JP2583619B2

JP2583619B2 - 無電極ランプ

Info

Publication number: JP2583619B2
Application number: JP1285050A
Authority: JP
Inventors: イー．シンプソンジェームズ; カマラヒモハメッド; ジイ．ユーリーマイケル
Original assignee: Fusion Systems Corp
Current assignee: Fusion Systems Corp
Priority date: 1988-11-04
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1997-02-19
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: DE3935058A1; DE3935058C2; JPH02183904A; US4887192A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、無電極ランプの改良に関するものであり、
更に詳細には、比較的小型のバルブを使用し該バルブに
マイクロ波を供給することにより比較的高い光出力を得
る無電極放電ランプに関するものである。

従来技術従来の無電極ランプは、典型的に、3/4インチ（1.91c
m）以上の直径を有するバルブを使用しており、幾つか
の適用においては、約1/2インチ（1.27cm）以下の直径
の比較的小型のバルブを使用することが望ましい。例え
ば、この様な小型のバルブが好適である１つの理由は、
その場合には、ランプの始動がより短時間で行われ、そ
のことがある適用場面においては必要であったり又は望
ましかったりするからである。然し乍ら、小型のバルブ
へマイクロ波を効率的に供給することには特別の問題が
存在している。

小型のバルブにマイクロ波エネルギを結合させること
即ち供給することには、例えば、ランプ内の電界が空胴
の高さ方向に実質的に平行となり且つ空胴の高さを十分
に小さくして強力な電界をバルブに結合させるようにマ
イクロ波動作モードを設定すべく共振空胴の形状及び寸
法を選択することが必要である。

この様な構成とすることにより強力な電界をバルブに
結合させることが可能であるが、バルブから射出される
光出力を所定の方向へ指向させ且つ光出力レベルを改善
させるために反射器を設けることが必要となる。従来の
多くの無電極ランプにおいては、例えば、米国特許第4,
485,332号及び第4,683,525号における如く、マイクロ波
空胴の主要な部分はリフレクタ即ち反射器としても作用
している。然し乍ら、小型のバルブに結合させる場合
に、バルブに対して強力な結合が発生するためには、空
胴の寸法を極めて小さくせねばならず、その結果、どの
ような既知の反射性空胴の場合でも所要の動作周波数に
おいて共振が得られないことが判明した。

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、小型のバルブから
の光出力を向上させた改良型の無電極ランプを提供する
ことを目的とする。本発明の別の目的とするところは、
始動時及び定常状態動作時の両方において最適なマイク
ロ波結合状態を提供するために自動的に同調することが
可能な無電極放電ランプを提供することである。

構成本発明によれば、上述した従来技術の問題を解消する
ことが可能な独特のマイクロ波空胴を有する無電極ラン
プが提供される。該空胴は、異なった断面寸法であり、
好適には異なった断面形状の別個の第１及び第２部分を
有する複合共振構成を有している。マイクロ波エネルギ
が、第１空洞部分乃至は前記室内に供給され、一方バル
ブは第２空胴部分内に位置されており、該第２空胴は該
バルブから射出される光を該空胴外部へ反射させるリフ
レクタ乃至は反射器である。

第１及び第２空胴部分の寸法は、その構成全体が共振
状態となり、且つ強力な電界をバルブに結合させるのに
十分に小さな空胴の高さ方向にほぼ平行な電界が発生す
るようなものに設定される。該反射器の断面形状は円形
状であり、一方好適実施例においては、該前部室の断面
形状は矩形状であり、従ってマイクロ波結合要素の製造
を容易としている。

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。

第１図を参照すると、小型のバルブに効果的に結合さ
せることの可能なランプが示されている。それは、側部
及び端部６及び８で囲まれた円筒壁４から構成される円
筒空胴から構成されている。端部８は、紫外線や可視光
線等の光を通過することを許容するがマイクロ波エネル
ギを空胴内に閉じ込める機能を有するメッシュ乃至はス
クリーンであり、且つ小型のバルブ10が空胴のほぼ中心
近くに位置されている。

マグネトロン12はマイクロ波エネルギを発生し、その
エネルギは導波管14を介して円筒壁内の結合用スロット
16へ供給される。モータ22はバルブ10を回転させ、該バ
ルブはステム20により支持されており、一方冷却ガス
（不図示）がバルブ上に吹き付けられる。空胴４は、使
用されるマイクロ波エネルギの周波数に関連して寸法が
設定されており、従ってTM₀₁₀モードが設定され、その
場合の電界は空胴の高さ方向とほぼ平行に設定され、且
つ空胴の高さは十分に小さくされ、例えば実施例におい
ては約1.06インチ（2.69cm）とし、強力な電界をバルブ
に結合させ、バルブから強力な照射を射出させる。別の
実施形態においては、空胴は円形ではなく矩形形状に形
成する。従って、空胴の形状は任意の所望の形状とする
ことが可能である。

前述した如く、第１図に示したランプの構成において
は、リフレクタ即ち反射器が設けられていない。従来の
無電極ランプにおいては、反射器を具備した種々の形状
の空胴を使用するものであるが、この様な従来装置の空
胴は本発明のランプにそのまま適用することは殆どの場
合に不向きである。何故ならば、従来の空胴を、小型の
バルブと効果的に結合させる為に小さな形状とさせる
と、所望の動作周波数である2,450mHzにおいて共振状態
とならなくなるからである。

本発明の１側面によれば、第１部分及び第２部分を有
する複合共振構造を有する独特のマイクロ波空胴を使用
し、その空胴は小型のバルブと効果的に結合することが
可能なものである。第１部分及び第２部分は異なった寸
法であり、且つ好適には、異なった断面形状を有し、且
つマイクロ波エネルギは第１部分即ち前部室内へ結合乃
至は供給され、一方第２部分は反射器を有するものであ
る。

第２図を参照すると、本発明の１実施例に基づいて構
成された無電極ランプが示されている。第２図に示した
無電極ランプは、空胴30を有しており、空胴30は、第１
部分乃至は前部室32及び反射器を具備する第２部分34か
ら構成される複合共振構成を有している。小型バルブ36
は実質的に反射器34内に位置されており、一方マイクロ
波エネルギは前部室32へ結合される。

理解される如く、前部室32は、反射器34よりも一層大
きな断面積を有しており、且つ反射器と前部室との間で
断面積が不連続に変化する部分が存在している。この複
合構成体は、所定の周波数、例えば2450MHzで共振状態
となるべく寸法構成されており、共振状態となると、電
界の方向はこの複合構成体の高さ方向とほぼ平行とな
り、一方反射器の壁近傍において幾分裾広がりの形状を
している。

反射器34の断面形状は、円形状であり、一方前部室32
の断面形状は、好適には矩形形状である。矩形形状の空
胴への結合は円形形状の空胴への結合よりも機械的によ
り簡単であり、このような結合を確立するための部品を
製造する場合に著しく困難性が解消され、コスト低減化
が可能となる。

反射器34の口部は、それを被覆してスクリーン乃至は
メッシュ38が配設されており、それは光を通過すること
を許容する一方、マイクロ波エネルギを空胴内に閉じ込
める作用を行う。更に、反射器の反射性表面は、第２図
に示した如くにセグメント化し異なった傾斜角度を有す
る部分から形成することが可能であり、一方連続的に湾
曲する表面を有するものとすることも可能である。

マイクロ波エネルギはマグネトロンアンテナ56を有す
るマグネトロン54によって発生され、且つ矩形状の導波
路48によって空胴に結合されている。前部室32は、端部
壁45内に結合用スロット46を有しており、その長手方向
寸法は図面中の面と直交する方向であり、且つそれはマ
イクロ波エネルギを空胴に結合させる上で有効である。
導波路はフランジ50を有しており、フランジ50は前部室
32のフランジ52へ固着されている。

前部室32の端部40は、位置を調節することが可能に設
けることが可能であり、即ち第２図において、端部40は
左右に移動させることが可能であり、それにより空胴の
実効長を変化させることが可能である。これは、空胴の
長さを調節することにより性能に影響を与えることが可
能であるので、ランプを同調させる上で有用である。

第３図は、第２図に示した実施例の概略平面図であ
る。図示した如く、この実施例においては、反射器34が
矩形状の前部室32のほぼ中心に整合して位置されてい
る。然し乍ら、所望により、このような配置以外の配置
とすることも可能であることは勿論である。第３図は、
更にモータ37を示しており、このモータ37はステム39を
介してバルブ36を回転させるために使用される。これに
より、バルブを冷却することに貢献する。一方、バルブ
の冷却を行う為に、冷却用空気の流れをバルブに吹き付
ける構成とすると良い。バルブのステム39は、好適に
は、定在波の最小値近傍の位置に位置させ、電界に影響
を与えることを最小とすることが望ましい。

第２図及び第３図を参照すると、ブロワー58が示され
ており、これはマグネトロン54への冷却を与える。所望
により、導波路48内に付加的な開口を設けて冷却用空気
を供給し、導波路及び空胴を冷却する構成とすることが
望ましい。

第４図乃至第８図は、本発明の別の実施例を示してお
り、これらの別の実施例は、マイクロ波結合用構成を除
いて第２図及び第３図に示した実施例と構成が類似して
いる。尚、同様の構成要素には同様の参照番号を付して
ある。

第４図の実施例においては、前部室32′には、導波路
48′の底部内の結合用スロットから、端部ではなく上部
から、マイクロ波エネルギが供給される構成となってお
り、且つ前部室は、端部部分60を有しており、その端部
部分60の上部にスロット62を有しており、スロット62は
図面の面に対して直交する方向に延在している。

第５図の実施例においては、導波路48″は、導波路の
端部における対応するスロット72から前部室32″の上部
にけるスロットにマイクロ波エネルギを供給し、且つ該
スロットの長さ軸方向も図面の面に直交している。第６
図の実施例は、第５図の実施例と類似しているが、導波
路48は前部室32の上部における結合用スロット75に
マイクロ波エネルギを供給し、その場合に、該スロット
の長手方向は前部室の長手方向と平行である。第７図
は、第６図の平面図であり、且つマグネトロンアンテナ
56を示している。

第６図及び第７図の実施例に類似する別の実施例にお
いては、スロットは上部ではなく、前部室の側部壁に位
置され、且つ第６図及び第７図における場合と同一の方
向である。

第８図の実施例においては、マイクロ波の供給は導波
路の代わりに同軸ケーブル81を使用している。同軸ケー
ブルは外側導体84と内側導体85とから構成されており、
且つ結合ループ86で終端しており、該ループは前部室32
′の上部におけるスロット82を介して延在している。

注意すべきことであるが、本発明のランプは好適には
同調状態とさせるものであり、従って同調状態とさせる
場合には、種々の部品の寸法が変化することは重要な結
果を発生する。例えば、前部室32の長さ及び供給用導波
路48の長さが重要な場合があり、又前部室32と相対的に
反射器34を正確に位置決めすることが重要な場合もあ
る。これらのパラメータは、個々の適用に対して最適化
させることが可能である。

本発明の更に別の側面を第９図に示してある。始動時
と定常状態動作時との間において空胴端部における調節
可能なショートの位置を変化させて空胴の前部室部分の
長さを変化させることにより、動作に有効な影響を与え
ることが可能であることが判明した。

公知の如く、無電極ランプ内のバルブによって与えら
れるインピーダンスは、バルブの始動時とそれが点灯さ
れた後の状態とでは変化する。このような負荷インピー
ダンス変化に対して補償を行う為に、本発明によれば、
空胴の同調状態を始動後に変化させて、空胴を新たな負
荷インピーダンスに対して最適に同調させる。

第９図を参照すると、前部室端部100は、その内部に
ショート102を有しており、それはスプリングフィンガ
ー104によって前部室内に摺動自在に支持されている。
該ショートは、ソレノイドプランジャー106に取付けら
れており、プランジャー106は、拡大プランジャー部分1
05が前部室の端部110に当接する内側位置と、前部室内
に位置されている停止手段107に当接する外側位置との
間で、該ショートを移動させることが可能である。

本発明のこの側面に関する動作において、ソレノイド
コイル108を付勢すると、ソレノイドプランジャーが移
動されて、ショート102を内側位置と外側位置との間で
移動させる。例えば、ショートは、バルブの始動時には
内側位置に位置させ、且つバルブが点灯した後には外側
位置へ移動される。このことは、ランプの点灯を検知す
る光検知器112を設けることにより達成することが可能
であり、光検知器112は制御器114へ信号を送給し、制御
器114はソレノイドコイル108を付勢させて、ソレノイド
プランジャーを外側位置へ移動させる。勿論、このシス
テムのより簡単な変形例においては、光検知器を省略す
ることが可能であり、ソレノイドは、ランプに電力を供
給した後に所定の一定の時間の間、付勢される構成とす
ることが可能である。

第２図及び第３図に基づいて本発明の１実施例に基づ
いて達成した実際の具体例においては、複合共振構成体
の全体の高さは1.250インチ（3.175cm）であり、一方前
部室の内部の高さは0.375インチ（0.953cm）であり、反
射器の内部の高さは0.8ンチ（2.032cm）であった。更
に、前部室の内部の長さ及び幅は、夫々、4.5インチ（1
1.43cm）及び３インチ（7.62cm）であった。更に、上部
における反射器の内側直径は2.5インチ（6.35cm）であ
り、底部においては、1.687インチ（4.285cm）であっ
た。バルブは球状であり、約0.5インチ（1.27cm）の直
径であった。

以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明
したが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきも
のでは無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに
種々の変形が可能であることは勿論である。例えば、上
述した具体例においては、矩形状の前部室及び円筒状の
反射器を使用しているが、前部室及び反射器はその他の
任意の形状とすることが可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は小型のバルブを使用する無電極ランプの１例を
示した概略斜視図、第２図は本発明の１実施例に基づい
て構成された無電極ランプの概略断面図、第３図は第１
図の装置の概略平面図、第４図乃至第８図は本発明の種
々の実施例を示した概略図、第９図は本発明の自動空胴
同調機構を示した概略図、である。（符号の説明） 30:空胴 32:第１部分 34:第２部分 36:バルブ 38:メッシュ 48:導波路 54:マグネトロン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者モハメッドカマラヒアメリカ合衆国，メリーランド 20852, ロックビル，ブラックスフィールドコート 12200，ナンバー９ (72)発明者マイケルジイ．ユーリーアメリカ合衆国，メリーランド 20817, ベセスダ，イーストハルバートロード 6518

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】小型バルブにマイクロ波を供給し該バルブ
から光出力を得る無電極ランプにおいて、マイクロ波空
胴、前記マイクロ波空胴の開口部に配設されてマイクロ
波を透過させないが光は透過させるメッシュ、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バル
ブ、マイクロ波エネルギ発生手段、発生されたマイクロ
波エネルギを前記空胴へ結合させる結合手段、を有して
おり、前記空胴はその中の電界が高さ方向に対してほぼ
平行であるようにマイクロ波エネルギの周波数に関連す
る寸法形態の複合共振構成を有しており、且つ前記空胴
の高さ寸法は所要の強度の電界が前記バルブに結合され
るのに十分に小さな値であり、且つ前記複合共振構成は
別個の第１部分及び第２部分とから構成されており、前
記第２部分は前記第１部分よりも一層大きな高さを有し
ているが、前記第１部分は前記第２部分よりも一層大き
な断面を有しており、マイクロ波エネルギは前記第１部
分へ供給され、且つ前記バルブは実質的に前記第２部分
内に位置されており、前記第２部分は前記バルブによっ
て射出される光を前記空胴の外部へ反射させる反射器で
あることを特徴とする無電極ランプ。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記複合
共振構成の第１部分の断面形状は矩形形状であり、且つ
前記第２部分の断面形状は円形形状であることを特徴と
する無電極ランプ。