JPH0298096A - 小型バルブ無電極ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は高電界を非常に小さなランプバルブ即ち発光灯
へ結合させるための改良型無電極ランプに関するもので
ある。

従来技術 無電極ランプは公知であり、プラズマ形成用媒体を収容
するバルブ即ち発光灯が配設されているマイクロ波空胴
を有している。マイクロ波エネルギーが空胴内へ供給さ
れると、バルブが発光して、それから射出される光は、
典型的には該空胴の１表面部分を形成するメツシュ部材
を介して空胴の外部へ取り出される。例えば、米国特許
節４．５３２．４２７号、第４，４８５，３３２号、第
４゜６８３．５２５号はこの様な無電極ランプを開示し
ている。

上述したタイプの無電極ランプにおいては、使用される
バルブは、通常、３／４インチ即ち１゜９ｃｍ以上の直
径を有している。より小型のバルブ、例えば１／２イン
チ即ち１．３ｃｍ以下の直径の一層小型のバルブを使用
することが望まれる場合、従来技術において使用されて
いる空胴はバルブに良好に結合することがなく、その結
果バルブによって射出される放射即ち光の量は十分な強
度を有するものではないことが判明した。

この理由としては、バルブの体積に対する表面積の比は
、バルブの直径に逆比例的に関係している。従って、バ
ルブが一層小さくなると、この比は増加し、その結果、
バルブ内のプラズマ形成用媒体はマイクロ波エネルギー
で励起されるので、励起されたガスからエネルギーを吸
収するために該バルブの単位体積当りより多くの表面積
が存在している。従って、バルブへの熱伝達はバルブが
小さくなると増加し、より大型のバルブから適宜の放射
レベルを発生するフィールドはより小型のバルブの場合
には適切なレベルの放射を発生することができなくなる
。

マイクロ波空胴の代わりに同軸伝送ラインを使用する無
電極ランプが提案されており、且つこれらの従来技術に
おいてはより小型のバルブへ結合させることが可能であ
る。例えば、米国特許節３゜９４３．４０３号及び第３
．９９３，９２７号を参照するとよい。しかしながら、
これらの無電極ランプにおいては、バルブ出力即ち射出
した光が部分的に遮蔽されることになるので本来的な欠
点を有しており、更にアークを発生する可能性がある。

目　　的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、約１／２インチ即ち
１．３ｃｍ以下の非常に小さなバルブへ高マイクロ波フ
ィールドを結合することが可能なマイクロ波空胴を使用
する無電極ランプを提供することである。

構成 本発明によれば、空胴の高さに関して独立的即ち無関係
であり且つこの様な高さに平行な電界ラインを有するよ
うにマイクロ波モードが選択される場合には、 Ｃ−Ａ／ｄ 尚、Ｃ−容量、Ａ−プレート面積、ｄ−プレート間隔（
空胴高さ）、 上の関係に基づいて、従来の寸法の空胴の高さを実質的
に減少させて、小型のバルブの領域内における電界を著
しく増加させることが可能である。

これにより、従来のものよりも長さが短い空胴となり、
その結果、従来技術において発生することが可能である
よりも本発明の小型バルブによって一層高いレベルの放
射の光を発生させることが可能となる。

実施例 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
について詳細に説明する。

上述した如く、本発明においては、空胴の高さに平行な
電界ラインを与えるようにモードが選択され、この様な
モードが存在することが空胴の高さと独立的である場合
には、従来の高さの空胴の高さを著しく減少させてバル
ブの近傍において著しく強力な電界を与えることが可能
である。

第１図を参照すると、それは直円筒空胴に対するモード
図であり、Ｄ−空胴直径、Ｌ−空胴長さく高さ）、Ｆ−
周波数である。この図から、ＴＭｏ＋ｏモードは空胴高
さと独立的であることが理解される。更に、このモード
は、空胴の円筒軸に平行な電界ラインを発生させる。

従って、本発明の一実施例においては、ＴＭｏ、。モー
ドで動作する直円筒が使用され、且つその空胴の高さは
空胴の中央領域におけるフィールドを最大とさせるよう
に調節しである。

この実施例を第２図に示してあり、図示した如く、空胴
には端部６及び８を具備する円筒壁４から構成されてお
り、これらの各端部はバルブによって射出される光に対
して実質的に透過性であるがマイクロ波エネルギーに対
しては実質的に非透過性であるメツシュからｔＲ成する
ことが可能である。別法としては、これらの端部の一方
を固体金属から構成し他方をメツシュから構成すること
が可能である。

バルブ（発光灯）１０は、約１／２インチ即ち１．３ｃ
ｍ以下の直径であり、該空胴のほぼ中央に位置されてい
る。しかしながら、バルブ１０の位置は高さ方向におい
て中間の位置とすることが望ましいが、必ずしも中間の
位置にすることが必要なわけてはない。

マグネトロン１２がマイクロ波エネルギーを発生し、そ
れは図示例においては２４５０ＭＨｚである。このマイ
クロ波エネルギーは、矩形状の導波管１４によって円筒
形空胴の側壁に設けたスロット１６へ結合される。バル
ブ１０はステム２０によって支持されており、該ステム
２０はモータ２０によって回転され、バルブが回転され
る間圧縮空気などの冷却用ガスを吹付けることによって
効率的な冷却が与えられる。

空胴２内における電界を第３図に示しである。

このフィールドは空胴の軸方向に沿っており、且つ空胴
の中心部において最大となっていることが理解される。

更に、与えられた直径のバルブに対する最大のフィール
ドが得られるまで空胴の高さを減少させていくとフィー
ルドは増加する。

その結果前られるランプは、従来使用されていたもめと
比較して著しく高さの短い空胴を使用することとなる。

例えば、従来技術においては、３／４インチ即ち１．７
ｃｍの直径のバルブへ結合させる円筒形ランプにおいて
は、空胴の高さは２゜６インチ即ち６．６ｃｍであり、
−力木発明ランプにおいては、１／２インチ即ち１．３
ｃｍの直径のバルブに結合するものであり、空胴の高さ
は１．０６インチ即ち２．７ｃｍであるに過ぎない。

本発明の好適実施例においては、内側バルブ直径は約１
３ｍｍであり、空胴の長さは］、０６インチ即ち２．７
ｃｍであり、その直径は３．４インチ即ち８，４ｃ’ｍ
である。

本発明の原理はその他の形状の空胴に対しても適用可能
であることは勿論である。例えば、第４図はＴ　Ｅ　＋
　ｏ−モードで動作される非常に小さなバルブへ結合す
るための高さの小さな矩形状空胴を示している。

ランプが動作を開始した後に、空胴に対するインピーダ
ンスは開始時のものとは異なったものとなり且つそれに
よって動作モードが幾分影響されるということが知られ
ている。従って、本発明においては、それぞれのモード
はランプが動作を開始する前に存在するものであると仮
定する。

本発明の更に別の実施例を第５図に示しである。

この実施例においては、空胴３０は１個以上のセグメン
ト３２．３４からなる側壁から構成されており、各セグ
メントは円錐部分から形成されており、巨つ各セグメン
トは反射性の内側表面を有している。該空胴の端部は、
それぞれメツシュ３６及び３８から構成されており、一
方空胴の後側において、外部反射器４０が配設されてお
り、それもセグメント構成とすることが可能である。同
様に、外部反射器部分４２が空胴の前部に配設すること
が可能でありこれもセグメント構成とすることが可能で
ある。

反射用空胴側壁３２．３４及び後部及び前部外部反射器
４０及び４２の効果は、バルブ３７から射出された光を
反射するために所望の形状の全体の反射器を与えること
である。該反射器はセグメントから構成するものとして
示しであるが、それを連続的な表面を存する構成とする
ことも可能である。

本発明に基づく無電極ランプの好適実施例を第６図に示
しである。第６図を参照すると、バルブ５６が円筒側壁
内に結合スロット６６を有する円筒空胴５２内に配設さ
れている。マグネトロン６８はマイクロ波パワーを供給
し、それは導波管７０によって空胴へ結合される。該導
波管は第８図に明確に示した如くマグネトロンの回りに
屈曲して設けられており、互いに屈曲された部分７１゜
７２．７３から構成されている。

バルブ５６はバルブステム５８に装着されており、ステ
ム５８はモータ６０によって回転され、圧縮空気がノズ
ル６２からバルブへ吹付けられてバルブを冷却する。第
７図に明確に示される如く、該バルブステムは電界の方
向に対して所定の角度（好適には１１０度乃至１３０度
）で傾斜して配設されており、その構成により第１図の
実施例の場合と比較してバルブ全体に渡ってより一層均
−な温度分布が得られる。第１図の実施例においては、
バルブステムが電界の方向に対して直交する方向に延在
している。更に、第６図においては１個の冷却用ノズル
６２のみ示されているが、付加的なノズルを使用するこ
とが可能であり、一実施例においては、第６図における
ノズル６２の下側に別のノズルを位置させる。

第９図は、正方形断面の空胴を使用する場合の本発明の
更に別の実施例を示している。この実施例においては、
マグネトロン８８からのエネルギーは導波管９２によっ
て結合スロット９４を介して空胴８２へ結合され、一方
バルブステム８７はバルブ８６を電界に対して９０度以
外の角度で回転自在に支持している。このランプは、第
４図に示したものと同様であり、ＴＥＩｏ１モードで動
作させることが可能である。

以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
ではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種
々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は直円筒に対するモード図を示した説明図、第２
図は本発明の一実施例を示した概略図、第３図は第２図
の実施例における電界ラインを示した説明図、第４図は
本発明の別の実施例を示した概略図、第５図は本発明の
更に別の実施例を示した概略図、第６図は本発明の好適
実施例を示した概略図、第７図は第６図の実施例の詳細
図、第８図は第６図の実施例において使用される導波管
を示した詳細図、第９図は本発明の更に別の実施例を示
した概略図、である。 （符号の説明） １０：バルブ（発光灯） １４：導波管 １６：スロット ２０：ステム ２２：モータ ３０：マイクロ波空胴 ３６．３８：メツシュ ４０；外部反射器 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、約１．３ｃｍ以下の非常に小型のバルブへ高マイク
   ロ波フィールドを結合させる無電極ランプにおいて、規
   則的形状の断面を有しており且つ前記断面に対して直交
   する方向に高さ寸法を有するマイクロ波空胴が設けられ
   ており、前記空胴断面のほぼ中心の領域において前記空
   胴内に配設されておりプラズマ形成用媒体を収容する約
   １．３ｃｍ以下の非常に小型のバルブが設けられており
   、予め選択した周波数のマイクロ波エネルギーを発生す
   る手段が設けられており、前記マイクロ波エネルギーを
   前記空胴へ結合する導波管手段が設けられており、前記
   空胴の寸法は前記マイクロ波空胴の高さとは独立的であ
   り且つ前記空胴断面の中心部近傍の前記領域において前
   記空胴の前記高さ寸法と平行な電界ラインを有する予備
   開始モードにおいて前記ランプが動作されるような前記
   マイクロ波エネルギーの周波数に関連しており、前記空
   胴の高さが前記約１．３ｃｍ以下の非常に小型のバルブ
   へ結合させるために前記空胴断面の中心近傍の前記領域
   において強力なマイクロ波フィールドを与えるのに十分
   に小さいものであることを特徴とする無電極ランプ。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記空胴は直円筒
   形状であり且つ前記モードは前記ランプがＴＭ＿０＿１
   ＿０モードで動作されるものであることを特徴とする無
   電極ランプ。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記空胴は矩形平
   行パイプ形状であり、且つ前記モードは前記ランプがＴ
   Ｅ＿１＿０＿１モードで動作されるものであることを特
   徴とする無電極ランプ。 ４、特許請求の範囲第３項において、前記矩形平行パイ
   プ形状の断面が正方形であることを特徴とする無電極ラ
   ンプ。 ５、特許請求の範囲第２項において、前記空胴は結合ス
   ロットを有しており、前記結合スロットは前記空胴の湾
   曲した円筒状壁に設けられていることを特徴とする無電
   極ランプ。６、特許請求の範囲第５項において、前記結
   合スロットの長尺寸法は前記空胴壁の円周方向に沿って
   いることを特徴とする無電極ランプ。 ７、特許請求の範囲第２項において、前記予め選択した
   マイクロ波周波数が２４５０ＭＨｚであり、前記バルブ
   の寸法は約１．３ｃｍであり、前記空胴の寸法は約８．
   ６ｃｍであり、前記空胴の高さは約２．７ｃｍであるこ
   とを特徴とする無電極ランプ。 ８、特許請求の範囲第１項において、前記空胴は固体物
   質からなる円筒状空胴壁及び前記空胴の高さ寸法に対し
   直交するそれぞれ離隔した面内に沿う二つの円筒状端部
   から構成されており、各端部は前記バルブによって射出
   される光に対して実質的に透過性であるがマイクロ波放
   射に対しては実質的に非透過性であるメッシュ物質から
   形成されていることを特徴とする無電極ランプ。 ９、特許請求の範囲第２項において、前記円筒状空胴は
   前記バルブによって射出される光に対しては実質的に透
   過性であるがマイクロ波放射に対しては実質的に非透過
   性であるメッシュ物質から構成されているそれぞれの端
   部を有していることを特徴とする無電極ランプ。 １０、特許請求の範囲第１項において、前記空胴は側壁
   及び２個の端部から構成されており、且つ前記側壁は少
   なくとも円錐部分の形状であり、且つ反射性物質の空胴
   の少なくとも内側上に形成されていることを特徴とする
   無電極ランプ。 １１、特許請求の範囲第１０項において、前記側壁は複
   数個の接続した円錐部分の形状をしており、その全ては
   反射性物質からなる空胴の少なくとも内側上に形成され
   ていることを特徴とする無電極ランプ。 １２、特許請求の範囲第１０項において、前記端部は前
   記バルブによって射出される光に対しては実質的に透過
   性であるがマイクロ波放射に対しては実質的に非透過性
   であるメッシュ物質から構成されており、且つ各空胴端
   部から延在する部分的な反射器が設けられていることを
   特徴とする無電極ランプ。 １３、特許請求の範囲第２項において、前記導波管手段
   は、前記マイクロ波エネルギーを発生する手段の回りに
   巻着されるべく屈曲されていることを特徴とする無電極
   ランプ。 １４、特許請求の範囲第１３項において、前記導波管手
   段は三つの直角部分を有することを特徴とする無電極ラ
   ンプ。 １５、特許請求の範囲第３項において、前記導波管手段
   が直線状の矩形状導波管を有しており、該導波管はマイ
   クロ波エネルギーが該導波管から出て前記空胴内に入る
   ことを許容するために前記導波管の長尺寸法の方向に沿
   ったスロットを有していることを特徴とする無電極ラン
   プ。 １６、特許請求の範囲第２項において、前記バルブはバ
   ルブステム上に回転自在に装着されており、前記バルブ
   ステムは前記電界ラインの方向に関して９０度以外の角
   度で配設されていることを特徴とする無電極ランプ。 １７、特許請求の範囲第１４項において、前記バルブが
   バルブステム上に回転自在に装着されており、前記バル
   ブステムは前記電界ラインの方向に関して９０度以外の
   角度で配設されていることを特徴とする無電極ランプ。