(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を発生する電磁波発生部と、
該電磁波発生部に連結された中空円筒状のキャビティと、該キャビティの内部に装着されたＬＣ共振回路とを包含して、前記電磁波発生部から入力された電磁波を共振させる電磁波共振部と、
前記キャビティの内部に係合されて前記共振される電磁波によりプラズマを生成して光を発生する発光部とを包含し、
前記キャビティの底面から前記キャビティの内部上側に延長形成された複数の第１電導部材によりインダクタが形成され、前記第１電導部材の先端に係合された第２電導部材及び前記第１電導部材と前記キャビティの内周壁面との間にはコンデンサが形成されて前記ＬＣ共振回路を形成することを特徴とする無電極ランプシステム。
【請求項２】
前記電磁波共振部には、前記電磁波発生部の出口部に連結されて前記キャビティの内部に電磁波をガイドするための電磁波フィーダ部を追加して形成することを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項３】
前記電磁波フィーダ部は、前記電磁波発生部の出口部に連結されて、前記キャビティを貫通して前記キャビティの内側に延長形成されることで前記電磁波発生部から発生した電磁波を前記キャビティの内部にガイドすることを特徴とする請求項２に記載の無電極ランプシステム。
【請求項４】
前記電磁波フィーダ部の先端は、球状、角錐状、円錐状及び六面体状中の選択された何れ一つの形状により形成されることを特徴とする請求項２に記載の無電極ランプシステム。
【請求項５】
前記電磁波フィーダ部の先端の形状は、テーパを形成することを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の無電極ランプシステム。
【請求項６】
前記電磁波フィーダ部は、断面の形状を多角形又は円形に形成することを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の無電極ランプシステム。
【請求項７】
前記電磁波フィーダ部の内部に、前記発光部の電球に電界を強化するための電界強化部材を追加して装着することを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の無電極ランプシステム。
【請求項８】
前記発光部は、電磁波によってプラズマを生成して光を発生する発光物質を充填した電球と、
前記キャビティに開放された開口の縁に屈曲係合されて前記キャビティの内部の電磁波は透過させて前記電球から発生する光を前記キャビティの外側に反射させるフィルタ部材と、
該フィルタ部材の縁に係合されて前記電球を装着するための空間を形成して、光を透過させながらも電磁波は外部に流出されないように遮断する遮断部材と、を包含して構成されることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項９】
前記電球の周辺には、電界を強化するための電界強化部材を追加して装着することを特徴とする請求項８に記載の無電極ランプシステム。
【請求項１０】
前記キャビティの内部には、前記第１電導部材の長さより短い第３電導部材を延長形成することで、インダクタを追加して形成することを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項１１】
前記第３電導部材の先端には第４電導部材を追加して形成し、それら第４電導部材と前記キャビティの内周壁面間には、コンデンサを追加して形成することを特徴とする請求項１０に記載の無電極ランプシステム。
【請求項１２】
前記第１電導部材は、前記キャビティの内周壁面と傾斜して形成されることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項１３】
前記第１電導部材は、長さ方向に曲線状に屈曲して形成されることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項１４】
前記第１電導部材は、長さ方向に階段状に連続屈曲して形成されることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項１５】
前記第１電導部材は、長さ方向にコイル状に連続屈曲して形成されることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項１６】
前記第１電導部材は、表面に電導物質を被覆した誘電体の棒状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項１７】
前記電磁波共振部は、前記電磁波発生部の出口部に連結されて前記キャビティの内部に電磁波をガイドするための電磁波フィーダ部により構成されることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項１８】
前記電磁波フィーダ部を中心に複数の第１電導部材を放射状に形成することを特徴とする請求項１７に記載の無電極ランプシステム。
【請求項１９】
前記第２電導部材の表面は、複数の噛部を形成することを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項２０】
前記第２電導部材は、表面に電導物質を被覆した誘電体で形成されることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項２１】
前記第２電導部材は、リング状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項２２】
前記第２電導部材は、複数に分離されたリング状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項２３】
前記キャビティは、
前記電磁波発生部と連結される連結部と、
該連結部に対向して前記発光部が係合される開放された開口と、
前記連結部と開口とに連結された側壁部とを包含して構成されることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【請求項２４】
前記キャビティは、中空円筒状に形成されることを特徴とする請求項２３に記載の無電極ランプシステム。
【請求項２５】
前記側壁部は、テーパ状に形成されることを特徴とする請求項２３に記載の無電極ランプシステム。
【請求項２６】
前記側壁部は、前記キャビティの外側に膨張するように屈曲形成されることを特徴とする請求項２３に記載の無電極ランプシステム。
【請求項２７】
前記キャビティの内部には、前記ＬＣ共振回路に加えられる外部影響を防止するため、ＥＭＩフィルタが追加して装着されることを特徴とする請求項１に記載の無電極ランプシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波を利用する無電極ランプシステムに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
一般に、無電極ランプシステムは、マグネトロンのような電磁波発生装置から発生する電磁波が電球内部の発光物質にプラズマを生成させて光を連続的に発散させることで、電極無しでも優れた光量を提供し得る照明機器である。
【０００３】
従来無電極ランプシステムにおいては、図１３に示したように、ケーシング１の内部にマグネトロン２、高圧発生器３及び導波管４を夫々装着し、ケーシング１の前側に電球５及び共振器６を装着して、マグネトロン２から発生した電磁波を導波管４により共振器６に誘導することで、電球５内部の発光物質がプラズマを生成しながら光を発生する。
【０００４】
即ち、従来無電極照明システムにおいては、ケーシング1の内部に装着されて電磁波を生成するマグネトロン２と、マグネトロン２に常用交流電源を高圧に昇圧して供給する高圧発生器３と、マグネトロン２の出口部に連結してマグネトロン２から発生した電磁波を伝達する導波管４と、内部に封入された発光物質が電磁波エネルギーによりプラズマを生成しながら光を発生する電球５と、導波管４及び電球５の前方に装着されて電磁波は遮断しながら電球５から発光した光は通過させる共振器６と、共振器６の外側に装着されて電球から発生する光を反射する反射鏡７と、電球５の後側の共振器６の内部に装着されて電磁波は通過しながら光は反射する誘電体鏡８と、ケーシング１の後側に装着されてマグネトロン２及び高圧発生器３を冷却する冷却ファン組立体９とを包含して構成していた。
【０００５】
図面中の説明符号Ｍ１は電球を回転する電球モータで、Ｍ２は冷却ファンを回転するファンモータを示す。
【０００６】
このように構成された従来無電極ランプシステムの動作においては、制御部（図示せず）の指令によって高圧発生器３に駆動信号を入力すると、高圧発生器３は、交流電源を昇圧して昇圧された高圧をマグネトロン２に供給して、マグネトロン２は、高圧により高周波の電磁波を生成する。
【０００７】
次いで、電磁波は、導波管４を通って共振器６の内部に伝達され、電球５内の発光物質がプラズマを生成しながら固有の放射スペクトラムを有する光を発生し、光は、反射鏡７及び誘電体鏡８により前方に反射されながら空間を照明する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来無電極ランプシステムにおいては、マグネトロン２と共振器６間に装着されて電磁波を誘導する導波管４が中空円筒状に形成されているため、導波管４の容積によりシステム全体の大きさが増加し、製品を小型化するのに限界があるという不都合な点があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、簡単な構造を有して製品の大きさを小型化することができ、システムの動作周波数を調節し得る無電極ランプシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る無電極ランプシステムにおいては、電磁波を発生する電磁波発生部と、電磁波発生部と連結した中空円筒状のキャビティと、キャビティの内部に装着したインダクタ及びコンデンサを有するＬＣ共振回路とを包含して、電磁波発生部から入力した電磁波を共振させる電磁波共振部と、キャビティの内部に係合されて共振する電磁波によりプラズマを生成して光を発生する発光部とを包含して構成することを特徴とする。
【００１１】
又、本発明に係る電磁波共振部においては、電磁波発生部の出口部に連結されてキャビティの内部に電磁波をガイドする電磁波フィーダ部を追加して形成することを特徴とする。
【００１２】
又、本発明に係る発光部においては、電磁波によってプラズマを生成して光を発生する発光物質が充填された電球と、キャビティに開放された開口の縁に屈曲係合されてキャビティの内部の電磁波は透過させて電球から発生する光をキャビティの外側に反射させるフィルタ部材と、フィルタ部材の縁に係合されて電球を装着するための空間を形成して、光を透過させながらも電磁波は外部に流出されないように遮断する遮断部材とを包含して構成することを特徴とする。
【００１３】
又、本発明は、キャビティの底面からキャビティの内部上側に延長された複数の第１電導部材によりインダクタが形成され、第１電導部材の先端に係合された第２電導部材及び第１電導部材とキャビティの内面間には、コンデンサが形成されてＬＣ回路を形成することを特徴とする。
【００１４】
又、本発明に係るキャビティにおいては、電磁波発生部と連結される連結部と、連結部に対向して発光部が係合される開放された開口と、連結部と開口とに連結された側壁部とを包含して構成することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
【００１６】
本発明に係る無電極ランプシステムにおいては、図１乃至図３に示したように、外部の電源１０によって電磁波を発生する電磁波発生部２０と、電磁波発生部１０に連結されたキャビティ５１と、キャビティ５１の内部にインダクタ及びコンデンサを有するＬＣ共振回路とを包含して、電磁波発生部から入力された電磁波を共振させる電磁波共振部５０と、キャビティ５１の内部に収納されて共振する電磁波によりプラズマを生成して光を発生する発光部７０とを包含して構成されている。
【００１７】
ここで、電磁波発生部２０は、電気エネルギーを電磁波のような高周波エネルギーに転換する装置であって、マグネトロン又は半導体パワー発生器(SSPM；Solid  State  Power  Module)などが使用される。
【００１８】
キャビティ５１は、図１に示したように、中空円筒状に形成されて、電磁波発生部２０を連結する連結部５２と、連結部５２に対向して発光部７０を係合する開放された開口５３と、連結部５２及び開口５３の周囲に連結形成された側壁部５４とを包含して構成される。
【００１９】
側壁部５４は、図４（a）及び図４（b）に示したように、長さ方向にテーパを有して形成することができるし、中空外周壁を膨張するように形成する等、多様な形状に形成することもできる。
【００２０】
電磁波共振部５０は、一端を電磁波発生部２０の出口部（図示せず)に連結してキャビティ５１の内部に長く形成された電磁波をガイドするための電磁波フィーダ部３０と、電磁波フィーダ部３０を中心として放射状に複数配置してインダクタを形成する第１電導部材４１と、それら第１電導部材４１の頂面に係合された第２電導部材４２とからＬＣ共振回路を形成している。
【００２１】
電磁波フィーダ部３０は、図５及び図６（a）〜６（f）に示したように、棒状に形成してその先端３１をテーパ形状に形成する場合、電場を集中して電界の強度を向上し、これを介して発光部７０に強い電界を印加することで、初期点灯時に発光物質を容易にプラズマ化して、初期の点灯時間を顕著に低減させることができる。
【００２２】
電磁波フィーダ部３０は、断面を多角形又は円状に形成し、先端の形状を球、角錐、円錐及び六面体中の何れか一つの形状により形成することができるし、その長さ方向に断面形状を複数の形状からなるように形成することもできる。
【００２３】
電磁波フィーダ部３０の内部先端には、図７に示したように、へリカル(helical)状に巻きつけた電界強化部材３２を形成することで、発光部７０の電球７１に電界を強化させることができる。
【００２４】
即ち、電界強化部材を別途に装着する必要がないので、部品数の増加が防止され、第２電導部材４２とキャビティ５１の側壁部５４間には、コンデンサが形成され、第１電導部材４１とキャビティ５１の側壁部５４間にもコンデンサの一部が形成される。
【００２５】
このとき、第２電導部材４２とキャビティ５１の側壁部５４間に形成されるコンデンサのキャパシタンスＣと複数の第１電導部材４１によって形成されるインダクタのインダクタンスＬ間は、次のような数式１及び２が成立する。
【００２６】
【数１】
0004053841.tif 000002
【００２７】
【数２】
0004053841.tif 000003
【００２８】
式中、εは誘電率、Sはキャビティ５１の側壁部５４に向かう第２電導部材４２の表面積、dは前記キャビティ５１の側壁部５４と第２電導部材４２との距離、ｌ0及びｌdは第１電導部材４１の長さ及び太さを夫々示したものである。
【００２９】
又、ＬＣ共振回路の共振周波数ｆｒは、次のように数式３で表わされる。
【００３０】
【数３】
0004053841.tif 000004
【００３１】
特に、インダクタンスは、数式２のように第1電導部材４１の長さに比例して、太さに反比例する。
【００３２】
このような関係式を利用することで、ＬＣ共振回路の共振周波数を調整することができるし、実質的には、本発明に係る無電極ランプシステムの構造変更である構成要素のサイズ変更などが自由になる。
【００３３】
本発明に係る無電極ランプシステムの第１電導部材４１の実施形態は、図８(a)〜(e)に示したように、テーパ状、湾曲及びコイル状のように多様な形態に形成することができる。
【００３４】
又、本発明に係る無電極ランプシステムの第２電導部材４２の実施形態も、図９(a)〜(d)に示したように、上下両面に噛部を形成するか、又は外周側壁面に噛部を形成することで、第２電導部材４２とキャビティ５１の側壁部５４間に形成されるコンデンサのキャパシタンス効果を向上させることができる。
【００３５】
即ち、第２電導部材４２は、図９（a）〜(d)に示したように、表面の上下面又は側壁面に複数の突出部としての噛部が形成されるか又は、電導物質を所定パターンを有して被覆した誘電体に形成することもできる。即ち、表面の上下面又は側壁面の形状を変更して相対的に第２電導部材４２の表面積を広げると、同じ体積対比でコンデンサの表面積が広く形成されること、無電極ランプシステムの大きさを減らすことができる。又、第２電導部材４２の形状は、リング状に形成することができるし、複数に分離されたリング状に形成することもできる。
【００３６】
又、図１０に示したように、キャビティ５１の内部の第１電導部４１の側に第１電導部材４１の長さより短い第３電導部材４１aを延長形成することでインダクタを追加して形成することができるし、その第３電導部材４１aの先端に第４電導部材４２aを係合して第４電導部材４２aとキャビティ５１の内周面面間に、コンデンサを追加して形成することができる。
【００３７】
又、発光部７０は、電磁波によってプラズマを生成して光を発生する発光物質を充填した電球７１と、キャビティ５１に開放された開口５３の縁に連結形成しキャビティ５１内の電磁波は透過し、電球７１から発生する光はキャビティ５１の外側に反射するフィルタ部材７３と、フィルタ部材７３の縁に連結して電球７１を装着するための空間を形成し、光を透過しながらも電磁波は外部に流出されないように遮断する遮断部材７２とを包含して構成される。
【００３８】
又、図１１に示したように、電球７１の周辺外側に挿合されて、電界を強化させる円状の電源強化部７５cと、電源強化部７５cに一端が接続された直線状の電源供給線７５aと、電源供給線７５aを心材とした外周面に嵌合された絶縁体７５bとから電界強化部材７５が構成され、電界強化部材７５がキャビティ５１の外からフィルター部材７３の内部に収納されて電球７１の外方に挿合されるようになっている。
【００３９】
又、遮断部材７２は、電磁波の漏洩は遮断して光は通過させる網状体に形成され、熔接、クランピング又はその他の固定方式によってキャビティ５１に接合される。
【００４０】
且つ、電球７１は、球形又は円筒形に形成されて主に石英などのように光透過率が高くて誘電損失が極めて少ない材質で製作され、冷却のために別途の連結部材を利用して回転装置(図示せず)に結合される。
【００４１】
又、発光物質は、電球７１の動作中、プラズマを生成して発光を主導する金属、ハロゲン族化合物、硫黄又はセレンのような放電のための物質と、発光初期に電球の内部にプラズマを生成するためのアルゴン(Ar)、キセノン(Xe)、クリプトン(Kr)などの不活性ガスと、水銀のように初期放電を助けて点灯を容易にしたり発生光のスペクトラムなどを調節する放電触媒物質とから形成される。
【００４２】
又、フィルタ部材７３は、光は反射し電磁波は通過する部材として所定曲率の楕円に形成されてキャビティ５１の開口５３に結合され、フィルタ部材７３は、電磁波が自由に透過される石英又はアルミニウムのような誘電体物質で形成される。
【００４３】
本発明に係る無電極ランプシステムにＥＭＩフィルタが装着される場合は、図１２に示したように、キャビティ５１の内部には、キャビティ５１の外部から発生する不安定微小周波数の電磁波成分を除去するためにＥＭＩフィルタ５５をキャビティ５１の内部に装着する。
【００４４】
以下、上記のように構成された本発明に係る無電極ランプシステムの動作に対して説明する。
【００４５】
先ず、制御部(図示せず）の動作信号に従って外部電源１０から電力が電磁波発生部の電磁波発生部２０に供給されて電磁波発生部２０からは高周波エネルギーの電磁波を発生する。
【００４６】
電磁波は、電磁波フィーダ部３０を通って電磁波共振部５０のキャビティ５１の内部に誘導されてキャビティ５１の内部で共振して、この過程で第１及び第２電導部材と、キャビティ５１の内面によって形成されたインダクタ及びコンデンサからなるＬＣ共振回路に周波数信号が入力されるとＬＣ共振回路に適正な共振周波数を発生する。
【００４７】
共振周波数帯域の電磁波は、電磁波共振部５０のキャビティ５１の内部で共振することにより発光部７０の電球７１に封入された発光物質を励起してプラズマを生成して、プラズマが電磁波により持続的に放電を維持することで、高い光度の白色自然光が放出され、その光は、フィルタ部材７３により前側に反射されて遮断部材７２を通過した後、周辺空間を照明する。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る無電極ランプシステムにおいては、発光部７０の周辺に電界強化部材（７５又は３２）を装着して、電球７１に加えれる電界の強度を向上させて初期点灯時ランプ部６０の内部の不活性ガスを迅速にプラズマ化させることで、点灯時間を低減し得るという効果がある。
【００４９】
又、ＬＣ回路の周辺に発振(又は、雑音成分）を除去するためのＥＭＩフィルタ５５を装着することで、他の電子システムに妨害電波として作用することを未然に防止し得るという効果がある。
【００５０】
又、マグネトロンの電磁波発生部から発生した電磁波を、共振器の電磁波共振部の内部に伝達するように、電磁波フィーダ部を電磁波共振部の内部に装着することで、一層小型化した無電極ランプシステムを構成し得るという効果がある。
【００５１】
又、インダクタＬ及びコンデンサＣからなるＬＣ共振技術を利用して共振周波数を調節することで、照明システムの光度を安定化し得るという効果がある。
【００５２】
特に、共振周波数を調整するとき、第１電導部材及び第２電導部材を適切に調節することで、無電極ランプシステムの全体大きさを調節し得るという効果がある。
【００５３】
又、ＬＣ共振技術として、電磁波発生部から発生した電磁波を電磁波共振部の内部に誘導する電磁波フィーダ部を電磁波共振部の内部に装着することで、無電極ランプシステムの大きさを低減し得るという効果がある。
【００５４】
又、インダクタ及びコンデンサの形状を変更して、共振周波数を容易に調節することができるので、必要によって光度を適切に変更し得るという効果がある。
【００５５】
且つ、電磁波発生部と電磁波共振部との構造が区画して構成されるため、従来の問題点のシステムの冷却を円滑にすることができるし、システムを密閉し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る無電極ランプシステムの構成を示した一部切開斜視図である。
【図２】本発明に係る無電極ランプシステムの構成を示した一部縦断面図である。
【図３】図２のII-II線における断面図である。
【図４】（a）、（b）は、本発明に係る無電極ランプシステムのキャビティの形状を示した縦断面図である。
【図５】本発明に係る無電極ランプシステムの電磁波フィーダ部の先端を示した一部斜視図である。
【図６】（a）〜（f）は、本発明に係る電磁波フィーダ部の先端の各斜視図である。
【図７】本発明に係る電磁波フィーダ部に電界強化部材の装着形状を示した一部断面図である。
【図８】（a）〜（e）は、本発明に係る無電極ランプシステムの第１電導部材の各態様を示した拡大図である。
【図９】（a）〜（d）は、本発明に係る無電極ランプシステムの第２電導部材の各態様を示した拡大図である。
【図１０】本発明に係る無電極ランプシステムの第３電導部材及び第４電導部材を示した拡大図である。
【図１１】本発明に係る無電極ランプシステムの電界強化部材を示した一部斜視図である。
【図１２】本発明に係る無電極ランプシステムにＥＭＩフィルタが装着された態様を示した断面図である。
【図１３】従来の無電極ランプシステムの構造を示した縦断面図である。
【符号の説明】
２０…電磁波発生部
３０…電磁波フィーダ部
３１…先端
３２、７５…電界強化部材
４１…第１電導部材
４１a…第３電導部材
４２…第２電導部材
４２a…第４電導部材
５０…電磁波共振部
５１…キャビティ
５２…連結部
５３…開口
５４…側壁部
７０…発光部
７１…電球
７２…遮断部材
７３…フィルタ部材
【図１】
0004053841.tif 000005
【図２】
0004053841.tif 000006
【図３】
0004053841.tif 000007
【図４】
0004053841.tif 000008
【図５】
0004053841.tif 000009
【図６】
0004053841.tif 000010
【図７】
0004053841.tif 000011
【図８】
0004053841.tif 000012
【図９】
0004053841.tif 000013
【図１０】
0004053841.tif 000014
【図１１】
0004053841.tif 000015
【図１２】
0004053841.tif 000016
【図１３】
0004053841.tif 000017