JPS59851A - 蒸気放電灯装置 - 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】 （発明の分野） この発明は、光放電が外部から適用された高周波電界に
より励起される無電極アルカリ金属蒸気放電灯に関する
。さらに詳しくは、この発明は有用なスペクトル線を発
生せしめるが励起コイルを必要とせず、従って装置の大
きさを実質上小形にしたラング装置に関する。

（従来技術） 揮発性アルカリ金属に対する電磁界のイオン化作用によ
りスペクトル線発光を行う無電極蒸気放電灯はよく知ら
れている。この蒸気放電灯装置は、典型的にはラング、
励起コイル、及びランプとコイルを収容するオーブンか
ら構成される。ランプは、中に揮発性物質が緩衝気体と
共に封入されている密閉包囲部材を含む。緩衝気体は、
通常アルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトン又はキセ
ノンのごとき貴ガスである。

アルカリ金属、すなわちルビジウム、セシウム、カリウ
ム、ナトリウム又はリチウムが、ラング密閉包囲部材中
の揮発性物質として使用される。電離は、ランプ密閉包
囲部材の軸にそって縦磁界を形成するように密閉包囲部
材の外部を包囲している励起コイルによって形成される
高周波電磁界により行われる。アルカリ金属蒸気の励起
は縦磁界の時間導関数に比例する円周電界により行われ
ると当業界において一般に理解されている。このため、
発光又は放電は密閉包囲部材内の成極を使用することな
く維持される。この型の放電灯は、電極を必要としない
ため構造が比較的簡単であり、製造しそして使用するの
が比較的経済的であり、そして−穀圧寿命が長い。この
ランプは、効率がよく且つ安定な高圧光ス（クトル線源
である。

この型の蒸気放電灯を使用することにより、非常に小さ
い変動とノイズを伴って、光出力を非常に狭いスにクト
ル帯に集中することができる。このランプは、例えば種
々の高分解能光学系に使用することができ、原子又は他
の量子系の磁気側準位を監視するために光透過原理を使
用する商業的に使用し得る装置の開発に広く使用されて
きた。

さらに、このランプは、原子共鳴原理に基礎を置く無線
周波数信号の非常に正確な制御を行うために使用するこ
ともできよう。このため、この信号は周波数標準として
使用される。

高周波電磁界の適用によってランプを励起する励起コイ
ルは、無線周波数（ＲＦ）の範囲で作動するように設計
され、そして通常ラングの密閉包囲部材の縦軸にそって
その一端に巻き付けられる。

このＲＦコイルはＲＦ発振回路により機能し、又はコル
ピッツ発振器のタンク回路のＲＦコイルのごとく、それ
自体が発振回路の一部を構成する。

密閉包囲部材に巻きつけられたＲＦコイルを使用してア
ルカリ金属蒸気をイオン化することにより満足すべき結
果が得られるが一方次のような欠点が存在する。

このような従来技術のラング装置に使用されるオープン
は、しばしばラング及びＲＦコイルを包囲する円筒形の
殻であり、そして外部電力源から電力が供給される加熱
素子又は加熱コイルにより加熱される。加熱素子及びオ
ープンは、ラング装置を所定の温度に維持し、それによ
ってアルカリ金属を蒸発せしめ、そして蒸発したアルカ
リ金属の蒸気圧を、ＲＦフィルによりエネルギー界が与
えられた場合に発光を惹起する所望のレベルに維持する
ために必要である。しかしながら、オーブンが必要なた
めに、ＲＦフィルに対して物理的歪又は損傷を与えずそ
してコイルの出力も歪をｆＬないように装置の設計を行
う必要がある。このような要請のために、オーブン壁と
ＲＦコイルノ間の空間を十分に大きくシ、コイルの過剰
な負荷と、それによる効率の低下又は効力の消滅を回避
することが必要である。一般には、オープン壁を、ＲＦ
コイルの半径とはげ同じ程度にＲＦコイルから離す必要
がある。このような構造のために結局ラング装置が有意
に大きくなり、重くなり、そして価格が高くなる。

（発明の目的） 従って、この発明は、新規な、高分解能光スペクトル線
発生アルカリ金属蒸気放電灯装置を提供することを目的
とする。

この発明の他の目的は、通常アルカリ金属ラング密閉包
囲部材を包囲するＲＦ励起コイルを除去し、それによっ
て密閉包囲部材を包囲するオーブンの大きさを小型化し
、そしてランプ装置を小型化することにある。

この発明の上記以外の目的及び利点は、以下に記載し、
もしくは以下の記載から自明となり、又はこの発明の実
施により理解されよう。この発明の手段により前記の目
的が達成され、利点が得られる。

（発明の構成） この明細書に具体的に記載するごとく、前記の目的を達
成するために、密閉包囲部材及び該密閉包囲部材に封入
された揮発性アルカリ金属を有するランプを含んで成り
、電界の存在下で該金属の蒸気が電離し、そして光を発
生する高分解能光スイクトル線発生蒸気放電灯装置が提
供される。この装置はさらに、密閉包囲部材内に電界を
発生せしめ、そしてアルカリ金属の蒸気を電離せしめ、
これによって蒸気をしてガラス球から発光せしめるため
の別個の容量性手段をラングに隣接して有する。

この容量性手段は、好ましくは、密閉包囲部材の一端に
配置された一般に円筒形の電極を含み、この電極は、密
閉包囲部材の縦軸に実質上平行な電界線を有する電界を
密閉包囲部材内に発生せしめる容量性手段の一方の極板
として機能する。この装置は又、好ましくは、ランプに
隣接し、そしてラングを包囲しており、そして密閉包囲
部材内を所定の温度と蒸気圧に維持するように設計され
てお沙、そして内部表面が容量性手段の他方の極板とし
て機能する金属性円筒を有するオーブンを含む。

（具体的態様の説明） 次に図面に言及しながらこの発明の具体的な態様を説明
する。

蒸気放電灯の好ましい具体例を第１図に示す。

この具体例に１０の番号を付す。このラング装置は、光
を発生するランプを含む。ランプ１２は密閉包囲部材す
なわちガラスのごとき光透過性材料で作られたバルブ１
４を有する。密閉包囲部材１４中にはアルカリ金属、す
なわちルビジウム、セシウム、カリウム、ナトリウム又
はリチウムが存在する。周知の通り、アルカリ金属は電
界の存在下で電離し、そして光を発生する。密閉包囲部
材１４中にはルビジウムを収容するのが好ましい。シン
′ｆ１２には又、アルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプ
トン又はキセノンのどとき直ガスの１種である電離性気
体を収容するのが好ましい。この貴ガスは、ランプ装置
の作動の間にアルカリ金属蒸気による光放電の開始を助
長する。

ランプ装置は又、ラング１２に隣接し、これを包囲する
オーブン１６を含む。従来技術の場合と同様に、このオ
ーブンは密閉包囲部材中において所定の温度を維持し、
それにより適当な圧力を維持するように設計される。オ
ーブン１６は、オーブン室２０を構成し、そしておそら
くアルミニウムで作られた金属性円筒１８を含む。オー
ブンはさらに、オーブンを加熱しそれによって密閉包囲
部１４を加熱するだめの、金属両ｎｔ　ｓ上に取付けら
れた加熱器２２を含む。一般には、加熱器は、金属円筒
１８の外部表面に巻き付けられた絶縁された高抵抗線の
螺旋コイル（図には示してない）を含む。加熱器２２は
、加熱電流を得るために直流電源（図には示してない）
に接続される。密閉包囲部材がルビジウム及び緩衝気体
を収容する場合、オーブン１６はルビジウム蒸気を１０
０〜１２０℃に維持し、そして緩衝気体が約７　ｔｏｒ
ｒの圧力に維持されるようにするのが好ましい。

円筒１８の底部は好ましくは内部に向う突出部、すなわ
ち、円筒と一体に形成された又は適当な手段により円筒
に取付けられた別罠により形成された環状金属肩部２４
を有する。肩部２４の環状内部表面は遠吠開口部２６を
構成する。円筒１８の他端には、該円筒の内部表面であ
ってその先端より内部に、内側に向う別の突出肩部２８
を形成するのが好ましい。

この発明のランプ装置は、さらに第１図の好ましい具体
例に示すごとく、透光性材料で作られ、包囲部材１４と
連携して包囲部材から放射された光を装置１０から外に
放出する窓３０を有する。

窓３０は、好壕しくは、金属円筒１８の肩２８と共に取
付具によりオーブン１６に取付けられる。

図に示すように、窓３０が肩２８中に配置された場合、
該窓はオーブン室２０の上端を閉止し、そして又ランプ
１２がオーブン室から縦方向に移動するのを防止する。

例に示すごとく、任意の適当な手段によシ固定リング３
２を用いて円筒１８に取り付けることができる。この方
法に代えて、リング３２を使用しないで、エポキシ接着
剤又は他の適当な接着剤により、窓３０を肩２８により
構成される窪みに接着することもできる。窓３０は石英
もしくは透過性酸化アルミニウム、又は合成サファイヤ
のごとき標準材料により作ることができる。窓３０は、
サファイヤのごとき誘電体材料で構成するのが好オしい
。

この発明に従えば、密閉包囲部材中に電界を発生せしめ
、そしてアルカリ金属の蒸気を電離せしめて蒸気をして
発光せしめるために、ラングに隣接して別個の容量性手
段を設ける。具体例に示すように、容量性手段は、密閉
包囲部材１４の一端に配置された一般に円筒状の電極３
４を有する。

この電極３４は容量性手段の一方の極板として機能する
。容量性手段の他方の極板は金属円筒１８の内部表面に
より構成される。これらの極板３４及び３６は、事実上
、前記のごとく、使用中密閉包囲部材中に縦方向の電界
を発生せしめる別個の蓄電器を形成する。窓３０を酸化
アルミニウム又はサファイヤのごとき誘電体により構成
した場合、これも又内部表面３６と一緒になって蓄電器
の他方の極板を構成する。

具体例に示すごとく、円筒状電極３４は、一端がコツプ
の形を形成するように閉じられている。

好ましくは密閉包囲部材１４の下端３８は細くなってお
り、そしてコツプ形電極３４によりその中に保持されて
いる。シリコンゴムのごとき材料で作られた緩衝体４０
が包囲部材１４の底部と電極３４との間に配置され、こ
れによシ包囲部材が破壊から保護される。コツプ形電極
３４は、好ましくは黄銅で作り、そして包囲部材１４の
上部表面の直径を超えない大きさとし、こうすることに
より装置全体としての大きさを小さくする。電極３４の
底部は、肩２４の開口部２６を通して伸び、後述の発振
回路との接続のための接触部を構成する。

好ましくは、コツプ形電極３４と円筒１８の内部表面３
６との間に、蓄電器の二つの極板の間の短絡を防止する
ためのテフロン又はその他の適当な絶縁材料から成る絶
縁体４２を配置する。絶縁体４２は一般に円筒状とし、
そしてコツプ形電極３４の周囲に密接に適合する大きさ
とし、これによりこの電極とランプ１２がオープン室２
０中に確実に保持されるようにする。絶縁体４２及び電
極３４はさらに、オーブン室２０の底端を閉鎖する機能
を有する。

この発明の好ましい態様に従えば、さらに蒸気放電灯装
置の蓄電器を組み込んだＲＦ発振回路が用いられる。具
体例においては４４の番号を付したＲＦ発振器が示され
ている。発掘器４４は、第１図に概略を示すように、接
続のためにオーブン１６の外に突出しだ電極３４に接続
され、そしてオープン円筒１８に接地の手段により接続
されている。発振器４４は、ランプ装置の極板３４及び
３６により構成される蓄電器が発振器のタンク回路の一
部分となるコルピッツ発振器とするのが好ましい。誘導
コイル４６も又蓄電器４８及び５０と一緒になって発振
器４４のタンク回路に接続さ′れる。トラン・ノスター
５２のペースはコイル４６の接続子及び蓄電器４８に接
続され、該トランジスターのコレクターは接地されてお
り、そして該トランジスターのエミッターはＲＦチョー
ク５６を介してバイアス電源５４に接続されている。コ
ルぎツツ発振器は無線周波数において発振し、密閉包囲
部材１４中にＲＦ電界を発生せしめる。発掘器４４はラ
ンプ装置の一体部分として構成することもでき又該装置
に接続された分離回路として構成することもできる。

さらに第２図に関し、蒸気放電灯装置の使用について記
載する。第２図には、第１図のラング装置の概略が描写
されている。蓄電器の極板はコツプ形電極３４の内部表
面と金属円筒１８の上方の内側表面３６とにより構成さ
れる。密閉包囲部材１４の縦軸には６０の番号が付され
ており、光はこの軸にそって装置から放出される。第１
図のコルピッツ発振器が作動する場合、電極３４の内側
によシ構成される極板と金属円筒１８の上方内側表面３
６により構成される極板との間に伸びる電気力線６２に
より示されるごとく、縦方向の電界が形成される。図か
ら明らかなごとく、これらの電界線６２は、軸６０に関
して実質上同心的に密閉包囲部材の長さ−ばいに縦方向
に伸びる。この電界が、例えば気化したルビジウムにエ
ネルギーを付与し、これを発光を行う電離状態にする。

この光は、窓３０（第１図）を通してラング装置から放
出される。

第１図のう／ゾ装置の蓄電器の構造に関する「別個の」
なる語の使用によシ、との量容を、従来技術の構造にお
いて使用されるＲＦコイルのごとき電気要素中に存在す
る漂遊容峻又は寄生容量から区別する。この明細書にお
いて、好ましい容量性構造の形を記載しだが、当業者で
あればこの発明の教示に基いて他の容量性構造を設計す
ることができることは言うまでもない。このような設計
において、電界線を、ランプ包囲部材の縦軸と実質上平
行に方向ずけることが好ましいと信じられる。なぜなら
、従来の理解に反し、従来技術における金属ランプ包囲
部材中における気化物質の励起の実質的な部分が、これ
らの装置の縦磁界の時間導関数により生ずる円周電界に
よるのではなく、むしろ従来技術のコイルの縦電界によ
ることが発明者により教示されたからである。

蒸気放電灯装置に常用されている回路及び補助構造、例
えばランプ内での電離の開始に使用される回路又は構造
についてはなんら記載しなかった。

同時に、蒸気放電灯の現象を説明する理論も従来技術の
場合と同様である。これらの補助回路及び構造は当業者
においてよく知られている。

（効果） 第１図に示したこの発明の回路は、コイル４６に０．６
〜３マイクロヘンリーのインダクタンスをファラッドで
あり、包囲部材１４中の揮発性物質としてルビジウムを
使用した。コイル法による励起の場合と異なり、１００
℃〜１２０℃のオーブン温度において同じ量のルビジウ
ムＤ、及びＤ！線出力が得られた。

ランプ装置中のＲＦコイルを除去し、そしてそれに代え
て容量性構造を使用することにより、コイルが過熱され
又コイルに負荷が加えられることによるコイルの歪又は
損傷の問題が除去される。

オーブン室２０の大きさを、ランプ装置全体の大きさを
小型化することができ程度に小型化することができる。

さらに、オーブン室２０中の容積が小さくなり、そして
供給する熱の必要量も少くなるため加熱コイル２２をよ
り小型にすることができる。従って、容量性励起を用い
ることにより、縦電界が得られるのみならず装置の大き
さを有意に小型化することができ、しかも蒸気放電灯の
作　　・動特性が改良される。

この明細書の教唆により、当業者はこの発明の本質と範
囲を逸脱することなく種々の構成及び変形を行うことが
できよう。従って、この発明は、そのより広い観点から
、図面に示し、又は明細書に記載した具体的な装置や例
示した具体例に限定されるものではない。すなわちこの
発明は、この発明の種々の構成及び変形、並びにそれと
均等なものを包含する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の好ましい蒸気放電灯装置の拡大断
面図を、この発明に係る発振口゛路の概略と共に示した
ものであり、第２図は第１図に示したこの発明の好まし
い蒸気放電灯装置の概略をこの発明の装置において生ず
る電界線と共に示したものである。 図中、１４は密閉包囲部材、１６はオーブン、１８はオ
ーブンを構成する金属円筒、２０はオーブン室、２２は
加熱器、３４は電極、３６はオーブンの内部表面により
構成される極板、４４は発振器、そして６２は電界線を
示す。 特許出願人 イージーアンドジー。 インコーホレイティド 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　福　本　　　積 弁理士　山　口　昭　之 手続補正書（方式） 昭和５８年８月１９日 特許庁長官　若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年　特許願　　第７４１８４号２、発明の名称 蒸気放電灯装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 （外　３　名） ６、補正の対象 （１）願書の「出願人の代表者」の欄 （２）委任状 （３）図　面 ７、補正の内容 （１１、（２＋　　別紙の通り （３）　　図面の浄書（内容に変更なし）８、添付書類
の目録

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）（１）　　密閉包囲部材、及び（２）該密閉
   包囲部材中に存在する揮発性アルカリ金属であって、電
   界の存在下で その蒸気が電離しそして発光するもの、を有するランプ
   、並びに、 （ｂ）　　該密閉包囲部材中に電界を発生せしめ、そし
   て該アルカリ金属の蒸気を電離せしめて該蒸気をして密
   閉包囲部材から光を発生せしめるために該ランプに隣接
   して設けられた別個の容量性手段を含んでなる光源とし
   て使用するための高分解能光スイクトル線発生用蒸気放
   電灯装置。 ２、前記密閉包囲部材が前記装置から放出される光にそ
   う縦軸を有し、そして、前記別個の容量性手段が、該密
   閉包囲部材内に、該密閉包囲部材の縦軸に実質上平行な
   電界を発生せしめる特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、前記容量性手段が前記密閉包囲部材の一端に配置さ
   れた電極を含み、該電極が該容量性手段の一方の極板と
   して機能する特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４、前記電極が一端がコツプ形に閉じられた円筒形を有
   し、そして前記密閉包囲部材の一端が該コツプ形電極の
   中に保持されている特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５、さらに、 （ａ）　　前記密閉包囲部材の中を所定の作動温度と圧
   力に維持するためのオ゛−プン室を構成する金属円筒を
   有し、そして該金属円筒の内部表面が前記容量性手段の
   他方の極板として機能するオーブン、及び （ｂ）　　前記電極を前記金属円筒の直接隣接する内部
   表面から分離する絶縁体、 を含む特許請求の範囲第３項記載の装置。 ６、前記アルカリ金属がルビジウムである特許請求の範
   囲第１項〜第５項のいずれか１項に記載の装置。 ７．前記密閉包囲部材がさらに貴ガスを含む特許請求の
   範囲第６項記載の装置。 ８、さらに、 （ａ）　　前記包囲部材と連携して該包囲部材から放射
   された光を装置から放出するための、透光性材料で作ら
   れた窓、 を含んで成る特許請求の範囲第７項記載の装置。 ９、（ａ）（１）　　密閉包囲部材、及び（２）該密閉
   包囲部材中に存在する揮発性アルカリ金属であって、電
   界の存在下で その蒸気が電離しそして発光するもの、を有するラング
   、 （ｂ）（１）　　オーブン室を構成し、該オーブン室の
   中に前記の密閉包囲部材を収容する金 属円筒、及び （２）オーブンを加熱するために該金属円筒上に配置さ
   れた加熱器、 を含んで成り、そしてラングに隣接しそしてランプを包
   囲しており、そして前記密閉包囲部材の中を所定の作動
   温度と蒸気圧に維持するためのオーブン、 （Ｃ）（１）　　前記密閉包囲部材の一端に配置されそ
   して該包囲部材を保持するコツプ形電 極として構成される第一の極板、及び （２）前記金属円筒の内部表面により構成される第二の
   極板、 とから成り、そして前記包囲部材内に電界を生じさせ、
   そして揮発性発光物質の蒸気を電離せしめることにより
   該蒸気をして該包囲部材から光を放射せしめる別個の蓄
   電を含んで成る高分解能光スペクトル線を発生する蒸気
   放電灯装置。 １０、電界が、その軸にそって光が発生する装置の該軸
   と実質上平行である特許請求の範囲第９項記載の装置。 【１．前記アルカリ金属がルビジウムである特許請求の
   範囲第９項記載の装置。 １２、前記密閉包囲部材がさらに貴ガスを収容している
   特許請求の範囲第９項記載の装置。 １３、（ａ）　　前記コ、グ形隠極が前記金属円筒の一
   端に配置されており、そしてさらに （ｂ）　　円筒形絶縁体が前記コツプ形電極を包囲し、
   そして該電極を前記金属円筒の内部表面から分離してお
   り、そして （ｃ）前記電極と前記絶縁体が前記オーブンの一端を閉
   じている特許請求の範囲第９項〜第１２項のいずれか１
   項に記載の装置。 １４、さらに、透光性材料により作られた窓が前記オー
   ブン上に配置されており、そして前記密閉包囲部材と連
   携して該密閉包囲部材から放射された光を装置から放出
   し、そして該室は前記オーブン室の一端を閉じている特
   許請求の範囲第１３項記載の装置。 １５　　前記ＲＦ発振器がコルピッツ発振器であ沙、そ
   して前記蓄電器の極板が前記コルピッツ発振器のタンク
   回路に接続されている特許請求の範囲第１項記載の装置
   。