JP2016075679A - 促進耐候性試験装置内のキセノンランプのためのイグナイターなしの電力供給 - Google Patents

促進耐候性試験装置内のキセノンランプのためのイグナイターなしの電力供給 Download PDF

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Abstract

【課題】太陽の１日の周期を正確にシミュレーションするため、耐候性試験装置内のランプへ電力供給するための電源を提供する。
【解決手段】別個のイグナイターを使用することなくランプを点灯させ、また、太陽の１日の周期を完全にシミュレーションし、紫外線出力を改善し、赤外線放射を低減させ、キセノンランプの経年変化を補償するために、キセノンランプの放射スペクトル及び強度の両方を制御できる、促進耐候性試験装置において使用するための電源を備える、耐候性試験装置。
【選択図】図１

Description

［関連出願］
本特許出願は、２０１１年１１月１７日に出願された米国仮特許出願第６１／５６１，１５７号の利益及び優先権を主張する２０１２年１１月１６日に出願された以前の米国特許出願第１３／６７９，５９６号の一部継続出願であり、その全開示のそれぞれは、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
本開示は、耐候性試験装置内のランプへ電力供給するための電源に関する。耐候性試験装置は環境要素への長期曝露をシミュレーションするのに使用されている。このような環境要素の一例が太陽光である。太陽光への曝露を正確にシミュレーションするため、耐候性試験装置にキセノンランプ等の高輝度ランプを使用してもよい。本開示は、キセノンランプからの放射スペクトルを制御するために損失を最小限に抑えて放射照度スペクトル型の高周波正弦波電流をキセノンランプに供給する装置に関し、また、制御可能なキセノンランプの放射スペクトルを得るための切替型出力電圧及び電流を操作するため波型整形を用いることに関する。結果として、前記放射スペクトルの紫外線部分内のキセノンランプの出力を改善し、スペクトルの赤外線部分内の望ましくない放射を減らすと同様、太陽放射のシミュレーションをより良く行うために、前記キセノンランプの放射スペクトルは、耐候性試験中により精密に制御される。本開示のシステムはさらに、前記ランプがエネルギー消費の少ないイグナイターを必要とするように、前記ランプの点灯前段階で供給されたエネルギーを蓄えるための点灯補助用蓄電機能を備えている。
従来の耐候性試験装置および方法はいかなる放射スペクトルも制御せず、本明細書で開示されている様式や方法で前記キセノンランプの放射スペクトルを制御するためのいかなる機構も備えていないため、結果として、本明細書で開示されているものほど正確ではない。さらに、既存のキセノンランプ電力供給技術は、嵩が高く重い線周波電力のバラスティングを提供することのみに基づいており、限られた制御を行うために多くの機能を必要とし、またユニバーサル対応の電子式力率改善を提供する機能性を備えていない。
ある公知の従来装置は、キセノンランプ操作において、単にデューティー比の調整を行うためにパルス直流式を使用する。このような装置は、非常に急激な電流の上昇を生じさせることで、カソードを破壊し、キセノンランプの寿命を縮める可能性があるので不利益である。また、この従来方法では太陽の１日の周期を正確にシミュレーションすることができない。
一般的に、高輝度放電ランプ用のアークランプ式交流出力電源はランプへの電流および/又は電力を調整するのみであった。また、ランプ電流量の低減制御を可能にすることで限られた調光が提供されていた。典型的には、電源は、力率補正器、降圧型コンバーター、および低周波交流インバーターの三段式に構成されていた。さらに、ランプを始動させるために全電源の定格出力と同等の電力を消費するイグナイターが別に必要であった。放射照度制御は考慮されないようにするため、存在しなかった。
従って、ガス放電ランプを使用する装置及び太陽光またはその他の複数の放射照度スペクトルのシミュレーションが必要な装置には改良された電源が必要である。このような必要性には、促進耐候性試験装置などの装置において使用する際により正確に太陽の１日の周期をシミュレーションするため、ランプの放射照度スペクトルを制御する能力が含まれる。
さらに、公知の電源を備えたガス放電ランプを使用する装置は、ランプの点灯中に高パルスのエネルギーを送ることができるシステムを必要とする。また、公知の電源の電流制御機構は急激な電流サージ又はスパイクを引き起こし、ガス放電ランプの信頼性および寿命に悪影響を及ぼす。従って、装置の稼動費を低減し、イグナイター選択の自由度が改善されるように、少ない消費電力での点灯を可能にするシステムを備えた改良型電源が必要となる。
一般的に、本開示の一態様では、太陽の１日の周期を完全にシミュレーションし、紫外線出力を改善し、また赤外線放射を低減させるためにキセノンランプの放射スペクトルおよび強度の両方を制御できる電源を備えた促進耐候性試験装置を含むことができる。一実施形態では、電源はキセノンランプへ供給される波形に定義された制御可能な出力を得るための高周波インバーターを含むことができる。これによりスペクトル整形ランプの放射照度、キセノンランプへ直接供給する電流源としての共振回路を開発し、また同時に、確実なアークランプ式点灯及びエネルギー消費の少ないイグナイターを用いてより低い点灯電圧で設定を行うための高電力、高電圧のキセノンランプのバックアップを開発することを可能にする。結果として、本実施形態は、局地的におよび/又は遠隔的に、さらにはインターネットを介してコンピューターによる監視及び制御が可能になるのと同様、高周波電力変換技術および波形操作の使用によって、よりコンパクトで安価なものとなる。
本開示の別の態様において、ランプの点灯を補助するのに有利に設定されたランプ点灯前の環境を作り出すため近共振高周波スイッチングを使用することを含むことができる促進耐候性試験装置を含めてもよい。公知のイグナイターの大きさおよびエネルギー所要量は、複数の実施形態の高電圧及び蓄積エネルギーのバックアップによるその他の前記した非実用的なランプ点灯方法を使用するのと同様に本開示の態様を使用することで低減することができる。本開示により、安価で長寿命の可能性を有する点灯タイプをより自由に選択することができる。
本開示の別の態様において、ランプの放射照度スペクトルを制御するシグナルを送ることができるスペクトル整形要素を含む電源が提供されている。
本開示の別の態様において、ランプに高電圧を印加し、ランプ点灯及び操作の補助に使用するバックアップエネルギーの蓄積を行うための事前調整要素を備えた電源が提供されている。
さらに本開示の別の態様において、太陽光の１日の周期をシミュレーションするようなランプの放射照度スペクトルを制御することができる電源を備えた耐候性試験装置が提供されている。
本開示の電源の一実施形態を示す図である。 本開示の電源の別の実施形態を示す図である。 本開示の電源の別の実施形態を示す図である。 本開示の電源の別の実施形態を示す図である。 本開示の電源の別の実施形態を示す図である。 本開示のランプと電源の操作方法を示すフローチャートである。 本開示の電源実施形態の一つを使用した時の点灯前段階の電圧分析結果の一例を示す図である。 本開示の電源実施形態の一つを使用して生じた放射照度スペクトル整形出力の一例を示す図である。 本開示の電源例を含む耐候性試験装置例の側断面図である。 本開示の電源出力制御の一実施形態を示す図である。 本開示の電源出力制御の別の実施形態を示す図である。 イグナイターなしで機能するように構成される本開示のランプの一実施形態を示す図である。 プレートがランプを取り巻いている状態での本開示のランプの一実施形態を示す図である。 導電性ストリップがランプの表面上にある状態での本開示のランプの一実施形態を示す図である。 プレートがランプの表面の一部分を覆っている状態での本開示のランプの一実施形態を示す図である。 本開示のランプ及び電源の一実施形態の回路図である。 本開示によるランプに印加される電圧を示す図である。
以下の開示全体は、本明細書記載の発明を実施するための形態を、添付図面、図面の解説、要約書、技術背景、技術分野、および関連の見出しと併せて参照することにより最も理解されよう。異なった図面上に見られる同一の参照番号は同一の要素又は機能的に同等な要素を特定するものである。要約書に記載された要素は言及されていないが、発明を実施するための形態及び関連開示の要素に関連して言及している。
本開示は、本明細書に記載された装置の特定の細部に限定するものではなく、その他の改良例や適用形態を企図することができる。本明細書に含まれる開示の真の趣旨及び範囲から逸脱することなく、装置、機器又は方法に追加変更を行うことができる。従って、本開示における主題は狭義ではなく、実例として解釈されるべきものである。
本開示の一実施形態において、図９に示すように模擬太陽光を発生させるためのシステムを備えた耐候性試験装置が提供されている。模擬太陽光を発生させる前記システムは、耐候性試験装置(８２)のハウジング(９０)内に位置し、ラック(９２)上の試料と相互通信するよう機能する。模擬太陽光を発生させる前記システムは、図８に示す実施形態又は本明細書に参考文献として記載された米国特許第４，９５７，０１１号、第５，２２６，３１８号、第５，５０３，０３２号に開示されている耐候性試験システムなどの様々な種類の耐候性試験装置又は試験装置と相互通信を行うことができる。模擬太陽光を発生させるシステム例には電源(８６)およびランプ(１０)が備えられている。この例においては、ランプ(１０)は耐候性試験装置(８２)のラック(９２)内に垂直に配向されたキセノンランプである。この構成例では、電源(８６)は耐候性試験装置(８２)の内部に位置しているが、前記耐候性試験装置内の試料に曝される要素から保護されるようにラック(９２)及び試験槽の外部に位置している。
この実施例におけるランプ(１０)はキセノンランプである。但し、本明細書に記載された電源(８６)の実施形態を含む本開示を用いてその他のガス放電ランプを使用することもできる。キセノンランプは、キセノンランプの太陽光シミュレーション能力について本明細書に開示されている文脈において有用である。また一方で、その他のガス放電ランプの点灯及び放射照度スペクトル整形に関しては、本開示の教義を用いてその他のランプを使用することができる。
図１は電源(８６)の実施形態を示すものである。一般的に、基本概念は、交流キセノン式ランプ用の高周波スイッチングインバーター電源のパルス幅変調を介して得られる波形整形出力である。これにより、(高周波成分に対応する)低周波成分の出力電流スペクトルを増加させることが可能になる。一実施形態においては、Ｄ級増幅器として装置を扱うこともできる。
図１に示す実施形態において、高い力率と低電流全高調波歪みを維持しながら非常に広範囲にわたる入力電圧で作動することができる力率補正器(１)を、三相交流主電源が稼動させる。力率補正器(１)が位相シフト・フルブリッジ・インバーター(２)に直流電圧及び電流の形で出力電力を供給する。
位相シフト・フルブリッジ・インバーター(２)は力率補正器(１)からの電力およびフィードバック制御回路(６)からの信号制御を受け取る。位相シフト・フルブリッジ・インバーター(２)は一次巻線(４)を介して主変圧器(３)に電力を送る。主変圧器(３)の一次巻線(４)は位相シフト・フルブリッジ・インバーター(２)をロードする。メインの二次巻線(８)は直列共振回路(９)に電力を送る。補助的二次巻線(５)はフィードバック制御回路(６)への電圧フィードバック信号源であり、主変圧器(３)を介して送られた電力の状態を感知し、必要な制御を行う。
フィードバック制御回路(６)は、全システムの出力電力の出力制御及び調節に必要な情報を提供しながら、位相シフト・フルブリッジ・インバーター(２)に信号を送る。フィードバック制御回路(６)はまたスペクトル整形回路(７)から信号を受け取る。フィードバック制御回路(６)は主変圧器(３)の二次巻線(５)及び電流センス回路(１７)を介して電圧を感知する。スペクトル整形回路(７)は特定の波形構成をフィードバック制御回路(６)に送り、また状況によっては、発生し得る追加出力のスペクトル整形を選択できるようにすることで、フィードバックループ電流のユーザー入力制御を可能にする。
直列共振回路（９）は、通常の動作中にキセノンランプ（１０）に電力を伝送し、電流安定化を実現する。
直列共振回路(９)はまた、イグナイター変圧器の二次巻線(１４)及び(１５)を介してパルスイグナイターへのエネルギー支援を開始し、キセノンランプ(１０)を通してベース電圧を作り出すことにより、ランプの起動を補助し、アーク点灯が確立されるとすぐに維持エネルギーを供給する。直列共振回路(９)はイグナイター変圧器(１１)、二次巻線(１４)及び（１５)、及び電流センス回路(１７)を通ってキセノンランプ(１０)に連結している。イグナイター変圧器(１１)の一次巻線(１２)及び(１３)は、パルスイグナイター(１６)によって稼働され、パルスイグナイター(１６)は、ロードされていない直列共振回路(９)からランプ起動の点灯前及び点灯段階中に信号を受け取る。パルスイグナイター(１６)はイグナイター変圧器(１１)の一次巻線(１２)及び(１３)にパルスを送り、イグナイター変圧器(１１)の二次巻線(１４)及び(１５)上に十分に高い電圧を発生させ、交流アークがランプカソード間を流れるように誘導することでランプを点灯させる。パルスイグナイター(１６)は力率補正器(１)から最大限に安定させるための出力を得る。起点がキセノンランプ(１０)の電流発生に更なる電気抵抗をかけず、パルスイグナイター(１６)起動時にランプ(１０)を通して高差動電圧を生成させるように、二次巻線(１４)及び(１５)を巻いてもよい。
電流センス回路(１７)は、電源が位相シフト・フルブリッジ・インバーター(２)を介した電力出力を管理又は補正できるようなランプ(１０)の状態を示すフィードバック制御回路にフィードバック信号を送るように構成されている回路である。一実施形態において、図１に示す電流センス回路(１７)は、イグナイター変圧器(１１)の二次巻線(１４)及び(１５)と直列共振回路(９)との間で直列に配置されている。
別の実施形態においては、図５に示すように、
電流センス回路には受光器(２６)に接続された光センサー(２４)を備えてもよく、受光器(２６)は同様にフィードバック制御回路(６)に接続されており、放射照度スペクトル整形を補助するのと同様に放射照度の安定化及び劣化補償を補助することができる。光センサー(２４)及び受光器(２６)に加えて、又はそれらの代わりに、電圧及び電流の調整、モニ
ター、又は制御を補助するために電流センサーを使用することができる。
電源(８６)内の電流の変調は、本開示の放射照度スペクトル整形を達成するため、様々な方法を用いて行うことができる。図１０は電源出力制御の一実施形態を示すものである。この実施形態では、誤差増幅器(１０４)は出力電圧／電流を基準信号と比較し、コンバーター(１０２)を制御することで、出力電圧／電流が所定の形を取るように修正され、それによりランプ(１０)が予め定められた再現性のある放射照度スペクトルを生成する。
図１１は電源出力制御の別の実施形態を示すものである。この実施形態では、変調信号が抵抗器(１０８)を介してフィードバックループに取り込まれる。この方法で誤差増幅器(１０４)の基準信号は原形を保ち、変調信号はコンバーター(１０２)を介して出力電流／電圧を制御することができる。変調信号を変化させることで、出力信号も変化し、ランプ(１０)の電流がＲＭＳ値より非常に高くなったり、またある時には非常に低くなったりすることがある。この技術により、ＵＶ出力を増加させ、赤外線出力を抑えるためにランプ(１０)の放射照度スペクトル出力を変化させることができる。
図８は、本開示の電源の一実施例と併せて使用した時のランプ(１０)の放射照度出力の一例を示す図表である。上述のとおり、スペクトルのＵＶ領域内の放射照度スペクトル領域は増加するが、スペクトルの赤外線領域内の放射照度スペクトル領域は減少する。
本開示の別の態様において、電源には点灯補助機能のついた点灯システム及びイグナイター要素が備わっている。図１に示すように、点灯補助には直列共振回路(９)が含まれている。点灯前段階で、直列共振回路(９)は、エネルギー消費の少ないイグナイターでランプ(１０)を点灯できるようにランプ(１０)に供給できるバックアップエネルギーの蓄積を促進する。
図１に示す本開示の一実施形態の操作において、要望通りに点灯及び稼動させるため、キセノンランプ(１０)をランプ自体の出力に接続してもよい。そこにかかる電力は、キセノンランプ(１０)がまだ冷たい場合は点灯前段階であり、直列共振回路(９)に負荷をかけない。これは、キセノンランプ(１０)を通る電圧が数キロボルトの大きさに達する時のことであり、予備電離ストリーマを形成させ、ランプの非常に高い電気抵抗を下げ始めることを可能にする。また、直列共振回路(９)と、イグナイター変圧器(１１)と、パルスイグナイター(１６)との間でシンクロナイズされた点灯プロセスのバックアップに使用するためのエネルギーを、直列共振回路(９)が数ジュール蓄え、点灯が起こる瞬間まで維持する時のことを示す。
点灯時には、キセノンランプ(１０)内のアークはイグナイター変圧器(１１)を通じてキセノンランプ(１０)まで連結されたパルスイグナイター(１６)からの高電圧パルスを用いて定着する。アークが発生すると、ランプの電気抵抗が急激に低下し、パルスイグナイター(１６)からの点灯パルスはもはや必要ではなくなる。キセノンランプ(１０)はこの時、点灯アークを維持し、出力電圧をランプの通常必要量に減らし、一定のランプ電流を設定しながら、イグナイター変圧器(１１)の二次巻線(１４)と(１５)を介して直列共振回路(９)のエネルギーを分路する。
キセノンランプ(１０)を通る電流量を決定する主な要素は、主変圧器(３)の二次巻線(８)から送られる出力電圧と周波数、直列共振回路(９)の同調周波数を決定するインダクタ及びコンデンサ素子(記載はしていないが、当業者には公知である)、及び直列共振回路(９)内のインダクタ素子のインダクタンス値である。
ユーザー入力による設定選択によって決定された通りにキセノンランプ(１０)の放射照度スペクトルを調整するために、スペクトル整形回路(７)を使用してもよい。これはスペクトル整形回路(７)内の波形発生器を用いて、フィードバック制御回路（６）を介してフィードバック信号発信に作用し、キセノンランプ(１０)の出力電流エンベロープの調整又は整形を行うことによって実施される。キセノンランプを流れる電流エンベロープ全体の整形を制御することによって、ランプの放射照度スペクトル制御はこの時抑制される。従って、スペクトル整形回路(７)内で発生した信号波形の形を変更又は整えることで、キセノンランプ(１０)の放射照度スペクトルを要求値又は要求域内に調整することができる。上記調整時の放射照度スペクトルの変動は、分光放射計又はスペクトル分析器の適切な範囲内での使用によりモニター及び確認することができる。
本開示の電源のその他の実施形態には点灯システムと点灯補助の代替構造、及びイグナイター要素が含まれる。図２に示す一実施例では、点灯システムには低電力、高電圧のイグナイターによって駆動する高電圧(ＨＶ)ワイヤー(１８)が備わっている。ここでキセノンランプ(１０)は電流センス回路(１７)を通り、直列共振回路(９)に戻るように連結されている。高電圧イグナイター(２２)はまた、キセノンランプの底部への接続によって参照されており、力率補正器(１)からの信号を受け取り、ＨＶワイヤー(１８)上において高電圧を発生させるように設計されているが、この高電圧はランプ点灯前から点灯に移行する間に共振回路(９)の励起エンベロープ内の一つのポイントで同時に発生するように調整されている。一実施例において、ＨＶワイヤー(１８)はランプの周りを非常に大きなピッチで巻いた薄いニッケルワイヤーであってもよい。
図３に示す本開示の電源の別の実施形態において、点灯システムにはアークイグナイター(３０)によって作動する静電気アーク端子（１９）が備えられている。ここで、力率補正器(１)はアークイグナイター(３０)に信号を送り、キセノンランプ(１０)の電流は、アークイグナイター(３０)に必要とされるランプの参照接続を介さずに電流センス回路(１７)を通り、直列共振回路(９)に戻るようにしっかりと結合されている。再度および直列共振回路(９)の点灯前蓄積の間に、アーク端子(１９)間でのランプとの静電気放電を通じて点灯が開始される。
図４に示す本開示の電源のまた別の実施形態において、点灯システムにはランプに向けられたＵＶ放射源(２０)が備わっている。ここで、力率補正器(１)はＵＶイグナイター(４０)に信号を送り、ＵＶイグナイター(４０)から放出されたＵＶ放射源(２０)がキセノンランプ(１０)を励起する。ここでのメカニズムは、ＵＶ放射という形でエネルギーを加えることで、キセノンランプ(１０)を励起し、点灯するまでの間に直列共振回路(９)がキセノンランプ(１０)を通して急送した数キロボルトでランプの点灯が十分に可能となることである。一実施例では、外部放射線源からのＵＶ放射のパルスを短時間ランプ(１０)に加えることでＵＶ点灯が実現する。ＵＶ放射の外部放射線源の例として、ＵＶレーザー、コンパクトＵＶ-ＶＩＳファイバー光源又はその他の適切なＵＶ光源が挙げられる。
図７の画像は点灯するまでの間に電源から供給されるバックアップエネルギーの蓄積を示すものである。図７はオペレーションの点灯前段階に発生した電圧プロフィールの一例を示すものである。このような点灯前段階では、ランプ(１０)を通る電圧は数キロボルトの大きさで流れることができる。前記電源の実施形態のいずれかを用いたランプ(１０)の点灯操作は、図６に示すフローチャートを使用して行うことができる。点灯に成功すると、ユーザーに要求された放射照度スペクトルを達成するようにランプ(１０)を操作することができる。
図１２〜図１７に示す本開示の実施形態において、ランプ及び電源は、別個のイグナイターを使用せずに機能するように構成されるが、そうでなければ、本開示の以下の教示に従って機能するように構成される。複数の実施形態において、ランプは、低電圧でランプが点灯することを可能にする点灯補助具を含む。
図１２は、本開示の一実施形態によるランプの断面を示す。破線で示すように、ランプの中央部分は省略されている。図示するように、ランプ１２００は、エンベロープ１２０４によって囲まれた２つの電極１２０２ａ、１２０２ｂを備えるロングアークランプである場合がある。電極１２０２ａ、１２０２ｂは、上記で論じたアーク端子１９と同様である場合がある。エンベロープ１２０４の中央部分は実質的に円柱状である場合がある。一実施形態において、ランプは、ロングアークキセノンバーナーである。一実施形態において、エンベロープ１２０４は、ガラス又は水晶等の光学的に透明な材料を含む。エンベロープ１２０４は、電極１２０２ａ、１２０２ｂの回りで密閉される場合がある。電極１２０２ａと１２０２ｂとの間の空間を含むエンベロープ１２０４の内部１２０６を、キセノン等のガスで充填することができる。
一実施形態において、ランプ１２００は、１つ又は複数のプレートを備える点灯補助具を含む。プレート１２０８ａは、１つの電極１２０２ａに近接してエンベロープ１２０４の外部に配設される。図示するように、プレート１２０８ａは、エンベロープ１２０４を取り巻くリングを備えることができる。
第２のプレート１２０８ｂは、他の電極１２０２ｂに近接してエンベロープ１２０４の外部表面に位置する。２つのプレート１２０８ａ、１２０８ｂは、例えば、エンベロープ１２０４の外部表面に沿って縦方向に延びるワイヤ１２１０又は導電性ストリップを通してともに電気接続される。
一実施形態において、プレート１２０８ａ、１２０８ｂ及びワイヤ１２１０は、金属堆積を使用してエンベロープ１２０４に付けられる。代替的に、プレート１２０８ａ、１２０８ｂ及びワイヤ１２１０は、ばねクリップを使用して取付けられる。一実施形態において、プレート１２０８ａ、１２０８ｂ及びワイヤ１２１０は、単一導電性ストリップから形成される。
代替的に、一実施形態において、エンベロープ１２０４を構成する材料は、ランプによって放出される光をフィルタリングするように選択される。例えば、その材料は、ランプ１２００から放出される光が所望のスペクトルを有するように、紫外線又は赤外線スペクトル内の光の部分を遮断することができる。
図１３は、ランプ１３００の一実施形態を示す。図示するように、プレート１２０８ａ、１２０８ｂは、エンベロープ１２０４を完全に取り巻く。これらのプレートは、導電性ストリップ１３０２によって接合される。
図１４は、単一導電性ストリップ１４０２が、各端部が電極１２０２ａ、１２０２ｂの一方に近接するように、エンベロープ１２０４の外部表面に位置しているランプ１４００の一実施形態を示す。一実施形態において、複数の導電性ストリップは、各ストリップが全ての他のストリップから電気絶縁されるようにエンベロープ１２０４上に位置する。例えば、２つの導電性ストリップを、エンベロープ１２０４の対向する側に配置することができる。同様に、３つ以上の導電性ストリップを、エンベロープ１２０４上で互いから等距離に配置することができる。さらに、エンベロープ１２０４の周縁の回りに等間隔に配置された任意の数の導電性ストリップもまた、そのように配置することができる。
図１５は、プレート１５０４ａ、１５０４ｂがエンベロープ１２０４の半周未満にわたって延在するランプ１５００の一実施形態を示す。プレート１５０４ａ、１５０４ｂは導電性ストリップ１５０２によって接合される。導電性ストリップは、エンベロープ１２０４の円周の２５％未満を取り巻くことができる。一実施形態において、プレート１５０４ａ、１５０４ｂは一対のプレートを形成する。更なる対のプレートは、各対のプレートが全ての他の対のプレートから電気絶縁されるようにエンベロープ１２０４の回りに位置することができる。各対のプレートは、導電性ストリップ１５０２と同様に、導電性ストリップによって接合される。一実施形態において、対のプレートは、エンベロープ１２０４の回りに互いから等距離に配置される。
図１６は、ランプ１２００が本明細書で述べるように電源に接続され、それにより、ランプ１２００が直列共振回路９内の共振キャパシタ１６０２に並列であり、共振インダクタ１６０４に直列である回路図を示す。換言すれば、第１の電極１２０２ａは共振キャパシタ１６０２の一方のプレートに電気接続され、一方、第２の電極１２０２ｂは共振キャパシタ１６０２の他のプレートに電気接続される。ランプ１２００を点灯させるため、高周波交流が、共振回路９の共振周波数で又はその共振周波数付近でランプ１２００に印加される。プレート１２０８ａ（図示せず）は第１の電極１２０２ａとともにキャパシタとして働き、一方、第２のプレート１２０８ｂ（図示せず）は第２の電極１２０２ｂとともにキャパシタとして働く。プレート１２０８ａ、１２０８ｂは、電気接続されているとき、ランプと直列の２つのキャパシタとして働く。電極１２０２ａ、１２０２ｂの一方と対応するプレート１２０８ａ、１２０８ｂの一方との間の電圧がエンベロープ１２０４の内部の容積１２０６内のガスの絶縁破壊電圧を超えると、それぞれの電極１２０２ａ、１２０２ｂとプレート１２０８ａ、１２０８ｂとの間の静電放電によってガスが絶縁破壊し、プラズマを形成する。電極１２０２ａ、１２０２ｂにわたる電圧は、容積１２０６全体にわたってプラズマを急速に伝搬させ、それにより、ランプを点灯させる。
有意には、当業者に明らかであるように、容積内のガスの絶縁破壊電圧は、パッシェンの法則（Paschen’s Law）によって決定される。パッシェンの法則は、２つの端子間のガスの絶縁破壊電圧が端子間の距離及びガスの圧力によって決まることを述べている。したがって、各電極１２０２ａ、１２０２ｂと対応するプレート１２０８ａ、１２０８ｂとの間の距離が電極１２０２ａと１２０２ｂとの間の距離より著しく小さいとき、ランプ１２３０の点灯電圧は、標準的なガス放電ランプについて必要とされる点灯電圧より著しく低減される。
図１７は、点灯中でかつ平常稼働時に電極１２０２ａ、１２０２ｂにわたって印加される電圧を示す。図示するように、交流電圧は、ランプ１２００が点灯するまで徐々に増加する。一実施形態において、プレート１２０２ａ、１２０２ｂは、ランプ１２００が約３．５ｋＶで点灯するように構成される。ランプが点灯した後、電圧は、通常稼働中に使用される電圧まで減少する。
上記は単に本発明のいくつかの例及び実施形態に関する詳細な説明にすぎないこと、また、本発明の主旨又は範囲から逸脱することなく、本明細書における開示に従って、開示された実施形態に対して数多くの変更を行うことができることが理解される。したがって、上記の説明は、本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、過度の負担なく本発明を実施するのに十分な開示を当業者に提供することを意図する。

Claims (23)

  1. 耐候性試験装置であって、
    第１の電極及び第２の電極を閉囲するケーシングであって、前記電極のうちの一方の電極は該ケーシングのそれぞれの対向端に配設され、前記電極と該ケーシングの内部表面との間にギャップが画定され、前記ケーシングは前記ケーシング内に配設されるガスを含む、ケーシングと、
    ストリップであって、該ストリップの第１の端が前記第１の電極に近接して位置し、該ストリップの第２の端が前記第２の電極に近接して位置し、且つ該ストリップが前記第１の電極と前記第２の電極との間で、前記ケーシング上で縦方向に延在するように前記ケーシングの外部表面に結合された導電性材料を備え、前記電極が通電されると、該ストリップの前記第１の端は前記第１の電極に容量結合され、該ストリップの前記第２の端は前記第２の電極に容量結合される、ストリップと、
    を備える、アークランプと、
    前記電極に電気結合され、前記電極に通電するように構成される電源であって、前記電極と直列のインダクタ及び前記電極と並列のキャパシタを備える直列共振回路を備え、前記直列共振回路は、共振周波数を有し、また、
    ほぼ前記共振周波数で交番する電圧を有する信号を受信し、
    前記電極にわたってベース電圧を提供し、
    前記ランプの点灯を補助するため、バックアップエネルギーの蓄積を行い、且つ、
    前記ケーシングと前記第１の電極との間のギャップ内で静電放電を生成するのに十分な点灯電圧を前記第１の電極と前記ストリップとの間に提供する、電源と、
    を備える、耐候性試験装置。
  2. 前記ガスはキセノンから構成される、請求項１に記載の耐候性試験装置。
  3. 前記ストリップは金属から構成される、請求項１に記載の耐候性試験装置。
  4. 前記ストリップは金属堆積によって前記ケーシングの前記外部表面に結合される、請求項３に記載の耐候性試験装置。
  5. 前記ストリップは少なくとも１つのばねクリップによって前記ケーシングの前記外部表面に結合される、請求項１に記載の耐候性試験装置。
  6. 前記第１の電極の近接部から前記第２の電極の近接部まで延在する前記ケーシングの一部分は、形状が実質的に円柱状であり、前記部分の縦方向長さより小さい実質的に一定の直径を有する、請求項１に記載の耐候性試験装置。
  7. 前記電源は、一方向電圧を有する到来信号を受信して前記信号を前記直列共振回路に提供するように構成されるフルブリッジインバーターを更に備える、請求項１に記載の耐候性試験装置。
  8. 前記電源は、変圧器を更に含み、該変圧器は、前記フルブリッジインバーターに電気接続された一次巻線と、前記直列共振回路に電気接続され、前記フルブリッジインバーターから前記直列共振回路に電力を伝送するように構成される二次巻線とを有する、請求項７に記載の耐候性試験装置。
  9. 前記ストリップは電気絶縁される、請求項１に記載の耐候性試験装置。
  10. 耐候性試験装置用の放電光源であって、
    第１の電極、第２の電極、及びガスを閉囲するケーシングであって、該ケーシングは縦軸を有し、前記電極はそれぞれ、前記ケーシングの対向端において前記縦軸上に配設され、前記電極間に中央容積が画定され、前記電極のそれぞれの電極と前記ケーシングの内部表面との間にギャップが画定される、ケーシングと、
    第２のプレートに電気接続された第１のプレートを備える点灯補助具であって、前記プレートは導電性であり、前記ケーシングに接続され、それにより、前記電極が通電されると、前記第１のプレートが前記第１の電極に容量結合し、前記第２のプレートが前記第２の電極に容量結合する、点灯補助具と、
    を備える、放電光源。
  11. 前記点灯補助具は、前記縦軸に平行に前記ケーシングの外部表面に沿って前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に延在する導電性ストリップを更に備える、請求項１０に記載の放電光源。
  12. 前記ガスはキセノンから構成される、請求項１０に記載の放電光源。
  13. 前記プレートは金属から構成される、請求項１０に記載の放電光源。
  14. 前記ストリップは、金属堆積によって前記ケーシングの外部表面に結合される、請求項１３に記載の放電光源。
  15. 前記ストリップは、少なくとも１つのばねクリップによって前記ケーシングの外部表面に結合される、請求項１０に記載の放電光源。
  16. 前記中央容積に近接する前記ケーシングの一部分は、形状が実質的に円柱状であり、前記部分の縦方向長さより小さい実質的に一定の直径を有する、請求項１０に記載の放電光源。
  17. 前記プレートは前記ケーシングを取り巻かない、請求項１６に記載の放電光源。
  18. 前記電極にわたって電圧が印加されると、前記第１の電極と前記ケーシングとの間のギャップで静電放電を開始するように構成される、請求項１０に記載の放電光源。
  19. 前記静電放電が起こると、電離ガスが前記中央容積全体にわたって拡散するように構成される、請求項１８に記載の放電光源。
  20. 前記電圧は、前記電極間で第２の静電放電を直ちに開始するのに不十分である、請求項１８に記載の放電光源。
  21. 前記点灯補助具は電気絶縁される、請求項１０に記載の放電光源。
  22. 耐候性試験装置用のランプを稼働させる方法であって、前記ランプは、ガスと、一対の電極とを閉囲するケーシングであって、前記一対の電極は該電極のそれぞれの電極とケーシングとの間にギャップが存在するように配置される、ケーシングと、導電性ストリップであって、該ストリップの各端が前記一対の電極の一方に近接するように前記ケーシングの表面に取付けられる、導電性ストリップとを備え、前記電極は共振周波数を有する直列共振回路内のキャパシタに並列に電気接続され、該方法は、
    前記共振周波数付近で交番する供給電圧を前記直列共振回路に印加することと、
    前記直列共振回路を使用して前記一対の電極にわたってベース電圧を印加することと、
    前記ランプの点灯を補助するため、前記直列共振回路内にバックアップエネルギーを蓄積することと、
    前記ストリップと前記電極の一方との間で、該電極の該一方と前記ケーシングとの間の前記ギャップ内で静電放電を引起すのに十分な点灯電圧を生成し、前記ガスを電離させることと、
    前記対の電極間で電離ガスを伝搬させることによって前記ランプを点灯させることと、
    を含む、耐候性試験装置用のランプを稼働させる方法。
  23. 耐候性試験装置において使用するためのランプを点灯させる方法であって、前記ランプは、ガスと、ケーシングによって閉囲される容積によって分離される一対の電極と、前記ケーシングに取付けられる導電性ストリップであって、端を有し、該端はそれぞれ、前記一対の電極の一方に近接し、ギャップによって該一対の電極の該一方から分離される、導電性ストリップとを備え、該方法は、
    前記一対の電極にわたって電圧を印加することを含み、前記一対の電極間の電圧は、前記電極間の前記容積内のガスを電離するのに不十分であり、一方、前記ストリップと前記一対の電極の一方との間の電圧は、該一対の電極の該一方と前記ストリップとの間の前記ギャップ内の前記ガスを電離するのに十分である、
    耐候性試験装置において使用するためのランプを点灯させる方法。
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