JPS622446A - 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】 〔産業上の利用分野〕 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。

〔従来の技術〕

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、金属導体よりなる中空バイブ状のアンテナにより
無電極ランプの近くまで導き、このアンテナを介して導
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
紫外線の出力動帯が高く、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。

〔発明が解決しようとする問題点） 通常、アンテナによって伝送されるマイクロ波を無電極
ランプに照射する場合、アンテナから放射される電磁場
を有効に効率よく利用するため、球形の無電極ランプで
アンテナを覆うように構成している。

しかしながら、アンテナから伝送されるマイクロ波は、
アンテナ軸の方向に電磁場を発生させず、アンテナ軸方
向の電界強度が極めて弱くなる。この結果、無電極ラン
プの上記アンテナ軸方向に対向する部位の発光強度が低
下し、発光むらを生じるとともに、光に変換されるエネ
ルギー効率もこの部分で低下する不具合があった。

すなわち、アンテナから放射されるマイクロ波の電界強
度分布はアンテナの形状に制約されるものであり、この
ようなアンテナの形状に依存する電界強度分布に適した
無′１１極ランプの形状が作り難く、したがってマイク
ロ波の照射が適切になされない欠点があった。

したがって本発明の目的とするところは、アンテナの形
状および無電極ランプの形状に制約されることなく、よ
り適切な電界強度の分布を有するマイクロ波を照射し、
したがって無電極ランプの発光むらを改善して、光変換
のエネルギー効率が向上す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。

（問題点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、アンテナと無電極ラ
ンプの間に、上記アンテナの少なくとも先端部がＳＩＩ
されるマイクロ波導伝性流体を収容した部屋を設けたこ
とを特徴とする。

〔作用〕

上記の構成によると、アンテナの先端部から放射される
マイクロ波は、マイクロ波導伝性流体を通じて放出され
るので、アンテナの形状および無電極ランプの形状に制
約されることなく電界強度の分布が改善され、よって無
電極ランプの発光むらが改善されるとともに、変換のエ
ネルギー効率が向上する。

〔発明の実施例〕

以下本発明について、第１図に示す一実施例にもとづき
説明する。

図面中１はマイクロ波を伝送する導波管であり、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８１５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、マイクロ波を通
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１が挿通されてい
る。アンテナ７は、銅などの金属導体によってパイプ形
に形成されておリ、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、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１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１、外ガラスチューブ１０．１１間に気密の放電空
間１２を構成している。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。

上記無電極ランプ９の外方は、反射鏡１４により覆われ
ており、この反ａ４鏡１４は図示下端が開口された略円
錐型をなしている。反射１１１１４の図示上端は前記支
持板８に取着されている。そして、反射鏡１４の下端開
口部は、マイクロ波の漏洩を防止し、しかしながら光の
透過を許す金網１５により覆われている。

しかして、本実施例においては、上記無電極ランプ９に
おける内側ガラスチューブ１０の内部空間がマイクロ波
導伝性流体１６の収容室１７を兼用している。この収容
室１７には上記マイクロ波導伝性流体１６が充填されて
おり、前記アンテナ１の図示下端はこの流体１６に浸漬
されている。

マイクロ波導伝性流体１６は、マイクロ波を吸収しない
液体金属や磁性流体、または金属粉体などからなり、例
えば水銀が使用されている。

マイクロ波導伝性流体１６は無電極ランプ９における内
側ガラスチューブ１０の内面に直接接触しており、した
がって内側ガラスチューブ１０は収容室１７の周囲壁を
兼用している。

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。

この場合、アンテナ７の先端は水銀などのマイクロ波導
伝性流体１６に浸漬されているので、アンテナ７から無
電極ランプ９に向かって放射されるマイクロ波は、一旦
流体１６に伝達され、この流体１Ｇを通じて無電極ラン
プ９に伝えられる。マイクロ波導伝性流体１６はマイク
ロ波を全方向に伝播するから、収容室１１の外壁周囲の
電界強度分布は全体に亙って一様になる。収容室１７の
外壁は、無電極ランプ９の内側ガラスチューブ１０によ
って兼用しているため、無電極ランプ９の放電空間１２
内における電界強度分布は、アンテナ軸の向きに拘らず
全体に亙って一様となる。

したがって、放電空間１２内に封入されている水銀や希
ガスが上記一様な強度で分布された電界によって励起さ
れ、プラズマ放電を発生し、この放電により発生する紫
外線がランプ９の外方に放射される。

この結果、無電極ランプ９においてその場所ごとに発光
強度むらが発生せず、かつマイクロ波の光変換効率も向
上する。

このことから、アンテナ７および無電極ランプ９の形状
に制約されることがなくなる。

上記第１図の構成において、マイクロ波導伝性流体１６
として水銀を用いた場合の実験結果を、第　　−２図に
示す。

同図においては、収容室１７に水銀を充填した場合と、
充填しない場合とについて、ランプ９から２　Ｏｆ’：
離れたランプ直下の紫外線２５４　ｎｍに係る放射照度
がどの位差があるかを、マイクロ波強度を変化させて測
定したものである。

第２図から明らかなように、水銀を使用した本発明にも
のが、直下照度が向上しており発光効率の改善が確認さ
れる。

第３図は本発明の他の実施例を示す。

第３図の実施例では、無電極ランプ９における内側ガラ
スチューブ１０と、収容室１７の外周壁２０とを別の部
材で形成しである。収容室１７の外周壁２０は、ポリエ
チレンや塩化ビニールなどのようにマイクロ波の吸収が
少ない、したがってｙｇｌ力率の小さな誘電体膜により
形成しである。

上記無電極ランプ９の内側ガラスチューブ１０と、収容
室１７の外周壁２０との間は離間されており、この空間
は冷却空間２１とされている。冷却空間２１は支持板８
に形成した流入口２２および流出口２３に連通している
。流入口２２は、導波管１を槙貫通して挿通された導入
バイブ２４に接続されている。

この導入バイブ２４は、冷却ガス、例えば不活性ガスや
空気を供給するガスボンベあるいは圧縮ポンプ（図示し
ない）などに接続されている。なお、２５は導入バイブ
２４の固定具である。

このような構成による第゛２′図に示す実施例では、ア
ンテナ７からマイクロ波導伝流体１６を通じて無電極ラ
ンプ９にマイクロ波を伝送している時、導入バイブ２４
を通じて不活性ガスまたは空気などの冷却ガスを送ると
、冷却空間２１内のガスが排除される。すなわち、冷却
空間２１にガス流が発生し、このガス流によって無ｆｆ
１ｆｆｉランプ９の内側ガラスチューブ１０と、収容室
１７の外周壁２０が強制的に冷却される。

この結果、無電極ランプ９の温度上昇が防止され、紫外
線変換効率が一層向上するとともに、内側ガラスチュー
ブ１０および収容室１７の外周壁２０に温度分布が発生
することがなくなり、放電が安定化する。

なお、上記第３図の実施例の場合、無電極ランプ９の内
側ガラスチューブ１０と、収容室１７の外周ｗ２０の形
状は必ずしも相似形であることには限らず、収容室１７
の外周壁２０全体から一様な強度の電界が発生されるも
のであるため、無電極ランプ９の形状を種々変更するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、アンテナと無電極
ランプの間に、上記アンテナの少なくとも先端部が浸漬
されるマイクロ波導伝流体を収容した部屋を設けたから
アンテナの形状に制約されることなく、マイクロ波の電
界強度の分布が改善され、したがって無電極ランプの発
光むらが改善されるとともに、光変換エネルギー効率が
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すマイクロ波放電光源装
置の構成図、第２図はマイクロ波入力と紫外線放射照度
との関係を示す特性図、第３図は本発明の他の実施例を
示すマイクロ波放電光源装置の構成図である。 １・・・導波管、２・・・マグネトロン、６・・・開口
部、７・・・アンテナ、９・・・無電極ランプ、１０・
・・外側ガラスチューブ、１１・・・内側ガラスチュー
ブ、１２・・・放電空間、１６・・・マイクロ波導伝流
体く水銀）、１７・・・マイクロ波導伝流体の収容室、
２０・・・収容室の外周壁、２１・・・冷却空間。

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するアンテナとを
   具備するマイクロ波放電光源装置において、上記アンテ
   ナと無電極ランプの間に、上記アンテナの少なくとも先
   端部が浸漬されるマイクロ波導伝性流体を収容した部屋
   を設けたことを特徴とするマイクロ波放電光源装置。
2. （２）上記マイクロ波導伝性流体を収容した部屋と無電
   極ランプの間に冷却空間を形成した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。