JP2010524182A - 混合光ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】即時に発光し、比較的高い効率を生ずる混合光ランプを提供する。
【解決手段】フィラメントと放電管とが直列に収納された外管を備え、放電管が金属ハロゲン化物の封入物を有し、さらに整流器とエネルギ蓄積手段と始動装置とが付設されている混合光ランプであって、始動装置が外管内に直接収納されたうず形パルス発生器を有している。
【選択図】図４

Description

本発明は請求項１の前文に記載の混合光ランプに関する。かかる混合光ランプは特に全般照明用として使用される。

混合光ランプは例えば特許文献１で知られている。その始動は特許文献２で扱われている。

混合光ランプは高圧放電ランプと白熱ランプとの直列回路により特徴づけられる。白熱ランプによってその始動直後に光が発生され、同時に高圧放電ランプにとって必要な電流制限が実現される。かかる構造の混合光ランプは他の安定器なしに電源系統電圧供給で直接点灯できる。電流供給に整流装置および平滑回路を利用すると（特許文献１、特許文献２参照）、金属ハロゲン化物が封入された高圧放電ランプも点灯できる。

高圧放電ランプの始動問題は今日において２つの方式で解決されている。低始動電圧の放電ランプは抵抗を介して結線されている第３内部始動電極を有している（特許文献２参照）。かかる構造はセラミック放電ランプとしては非常に実現困難であるか実現できない。かかるランプは外部始動装置を必要とする（特許文献１参照）。そこではリード線が耐高電圧に設計されねばならないという欠点がある。

過去において再三にわたり始動装置をランプの中に組み込むことが試みられていた。その場合、始動装置を口金に組み込むことが試みられた。高電圧パルスを発生する特に効果的な始動はいわゆるうず形パルス発生器によって成功している（特許文献３参照）。かかる始動装置は古くからメタルハライドランプやナトリウム高圧ランプのような種々の高圧放電ランプで推奨されている（特許文献４、特許文献５参照）。しかしその始動装置は一方では高価であるために普及しない。他方ではその始動装置を口金に組み込むことが有利であるが、ガラス球への高電圧の供給に問題が残るために十分でない。このために、ランプの損傷確率が増大し、絶縁問題あるいは口金における破裂が著しく増大する。従来通常の始動装置は全般的に１００℃以上に加熱されない。その場合、発生電圧がランプに供給されねばならず、これは代表的には約５ｋＶの電圧に耐える耐高電圧性の配線およびソケットを必要とする。

特に高電圧を発生するために、二重うず形パルス発生器が利用される（特許文献６参照）。

国際公開第２００５０２７５８８号パンフレット 米国特許第４３１６１２４号明細書 米国特許第３２８９０１５号明細書 米国特許第４３２５００４号明細書 米国特許第４３５３０１２号明細書 米国特許第４６０８５２１号明細書 独国特許出願第１０２００５０６１８３２．４号明細書 独国特許出願第１０２００５０６１８３１．６号明細書 独国特許出願第１０２００６０２６７５０．８号明細書 独国特許出願第１０２００６０２６７４９．４号明細書 米国特許出願公開第２００３／０００１５１９号明細書 米国特許第６８５３１５１号明細書

本発明の課題は、即時に発光し、比較的高い効率を生ずる混合光ランプを提供することにある。

この課題は請求項１に記載の特徴によって解決される。

混合光ランプは白熱ランプと放電ランプとの複合ランプである。即ち、混合光ランプは放電管と発光体とを有している。

即時発光および比較的大きな発光効率のために、安定器なしに２３０Ｖの電源系統電圧で直接点灯される混合光ランプが望ましい。

従来通常の混合光ランプは放電管として好適に純粋な水銀高圧放電ランプを利用している。ランプ全体は発光物質を塗布された楕円形外管の中に収納されている。典型的にはタングステンから成るフィラメントは投入直後に発光する。フィラメントはまた電流制限安定器の機能を負っている。高圧水銀放電は水銀を蒸発させ、また外管の発光物質と共に光の発生増大を負っている。かかる構造は従来において、比較的低い発光効率と悪い演色性の水銀高圧放電ランプにおける利用に限られている。これはその放電管が補助電極で他の始動装置なしに２３０Ｖの電源系統電圧で始動するに過ぎないからである。特許文献１に記載されているように、メタルハライドランプが時おり混合光ランプにおける放電管としても利用されている。さらにその混合光ランプは典型的に整流器と充電コンデンサと始動装置とを有している。その始動装置は特許文献１におけるように、電流制限抵抗とツェナーダイオードとコンデンサとコイルとを有するように形成され、即ち、伝統的な始動回路となっている。

別個の部品であるか又は口金内に収納された大容積の始動装置を回避するために、ここではまず、メタルハライドランプを基礎とする混合光ランプを、始動装置としてのセラミックうず形パルス発生器と共に利用することを提案する。これによって、フィラメント、放電管および始動装置のような全構成要素を外管内に収納することができる。ランプ電流を整流および平滑するための構成要素も共にランプの外管内に収納できる。そのために、ダイオードは好適にＳｉＣ技術で形成され、コンデンサは高誘電率のセラミックコンデンサとして形成されねばならない。このセラミックコンデンサは特に真空引きされている。好適に外管はつや消しされるが、発光物質層を必要としない。うず形パルス発生器によって、メタルハライドランプの始動が可能とされ保証される。

１５ｋＶより大きい高電圧を発生するコンパクトな高電圧パルス発生器が特許文献７および特許文献８で知られている。うず形パルス発生器は一般に、スパイラル（うず巻）として巻回されたほぼ同じ長さの２つの導体から成っている（図１参照）。これは、各導体がほぼ同じ多数のターン数を有していることを意味する。かかる構造はベクトル逆転原理を利用するために必要である。

μ_r＝１〜５０００の比透磁率μ_rのフェライト材料で取り囲まれたうず形パルス発生器を利用することが特許文献９で知られている。これらの３つの特許文献は明らかに関連している。それらはいずれも、第１ターンでの短絡により流れる電流が残りのターンに高電圧パルスを誘起する原理が利用されている。

また、うず形パルス発生器を約２５ｋＶのパルス電圧用に設計する際、即時発光性と高温再始動性とを有する光源の構成が可能である。これは例えば二重パルス発生器によって達成される（特許文献６および特に特許文献１０参照）。

現在利用されているうず形パルス発生器は特にいわゆるＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramic；低温同時焼成セラミックス）部品やＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramic；高温同時焼成セラミックス）部品である。そのＬＴＣＣ材料は６００℃までの温度に耐えられる特殊セラミックスである。確かにＬＴＣＣ材料は既にランプに関連して利用されている（特許文献１１と特許文献１２参照）。しかもそれは、実際に典型的には１００℃より低い温度のほとんど温度負荷されないランプにおいて他の目的のために採用されている。ＬＴＣＣ材料の高い温度安定性の特別な価値は、始動問題を有する殊にメタルハライドランプのような高圧放電ランプの始動に関連して知られている。

うず形パルス発生器はその基礎形態において、コンデンサの特性を少なくとも１．５ｋＶの電圧の始動パルスを発生するための導波路の特性と合わされた部品である。その製造のために、２枚のセラミック“グリーンシート”に金属導体ペーストがプリントされ、次いでスパイラルの形に巻回され、続いてアイソスタティックプレス（ラバープレス）で成形体に圧縮成形される。続く金属導体ペーストとセラミックシートの同時焼結が空気中で８００〜９００℃の温度範囲において行われる。この処理はうず形パルス発生器の使用を７００℃の温度負荷まで可能とする。これによって、うず形パルス発生器は外管内において放電管のすぐ近くに収納できるが、口金内やランプのすぐ近くに収納することもできる。

それと無関係に、かかるうず形パルス発生器は、これが高温安定性を有するだけでなく、非常にコンパクトであるので、他の用途にも採用できる。そのために、うず形パルス発生器がセラミックシートと金属導体ペーストとから成るＬＴＣＣ部品として形成されていることが重要である。十分な出力電圧を提供するために、スパイラルは少なくとも５ターンを有していなければならない。

また、この高圧パルス発生器を基礎に、さらに少なくとも１つの充電抵抗とスイッチとを有する始動ユニットが挙げられる。スイッチは火花ギャップあるいはＳｉＣ技術におけるダイアックである。

ランプにおける用途の場合、外管内における収納が有利である。これにより、耐高電圧性の電圧リード線の必要が無くなる。

またうず形パルス発生器は、高電圧パルスがランプの高温再始動をも可能とするように設計することができる。セラミックスから成る誘電体は異常に高い誘電率ｅ＞１０によって特色づけられ、その場合、材料と構造に応じて代表的には７０〜５０００の誘電率ｅが得られる。これはうず形パルス発生器の非常に高いキャパシタンスを形成し、発生されたパルスの比較的大きな時間幅を可能とする。これによって、うず形パルス発生器の非常にコンパクトな構造が可能となり、これによって、高圧放電ランプの市販の外管内への組込みができる。

また、大きなパルス幅は放電体積における破裂放電を容易にする。

ランプの外管の材料として、あらゆる通常のガラスが利用でき、即ち、特に硬質ガラスやバイコール（登録商標）や石英ガラスが利用できる。封入物の選択も特に制限されない。

以下において複数の実施例を参照して本発明を詳細に説明する。

従来公知のうず形パルス発生器の原理的構成図。 二重うず形パルス発生器の原理的結線図。 始動電圧が増大されたうず形パルス発生器の原理的構成図。 本発明の混合光ランプの原理的構成図。 整流形混合光ランプの原理的構成図。

図１はうず形パルス発生器１の構造を平面図で示している。このうず形パルス発生器１はセラミック円筒体２から成り、このセラミック円筒体２内において２つの異なった金属導体３，４がシートテープとしてスパイラル状（うず形）に巻回されている。セラミック円筒体２は内部が空洞であり、定められた内径ＩＤを有している。両導体３，４の各内部接点６，７はほぼ対向して位置し、火花ギャップ５を介して互いに接続されている。

その両導体の外側導体だけが円筒体の外縁に接点８を有している。他方の導体は開放端で終えている。これによって、両導体は一緒に誘電媒体であるセラミックスに導波路を形成している。

うず形パルス発生器は、金属ペーストを被覆された２枚のセラミックシートが巻回されて構成されているか、２枚の金属シートと２枚のセラミックシートとが巻回されて構成されている。その場合、重要な特性量はターン数ｎであり、そのターン数は好適には５〜１００であるとよい。このコイル装置は成層され、次いで焼結され、これによってＬＴＣＣ部品が生ずる。そのように形成されたコンデンサ特性を有するうず形パルス発生器は、火花ギャップ並びに充電抵抗に接続されている。

その火花ギャップは内側接続端子あるいは外側接続端子に存在するか、パルス発生器のコイルの内部に存在する。パルスを発する高電圧スイッチとして好適には火花ギャップが利用される。

具体的実施例において、誘電率ｅ＝６０〜７０のセラミックス材料が利用されている。その場合、誘電体としてセラミックシート、特に、Heraeus社のHeratape（登録商標）ＣＴ７０７やＣＴ７６５のようなセラミックテープあるいはそれらの複合体が利用される。グリーンシートの厚さは代表的には５０〜１５０μｍである。導体として同様にHeraeus社の特に“同時焼成可能な銀“のようなＡｇ導体ペーストが利用される。その具体的な例はHeraeus社のＣＴ７００である。ジュポン社の金属ペースト６１４２も良好な結果を提供する。これらの部品は良好に成層でき、その後加熱され（“バーンアウト”）、一緒に焼結（同時焼成）できる。

うず形パルス発生器の内径ＩＤは１０ｍｍである。個々の条帯の幅は同様に１０ｍｍである。シートの厚さは５０μｍであり、両導体の厚さもそれぞれ５０μｍである。充電電圧は３００Ｖである。この条件のもとで、うず形パルス発生器はｎ＝２０〜７０のターン数においてその特性の最適化が達成される。

図２に高始動電圧用のうず形パルス発生器が示されている。

本発明は水銀を含まない高圧放電ランプと協働して大きな特別な利点を展開する。かかるランプは環境保護の理由から特に探求する価値がある。これは適当な金属ハロゲン化物の封入物および特にキセノンのような希ガスを高圧下で含んでいる。水銀が存在しないために始動電圧は特に高く、２０ｋＶより高い。今日において始動ユニットの構成要素を口金に収納することが試みられている。充電抵抗を組み込まれたうず形パルス発生器は無水銀ランプの口金内に収納されるか、ランプの外管内に収納される。

うず形パルス発生器は、例えば２０ｋＶの高電圧を発生するために、好適には、唯一のＬＴＣＣスパイラルあるいは他の高耐熱性材料に組み込まれた２つのパルス発生器を有している。例えば２０ｋＶの高電圧パルスを発生する個々のパルス発生器はランプの外管の外径より大きな外径を有する必要があるので、２つのパルス発生器はプッシュプル回路で利用される（図２参照）。その場合、２つの充電抵抗Ｒ１，Ｒ２と火花ギャップとしてのスイッチＳｃｈとが利用される。ランプＬに作用する両うず形パルス発生器にそれぞれ符号ＳＧ１，ＳＧ２が付されている。この原理は基本的に特許文献６で知られている。そこではしかしながら２つの別個のパルス発生器が利用されている。

いまや両パルス発生器は、２つの“積層”導体平面と場合によりその間におけるシールドとを備えた唯一のＬＴＣＣスパイラル２９として一体化されている（図３参照）。２枚のセラミックシート３１，３２はそれぞれ巻回されたテープであり、代表的には１０〜５０ｍｍの幅ａを有し、いまや同時に互いに平行に延びる３つの金属層を有している。第１うず形パルス発生器ＳＧ１は両セラミックシートのうちの幅広い第１層３３（代表的には幅ｂ＝３〜２０ｍｍ）で形成されている。第２うず形パルス発生器ＳＧ２は同様の類似した幅ｄの第２層で形成されている。両層３３，３４間の間隔を小さくするために、場合によってはシールドが細長い金属テープ３５（代表的に幅ｃ＝１〜５ｍｍ）の形態で両層３３，３４間にオプションとして設けられている。

この二重セラミックシート３１，３２は１００回まで巻かれ、その際生じた中空円筒体の内径ＩＤは代表的には１０〜５０ｍｍである。

二重層構造のＬＴＣＣ技術の利用によって、個々の各パルス発生器は半分の高電圧、例えば１０ｋＶしか発生する必要がないので、６００℃までの耐熱性並びに十分小さな外径が得られる。

これによって、特性量がコンパクト化できる方向に変化する。ＬＴＣＣ構造における単一うず形パルス発生器と二重うず形パルス発生器における可能な寸法は次表の通りである。

両事例において、それぞれ５０μｍのシート厚および同様に５０μｍの導体厚が利用される。

５００ターンまでのターン数ｎが利用され、これによって、１００ｋＶの大きさまでの出力電圧が得られる。出力電圧Ｕ_Aは充電電圧Ｕ_Lの関数としてＵ_A＝２×ｎ×Ｕ_L×ηで表され、効率ηはη＝（ＡＤ−ＩＤ）／ＡＤで表される。

本発明は水銀を含まない放電管と協働して大きな特別な利点を展開する。かかるランプは環境保護の理由から特に探求する価値がある。これは適当な金属ハロゲン化物の封入物および特にキセノンのような希ガスを高圧下で含んでいる。水銀が存在しないために始動電圧は特に高く、２０ｋＶより高い。今日において始動ユニットの構成要素を口金内に収納することが試みられている。充電抵抗が組み入れられたうず形パルス発生器は無水銀ランプの口金に収納されるか、ランプの外管内に収納される。

図４は本発明の混合光ランプの原理を示している。大容積の外管３０の内部に同時に白熱ランプ３１、特にハロゲン電球あるいは単にフィラメントが収納されている。白熱ランプ３１は第１口金接点２８に接続されている。これに対して直列に始動装置３２として、うず形パルス発生器から成る構造ユニット、好適には、火花ギャップ３３あるいは類似の短絡スイッチおよび充電抵抗３４と組み合わされた二重うず形パルス発生器２９とから成る構造ユニットが収納されている。その両部品はうず形パルス発生器に一体化され、これにより、特にコンパクトな構造ユニットが生ずる。うず形パルス発生器２９の他端は放電管、特にメタルハライドランプ４０の電極４１に接続されている。

具体的には、３５Ｗセラミックメタルハライドランプと組み合わされた１５０ハロゲン電球が適している。

放電ランプつまり放電管の他方の電極４２からリード線が第２口金接点３８に導かれている。

図５は整流形混合光ランプの原理を示している。図４と異なって、ランプの外管３０内に、整流器４５、電源系統入力端に通じている両ランプ接点２８，３８間の充電コンデンサ４６および白熱ランプ３１が収納されている。フルブリッジ形整流器４５が電源系統入力端と中間回路電圧との間に位置している。その正の入力端は供給電圧がかかり、負の入力端はアースに接している。充電コンデンサ４６はアースと供給電圧との間の中間回路電圧を発生する。

１ うず形パルス発生器
３０ 外管
３１ 白熱ランプ
３２ 始動装置
３３ 火花ギャップ
３４ 充電抵抗
４５ 整流器
４６ 充電コンデンサ

Claims (13)

1. フィラメントと放電管とが直列に収納された外管を備え、放電管が金属ハロゲン化物の封入物を有し、さらに整流器とエネルギ蓄積手段と始動装置とが付設されている混合光ランプであって、
   始動装置が外管内に直接収納されたうず形パルス発生器を有していることを特徴とする混合光ランプ。
2. うず形パルス発生器が二重パルス発生器であることを特徴とする請求項１に記載の混合光ランプ。
3. 始動装置が短絡スイッチと充電抵抗とを有していることを特徴とする請求項１に記載の混合光ランプ。
4. 始動装置が整流器とエネルギ蓄積手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載の混合光ランプ。
5. スイッチが火花ギャップであることを特徴とする請求項３に記載の混合光ランプ。
6. エネルギ蓄積手段がうず形パルス発生器内に組み込まれた充電抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の混合光ランプ。
7. 充電コンデンサが通常のコンデンサであることを特徴とする請求項６に記載の混合光ランプ。
8. 充電コンデンサは、スパイラル状に巻回された第２セラミックシート上に第２金属導体が第１セラミックシートと共に巻回されることによって形成され、第２セラミックシートの巻回された長さは、第１セラミックシートの巻回された長さより少なくとも２ターンだけ短いことを特徴とする請求項６に記載の混合光ランプ。
9. 始動装置が外管内にフレームによって保持されていることを特徴とする請求項１に記載の混合光ランプ。
10. うず形パルス発生器で発生された高電圧が放電管内の２つの電極に直接作用することを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
11. うず形パルス発生器で発生された電圧が、放電管の外側に設けられた始動補助電極に作用することを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
12. うず形パルス発生器の誘電率ｅが少なくともｅ＝１０であることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。
13. 外管内に、さらにうず形パルス発生器の充電電流を制限する直列抵抗が収納されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ。

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