(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。これは整合されたεおよびμを備えた材料を使用する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電容器を有する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、
ランプ内で高電圧パルスを生成する点弧装置が前記ランプ内に組み込まれてい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、
前記点弧装置は渦巻型パルス発生器であって、
当該渦巻型パルス発生器は温度耐性材料、殊にＬＴＣＣから製造されており、
当該材料はセラミックフィルムと金属性の湿潤剤から成り、
前記セラミック材料は２つの材料の混合物であり、当該材料のうちの第１の材料は２〜１０００の間の誘電率εｒを有しており、第２の材料は１〜５０００の間の相対透磁率μｒを有している、
ことを特徴とする高圧放電ランプ
【請求項２】
前記点弧装置は、殊に前記外管も保持するフレームによって保持されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記第２の材料の相対透磁率は少なくともμｒ＝１．５である、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記第２の材料は金属酸化物、殊に少なくとも１５質量％の割合のセラミック混合物を有している金属酸化物である、請求項３記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記渦巻型パルス発生器から供給される高電圧は前記放電容器内の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６】
前記渦巻型パルス発生器から供給される電圧は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７】
前記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８】
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７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１０】
前記渦巻型パルス発生器の誘電率εｒ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１１】
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１２】
放電容器と所属の点弧装置を有する高圧放電ランプであって、
前記点弧装置は高電圧パルスを生成し、かつ渦巻型パルス発生器を含んでいる形式にものにおいて、
前記渦巻型パルス発生器はＬＴＣＣ材料から製造されている、
ことを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項１３】
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１２記載の高圧放電ランプ。
【請求項１４】
渦巻型パルス発生器を基礎とする小型の高電圧パルス発生器であって、
前記渦巻き型パルス発生器は、セラミックフィルムおよびフィルム上の湿潤剤としての金属性の導電ペーストから成るＬＴＣＣ構成素子として実施されていることを特徴とする、高電圧パルス発生器。
【請求項１５】
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１４記載の高電圧パルス発生器。
【請求項１６】
請求項１４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つの充電抵抗およびスイッチを有する、
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】
通常の点弧回路ではコンデンサが、点弧変圧器の一次側巻線においてスイッチ、例えば火花ギャップを介して充電されるのが通常である。ここで二次側巻線では所望の高電圧パルスが誘起される。これに関してはSturm/Klein著「Betriebsgeraete und Schaltungen fuer elektrische Lampen（193〜195頁，1992年第6版)」を参照されたい。
【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当てはまる。
【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。
【０００９】
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。
【００１０】
ここで本発明によれば、ランプの点弧に必要とされる少なくとも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、特別な温度耐性のある渦巻型パルス発生器によって生成される。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。
【００１１】
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。
【００１２】
渦巻型パルス発生器は、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。
【００１３】
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、殊に金属性の導電ペーストの形状である、フィルム上の金属性の湿潤剤（Benetzung）から成る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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
ＬＴＣＣ渦巻型パルス発生器の所望の特性は、誘電体として単に所望の誘電率を備えた材料を使用するのではなく、２つの材料の混合物を使用することによって特に容易に整合される。この２つの材料のうちの第１の材料は所与のイプシロンεｒを有しており、第２の材料は所与のμｒ、すなわち相対的な透磁率（Permeabilitaet）を有している。これまでは４〜１０００のεを備えた単なる材料が使用されており、ここでは混合物が使用される。第１の材料は２〜１０００のεを有することができ、第２の材料はフェライトであり、１〜５０００のμを有することができる。有利にはμｒはできるだけ高く、少なくとも１０であり、特に有利には少なくとも１００である。これまではμの値は既知の材料では１の近傍にあった；整合は不可能であった。典型的な混合は、５〜３５質量％の割合のフェライト材料である。
【００２０】
新たな自由度の特別な値は、以下の考察から読み取れる：
渦巻型パルス発生器のパルス幅、反復インピーダンスおよびパルスエネルギーの整合の場合には、以下の基準に従ってμおよびεが選択されるべきである：渦巻型発生器の反復インピーダンス（インピーダンス）Ｚｏは
【数１】
2009540492.tif 000003
によって表される。ここでμｏは絶対透磁率であり、εｏは絶対誘電率であり、μｒは相対透磁率であり、εｒは相対誘電率である。生成されたパルスのエネルギーは
【数２】
2009540492.tif 000004
に対して比例する。発生器のパルス幅は
【数３】
2009540492.tif 000005
によって表される。発生器の効果的な作用に対してＬｓ＜＜（Ｚｏ・τ）が当てはまるべきである。ここでＬｓは短絡スイッチのインダクタンスである。
【００２１】
【数４】
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のために、短絡スイッチのインダクタンスへのこの整合は、相対透磁率の選択を介して行われる。
【００２２】
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。
【００２３】
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を示す。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。セラミックフィルムはここで、２〜１０００の間のεを備えた誘電材料と、１．５〜５０００の間のμを備えたフェライト材料との混合物である。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
渦巻型パルス発生器の内径ＩＤは１０ｍｍである。個々の条片の幅は同じように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。
【００３０】
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）。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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を示している。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。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。
【００３４】
図６は、図５と同様に、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を示している。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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
第２の材料として既知のフェライト、例えば酸化鉄が適している。ドーパント材料としては場合によっては例えばＭｇまたはＡｌが考えられる。他の適切な金属酸化物はニッケル、マンガン、マグネシウム、亜鉛およびコバルトの個々のまたは混合物の、殊にNi−Zｎの金属酸化物である。第２の材料の割合は殊に、少なくとも１５質量％である。その相対透磁率は少なくとも１．５である。
【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】ＬＴＣＣ渦巻型パルス発生器の特性量
【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１】
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【図２】
2009540492.tif 000008
【図３】
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【図４】
2009540492.tif 000010
【図５】
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【図６】
2009540492.tif 000012
【国際調査報告】
2009540492.tif 000013
2009540492.tif 000014
2009540492.tif 000015
2009540492.tif 000016