１ｍｍ）の石英シュラウドから、１００時間未満のうちに、Ｈｅの９９％以上が失われる。ランプの典型的な寿命は１０００時間以上であるから、このＨｅの損失度は容認できない。典型的なシュラウド材料（石英およびガラス類）を通してのＨ２の損失率は、概してＨｅのそれに匹敵し、あるいはさらに悪く、一方、Ｎｅおよびそれより重いガスの損失は、概してＨｅのそれよりも少ないが、それらはそれほど好ましいとはされない冷却用ガスである。より好ましい冷却用ガス（とくにＨｅおよび／またはＨ２）のシュラウド１４を通しての拡散による損失を減少させるいくつかの手法があり、それらには次のものが含まれるが、これらに限定されるものではない。シュラウド１４の内表面および／または外表面に拡散遮断層をもたらすコーティング、シュラウド１４の石英材料の、冷却用ガスに対する透過性の低いドープ処理石英、ガラスまたはドープ処理ガラスによる置換、またはコーティングありまたはなしでの１つのシュラウドまたは互いに入れ子状になった２以上のシュラウドにおけるガラスおよび石英組成物の組合せ。適当なコーティングは、ガス状媒質３８の拡散損失を防止または実質的に防止するあるいは実質的に抑制または減少させるための拡散遮断層として働くのに有効な透明または実質的に透明な高温薄膜などの、薄膜、浸漬塗装膜またはゾル・ゲルコーティングからなる。図１は、シュラウド１４内側の膜４０および外側の膜４２を示している。膜４０および４２は、厚さが約１μｍのタンタラ、チタニア、アルミナ、ハフニアまたは他の高温透明材料あるいはこれらの組合せからなる単一層であっても、チタニア、タンタラ、アルミナまたは他の高屈折率高温光学用薄膜層および交互のシリカまたは他の低屈折率高温光学用薄膜層（たとえば当該技術分野で既知のタンタラ−シリカまたはチタニア−シリカ干渉コーティング）を合体させた当該技術分野で既知の多層（好ましくは合計で２−１００層、より好ましくは３−５０層、さらに好ましくは５−２０層）干渉コーティングであってもよく、それは、ガス３８に対する拡散遮断層として、またランプの光学的諸特性を改善するための反射防止性、波長選択性または方向選択性コーティングとして役立つ。タンタラは、きわめて高温（たとえば６００Ｃ超）での用途においては、よりすぐれた高温性能のゆえに、チタニアよりも好ましいが、シュラウド１４は、チタニアコーティングを、とくにシュラウドの外面で、使用できるのに十分なだけ低温で作動するように設計することができることも多い。前記多層または単層コーティングは、ＣＶＤ、スパッタリング���蒸着、その他当該技術分野で既知の他の手法によって適用でき、単層コーティングは、当該技術分野で既知のより簡単な浸漬または噴霧法によって適用することもできる。多くのガラスは、概して、Ｈｅ、Ｈ２およびより好ましい冷却用ガスに対して石英よりも低い透過性をもち、次のものを包含するが、これらに限定されるものではない。ソーダ石灰、ホウケイ酸塩、アルミノケイ酸塩および鉛ガラス。ランプでは鉛を含まない部品が好まれること、また多くのランプ用途で高温ガラスが必要なことを考えると、アルミノケイ酸塩ガラス、たとえばＧＥタイプ１８０ガラスがシュラウド材料として好ましい材料である。１８０ガラスの焼鈍し温度は７８５Ｃであり、これは、典型的には約５００−７００Ｃであるシュラウド１４内側の極大温度よりも概して高い。アルミノケイ酸塩１８０ガラスも、ランプ設計に概して使用され、１８０ガラスと多くの発光管デザインの典型的なモリブデンリード線２２および２４との間に良好な気密シールを得ることができる。従って、Ｈｅ含有シュラウドの好ましい一具体化態様は、被覆石英シュラウドであり、より好ましくはガラスシュラウドであり、なお好ましくは被覆ガラスシュラウドであり、さらに好ましくは被覆アルミノケイ酸塩ガラスシュラウドである。代替的には、冷却用ガスを収容するための封じ込め容器は、レンズおよび適切なシール（漏れ止め）を有するヘッドランプ反射鏡あるいは十分に大きい低温のシュラウド（たとえばシュラウド１４のような、ただし、シュラウドの内面が管１６の外面から少なくとも０．２、０．４、０．６、０．８、１、２、３、４、５、６、８または１０ｍｍ離れているもの）であってもよく、シュラウドの材料は、ガラスおよび金属が石英よりもＨｅおよびＨ２に対するよりよい拡散遮断層であることが知られているから、石英の代りに当該技術分野で既知のガラスまたは金属であってもよい。たとえば、図２を参照すれば、そこには、反射鏡４８およびレンズ５０によって収容され、囲まれた発光管４６を有するランプ４４が示されており、該反射鏡４８およびレンズ５０が、閉じ込め容器を形成し、ガス状媒質またはガス３８と同じガス状媒質またはガス５２をその中に気密に閉じ込めまたは収容している。発光管４６は、反射鏡４８およびレンズ５０によって形成された閉じ込め容器によって封じ込められたガス状媒質５２によって取り囲まれており、それによって冷却される。発光管４６は、両端を少なくとも部分的に第一の脚５６および第二の脚５８によって塞がれた光透過性の容器５４を包含している。発光管４６は、当該技術分野で一般的に知られているとおりのものであり、発光管１２に類似またはそれと同一であってよい。反射鏡４８およびレンズ５０は、基材および／またはそれの表面コーティングを金属またはガラスとすることによって、および／またはコーティング（本書で述べたコーティングなどの）を施すことによって、ガス５２の拡散損失を受けないように、またはそれに抵抗性となるようにすることが好ましい。
【００１８】
ガス状媒質３８の熱伝導率は、そのガス媒質が分子レジームというよりは連続体レジームまたは流体レジームにある限り、ガスの圧力とは無関係である。自由分子レジームから連続体レジームへの遷移は、クヌーセン数が＜＜１の場合に生じる。クヌーセン数は、気体中での衝突のための平均自由行程をガス容器中の代表的な空間寸法、この場合には発光管の外側とシュラウドの内側との間の間隙６２の寸法、で除したものに等しい無次元流体パラメータである。発光管の外側の空間の間隙が１．０ｍｍであるシュラウド中の冷却用Ｈｅガスの場合、Ｋｎ＜０．０１となるためには、Ｈｅ圧が２００トルより大きくなければならない。それゆえ、ランプ製造の間に、シュラウド中に最初約１気圧（１バール、７６０トル）を充填したならば、ランプの寿命の間に初期Ｈｅ量の３０％だけが保持されれば十分である。ランプの寿命を通じての必要なＨｅの保持は、Ｈｅの冷却効果のほどほどの低下があってもよければ、および／またはシュラウドと発光管との間の間隙が１．０ｍｍ超であれば、３０％よりずっと少なくでもよい。ランプの寿命の間のＨｅ損失がかなりのものであって、高電圧により破壊される絶縁を保護するために何％かのＮ２を添加しておいたならば、ランプの寿命にわたって保持されなければならないＨｅの量は、発光管冷却効果へのＨｅの有意な寄与を保持するために初期Ｎ２％程度より大きくあるべきである。
【００１９】
発光管を取り囲む冷却用ガス３８の使用によって、発光管内部のＴ３温度が１７００、１６００、１５００あるいは１４７５、１４５０，１４２５、１４００、１３７５または１３５０Ｋより低くなり、より長いランプ寿命がもたらされることが好ましい。
【００２０】
一具体化実施例として、本発明を、ＷＯ  ２００４／０２３５１７  Ａ１に記載されている装置において実施でき、この公報の内容を引用によってここに挿入する。ＷＯ  ２００４／０２３５１７  Ａ１は、シュラウド内の１．５気圧（２５℃において）のＮ２を教示している。三次元有限要素法熱モデルによれば、このＮ２を１．５気圧（２５℃において）のＨｅで置換すれば、ＷＯ  ２００４／０２３５１７  Ａ１に記載されているものに類似のセラミック発光管内の最高センターホットスポット温度は、シュラウド壁の厚さが２ｍｍで、シュラウドの内側と発光管の外側との間の輪状の間隔が０．５ｍｍの石英シュラウドの場合、２４０Ｋ低下するであろう。Ｈｅ対Ｎ２の冷却効果による発光管温度の低下は、発光管およびシュラウドの寸法および温度に応じて変化するであろうが、冷却効果は一般的には約１００−３５０Ｋの範囲内であろう。Ｎ２に比してのＨｅの熱的利点を、発光管および／またはシュラウドの寸法を減少させるなどのランプ性能上の他の改善に利用できる。たとえば、ＷＯ  ２００４／０２３５１７  Ａ１を参照すれば、発光管の寸法を同じに保ち（ＩＤ＝１．２ｍｍ、ＯＤ＝２ｍｍ）、シュラウドＩＤ＝３ｍｍを維持するならば、シュラウドＯＤは、同じＴ３温度を達成するのに、Ｎ２を用いての７ｍｍに対して５．２ｍｍにまでも小さくすることができよう。より小さく、より薄いシュラウドによって可能となる、ランプの光学的性能およびランプ製造プロセスにおける有意な利益がありうる。有意な寸法の減少は、また、発光管１２および管１６のＩＤおよびＯＤを減少させることから生じるであろう。たとえば、Ｔ３温度の２４０Ｋの低下は、発光管のＯＤの約２．０ｍｍから約１．５ｍｍへの減少、それに比例しての発光管ＩＤの減少を可能にするであろう。このＩＤをより小さくすると、壁安定化アーク（すなわちアークギャップ＞＞ＩＤ）の場合にアーク直径が小さくなるので、アークの輝度（明るさ）は概してアーク直径に比例する。典型的には、Ｎ２をＨｅなどの冷却用ガスにより置換えることによって、発光管のＩＤを約２０−３０％小さくでき、それによって輝度を約２０−３０％増すことができ、このことは、自動車用ヘッドランプやプロジェクタ、ファイバー光学素子などのためのランプといったビーム形成用途における光源にとって性能上の有意な利点をもたらしうる。さらに、冷却用ガスによる発光管冷却効果によって発光管のＩＤの減少が可能となった結果、発光管内の高圧ガスの対流がほぼＩＤ−３に比例して大きく低減されるために、発光管の上部と底部との間の温度差が小さくなる。それゆえ、たとえば発光管ＩＤが約２５％縮小されると、温度差が約２Ｘ減少するであろう。かかる温度差の減少は、より小さいＩＤの結果としての圧力起因フープ応力の減少とあいまって、発光管容器内の応力を有意に減少させることができ、より長いランプ寿命の可能性をもたらす。さらに、前記冷却用ガスの発光管に対する冷却効果は、発光管および／またはアークギャップの同じ程度の短縮を可能ならしめることができ、それによって、光源の輝度が増す。Ｈｅなどの冷却用ガス３８の熱的長所は、発光管の外側とシュラウドの内側との間隔の短縮によって、またシュラウド��外径の増大（または、それと同等のことであるが、シュラウド壁の厚さの増大）によっても、生じる冷却上の長所を組合せることもできる。発光管冷却のためのシュラウド設計のこれら他の二つの利点は、下記によって認識できるように、前記冷却用ガスによって提供される利点に匹敵する。発光管の壁で散逸される熱の熱的経路は、発光管１２の壁を通しての熱伝導、ガス媒質を通しての熱伝導、シュラウド１４の壁を通しての熱伝導、最後に、典型的には対流および放射による、外部の外界空気への熱伝達を含む４つの実質的な要素をもつ。円筒状形態での、発光管１２、ガス媒質３８およびシュラウド１４の熱伝導率ならびにシュラウド１４の外側から外界への熱伝達についての係数について典型的な値を含めた熱伝達方程式の解析によって、全熱伝達およびその結果としての発光管内部の冷却を主として限定するものは、ガス媒質３８の熱抵抗によるものであり、一方、発光管１２の壁およびシュラウド１４の壁を通しての熱伝導は、他の２つの熱的要素ほどには、発光管温度に影響しないことが示される。第一の制限要素であるガス媒質３８を通しての熱抵抗は、発光管の外側とシュラウドの内側との間隔６２の厚さにほぼ比例し、ガス媒質の熱伝導率に反比例する。それゆえ、Ｎ２ガスをＨｅガスに置き換えることによって、ガス媒質の熱伝導率を典型的なＮ２ガスの値の約４倍まで上昇させることができれば、放電ヘッドランプに典型的な寸法の場合、間隔６２を約２ｍｍから約０．５ｍｍにまで減少させることによって、同等の熱的利益を得ることができる。実際に、前記熱モデルによれば、間隔６２を約２ｍｍから約０．５ｍｍに減少させることによって少なくとも１００−２００ＣのＴ３の低下が得られ、さらに低温でかつ／または小型の発光管が可能になることが確認される。ランプ製造において間隔６２を約０．５または０．２５ｍｍより有意に小さくすることは、通常困難である。一般的には、前記間隔が発光管の外径より小さい、より好ましくは０．５・発光管ＯＤ未満、さらに好ましくは０．２５・発光管ＯＤ未満、とくに好ましくは０．１・発光管ＯＤ未満であれば、小さい間隔６２の熱的利益は有意であろう。さらに、シュラウドの外側から外界空気への熱伝達を増大させることができれば、発光管に対する冷却効果をさらに増すことができ、より一層低温でかつ／または小型の発光管が可能になる。典型的には対流および放射による、シュラウドの外側から外界空気への熱伝達は、形態が円筒形または円筒形に近ければ、シュラウドの外表面積に概して比例し、この外表面積は概してシュラウドの外径ＯＤに比例する。それゆえ、たとえばシュラウドのＯＤを約２０−５０％またはそれ以上増すことにより、発光管の温度を有意に低下させることができ、かつ／またはより小型の発光管が可能になる。シュラウドのＩＤが発光管のＯＤおよび発光管の外側とシュラウドの内側との間隔６２によって決定されることを考慮すれば、シュラウドの外側表面積を増大させるには、シュラウド壁をより厚くするかまたはシュラウドの外表面を模様付けするかまたは回旋状とする必要がある。たとえば、シュラウドＯＤが約５−１０ｍｍ、シュラウド壁厚さが概して１ｍｍの放電ヘッドランプの典型的な��法の場合、シュラウド壁厚さを２倍の２ｍｍとすると、シュラウドＯＤが増し、シュラウドの外面からの熱伝達が約４０％ないし２０％増加するであろう。より厚いシュラウドの熱的効果は、シュラウド壁の厚さが臨界半径と呼ばれる厚さに達するまで増していくにつれて、増し続ける。石英またはガラス製外被をもつ典型的な放電ヘッドランプの大きさの場合、臨界半径は約１６０ｍｍである。約１−３ｍｍよりも一段と厚いシュラウドをもつランプの製造はきわめて困難になるが、より低温で、かつ／またはより小型の発光管にとっての熱的利益は、約１６０ｍｍという限界厚さに至るまでのずっと厚い石英またはガラスシュラウドを作ることができれば、改善され続けるであろう。実際には、図３および４に示されているように、アークギャップに隣接する発光管区画に沿うところでのみシュラウド壁が厚くなっておれば、電極間の、通常はアーク上方の最高温スポットにとっての熱的利益を得ることができる。発光管の脚に沿ったシュラウド区画および発光管の両脚を過ぎたシール領域では、シュラウド壁は有意により薄くてもよく、両脚を過ぎたシール領域での相対的に薄いシュラウド壁は、シュラウドの密封を簡単化するであろう。さらに、発光管の外側とシュラウドの内側との間の小さい間隙６２は、同じ理由で、アークギャップに隣接する領域においてのみ小さければよい。アーク領域における発光管の最高温部分は、その領域でシュラウドが発光管に近接していることによって有意に冷却され、一般により低温の脚領域では、シュラウドはそれほど発光管に近接していなくてもよい。これが図１に示した場合である。一般に、シュラウド壁の厚さがシュラウド内径の１０％超、より好ましくはシュラウドＩＤの２０％超、３０％、５０％または７５％超、さらに好ましくはシュラウドＩＤの１００％超であれば、より厚いシュラウド壁の熱的利益が有意になるであろう。冷却用ガス、間隙６２およびシュラウドのＯＤがもたらすより低温で、かつ／またはより小型の発光管の利点を、それら利点の任意の２つまたは全ての組合せがいずれかの単独の効果の利点よりも大きくなるように、組合せることができる。
【００２１】
間隙６２を縮小し、かつ／またはシュラウド壁の厚さを増すとき、シュラウドの冷却効果が大きく増強されることから考えて、間隙６２および／またはシュラウド壁の厚さを発光管の長さに沿って変化させることにより、発光管内の温度分布を調整することが可能である。とくに、典型的には水平に点灯する発光管中のアークの中央上方にある発光管の最高温スポットの温度を低下させ、その一方、典型的には発光管内側の、電極の下方および／または背後の底部コーナーに位置する液状金属ハロゲン化物プールが、発光管内発光ガスの望ましくは高い蒸気圧を生じている発光管内の最低温スポットの温度を高めることが望ましい。それゆえ、一般的には、アークの中央に近く、アークの上方の領域における発光管温度を低下させ、アーク下方および電極の下方および背後の領域における発光管温度を高めることが望ましい。これらの温度差は、コールドスポット温度が低くなりすぎうることから、ランプ性能を損ない、ホットスポットがあまりに高温になれば、発光管の強度をも損なう一方、それらの温度勾配自体が発光管中に応力を生じさせ、それらの応力は、とくにセラミック発光管で、亀裂または漏れによる発光管の早期故障・破損の原因となりうる。水平に点灯する発光管でとくに厄介な応力は、方位温度勾配（すなわち上から下への、とくにアークの中心の領域での）および軸方向温度勾配（すなわちアークの中心から両脚の末端への、とくに電極に近い領域での）によって惹起される。ホットスポットに比してコールドスポット温度を上昇させることによる発光管性能の上昇、ホットスポット温度を低下させることによる発光管強度の上昇、または発光管内の応力を減少させることによるランプの寿命延長は、いずれも、冷却用ガス３８、間隙６２の減少およびシュラウド１４の壁厚の増大を含めたシュラウド設計の冷却効果によって可能となる発光管ＩＤの縮小によって、もしくは、発光管外側とシュラウド内側との間隙６２の厚さの調整および／または発光管に沿っての軸方向および／または方位位置に応じてのシュラウド壁厚の調整によって、達成できる。たとえば、ホットスポット温度を低下させるために、シュラウド壁を、図３および４におけるように、発光管のアーク領域に沿ってより厚くすることができ、および／または発光管を、図５におけるように、シュラウドの軸の鉛直上方に装着して、発光管の外側とシュラウドの内側との間隙を、発光管の下方におけるよりも上方においてより小さくすることができよう。シュラウドの軸より上方に発光管を装着することにより、方位温度勾配によって惹起される応力が減少されるであろう。
【００２２】
図３は、シュラウド１４ｂならびに光透過性容器１６ｂを有する発光管１２ｂをもつランプを示している。シュラウド１４ｂは、シュラウド腰部の周囲で厚さが一様に厚くなった部分７０を有している。厚くなった部分７０は、図示の通り、シュラウドの実質的に残余の部分またはシュラウドの隣接部分よりも少なくとも１０、２０、２５、３０、４０、５０、７０、９０、１００、１２０、１５０、２００、２５０、３００、４００または５００％だけ厚いことが好ましい。この厚くなった部分７０は、好ましくは図示の通り両電極の先端間の中点を中心として、発光管の中心部に隣接してのびているまたは位置していることが好ましく、好ましくは放電空間３４ｂ（容器１６ｂと２つの脚１８ｂ、２０ｂとによって限定された空間）の全体に隣接してのび、または、図３に示されているように、２つの電極の先端間の部分（発光管のアーク部分）に隣接してのび、あるいは、（ａ）放電空間３４ｂまたは（ｂ）２つの電極の先端間の空間または部分の少なくとも１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０または９５％に隣接してのびていることが好ましい。図４は、シュラウド１４ｃならびに光透過性容器１６ｃを有する発光管１２ｃをもつ、図３のものと実質的に同じランプを示している。シュラウド１４ｃは、厚くなった部分７０と同様の厚くなった部分７０ｃを有するが、それは、シュラウドの内側の代りに、シュラウドの外側にある。代替的に、厚くなった部分が一部はシュラウドの内側に、一部は外側にあってもよい。
【００２３】
図５に示されているように、発光管１２ｄの長さ方向軸は、シュラウド１４ｄの長さ方向軸の上方に（上方とはランプ作動の間の上方を意味する）、好ましくはシュラウド長さ方向軸から少なくとも０．１、０．２、０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、１０、１３、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、４８％（シュラウドの内径と比較して）上方に、位置させ、または固定することができる。図５は、発光管の包囲温度勾配を有利に調整するのに有効な設計を説明している。
【００２４】
図６は、シュラウド１４ｅならびに光透過性容器１６ｅを有する発光管１２ｅをもつランプを示している。図６は図３と同様であるが、図３における厚くなった部分７０が、厚さは同じであるが、より狭いまたはより小さい内径および外径をもつシュラウドの部分７０ｅによって置換えられている。この部分７０ｅは、部分７０について先に論じたのと同じ発光管の好ましい中央部分に隣接してのび、または位置する。部分７０ｅの内径は、シュラウド１４ｅの隣接部分の内径よりも、少なくとも１、２、３、５、８、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０または８０％小さいことが好ましい。図６は、軸方向温度勾配を有利に調整するために間隙６２の厚さを変更できる一方法を説明している。
【００２５】
図７は、シュラウド１４ｆならびに光透過性容器１６ｆを有する発光管１２ｆをもつランプを示している。電流導体２４ｆが帰路リード線またはリード線支持体３０ｆに電気的に接続されており、後者は、発光管１２ｆ（および容器１６ｆ）の外表面とシュラウド１４ｆの内表面との間の間隙内で、発光管の鉛直上方で（上方とはランプ作動の間の上方を意味する）のびており、または配置または位置している。絶縁スリーブ７２が、アーキングを防止するために、リード線支持体３０ｆの一部を覆っている。この設計によって、冷却がもっとも必要な発光管上部からの熱の一部を金属製リード線支持体３０ｆ経由で伝達により取去り、散逸させることができる。間隙６２の領域におけるリード線支持体３０ｆの直径に対する間隙６２の比率は、５：１未満であることが好ましく、３：１、２：１または１．５：１未満であることがより好ましい。
【００２６】
他の例では、図９ａおよび９ｂに示されているように、シュラウド壁の厚さを、発光管の上方で、発光管の下方に比して増大させてもよい。図９ａを参照すると、シュラウド１４ａならびに光透過性容器１６ａを有する発光管１２ａをもつランプが示されている。図９ｂは、シュラウド１４ｂならびに光透過性容器１６ｂを有する発光管１２ｂをもつ同様のランプが示されている。シュラウド１４ａおよび１４ｂは、それぞれ、厚くなった部分６８、６９を有し、それらは、図示のように、シュラウドの残余またはシュラウドの隣接部分より実質的に少なくとも１０、２０、２５、３０、４０、５０、７０、９０、１００、１２０、１５０、２００、２５０、３００、４００または５００％厚くなっていることが好ましい。厚くなった部分６８、６９は、図３および４の厚くなった部分と同様に、軸方向に伸びていることができ、部分６８、６９は、シュラウドの上部または頂部部分であって、上方１８０°、上方１５０°、１２０°、９０°、６０°またはその他の角度にわたっていてよく（図１０および１２参照）、厚くなった部分６８、６９は一様な厚さであってもよく（図１０および１２参照）あるいは先細りになって、頂部に近づくほど厚くなっていてもよい（図１１参照）。図９ａおよび９ｂのシュラウド設計は、円周温度勾配の低減を目標としている。発光管上方で、とくに発光管中央部分のアークまたは放電空間の真上で、発光管の底部中央部分でのシュラウド壁の厚さと比較してより厚い壁をもつシュラウド１４ａ、１４ｂは、発光管の不均一な冷却に導き、底部に比して頂部でのより一層の冷却をもたらし、円周熱勾配および結果としての発光管内応力を有意に減少させるであろう。（上記の論述において、発光管の頂部とは、作動中の発光管の頂部を意味する。熱は上昇し、種々の理由のため、作動中の発光管頂部は作動中の発光管底部よりも高温になる傾向があるからである）。非対称なシュラウド壁厚さを、図５と同じように発光管を装着する利益と組合せてもよく、すなわち、発光管の長さ方向軸がシュラウドの長さ方向軸から鉛直にずれて、鉛直方向により高くあるいは上方に（作動中）あり（図９ｂに示したように）、両者が鉛直および円周温度勾配および結果としての発光管内応力を低下させる効果をもつようにしてもよい。他の例では、発光管の外側とシュラウドの内側との間の間隙６２を、発光管外径および／または図６に示したようなシュラウド内径の軸方向変化によって、軸方向に沿って変化させてもよい。間隙６２がより狭いところでは、発光管の局所温度に対するシュラウドの冷却効果はより大きくなるので、発光管の電極領域近傍よりもアーク領域の方で小さい直径をもつシュラウドは、発光管のコールドスポットに比してのホットスポット温度を有利に低下させるであろう。このようにして、発光管は、作動中、軸方向温度勾配をもつ。たとえば、（ａ）シュラウド壁厚さ、（ｂ）発光管容器とシュラウドとの間隙の厚さ、または（ｃ）両者を、ホットスポット温度（発光管アーク室または容器の中央頂部における）を低下させるのに有効なように、それゆえ軸方向温度勾配を有利に調整するのに有効なように、変化させることができる。同様に、発光管直径がアークの近傍でより��きく、電極の近傍でより小さく、その一方、シュラウドの内径がそれらの領域で一定であるときには、シュラウドが発光管の外側により近接していることも、コールドスポットに比してホットスポット温度を有利に低下させるであろう。これが、たとえばほぼ楕円形（すなわち扁長回転楕円面）状発光管および円筒状シュラウドを用いて得られるであろう状態である。ほぼ楕円形状の発光管は、一般に、アークおよび電極の領域でより等温性の温度勾配をもつように設計でき、一定の内径をもつ円筒状シュラウドと組合せるとき、楕円形状発光管は、より一層等温性温度分布で作動するであろう。さらに、シュラウドの冷却効果（すなわち、より小さい間隙６２および／またはより厚いシュラウド壁および／またはＨｅなどの冷却用ガス）が大きいほど、楕円形発光管を組合せた円筒形シュラウドの等温化効果はより大きくなるであろう。
【００２７】
以上、好ましい具体化態様に言及して本発明を説明してきたが、当業者ならば、その主要素について、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更を行なうことができ、均等物をもって置換できることを理解するであろう。さらに、本発明の本質的範囲を逸脱することなく、個々の状況または材料を本発明の教示に適合させるために多くの修正を行ないうる。それゆえ、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の態様として開示した特定の具体化態様に限定されるものではなく、本発明は、付属する諸請求項の範囲に含まれるすべての具体化態様を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に従った一ランプを概略的に示す。
【図２】本発明の一代替具体化態様に従った一ランプを概略的に示す。
【図３】シュラウドの壁が、アークギャップに隣接する発光管区画に沿ってのみ厚くなっている本発明に従った一ランプを概略的に示す。
【図４】シュラウドの壁が、アークギャップに隣接する発光管区画に沿ってのみ厚くなっている一代替具体化態様に従った一ランプを概略的に示す。
【図５】発光管がシュラウドの中心の鉛直上方にずれて装着されている本発明に従った一ランプを概略的に示す。
【図６】発光管の外表面とシュラウドの内表面との間隔が、アークギャップに隣接する発光管区画に沿って狭められている本発明に従った一ランプを概略的に示す。
【図７】発光管の電気帰路リード線が、発光管の外表面とシュラウドの内表面との間の間隙の中に、発光管の垂直上方に配置されている本発明に従った一ランプを概略的に示す。
【図８】Ｎ２とのガス混合物の熱伝導率を示すグラフである。
【図９ａ】発光管が非対称シュラウドの内部に同心的に位置している本発明に従った一ランプを概略的に示す。
【図９ｂ】発光管の長さ方向軸が、非対称シュラウドの長さ方向軸の鉛直上方に位置している本発明に従った一ランプを概略的に示す。
【図１０】図９ａの直線１０−１０に沿ってのシュラウドの断面図を示す。
【図１１】図１０のシュラウドの一代替具体化態様を示す。
【図１２】図１０のシュラウドの一代替具体化態様を示す。クロスハッチングは施していない。
【符号の説明】
【００２９】
１０  高輝度放電ランプ
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ  発光管
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ  気密シュラウド
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｅ，１６ｆ  光透過性容器／管
１８，１８ｂ  第一の脚
２０，２０ｂ  第二の脚
２２，２４，２４ｆ  電流導体／リード線
２６，２８  電極
３０，３０ｆ  リード線支持体
３２  基部
３４，３４ｂ  放電空間
３６  電気絶縁性管
３８  冷却用ガス媒質
４０  内側の膜
４２  外側の膜
４４  ランプ
４６  発光管
４８  反射鏡
５０  レンズ
５２  冷却用ガス媒質
５４  光透過性／封じ込め容器
５６  第一の脚
５８  第二の脚
６０  冷却用ガス空間
６２  ギャップ間隔
６４  内表面
６６  外表面
６８，６９，７０，７０ｃ，７０ｅ  厚くなった部分
７２  絶縁スリーブ
【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９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2009508316.tif 000019
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