JP2009158100A - アンテナ励起型マイクロ波放電ランプの点弧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な装置でガス圧の高い放電ランプの点弧が確実に行なえるアンテナ励起型マイクロ波放電ランプの点弧装置を得る。
【解決手段】発光物質が封入された放電容器（１６）内に第１アンテナ部材（１７）の一端部と第２アンテナ部材（１８）の一端部とを突出させるとともに、該第１、第２アンテナ部材（１７，１８）の一端部同士を放電に適した間隙で対面させてなる放電ランプと、少なくとも前記第１アンテナ部材（１７）にマイクロ波に供給して該第１アンテナ部材（１７）の突出端からマイクロ波を放出して前記放電容器（１６）内の発光物質を励起させるマイクロ波発振器（２）と、点弧用の周波数及び電圧を発生する点弧電源（２５ａ）とを設け、前記点弧電源（２５ａ）の出力端子に点弧線（２５ｂ）を接続するとともに、該点弧線（２５ｂ）の先端部（２５ｃ）を前記第２アンテナ部材（１８）の他端部（１８ａ）に接近させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電容器内にアンテナ部材を突出させ、該アンテナ部材から放電容器内に電磁波を照射することによって放電容器内に封入された発光物質を励起し、発光させるアンテナ励起型マイクロ波放電ランプに関し、特にその点弧装置に関するものである。

アンテナ励起型マイクロ波放電ランプは、ランプ内への封入ガスの圧力が高いときに優れたランプ特性を発揮する。放電容器内に主として金属蒸気を封入したメタルハライドランプでは、点灯前のガス圧は５気圧（５０６，５ｋＰａ）〜１０気圧（１０１３ｋＰａ）、放電容器内に主としてキセノンガスを封入したキセノンランプでは、点灯前のガス圧は２０気圧（２０２３ｋＰａ）〜５０気圧（５０６５ｋＰａ）となっている。

このような高気圧ランプを点弧するには、特別なランプ点弧方式が必要となる。例えば、ランプに供給するマイクロ波電力を点灯中の１０倍以上に高めれば点弧は可能であるが、これではマイクロ波発振器が大型、かつ高価となって現実的ではない。

この種のランプを起動（点灯）させる技術として特許文献１があった。即ち、発光物質が封入された放電容器内に第１の導体アッシーの一端部と、第２の導体アッシーの一端部とを突出させるとともに、該両者の一端部同士を所定の間隙を保持して対面させ、前記第１の導体アッシーに高周波の電磁波を供給する電源部を設ける。

前記第２の導体アッシーに起動用補助電極を接続し、該起動用補助電極に高電圧（１０ｋＶの電圧）を発生する高電圧パルス発生器を接続する。あるいは、前記第２の導体アッシーの周囲をコイル状の起動用補助電極で包囲し、該起動用補助電極を前記高電圧パルス発生器に接続する。

そして、電源部から前記第１の導体アッシーに高周波の電磁波を供給し、該第１の導体アッシーの一端部から電磁波を照射すると同時に、高電圧パルス発生器から第２の導体アッシーに高電圧パルスを印加してその周りに高電界を発生させることで、ランプを起動（点灯）させる、ようにしたものがあった。

前記従来のものは、高電圧パルス発生器に接続された起動用補助電極を、直接第２の導体アッシーに結合（接続）したり、あるいはコイル状にして誘導結合したりしていたため、ランプの取付け、交換、あるいはランプを点検する際に手数を要するものであった。さらに、電源部から第１の導体アッシーに供給する電磁波とのマッチングが難しく、放電容器内に放電し易い放電補助ガスを封入したり、放電容器を二重壁にしてその密閉空間内に１気圧未満の放電補助ガスを封入したりするなどの対策を必要するものであった。
特開２００７−２２７１７０号公報

本発明は、簡素な装置でガス圧の高い放電ランプの点弧が確実に行なえるアンテナ励起型マイクロ波放電ランプの点弧装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、発光物質が封入された放電容器内に第１アンテナ部材の一端部と第２アンテナ部材の一端部とを突出させるとともに、該第１、第２アンテナ部材の一端部同士を放電に適した間隙で対面させてなる放電ランプと、少なくとも前記第１アンテナ部材にマイクロ波を供給し、該第１アンテナ部材の突出端からマイクロ波を放出して前記放電容器内の発光物質を励起させるマイクロ波発振器と、点弧用の周波数及び電圧を発生する点弧電源とを設け、前記点弧電源の出力端子に点弧線を接続するとともに、該点弧線の先端部を前記第２アンテナ部材の他端部に間隙を保持して接近させる構成にしたものである。
請求項２に係る発明は、前記点弧電源は、周波数５ｋＨｚ以上、電圧６ｋＶ以上の電磁波を発生する構成にしたものである。
請求項３に係る発明は、前記第２アンテナ部材の他端部と点弧線の先端部との間隙を５ｍｍ以上としたものである。

請求項１に係る発明は、マイクロ波発振器を作動させた状態で点弧電源を作動させると、点弧線の先端部から放射された電磁波が第２アンテナ部材で受信され、放電容器内部に伝搬して第２アンテナ部材の放電容器内部の先端部に微小放電を形成し、このときに生じる電子が初期電子となって第１、第２アンテナ部材のギャップ間の強いマイクロ波電界により加速され、放電ランプが瞬時に点弧することになる。また、点弧線の先端部を前記第２アンテナ部材の他端部に間隙を保持して接近させるようにしたので、ランプインピーダンスの変化は少なくなり、点弧時のランプ特性に与える影響は少なくなる。さらに、点弧線の先端部が放電ランプと離れているので、放電ランプの取付け、交換、あるいは放電ランプを点検する際に、工数が低減してこれらの作業が容易になるとともに、放電ランプ−点弧線間に荷重付加が加わらなくなって損傷し難くなる。
請求項２に係る発明は、点弧電源の出力を小さくしたので、小型かつ安価となる。
請求項３に係る発明は、第１、第２アンテナ部材から５ｍｍ以上の離れた位置に設置された点弧線からの電磁波により第２アンテナ部材の放電容器内部の先端部に微小放電を形成し、放電ランプが確実に点弧することになる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図面において、図１は本発明の装置全体を示す側面図、図２は図１の要部拡大断面図である。

図１、図２において、１は放電ランプ装置であり、固体マイクロ波発振器２、アンテナ励起型マイクロ波放電ランプ（以下放電ランプという）１５、凹面反射鏡２０、及び点弧電源装置２５を有する。固体マイクロ波発振器２は２．４５ＧＨｚのマイクロ波が発振されるようになっている。なお、該固体マイクロ波発振器２は９００ＭＨｚ以上のマイクロ波が発振されるものであってもよい。

前記放電ランプ１５はコネクターを兼ねた同軸導波管（ランチャー）５を介して固体マイクロ波発振器２の正面側に着脱可能に取り付けられる。同軸導波管５は、図２に示すようになっている。即ち、固体マイクロ波発振器２の発振部に接続される同軸ケーブル３の先端部（図２において右端部）に筒状の連結管６及びめす差込口７を取り付ける。

前記連結管６は同軸ケーブル３の外部導体３ａに固着して同軸ケーブル３から外方（図２において右方）に突出させ、外周部に連結用の雄ねじを形成する。また、前記めす差込口７は同軸ケーブル３の内部導体３ｂに固着して該同軸ケーブル３から外方に突出させる。

一方、固体マイクロ波発振器２のケース２ａの正面側に段付き筒状の支持管８を貫通させて固定し、該支持管８の内端部（図２において左端部）に筒状の連結ナット９を回転可能に取り付け、該連結ナット９を前記連結管６の雄ねじにネジ嵌合させて前記連結管６、従って同軸ケーブル３を同軸に連結する。

前記めす差込口７に小径かつ短尺な中継内部導体１０を抜差し可能に嵌合させて前記支持管８及び連結管６の軸心部に位置させる。これにより、前記中継内部導体１０と支持管８及び連結管６とで同軸導波管５を構成する。この場合、前記中継内部導体１０と支持管８及び連結管６との間隙は、同軸導波管５の特性インピーダンスが固体マイクロ波発振器２の有する特性インピーダンスと等しくなるように設定、本例では５０Ωとなるように設定する。

前記中継内部導体１０の先端部（図２において右端部）にソケット部１０ａを形成する。該ソケット部１０ａは、後述する放電ランプ１５の第１アンテナ部材１７が抜き差し可能に又は一体的に嵌合できる内径とする。

前記放電ランプ１５は、アンテナ励起型マイクロ波放電ランプからなり、石英ガラス等の透光性資材により中空の楕円状に形成された放電容器１６の長軸側両端部に、第１アンテナ部材１７、及び第２アンテナ部材１８を取付け、該放電容器１６内に、例えば、キセノンガスと少量の添加物とからなる発光物質を封入してなる。

前記第１、第２アンテナ部材１７，１８は、導体性資材、例えばタングステン、モリブデン等の耐熱性資材、あるいは放電ガスに対して耐腐食性を有する白金、金等によりピン状、あるいは帯板（ストリップライン）状に形成されてなり、先端部（一端部）を放電容器１６の長軸側両端部から、該放電容器１６内に突出させるとともに、放電容器１６内の中心部で互いに対向させる。該両者の間隙、つまりギャップは放電に適した値、本例では２ｍｍ〜３ｍｍとする。

前記第１、第２アンテナ部材１７，１８の外端部（他端部）１７ａ，１８ａは放電容器１６から外部に突出させるとともに、その周囲を放電容器１６と略同等のセラミック材により包囲し、第１アンテナ部材１７の外端部１７ａに前記中継内部導体１０の ソケット部１０ａを抜き差し可能に嵌合、又は接着剤を介して嵌合固着する。

前述した凹面反射鏡２０はアルミ材により長軸方向中心部で分割した半楕円型に形成し 、内面は鏡面に仕上げて電磁波が反射する反射面とする。前記凹面反射鏡２０は、背面に形成したボス部２１を固体マイクロ波発振器２のケース２ａに固定した保持管２２に嵌合させて同軸導波管５と同軸に位置決めし、止めボルト２３によってケース２ａに一体的に固定する。

前記凹面反射鏡２０の背面壁の中心部にランプ挿通孔を形成し、該挿通孔に放電ランプ１５の第１アンテナ１７の外端部１７ａを正面方向（図２において右方）から抜き差し可能に嵌合させ、該第１アンテナ１７に取り付けた中継内部導体１０の外端部（左端部）を前述しためす差込口７に嵌合させる。前記放電ランプ１５の中心部（光源）は凹面反射器２０の焦点Ｆ１部に位置させる。

前述した点弧電源装置２５は、周波数５ｋＨｚ以上、電圧６ｋＶ以上の電磁波が発生する点弧電源２５ａに点弧線２５ｂを接続し、該点弧線２５ｂの先端部２５ｃを第２アンテナ部材１８の他端部１８ａに間隙Ｓを保持して接近させてなる。前記間隙Ｓは、点弧電源２５ａが作動した際に、間隙Ｓ部で空中放電する間隙、本例では５ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍとする。

前記実施例によれば、固体マイクロ波発振器２が９００ＭＨｚ以上のマイクロ波を発生すると、該マイクロ波が同軸ケーブル３、同軸導波管（ラーンチャ）５を導波して第１、第２アンテナ部材１７，１８に導波され、該第１、第２アンテナ部材１７，１８の対向する先端部に強いマイクロ波電界が発生する。

また、点弧電源２５ａが周波数５ｋＨｚ以上、振幅６ｋＶ以上の電磁波を発生すると、点弧線２５ｂの先端部２５ｃから放射された電磁波は第２アンテナ部材１８で受信され、放電容器内部に伝搬して第２アンテナ部材１８の放電容器内先端部に微小放電を形成し、このときに生じる電子が初期電子となって第１、第２アンテナ部材１７，１８のギャップ間の強いマイクロ波電界により加速され、中性ガス分子・原子と電離衝突して放電が確率され、放電ランプ１５が瞬時に点弧することになる。また、点弧線２５ｂの先端部２５ｃと前記第２アンテナ部材１８の他端部１８ａとの間に間隙Ｓを形成して点弧線２５ｂから点弧用の電磁波を発するようにしたので、点弧時におけるランプインピーダンスの変化は少なくなり、点弧時のランプ特性に与える影響が少なくなる。さらに、点弧線を第２アンテナ部材１８に接続しなくても済むことから、放電ランプ１５の取付け、交換、あるいは放電ランプ１５を点検する際に、工数が低減してこれらの作業が容易になるとともに、放電ランプ１５に点弧線２５ｂによる荷重付加が加わらなくなり、損傷し難くなる。

本発明の装置全体を示す側面図である。 図１の要部拡大断面図である。

符号の説明

１ 放電ランプ装置
２ 固体マイクロ波発振器
２ａ ケース
３ 同軸ケーブル
３ａ 外部導体
３ｂ 内部導体
５ 同軸導波管
６ 連結管
７ めす差込み口
８ 保持管
９ 連結ボルト
１０ 中継内部導体
１０ａ ソケット
１５ 放電ランプ（アンテナ励起型マイクロ波放電ランプ）
１６ 放電容器
１７ 第１アンテナ部材
１７ａ 外端部（他端部）
１８ 第２アンテナ部材
１８ａ 外端部（他端部）
２０ 凹面反射鏡
２１ ボス部
２２ 保持管
２３ 止めボルト
２５ 点弧電源装置
２５ａ 点弧電源
２５ｂ 点弧線
２５ｃ 先端部
Ｓ 間隙

Claims (3)

1. 発光物質が封入された放電容器（１６）内に第１アンテナ部材（１７）の一端部と第２アンテナ部材（１８）の一端部とを突出させるとともに、該第１、第２アンテナ部材（１７，１８）の一端部同士を放電に適した間隙で対面させてなる放電ランプ（１５）と、少なくとも前記第１アンテナ部材（１７）にマイクロ波を供給し、該第１アンテナ部材（１７）の突出端からマイクロ波を放出して前記放電容器（１６）内の発光物質を励起させるマイクロ波発振器（２）と、点弧用の周波数及び電圧を発生する点弧電源（２５ａ）とを設け、前記点弧電源（２５ａ）の出力端子に点弧線（２５ｂ）を接続するとともに、該点弧線（２５ｂ）の先端部（２５ｃ）を前記第２アンテナ部材（１８）の他端部（１８ａ）に間隙（Ｓ）を保持して接近させたことを特徴とするアンテナ励起型マイクロ波放電ランプの点弧装置。
2. 点弧電源（２５ａ）は、周波数５ｋＨｚ以上、電圧６ｋＶ以上の電磁波を発生してなることを特徴とする請求項１記載のアンテナ励起型マイクロ波放電ランプの点弧装置。
3. 第２アンテナ部材（１８）の他端部（１８ａ）と点弧線（２５ｂ）の先端部（２５ｃ）との間隙（Ｓ）は５ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ励起型マイクロ波放電ランプの点弧装置。

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