JP3988434B2 - マイクロ波無電極放電ランプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波による無電極放電に必要なエネルギーを供給するためのマイクロ波無電極放電ランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無電極ランプは電極がランプ内に存在しないため、一般に長寿命が期待される。マイクロ波を用いた無電極放電ランプ装置は、高電界を発生させるための空洞共振器を点灯手段に用い、例えば特開平２−０９８０９６などに見られるような特許が出願されている。
【０００３】
従来のランプを用いた照明装置の場合、ランプ部の寿命は約１万時間もしくはそれ以下で、照明装置の構成部品中最も寿命が短いため、頻繁なランプ交換が必要となる。ランプ交換を容易にするため、例えば特開平６−０５２７０６に見られるようにランプ交換が容易となる手段などが出願されている。
【０００４】
一方、マイクロ波を用いた無電極放電ランプ装置の場合、主な構成要素として電源、マイクロ波発振器、共振器、ランプ、反射鏡などの構成部品があげられるが、前記と同様に最短寿命の部品寿命が装置全体の寿命となる。ここで、無電極ランプは一般に６万時間以上の寿命が期待できるが、マイクロ波発生部にマグネトロンを使用した場合には、マグネトロンが最短寿命部品となる。マグネトロンの寿命は、最長で２万時間と推定される。従って、装置全体の寿命を延長するためには、マグネトロンのみを交換するか、もしくは装置全体を新しいものに交換しなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、装置ごと交換すると交換部品コストが上昇し、望ましくない。またマグネトロンのみを交換する場合は、安全の面から交換作業者は専門技術を有することが必要となり、交換作業費用が高価になる。
【０００６】
但し、マグネトロンは比較的安価で、大出力マイクロ波を発生できるので、マイクロ波発生部にはマグネトロンを使用して交換部品コストを下げ、またマグネトロン交換を容易にすることによって交換作業費用を低く抑えることが望ましい。
【０００７】
また、上述のコスト削減に加えて、再利用可能なマグネトロン以外の部材を有効再利用する事も望まれる。
【０００８】
したがって、この発明の目的は、マグネトロンを使用したランプ装置において、マグネトロンの交換を容易に行えるマイクロ波無電極放電ランプ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、電源部と、前記電源部と接続されたマグネトロンを有するマイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部より発生したマイクロ波を伝達する導波管部と、前記導波管部と接続され前記マイクロ波を用いて高電界を発生させるマイクロ波共振器およびランプバルブを設けた共振器部と、前記共振器部近傍に配置され配光を制御するための反射鏡を設けた反射鏡部とを備え、前記マイクロ波発生部と前記電源部とが回転式接点、スライド式接点、圧接式接点のいずれかの手段で接続することにより前記マイクロ波発生部が着脱可能な構成とし、かつ前記マグネトロンは前記導波管部に接続されるように前記マイクロ波発生部に移動可能に取り付けられるとともに、前記マグネトロンと前記導波管部との接続部に電磁パッキンが設けられたことを特徴とする。
【００１０】
このように、少なくともマイクロ波発生部が着脱可能な構成を有するので、マイクロ波発生部内のマグネトロンが劣化した場合、マイクロ波発生部を容易に取り付け、取り外しが行えることで、マグネトロン交換を容易にすることができる。
【００１２】
また、マグネトロンは導波管部に接続されるようにマイクロ波発生部に移動可能に取り付けられるとともに、マグネトロンと導波管部との接続部に電磁パッキンが設けられているので、マグネトロンの交換時には、マグネトロンを移動して導波管部と切り離し、マイクロ波発生部を取り外してマグネトロンのみを交換できる。この際に問題点となるマイクロ波発生部と導波管部との接続部には、真鍮などの金網でできた電磁パッキンを使用することにより、電磁波の漏れを防ぎまた良好な電気的接続を取ることができる。
また、マイクロ波発生部と電源部との接続が回転式接点、スライド式接点、圧接式接点のいずれかの手段によるので、マイクロ波発生部と電源部を一般に用いる手段で容易に接続することができる。
【００１３】
請求項２記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、請求項１記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置において、マイクロ波発生部に冷却手段を設け、この冷却手段を前記マイクロ波発生部とともに着脱可能とした。このように、マイクロ波発生部に冷却手段を設け、この冷却手段をマイクロ波発生部とともに着脱可能としたので、マイクロ波発生部で発生した熱を冷却手段により冷却することができる。また、冷却手段はマイクロ波発生部とともに取り出されるのでメンテナンスが容易である。
【００１４】
請求項３記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、請求項２記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置において、冷却手段は、マイクロ波発生部の装着状態でマイクロ波発生部と電源部とを合わせて冷却することができる。このように、冷却手段は、マイクロ波発生部の装着状態でマイクロ波発生部と電源部とを合わせて冷却することができるので、マイクロ波発生部のみならず電源部の長寿命化が期待できる。
【００１５】
請求項４記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、請求項２または３記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置において、冷却手段は空冷用ファンである。このように、冷却手段は空冷用ファンであるので、マイクロ波発生部で発生した熱を空冷用ファンによって外部に排出される。
【００１８】
請求項５記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、請求項１，２，３または４記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置において、反射鏡部と共振器部とが一体の構成となっている。このように、反射鏡部と共振器部とが一体の構成となっているので、共振条件を満たす適当な寸法で設計を行うことにより、簡潔な構造をとることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態を図１ないし図３に基づいて説明する。図１はこの発明の第１の実施の形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の通常の動作時における断面図、図２はそのマイクロ波無電極放電ランプ装置のマグネトロン交換時における断面図、図３はこの発明の第１の実施の形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の外観の一例を示す概略図である。
【００２１】
図１に示すように、電源部１と、電源部１と接続された少なくともマグネトロン２を有するマイクロ波発生部３と、マイクロ波発生部３より発生したマイクロ波を伝達する導波管部４と、導波管部４と接続されマイクロ波を用いて高電界を発生させるマイクロ波共振器およびランプバルブ５を設けた共振器部６と、共振器部６近傍に配置され配光を制御するための反射鏡を設けた反射鏡部７とを備え、少なくともマイクロ波発生部３が着脱可能な構成を有する。また、マグネトロン２と導波管部４との接続部に電磁パッキン８が設けられ、マグネトロン２はマイクロ波発生部３に移動可能に取り付けられている。
【００２２】
装置を構成する上記電源部１、マイクロ波発生部３、導波管部４、共振器部６および反射鏡部７のうちマイクロ波発生部３のみ取り外し可能となっており、電源部１とは各端子によって機械的、電気的に接続されている。また、マグネトロン２側に電磁パッキン８が取り付けられ、この電磁パッキン８によりマグネトロン２の出力部と導波管部４とが電磁的に接続される。
【００２３】
電磁パッキン８はマイクロ波発生部３と導波管部４とを電気的かつ電磁的に接続してマイクロ波の漏れを防いでいる。具体的には、電磁波の漏れを防ぐ電磁シールドであって、細長い鉄線を複雑に屈曲させて金属たわし状にしたものや真鍮などの金網を、環状に成形したものである。また、例えば株式会社三ツ矢の電磁波シールド用ガスケット（パッキン）を用いてもよい。これは流動性のあるペーストを塗布して形成され、そのペーストは、常温で弾力のある導通性シリコンガスケットに硬化するものである。
【００２４】
マイクロ波発生部３のマグネトロン２は取り付け位置で上下に可動とされ、通常は、電磁パッキン８を介して下部の導波管部４に一定の荷重で押圧接続される。これにより、マグネトロン２と導波管部４との接続を確実なものとすることができる。
【００２５】
また、マイクロ波発生部３に冷却手段（ファン）９を設け、この冷却手段９をマイクロ波発生部３とともに着脱可能とした。１０は結合窓であり、導波管部４と共振器部６の接続部に設けられる。
【００２６】
長期間使用後、マイクロ波発生部３の寿命となり、交換の必要が生じると、マイクロ波発生部３（マグネトロン２）の交換作業を行う。その時、図２に示すように、上下可動取り付け構造のマグネトロン２は上部へスライドして導波管部４とは切り離された構造になる。また、マイクロ波発生部３と電源部１との接続は、通常知られているコネクタ、接点等の機械的手段で、容易に切り離しが出来る。具体的には、マイクロ波発生部３と電源部１との接続は回転式接点、スライド式接点、圧接式接点のいずれかの手段により接続することができる。こうして接続部を切り離した後、図３に示すように装置本体１４の交換扉１５からマイクロ波発生部３を横方向にスライドしてマグネトロン２のみを装置から取り出して交換できる。また、電磁パッキン８は金属線等の弾性体でできているため弾力性があり、これをマグネトロン２側に取り付けて、マイクロ波発生部３の交換のたびに新しいものと交換されるようにする。こうすることで、電磁シールド機能を常に良好に維持できる。
【００２７】
新しいマグネトロンは以上の逆の手順で取り付け交換作業を行う。
【００２８】
なお、電磁パッキン８はマグネトロンの他、導波管部４に取り付けられていても良い。また、マイクロ波共振器としてここでは円筒型空洞共振器を示したが、方形型、球型空洞共振器でもよく、また共振器の一部または全部には、金網など、光は透過するが電磁波は透過できない材料を使用するか、使用波長に比べて充分細い径の（カットオフ周波数が充分高い）導体筒を設けて光導出を容易にすることもできる。
【００２９】
この発明の第２の実施の形態を図４に基づいて説明する。図４はこの発明の第２の実施の形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【００３０】
マグネトロンには通常数ｋＶ以上の直流の高電圧を印加してマイクロ波を発生させている。第１の実施の形態において、電源部１に高電圧電源がある場合、電源部１とマイクロ波発生部３を接続するリード線に高電圧がかかることになり、この場合、絶縁対策が一つの課題となることがある。
【００３１】
そこで、この実施の形態では図４に示すように、高電圧電源１６をマイクロ波発生部３内に設置することにより、上記絶縁対策を講じたことを特徴としている。なお、１００Ｖ〜２００Ｖの電圧部は電源部１とマイクロ波発生部３のどちらに設置されていても構わない。その他の構成効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００３２】
この発明の第３の実施の形態を図５に基づいて説明する。図５はこの発明の第３の実施の形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の概略断面図である。
【００３３】
図５に示すように、第１の実施の形態において、冷却手段１６は、マイクロ波発生部３の装着状態でマイクロ波発生部３と電源部１とを合わせて冷却することができる。
【００３４】
この場合、マイクロ波発生部３の電源部１側に冷却手段として空冷用ファン１６が取り付けられ、また通気孔１７も設けられている。これは通気孔１７から入った空気Ａが熱とともにマイクロ波発生部３から排出され、マイクロ波発生部３で発生した熱を空冷用ファン１６によって外部に排出されるようになっている。また、その排出された空気Ａが電源部１近傍を通過することによって、電源部１で発生した熱も合わせて排出できるようになっている。これによって、マイクロ波発生部３のみならず電源部１の冷却による長寿命化が期待できる。１８は配線類である。その他の構成効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
この発明の第４の実施の形態を図６に基づいて説明する。図６はこの発明の第４の実施の形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【００３６】
図６に示すように、第１の実施の形態において、反射鏡部７と共振器部６とが一体の構成となっている。すなわち、マイクロ波共振器の一部を反射鏡形状にして共振器部６と反射鏡部７とを一体にし、共振条件を満たす適当な寸法で設計を行うことにより、簡潔な構造をとったことを特徴としている。
【００３７】
通常、共振器からの光の透過率を上げるため、例えば開口率が約９０％のメッシュを共振器の材料に用いることがある。この場合、底面と側面との溶接工程の困難さにより共振器は高価になるが、図６に示す形状の共振器部６・反射鏡部７の場合、メッシュと反射鏡との溶接などによる接続が比較的容易になるため、価格が前記のものよりも安価になる。また構造的にも頑丈なものとなるため、共振器の破損、変形を防止できる。その他の構成効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００３８】
この発明の参考例を図７に基づいて説明する。図７はこの発明の参考例のマイクロ波無電極放電ランプ装置の概略図である。
【００３９】
図７に示すように、第１の実施の形態と同様の電源部２０、マイクロ波発生部２１、導波管部２２、共振器部２３および反射鏡部２４を備えているが、マイクロ波発生部２１のマグネトロンと導波管部２２は一体に接続されている。また少なくともマイクロ波発生部２１、導波管部２２および共振器部２３が一体となって着脱可能な構成を有する。この場合、電源部２０、マイクロ波発生部２１・共振器部２３、反射鏡部２４からなり、これら３つの部材は容易に分離できる構造となっている。電源部２０とマイクロ波発生部２１・共振器部２３、マイクロ波発生部２１・共振器部２３と反射鏡部２４はそれぞれ嵌め込み式、ねじ式などの方法で容易に取り付け、取り外しができる構造となっている。なお、反射鏡部２４はセードでもよい。
【００４０】
また、一体化したマイクロ波発生部２１、導波管部２２および共振器部２３に、電源部２０の一部または全部が含まれていてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置によれば、少なくともマイクロ波発生部が着脱可能な構成を有するので、マイクロ波発生部内のマグネトロンが劣化した場合、マイクロ波発生部を容易に取り付け、取り外しが行えることで、マグネトロン交換を容易にすることができる。このため、マイクロ波発生部に比較的安価なマグネトロンを使用して交換部品コストを下げるとともに、マグネトロン交換を容易にすることによって交換作業費用を低く抑えることができる。
【００４２】
また、マグネトロンは導波管部に接続されるようにマイクロ波発生部に移動可能に取り付けられるとともに、マグネトロンと導波管部との接続部に電磁パッキンが設けられているので、マグネトロンの交換時には、マグネトロンを移動して導波管部と切り離し、マイクロ波発生部を取り外してマグネトロンのみを交換できる。この際に問題点となるマイクロ波発生部と導波管部との接続部には、真鍮などの金網でできた電磁パッキンを使用することにより、電磁波の漏れを防ぎまた良好な電気的接続を取ることができる。
また、マイクロ波発生部と電源部との接続が回転式接点、スライド式接点、圧接式接点のいずれかの手段によるので、マイクロ波発生部と電源部を一般に用いる手段で容易に接続することができる。
【００４３】
請求項２では、マイクロ波発生部に冷却手段を設け、この冷却手段をマイクロ波発生部とともに着脱可能としたので、マイクロ波発生部で発生した熱を冷却手段により冷却することができる。また、冷却手段はマイクロ波発生部とともに取り出されるのでメンテナンスが容易である。
【００４４】
請求項３では、冷却手段は、マイクロ波発生部の装着状態でマイクロ波発生部と電源部とを合わせて冷却することができるので、マイクロ波発生部のみならず電源部の長寿命化が期待できる。
【００４５】
請求項４では、冷却手段は空冷用ファンであるので、マイクロ波発生部で発生した熱を空冷用ファンによって外部に排出される。
【００４８】
請求項５では、反射鏡部と共振器部とが一体の構成となっているので、共振条件を満たす適当な寸法で設計を行うことにより、簡潔な構造をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施の形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の通常の動作時における断面図である。
【図２】 図１のマイクロ波無電極放電ランプ装置のマグネトロン交換時における断面図である。
【図３】 この発明の第１の実施の形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の外観の一例を示す概略図である。
【図４】 この発明の第２の実施の形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【図５】 この発明の第３の実施の形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の概略断面図である。
【図６】 この発明の第４の実施の形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【図７】 この発明の参考例のマイクロ波無電極放電ランプ装置の概略図である。
【符号の説明】
１ 電源部
２ マグネトロン
３ マイクロ波発生部
４ 導波管部
５ ランプバルブ
６ 共振器部
７ 反射鏡部
８ 電磁パッキン

Claims (5)

1. 電源部と、前記電源部と接続されたマグネトロンを有するマイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部より発生したマイクロ波を伝達する導波管部と、前記導波管部と接続され前記マイクロ波を用いて高電界を発生させるマイクロ波共振器およびランプバルブを設けた共振器部と、前記共振器部近傍に配置され配光を制御するための反射鏡を設けた反射鏡部とを備え、前記マイクロ波発生部と前記電源部とが回転式接点、スライド式接点、圧接式接点のいずれかの手段で接続することにより前記マイクロ波発生部が着脱可能な構成とし、かつ前記マグネトロンは前記導波管部に接続されるように前記マイクロ波発生部に移動可能に取り付けられるとともに、前記マグネトロンと前記導波管部との接続部に電磁パッキンが設けられたことを特徴とするマイクロ波無電極放電ランプ装置。
2. マイクロ波発生部に冷却手段を設け、この冷却手段を前記マイクロ波発生部とともに着脱可能とした請求項１記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
3. 冷却手段は、マイクロ波発生部の装着状態でマイクロ波発生部と電源部とを合わせて冷却することができる請求項２記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
4. 冷却手段は空冷用ファンである請求項２または３記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
5. 反射鏡部と共振器部とが一体の構成となっている請求項１，２，３または４記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。

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