(57)【要約】【課題】  放電ランプの発光効率の低下を抑制することのできるマイクロ波無電極放電ランプ装置を提供すること。【解決手段】  マイクロ波エネルギーを発生するマイクロ波発振器と、マイクロ波発振器が生成したマイクロ波に対して非透過性となるマイクロ波共振器と、マイクロ波共振器内に設置されマイクロ波共振器の外部に突出する水銀溜めを有する放電ランプと、を備えるマイクロ波無電極放電ランプ装置において、水銀溜めの放電空間内に放電空間断面積を小さくする誘電体を設置した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波エネルギーを発生するマイクロ波発振器と、マイクロ波発振器が生成したマイクロ波に対して非透過性となるマイクロ波共振器と、マイクロ波共振器内に設置されマイクロ波共振器の外部に突出する水銀溜めを有する放電ランプと、を備えるマイクロ波無電極放電ランプ装置において、水銀溜めの放電空間内に放電空間断面積を小さくする誘電体を設置したことを特徴とするマイクロ波無電極放電ランプ装置。
【請求項２】
前記誘電体は、アルミナガラス繊維から成ることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
【請求項３】
前記水銀溜めの周囲に金属筒を設けたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
【請求項４】
前記水銀溜めの少なくとも一部を、放電ランプの軸方向に対して略直交するように形成したことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波無電極放電ランプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波無電極放電ランプ装置に関する従来例としては、例えば特許２５１２９６７
号公報に示されるものがある。このものは、マイクロ波空洞内に放電管を備え、マイクロ波により放電管内のプラズマ媒体を放電発光させ、この発光を上記マイクロ波空洞外に放射させるマイクロ波放電光源装置において、上記放電管の管壁の一部を上記マイクロ波空洞外に露出させ、上記管壁の一部を温度制御するコントローラを備えたものである。そして、この構成によりマイクロ波空洞の外に設けられた放電管の管壁の一部が加熱又は冷却され、水銀蒸気圧が最適にコントロールされることにより水銀の共鳴線を効率良く発光することができると記載されている。
【特許文献１】特許２５１２９６７号公報（第１頁―第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、マイクロ波無電極放電ランプ内には、水銀及びバッファガスが一般に封入されている。このバッファガスが所定の値になると、放電ランプ内のプラズマが広がり易くなることにより水銀溜めの部分にまでプラズマが進入し水銀溜めが加熱される。上記従来例のように管壁の一部を温度制御するコントローラを設置している場合には、水銀溜めの温度を適正な値に制御することができるが、コントローラを設置しない場合には、水銀溜めが加熱されて水銀蒸気圧が過度に増加することにより、放電ランプの発光効率が低下することが懸念される。
【０００４】
本発明は、このような課題を鑑みてなしたものであって、その目的とするところは、温度コントローラを用いない場合において、放電ランプの発光効率の低下を抑制することのできるマイクロ波無電極放電ランプ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、マイクロ波エネルギーを発生するマイクロ波発振器と、マイクロ波発振器が生成したマイクロ波に対して非透過性となるマイクロ波共振器と、マイクロ波共振器内に設置されマイクロ波共振器の外部に突出する水銀溜めを有する放電ランプと、を備えるマイクロ波無電極放電ランプ装置において、水銀溜めの放電空間内に放電空間断面積を小さくする誘電体を設置したことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１において、誘電体はアルミナガラス繊維から成ることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記水銀溜めの周囲に金属筒を設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記水銀溜めの少なくとも一部を、放電ランプの軸方向に対して略直交するように形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、水銀溜めの放電空間内に放電空間断面積を小さくする誘電体を設置したことにより、プラズマの水銀溜めへの拡散が押さえられ、プラズマによる水銀溜めの加熱が抑制される。これにより、放電ランプの発光効率の低下を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１（ａ）は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図であり、図１（ｂ）は（ａ）のＸ―Ｘ‘で切ったマイクロ波共振器及び放電ランプの断面図である。図２は、放電ランプ内に封入したアルゴンガス圧と拡散プラズマ長さの関係を示すグラフである。
【００１１】
本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、図１（ａ）に示すようにマイクロ波を発生するマイクロ波発振器１と、マイクロ波発振器１から発振されたマイクロ波を所望の方向に導く導波管２と、マイクロ波発振器１が生成したマイクロ波に対して非透過性となるマイクロ波共振器３と、マイクロ波共振器３内に設置された放電ランプ４と、を備えている。以下、具体的に説明する。
【００１２】
マイクロ波発振器１は、例えば周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力するマグネトロンからなり、その出力端にはマイクロ波発振器１から発振されたマイクロ波を効率良く所望の方向に伝達する導波管２が接続されている。そして導波管２は、導波管２内を伝搬するマイクロ波と共振するマイクロ波共振器３の供給口５にも接続されている。マイクロ波共振器３は、例えば金属板を加工することにより得られる筐体であり、図１（ｂ）の断面視において上底が１０７ｍｍ、下底６６ｍｍ、高さ６０ｍｍの台形形状であり、奥行き、即ち図１（ａ）の幅に相当する長さが５４０ｍｍとなっている。これらの諸寸法は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波に対して良好な点灯状態となる条件となっている。マイクロ波共振器３は図１紙面上における上方に、光が出射される開口６を有し、その開口６はメッシュ状の金網７で覆われている。金網７は、放電ランプ４から放射される紫外線は透過するがマイクロ波を透過しない程度のメッシュ寸法で形成されている。マイクロ波共振器３内部には、マイクロ波によって点灯する放電ランプ４が設置されている。放電ランプ４は、石英ガラスで形成され外径が５０ｍｍ、長さが５００ｍｍの直管タイプのものである。放電ランプ４の両端には、外径が６ｍｍ、長さ６０ｍｍのサイズで放電ランプ４の軸方向に対して水平に突出し、マイクロ波共振器３を貫通する水銀溜め８が形成されており、水銀溜め８の放電空間内に放電空間断面積を小さくする誘電体であるアルミナガラス繊維１０を設置している。また、放電ランプ４内には水銀９及び希ガスであるアルゴンガスが封入されている。
【００１３】
以上の構成において、マイクロ波発振器３が２.４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管２に向けて照射すると、導波管２に照射されたマイクロ波は、供給口５を介してマイクロ波共振器３に導入される。マイクロ波共振器３に導入されたマイクロ波は、マイクロ波共振器３の内壁で反射されて共振して定在波が発生する。この定在波の腹の部分で電界強度が最も高くなり、この電界によって放電ランプ４内に放電が発生し、放電の発生により励起された水銀から２５４ｎｍ及び１８５ｎｍの紫外線が放射される。放電ランプ４から放射された紫外線は、マイクロ波共振器３の開口６に設けた金網７を透過して外部に放出される。
【００１４】
ここで、放電ランプ４内の放電によって発生するプラズマの長さ即ち拡散プラズマ長さ
と希ガスであるアルゴンガス圧との関係に着目すると、図２に示すように、アルゴンガス圧が１〜５ｔｏｒｒの範囲で拡散プラズマの長さが大きくなり、アルゴンガス圧が２〜３ｔｏｒｒで７０ｍｍと極大値を示す。すなわち、アルゴンガス圧が１〜５ｔｏｒｒの範囲ではプラズマが拡散し易くなる。この場合、放電ランプ４で発生したプラズマは、放電ランプ４のみでなく水銀溜め８の部分にまで拡散しようとするが、水銀溜め８の部分には実質的に放電空間断面積を小さくする誘電体であるアルミナガラス繊維１０が設置されていることにより、アルミナガラス繊維１０の表面でプラズマを構成する電子とイオンが再結合し、プラズマの水銀溜め８への拡散が抑制される。これにより、プラズマによる水銀溜め８の加熱が防止でき、放電ランプ４の発光効率の低下を抑制することが可能となる。また、水銀溜め８がマイクロ波共振器３を貫通するようにしており、水銀溜め８で放電ランプ４を支持するようにすることもできる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態を図３及び図４に基づいて説明する。図３は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。図４は、本実施形態の別例に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【００１５】
本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、水銀溜め８の周囲に、水銀溜め８を覆う金属筒１１を設けた点が第１の実施形態と異なる。金属筒１１の径は７ｍｍと水銀溜め８の径に比して若干大きくなっており、マイクロ波共振器３に電気的に接続されている。
【００１６】
金属筒１１は一種の導波管とみることができるが、この金属筒１１を設けた場合、金属筒１１の径固有の遮断波長が存在することになる。すなわち、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合、径は７０ｍｍ以下で所定の長さを有する金属筒１１はマイクロ波を伝達しなくなる。これにより、水銀溜め８の周囲から漏れ出るマイクロ波が小さくなり、安全性を高めることができる。
【００１７】
また、図４に示すように水銀溜め８を覆うキャップ状の金属体１２を設置することにより、マイクロ波の外部への拡散を更に抑制することができる。ここで、金属体１２として金網を用いると空気が金網内を通過するため、水銀溜め８を冷却することができる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態を図５及び図６に基づいて説明する。図５は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。図６は、本実施形態に係る別例のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【００１８】
本実施形態においては、水銀溜め８の一部又は全体を放電ランプ４の軸に対して略直交するようにした点が第１の実施形態と異なる。
【００１９】
具体的には、図５に示すように、放電ランプ４の側面、即ち図５の紙面上での下方に水銀溜め８を設け、水銀溜め８の全体が放電ランプ４の軸に対して略直交するように設置している。
【００２０】
これにより、放電ランプ４のの中央付近で発生したプラズマは、放電ランプ４の両端の方向に向かって拡散するが、その拡散の方向に対して水銀溜め８が略直交しているためプラズマの拡散が妨げられることになる。すなわち、水銀溜め内にプラズマが入りにくくなり、これにより水銀溜め８が加熱されにくくなるのである。
【００２１】
なお、図５においては、放電ランプ４の側面に水銀溜め８を設けたが、図６に示すように放電ランプ４の端に水銀溜め８を設け、その先端近傍のみを放電ランプ４の軸に対して直交するＬ字形状にしてもよい。
【００２２】
なお、以上の実施形態では、放電空間断面積を小さくする誘電体としてアルミナガラス繊維１１を用いたが、孔を有するアルミナ棒や筒状の石英ガラスでもよい。また、水銀溜め８を２つ設けるようにしたが、１つであってもよい。さらにまた、水銀溜め８を放電ランプ４の中心軸からずれた位置に設置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ―Ｘ‘で切ったマイクロ波共振器及び放電ランプの断面図である。
【図２】放電ランプ内に封入したアルゴンガス圧と拡散プラズマ長さの関係を示すグラフである。
【図３】第２の実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【図４】第２の実施形態の別例に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【図５】第３の実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【図６】第３の実施形態の別例に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    マイクロ波発振器
２    導波管
３    マイクロ波共振器
４    放電ランプ
５    供給口
６    開口
７    金網
８    水銀溜め
９    水銀
１０  アルミナガラス繊維
１１  金属筒
１２  金属体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006127797.tif 000006
【図５】
2006127797.tif 000007
【図６】
2006127797.tif 000008