JPS61240562A - マイクロ波放電光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、マイクロ波により無電極ランプを放電させる
ようにしたマイクロ波放電光源電装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

例えば、上下水の浄化処理、あるいは半導体製造に使用
される超純水の製造技術などでは、水中の雑菌を殺菌（
滅菌）するため、水に紫外線を照射することがおこなわ
れている。また、ばつき処理槽などから排出される空気
中に含まれる雑菌を殺菌、脱臭のために、この排出空気
に紫外線を照射することも採用されている。さらには、
紫外線を利用してインク乾燥などの物理的処理あるいは
化学的処理を施すことも考えられている。

このような紫外線処理のために使用される紫外線発光源
として、従来、高出力水銀ランプが用いられてきた。高
出力水銀ランプはその出力を上げようとすると、電極間
距離を大きくしたり、発光管の径を太くする必要があり
、ランプの大形化、つまり紫外線発光源の大形化が余儀
無くされる。

また、安定器などのランプ付属設備も大形化する。

しかも、高出力水銀ランプは、電極材料の蒸発に起因す
るランプ発光管の黒化を生じるのでランプ寿命が短いと
いう欠点がある。

このような欠点を解消する紫外線光源として、近時、マ
イクロ波により放電プラズマを発生させて発光させる無
電極ランプを用いたマイクロ波放電光源装置が開発され
つつある。

このものは、マイクロ波発振器より発生されたマイクロ
波を、たとえば導波管および金属導体よりなるアンテナ
などのような伝送手段により無電極ランプの近くまで導
き、この伝送手段を介して導かれたマイクロ波を無電極
ランプに照射し、これにより無電極ランプ内にプラズマ
放電を発生させ、封入した水銀や封入ガスを励起させて
紫外線を放出するようになっている。

このような無電極ランプは、マイクロ波により水銀や封
入ガスを励起させるものであるため、水銀ランプよりも
紫外線の出力効率が高く、小形化が可能であるとともに
、電極を持たないから長寿命であるなどの利点がある。

したがって、上記無電極ランプから照射される紫外線を
、被照射物に浴びせるようにすれば、小形で高効率な紫
外線処理装置が得られることになる。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、このような無電極ランプを低温度雰囲気
で点灯させたり、ランプ内の水銀量を少なくしたり、あ
るいはランプへの入力電力を小さくすると、印加される
マイクロ波の入力モードの影響によりランプの周方向に
縞模様が発生することがあり、このような場合には均一
な発光が得られなくなる。これは、確かではないが、マ
イクロ波の入力モードに応じて、放電空間内の発光封入
物に密度分布差が発生するため、上記縞模様が生じるも
のと推察される。

特に、被照射物が液体や気体であって、無電極ランプを
処理すべき液体や気体の流れの中にさらした場合、この
流体によって無電極ランプが強制冷却されるため、ラン
プの最冷部温度が低くなり、したがって水銀蒸気圧が低
くなり過ぎて上記の縞模様が顕著に発生する。

上記のような縞模様は、一般のけい光ランプを例えば低
温度雰囲気中で点灯しても見られる現象であるが、一般
のけい光ランプの場合は管壁が暖まってくると上記縞模
様が消えるのに対し、前記無電極ランプの場合は管壁が
暖まっても縞模様が消えないことがある。すなわち、無
電極ランプの場合には管壁温度が、例えば紫外線波長２
５３．７ｎｍの変換効率が最も高くなる４０℃に達して
も、上記縞模様が以前として残ることが多い。

このような縞状の放電は、紫外線の強度分布を不均一に
し、したがってこの放電を利用する物理的あるいは化学
的処理に不具合な状態をもたらす欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情に基づきなされたもので、その目的
とするところは、均一な光照射が得られるマイクロ波放
電光源装置を提供しようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するため、マイクロ波により放
電される無電極ランプに移動する磁界を与えるようにし
、上記無電極ランプに発生する縞模様を上記磁界により
移動させることにより、見掛は上鉤−な発光となるよう
にし、もって紫外線の照射を均一化できるようにしたも
のである。

〔発明の実施例〕

以下本発明について、図示の一実施例にもとづき説明す
る。

図面は本発明のマイクロ波放電光源装置を、水の殺菌処
理装置に適用した例を示し、１はマイクロ波を伝送する
導波管（伝送照射手段）である。

この導波管１は両端が閉塞された断面長方形の角筒をな
している。

導波管１の一端には、マイクロ波を発生する発振器、す
なわちマグネトロン２が金属ガスケット４を介して設置
されている。マグネトロン２のマイクロ波発振部３は、
導波管１に導入されている。

マグネトロン２は、マグネトロン電源５に接続されてい
る。

導波管１の他端には一側面に位置して、マイク０波を通
過させるに充分な大きさの径、たとえば導波管１の縦幅
と略同等の径をもつ円形の開口部６が開設されている。

この開口部６の中心部には、アンテナ７　（伝送照射手
段）が挿通されている。

アンテナ７は、フッ素樹脂またはアルミナセラミックス
等の絶縁体よりなる支持板８を介して導波管１に固定さ
れている。このアンテナ７は、銅などの金属導体によっ
て形成されており、導波管１の外側に向かって一定の長
さで突出されているとともに、導波管１の内側に向かっ
ても一定の長さで突出されている。

上記導波管１の外側に向かって突出されたアンテナ７の
外周には、無電極ランプ９が被冠されている。無電極ラ
ンプ９は、図示の下端が閉塞された逆吊り鐘形の内側ガ
ラスチューブ１０と、この内側ガラスチューブ１０の外
側にこの内側ガラスチューブ１０を覆って設けられた同
じく逆吊り鐘形外側ガラスチューブ１１とを備え、これ
ら内、外ガラスヂコーブ１０．１１間に気密の放電空間
１２を１Ｍ成している。この放電空間１２内には、水銀
と、アルゴンなどの希ガスが封入されている。

このような無電極ランプ９は、固定具１３を介して前記
支持板８に取着されており、この場合、内側ガラスチュ
ーブ１０の内部中心線上に上記アンテナ７が収容されて
いる。

このような無電極ランプ９は、処理容器１５内に収容さ
れている。処理容器１５は、非磁気遮蔽材料により構成
されており、図示上端はＯリング１６を介して支持板８
に液密に取付られているとともに、下端にはＯリング１
７を介して非磁気遮蔽材料よりなるカバー１８が液密に
取着されている。このため、処理容器１５は、内部に上
記無電極ランプ９を収容した処理室１９を構成している
。

処理容器１５には上記処理室１９に連なる流入口２０お
よび流出口２１が開口されている。流入口２０は、流量
計２２、ポンプ２３を介して水ｌｌ１２４に接続されて
おり、また、流出口２１は処理された水を使用する使用
箇所（図示しない）に接続されている。

しかして、処理容器１５のカバー１８の外底面には電磁
石２５が取付けられている。この電磁石２５は文種電源
２６に接続されている。電磁石２５を文種電源２６に電
気接続すると、処理容器１５内に磁界が発生し、しかも
この磁界は文種電源２６により２次元的に移動されるよ
うになっている。

なお、処理容器１５の内底部には攪拌体２７が収容され
ている。この攪拌体２１は、磁性体よりなる例えば棒材
の表面をフッ素樹脂などで被覆したものであり、上記磁
界の移動に伴って移動させられるようになっている。

このような構成の作用について説明する。

マグネトロン２のマイクロ波発振部３から発振されたマ
イクロ波は、導波管１内を伝送されてアンテナ７に達す
る。アンテナ７に達したマイクロ波は、このアンテナ７
を通じて無電極ランプ９の内側に放射される。したがっ
て、無電極ランプ９の放電空間１２内に封入されている
水銀や希ガスが励起されてプラズマ放電を発生し、この
放電にＪ：り発生する紫外線はランプ９の外方、すなわ
ち処理容器１５内の処理室１９に放射される。

一方、ポンプ２３により水源２４から汲み上げられた水
は流量計２２、流入口２０を通って処理室１９内に導入
される。処理室１９内では無電極ランプ９から紫外線が
放出されているので、処理室１９内の水は紫外線の照射
を浴び、紫外線の殺菌作用により殺菌される。そして、
殺菌処理の終えた水は流出口２１より排出される。

ところで、無電極ランプ９にマイクロ波を伝送すると同
時に、電磁石２５に文種電源２６を印加すると、この電
磁石２５によって処理室１９内に磁界が発生され、この
磁界は無電極ランプ９の放電空間１２内に作用する。し
かもこの磁界は文種電源２６により２次元的に移動され
るので、放電空間１２内のプラズマがこの磁界によって
移動させられる。この結果、無電極ランプ９の周方向に
マイクロ波モードによる発光の縞模様が発生しても、こ
の縞模様は上記磁界の移動とともに移動され、したがっ
て、紫外線の強度分゛布は時間平均すると均一になる。

゛また、磁界の移動を高速にすれば、無電極ランプ９全
体ではあたかも縞模様が消えたようになって、均一な発
光となる。

なお、処理容器１５の内底部に収容された攪拌体２７は
、上記磁界の移動に伴って移動させられるので、処理容
器１５に導入された殺菌処理すべき水を攪拌し、よって
水の殺菌作用をより均一にできる。

なお、上記実施例では水の殺菌浄化の場合について説明
したが、この発明は上記実施例に限らず、その他の液体
、あるいは空気を始めとするガス体の殺菌、脱臭処理、
またはインク乾燥処理などに実施できる。

また、上記実施例では、電磁石２５を処理容器１５の外
底部に配置した構造について説明したが、防水、絶縁処
理をした電磁石２５を無電極ランプ９の周囲に設置する
ようにしてもよいし、また移動される磁界は上記のよう
に２次元的に回転移動する磁界に限らず３次元に移動す
る磁界であってもよい。

さらにアンテナ７は、上記実施例のごとく無電極ランプ
９の内側ガラスチューブ１０内に挿通させたものに限ら
ず、例えば一般照明用けい光ランプと同様な外形をもつ
無電極ランプの外側に添設するようなものであってもよ
く、アンテナや無電極ランプの形状には制約されない。

さらにまた、マイクロ波の伝送照射手段として導波管と
アンテナを使用したが、導波管の代わりに同軸ケーブル
を用いても良く、かつアンテナの代わりに空洞共振器を
用いるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、マイクロ波により
放電される無電極ランプに移動する磁界を与えるように
したから、発光中にはプラズマが上記移動される磁界に
よって移動させられるため、マイクロ波のモードに依存
する縞模様が発生してもこの縞模様も移動されるので、
時間平均した紫外線強度は均一となり、したがって全体
として均一な紫外線照射が可能になる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、マイクロ波放電光源装
置を用いた水の殺菌処理装置の説明図である。 １・・・導波管（伝送照射手段）、２・・・マグネトロ
ン、６・・・開口部、７・・・アンテナ（伝送照射手段
）、９・・・無電極ランプ、１５・・・処理容器、１９
・・・処理室、２０・・・流入口、２１・・・流出口、
２５・・・Ｎ磁石、２６・・・文種電源、２７・・・攪
拌体。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 つ【１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波発振器と、マイクロ波を受けることに
   より内部に封入された水銀が励起されて紫外線を発する
   無電極ランプと、上記マイクロ波発振器により発生した
   マイクロ波を上記無電極ランプに伝送照射する手段とを
   具備するマイクロ波放電光源装置において、上記無電極
   ランプに移動する磁界を与える磁場発生装置を備えたこ
   とを特徴とするマイクロ波放電光源装置。
2. （２）上記無電極ランプは、被照射流体を流す処理室に
   収容されて被照射流体に接触されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のマイクロ波放電光源装置。