(57)【要約】  帯域通過フィルタ（１）は、空気入りのアルミニウム室（２）からなり、その室は蓋（３）と中央絞り部（５）を有する立方共振空洞（４）を有する。空洞の対向する末端節部に、完全導電体（ＰＥＣｓ）（６、７）が配備されている。一方のＰＥＣは空洞の一端における入力部（９）からの給電線（８）に接続され、また他方のＰＥＣは導波管（１２）内の放射器（１１）に給電線（１０）を介して接続されている。調整ねじ突起（１４、１５）が前記ＰＥＣｓと対向して、また調整ねじ突起（１６）が絞り部（５）内に各々配備され、それによって帯域通過フィルタ及び導波管の入力インピーダンスをマイクロ波駆動回路の出力インピーダンスに整合させる。無電極放電バルブ（２１）が中央凹み部（２２）内に配置され、放射器が別の凹み部（２３）内に配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無電極放電バルブと、該無電極放電バルブにマイクロ波エネルギーを照射するための放射器と、導電性シールドで被覆されたセラミック材から形成されたバルブ受け器と、マイクロ波回路とからなる、マイクロ波エネルギー源により駆動されるランプであって、
前記バルブ受け器が、内部に無電極放電バルブを収容し、該無電極放電バルブから光線を放出させるように開口された第一の凹み部と、内部に放射器を収容し、該放射器へのマイクロ波の結合を許容するように開口された第二の凹み部とを有し、さらに前記マイクロ波回路が、マイクロ波エネルギー源からのマイクロ波エネルギーの入力部と、バルブ受け器内の放射器へのマイクロ波回路の出力結合部とを有するランプにおいて、
マイクロ波回路が、マイクロ波エネルギー源の出力インピーダンスを、マイクロ波回路、バルブ受け器及び無電極放電バルブの結合体の入力インピーダンスと整合させる容量性−誘導性整合回路であることを特徴とするランプ。
【請求項２】
マイクロ波回路が櫛型ラインフィルタである、請求項１に記載のランプ。
【請求項３】
マイクロ波回路が集中素子回路である、請求項１に記載のランプ。
【請求項４】
マイクロ波回路が帯域通過フィルタとして配置された、請求項１に記載のランプ。
【請求項５】
マイクロ波回路が、金属製のハウジングと、各々ハウジング内部に接地された一対の完全導電体（ＰＥＣｓ）と、一方が入力用、他方が出力用である一対の接続部とからなる、請求項４に記載のランプ。
【請求項６】
マイクロ波回路が同調可能である、請求項１〜５の何れかに記載のランプ。
【請求項７】
ハウジング内に各完全導電体（ＰＥＣｓ）の遠端部と対向して配備された個別の同調素子を含む、請求項５に従属する請求項６に記載のランプ。
【請求項８】
両方の完全導電体（ＰＥＣｓ）の間の絞り部内に配備された別の同調素子を含む、請求項７に記載のランプ。
【請求項９】
金属製のハウジングが、内側に、高い電気伝導率を有する金属で６ミクロン又はそれ以上の厚さにめっきされた、請求項５〜８の何れかに記載のランプ。
【請求項１０】
マイクロ波回路における要素間の誘電体が空気である、請求項１〜９の何れかに記載のランプ。
【請求項１１】
マイクロ波回路における要素間の誘電体がセラミック材である、請求項１〜９の何れかに記載のランプ。
【請求項１２】
バルブ受け器が共振導波管である、請求項１〜１１の何れかに記載のランプ。
【請求項１３】
バルブ受け器が共振半波導波管である、請求項１〜１２の何れかに記載のランプ。
【請求項１４】
共振導波管が１を越える誘電率を有する材料からなる、請求項１２又は１２に記載のランプ。
【請求項１５】
共振導波管がセラミック材からなる、請求項１４に記載のランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無電極放電バルブを有し、マイクロ波エネルギー源により駆動されるランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
バルブの内容物を強力に励起してそれを白熱させるために、マイクロ波エネルギーを効率的にバルブに結合させることが極めて重要である。従って、この目的のためには、空気導波管はこれまで成功してはいない。
【０００３】
フレデリック・エム・エスピュー他を発明者とする米国特許第６７３７８０９号明細書には、約２を越える誘電率を有する少なくとも一つの誘電体から基本的に構成され、適正な周波数のマイクロ波エネルギーと結合したときに少なくとも一つの共振モードで共振するような形状及び寸法を有する本体を備えた誘電体導波管一体型のプラズマランプが開示されている。前記プラズマランプにおいては、本体の空洞内に配置されたバルブが、共振する本体からエネルギーを受け取って発光プラズマを生成するガス充填物を含んでいる。
（なお、この明細書は、「バルブ」に関するものではあるが、ランプ本体から分離可能な離散型バルブを記述していない。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６７３７８０９号明細書
【特許文献２】米国特許第４６０７２４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ランプ内の無電極放電バルブへのマイクロ波エネルギーの改良された結合を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、無電極放電バルブと、該無電極放電バルブにマイクロ波エネルギーを照射するための放射器と、導電性シールドで被覆されたセラミック材から形成されたバルブ受け器と、マイクロ波回路とからなる、マイクロ波エネルギー源により駆動されるランプであって、
前記バルブ受け器が、内部に無電極放電バルブを収容し、該無電極放電バルブから光線を放出させるように開口された第一の凹み部と、内部に放射器を収容し、該放射器へのマイクロ波の結合を許容するように開口された第二の凹み部とを有し、さらに前記マイクロ波回路が、マイクロ波エネルギー源からのマイクロ波エネルギーの入力部と、バルブ受け器内の放射器へのマイクロ波回路の出力結合部とを有するランプにおいて、
マイクロ波結合器が、マイクロ波エネルギー源の出力インピーダンスを、マイクロ波結合器、バルブ受け器及び無電極放電バルブの結合体の入力インピーダンスと整合させる容量性−誘導性整合回路であることを特徴とするランプが提供される。
【０００７】
マイクロ波回路、即ち容量性−誘導性整合回路は、好ましくは、個別のキャパシタ素子及びインダクタ素子を帯域通過フィルタとして配置させた集中素子又はタンク回路であってもよい。また、それは、前記に代えて、櫛型ラインフィルタであってもよい。
【０００８】
前記整合回路下流の好ましい実施態様は空気導波管の帯域通過フィルタであるが、他の誘電物質、例えばセラミック材を基材とする導波管が使用されてもよいことは明らかである。このような導波管が、米国特許第４６０７２４２号明細書に開示されてる。
【０００９】
都合の良い例によれば、整合回路は、無電極放電バルブと帯域通過フィルタ自体との間の小さな生産量の差を考慮するのみならず、導波管と無電極放電バルブの共振周波数を含むような帯域幅のフィルタを与えるために同調可能とされるように配置される。
【００１０】
好ましい実施態様においては、整合回路が一対の完全導電体（ＰＥＣｓ）からなり、それらは各々ハウジング内部に接地され、また各々、一方が入力用、他方が出力用である接続部を有している。各完全導電体の遠端部と対向して同調素子が設けられ、さらに別の同調素子が両方の完全導電体間の絞り部内に設けられている。
【００１１】
さらに、好ましい実施態様においては、バルブ受け器が共振導波管であってもよい。都合の良い例によれば、それは、空間の節約のために半波導波管又は四分の一波導波管であるが、しかしながら全波導波管のような他の構成が考慮されてもよい。
好ましくは、前記共振導波管は１を越える誘電率を有する材料からなり、都合の良い例によれば、それはセラミック材からなるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る帯域通過フィルタを備えたランプの斜視図である。
【図２】ランプの平面図における中央縦断面図である。
【図３】ランプの立面図における中央縦断面図である。
【図４】帯域通過フィルタのみの周波数変動に伴う入力周波数に対するＶＳＷＲ（電圧定在波比）の応答を示す図表である。
【図５】バルブの発光前におけるランプと帯域通過フィルタ及び導波管の結合の場合の図４と同様の図表である。
【図６】バルブの発光後におけるランプと帯域通過フィルタ及び導波管の結合の場合のさらに図４と同様の図表である。
【図７】本発明に係る典型的な帯域通過フィルタの斜視図である。
【図８】図７に示す帯域通過フィルタの側面図である。
【図９】図７に示す帯域通過フィルタの別の側面図である。
【図１０】図９のIX−IX線における側方横断面である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の理解に資するために、具体的な実施態様を実施例により、添付図面に照らして以下に説明する。
図面を参照すると、帯域通過フィルタ１は、蓋３を備えた空気入りのアルミニウム製共振室２からなり、それらは協働して中央絞り部５を有する立方共振空洞４を確定している。共振空洞４の対向する末端節部に、完全導電体（ＰＥＣｓ）６、７が配備されている。一方のＰＥＣ６は、共振空洞４の一端に設けられた入力部９から延びる給電線８に接続され、また他方のＰＥＣ７は、隣接する導波管１２内の放射器１１に別の給電線１０を介して接続されている。
【００１４】
調整ねじ突起１４、１５がＰＥＣｓ６、７と対向して配備されると共に別の調整ねじ突起１６が絞り部５内に配備され、それらによって通過帯域と該通過帯域におけるフィルタの伝送特性が調整され、帯域通過フィルタ１及び導波管１２の入力インピーダンスをマイクロ波駆動回路（図示なし）の出力インピーダンスに整合させることができる。典型的には、前記インピーダンスは５０Ωである。
【００１５】
導波管１２はセラミック材からなり、その表面に金属被覆が施されている。前記導波管１２は、帯域通過フィルタ１における共振室２の一端に設けられ、無電極放電バルブ２１が、共振室２から離れて軸線方向に指向する中央凹み部２２内に配置され、放射器１１が、中央凹み部２２の片側近傍にある別の凹み部２３内に配置されている。この配置はランプを構成し、帯域通過フィルタ１は、都合よくは半波モードで共振するときの導波管１２の共振周波数を含む通過帯域を有している。前記において、帯域通過フィルタ１が駆動されるとき、導波管１２が共振して無電極放電バルブ２１を駆動することになる。
【００１６】
使用時において、整合回路と無電極放電バルブ２１を備えたセラミック製導波管１２の結合された入力インピーダンスは、設計周波数のマイクロ波が、無視し得る程度の反射を伴って入力部９の内側へと送信されるような場合のインピーダンスである。セラミック製導波管１２から反射されたマイクロ波は、整合回路の出力部から導波管１２内に逆反射され、マイクロ波駆動回路への逆伝播のために整合回路を通って送信されることがない。
【００１７】
次に、図４に参照を転じて、調整ねじ突起１４、１５、１６による帯域通過フィルタ１の調整を以下に説明する。ＰＥＣｓ６、７は互いに類似し、それらの遠端部に調整ねじ突起１４、１５を各々整合させている。都合の良い例によれば、入力用ＰＥＣ６が、低いＶＳＷＲ周波数スパイクＦ１を生じるように調整され、出力用ＰＥＣ７が、高いＶＳＷＲ周波数スパイクＦ２を生じるように調整される。前記スパイクのレベルや周波数は、一方の調整が他方に影響を及ぼすとしても個別に制御されることが可能である。さらに、通過帯域の幅は、主として絞り部５の調整ねじ突起１６により制御される。
【００１８】
図４は帯域通過フィルタ１のみの場合のＶＳＷＲ応答を示しているが、図５は、ランプの導波管１２と無電極放電バルブ２１が帯域通過フィルタ１に結合された場合における前記応答を示している。前記応答では、周波数Ｆ３を有する付加されたＶＳＷＲスパイクが周波数Ｆ１とＦ２の間に挿入されている。これは、導波管１２の共振周波数におけるスパイクである。ランプが、通過帯域以内の周波数を有するマイクロ波エネルギーにより、無電極放電バルブ２１の内容物のイオン化を引き起こすのに足りる強度で駆動されるとき、この電極放電バルブ２１はマイクロ波エネルギーに対して短絡回路を生じ、該マイクロ波エネルギーを吸収して発光する。前記イオン化が保持され得る周波数は特定されているものではなく、図６に示されるように、ＶＳＷＲ応答は特により高い周波数端部において拡大されている。
【実施例１】
【００１９】
図７〜１０は、セラミック製半波導波管を２．４ＧＨzで駆動するのに適する、本発明に係る整合回路の実施例を示している。それは、３９．９×３９．９ｍｍのアルミニウム製正方形ブロック１０１からなり、該ブロック１０１には肉厚６．０ｍｍの側板１０２が各々１０個のねじ１０３でねじ止めされている。これらは、調整ねじ１０４と後述される結合部を考慮しつつ一定に位置決めされる。調整ねじ１０４が、ブロック１０１の一方の側壁１０５にねじ込まれ、該側壁１０５は５．８４ｍｍの肉厚を有している。前記側壁１０５と対向する肉厚４．２４ｍｍの側壁１０７から中央空洞１０６内へと、２体の指状ＰＥＣｓ１０８、１０９が延設されている。これらは、矩形断面を呈している。側壁１０５、１０７間の端壁１１０、１１１は、６．６０ｍｍの肉厚、即ち中央空洞１０６から外部に至る断面の厚さを呈している。前記全ての側壁１０５、１０７及び端壁１１０、１１１は、（６．６０ｍｍの肉厚に垂直方向の）１６．０４ｍｍの高さを有している。
【００２０】
指状ＰＥＣｓ１０８、１０９は、１６．０４ｍｍの高さの方向に５．０４ｍｍの肉厚を呈し、側壁１０５、１０７の６．６０ｍｍの肉厚の方向に４．２８ｍｍの肉厚を呈している。指状ＰＥＣｓ１０８、１０９は、ブロック１０１の中間高さ位置において端壁１１０、１１１の高さ方向に配置されている。また、それらの指状ＰＥＣｓ１０８、１０９は、端壁１１０、１１１から等しく３．１５ｍｍの間隔を置いて且つ該端壁１１０、１１１と平行に配置されている。そして、それらの指状ＰＥＣｓ１０８、１０９は、１１．８４ｍｍ離れたそれらの間に絞り部の間隙を有している。前記指状ＰＥＣｓ１０８、１０９と対向する方向から、即ち調整ねじ１０４を備えた側壁１０５から中央空洞１０６内に延びるように、全高さにわたる耳状絞り部１１２が５．７０ｍｍの肉厚で中央に配置され、中央空洞１０６内に５．２８ｍｍの長さだけ延長されている。前記側壁１０５と対向する側壁１０７からは、指状ＰＥＣｓ１０８、１０９が２６．５４ｍｍの長さに延設されている。前記ブロック１０１、指状ＰＥＣｓ１０８、１０９及び耳状絞り部１１２は全て中実固体から機械加工され、また全ての入隅部は半径１．５ｍｍに曲面加工されている。
【００２１】
調整ねじ１０４は、指状ＰＥＣｓ１０８、１０９の中心軸と整合する微細に雌ねじ切りされたねじ穴インサート１１３内に収容されている。前記調整ねじ１０４は、インチ当たり６４山の直径１／４インチ（ＵＮＳ規格）のねじであるが、それは非常に微細なねじであり、整合回路の特性の精緻な調整を可能にしている。
【００２２】
端壁１１０、１１１には、入力及び出力結合部１１６用のねじ１１５を収容するために雌ねじが切られている。これらの結合部１１６は中央電線１１７を備え、該電線１１７は、対向する端壁１１０、１１１の内側面から３．２６ｍｍ離れた指状ＰＥＣｓ１０８、１０９に直接通じている。指状ＰＥＣｓ１０８、１０９は電線１１７を収容するために直径１．３ｍｍに穿孔され、前記電線１１７は定位置にはんだ付けされている。
【００２３】
本発明は、前記の実施態様の細部に限定されるものではない。例えば、アルミニウム製ブロック及び側板の内側表皮が、銀や金のように非常に高い電気伝導率を有する金属でめっきされてもよい。２．４ＧＨｚの周波数について、表皮厚さは２ミクロンである。６ミクロンや１０ミクロンに至るめっきは、高い電気伝導率のめっき内に電流を誘導させるのに十分な被覆を提供するものである。
【符号の説明】
【００２４】
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３  ＶＳＷＲ周波数スパイク
１  帯域通過フィルタ
２  共振室
４  共振空洞
５  絞り部
６、７  完全導電体（ＰＥＣｓ）
８、１０  給電線
９  入力部
１１  放射器
１２  導波管
１４、１５、１６  調整ねじ突起
２１  無電極放電バルブ
２２  中央凹み部
２３  凹み部
１０１  ブロック
１０２  側板
１０３  ねじ
１０４  調整ねじ
１０５、１０７  側壁
１０６  中央空洞
１０８、１０９  指状ＰＥＣ
１１０、１１１  端壁
１１２  耳状絞り部
１１３  ねじ穴インサート
１１５  ねじ
１１６  結合部
１１７  中央電線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月16日(2008.9.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明によれば、無電極放電バルブと、該無電極放電バルブにマイクロ波エネルギーを照射するための放射器と、導電性シールドで被覆されたセラミック材から形成されたバルブ受け器と、マイクロ波回路とからなる、マイクロ波エネルギー源により駆動されるランプであって、
前記バルブ受け器が、内部に無電極放電バルブを収容し、該無電極放電バルブから光線を放出させるように開口された第一の凹み部と、内部に放射器を収容し、該放射器へのマイクロ波の結合を許容するように開口された第二の凹み部とを有し、さらに前記マイクロ波回路が、マイクロ波エネルギー源からのマイクロ波エネルギーの入力部と、バルブ受け器内の放射器へのマイクロ波回路の出力結合部とを有するランプにおいて、
マイクロ波結合器が、帯域通過フィルタとして配置され、マイクロ波エネルギー源の出力インピーダンスを、マイクロ波結合器、バルブ受け器及び無電極放電バルブの結合体の入力インピーダンスと整合させる容量性−誘導性整合回路であることを特徴とするランプが提供される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
マイクロ波回路、即ち容量性−誘導性整合回路は、好ましくは、個別のキャパシタ素子及びインダクタ素子を有する集中素子又はタンク回路であってもよい。また、それは、櫛型ラインフィルタであってもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無電極放電バルブと、該無電極放電バルブにマイクロ波エネルギーを照射するための放射器と、導電性シールドで被覆されたセラミック材から形成されたバルブ受け器と、マイクロ波回路とからなる、マイクロ波エネルギー源により駆動されるランプであって、
前記バルブ受け器が、内部に無電極放電バルブを収容し、該無電極放電バルブから光線を放出させるように開口された第一の凹み部と、内部に放射器を収容し、該放射器へのマイクロ波の結合を許容するように開口された第二の凹み部とを有し、さらに前記マイクロ波回路が、マイクロ波エネルギー源からのマイクロ波エネルギーの入力部と、バルブ受け器内の放射器へのマイクロ波回路の出力結合部とを有するランプにおいて、
マイクロ波回路が、帯域通過フィルタとして配置され、マイクロ波エネルギー源の出力インピーダンスを、マイクロ波回路、バルブ受け器及び無電極放電バルブの結合体の入力インピーダンスと整合させる容量性−誘導性整合回路であることを特徴とするランプ。
【請求項２】
マイクロ波回路が櫛型ラインフィルタである、請求項１に記載のランプ。
【請求項３】
マイクロ波回路が集中素子回路である、請求項１又は２に記載のランプ。
【請求項４】
マイクロ波回路が、金属製のハウジングと、各々ハウジング内部に接地された一対の完全導電体（ＰＥＣｓ）と、一方が入力用、他方が出力用である一対の接続部とからなる、請求項１、２又は３に記載のランプ。
【請求項５】
ハウジング内に各完全導電体（ＰＥＣｓ）の遠端部と対向して配備された個別の同調素子を含む、請求項４に記載のランプ。
【請求項６】
両方の完全導電体（ＰＥＣｓ）の間の絞り部内に配備された別の同調素子を含む、請求項５に記載のランプ。
【請求項７】
金属製のハウジングが、内側に、高い電気伝導率を有する金属で６ミクロン又はそれ以上の厚さにめっきされた、請求項４〜６の何れかに記載のランプ。
【請求項８】
マイクロ波回路における要素間の誘電体が空気である、請求項１〜７の何れかに記載のランプ。
【請求項９】
マイクロ波回路における要素間の誘電体がセラミック材である、請求項１〜７の何れかに記載のランプ。
【請求項１０】
バルブ受け器が共振導波管である、請求項１〜９の何れかに記載のランプ。
【請求項１１】
バルブ受け器が共振半波導波管である、請求項１〜１０の何れかに記載のランプ。
【請求項１２】
共振導波管が１を越える誘電率を有する材料からなる、請求項１０又は１１に記載のランプ。
【請求項１３】
共振導波管がセラミック材からなる、請求項１２に記載のランプ。
【国際調査報告】
2009539214.tif 000013
2009539214.tif 000014
2009539214.tif 000015