高周波放電灯システム
【課題】 電力伝送損失を抑制することができるとともに、構成を簡素化することができる高周波放電灯システムを提供すること。
【解決手段】 電源部１２から発生した電磁波を伝送する電磁波伝送部１４と、電磁波伝送部１４より伝送する電磁波を導入して照射する電磁波照射部１８と、電磁波照射部１８により導入された電磁波を受けて生成されるプラズマにより放電発光する放電管２２を備え、電磁波照射部１８は、電磁波伝送部１４からの電磁波を伝送する内部導体１９と、内部導体１９を覆う外部導体２０と、内部導体１９と外部導体２０との間に介在するスペーサ２１を有し、内部導体１９の外径をｄとし、外部導体２０の内径をＤとし、スペーサ２１の誘電率をεとした場合、Ｄ／ｄは、１．５≦Ｄ／ｄ≦４０の関係を満たし、εは、１≦ε≦１０の関係を満たしてなる。
【解決手段】 電源部１２から発生した電磁波を伝送する電磁波伝送部１４と、電磁波伝送部１４より伝送する電磁波を導入して照射する電磁波照射部１８と、電磁波照射部１８により導入された電磁波を受けて生成されるプラズマにより放電発光する放電管２２を備え、電磁波照射部１８は、電磁波伝送部１４からの電磁波を伝送する内部導体１９と、内部導体１９を覆う外部導体２０と、内部導体１９と外部導体２０との間に介在するスペーサ２１を有し、内部導体１９の外径をｄとし、外部導体２０の内径をＤとし、スペーサ２１の誘電率をεとした場合、Ｄ／ｄは、１．５≦Ｄ／ｄ≦４０の関係を満たし、εは、１≦ε≦１０の関係を満たしてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電管内に電磁波を集中するためのアンテナを備えた高周波放電灯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波放電灯の一例として、放電空間内に電極を持たない無電極放電灯が知られている。この種の無電極放電灯は、放電空間内にフィラメントや電極がないため、フィラメントや電極の消耗によって寿命が低下することがなく、蛍光灯や白熱電球よりも長寿命化を図ることができる。また、無電極放電灯は、電極がないので、電極として使用可能な物質に制約を受けることがなく、発光性能の良い物質を放電空間に配置することができ、電極を用いた放電灯よりも効率を高めることができる。
【０００３】
従来、高周波放電灯を構成するに際して、電磁波発生用の電源部と、放電発光により無電極で発光する発光管と、発光管に電磁波を導入するための励起子を含む電磁波照射部とを備え、同軸管又は同軸ケーブルを用いて電源部と電磁波照射部とを接続した構成において、発光管から電源部側へと伝播する反射波を検波する反射波検出手段と、反射波検出手段からの計測情報に基づいて反射損失を最小にすべく電源部の出力を調整する出力調整手段とを設けた高周波放電灯装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
この高周波放電灯装置によれば、発光管から電源部側へと伝播する反射波を反射波検出手段で検出し、検出された反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部の出力を出力調整手段によって調整することで、発光管に対して、効率良く電力を供給することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４７４５４号公報（第４頁から第５頁、図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、発光管に対して、効率良く電力を供給するために、発光管から電源部側へと伝播する反射波を反射波検出手段で検出し、検出された反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部の出力を出力調整手段によって調整しなければならず、反射波検出手段と出力調整手段を必要とする分、構成が複雑になるとともにコストアップとなる。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、電力伝送損失を抑制するとともに、構成を簡素化することができる高周波放電灯システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項１に係る高周波放電灯システムは、電磁波を発生する電源部と、前記電源部から発生した電磁波を伝送する電磁波伝送部と、前記電磁波伝送部より伝送する電磁波を導入して照射する電磁波照射部と、前記電磁波照射部により導入された電磁波を受けて生成されるプラズマにより放電発光する放電管とを備えてなる高周波放電灯システムにおいて、前記電磁波照射部は、電磁波を導入する内部導体と、前記内部導体を覆う筒状の外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間に介在する断熱部材を有し、前記内部導体の外径をｄとし、前記外部導体の内径をＤとし、前記断熱部材の誘電率をεとした場合、Ｄ／ｄは、１．５≦Ｄ／ｄ≦４０の関係を満たし、εは、１≦ε≦１０の関係を満たしてなる構成とした。
【０００９】
（作用）電磁波照射部における外部導体の内径Ｄと内部導体の外径ｄとの比率Ｄ／ｄをεの値（１≦ε≦１０）に応じて、１．５≦Ｄ／ｄ≦４０の範囲内で最適化して、電磁波伝送部と電磁波照射部とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管から電源部側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００１０】
請求項２に係る高周波放電灯システムにおいては、請求項１に記載の高周波放電灯システムにおいて、前記断熱部材は、放電防止材料で構成した。
【００１１】
(作用)断熱部材に、放電防止材料、例えば、石英ガラス、アルミナ、テフロン（登録商標）のいずれかを用いることで、内部導体と外部導体との間に放電が生じるの防止することができ、内部導体と外部導体との間の放電に伴う放電管の不点灯を防止することができる。
【００１２】
請求項３に係る高周波放電灯システムにおいては、請求項１または２に記載の高周波放電灯システムにおいて、前記断熱部材が空気の場合、前記Ｄ／ｄは、１．５≦Ｄ／ｄ≦２．０で、前記断熱部材が発泡テフロン（登録商標）の場合、前記Ｄ／ｄは、２．０≦Ｄ／ｄ≦５．０で、前記断熱部材が石英ガラスの場合、前記Ｄ／ｄは、５．０≦Ｄ／ｄ≦１０．０で、前記断熱部材がアルミナの場合、前記Ｄ／ｄは、１０．０≦Ｄ／ｄ≦４０．０である構成とした。
【００１３】
（作用）断熱部材の誘電率εに応じてＤ／ｄを調整することで、電源の出力インピーダンスが５０Ωまたは７５Ωであっても、電磁波伝送部と電磁波照射部とをインピーダンスマッチングさせることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る高周波放電灯システムによれば、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００１５】
請求項２によれば、内部導体と外部導体との間の放電に伴う放電管の不点灯を防止することができる。
【００１６】
請求項３によれば、電源の出力インピーダンスが５０Ωまたは７５Ωであっても、電磁波伝送部と電磁波照射部とをインピーダンスマッチングさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図、図２は、電源の出力インピーダンスを５０Ωとして電磁波照射部の電力伝送損失を測定したときのパラメータと反射損失との関係を説明するための図、図３は、電源の出力インピーダンスを７５Ωとして電磁波照射部の電力伝送損失を測定したときのパラメータと反射損失との関係を説明するための図、図４は、本発明の第２実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図、図５は、本発明の第３実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図、図６は、本発明の第４実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図、図７は、本発明の第５実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図、図８は、本発明の第６実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【００１８】
図１において、高周波放電灯システム１０は、電磁波を発生する電源部１２と、電源部１２から発生した電磁波を伝送する電磁波伝送部１４と、電磁波伝送部１４より伝送する電磁波を導入して照射する電磁波照射部１８と、電磁波照射部１８により導入された電磁波を受けて生成されるプラズマにより放電発光する放電管２２を備えている。
【００１９】
電源部１２は、車載バッテリから供給される電力によってマイクロ波帯（１〜１００ＧＨｚ）の電磁波を発生する発振部１３を備え、発振部１３は、例えば、マグネトロンや、半導体スイッチング素子（ＦＥＴやバイポーラトランジスタ等）を用いた高周波アンプで構成されている。
【００２０】
電磁波伝送部１４は、金属製の円パイプ状内部導体１５と、この内部導体１５を取り囲む金属製の円パイプ状外部導体１６と、円パイプ状に形成されて、内部導体１５と外部導体１６との間に介装された、絶縁部材である石英ガラス製の誘電体１７が同軸状に一体化された構造で、例えば、同軸管や同軸ケーブルとして構成され、内部導体１５とこれを取り囲む外部導体１６間において電磁波が伝送される。
【００２１】
電磁波照射部１８は、金属製の円パイプ状内部導体１９と、略中空円筒状に形成されて、内部導体１９を取り囲む金属製外部導体２０と、円パイプ状に形成されて、内部導体１９と外部導体２０との間に介装された断熱部材、例えば、石英ガラス製のスペーサ２１が同軸状に一体化された構造で、放電管２２に電磁波を導入するためのランチャーとして、内部導体１９の長手方向端部が放電管２２の長手方向端部に接続されている。
【００２２】
内部導体１９の長手方向一端側には円環状のフランジ１９ａが形成されており、このフランジ１９ａは、電磁波伝送部１４の内部導体１５の内周側に圧入されている。すなわち、内部導体１５と内部導体１９はフランジ１９ａを介して電気的に接続されている。また、外部導体２０の長手方向一端側には円環状の段部２０ａが形成され、長手方向他端側には円環状のフランジ２０ｂが形成されており、段部２０ａに、電磁波伝送部１４の外部導体１６の長手方向一端側が圧入されている。すなわち、外部導体１６と外部導体２０は段部２０ａを介して電気的に接続されている。さらに、スペーサ２１の長手方向一端側は電磁波伝送部１４の誘電体１７の長手方向一端側に結合されており、スペーサ２１の長手方向他端側は外部導体２０のフランジ２０ｂで支持されている。
【００２３】
放電管２２は、長手方向の途中に楕円球状膨出部２３が形成されたガラス（無水石英ガラス）管の両端部をピンチシールすることで、ピンチシール部２４、２５に導体アッシー２６、２７が封着され、かつ楕円球状膨出部２３内が放電空間２８とされたダブルエンド型に構成されている。そして、放電管２２の楕円球状膨出部２３（放電空間２８）内には、始動用希ガス（常温下１〜２０気圧）が発光物質（ＮａＩ、ＳｃＩ３等）とともに封入されている。
【００２４】
ピンチシール部２４、２５のうち基端側ピンチシール部２４に封着（固定）された導体アッシー２６は、タングステン製導体棒２６ａとモリブデン製導体棒２６ｃが矩形状のモリブデン箔２６ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。モリブデン製導体棒２６ｃは、その先端部が内部導体１９内に圧入されて内部導体１９に接続されており、タングステン製導体棒２６ａは、その一部が放電空間２８内に所定の長さだけ突出している。
【００２５】
一方、先端側ピンチシール部２５に封着（固定）された導体アッシー２７は、タングステン製導体棒２７ａとモリブデン製導体棒２７ｃが矩形状のモリブデン箔２７ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。モリブデン製導体棒２７ｃは、その一部が外部に露出されており、タングステン製導体棒２７ａは、その一部が放電空間２８内に所定の長さだけ突出している。
【００２６】
導体アッシー２６、２７を構成するタングステン製導体棒２６ａ、２７ａは、例えば、外径０．２５ｍｍのカリウムドープタングステン線またはトリアドープタングステン線で構成され、モリブデン箔２６ｂ、２７ｂは、例えば、２０μｍの厚さに形成されている。モリブデン箔２６ｂ、２７ｂはガラスとのなじみがよく、ピンチシール部２４、２５におけるガラス（石英ガラス）層と導体アッシー２６、２７間の熱膨脹差をモリブデン箔２６ｂ、２７ｂで吸収するようになっている。このため、ピンチシール部２４、２５におけるクラックの発生が抑制され、不点灯を防止できる。
【００２７】
また、モリブデン箔２６ｂ、２７ｂの横断面積は、タングステン製導体棒２６ａ、２７ａの横断面積に比べて小さいため、導体アッシー２５、２６全体としての熱伝導が抑制され、導体アッシー２６、２７における熱伝導による損失を小さくできる。
【００２８】
そして、放電管２２の基端側ピンチシール部２４のモリブデン製導体棒２６ｃが電磁波照射部１８の内部導体１９に圧入されると、ピンチシール部２４が内部導体１９に把持（挟持）されて軸方向および周方向に位置決め固定されるとともに、モリブデン製導体棒２６ｃの先端部と内部導体１９の長手方向端部が電気的に接続される。
【００２９】
このため、電源部１２から電磁波伝送部１４を伝送した高周波電磁波は、基端側ピンチシール部２４に封着されている導体アッシー２６と、この導体アッシー２６を取り囲む外部導体２０によって放電空間２８内に照射される。このとき、照射された電磁波（電磁波照射部１８で発生した高周波電界）により、放電空間２８内で高密度プラズマが発生して、放電空間２８内の発光物質が蒸発されるとともに励起されて発光する。
【００３０】
この場合、電磁波照射部１８を構成する導体アッシー２６のタングステン製導体棒２６ａが放電空間２８内に突出していることから、電磁波伝送部１４によって伝送された電磁波は導体棒２６ａを介して確実に放電空間２８内に導入される。
【００３１】
また、放電管２２の先端側ピンチシール部２５に封着されている導体アッシー２７はアンテナとして作用し、導体アッシー２７周辺にも高い電界が集中するため、アークが導体アッシー２７に向かって収束し、アーク（形状）が安定する。特に、ヘッドランプ等の自動車用灯具の光源として用いる場合は、放電管２２を水平点灯する形態で用いるが、アーク（形状）が安定するため、アークが管壁と接触しない最適形状となるように放電管２２（管壁）の形状設計が可能となって、発光効率の向上につながる。
【００３２】
ここで、電源部１２から発生する電磁波が電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８を伝送するに際して、電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８の特性インピーダンスが一致しないと、特性インピーダンスの不連続部（特性インピーダンスが一致しない部位）で反射波が生じ、電磁波が効率良く放電管２２まで到達しなくなり、その結果、放電管２２の効率（ｌｍ／Ｗ）が低下する。
【００３３】
すなわち、放電管２２の効率を上げるためには、電源部１２から放電管２２までの伝送路の特性インピーダンスを揃えれば良いことになる。
【００３４】
一般に、電磁波伝送部を構成する同軸管や同軸ケーブルの特性インピーダンスは、５０Ωまたは７５Ωであって、電源の出力インピーダンスも電磁波伝送部の特性インピーダンスに合せてあるので、電源の出力は、反射することなく電磁波伝送部を伝送できるようになっている。
【００３５】
従って、電源部１２の出力インピーダンスは、電磁波伝送部１４の特性インピーダンスに合せてあることから、放電管２２の効率を上げるためには、電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８との接続部および電磁波照射部１８の特性インピーダンスを限りなく、５０Ωまたは７５Ωに合せれば良いことになる。
【００３６】
電磁波伝送部１４などの伝送路の特性インピーダンスＺｏは、以下に示すように、
Ｚｏ＝１３８／√ε×ｌｏｇ（Ｄ／ｄ）…（１）
但し、
Ｚｏ：特性インピーダンス（５０Ωまたは７５Ω）
ε ：誘電率
Ｄ ：外部導体の内径
ｄ ：内部導体の外径
で表わせる。
【００３７】
ここで、（１）式を基に、電磁波照射部１８における外部導体２０の内径Ｄと内部導体１９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを最適化して、電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８とをインピーダンスマッチングさせるために、断熱部材（スペーサ２１）の材質である誘電率εと比率Ｄ／ｄをパラメータとして、電力伝送損失について各種の測定を行ったところ、図２と図３に示すような結果が得られた。
【００３８】
図２は、電源部１２の出力インピーダンスＺｏが５０Ωのときの測定結果であり、反射検出手段と出力調整手段を使用したときの伝送損失が３Ｗであるから、反射損失が３Ｗ以下のときを「○」で、反射損失が３Ｗを超えたときを「×」で示してある。
【００３９】
（ａ）断熱部材を空気（ε≒１．０）とした場合、Ｄ／ｄ＝１．１にすると、反射損失が３Ｗを超えるのに対して、Ｄ／ｄ＝１．５にすると、反射損失は３Ｗ以下になる。
【００４０】
（ｂ）断熱部材を発泡テフロン（登録商標）（ε＝１．８〜２．１）とした場合、Ｄ／ｄ＝２．０にすると、反射損失は３Ｗ以下になる。
【００４１】
（ｃ）断熱部材を石英（ε＝３．５〜４．５）とした場合、Ｄ／ｄ＝５．０にすると、反射損失は３Ｗ以下になる。
【００４２】
（ｄ）断熱部材をアルミナ（ε＝８．０〜１０．０）とした場合、Ｄ／ｄ＝１０．０、２０．０、３０．０、４０．０のいずれかにすると、反射損失が３Ｗ以下になるのに対して、Ｄ／ｄ＝５０．０にすると、反射損失は３Ｗを超える。
一方、図３は、電源部１２の出力インピーダンスＺｏが７５Ωのときの測定結果であり、反射損失が３Ｗ以下のときを「○」で、反射損失が３Ｗを超えたときを「×」で示してある。
【００４３】
（ａ）断熱部材を空気（ε≒１．０）とした場合、Ｄ／ｄ＝１．１にすると、反射損失が３Ｗを超えるのに対して、Ｄ／ｄ＝１．５、または２．０にすると、反射損失は３Ｗ以下になる。
【００４４】
（ｂ）断熱部材を発泡テフロン（登録商標）（ε＝１．８〜２．１）とした場合、Ｄ／ｄ＝５．０にすると、反射損失は３Ｗ以下になる。
【００４５】
（ｃ）断熱部材を石英（ε＝３．５〜４．５）とした場合、Ｄ／ｄ＝１０．０にすると、反射損失は３Ｗ以下になる。
【００４６】
（ｄ）断熱部材をアルミナ（ε＝８．０〜１０．０）とした場合、Ｄ／ｄ＝２０．０、または３０．０、あるいは４０．０にすると、反射損失が３Ｗ以下になるのに対して、Ｄ／ｄ＝５０．０にすると、反射損失は３Ｗを超える。
【００４７】
図２と図３に示す測定結果から、電源部１２の出力インピーダンスＺｏが５０Ωまたは７５Ωであることを考慮すると、Ｄ／ｄが、１．５≦Ｄ／ｄ≦４０の関係を満たし、εが、１≦ε≦１０の関係を満たしていれば、電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８は互いにインピーダンスが整合（マッチング）し、反射損失を３Ｗ以下にすることができ、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制できる、ということが分かる。
【００４８】
この場合、スペーサ（断熱部材）２１が空気の場合、Ｄ／ｄは、１．５≦Ｄ／ｄ≦２．０で、スペーサ２１が発泡テフロン（登録商標）の場合、Ｄ／ｄは、２．０≦Ｄ／ｄ≦５．０で、スペーサ２１が石英の場合、Ｄ／ｄは、５．０≦Ｄ／ｄ≦１０．０で、スペーサ２１がアルミナの場合、Ｄ／ｄは、１０．０≦Ｄ／ｄ≦４０．０である。
【００４９】
すなわち、スペーサ（断熱部材）２１の誘電率εに応じてＤ／ｄを調整することで、電源部１２の出力インピーダンスが５０Ωまたは７５Ωであっても、電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８とをインピーダンスマッチングさせることができる。
【００５０】
本実施例によれば、電磁波照射部１８における外部導体２０の内径Ｄと内部導体１９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを誘電率εの値に応じて最適化して、電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管２２から電源部１２側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部１２の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００５１】
また、本実施例によれば、断熱部材としてのスペーサ２１に、放電防止材料である石英ガラス、アルミナ、テフロン（登録商標）のいずれかを用いることで、内部導体１９と外部導体２０との間に放電が生じるの防止することができ、内部導体１９と外部導体２０との間の放電に伴う放電管２２の不点灯を防止することができる。
【００５２】
次に、本発明の第２実施例を図４に従って説明する。本実施例は、電磁波伝送部１４の代わりに、電磁波伝送部３４を用い、電磁波照射部１８の代わりに、電磁波照射部３８を用い、放電管２２の代わりに、放電管４２を用いたものであり、他の構成は第１実施例と同様である。
【００５３】
具体的には、電磁波伝送部３４は、金属製の円柱状内部導体３５と、この内部導体３５を取り囲む金属製の円パイプ状外部導体３６と、円パイプ状に形成されて、内部導体３５と外部導体３６との間に介装された絶縁部材、例えば、石英ガラス製の誘電体３７が同軸状に一体化された構造で、例えば、同軸管や同軸ケーブルとして構成され、内部導体３５とこれを取り囲む外部導体３６間において電磁波が伝送される。
【００５４】
電磁波照射部３８は、金属製の円柱状内部導体３９と、略中空円筒状に形成されて、内部導体３９を取り囲む金属製外部導体４０を備え、内部導体３９と外部導体４０との間に、断熱部材として、ピンチシール部４４の凹部４４ａから延長されたガラス管（石英ガラス）４１が介在する構造で、放電管４２に電磁波を導入するためのランチャーとして、内部導体３９の長手方向端部が放電管４２の長手方向端部に接続されている。
【００５５】
内部導体３９は、電磁波伝送部３４の内部導体３５に接続されて、内部導体３５の長手方向端部から外部導体４０の長手方向一端側までに亘って配置されている。外部導体４０の長手方向一端側には円環状の段部４０ａが形成され、長手方向他端側には円筒状のカバー３２が装着されており、段部４０ａには、電磁波伝送部３４の外部導体３６の長手方向一端側が圧入されている。すなわち、外部導体３６と外部導体４０は段部４０ａを介して電気的に接続されている。また、カバー３２には、放電管４２を挿通するための開口３２ａが形成されている。
【００５６】
放電管４２は、長手方向の途中に楕円球状膨出部４３が形成されたガラス（無水石英ガラス）管の両端部をピンチシールすることで、ピンチシール部４４、４５に導体アッシー４６、４７が封着され、かつ楕円球状膨出部４３内が放電空間４８とされたダブルエンド型に構成されている。そして、放電管４２の楕円球状膨出部４３（放電空間４８）内には、始動用希ガス（常温下１〜２０気圧）が発光物質（ＮａＩ、ＳｃＩ３等）とともに封入されている。
【００５７】
ピンチシール部４４、４５のうち基端側ピンチシール部４４は、その先端部がカバー３２の開口３２ａから外部導体４０内に挿入されている。基端側ピンチシール部４４に封着（固定）された導体アッシー４６は、タングステン製導体棒４６ａとモリブデン製導体棒４６ｃが矩形状のモリブデン箔４６ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。
【００５８】
タングステン製導体棒４６ａは、その一部が放電空間４８内に所定の長さだけ突出している。モリブデン製導体棒４６ｃは、その一部が、ピンチシール部４４の凹部４４ａ内に露出している。内部導体３９は、長手方向端部がモリブデン製導体棒４６ｃの長手方向端部に接続されている。すなわち、導体アッシー４６は、電磁波照射部３８の内部導体３９と電気的に接続されている。
【００５９】
一方、先端側ピンチシール部４５に封着（固定）された導体アッシー４７は、タングステン製導体棒４７ａとモリブデン製導体棒４７ｃが矩形状のモリブデン箔４７ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。タングステン製導体棒４７ａは、その一部が放電空間４８内に所定の長さだけ突出しており、モリブデン製導体棒４７ｃは、その一部が、ピンチシール部４５の凹部４５ａ内に露出している。
【００６０】
導体アッシー４６、４７を構成するタングステン製導体棒４６ａ、４７ａは、例えば、外径０．２５ｍｍのカリウムドープタングステン線またはトリアドープタングステン線で構成され、モリブデン箔４６ｂ、４７ｂは、例えば、２０μｍの厚さに形成されている。モリブデン箔４６ｂ、４７ｂはガラスとのなじみがよく、ピンチシール部４４、４５におけるガラス（石英ガラス）層と導体アッシー４６、４７間の熱膨脹差をモリブデン箔４６ｂ、４７ｂで吸収するようになっている。このため、ピンチシール部４４、４５におけるクラックの発生が抑制され、不点灯を防止できる。
【００６１】
また、モリブデン箔４６ｂ、４７ｂの横断面積は、タングステン製導体棒４６ａ、４７ａの横断面積に比べて小さいため、導体アッシー４５、４６全体としての熱伝導が抑制され、導体アッシー４６、４７における熱伝導による損失を小さくできる。
【００６２】
そして、放電管４２の基端側ピンチシール部４４の先端部がカバー３２の開口３２ａから電磁波照射部３８の外部導体４０に挿入されると、ピンチシール部４４がカバー３２に把持（挟持）されて軸方向および周方向に位置決め固定されるとともに、モリブテン製導体棒４６ｃの先端部と内部導体３９の長手方向端部が電気的に接続される。
【００６３】
このため、電源部１２から電磁波伝送部３４を伝送した高周波電磁波は、基端側ピンチシール部４４に封着されている導体アッシー４６と、この導体アッシー４６を取り囲む外部導体４０によって放電空間４８内に照射される。このとき、照射された電磁波（電磁波照射部３８で発生した高周波電界）により、放電空間４８内で高密度プラズマが発生して、放電空間４８内の発光物質が蒸発されるとともに励起されて発光する。
【００６４】
この場合、電磁波照射部３８を構成する導体アッシー４６のタングステン製導体棒４６ａが放電空間４８内に突出していることから、電磁波伝送部３４によって伝送された電磁波は導体棒４６ａを介して確実に放電空間４８内に導入される。
【００６５】
また、放電管４２の先端側ピンチシール部４５に封着されている導体アッシー４７はアンテナとして作用し、導体アッシー４７周辺にも高い電界が集中するため、アークが導体アッシー４７に向かって収束し、アーク（形状）が安定する。特に、ヘッドランプ等の自動車用灯具の光源として用いる場合は、放電管４２を水平点灯する形態で用いるが、アーク（形状）が安定するため、アークが管壁と接触しない最適形状となるように放電管４２（管壁）の形状設計が可能となって、発光効率の向上につながる。
【００６６】
本実施例において、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄと内部導体３９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるために、断熱部材（石英ガラス４１）の材質であるεとＤ／ｄをパラメータとして、電力伝送損失について各種の測定を行ったところ、第１実施例と同様の結果が得られた。
【００６７】
本実施例によれば、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄと内部導体３９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを誘電率εの値に応じて最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管４２から電源部１２側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部１２の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００６８】
次に、本発明の第３実施例を図５に従って説明する。本実施例は、放電管４２の代わりに、放電管４２とはピンチシール部と導体アッシーの構成が一部異なる放電管５２を用いたものであり、他の構成は第２実施例と同様である。
【００６９】
具体的には、放電管５２は、楕円球状膨出部５３の両端側に形成されたピンチシール部５４、５５に導体アッシー５６、５７が封着され、かつ楕円球状膨出部５３内が放電空間５８とされたダブルエンド型に構成されている。そして、放電管５２の放電空間５８内には、始動用希ガス（常温下１〜２０気圧）が発光物質（ＮａＩ、ＳｃＩ３等）とともに封入されている。
【００７０】
基端側ピンチシール部５４は、その基端側がカバー３２の開口３２ａ内に挿入されている。基端側ピンチシール部５４に封着（固定）された導体アッシー５６は、タングステン製導体棒５６ａとモリブデン製導体棒５６ｃが矩形状のモリブデン箔５６ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。モリブデン製導体棒５６ｃは、その先端部がピンチシール部５４の凹部５４ａから突出されて電磁波照射部３８の外部導体４０内に挿入されているとともに、長手方向端部が内部導体３５の長手方向端部に接続されている。さらに、モリブデン製導体棒５６ｃの外周側には、モリブデン製導体棒５６ｃと外部導体４０との間に配置された円筒状のアルミナスペーサ５１が断熱部材として装着されている。
【００７１】
一方、先端側ピンチシール部５５に封着（固定）された導体アッシー５７は、タングステン製導体棒５７ａとモリブデン製導体棒５７ｃが矩形状のモリブデン箔５７ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。タングステン製導体棒５７ａは、その一部が放電空間５８内に所定の長さだけ突出しており、モリブデン製導体棒５７ｃは、その一部が、ピンチシール部５５の凹部５５ａ内に露出している。
【００７２】
そして、導体アッシー５６のモリブデン製導体棒５６ｃとアルミナスペーサ５１がカバー３２の開口３２ａから電磁波照射部３８の外部導体４０に挿入され、基端側ピンチシール部５４の先端部がカバー３２の開口３２ａ内に挿入されると、アルミナスペーサ５１が外部導体４０に把持され、ピンチシール部４４がカバー３２に把持（挟持）されて軸方向および周方向に位置決め固定されるとともに、モリブテン製導体棒５６ｃの先端部と内部導体３５の長手方向端部が電気的に接続される。
【００７３】
このため、電源部１２から電磁波伝送部３４を伝送した高周波電磁波は、基端側ピンチシール部５４に封着されている導体アッシー５６と、この導体アッシー５６を取り囲む外部導体４０によって放電空間５８内に照射される。このとき、照射された電磁波（電磁波照射部３８で発生した高周波電界）により、放電空間５８内で高密度プラズマが発生して、放電空間５８内の発光物質が蒸発されるとともに励起されて発光する。
【００７４】
本実施例において、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄとモリブテン製導体棒５６ｃの外径ｄとの比率Ｄ／ｄを最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるために、断熱部材（アルミナスペーサ５１）の材質であるεとＤ／ｄをパラメータとして、電力伝送損失について各種の測定を行ったところ、第１実施例と同様の結果が得られた。
【００７５】
本実施例によれば、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄとモリブテン製導体棒５６ｃの外径ｄとの比率Ｄ／ｄを誘電率εの値に応じて最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管５２から電源部１２側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部１２の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００７６】
次に、本発明の第４実施例を図６に従って説明する。本実施例は、放電管４２の代わりに、放電管４２とはピンチシール部の構成が一部異なる放電管６２を用いたものであり、他の構成は第２実施例と同様である。
【００７７】
具体的には、放電管６２は、楕円球状膨出部６３の両端側に形成されたピンチシール部６４、６５に導体アッシー６６、６７が封着され、かつ楕円球状膨出部６３内が放電空間６８とされたダブルエンド型に構成されている。そして、放電管６２の放電空間６８内には、始動用希ガス（常温下１〜２０気圧）が発光物質（ＮａＩ、ＳｃＩ３等）とともに封入されている。
【００７８】
基端側ピンチシール部６４の先端側には、電磁波照射部３８の外部導体４０と内部導体３９との空間部を埋める石英スペーサ６１が一体に形成されており、この石英スペーサ６１が外部導体４０内に挿入されている。基端側ピンチシール部６４に封着（固定）された導体アッシー６６は、タングステン製導体棒６６ａとモリブデン製導体棒６６ｃが矩形状のモリブデン箔６６ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。
【００７９】
タングステン製導体棒６６ａは、その一部が放電空間６８内に所定の長さだけ突出している。モリブデン製導体棒６６ｃは、その一部が、ピンチシール部６４の凹部６４ａ内に露出している。内部導体３９は、外径が内部導体３５の外径と略等しく、長手方向一端側が内部導体３５の長手方向端部に接続され、長手方向他端側がモリブデン製導体棒６６ｃの長手方向端部に接続されている。すなわち、導体アッシー６６は、内部導体３９を介して電磁波照射部３８の内部導体３５と電気的に接続されている。
【００８０】
一方、先端側ピンチシール部６５に封着（固定）された導体アッシー６７は、タングステン製導体棒６７ａとモリブデン製導体棒６７ｃが矩形状のモリブデン箔６７ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。タングステン製導体棒６７ａは、その一部が放電空間６８内に所定の長さだけ突出しており、モリブデン製導体棒６７ｃは、その一部が、ピンチシール部６５の凹部６５ａ内に露出している。
【００８１】
そして、放電管６２の基端側ピンチシール部６４の先端側の石英スペーサ６１が電磁波照射部３８の外部導体４０に挿入され、外部導体４０の端部にカバー３２が装着され、基端側ピンチシール部６４の一部がカバー３２の開口３２ａ内に挿入されると、石英スペーサ６１が外部導体４０に把持され、ピンチシール部６４がカバー３２に把持（挟持）されて軸方向および周方向に位置決め固定されるとともに、内部導体３９の先端部と内部導体３５の長手方向端部が電気的に接続される。
【００８２】
このため、電源部１２から電磁波伝送部３４を伝送した高周波電磁波は、基端側ピンチシール部６４に封着されている導体アッシー６６と、この導体アッシー６６を取り囲む外部導体４０によって放電空間６８内に照射される。このとき、照射された電磁波（電磁波照射部３８で発生した高周波電界）により、放電空間６８内で高密度プラズマが発生して、放電空間６８内の発光物質が蒸発されるとともに励起されて発光する。
【００８３】
本実施例において、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄと内部導体３９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるために、断熱部材（石英スペーサ６１）の材質であるεとＤ／ｄをパラメータとして、電力伝送損失について各種の測定を行ったところ、第１実施例と同様の結果が得られた。
【００８４】
本実施例によれば、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄと内部導体３９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを誘電率εの値に応じて最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管５２から電源部１２側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部１２の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００８５】
次に、本発明の第５実施例を図７に従って説明する。本実施例は、放電管４２の代わりに、放電管４２とはピンチシール部と導体アッシーの構成が一部異なるシュラウド付き放電管７２を用いたものであり、他の構成は第２実施例と同様である。
【００８６】
具体的には、シュラウド付き放電管７２は、楕円球状膨出部７３の両端側に形成されたピンチシール部７４、７５に導体アッシー７６、７７が封着され、かつ楕円球状膨出部７３内が放電空間７８とされたダブルエンド型に構成され、ピンチシール部７４、７５の両端側には、ピンチシール部７４、７５を包囲する、円筒形状の紫外線遮蔽用のシュラウド７９が溶着されている。そして、放電管７２の放電空間７８内には、始動用希ガス（常温下１〜２０気圧）が発光物質（ＮａＩ、ＳｃＩ３等）とともに封入されている。
【００８７】
基端側ピンチシール部７４の先端側には、電磁波照射部３８の外部導体４０と内部導体３９との空間部を埋める石英スペーサ７１が一体に形成されており、この石英スペーサ（石英ガラス）７１が外部導体４０内に挿入されている。基端側ピンチシール部７４に封着（固定）された導体アッシー７６は、タングステン製導体棒７６ａとモリブデン製導体棒７６ｃが矩形状のモリブデン箔７６ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。モリブデン製導体棒７６ｃは、その一部がピンチシール部７４の凹部７４ａ内に露出しているとともに、先端側が凹部７４ａから突出されて内部導体３９の長手方向端部に接続されている。
【００８８】
一方、先端側ピンチシール部７５に封着（固定）された導体アッシー７７は、タングステン製導体棒７７ａとモリブデン製導体棒７７ｃが矩形状のモリブデン箔７７ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。タングステン製導体棒７７ａは、その一部が放電空間７８内に所定の長さだけ突出しており、モリブデン製導体棒７７ｃは、その一部が、ピンチシール部７５の凹部７５ａ内に露出している。
【００８９】
シュラウド７９は、人体に有害な波長域の紫外線カット作用のある、例えばチタン等の金属を添加した石英ガラスで構成されており、放電管７２の放電発光に含まれる人体に有害な紫外線をカットする作用がある。
【００９０】
即ち、放電管７２を紫外線カット作用のある金属を添加した石英ガラスで構成しようとすると、ガラス管の耐熱温度が低下し、且つ添加金属と封入物質との反応（発光への影響）により、使用できないので、放電管７２は紫外線カット作用のない無水石英ガラスで構成されている。そして、紫外線の放射による樹脂製灯具構成部材の損傷や人体への悪影響を回避するために、放電管７２の楕円球状膨出部７３を紫外線遮蔽用のシュラウド７９で覆うようにしている。
【００９１】
また、Ｎａ抜けによる働程特性の悪化を防ぐために、シュラウド７９を構成する石英ガラス中にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を添加することも有効である。
【００９２】
また、シュラウド７９内（放電管７２の周り）は、不活性ガスが充填されるかまたは真空とされた密閉空間８０とされているので、放電管７２からの放熱が断熱層である密閉空間８０によって抑制され、放電管７２の発光効率を向上させることができる。
【００９３】
なお、シュラウド７９（密閉空間８０）内に封入する不活性ガス等としては、空気よりも断熱性の高いものが好ましく、例えば、Ｎ２、ＸｅまたはＡｒの単体ガスを封入したり、Ｎ２＋Ａｒ、Ｎ２＋Ｘｅ、Ａｒ＋Ｎｅ等の混合ガスを封入したりする場合が考えられる。
【００９４】
そして、放電管７２の基端側ピンチシール部７４の先端側と石英スペーサ７１が電磁波照射部３８の外部導体４０に挿入され、外部導体４０の端部にカバー３２が装着され、基端側ピンチシール部７４の一部がカバー３２の開口３２ａ内に挿入されると、石英スペーサ７１が外部導体４０に把持され、ピンチシール部７４がカバー３２に把持（挟持）されて軸方向および周方向に位置決め固定されるとともに、内部導体３９の先端部と内部導体３５の長手方向端部が電気的に接続される。
【００９５】
このため、電源部１２から電磁波伝送部３４を伝送した高周波電磁波は、基端側ピンチシール部７４に封着されている導体アッシー７６と、この導体アッシー７６を取り囲む外部導体４０によって放電空間７８内に照射される。このとき、照射された電磁波（電磁波照射部３８で発生した高周波電界）により、放電空間７８内で高密度プラズマが発生して、放電空間７８内の発光物質が蒸発されるとともに励起されて発光する。
【００９６】
本実施例において、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄと内部導体３９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるために、断熱部材（石英ガラス７１）の材質であるεとＤ／ｄをパラメータとして、電力伝送損失について各種の測定を行ったところ、第１実施例と同様の結果が得られた。
【００９７】
本実施例によれば、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄと内部導体３９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを誘電率εの値に応じて最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管７２から電源部１２側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部１２の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００９８】
次に、本発明の第６実施例を図８に従って説明する。本実施例は、放電管４２の代わりに、放電管４２とはピンチシール部と導体アッシーの構成が一部異なるとともに材質が異なる放電管９２を用い、電磁波照射部３８の代わりに、電磁波照射部３８とは外部導体の構成が一部異なる電磁波照射部１３８を用いたものであり、他の構成は第２実施例と同様である。
【００９９】
具体的には、電磁波照射部１３８は、略中空円筒状に形成されて、封止部９４を取り囲む金属製外部導体１４０を備え、導体アッシー９６と外部導体１４０との間に、放電管９２の一部で構成された、断熱部材としてのセラミック１４１が介在する構造で、放電管９２に電磁波を導入するためのランチャーとして、放電管９２の導体アッシー９６が外部導体１４０内に配置されている。
【０１００】
外部導体１４０の長手方向一端側には円環状の段部１４０ａが形成され、段部１４０ａには、電磁波伝送部３４の外部導体３６の長手方向一端側が圧入されている。すなわち、外部導体３６と外部導体１４０は段部１４０ａを介して電気的に接続されている。
【０１０１】
放電管９２は、セラミックＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）として構成されており、セラミック製楕円球状膨出部９３の両端側に形成された封止部９４、９５に導体アッシー９６、９７が封着され、かつ楕円球状膨出部９３内が放電空間９８とされたダブルエンド型に構成されている。そして、放電管９２の放電空間９８内には、始動用希ガス（常温下１〜２０気圧）が発光物質（ＮａＩ、ＳｃＩ３等）とともに封入されている。
【０１０２】
基端側封止部９４は、その先端部が外部導体１４０内に挿入されている。基端側封止部９４に封着（固定）された導体アッシー９６は、長手方向一端側が放電空間９８内に所定の長さだけ突出され、長手方向他端側が内部導体３５の長手方向端部に接続されている。すなわち、導体アッシー９６は、電磁波伝送部３４の内部導体３５と電気的に接続されている。
【０１０３】
一方、先端側封止部９５に封着（固定）された導体アッシー９７は、長手方向一端側が放電空間９８内に所定の長さだけ突出され、長手方向他端側の一部が外部に露出されている。
【０１０４】
そして、封止部９４の先端側が外部導体１４０内に挿入されると、封止部９４が外部導体１４０に把持されて軸方向および周方向に位置決め固定されるとともに、封止部９４内の導体アッシー９６の先端部と内部導体３５の長手方向端部が電気的に接続される。
【０１０５】
このため、電源部１２から電磁波伝送部３４を伝送した高周波電磁波は、基端側封止部９４に封着されている導体アッシー９６と、この導体アッシー９６を取り囲む外部導体１４０によって放電空間９８内に照射される。このとき、照射された電磁波（電磁波照射部１３８で発生した高周波電界）により、放電空間９８内で高密度プラズマが発生して、放電空間９８内の発光物質が蒸発されるとともに励起されて発光する。
【０１０６】
本実施例において、電磁波照射部１３８における外部導体１４０の内径Ｄと導体アッシー９６の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部１３８とをインピーダンスマッチングさせるために、断熱部材（セラミック１４１）の材質であるεとＤ／ｄをパラメータとして、電力伝送損失について各種の測定を行ったところ、第１実施例と同様の結果が得られた。
【０１０７】
本実施例によれば、電磁波照射部１３８における外部導体１４０の内径Ｄと導体アッシー９６の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを誘電率εの値に応じて最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部１３８とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管９２から電源部１２側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部１２の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の第１実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【図２】電源の出力インピーダンスを５０Ωとして電磁波照射部の電力伝送損失を測定したときのパラメータと反射損失との関係を説明するための図である。
【図３】電源の出力インピーダンスを７５Ωとして電磁波照射部の電力伝送損失を測定したときのパラメータと反射損失との関係を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【図６】本発明の第４実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【図７】本発明の第５実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【図８】本発明の第６実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 高周波放電灯システム
１２ 電源部
１４、３４ 電磁波伝送部
１５、３５ 内部導体
１６、３６ 外部導体
１８、３８、１３８ 電磁波照射部
１９、３９、１３９ 内部導体
２０、４０、１４０ 外部導体
２１ スペーサ
２２、４２、５２、６２、７２、９２ 放電管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電管内に電磁波を集中するためのアンテナを備えた高周波放電灯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波放電灯の一例として、放電空間内に電極を持たない無電極放電灯が知られている。この種の無電極放電灯は、放電空間内にフィラメントや電極がないため、フィラメントや電極の消耗によって寿命が低下することがなく、蛍光灯や白熱電球よりも長寿命化を図ることができる。また、無電極放電灯は、電極がないので、電極として使用可能な物質に制約を受けることがなく、発光性能の良い物質を放電空間に配置することができ、電極を用いた放電灯よりも効率を高めることができる。
【０００３】
従来、高周波放電灯を構成するに際して、電磁波発生用の電源部と、放電発光により無電極で発光する発光管と、発光管に電磁波を導入するための励起子を含む電磁波照射部とを備え、同軸管又は同軸ケーブルを用いて電源部と電磁波照射部とを接続した構成において、発光管から電源部側へと伝播する反射波を検波する反射波検出手段と、反射波検出手段からの計測情報に基づいて反射損失を最小にすべく電源部の出力を調整する出力調整手段とを設けた高周波放電灯装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
この高周波放電灯装置によれば、発光管から電源部側へと伝播する反射波を反射波検出手段で検出し、検出された反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部の出力を出力調整手段によって調整することで、発光管に対して、効率良く電力を供給することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４７４５４号公報（第４頁から第５頁、図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、発光管に対して、効率良く電力を供給するために、発光管から電源部側へと伝播する反射波を反射波検出手段で検出し、検出された反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部の出力を出力調整手段によって調整しなければならず、反射波検出手段と出力調整手段を必要とする分、構成が複雑になるとともにコストアップとなる。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、電力伝送損失を抑制するとともに、構成を簡素化することができる高周波放電灯システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項１に係る高周波放電灯システムは、電磁波を発生する電源部と、前記電源部から発生した電磁波を伝送する電磁波伝送部と、前記電磁波伝送部より伝送する電磁波を導入して照射する電磁波照射部と、前記電磁波照射部により導入された電磁波を受けて生成されるプラズマにより放電発光する放電管とを備えてなる高周波放電灯システムにおいて、前記電磁波照射部は、電磁波を導入する内部導体と、前記内部導体を覆う筒状の外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間に介在する断熱部材を有し、前記内部導体の外径をｄとし、前記外部導体の内径をＤとし、前記断熱部材の誘電率をεとした場合、Ｄ／ｄは、１．５≦Ｄ／ｄ≦４０の関係を満たし、εは、１≦ε≦１０の関係を満たしてなる構成とした。
【０００９】
（作用）電磁波照射部における外部導体の内径Ｄと内部導体の外径ｄとの比率Ｄ／ｄをεの値（１≦ε≦１０）に応じて、１．５≦Ｄ／ｄ≦４０の範囲内で最適化して、電磁波伝送部と電磁波照射部とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管から電源部側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００１０】
請求項２に係る高周波放電灯システムにおいては、請求項１に記載の高周波放電灯システムにおいて、前記断熱部材は、放電防止材料で構成した。
【００１１】
(作用)断熱部材に、放電防止材料、例えば、石英ガラス、アルミナ、テフロン（登録商標）のいずれかを用いることで、内部導体と外部導体との間に放電が生じるの防止することができ、内部導体と外部導体との間の放電に伴う放電管の不点灯を防止することができる。
【００１２】
請求項３に係る高周波放電灯システムにおいては、請求項１または２に記載の高周波放電灯システムにおいて、前記断熱部材が空気の場合、前記Ｄ／ｄは、１．５≦Ｄ／ｄ≦２．０で、前記断熱部材が発泡テフロン（登録商標）の場合、前記Ｄ／ｄは、２．０≦Ｄ／ｄ≦５．０で、前記断熱部材が石英ガラスの場合、前記Ｄ／ｄは、５．０≦Ｄ／ｄ≦１０．０で、前記断熱部材がアルミナの場合、前記Ｄ／ｄは、１０．０≦Ｄ／ｄ≦４０．０である構成とした。
【００１３】
（作用）断熱部材の誘電率εに応じてＤ／ｄを調整することで、電源の出力インピーダンスが５０Ωまたは７５Ωであっても、電磁波伝送部と電磁波照射部とをインピーダンスマッチングさせることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る高周波放電灯システムによれば、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００１５】
請求項２によれば、内部導体と外部導体との間の放電に伴う放電管の不点灯を防止することができる。
【００１６】
請求項３によれば、電源の出力インピーダンスが５０Ωまたは７５Ωであっても、電磁波伝送部と電磁波照射部とをインピーダンスマッチングさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図、図２は、電源の出力インピーダンスを５０Ωとして電磁波照射部の電力伝送損失を測定したときのパラメータと反射損失との関係を説明するための図、図３は、電源の出力インピーダンスを７５Ωとして電磁波照射部の電力伝送損失を測定したときのパラメータと反射損失との関係を説明するための図、図４は、本発明の第２実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図、図５は、本発明の第３実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図、図６は、本発明の第４実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図、図７は、本発明の第５実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図、図８は、本発明の第６実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【００１８】
図１において、高周波放電灯システム１０は、電磁波を発生する電源部１２と、電源部１２から発生した電磁波を伝送する電磁波伝送部１４と、電磁波伝送部１４より伝送する電磁波を導入して照射する電磁波照射部１８と、電磁波照射部１８により導入された電磁波を受けて生成されるプラズマにより放電発光する放電管２２を備えている。
【００１９】
電源部１２は、車載バッテリから供給される電力によってマイクロ波帯（１〜１００ＧＨｚ）の電磁波を発生する発振部１３を備え、発振部１３は、例えば、マグネトロンや、半導体スイッチング素子（ＦＥＴやバイポーラトランジスタ等）を用いた高周波アンプで構成されている。
【００２０】
電磁波伝送部１４は、金属製の円パイプ状内部導体１５と、この内部導体１５を取り囲む金属製の円パイプ状外部導体１６と、円パイプ状に形成されて、内部導体１５と外部導体１６との間に介装された、絶縁部材である石英ガラス製の誘電体１７が同軸状に一体化された構造で、例えば、同軸管や同軸ケーブルとして構成され、内部導体１５とこれを取り囲む外部導体１６間において電磁波が伝送される。
【００２１】
電磁波照射部１８は、金属製の円パイプ状内部導体１９と、略中空円筒状に形成されて、内部導体１９を取り囲む金属製外部導体２０と、円パイプ状に形成されて、内部導体１９と外部導体２０との間に介装された断熱部材、例えば、石英ガラス製のスペーサ２１が同軸状に一体化された構造で、放電管２２に電磁波を導入するためのランチャーとして、内部導体１９の長手方向端部が放電管２２の長手方向端部に接続されている。
【００２２】
内部導体１９の長手方向一端側には円環状のフランジ１９ａが形成されており、このフランジ１９ａは、電磁波伝送部１４の内部導体１５の内周側に圧入されている。すなわち、内部導体１５と内部導体１９はフランジ１９ａを介して電気的に接続されている。また、外部導体２０の長手方向一端側には円環状の段部２０ａが形成され、長手方向他端側には円環状のフランジ２０ｂが形成されており、段部２０ａに、電磁波伝送部１４の外部導体１６の長手方向一端側が圧入されている。すなわち、外部導体１６と外部導体２０は段部２０ａを介して電気的に接続されている。さらに、スペーサ２１の長手方向一端側は電磁波伝送部１４の誘電体１７の長手方向一端側に結合されており、スペーサ２１の長手方向他端側は外部導体２０のフランジ２０ｂで支持されている。
【００２３】
放電管２２は、長手方向の途中に楕円球状膨出部２３が形成されたガラス（無水石英ガラス）管の両端部をピンチシールすることで、ピンチシール部２４、２５に導体アッシー２６、２７が封着され、かつ楕円球状膨出部２３内が放電空間２８とされたダブルエンド型に構成されている。そして、放電管２２の楕円球状膨出部２３（放電空間２８）内には、始動用希ガス（常温下１〜２０気圧）が発光物質（ＮａＩ、ＳｃＩ３等）とともに封入されている。
【００２４】
ピンチシール部２４、２５のうち基端側ピンチシール部２４に封着（固定）された導体アッシー２６は、タングステン製導体棒２６ａとモリブデン製導体棒２６ｃが矩形状のモリブデン箔２６ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。モリブデン製導体棒２６ｃは、その先端部が内部導体１９内に圧入されて内部導体１９に接続されており、タングステン製導体棒２６ａは、その一部が放電空間２８内に所定の長さだけ突出している。
【００２５】
一方、先端側ピンチシール部２５に封着（固定）された導体アッシー２７は、タングステン製導体棒２７ａとモリブデン製導体棒２７ｃが矩形状のモリブデン箔２７ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。モリブデン製導体棒２７ｃは、その一部が外部に露出されており、タングステン製導体棒２７ａは、その一部が放電空間２８内に所定の長さだけ突出している。
【００２６】
導体アッシー２６、２７を構成するタングステン製導体棒２６ａ、２７ａは、例えば、外径０．２５ｍｍのカリウムドープタングステン線またはトリアドープタングステン線で構成され、モリブデン箔２６ｂ、２７ｂは、例えば、２０μｍの厚さに形成されている。モリブデン箔２６ｂ、２７ｂはガラスとのなじみがよく、ピンチシール部２４、２５におけるガラス（石英ガラス）層と導体アッシー２６、２７間の熱膨脹差をモリブデン箔２６ｂ、２７ｂで吸収するようになっている。このため、ピンチシール部２４、２５におけるクラックの発生が抑制され、不点灯を防止できる。
【００２７】
また、モリブデン箔２６ｂ、２７ｂの横断面積は、タングステン製導体棒２６ａ、２７ａの横断面積に比べて小さいため、導体アッシー２５、２６全体としての熱伝導が抑制され、導体アッシー２６、２７における熱伝導による損失を小さくできる。
【００２８】
そして、放電管２２の基端側ピンチシール部２４のモリブデン製導体棒２６ｃが電磁波照射部１８の内部導体１９に圧入されると、ピンチシール部２４が内部導体１９に把持（挟持）されて軸方向および周方向に位置決め固定されるとともに、モリブデン製導体棒２６ｃの先端部と内部導体１９の長手方向端部が電気的に接続される。
【００２９】
このため、電源部１２から電磁波伝送部１４を伝送した高周波電磁波は、基端側ピンチシール部２４に封着されている導体アッシー２６と、この導体アッシー２６を取り囲む外部導体２０によって放電空間２８内に照射される。このとき、照射された電磁波（電磁波照射部１８で発生した高周波電界）により、放電空間２８内で高密度プラズマが発生して、放電空間２８内の発光物質が蒸発されるとともに励起されて発光する。
【００３０】
この場合、電磁波照射部１８を構成する導体アッシー２６のタングステン製導体棒２６ａが放電空間２８内に突出していることから、電磁波伝送部１４によって伝送された電磁波は導体棒２６ａを介して確実に放電空間２８内に導入される。
【００３１】
また、放電管２２の先端側ピンチシール部２５に封着されている導体アッシー２７はアンテナとして作用し、導体アッシー２７周辺にも高い電界が集中するため、アークが導体アッシー２７に向かって収束し、アーク（形状）が安定する。特に、ヘッドランプ等の自動車用灯具の光源として用いる場合は、放電管２２を水平点灯する形態で用いるが、アーク（形状）が安定するため、アークが管壁と接触しない最適形状となるように放電管２２（管壁）の形状設計が可能となって、発光効率の向上につながる。
【００３２】
ここで、電源部１２から発生する電磁波が電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８を伝送するに際して、電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８の特性インピーダンスが一致しないと、特性インピーダンスの不連続部（特性インピーダンスが一致しない部位）で反射波が生じ、電磁波が効率良く放電管２２まで到達しなくなり、その結果、放電管２２の効率（ｌｍ／Ｗ）が低下する。
【００３３】
すなわち、放電管２２の効率を上げるためには、電源部１２から放電管２２までの伝送路の特性インピーダンスを揃えれば良いことになる。
【００３４】
一般に、電磁波伝送部を構成する同軸管や同軸ケーブルの特性インピーダンスは、５０Ωまたは７５Ωであって、電源の出力インピーダンスも電磁波伝送部の特性インピーダンスに合せてあるので、電源の出力は、反射することなく電磁波伝送部を伝送できるようになっている。
【００３５】
従って、電源部１２の出力インピーダンスは、電磁波伝送部１４の特性インピーダンスに合せてあることから、放電管２２の効率を上げるためには、電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８との接続部および電磁波照射部１８の特性インピーダンスを限りなく、５０Ωまたは７５Ωに合せれば良いことになる。
【００３６】
電磁波伝送部１４などの伝送路の特性インピーダンスＺｏは、以下に示すように、
Ｚｏ＝１３８／√ε×ｌｏｇ（Ｄ／ｄ）…（１）
但し、
Ｚｏ：特性インピーダンス（５０Ωまたは７５Ω）
ε ：誘電率
Ｄ ：外部導体の内径
ｄ ：内部導体の外径
で表わせる。
【００３７】
ここで、（１）式を基に、電磁波照射部１８における外部導体２０の内径Ｄと内部導体１９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを最適化して、電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８とをインピーダンスマッチングさせるために、断熱部材（スペーサ２１）の材質である誘電率εと比率Ｄ／ｄをパラメータとして、電力伝送損失について各種の測定を行ったところ、図２と図３に示すような結果が得られた。
【００３８】
図２は、電源部１２の出力インピーダンスＺｏが５０Ωのときの測定結果であり、反射検出手段と出力調整手段を使用したときの伝送損失が３Ｗであるから、反射損失が３Ｗ以下のときを「○」で、反射損失が３Ｗを超えたときを「×」で示してある。
【００３９】
（ａ）断熱部材を空気（ε≒１．０）とした場合、Ｄ／ｄ＝１．１にすると、反射損失が３Ｗを超えるのに対して、Ｄ／ｄ＝１．５にすると、反射損失は３Ｗ以下になる。
【００４０】
（ｂ）断熱部材を発泡テフロン（登録商標）（ε＝１．８〜２．１）とした場合、Ｄ／ｄ＝２．０にすると、反射損失は３Ｗ以下になる。
【００４１】
（ｃ）断熱部材を石英（ε＝３．５〜４．５）とした場合、Ｄ／ｄ＝５．０にすると、反射損失は３Ｗ以下になる。
【００４２】
（ｄ）断熱部材をアルミナ（ε＝８．０〜１０．０）とした場合、Ｄ／ｄ＝１０．０、２０．０、３０．０、４０．０のいずれかにすると、反射損失が３Ｗ以下になるのに対して、Ｄ／ｄ＝５０．０にすると、反射損失は３Ｗを超える。
一方、図３は、電源部１２の出力インピーダンスＺｏが７５Ωのときの測定結果であり、反射損失が３Ｗ以下のときを「○」で、反射損失が３Ｗを超えたときを「×」で示してある。
【００４３】
（ａ）断熱部材を空気（ε≒１．０）とした場合、Ｄ／ｄ＝１．１にすると、反射損失が３Ｗを超えるのに対して、Ｄ／ｄ＝１．５、または２．０にすると、反射損失は３Ｗ以下になる。
【００４４】
（ｂ）断熱部材を発泡テフロン（登録商標）（ε＝１．８〜２．１）とした場合、Ｄ／ｄ＝５．０にすると、反射損失は３Ｗ以下になる。
【００４５】
（ｃ）断熱部材を石英（ε＝３．５〜４．５）とした場合、Ｄ／ｄ＝１０．０にすると、反射損失は３Ｗ以下になる。
【００４６】
（ｄ）断熱部材をアルミナ（ε＝８．０〜１０．０）とした場合、Ｄ／ｄ＝２０．０、または３０．０、あるいは４０．０にすると、反射損失が３Ｗ以下になるのに対して、Ｄ／ｄ＝５０．０にすると、反射損失は３Ｗを超える。
【００４７】
図２と図３に示す測定結果から、電源部１２の出力インピーダンスＺｏが５０Ωまたは７５Ωであることを考慮すると、Ｄ／ｄが、１．５≦Ｄ／ｄ≦４０の関係を満たし、εが、１≦ε≦１０の関係を満たしていれば、電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８は互いにインピーダンスが整合（マッチング）し、反射損失を３Ｗ以下にすることができ、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制できる、ということが分かる。
【００４８】
この場合、スペーサ（断熱部材）２１が空気の場合、Ｄ／ｄは、１．５≦Ｄ／ｄ≦２．０で、スペーサ２１が発泡テフロン（登録商標）の場合、Ｄ／ｄは、２．０≦Ｄ／ｄ≦５．０で、スペーサ２１が石英の場合、Ｄ／ｄは、５．０≦Ｄ／ｄ≦１０．０で、スペーサ２１がアルミナの場合、Ｄ／ｄは、１０．０≦Ｄ／ｄ≦４０．０である。
【００４９】
すなわち、スペーサ（断熱部材）２１の誘電率εに応じてＤ／ｄを調整することで、電源部１２の出力インピーダンスが５０Ωまたは７５Ωであっても、電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８とをインピーダンスマッチングさせることができる。
【００５０】
本実施例によれば、電磁波照射部１８における外部導体２０の内径Ｄと内部導体１９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを誘電率εの値に応じて最適化して、電磁波伝送部１４と電磁波照射部１８とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管２２から電源部１２側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部１２の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００５１】
また、本実施例によれば、断熱部材としてのスペーサ２１に、放電防止材料である石英ガラス、アルミナ、テフロン（登録商標）のいずれかを用いることで、内部導体１９と外部導体２０との間に放電が生じるの防止することができ、内部導体１９と外部導体２０との間の放電に伴う放電管２２の不点灯を防止することができる。
【００５２】
次に、本発明の第２実施例を図４に従って説明する。本実施例は、電磁波伝送部１４の代わりに、電磁波伝送部３４を用い、電磁波照射部１８の代わりに、電磁波照射部３８を用い、放電管２２の代わりに、放電管４２を用いたものであり、他の構成は第１実施例と同様である。
【００５３】
具体的には、電磁波伝送部３４は、金属製の円柱状内部導体３５と、この内部導体３５を取り囲む金属製の円パイプ状外部導体３６と、円パイプ状に形成されて、内部導体３５と外部導体３６との間に介装された絶縁部材、例えば、石英ガラス製の誘電体３７が同軸状に一体化された構造で、例えば、同軸管や同軸ケーブルとして構成され、内部導体３５とこれを取り囲む外部導体３６間において電磁波が伝送される。
【００５４】
電磁波照射部３８は、金属製の円柱状内部導体３９と、略中空円筒状に形成されて、内部導体３９を取り囲む金属製外部導体４０を備え、内部導体３９と外部導体４０との間に、断熱部材として、ピンチシール部４４の凹部４４ａから延長されたガラス管（石英ガラス）４１が介在する構造で、放電管４２に電磁波を導入するためのランチャーとして、内部導体３９の長手方向端部が放電管４２の長手方向端部に接続されている。
【００５５】
内部導体３９は、電磁波伝送部３４の内部導体３５に接続されて、内部導体３５の長手方向端部から外部導体４０の長手方向一端側までに亘って配置されている。外部導体４０の長手方向一端側には円環状の段部４０ａが形成され、長手方向他端側には円筒状のカバー３２が装着されており、段部４０ａには、電磁波伝送部３４の外部導体３６の長手方向一端側が圧入されている。すなわち、外部導体３６と外部導体４０は段部４０ａを介して電気的に接続されている。また、カバー３２には、放電管４２を挿通するための開口３２ａが形成されている。
【００５６】
放電管４２は、長手方向の途中に楕円球状膨出部４３が形成されたガラス（無水石英ガラス）管の両端部をピンチシールすることで、ピンチシール部４４、４５に導体アッシー４６、４７が封着され、かつ楕円球状膨出部４３内が放電空間４８とされたダブルエンド型に構成されている。そして、放電管４２の楕円球状膨出部４３（放電空間４８）内には、始動用希ガス（常温下１〜２０気圧）が発光物質（ＮａＩ、ＳｃＩ３等）とともに封入されている。
【００５７】
ピンチシール部４４、４５のうち基端側ピンチシール部４４は、その先端部がカバー３２の開口３２ａから外部導体４０内に挿入されている。基端側ピンチシール部４４に封着（固定）された導体アッシー４６は、タングステン製導体棒４６ａとモリブデン製導体棒４６ｃが矩形状のモリブデン箔４６ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。
【００５８】
タングステン製導体棒４６ａは、その一部が放電空間４８内に所定の長さだけ突出している。モリブデン製導体棒４６ｃは、その一部が、ピンチシール部４４の凹部４４ａ内に露出している。内部導体３９は、長手方向端部がモリブデン製導体棒４６ｃの長手方向端部に接続されている。すなわち、導体アッシー４６は、電磁波照射部３８の内部導体３９と電気的に接続されている。
【００５９】
一方、先端側ピンチシール部４５に封着（固定）された導体アッシー４７は、タングステン製導体棒４７ａとモリブデン製導体棒４７ｃが矩形状のモリブデン箔４７ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。タングステン製導体棒４７ａは、その一部が放電空間４８内に所定の長さだけ突出しており、モリブデン製導体棒４７ｃは、その一部が、ピンチシール部４５の凹部４５ａ内に露出している。
【００６０】
導体アッシー４６、４７を構成するタングステン製導体棒４６ａ、４７ａは、例えば、外径０．２５ｍｍのカリウムドープタングステン線またはトリアドープタングステン線で構成され、モリブデン箔４６ｂ、４７ｂは、例えば、２０μｍの厚さに形成されている。モリブデン箔４６ｂ、４７ｂはガラスとのなじみがよく、ピンチシール部４４、４５におけるガラス（石英ガラス）層と導体アッシー４６、４７間の熱膨脹差をモリブデン箔４６ｂ、４７ｂで吸収するようになっている。このため、ピンチシール部４４、４５におけるクラックの発生が抑制され、不点灯を防止できる。
【００６１】
また、モリブデン箔４６ｂ、４７ｂの横断面積は、タングステン製導体棒４６ａ、４７ａの横断面積に比べて小さいため、導体アッシー４５、４６全体としての熱伝導が抑制され、導体アッシー４６、４７における熱伝導による損失を小さくできる。
【００６２】
そして、放電管４２の基端側ピンチシール部４４の先端部がカバー３２の開口３２ａから電磁波照射部３８の外部導体４０に挿入されると、ピンチシール部４４がカバー３２に把持（挟持）されて軸方向および周方向に位置決め固定されるとともに、モリブテン製導体棒４６ｃの先端部と内部導体３９の長手方向端部が電気的に接続される。
【００６３】
このため、電源部１２から電磁波伝送部３４を伝送した高周波電磁波は、基端側ピンチシール部４４に封着されている導体アッシー４６と、この導体アッシー４６を取り囲む外部導体４０によって放電空間４８内に照射される。このとき、照射された電磁波（電磁波照射部３８で発生した高周波電界）により、放電空間４８内で高密度プラズマが発生して、放電空間４８内の発光物質が蒸発されるとともに励起されて発光する。
【００６４】
この場合、電磁波照射部３８を構成する導体アッシー４６のタングステン製導体棒４６ａが放電空間４８内に突出していることから、電磁波伝送部３４によって伝送された電磁波は導体棒４６ａを介して確実に放電空間４８内に導入される。
【００６５】
また、放電管４２の先端側ピンチシール部４５に封着されている導体アッシー４７はアンテナとして作用し、導体アッシー４７周辺にも高い電界が集中するため、アークが導体アッシー４７に向かって収束し、アーク（形状）が安定する。特に、ヘッドランプ等の自動車用灯具の光源として用いる場合は、放電管４２を水平点灯する形態で用いるが、アーク（形状）が安定するため、アークが管壁と接触しない最適形状となるように放電管４２（管壁）の形状設計が可能となって、発光効率の向上につながる。
【００６６】
本実施例において、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄと内部導体３９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるために、断熱部材（石英ガラス４１）の材質であるεとＤ／ｄをパラメータとして、電力伝送損失について各種の測定を行ったところ、第１実施例と同様の結果が得られた。
【００６７】
本実施例によれば、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄと内部導体３９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを誘電率εの値に応じて最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管４２から電源部１２側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部１２の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００６８】
次に、本発明の第３実施例を図５に従って説明する。本実施例は、放電管４２の代わりに、放電管４２とはピンチシール部と導体アッシーの構成が一部異なる放電管５２を用いたものであり、他の構成は第２実施例と同様である。
【００６９】
具体的には、放電管５２は、楕円球状膨出部５３の両端側に形成されたピンチシール部５４、５５に導体アッシー５６、５７が封着され、かつ楕円球状膨出部５３内が放電空間５８とされたダブルエンド型に構成されている。そして、放電管５２の放電空間５８内には、始動用希ガス（常温下１〜２０気圧）が発光物質（ＮａＩ、ＳｃＩ３等）とともに封入されている。
【００７０】
基端側ピンチシール部５４は、その基端側がカバー３２の開口３２ａ内に挿入されている。基端側ピンチシール部５４に封着（固定）された導体アッシー５６は、タングステン製導体棒５６ａとモリブデン製導体棒５６ｃが矩形状のモリブデン箔５６ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。モリブデン製導体棒５６ｃは、その先端部がピンチシール部５４の凹部５４ａから突出されて電磁波照射部３８の外部導体４０内に挿入されているとともに、長手方向端部が内部導体３５の長手方向端部に接続されている。さらに、モリブデン製導体棒５６ｃの外周側には、モリブデン製導体棒５６ｃと外部導体４０との間に配置された円筒状のアルミナスペーサ５１が断熱部材として装着されている。
【００７１】
一方、先端側ピンチシール部５５に封着（固定）された導体アッシー５７は、タングステン製導体棒５７ａとモリブデン製導体棒５７ｃが矩形状のモリブデン箔５７ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。タングステン製導体棒５７ａは、その一部が放電空間５８内に所定の長さだけ突出しており、モリブデン製導体棒５７ｃは、その一部が、ピンチシール部５５の凹部５５ａ内に露出している。
【００７２】
そして、導体アッシー５６のモリブデン製導体棒５６ｃとアルミナスペーサ５１がカバー３２の開口３２ａから電磁波照射部３８の外部導体４０に挿入され、基端側ピンチシール部５４の先端部がカバー３２の開口３２ａ内に挿入されると、アルミナスペーサ５１が外部導体４０に把持され、ピンチシール部４４がカバー３２に把持（挟持）されて軸方向および周方向に位置決め固定されるとともに、モリブテン製導体棒５６ｃの先端部と内部導体３５の長手方向端部が電気的に接続される。
【００７３】
このため、電源部１２から電磁波伝送部３４を伝送した高周波電磁波は、基端側ピンチシール部５４に封着されている導体アッシー５６と、この導体アッシー５６を取り囲む外部導体４０によって放電空間５８内に照射される。このとき、照射された電磁波（電磁波照射部３８で発生した高周波電界）により、放電空間５８内で高密度プラズマが発生して、放電空間５８内の発光物質が蒸発されるとともに励起されて発光する。
【００７４】
本実施例において、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄとモリブテン製導体棒５６ｃの外径ｄとの比率Ｄ／ｄを最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるために、断熱部材（アルミナスペーサ５１）の材質であるεとＤ／ｄをパラメータとして、電力伝送損失について各種の測定を行ったところ、第１実施例と同様の結果が得られた。
【００７５】
本実施例によれば、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄとモリブテン製導体棒５６ｃの外径ｄとの比率Ｄ／ｄを誘電率εの値に応じて最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管５２から電源部１２側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部１２の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００７６】
次に、本発明の第４実施例を図６に従って説明する。本実施例は、放電管４２の代わりに、放電管４２とはピンチシール部の構成が一部異なる放電管６２を用いたものであり、他の構成は第２実施例と同様である。
【００７７】
具体的には、放電管６２は、楕円球状膨出部６３の両端側に形成されたピンチシール部６４、６５に導体アッシー６６、６７が封着され、かつ楕円球状膨出部６３内が放電空間６８とされたダブルエンド型に構成されている。そして、放電管６２の放電空間６８内には、始動用希ガス（常温下１〜２０気圧）が発光物質（ＮａＩ、ＳｃＩ３等）とともに封入されている。
【００７８】
基端側ピンチシール部６４の先端側には、電磁波照射部３８の外部導体４０と内部導体３９との空間部を埋める石英スペーサ６１が一体に形成されており、この石英スペーサ６１が外部導体４０内に挿入されている。基端側ピンチシール部６４に封着（固定）された導体アッシー６６は、タングステン製導体棒６６ａとモリブデン製導体棒６６ｃが矩形状のモリブデン箔６６ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。
【００７９】
タングステン製導体棒６６ａは、その一部が放電空間６８内に所定の長さだけ突出している。モリブデン製導体棒６６ｃは、その一部が、ピンチシール部６４の凹部６４ａ内に露出している。内部導体３９は、外径が内部導体３５の外径と略等しく、長手方向一端側が内部導体３５の長手方向端部に接続され、長手方向他端側がモリブデン製導体棒６６ｃの長手方向端部に接続されている。すなわち、導体アッシー６６は、内部導体３９を介して電磁波照射部３８の内部導体３５と電気的に接続されている。
【００８０】
一方、先端側ピンチシール部６５に封着（固定）された導体アッシー６７は、タングステン製導体棒６７ａとモリブデン製導体棒６７ｃが矩形状のモリブデン箔６７ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。タングステン製導体棒６７ａは、その一部が放電空間６８内に所定の長さだけ突出しており、モリブデン製導体棒６７ｃは、その一部が、ピンチシール部６５の凹部６５ａ内に露出している。
【００８１】
そして、放電管６２の基端側ピンチシール部６４の先端側の石英スペーサ６１が電磁波照射部３８の外部導体４０に挿入され、外部導体４０の端部にカバー３２が装着され、基端側ピンチシール部６４の一部がカバー３２の開口３２ａ内に挿入されると、石英スペーサ６１が外部導体４０に把持され、ピンチシール部６４がカバー３２に把持（挟持）されて軸方向および周方向に位置決め固定されるとともに、内部導体３９の先端部と内部導体３５の長手方向端部が電気的に接続される。
【００８２】
このため、電源部１２から電磁波伝送部３４を伝送した高周波電磁波は、基端側ピンチシール部６４に封着されている導体アッシー６６と、この導体アッシー６６を取り囲む外部導体４０によって放電空間６８内に照射される。このとき、照射された電磁波（電磁波照射部３８で発生した高周波電界）により、放電空間６８内で高密度プラズマが発生して、放電空間６８内の発光物質が蒸発されるとともに励起されて発光する。
【００８３】
本実施例において、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄと内部導体３９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるために、断熱部材（石英スペーサ６１）の材質であるεとＤ／ｄをパラメータとして、電力伝送損失について各種の測定を行ったところ、第１実施例と同様の結果が得られた。
【００８４】
本実施例によれば、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄと内部導体３９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを誘電率εの値に応じて最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管５２から電源部１２側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部１２の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００８５】
次に、本発明の第５実施例を図７に従って説明する。本実施例は、放電管４２の代わりに、放電管４２とはピンチシール部と導体アッシーの構成が一部異なるシュラウド付き放電管７２を用いたものであり、他の構成は第２実施例と同様である。
【００８６】
具体的には、シュラウド付き放電管７２は、楕円球状膨出部７３の両端側に形成されたピンチシール部７４、７５に導体アッシー７６、７７が封着され、かつ楕円球状膨出部７３内が放電空間７８とされたダブルエンド型に構成され、ピンチシール部７４、７５の両端側には、ピンチシール部７４、７５を包囲する、円筒形状の紫外線遮蔽用のシュラウド７９が溶着されている。そして、放電管７２の放電空間７８内には、始動用希ガス（常温下１〜２０気圧）が発光物質（ＮａＩ、ＳｃＩ３等）とともに封入されている。
【００８７】
基端側ピンチシール部７４の先端側には、電磁波照射部３８の外部導体４０と内部導体３９との空間部を埋める石英スペーサ７１が一体に形成されており、この石英スペーサ（石英ガラス）７１が外部導体４０内に挿入されている。基端側ピンチシール部７４に封着（固定）された導体アッシー７６は、タングステン製導体棒７６ａとモリブデン製導体棒７６ｃが矩形状のモリブデン箔７６ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。モリブデン製導体棒７６ｃは、その一部がピンチシール部７４の凹部７４ａ内に露出しているとともに、先端側が凹部７４ａから突出されて内部導体３９の長手方向端部に接続されている。
【００８８】
一方、先端側ピンチシール部７５に封着（固定）された導体アッシー７７は、タングステン製導体棒７７ａとモリブデン製導体棒７７ｃが矩形状のモリブデン箔７７ｂを介して直線状に接続されて一体化されている。タングステン製導体棒７７ａは、その一部が放電空間７８内に所定の長さだけ突出しており、モリブデン製導体棒７７ｃは、その一部が、ピンチシール部７５の凹部７５ａ内に露出している。
【００８９】
シュラウド７９は、人体に有害な波長域の紫外線カット作用のある、例えばチタン等の金属を添加した石英ガラスで構成されており、放電管７２の放電発光に含まれる人体に有害な紫外線をカットする作用がある。
【００９０】
即ち、放電管７２を紫外線カット作用のある金属を添加した石英ガラスで構成しようとすると、ガラス管の耐熱温度が低下し、且つ添加金属と封入物質との反応（発光への影響）により、使用できないので、放電管７２は紫外線カット作用のない無水石英ガラスで構成されている。そして、紫外線の放射による樹脂製灯具構成部材の損傷や人体への悪影響を回避するために、放電管７２の楕円球状膨出部７３を紫外線遮蔽用のシュラウド７９で覆うようにしている。
【００９１】
また、Ｎａ抜けによる働程特性の悪化を防ぐために、シュラウド７９を構成する石英ガラス中にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を添加することも有効である。
【００９２】
また、シュラウド７９内（放電管７２の周り）は、不活性ガスが充填されるかまたは真空とされた密閉空間８０とされているので、放電管７２からの放熱が断熱層である密閉空間８０によって抑制され、放電管７２の発光効率を向上させることができる。
【００９３】
なお、シュラウド７９（密閉空間８０）内に封入する不活性ガス等としては、空気よりも断熱性の高いものが好ましく、例えば、Ｎ２、ＸｅまたはＡｒの単体ガスを封入したり、Ｎ２＋Ａｒ、Ｎ２＋Ｘｅ、Ａｒ＋Ｎｅ等の混合ガスを封入したりする場合が考えられる。
【００９４】
そして、放電管７２の基端側ピンチシール部７４の先端側と石英スペーサ７１が電磁波照射部３８の外部導体４０に挿入され、外部導体４０の端部にカバー３２が装着され、基端側ピンチシール部７４の一部がカバー３２の開口３２ａ内に挿入されると、石英スペーサ７１が外部導体４０に把持され、ピンチシール部７４がカバー３２に把持（挟持）されて軸方向および周方向に位置決め固定されるとともに、内部導体３９の先端部と内部導体３５の長手方向端部が電気的に接続される。
【００９５】
このため、電源部１２から電磁波伝送部３４を伝送した高周波電磁波は、基端側ピンチシール部７４に封着されている導体アッシー７６と、この導体アッシー７６を取り囲む外部導体４０によって放電空間７８内に照射される。このとき、照射された電磁波（電磁波照射部３８で発生した高周波電界）により、放電空間７８内で高密度プラズマが発生して、放電空間７８内の発光物質が蒸発されるとともに励起されて発光する。
【００９６】
本実施例において、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄと内部導体３９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるために、断熱部材（石英ガラス７１）の材質であるεとＤ／ｄをパラメータとして、電力伝送損失について各種の測定を行ったところ、第１実施例と同様の結果が得られた。
【００９７】
本実施例によれば、電磁波照射部３８における外部導体４０の内径Ｄと内部導体３９の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを誘電率εの値に応じて最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部３８とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管７２から電源部１２側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部１２の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【００９８】
次に、本発明の第６実施例を図８に従って説明する。本実施例は、放電管４２の代わりに、放電管４２とはピンチシール部と導体アッシーの構成が一部異なるとともに材質が異なる放電管９２を用い、電磁波照射部３８の代わりに、電磁波照射部３８とは外部導体の構成が一部異なる電磁波照射部１３８を用いたものであり、他の構成は第２実施例と同様である。
【００９９】
具体的には、電磁波照射部１３８は、略中空円筒状に形成されて、封止部９４を取り囲む金属製外部導体１４０を備え、導体アッシー９６と外部導体１４０との間に、放電管９２の一部で構成された、断熱部材としてのセラミック１４１が介在する構造で、放電管９２に電磁波を導入するためのランチャーとして、放電管９２の導体アッシー９６が外部導体１４０内に配置されている。
【０１００】
外部導体１４０の長手方向一端側には円環状の段部１４０ａが形成され、段部１４０ａには、電磁波伝送部３４の外部導体３６の長手方向一端側が圧入されている。すなわち、外部導体３６と外部導体１４０は段部１４０ａを介して電気的に接続されている。
【０１０１】
放電管９２は、セラミックＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）として構成されており、セラミック製楕円球状膨出部９３の両端側に形成された封止部９４、９５に導体アッシー９６、９７が封着され、かつ楕円球状膨出部９３内が放電空間９８とされたダブルエンド型に構成されている。そして、放電管９２の放電空間９８内には、始動用希ガス（常温下１〜２０気圧）が発光物質（ＮａＩ、ＳｃＩ３等）とともに封入されている。
【０１０２】
基端側封止部９４は、その先端部が外部導体１４０内に挿入されている。基端側封止部９４に封着（固定）された導体アッシー９６は、長手方向一端側が放電空間９８内に所定の長さだけ突出され、長手方向他端側が内部導体３５の長手方向端部に接続されている。すなわち、導体アッシー９６は、電磁波伝送部３４の内部導体３５と電気的に接続されている。
【０１０３】
一方、先端側封止部９５に封着（固定）された導体アッシー９７は、長手方向一端側が放電空間９８内に所定の長さだけ突出され、長手方向他端側の一部が外部に露出されている。
【０１０４】
そして、封止部９４の先端側が外部導体１４０内に挿入されると、封止部９４が外部導体１４０に把持されて軸方向および周方向に位置決め固定されるとともに、封止部９４内の導体アッシー９６の先端部と内部導体３５の長手方向端部が電気的に接続される。
【０１０５】
このため、電源部１２から電磁波伝送部３４を伝送した高周波電磁波は、基端側封止部９４に封着されている導体アッシー９６と、この導体アッシー９６を取り囲む外部導体１４０によって放電空間９８内に照射される。このとき、照射された電磁波（電磁波照射部１３８で発生した高周波電界）により、放電空間９８内で高密度プラズマが発生して、放電空間９８内の発光物質が蒸発されるとともに励起されて発光する。
【０１０６】
本実施例において、電磁波照射部１３８における外部導体１４０の内径Ｄと導体アッシー９６の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部１３８とをインピーダンスマッチングさせるために、断熱部材（セラミック１４１）の材質であるεとＤ／ｄをパラメータとして、電力伝送損失について各種の測定を行ったところ、第１実施例と同様の結果が得られた。
【０１０７】
本実施例によれば、電磁波照射部１３８における外部導体１４０の内径Ｄと導体アッシー９６の外径ｄとの比率Ｄ／ｄを誘電率εの値に応じて最適化して、電磁波伝送部３４と電磁波照射部１３８とをインピーダンスマッチングさせるようにしたため、放電管９２から電源部１２側へと伝播する反射波を検出する反射波検出手段や、反射波検出手段の検出による反射波を基に反射損失を最小にすべく電源部１２の出力を調整する出力調整手段を設けることなく、電磁波の伝送に伴う効率の低下を抑制することができるとともに、構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の第１実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【図２】電源の出力インピーダンスを５０Ωとして電磁波照射部の電力伝送損失を測定したときのパラメータと反射損失との関係を説明するための図である。
【図３】電源の出力インピーダンスを７５Ωとして電磁波照射部の電力伝送損失を測定したときのパラメータと反射損失との関係を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【図６】本発明の第４実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【図７】本発明の第５実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【図８】本発明の第６実施例を示す高周波放電灯システムの要部断面を含む構成図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 高周波放電灯システム
１２ 電源部
１４、３４ 電磁波伝送部
１５、３５ 内部導体
１６、３６ 外部導体
１８、３８、１３８ 電磁波照射部
１９、３９、１３９ 内部導体
２０、４０、１４０ 外部導体
２１ スペーサ
２２、４２、５２、６２、７２、９２ 放電管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を発生する電源部と、前記電源部から発生した電磁波を伝送する電磁波伝送部と、前記電磁波伝送部より伝送する電磁波を導入して照射する電磁波照射部と、前記電磁波照射部により導入された電磁波を受けて生成されるプラズマにより放電発光する放電管とを備えてなる高周波放電灯システムにおいて、
前記電磁波照射部は、電磁波を導入する内部導体と、前記内部導体を覆う筒状の外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間に介在する断熱部材を有し、前記内部導体の外径をｄとし、前記外部導体の内径をＤとし、前記断熱部材の誘電率をεとした場合、Ｄ／ｄは、１．５≦Ｄ／ｄ≦４０の関係を満たし、εは、１≦ε≦１０の関係を満たしてなることを特徴とする高周波放電灯システム。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波放電灯システムにおいて、前記断熱部材は、放電防止材料で構成されてなることを特徴とする高周波放電灯システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の高周波放電灯システムにおいて、前記断熱部材が空気の場合、前記Ｄ／ｄは、１．５≦Ｄ／ｄ≦２．０で、前記断熱部材が発泡テフロン（登録商標）の場合、前記Ｄ／ｄは、２．０≦Ｄ／ｄ≦５．０で、前記断熱部材が石英ガラスの場合、前記Ｄ／ｄは、５．０≦Ｄ／ｄ≦１０．０で、前記断熱部材がアルミナの場合、前記Ｄ／ｄは、１０．０≦Ｄ／ｄ≦４０．０であることを特徴とする高周波放電灯システム。
【請求項１】
電磁波を発生する電源部と、前記電源部から発生した電磁波を伝送する電磁波伝送部と、前記電磁波伝送部より伝送する電磁波を導入して照射する電磁波照射部と、前記電磁波照射部により導入された電磁波を受けて生成されるプラズマにより放電発光する放電管とを備えてなる高周波放電灯システムにおいて、
前記電磁波照射部は、電磁波を導入する内部導体と、前記内部導体を覆う筒状の外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間に介在する断熱部材を有し、前記内部導体の外径をｄとし、前記外部導体の内径をＤとし、前記断熱部材の誘電率をεとした場合、Ｄ／ｄは、１．５≦Ｄ／ｄ≦４０の関係を満たし、εは、１≦ε≦１０の関係を満たしてなることを特徴とする高周波放電灯システム。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波放電灯システムにおいて、前記断熱部材は、放電防止材料で構成されてなることを特徴とする高周波放電灯システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の高周波放電灯システムにおいて、前記断熱部材が空気の場合、前記Ｄ／ｄは、１．５≦Ｄ／ｄ≦２．０で、前記断熱部材が発泡テフロン（登録商標）の場合、前記Ｄ／ｄは、２．０≦Ｄ／ｄ≦５．０で、前記断熱部材が石英ガラスの場合、前記Ｄ／ｄは、５．０≦Ｄ／ｄ≦１０．０で、前記断熱部材がアルミナの場合、前記Ｄ／ｄは、１０．０≦Ｄ／ｄ≦４０．０であることを特徴とする高周波放電灯システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１２３４８７（Ｐ２００９−１２３４８７Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９５５２０（Ｐ２００７−２９５５２０）
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（０００００１１３３）株式会社小糸製作所 (1,575)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（０００００１１３３）株式会社小糸製作所 (1,575)
【Ｆターム（参考）】
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