JPH10106508A

JPH10106508A - マイクロ波無電極光源装置

Info

Publication number: JPH10106508A
Application number: JP8277185A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sato; 博佐藤
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】高い発光出力を得ることができる無電極光源
装置を提供する。【解決手段】発光材料が封入された無電極放電管と、
マイクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生
したマイクロ波を無電極放電管に結合させるマイクロ波
結合手段とを備えたマイクロ波光源装置であって、無電
極放電管が、マイクロ波と結合する結合部と、この結合
部からマイクロ波が伝送される発光部とを有し、発光部
の表面積を結合部の表面積より大きくする。好ましく
は、発光部の表面積を、結合部の表面積の２〜５倍に設
定することで、広い範囲のマイクロ波電力にわたって高
い発光出力を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電管に封入され
た発光材料（ガス）をマイクロ波の照射によって励起さ
せ、発光させる無電極光源装置に係り、特に、発光出力
の大きい無電極光源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】発光材料を封入した放電管にマイクロ波
を照射して発光材料を励起させて発光を生じさせる無電
極光源装置は、紫外線の光源として広く利用されてい
る。従来の無電極光源装置の構造を図３に示す。図にお
いて１は発光材料が封入された放電管、２はマイクロ波
共振器からなるマイクロ波空胴、３は連続したマイクロ
波を発生させるマグネトロン、４はマグネトロン３で発
生したマイクロ波を伝送させる導波管、５は導波管４に
よって伝送されたマイクロ波を放電管１に結合させるア
ンテナ、６はマイクロ波空胴２外へのマイクロ波の漏洩
を防止する金属メッシュである。

【０００３】マグネトロン３で励起されたマイクロ波
は、導波管４及びアンテナ５を介して放電管１に供給さ
れる。このとき、マイクロ波空胴２は、供給されるマイ
クロ波の共振器となっているため、放電管全体と結合す
る。放電管１に封入された発光材料、例えば希ガス、あ
るいは希ガスとハロゲンガスの混合ガスは、供給された
マイクロ波によって励起され、プラズマ化し、基底状態
に戻る際、そのエネルギーギャップに相当する波長の光
を放出する。発光材料の種類によって、この放出される
光の波長が変化する。

【０００４】従来、無電極光源装置に使用されていた放
電管１は、図に示すように、長手方向にわたって直径が
一定の円筒状であった。

【０００５】図４に、円筒状の放電管に供給されるマイ
クロ波電力と放電管から放出される発光出力（相対値）
の関係を示す。放電管の内径は、６ｍｍと１３ｍｍの２
種類である。（尚、放電管の外径は、それぞれ８ｍｍ、
１７ｍｍであり、放電管は石英管で構成した。）図に示
すように、放電管の内径が小さい場合、マイクロ波電力
の増加に対して発光出力の増加する割合は小さい。これ
は、放電管の内径（表面積）が小さいと、供給されるマ
イクロ波電力が小さい場合でも、発光材料が十分に励起
され、比較的大きな発光出力が得られる。しかし、供給
されるマイクロ波電力が大きくなると、発光部の放電容
量が小さいため、発光材料の励起に寄与するマイクロ波
は飽和し、反射マイクロ波電力が増加することになる。
その結果、発光出力が大きくならないためと考えられ
る。

【０００６】一方、放電管の内径が大きい場合、供給さ
れるマイクロ波電力が大きいときには大きな発光出力が
得られるが、マイクロ波電力が小さくなると発光出力が
小さくなる傾向を示している。図に示すように、マイク
ロ波電力が小さいとき、放電管の内径が６ｍｍの場合に
比べて発光出力が小さくなっている。これは、放電管の
内径が大きい場合、放電管の表面積が大きくなり、単位
面積当たりの電界強度が小さくなり、発光材料が十分に
励起されなくなるためと考えられる。尚、図示されてい
ないが、供給されるマイクロ波電力１３００Ｗを越えて
増加させると、発光出力は増加していく。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の径
が一定の放電管を備えた無電極光源装置では、放電管の
径が小さいとき、低いマイクロ波電力で高発光出力が得
られるが、高いマイクロ波電力では相対的に高い発光出
力を得ることができなかった。また、放電管の径が大き
いとき、高いマイクロ波電力で高発光出力が得られる
が、低いマイクロ波電力で相対的に高い発光出力を得る
ことができなかった。本発明は、上記問題点を解決し、
広範囲のマイクロ波電力に対し、高い発光出力を得るこ
とができる無電極光源装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、発光材料が封入された無電極放電管と、マイ
クロ波発生手段と、該マイクロ波発生手段で発生したマ
イクロ波を前記無電極放電管に結合させるマイクロ波結
合手段とを備えたマイクロ波無電極光源装置において、
前記無電極放電管は、前記マイクロ波と結合する結合部
と、該結合部からマイクロ波が伝送される発光部とを有
し、該発光部の表面積を前記結合部の表面積より大きく
したことを特徴とするものである。

【０００９】特に、前記無電極放電管の発光部の表面積
を、前記結合部の表面積の２〜５倍に設定することによ
り、相対的に高い発光出力を得ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１に本発明の無電極光源装置の一例を示
す。図において１は発光材料が封入された放電管であ
り、従来例と異なり、直径の小さい結合部１１と直径の
大きい発光部１２からなる。２’は供給されるマイクロ
波に対して非共振のマイクロ波空胴、３は連続したマイ
クロ波を発生させるマグネトロン、４はマグネトロン３
で発生したマイクロ波を伝送させる導波管、５は導波管
４によって伝送されたマイクロ波を放電管１の結合部１
１に結合させるアンテナ、６はマイクロ波空胴２’外へ
のマイクロ波の漏洩を防止する金属メッシュである。

【００１１】マグネトロン３で励起されたマイクロ波電
力が、導波管４及びアンテナ５を介して放電管１の結合
部１１に供給される。放電管１に封入された発光材料、
例えば希ガス、あるいは希ガスとハロゲンガスの混合ガ
スは、供給されたマイクロ波によって励起され、プラズ
マ化し、基底状態に戻る際に、そのエネルギーギャップ
に相当する波長の光を放出する。

【００１２】マイクロ波空胴２’は、供給されるマイク
ロ波に対して非共振とし、アンテナ５から供給されるマ
イクロ波は放電管１の結合部１１のみに結合する。そし
て、結合部１１に供給されたマイクロ波は、放電管１の
内壁表面を表面波モードにより伝送し、発光部１２に供
給される。放電管１内に封入された発光材料は、結合部
１１及び発光部１２で励起され、放電管全体で発光が生
じる。非共振のマイクロ波空胴２’を使用することによ
って、共振器を使用した場合発生する電界集中を防ぐこ
とができ、放電管１の長手方向にほぼ均一な発光出力を
得ることができる。

【００１３】図２に、アンテナから供給されるマイクロ
波電力と放電管の発光出力（相対値）の関係を示す。放
電管は、結合部の内径が６ｍｍ、発光部の内径が１３ｍ
ｍの円筒状である。比較のため、従来の放電管の特性も
記載した。図に示すように、供給されるマイクロ波電力
が小さいとき、内径が６ｍｍ一定の放電管の出力より小
さいものの、マイクロ波電力の増加にともない、発光出
力が増加し、内径６ｍｍの放電管の出力を上回ることが
わかる。また、内径１３ｍｍ一定の放電管と比較する
と、すべての領域で、本発明の発光出力が上回り、本発
明の放電管の特性が優れていることがわかる。

【００１４】このような特性は、結合部６ｍｍ、発光部
１３ｍｍの構造の放電管に限られることはなく、結合部
及び発光部の形状は以下のように適宜設定される。ま
ず、発光部の形状は、必要な発光出力及び供給するマイ
クロ波電力に応じて設定される。また、放電管の長手方
向の寸法によっても、設定値は変化する。即ち、本発明
の放電管は、結合部のみに供給されるマイクロ波と結合
し、発光部へのマイクロ波の供給は、放電管内壁表面を
伝送させることにより行っている。そのため、結合部か
ら遠ざかるに従い、放電管の電界強度は減少することに
なる。長手方向の寸法の大きい放電管では、供給される
マイクロ波電力を大きくする必要があるからである。

【００１５】また、結合部の直径は、供給されるマイク
ロ波と最も整合のとれる径が選択される。即ち、導波
管、アンテナで構成されるマイクロ波の伝送経路との関
係を考慮して適宜設定される。

【００１６】更に、結合部の表面積に対して発光部の表
面積は、２から５倍の範囲で選択するのが好ましい。こ
れは、発光部の表面積が結合部の表面積の２倍以下で
は、発光部の放電容量が小さく、マイクロ波電力が増加
するに従い、反射電力が増加し、従来例で説明したよう
に、発光出力が大きくならず、特性の改善が見られな
い。また、発光部の表面積が結合部の表面積の５倍を超
えると、発光部の表面積が大きくなりすぎて、プラズマ
が発生するために必要な電界強度が得られず、低マイク
ロ波電力領域で、発光出力が高くならないため適当でな
いからである。

【００１７】無電極放電管に封入される発光材料は、所
望の波長の発光を得るために適宜選択される。例えば、
キセノンと塩素、キセノンとフッ素、クリプトンと塩
素、クリプトンとフッ素の混合ガスを選択すると、それ
ぞれ３０８、３５１、２２２、２４８ｎｍの波長の発光
光を得ることができる。封入されるガスの圧力も、最適
の条件に適宜設定される。

【００１８】上記説明は、放電管の両端に結合部を備え
た構造について説明を行ったが、いずれか一方のみに結
合部を備える構造であっても良い。また、発光部の構造
は、均一の内径の円筒状に限定されるものではなく、内
径が徐々に変化する構造であっても良い。更に、発光部
をＵ字型に変形する等、変更することができる。

【００１９】本発明の無電極光源装置には、周知の構造
を付加することも可能である。例えば、放電管を冷却す
るための冷却装置や、放電管から放射された発光光を所
定の方向に放射するため反射ミラーを付加することが可
能である。また、本発明の無電極光源装置から放射され
た光を被処理物の照射する装置を構成する場合は、被処
理物の搬送装置や攪拌装置を付加することで、効率的な
処理装置を構成することも可能となる。更に、複数の放
電管を組み合わせて、照射面積を大きくすることも可能
である。

【００２０】更に、より高出力のマイクロ波を供給する
ため、連続したマイクロ波を供給するかわりに、パルス
状のマイクロ波を供給する構成であっても良い。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、直径の小
さい結合部とそれより直径の大きい発光部からなる放電
管を使用することにより、広範囲のマイクロ波電力に対
して、発光出力の大きい無電極光源装置を提供すること
ができた。また、本発明の無電極光源装置は、発光材料
の種類によらず、発光出力を高くすることが可能であ
り、利用範囲が広いという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明する断面図である。

【図２】本発明の実施の形態の発光出力特性を説明する
グラフである。

【図３】従来の無電極光源装置を説明する断面図であ
る。

【図４】従来の無電極光源装置の発光出力特性を説明す
るグラフである。

【符号の説明】

１放電管２、２’ マイクロ波空胴３マグネトロン４導波管５アンテナ６金属メッシュ１１結合部１２発光部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光材料が封入された無電極放電管と、
マイクロ波発生手段と、該マイクロ波発生手段で発生し
たマイクロ波を前記無電極放電管に結合させるマイクロ
波結合手段とを備えたマイクロ波無電極光源装置におい
て、前記無電極放電管は、前記マイクロ波と結合する結合部
と、該結合部からマイクロ波が伝送される発光部とを有
し、該発光部の表面積を前記結合部の表面積より大きく
したことを特徴とするマイクロ波無電極光源装置。
【請求項２】請求項１記載のマイクロ波無電極光源装
置において、前記無電極放電管の発光部の表面積が、前
記結合部の表面積の２〜５倍であることを特徴とするマ
イクロ波無電極光源装置。