JP2000504144A - マイクロ波駆動型放電ランプ用誘導同調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＲＦ駆動型無電極ランプ（９）がＲＦパワー（２）をランプ空胴（１０，１２）へ結合させる導波路（６）内において誘導性同調器（１４）を使用しており、反射されるＲＦパワーを減少させ且つランプ（９）を効率的に動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロ波駆動型放電ランプ用誘導同調器 発明の背景ａ．発明の分野 本発明は構成体が閉じた導波路を有する無線周波数駆動型アークランプの分野 に関するものであって、更に詳細には、パワー供給源としてマグネトロンを使用 する当該ランプに関するものである。ｂ．従来技術 これらのランプでは強力なマイクロ波フィールドによって励起されると可視光 又は紫外光を発生するシールした透明の被包体内に閉じ込められているイオン化 可能な媒体を使用する。ランプ被包体即ちバルブは通常金属スクリーンによって 光を透過させるがマイクロ波を閉じ込める金属閉じ込め体即ち空胴内に取囲まれ ている。マイクロ波は隣接する導波路へ接続する孔を介して空胴内へ導入され、 該導波路の他方の端部はマグネトロンへ結合している。 マグネトロンからのＲＦパワーが導波路を介して空胴へ伝搬し放電ランプを励 起する。ランプによって吸収されることのないパワーはマグネトロンへ反射され る。空胴の端部を画定する孔は空胴内の共振を画定するために使用することが可 能であり、それはバルブにおけるフィールドを増大させてパワーの 吸収を増加させ、従って反射されるパワーを減少させる。 マグネトロンはその共振器と出力負荷との間に直接的接続を有する自己励起型 発振器である。負荷からの反射は性能に強い影響を与え、動作周波数、パワー出 力及び動作安定性を変化させる。「シンク（ｓｉｎｋ）」として知られる特定の 位相における強い反射はマグネトロンの共振器における蓄積エネルギを減少させ 、不安定性及び周波数のジャンピングを発生させる。 ランプ自身そのパワー供給源に関し幾つかの異なる条件を課している。イオン 化の前に、バルブ内のガスはマイクロ波パワーを吸収するものではない。バルブ 内の電界強度はブレークダウンを達成するのに高いレベルへ増強されねばならな い。イオン化が発生すると、バルブは凝縮されている充填物質を蒸発させるため に加熱せねばならない。バルブのインピーダンスはイオン化されていない場合の ものよりも著しく低く、且つバルブが加熱するに従い変化し、凝縮物を放電状態 とさせる。最終的に、長期的な調査条件に到達し、その場合に光出力効率が支配 的な懸念事項となる。 これらのインピーダンス変化はマグネトロンにおいて多様な反映された値を発 生する。設計者は空胴 のアパーチャ即ち孔、導波路の長さを調節することが可能であり且つ導波路内に 多様な同調要素を付加することが可能である。目標とすることは、イオン化前に おける高い反射をシンクから遠ざけた状態を維持し、ウォームアップサイクル期 間中における周波数のジャンピングを開始し、且つ長期動作期間中の安定特性と の良好なマッチングを与えることである。 その他の検討事項も設計に入れられる場合がある。製品は経済的なものであり 、寸法がコンパクトであり、耐久性があり、且つ再現性のあるものであることが 必要である。コストがアイソレータを使用することを阻止する。コンパクトな寸 法は導波路を最小長さとさせる。 多数のタイプのアイリス及びポストがマイクロ波設計において公知であるが、 マイクロ波アークランプにおいてしばしば使用される同調用要素は容量性ネジ又 は同一寸法の固定高さのノブである。これは一方の壁のみに取付けるという利点 を有しており且つ２つの両側の壁に接触せねばならないポストよりも一層容易に 据え付けられるものである。導波路波長の半分より大きな導波路長（マグネトロ ンアンテナと結合用スロットとの間）が使用可能である場合には、この容量性同 調器は中程度の不整合又は任意 の位相とマッチ即ち一致させるために使用することが可能である。該同調器は２ つの効果を有している。反射係数がそれを超える負荷の反射係数へ付加される。 第二に、導波路の実効長が少量だけ増加される。発明の要約 新たなランプ設計を行う過程において、空胴及び結合用アイリスが確立された 。導波路長及びマグネトロン位置も確立された。然しながら、インピーダンス整 合は最適なものではなく且つ導波路長（前のパラグラフを参照）は波長の半分未 満であった。容量性同調器を付加する試みは、それが不安定なものであることを 示し、最善の位置はマグネロンアンテナの直上であった。マグネトロンと空胴ア パーチャ（孔）との間の導波路の側壁上に誘導性同調器を配置させた。導波路の 側部における金属突起が誘導性アイリスのような作用を行い、その位置において 導波路のカットオフ周波数を上昇させる。従って、該同調器は誘導フェーズでの 反射係数を与え且つ少量だけ導波路の実効長さを短くさせる。ランプ構成はこの 同調器でもって効率的に動作する。該誘導性同調器は一方の側壁に取付けた単一 のブロック、半円筒、又は半球又はその組み合わせとすることが可能であり、又 は２個のこのような物体を両側の壁上に 互いに対向させることが可能である。これらの形状は、例えば、ネジ、半田づけ 又は溶接によって導波路を製造した後に該同調器を導波路内に据え付けるべき場 合に適切なものである。 該同調器は、又、導波路壁内にモールド即ち成形させることも可能である。製 造方法に依存して、厚いアイリスとして導波路の上側及び／又は下側の幅広の壁 へ合体させて該同調器を形成することが有益的である場合がある。図面の簡単な説明 図１はマイクロ波ランプを表わす概略図である。 図２は単一のブロックの形態における誘導性同調器を示している。 図３は両側の導波路壁において互いに対向する２個のブロックの形態における 誘導性同調器を示している。 図４は導波路の幅広の壁と接触する半円筒の形態での誘導性同調器を示してい る。 図５は導波路の幅広の壁と接触することのない半円筒の形態における誘導性同 調器を示している。好適実施例の説明 図１を参照すると、マイクロ波ランプが示されている。マグネトロン２は閉じ た導波路６内へ突出するアンテナ４を有している。導波路の反対端部にお いて、結合用スロット８が位置されており、それは底部１０とその中にバルブ９ が位置されているスクリーン１２とによって画定されている共振空胴内へマイク ロ波パワーを結合させる。本発明によれば、誘導性同調器１４が該導波路の一方 の側壁へ取付けられている。 注意すべきことであるが、該導波路は幅広の壁と幅狭の壁（側壁）とを有して いる。側壁において磁界が高いので、そこに配置させた金属の突起は誘導性同調 器として作用する。 任意の与えられたランプにおいて、同調器の位置及びその寸法及び形状は、ネ ットワーク解析器の助けを借りて実験的に決定される。当業者に公知の如く、該 ネットワーク解析器はスライディングショート即ち摺動型短絡器の助けを借りて キャリブレイション即ち較正される。次いで、同調器なしで開始条件及び稼動条 件において該ランプに関してのインピーダンスを観測する。ランプが動作温度に ある場合に顕著な反射が存在している場合には、試験的な寸法及び形状の同調器 を使用し且つその位置を変化させて最適な動作位置を決定する。顕著な反射が未 だに存在している場合には、該同調器の寸法及び／又は形状を変化させ且つ種々 の位置について再度試験を行う。 図１の実施例においては、内側においての高さが１．７インチであり、幅が２ ．８４インチであり、且つ長さが４．８インチである。該同調器の中間から導波 路のスロット端部への距離は約１．８７５インチであり、且つ該同調器の幅は約 ０．６２５インチであり、長さは１．２５インチであり、且つその厚さは約０． ３５インチである。カップリングスロット即ち結合用スロット８はその長さが２ ．３７５インチであり且つその幅が０．５３インチである。マイクロ波空胴はそ の直径が２．９３インチであり且つその高さが６．２インチである。バルブ９は 内径が３５ｍｍであり且つ硫黄及び例えばアルゴン等の稀ガスからなる充填物を 収容している。 導波路及び同調器の両方ともアルミニウムから構成することが可能である。腐 食を最小とさせるために導波路及び同調器を同一の物質から構成することが望ま しい。 モータが、バルブ９が取付けられているシャフト２０及びマグネトロンを冷却 するための空気を供給するブロワホイール２２の両方を回転させる。 図２は図１の導波路６の破断詳細図であり且つ金属ブロック１４の形態におけ る誘導性同調器を示している。 図３は別の実施例を示しており、この場合には、 このような２個のブロック１４’ａ及び１４’ｂが両側の導波路壁上において対 向している。 図４は更なる変形実施例を示しており、それは導波路の上部及び底部の幅広の 壁３０及び３２と接触する半円筒１４”の形態における突起を使用している。 図５は更に別の実施例を示しており、それは導波路の幅広の壁と接触すること のない半円筒１４”’を使用している。 例示的な実施例を使用して本発明について説明したが、当業者にとって変形例 を想起することが可能であることを理解すべきである。例えば、同調器は図示し たもの以外の異なる形状を有することが可能であり、又は円筒状のポストを使用 することが可能である。本発明の範囲は以下の請求の範囲によって定義される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＲＦ駆動型無電極ランプにおいて、 ＲＦパワーを発生する手段、 空胴内に配設されている放電形成用媒体を収容するバルブ、 前記ＲＦパワーを前記空胴へ結合させる導波路であって結合用スロットを具備 する導波路、 前記導波路内に配設されている誘導性同調器、 を有するランプ。 ２．請求項１において、前記誘導性同調器が導波路壁上に配設されている少 なくとも１個の金属突起を有しているランプ。 ３．請求項２において、前記導波路が幅狭の壁と幅広の壁とを有しており、 前記金属突起が一方の幅狭壁上に配設されているランプ。 ４．請求項３において、前記少なくとも１つの金属突起が金属ブロックを有 しているランプ。 ５．請求項４において、前記金属ブロックが矩形状であるランプ。 ６．請求項５において、前記少なくとも１つの金属ブロックが両側の導波路 壁上に配設されている２個の矩形状の金属ブロックを有しているランプ。 ７．請求項４において、前記少なくとも１個の金属ブロックが半円筒状金属 ブロックを有している ランプ。 ８．請求項７において、前記金属ブロックがその極限端部において前記幅広 壁と接触しているランプ。 ９．請求項７において、前記金属ブロックがその極限端部において前記幅広 壁と接触することがないランプ。 １０．請求項２において、前記ＲＦパワーを発生する手段がアンテナを具備 するマグネトロンであり、且つ前記アンテナから前記結合用スロットへの導波路 長が波長の半分未満であるランプ。 １１．ＲＦ駆動型無電極ランプにおいて、 ＲＦパワーを発生する手段、 空胴内に配設されている放電形成用媒体を収容するバルブ、 前記ＲＦパワーを前記空胴へ結合させる導波路、前記ＲＦパワーを発生する手 段へ反射によって戻されるパワーを最小とするために前記導波路内に配設されて いる誘導性同調手段、 を有するランプ。 １２．請求項１１において、前記導波路が結合用スロットを有しているラン プ。