(57)【要約】  本発明は、放電容器（５）を備えた高圧放電ランプに関する。この放電容器は殊に外管（５１）内に収容されており、点弧装置はランプ内に組み込まれており、高圧パルスをランプ内で生成する。点弧装置は少なくとも１つの渦巻型パルス発生器を含んでおり、点弧装置の充電電圧（１７）は作動機器の無負荷電圧（１３）の逆の極性を有しており、この充電電圧（１７）は同じように作動機器によって供給され、２つの電圧の総計が点弧装置に印加される。同様に本発明は、高圧放電ランプに関する。ここでは作動機器の無負荷電圧（Ｕ０）が適切な手段によってランプ内、またはランプ口金内で高められ、高められた電圧は、渦巻型パルス発生器の充電電圧として、渦巻型パルス発生器に印加される。本発明は、第１の渦巻型パルス発生器（１）と第１の閾値スイッチ（３）と備えた点弧装置にも関する。この閾値スイッチはガス放電ランプの外管内または口金内に配置されている。点弧前にランプに印加される電圧（Ｕ０）が適切な手段によって高められ、この高められた電圧は、点弧電圧の生成のために、第１の渦巻型パルス発生器（１）に印加される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電容器（５）を備えた高圧放電ランプであって、
当該放電容器は殊に外管（５１）内に収容されており、
点弧装置が前記ランプ内に組み込まれており、高圧パルスが当該ランプ内で生成され、少なくとも１つの渦巻型パルス発生器を含んでいる形式のものにおいて、
前記点弧装置の充電電圧（１７）は、作動機器の無負荷電圧（１３）の逆の極性を有しており、
当該充電電圧は同じように前記作動機器によって供給され、当該２つの電圧の総計が前記点弧装置に印加される、
ことを特徴とする、放電容器を備えた高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記点弧装置はさらに閾値スイッチ（３）を含んでいる、請求項１記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記閾値スイッチ（３）は火花ギャップである、請求項２記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記点弧装置はさらに充電抵抗（７）を含んでいる、請求項１から３までのいずれか１項記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
放電容器（５）を備えた高圧放電ランプであって、
当該放電容器は殊に外管（５１）内に収容されており、点弧装置が当該外管（５１）内に組み込まれており、高圧パルスが前記ランプ内で生成され、少なくとも１つの渦巻型パルス発生器を含んでいる形式のものにおいて、
前記作動機器の無負荷電圧（Ｕ０）が適切な手段によってランプ内、またはランプ口金内で高められ、これによって高い電圧が、渦巻型パルス発生器の充電電圧として、渦巻型パルス発生器に印加される、
ことを特徴とする、放電容器を備えた高圧放電ランプ。
【請求項６】
前記点弧装置はさらに閾値スイッチ（３）を含んでいる、請求項５記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
前記閾値スイッチ（３）は火花ギャップである、請求項６記載の高圧放電ランプ。
【請求項８】
第１の渦巻型パルス発生器（１）と第１の閾値スイッチ（３）と備えた点弧装置であって、当該閾値スイッチはガス放電ランプの外管内または口金内に配置されている形式のものにおいて、
点弧前に前記ランプに印加される電圧（Ｕ０）が適切な手段によって高められ、当該高められた電圧が、点弧電圧の生成のために、前記第１の渦巻型パルス発生器（１）に印加される、
ことを特徴とする点弧装置。
【請求項９】
電圧上昇のために、電圧倍化カスケード（３０）が使用されている、請求項８記載の点弧装置。
【請求項１０】
前記電圧倍化カスケード（３０）は、高温耐性の構成部分から成る、請求項９記載の点弧装置。
【請求項１１】
前記電圧倍化カスケード（３０）は、ＳｉＣダイオードおよびＬＴＣＣ構造のコンデンサから成る、請求項１０記載の点弧装置。
【請求項１２】
前記コンデンサは、１つまたは２つのＬＴＣＣスタックから構成されている、請求項１１記載の点弧装置。
【請求項１３】
前記ＳｉＣダイオードは１つまたは複数のＬＴＣＣスタック上に載置されており、ＬＴＣＣ導体路によって前記コンデンサと接続されている、請求項１２記載の点弧装置。
【請求項１４】
電圧上昇のために、第２の閾値スイッチ（３１）を備えた第２の渦巻型パルス発生器（１１）を使用する、請求項８記載の点弧装置。
【請求項１５】
前記第１の渦巻型パルス発生器（１）と前記第２の渦巻型パルス発生器（１１）との間に、任意の極性のダイオードが接続されており、
前記ダイオードの遮断時間は、前記第１の渦巻型パルス発生器のパルスの半分のパルス幅（ｔ１）よりも短い、請求項１４記載の点弧装置。
【請求項１６】
前記第１の渦巻型パルス発生器（１）と前記第２の渦巻型パルス発生器（１１）との間に、任意の極性のダイオードが接続されており、
前記ダイオードの前記遮断時間は、前記第１の渦巻型パルス発生器のパルスのパルス幅（ｔ１）の四分の一よりも短い、請求項１４記載の点弧装置。
【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、一般照明用の高圧放電ランプまたはフォトオプティカルの目的のための高圧放電ランプである。さらに本発明は、殊にこのようなランプに使用することができる、改善された作動方法を有する点弧装置に関する。
【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、高電圧耐性があるよう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ていた。主には、点弧ユニットを口金内に組み込むことが試みられていた。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 generator）によって達成される（ＵＳ−Ａ３２８９０１５号を参照されたい）。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−Ａ４３２５００４号およびＵＳ−Ａ４３５３０１２号を参照されたい）。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り、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内に設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高くなる。これまで従来の点弧装置を一般的に１００℃〜１５０℃を越えて加熱することができなかった。生じた電圧はランプに供給しなければならなかった。従って相応の高電圧耐性、典型的には約５ｋＶ以上の高電圧耐性を有する線路およびランプ容器が必要である。
【０００４】
以下で渦巻型パルス発生器の作用を簡単に図１〜３に基づいて説明する。渦巻型パルス発生器は２つの導電層から成る渦巻から成る。これらの導電層の間には、絶縁材料が位置する。この絶縁材料は高い誘電定数を備えた材料または高い透磁率を備えた材料またはこれらの２つの材料の混合物である。図２ａは、渦巻型パルス発生器の概略的な構造を示している。導電層Ａは終点Ａ１およびＡ２で接触接続している。平行に延在する層Ｂは終点Ｂ１のみで接触接続している。接続点Ａ１には電圧Ｕ０が加わる。この電圧は電気的な作動機器が供給したものである。接続点Ａ２は出力側であり、ここにガス放電ランプが接続されている。導電層Ｂの接続点Ｂ１は充電抵抗７を介してアース端子と接続されている。これら２つの導電層は、その間にある誘電体とともにコンデンサを形成する。ここでこのコンデンサは接続点Ａ１およびＢ１を介して、無負荷電圧Ｕ０まで充電される。接続点Ａ１とＢ１は、迅速なスイッチ３、例えば火花ギャップによって接続されている。このスイッチは、特定の電圧閾値（これは例えばＵ０を下回っている）でスイッチングを行う。スイッチが閉成された後、渦巻型パルス発生器で電圧パルスが形成される。この電圧パルスは、スイッチの点から、波のように、渦巻型パルス発生器に沿って、点Ａ２まで伝播し、ここで反射され、再び逆走する。ここで、点Ａ２では電圧ＵＡが形成される。この電圧は、２ｘｎｘＵ０ｘηによって表される。ここでηは渦巻型パルス発生器の効率である。ランプが点弧した後に、ランプ電流が導電層Ａを通って案内され、ランプが作動する。
【０００５】
現在使用されている渦巻型パルス発生器は殊に、いわゆるＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミック）構成部材である。この材料は特別なセラミックであり、５００℃または６００℃までの温度に耐えられるようにされている。ＬＴＣＣは既にランプと関連して使用されてきたが（ＵＳ２００３／０００１５１９号およびＵＳ−Ｂ６８５３１５１号参照）、全く別の目的で、実際にはほぼ温度負荷されないランプ（典型的な温度は１００℃を下回る）で使用されている。ＬＴＣＣの高い温度安定性の傑出した重要性は、高圧放電ランプの点弧に関連して、殊に点弧問題を有する金属ハロゲン化物ランプの点弧に関連してこれまで認識されていなかった。
【０００６】
特に高い電圧を生成するために、従来では二重発生器が使用されてきた（ＵＳ−Ａ４６０８５３１号を参照）。しかしこの方法は、両側に口金が設けられたランプでのみ使用可能であるという欠点を有している。なぜなら、２つの電極に非常に高い電圧が印加されるからである。
【０００７】
課題
本発明の課題は、片側にだけに口金が設けられていてもよく、その点弧特性がこれまでのランプに比して格段に改善されている高圧放電ランプを提供することである。さらにここでは、ランプ外管への高電圧導入による損傷の恐れがない。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。
【０００８】
この課題は、請求項１および５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】
従属請求項に、特に有利な実施形態が記載されている。
【００１０】
さらに本発明の別の課題は、点弧装置を提供することである。この点弧装置は、発展された方法によって駆動制御され、従って１５ｋＶを越える高圧を生成することができる。同時にこの点弧装置は小型に構成可能である。この課題は、請求項８の特徴部分に記載されている構成によって解決される。
【００１１】
本発明ではここで、例えばランプの点弧に使用される少なくとも１５ｋＶの高圧パルスが、特別な温度耐性渦巻型パルス発生器を有する構造によって生成される。これは外管内の放電容器のすぐ近くに組み込まれる。これによって低温点弧だけでなく、高温再点弧も可能である。
【００１２】
発明の開示
これまでは、渦巻型パルス発生器によって、ガス放電ランプを点弧するために、充電電圧Ｕ０から点弧電圧が生成されてきた。点弧電圧ＵＡは充電電圧Ｕ０の関数としてＵＡ＝２ｘｎｘＵ０ｘηによって表される。ここで効率ηはη＝１−１．１６＊（ＡＤ−ＩＤ）／ＡＤによって表される。ＡＤは渦巻型パルス発生器の外径であり、ＩＤは内径である。充電電圧の最大の大きさは、従来技術の接続では、作動機器の無負荷電圧（Leerlaufspannung）の最大値によって表される。これは通常は約４００Ｖである。充電電圧は直接的に出力量、すなわち点弧電圧に影響するので、充電電圧を高めることによって、点弧電圧の最大値が格段に上昇する。
【００１３】
従って別の電圧を供給することを提案する。この電圧によって高い充電電圧が渦巻型パルス発生器に印加される。これは高い充電電圧によって行われる。しかし、負の電圧を用いることも可能である。これは正の無負荷電圧とともに充電電圧を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】点弧装置を含んでいるガス放電ランプの基本図である。ここでこの点弧装置は、従来技術に従って外管内に渦巻型パルス発生器を有している。
【図２ａ】渦巻型パルス発生器の基本図である。
【図２ｂ】渦巻型パルス発生器の概略図である。
【図３】従来技術に従った渦巻型パルス発生器を備えたランプシステムの回路図である。
【図４】点弧装置を含んでいる、本発明のランプシステムの第１の実施形態の基本図である。ここでこの点弧装置は、固有の充電電圧を有する渦巻型パルス発生器を備えている。
【図５】ｉ段のＶｉｌｌａｒｄカスケードの回路図である。
【図６】点弧装置を含んでいる、本発明のランプシステムの第２の実施形態の基本図である。ここでこの点弧装置は、Ｖｉｌｌａｒｄカスケードを介して充電される渦巻型パルス発生器を備えている。
【図７】点弧装置を含んでいる、本発明のランプシステムの第３の実施形態の基本図である。ここでこの点弧装置は、前置接続された渦巻型パルス発生器を介して充電される渦巻型パルス発生器を備えている。
【図８】渦巻型パルス発生器の出力電圧ＵＡの例である。ここでは事前電圧（信号８１）は無く、−Ｕ０を事前電圧（信号８３）として有している。
【図９】コンデンサを備えた６段ダイオードカスケードの増幅の周波数依存性である。ここでこのコンデンサは、１ＭΩの負荷時に２２ｎＦの容量を有している、
【図１０】ＬＴＣＣ構造における３段ダイオードカスケードの例示的な構造である。
【図１１】第３の実施形態に従った、二重渦巻型パルス発生器機の構造である。
【００１５】
本発明の有利な構成
本発明では、ガス放電ランプに点弧電圧を供給する渦巻型パルス発生器は、作動機器の無負荷電圧（１３−１５）で充電されるのではなく、種々の方法で形成されるより高い電圧で充電される。その他の作用は従来技術の渦巻型パルス発生器の作用に相応するが、充電電圧が高いので、格段に高い点弧電圧を放電ランプに供給することができる。
【００１６】
第１の実施形態
第１の実施形態では、図４に示されているように、公知の無負荷電圧の他にさらに第２の充電電圧１７が作動機器によって生成され、渦巻型パルス発生器によって点弧機器に供給される。この充電電圧ＵＬ（１７）は有利には、無負荷電圧Ｕ０（１３）と反対の符号を有している。従って渦巻型パルス発生器に印加される電圧はＵ０−ＵＬに達し、これによって本発明の方法では、従来技術の充電電圧と比べて、ＵＬの値ぶんだけ高い。図４は、本発明のガス放電ランプを示している。ここでは燃焼部５、渦巻型パルス発生器１がその接続において、ガス放電ランプの外管５１内に収容されている。この実施形態では、３つの電圧ポテンシャルがランプ内に案内されなければならないが、これら３つのポテンシャルは全て比較的低い電圧レベル内で動くので、ランプバルブ内への引き込み線はそれほど負荷を受けない。
【００１７】
第２の実施形態
このガス放電ランプはさらに、２つの電流供給線とともに製造されるべき場合、この高い充電電圧は作動機器の無負荷電圧から生成される。作動機器の無負荷電圧が直流電圧であるのかまたは交流電圧であるのかに応じて、種々異なる方法が考えられる。
【００１８】
第２の実施形態は、交流電圧が無負荷電圧として作動機器から供給される実施形態に関する。図５は、電圧倍化回路の回路図を示している。この回路はＶｉｌｌａｒｄカスケードとも、またはコッククロフト・ウォルトンジェネレータとも称される。このカスケード回路の段はそれぞれ、２つのコンデンサ３１と３３と２つのダイオード３５と３７から成る。これらはそれぞれ公知の方法で接続されている。段毎に、このカスケード回路は電圧を二倍にする。従って出力電圧は：ＵＶ＝２＊ｉ＊Ｕ０である。ランプの点弧後に、このカスケード回路に充電電圧が印加される。これは通常は作動機器の無負荷電圧よりも格段に小さい。従って出力電圧ＵＶは、スイッチング部材３の電圧閾値を下回ったままである。従って、点弧回路はランプの完全点弧後に作動していない状態になる。図６は第２の実施形態のブロック回路図を示している。ここで、入力電圧Ｕ０はＶｉｌｌａｒｄカスケード３０の入力電圧としても使用される。カスケードの出力側は、充電抵抗７を介して、渦巻型パルス発生器に接続される。しかしカスケードが相応に設計されている場合には、この充電抵抗が無くてもよい。この回路が作動するための唯一の条件は、入力電圧Ｕ０が交流電圧であるということである。
【００１９】
点弧装置は有利には、ガス放電ランプの外管内に組み込まれているので、これを相応に温度耐性に構成することも必要である。これは、温度耐性の材料および接続によって実現される。カスケード用のダイオードとしては、ＳｉＣダイオードが使用される。これは、６００℃までの遮断層温度を可能にする。このコンデンサは、渦巻型パルス発生器のようにＬＴＣＣ構造で構成される。これによってコンデンサは８００℃の温度まで耐えられるようになる。迅速かつ確実な点弧のために相応の高い容量が必要になるので、高い誘電定数を備えた誘電体が使用される。ここでは例えばＢａＴｉＯ３が使用される。このＢａＴｉＯ３は相応の焼結添加物を有しており、公知のＬＴＣＣ方法で処理される。ここで有利には、図１０に示されているように、ダブルスタックが構成される。誘電性材料は、スタックＡの導電層１１１、１１２、１１３と１１４、およびスタックＢの導電層１２１、１２２、１２３と１２４の間に位置する。これらの層の間にはそれぞれ１つのコンデンサがあり、従って３つのコンデンサが１つのスタック毎にある。スタックの間には、ＳｉＣダイオードが配置される。これは有利にはダイとして直接的に基板上に配置され、バイアスを介して相応の導電層と接続される。図１０には、ＳｉＣダイオードを有するこのスタックの概略的な接続が示されている。バイアスとの接続は、ＬＴＣＣ構成部材での従来技術に従って、詳細には説明しない。ＳｉＣダイオードはＬＴＣＣ方法で知られており、この温度に適している全ての接続方法によって、ＬＴＣＣコンデンサと接続可能である。有利には、ＳｉＣダイオードは結合毎に、ＬＴＣＣコンデンサと接続される。接続のために、導電層からコンタクトフラッグが引き出される。これらのコンタクト方法には、バイアスが追加可能である。これは取り付け面上に対応するコンタクト面を有している。この場合、コンタクト面上には、ＳｉＣダイオードの結合部が載置される。ＳｉＣダイオードは当然ながら、適切な高温はんだまたは溶接接続によっても接触接続される。
【００２０】
Ｖｉｌｌａｒｄカスケードは当然ながら、３つの段に制限されない。高圧放電ランプに応じて、および渦巻型パルス発生器の構成に応じて、Ｖｉｌｌａｒｄカスケードは１〜１０段から成る。
【００２１】
第３の実施形態
第３の実施形態では、無負荷電圧の性質は、点弧メカニズムの機能にとって重要ではない。同時に、非常に高い点弧電圧が実現される。これは、ランプの高温再点弧を問題無く可能にする。図７に示されているような第３の実施形態では、２つの渦巻型パルス発生器が相互に並んで接続されている。第１の渦巻型パルス発生器１１はしれ自体公知の方法で、作動機器の無負荷電圧Ｕ０から給電される。スイッチング部材３１、有利には火花ギャップは次のように設計される。すなわち、電圧閾値が僅かに無負荷電圧Ｕ０を下回るように設計される。これによって、第１の渦巻型パルス発生器は出力電圧ＵＳＰＧ１＝２ｘｎ１ｘＵ０ｘη１を生成する。出力電圧パルスは、任意の極性のダイオード区間９および充電抵抗７を介して、第２の渦巻型パルス発生器１の入力側に出力される。これによって、第２の渦巻型パルス発生器１は緩慢に、第１の渦巻型パルス発生器の多数のパルスにわたって、第１の渦巻型パルス発生器１１の出力電圧ＵＳＰＧ１の最高値まで充電される。機能するために、ダイオード９は、第１の渦巻型パルス発生器の短いパルスを導通接続し、パルスの負の部分を充分に迅速に遮断することができなくてはならない。これによって、ダイオード９のスイッチング速度に対する相応の要求が満たされる。渦巻型パルス発生器の出力パルス形状は例えば図８に示されている。信号８３は、事前電圧Ｕ０を伴う渦巻型パルス発生器の出力電圧であり、信号８１は事前電圧の無い、すなわち事前電圧が０Ｖである出力電圧である。時間軸はｎｓで記載されており、縦軸の単位はｋＶである。約１０ｋＶの点弧電圧が、約１００ｎｓの、第２の渦巻型パルス発生器のベースパルス幅ｔ２で可能であることが良く分かる。第１の渦巻型パルス発生器のベースパルス幅ｔ１によって、ダイオードが必要であり、このダイオードの遮断遅延時間は、半分のベースパルス幅ｔ１よりも短い。従って、第１の渦巻型パルス発生器からの反対の極のパルスのシーケンスによって第２の渦巻型パルス発生器が充電され、部分的にのみ再び放電される。放電を僅かにするために、有利にはダイオードが用いられる。このダイオードの遮断遅延時間は、ベースパルス時間ｔ１の４分の１よりも短い。第２の閾値スイッチ３は、次のように構成されている。すなわち、このスイッチが、第１の渦巻型パルス発生器の出力電圧ＵＳＰＧ１の最高値を僅かに下回る電圧でスイッチオンするように構成されている。この出力電圧は、充電抵抗７および迅速なダイオード９の後方で測定される。従って、この電圧はこの部分で保持もされる。第２の閾値スイッチも有利には火花ギャップである。従って出力電圧、すなわち点弧電圧はＵＳＰＧ２＝ＵＺ＝２ｘｎ１ｘＵ０ｘη１ｘ２ｘｎ２ｘη２が得られる。ここでｎ１は第１の渦巻型パルス発生器の巻数であり、ｎ２は第２の渦巻型パルス発生器の巻数であり、η１は第１の渦巻型パルス発生器の効率であり、η２は第２の渦巻型パルス発生器の効率である。
【００２２】
図１１には有利な実施形態が示されており、ここでは２つの渦巻型パルス発生器が１つの構成部分内に組み込まれている。これは次のことによって実現される。すなわち、渦巻型パルス発生器１および１１が一緒に巻かれ、これらのフィルムの間に適切な絶縁部５３がともに巻かれ、焼結されることによって実現される。これによっていわゆる２つの渦巻型パルス発生器が隣りあって生じる。これは小型の接続に対しては、有利な前提条件を提供する。
【図１】
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【図２ａ】
2010530597.tif 000004
【図２ｂ】
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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９】
2010530597.tif 000012
【図１０】
2010530597.tif 000013
【図１１】
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【国際調査報告】
2010530597.tif 000015
2010530597.tif 000016
2010530597.tif 000017
2010530597.tif 000018