JPS62274597A - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 この発明はマイクロ波放電光源装置、と（にその電源回
路に関するものである。

〔従来の技術〕

第、３図は例えば特開昭５６−１２６２５０号公報に示
されたマイクロ波放電光源装置を示す断面構成図であり
９図において（１）はマグネトロン、（２）はマグネト
ロンアンテナで、これらｉｌ＋＋２１によりマイクロ波
を発生するマイクロ波発振器を構成する。

（３）は導波管、（４）は内壁の形状を回転対称形に構
成されたマイクロ波空胴壁で金属メツシュ板（５）とで
マイクロ波空胴（６）を形成する。（７）は空胴壁（４
）と導波管（３）の接合部に設けられたマイクロ波給電
口。

（８）は球形に形成された放電灯でプラズマ生成媒体が
封入されている。（９）はファン、αＱは導波管（３）
の一部に設けられた通気口、αυはマグネトロン（１）
。

導波管（３）、空胴（５）等を覆う箱体である。

次に動作について説明する。マグネトロン（１）によっ
て発生したマイクロ波は、マグネトロンアンテナ（２）
を通じて導波管（３）甲に放射される。このマイクロ波
は導波管（３）を伝播し、給電口（７）を通して空胴（
６）中に放射され、空胴（６）甲にマイクロ波電磁界を
形成する。このマイクロ波電磁界により、放電灯（８）
中のガスが放電し、放電灯内壁が熱せられ。

管中にある水銀等の金属が蒸発しガス化されて放電は金
属ガスの放電に移る。この時、金属の種類に応じた特定
の発光スペクトルを持つ光が発生する。この光を有効に
利用するため、空胴壁（４）の内面で反射面を形成させ
るとともに前面をマイクロ波は透過させないが、光は透
過させるメツシュ板（５）で覆い、光を面方のみに放射
させている。

ここで、マグネトロン（１）を駆動する電源は例えば実
開昭５６−１６２８９９号公報に示されるように５０〜
６０１）ｚの商用電源をトランスで昇圧して整流した高
圧の脈流を用いている。

整流回路が全波整流回路であるから高圧は１００〜１２
０Ｈｚの脈流となり、マグネトロン＋１）は１００〜１
２ＧＨｚのパルス状のマイクロ波を発生する。

放電灯（８）中のガスはこのように１００〜１２０Ｈｚ
で変調されたマイクロ波により放電している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のマイクロ波放電光源装置は以上のように構成され
ており、電源が５０〜６０Ｈ２の商用電源であるから１
例えばマグネトロンの人力が１．５ｋＷの場合、昇圧ト
ランスの重量は１０Ｋｆ以上にもなり非常に重い。

また、整流回路が全波整流回路であるため、昇圧トラン
スの２次巻線は巻き始め０巻き終わり共に接地すること
ができないため、絶縁を確保するのにトランス全体が太
き（なり、また、トランス以外の部分でも非常な高圧が
発生し１部品の信頼性が低下する等の不都合があった。

一方、整流回路を半波整流回路にすれば、昇圧トランス
の２次巻線は片側が接地できるため、上述の問題は少な
（なるが、マグネトロン（１）に印加される電圧が電源
の半周期で０になり、８〜１０ｍ５はマイクロ波が休止
するため、放電灯（８）の立上り時に放電が維持できな
くなり、放電の立ち消えが起きる恐れがある。従って、
全波整流回路を用いざるを得ない。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、装置を軽（できるとともに電力の制御即ち放
電の制御も簡単に行なえ、放電灯の放電も安定なマイク
ロ波放電光源装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るマイクロ波放電光源装置は、マイクロ波
発振器の電源を高周波インバータ化すると共に、放電灯
の直径がＤＩｌｌの時、インバータの周波数を１５００
／ＤＫＨｚ以上に設定したものである。

〔作　用〕

この発明におけるマイクロ波発振器の電源は。

インバータにより高周波化されているので、放電灯の放
電が安定になり、昇圧トランスも軽量、小型になる。

〔実権例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実症例に係るマイクロ波発振器の電源
回路を示す回路図であり９図において、Ｅは商用電源、
ＤＩはダイオードブリッジ。

Ｄ２．Ｄ３．Ｄ４はダイオード、Ｑ２．Ｑ３は半導体ト
ランジスタでＦＥＴであり、ＦＥＴＱ２゜Ｑ３によりイ
ンバータ■を構成する。Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、ＴＩ
は昇圧トランス、ｃ！υはＦＥＴを駆動するドライブ回
路、■はドライブ回路Ｃ！υにＰＷＭで制御されたパル
スを送る制御回路、のはマグネトロン（１）のフィラメ
ント電源である。これに用いられるマイクロ波放電光源
装置は第３図のものと同様のものである。

次に動作について説明する。商用電源Ｅから送られる交
流電圧はダイオードブリッジＤ１により全波整流された
後コンデンサＣ１で平滑されて直流電圧にする。一方、
制御回路のは例えはＴｉ社製のスイッチングレギュレー
タ電源用ＩＣＴＬ−４９４を主として構成されており、
その出力（２２２）。

（２２３）にパルスを交互に出すようになっている。

さらにはパルス巾を可災にすることもできる。このパル
スを人力として、ＦＥＴ　　Ｑ２．Ｑ３を交互に導通状
態にするようにドライブ回路Ｑυが構成されている。Ｆ
ＥＴ　　Ｑ２．Ｑ３が交互に導通状態（ｏＮ）になるた
め、トランスＴ１の１次巻線のセンタータップＴＰより
上下に交互に電流が流れる。したがって”トランスＴ１
の２次巻線には。

１次巻線との巻線比で昇圧された交流電圧が発生する。

この交流電圧は、コンデンサＣ２，ダイオードＤ４から
なる半波倍電圧整流回路により高圧の脈流に変換され、
マグネトロン（１）に印加されてマグネトロン（１）が
駆動される。このようにしてマグネトロン＋１）は高圧
の脈流で動作するため９発生されるマイクロ波もパルス
状である。このマイクロ波の様子を第２図に示す。第２
図は横軸が時間で、縦軸がマイクロ波出力の大きさを表
わす。第１図のＦＥＴＱ３がＯＮの時、トランスＴ１の
２次側にはダイオードＤ４に対し順方向の電圧が発生し
、コンデンサＣ２への充電電流が流れコンデンサＣ２が
充電される。次にＦＥＴＱ３　がＯＦＦした後、ＦＥＴ
Ｑ２がＯＮＬ、　　トランスＴ１の２次側にはダイオー
ドＤ４に対し逆方向の電圧が発生し、ダイオードＤ４は
０ＦＦＬ、て、トランスＴ１の２次側の電圧と、コンデ
ンサｃ２に充電されていた電圧の和がマグネトロン［１
）に印加される。

すなわち第２図のｔｌの時間がＦＥＴ　Ｑ２がＯＮｔ、
ている時間になる。このように、ＦＥＴＱ２がＯＮする
毎にマグネトロン（１）が動作してマイクロ波が発生す
る。つまり１周期Ｔでｔｌの巾のマイクロ波パルスが発
生するわけである。

第２図のマイクロ波で第３図の放電灯（８）を放電させ
るのであるが、この時放電灯（８）の直径りが３Ｑａｓ
、封入された水銀量がｔｏｏダ、マグネトロン（１）の
人力電力が１．５　ｋＷであれは、電源の周波数ｆを１
０〜２０Ｋｌｌｚ程度にした場合、この間のかなりの周
波数範囲で放電が不安定となった。これは照明学会誌第
６７巻第２号Ｐ５５〜Ｐ６１で。

有電極の放電灯において明らかにされているように、放
電灯内の音波による音響的共鳴現象に類似したものと考
えられる。しかしながら、有電極の放電灯では、放電は
電極間のアーク放電になっており、一般に電極間で線状
になっているものである。これに対してこの発明のもの
は、無電極であって、マイクロ波エネルギーが放電灯（
８）の周囲から放電に浸入する形で放電が維持されてお
り１例えば放電灯（８）が球であれば球状の放電となる
。このように、有電極の放電灯と、この発明の無電極の
マイクロ波放電を利用した放電灯とではその放電の様子
が全（異なり、音響的共鳴現象も自ずと異なったものと
なる。音響的共鳴現象は、放電媒質ガス中の音速と放電
灯の形状寸法によることは知られている。音速は、ガス
の温度と圧力により変化する。肋述のように、有電極の
放電灯と無電極の放電灯では放電の様子が異なるため、
ガスの温度も温度分布も異なり、音速の分布も異なる。

したがって、共鳴のモードが異なり、共鳴の周波数も異
なる。

本発明者らが、直径３０ＩＩＩＩの球形の無電極放電灯
で電源の周波数ｆを変化させて放電の安定性を調べたと
ころ、５０ＫＨｚ以下では放電が不安定となる周波数領
域がかなり広いが、５０Ｋｌｌｚ以上ではこの領域が急
速に狭くなることがわかった。すなわち、５０に１）ｚ
以上では音響的共鳴現象が少すくなることを示す。よっ
て、５ＱＵｚ以上の１Ｍ波数の電源により動作させたマ
グネトロン発振するマイクロ波で放電させれば放電を安
定に維持できることがわかったのである。音響的共鳴現
象が起こる周波数ｆは放電灯の直径り、ガスの音速をＣ
とすればＣ／Ｄに比例する。今、無電極放電灯で水銀が
比較的高圧（動作中１気圧以上）になるものではＣはあ
まり変化しない。したがって、共鳴の周波数はＤに反比
例する。今、Ｄ＝３０ｉｉＩｒｆ２５ＱＫｋで共鳴が少
なくなるということは、Ｄが変われはｆ　（Ｋｌｌｚ）
　〉１５　Ｇ　Ｑ／Ｄ　（Ｉｍ）　’ｔ’共鳴が少ｆｌ
　（ｆｌることを示す。

一方、この場合、高圧側の整流回路は半波倍電圧整流回
路であるが、マイクロ波の休止時間、すなわち第２図の
Ｌ２は、ＰＷＭ制御によりパルス巾を小さくしたとして
も周波数ｆが１能である限り１ｍｓ以下である。

放電灯（８）中のプラズマ生成媒体が希ガス、あるいは
希ガスと水銀、金属のように一般に放電灯に使用される
ものであれば、いわゆるアフターグローはｊ　ｍ　ｓ程
度以上ある。したがって、マイクロ波が休止してもアフ
ターブロー甲に次のマイクロ波パルスが加えられるため
、放電は容易に持続する。すなわち放電の立ち消えの恐
れがない。

ここでｆ〉１５００／Ｄにするため、Ｄが１．５ｍ以上
にならなければｆはＩ　ＫＨｚ以下にならない。

実際にはＤは１０ＣＷ１以上になることはないからｆ〉
１５０　Ｇ／Ｄということは現実としてｔ２が１ｍ８以
上にはならないことを示し、ｆ＞ｔｓｏｏ、’Ｄヲ選ぶ
ということは放電の立ち消えの恐れがない周波数を選ぶ
ことになる。

以上のように、放電の立ち消えを起こすことなく、高圧
側の整流回路を半波倍電圧整流回路にできるため、トラ
ンスＴ１の２次巻線の片側を接地でき、２次巻線の巻き
始めはトランスのコアに接触してもよ（１巻き終わりと
コア間１巻き終わりと１次巻線間等の絶縁を考慮するだ
けでよく絶縁が簡単になる。

一方１例えば周波数ｆを１００龜にするとすれは、トラ
ンスＴ１は１００ＫＨｚの高周波で励磁されるため、ト
ランスＴ１は非常に小さいものでよい。

マグネトロン＋１）の人力電力を１．５ｋＷｃ：した時
５０〜６０Ｈｚの昇圧トランスは１０１４以上のものが
必要であったが、第１図のものではわずか６００ｇ程度
になる。

さら１乙ＰＷＭ制罪によりマイクロ波電力を制御しても
放電灯（８）の立ち消えが起る恐れがないから１例えば
ピーク電力を大きくしてパルス巾を縮めて、平均電カ一
定で、ピークの高いマイクロ波を加えることもでき、様
々な放電の制碗が可能である。

なお１以上の実施例では、インバータ回路にプッシュプ
ル回路を用いたが、−石フォワード回路。

あるいはハーフブリッジ回路やフルブリッジ回路等どの
ような回路を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれは、プラズマ生成媒体が封
入された直径ＤＩｒ１）の球形放電灯を、１５０Ｇ／Ｄ
Ｋ［ｌｚ以上の問波数の高周波インバータによる電源で
動作されるマイクロ波発振器によるマイクロ波で放電さ
せるので、放電が安定になり、また立ち消えがな（放電
の制御が容易で、装置も軽いものが得られる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るマイクロ波発振器の
電源回路を示す回路図、第２図はこの発明の一実施例に
係るマイクロ波発振器より発生するマイクロ波の発振波
形を示す波形図、及び第３図はマイクロ波放電光源装置
を示す断面構成図である。 （１）・・・マグネトロン、（８）・・・放電灯、ｃｏ
・・・インバータ、Ｔ１・・・トランス、Ｑ２．Ｑ３・
・・ＦＥＴ。 なお１図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波発振器により発生されたマイクロ波に
   より、直径Ｄｍｍの球形放電灯中に封入されたプラズマ
   生成媒体を放電させ、光を発生させるものにおいて、直
   流電圧を発生させるものにおいて、直流電圧を発生する
   電源部、この電源部から出力される電源信号の周波数を
   １５００／ＤＫＨｚ以上の高周波にするインバータ回路
   、このインバータ回路からの出力を昇圧するトランス、
   及びこのトランスで昇圧された電圧を整流する整流回路
   により上記マイクロ波発振器の電源回路を構成すること
   を特徴とするマイクロ波放電光源装置。
2. （２）整流回路は半波倍電圧整流回路である特許請求の
   範囲第１項記載のマイクロ波放電光源装置。