JP2852937B2 - 小型バルブ無電極ランプ - Google Patents

小型バルブ無電極ランプ

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JP2852937B2 JP1160974A JP16097489A JP2852937B2 JP 2852937 B2 JP2852937 B2 JP 2852937B2 JP 1160974 A JP1160974 A JP 1160974A JP 16097489 A JP16097489 A JP 16097489A JP 2852937 B2 JP2852937 B2 JP 2852937B2
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    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/044—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by a separate microwave unit

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ッシュ
部材を介して空胴の外部へ取り出される。例えば、米国
特許第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1.3
cm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、米国特許第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、添付の図面を参照に、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（高さ）、Ｆ
＝周波数である。この図から、TM010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、TM010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
調節してある。
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ッシュから構成する
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ッ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1.3cm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
ことが必要なわけではない。
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22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図に示してある。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。
その結果得られるランプは、従来使用されていたもの
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1.7cm
の直径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、一方本発明ラン
プにおいては、1/2インチ即ち1.3cm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
13mmであり、空胴の長さは1.06インチ即ち2.7cmであ
り、その直径は3.4インチ即ち8.4cm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TE10m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図に示してある。この
実施例においては、空胴30は１個以上のセグメント32,3
4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、且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
ッシュ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てあ
るが、それを連続的な表面を有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
示してある。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６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一な温度分布が
得られる。第６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、TE101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:メッシュ 40:外部反射器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ イー．シンプソン アメリカ合衆国，メリーランド 20879, ガイザースバーグ，ロスト ナイフ サ ークル 18327，アパートメント 202 (72)発明者 チャールズ エイチ．ウッド アメリカ合衆国，メリーランド 20850, ロックビル，メイピル アベニュー 712 (56)参考文献 特開 昭57−60695（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−127697（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−204399（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05B 41/24 H01J 65/04

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】小型バルブ無電極ランプにおいて、 上端と、下端と、前記上端と下端との間の側壁とを具備
    するマイクロ波空胴、 前記マイクロ波空胴のほぼ中心に位置されておりマイク
    ロ波によって励起されて光を発生するプラズマ形成媒体
    を収容している小型バルブ、 所定周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生手
    段、 前記マイクロ波発生手段によって発生されたマイクロ波
    を前記マイクロ波空胴へ導く導波路手段、 を有しており、前記小型バルブが約1.3cm以下の寸法を
    有しており、更に、少なくとも前記小型バルブの動作開
    始前においては、前記マイクロ波空胴はそこに供給され
    たマイクロ波が前記マイクロ波空胴の上端及び下端に対
    して実質的に垂直な電界を発生させるモードを有してお
    り、且つ前記上端と下端とは前記小型バルブに増加され
    た電界を印加させるために互いに近接して配置させてあ
    ることを特徴とする小型バルブ無電極ランプ。
  2. 【請求項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
    010モードで動作されるものであることを特徴とする小
    型バルブ無電極ランプ。
  3. 【請求項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TE101モードで動作されるものであることを特徴
    とする小型バルブ無電極ランプ。
  4. 【請求項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
    小型バルブ無電極ランプ。
  5. 【請求項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
    する小型バルブ無電極ランプ。
  6. 【請求項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小型バルブ無電極ランプ。
  7. 【請求項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
    る小型バルブ無電極ランプ。
  8. 【請求項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小型バルブ無電
    極ランプ。
  9. 【請求項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小型バルブ無電
    極ランプ。
  10. 【請求項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
    徴とする小型バルブ無電極ランプ。
  11. 【請求項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小型バルブ無電極ラン
    プ。
  12. 【請求項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
    空洞端部から延在する部分的な反射器が設けられている
    ことを特徴とする小型バルブ無電極ランプ。
  13. 【請求項１３】特許請求の範囲第２項において、前記導
    波路手段は、前記マイクロ波エネルギを発生する手段の
    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
    小型バルブ無電極ランプ。
  14. 【請求項１４】特許請求の範囲第13項において、前記導
    波路手段は三つの直角部分を有することを特徴とする小
    型バルブ無電極ランプ。
  15. 【請求項１５】特許請求の範囲第３項において、前記導
    波路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小型
    バルブ無電極ランプ。
  16. 【請求項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小型バルブ
    無電極ランプ。
  17. 【請求項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小型バルブ
    無電極ランプ。
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