JPH0337277B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、改良されたマイクロ波無電極光源装
置に関するものであつて、更に詳細には、単一の
マグネトロンを使用するタイプのマイクロ波無電
極光源装置に関するものである。

従来技術 近年において、マイクロ波無電極光源装置は、
インキ及びコーテイングを硬化させるために、業
界において広く使用されている。典型的には、工
業的用途に使用するためのこのようなマイクロ波
無電極光源装置は、プラズマ形成媒体を収容する
長手方向に延存するランプ被包体が配置されてい
るマイクロ波室を有している。マイクロ波室は、
ランプ被包体から放出される光線を反射するため
の反射器と、マイクロ波室内のマイクロ波を透過
させることがないがランプ被包体から放出された
光線を透過させて該光線がマイクロ波室外部へ出
ることを許容する網（メツシユ）を有している。
一つ以上のマグネトロンによつてマイクロ波が発
生され、このマイクロ波は反射器に設けられてい
るカツプリングスロツトを介してマイクロ波室内
に導入され、マイクロ波室内に配置されたランプ
被包体はそのマイクロ波によつて励起される。

本出願人に譲渡されている米国特許第3872349
号は、このようなマイクロ波無電極光源装置を開
示しており、特にその第１９図及び第２０図に示
されている。この特許に示された光源装置におい
ては、導波室がマイクロ波室の頂部に取付けられ
ており、一方マグネトロンは導波室の一端側に配
置され、少なくとも一個のカツプリングスロツト
が他端側において反射器内に設けられている。し
かしながら、一個のマグネトロンを使用するこの
光源装置においては、ランプ被包体の一端におい
てマイクロ波エネルギの優先的吸収を行い、その
結果、ランプ被包体におけるその端部において一
層大きな光出力を発生するものであつた。本出願
人に譲渡されている別の米国特許第4042850号に
おいては、二つのマグネトロンを使用しており、
夫々のマグネトロンが、マイクロ波室の夫々の端
部に位置して設けた夫々のカツプリングスロツト
に夫々の導波管を介して連結されている。二つの
マグネトロンを使用し、それらの出力がほぼ等し
いように配置することによつてバランスされた動
作が得られ、ほぼ等しい光出力がプラズマ形成媒
体を収容するランプ被包体の両端から得られた。

しかしながら、単一のマグネトロンを使用しし
かもバランスした動作が得られ、従つてランプ被
包体の両端部から等しい光出力を得ることが可能
なマイクロ波無電極光源装置が提供されることが
所望されている。

目 的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであつ
て、上述した如き従来技術の欠点を解消し、改良
されたマイクロ波無電極光源装置を提供すること
を目的とする。本発明の別の目的とするところ
は、バランスした光出力を発生することの可能な
マイクロ波無電極光源装置を提供することであ
る。本発明の更に別の目的とするところは、実質
的にホツトスポツトが発生することを回避するこ
とが可能なマイクロ被無電極光源装置を提供する
ことである。本発明の更に別の目的とするところ
は、マイクロ波エネルギをプラズマ形成用媒体に
有効にカツプリングさせることが可能なマイクロ
波無電極光源装置を提供することである。本発明
の更に別の目的とするところは、水銀充填物が操
作期間中液体形態に再凝縮することのないマイク
ロ波無電極光源装置を提供することである。

構 成 本発明によれば、マイクロ波無電極光源装置
は、１面に開口を有し、該開口を光を透過させる
がマイクロ波を透過させない網で被覆したマイク
ロ波室を有している。このマイクロ波室内には所
定形状を有するランプ被包体が配設されており、
両端部から所定の距離に配置させた一対のカツプ
リングスロツトが形成されている。マイクロ波室
に隣接して導波室が形成されており、導波室とマ
イクロ波室とは前記一対のカツプリングスロツト
を介して連通されている。導波室にはマグネトロ
ンのマイクロ波発射装置が挿入されており、マイ
クロ波発射装置の挿入位置は、前記一対のカツプ
リングスロツトの中間位置に位置されている。マ
イクロ波エネルギの周波数及びマイクロ波室の寸
法が、マイクロ波室内の定在波が形成されるよう
に構成される場合には、短い始動期間の後に、ほ
ぼ等しい光出力がランプ被包体の両端部から得ら
れるバランスした動作が得られる。

マイクロ波室内に定在波が形成されると、その
定在波はランプ被包体の長さ方向の中間部に節を
有するので、ランプ被包体の中間部の温度はラン
プ被包体の平均温度よりも低くなり、従つてラン
プ被包体の中間部分の水銀充填物が液体形態に再
凝縮し、それによりランプ被包体内の圧力を低下
させ、満足すべきランプ性能を得ることを阻害す
る場合がある。従つて、本発明の別の側面によれ
ば、このような再凝縮は、ランプ被包体の長さ方
向の中間部分においてランプ被包体の直径を10％
乃至30％小さな小径部を形成することによつて防
止することが可能である。この場合に小径部にテ
ーパを設けると良い。このような構成とすること
により、ランプ被包体の中間部においても所定の
温度を維持することが可能となり、水銀充填物は
ランプ被包体の全体に亘りガス状態を維持するこ
とが可能となる。

実施例 以下、添付の図面を参考に本発明の具体的実施
の態様について詳細に説明する。

本発明の一実施例に基づいて構成したマイクロ
波無電極光源装置を第１図乃至第４図に示してあ
る。このマイクロ波無電極光源装置は、所定の形
状を有するマイクロ波室２を有しており、マイク
ロ波室２内には、プラズマ形成用媒体を収容する
細長い形状のランプ被包体４が配設されている。
マイクロ波室は、金属反射器６及び金属網８を有
している。尚、金属網８は第１図においては部分
的にしか示されていないが、それは反射器６の底
部全体を被覆している。反射器６は、楕円形状、
放物線形状、又はその他の任意の断面形状とする
ことが可能であり、それは、ランプ被包体４から
放出された紫外線又はその他の光線を反射し網８
を介してマイクロ波室２から外部へ有効に取出せ
るように構成されている。網８は、金属物質から
形成されており、それは、紫外線及び可視光線等
のスペクトルを有する光を有効に透過させること
が可能であるが、マイクロ波エネルギを透過する
ことがないように構成されている。例えば、
2450MHzのマイクロ周波数で動作させる場合に
は、網８は、0.0017インチの直径のワイヤを使用
し、ワイヤとワイヤの中心間距離を0.033インチ
の間隔とした格子とすることが可能である。

ランプ被包体４は、典型的には、石英から形成
されており、反射器６の端部１４の凹所１２内に
配置されている板バネフインガ１０によつて反射
器端部１４に取付けられている。反射器６は、一
対のカツプリングスロツト１６及び１８を有して
おり、それらのカツプリングスロツト１６及び１
８は、本実施例においては、マイクロ波室２及び
ランプ被包体４の両端部から等距離に位置されて
いる。

第１図を参照すると、マイクロ波エネルギはマ
グネトロン２０によつて発生される。カツプリン
グスロツト１６及び１８を介して供給されるマイ
クロ波エネルギをランプ被包体４内の媒体と有効
に結合させるために、金属性の箱型構造体２２が
設けられている。第１図、第３図及び第４図を参
照すると、箱型構造体２２は、側壁部材４０及び
４２、端部壁部材４４及び４６、頂部部材４８、
及び傾斜部材５０及び５２を有している。第１図
及び第４図に示される如く、箱型構造体２２は反
射器６を収容する状態で取付けられており、反射
器６の上側に隣接して導波室を形成している。従
つて、箱型構造体２２によつて画定される導波室
は一対のカツプリングスロツト１６及び１８を介
してマイクロ波室２と連通される。マグネトロン
２０のマイクロ波発射装置は、箱型構造体２２の
頂部に穿設された開口２３を介して導波室内に挿
入されている。開口２３はマイクロ波室２の両端
部から等距離に位置しており、従つて開口２４内
に挿入されているマグネトロン２０のマイクロ波
発射装置は一対のカツプリングスロツト１６及び
１８から等距離即ち中間位置に位置されている。
箱型構造体２２の底部はフランジ２４及び２６を
有しており、これらは対応するフランジ２８及び
３０に取付けられており、これらのフランジ２８
及び３０は、例えば、反射器６に対してねじ止め
されている。

好適実施態様においては、箱型構造体２２は、
側壁４０及び４２の内側に沿つて延在しこれらの
側壁４０及び４２を反射器６と接続させる接続部
材３２及び３４を有している（第４図参照）。接
続部材３２及び３４は、導波室の高さを短くする
効果を有しており、且つマイクロ波エネルギをカ
ツプリングスロツト１６及び１８に対してより効
果的に結合する効果を与えている。更に、導波室
の側壁には冷却孔５４が形成されており、又第２
図に示した如く、反射器６の頂部には冷却孔５６
が形成されている。この構成によれば、導波室及
びマイクロ波室２を介して空気又はその他の冷却
ガスを通過させ、ランプ被包体４を冷却すること
が可能である。

マグネトロン２０によつて発生されたマイクロ
波エネルギの周波数及びマイクロ波室２の長手方
向の寸法は操作期間中に、長手方向におけるマイ
クロ波室２の長手方向の中央で最小値即ち節を有
する定在波がマイクロ波室２内に形成されるよう
に設定されている。このような構成においては、
第１図乃至第４図に示したマイクロ波無電極光源
装置においては、ランプ被包体がその長さ方向に
亘つてバランスされた光出力を発生するように、
ランプ被包体４にマイクロ波エネルギが結合され
る。このことは第６図に示してあり、尚第６図
は、ランプ被包体の特定の位置から放出される光
線の寄与のみを測定することにより得られたラン
プ出力強度とランプ被包体の長手方向位置との関
係を示したグラフである。第６図から、本実施例
においては、ランプ被包体の夫々の端部近傍で等
しい強度の最大値が発生しており、対称的にバラ
ンスされた動作が得られていることが理解され
る。これに対する理由は完全には理解されてはい
ないが、最初にアンバランスな動作が発生し、次
いで開始後数秒内でバランスされた動作が得られ
ることが判明した。本電源装置が動作中でない場
合には、ランプ被包体内に収納されている水銀又
はその他の充填ガスはランプ被包体の壁に小液滴
として凝縮する。このような凝縮はランプ被包体
の長さ方向に亘つて等しくないので、動作の最初
の段階においてはバランスされていない。しかし
ながら、より大きい水銀濃度の区域でより多くの
マイクロ波エネルギが吸収される場合、これらの
区域は一層高温となり、局所的な圧力上昇を発生
し、これによりプラズマが低圧の区域に流れ、そ
の結果圧力変動が平滑化され、光出力がバランス
される傾向となる。実験によれば、動作開始時に
おいては、第６図に示した二つの最大値は等しく
なかつたが、動作開示後数秒以内でバランスが得
られることが判明した。

第１図に示した光源装置を処理ライン中におい
て使用する場合には、光源装置の中央部分に沿つ
て焦点面において等強度の出力が得られることが
所望される。本光源装置は、中央部分において最
大の照射強度を与える。なぜならば、反射器６の
端部から反射された光線と共に、ランプ被包体６
の全長からの直接的な光線が焦点面の中央区域近
くに当るからである。焦点面においてのランプ被
包体の位置の関数としての照射強度のグラフを第
７図に示してある。焦点面の中央部において一様
な照射強度を得るためには、第６図に示した二つ
の最大値が等しいものであることが必要である。

第６図に示される如く、エネルギ吸収の最小値
はランプ被包体の中央部分で発生するので、この
部分は低温となる傾向があり、従つてその部分に
おいて水銀充填物が液体に再凝縮し、ランプ被包
体の効率を低下させると共に、その他の光源装置
としての好ましくない効果を発生する場合があ
る。本発明の一実施態様によれば、このような再
凝縮を防止し且つランプ被包体全体に亘つて充填
物をガス状態に維持することが可能な新規な構成
を有するランプ被包体が提供されている。

本発明のこの側面に基づいて構成されたランプ
被包体を第５図に示してある。このランプ被包体
は、円筒形部分７０及び７２を有すると共に、そ
の中央部分にテーパによつて漸次直径が減少され
た小径部分７６を有している。小径部分７６にお
ける内径は、両端部の円筒形部分７０及び７２の
内径の10％乃至30％の範囲内に設定されている。
このような小径部分７６は、ランプ被包体の動作
温度を制御する目的で設けられている。

小径部分７６が設けられておらず、ランプ被包
体の全体に亘つて同一の直径であるとした場合に
は、ランプ被包体の中央部分において他の部分よ
りも高温となる。ランプ被包体の長手方向の位置
の関数としてのランプ被包体の表面温度は第８図
に示されており、最小温度は、依然としてランプ
被包体の中央部分において発生しているが、この
最小温度は、水銀の再凝縮を防止するのに充分な
高温であり、特に500℃乃至550℃の範囲内に維持
することが望ましい。

本発明の好適な特定の実施態様においては、ラ
ンプ被包体の円筒形部分の７０及び７２の内径は
９mmであり、小径部分７６における内径は1.5mm
である。ランプ被包体の中央部分においてこれよ
りも実質的に大きな直径を有する場合には、充填
物の再凝縮が発生し、所望の性能を得ることが不
可能となる。

本発明の具体的な特定の実施例においては、マ
イクロ波室２の底部は６−1/8インチの長さ及び
４−1/4インチの幅を有している。カツプリング
スロツト１６及び１８は、マイクロ波室２の各端
部から１−1/2インチの位置に穿設されている。
箱型構造体２２は、マイクロ波室２と同じ公称長
さ及び幅を有しており、その端部は２−5/8イン
チの高さであり、且つその頂部は２−1/8インチ
の長さである。更に、マグネトロン２０は、
2450MHzの公称周波数でマイクロ波エネルギを出
力するものである。

効 果 以上詳説した如く、本発明によれば、単一のマ
グネトロンを使用してバランスした動作を得るこ
とが可能な構造が簡単であり且つ極めて小型のマ
イクロ波無電極光源装置が提供される。即ち、本
発明によれば、マイクロ波室と隣接して導波室を
設け、それらの間の共通壁に一対のカツプリング
スロツトを設け、一対のカツプリングスロツトの
中間位置に位置するようにマイクロ波発射装置を
導波室内に挿入して設けることにより、極めて構
造が簡単であるが、全体的に小型であり且つ動作
特性が安定したマイクロ波無電極光源装置を提供
することが可能となる。

以上、本発明の具体的実施の態様について詳細
に説明したが、本発明はこれら具体的にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を
逸脱することなしに種々の変更が可能であること
は勿論である。例えば、単に一対のカツプリング
スロツトを使用する代わりに、各々のカツプリン
グスロツトがマイクロ波室の中心に関して対称的
な複数の対をなすカツプリングスロツトを設ける
ことも可能である。又、ランプ被包体の小径部分
７６はランプ被包体の中央部分に一個設ける場合
についてのみ説明したが、マイクロ波室２内に形
成される定在波が複数個の節を有する場合には、
それらの節に対応して複数個の小径部分７６をラ
ンプ被包体の長手方向に沿つて所定の位置に設け
ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に基づいて構成さ
れたマイクロ波無電極光源装置を示した概略斜視
図、第２図は第１図に示した装置において網８を
除去した状態を示した概略底面図、第３図は第２
図中における３−３線に沿つてとつた概略断面
図、第４図は第３図中の４−４線に沿つてとつた
概略断面図、第５図は本発明装置に使用すること
が可能な改良されたランプ被包体を示した概略正
面図、第６図はランプ被包体の長手方向の位置の
関数として測定したランプ出力強度を示したグラ
フ図、第７図はランプ被包体の長手方向の位置の
関数としての焦点面における照射強度を示したグ
ラフ図、第８図はランプ被包体の位置の関数とし
てのランプ被包体の表面温度を示したグラフ図、
である。 （符号の説明）、２：マイクロ波室、４：ラン
プ被包体、６：反射器、８：網、１０：板バネフ
インガ、１２：凹所、１４：反射器端部、１６，
１８：カツプリングスロツト、２０：マグネトロ
ン、２２：箱型構造体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １面に開口を有し該開口を光は透過させるが
   マイクロ波は透過させない網で被覆したマイクロ
   波室、前記マイクロ波室内に配置されマイクロ波
   を吸収して光を発生する媒体を封入したランプ被
   包体、前記マイクロ波室の第一方向における両端
   部から所定距離に穿設されマイクロ波を前記マイ
   クロ波室内に導入するための一対のカツプリング
   スロツト、前記一対のカツプリングスロツトによ
   り前記マイクロ波室と連通され前記マイクロ波室
   に隣接して設けた導波室、前記一対のカツプリン
   グスロツトの中間位置において前記導波室に挿入
   されたマイクロ波発射装置、を有することを特徴
   とするマイクロ波無電極光源装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記ランプ
   被包体は、円筒形状であり、少なくとも一個の小
   径部が形成されていることを特徴とするマイクロ
   波無電極光源装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記ランプ
   被包体の両端に支持部が形成されており、該支持
   部が前記マイクロ波室の壁の端部に支持されてい
   ることを特徴とするマイクロ波無電極光源装置。 ４ 特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１
   項において、前記導波室の壁の少なくとも一部に
   複数個の冷却孔が形成されていることを特徴とす
   るマイクロ波無電極光源装置。 ５ 特許請求の範囲第４項において、前記マイク
   ロ波室と前記導波室とが隣接する共通壁部分に複
   数個の冷却孔が形成されていることを特徴とする
   マイクロ波無電極光源装置。 ６ 特許請求の範囲第１項乃至第５項の内の何れ
   か１項において、前記カツプリングスロツトが矩
   形形状であることを特徴とするマイクロ波無電極
   光源装置。 ７ 特許請求の範囲第１項乃至第６項の内の何れ
   か１項において、前記マイクロ波室の内側表面は
   少なくとも部分的に光反射性であることを特徴と
   するマイクロ波無電極光源装置。