JPH04262364A - 低ワット数メタルハライドランプのカプセル形状 - Google Patents
低ワット数メタルハライドランプのカプセル形状Info
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Landscapes
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- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気ランプに関し、特
定するとアーク放電ランプに関する。さらに特定すると
、本発明は、ミニチュア型アーク放電ランプカプセルの
幾何形態に関する。 【０００２】 【従来技術】自動車ヘッドランプを小断面で作り、風抵
抗を減じそれにより車両の走行距離率を向上することに
よって、自動車ランプを改良しようとする努力がなされ
つつある。光をより効率的に発生することによって、電
気需要を減じても、やはり走行距離率を向上することが
できる。ランプの耐久性を向上することによって、車両
の保守性や保証サービスの費用を減ずることもできる。 光源サイズを低減すれば、投射ビームの形成に際して光
学的精度を高めることもできる。そのとき、光の品質も
改善され、接近するドライバに対してまぶしさやストレ
スを増すことなく、視野を向上することができる、これ
らの利点は、すべて、低ワット数のアーク放電ヘッドラ
ンプで達成されよう。しかしながら、低ワット数アーク
放電ランプは、車両での使用に迅速に適合されるように
十分に都合よく開発されていない。実際的な車両ランプ
を作るためには、アーク放電ランプの一層の開発が必要
とされる。特に、約３０または３５ワットで約７０ルー
メン／ワットの光を生ずるために、直流動作、最小のウ
ォームアップ時間および水平動作に適したアーク放電ラ
ンプ外囲器形状が求められている。 【０００３】直流動作のために適当なデザインの探求に
あっては、種々の電極構造体が研究された。電極形状を
調節するだけでは、実際の車両用ランプに必要とされる
特徴は得られなかった。カプセルの形状もまた、カソー
ド、すなわち負電極に隣接する領域で調節されねばなら
ない。アークのカソード端部は、光の大部分を発生し、
それゆえ、反射器（レフレクタ）の焦点またはその近傍
に配置されねばならない。そのとき、アーク動特性の変
動、特にカソードに隣接するものが、ビームに相当の影
響を及ぼす。それゆえ、カソードの適正な配置、および
それと外囲器との相互作用は、全ビーム品質に重要であ
ると認められる。アノードの配置とそれと隣接するラン
プ壁との相互作用は、測光特性には余り重要でないが、
適正な熱伝達のためにはなお必須である。 【０００４】従来のアーク放電ランプ技術の例は、米国
特許第３，２５９，７７７ 号、第４，１６１，６７２
号、４，１７０，７４６ 号、第４，３９６，８５７
号、第４，５９４，５２９ 号および第４，７７９，
０２６ 号に示されている。近溶融チップ電極を備える
メタルハライド蒸気放電ランプと題し１９６６年７月５
日付でＥｌｍｅｒ Ｆｒｉｄｒｃｈ に発行された米国
特許第３，２５９，７７７ 号は、管状のアーク放電ラ
ンプを開示している。この特許のＦｉｇ．２ａ、Ｆｉｇ
．３ａ、Ｆｉｇ．４およびＦｉｇ．５ は、小型の管状
ランプを示している。 【０００５】ランプ効率が改善された高圧力金属蒸気放
電ランプと題し、１９７９年７月１７日付でＤａｎｉｅ
ｌ Ｃａｐ等に発行された米国特許第４，１６１，６７
２ 号は、２５０ ワット以下のランプの形状および電
極の侵入について論述している。 特に、Ｃａｐ の特許は、０．０６６ｃｍ３の内部容積
、３．５ｍｍ の直径、そして４．５ｍｍ の長さを有
する３０ワットの楕円形ランプを開示している。Ｃａｐ
の特許は、ほぼ回転楕円面状ないし細長い回転楕円面
と、長径の４．５５ないし１８．７５ ％挿入された電
極との組合せに関する。 【０００６】ミニチュア型金属蒸気放電ランプの高周波
動作と題して１９７９年１０月９日付でＪｏｈｎ Ｄａ
ｖｅｎｐｏｒｔに発行された米国特許第４，１７１，７
４６ 号は、３．２ ， ４．０， ５．０， ６．０
および７．０ｍｍ の内径を有し、異なる交流周波数
で動作する球状ランプの動作を論述している。 【０００７】発光管構造と題して１９８３年８月２日付
でＧｅｏｒｇｅ Ｄａｎｋｏに発行された米国特許第４
，３９６，８５７ 号は、０．１ ないし０．１５ｃｍ
２ の容積を有するミニチュア型放電管を開示している
。ｄａｎｋｏ の特許は、根球状中央領域に隣接して円
筒状の忠実の頚部の使用を開示している。この円筒状の
頚部は、ランプの長手方向軸線の回りに回転面を保証す
るのに役立つ。 【０００８】メタルハライド放電ランプと題して１９８
６年６月１０日付でＢｒｅｒｔｕｓ ｄｅ Ｖｒｉｊｅ
ｒ に発行された米国特許第４，５９４，５２９ 号は
、ミニチュア型管状アーク放電ランプを開示している。 ｄｅ Ｖｒｉｊｅｒ の特許は、ヘッドランプとして使
用するためのランプの管状寸法に関連している。 【０００９】ラピッドスタート高圧力放電ランプおよび
その作動方法と題して、１９８８年１０月１８日付でＪ
ｕｒｇｅｎ Ｈｅｉｄｅｒ に発行された米国特許第４
，７７９，０２６ 号は、管状ボデーと、シール部とバ
ルブ状領域間に若干絞られた転換部とを備えるミニチュ
ア型アーク放電ランプを示している。Ｈｅｉｄｅｒの特
許は、０．０３ｃｍ３ 以下の容積をもつランプについ
て論述している。 【００１０】 【発明の課題】自動車等の車両で使用される、直流動作
、水平動作に適し、ウォームアップ時間の小さいアーク
放電ランプ外囲器の形状を得ることにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明はに従えば、低ワ
ット数、直流式、水平動作メタルハライドカプセルが、
アノード領域を対流を高めるように形成し、カソード領
域を対流にさらすように形成することによって改善され
得る。好ましい実施例においては、低ワット数、直流式
メタルハライドランプカプセルが、透光性材料より成り
小さな包囲領域を画定する外壁を有するほぼ円筒状のラ
ンプカプセルとして形成されよう。アノードおよびカソ
ード端部は、異なる熱勾配を助長しそれにより対流を増
強するように非対称に形成される。好ましいアノード端
部は、対流を増強するように円錐形状を有し、他方好ま
しいカソード端部は、その表面を対流にさらすように半
球状形状を有する。増強された対流は、電気泳動を妨害
し、アーク内に適切なドーパント濃度を持続するのに役
立つと思われる。カソード電極が、カプセルのカソード
シール部に軸線方向に位置づけられており、第１の接触
端部と、カプセル壁に封じ込められた中間シール部と、
包囲領域中に延びる第２の露出内端部とを有している。 類似のアノード電極が、カプセルのアノードシール部に
軸線方向に位置づけられており、第１の接触端部と、カ
プセル壁に封じ込められた中間シール部と、包囲領域中
に延びる第２の露出内端部とを有している。ランプ充填
物質が包囲領域に配されており、アノードの第１接触端
部とカソードの第１接触端部間に電気が印加されるとき
、光放射線へ励起され得る。各電極の背後の区域は、直
流メタルハライド放電ランプの設計にとって特に重要で
ある。包囲領域の各電極端部は、全性能を最適化するよ
うに賦型されている。 【００１２】 【実施例】アーク放電ランプ設計におけるアノードでの
主たる考慮事項は、熱消散である。好ましいランプカプ
セルの実施例において、ランプカプセルは水平に動作せ
しめられ、アノードに隣接するカプセル壁は、ほぼ同心
的であり、アノードに関して約４５度の角度で円錐形で
ある。若干円錐形の内部幾何形態が、アノードの根部近
傍の石英の量を増し、それによりアノードからの熱伝導
を改良することが分かった。同時に、円錐形状は、隣接
するランプ充填物質内の熱含有量を減じて、外囲器頂部
を横切って広がる対流に寄与するものと思われる。直流
動作のため、交流放電と異なり、円錐部分と、同軸的に
配置されたアノードの根部との間の角度をかなり鋭くす
るのが有利である可能性がある。交流放電の場合には、
鋭い角部領域は、ガス流をよどませる可能性がある。ア
ノードとカプセル壁間の角度を非常に鋭くすると、化学
的含有成分が捕捉され、充填物質流がよどむ可能性があ
る。アノードとカプセル壁間の角度を非常に鈍くすると
、十分の熱がカプセル壁に伝達されない可能性がある。 包囲領域の好ましい円錐状アノード端部は、それ故に水
平動作されるランプ内で対流を動かしている熱を強めて
いると思われる。増強された対流は、包囲領域を介して
カソードに至り、ここで凝縮された物質が対流中により
迅速に掃引される。 【００１３】アーク放電ランプ設計におけるカソードで
の主たる考慮事項は、熱を保存し、電極の背後における
ガスの対流を制御することである。カプセルを介しての
熱損失は、光発生のためのエネルギを減ずる。ガス対流
が乏しいと、添加物が、カプセルまたは電極の根部上に
凝縮せしめられ、これによりアーク中におけるガスの濃
度が低減される。好ましい構造では、カソードシール部
への熱伝導を減ずるためカソードに相対して薄壁を使用
する。好ましい表面は滑らかであり、そして他のやり方
で対流ガス流にさらされる。１つの実施例では、カソー
ドシール端部は、石英の量を減少させ、カソード根部か
らカソードシール端部への熱伝導を減ずるようにくぼみ
を付される。保存された熱は、カソードの回りの垂直流
を増すように充填ガスを局部的に加熱する役目をする。 加えて、へこみは、カソード根部に滑らかな丸められた
区域を形成するのに役立ち得る。滑らかな内部外囲器表
面は、カソード根部に隣接する外囲器壁上にできるメタ
ルハライドまたは類似の凝縮物を横切るガスの対流を改
善する。アノード端部形状から生ずる改善された対流は
、カソードの回りを掃引して、凝縮された物質を一層効
率的に蒸発させるの補助する。半球状のカソード端部が
、所望の滑らかな露出表面を提供することが分かった。 半球状に近似する他の表面も使用できることが分かった
。 【００１４】アノードおよびカソード根部に隣接する表
面は重要である。これは、メタルハライドの直流電気泳
動ポンピング作用が、凝縮物の場所を制御することにお
いてガス対流およびコールドスポット点温度の両者より
も優勢だからである。電気泳動ポンプ作用は、カソード
、すなわち負電極上で起こる。直流光源の場合、電気泳
動ポンプ作用はつねに一方向にあり、メタルハライド凝
縮物を捕捉したりアークを貧弱化することがある鋭い角
度のような小さな外囲器幾何形態を避けるように特別の
注意が払われなければならない。 【００１５】カプセルの中央部の形状は、余り重要でな
いと考えられる。中央部は、石英間から最初に形成され
るように、円筒状とし得る。中央部はまた、断面の軸方
向の曲率が小さければ、楕円面または楕円回転面の対称
的直径断面の形状を有してよい。そのとき、中央部に対
する好ましい管状形状は、若干たる状の形状により十分
に近似される。高曲率は、必然的に、中央部とアノード
根部間に大きな交叉角度をもたらし、それにより各端部
に対称的な熱構造体を生成し、それにより対流を無効に
する等しい熱勾配を生じさせる。管状またはたる状の中
央部と半球状のカソード端部は、円錐形のアノード端部
を組み合わせることで、涙状の包囲領域をもたらす。 【００１６】図１は、管状中央部を持ち低ワット数で水
平動作せられるメタルハライドカプセルの形状の好まし
い実施例の断面図を示す。低ワット数のメタルハライド
ランプ１０は、ランプカプセル１２、ランプ充填物質３
０、アノード４０、及びカソード６０から組み立てられ
ており、軸線６８に沿って水平に動作される。 【００１７】ランプカプセル１２は、石英若しくはガラ
スのような光透過性物質から製造可能である。好ましい
実施例において、ランプカプセル１２は、厚さ２０をも
つアノード頚部１６が先行するアノードシール端部１４
を有する。アノードシール端部１４は、ランプのエネル
ギーを放出するヒートシンクとして振る舞う。アノード
頚部１６は、アノード根部４６からアノードシール端部
１４へ向かう熱の流れを増大させるように設計されてい
る。アノード頚部１６の近傍には、包囲領域２６を画定
する内面２４をもつ中央部２２がある。中央部２２は、
壁の厚さ２８を有する回転体の一般形状をもつ。中央部
２２は、カソード頚部３６へ延長しカソードシール端部
３８へ達する。 【００１８】好ましい実施例において、包囲領域２６は
、最大幅に対する全長の割合が約２．７である。低ワッ
ト数の包囲領域２６は、０．１ｃｍ３ 以下、さらに好
ましくは約０．０５ｃｍ３ 以下の容積をもつ放電カプ
セルである。１つの例として、包囲領域が０．０２０ｃ
ｍ３ のカプセル１２が、非常に良好に動作するのが分
かった。カプセル１２は、ランプ表面からの放射と対流
との組み合わせでカプセル１２の温度がカプセル材料の
軟化点よりもやや低い温度に維持されているよう壁領域
からアノードシール端部１４及びカソード端部３６へ十
分な熱を伝達するのに十分で外面と内面２４間の最短距
離を中央部２２に沿って測った壁の厚さ２８を持つ。好
ましい壁の厚さは、より大きなランプについて直線的に
スケールが定められないが小容積についてはやや厚い。 その目的は、できるだけ最小限のカプセル材料の劣化で
長時間耐えられることが可能な最高可能温度へカプセル
１２が達することである。内部容積に沿って最も温度が
低い点は、塩凝縮物を適当に蒸発させるのに十分な程度
高くすべきであり、通常およそ７５０℃である。同様に
最も温度が高い点は、動作圧力によって決定される外囲
器物質の軟化点を越えるべきでない。そうでなければラ
ンプが、これらの温度限界内で動作可能である。限界内
でのより高い温度一般に有効であるが、ランプが壊れや
すくなる上ランプの寿命も短くなる。限界内でのより低
い温度は、単位ワット当たりの光束発生の際に非効率で
あるがランプの寿命は長くなる。低温度では、さらに一
定のワット数でウォームアップ時間を長引かせる得る非
効率な塩の凝縮物の量に寄与する。０．０２ｃｍ３ の
容積をもつカプセル１２に対して好ましい壁の厚さ２８
は、およそ１．５ｍｍである。 【００１９】カプセル１２の幾何形状は、ランプの効率
及びランプのウォームアップ時間をできるだけ向上させ
るのに重要である。好ましいカプセル１２は、ほぼ円錐
形のアノード端部１８とほぼ管状の中央部２２とほぼ半
球形のカソード端部３２をもつ内部表面２４を有する。 円錐形アノード端部１８は、ランプ軸線６８から一側部
までが約４５度の半角を有する、すなはち側部から側部
までが９０度の角度を与えるのが好ましい。円錐形アノ
ード端部１８の円錐の底面５０は、ほぼランプ軸線６８
を横断しておりかつアノード先端４８と同一平面にある
。円錐形アノード端部１８に関連した特徴は、アノード
先端４８が内部表面２４から比較的離れて位置決めされ
ており、一方内面２４は、アノード根部４６からの伝熱
のためにアノード根部４６に近いことであると考えられ
る。 【００２０】好ましい内面２４の中央部２２は、円筒形
状を有する。また長球あるいは楕円面の同軸部分がをし
ようしてもよい。図２は、長球面状の中央部７０を備え
たカプセルを示し、図３は、楕円状の中央部７２を備え
たカプセルを示す。中央部２２の軸線方向の長さ５２は
、カソード先端５６とアノード先端４８との距離を決定
し、好ましくは約４．０ｍｍかあるいは約２．６ｍｍの
直径Ｄの１．５倍である。関連した特徴は、中央部２２
はランプ軸線６８に関する回転面であり、軸線方向にほ
とんどまたは何らの湾曲も有さないことであると考えら
れる。その時、管状あるいはわずかに樽型の内面が好ま
しい。 【００２１】好ましくは半球形のカソード端部３２は、
中央部２２の直径とほとんど同じ直径を有していて、カ
ソード先端５６が半球形の端部３２とタンジェントが１
／２の球面の中心であるように位置している。半球形端
部３２の直径底面５８は、ほぼランプ軸線６８を横断し
ており、カソード先端５６と同一平面上にある。半球形
３２の関連する特徴は、カソード根部６０近傍の内面２
４は滑らかであって、カソード先端５６は内面２４から
できるだけ遠くに配置されていることであると考えられ
る。内面２４に近いカソード根部６０は、できるだけ高
温に維持する。高温かつ滑らかそして開放することによ
り、カソード端部構造は、垂直方向のガス対流を助長し
て、カソード端部３２上の凝縮物を蒸発させる。 【００２２】好ましいカプセル１２は、２．７２の縦横
比（Ｌ／Ｄ）を与える約２．６ｍｍの小径Ｄ（５４）と
約７．１ｍｍの大径あるいは長さＬをもつ実質的に管状
の幾何形状を持つ。例として、カプセル１２は、アノー
ドとカソードの背後に非対称領域をもつ円筒として示さ
れる。重要な特徴は、円筒形状または長球面状の容器で
与えらるように相当に広げられた内部アノード先端４８
とカソード先端５６との距離５２との組み合わせにおい
て、アノード先端４８とそれに隣接した内部表面２４の
間の比較的大きな離隔にあると考えられる。。アノード
先端４８及びカソード先端５６の背後の非対称領域は、
異なる熱勾配を助長し、それによって水平方向の対流を
助長する。 【００２３】カプセル１２は、アノード４０をアノード
シール端部１４内で保持する。好ましくはアノードは４
０は、アノード接触部４２と中間アノードシール４４と
露出されたアノード端部４８を有する。好ましくはアノ
ード４０は同軸配置されており、カプセル１２の外側か
らアノードシール端部１４を通って包囲領域２６へ通ず
る。そのとき、アノード接触部４２は、カプセルの外側
に露出せられ、電気を受容する。アノードシール４４は
、アノードシール端部１４に封入されており、アノード
先端４８は、包囲領域２６内に配置される。好ましい実
施例において、アノード先端４８は、内面２４からアノ
ード４０の先端までとほぼ同じ距離Ｘで包囲領域２６へ
軸線方向に延長する。隣接する円錐形アノード端部１８
は、アノードに対して約４５度であるので、アノード先
端１８から内面までの交軸距離は、およそ直径Ｄを２√
２で割った値となる。そのとき、アノード先端４８の延
長アスペクトＸ／Ｄは、約０．５である。好ましい実施
例において、アノード先端４８は、包囲領域２６の同軸
円錐端部１８内の中心点として配置される。内部表面２
４は、アノード根部４６と交差し、包囲領域２６に鋭角
を残す。例として、アノード４０は、封止箔に接続され
た外部ロッド部材として示されており、順次包囲領域内
に延長する丸い先端をした真直な棒に接続されている。 他の電極封止箔および電極先端構造物が知られており本
設計での使用に適当なようにすることができる。 【００２４】カプセル１２は、カソード６６をカソード
シール端部３８で保持する。カソード５８は、カソード
先端５６とカソード根部６０とカソードシール６２と露
出されたカソード接触部６４を有する。好ましい実施例
において、カソード先端５６の端部は、カプセル内壁か
らの 距離とほぼ
同じ距離Ｙで包囲領域空間へ軸線方向に配置される。包
囲領域２６はほぼ円筒形状であるので、カソード５８の
先端から内部表面までの交軸距離は、直径の１／２であ
るＤ／２である。カソード５８の延長アスペクトＹ／Ｄ
は、約０．５である。好ましい実施例において、カソー
ド５８の先端は、一側面が包囲領域２６の半球形のカソ
ード端部３２にほぼ接する球面内の中心点として配置さ
れる。すなはちカソード先端５６のカソード端部での包
囲領域２６の内面は、カソード先端の回りにほぼ半球状
である。その時、包囲領域２６の内面は、カソード６０
とほぼ垂直に交差する。カソード５８は、包囲領域２６
からカソードシール端部３８を通って外部へ通ずるよう
に配置されており、電気を受容する。例としてカソード
５８は、封止箔と接続された外部ロッド部材として示さ
れており、順次、包囲領域２６に延長する丸い先端をも
つ真直な棒に接続されている。他の封止箔及びカソード
先端構造物は知られており本設計での使用に適当なよう
にすることができる。 【００２５】アーク放電ランプ用ランプ充填物質３０が
知られており、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノ
ンのようなキャリアガスと、また水銀、スカンジウム、
ヨウ素等のような種々の添加物とを有する。多数のラン
プ充填物質が、本ランプ外囲器構造に適当であると考え
られる。好ましいランプ充填物質２８は、気圧のキセノ
ン中の水銀、ヨウ化スカンジウムナトリウム（ＮａＳｃ
Ｉ４）充填物質である。他の適当な組成物を使用しても
よい。 【００２６】涙形に賦形されたアーク放電ランプの代替
実施例が図２と図３に示されている。図２は、回転楕円
面部分の中央部をもつ低ワット数のメタルハライドカプ
セル型の代替実施例の断面図を図示する。図３は、楕円
部分の中央部をもつ低ワット数メタルハライドカプセル
型の代替実施例の断面図を図示している。 【００２７】涙形のアーク放電ランプを製造する好まし
い方法は、まずカソード端部を加圧封止し同時にプレス
形成する。加圧封止はカソードを適所に封止し、一方プ
レス成形は、カソード根部の周囲の包囲空間２６をほぼ
半球状の端部へと拡張する。カソードの正確な配置及び
その近傍のカソード端部の形成は、順次１つの動作で実
現可能である。プレス成形は、さらに拡張された円筒形
上、球形状あるいは楕円形状等の部分に中央部分を形成
することもできる。部分的に成形されたカプセルは、順
次汚染物のパージが行われる。窒素でカプセル空間を満
たすことが提案される。メタルハライドあるいはその他
の添加物及び充填ガスは、順次カプセル領域内に配置さ
れる。ガスの充填物質は、包囲領域内で低温凝縮される
。アノードは、カプセルの残りの開放端部に位置決めさ
れそして適所に真空封止される。真空封止は実質的に半
球面のカソード端部及び円筒形状の中央部分を保護する
と共にカプセルのアノード端部をつぶして封止するして
いる。真空封止は、アノード根部に近傍円錐形状に賦形
されたアノード端部を作る。 【００２８】カプセルのウォームアップは、相互に関係
のある種々の因子に依存する。ウォームアップ因子には
、カプセルの質量や入力電力や充填ガス組成物や充填ガ
ス圧や化学的な成分組成物および化学成分添加量が含ま
れる。ほぼ一定の入力電流についてできるだけウォーム
アップ時間を求めるためにいくつかの容積および壁の厚
さを調べた。一般に約０．４から１．５ｍｍのカプセル
壁の厚さと０．０２から０．１ｃｍ３ のカプセル容積
を検査した。最小ウォームアップ時間は、全動作光出力
の８０％に達するのに必要とされる時間として適当に選
んだ。同じバラストが種々の外囲器形状についての全て
のウォームアップ時間測定について使用した。 【００２９】好ましい光束ないしルーメンの出力は、法
定のヘッドランプに要求される最小限のルーメン数によ
って決定した。いくつかのメタルハライドランプが７０
ルーメン／ワット以上を達成可能であるけれども、好ま
しいランプは、光の発生を最大にするようには設計しな
かった。車両のヘッドランプにおいて、過剰の光は、接
近する車両にまぶしさを招くことがあるので必要な光束
数だけを発生すべきである。アーク放電は、壁部が安定
化が行われるよう設計可能である。壁部安定化は、放電
の明るさに影響する。放電の動きはあまりはっきりしな
いので、壁部安定化は、通常、車両のランプについて所
望される。光は、電極安定化におけるアーク運動といっ
しょにでふらつかない。残念なことに、壁部安定化アー
クは、内壁に高い熱的負荷を生ずる。高い熱的負荷は、
外囲器壁を軟化し、再賦形する。 【００３０】最初、最も良好なウォームアップ時間をも
つランプは、ランプの外囲器壁の頂部が１１００℃以上
の温度で動作することがわかった。これらの温度は、外
囲器壁を軟化する。カプセルの形状を、水平動作を満足
しかつ最大壁温度（石英の約１０００℃の）を、カプセ
ルの劣化点よりも低く維持するよう変更した。主なデザ
インを、臨界パラメータの表にして以下に示す。 【００３１】 【表１】 管の形状 楕円 涙
楕円 涙
筒の寸法 ２ｘ４ ２ｘ
４ ２ｘ５ ２ｘ５容積
（ｃｃ） ０．０９６ ０．０３
９ ０．０７６ ０．０２０壁の厚さ（ｍ
ｍ） ０．６１ ０．８９
１．０ １．５短径ＩＤ（ｍｍ）
４．８ ３．０
４．８ ２．０長径ＩＤ（ｍｍ）
９．０ ８．０
７．８ ７．５ワット 数
３０ ３０
３０ ３０ルーメン／ワッ
ト ６９ ７１
４５ ６４始動時
間５０％（ｓｅｃ）１８ ７
２２ ３２始動
時間８０％（ｓｅｃ）２８ １２
５５ ４８壁温
度 １１７５ １１００
１０００ ９００【００３２】
用語”楕円”は、楕円形あるいはフットボール型のカプ
セルを表し、それから”涙”は、一端部が丸く対向部が
少し尖っている涙の滴あるいは管状のカプセルを表して
いる。いくつかのランプの形状における主な違いは、壁
の厚さである。壁の厚さを大きくすることによって、熱
伝導は増加し、それにより最大の壁温度を低下し、全光
束も減じるがウォームアップ時間を増加させる。包囲領
域を実質的に減ずることによって、光束出力は、壁温度
を増大させることなしに改善し得る。 【００３３】メタルハライド凝縮物により被覆される内
壁の帯域が増加する時、凝縮物質はより迅速に蒸発し、
それによりアーク内により高い添加物濃度を維持する。 最適なデザインは、対流を増強するように形成されたア
ノード端部と、凝縮物質を対流へ差し出すように形成さ
れたカソード端部をもつ２ｘ５の管状の幾何形態で記述
されると考えられる。全体の形状は”涙”形の形状とし
て現れる。その時、円錐及び半球表面は、ランプの性能
を維持するためにアーク内で添加物の含有量を持続する
のに役立つ。 【００３４】動作例おいて、寸法のいくつかは、ほぼ以
下の通りであった。カプセルは、約３２ｍｍの長さであ
った。アノードシール端部は、領域シールの５．０８ｍ
ｍ幅と約１１．５ｍｍ長の真空封止であった。アノード
の頚部の下部領域は、約１．５ｍｍの長さであり、約１
．０ｍｍのへこみを有していた。管状中央部は、外径が
５．２ｍｍで約３．９８ｍｍの長さであった。包囲領域
は、７．１ｍｍの長さで内径が２．６ｍｍであった。 カソードの頚部の下部領域は、これに類似しており、約
１．０ｍｍの長さで約１．０ｍｍのへこみを有する。カ
ソードシール端部は、約９．５ｍｍの長さで横に６．１
ｍｍであった。 【００３５】第１入力ワイヤーからのカソードを、第１
シール端部で封止した。第１入力ワイヤーは、直径がお
よそ０．５１ｍｍである。入力ワイヤーは、アノードシ
ール端部に装入し第１箔部材に接続した。第１箔部材は
、５．０ｍｍの長さと１．５ｍｍの幅をもつ。第１箔部
材は、順次カソードに接続した。カソードの電極は、包
囲領域内でおよそ１．５ｍｍだけ露出されるように包囲
領域へと延長した。対向電極、すなわちアノードも同様
に包囲領域内でおよそ１．５ｍｍだけ露出された。第２
シール領域に装入されたアノードは、およそ１．５ｍｍ
の幅と５．０ｍｍの長さの第２箔部材に接続されている
。およそ０．５１ｍｍ長い直径の第２リード線が、第２
箔部材の対向端部に接続した。第２リード線は、第２シ
ール部から現れ、電気接続のために露出される。包囲領
域は、水銀、ナトリウム、スカンジウム、ヨウ素、及び
およそ８気圧のキセノンを有するランプ充填物質を有し
ていた。開示した動作状態、寸法、形状及び具体例は単
なる例示であり、他に適当な形状と関係が本発明を実施
するのに使用可能である。 【００３６】現在本発明の好ましい実施例と考えられる
ものを図示し説明したけれども、当業者であれば、本発
明の技術思想から説明することなく種々の変更及び修正
が可能であることは明らかであろう。かかる変更及び修
正は全て本発明の技術思想に包含されるべきものである
。
定するとアーク放電ランプに関する。さらに特定すると
、本発明は、ミニチュア型アーク放電ランプカプセルの
幾何形態に関する。 【０００２】 【従来技術】自動車ヘッドランプを小断面で作り、風抵
抗を減じそれにより車両の走行距離率を向上することに
よって、自動車ランプを改良しようとする努力がなされ
つつある。光をより効率的に発生することによって、電
気需要を減じても、やはり走行距離率を向上することが
できる。ランプの耐久性を向上することによって、車両
の保守性や保証サービスの費用を減ずることもできる。 光源サイズを低減すれば、投射ビームの形成に際して光
学的精度を高めることもできる。そのとき、光の品質も
改善され、接近するドライバに対してまぶしさやストレ
スを増すことなく、視野を向上することができる、これ
らの利点は、すべて、低ワット数のアーク放電ヘッドラ
ンプで達成されよう。しかしながら、低ワット数アーク
放電ランプは、車両での使用に迅速に適合されるように
十分に都合よく開発されていない。実際的な車両ランプ
を作るためには、アーク放電ランプの一層の開発が必要
とされる。特に、約３０または３５ワットで約７０ルー
メン／ワットの光を生ずるために、直流動作、最小のウ
ォームアップ時間および水平動作に適したアーク放電ラ
ンプ外囲器形状が求められている。 【０００３】直流動作のために適当なデザインの探求に
あっては、種々の電極構造体が研究された。電極形状を
調節するだけでは、実際の車両用ランプに必要とされる
特徴は得られなかった。カプセルの形状もまた、カソー
ド、すなわち負電極に隣接する領域で調節されねばなら
ない。アークのカソード端部は、光の大部分を発生し、
それゆえ、反射器（レフレクタ）の焦点またはその近傍
に配置されねばならない。そのとき、アーク動特性の変
動、特にカソードに隣接するものが、ビームに相当の影
響を及ぼす。それゆえ、カソードの適正な配置、および
それと外囲器との相互作用は、全ビーム品質に重要であ
ると認められる。アノードの配置とそれと隣接するラン
プ壁との相互作用は、測光特性には余り重要でないが、
適正な熱伝達のためにはなお必須である。 【０００４】従来のアーク放電ランプ技術の例は、米国
特許第３，２５９，７７７ 号、第４，１６１，６７２
号、４，１７０，７４６ 号、第４，３９６，８５７
号、第４，５９４，５２９ 号および第４，７７９，
０２６ 号に示されている。近溶融チップ電極を備える
メタルハライド蒸気放電ランプと題し１９６６年７月５
日付でＥｌｍｅｒ Ｆｒｉｄｒｃｈ に発行された米国
特許第３，２５９，７７７ 号は、管状のアーク放電ラ
ンプを開示している。この特許のＦｉｇ．２ａ、Ｆｉｇ
．３ａ、Ｆｉｇ．４およびＦｉｇ．５ は、小型の管状
ランプを示している。 【０００５】ランプ効率が改善された高圧力金属蒸気放
電ランプと題し、１９７９年７月１７日付でＤａｎｉｅ
ｌ Ｃａｐ等に発行された米国特許第４，１６１，６７
２ 号は、２５０ ワット以下のランプの形状および電
極の侵入について論述している。 特に、Ｃａｐ の特許は、０．０６６ｃｍ３の内部容積
、３．５ｍｍ の直径、そして４．５ｍｍ の長さを有
する３０ワットの楕円形ランプを開示している。Ｃａｐ
の特許は、ほぼ回転楕円面状ないし細長い回転楕円面
と、長径の４．５５ないし１８．７５ ％挿入された電
極との組合せに関する。 【０００６】ミニチュア型金属蒸気放電ランプの高周波
動作と題して１９７９年１０月９日付でＪｏｈｎ Ｄａ
ｖｅｎｐｏｒｔに発行された米国特許第４，１７１，７
４６ 号は、３．２ ， ４．０， ５．０， ６．０
および７．０ｍｍ の内径を有し、異なる交流周波数
で動作する球状ランプの動作を論述している。 【０００７】発光管構造と題して１９８３年８月２日付
でＧｅｏｒｇｅ Ｄａｎｋｏに発行された米国特許第４
，３９６，８５７ 号は、０．１ ないし０．１５ｃｍ
２ の容積を有するミニチュア型放電管を開示している
。ｄａｎｋｏ の特許は、根球状中央領域に隣接して円
筒状の忠実の頚部の使用を開示している。この円筒状の
頚部は、ランプの長手方向軸線の回りに回転面を保証す
るのに役立つ。 【０００８】メタルハライド放電ランプと題して１９８
６年６月１０日付でＢｒｅｒｔｕｓ ｄｅ Ｖｒｉｊｅ
ｒ に発行された米国特許第４，５９４，５２９ 号は
、ミニチュア型管状アーク放電ランプを開示している。 ｄｅ Ｖｒｉｊｅｒ の特許は、ヘッドランプとして使
用するためのランプの管状寸法に関連している。 【０００９】ラピッドスタート高圧力放電ランプおよび
その作動方法と題して、１９８８年１０月１８日付でＪ
ｕｒｇｅｎ Ｈｅｉｄｅｒ に発行された米国特許第４
，７７９，０２６ 号は、管状ボデーと、シール部とバ
ルブ状領域間に若干絞られた転換部とを備えるミニチュ
ア型アーク放電ランプを示している。Ｈｅｉｄｅｒの特
許は、０．０３ｃｍ３ 以下の容積をもつランプについ
て論述している。 【００１０】 【発明の課題】自動車等の車両で使用される、直流動作
、水平動作に適し、ウォームアップ時間の小さいアーク
放電ランプ外囲器の形状を得ることにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明はに従えば、低ワ
ット数、直流式、水平動作メタルハライドカプセルが、
アノード領域を対流を高めるように形成し、カソード領
域を対流にさらすように形成することによって改善され
得る。好ましい実施例においては、低ワット数、直流式
メタルハライドランプカプセルが、透光性材料より成り
小さな包囲領域を画定する外壁を有するほぼ円筒状のラ
ンプカプセルとして形成されよう。アノードおよびカソ
ード端部は、異なる熱勾配を助長しそれにより対流を増
強するように非対称に形成される。好ましいアノード端
部は、対流を増強するように円錐形状を有し、他方好ま
しいカソード端部は、その表面を対流にさらすように半
球状形状を有する。増強された対流は、電気泳動を妨害
し、アーク内に適切なドーパント濃度を持続するのに役
立つと思われる。カソード電極が、カプセルのカソード
シール部に軸線方向に位置づけられており、第１の接触
端部と、カプセル壁に封じ込められた中間シール部と、
包囲領域中に延びる第２の露出内端部とを有している。 類似のアノード電極が、カプセルのアノードシール部に
軸線方向に位置づけられており、第１の接触端部と、カ
プセル壁に封じ込められた中間シール部と、包囲領域中
に延びる第２の露出内端部とを有している。ランプ充填
物質が包囲領域に配されており、アノードの第１接触端
部とカソードの第１接触端部間に電気が印加されるとき
、光放射線へ励起され得る。各電極の背後の区域は、直
流メタルハライド放電ランプの設計にとって特に重要で
ある。包囲領域の各電極端部は、全性能を最適化するよ
うに賦型されている。 【００１２】 【実施例】アーク放電ランプ設計におけるアノードでの
主たる考慮事項は、熱消散である。好ましいランプカプ
セルの実施例において、ランプカプセルは水平に動作せ
しめられ、アノードに隣接するカプセル壁は、ほぼ同心
的であり、アノードに関して約４５度の角度で円錐形で
ある。若干円錐形の内部幾何形態が、アノードの根部近
傍の石英の量を増し、それによりアノードからの熱伝導
を改良することが分かった。同時に、円錐形状は、隣接
するランプ充填物質内の熱含有量を減じて、外囲器頂部
を横切って広がる対流に寄与するものと思われる。直流
動作のため、交流放電と異なり、円錐部分と、同軸的に
配置されたアノードの根部との間の角度をかなり鋭くす
るのが有利である可能性がある。交流放電の場合には、
鋭い角部領域は、ガス流をよどませる可能性がある。ア
ノードとカプセル壁間の角度を非常に鋭くすると、化学
的含有成分が捕捉され、充填物質流がよどむ可能性があ
る。アノードとカプセル壁間の角度を非常に鈍くすると
、十分の熱がカプセル壁に伝達されない可能性がある。 包囲領域の好ましい円錐状アノード端部は、それ故に水
平動作されるランプ内で対流を動かしている熱を強めて
いると思われる。増強された対流は、包囲領域を介して
カソードに至り、ここで凝縮された物質が対流中により
迅速に掃引される。 【００１３】アーク放電ランプ設計におけるカソードで
の主たる考慮事項は、熱を保存し、電極の背後における
ガスの対流を制御することである。カプセルを介しての
熱損失は、光発生のためのエネルギを減ずる。ガス対流
が乏しいと、添加物が、カプセルまたは電極の根部上に
凝縮せしめられ、これによりアーク中におけるガスの濃
度が低減される。好ましい構造では、カソードシール部
への熱伝導を減ずるためカソードに相対して薄壁を使用
する。好ましい表面は滑らかであり、そして他のやり方
で対流ガス流にさらされる。１つの実施例では、カソー
ドシール端部は、石英の量を減少させ、カソード根部か
らカソードシール端部への熱伝導を減ずるようにくぼみ
を付される。保存された熱は、カソードの回りの垂直流
を増すように充填ガスを局部的に加熱する役目をする。 加えて、へこみは、カソード根部に滑らかな丸められた
区域を形成するのに役立ち得る。滑らかな内部外囲器表
面は、カソード根部に隣接する外囲器壁上にできるメタ
ルハライドまたは類似の凝縮物を横切るガスの対流を改
善する。アノード端部形状から生ずる改善された対流は
、カソードの回りを掃引して、凝縮された物質を一層効
率的に蒸発させるの補助する。半球状のカソード端部が
、所望の滑らかな露出表面を提供することが分かった。 半球状に近似する他の表面も使用できることが分かった
。 【００１４】アノードおよびカソード根部に隣接する表
面は重要である。これは、メタルハライドの直流電気泳
動ポンピング作用が、凝縮物の場所を制御することにお
いてガス対流およびコールドスポット点温度の両者より
も優勢だからである。電気泳動ポンプ作用は、カソード
、すなわち負電極上で起こる。直流光源の場合、電気泳
動ポンプ作用はつねに一方向にあり、メタルハライド凝
縮物を捕捉したりアークを貧弱化することがある鋭い角
度のような小さな外囲器幾何形態を避けるように特別の
注意が払われなければならない。 【００１５】カプセルの中央部の形状は、余り重要でな
いと考えられる。中央部は、石英間から最初に形成され
るように、円筒状とし得る。中央部はまた、断面の軸方
向の曲率が小さければ、楕円面または楕円回転面の対称
的直径断面の形状を有してよい。そのとき、中央部に対
する好ましい管状形状は、若干たる状の形状により十分
に近似される。高曲率は、必然的に、中央部とアノード
根部間に大きな交叉角度をもたらし、それにより各端部
に対称的な熱構造体を生成し、それにより対流を無効に
する等しい熱勾配を生じさせる。管状またはたる状の中
央部と半球状のカソード端部は、円錐形のアノード端部
を組み合わせることで、涙状の包囲領域をもたらす。 【００１６】図１は、管状中央部を持ち低ワット数で水
平動作せられるメタルハライドカプセルの形状の好まし
い実施例の断面図を示す。低ワット数のメタルハライド
ランプ１０は、ランプカプセル１２、ランプ充填物質３
０、アノード４０、及びカソード６０から組み立てられ
ており、軸線６８に沿って水平に動作される。 【００１７】ランプカプセル１２は、石英若しくはガラ
スのような光透過性物質から製造可能である。好ましい
実施例において、ランプカプセル１２は、厚さ２０をも
つアノード頚部１６が先行するアノードシール端部１４
を有する。アノードシール端部１４は、ランプのエネル
ギーを放出するヒートシンクとして振る舞う。アノード
頚部１６は、アノード根部４６からアノードシール端部
１４へ向かう熱の流れを増大させるように設計されてい
る。アノード頚部１６の近傍には、包囲領域２６を画定
する内面２４をもつ中央部２２がある。中央部２２は、
壁の厚さ２８を有する回転体の一般形状をもつ。中央部
２２は、カソード頚部３６へ延長しカソードシール端部
３８へ達する。 【００１８】好ましい実施例において、包囲領域２６は
、最大幅に対する全長の割合が約２．７である。低ワッ
ト数の包囲領域２６は、０．１ｃｍ３ 以下、さらに好
ましくは約０．０５ｃｍ３ 以下の容積をもつ放電カプ
セルである。１つの例として、包囲領域が０．０２０ｃ
ｍ３ のカプセル１２が、非常に良好に動作するのが分
かった。カプセル１２は、ランプ表面からの放射と対流
との組み合わせでカプセル１２の温度がカプセル材料の
軟化点よりもやや低い温度に維持されているよう壁領域
からアノードシール端部１４及びカソード端部３６へ十
分な熱を伝達するのに十分で外面と内面２４間の最短距
離を中央部２２に沿って測った壁の厚さ２８を持つ。好
ましい壁の厚さは、より大きなランプについて直線的に
スケールが定められないが小容積についてはやや厚い。 その目的は、できるだけ最小限のカプセル材料の劣化で
長時間耐えられることが可能な最高可能温度へカプセル
１２が達することである。内部容積に沿って最も温度が
低い点は、塩凝縮物を適当に蒸発させるのに十分な程度
高くすべきであり、通常およそ７５０℃である。同様に
最も温度が高い点は、動作圧力によって決定される外囲
器物質の軟化点を越えるべきでない。そうでなければラ
ンプが、これらの温度限界内で動作可能である。限界内
でのより高い温度一般に有効であるが、ランプが壊れや
すくなる上ランプの寿命も短くなる。限界内でのより低
い温度は、単位ワット当たりの光束発生の際に非効率で
あるがランプの寿命は長くなる。低温度では、さらに一
定のワット数でウォームアップ時間を長引かせる得る非
効率な塩の凝縮物の量に寄与する。０．０２ｃｍ３ の
容積をもつカプセル１２に対して好ましい壁の厚さ２８
は、およそ１．５ｍｍである。 【００１９】カプセル１２の幾何形状は、ランプの効率
及びランプのウォームアップ時間をできるだけ向上させ
るのに重要である。好ましいカプセル１２は、ほぼ円錐
形のアノード端部１８とほぼ管状の中央部２２とほぼ半
球形のカソード端部３２をもつ内部表面２４を有する。 円錐形アノード端部１８は、ランプ軸線６８から一側部
までが約４５度の半角を有する、すなはち側部から側部
までが９０度の角度を与えるのが好ましい。円錐形アノ
ード端部１８の円錐の底面５０は、ほぼランプ軸線６８
を横断しておりかつアノード先端４８と同一平面にある
。円錐形アノード端部１８に関連した特徴は、アノード
先端４８が内部表面２４から比較的離れて位置決めされ
ており、一方内面２４は、アノード根部４６からの伝熱
のためにアノード根部４６に近いことであると考えられ
る。 【００２０】好ましい内面２４の中央部２２は、円筒形
状を有する。また長球あるいは楕円面の同軸部分がをし
ようしてもよい。図２は、長球面状の中央部７０を備え
たカプセルを示し、図３は、楕円状の中央部７２を備え
たカプセルを示す。中央部２２の軸線方向の長さ５２は
、カソード先端５６とアノード先端４８との距離を決定
し、好ましくは約４．０ｍｍかあるいは約２．６ｍｍの
直径Ｄの１．５倍である。関連した特徴は、中央部２２
はランプ軸線６８に関する回転面であり、軸線方向にほ
とんどまたは何らの湾曲も有さないことであると考えら
れる。その時、管状あるいはわずかに樽型の内面が好ま
しい。 【００２１】好ましくは半球形のカソード端部３２は、
中央部２２の直径とほとんど同じ直径を有していて、カ
ソード先端５６が半球形の端部３２とタンジェントが１
／２の球面の中心であるように位置している。半球形端
部３２の直径底面５８は、ほぼランプ軸線６８を横断し
ており、カソード先端５６と同一平面上にある。半球形
３２の関連する特徴は、カソード根部６０近傍の内面２
４は滑らかであって、カソード先端５６は内面２４から
できるだけ遠くに配置されていることであると考えられ
る。内面２４に近いカソード根部６０は、できるだけ高
温に維持する。高温かつ滑らかそして開放することによ
り、カソード端部構造は、垂直方向のガス対流を助長し
て、カソード端部３２上の凝縮物を蒸発させる。 【００２２】好ましいカプセル１２は、２．７２の縦横
比（Ｌ／Ｄ）を与える約２．６ｍｍの小径Ｄ（５４）と
約７．１ｍｍの大径あるいは長さＬをもつ実質的に管状
の幾何形状を持つ。例として、カプセル１２は、アノー
ドとカソードの背後に非対称領域をもつ円筒として示さ
れる。重要な特徴は、円筒形状または長球面状の容器で
与えらるように相当に広げられた内部アノード先端４８
とカソード先端５６との距離５２との組み合わせにおい
て、アノード先端４８とそれに隣接した内部表面２４の
間の比較的大きな離隔にあると考えられる。。アノード
先端４８及びカソード先端５６の背後の非対称領域は、
異なる熱勾配を助長し、それによって水平方向の対流を
助長する。 【００２３】カプセル１２は、アノード４０をアノード
シール端部１４内で保持する。好ましくはアノードは４
０は、アノード接触部４２と中間アノードシール４４と
露出されたアノード端部４８を有する。好ましくはアノ
ード４０は同軸配置されており、カプセル１２の外側か
らアノードシール端部１４を通って包囲領域２６へ通ず
る。そのとき、アノード接触部４２は、カプセルの外側
に露出せられ、電気を受容する。アノードシール４４は
、アノードシール端部１４に封入されており、アノード
先端４８は、包囲領域２６内に配置される。好ましい実
施例において、アノード先端４８は、内面２４からアノ
ード４０の先端までとほぼ同じ距離Ｘで包囲領域２６へ
軸線方向に延長する。隣接する円錐形アノード端部１８
は、アノードに対して約４５度であるので、アノード先
端１８から内面までの交軸距離は、およそ直径Ｄを２√
２で割った値となる。そのとき、アノード先端４８の延
長アスペクトＸ／Ｄは、約０．５である。好ましい実施
例において、アノード先端４８は、包囲領域２６の同軸
円錐端部１８内の中心点として配置される。内部表面２
４は、アノード根部４６と交差し、包囲領域２６に鋭角
を残す。例として、アノード４０は、封止箔に接続され
た外部ロッド部材として示されており、順次包囲領域内
に延長する丸い先端をした真直な棒に接続されている。 他の電極封止箔および電極先端構造物が知られており本
設計での使用に適当なようにすることができる。 【００２４】カプセル１２は、カソード６６をカソード
シール端部３８で保持する。カソード５８は、カソード
先端５６とカソード根部６０とカソードシール６２と露
出されたカソード接触部６４を有する。好ましい実施例
において、カソード先端５６の端部は、カプセル内壁か
らの 距離とほぼ
同じ距離Ｙで包囲領域空間へ軸線方向に配置される。包
囲領域２６はほぼ円筒形状であるので、カソード５８の
先端から内部表面までの交軸距離は、直径の１／２であ
るＤ／２である。カソード５８の延長アスペクトＹ／Ｄ
は、約０．５である。好ましい実施例において、カソー
ド５８の先端は、一側面が包囲領域２６の半球形のカソ
ード端部３２にほぼ接する球面内の中心点として配置さ
れる。すなはちカソード先端５６のカソード端部での包
囲領域２６の内面は、カソード先端の回りにほぼ半球状
である。その時、包囲領域２６の内面は、カソード６０
とほぼ垂直に交差する。カソード５８は、包囲領域２６
からカソードシール端部３８を通って外部へ通ずるよう
に配置されており、電気を受容する。例としてカソード
５８は、封止箔と接続された外部ロッド部材として示さ
れており、順次、包囲領域２６に延長する丸い先端をも
つ真直な棒に接続されている。他の封止箔及びカソード
先端構造物は知られており本設計での使用に適当なよう
にすることができる。 【００２５】アーク放電ランプ用ランプ充填物質３０が
知られており、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノ
ンのようなキャリアガスと、また水銀、スカンジウム、
ヨウ素等のような種々の添加物とを有する。多数のラン
プ充填物質が、本ランプ外囲器構造に適当であると考え
られる。好ましいランプ充填物質２８は、気圧のキセノ
ン中の水銀、ヨウ化スカンジウムナトリウム（ＮａＳｃ
Ｉ４）充填物質である。他の適当な組成物を使用しても
よい。 【００２６】涙形に賦形されたアーク放電ランプの代替
実施例が図２と図３に示されている。図２は、回転楕円
面部分の中央部をもつ低ワット数のメタルハライドカプ
セル型の代替実施例の断面図を図示する。図３は、楕円
部分の中央部をもつ低ワット数メタルハライドカプセル
型の代替実施例の断面図を図示している。 【００２７】涙形のアーク放電ランプを製造する好まし
い方法は、まずカソード端部を加圧封止し同時にプレス
形成する。加圧封止はカソードを適所に封止し、一方プ
レス成形は、カソード根部の周囲の包囲空間２６をほぼ
半球状の端部へと拡張する。カソードの正確な配置及び
その近傍のカソード端部の形成は、順次１つの動作で実
現可能である。プレス成形は、さらに拡張された円筒形
上、球形状あるいは楕円形状等の部分に中央部分を形成
することもできる。部分的に成形されたカプセルは、順
次汚染物のパージが行われる。窒素でカプセル空間を満
たすことが提案される。メタルハライドあるいはその他
の添加物及び充填ガスは、順次カプセル領域内に配置さ
れる。ガスの充填物質は、包囲領域内で低温凝縮される
。アノードは、カプセルの残りの開放端部に位置決めさ
れそして適所に真空封止される。真空封止は実質的に半
球面のカソード端部及び円筒形状の中央部分を保護する
と共にカプセルのアノード端部をつぶして封止するして
いる。真空封止は、アノード根部に近傍円錐形状に賦形
されたアノード端部を作る。 【００２８】カプセルのウォームアップは、相互に関係
のある種々の因子に依存する。ウォームアップ因子には
、カプセルの質量や入力電力や充填ガス組成物や充填ガ
ス圧や化学的な成分組成物および化学成分添加量が含ま
れる。ほぼ一定の入力電流についてできるだけウォーム
アップ時間を求めるためにいくつかの容積および壁の厚
さを調べた。一般に約０．４から１．５ｍｍのカプセル
壁の厚さと０．０２から０．１ｃｍ３ のカプセル容積
を検査した。最小ウォームアップ時間は、全動作光出力
の８０％に達するのに必要とされる時間として適当に選
んだ。同じバラストが種々の外囲器形状についての全て
のウォームアップ時間測定について使用した。 【００２９】好ましい光束ないしルーメンの出力は、法
定のヘッドランプに要求される最小限のルーメン数によ
って決定した。いくつかのメタルハライドランプが７０
ルーメン／ワット以上を達成可能であるけれども、好ま
しいランプは、光の発生を最大にするようには設計しな
かった。車両のヘッドランプにおいて、過剰の光は、接
近する車両にまぶしさを招くことがあるので必要な光束
数だけを発生すべきである。アーク放電は、壁部が安定
化が行われるよう設計可能である。壁部安定化は、放電
の明るさに影響する。放電の動きはあまりはっきりしな
いので、壁部安定化は、通常、車両のランプについて所
望される。光は、電極安定化におけるアーク運動といっ
しょにでふらつかない。残念なことに、壁部安定化アー
クは、内壁に高い熱的負荷を生ずる。高い熱的負荷は、
外囲器壁を軟化し、再賦形する。 【００３０】最初、最も良好なウォームアップ時間をも
つランプは、ランプの外囲器壁の頂部が１１００℃以上
の温度で動作することがわかった。これらの温度は、外
囲器壁を軟化する。カプセルの形状を、水平動作を満足
しかつ最大壁温度（石英の約１０００℃の）を、カプセ
ルの劣化点よりも低く維持するよう変更した。主なデザ
インを、臨界パラメータの表にして以下に示す。 【００３１】 【表１】 管の形状 楕円 涙
楕円 涙
筒の寸法 ２ｘ４ ２ｘ
４ ２ｘ５ ２ｘ５容積
（ｃｃ） ０．０９６ ０．０３
９ ０．０７６ ０．０２０壁の厚さ（ｍ
ｍ） ０．６１ ０．８９
１．０ １．５短径ＩＤ（ｍｍ）
４．８ ３．０
４．８ ２．０長径ＩＤ（ｍｍ）
９．０ ８．０
７．８ ７．５ワット 数
３０ ３０
３０ ３０ルーメン／ワッ
ト ６９ ７１
４５ ６４始動時
間５０％（ｓｅｃ）１８ ７
２２ ３２始動
時間８０％（ｓｅｃ）２８ １２
５５ ４８壁温
度 １１７５ １１００
１０００ ９００【００３２】
用語”楕円”は、楕円形あるいはフットボール型のカプ
セルを表し、それから”涙”は、一端部が丸く対向部が
少し尖っている涙の滴あるいは管状のカプセルを表して
いる。いくつかのランプの形状における主な違いは、壁
の厚さである。壁の厚さを大きくすることによって、熱
伝導は増加し、それにより最大の壁温度を低下し、全光
束も減じるがウォームアップ時間を増加させる。包囲領
域を実質的に減ずることによって、光束出力は、壁温度
を増大させることなしに改善し得る。 【００３３】メタルハライド凝縮物により被覆される内
壁の帯域が増加する時、凝縮物質はより迅速に蒸発し、
それによりアーク内により高い添加物濃度を維持する。 最適なデザインは、対流を増強するように形成されたア
ノード端部と、凝縮物質を対流へ差し出すように形成さ
れたカソード端部をもつ２ｘ５の管状の幾何形態で記述
されると考えられる。全体の形状は”涙”形の形状とし
て現れる。その時、円錐及び半球表面は、ランプの性能
を維持するためにアーク内で添加物の含有量を持続する
のに役立つ。 【００３４】動作例おいて、寸法のいくつかは、ほぼ以
下の通りであった。カプセルは、約３２ｍｍの長さであ
った。アノードシール端部は、領域シールの５．０８ｍ
ｍ幅と約１１．５ｍｍ長の真空封止であった。アノード
の頚部の下部領域は、約１．５ｍｍの長さであり、約１
．０ｍｍのへこみを有していた。管状中央部は、外径が
５．２ｍｍで約３．９８ｍｍの長さであった。包囲領域
は、７．１ｍｍの長さで内径が２．６ｍｍであった。 カソードの頚部の下部領域は、これに類似しており、約
１．０ｍｍの長さで約１．０ｍｍのへこみを有する。カ
ソードシール端部は、約９．５ｍｍの長さで横に６．１
ｍｍであった。 【００３５】第１入力ワイヤーからのカソードを、第１
シール端部で封止した。第１入力ワイヤーは、直径がお
よそ０．５１ｍｍである。入力ワイヤーは、アノードシ
ール端部に装入し第１箔部材に接続した。第１箔部材は
、５．０ｍｍの長さと１．５ｍｍの幅をもつ。第１箔部
材は、順次カソードに接続した。カソードの電極は、包
囲領域内でおよそ１．５ｍｍだけ露出されるように包囲
領域へと延長した。対向電極、すなわちアノードも同様
に包囲領域内でおよそ１．５ｍｍだけ露出された。第２
シール領域に装入されたアノードは、およそ１．５ｍｍ
の幅と５．０ｍｍの長さの第２箔部材に接続されている
。およそ０．５１ｍｍ長い直径の第２リード線が、第２
箔部材の対向端部に接続した。第２リード線は、第２シ
ール部から現れ、電気接続のために露出される。包囲領
域は、水銀、ナトリウム、スカンジウム、ヨウ素、及び
およそ８気圧のキセノンを有するランプ充填物質を有し
ていた。開示した動作状態、寸法、形状及び具体例は単
なる例示であり、他に適当な形状と関係が本発明を実施
するのに使用可能である。 【００３６】現在本発明の好ましい実施例と考えられる
ものを図示し説明したけれども、当業者であれば、本発
明の技術思想から説明することなく種々の変更及び修正
が可能であることは明らかであろう。かかる変更及び修
正は全て本発明の技術思想に包含されるべきものである
。
【図１】図１は管状中間部を有する低ワット数メタルハ
ライドランプカプセル形状の好ましい実施例の断面図で
ある。
ライドランプカプセル形状の好ましい実施例の断面図で
ある。
【図２】回転楕円面部分の中間部を有する低ワット数メ
タルハライドランプカプセル形状の他の好ましい実施例
の断面図である。
タルハライドランプカプセル形状の他の好ましい実施例
の断面図である。
【図３】楕円面断面部分の中間部分を有する低ワット数
メタルハライドカプセル形状の他の好ましい実施例の断
面図である。
メタルハライドカプセル形状の他の好ましい実施例の断
面図である。
１２ ランプカプセル
１４ アノードシール端部
１６ アノード頚部
１８ アノード端部
２２ 中央部
２６ 包囲領域
２８ 壁厚
３０ ランプ充填物
３２ カソード端部
３６ カソード頚部
３８ カソードシール端部
４０ アノード
４２ アノード接触部
４４ 中間アノードシール
４６ アノード根部
４８ アノード先端
５６ カソード先端
６０ カソード根部
６２ 中間カソードシール
６４ カソード接触部
６６ カソード
６８ 軸線
Claims (12)
- 【請求項１】内部キャビティを備える低ワット数、直流
式、水平動作メタルハライドランプカプセルにおいて、
透光性材料より形成されるほぼ円筒状のカプセルであっ
て、０．１ ｃｍ３ より小さい包囲領域を画定する壁
部を備え、該壁部が、包囲領域内の対流に対して開放さ
れたカソード端部と、中間帯域と、カソード端部に関し
て異なる熱勾配を生じさせて、包囲領域内の対流を増強
させるように、カソード端部形状に対して非対称のアノ
ード端部とを有する円筒状カプセルと、カプセルの第１
の端部に軸線方向に位置づけられ、第１の接触端部と、
カプセル壁部に封止された中間シール部と、包囲領域の
アノード端部を介して包囲領域内にほぼ同軸的に延びる
第２の露出内端部とを有するアノード電極と、カプセル
のカソード端部に軸線方向に位置づけられ、第１の接触
端部と、カプセル壁部に封止された中間シール部と、包
囲領域の露出端部を介して包囲領域内に同軸的に延びる
第２の露出端部とを有するカソード電極と、包囲領域内
に配され、アノードの第１接触端部およびカソードの第
１接触端部への電気の印加で光放射線へ励起し得るラン
プ充填物質とを備えることを特徴とするメタルハライド
ランプカプセル。 - 【請求項２】涙型の内部キャビティを備える低ワット数
、直流式、水平動作メタルハライドランプカプセルにお
いて、透光性材料より形成されるほぼ円筒状のカプセル
であって、０．０４０ ｃｍ３ より小さい包囲領域を
画定する壁部を備え、該壁部が、包囲領域内の対流に対
して開放されたカソード端部と、中間帯域と、熱を発生
し、包囲領域内の対流を増強させるような下側を具備す
るアノード端部とを有する円筒状カプセルと、カプセル
の第１の端部に軸線方向に位置づけられ、第１の接触端
部と、カプセル壁部に封止された中間シール部と、包囲
領域の対流刺激アノード端部を介して包囲領域内にほぼ
同軸的に延びる第２の露出内端部とを有するアノード電
極と、カプセルのカソードの端部に軸線方向に位置づけ
られ、第１の接触端部と、カプセル壁部に封止された中
間シール部と、包囲領域の露出端部を介して包囲領域内
に同軸的に延びる第２の露出端部とを有するカソード電
極と、包囲領域内に配され、アノードの第１接触端部お
よびカソードの第１接触端部への電気の印加で光放射線
へ励起し得るランプ充填物質とを備えることを特徴とす
るメタルハライドランプカプセル。 - 【請求項３】涙型の内部キャビティを備える低ワット数
、直流式、水平動作メタルハライドカプセルにおいて、
透光性材料より形成されるほぼ円筒状のカプセルであっ
て、０．０４０ ｃｍ３ より小さい包囲領域を画定す
る壁部を備え、該壁部が、ほぼ半球状のカソード端部と
、中間帯域と、ほぼ円錐形のアノード端部とを有する円
筒状カプセルと、カプセルの第１の端部に軸線方向に位
置づけられ、第１の接触端部と、カプセル壁部に封止さ
れた中間シール部と、包囲領域の円錐形アノード端部を
介して包囲領域内にほぼ同軸的に延びる第２の露出内端
部とを有するアノード電極と、カプセルのカソード端部
に軸線方向に位置づけられ、第１の接触端部と、カプセ
ル壁部に封止された中間シール部と、包囲領域の半球状
端部を介して包囲領域内に同軸的に延びる第２の露出端
部とを有するカソード電極と、包囲領域内に配され、ア
ノードの第１接触端部およびカソードの第１接触端部へ
の電気の印加で光放射線へ励起し得るランプ充填物質と
を備えることを特徴とするメタルハライドランプカプセ
ル。 - 【請求項４】 包囲領域のカソード端部がほぼ半球状
である特許請求の範囲第１項記載のメタルハライドラン
プカプセル。 - 【請求項５】 カソード電極の端部構造体が、包囲領
域の半球状端部の直径平面を画定するランプ軸線と交叉
する平面とほぼ同一平面である請求項４記載のメタルハ
ライドランプカプセル。 - 【請求項６】 包囲領域のアノード端部がほぼ円錐形
である請求項１記載のメタルハライドランプカプセル。 - 【請求項７】 アノード電極の尖端が包囲領域の円錐
端部の底面を画定する平面とほぼ同一平面にある請求項
６記載のメタルハライドランプカプセル。 - 【請求項８】 中間帯域が、２．０ ｍｍより薄い壁
厚を有する請求項１記載のメタルハライドランプカプセ
ル。 - 【請求項９】 中間帯域が、ほぼ一定の内径を有する
管形である請求項１記載のメタルハライドランプカプセ
ル。 - 【請求項１０】中間帯域がほぼ一定の曲率を有する球状
部分形状を有する請求項１記載のメタルハライドランプ
カプセル。 - 【請求項１１】中間帯域が楕円部分形状を有する請求項
１記載のメタルハライドランプカプセル。 - 【請求項１２】 低ワット数、直流式、水平動作メタ
ルハライドランプカプセルにおいて、透光性材料より形
成されるほぼ円筒状のカプセルであって、２．０ｍｍよ
り薄い壁厚を有し、０．０２０ｃｍ３より小さい包囲領
域を画定し、約２．０ｍｍ の横断方向の内径および約
７．５ｍｍ の軸線方向の内径を有する壁部を備え、該
壁部が、ほぼ半球状のカソード端部と、中間帯域と、ほ
ぼ円錐形状のアノード端部とを有する円筒状カプセルと
、電気的接続のため外部に露出された第１の接触端部と
、カプセル壁部に結合された中間シール部と、円錐状ア
ノード端部に同軸的に位置づけられ、包囲領域内に露出
された第２の内端部とを有するアノード電極と、電気的
接続のため外部に露出された第１の接触端部と、カプセ
ル壁部に結合された中間シール部と、半球状アノード端
部に同軸的に位置づけられ、包囲領域内に露出された第
２の内端部とを有するカソード電極と、アノードの第１
接触端部およびカソードの第１接触端部への電気の印加
で光放射線へ励起し得るメタルハライドランプ充填物質
とを備えることを特徴とするメタルハライドランプカプ
セル。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US588405 | 1990-09-26 | ||
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