(57)【要約】【課題】  バルブの高強度の発光を金属メッシュ体で遮断させずに効率良く外部に放射することのできる無電極ランプ装置を得る。【解決手段】  マイクロ波による励起で発光するバルブ７を挟んで、バルブ７側に凹の略湾曲形状に形成された第１金属メッシュ体２３と第２金属メッシュ体２５と対向配置して、バルブ７の周囲にマイクロ波を共振させるキャビティ２４を画成することで、第１金属メッシュ体２３及び第２金属メッシュ体２５は、マイクロ波を遮断すると共に照射されたマイクロ波が反射してバルブ７の近傍に電界を集束させ、且つ、バルブ７の出射する光を透過させる。【選択図】        図１
2005259594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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てマイクロ波による励起で発光するバルブと、前記バルブの後方側において前記バルブ側に凹の略湾曲形状に形成された第１金属メッシュ体と、前記バルブの前方側において前記バルブ側に凹の略湾曲形状に形成されて、マイクロ波を共振させるキャビティを前記第１金属メッシュ体との協働で前記バルブの周囲に画成する第２金属メッシュ体とを備え、
前記第１金属メッシュ体及び第２金属メッシュ体は、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前記バルブ近傍に電界を集束させ、且つ、前記バルブの出射する光は透過することを特徴とする無電極ランプ装置。
【請求項２】
前記第２金属メッシュ体は、バルブの正面に位置する中心から所定の半径内は中心軸に略直交する平面状で、その周囲は曲率中心がバルブの中心付近に設定された球面状で、全体として、バルブ側に凹の略湾曲形状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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
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。
【０００３】
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の前方側に配置されるバルブ７と、このバルブ７の出射する光を反射する円板状のリフレクタ９と、開口部６を介して導波管５に連設されてバルブ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。
【０００４】
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。
【０００５】
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の製造工程としては、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とを一体化している（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このようなキャビティ１１内では、開口部６からキャビティ１１内に照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。
【０００７】
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。
【０００８】
【特許文献１】特表平１１−５０３２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前述した金属メッシュ体１３には、本来、二つの目的がある。その一つは、バルブ７に高強度の発光をさせるために、反射したマイクロ波の共振を集中させることでバルブ７の周囲に高強度電界領域を安定形成すること、もう一つは、バルブ７の高強度の発光が金属メッシュ体１３で遮断されずに外部に放射されるように金属メッシュ体１３における光の透過率を上げることである。
【００１０】
そして、高強度電界領域を安定形成するには、キャビティ１１の変形によってマイクロ波の共振の集中位置が不安定にならないように、キャビティ１１を画成している金属メッシュ体１３に、十分の機械的強度を確保することが必要となる。
一方、バルブ７から出射された光がより多く金属メッシュ体１３を透過できるようにするためには、金属メッシュ体１３におけるメッシュ開口率を大きくすることが必要となる。
【００１１】
ところが、前述した有頭円筒状の金属メッシュ体１３は、平坦な蓋部１３ａや円筒部１３ｂが曲げ荷重に弱く、機械的強度を向上させるには、メッシュ開口率の低減や、メッシュ素材の板厚の増大が必要不可欠で、バルブ７から出射された光の透過率を高めるためにメッシュ開口率を大きくすると、金属メッシュ体１３の機械的強度の向上は板厚の増大に頼るしかなくなる。
【００１２】
しかし、図５に示すように、有底円筒状の金属メッシュ体１３の円板形の蓋部１３ａにおけるメッシュ開口は、バルブ７に正対する中央付近から離れるほど、バルブ７から出射された光に対する傾斜が強くなって、メッシュ開口の開口面積は同一でも、光の透過に有効な径が次第に小さくなってしまい、光の透過率に大きな差異が生じてしまう。
【００１３】
従って、バルブ７に正対する中央付近のメッシュ開口ｋ１を透過する光束Ｈ１と、蓋部１３ａの周縁に近いメッシュ開口ｋ２を透過する光束Ｈ２との比較で明らかなように、メッシュ開口率を大きくしても、それほど光の透過率を向上させることができないという問題が生じる。
この傾向は、金属メッシュ体１３の板厚を増大させるほど顕著になり、結局、板厚の増大により機械的強度の向上を図ると、メッシュ開口率を大きくしても、光の透過率を大きくできないという問題が生じた。
【００１４】
そこで、本発明の目的は上記課題を解消することにあり、バルブの周囲に高強度電界領域を安定形成して、バルブに高強度の発光をさせることができ、しかも、金属メッシュ体の周縁部でもバルブに正対する中央部と同等の光の透過率を確保して、バルブの高強度の発光を金属メッシュ体で遮断せずに効率良く外部に放射することのできる無電極ランプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、下記構成により達成される。
（１）  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てマイクロ波による励起で発光するバルブと、前記バルブ７の後方側において前記バルブ７側に凹の略湾曲形状に形成された第１金属メッシュ体と、前記バルブの前方側において前記バルブ側に凹の略湾曲形状に形成されて、マイクロ波を共振させるキャビティを前記第１金属メッシュ体との協働で前記バルブの周囲に画成する第２金属メッシュ体とを備え、
前記第１金属メッシュ体及び第２金属メッシュ体は、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前記バルブ近傍に電界を集束させ、且つ、前記バルブの出射する光は透過することを特徴とする。
【００１６】
（２）  上記（１）に記載の無電極ランプ装置において、前記第２金属メッシュ体は、バルブの正面に位置する中心から所定の半径内は中心軸に略直交する平面状で、その周囲は曲率中心がバルブの中心付近に設定された球面状で、全体として、バルブ側に凹の略湾曲形状に形成された構成とすると良い。
【発明の効果】
【００１７】
上記（１）のように構成された無電極ランプ装置では、マイクロ波を共振させるキャビティを画成する第１金属メッシュ体及び第２金属メッシュ体は、バルブ側に凹の略湾曲形状で、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、これらの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て、生産性を向上させることができる。
更に、上記構成の第１金属メッシュ体及び第２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形することで、単純な平面状や円筒状の場合よりも、面張力で機械的な強度が増し、同様の湾曲形状を成してリフレクタとして機能する第１金属メッシュ体との協働でキャビティを形成することで、金属メッシュ材料の板厚の増大に頼らずに、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十分な機械的強度を第２金属メッシュ体及び第１金属メッシュ体に確保して、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、第２金属メッシュ体及び第１金属メッシュ体を互いに対向する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安定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ができる。
【００１８】
また、上記のように、バルブ側に凹の略湾曲形状に形成された第２金属メッシュ体では、バルブに正対する中央付近から離れた周縁部のメッシュ開口でも、バルブから出射された光に対する傾斜はそれほど発生せず、バルブに正対する中央付近のメッシュ開口と実質的に略同等の光透過面積（開口面積）を提供することができる。
従って、有頭円筒状の金属メッシュ体によってキャビティを形成していた従来のものと比較すると、バルブに正対する中央付近から離れても光の透過に有効なメッシュ径を中央付近と同等に維持できて、メッシュ開口に相応した光透過率を第２金属メッシュ体の全域で略均等に得られる。
また、金属メッシュ体の周縁部でもバルブに正対する中央部と同等の光の透過率を確保して、バルブの高強度の発光を金属メッシュ体で遮断させずに効率良く外部に放射することができる。
【００１９】
上記（２）のように構成された無電極ランプ装置では、第２金属メッシュ体の製造は、円板状の金属メッシュ材料に対して、その周縁部を、プレス成形によって球面状に成形するだけで、手間のかかる溶接作業を行わなくとも、バルブ側に凹の略湾曲形状を簡単に形成することができ、更に、プレス成形した際の歪み硬化等により、第２金属メッシュ体の機械的強度を向上させることもできる。
また、第２金属メッシュ体の周縁部を、バルブの中心付近に曲率中心を持つ球面としたことで、第２金属メッシュ体の周縁部のメッシュ開口がより確実にバルブに正対する向きで形成されて、第２金属メッシュ体の周縁部でも、第２金属メッシュ体の中央部と同等の光透過率を維持することが可能になり、第２金属メッシュ体の全域で、バルブの高強度の発光を金属メッシュ体で遮断させずに効率良く外部に放射することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面に基づいて、本発明に係る無電極ランプ装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下に説明する実施の形態において、既に図３及び図４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一実施の形態を示している。
この一実施の形態の無電極ランプ装置２１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の前方側に配置される略球形のバルブ７と、バルブ７の後方側においてバルブ７側に凹の略湾曲形状に形成された第１金属メッシュ体２３と、バルブ７の前方側においてバルブ７側に凹の略湾曲形状に形成されて、第１金属メッシュ体２３との協働でバルブ７の周囲にマイクロ波を共振させるキャビティ２４を画成する第２金属メッシュ体２５とを備えた構成である。
【００２２】
第２金属メッシュ体２５は、第１金属メッシュ体２３と逆側に凹の略湾曲形状（即ち、バルブ７側が凹状の椀形）の形状である。
第１金属メッシュ体２３及び第２金属メッシュ体２５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７近傍に電界を集束させ、且つ、バルブ７の出射する光は透過するように、メッシュ開口が選定されている。
但し、本実施の形態の場合、第１金属メッシュ体２３は、バルブ７の出射する光を配光するリフレクタとしての機能も果たす。
【００２３】
以上の第１金属メッシュ体２３及び第２金属メッシュ体２５は、金属メッシュ材料をプレス成形で絞り加工することで、所定の凹状に成形したもので、最大外径部の寸法を略同一にしている。
第２金属メッシュ体２５は、バルブ７の正面に位置する中心から所定の半径内は中心軸に略直交する平面状で、この平坦部２５ａの周囲は曲率中心がバルブ７の中心付近に設定された球面状で、全体として、バルブ７側に凹んだ略湾曲形状に形成されている。
【００２４】
この第２金属メッシュ体２５は、第１金属メッシュ体２３の前面に対向配置され、最大外径部を第１金属メッシュ体２３の最大外径部に接合することで、第１金属メッシュ体２３に固定されている。
【００２５】
図１において、キャビティ２４内に示した実線の矢印は開口部６からキャビティ２４内に照射されたマイクロ波の入射波１６、破線の矢印は第２金属メッシュ体２５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。
【００２６】
本実施形態の場合は、第１金属メッシュ体２３及び第２金属メッシュ体２５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。
【００２７】
以上の無電極ランプ装置２１では、マイクロ波を共振させるキャビティ２４を画成する第１金属メッシュ体２３及び第２金属メッシュ体２５は、バルブ７側に凹の略湾曲形状で、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、これらの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て、生産性を向上させることができる。
【００２８】
更に、上記構成の第１金属メッシュ体２３及び第２金属メッシュ体２５は、プレス成形による絞り加工等で所定の湾曲形状又は円錐形状に成形することで、単純な平面状や円筒状の場合よりも、プレス成形した際の歪み硬化や面張力で機械的な強度が増し、同様の湾曲形状を成してリフレクタとして機能する第１金属メッシュ体２３との協働でキャビティ２４を形成することで、金属メッシュ材料の板厚の増大に頼らずに、外力に対して変形が生じにくい堅牢なキャビティ２４を得ることができる。
従って、キャビティ２４の変形を防止する十分な機械的強度を第２金属メッシュ体２５及び第１金属メッシュ体２３に確保して、キャビティ２４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。
【００２９】
そして、この対向する第２金属メッシュ体２５及び第１金属メッシュ体２３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２４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Ｅ１をバルブ７位置に適正な大きさで安定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ができる。
【００３０】
また、上記のように、バルブ７側に凹の略湾曲形状に形成された第２金属メッシュ体２５では、図２に示すように、バルブ７に正対する中央付近から離れた周縁部のメッシュ開口ｋ２でも、バルブ７から出射された光に対する傾斜はそれほど発生せず、バルブ７に正対する中央付近のメッシュ開口ｋ１と実質的に略同等の光透過面積（開口面積）を提供することができる。
従って、有頭円筒状の金属メッシュ体によってキャビティ１１を形成していた従来のものと比較すると、バルブ７に正対する中央付近から離れても光の透過に有効なメッシュ径を中央付近と同等に維持できて、メッシュ開口に相応した光透過率を第２金属メッシュ体２５の全域で略均等に得られる。
従って、第２金属メッシュ体２５の周縁部でもバルブ７に正対する中央部と同等の光の透過率を確保して、バルブ７の高強度の発光を金属メッシュ体で遮断せずに効率良く外部に放射することができる。
【００３１】
更に、本実施の形態の場合、第２金属メッシュ体２５の周縁部を、バルブ７の中心付近に曲率中心を持つ球面としたことで、第２金属メッシュ体２５の周縁部のメッシュ開口がより確実にバルブ７に正対する向きで形成されて、第２金属メッシュ体２５の周縁部でも、第２金属メッシュ体２５の中央部と同等の光透過率を維持することが可能になり、第２金属メッシュ体２５の全域で、バルブ７の高強度の発光を金属メッシュ体で遮断させずに効率良く外部に放射することが可能になる。
【００３２】
なお、上記の実施の形態において、第１金属メッシュ体２３及び第２金属メッシュ体２５の最大径部の直径Ｄを１４０ｍｍ、第１金属メッシュ体２３の奥行きＬ１を７０ｍｍ、第２金属メッシュ体２５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となる。
【００３３】
また、本実施の形態のように、バルブ７側に凹んだ一対の金属メッシュ体２３，２５によってキャビティ２４を画成する無電極ランプ装置２１においては、図２でも明らかなように、バルブ７の径が小さいほど（点光源）、光が外部に放出され易くなる。
従って、同量の効率の発光でも、より照度の高い照明装置が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る無電極ランプ装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】図１の無電極ランプ装置において、金属メッシュ体の光の透過を示す断面図である。
【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】図３の無電極ランプ装置において、金属メッシュ体における光の透過を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
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
２１  無電極ランプ装置
２３  第１金属メッシュ体
２４  キャビティ
２５  第２金属メッシュ体
２５ａ  平坦部
【図１】
2005259594.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005259594.tif 000005
【図４】
2005259594.tif 000006
【図５】
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