JP3982350B2 - マイクロ波無電極放電ランプ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無電極ランプにマイクロ波により封入物質を励起発光させて点灯するマイクロ波無電極放電ランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のマイクロ波無電極放電ランプ装置としては、特開昭５９−０８６１５３に開示されたものがあり、図１３はその一部を切り欠いた側面図である。このマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段１と、このマイクロ波を伝達するための伝達手段３と、伝達手段３と共振器５の間にて結合され、共振器５にマイクロ波を伝達する結合孔４ｘと、結合孔４ｘからマイクロ波が導入される共振器５と、共振器内に設けられた無電極ランプ６と、を備えて構成されている。
【０００３】
このマイクロ波無電極放電ランプ装置をさらに詳しく述べると、伝達手段３は、方形の断面をなした中空の金属筒状体で形成されている。また、共振器５は、略球状をなし、その略球状をなした側部には孔が開けられ、伝達手段３により伝達されたマイクロ波を共振器５に伝達するための結合孔４ｘが設けられている。また、略球状をなした下部には、金属の網で覆われた開口部５ｘが設けられており、この開口部５ｘがマイクロ波に対しては非透過性で、光に対しては透過性を有したものとなる。また、無電極ランプ６は、石英ガラスなどの透光性材料からなる略球状のバルブにより構成され、その内部には、ガスや金属などの物質が封入されている。
【０００４】
次に、このマイクロ波無電極放電ランプ装置の動作を説明する。まず、マイクロ波発生手段１からマイクロ波が発生する。このマイクロ波は、伝達手段３を介して伝達され、マイクロ波導入用の結合孔４ｘにより共振器５に伝達される。共振器５に伝達されたマイクロ波は、共振器５の中で共振し、この共振エネルギーにより無電極ランプ６内に封入された物質が励起発光する。そして、この励起発光した光が開口部５ｘを通じて外部に取り出される。
【０００５】
次に、これとは別のもので特開昭６２−５５８５８に開示されたものを図１４に示す。このものは、マイクロ波発生手段１と、伝達手段３と、垂直片９０ａと水平片９０ｂとからなるアンテナ９０と、無電極ランプ６と、を備えて構成されている。このものをさらに詳しく述べると、伝達手段３は、金属により形成され、その形状は中空の筒状体をなしている。また、アンテナ９０は、垂直片９０ａと水平片９０ｂとでＴ字状をなし、垂直片９０ａを伝達手段３から突出させ、水平片９０ｂは伝達手段３の中に収まるように伝達手段３に取付けられている。そして、垂直片９０ａを覆うようにＵ字状をなした無電極ランプ６が伝達手段３に取付けられている。
【０００６】
このものもマイクロ波発生手段１より発生したマイクロ波は、伝達手段３を介して伝達される。そして伝達されたマイクロ波は、アンテナの水平片で捕えられ、垂直片から放出される。そして、この放出されたマイクロ波により無電極ランプ６が発光する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したマイクロ波無電極放電ランプ装置を照明器具に使用する場合、照明器具の多様な形状に適応させる必要がある。これは照明器具が多様な形状を品揃えすることにより色々な施工環境に対応できているからである。例えば、天井裏の高さが低い所では、照明器具は薄いものが必要であり、天井から照明器具を吊り下げるような場合には、点灯装置を照明器具から分離したものが必要となる。さらに、天井裏の高さは高いが水平方向に障害物があるような場合には、照明器具の垂直方向の投影面積を小さくしたものが必要となる。
【０００８】
しかし、前述したマイクロ波無電極放電ランプ装置を用いて、この多様な形状に対応するためには、いずれのものも中空の金属筒状体で形成された伝達手段３を照明器具の形状に応じて品揃えする必要があった。従って、照明器具の製造工程や伝達手段３の調達過程において、より細かな管理が必要であった。
【０００９】
また、特開昭６２−５５８５８に開示されたものにおいては、Ｔ状をなしたアンテナ９０よりマイクロ波を伝達しているが、このものにおいてはアンテナ９０の伝達手段３から突出した垂直片９０ａは、電界結合型のカップリング素子とみなすことができる。そして、これを効率良く動作させる為には、モノポールアンテナやダイポールアンテナの設計において周知なように、その長さは波長をλとしたときにλ／２の整数倍にする必要がある。これをマイクロ波でよく用いられる工業バンドである２．４５ＧＨｚにおいて当てはめると、その波長は約１２ｃｍとなる。従って、アンテナ９０の突出部分は６ｃｍ以上とする必要があり、光源部が大きくなっていた。
【００１０】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、マイクロ波を伝達するための伝達手段の品種数が抑制できるマイクロ波無電極放電ランプ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、マイクロ波発生手段と、このマイクロ波を伝達する伝達手段と、この伝達手段に接続された結合部と、この結合部を介してマイクロ波が伝達されるとともにマイクロ波に対しては非透過性で、光に対しては透過性を有した共振器と、この共振器内に設けられた透光性材料からなるバルブとこのバルブ内部に封入されたマイクロ波により励起されて発光する物質とからなる無電極ランプと、を備えたマイクロ波無電極放電ランプ装置において、前記伝達手段は、少なくとも共振器に接続される部分が同軸ケーブルからなり、前記結合部は、この同軸ケーブルの中心導体に接続され、略ループ状に形成されるとともに、ループの長さをＬとし、使用するマイクロ波の波長をλとしたときＬ≦λ／２の関係となるアンテナであることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記アンテナは、突起部を有し、その先端を無電極ランプの方向に向けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２のいずれかにおいて、前記アンテナと前記共振器の間に電気絶縁体を設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、前記同軸ケーブルを共振器の内部に貫通させ、前記アンテナを無電極ランプの近傍に設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかにおいて、前記共振器の無電極ランプを介してアンテナと対向する側に、無電極ランプの方向に向かう凸部を設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかにおいて、前記アンテナを複数設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかにおいて、前記アンテナの同軸ケーブルの中心導体と接続されていない側の断面積を同軸ケーブルの中心導体の断面積より大きくしたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１、図２を用いて説明する。図１はマイクロ波無電極放電ランプ装置の斜視図で、図１（ａ）は全体の斜視図、図１（ｂ）と図１（ｃ）は、その一部分の斜視図、図２は要部斜視図である。
【００２１】
このマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段１と、このマイクロ波を伝達するための伝達手段３と、伝達手段３に接続された結合部４と、この結合部４を通じてマイクロ波が導入される共振器５と、前記共振器内に設けられた無電極ランプ６と、を備えて構成されている。
【００２２】
このものを説明すると、マイクロ波発生手段１は、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するもので伝達手段３の一端に接続されている。伝達手段３は、その他端が共振器５に接続されており、マイクロ波発生手段１から伝達されたマイクロ波を共振器５に伝達している。
【００２３】
共振器５は、円柱状をなし、その側面部は高さ１８４ｍｍであり、上面部５ａと底面部５ｂは直径７６ｍｍとなっている。そして底面部５ｂは金属材料にて形成され、側面部及び上面部５ａはマイクロ波は遮断し可視光は透過するような金属材料にて網状に形成されている。そして、側面部と上面部５ａと底面部５ｂは、各々良好な電気導通が得られるように接続されている。そして共振器５内の比較的電界強度が強くなる場所、この場合共振器５内のほぼ中央部分に無電極ランプ６が配置されている。
【００２４】
無電極ランプ６は、直径が２７ｍｍで透光性材料からなる気密な石英製のバルブを有し、石英支持棒により共振器５の底面部５ｂに固定されている。そしてバルブ内部には、Ａｒ３０Ｔｏｒｒ、Ｈｇ４０ｍｇ、ＣｅＩ３（セリウム沃化物）５ｍｇ、ＮａＩ（ナトリウム沃化物）１０ｍｇが封入されており、発光物質であるＣｅとＮａのモル比は約１：７の比率となっている。また、結合部４は図２に示すように同軸ケーブル３ａの中心導体に接続されている。
【００２５】
ここで重要なことは、伝達手段３は、少なくとも共振器５に接続される部分が可撓性を有した同軸ケーブル３ａで構成され、結合部４は、一端が同軸ケーブル３ａの中心導体に接続されたアンテナ９０で構成されたことである。そしてアンテナ９０は、導体線がループ状に形成されており、その他端は底面部５ｂに接続されていることである。
【００２６】
これをさらに詳しく述べると、アンテナ９０は、銀メッキした銅でできており、これに所定の電流を許容する断面積を有するものであり、その断面積は、２５０Ｗシステムでは０．０３１４cm2の断面積としていることである。また、同軸ケーブル３ａは、可撓性を有した、芯線の材料が銅でできたものを使っている。なお、上記した導体線がループ状に形成されたアンテナ９０を以降では、ループアンテナ９と呼ぶことにする。
【００２７】
次に、このマイクロ波無電極放電ランプ装置の動作を説明する。まず、マイクロ波発生手段１によりマイクロ波を発生させると、発生されたマイクロ波は同軸ケーブル３ａを経由して結合部４に伝えられる。結合部４では、ループアンテナ９の他端が磁界結合型アンテナとして動作する。そしてループアンテナ９に鎖交する形で交番磁界が発生する。このようにループアンテナ９から放射されたマイクロ波は、共振器５内で共振する。
【００２８】
このとき共振器５の内部のほぼ中央部分では相対的に高電界が集中し、ここに取付けられた無電極ランプ６のバルブ内部のガスは、高電界により電離、励起され放電が開始する。この放電が開始された直後は、水銀主体の放電であるが、放電による熱でバルブの温度が上昇すると、室温で固体であったメタルハライド（ここではＣｅＩ３（セリウム沃化物）、ＮａＩ（ナトリウム沃化物））が蒸発し、金属原子とハロゲン原子とに分離する。そして金属原子（ここではＣｅとＮａ）が励起され発光し、この光は金属の網部材で形成された上面部５ａや側面部の開口を通って外部に放出される。
【００２９】
この実施の形態によると、伝達手段３と結合部４、つまり同軸ケーブル３ａの芯線とアンテナ９０とを直接接続することが可能になる。また、同軸ケーブル３ａに可撓性を有したものを使うことにより伝達手段３を自在に曲げることが可能となる。従って、マイクロ波発生手段１と共振器５との間を金属で形成された伝達手段３を接続したものに比べ、マイクロ波発生手段１と共振器５との距離を変えることができ、またマイクロ波発生手段１と共振器５との位置関係も左右や上下などに変えることができる。よって照明器具の多彩な形状に、伝達手段３がより少ない品揃えで対応できる。
【００３０】
また、結合部４にループアンテナ９を用いることで、アンテナ９０をより小型化できる。これにより共振器５が、現在、市場に流通しているＨＩＤランプと同等以下のサイズにでき、現行のＨＩＤランプを用いた照明器具を大幅に変更することなく共振器５を収納できる。よって照明器具の多彩な形状に、より少ない品揃えで対応できる。
【００３１】
また、同軸ケーブル３ａで構成したことによりマイクロ波発生手段１の着脱が容易になり、操作性ならびに保守が容易になる。特に、マイクロ波発生手段１に光源部に比べて寿命が短いマグネトロンを使用した場合には、マグネトロンの交換を容易に行うことができる。
【００３２】
なお、この実施の形態においては、無電極ランプ６のバルブ形状は球状で説明しているが、バルブ形状は自由であり、マイクロ波無電極放電ランプ装置の用途や共振器５との関係でバルブ形状を決めればよい。また、バルブ径に関しては２７ｍｍで説明したが他の径でもよい。ここではループアンテナ９の材料は銀メッキした銅で説明したが他の金属である銀、ニッケル、鉄、タングステン、モリブデンなどや、これらの合金でもよい。また、ここでは共振器５は円筒形状で説明したが例えば図１（ｂ）に示すような球状でもよく、図１（ｃ）に示すような一般的なＨＩＤランプ形状に見られるような略卵型のものでもよい。
【００３３】
なお、ここではアンテナ９０の断面積は、０．０３１４cm2としたが、このような高周波では、電流は表皮効果により線材の表面近傍を流れることになるので実質的には、その電流容量は円周で考えたほうがよく、この例では円周は０．６２８ｃｍとなる。従って、ループアンテナ９を何本かの導体で形成し、その合計の円周を同じ０．６２８ｃｍにしてもよい。
【００３４】
なお、図３は、本発明の第１の実施の形態の応用例で、図は要部断面図を示す。この応用例は、前述したループアンテナ９の長さをより適切な長さに変えたものである。すなわちループアンテナ９の長さをＬとし、使用するマイクロ波の波長をλとしたときにＬ≦λ／２の関係となるように構成されている。このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、ループアンテナ９が磁界結合アンテナとして動作しやすくなり、発生させた電界をあまり乱さず共振器５を動作させることが可能となる。逆にＬ≧λ／２とするとループアンテナ９は、電界結合型アンテナとして動作し、磁界ループ結合と混在することになり、共振器５を効率よく動作させることは、難しくなる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図４を用いて説明する。図はマイクロ波無電極放電ランプ装置の一部を示す要部断面図である。
【００３６】
このものは、第１の実施の形態におけるループアンテナ９の形状を変えたものである。図において、ループアンテナ９は、共振器５の内部に設けられ、その一端は同軸ケーブル３ａの中心導体に接続され、また、他端は、同軸ケーブル３ａの導体外皮が共振器５の底面部５ｂと接続されている部位に略ループ状に接続されている。その他の第１の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００３７】
ここで重要なことは、ループアンテナ９は突起部９ａを有し、突起部９ａの先端を無電極ランプの方向に向けたことである。
【００３８】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波発生手段１から発生されたマイクロ波が同軸ケーブル３ａに伝達されると、ループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。このとき、突起部９ａの近傍に強い電界集中が発生しこの強電界により無電極ランプ６の内部で放電が発生する。特に、ランプ始動時においてはループアンテナ９と共振器５の壁との間に発生した電界は突起部９ａに集中するような分布になるので突起部９ａの先端方向を無電極ランプ６の方向に向けることで無電極ランプ６の電界が比較的強くなる。従って、無電極ランプ６は突起部９ａがないものに比べ始動しやすくなる。
【００３９】
ここで突起部９ａは、図４（ａ）のようにループアンテナ９を形成する線材を折り曲げ加工することで形成してもよいし、図４（ｂ）のようにループアンテナ９に突起部９ａを取り付けることにより形成してもよい。
【００４０】
この実施の形態によると、ループアンテナ９に突起部９ａを設け、突起部９ａの先端を無電極ランプの方向に向けたことにより無電極ランプ６は突起部９ａがないものに比べ始動しやすくなる。従って、マイクロ波発生手段１の容量を小さくすることができる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図５を用いて説明する。図はマイクロ波無電極放電ランプ装置の結合部を示す要部断面図である。
【００４２】
このものは、第２の実施の形態で説明した図４（ａ）のループアンテナ９の周辺に部材を追加したものである。図において、ループアンテナ９の一端は同軸ケーブル３ａの中心導体に接続され、また、他端は、同軸ケーブル３ａの導体外皮が共振器５の底面部５ｂと接続されている部位に略ループ状に接続されている。その他の第１の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００４３】
ここで重要なことは、アンテナ９０（ループアンテナ９）と共振器５の間に電気絶縁体を設けたことである。つまり、同軸ケーブル３ａの外皮の切断面と、共振器５の底面部５ｂの内面側を略同一面上に形成し、この面にループアンテナ９の基底部を貫通する平板状の電気絶縁体１１を設けたことである。なお、ここでは電気絶縁体１１は、厚さ２ｍｍのフッ素系樹脂材料で形成されている。
【００４４】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、前述したものと同様に、マイクロ波を同軸ケーブル３ａに伝達するとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。そして、ループアンテナ９の突起部９ａの近傍に強い電界集中が発生し、この強電界により無電極ランプ６の内部で放電が開始する。このとき電界が強くなればなるほど、突起部９ａと共振器５の底面部５ｂとの間で絶縁破壊が生じやすくなるが、電気絶縁体１１を設けたことにより、このような絶縁破壊を防止することが可能となる。
【００４５】
この実施の形態によると、ループアンテナ９と共振器５の内面間とに発生する絶縁破壊を防止しすることができ、共振器５やループアンテナ９をより小さくすることができる。
【００４６】
なお、電気絶縁体１１は他の材料、例えばアルミナやマグネシアなどのいわゆるセラミックで形成されてもよいし、他の電気絶縁材料でも良い。また、電界の強さに応じて、適宜、その厚みを選択するばよい。また、このとき、均一な厚みの平板だけに限らず、必要に応じて局所的に厚くするなど厚みに変化をつけても良い。
【００４７】
なお、図６は、本発明の第３の実施の形態の応用例で、図は結合部の要部断面図を示す。この応用例は、前述した、電気絶縁体１１の形状を変えたものである。すなわち電気絶縁体１１が突起部９ａを除くループアンテナ９のほぼ全体を覆うように形成されている。ここで電気絶縁体１１は、ループアンテナ９を厚さ２ｍｍで覆う、フッ素系樹脂材料で形成されている。
【００４８】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を同軸ケーブル３ａに伝達するとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。
【００４９】
そして、ループアンテナ９の突起部９ａの近傍に強い電界集中が発生し、この強電界により無電極ランプ６の内部で放電が開始する。このとき電界が強くなればなるほど、突起部９ａと共振器５の内面との間で絶縁破壊が生じやすくなるが、電気絶縁体１１を設けたことにより、このような絶縁破壊を防止することが可能となる。
【００５０】
この実施の形態によると、ループアンテナ９と共振器５の内面間とに発生する絶縁破壊を防止しすることができ、共振器５やループアンテナ９をより小さくすることができる。
【００５１】
なお、電気絶縁体１１の材料は、例えばアルミナやマグネシアなどのいわゆるセラミックで形成されてもよいし、他の電気絶縁材料でも良い。また、前述したものと同様に電界の強さに応じて、適宜、その厚みを変えても良い。
【００５２】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態を図７を用いて説明する。図はマイクロ波無電極放電ランプ装置の共振器５の内部を示す断面図である。このものは、第２の実施の形態における、突起部９ａを有したループアンテナ９の共振器５内での位置を変えたものである。なお、その他の第２の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００５３】
ここで重要なことは、同軸ケーブル３ａを共振器５の内部に貫通させ、アンテナ９０（ループアンテナ９）を無電極ランプ６の近傍に設けたことである。具体的には、共振器５の内部に同軸ケーブル３ａが延長される形で底面５ｂから無電極ランプ６の方向に向かって突出する構成になっている。このように突出した同軸ケーブル３ａの先端にはループアンテナ９が設けられ、その一端は同軸ケーブル３ａの芯線と接続され、また、他端は同軸ケーブル３ａの導体外皮に接続されている。そして、ループアンテナ９の先端部分に設けられた突起部９ａは、無電極ランプ６の方向に向くとともに、無電極ランプ６の近傍、例えば、１５ｍｍの距離に設けられている。
【００５４】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波が同軸ケーブル３ａに伝達されるとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。このとき、ループアンテナ９の突起部９ａの近傍に強い電界集中が発生しこの強電界によりバルブ６内部で放電が発生する。特に、ループアンテナ９の突起部９ａは、無電極ランプ６の近傍に設けてあるので、第２の実施の形態の図４（ａ）で示したものより、強電界が無電極ランプ６に印加されやすくなり、より始動しやすいものとなる。
【００５５】
この実施の形態によると、同軸ケーブル３ａを共振器５の内部に貫通させ、アンテナ９０を無電極ランプ６の近傍に設けたことにより無電極ランプ６は近傍に設けないものに比べ始動しやすくなる。従って、マイクロ波発生手段１の容量を小さくすることができる。
【００５６】
なお、ループアンテナ９と無電極ランプ６との距離については、近づけるほど無電極ランプ６の始動性には有利である。しかし、その動作時において、無電極ランプ６は高温になるため、ループアンテナ９を近づけすぎると、ループアンテナ９も高温になってしまう。よって、ループアンテナ９は、熱による酸化や変形が起こりやすくなり、その寿命を短くしてしまう。従って、ループアンテナ９と無電極ランプ６との距離は、ループアンテナ９の素材の耐熱性と目標とする寿命などから適宜、選定する必要がある。
【００５７】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態を図８を用いて説明する。図は共振器５の内部を示す断面図である。このものは、第２の実施の形態で説明した共振器５の形状と無電極ランプ６の位置を変えたものである。なお、その他の第２の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００５８】
ここで重要なことは、共振器５の無電極ランプ６を介してアンテナ９０（ループアンテナ９）と対向する側に、無電極ランプ５の方向に向かう有底円筒状の凸部５ｃを設けたことである。さらに、無電極ランプ６をこの凸部の先端と共振器５の底面部５ｂの略中間部に設けたことである。そして、ここでは、凸部５ｃと無電極ランプ６との距離を３０ｍｍに設定している。
【００５９】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を同軸ケーブル３ａに伝達するとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。
そして、ループアンテナ９の突起部９ａの近傍に強い電界集中が発生し、この強電界により無電極ランプ６の内部で放電が開始する。特に、ループアンテナ９の突起部９ａは、無電極ランプ６の近傍に設けてあるので、強電界が無電極ランプ６に印加されやすくなり、無電極ランプ６は、より始動しやすいものとなる。
【００６０】
この実施の形態によると、共振器５の無電極ランプ６を介してアンテナ９と対向する側に、無電極ランプ５の方向に向かう有底円筒状の凸部５ｃを設けたことにより、より無電極ランプ６とアンテナ９との距離を短くすることができ、これがないものに比べ始動しやすくなる。従って、マイクロ波発生手段１の容量を小さくすることができる。
【００６１】
なお、ループアンテナ９と無電極ランプ６との距離については、近づけるほど無電極ランプ６の始動性には有利である。しかし、その動作時において、無電極ランプ６は高温になるため、ループアンテナ９を近づけすぎると、ループアンテナ９も高温になってしまう。よって、ループアンテナ９は、熱による酸化や変形が起こりやすくなり、その寿命を短くしてしまう。従って、ループアンテナ９と無電極ランプ６との距離は、ループアンテナ９の素材の耐熱性と目標とする寿命などから適宜、選定する必要がある。
【００６２】
なお、ここでは上面部５ａからの凸部５ｃは、円筒形で説明したが例えば円錐形や針状のものでもよい。
【００６３】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態を図９を用いて説明する。図９は結合部を示す図で、図９（ａ）は要部断面図、図９（ｂ）は結合部からの放射分布を示した図である。このものは、第２の実施の形態で説明したアンテナ９０の形状を変えたものである。なお、その他の第２の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００６４】
ここで重要なことは、ループアンテナ９を複数設けたことである。そして、第１のループアンテナと第２のループアンテナとは、同軸ケーブル３ａの中心導体を軸として１８０度、反対側の位置に設けたことである。
【００６５】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を同軸ケーブル３ａに伝達するとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。そして、ループアンテナ９からの放射分布は、２つのループアンテナ９が相互干渉するため、アンテナ設計においてはよく知られているように、図９（ｂ）のように四方へ広がった形状になる。このように広がった指向性を有するアンテナ９０を用いると、第２の実施の形態で説明したループアンテナ９の放射分布（図１０（ｂ））と比べ、共振器５の壁部に局所的に発生する電位差が小さくなる。従って、電位差により生じる電流が減るため共振器５の壁面の自己発熱も減らすことができ、その耐久寿命も長くできる。
【００６６】
なお、図１１は、本発明の第６の実施の形態の応用例で、図は結合部を示す図で、図１１（ａ）は要部断面図、図１１（ｂ）は結合部からの放射パターンを示しす。この応用例は、前述した、同軸ケーブル３ａの中心導体を軸として形成された第１のループアンテナと第２のループアンテナとの角度を変えたものである。すなわちこの角度を９０度に形成したものである。そして、このループアンテナ９を共振器５の底面部５ｂの中心部からずらした位置に形成し、この中心部を挟んでループアンテナ９と対向する側の軸上に無電極ランプ６が配置されている。
【００６７】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を同軸ケーブル３ａに伝達するとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。そして２つのループアンテナが相互干渉し放射分布が図１１（ｂ）に示すように一方向に強い指向性をもつような形状となる。そして、この方向には、無電極ランプ６が設けられているため、より効率よく無電極ランプ６を点灯させることができる。
【００６８】
この実施の形態によると、無電極ランプ６を共振器５の底面部５ｂの中心部からずらした軸上に形成することができる。従って、例えば、無電極ランプ６をこれに溶着された石英棒を用いて、共振器５の底面部５ｂに対し垂直に固定することが可能となり、共振器５に例えば水平に支持する場合に比べ、強固に無電極ランプ６を支持することができる。また、ループアンテナ９から無電極ランプ６の空間方向に指向性をもってエネルギーを放射できるので、このように設けないものよりも効率がよくなる。
【００６９】
なお、ここでは２つのループアンテナ９間の角度は９０度としたが、求める放射分布に応じて、他の角度を選択してもよい。また、放射方向を例えば上方へ向けることもループアンテナ９の開口部の方向を変えることで可能である。さらにここでは２個のループアンテナで説明したが３つ以上、あるいは形状の異なるものも組み合わせて放射パターンを変えてもよい。
【００７０】
（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態を図１２を用いて説明する。図１２は結合部を示す図した図である。このものは、第１の実施の形態で説明したアンテナ９０の形状を変えたものである。なお、その他の第１の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００７１】
ここで重要なことは、アンテナ９０（ループアンテナ９）の同軸ケーブル３ａの中心導体と接続されていない側の断面積を同軸ケーブル３ａの中心導体の断面積より大きくしたことである。具体的には、同軸ケーブル３ａの中心導体の断面積Ｓ１と、ループアンテナ９の他端側の同軸ケーブル３ａの導体外皮に接続された箇所の断面積Ｓ２と、を比較するとＳ１＜Ｓ２の関係となっている。そして、ここでは同軸ケーブル３ａの中心導体側から他端側に向かうにしたがい断面積が増えるようになっている。
【００７２】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を同軸ケーブル３ａに伝達するとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。そして、ループアンテナ９からは、良好な整合状態でマイクロ波が伝送される。特に、大電力を供給する場合にはループアンテナの断面積は大きいほうが望ましいが、中心導体の断面積から不連続に断面積を増加させると不連続部で整合状態が悪くなり電力の反射が生じ、効率が低下することがある。しかし、前述のように連続的に断面積を増やすことで、より効率のよいものとすることができる。
【００７３】
請求項１記載の発明にあっては、マイクロ波発生手段と、このマイクロ波を伝達する伝達手段と、この伝達手段に接続された結合部と、この結合部を介してマイクロ波が伝達されるとともにマイクロ波に対しては非透過性で、光に対しては透過性を有した共振器と、この共振器内に設けられた透光性材料からなるバルブとこのバルブ内部に封入されたマイクロ波により励起されて発光する物質とからなる無電極ランプと、を備えたマイクロ波無電極放電ランプ装置において、前記伝達手段は、少なくとも共振器に接続される部分が同軸ケーブルからなり、前記結合部は、この同軸ケーブルの中心導体に接続され、略ループ状に形成されるとともに、ループの長さをＬとし、使用するマイクロ波の波長をλとしたときＬ≦λ／２の関係となるアンテナであることにより、マイクロ波発生手段と共振器との間の距離を変えることができ、その位置関係も左右や上下などに変えることができる。よってマイクロ波を伝達するための伝達手段の品種数が抑制でき、アンテナをより小さくできるとともにマイクロ波無電極放電ランプ装置をより効率の良いものとすることができる。
【００７６】
請求項２記載の発明にあっては、前記アンテナは、突起部を有し、その先端を無電極ランプの方向に向けたことにより、請求項１に記載の効果を奏するうえに、無電極ランプへの電界が強くなり、その始動がしやすくなる。従って、マイクロ波発生手段の容量を小さくすることができる。
【００７７】
請求項３記載の発明にあっては、前記アンテナと前記共振器の間に電気絶縁体を設けたことにより、請求項１又は請求項２に記載の効果を奏するうえにアンテナと共振器の内面間とに発生する絶縁破壊を防止できるので共振器やループアンテナをより小さくすることができる。
【００７８】
請求項４記載の発明にあっては、前記同軸ケーブルを共振器の内部に貫通させ、前記アンテナを無電極ランプの近傍に設けたことにより、請求項１乃至 請求項３に記載した効果を奏するうえに、ループアンテナの近傍に強い電界集中が発生し、この強電界により無電極ランプ６の内部で放電が発生しやすくなるので、無電極ランプ６は、より始動しやすいものとなる。
【００７９】
請求項５記載の発明にあっては、前記共振器の無電極ランプを介してアンテナと対向する側に、無電極ランプの方向に向かう凸部を設けたことにより、請求項１乃至請求項４に記載した効果を奏するうえに、無電極ランプとアンテナとの距離を短くでき、無電極ランプをより始動しやすくすることができる。従って、マイクロ波発生手段の容量を小さくすることができる。
【００８０】
請求項６記載の発明にあっては、前記アンテナを複数設けたことにより、請求項１乃至請求項５に記載した効果を奏するうえに、アンテナからの放射分布を変えることができ、放射分布を分散させた場合は、共振器の壁面の自己発熱を減らすことができ、その耐久寿命を長くできる。また、放射分布を無電極ランプの空間方向に指向性をもった場合は、より効率のよいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の斜視図である。
【図２】同上のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部斜視図である。
【図３】同上のマイクロ波無電極放電ランプ装置の応用例を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の一部を示す要部断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の結合部を示す要部断面図である。
【図６】同上のマイクロ波無電極放電ランプ装置の応用例を示す結合部の要部断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の共振器の内部を示す断面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の共振器の内部を示す断面図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の結合部とその放射分布を示した図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の結合部とその放射分布を示した図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の応用例を示す結合部の図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の結合部の図である。
【図１３】第１の従来例に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【図１４】第２の従来例に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【符号の説明】
１ マイクロ波発生手段
３ 伝達手段
３ａ 同軸ケーブル
４ 結合部
５ 共振器
６ 無電極ランプ
９ ループアンテナ
９０ アンテナ
【発明の属する技術分野】
本発明は、無電極ランプにマイクロ波により封入物質を励起発光させて点灯するマイクロ波無電極放電ランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のマイクロ波無電極放電ランプ装置としては、特開昭５９−０８６１５３に開示されたものがあり、図１３はその一部を切り欠いた側面図である。このマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段１と、このマイクロ波を伝達するための伝達手段３と、伝達手段３と共振器５の間にて結合され、共振器５にマイクロ波を伝達する結合孔４ｘと、結合孔４ｘからマイクロ波が導入される共振器５と、共振器内に設けられた無電極ランプ６と、を備えて構成されている。
【０００３】
このマイクロ波無電極放電ランプ装置をさらに詳しく述べると、伝達手段３は、方形の断面をなした中空の金属筒状体で形成されている。また、共振器５は、略球状をなし、その略球状をなした側部には孔が開けられ、伝達手段３により伝達されたマイクロ波を共振器５に伝達するための結合孔４ｘが設けられている。また、略球状をなした下部には、金属の網で覆われた開口部５ｘが設けられており、この開口部５ｘがマイクロ波に対しては非透過性で、光に対しては透過性を有したものとなる。また、無電極ランプ６は、石英ガラスなどの透光性材料からなる略球状のバルブにより構成され、その内部には、ガスや金属などの物質が封入されている。
【０００４】
次に、このマイクロ波無電極放電ランプ装置の動作を説明する。まず、マイクロ波発生手段１からマイクロ波が発生する。このマイクロ波は、伝達手段３を介して伝達され、マイクロ波導入用の結合孔４ｘにより共振器５に伝達される。共振器５に伝達されたマイクロ波は、共振器５の中で共振し、この共振エネルギーにより無電極ランプ６内に封入された物質が励起発光する。そして、この励起発光した光が開口部５ｘを通じて外部に取り出される。
【０００５】
次に、これとは別のもので特開昭６２−５５８５８に開示されたものを図１４に示す。このものは、マイクロ波発生手段１と、伝達手段３と、垂直片９０ａと水平片９０ｂとからなるアンテナ９０と、無電極ランプ６と、を備えて構成されている。このものをさらに詳しく述べると、伝達手段３は、金属により形成され、その形状は中空の筒状体をなしている。また、アンテナ９０は、垂直片９０ａと水平片９０ｂとでＴ字状をなし、垂直片９０ａを伝達手段３から突出させ、水平片９０ｂは伝達手段３の中に収まるように伝達手段３に取付けられている。そして、垂直片９０ａを覆うようにＵ字状をなした無電極ランプ６が伝達手段３に取付けられている。
【０００６】
このものもマイクロ波発生手段１より発生したマイクロ波は、伝達手段３を介して伝達される。そして伝達されたマイクロ波は、アンテナの水平片で捕えられ、垂直片から放出される。そして、この放出されたマイクロ波により無電極ランプ６が発光する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したマイクロ波無電極放電ランプ装置を照明器具に使用する場合、照明器具の多様な形状に適応させる必要がある。これは照明器具が多様な形状を品揃えすることにより色々な施工環境に対応できているからである。例えば、天井裏の高さが低い所では、照明器具は薄いものが必要であり、天井から照明器具を吊り下げるような場合には、点灯装置を照明器具から分離したものが必要となる。さらに、天井裏の高さは高いが水平方向に障害物があるような場合には、照明器具の垂直方向の投影面積を小さくしたものが必要となる。
【０００８】
しかし、前述したマイクロ波無電極放電ランプ装置を用いて、この多様な形状に対応するためには、いずれのものも中空の金属筒状体で形成された伝達手段３を照明器具の形状に応じて品揃えする必要があった。従って、照明器具の製造工程や伝達手段３の調達過程において、より細かな管理が必要であった。
【０００９】
また、特開昭６２−５５８５８に開示されたものにおいては、Ｔ状をなしたアンテナ９０よりマイクロ波を伝達しているが、このものにおいてはアンテナ９０の伝達手段３から突出した垂直片９０ａは、電界結合型のカップリング素子とみなすことができる。そして、これを効率良く動作させる為には、モノポールアンテナやダイポールアンテナの設計において周知なように、その長さは波長をλとしたときにλ／２の整数倍にする必要がある。これをマイクロ波でよく用いられる工業バンドである２．４５ＧＨｚにおいて当てはめると、その波長は約１２ｃｍとなる。従って、アンテナ９０の突出部分は６ｃｍ以上とする必要があり、光源部が大きくなっていた。
【００１０】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、マイクロ波を伝達するための伝達手段の品種数が抑制できるマイクロ波無電極放電ランプ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、マイクロ波発生手段と、このマイクロ波を伝達する伝達手段と、この伝達手段に接続された結合部と、この結合部を介してマイクロ波が伝達されるとともにマイクロ波に対しては非透過性で、光に対しては透過性を有した共振器と、この共振器内に設けられた透光性材料からなるバルブとこのバルブ内部に封入されたマイクロ波により励起されて発光する物質とからなる無電極ランプと、を備えたマイクロ波無電極放電ランプ装置において、前記伝達手段は、少なくとも共振器に接続される部分が同軸ケーブルからなり、前記結合部は、この同軸ケーブルの中心導体に接続され、略ループ状に形成されるとともに、ループの長さをＬとし、使用するマイクロ波の波長をλとしたときＬ≦λ／２の関係となるアンテナであることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記アンテナは、突起部を有し、その先端を無電極ランプの方向に向けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２のいずれかにおいて、前記アンテナと前記共振器の間に電気絶縁体を設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、前記同軸ケーブルを共振器の内部に貫通させ、前記アンテナを無電極ランプの近傍に設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかにおいて、前記共振器の無電極ランプを介してアンテナと対向する側に、無電極ランプの方向に向かう凸部を設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかにおいて、前記アンテナを複数設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかにおいて、前記アンテナの同軸ケーブルの中心導体と接続されていない側の断面積を同軸ケーブルの中心導体の断面積より大きくしたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１、図２を用いて説明する。図１はマイクロ波無電極放電ランプ装置の斜視図で、図１（ａ）は全体の斜視図、図１（ｂ）と図１（ｃ）は、その一部分の斜視図、図２は要部斜視図である。
【００２１】
このマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段１と、このマイクロ波を伝達するための伝達手段３と、伝達手段３に接続された結合部４と、この結合部４を通じてマイクロ波が導入される共振器５と、前記共振器内に設けられた無電極ランプ６と、を備えて構成されている。
【００２２】
このものを説明すると、マイクロ波発生手段１は、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するもので伝達手段３の一端に接続されている。伝達手段３は、その他端が共振器５に接続されており、マイクロ波発生手段１から伝達されたマイクロ波を共振器５に伝達している。
【００２３】
共振器５は、円柱状をなし、その側面部は高さ１８４ｍｍであり、上面部５ａと底面部５ｂは直径７６ｍｍとなっている。そして底面部５ｂは金属材料にて形成され、側面部及び上面部５ａはマイクロ波は遮断し可視光は透過するような金属材料にて網状に形成されている。そして、側面部と上面部５ａと底面部５ｂは、各々良好な電気導通が得られるように接続されている。そして共振器５内の比較的電界強度が強くなる場所、この場合共振器５内のほぼ中央部分に無電極ランプ６が配置されている。
【００２４】
無電極ランプ６は、直径が２７ｍｍで透光性材料からなる気密な石英製のバルブを有し、石英支持棒により共振器５の底面部５ｂに固定されている。そしてバルブ内部には、Ａｒ３０Ｔｏｒｒ、Ｈｇ４０ｍｇ、ＣｅＩ３（セリウム沃化物）５ｍｇ、ＮａＩ（ナトリウム沃化物）１０ｍｇが封入されており、発光物質であるＣｅとＮａのモル比は約１：７の比率となっている。また、結合部４は図２に示すように同軸ケーブル３ａの中心導体に接続されている。
【００２５】
ここで重要なことは、伝達手段３は、少なくとも共振器５に接続される部分が可撓性を有した同軸ケーブル３ａで構成され、結合部４は、一端が同軸ケーブル３ａの中心導体に接続されたアンテナ９０で構成されたことである。そしてアンテナ９０は、導体線がループ状に形成されており、その他端は底面部５ｂに接続されていることである。
【００２６】
これをさらに詳しく述べると、アンテナ９０は、銀メッキした銅でできており、これに所定の電流を許容する断面積を有するものであり、その断面積は、２５０Ｗシステムでは０．０３１４cm2の断面積としていることである。また、同軸ケーブル３ａは、可撓性を有した、芯線の材料が銅でできたものを使っている。なお、上記した導体線がループ状に形成されたアンテナ９０を以降では、ループアンテナ９と呼ぶことにする。
【００２７】
次に、このマイクロ波無電極放電ランプ装置の動作を説明する。まず、マイクロ波発生手段１によりマイクロ波を発生させると、発生されたマイクロ波は同軸ケーブル３ａを経由して結合部４に伝えられる。結合部４では、ループアンテナ９の他端が磁界結合型アンテナとして動作する。そしてループアンテナ９に鎖交する形で交番磁界が発生する。このようにループアンテナ９から放射されたマイクロ波は、共振器５内で共振する。
【００２８】
このとき共振器５の内部のほぼ中央部分では相対的に高電界が集中し、ここに取付けられた無電極ランプ６のバルブ内部のガスは、高電界により電離、励起され放電が開始する。この放電が開始された直後は、水銀主体の放電であるが、放電による熱でバルブの温度が上昇すると、室温で固体であったメタルハライド（ここではＣｅＩ３（セリウム沃化物）、ＮａＩ（ナトリウム沃化物））が蒸発し、金属原子とハロゲン原子とに分離する。そして金属原子（ここではＣｅとＮａ）が励起され発光し、この光は金属の網部材で形成された上面部５ａや側面部の開口を通って外部に放出される。
【００２９】
この実施の形態によると、伝達手段３と結合部４、つまり同軸ケーブル３ａの芯線とアンテナ９０とを直接接続することが可能になる。また、同軸ケーブル３ａに可撓性を有したものを使うことにより伝達手段３を自在に曲げることが可能となる。従って、マイクロ波発生手段１と共振器５との間を金属で形成された伝達手段３を接続したものに比べ、マイクロ波発生手段１と共振器５との距離を変えることができ、またマイクロ波発生手段１と共振器５との位置関係も左右や上下などに変えることができる。よって照明器具の多彩な形状に、伝達手段３がより少ない品揃えで対応できる。
【００３０】
また、結合部４にループアンテナ９を用いることで、アンテナ９０をより小型化できる。これにより共振器５が、現在、市場に流通しているＨＩＤランプと同等以下のサイズにでき、現行のＨＩＤランプを用いた照明器具を大幅に変更することなく共振器５を収納できる。よって照明器具の多彩な形状に、より少ない品揃えで対応できる。
【００３１】
また、同軸ケーブル３ａで構成したことによりマイクロ波発生手段１の着脱が容易になり、操作性ならびに保守が容易になる。特に、マイクロ波発生手段１に光源部に比べて寿命が短いマグネトロンを使用した場合には、マグネトロンの交換を容易に行うことができる。
【００３２】
なお、この実施の形態においては、無電極ランプ６のバルブ形状は球状で説明しているが、バルブ形状は自由であり、マイクロ波無電極放電ランプ装置の用途や共振器５との関係でバルブ形状を決めればよい。また、バルブ径に関しては２７ｍｍで説明したが他の径でもよい。ここではループアンテナ９の材料は銀メッキした銅で説明したが他の金属である銀、ニッケル、鉄、タングステン、モリブデンなどや、これらの合金でもよい。また、ここでは共振器５は円筒形状で説明したが例えば図１（ｂ）に示すような球状でもよく、図１（ｃ）に示すような一般的なＨＩＤランプ形状に見られるような略卵型のものでもよい。
【００３３】
なお、ここではアンテナ９０の断面積は、０．０３１４cm2としたが、このような高周波では、電流は表皮効果により線材の表面近傍を流れることになるので実質的には、その電流容量は円周で考えたほうがよく、この例では円周は０．６２８ｃｍとなる。従って、ループアンテナ９を何本かの導体で形成し、その合計の円周を同じ０．６２８ｃｍにしてもよい。
【００３４】
なお、図３は、本発明の第１の実施の形態の応用例で、図は要部断面図を示す。この応用例は、前述したループアンテナ９の長さをより適切な長さに変えたものである。すなわちループアンテナ９の長さをＬとし、使用するマイクロ波の波長をλとしたときにＬ≦λ／２の関係となるように構成されている。このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、ループアンテナ９が磁界結合アンテナとして動作しやすくなり、発生させた電界をあまり乱さず共振器５を動作させることが可能となる。逆にＬ≧λ／２とするとループアンテナ９は、電界結合型アンテナとして動作し、磁界ループ結合と混在することになり、共振器５を効率よく動作させることは、難しくなる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図４を用いて説明する。図はマイクロ波無電極放電ランプ装置の一部を示す要部断面図である。
【００３６】
このものは、第１の実施の形態におけるループアンテナ９の形状を変えたものである。図において、ループアンテナ９は、共振器５の内部に設けられ、その一端は同軸ケーブル３ａの中心導体に接続され、また、他端は、同軸ケーブル３ａの導体外皮が共振器５の底面部５ｂと接続されている部位に略ループ状に接続されている。その他の第１の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００３７】
ここで重要なことは、ループアンテナ９は突起部９ａを有し、突起部９ａの先端を無電極ランプの方向に向けたことである。
【００３８】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波発生手段１から発生されたマイクロ波が同軸ケーブル３ａに伝達されると、ループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。このとき、突起部９ａの近傍に強い電界集中が発生しこの強電界により無電極ランプ６の内部で放電が発生する。特に、ランプ始動時においてはループアンテナ９と共振器５の壁との間に発生した電界は突起部９ａに集中するような分布になるので突起部９ａの先端方向を無電極ランプ６の方向に向けることで無電極ランプ６の電界が比較的強くなる。従って、無電極ランプ６は突起部９ａがないものに比べ始動しやすくなる。
【００３９】
ここで突起部９ａは、図４（ａ）のようにループアンテナ９を形成する線材を折り曲げ加工することで形成してもよいし、図４（ｂ）のようにループアンテナ９に突起部９ａを取り付けることにより形成してもよい。
【００４０】
この実施の形態によると、ループアンテナ９に突起部９ａを設け、突起部９ａの先端を無電極ランプの方向に向けたことにより無電極ランプ６は突起部９ａがないものに比べ始動しやすくなる。従って、マイクロ波発生手段１の容量を小さくすることができる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図５を用いて説明する。図はマイクロ波無電極放電ランプ装置の結合部を示す要部断面図である。
【００４２】
このものは、第２の実施の形態で説明した図４（ａ）のループアンテナ９の周辺に部材を追加したものである。図において、ループアンテナ９の一端は同軸ケーブル３ａの中心導体に接続され、また、他端は、同軸ケーブル３ａの導体外皮が共振器５の底面部５ｂと接続されている部位に略ループ状に接続されている。その他の第１の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００４３】
ここで重要なことは、アンテナ９０（ループアンテナ９）と共振器５の間に電気絶縁体を設けたことである。つまり、同軸ケーブル３ａの外皮の切断面と、共振器５の底面部５ｂの内面側を略同一面上に形成し、この面にループアンテナ９の基底部を貫通する平板状の電気絶縁体１１を設けたことである。なお、ここでは電気絶縁体１１は、厚さ２ｍｍのフッ素系樹脂材料で形成されている。
【００４４】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、前述したものと同様に、マイクロ波を同軸ケーブル３ａに伝達するとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。そして、ループアンテナ９の突起部９ａの近傍に強い電界集中が発生し、この強電界により無電極ランプ６の内部で放電が開始する。このとき電界が強くなればなるほど、突起部９ａと共振器５の底面部５ｂとの間で絶縁破壊が生じやすくなるが、電気絶縁体１１を設けたことにより、このような絶縁破壊を防止することが可能となる。
【００４５】
この実施の形態によると、ループアンテナ９と共振器５の内面間とに発生する絶縁破壊を防止しすることができ、共振器５やループアンテナ９をより小さくすることができる。
【００４６】
なお、電気絶縁体１１は他の材料、例えばアルミナやマグネシアなどのいわゆるセラミックで形成されてもよいし、他の電気絶縁材料でも良い。また、電界の強さに応じて、適宜、その厚みを選択するばよい。また、このとき、均一な厚みの平板だけに限らず、必要に応じて局所的に厚くするなど厚みに変化をつけても良い。
【００４７】
なお、図６は、本発明の第３の実施の形態の応用例で、図は結合部の要部断面図を示す。この応用例は、前述した、電気絶縁体１１の形状を変えたものである。すなわち電気絶縁体１１が突起部９ａを除くループアンテナ９のほぼ全体を覆うように形成されている。ここで電気絶縁体１１は、ループアンテナ９を厚さ２ｍｍで覆う、フッ素系樹脂材料で形成されている。
【００４８】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を同軸ケーブル３ａに伝達するとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。
【００４９】
そして、ループアンテナ９の突起部９ａの近傍に強い電界集中が発生し、この強電界により無電極ランプ６の内部で放電が開始する。このとき電界が強くなればなるほど、突起部９ａと共振器５の内面との間で絶縁破壊が生じやすくなるが、電気絶縁体１１を設けたことにより、このような絶縁破壊を防止することが可能となる。
【００５０】
この実施の形態によると、ループアンテナ９と共振器５の内面間とに発生する絶縁破壊を防止しすることができ、共振器５やループアンテナ９をより小さくすることができる。
【００５１】
なお、電気絶縁体１１の材料は、例えばアルミナやマグネシアなどのいわゆるセラミックで形成されてもよいし、他の電気絶縁材料でも良い。また、前述したものと同様に電界の強さに応じて、適宜、その厚みを変えても良い。
【００５２】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態を図７を用いて説明する。図はマイクロ波無電極放電ランプ装置の共振器５の内部を示す断面図である。このものは、第２の実施の形態における、突起部９ａを有したループアンテナ９の共振器５内での位置を変えたものである。なお、その他の第２の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００５３】
ここで重要なことは、同軸ケーブル３ａを共振器５の内部に貫通させ、アンテナ９０（ループアンテナ９）を無電極ランプ６の近傍に設けたことである。具体的には、共振器５の内部に同軸ケーブル３ａが延長される形で底面５ｂから無電極ランプ６の方向に向かって突出する構成になっている。このように突出した同軸ケーブル３ａの先端にはループアンテナ９が設けられ、その一端は同軸ケーブル３ａの芯線と接続され、また、他端は同軸ケーブル３ａの導体外皮に接続されている。そして、ループアンテナ９の先端部分に設けられた突起部９ａは、無電極ランプ６の方向に向くとともに、無電極ランプ６の近傍、例えば、１５ｍｍの距離に設けられている。
【００５４】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波が同軸ケーブル３ａに伝達されるとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。このとき、ループアンテナ９の突起部９ａの近傍に強い電界集中が発生しこの強電界によりバルブ６内部で放電が発生する。特に、ループアンテナ９の突起部９ａは、無電極ランプ６の近傍に設けてあるので、第２の実施の形態の図４（ａ）で示したものより、強電界が無電極ランプ６に印加されやすくなり、より始動しやすいものとなる。
【００５５】
この実施の形態によると、同軸ケーブル３ａを共振器５の内部に貫通させ、アンテナ９０を無電極ランプ６の近傍に設けたことにより無電極ランプ６は近傍に設けないものに比べ始動しやすくなる。従って、マイクロ波発生手段１の容量を小さくすることができる。
【００５６】
なお、ループアンテナ９と無電極ランプ６との距離については、近づけるほど無電極ランプ６の始動性には有利である。しかし、その動作時において、無電極ランプ６は高温になるため、ループアンテナ９を近づけすぎると、ループアンテナ９も高温になってしまう。よって、ループアンテナ９は、熱による酸化や変形が起こりやすくなり、その寿命を短くしてしまう。従って、ループアンテナ９と無電極ランプ６との距離は、ループアンテナ９の素材の耐熱性と目標とする寿命などから適宜、選定する必要がある。
【００５７】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態を図８を用いて説明する。図は共振器５の内部を示す断面図である。このものは、第２の実施の形態で説明した共振器５の形状と無電極ランプ６の位置を変えたものである。なお、その他の第２の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００５８】
ここで重要なことは、共振器５の無電極ランプ６を介してアンテナ９０（ループアンテナ９）と対向する側に、無電極ランプ５の方向に向かう有底円筒状の凸部５ｃを設けたことである。さらに、無電極ランプ６をこの凸部の先端と共振器５の底面部５ｂの略中間部に設けたことである。そして、ここでは、凸部５ｃと無電極ランプ６との距離を３０ｍｍに設定している。
【００５９】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を同軸ケーブル３ａに伝達するとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。
そして、ループアンテナ９の突起部９ａの近傍に強い電界集中が発生し、この強電界により無電極ランプ６の内部で放電が開始する。特に、ループアンテナ９の突起部９ａは、無電極ランプ６の近傍に設けてあるので、強電界が無電極ランプ６に印加されやすくなり、無電極ランプ６は、より始動しやすいものとなる。
【００６０】
この実施の形態によると、共振器５の無電極ランプ６を介してアンテナ９と対向する側に、無電極ランプ５の方向に向かう有底円筒状の凸部５ｃを設けたことにより、より無電極ランプ６とアンテナ９との距離を短くすることができ、これがないものに比べ始動しやすくなる。従って、マイクロ波発生手段１の容量を小さくすることができる。
【００６１】
なお、ループアンテナ９と無電極ランプ６との距離については、近づけるほど無電極ランプ６の始動性には有利である。しかし、その動作時において、無電極ランプ６は高温になるため、ループアンテナ９を近づけすぎると、ループアンテナ９も高温になってしまう。よって、ループアンテナ９は、熱による酸化や変形が起こりやすくなり、その寿命を短くしてしまう。従って、ループアンテナ９と無電極ランプ６との距離は、ループアンテナ９の素材の耐熱性と目標とする寿命などから適宜、選定する必要がある。
【００６２】
なお、ここでは上面部５ａからの凸部５ｃは、円筒形で説明したが例えば円錐形や針状のものでもよい。
【００６３】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態を図９を用いて説明する。図９は結合部を示す図で、図９（ａ）は要部断面図、図９（ｂ）は結合部からの放射分布を示した図である。このものは、第２の実施の形態で説明したアンテナ９０の形状を変えたものである。なお、その他の第２の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００６４】
ここで重要なことは、ループアンテナ９を複数設けたことである。そして、第１のループアンテナと第２のループアンテナとは、同軸ケーブル３ａの中心導体を軸として１８０度、反対側の位置に設けたことである。
【００６５】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を同軸ケーブル３ａに伝達するとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。そして、ループアンテナ９からの放射分布は、２つのループアンテナ９が相互干渉するため、アンテナ設計においてはよく知られているように、図９（ｂ）のように四方へ広がった形状になる。このように広がった指向性を有するアンテナ９０を用いると、第２の実施の形態で説明したループアンテナ９の放射分布（図１０（ｂ））と比べ、共振器５の壁部に局所的に発生する電位差が小さくなる。従って、電位差により生じる電流が減るため共振器５の壁面の自己発熱も減らすことができ、その耐久寿命も長くできる。
【００６６】
なお、図１１は、本発明の第６の実施の形態の応用例で、図は結合部を示す図で、図１１（ａ）は要部断面図、図１１（ｂ）は結合部からの放射パターンを示しす。この応用例は、前述した、同軸ケーブル３ａの中心導体を軸として形成された第１のループアンテナと第２のループアンテナとの角度を変えたものである。すなわちこの角度を９０度に形成したものである。そして、このループアンテナ９を共振器５の底面部５ｂの中心部からずらした位置に形成し、この中心部を挟んでループアンテナ９と対向する側の軸上に無電極ランプ６が配置されている。
【００６７】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を同軸ケーブル３ａに伝達するとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。そして２つのループアンテナが相互干渉し放射分布が図１１（ｂ）に示すように一方向に強い指向性をもつような形状となる。そして、この方向には、無電極ランプ６が設けられているため、より効率よく無電極ランプ６を点灯させることができる。
【００６８】
この実施の形態によると、無電極ランプ６を共振器５の底面部５ｂの中心部からずらした軸上に形成することができる。従って、例えば、無電極ランプ６をこれに溶着された石英棒を用いて、共振器５の底面部５ｂに対し垂直に固定することが可能となり、共振器５に例えば水平に支持する場合に比べ、強固に無電極ランプ６を支持することができる。また、ループアンテナ９から無電極ランプ６の空間方向に指向性をもってエネルギーを放射できるので、このように設けないものよりも効率がよくなる。
【００６９】
なお、ここでは２つのループアンテナ９間の角度は９０度としたが、求める放射分布に応じて、他の角度を選択してもよい。また、放射方向を例えば上方へ向けることもループアンテナ９の開口部の方向を変えることで可能である。さらにここでは２個のループアンテナで説明したが３つ以上、あるいは形状の異なるものも組み合わせて放射パターンを変えてもよい。
【００７０】
（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態を図１２を用いて説明する。図１２は結合部を示す図した図である。このものは、第１の実施の形態で説明したアンテナ９０の形状を変えたものである。なお、その他の第１の実施の形態と同一の構成部材には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００７１】
ここで重要なことは、アンテナ９０（ループアンテナ９）の同軸ケーブル３ａの中心導体と接続されていない側の断面積を同軸ケーブル３ａの中心導体の断面積より大きくしたことである。具体的には、同軸ケーブル３ａの中心導体の断面積Ｓ１と、ループアンテナ９の他端側の同軸ケーブル３ａの導体外皮に接続された箇所の断面積Ｓ２と、を比較するとＳ１＜Ｓ２の関係となっている。そして、ここでは同軸ケーブル３ａの中心導体側から他端側に向かうにしたがい断面積が増えるようになっている。
【００７２】
このように構成されたマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を同軸ケーブル３ａに伝達するとループアンテナ９が磁界結合型アンテナとして動作する。そして、ループアンテナ９からは、良好な整合状態でマイクロ波が伝送される。特に、大電力を供給する場合にはループアンテナの断面積は大きいほうが望ましいが、中心導体の断面積から不連続に断面積を増加させると不連続部で整合状態が悪くなり電力の反射が生じ、効率が低下することがある。しかし、前述のように連続的に断面積を増やすことで、より効率のよいものとすることができる。
【００７３】
請求項１記載の発明にあっては、マイクロ波発生手段と、このマイクロ波を伝達する伝達手段と、この伝達手段に接続された結合部と、この結合部を介してマイクロ波が伝達されるとともにマイクロ波に対しては非透過性で、光に対しては透過性を有した共振器と、この共振器内に設けられた透光性材料からなるバルブとこのバルブ内部に封入されたマイクロ波により励起されて発光する物質とからなる無電極ランプと、を備えたマイクロ波無電極放電ランプ装置において、前記伝達手段は、少なくとも共振器に接続される部分が同軸ケーブルからなり、前記結合部は、この同軸ケーブルの中心導体に接続され、略ループ状に形成されるとともに、ループの長さをＬとし、使用するマイクロ波の波長をλとしたときＬ≦λ／２の関係となるアンテナであることにより、マイクロ波発生手段と共振器との間の距離を変えることができ、その位置関係も左右や上下などに変えることができる。よってマイクロ波を伝達するための伝達手段の品種数が抑制でき、アンテナをより小さくできるとともにマイクロ波無電極放電ランプ装置をより効率の良いものとすることができる。
【００７６】
請求項２記載の発明にあっては、前記アンテナは、突起部を有し、その先端を無電極ランプの方向に向けたことにより、請求項１に記載の効果を奏するうえに、無電極ランプへの電界が強くなり、その始動がしやすくなる。従って、マイクロ波発生手段の容量を小さくすることができる。
【００７７】
請求項３記載の発明にあっては、前記アンテナと前記共振器の間に電気絶縁体を設けたことにより、請求項１又は請求項２に記載の効果を奏するうえにアンテナと共振器の内面間とに発生する絶縁破壊を防止できるので共振器やループアンテナをより小さくすることができる。
【００７８】
請求項４記載の発明にあっては、前記同軸ケーブルを共振器の内部に貫通させ、前記アンテナを無電極ランプの近傍に設けたことにより、請求項１乃至 請求項３に記載した効果を奏するうえに、ループアンテナの近傍に強い電界集中が発生し、この強電界により無電極ランプ６の内部で放電が発生しやすくなるので、無電極ランプ６は、より始動しやすいものとなる。
【００７９】
請求項５記載の発明にあっては、前記共振器の無電極ランプを介してアンテナと対向する側に、無電極ランプの方向に向かう凸部を設けたことにより、請求項１乃至請求項４に記載した効果を奏するうえに、無電極ランプとアンテナとの距離を短くでき、無電極ランプをより始動しやすくすることができる。従って、マイクロ波発生手段の容量を小さくすることができる。
【００８０】
請求項６記載の発明にあっては、前記アンテナを複数設けたことにより、請求項１乃至請求項５に記載した効果を奏するうえに、アンテナからの放射分布を変えることができ、放射分布を分散させた場合は、共振器の壁面の自己発熱を減らすことができ、その耐久寿命を長くできる。また、放射分布を無電極ランプの空間方向に指向性をもった場合は、より効率のよいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の斜視図である。
【図２】同上のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部斜視図である。
【図３】同上のマイクロ波無電極放電ランプ装置の応用例を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の一部を示す要部断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の結合部を示す要部断面図である。
【図６】同上のマイクロ波無電極放電ランプ装置の応用例を示す結合部の要部断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の共振器の内部を示す断面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の共振器の内部を示す断面図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の結合部とその放射分布を示した図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の結合部とその放射分布を示した図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の応用例を示す結合部の図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の結合部の図である。
【図１３】第１の従来例に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【図１４】第２の従来例に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【符号の説明】
１ マイクロ波発生手段
３ 伝達手段
３ａ 同軸ケーブル
４ 結合部
５ 共振器
６ 無電極ランプ
９ ループアンテナ
９０ アンテナ
Claims (7)
- マイクロ波発生手段と、このマイクロ波を伝達する伝達手段と、この伝達手段に接続された結合部と、この結合部を介してマイクロ波が伝達されるとともにマイクロ波に対しては非透過性で、光に対しては透過性を有した共振器と、この共振器内に設けられた透光性材料からなるバルブとこのバルブ内部に封入されたマイクロ波により励起されて発光する物質とからなる無電極ランプと、を備えたマイクロ波無電極放電ランプ装置において、前記伝達手段は、少なくとも共振器に接続される部分が同軸ケーブルからなり、前記結合部は、この同軸ケーブルの中心導体に接続され、略ループ状に形成されるとともに、ループの長さをＬとし、使用するマイクロ波の波長をλとしたときＬ≦λ／２の関係となるアンテナであることを特徴とするマイクロ波無電極放電ランプ装置。
- 前記アンテナは、突起部を有し、その先端を無電極ランプの方向に向けたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
- 前記アンテナと前記共振器の間に電気絶縁体を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
- 前記同軸ケーブルを共振器の内部に貫通させ、前記アンテナを無電極ランプの近傍に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のいずれかに記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
- 前記共振器の無電極ランプを介してアンテナと対向する側に、無電極ランプの方向に向かう凸部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４記載のいずれかに記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
- 前記アンテナを複数設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５記載のいずれかに記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
- 前記アンテナの同軸ケーブルの中心導体と接続されていない側の断面積を同軸ケーブルの中心導体の断面積より大きくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項６記載のいずれかに記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
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