(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方側に開放部が形成され、マイクロ波の共振領域を形成する共振器と、
マイクロ波を出力するためのアンテナが具備されるマイクロ波発生器と、
前記共振器の他方側に設けられて前記マイクロ波発生器から前記共振器の内部にマイクロ波を伝送し、前記マイクロ波が円滑に伝達されるように前記マイクロ波発生器の前記アンテナの突出方向に長く延長された内側ガイドを有する導体からなる同軸導波管と、
前記共振器の内部に位置され、前記マイクロ波によって光を発生する発光物質が内部に封入されたバルブと、
前記共振器の開放部に設けられ、マイクロ波の漏洩は遮断し前記バルブから発生する光は通過させるメッシュ部材と、
を備えて構成されることを特徴とするマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項２】
前記マイクロ波発生器、同軸導波管、共振器、バルブ及びメッシュ部材は、１つの同一軸方向に相互に結合されて配置されることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項３】
前記共振器、バルブ及びメッシュ部材は１つの同一軸方向に相互に結合されて配置され、前記マイクロ波発生器及び同軸導波管は前記共振器、バルブ及びメッシュ部材が形成する軸方向と隣接する他の軸方向に配置されることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項４】
前記同軸導波管は、
円筒形に形成されてマイクロ波の伝送通路を形成する外側ガイドと、
前記外側ガイドの中央から前記マイクロ波発生器のアンテナの突出方向に沿って長く延長される内側ガイドと、
により構成されることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項５】
前記外側ガイドは、一方側が前記マイクロ波発生器が真っ直ぐ結合されるように開放された構造に形成され、前記共振器の内側に挿入されて配置される部分には、マイクロ波が出力されるスロットが形成されることを特徴とする請求項4に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項６】
前記スロットは、前記外側ガイドの円周方向に長く形成されることを特徴とする請求項5に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項７】
前記スロットは、‘U’字状に形成されることを特徴とする請求項5に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項８】
前記スロットは、クロス構造に形成されることを特徴とする請求項5に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項９】
前記スロットは、前記外側ガイドの長さ方向に対して傾斜した構造に形成されることを特徴とする請求項5に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項１０】
前記スロットは、前記外側ガイドの外周面を沿って螺旋状に形成されることを特徴とする請求項5に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項１１】
前記同軸導波管の一方側にはマッチングチューンスタブが設けられることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項１２】
前記共振器の開放部には、前記バルブから発生する光を前方側に反射させるリフレクタが前記メッシュ部材の内側に設けられることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項１３】
前記バルブを回転駆動するためのバルブ回転駆動手段を追加して包含することを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項１４】
前記バルブ回転駆動手段は、前記共振器に支持されるバルブモータと、該バルブモータから前記バルブに連結されて回転力を伝達するモータ軸と、により構成されることを特徴とする請求項13に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項１５】
前記共振器は、前記バルブモータが設置される隔離された空間を有することを特徴とする請求項14に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項１６】
前記バルブ回転駆動手段は前記共振器の中央部を通過するように配置され、前記同軸導波管は前記共振器の中央部から外れた位置に設置されることを特徴とする請求項14に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項１７】
前記マイクロ波発生器、同軸導波管及び共振器は、一方側に開放部が形成されたケースの内部に具備されることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項１８】
前記マイクロ波発生器はマグネトロンで、
前記ケースの内部には、前記マグネトロンに昇圧された高電圧を印加するための高電圧発生器が具備されることを特徴とする請求項17に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項１９】
前記ケースの内部には、前記マグネトロン及び高電圧発生器を冷却させるための冷却装置が具備されることを特徴とする請求項18に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【請求項２０】
前記ケースには、外部空気を循環させるための吸入口及び吐出口が穿孔形成され、
前記冷却装置は、
前記ケースの内部に形成されたファンハウジングと、
前記ファンハウジングの内部に設けられて外部空気を強制循環させる冷却ファンと、
前記冷却ファンを回転させるファンモータと、により構成されることを特徴とする請求項19に記載のマイクロ波を利用した無電極放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を利用した無電極放電ランプに係るもので、詳しくは、コンパクトに構成することにより適用分野を拡大し得る、マイクロ波を利用した無電極放電ランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、無電極放電ランプは、透明性のバルブの内部にアルゴン（Ar）などの不活性ガスを適当量入れ、更に、プラズマを発生するハロゲン化合物などの物質を封入して、マイクロ波により励起させることによって、その物質をプラズマ状態にして光を発生し、放射するようにしたランプの一種で、このような無電極放電ランプは、通常の白熱灯や蛍光灯よりも寿命が永く照明効果に優れるという特徴を有する。
【０００３】
このような従来のマイクロ波を利用した無電極放電ランプは、図5に示したように、中空円筒形のケース101と、このケース101の内部に設けられてマイクロ波を出力するマグネトロン103と、ケース101の内部に装着されてマイクロ波を伝送する導波管105と、導波管105の出口側に設けられ、マイクロ波の外部への漏洩は防止し光は通過させる網目構造のメッシュスクリーン119と、内部に不活性ガスGが封入されてメッシュスクリーン119の中央に位置するバルブ107と、ケース101に固定されてメッシュスクリーン119の周囲に配置され、バルブ107から発生した光を前方側に反射させるリフレクタ111と、を備えて構成されている。
【０００４】
そして、導波管105は、所定周波数のマイクロ波を伝送し得るようにマイクロ波の進行方向に対して断面が直四角形に形成され、導波管105を間に挟んでマグネトロン103の反対側にはマグネトロン103に高電圧の電力を提供する高電圧発生器113が配置され、また、導波管105の下方側には、バルブ107と一体に連結されてバルブ107を回転駆動させるバルブモータ109が設置され、バルブモータ109の下方側には、マグネトロン103及び高電圧発生器113を冷却するためにファンモータ116により回転する冷却ファン115が具備されている。
【０００５】
また、冷却ファン115の周りには、ケース101の外部から吸入された空気をマグネトロン103及び高電圧発生器113にそれぞれ供給し得るようにエアーガイド117が形成されている。
【０００６】
また、リフレクタ111は、バルブ107から放射される光を前方側に反射できるよう内部に反射面が形成される。
【０００７】
ここで、自由空間に伝播するマイクロ波は、電界及び磁界に直角になる方向に進行する伝送モード、即ち、横電磁モード（TEM  mode：Transverse  Electromagetic  Mode）になるが、一方、導波管内を伝播するマイクロ波は、一般に、この導波管の内壁によって反復的に反射して進行するので、反射したそれぞれのマイクロ波が合せられて、電界Eだけが進行方向に対して完全に直角で磁界Hは進行方向の成分を有する電気的横波のTEモード（Transverse  Electric  Mode）、または、磁界Hだけが進行方向に対して完全に直角で電界Eは進行方向の成分を有する磁気的横波のTMモード（Transverse  Magnetic  Mode）の内の何れか１つになる。
【０００８】
従来の球形導波管により伝送可能な電波モードとしては、TE波か、TM波か、または、TE波とTM波との混合波かで、TEMモードは中空の導波管、即ち、従来技術のような球形または円形の導波管では存在することができず、二つの導体により構成された同軸線路や平行2線式などに存在する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来のマイクロ波を利用した無電極放電ランプにおいては、伝送周波数の規格、TEモードまたはTMモードに対応して、導波管として、所定以上の大きさの、横幅及び縦幅が所定の大きさを有する断面が直四角形の導波管または所定の直径を有する円形の導波管が用いられ、このような従来のマイクロ波を利用した無電極放電ランプは、通常の白熱灯や蛍光灯などのランプ類に比べて寿命が永く照明効果に優れるという特徴があるにも拘わらず、導波管の大きさを小さくすることができないため、コンパクトな構成が要求される低出力システム、例えば、液晶プロジェクタ、プロジェクションTVなどの機器の光源としては適用することができないという不都合な点があった。
【００１０】
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、コンパクトに構成することで小型機器や狭い空間にも容易に適用し得る、マイクロ波を利用した無電極放電ランプを提供することを目的とする。
【００１１】
【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、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極放電ランプは、一方側に開放部が形成され、マイクロ波の共振領域を形成する共振器と、マイクロ波を出力するためのアンテナが具備されるマイクロ波発生器と、前記共振器の他方側に設けられて前記マイクロ波発生器から前記共振器の内部にマイクロ波を伝送し、前記マイクロ波発生器のアンテナの突出方向に長く延長される内側ガイドを有する導体からなる同軸導波管と、前記共振器の内部に配置され、前記マイクロ波によって光を発生する発光物質が内部に封入されたバルブと、前記共振器の開放部に設けられ、マイクロ波の漏洩は遮断し前記バルブから発生する光は通過させるメッシュ部材と、を備えて構成されることを特徴とする。
【００１２】
前記マイクロ波発生器、同軸導波管、共振器、バルブ及びメッシュ部材は、１つの同一軸方向に相互に結合されて配置される。
【００１３】
前記同軸導波管は、円筒形に形成されてマイクロ波の伝送通路を形成する外側ガイドと、前記外側ガイドの中央から前記マイクロ波発生器のアンテナの突出方向に沿って長く延長される内側ガイドと、により構成される。
【００１４】
前記外側ガイドは、一方側が前記マイクロ波発生器が真っ直ぐ結合されるように開放された構造に形成され、前記共振器の内側に挿入されて配置される部分には、マイクロ波が出力されるスロットが形成される。
【００１５】
前記同軸導波管の一方側にはマッチングチューンスタブが設けられる。
【００１６】
前記共振器の開放部には、前記バルブから発生する光を前方側に反射させるリフレクタが前記メッシュ部材の内側に設けられる。
【００１７】
前記バルブを回転駆動するためのバルブ回転駆動手段が追加されて包含される。
【００１８】
前記バルブ回転駆動手段は、前記共振器に支持されるバルブモータと、該バルブモータから前記バルブに連結されて回転力を伝達するモータ軸と、により構成される。
【００１９】
前記共振器は、前記バルブモータが設置される隔離された空間を有する。
【００２０】
前記マイクロ波発生器、同軸導波管及び共振器は、一方側に開放部が形成されたケースの内部に具備される。
【００２１】
前記ケースの内部には、前記マグネトロンに昇圧された高電圧を提供するための高電圧発生器が具備される。
【００２２】
前記ケースの内部には、前記マグネトロン及び高電圧発生器を冷却するための冷却装置が具備される。
【００２３】
前記ケースには、外部空気を循環させるための吸入口及び吐出口が穿孔形成され、前記冷却装置は、前記ケースの内部に形成されたファンハウジングと、前記ファンハウジングの内部に設けられて外部空気を強制循環させる冷却ファンと、前記冷却ファンを回転させるファンモータと、により構成される。
【００２４】
また、前記目的を達成するため、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極放電ランプの他の実施形態は、一方側に開放部が形成されるケースと、該ケースの開放された部分の内側に設けられてマイクロ波の共振領域を形成する共振器と、前記ケース内に配置されてマイクロ波を出力するためのアンテナが具備されるマイクロ波発生器と、前記共振器とマグネトロンの間の設けられて前記マグネトロンから前記共振器の内部にマイクロ波を伝送し、前記マグネトロンのアンテナの突出方向に長く延長される内側ガイドを有する導体からなる同軸導波管と、前記共振器の内部に配置され、前記マイクロ波によって光を発生する発光物質が内部に封入されたバルブと、前記ケースの開放部に設けられ、マイクロ波の漏洩は遮断し前記バルブから発生する光は通過させるメッシュ部材と、を備えて構成されることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２６】
本発明に係るマイクロ波を利用した無電極ランプの第1実施形態は、図１及び図2に示したように、一方側に開放部11aが形成されて内部に収納空間が形成されたケース10と、このケース10の開放された部分の内側に設けられ、マイクロ波の共振領域を形成する共振器40と、ケース10内に配置され、マイクロ波を出力するためのアンテナ22を具備するマグネトロン20と、共振器40とマグネトロン20の間に設置され、マグネトロン20から共振器40の内部にマイクロ波を伝送すると同時に、マグネトロン20のアンテナ22が突出する方向に長く延長される内側ガイド51を有する導体からなる同軸導波管50と、共振器40内に配置され、上記のマイクロ波によって光を発生する発光物質が内部に封入されるバルブ30と、ケース10の開放部11aの外側に設けられ、マイクロ波の外部への漏洩は遮断しバルブ30から発生した光は通過させるメッシュ部材45と、を備えて構成される。
【００２７】
ここで、本発明の無電極ランプは、開放部11aを中心にケース10の内部及び外部に、マグネトロン20、同軸導波管50、共振器40、バルブ30及びメッシュ部材45が１つの同一軸方向に相互に結合されて配置される。
【００２８】
そして、ケース10の内部には、マグネトロン20に昇圧された高電圧を供給するための高電圧発生器25が包含され、また、マグネトロン20及び高電圧発生器25を冷却するための冷却装置60が具備される。
【００２９】
また、ケース10の開放部11aには、バルブ30から発生した光を前方側に反射させるリフレクタ47がメッシュ部材45の内側に設置され、共振器40の内側には、バルブ30を回転させながら冷却されるためのバルブモータ33が設置される。
【００３０】
ここで、本発明の無電極ランプの第1実施形態の主な構成部品についてより詳しく説明すると次の通りである。
【００３１】
ケース10は、フロントケース11とリアケース12とがボルト13により相互に組立され、リアケース12には、冷却装置60の動作時に外部空気がケース10の内部を通過し得るように吸入口12a及び吐出口12bが穿孔形成される。
【００３２】
共振器40は、円筒形に形成されることが一般的であるが、四角または多角構造に形成することも可能で、マイクロ波及び光の漏洩を防止し得るように金属材により構成され、外側縁面にフランジ部41が形成されてフロントケース11の内部にネジ42により組立られて固定される。
【００３３】
また、共振器40は、ケース10の開放部11aと一致する方向に開放部分が形成され、この開放された部分の周囲にはバルブモータ33を設置するために分離板43により区画された隔離された空間が形成される。一方、上記の開放された部分の反対側には、同軸導波管50の一部が挿入された状態で設置されるように導波管設置孔40aが穿孔形成される。
【００３４】
同軸導波管50は、円筒形を有してマイクロ波の伝達通路を形成する外側ガイド53と、この外側ガイド53の中央からマグネトロン20のアンテナ22の突出方向に沿って長く延長された内側ガイド51と、により構成され、外側ガイド53は、一方側がマグネトロン20が直っ直ぐ結合されるように開放された構造に形成され、共振器40に挿入された部分には、マイクロ波が出力されるスロット54が形成される。また、外側ガイド53には、マグネトロン20の設置側にインピダンスの整合のためのマッチングチューンスタブ56が設置される。
【００３５】
また、内側ガイド51は、外側ガイド53よりも短く形成されて、マグネトロン20のアンテナ22から所定距離だけ離されて配置される。
【００３６】
ここで、外側ガイド53に形成されるスロット54は、図3（A)〜(E)に示したような、多様に形成することができる。
【００３７】
即ち、図3（A）に示したように、外側ガイド53の円周方向に‘−’の形状に長く形成することも可能であり、または、図3（B)及び(C）に示したように、‘U’字状や‘＋’字状のクロス構造に形成することも可能であり、若しくは、図3（D)及び(E）に示したように、外側ガイド53の長さ方向に対して傾斜した構造や外側ガイド53の外周面を沿って螺旋状に形成することもできる。
【００３８】
なお、本実施形態及び図面においては、スロットが１つだけ形成されたものを例示しているが、条件に応じて２つ以上の複数個を形成することも可能で、このように各スロット54の形状は、マグネトロン20の出力範囲及び同軸導波管50の設計条件に応じて多様に形成することができる。
【００３９】
バルブ30は、マイクロ波が印加された時に発光するように不活性ガスGが封入された球体31と、この球体31からバルブモータ33のモータ軸35に連結されるステム（bulb  stem）32と、により構成される。
【００４０】
ここで、バルブモータ33は、共振器40の内部の分離板43により隔離された空間内に設置されるが、設計条件によっては、共振器40の外部またはケース10の内壁に固定して設置することもできる。
【００４１】
リフレクタ47は、断面が抛物線状に形成されて、バルブ30から放射される光を前方側に反射し得るように内面に反射面が形成され、開放された部分はケース10の開放部11aを介して外部に露出するように設置される。
【００４２】
また、リフレクタ47には、バルブ30のステム32を回転自在に支持するように管状に延長される軸管47aが形成される。
【００４３】
メッシュ部材45は、メッシュ構造を有する金属材により形成され、リフレクタ47の外部をカバーする状態でフロントケース11の前面に組立られて固定される。
【００４４】
冷却装置60は、リアケース12の内部に具備されたファンハウジング61と、このファンハウジング61の内部に設けられて外部空気を強制循環させる冷却ファン63と、この冷却ファン63を回転させるファンモータ65と、により構成される。
【００４５】
ここで、冷却ファン63の作動によって形成される空気の流路は、吸入口12a、ファンハウジングの吐出口61a、モータ室66、モータ室の吐出口66a、ケース10の内部及び吐出口12bの順に形成される。
【００４６】
以下、このように構成された本発明に係るマイクロ波を利用した無電極ランプの第1実施形態の動作について説明する。
【００４７】
先ず、高電圧発生器25が作動してマグネトロン20に電源が印加されると、マグネトロン20が発振を開始してアンテナ22を介して同軸導波管50の内部にマイクロ波を放射する。このとき、ケース10の一方側に設置された冷却ファン63が作動してケース10の内部に外部空気を流動させながらマグネトロン20及び高電圧発生器25を冷却させる。
【００４８】
次いで、マグネトロン20のアンテナ22を介して同軸導波管50の内部に出力されたマイクロ波は、この同軸導波管50のスロット54を介して共振器40の内部に伝達され、このように共振器40の内部にマイクロ波が放射されると、バルブ30の内部に封入された物質が励起してプラズマ状態で発光するようになる。このとき、バルブ30はバルブモータ33により回転されるので、局部的に加熱されずに冷却が行われる。
【００４９】
次いで、バルブ30から発生した光はリフレクタ47により前方側に反射され、リフレクタ47の前方側に位置するメッシュ部材45は、共振器40内の共振領域の外側にマイクロ波が漏洩することを遮断すると同時に、バルブ30から発生した光は透過させることによって、光を前方側に放射させるようになっている。
【００５０】
また、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極ランプの第2実施形態においては、図4に示したように、バルブ30’のステム32’及びバルブモータ33’の軸35’が共振器40’の外側に延長されて垂直に設置されて、メッシュ部材45’及びリフレクタ47’と一緒に１つの同一軸方向に位置され、バルブモータ33’の横側の共振器40’の中央部から外れた位置に他の１つの軸方向に同軸導波管50’及びマグネトロン20’が設置され、その他は前記第1実施形態と同様に構成される。
【００５１】
即ち、リフレクタ47’及びケース10’の中央部には、バルブ30’とバルブモータ33’とを連結するバルブステム32’及びモータ軸35’が貫通するための各ホール47a’、10a’がそれぞれ穿孔形成され、また、ケース10’の後方側には、バルブモータ33’が固定される。ここで、ケース10’のホール10a’とモータ軸35’間、または、バルブモータ33’とケース10’の後方面との間、はマイクロ波の漏洩や外部空気の流入を防止するために通常のシーリング構造（未図示）にされる。
【００５２】
また、マグネトロン20’及び同軸導波管50’は、前記の第1実施形態の構造と同様に構成されて、バルブモータ33’及びバルブステム32’と並んで共振器40’の中央部から離れた位置に設置されて、マイクロ波を共振器40’の内部に伝達するようになっている。
【００５３】
一方、ケース10’の前面側には、リフレクタ47’を固定させるための固定部10b’が延長されて形成され、ここで、リフレクタ47’の固定方法は、接着法、または、ボルトを使用して固定させる方法など設計条件によって多様に選択することができる。
【００５４】
図中の参照番号45’は、光は通過させマイクロ波の漏洩は防止するメッシュ部材を示したものである。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極照明機器は、マグネトロンと共振器の間にコンパクトな構成ができる同軸導波管を備えて、マグネトロンから出力されるマイクロ波を共振器に伝達させるようにすることによって、ランプのサイズを縮小することができるので、コンパクトな構成が要求されるプロジェクションTVなどの低出力システムに容易に適用し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロ波を利用した無電極ランプの第1実施形態を示した縦断面図である。
【図２】図1の要部拡大図である。
【図３】（A)〜(E）は、図2のスロットの多様な実施例を示した図である。
【図４】本発明に係るマイクロ波を利用した無電極ランプの第2実施形態を示した要部拡大図である。
【図５】従来のマイクロ波を利用した無電極放電ランプを示した縦断面図である。
【符号の説明】
10…ケース
11a…開放部
20…マグネトロン
25…高電圧発生器
30…バルブ
31…球体
32…ステム
33…バルブモータ
35…モータ軸
40…共振器
45…メッシュ部材
47…リフレクタ
47a…軸管
50…同軸導波管
51…内側ガイド
53…外側ガイド
54…スロット
56…マッチングチューンスタブ
60…冷却装置
【図１】
0004170681.tif 000002
【図２】
0004170681.tif 000003
【図３】
0004170681.tif 000004
【図４】
0004170681.tif 000005
【図５】
0004170681.tif 000006