(57)【要約】  高圧放電ランプを点弧するために渦巻型パルス発生器が使用される。この渦巻型パルス発生器は直接的にランプの外管内に収容されている。渦巻型パルス発生器は、組み合わせてＬＴＣＣ構成素子として製造される２つの部分から成る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電容器を備えた高圧放電ランプであって、
当該放電容器は外管内に収容されており、
点弧装置がランプ内に組み込まれており、当該点弧装置はランプ内で少なくとも１５ｋＶの高圧パルスを生成する形式のものにおいて、
前記点弧装置は外管内に収容されており、第１の渦巻型パルス発生器から構成されており、
高い点弧電圧は、第１のこの種の発生器と第２のこの種の発生器とを組み合わせることによって生成され、
前記２つの発生器は１つの渦巻内に組み込まれて構成されており、二重にされた渦巻発生器を形成する、
ことを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記２つの発生器は、プッシュプル回路の原理に従って接続されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記二重の渦巻型パルス発生器は温度耐性のある材料、殊にＬＴＣＣから製造されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記二重の渦巻型パルス発生器から供給される高電圧が前記放電容器内の２つの電極に直接的に作用する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記二重の渦巻型パルス発生器から供給される電圧が前記放電容器の外部に取り付けられている点弧補助電極に作用する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
前記二重の渦巻型パルス発生器は複数の層から構成されており、層の数ｎは少なくともｎ＝５である、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
前記層の数ｎは最大でｎ＝５００であり、有利には最大でｎ＝１００である、請求項６記載の高圧放電ランプ。
【請求項８】
前記渦巻型パルス発生器はほぼ中空円筒の形状を有し、殊に少なくとも１０ｍｍの内径を有する、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項９】
前記渦巻型パルス発生器の誘電率εは少なくともεr＝１０である、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項１０】
前記外管内にさらに、前記渦巻型パルス発生器の充電電流を制限する直列抵抗が収容されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項１１】
放電容器と割り当てられた点弧装置とを備えた高圧放電ランプであって、
前記点弧装置は高圧パルスを生成し、渦巻型パルス発生器を含んでいる形式のものにおいて、
当該渦巻型パルス発生器はＬＴＣＣ材料から製造されており、
１５ｋＶを上回る高い点弧電圧は第２のこの種の様式の発生器との組み合わせによって生成され、
前記２つの発生器はプッシュプル回路の原則に従って接続されており、１つの渦巻内に組み込まれて構成されている、
ことを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項１２】
前記渦巻型パルス発生器はランプの外管内に収容されている、請求項１１記載の高圧放電ランプ。
【請求項１３】
渦巻型パルス発生器を基礎とする小型高電圧パルス発生器であって、
前記渦巻型パルス発生器はＬＴＣＣ構成素子として構成されており、２つのセラミックフィルムおよびその上に被着された金属性の導電ペーストから成り、
１５ｋＶを上回る高い点弧電圧は第２のこの種の様式の発生器との組み合わせによって生成され、
前記２つの発生器はプッシュプル回路の原則に従って接続されており、１つの渦巻内に組み込まれて構成されており、これは各フィルム上に、相互に間隔が空けられた、金属性導電ペーストの２つの帯を被着することによって実現される、
ことを特徴とする小型高電圧パルス発生器。
【請求項１４】
前記渦巻は少なくともｎ＝５の巻数また有利には最大でｎ＝５００の巻数を有する、請求項１３記載の高電圧パルス発生器。
【請求項１５】
前記２つの帯の間に遮蔽部が取り付けられている、請求項１３記載の高電圧パルス発生器。
【請求項１６】
請求項１３記載の高電圧パルス発生器を基礎とする点弧ユニットであって、
さらに少なくとも１つの充電抵抗とスイッチを有する、
ことを特徴とする点弧ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、請求項１の上位概念に記載されている高圧放電ランプに関する。この種のランプは、殊に一般的な照明または光学目的のための高圧放電ランプである。さらに本発明は、殊にランプに使用することができる高電圧パルス発生器に関する。
【０００２】
従来技術
高圧放電ランプの点弧の問題は現在のところ点弧装置がバラストに組み込まれていることによって解決されている。この解決手段の欠点は給電線が高電圧耐性に設計されなければならないことである。
【０００３】
以前では点弧ユニットをランプに組み込むことが繰り返し試みられた。この際、点弧ユニットを口金に組み込むことが試みられた。殊に効率的で高いパルスを保証する点弧はいわゆる渦巻型パルス発生器（Spiral Puls Generatoren）によって達成される（US-A 3 289 015を参照されたい）。それよりも前には、金属ハロゲン化物ランプまたはナトリウム高圧ランプのような種々の高圧放電ランプにおけるこの種の装置が提案されていた（例えばUS-A 4 325 004, US-A 4 353 012を参照されたい）。しかしながらこの装置は定着することができなかった。何故ならば一方では非常にコストが掛かるからである。他方では、高電圧をバルブに供給するという問題が残ったままなので、点弧ユニットが口金に取り付けられているという利点も十分ではないからである。したがって絶縁の問題であれ、口金における破損であれランプが損傷する確率はますます高くなる。従来の点弧装置は一般的に１００℃以上に加熱することができなかった。生成された電圧をランプに供給しなければならず、これによって、相応の高電圧耐性、典型的には約５ｋＶの高電圧耐性を有する線路およびランプ容器が必要となる。
【０００４】
特に高い電圧を生成するために、二重発生器が使用される（US-A 4 608 521を参照）。
【０００５】
発明の開示
本発明の課題は、従来のランプに比べて点弧特性が著しく改善されており、高電圧に起因する損傷の恐れのない高圧放電ランプを提供することである。 これは殊に放電容器の材料が石英ガラスかセラミックである金属ハロゲン化物ランプに該当する。
【０００６】
この課題は、請求項1の特徴部分に記載されている構成によって解決される。
【０００７】
従属請求項に、特に有利な実施形態が記載されている。
【０００８】
さらに本発明の別の課題は、小型の高電圧パルス発生器を提供することである。さらなる課題は、小型であり、かつ１５ｋＶを越える高圧を生成することができる高電圧パルス発生器を提供することである。この課題は、請求項１４の特徴部分に記載されている構成によって解決される。
【０００９】
ここで本発明によれば、例えばランプの点弧に用いられる少なくとも１．５ｋＶを有する高電圧パルスが、外管内の放電容器の非常に近傍に組み込まれている、別個の温度耐性のある渦巻型パルス発生器によって形成される。コールドスタートだけでなくホットリスタートも可能である。
【００１０】
ここで使用される渦巻型パルス発生器は殊にいわゆるＬＴＣＣ構成素子である。この材料は、６００℃までの温度耐性を有するようにすることができる特別なセラミックである。確かにＬＴＣＣは既にランプと関連させて使用されている（ US 2003/0001519およびUS-B 6 853 151を参照されたい）。しかしながらそれは、典型的には１００℃以下の温度で、実際には殆ど温度負荷のないランプにおいて、全く異なる目的のために使用されている。高圧放電ランプ、殊に点弧に問題がある金属ハロゲン化物ランプの点弧との関連におけるＬＴＣＣの高い温度耐性の傑出した重要性が認識されるべきである。
【００１１】
渦巻型パルス発生器は、その基本的な実施形態において、コンデンサの特性が少なくとも１．５ｋＶの電圧を有する点弧パルスを形成する導波体のそれと適合している構成素子である。製造のために、金属性の導電ペーストを有する２つのセラミック製「グリーンフィルム」がプリントされ、続いて、ずらされて渦状に巻きつけられ、最終的に均衡的に１つのモールドにプレスされる。続く金属ペーストとセラミックフィルムの同時焼成は８００℃〜９００℃の温度領域の空気中で行われる。この処理により渦巻型パルス発生器を７００℃までの温度負荷領域において使用することができる。これによって渦巻型パルス発生器を外管内の放電容器の直ぐ近くに取り付けることができるが、口金内またはランプの近傍にも取り付けることができる。
【００１２】
これに依存せずにこの種の渦巻型パルス発生器を他の用途にも使用することができる。何故ならば、この種の渦巻型パルス発生器は高温耐性があるだけでなく、非常に小型だからである。これに関しては、渦巻型パルス発生器がセラミックフィルムおよび金属性の導電ペーストからなるＬＴＣＣ構成素子として実施されていることが重要である。十分な出力電圧を供給するために、少なくとも５回巻かれた渦巻が望ましい。
【００１３】
さらにはこの高圧放電ランプを基礎として、さらに少なくとも１つの充電抵抗およびスイッチを包含する点弧ユニットを提供することができる。スイッチは火花ギャップまたはＳｉＣ技術を用いたダイアックでよい。
【００１４】
ランプに適用する場合に外管内への収容は有利である。何故ならばこれによって高電圧耐性のある給電線を省略することができるからである。
【００１５】
さらに、高電圧パルスがランプのホットリスタートも実現するように渦巻型パルス発生器を設計することができる。セラミックからなる誘電体はε＞１０の範囲の非常に高い誘電率εを特徴とし、材料および設計に応じて典型的には７０であり、ε＝１００までのεを達成することができる。これにより渦巻型パルス発生器の非常に高いキャパシタンスが達成され、また形成されるパルスの比較的大きい時間的な幅が実現される。これによって渦巻型パルス発生器の非常に小型の設計が実現されるので、渦巻型パルス発生器を商用の高圧放電ランプの外管内に設置することができる。
【００１６】
さらには、大きいパルス幅によって放電体積体内の絶縁破壊が容易になる。
【００１７】
ランプの外管の材料としてあらゆる慣用のガラス、すなわち殊に硬質ガラス、バイコールまたは石英ガラスを使用することができる。充填物の選択も特段の制限を受けない。
【００１８】
図面の簡単な説明
以下で、本発明を複数の実施例に基づき詳細に説明する。
【００１９】
図面：
図１は、渦巻型パルス発生器の基本的な構造であり；
図２は、ＬＴＣＣ渦巻型パルス発生器の特性量であり；
図３は、外管内の渦巻型パルス発生器を伴うナトリウム高圧ランプの基本構造であり；
図４は、外管内の渦巻型パルス発生器を伴う金属ハロゲン化物ランプの基本構造であり；
図５は、外管内の渦巻型パルス発生器を備えた金属ハロゲン化物ランプであり；
図６は、口金内に渦巻型パルス発生器を備えた金属ハロゲン化物ランプであり；
図７は、ＬＴＣＣ渦巻型パルス発生器の特性量であり、ここでは通常の実施形態（図７ａ）が小型の二重の実施形態（図７ｂ）と比較されている；
図８は、二重にされた渦巻型パルス発生器のための回路図であり；
図９は、二重にされたＬＴＣＣ渦巻型パルス発生器の詳細な構造である。
【００２０】
本発明の有利な実施形態
図１は、渦巻型パルス発生器１の構造の俯瞰図を示す。この渦巻型パルス発生器１はセラミック製の円筒２から構成されており、このセラミック製の円筒２においては２つの異なる金属導体３および４が、フィルム帯材として渦巻状に巻かれている。円筒２は中空であり、また所定の内径ＩＤを有する。２つの導体３および４の２つの内部コンタクト６および７はほぼ対向しており、火花ギャップ５を介して相互に接続されている。
【００２１】
２つの導体の内の外側の導体のみが円筒の外縁において別のコンタクト８を有する。他の導体は開かれた状態で終端している。これによって２つの導体は共同して導波体を、セラミックである誘電性の媒体内に形成する。
【００２２】
渦巻型パルス発生器は金属ペーストによりコーティングされた２つのセラミックフィルムが巻かれて形成されているか、２つの金属フィルムと２つのセラミックフィルムから構成されている。重要な特性量は巻数ｎであり、この巻数は有利には５〜１００のオーダにあるべきである。次にこのコイル装置は積層され、焼成される。これによってＬＴＣＣ構成素子が得られる。このようにして形成されたコンデンサ特性を有する渦巻型パルス発生器は火花ギャップならびに充電抵抗と接続される。
【００２３】
火花ギャップを内部端子または外部端子に設けるか、または発生器の巻線内に設けることもできる。パルスを誘導する高電圧スイッチとして有利には火花ギャップを使用することができる。これはＳｉＣをベースとしており、極めて温度耐性が高い。例えば、Cree社のスイッチング素子ＭＥＳＦＥＴを使用することができる。これは３５０℃を越える温度に適している。
【００２４】
具体的な実施例ではε＝６０〜７０のセラミック材料が使用される。ここで有利には誘電体としてセラミックフィルム、殊にセラミックテープ（例えば、それぞれHeraeus社のHeratape CT 707または有利にはCT 765またはこれらの混合物）が使用される。グリーンフィルムの厚さは典型的には５０μｍ〜１５０μｍである。導体として殊に、同様にHeraeus社の「Cofirable Silver」のようなＡｇ導電ペーストが使用される。具体的な例はHeraeus社のＴＣ  ７００である。DuPont社のＭｅｔａｌｌｐａｓｔｅ  ６１４２によっても良好な成果が得られる。この部分を良好にラミネート化し、続いて加熱し（バーンアウト）、一緒に焼結する（一体化焼結）ことができる。
【００２５】
渦巻型パルス発生器の内径ＩＤは１０ｍｍである。個々のストライプの幅は同じように１０ｍｍである。フィルムの厚さは５０μｍであり、２つの導体の厚さはそれぞれ５０μｍである。充電電圧は３００Ｖである。この条件下で渦巻型パルス発生器は約ｎ＝２０〜７０の巻数において特性を最大限に発揮する。
【００２６】
図２においては、高電圧パルスの所属の半値幅が単位μｓでプロットされており（曲線ａ）、構成素子の総キャパシタンスが単位μＦでプロットされており（曲線ｂ）、得られる外径が単位ｍｍでプロットされており（曲線ｃ）、効率がプロットされており（曲線ｄ）、最大パルス電圧が単位ｋＶでプロットされており（曲線ｅ）また導体抵抗が単位Ωでプロットされている（曲線ｆ）。
【００２７】
図３はセラミック放電容器１１と、渦巻型パルス発生器１３が組み込まれている外管１２とを備えたナトリウム高圧ランプ１０の原理的な構造を示し、このランプにおいては点弧電極１４が外側でセラミック放電容器１１に取り付けられている。渦巻型パルス発生器１３は外管内に、火花ギャップ１５および充電抵抗１６とともに収容されている。
【００２８】
図４は渦巻型パルス発生器２１が組み込まれている金属ハロゲン化物ランプ２０の原理的な構造を示し、このランプにおいては点弧電極が外側で、石英ガラスまたはセラミックから製造することができる放電容器２２に取り付けられていない。渦巻型パルス発生器２１は外管２５内に、火花ギャップ２３および充電抵抗２４とともに収容されている。
【００２９】
図５は、２つの給電線２６，２７によって外管内に保持される放電容器２２を備えた金属ハロゲン化物ランプ２０を示す。第１の給電線２６は折り曲げられた短い区間を有するワイヤである。第２の給電線２７は実質的に、口金から離れたブッシング２８へと案内される棒である。口金３０から出発する給電線２９と棒２７との間には点弧ユニット３１が配置されており、この点弧ユニット３１は図４に示されているような渦巻型パルス発生器、火花ギャップおよび充電抵抗を有する。
【００３０】
図６は、放電容器２２を備えた、図５と類似した金属ハロゲン化物ランプ２０を示している。ここでこの放電容器は２つの給電セン２６、２７によって外管２５内に保持されている。第１の給電線２６は折り曲げられた短い区間を有するワイヤである。第２の給電線２７は実質的に、口金から離れたブッシング２８へと案内される棒である。ここでは点弧ユニットが口金３０内に配置されており、しかも渦巻型パルス発生器２１も火花ギャップ２３および充電抵抗２４もこの口金３０内に配置されている。
【００３１】
この技術を無電極ランプにも適用することができ、この場合には渦巻型パルス発生器を点弧補助部として使用することができる。
【００３２】
さらには、この小型の高電圧パルス発生器を別の装置の点弧に適用することができる。殊に、レントゲンパルスを形成する際、また電子線パルスを形成する際のいわゆるマジックスフィア（magische Kugel）への適用が有利である。通常の点弧パルスの代わりに自動車に使用することもできる。
【００３３】
この場合には５００までの巻数ｎが使用されるので、１００ｋＶのオーダまでの出力電圧が達成される。出力電圧ＵAは充電電圧ＵLの関数として、ＵA＝２ｘｎｘＵLｘηによって表される。ここで効率ηはη＝（ＡＤ−ＩＤ）／ＡＤによって表される。
【００３４】
本発明は、有利には少なくとも３ｂａｒの高圧下でのキセノンおよび金属ハロゲン化物で充填されている自動車ヘッドライト用高圧放電ランプとの関係において格別な利点を提供する。この自動車ヘッドライト用高圧放電ランプでは、高いキセノンの圧力に起因して点弧電圧は１０ｋＶを上回っているので点弧が非常に困難である。現在では、点弧ユニットの構成要素を口金内に収容することが試みられている。充電抵抗が組み込まれている渦巻型パルス発生器を自動車ランプの口金内またはランプの外管内に収容することができる。
【００３５】
本発明は、水銀を含有していない高圧放電ランプとの関係において殊に格別な利点を提供する。この種のランプは環境保護の観点から殊に開発に値する。このランプは適切な金属ハロゲン化物充填物、また殊に高圧下でのキセノンのような希ガスを有する。水銀を有していないので点弧電圧は殊に高い。これは２０ｋV以上である。現在では、点弧ユニットの構成要素を口金内に収容することが試みられている。充電抵抗が統合されている渦巻型パルス発生器を、水銀を有していないランプの口金内またはランプの外管内に収容することができる。
【００３６】
この場合に、渦巻型パルス発生器は、約２０ｋVの高電圧を形成するために有利には２つの組み込まれた発生器を、唯一のLTCC渦巻または別の耐高温性の材料において有している。例えば２０ｋVの高圧パルスを生成するべき個々の発生器は、ランプの外管の外径よりも大きい外径を有していなければならないので（図２と同様に種々の特性量が示されている図７ａを参照されたい）、プッシュプル回路（Gegentaktschaltung)における２つの発生器が使用される。この原理は基本的にはUS-A 4 608 521号から公知である。しかしここでは２つの別個の発生器が使用されている。この代わりに基本的に（図８ａ）、２つの充電抵抗Ｒ１およびＲ２およびスイッチＳｃｈが火花ギャップの形状で使用される。ランプＬに作用する２つの渦巻型発生器はＳＧ１およびＳＧ２で示されている。図８ｂには、さらに格段に効果的な回路が示されている。ここでは唯一の充電抵抗Ｒ１のみが使用されている。これはスイッチＳｃｈと直列にある。第１の渦巻型発生器ＳＧ１の終端部は抵抗Ｒ１を介して相互に接続されている。別の渦巻型発生器ＳＧ２の終端部はスイッチを介して相互に接続されている。ここで２つの渦巻型パルス発生器ＳＧ１およびＳＧ２の終端部はそれぞれ直接的に相互に接続されている。
【００３７】
２つの発生器ＳＧ１およびＳＧ２はここで、２つの「積層された」導体路および場合によってはその間の遮蔽部を有する１つのＬＴＣＣ渦巻２９として構成される（図９を参照）。２つのセラミックフィルム３１および３２はそれぞれ巻き取られる帯であり、典型的に１０〜５０ｍｍの幅ａを有しており、同時に３つの金属層を含んでいる。これらの金属層は相互に平行に延在している。第１の渦巻型発生器ＳＧ１はそれぞれ、２つの薄膜の第１の幅の広い層３３（典型的な幅ｂは３〜２０ｍｍ）によって構成されている。第２の渦巻型発生器ＳＧ２は、同様の幅ｄを備えた第２の同様の層３４によって構成される。２つの層の間の間隔を狭く保つために、場合によっては狭い金属製の帯３５（典型的な幅ｃは１〜５ｍｍ）の形状の遮蔽部がオプションとして、２つの層３３と３４の間に形成される。
【００３８】
この二重にされたセラミック薄膜３１、３２は１００回まで巻かれ、ここで得られた中空円筒の内径ＩＤは典型的には１０〜５０ｍｍである。
【００３９】
二重形式の実施形態でＬＴＣＣ技術を使用することによって、６００℃までの温度耐性も、十分に小さい外径も実現される。なぜなら個々の発生器は、半分の要求された高圧（例えば１０ｋＶ）を生成すべきだからである（図７ａと比較して図７ｂを参照されたい）。
【００４０】
これによって、小型化の方向へ特性量が変化する。ＬＴＣＣ構造における、一重および二重の渦巻型パルス発生器用の可能な寸法は以下の通りである：
【表１】
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両方の場合においてそれぞれ、５０μｍのフィルム厚と、同じように５０μｍの導体厚が使用されている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】渦巻型パルス発生器の基本的な構造
【図２】外管内の渦巻型パルス発生器を伴うナトリウム高圧ランプの基本構造
【図３】外管内の渦巻型パルス発生器を伴うナトリウム高圧ランプの基本構造
【図４】外管内の渦巻型パルス発生器を伴う金属ハロゲン化物ランプの基本構造
【図５】外管内の渦巻型パルス発生器を備えた金属ハロゲン化物ランプ
【図６】口金内に渦巻型パルス発生器を備えた金属ハロゲン化物ランプ
【図７ａ】通常の実施形態におけるＬＴＣＣ渦巻型パルス発生器の特性量
【図７ｂ】小型の二重の実施形態におけるＬＴＣＣ渦巻型パルス発生器の特性量
【図８】二重にされた渦巻型パルス発生器のための回路図
【図９】二重にされたＬＴＣＣ渦巻型パルス発生器の詳細な構造
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2009540490.tif 000016
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