JP2004185856A

JP2004185856A - 無電極ランプ装置

Info

Publication number: JP2004185856A
Application number: JP2002348479A
Authority: JP
Inventors: Masao Isohata; 正男五十畑; Masuo Suzuki; 益男鈴木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】金属メッシュ体の製造に手間のかかる溶接を無くして、生産性の向上及びコスト低減を図ることができ、しかも、バルブ位置に高強度電界領域を形成することができる無電極ランプ装置を得る。
【解決手段】マイクロ波エネルギ供給源から導波管５を経て出射されるマイクロ波を共振させるキャビティ３４を、前記キャビティ３４内に配置するバルブ７に向かって凹む略湾曲形状のリフレクタ３３と、前記リフレクタ３３と逆側に凹む略湾曲形状の金属メッシュ体３５とで形成することで、キャビティ３４内のバルブ７近傍に高強度電界領域Ｅ１を形成可能にすると同時に、金属メッシュ体３５の強度向上を実現する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波放射による励起でバルブを発光させる無電極ランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波放射による励起で発光するガスを封入したバルブを使用して、１００，０００ルーメンを越える高強度の発光が可能な無電極ランプ装置が種々開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特表平１１−５０３２６３号公報
【０００４】
図３は、このような従来の無電極ランプ装置の構成を原理的に示したものである。
ここに示した無電極ランプ装置１は、マイクロ波エネルギ供給源となるマグネトロン装置３と、マグネトロン装置３の発生するマイクロ波を誘導する導波管５と、マイクロ波による励起で発光するガスが封入され、導波管５の先端の開口部（結合窓）６の前方に配置されるバルブ７と、このバルブ７の出射する光を配光する円板状のリフレクタ９と、導波管５と開口部６を介して連接されてバルブ７の周囲にマイクロ波を共振させるキャビティ１１を画成する金属メッシュ体１３とを備えた構成である。
【０００５】
開口部６は、通常、図４に示すように、長円形状の開口とされている。また、金属メッシュ体１３は、マイクロ波を遮断すると共に照射されたマイクロ波は反射してバルブ近傍に電界を集束させる一方で、バルブの出射する光は透過するもので、先端を閉じた有頭円筒構造に設けられている。
【０００６】
有頭円筒構造の金属メッシュ体１３は、通常、先端の円板形の蓋部１３ａと、円筒部１３ｂとの２部品を溶接して形成されている。また、円筒部１３ｂは、矩形のメッシュ材料を所定の円筒形に成形して端部を溶接することで形成している。
金属メッシュ体１３の製造工程では、まず、円筒部１３ｂを形成した後、この円筒部１３ｂに蓋部１３ａを溶接し、更に、円筒部１３ｂの後端部にリフレクタ９を接合することで、キャビティ１１を画成する金属メッシュ体１３とリフレクタ９とを一体化させている。
【０００７】
このようなキャビティ１１内では、開口部６を通ってキャビティ１１内に発射されたマイクロ波の入射波１６と、金属メッシュ体１３での反射波１７とが同位相で重なることで局部的に共振の集中が起こる。その結果、キャビティ１１内では、共振の集中によって電界強度が極めて強い高強度電界領域Ｅ１と、その周囲に位置してやや強い中強度電界領域Ｅ２と、その周囲に位置する低強度電界領域Ｅ３と、その周囲に位置する更に電界強度が低い微弱強度電界領域Ｅ４とが形成された電界分布を生じる。
なお、図３では、キャビティ１１内の各電界強度領域を、網点の濃度を変えることによって表示している。例えば、高強度電界領域Ｅ１は黒く塗りつぶして表示し、中強度電界領域Ｅ２はやや濃い網点で表示し、低強度電界領域Ｅ３は薄い網点で表示し、微弱強度電界領域Ｅ４はＥ３よりも更に薄い網点で表示している。
【０００８】
バルブ７による発光強度や発光効率を高めるには、バルブ７を高強度電界領域Ｅ１に配置すること、更には、バルブ７の位置に適正な大きさの高強度電界領域Ｅ１が形成されるように、キャビティ１１内における入射波１６，反射波１７の発生を調整することが重要になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した有頭円筒構造の金属メッシュ体１３とその後端部に装備したリフレクタ９とによってキャビティ１１を形成する従来の無電極ランプ装置１は、金属メッシュ体１３の製造に手間のかかる溶接部が多く、その結果、生産性の低下や、コストアップ等の問題が生じた。
また、金属メッシュ体１３に使用する金属メッシュ材料は、板厚が０．１ｍｍ程度のもので、曲げ強度が低い。そのため、上記のような有頭円筒構造のものは、曲げ強度の低い金属メッシュ材料の使用部位が多くなることから、変形が生じ易く、金属メッシュ体１３の変形によってキャビティ１１内におけるマイクロ波の反射等が変動して、例えば、高強度電界領域Ｅ１のずれ等の重大な欠陥を招く虞があった。
【００１０】
そこで、曲げ強度の低い金属メッシュ体１３の変形を防止するために、図５に示す構造の無電極ランプ装置２１が提案されている。
この無電極ランプ装置２１は、バルブ７側に凹んだ湾曲形状のリフレクタ２３と、このリフレクタ２３前面の円形の開口を覆う円板形の金属メッシュ体２４とでマイクロ波を共振させるキャビティ２６を形成するようにしたもので、それ以外の構成、例えば、バルブ７や、開口部６や、導波管５や、マグネトロン装置３等は、何れも、図３に示した無電極ランプ装置１のものと共通である。
【００１１】
この無電極ランプ装置２１では、金属メッシュ体２４がバルブ７の前方を覆う平面状の円形部のみとなって、曲げ強度が低い金属メッシュ材料の使用領域が小さくなり、キャビティ２６を画成する構造物としては、リフレクタ２３によって強度を持たせることができたため、キャビティ２６の変形防止に効果的である。
また、従来の有頭円筒構造の金属メッシュ体１３と比較すると、溶接部を低減して、手間のかかる溶接に起因していた生産性の低下やコストアップを防止することもできる。
【００１２】
ところが、図５に示した形態のキャビティ２６は、キャビティ２６内でのマイクロ波の入射波１６と反射波１７との重なりが低減して、共振の集中が発生し難くなり、図示のように、バルブ７の周囲には、図３の場合と比較すると、低強度電界領域Ｅ３や、更に電界強度が低い微弱強度電界領域Ｅ４しか形成することができない。
そのため、バルブ７の励起が弱く、強い発光を得ることができないという重大な欠陥を生じた。
【００１３】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、キャビティを構成する金属メッシュ体の製造に際して、手間のかかる溶接を無くして、生産性の向上及びコスト低減を図ることができ、また、キャビティの変形を防止すると同時に、バルブ位置に適正な大きさの高強度電界領域を形成することができて、バルブに高強度の発光をさせることができる無電極ランプ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る無電極ランプ装置は、請求項１に記載したように、マイクロ波エネルギ供給源と、このマイクロ波エネルギ供給源の発生するマイクロ波を誘導する導波管と、前記導波管の前方側に配置されマイクロ波による励起で発光するバルブと、前記バルブ側に凹む略湾曲形状に設けられて前記バルブの出射する光を配光するリフレクタと、前記リフレクタとの協働でマイクロ波を共振させるキャビティを画成するべく前記リフレクタと逆側に凹む略湾曲形状又は円錐形状に形成されて前記リフレクタ前面に対向配置され、マイクロ波を遮断すると共に照射されたマイクロ波は反射して前記バルブ近傍に電界を集束させる一方で、前記バルブの出射する光は透過する金属メッシュ体とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
このように構成された無電極ランプ装置においては、マイクロ波を共振させるキャビティを形成する金属メッシュ体は、バルブ側に凹む略湾曲形状又は円錐形状で、例えば円板状の金属メッシュ材料にプレス機等で絞り加工を施すことで、比較的に簡単に形成することができ、金属メッシュ体の製造に際して、手間のかかる溶接を無くすことができ、手間のかかる溶接を無くすことで、生産性の向上及びコスト低減を図ることができる。
更に、上記構成の金属メッシュ体は、絞り加工等で所定の湾曲形状又は円錐形状に成型することで、単純な平面状円板の場合よりも、面張力で機械的な強度が増し、同様の湾曲形状のリフレクタとの協働でキャビティを形成することで、外力に対して変形が生じにくい堅牢なキャビティを得ることができる。
従って、キャビティの変形を防止することができ、キャビティの変形に起因する共振集中領域の変動（位置ずれ）による発光性能の低下を防止することができる。
そして、金属メッシュ体とリフレクタとを互いに逆向きに凹の略湾曲形状とした場合、キャビティ内におけるマイクロ波の入射波と反射波との共振の集中が効率よく起こり、入射波と反射波との重なりによって形成される高強度電界領域をバルブ位置に適正な大きさで形成することができる。その結果、バルブに高強度の発光をさせることもできる。
【００１６】
また、請求項２に記載の無電極ランプ装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の無電極ランプ装置において、前記リフレクタが、前記導波管から前記金属メッシュ体の最大径部まで徐々に拡径する湾曲形状に形成された第１リフレクタと、この第１リフレクタの先端に連続し徐々に拡径するリング状の第２リフレクタとの２分割構造に形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
このように構成された無電極ランプ装置においては、第２リフレクタが、第１リフレクタの先端に凸状に設けられている金属メッシュ体の周縁部を囲って、金属メッシュ体を透過して径方向に離散する光を、バルブの光軸方向に反射集束させる役割を果たし、バルブから発射された光を効率良く配光、集光することが可能になる。
【００１８】
また、請求項３に記載の無電極ランプ装置は、上記目的を達成するために、請求項２に記載の無電極ランプ装置において、更に、前記リフレクタの第１リフレクタと第２リフレクタとの突き合わせ部に、前記金属メッシュ体の最大径部を挟持させることで、前記金属メッシュ体を前記リフレクタに固定したことを特徴とするものである。
【００１９】
このように構成された無電極ランプ装置においては、金属メッシュ体は、最大外径部に、第１リフレクタと第２リフレクタとの間に挟持させるフランジ部を設けておくだけで、リフレクタに強固に固定することができ、第１リフレクタと第２リフレクタとの連結が金属メッシュ体の固定を兼ねることで、連結部品等の増大を抑えることができ、組立性を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る無電極ランプ装置を詳細に説明する。
なお、以下に説明する実施の形態において、既に図３乃至図５において説明した部材と同一の構成については、図中に同一符号あるいは相当符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略する。
【００２１】
図１は、本発明に係る無電極ランプ装置の第１の実施の形態の概略構成を示している。
この第１の実施の形態の無電極ランプ装置３１は、マイクロ波エネルギ供給源であるマグネトロン装置３と、このマグネトロン装置３の発生するマイクロ波を誘導する導波管５と、マイクロ波による励起で発光するガスが封入され導波管５の先端の開口部（結合窓）６の前方に配置される略球形のバルブ７と、バルブ７側に凹む略湾曲形状に設けられてバルブ７の出射する光を配光するリフレクタ３３と、リフレクタ３３との協働でマイクロ波を共振させるキャビティ３４を開口部６の前方に画成する金属メッシュ体３５とを備えた構成である。
【００２２】
金属メッシュ体３５は、リフレクタ３３と逆側に凹む略湾曲形状（即ち、バルブ７側が凹状の椀形）の形状で、金属メッシュ材料をプレス成形の絞り加工することで、形成している。
金属メッシュ体３５の形状は、詳しくは、平坦な底部３５ａを有した椀形である。
この金属メッシュ体３５は、リフレクタ３３の前面に対向配置され、最大外径部をリフレクタ３３に接合することで、リフレクタ３３に固定されている。
また、金属メッシュ体３５は、マイクロ波の透過を防止すると共に照射されたマイクロ波は反射してバルブ７近傍に電界を集束させる一方で、バルブ７の出射する光は透過する。
【００２３】
図１において、キャビティ３４内に示した実線の矢印は開口部６からキャビティ３４内に発射されたマイクロ波の入射波１６、破線の矢印は金属メッシュ体３５で反射されたマイクロ波の反射波１７を示している。
また、キャビティ１１内の網点の濃度差は、入射波１６と反射波１７の重なりによって形成される電界の強度差を示している。
本実施の形態の場合は、リフレクタ３３及び金属メッシュ体３５を、上記のように、バルブ７側に凹む略湾曲形状としたことで、入射波１６と反射波１７がバルブ７の位置付近に効率良く集束し、その結果、入射波１６と反射波１７の重なりによる共振の集中がバルブ７を中心に良好に生じている。
そのため、バルブ７の位置を中心に、高強度電界領域Ｅ１、中強度電界領域Ｅ２、低強度電界領域Ｅ３、微弱強度電界領域Ｅ４が、きれいな円形又はハート形の領域に形成され、高強度電界領域Ｅ１もバルブ７を完全に包み、バルブ７の全体で高強度の発光を実現する好適な大きさになっている。
【００２４】
以上の無電極ランプ装置３１によれば、マイクロ波を共振させるキャビティ３４を形成する金属メッシュ体３５は、バルブ７側に凹む略湾曲形状で、例えば円板状の金属メッシュ材料にプレス機等で絞り加工を施すことで、比較的に簡単に形成することができ、金属メッシュ体３５の製造に際して、手間のかかる溶接を無くすことができ、手間のかかる溶接を無くすことで、生産性の向上及びコスト低減を図ることができる。
【００２５】
更に、上記構成の金属メッシュ体３５は、絞り加工等で所定の湾曲形状に成型することで、単純な平面状円板の場合よりも、面張力で機械的な強度が増し、同様の湾曲形状のリフレクタ３３との協働でキャビティ３４を形成することで、外力に対して変形が生じにくい堅牢なキャビティ３４を得ることができる。
従って、キャビティ３４の変形を防止することができ、キャビティ３４の変形に起因する共振集中領域の変動（位置ずれ）による発光性能の低下を防止することができる。
【００２６】
そして、金属メッシュ体３５とリフレクタ３３とを互いに逆向きに凹む略湾曲形状とした場合、キャビティ３４内におけるマイクロ波の入射波１６と反射波１７との共振の集中が効率よく起こり、図示のように、入射波と反射波との重なりによって形成される高強度電界領域Ｅ１をバルブ７位置に適正な大きさで形成することができる。その結果、バルブ７に高強度の発光をさせることもできる。
【００２７】
なお、上記の実施の形態において、リフレクタ３３及び金属メッシュ体３５の最大径部の直径Ｄを１４０ｍｍ、リフレクタ３３の奥行きＬ１を７０ｍｍ、金属メッシュ体３５の奥行きＬ２を２８ｍｍとしたとき、高強度電界領域Ｅ１におけるＶＳＷＲ（電圧定圧波比）は、図３の円筒形の金属メッシュ体１３を使用した場合と同じ約１．３となり、図５に示した平坦な金属メッシュ体２４の場合ではＶＳＷＲが約１．７になることと比較すると、効果は歴然である。
【００２８】
なお、本発明の無電極ランプ装置において、金属メッシュ体との協働でキャビティ３４を画成するリフレクタの具体的な構造は、上記実施の形態に限らない。
図２は、本発明に係る無電極ランプ装置の第２の実施の形態を示したものである。
この第２の実施の形態の無電極ランプ装置４１は、第１実施の形態におけるリフレクタ３３の代わりに、リフレクタ３３０を使用したもので、その他の構成は、第１実施の形態と共通であり、共通の構成については、同番号を付して説明を省略する。
なお、図２では、バルブ７を開口部６の先方に支持する支柱７１を記載しているが、この支柱７１は第１の実施の形態でも使用されるものである。
【００２９】
この第２の実施の形態のリフレクタ３３０は、導波管５から金属メッシュ体３５の最大径部まで徐々に拡径する湾曲形状に形成された第１リフレクタ３３１と、この第１リフレクタ３３１の先端に連続し徐々に拡径するリング状の第２リフレクタ３３２との２分割構造に形成されている。
そして、第１リフレクタ３３１と第２リフレクタ３３２との突き合わせ部に、金属メッシュ体３５の最大径部を挟持させることで、金属メッシュ体３５をリフレクタ３３０に固定した構成となっている。
【００３０】
この第２の実施の形態でも、第１リフレクタ３３１及び金属メッシュ体３５は第１の実施の形態と同様の構造であるので、第１の実施の形態と同様に、キャビティ３４のバルブ７を中心に、キャビティ３４内には高強度電界領域Ｅ１が形成され、第１の実施の形態と同様に、バルブ７を効率良く発光させることができる。
更に、この第２の実施の形態の無電極ランプ装置４１の場合は、第２リフレクタ３３２が、第１リフレクタ３３１の先端に凸状に設けられている金属メッシュ体３５の周縁部を囲って、金属メッシュ体３５を透過して径方向に離散する光ｂ１を、バルブ７の光軸方向に反射集束させる役割を果たし、バルブ７から発射された光を効率良く配光、集光することが可能になる。
【００３１】
更に、この第２の実施の形態の無電極ランプ装置４１では、金属メッシュ体３５は、最大外径部に、第１リフレクタ３３１と第２リフレクタ３３２との間に挟持させるフランジ部を設けておくだけで、リフレクタ３３０に強固に挟持固定することができ、第１リフレクタ３３１と第２リフレクタ３３２との連結が金属メッシュ体３５の固定を兼ねることで、連結部品等の増大を抑えることができ、組立性を向上させることができる。
【００３２】
なお、上記各実施の形態では、金属メッシュ体３５の構造を略湾曲形状として記載したが、例えば円錐形状に形成して、マイクロ波を反射してバルブ７近傍に電界を集束させるように構成することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の無電極ランプ装置によれば、マイクロ波を共振させるキャビティを形成する金属メッシュ体は、バルブ側に凹む略湾曲形状で、例えば円板状の金属メッシュ材料にプレス機等で絞り加工を施すことで、比較的に簡単に形成することができ、金属メッシュ体の製造に際して、手間のかかる溶接を無くすことができ、手間のかかる溶接を無くすことで、生産性の向上及びコスト低減を図ることができる。
更に、上記構成の金属メッシュ体は、絞り加工等で所定の湾曲形状に成型することで、単純な平面状円板の場合よりも、面張力で機械的な強度が増し、同様の湾曲形状のリフレクタとの協働でキャビティを形成することで、外力に対して変形が生じにくい堅牢なキャビティを得ることができる。
従って、キャビティの変形を防止することができ、キャビティの変形に起因する共振集中領域の変動（位置ずれ）による発光性能の低下を防止することができる。
そして、金属メッシュ体とリフレクタとを互いに逆向きに凹む略湾曲形状とした場合、キャビティ内におけるマイクロ波の入射波と反射波との共振の集中が効率よく起こり、入射波と反射波との重なりによって形成される高強度電界領域をバルブ位置に適正な大きさで形成することができる。その結果、バルブに高強度の発光をさせることもできる。
【００３４】
また、請求項２に記載の無電極ランプ装置においては、第２リフレクタが、第１リフレクタの先端に凸状に設けられている金属メッシュ体の周縁部を囲って、金属メッシュ体を透過して径方向に離散する光を、バルブの光軸方向に反射集束させる役割を果たし、バルブから発射された光を効率良く配光、集光することが可能になる。
【００３５】
また、請求項３に記載の無電極ランプ装置においては、金属メッシュ体は、最大外径部に、第１リフレクタと第２リフレクタとの間に挟持させるフランジ部を設けておくだけで、リフレクタに強固に固定することができ、第１リフレクタと第２リフレクタとの連結が金属メッシュ体の固定を兼ねることで、連結部品等の増大を抑えることができ、組立性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る無電極ランプ装置の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係る無電極ランプ装置の第２の実施の形態の概略構成図である。
【図３】従来の無電極ランプ装置の構成の概略図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】従来の改良された無電極ランプ装置の構成の概略図である。
【符号の説明】
３マグネトロン装置
５導波管
６開口部（結合窓）
７バルブ
１６入射波
１７反射波
３３リフレクタ
３４キャビティ
３５金属メッシュ体
４１無電極ランプ装置
３３０リフレクタ
３３１第１リフレクタ
３３２第２リフレクタ

Claims

マイクロ波エネルギ供給源と、このマイクロ波エネルギ供給源の発生するマイクロ波を誘導する導波管と、前記導波管の前方側に配置されマイクロ波による励起で発光するバルブと、前記バルブ側に凹む略湾曲形状に設けられて前記バルブの出射する光を配光するリフレクタと、前記リフレクタとの協働でマイクロ波を共振させるキャビティを画成するべく前記リフレクタと逆側に凹む略湾曲形状又は円錐形状に形成されて前記リフレクタ前面に対向配置され、マイクロ波を遮断すると共に照射されたマイクロ波は反射して前記バルブ近傍に電界を集束させる一方で、前記バルブの出射する光は透過する金属メッシュ体とを備えたことを特徴とする無電極ランプ装置。
前記リフレクタが、前記導波管から前記金属メッシュ体の最大径部まで徐々に拡径する湾曲形状に形成された第１リフレクタと、この第１リフレクタの先端に連続し徐々に拡径するリング状の第２リフレクタとの２分割構造に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプ装置。
前記リフレクタの第１リフレクタと第２リフレクタとの突き合わせ部に、前記金属メッシュ体の最大径部を挟持させることで、前記金属メッシュ体を前記リフレクタに固定したことを特徴とする請求項２に記載の無電極ランプ装置。