(57)【要約】【課題】電極を持たない長寿命でかつ、低電力で駆動できるランプを提供する。【解決手段】ハロゲンガス／希ガス混合で封入された、ガラスからなる放電管（１）は、一端（４）から１／４ラムダの開口部（３）に、アルミナからなる１／２ラムダ導波管（２）に通り抜ける。導波管（２）は、その対向端部（４、５）との間で、共振振動を確立するために銀メッキされる。アンテナ／プローブ（６）は、もう１つの開口部（７）に提供され、増幅器（９）から整合回路（８）を介して駆動される。放電管（１）は、導波管（２）の厚さの２倍より大きい長さを有し、少なくとも一側に導波管（２）から延びている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの対向側部間の厚さと、一側から前記導波管の本体へ延びている放電管開口部と、２つの対向端部間の駆動周波数での前記導波管内のマイクロ波振動の波長の整数倍および／または分数倍であって、前記対向端部は電気的に接地されている、前記２つの対向端部間の横寸法とを有する本体の、固体誘電体からなるマイクロ導波管と、
前記マイクロ波振動を励起するために前記導波管に受け入れられた駆動ブローブと、
前記導波管の厚さの２倍より大きい長さを有し、前記導波管の少なくとも一側に前記導波管から、および前記導波管から放電管へ前記マイクロ波振動を結合するために前記導波管の前記開口部に延び、前記放電管内のプラズマを放出する光を生み出すために、前記マイクロ波振動により励起可能な物質を備える放電管と、
を備えることを特徴とするランプ。
【請求項２】
前記導波管の厚さは、前記導波管の対向端部間の横方向の寸法未満であることを特徴とする請求項１に記載のランプ。
【請求項３】
前記放電管は、前記導波管の両側に前記導波管から延びていることを特徴とする請求項１または２に記載のランプ。
【請求項４】
前記ランプは、前記導波管の両側に延びる前記放電管の部分から光を放射するように配置されることを特徴とする請求項３に記載のランプ。
【請求項５】
前記放電管は、実質的に平面にある前記放電管の中心軸で湾曲され、前記導波管は、前記平面に対して実質的に直角に延びていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載のランプ。
【請求項６】
湾曲された前記放電管は、前記放電管の中心軸によって定められた形状の一端あるいは一側に配置された前記導波管を備えた３次元であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載のランプ。
【請求項７】
前記放電管の両端部は、前記両端部の合流点での前記放電管の内部の結合をしないで合流することを特徴とする請求項５または６に記載のランプ。
【請求項８】
前記放電管の両端部は合流し、前記放電管の内部は前記両端部の合流点で連続することを特徴とする請求項５または６に記載のランプ。
【請求項９】
前記ランプは、前記導波管の厚さの１０倍の大きさの、あるいは１０倍より大きい長さを有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか記載のランプ。
【請求項１０】
前記放電管は、前記マイクロ波の駆動周波数で、前記放電管の定常波の波長の倍数である長さを有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか記載のランプ。
【請求項１１】
固体誘電体は、アルミナ、石英、ポリ四フッ化エチレンを含むプラスチック材料、四チタン酸バリウム、酸化チタンを備える群から選択されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか記載のランプ。
【請求項１２】
前記放電管は、石英、ガラス、あるいは多結晶アルミナからなることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか記載のランプ。
【請求項１３】
前記励起可能な物質は、マイクロ波エネルギーによって、前記物質に励起されたプラズマから紫外光を放射する形式からなることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか記載のランプ。
【請求項１４】
前記励起可能な物質は、希ガスおよび／または遊離ハロゲンガスか、場合により水銀を含んでいることを特徴とする請求項１３に記載のランプ。
【請求項１５】
前記放電管は、紫外光から可視光を生成するための蛍光物質の内層を有することを特徴とする請求項１３または１４に記載のランプ。
【請求項１６】
前記励起可能な物質は、マイクロ波エネルギーによって、前記物質に励起されたプラズマから可視光を放射する形式からなることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか記載のランプ。
【請求項１７】
前記励起可能な物質は、金属ハロゲン化物、金属オキシハライド、金属水素化物を含む希ガスからなることを特徴とする請求項１６に記載のランプ。
【請求項１８】
前記放電管は、マイクロ波放射の囲いに関してファラデー箱で囲まれることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか記載のランプ。
【請求項１９】
前記ファラデー箱は、前記放電管の一側に可視光の反射器を備え、前記放電管の対向側に可視光を透過する部材を備えることを特徴とする請求項１８に記載のランプ。
【請求項２０】
前記放電管は、前記導波管のレセプタクルでくびれさせるか、またはネック状に形成されることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか記載のランプ。
【請求項２１】
ネック部は、前記放電管の端部であることを特徴とする請求項２０に記載のランプ。
【請求項２２】
くびれ部は、前記放電管の端部から遠く離れ、前記導波管は、前記放電管のくびれ部の周囲に固定された２つの部分に提供されることを特徴とする請求項２０に記載のランプ。
【請求項２３】
前記放電管内の前記励起可能な物質の静止蒸気圧は、１気圧未満であることを特徴とする請求項１ないし２２のいずれか記載のランプ。
【請求項２４】
前記静止蒸気圧は、１０トル以下であることを特徴とする請求項２３に記載のランプ。
【請求項２５】
前記整数倍が１あるいは２であることによって、基本共振が前記ランプの使用中に前記導波管で確立されることを特徴とする請求項１ないし２４のいずれか記載のランプ。
【請求項２６】
前記２つの対向端部は、平面で、平行な端部であることを特徴とする請求項１ないし２５のいずれか記載のランプ。
【請求項２７】
前記２つの対向端部は、対向して凸状に湾曲した端部であることを特徴とする請求項１ないし２５のいずれか記載のランプ。
【請求項２８】
前記対向端部、前記プローブおよび前記放電管開口部は、前記放電管と結合した前記導波管の振動が前記導波管の厚さとは無関係であるような配置であることを特徴とする請求項１ないし２７のいずれか記載のランプ。
【請求項２９】
マイクロ波エネルギーの源と、前記源と前記導波管との間に結合した整合回路を含むことを特徴とする請求項１ないし２８のいずれか記載のランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人の国際公開第２００６／１２９１０２号には、マイクロ波の導波管によって励起される、無電極電球を有するランプを開示した。その無電極電球は短く、導波管の深さ内に含まれる。
【０００３】
別の特許出願において、今のところ非公開であるが、導波管からわずかに突き出る電球を開示した。それは、導波管の深度だけ突き出ていない。
【０００４】
ソーン名義の米国特許第５０７２１５７号明細書では、ランチャーまたはサーファトロンは、放電管内のプラズマを励起するものであることを開示している。この発明の言葉では、サーファトロンは、「放電体の長手軸と平行な振動電界を発生させる。」これは紫外線放射を放出するために、プラズマを励起する。
【０００５】
米国特許第４８１０９３３号明細書は、サーファトロンおよび放電管形式の改良されたランプを記載している。それは、放電管内に定常波を作り出すサーファトロンの配置をしないよう警告している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００６／１２９１０２号
【特許文献２】米国特許第５０７２１５７号明細書
【特許文献３】米国特許第４８１０９３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
出願人は特許に記載された形式のマイクロ導波管を使用して放電管内でプラズマ放電を励起することができることを発見した。これは、導波管を通り抜けている放電管とその導波管を配置して、放電管の軸方向である放電管内での表面波の電場〜マイクロ波周波数の時ではあるが〜、および放電管に対して直交する導波管の電場を特に考えると驚きである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従って、以下を備えるランプを提供する。
・固体誘電体からなるマイクロ導波管であって、そのマイクロ導波管は、以下を有する本体である。
【０００９】
・２つの対向側部間の厚さ
・一側から導波管の本体へ延びている放電管開口部
・２つの対向端部間の横寸法であって、その寸法は、２つの対向端部間の駆動周波数での導波管内のマイクロ波振動の波長の整数倍および／または分数倍であり、その対向端部は電気的に接地されている。
・マイクロ波振動を励起するために導波管に受け入れられた駆動プローブ。
・以下の放電管。
【００１０】
・導波管の厚さの２倍より大きい長さを有する。
【００１１】
・導波管の少なくとも一側に導波管から、および導波管から放電管へマイクロ波振動を結合するために導波管の開口部へ延びる。
【００１２】
・放電管内のプラズマを放出する光を生み出すために、マイクロ波振動により励起可能な物質を含む。
【００１３】
通常、導波管の厚さは、その対向端部間の横寸法未満である。
【００１４】
導波管は立方形である時、２つの対向端部は、平面で、平行な端部であることができ、あるいは、導波管はＲ加工されているか、または楕円形である時には、２つの対向端部は、対向して凸状に湾曲であることができる。
【００１５】
好ましくは、固体誘電体は、以下を備える群から選択される。アルミナ、石英、ポリ四フッ化エチレンを含むプラスチック材料、四チタン酸バリウム、酸化チタン。放電管は石英、ガラス、多結晶アルミナからなる。
【００１６】
ランプの発展過程におけるこの段階では、出願人は、大部分が導波管の厚さの１０倍の大きさの多くの放電管をテストした。出願人は、作動するために導波管の厚さより２倍短い放電管を予期する。しかし、このような短い放電管は、これらの放電管の発光放電が、本出願人の特許出願の国際公開第２００６／１２９１０２号のランプの場合の高温ガス分子との衝突とは対照的に、冷却ガス分子との高エネルギー電子の衝突を伴うという点で、有用性が制限される可能性がある。前者の高温ガス分子との衝突は、希ガスのキャリアの金属ハロゲン化物の励起から可視光を放出する。
【００１７】
出願人による本発明の放電管は、それらの封入部に従って可視光および／または紫外（ＵＶ）光を放出する。封入部が希ガスおよび／または遊離ハロゲンガスからなり、および／または水銀を含む場合、それらは紫外（ＵＶ）光を放出する。これらの封入部は、エキシマとして十分周知である。紫外（ＵＶ）光を放出するランプは、紫外（ＵＶ）光が水の殺菌として要求されるところで使用を見いだすことができるか、あるいは放電管は、可視光を作り出す蛍光物質でコーティングされることができる。封入部が金属ハロゲン化物、金属オキシハライド、金属水素化物を含む希ガスからなる場合、それらは可視光を放出する。適応する化合物は、チタン、スズ、インジウム、タリウムの塩化物、ヨウ化物、臭化物であり、オキシ塩化ニオブおよび水素化マグネシウムもまた適応する。
【００１８】
エキシマ、上記金属ハロゲン化物、金属オキシハライド、金属水素化物を含むすべてのハロゲンは、電極を有する放電ランプの電極を攻撃するとみられることは注目すべきである。そして本発明のランプの放電管は、その電極を有していない。
【００１９】
米国特許第４８１０９３３号明細書の教示にもかかわらず、定常波の構成を避けるために、特に非コヒーレントなランチャーを用いて、出願人は、有益な効果が、確立されているプラズマ放電から放射の定常波を引き起こすために、ある長さの放電管を使用することで得られることを発見しました。
【００２０】
再度出願人は、ランプを同じ周波数で、および放電管の異なる長さで駆動することで、放射の節間距離が変化できるという点で、異なる波長の定常波が励起されることを驚いたことに発見しました。この段階で出願人は、これが起こるメカニズムを理解していない。
【００２１】
さらに出願人は、放電が導波管で駆動点から指数関数的に減衰し、放電管の全長に沿って発生しないような比較的低電力で駆動された長い放電管を有する。これは、例えば液体流を殺菌する際に利用するという観点では満足度が低い。ここでは節の変化は、問題であるとは思われないが、放電管の一端から反対側の端への減衰は、液体流の一部が放射を免れることができるようにした。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のランプの斜視図である。
【図２】本発明の短い放電管のランプの側面図である。
【図３】本発明のある長さの放電管を備えたランプの類似図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の理解を支援するために、その具体的な実施形態は例として、添付図面を参照して以下に説明する。
【００２４】
図面を参照すると、図１は、低圧のハロゲンガス／希ガス混合で封入された、石英からなる放電管１は、一端４から１／４ラムダの開口部３、すなわち中央に、アルミナからなる１／２ラムダ導波管２に通り抜ける。導波管は、その対向端部４、５との間で、共振振動を確立するために銀メッキされる。この共振モードは、導波管の厚さに依存しない。そのため導波管は、薄くでき、１／２０ラムダである。アンテナ／プローブ６は、もう１つの開口部７に提供され、増幅器９から整合回路８を介して駆動される。整合回路は、本出願人の国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００７／００１９３５に記載されているように、帯域通過形式のくし歯型フィルターからなることができる。増幅器は、半導体素子とすることができる。代替的には、マグネトロンが使用できる。
【００２５】
通常、駆動周波数は２．４ＧＨｚであり、１０の誘電率を有するアルミナの２．４ＧＨｚの周波数でのラムダは、１００ｍｍであり、１／２ラムダでの導波管は、長さ５０ｍｍである。導波管およびアンテナの開口部の中心は、導波管のそれぞれの端部から１２．５ｍｍにあり、導波管は厚さ５ｍｍである。
【００２６】
図２に示すように、一端に近接した導波管と共に、プラズマ放電は、放電管の長さに沿って５０ｍｍ間隔で３つの定常波の節部Ｎと共に短い２００ｍｍ放電管内で発生する。導波管は作用し、導波管内での共振から放電管内での表面波へマイクロ波エネルギーを結合させる。本出願人は以下で導波管を「結合器」と呼ぶ。放電管の誘電率は１０ではなく、節部が導波管の１／２ラムダの長さと放電管において同じ距離にあることは、偶然の一致であると考えられる。石英からなる放電管の誘電率は、３．７８である。通常、放電管は、１ｍｍの肉厚を備えた６ｍｍの外径からなる。本出願人は、２トル（２ｍｍＨｇ）の封入圧力を使用した。この圧力下で、発光プラズマ放電が、ガス封入全体にわたって発生するが、マイクロ波、表面波、電場から封入部へのエネルギー消散は、ガス封入の囲みの外側近くに起こり、封入本体へ移動する高エネルギー電子を生成して、そこにガス粒子を当てて、発光を引き起こすと考える。封入圧力が増加するにつれて、発光傾向、すなわちガス封入の軸に沿ってプラズマがより集められる傾向があることに注目した。本出願人は、１気圧を超える封入圧力を使用するつもりはない。
【００２７】
したがって、光の消散の増大に対して、放電管の直径を増やし、通常１０トル以下の低封入圧を保つことが好ましい。図３はこれが２５ｍｍの放電管の直径で達成できる実用的な方法を示し、２５ｍｍの放電管の直径は、導波管の寸法の一部と同程度で、開口部３と比較して大きい。（あまりにも大きいこの放電管を作製することは、導波管の振動モードを乱さないだろう。）ここに示した放電管は、直径６ｍｍの長さ１０ｍｍのネック部２１と外径２５ｍｍの長さ１００ｍｍの大口径部２２を有する。
【００２８】
図４は、６００ｍｍの長さの放電管を示し、その放電管の長さの１／４の結合器を一緒に備える。マイクロ波信号の駆動の強度に対して、プラズマ放電は、その短い放電管部分内で節部と共に発生するが、しかしそれより長い放電管部分内では節部と共に発生しない。ここでは、励起表面波は、特に、プラズマからの紫外線発光により、その放電管の長さに沿って減衰する。したがって、定常波を確立するのに、反射にとって放電管の末端部に到達するマイクロ波放射は十分ではない。
【００２９】
図５では、水の殺菌のためにランプから紫外線光で水Ｗを照射する給水本管１０１において、本発明のランプの実際の取り付けが示される。給水本管の屈曲部１０２で、ガラス管１０３は、給水本管の上流部の中心軸に突出する。ガラス管は、閉じた上流端部１０４を有し、肘部の取り付け部１０６で水漏れしないようにＯ（オー）リング１０５で封止される。取り付け部は、紫外線光の漏れを防ぐ軽堅固な板１０８で使用時に閉じた口部１０７を有する。ランプは、口部内に収容された結合器１１０と駆動回路１１１を備えた、ガラス管へ延びているその放電管１０９を有する。ガラス管からの紫外線光は、給水本管内に流れる水を照射する。この実施例において、放電管開口部１１２が結合器１１０を通り抜けて延伸せずに、放電管が結合器の一側のみに延伸することは注目すべきである。
【００３０】
帯状照明として構成される本発明のランプは、図６で示される。それは、天井筐体２０３に整合回路およびマイクロ波発生源２０２を有する中央結合器２０１を備える。天井筐体の両側からは、天井筐体と一体成形された、開口反射器２０４を下方に延伸する。開口反射器の内側と天井筐体の内側は、反射のために金属化２０５され、およびファラデー箱の一部として、開口反射器の唇部２０７によって保持された金網２０６によって完成される。中央結合器２０１から水平方向に延伸しているのは、２つの反射器で同等な部分を有するランプの放電管２０８である。
【００３１】
別のランプは、壁状筐体３０１と透明カバー３０２を有する照明器具の形で、図７に示される。筐体の上方領域では、ランプの結合器３０３が、中央に配置された整合回路とマイクロ波発生源３０４を備えて径方向に延伸している。放電管３０５は、個別に認識できる端部を何も持たない、筐体内部のマイクロ波発生源の周囲に輪を設けた環状である。ワイヤー３０６は、ファラデー箱として放電管に巻かれる。
【００３２】
フィラメント電球交換としてのさらなるランプは、図８に示される。それは、ねじ込み継ぎ手４０２を備えた成形筐体４０１を有する。成形筐体から前方には、透明筐体４０３を延伸する。その透明筐体は、光が放射し、ここにファラデー箱を完成するために金属化配線４０５からなるパターンを有する前方端部を除いて反射するように金属化４０４される。結合器４０６およびマイクロ波発生源４０７は、筐体内に取り付けられる。放電管４０８は、結合器を通り抜け、筐体内に放電管の全長を収容するために、折り重ねられる。放電管の端部４０９は、相互支持のために、結合器と並んで隣接するが、内部に連続的でなく、結合器の外側に物理的にただ単に接続されるだけである。
【００３３】
本発明は、上記実施形態の細部に限定されることを目的としない。例えば、使用された封入部に提供されるものは、放電管に関して石英の代わりに使用できるホウケイ酸ガラスは積極的ではない。さらに、代替的には多結晶アルミナである。他の物質は可能であるが、経済的理由で見込みがない。例えば、イットリウムアルミニウムガーネットや人工サファイヤである。導波管を通り抜けて延びている小口径の部分を備えた大口径の放電管を使用し、導波管の両側に延伸している放電管を有することが望ましいとされる場合、放電管は、くびれ部を有することができ、導波管は、放電管のくびれ部を取り囲んで、２つの部分に提供できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  放電管
２  導波管
３  開口部
４  端部
５  端部
６  アンテナ／プローブ
７  開口部
９  増幅器
２１  首部
２２  大口径部
Ｎ  節部
【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】
2011501355.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
2011501355.tif 000011
2011501355.tif 000012
2011501355.tif 000013