JPH0457066B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ 発明の分野 本発明は、一般的にはアーク灯に、より特殊的
には、光学繊維束とともに用いられるアーク灯に
関するものである。

ロ 従来形式の説明 アーク灯は、器具類や投射などに用いられる集
中的な点光源を得るためのものであり、医学分野
の内視鏡は１つの使用例である。内視鏡の場合
は、アーク灯が光学繊維束の照明源として役立つ
ている。この照明源により、身体の管・道や隣接
の器官を、従来のように手術をすることなく眼で
調べることができる。アーク灯は、また、ジエツ
ト・エンジンの内部など眼で調べることの難しい
構造物やコンポネントを点検する工業用内視鏡に
も用いられている。

光学繊維束とともに用いる典型的な公知形式の
アーク灯システムを示したのが第１図である。こ
の公知形式全体を参照番号１０で示してある。ア
ーク灯は２０は軸線２２を中心としてほぼ対称的
で、ベース２４、ボデイ２６、陽極２８、陰極３
０、複数の陰極保持アーク３２、窓部材３４を有
している。ベース２４は、一般的には鉄製であ
る。ボデイ２６は、通常はセラミツク材料で出来
ている。

ボデイ２６は凹面の空所４０を有し、この空所
４０は反射曲面４２を画定している。反射曲面４
２には反射性金属コーテイングが施されている。
陽極２８は、ベース２４からボデイ２６を通り、
反射曲面４２の後ろから軸線２２に沿つて空所４
０内へ延びている。陰極支持アーム３２は、半径
方向にボデイ２６から軸線２２のほうへ延びてい
る。陰極３０は、軸線２２に沿つて保持アーム３
２に取付けられている。窓３４は、ボデイ２６に
シール・フイツトしているので、空所４０は気密
である。窓３４は透明な材料で造られている。使
用時には空所４０には不活性ガス、たとえばキセ
ノンが、大気圧の数倍の圧力で充填される。アー
ク灯は、破壊電圧がアーク・ギヤツプを通過し、
その結果、照明電子流（すなわちアーク放電）が
陽極３０から陰極２８へギヤツプを通過するとき
に発光する。この形式のアーク灯は、通例、約
150ワツトから800ワツトの範囲で動作する。

第１の冷却ブロツク５０はベース２４に付加さ
れている。冷却ブロツク５０はベース２４からの
熱を吸収する。第２の冷却ブロツク５２は窓３４
に付加され、窓３４内に発生する熱を吸収する。

光６０はアーク灯２０から出て、レンズ６４を
通過する。レンズ６４は、光６０を集光し、光学
繊維束６８とともに用いるのに十分細いビームに
変えるのに必要なものである。光６０は繊維束６
８に入る前に常温ミラー７０によつて濾過され
る。常温ミラー７０は可視光線７４を繊維束６８
に反射するが赤外光線は通過させて、第３の冷却
ブロツク８０へ送る。冷却ブロツク８０は赤外光
線７６の熱を散逸させる。

前述の公知形式のシステムには、いくつかの問
題がある。１つの問題は、このシステムは、かさ
が大きく、多数のコンポネントを抱えていること
である。また、別の問題は、たとえば反射曲面４
２などのコンポネントが、陰極３０、レンズ６
４、ミラー７０に対して正確に位置決めされねば
ならないことである。これらのコンポネントの整
列に僅かでもずれがあれば、重大な結果を生じう
る。更に別の問題は、反射曲面が光線内部に穴を
つくることである。光線内部のそうした穴は均一
な光源の発生を妨害する。

ハ 本発明の要旨 それゆえ、本発明の目的は、コンパクトなサイ
ズの光学繊維アーク灯を得ることにある。

更に本発明の目的は反射体を用いる必要のない
光学繊維アーク灯を得ることにある。

本発明の更に別の目的は、光線に穴のパターン
の生じない光学繊維アーク灯を得ることにある。

更に本発明の目的は、光エネルギーの広スペク
トルの点光源を、50ミクロン以上の直径をもつ光
学繊維光案内束内へ映し込むことのできるアーク
灯を得ることにある。

更にまた本発明の目的は、アークのプラズマ
を、反射体を間に介在させることなしに、光案内
導体内へ直接に映し込む光学繊維アーク灯を得る
ことにある。

本発明の他の目的は、光源のすぐ近くに小直径
の光案内を設けてアークを直接映し込むことによ
つて、スペース面の特性が改善された光学繊維ア
ーク灯を得ることにある。そのさい、前記光案内
の直径はプラズマ・アークのサイズに合わせるこ
とができる。

簡単に言うと、本発明の好ましい１実施例で
は、高圧ガスの入つた円筒形空所をもつセラミツ
ク製ボデイを有している。陰極は、円筒形空所の
軸線と同軸的にボデイの第１端部を通つて延びる
ように取付けられている。この陰極は、また、ロ
ツド形状をもち、末端部は先細となり先端がとが
つている。この末端部は空所内へ延びている。陽
極はボデイの第２端部を通つて延びるように取付
けられており、円筒形空所の軸線と同軸的に延び
ている。この陽極は中空シリンダである。陽極の
末端部は空所内に延び、端キヤツプを有してい
る。陰極の先細端部と陽極の端キヤツプとはアー
ク・ギヤツプを形成している。陽極の端キヤツプ
は穴を有している。

円筒形サフアイア製光管は、中空陽極内側にフ
イツトする寸法にされ、空所内側からボデイ外側
へ抜けている。アーク・ギヤツプからの光は陽極
の穴を通り、サフアイヤ製集光管に達する。集光
管は、穴とは反対側に来る端部が半球形をなし、
光が集められる。光はボデイの外側の光学繊維束
に集点を結ぶようにされる。

本発明の利点は、サイズがコンパクトな光学繊
維アーク灯が得られる点である。

更に本発明の利点は、反射体を用いる必要がな
い点である。

本発明の更に別の利点は、反射光学材を用いた
アーク灯の特徴であるビーム穴パターンが生じる
ことがない点である。

本発明の別の利点は、広スペクトルの光エネル
ギー点光源を、50ミクロン以上の特徴的な直径を
もつ光学繊維の光案内束内へ映し込むことができ
る点にある。

更にまた本発明の利点は、アークのプラズマ
が、反射体を間に介在させることなく、光案内導
体内へ直接に映し込まれる点にある。

更に本発明の他の利点は、光源のすぐ近くに小
直径の光案内を配置して、アークを直接的に映し
込むことによつて、スペース面の特性が改善され
た点であり、そのさい、前記光案内の直径はプラ
ズマ・アークのサイズと合致させることができ
る。

更に、本発明の利点は、サフアイヤ製集光管
が、光を極めて直径の小さい繊維束（サイズは50
ミクロン）内へ光を集められる曲率半径をもつ出
口を有している点である。

本発明による前述の目的および利点は、添付図
面に示した好適実施例についての以下の説明を読
めば、この分野の専門家には疑いなく明らかにな
ることであろう。

ニ 好適実施例の詳細な説明 第２図は本発明のアーク放電管１００を示した
ものである。ボデイ１０６は、軸線１０９をもつ
セラミツク製円筒体１０８、陰極内側リング１１
０、陰極バツクアツプ・リング１１２、陽極内側
リング１１４、陽極バツクアツプ・リング１１６
から成つている。内側リング１１０，１１４はコ
ヴアル（Kovar）材料で造られ、セラミツク製円
筒体１０８の端部は銅ろう付けされている。バツ
クアツプ・リング１１２，１１６はセラミツク材
料で造られている。リング１１２は内側リング１
１０に銅ろう付けされ、リング１１６はリング１
１４に銅ろう付けされている。気密の空所１１８
は、内側円筒体１０８により形成されている。

陰極保持体１２０は、リング１１２の穴１２２
とリング１１０の穴１２４とを軸線１０９と同軸
的に貫通している。保持体１２０は、ニツケル製
の管である。保持体１２０には、直径が穴１２４
より大きいが穴１２２よりは小さい部分１３０
と、穴１２４にほぼ等しい直径をもつ部分１３２
とが部分１３２は空所１１８内へ延びている。保
持体１２０は内側リング１１０に銅または銀でろ
う付けされている。１対のガス穴１３６，１３８
は保持体１２０の部分１３２に直角に貫通してお
り、保持体１２０の内表面と交差している。保持
体１２０の内表面は流路１４６を画定している。

陰極１５０は、軸線１０９と同軸的に保持体１
２０から延びている。陰極１５０はロツド形状を
しており、部分的に内側通路１４６にはめ込まれ
ている。陰極１５０はタングステン製で保持体１
２０にろう付けされている。陰極の末端は、軸線
１０９に対して約50度の角度で先細になり先端が
とがつている。

タブ１５６は陰極保持体１２０に銅ろう付けさ
れている。また、タブ１５６は、１端に穴１５８
をもつ平らなスチール・ストリツプである。穴１
５８は、陰極保持体１２０の部分１３０がはめ込
まれるような寸法にされている。タブ１５６はバ
ツクアツプ・リング１１２の外縁から突出して軸
線１０９と直角方向に延びている。

陽極保持体１７０は、リング１１６の穴１７２
とリング１１４の穴１７４とを貫通し、軸線１０
９と同軸的に延びている。保持体１７０には、内
部通路１７６と穴口のカツトアウト部１７８とが
形成されている。また、保持体１７０は、穴１７
２，１７４と直径のほぼ等しい陽極部分１８０
と、陽極部分１８０より直径の大きいねじ部分１
８２と、陽極部分１８０より直径の小さい後部１
８４とから成つており、内側リング１１４に銅ま
たは銀ろう付けされている。

陽極１９０はタングステン製で、内側通路１９
２をもつた中空円筒体に似た形状をもつている。
通路１９２は、保持体１７０の通路１７６と直径
が等しい。陽極１９０は、保持体１７０のカツト
アウト部１７８とほぼ直径の等しい保持部分１９
４を有している。また、陽極１９０は、カツトア
ウト部１７８の内側に部分的にはめ合わされてい
る保持部分１９４とともに、軸線１０９と同軸的
に配置されている。更に、陽極１９０は保持体１
７０に銅ろう付けされており、保持部分１９４よ
り直径の大きいアーク区域１９６を有している。
陽極１９０は、また、アーク区域１９６の端部に
端キヤツプ１９８を有している。穴２００は、軸
線１０９と同軸的に端キヤツプ１９８を貫通して
いる。穴２００は通路１９２の直径より小さい直
径をもつている。通路１９２は、穴２００に合う
ように軸線１０９に対し45度の角度で先細にされ
ている。

冷却ブロツク２２０は円筒形をしており、この
円筒形部分から半径方向に外方へ延びる複数のフ
イン２２２を有していある。冷却ブロツク２２０
はアルミニウム製で、軸線１０９と同軸的に配置
されている。内部通路２２４は軸線１０９を中心
として対称的である。カツトアウト部２２６によ
り、冷却ブロツク２２０はバツクアツプ・リング
１１６の外縁の周囲に適合するようになつてい
る。通路２２４のねじ部分２２８は保持体１７０
のねじ部分１８２と噛合つている。通路２２４の
部分２３０は、保持体１７０の後部１８４の直径
にほぼ等しい直径をもつているので、後部１８４
は内側部分２３０に適合している。通路２２４の
フイルタ部分２３６は、内側部分２３０の後方に
軸線１０９と同軸的に配置され、内側部分２３０
より大きい直径を有している。通路２２４の結合
ねじ部分２３８は、フイルタ部分２３６の後方に
軸線１０９と同軸的に配置されている。

熱吸収フイルタ２４２は、冷却ブロツク２２０
の内側部分２３６に配置されている。フイルタ２
４２はデイスク形状で、ガラス製である。円筒形
の光学繊維コネクタ２５０は、冷却ブロツク２２
０のねじ部分２３８と噛合うねじ部分２５２を有
している。コネクタ２５０は、光学繊維束と係合
するねじ部分２５４を有しており、また、軸線１
０９を中心として対称的な内部通路２５６を有し
ている。この内部通路２５６は、陽極保持体１７
０の通路１７６とほぼ等しい直径をもつている。
１対のスロツト２５８が、光学繊維束と結合する
ねじ部分２５４の外端部のところの通路２５６に
形成されている。コネクタ２５０はアルミニウム
製である。

円筒形のサフアイヤ製集光管２７０は、保持体
１７０の通路１７６と陽極１９０の通路１９２と
の内部に配置されている。集光管２７０の直径は
通路１７６，１９２の直径とほぼ等しい。集光管
２７０は、陽極１９０からの熱が光学繊維束コネ
クタ２５０に到達する前に消散させることができ
るだけの長さでなければならない。また、集光管
２７０は、一方の端部のところが、光を集められ
るように曲面２７２をなしている。更に光を集め
るために他端のところにも、第２の曲面２７４を
設けておいてもよい。

第３図は、アーク放電管１００のエア・ギヤツ
プ部分３００を示したものである。陰極１５０は
0.0813cmの直径をもち、穴２００は0.0787cmの直
径をもつている。陰極１５０の先端から陽極１９
０までのエア・ギヤツプ３１０は0.051cmであり、
穴２００の深さは0.0381cmの深さ３１２だけ延び
ている。

動作時には空所１１８は、陰極保持体１２０の
通路１４６を通り、17気圧のキセノン・ガスが充
填される。次いで、通路１４６がシールされる。
光は、破壊電圧がアーク・ギヤツプ３１０を越え
たときに発生する。典型的な破壊電圧は25000ボ
ルトである。陰極１５０から陽極１９０へギヤツ
プを横切る電子流は、円錐形のアーク放電または
プラズマ３２０を発生する。この円錐形アーク放
電３２０は陽極１９０の内部通路１９２に光の流
れを生じさせる。穴２００は光を案内する役割を
もつ。

集光管２７０は通路１９２内に配置され、光３
２４がその端面２７２を通過するようになつてい
る。端面２７２は曲面をなしていて、集光管２７
０とフイルタ２４２を通過して光学繊維束コネク
タ２５０内に保持されている繊維束へ進む光が焦
点を結ぶようになつている。フイルタ２４２は赤
外熱を吸収し、この熱を冷却ブロツク２２０を介
して放散する。曲面２７４も光が焦点を結ぶよう
になつており、光は極めて小さな直径の光学繊維
束（50ミクロンのサイズ）に焦点を結ぶことがで
きる。

本発明では、集光管２７０がアーク・ギヤツプ
３１０の近くに位置するので、集光のための、か
さばる反射体を必要としない。陽極１９０内に集
光管２７０を配置する独特な点により、円錐形の
アーク放電３２０により発生する光を極めて有効
に利用できる。

第４図は光が集中的に分布するアーク放電の横
断面を示したものである。各ラインは、カンデラ
で測定した平方ミリ当りの定光度を表わしてい
る。曲面２７２は最も高温で最も集中的なアーク
光域に焦点を結んでいる。この光域は陰極１５０
の先端の点４１０である。

以上、本発明を好適実施例について説明した
が、本発明は、もとよりそれに限定されるもので
はない。種々の対案や変化形が可能であること
は、以上の開示を読んだ専門家には明らかであろ
う。したがつて、付属のクレームは、本発明の真
の思想と範囲に属する一切の代案と変化形とを含
むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知形式のアーク灯の横断面図、第２
図は本発明によるアーク放電管の横断面図、第３
図は第２図の放電管の１部の拡大横断面図、第４
図はアーク放電の光の集中度を示す横断面図であ
る。 図において、１００……アーク放電管、１０６
……ボデイ、１４６……内部通路、１５０……陰
極、１９０……陽極、２２０……冷却ブロツク、
２４２……フイルタ、２５０……光学繊維束コネ
クタ、２７０……サフヤイヤ製集光管、２７２，
２７４……集光曲面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アーク放電管において、この放電管が、不透
   明な誘電性材料で形成されたボデイ１０６を有し
   ており、このボデイ内部には高圧ガスを密封した
   空所１１８が形成されており、 また、１対の電極１５０，１９０を有してお
   り、この電極対が前記空所１１８内に組付けら
   れ、電極１５０，１９０の末端が、エア・ギヤツ
   プ３１０を形成する間隔だけ離れた位置にあり、 更にまた、円筒形のサフアイヤ製集光管２７０
   を有しており、この集光管がボデイ１０６の外側
   からボデイ壁を貫通し前記空所１１８内へ達する
   ように取付けられており、また集光管２７０の第
   １の端部２７２が、前記アーク・ギヤツプ３１０
   のアーク放電に焦点を結ぶように前記空所１１８
   内に位置せしめられた曲面を有しており、かつま
   た第２の端部２７４がボデイ１０６の外側に位置
   していることを特徴とするアーク放電管。 ２ 電極１５０，１９０の１つがロツド状の陰極
   部材１５０であり、この陰極部材がボデイ壁に取
   付けられ、末端部が先細になり先端がとがつてお
   り、 また、電極１５０，１９０の他の１つが陽極部
   材１９０であり、前記ボデイ壁に取付けられたこ
   の陽極部材が、前記サフアイヤ製集光管２７０の
   第１端部にかぶせられるサイズの中空円筒体であ
   り、また、前記陽極１９０の末端には端キヤツプ
   １９８が形成され、この端キヤツプ１９８がアー
   ク放電の光をサフアイヤ製集光管２７０へ進むの
   を可能にする穴２００を有しており、更に陽極１
   ９０の端キヤツプ１９８が陰極１５０の前記先端
   と一緒にアーク・ギヤツプ３１０を形成している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放
   電管。 ３ 電極１５０，１９０とサフアイヤ製集光管２
   ７０とが軸線１０９と同軸線的に配置されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放
   電管。 ４ 熱吸収フイルタ２４２が集光管２７０の第２
   端部２７４のところに配置されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の放電管。 ５ 冷却ブロツク２２０がボデイ１０６とフイル
   タ２４２に付加されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第４項記載の放電管。 ６ 光学繊維束コネクタ２５０が冷却ブロツク２
   ２０に付加され、サフアイヤ製集光管２７０が第
   ２端部２７４からの光を受け取る位置に配置され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の放電管。 ７ アーク放電管において、この放電管が、 誘電材料製の円筒形ボデイ１０６を有してお
   り、このボデイ１０６が軸線１０９を中心として
   対称的な空所１１８を有し、この空所１１８には
   高圧ガスが充填されており、 また、空所１１８の第１端部のところに組付け
   られた陰極１５０を有しており、この陰極１５０
   は、軸線１０９と同軸線的に空所１１８内へ延
   び、末端が先細になつており、 更にまた空所１１８の第２端部のところに組付
   けられた陽極１９０を有しており、軸線１０９と
   同軸線的に空所１１８内へ延びているこの陽極１
   ９０が内部通路１９２を有する中空円筒体であ
   り、更にこの通路１９２はボデイ１０６と陽極端
   部の端キヤツプ１９８から外方へ延びており、ま
   た、穴２００が端キヤツプ１９８内に軸線１０９
   と同軸線的に形成されており、陽極末端と陰極と
   が間隔をおいて位置し、アーク・ギヤツプを形づ
   くつており、 更に、円筒形のサフアイヤ製集光管２７０を有
   しており、この集光管が、軸線１０９と同軸線的
   に通路１９２内に配置され、穴２００と対向側の
   第１端部２７２のところに曲面が形成されてお
   り、この結果、アーク・ギヤツプ３１０の放電に
   よる光が集光管２７０に沿つて、その第２端部２
   ７４を通過し、ボデイ外部の光点に集中すること
   を特徴とするアーク放電管。 ８ 金属製の冷却ブロツク２２０が、ボデイ１０
   ６の外側にボデイの第２端部を貫通して延びる陽
   極区分に付加されており、集光管２７０を受容す
   る通路２２４を有していることを特徴とする特許
   請求の範囲第７項記載の放電管。 ９ 熱吸収フイルタ２４２が、集光管第２端部２
   ７４近くの冷却ブロツク通路２２４内に配置さ
   れ、熱を吸収することを特徴とする特許請求の範
   囲第８項記載の放電管。 １０ 光学繊維束コネクタ２５０が、ボデイ１０
   ６に付加され、このコネクタ２５０の位置が、コ
   ネクタ内に保持された光学繊維束が集光管２７０
   からの光を前記光点で受光できる位置であること
   を特徴とする特許請求の範囲第７項記載の放電
   管。 １１ 陽極の内部通路１９２の直径が、穴２００
   の直径より大きく、かつまた内部通路１９２が先
   細の部分を有し、この部分が穴２００と合致する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の放
   電管。 １２ 円筒形の集光管２７０の第２端部２７４が
   曲面をなしており、光を更に集中させることを特
   徴とする特許請求の範囲第７項記載の放電管。