(57)【要約】      （修正有）【課題】光出力をより均一に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。【解決手段】電源１に接続されたマイクロ波発振器２と、マイクロ波発振器２から発振されたマイクロ波を所望の方向に導く導波管３と、導波管３に接続され導波管３内を伝搬するマイクロ波と共振するマイクロ波共振器４と、マイクロ波共振器４内に設置され、発光物質である水銀が封入されたバルブ５と、マイクロ波を分散させる電磁界制御手段６を備えている。電磁界制御手段６は例えば略バルブ４の長さにほぼ等しい略長方形のアルミナ板からなるものである。【選択図】図１
2005285349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発生するマイクロ波発振器と、マイクロ波が導入されるマイクロ波給電口を有するマイクロ波共振器と、発光物質が封入されマイクロ波共振器内に設置されるバルブと、を備えるマイクロ波無電極放電ランプ装置において、バルブを略線状とし、マイクロ波給電口とバルブの間にマイクロ波を分散させる電磁界制御手段を設け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】
前記電磁界制御手段は、誘電体又は導体からな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】
前記電磁界制御手段は、バルブ中央付近に設置されるものであ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４】
前記電磁界制御手段は、マイクロ波が透過するマイクロ波透過孔を有す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５】
前記電磁界制御手段は、他部より肉厚が薄く形成されたバルブ壁であることを特徴とする請求項３記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
【請求項６】
前記電磁界制御手段は、マイクロ波給電口の周囲に設置される複数のバルブによって形成される隙間であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブにマイクロ波を照射してバルブを点灯させるマイクロ波無電極放電ランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波無電極放電ランプ装置の従来例としては、例えば特開昭６３―２２４１９３号公報に示されるものがある。このものは、マイクロ波電源と、該マイクロ波電源に接続された空洞共振器と、該空洞共振器内に設けたランプとを備えた光源装置において、上記空洞共振器の一部を網状に形成し、複数個のランプを設けたものである。
【０００３】
そして、この構成により平板状に形成された空洞共振器内では、電磁波による定在波の山の部分を複数個立てることが可能で、上記山の部分にランプを配置することにより、平面を照射するのに適した光源を得ることができる。
【特許文献１】特開昭６３―２２４１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例においては、マイクロ波給電口付近から共振器内に進入したマイクロ波がランプの放電空間内を通過する際、プラズマがエネルギーを吸収するため、ランプ端部付近ではマイクロ波のエネルギーが行き渡らず、ランプ端部で光出力が少なくなり、これにより光出力の均一性が十分でなくなることが懸念される。
【０００５】
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、
光出力をより均一に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】
【０００６】
請求項１に係る発明は、マイクロ波を発生するマイクロ波発振器と、マイクロ波が導入されるマイクロ波給電口を有するマイクロ波共振器と、発光物質が封入されマイクロ波共振器内に設置されるバルブと、を備えるマイクロ波無電極放電ランプ装置において、バルブを略線状とし、マイクロ波給電口とバルブの間にマイクロ波を分散させる電磁界制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置において、前記電磁界制御手段は、誘電体又は導体からなることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置において、前記電磁界制御手段は、バルブ中央付近に設置されるものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置において、前記電磁界制御手段は、マイクロ波が透過するマイクロ波透過孔を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項３記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置において、前記電磁界制御手段は、他部より肉厚が薄く形成されたバルブ壁であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項１記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置において、前記電磁界制御手段は、マイクロ波給電口の周囲に設置される複数のバルブよって形成される隙間であ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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、マイクロ波無電極放電ランプ装置のバルブ形状を略線状にした場合に、電磁界制御手段によりマイクロ波がバルブ表面に分散されるため、バルブからの光出力を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
本実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置のブロック図である。図２は、同マイクロ波無電極放電ランプ装置の要部
平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。図３は、図１に示すマイクロ波無電極放電ランプ装置での焦点距離における照度分布図である。図４は、本実施形態の別例の同マイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。
【００１４】
本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、図１に示すように電源１に接続されたマイクロ波発振器２と、マイクロ波発振器２から発振されたマイクロ波を所望の方向に導く導波管３と、導波管３に接続され導波管３内を伝搬するマイクロ波と共振するマイクロ波共振器４と、マイクロ波共振器４内に設置され、発光物質である水銀が封入されたバルブ５と、マイクロ波を分散させる電磁界制御手段６を備えている。
【００１５】
マイクロ波共振器４は、例えば金属板を加工することにより得られる断面略楕円形状の筐体であり、図２（ａ）に示すように前面視において略矩形形状の開口部７を有している。開口部７は、図２（ｂ）に示すメッシュ状の金網８で覆われている。金網８は、バルブ５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メッシュ寸法で形成されている。マイクロ波共振器４には、マイクロ波が導入されるマイクロ波給電口９が設けられている。また、マイクロ波共振器４には、マイクロ波給電口９に対して略直交するようにバルブ保持手段１０によってバルブ５が取り付けられている。バルブ５は、略線状である径３３ｍｍ、長さ１０００ｍｍの石英ガラス筒の両端を封じたもので、その内部には例えば数ｍｇの水銀及び稀ガスを封入している。さらに、バルブ５とマイクロ波給電口９の間には、厚さ２ｍｍ、長さが略バルブ４の長さにほぼ等しい略長方形のアルミナ板からなる電磁界制御手段６がネジ止め等の手段（図示はしない）によりマイクロ波共振器４に取付けられている。
【００１６】
以上の構成において、図１に示すマイクロ波発振器２が電源１から電力の供給を受けると、例えば２.４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管３に向けて照射する。導波管３に照射されたマイクロ波は、導波管３内を伝搬して導波管３に接続されたマイクロ波共振器４に導入される。マイクロ波共振器４に導入されたマイクロ波は、マイクロ波共振器４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、この電界によってバルブ５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紫外線が放射される。バルブ５から放射された紫外線は、図２に示すバルブ５の壁及び金網８を透過して外部に放出される。金網８はバルブ５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よう構成されおり、大部分のマイクロ波は外部に放射されない。
【００１７】
ここで重要なことは、電磁界制御手段６をマイクロ波給電口９とバルブ５との間に設けることにより、バルブ５に略均一にマイクロ波が照射されるようにしたことである。すなわち、マイクロ波共振器４内に導入されたマイクロ波は、電磁界制御手段６であるアルミナ板（誘電体）内を伝搬してアルミナ板の略全域に分散され、バルブ５の表面に略均一なマイクロ波が照射される。これにより、バルブ５内に比較的均一な放電が発生し、均一な光照射が可能となる。次に、以上の構成で得られた照度分布を図３に示す。図３の横軸は、バルブ５の中心からバルブ５の端への距離を示すものであり、縦軸は相対照度を示すものである。図３において、破線は電磁界制御手段６であるアルミナ板を設けない場合の照度分布であり、実線はアルミナ板を設けた場合の照度分布である。図３により、アルミナ板を設けた場合、設けない場合に比べてバルブ５中心付近での相対照度が低下する。一方、バルブから±３０ｃｍ〜６０ｃｍの範囲においては、相対照度が上昇することにより、より均一な照度分布が得られることが分かる。
【００１８】
また、アルミナ板は光の反射率が高いため、バルブ５から電磁界制御手段６であるアルミナ板に入射した光はアルミナ板で反射されてマイクロ波共振器４の開口部７から出射されるため、バルブ５から導波管３に向かって出射されて吸収される光のロスを抑制することができる。
【００１９】
なお、本実施形態においては電磁界制御手段６として略長方形のアルミナ板を用いたが、図４に示すように断面略半円形状のものでもよい。また、本実施形態においてはバルブ５内に水銀を封入したが、ハロゲン化物等を封入しても良い。さらに、本実施形態では、電磁界制御手段６として誘電体であるアルミナ板を用いたが、アルミナ板に代えて金属板を用いてもよい。電磁界制御手段６として金属板を用いた場合には、導波管３からマイクロ波共振器４内に入射したマイクロ波の内、金属板に照射されるものは、金属板で反射される。これにより、バルブ５の中央付近に進入するマイクロ波が減少し、バルブ５の中央付近を除く他の部分に入射するマイクロ波が増加する。即ち、バルブ５の表面には比較的均一なマイクロ波が入射するため、バルブ５から放射される光出力は略均一となる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態を図５〜図８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要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。
図６は、図５のマイクロ波無電極放電ランプ装置の照度分布図である。図７は、本実施形態の別例のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。図８は、本実施形態の更に別例のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。
【００２０】
本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、電磁界制御手段６をマイクロ波給電口９に対向する領域近傍にのみ設けた点が第１の実施形態と異なる。
【００２１】
図５（ａ）に示す電磁界制御手段６は、アルミナ材料を略円筒形に加工したものであり、マイクロ波給電口９に対向する領域近傍であるバルブ５の中心付近に設けられ、その内部にはバルブ５が貫通している。電磁界制御手段６の長さは、５０ｍｍであってマイクロ波給電口９の幅より僅かに広い程度にしている。また、バルブ５の長さは５５０ｍｍ、径３３ｍｍである。
【００２２】
この構成においても、マイクロ波共振器４内に導入されたマイクロ波が、電磁界制御手段６であるアルミナ（誘電体）内を伝搬してアルミナの略全域に分散され、これによりバルブ５の表面に比較的均一なマイクロ波が照射される。これにより、バルブ５内に比較的均一な放電が発生し、略均一な光照射が可能となる。
【００２３】
次に、図５の構成で得られた照度分布を図６に示す。図６の横軸は、図３と同じくバルブ５の中心からバルブ５の端への距離を示すものであり、縦軸は相対照度を示すものである。図６において、破線は電磁界制御手段６を設けない場合の照度の分布であり、実線はアルミナ板を設けた場合の照度分布である。図６により、電磁界制御手段６を設けた場合、設けない場合に比べてバルブ中心付近での相対照度が低下する。一方、バルブ５の中心から±２０ｃｍ〜３０ｃｍの範囲においては、相対照度が上昇することにより、均一な照度分布が得られることが分かる。
【００２４】
なお、本実施形態では、電磁界制御手段６の形状を略円筒形としたが、図７に示すように円筒を中心軸に沿って半分に割ったものを持ってもよい。この場合、図６で示したバル５の中心付近での照度の落ち込みを抑制しより均一な照度分布を得ることができる。また、図７に示すように円筒形の電磁界制御手段６の側面に複数の孔２０を設けても図６で示したバル５の中心付近での照度の落ち込みを抑制しより均一な照度分布を得ることができる。
【００２５】
（第３の実施形態）
第３の実施形態を図９〜図１１に基づいて説明する。図９は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。図１０は、本実施形態の無電極放電ランプ装置の使用例を示す図である。図１１は、本実施形態の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。
【００２６】
本実施形態は、バルブ５がマイクロ波共振器４の開口部７をふさいで設置されている点が、前述の実施形態と異なる。すなわち、バルブ５は略直方体形状をしており、バルブ５のバルブ壁がマイクロ波共振器４の内面に接するように、マイクロ波共振器４に取り付けられている。そして、バルブ５とマイクロ波給電口９との間には、板状の電磁界制御手段６が設置されている。
【００２７】
以上の構成により、導波管３からマイクロ波共振器４に導入されたマイクロ波は、電磁界制御手段６で反射、屈折して分散するので、バルブ５の表面に均一にマイクロ波が照射され、バルブ５からの光出力は略均一となる。ここで、電磁界制御手段６の存在により、マイクロ波共振器４内で反射するマイクロ波は少なく、マイクロ波給電口９からバルブ５に向かう進行波によりバルブ５内に放電が発生し維持されるため、マイクロ波をマイクロ波共振器４内で共振させる役割を担う金網８（図２に図示）が不要となる。この場合、金網８による光の蹴られが発生しないため、発光効率を向上させることができる。
【００２８】
このマイクロ波無電極放電ランプ装置を流水の殺菌に用いた使用例を図１０に示す。図１０において、３０は流水３１が流れる水路を示している。マイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波共振器４の大部分を水路３０内の流水３１に浸して設置される。なお、図１０において電源１、マイクロ波発振器２及びマイクロ波共振器４については図示を省略している。この状態で、マイクロ波給電口９からマイクロ波共振器４内にマイクロ波が導入されると、導入されたマイクロ波のうち大部分はバルブ５の壁に吸収されると共にバルブ５内に発生するプラズマに吸収される。また、バルブ５の壁及びプラズマのいずれにも吸収されないマイクロ波は流水３１に吸収されるため水路３１から外部に漏れるマイクロ波はほとんどなくなる。実際に、長さ５００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚み１０ｍｍの略直方体形状に形成されたバルブ５を用いて１５０Ｗのマイクロ波を導入したところ、水路３０から漏れるマイクロ波はほぼゼロであった。
【００２９】
なお、本実施形態においては、電磁界制御手段６の形状を板状としたが、図１１に示すよう断面略Ｃ字形状に加工したものを用いてもよい。
（第４の実施形態）
第４の実施形態を図１２に基づいて説明する。図１２は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。
【００３０】
本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、電磁界制御手段６をバルブ５と別部材とするのでは無くバルブ５と一体にした点が上記実施形態と異なり、他は同じである。即ち、図１２に示すように、バルブ５の中心付近で中心付近を除く他の部分よりもバルブ５の壁の肉厚を厚く形成している。具体的な寸法としては、バルブ５のサイズを長さ５００ｍｍ、直径３３ｍｍの略円筒形とし、バルブ５の中心付近の肉厚を約５ｍｍ、バルブ中央付近以外の肉厚を１．５ｍｍとしている。この構成において、バルブ５の中央付近にマイクロ波を照射すると、バルブ５中央付近の肉厚の厚い部分で前述のようにマイクロ波が分散して、バルブ５に比較的均一なマイクロ波が照射されるため、バルブ５からの光は均一に出力される。
（第５の実施形態）
第５の実施形態を図１３及び図１４に基づいて説明する。図１３は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。図１４は、バルブ５の別例を示す図である。
【００３１】
本実施形態は、マイクロ波共振器４内に複数のバルブ５を設置し、電磁界制御手段６をマイクロ波給電口９の周囲に設置される複数のバルブ間の隙間５０とした点が第１の実施形態と異なる。すなわち、図１３に示すマイクロ波共振器４のマイクロ波給電口９の周囲に、端部がマイクロ波給電口９を向くようにして２本の略線状のバルブ５を設置している。
【００３２】
この構成において、マイクロ波発振器２（図１３において図示を省略）からマイクロ波共振器４にマイクロ波が導入されると、マイクロ波共振器４内の電磁界分布は、電界が最大となる部分が２箇所存在するＴＥ１０２もしくは、電界が最大となる部分が４箇所存在するＴＥ１０４のように複数の最大電界強度の箇所が存在することになり、これによりマイクロ波共振器４のマイクロ波給電口９付近には、最大電界強度が発生しなくなるため、マイクロ波共振器３内でマイクロ波が比較的均一に分散してバルブ５に照射され、バルブ５からは比較的均一な光が放射される。実際にバルブ５として、長さ２２０ｍｍ、直径３３ｍｍの略円筒形のものを用いて、マイクロ波１００Ｗを投入した結果、２本のバルブ５の長さに近い約４００ｍｍの領域に渡って均一な発光を得ることができた。
【００３３】
ここで、バルブ５内には水銀を封入しているため、２本のバルブ５のうち片方が点灯すると紫外線が他方のバルブ５に照射される。この紫外線は、他方のバルブ５に封入された水銀を励起するため、双方のバルブ５を比較的容易に点灯をさせることができる。なお、本実施形態においては、２本のバルブ５を設置したが、これに限らずマイクロ波共振器４のマイクロ波給電口９を囲んで複数のバルブ５を設置するようにしてもよい。また、図１４に示すように、２本のバルブ５をさらに他のバルブ５内に収納するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置のブロック図である。
【図２】同実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。
【図３】同実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の照度分布図である。
【図４】同実施形態の別例の同マイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。
【図５】第２の実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。
【図６】同実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の照度分布図である。
【図７】同実施形態の別例のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。
【図８】同実施形態の更に別例のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。
【図９】第３の実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。マイクロ波無電極放電ランプ装置の断面及び前面図である。
【図１０】同実施形態の無電極放電ランプ装置の使用例を示す図である。
【図１１】同実施形態の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。
【図１２】第４の実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。マイクロ波無電極放電ランプ装置の断面及び前面図である。
【図１３】第５の実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部平面図（ａ）及び（ａ）のＡ―Ａにおける断面図（ｂ）である。マイクロ波無電極放電ランプ装置の断面及び前面図である。
【図１４】同実施形態のバルブ５の別例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    電源
２    マイクロ波発振器
３    導波管
４    マイクロ波共振器
５    バルブ
６    電磁界制御手段
７    開口部
８    金網
９    マイクロ波給電口
【図１】
2005285349.tif 000003
【図２】
2005285349.tif 000004
【図３】
2005285349.tif 000005
【図４】
2005285349.tif 000006
【図５】
2005285349.tif 000007
【図６】
2005285349.tif 000008
【図７】
2005285349.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005285349.tif 000011
【図１０】
2005285349.tif 000012
【図１１】
2005285349.tif 000013
【図１２】
2005285349.tif 000014
【図１３】
2005285349.tif 000015
【図１４】
2005285349.tif 000016