JP2005285349A - Microwave electrodeless discharge lamp device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バルブにマイクロ波を照射してバルブを点灯させるマイクロ波無電極放電ランプ装置に関する。 The present invention relates to a microwave electrodeless discharge lamp apparatus that illuminates a bulb with a microwave to light the bulb.
マイクロ波無電極放電ランプ装置の従来例としては、例えば特開昭63―224193号公報に示されるものがある。このものは、マイクロ波電源と、該マイクロ波電源に接続された空洞共振器と、該空洞共振器内に設けたランプとを備えた光源装置において、上記空洞共振器の一部を網状に形成し、複数個のランプを設けたものである。 A conventional example of a microwave electrodeless discharge lamp device is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-224193. In this light source device, which includes a microwave power source, a cavity resonator connected to the microwave power source, and a lamp provided in the cavity resonator, a part of the cavity resonator is formed in a net shape A plurality of lamps are provided.
そして、この構成により平板状に形成された空洞共振器内では、電磁波による定在波の山の部分を複数個立てることが可能で、上記山の部分にランプを配置することにより、平面を照射するのに適した光源を得ることができる。
しかしながら、上記従来例においては、マイクロ波給電口付近から共振器内に進入したマイクロ波がランプの放電空間内を通過する際、プラズマがエネルギーを吸収するため、ランプ端部付近ではマイクロ波のエネルギーが行き渡らず、ランプ端部で光出力が少なくなり、これにより光出力の均一性が十分でなくなることが懸念される。 However, in the above-described conventional example, when the microwave that has entered the resonator from the vicinity of the microwave feeding port passes through the discharge space of the lamp, the plasma absorbs energy. However, there is a concern that the light output is reduced at the end of the lamp and the uniformity of the light output is not sufficient.
本発明は、このような課題を鑑みてなしたものであって、その目的とするところは、
光出力をより均一にすることのでき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。
The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is as follows.
It is an object of the present invention to provide a microwave electrodeless discharge lamp apparatus capable of making the light output more uniform.
請求項1に係る発明は、マイクロ波を発生するマイクロ波発振器と、マイクロ波が導入されるマイクロ波給電口を有するマイクロ波共振器と、発光物質が封入されマイクロ波共振器内に設置されるバルブと、を備えるマイクロ波無電極放電ランプ装置において、バルブを略線状とし、マイクロ波給電口とバルブの間にマイクロ波を分散させる電磁界制御手段を設けたことを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a microwave oscillator for generating a microwave, a microwave resonator having a microwave power supply port into which the microwave is introduced, and a light emitting material sealed therein and installed in the microwave resonator. A microwave electrodeless discharge lamp device including a bulb is characterized in that the bulb is substantially linear, and electromagnetic field control means for dispersing microwaves is provided between the microwave feeding port and the bulb.
請求項2に係る発明は、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、前記電磁界制御手段は、誘電体又は導体からなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the microwave electrodeless discharge lamp device according to the first aspect, the electromagnetic field control means is made of a dielectric or a conductor.
請求項3に係る発明は、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、前記電磁界制御手段は、バルブ中央付近に設置されるものであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to the first aspect, the electromagnetic field control means is installed near the center of the bulb.
請求項4に係る発明は、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、前記電磁界制御手段は、マイクロ波が透過するマイクロ波透過孔を有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to the first aspect, the electromagnetic field control means has a microwave transmission hole through which the microwave is transmitted.
請求項5に係る発明は、請求項3記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置において、前記電磁界制御手段は、他部より肉厚が薄く形成されたバルブ壁であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the microwave electrodeless discharge lamp device according to the third aspect, the electromagnetic field control means is a bulb wall formed thinner than the other part.
請求項6に係る発明は、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、前記電磁界制御手段は、マイクロ波給電口の周囲に設置される複数のバルブよって形成される隙間であることを特徴とする請求項1記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
The invention according to
本発明によれば、マイクロ波無電極放電ランプ装置のバルブ形状を略線状にした場合に、電磁界制御手段によりマイクロ波がバルブ表面に分散されるため、バルブからの光出力を均一にすることができる。 According to the present invention, when the bulb shape of the microwave electrodeless discharge lamp apparatus is made substantially linear, the microwave is dispersed on the bulb surface by the electromagnetic field control means, so that the light output from the bulb is made uniform. be able to.
(第1の実施形態)
本実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。図1は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置のブロック図である。図2は、同マイクロ波無電極放電ランプ装置の要部
平面図(a)及び(a)のA―Aにおける断面図(b)である。図3は、図1に示すマイクロ波無電極放電ランプ装置での焦点距離における照度分布図である。図4は、本実施形態の別例の同マイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図(a)及び(a)のA―Aにおける断面図(b)である。
(First embodiment)
This embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram of a microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 is a plan view (a) of a principal part of the microwave electrodeless discharge lamp device and a cross-sectional view (b) taken along line AA of (a). FIG. 3 is an illuminance distribution diagram at the focal length in the microwave electrodeless discharge lamp apparatus shown in FIG. FIG. 4 is a plan view (a) of a main part of a microwave electrodeless discharge lamp device according to another example of the present embodiment, and a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、図1に示すように電源1に接続されたマイクロ波発振器2と、マイクロ波発振器2から発振されたマイクロ波を所望の方向に導く導波管3と、導波管3に接続され導波管3内を伝搬するマイクロ波と共振するマイクロ波共振器4と、マイクロ波共振器4内に設置され、発光物質である水銀が封入されたバルブ5と、マイクロ波を分散させる電磁界制御手段6を備えている。
A microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to this embodiment includes a
マイクロ波共振器4は、例えば金属板を加工することにより得られる断面略楕円形状の筐体であり、図2(a)に示すように前面視において略矩形形状の開口部7を有している。開口部7は、図2(b)に示すメッシュ状の金網8で覆われている。金網8は、バルブ5から放射される紫外線は透過するがマイクロ波を透過しないメッシュ寸法で形成されている。マイクロ波共振器4には、マイクロ波が導入されるマイクロ波給電口9が設けられている。また、マイクロ波共振器4には、マイクロ波給電口9に対して略直交するようにバルブ保持手段10によってバルブ5が取り付けられている。バルブ5は、略線状である径33mm、長さ1000mmの石英ガラス筒の両端を封じたもので、その内部には例えば数mgの水銀及び稀ガスを封入している。さらに、バルブ5とマイクロ波給電口9の間には、厚さ2mm、長さが略バルブ4の長さにほぼ等しい略長方形のアルミナ板からなる電磁界制御手段6がネジ止め等の手段(図示はしない)によりマイクロ波共振器4に取付けられている。
The
以上の構成において、図1に示すマイクロ波発振器2が電源1から電力の供給を受けると、例えば2.45GHzのマイクロ波を導波管3に向けて照射する。導波管3に照射されたマイクロ波は、導波管3内を伝搬して導波管3に接続されたマイクロ波共振器4に導入される。マイクロ波共振器4に導入されたマイクロ波は、マイクロ波共振器4の内壁で反射されて共振して定在波が発生する。この定在波の腹の部分で電界強度が最も高くなり、この電界によってバルブ5内に放電が発生し、放電の発生により励起された水銀から紫外線が放射される。バルブ5から放射された紫外線は、図2に示すバルブ5の壁及び金網8を透過して外部に放出される。金網8はバルブ5から放射される紫外線は透過するが、マイクロ波を透過しないよう構成されおり、大部分のマイクロ波は外部に放射されない。
In the above configuration, when the
ここで重要なことは、電磁界制御手段6をマイクロ波給電口9とバルブ5との間に設けることにより、バルブ5に略均一にマイクロ波が照射されるようにしたことである。すなわち、マイクロ波共振器4内に導入されたマイクロ波は、電磁界制御手段6であるアルミナ板(誘電体)内を伝搬してアルミナ板の略全域に分散され、バルブ5の表面に略均一なマイクロ波が照射される。これにより、バルブ5内に比較的均一な放電が発生し、均一な光照射が可能となる。次に、以上の構成で得られた照度分布を図3に示す。図3の横軸は、バルブ5の中心からバルブ5の端への距離を示すものであり、縦軸は相対照度を示すものである。図3において、破線は電磁界制御手段6であるアルミナ板を設けない場合の照度分布であり、実線はアルミナ板を設けた場合の照度分布である。図3により、アルミナ板を設けた場合、設けない場合に比べてバルブ5中心付近での相対照度が低下する。一方、バルブから±30cm〜60cmの範囲においては、相対照度が上昇することにより、より均一な照度分布が得られることが分かる。
What is important here is that the electromagnetic field control means 6 is provided between the microwave
また、アルミナ板は光の反射率が高いため、バルブ5から電磁界制御手段6であるアルミナ板に入射した光はアルミナ板で反射されてマイクロ波共振器4の開口部7から出射されるため、バルブ5から導波管3に向かって出射されて吸収される光のロスを抑制することができる。
Further, since the alumina plate has a high light reflectivity, light incident on the alumina plate as the electromagnetic field control means 6 from the
なお、本実施形態においては電磁界制御手段6として略長方形のアルミナ板を用いたが、図4に示すように断面略半円形状のものでもよい。また、本実施形態においてはバルブ5内に水銀を封入したが、ハロゲン化物等を封入しても良い。さらに、本実施形態では、電磁界制御手段6として誘電体であるアルミナ板を用いたが、アルミナ板に代えて金属板を用いてもよい。電磁界制御手段6として金属板を用いた場合には、導波管3からマイクロ波共振器4内に入射したマイクロ波の内、金属板に照射されるものは、金属板で反射される。これにより、バルブ5の中央付近に進入するマイクロ波が減少し、バルブ5の中央付近を除く他の部分に入射するマイクロ波が増加する。即ち、バルブ5の表面には比較的均一なマイクロ波が入射するため、バルブ5から放射される光出力は略均一となる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態を図5〜図8に基づいて説明する。図5は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図(a)及び(a)のA―Aにおける断面図(b)である。
図6は、図5のマイクロ波無電極放電ランプ装置の照度分布図である。図7は、本実施形態の別例のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図(a)及び(a)のA―Aにおける断面図(b)である。図8は、本実施形態の更に別例のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図(a)及び(a)のA―Aにおける断面図(b)である。
In the present embodiment, a substantially rectangular alumina plate is used as the electromagnetic field control means 6, but it may have a substantially semicircular cross section as shown in FIG. In this embodiment, mercury is enclosed in the
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a plan view (a) of a main part of the microwave electrodeless discharge lamp device according to the present embodiment, and a cross-sectional view taken along line AA of (a).
6 is an illuminance distribution diagram of the microwave electrodeless discharge lamp apparatus of FIG. FIG. 7 is a plan view (a) of a principal part of a microwave electrodeless discharge lamp device according to another example of the present embodiment, and a cross-sectional view taken along line AA of (a). FIG. 8 is a plan view (a) of a main part of a microwave electrodeless discharge lamp device according to still another example of the present embodiment, and a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、電磁界制御手段6をマイクロ波給電口9に対向する領域近傍にのみ設けた点が第1の実施形態と異なる。
The microwave electrodeless discharge lamp apparatus of this embodiment is different from the first embodiment in that the electromagnetic field control means 6 is provided only in the vicinity of the region facing the microwave
図5(a)に示す電磁界制御手段6は、アルミナ材料を略円筒形に加工したものであり、マイクロ波給電口9に対向する領域近傍であるバルブ5の中心付近に設けられ、その内部にはバルブ5が貫通している。電磁界制御手段6の長さは、50mmであってマイクロ波給電口9の幅より僅かに広い程度にしている。また、バルブ5の長さは550mm、径33mmである。
The electromagnetic field control means 6 shown in FIG. 5A is obtained by processing an alumina material into a substantially cylindrical shape, and is provided in the vicinity of the center of the
この構成においても、マイクロ波共振器4内に導入されたマイクロ波が、電磁界制御手段6であるアルミナ(誘電体)内を伝搬してアルミナの略全域に分散され、これによりバルブ5の表面に比較的均一なマイクロ波が照射される。これにより、バルブ5内に比較的均一な放電が発生し、略均一な光照射が可能となる。
Also in this configuration, the microwave introduced into the
次に、図5の構成で得られた照度分布を図6に示す。図6の横軸は、図3と同じくバルブ5の中心からバルブ5の端への距離を示すものであり、縦軸は相対照度を示すものである。図6において、破線は電磁界制御手段6を設けない場合の照度の分布であり、実線はアルミナ板を設けた場合の照度分布である。図6により、電磁界制御手段6を設けた場合、設けない場合に比べてバルブ中心付近での相対照度が低下する。一方、バルブ5の中心から±20cm〜30cmの範囲においては、相対照度が上昇することにより、均一な照度分布が得られることが分かる。
Next, the illuminance distribution obtained with the configuration of FIG. 5 is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 6 indicates the distance from the center of the
なお、本実施形態では、電磁界制御手段6の形状を略円筒形としたが、図7に示すように円筒を中心軸に沿って半分に割ったものを持ってもよい。この場合、図6で示したバル5の中心付近での照度の落ち込みを抑制しより均一な照度分布を得ることができる。また、図7に示すように円筒形の電磁界制御手段6の側面に複数の孔20を設けても図6で示したバル5の中心付近での照度の落ち込みを抑制しより均一な照度分布を得ることができる。
In the present embodiment, the shape of the electromagnetic field control means 6 is a substantially cylindrical shape. However, as shown in FIG. 7, it may have a cylinder divided in half along the central axis. In this case, the illuminance drop near the center of the
(第3の実施形態)
第3の実施形態を図9〜図11に基づいて説明する。図9は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図(a)及び(a)のA―Aにおける断面図(b)である。図10は、本実施形態の無電極放電ランプ装置の使用例を示す図である。図11は、本実施形態の別例のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a plan view (a) of a main part of the microwave electrodeless discharge lamp device according to the present embodiment, and a cross-sectional view taken along line AA of (a). FIG. 10 is a diagram showing an example of use of the electrodeless discharge lamp device of the present embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view of another example of the microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to this embodiment.
本実施形態は、バルブ5がマイクロ波共振器4の開口部7をふさいで設置されている点が、前述の実施形態と異なる。すなわち、バルブ5は略直方体形状をしており、バルブ5のバルブ壁がマイクロ波共振器4の内面に接するように、マイクロ波共振器4に取り付けられている。そして、バルブ5とマイクロ波給電口9との間には、板状の電磁界制御手段6が設置されている。
This embodiment is different from the above-described embodiment in that the
以上の構成により、導波管3からマイクロ波共振器4に導入されたマイクロ波は、電磁界制御手段6で反射、屈折して分散するので、バルブ5の表面に均一にマイクロ波が照射され、バルブ5からの光出力は略均一となる。ここで、電磁界制御手段6の存在により、マイクロ波共振器4内で反射するマイクロ波は少なく、マイクロ波給電口9からバルブ5に向かう進行波によりバルブ5内に放電が発生し維持されるため、マイクロ波をマイクロ波共振器4内で共振させる役割を担う金網8(図2に図示)が不要となる。この場合、金網8による光の蹴られが発生しないため、発光効率を向上させることができる。
With the above configuration, the microwave introduced from the
このマイクロ波無電極放電ランプ装置を流水の殺菌に用いた使用例を図10に示す。図10において、30は流水31が流れる水路を示している。マイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波共振器4の大部分を水路30内の流水31に浸して設置される。なお、図10において電源1、マイクロ波発振器2及びマイクロ波共振器4については図示を省略している。この状態で、マイクロ波給電口9からマイクロ波共振器4内にマイクロ波が導入されると、導入されたマイクロ波のうち大部分はバルブ5の壁に吸収されると共にバルブ5内に発生するプラズマに吸収される。また、バルブ5の壁及びプラズマのいずれにも吸収されないマイクロ波は流水31に吸収されるため水路31から外部に漏れるマイクロ波はほとんどなくなる。実際に、長さ500mm、幅100mm、厚み10mmの略直方体形状に形成されたバルブ5を用いて150Wのマイクロ波を導入したところ、水路30から漏れるマイクロ波はほぼゼロであった。
An example of using this microwave electrodeless discharge lamp device for sterilization of running water is shown in FIG. In FIG. 10, 30 indicates a water channel through which the running
なお、本実施形態においては、電磁界制御手段6の形状を板状としたが、図11に示すよう断面略C字形状に加工したものを用いてもよい。
(第4の実施形態)
第4の実施形態を図12に基づいて説明する。図12は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図(a)及び(a)のA―Aにおける断面図(b)である。
In the present embodiment, the electromagnetic field control means 6 has a plate shape, but may be processed into a substantially C-shaped cross section as shown in FIG.
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a plan view (a) of a main part of the microwave electrodeless discharge lamp device of the present embodiment (a) and a cross-sectional view taken along line AA of (a).
本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、電磁界制御手段6をバルブ5と別部材とするのでは無くバルブ5と一体にした点が上記実施形態と異なり、他は同じである。即ち、図12に示すように、バルブ5の中心付近で中心付近を除く他の部分よりもバルブ5の壁の肉厚を厚く形成している。具体的な寸法としては、バルブ5のサイズを長さ500mm、直径33mmの略円筒形とし、バルブ5の中心付近の肉厚を約5mm、バルブ中央付近以外の肉厚を1.5mmとしている。この構成において、バルブ5の中央付近にマイクロ波を照射すると、バルブ5中央付近の肉厚の厚い部分で前述のようにマイクロ波が分散して、バルブ5に比較的均一なマイクロ波が照射されるため、バルブ5からの光は均一に出力される。
(第5の実施形態)
第5の実施形態を図13及び図14に基づいて説明する。図13は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図(a)及び(a)のA―Aにおける断面図(b)である。図14は、バルブ5の別例を示す図である。
The microwave electrodeless discharge lamp apparatus of this embodiment is different from the above embodiment in that the electromagnetic field control means 6 is not a separate member from the
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a plan view (a) of a principal part of the microwave electrodeless discharge lamp device of the present embodiment (a) and a sectional view (b) taken along the line AA in FIG. FIG. 14 is a view showing another example of the
本実施形態は、マイクロ波共振器4内に複数のバルブ5を設置し、電磁界制御手段6をマイクロ波給電口9の周囲に設置される複数のバルブ間の隙間50とした点が第1の実施形態と異なる。すなわち、図13に示すマイクロ波共振器4のマイクロ波給電口9の周囲に、端部がマイクロ波給電口9を向くようにして2本の略線状のバルブ5を設置している。
The first embodiment is that a plurality of
この構成において、マイクロ波発振器2(図13において図示を省略)からマイクロ波共振器4にマイクロ波が導入されると、マイクロ波共振器4内の電磁界分布は、電界が最大となる部分が2箇所存在するTE102もしくは、電界が最大となる部分が4箇所存在するTE104のように複数の最大電界強度の箇所が存在することになり、これによりマイクロ波共振器4のマイクロ波給電口9付近には、最大電界強度が発生しなくなるため、マイクロ波共振器3内でマイクロ波が比較的均一に分散してバルブ5に照射され、バルブ5からは比較的均一な光が放射される。実際にバルブ5として、長さ220mm、直径33mmの略円筒形のものを用いて、マイクロ波100Wを投入した結果、2本のバルブ5の長さに近い約400mmの領域に渡って均一な発光を得ることができた。
In this configuration, when a microwave is introduced from the microwave oscillator 2 (not shown in FIG. 13) to the
ここで、バルブ5内には水銀を封入しているため、2本のバルブ5のうち片方が点灯すると紫外線が他方のバルブ5に照射される。この紫外線は、他方のバルブ5に封入された水銀を励起するため、双方のバルブ5を比較的容易に点灯をさせることができる。なお、本実施形態においては、2本のバルブ5を設置したが、これに限らずマイクロ波共振器4のマイクロ波給電口9を囲んで複数のバルブ5を設置するようにしてもよい。また、図14に示すように、2本のバルブ5をさらに他のバルブ5内に収納するようにしてもよい。
Here, since mercury is sealed in the
1 電源
2 マイクロ波発振器
3 導波管
4 マイクロ波共振器
5 バルブ
6 電磁界制御手段
7 開口部
8 金網
9 マイクロ波給電口
1
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