点弧能力が改善された高圧放電ランプならびに高電圧パルス発生器
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。
【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】
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
【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】
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
【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。
【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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図8a】
【図8b】
【図9】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図8a】
【図8b】
【図9】
【公表番号】特表2009−540490(P2009−540490A)
【公表日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−513664(P2009−513664)
【出願日】平成19年6月4日(2007.6.4)
【国際出願番号】PCT/EP2007/055464
【国際公開番号】WO2007/141237
【国際公開日】平成19年12月13日(2007.12.13)
【出願人】(504458493)オスラム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (168)
【氏名又は名称原語表記】Osram Gesellschaft mit beschraenkter Haftung
【住所又は居所原語表記】Hellabrunner Strasse 1, D−81543 Muenchen, Germany
【Fターム(参考)】
【公表日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年6月4日(2007.6.4)
【国際出願番号】PCT/EP2007/055464
【国際公開番号】WO2007/141237
【国際公開日】平成19年12月13日(2007.12.13)
【出願人】(504458493)オスラム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (168)
【氏名又は名称原語表記】Osram Gesellschaft mit beschraenkter Haftung
【住所又は居所原語表記】Hellabrunner Strasse 1, D−81543 Muenchen, Germany
【Fターム(参考)】
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