JP2005339951A - Microwave electrodeless discharge lamp apparatus - Google Patents

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Akiichi Harada
明一 原田
Masaki Yamamoto
雅喜 山本
Masumi Kuga
真澄 久我
Kunihiko Handa
邦彦 半田
Toshio Ogura
利夫 小倉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable irradiation of microwaves with high output to generate plasma light with high luminance. <P>SOLUTION: A microwave electrodeless discharge lamp apparatus comprises a box-shape applicator 4 connected to a waveguide with a magnetron to radiate microwaves connected thereto and made of metal plate member having an opening window 6 to transmit the plasma light on one side face; a lamp house 7 held and fixed to face the opening window 6 inside the applicator 4 to transmit the plasma light; a pipe 7a housed inside the lamp hose 7 to transmit the plasma light; an electrodeless discharge lamp 11 held and fixed on a concentric axis inside the pipe 7a, with a gap between a circumference face of the pipe 7a to emit the plasma light by irradiating the microwaves; and a pair of tube joints 19a, 19b connected to both opposite ends of the pipe 7a to run through a liquid cooling medium into the gap. Thereby, the apparatus can lower a tube wall temperature of the discharge lamp 11 by cooling it with the cooling medium. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、無電極放電ランプにマイクロ波を照射することにより短波長UVから可視光までの範囲の光(以下、プラズマ光と称する)を発生させるマイクロ波無電極放電ランプ装置に係り、特に無電極放電ランプを液状冷却媒体により冷却させる液状冷却手段を備えたマイクロ波無電極放電ランプ装置に関するものである。   The present invention relates to a microwave electrodeless discharge lamp apparatus that generates light in the range from short wavelength UV to visible light (hereinafter referred to as plasma light) by irradiating the electrodeless discharge lamp with microwaves. The present invention relates to a microwave electrodeless discharge lamp apparatus provided with a liquid cooling means for cooling an electrode discharge lamp with a liquid cooling medium.

一般に陰極線管の製造設備及び半導体装置の製造設備には、多数の露光装置が使用されている。これらの露光装置の紫外線(UV)光源には有電極の水銀ランプが使用されている。一方、最近の化学合成技術の進歩から、UV光で重合反応などにより、例えば硬化する化学物質も各種作製されていることから、UVランプが注目されている。近年、この用途には、マイクロ波電力を応用した無電極UVランプが注目され、各種の応用研究がなされている。   In general, a large number of exposure apparatuses are used in cathode ray tube manufacturing equipment and semiconductor device manufacturing equipment. An electroded mercury lamp is used as an ultraviolet (UV) light source of these exposure apparatuses. On the other hand, with recent advances in chemical synthesis technology, for example, various chemical substances that are cured by a polymerization reaction with UV light have been produced, and thus UV lamps have attracted attention. In recent years, electrodeless UV lamps using microwave power have attracted attention for this application, and various applied studies have been conducted.

陰極線管の製造設備には、陰極線管パネルに蛍光体のドットを形成する際に使用する露光装置があるが、この露光装置に用いられている水銀ランプは、その寿命は約500時間程度と短く、約3週間程度の間隔で新しい水銀ランプと交換することが行われている。なお、この露光装置に使用されている水銀ランプは有電極水銀ランプである。   Cathode ray tube manufacturing equipment includes an exposure device used to form phosphor dots on a cathode ray tube panel. The lifetime of a mercury lamp used in this exposure device is as short as about 500 hours. The mercury lamp is replaced with a new mercury lamp at intervals of about three weeks. The mercury lamp used in this exposure apparatus is an electroded mercury lamp.

従来から用いられているマイクロ波無電極放電ランプは、強制空冷方式であるため、ランプの冷却には限度があり、ランプ内のプラズマに吸収させるマイクロ波電力量に限界があった。より高輝度のUV光及び可視光を得るためには、液冷方式にすることが望まれているが、未だ実用化されていない。   Conventionally, since the microwave electrodeless discharge lamp used in the related art is a forced air cooling system, there is a limit to the cooling of the lamp, and there is a limit to the amount of microwave power absorbed by the plasma in the lamp. In order to obtain UV light and visible light with higher brightness, it is desired to use a liquid cooling method, but it has not been put into practical use yet.

無電極ランプは、通常、石英ガラスにより形成された例えば球形状または円筒形状などの容器内に各種の原子または分子を封入し、さらにプラズマを容易に発生させる例えばアルゴンまたはネオンなどの不活性ガス分子を封入する場合もある。例えば、水銀またはクリプトンを封入すると、UV光が、また、硫黄または臭化インジウムを封入すると、可視光が放出されることが知られている。いずれの場合も、それらの原子または分子がプラズマ状態となったときのプラズマ光を利用する。   An electrodeless lamp is usually an inert gas molecule such as argon or neon that encloses various atoms or molecules in a vessel such as a spherical shape or a cylindrical shape formed of quartz glass and further easily generates a plasma. May be enclosed. For example, it is known that encapsulating mercury or krypton emits UV light, and encapsulating sulfur or indium bromide emits visible light. In either case, plasma light is used when those atoms or molecules are in a plasma state.

この容器を構成する石英ガラスは、融点が高く、短波長UV光までも透過できることから、広範囲に利用されている。この石英ガラスは、約1000℃以上となると、白濁することから、長時間にわたって安定した輝度を得るためには冷却を施すことが極めて重要となる。したがって、十分な冷却を施せば、無電極ランプの寿命は半永久的となることが証明されている。   Quartz glass constituting this container has a high melting point and can transmit even short-wavelength UV light, and thus is widely used. Since this quartz glass becomes cloudy when the temperature is about 1000 ° C. or higher, it is extremely important to cool the quartz glass in order to obtain a stable luminance over a long period of time. Therefore, it has been proven that with sufficient cooling, the life of an electrodeless lamp is semi-permanent.

なお、マグネトロンにより発生したマイクロ波を無電極ランプ内に導入し、加熱することで内包ガスを励起し、プラズマを発生させるマイクロウェーブ方式の空冷型無電極ランプ装置が例えば下記「非特許文献1」に開示されている。   A microwave-type air-cooled electrodeless lamp apparatus that introduces microwaves generated by a magnetron into an electrodeless lamp and heats it to excite the contained gas to generate plasma is described in, for example, “Non-Patent Document 1” below. Is disclosed.

商品カタログ「MICROWAVE UV LAMP SYSTEM」:東京ホトン株式会社Product catalog "MICROWAVE UV LAMP SYSTEM": Tokyo Hoton Co., Ltd.

しかしながら、このように構成された無電極ランプは、高輝度を得るために大きなマイクロ波電力を供給し、大型のブロワーで強制空冷した上で、無電極ランプの管壁温度を可能な限り上昇させて使用することから、UV光の輝度の劣化を速めたり、無電極ランプがマイクロ波放電または局部加熱などにより、クラックを発生させ、短寿命となるという課題があった。   However, the electrodeless lamp configured in this way supplies a large microwave power to obtain high brightness, forced air cooling with a large blower, and raises the tube wall temperature of the electrodeless lamp as much as possible. Therefore, there is a problem that the deterioration of the brightness of the UV light is accelerated, or the electrodeless lamp is cracked due to microwave discharge or local heating, resulting in a short life.

いずれにしても、無電極ランプは、その大きさが比較的小さな無電極ランプ、例えば球形状タイプのものでは、直径が約5mm〜約40mm程度であり、円筒形状タイプのものでは直径が約10mm〜約15mm程度であり、その長さが約50mm〜約300mm程度のものが一般的に用いられている。   In any case, the electrodeless lamp has a relatively small size, for example, a spherical type has a diameter of about 5 mm to about 40 mm, and a cylindrical type has a diameter of about 10 mm. The length of about 15 mm and the length of about 50 mm to about 300 mm are generally used.

このような形状の無電極ランプを一様に冷却するためには、風量が大きく、且つ静圧も高い大型のブロワーが要求される。このために耳を聾する騒音を発生させたり、また、塵埃を掻き乱すことから、液冷化方式の無電極放電ランプ装置が強く要望されている。   In order to uniformly cool the electrodeless lamp having such a shape, a large blower having a large air volume and a high static pressure is required. For this reason, a liquid cooling type electrodeless discharge lamp device has been strongly demanded because it generates noise that makes a person listen and disturbs dust.

また、液状冷却媒体として一般に用いられている水は、身近な冷却媒体(冷媒)であるが、マイクロ波の電力吸収が最も大きい部類の物体として広く用いられているためにマイクロ波無電極ランプの冷却媒体に使用するという発想が今までに存在していなかった。   Water generally used as a liquid cooling medium is a familiar cooling medium (refrigerant), but is widely used as a class of objects with the greatest microwave power absorption. The idea of using it as a cooling medium has never existed.

したがって、本発明は前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高出力のマイクロ波の照射を可能とし、これによって高輝度のプラズマ光が得られるマイクロ波無電極放電ランプ装置を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to enable microwave irradiation with a high output, thereby obtaining a plasma light with high brightness. It is to provide a discharge lamp device.

また、本発明の他の目的は、高輝度のプラズマ光を長期間にわたって得られ、長寿命化を実現可能とするマイクロ波無電極放電ランプ装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a microwave electrodeless discharge lamp device that can obtain high-luminance plasma light over a long period of time and realize a long life.

このような目的を達成するために本発明によるマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を放射するマグネトロンと、このマグネトロンに結合され、且つ当該マグネトロンから放射されたマイクロ波を伝播させる導波管と、この導波管に結合され、且つ少なくとも一方の側面にプラズマ光を透過させる窓を有する金属製板材からなる箱状のアプリケータと、このアプリケータの内部に窓に対向させて保持固定され、且つプラズマ光を透過させるランプハウスと、このランプハウスの内部に収容され、且つプラズマ光を透過させるパイプと、このパイプの内部に当該パイプの外周面との間に隙間を有して同心軸上に支持固定され、且つマイクロ波の照射によりプラズマ光を放出する無電極放電ランプと、パイプの両端部に結合され、且つ隙間に液状冷却媒体を流通させる一対の冷却媒体流入出手段とを設けることにより、無電極放電ランプを液状冷却媒体により冷却することにより、無電極放電ランプの管壁温度を低下させることができるので、背景技術の課題を解決することがきできる。   In order to achieve such an object, a microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to the present invention includes a magnetron that emits a microwave, and a waveguide that is coupled to the magnetron and propagates the microwave emitted from the magnetron. A box-shaped applicator made of a metal plate having a window that is coupled to the waveguide and transmits plasma light on at least one side surface, and is held and fixed inside the applicator so as to face the window. A concentric shaft having a gap between a lamp house that transmits plasma light, a pipe that is accommodated in the lamp house and transmits plasma light, and an outer peripheral surface of the pipe in the pipe. An electrodeless discharge lamp supported and fixed on top and emitting plasma light by microwave irradiation; and coupled to both ends of the pipe; and By providing a pair of cooling medium inflow / outflow means for circulating the liquid cooling medium between them, the tube wall temperature of the electrodeless discharge lamp can be lowered by cooling the electrodeless discharge lamp with the liquid cooling medium. Can solve the problems of the background art.

また、本発明による他のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を放射するマグネトロンと、このマグネトロンに結合され、且つ当該マグネトロンから放射されたマイクロ波を伝播させるとともに少なくとも一方の側面にプラズマ光を透過させる窓を有する導波管と、この導波管の内部に窓に対向させて保持固定され、且つプラズマ光を透過させるランプハウスと、ランプハウスの内部に収容され、且つプラズマ光を透過させるパイプと、このパイプの内部に当該パイプの外周面との間に隙間を有して同心軸上に支持固定され、且つマイクロ波の照射によりプラズマ光を放出する無電極放電ランプと、パイプの両端部に結合され、且つ隙間に液状冷却媒体を流通させる一対の冷却媒体流入出手段とを設け、液状冷却媒体の循環により、無電極放電ランプを冷却することで、無電極放電ランプの管壁温度を低下させることができるので、背景技術の課題を解決することがきできる。   In addition, another microwave electrodeless discharge lamp device according to the present invention includes a magnetron that emits microwaves, a microwave coupled to the magnetron and propagating the microwaves emitted from the magnetron, and plasma light on at least one side surface. A waveguide having a window that transmits light, a lamp house that is held and fixed inside the waveguide so as to face the window, and that transmits plasma light, and is housed in the lamp house and transmits plasma light. An electrodeless discharge lamp that is supported and fixed on a concentric shaft with a gap between the pipe and the outer peripheral surface of the pipe, and that emits plasma light by microwave irradiation; A pair of cooling medium inflow / outflow means connected to both ends and for circulating the liquid cooling medium in the gap; By cooling the electrodeless discharge lamp, since the tube wall temperature of the electrodeless discharge lamp can be reduced, Dekiru can be solved the problems of the background art.

また、本発明によるさらに他のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、マイクロ波を放射するマグネトロンと、このマグネトロンに結合され、且つ当該マグネトロンから放射されたマイクロ波を伝播させるとともに少なくとも一方の側面にプラズマ光を透過させる窓を有する導波管と、この導波管の内部に窓に対向させて保持固定され、且つプラズマ光を透過させるランプハウスと、このランプハウスの内部に収容され、且つ導波管の外部に開口端を突出する分岐パイプを一体的に有し、プラズマ光を透過させるT字状パイプと、このT字状パイプの内部に当該T字状パイプの外周面との間に隙間を有して同心軸上に支持固定され、且つマイクロ波の照射によりプラズマ光を放出する無電極放電ランプと、分岐パイプの開口端に結合され、かつ隙間に液状冷却媒体を流入させる冷却媒体流入手段と、T字状パイプの両端部に結合され、且つ隙間に流通する液状冷却媒体を流出させる冷却媒体流出手段とを設け、液状冷却媒体の循環により、無電極放電ランプを冷却することで、無電極放電ランプの管壁温度を低下させることができるので、背景技術の課題を解決することができる。   Further, another microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to the present invention includes a magnetron that emits a microwave, and a microwave coupled to the magnetron and that emits the microwave emitted from the magnetron and plasma on at least one side surface. A waveguide having a window that transmits light; a lamp house that is held and fixed inside the waveguide so as to face the window; and that transmits plasma light; There is a gap between the T-shaped pipe that integrally has a branch pipe that projects the open end outside the pipe and transmits plasma light, and the outer surface of the T-shaped pipe inside the T-shaped pipe. And an electrodeless discharge lamp that is supported and fixed on a concentric axis and emits plasma light by microwave irradiation, and is coupled to the open end of the branch pipe, and A cooling medium inflow means for injecting the liquid cooling medium in between, and a cooling medium outflow means for flowing out the liquid cooling medium connected to both ends of the T-shaped pipe and flowing in the gap; Since the tube wall temperature of the electrodeless discharge lamp can be lowered by cooling the electrodeless discharge lamp, the problems of the background art can be solved.

また、好ましくは、本発明は、上記構成において、マグネトロンは
液状冷却媒体により冷却される冷却構造を有することにより、マグネトロン内を循環した液状冷却媒体の少なくとも一部を無電極放電ランプの冷却に利用することにより、この無電極放電ランプの管壁温度を低下させることができるので、背景技術の課題を解決することができる。
Preferably, according to the present invention, in the above configuration, the magnetron has a cooling structure that is cooled by a liquid cooling medium, so that at least a part of the liquid cooling medium circulated in the magnetron is used for cooling the electrodeless discharge lamp. By doing so, the tube wall temperature of this electrodeless discharge lamp can be lowered, so that the problems of the background art can be solved.

また、本発明は、上記構成において、導波管の窓と対向する内面に分岐パイプを包囲するリッジを設けることにより、無電極放電ランプの中央部におけるマイクロ波の電界強度が高められ、背景技術の課題を解決することがきできる。   In addition, the present invention provides a microwave electric field strength at the center of the electrodeless discharge lamp by providing a ridge surrounding the branch pipe on the inner surface facing the window of the waveguide in the above configuration. Can solve the problem.

また、本発明は、液状冷却媒体として、好ましくは、水またはシリコーン油を用いることによってある温度範囲で高い流動性が得られ、高い冷却能力が得られるので、背景技術の課題を解決することができる。   Further, the present invention preferably solves the problems of the background art by using water or silicone oil as a liquid cooling medium, because high fluidity is obtained in a certain temperature range and high cooling capacity is obtained. it can.

なお、本発明は、前記各構成及び後述する実施の形態に記載される構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the configurations described in the above-described configurations and the embodiments described later, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention. .

本発明によれば、液状冷却媒体の循環により、無電極放電ランプを冷却することで、無電極放電ランプの管壁温度を低下させることができるので、高出力のマイクロ波を照射することが可能となり、より高輝度のプラズマ光が容易に得られるとともに、無電極放電ランプのクラックの発生なども皆無となるので、長寿命化が実現可能となるという極めて優れた効果を有する。   According to the present invention, the tube wall temperature of the electrodeless discharge lamp can be lowered by cooling the electrodeless discharge lamp by circulating the liquid cooling medium, so that it is possible to irradiate high-power microwaves. As a result, plasma light with higher brightness can be easily obtained and cracks of the electrodeless discharge lamp are eliminated, so that it has an extremely excellent effect that a long life can be realized.

また、本発明によれば、無電極放電ランプに液状冷却媒体を循環させて冷却させることにより、無電極放電ランプの管壁温度を容易に低下させることができるので、耳を聾する騒音の発生及び塵埃を掻き乱すことも皆無となり、従来より強く要望されている液冷化方式の無電極放電ランプ装置を提供できるなどの極めて優れた効果が得られる。   In addition, according to the present invention, by circulating the liquid cooling medium through the electrodeless discharge lamp and cooling it, the tube wall temperature of the electrodeless discharge lamp can be easily reduced, so that the generation of noise that causes deafness is generated. In addition, it is possible to provide a liquid cooling type electrodeless discharge lamp device that has been strongly demanded so far.

また、本発明によれば、マグネトロンも液冷方式のマグネトロンが使用可能となるので、マグネトロンを冷却した液冷媒体の一部または全部を無電極ランプの冷却に利用できるので、効率の良い冷却配管が実現可能となる。この結果、マグネトロンも液冷媒体方式が使用できるので、さらに高いマイクロ波電力を供給することができ、これによってより高輝度のプラズマ光が容易に得られるなどの極めて優れた効果を有する。   In addition, according to the present invention, since a magnetron of a liquid cooling system can be used as the magnetron, a part or all of the liquid refrigerant body that has cooled the magnetron can be used for cooling the electrodeless lamp, so that an efficient cooling pipe Is feasible. As a result, since the liquid refrigerant system can also be used for the magnetron, it is possible to supply a higher microwave power, thereby having extremely excellent effects such as easily obtaining a brighter plasma light.

以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings of the examples.

図1は、本発明によるマイクロ波無電極放電ランプ装置の実施例1による全体構成を説明する要部斜視図である。図1において、1は例えば波長2.45GHzのマイクロ波を発生するマグネトロン、1a,1bはマグネトロン1に駆動電力を供給する導入線、2はマグネトロン1の内部に形成されている陽極部を冷却する液状冷却媒体を循環させるパイプであり、2aはその流入用パイプ、2bはその流出用パイプである。なお、これらのパイプ2a,2bは互いにその逆の機能を持たせても良い。   FIG. 1 is a perspective view of a main part for explaining the overall configuration of a microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a magnetron that generates a microwave having a wavelength of 2.45 GHz, for example, 1 a and 1 b are introduction lines that supply driving power to the magnetron 1, and 2 is an anode part formed inside the magnetron 1. A pipe for circulating the liquid cooling medium, 2a is an inflow pipe, and 2b is an outflow pipe. The pipes 2a and 2b may have functions opposite to each other.

また、3はマグネトロン1の図示しないアンテナから放射されたマイクロ波をアプリケータ4内に伝播させる導波管、5は導波管3とアプリケータ4とを電気的に結合させて固定する固定部材である。アプリケータ4は、金属製板材などの電気良導体で形成された箱状からなっており、その箱体の一面,その面に一部または複数の面として例えば底面には、電気良導体により形成されたメッシュ,パンチングメタルまたは例えば表面に電気良導体を蒸着させた石英ガラス板からなり、マイクロ波を透過させないが、短波長UV光から可視光の範囲までプラズマ光を透過させる窓6が設けられている。   Reference numeral 3 denotes a waveguide for propagating microwaves radiated from an antenna (not shown) of the magnetron 1 into the applicator 4, and 5 denotes a fixing member for electrically connecting and fixing the waveguide 3 and the applicator 4. It is. The applicator 4 has a box shape formed of a good electrical conductor such as a metal plate material, and is formed of a good electrical conductor on one surface of the box, a part or a plurality of surfaces on the surface, for example, on the bottom surface. A window 6 for transmitting plasma light from a short wavelength UV light to a visible light range is provided, which is made of a mesh, punching metal, or a quartz glass plate having a good electrical conductor deposited on the surface thereof and does not transmit microwaves.

また、7は後述するマイクロ波の照射により管自体が発光する図示しない無電極放電ランプを内蔵するランプハウス、7aは内蔵された無電極ランプを冷却する例えば水などの液状冷却媒体を流通させるパイプであり、このパイプ7aは短波長UVから可視光までの範囲のプラズマ光のうち、所望の光を透過させる材料からなる例えば石英ガラスにより形成されている。7bはランプハウス7の端部であり、この端部7bはランプハウス7の端部で内蔵される無電極放電ランプを支持固定させるとともに、液状冷却媒体を流通させるパイプ7aと無電極放電ランプとを同心状に配置させて保持する機能を有している。なお、このパイプ7aの他端部も図示されないが、上記同様の機能を有している。   Reference numeral 7 denotes a lamp house containing an electrodeless discharge lamp (not shown) that emits light from the tube itself by microwave irradiation, which will be described later. Reference numeral 7a denotes a pipe that circulates a liquid cooling medium such as water for cooling the electrodeless lamp. The pipe 7a is made of, for example, quartz glass made of a material that transmits desired light out of plasma light in the range from short wavelength UV to visible light. Reference numeral 7b denotes an end of the lamp house 7. The end 7b supports and fixes an electrodeless discharge lamp built in the end of the lamphouse 7, and also includes a pipe 7a for passing a liquid cooling medium, an electrodeless discharge lamp, Has a function of concentrically arranging and holding. The other end of the pipe 7a is not shown, but has the same function as described above.

また、8aはランプハウス7に内蔵された無電極放電ランプを冷却する液状冷却媒体を流入させるパイプ、8bはそれを流出させるパイプであり、この場合も、これらのパイプ8a,8bは互いにその逆の機能を持たせても良い。9はランプ保持部材7bに液状冷却媒体を流通させるパイプ8bを結合させる連結部材、10a,10b(図示されず)はアプリケータ4にランプハウス7を保持固定させる固定部材である。   Further, 8a is a pipe through which a liquid cooling medium for cooling the electrodeless discharge lamp built in the lamp house 7 flows, and 8b is a pipe through which it flows out. In this case, these pipes 8a and 8b are opposite to each other. You may give the function. Reference numeral 9 denotes a connecting member for connecting a pipe 8b for circulating the liquid cooling medium to the lamp holding member 7b, and 10a and 10b (not shown) are fixing members for holding and fixing the lamp house 7 to the applicator 4.

図2は、図1で説明したマイクロ波を照射すると、発光する無電極放電ランプを内蔵するランプハウス7の構成を説明する長さ方向の要部断面図であり、前述した図1と同一機能部分に同一符号を付し、その説明は省略する。図2において、短波長UVから可視光までの範囲のプラズマ光のうちの所望の光を透過させる材料からなる例えば石英ガラスからなるパイプ7aの内部には、無電極放電ランプ11がその両端部で一対のスペーサ12a,12bより挟持されてこのパイプ7aとの間に隙間を持たせて配置されている。さらに、一対のスペーサ12a,12bにより挟持された無電極放電ランプ11は、例えば石英ガラス材などからなる一対の支持棒13a,13bにより所定の位置に固定配置されている。なお、この無電極放電ランプ11はその内部にHgとArガスまたはNeガスとが封入されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part for explaining the configuration of the lamp house 7 containing the electrodeless discharge lamp that emits light when irradiated with the microwave described in FIG. 1, and has the same function as FIG. Parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 2, an electrodeless discharge lamp 11 is provided at both ends of a pipe 7a made of, for example, quartz glass made of a material that transmits desired light in the range of short-wavelength UV to visible light. It is sandwiched between the pair of spacers 12a and 12b and is disposed with a gap between the pipe 7a. Further, the electrodeless discharge lamp 11 sandwiched between the pair of spacers 12a and 12b is fixedly disposed at a predetermined position by a pair of support rods 13a and 13b made of, for example, quartz glass material. The electrodeless discharge lamp 11 is filled with Hg and Ar gas or Ne gas.

次に、図1に示す箱状のアプリケータ4の一部を構成する側面と、この側面に向かい合う対向側面とにランプハウス7を取り付ける構造の詳細について説明する。電気良導体からなる一対のフランジ付き円筒状部材14a及び円筒状部材14bは、ナット状の固定部材10a,10bによりアプリケータ4の向かい合う側面にそれぞれねじ込みにより固定される。勿論、ナット状の固定部材をしなくても、例えば、フランジ付き円筒状部材14a及び円筒状部材14bのフランジ部と固定部材10a,固定部材10bとでアプリケータ4の向かい合うそれぞれの側面を挟持させ、例えばリベットを貫通させて固定させても良い。   Next, the detail of the structure which attaches the lamp house 7 to the side surface which comprises a part of box-shaped applicator 4 shown in FIG. 1, and the opposing side surface facing this side surface is demonstrated. A pair of cylindrical member 14a with flange and cylindrical member 14b made of a good electric conductor are fixed to the opposite side surfaces of the applicator 4 by screwing with nut-shaped fixing members 10a and 10b, respectively. Of course, without the nut-shaped fixing member, for example, the flange portions of the flanged cylindrical member 14a and the cylindrical member 14b and the fixing member 10a and the fixing member 10b sandwich the side surfaces of the applicator 4 facing each other. For example, a rivet may be penetrated and fixed.

フランジ付き円筒状部材14a及び円筒状部材14bには、パイプ7aを保持し、且つ漏水を防止する一対のオーリング15a,15bを挿入し、円筒状部材16a,16bがねじ込みにより保持固定されている。そして、無電極放電ランプ11を所定の位置に固定する支持棒13a,13bは、円筒状部材16a,16bの他方から挿入されたオーリング16a,16bを、取り付け部材18a,18bでねじ込み、締め付けることにより、固定される。   A pair of O-rings 15a and 15b that hold the pipe 7a and prevent water leakage are inserted into the flanged cylindrical member 14a and the cylindrical member 14b, and the cylindrical members 16a and 16b are held and fixed by screwing. . The support rods 13a and 13b for fixing the electrodeless discharge lamp 11 in place are screwed and tightened with the O-rings 16a and 16b inserted from the other of the cylindrical members 16a and 16b with the mounting members 18a and 18b. It is fixed by.

一方、円筒状部材16a,16bには、それぞれ所定位置に開口が穿設され、この開口には液状冷却媒体を流通させる管継手19a,19bがねじ込みにより固定配置されている。例えば、矢印Iで示す方向から管継手19aに流入された液状冷却媒体は、パイプ7aと無電極放電ランプ11との間に形成された隙間(スペーサ12a,12bにより形成された隙間)を流通し、管継手19bから矢印Oで示す方向に流出される。   On the other hand, the cylindrical members 16a and 16b are respectively provided with openings at predetermined positions, and pipe joints 19a and 19b through which the liquid cooling medium flows are fixedly disposed by screwing. For example, the liquid cooling medium that has flowed into the pipe joint 19a from the direction indicated by the arrow I flows through a gap formed between the pipe 7a and the electrodeless discharge lamp 11 (a gap formed by the spacers 12a and 12b). , And flows out from the pipe joint 19b in the direction indicated by the arrow O.

なお、フランジ付き円筒状部材14a及び円筒状部材14bを電気良伝導体として説明したが、アプリケータ4の側面に開口したランプハウス7の貫通穴の開口径が小さい場合は、絶縁物であっても良い。その目安は、貫通穴の周長に貫通する材料の比誘電率に平方根を乗じた値が1波長に近づいた場合または超えた場合は電気良導電体を用いることである。また、円筒状部材14a,14b,16a,16b及び取り付け部材18a,18bを電気良導電体とすれば、マイクロ波の漏洩は全く生じない。   In addition, although the cylindrical member 14a with a flange and the cylindrical member 14b were demonstrated as an electrical good conductor, when the opening diameter of the through-hole of the lamp house 7 opened to the side surface of the applicator 4 is small, it is an insulator. Also good. The guideline is to use a good electrical conductor when the value obtained by multiplying the relative permittivity of the material penetrating the perimeter of the through hole by the square root approaches or exceeds one wavelength. Further, if the cylindrical members 14a, 14b, 16a, 16b and the attachment members 18a, 18b are made of good electric conductors, no microwave leakage occurs.

図3は、前述したスペーサ12a,12bの構成を詳細に説明する図であり、図3(a)は要部側面図を、図3(b)は図3(a)の矢印B方向から見た要部平面図を、図3(c)は図3(a)の矢印C方向から見た要部平面図をそれぞれ示している。図3において、このスペーサ12aは、図2に示す支持棒13aを挿入する挿入部12a1と、無電極放電ランプ11の端部を挿入させて保持する4個の保持片を有する保持部12a2とを一体化させて構成され、パイプ7aと無電極放電ランプ11との間を適当な均等間隔に保持させるとともに、各支持部12a2の隙間12cを通して液状冷却媒体が流通される。   3A and 3B are diagrams for explaining the configuration of the spacers 12a and 12b in detail. FIG. 3A is a side view of the main part, and FIG. 3B is a view from the direction of arrow B in FIG. FIG. 3C is a plan view of the relevant part viewed from the direction of arrow C in FIG. 3A. In FIG. 3, the spacer 12a includes an insertion portion 12a1 for inserting the support rod 13a shown in FIG. 2, and a holding portion 12a2 having four holding pieces for holding the end portions of the electrodeless discharge lamp 11 inserted therein. The liquid coolant is circulated through the gaps 12c of the respective support portions 12a2 while being configured to be integrated and held between the pipe 7a and the electrodeless discharge lamp 11 at an appropriate uniform interval.

図4は、上述したスペーサ12aのさらに詳細な構成を説明する図であり、図4(a)は図2に相当する要部断面図を、図4(b)は図4(a)のスペーサ12aを中心軸に直角なA−A´線で切断して無電極放電ランプ11側を見た要部断面図をそれぞれ示し、上述した図2及び図3と同一機能部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図4において、パイプ7aと無電極放電ランプ11との間に液状冷却媒体を通過させる隙間12cは、その層厚を制御すると、液状冷却媒体として、例えば、水のようにマイクロ波を吸収する材料でも、約2mm程度の層厚であれば、無電極放電ランプ11を十分に点灯することが可能であり、必要十分な輝度を得ることができる。因みに波長が約2.45GHzのマイクロ波に対する水の電力半減深度は約10mmである。   4A and 4B are diagrams for explaining a more detailed configuration of the spacer 12a described above. FIG. 4A is a cross-sectional view of a main part corresponding to FIG. 2, and FIG. 4B is a spacer of FIG. Sectional views of the main part of the electrodeless discharge lamp 11 viewed by cutting the line 12a along the line AA 'perpendicular to the central axis are shown, and the same functional parts as those shown in FIGS. The description is omitted. In FIG. 4, a gap 12c that allows the liquid cooling medium to pass between the pipe 7a and the electrodeless discharge lamp 11 is a material that absorbs microwaves, such as water, as the liquid cooling medium when the layer thickness is controlled. However, if the layer thickness is about 2 mm, the electrodeless discharge lamp 11 can be sufficiently lit and necessary and sufficient luminance can be obtained. Incidentally, the half-power depth of water for a microwave having a wavelength of about 2.45 GHz is about 10 mm.

なお、このスペーサ12aと対向配置されて無電極放電ランプ11の他端側を挟持するスペーサ12bについても全く同一構造で同一部材により形成されている。また、このスペーサ12aは、金属部材または絶縁部材の成形体で形成しても良く、その材質は特に限定されない。   Note that the spacer 12b disposed opposite to the spacer 12a and sandwiching the other end of the electrodeless discharge lamp 11 has the same structure and is formed of the same member. The spacer 12a may be formed of a metal member or a molded body of an insulating member, and the material is not particularly limited.

このように構成されてマイクロ波無電極放電ランプ装置において、パイプ7aと無電極放電ランプ11との間の隙間12cに液状冷却媒体を循環させることによって無電極放電ランプ11の管壁温度が下げられるので、より高出力のマイクロ波を照射することが可能となり、限界輝度を上昇させることができる。また、マグネトロン1も冷却方式を使用することによってマグネトロン1を冷却した液状冷却媒体の一部または全部を無電極放電ランプ11の冷却に利用できるので、配管効率も良好となる。この結果、マグネトロン1も液冷タイプを使用することにより、無電極放電ランプ11に供給されるマイクロ波電力は、さらに高いものが使用可能となる。   In the microwave electrodeless discharge lamp device thus configured, the tube wall temperature of the electrodeless discharge lamp 11 is lowered by circulating the liquid cooling medium in the gap 12c between the pipe 7a and the electrodeless discharge lamp 11. Therefore, it becomes possible to irradiate microwaves with higher output, and the limit luminance can be increased. Moreover, since part or all of the liquid cooling medium that has cooled the magnetron 1 can be used for cooling the electrodeless discharge lamp 11 by using the cooling method for the magnetron 1, the piping efficiency is also improved. As a result, when the magnetron 1 is also of a liquid cooling type, the microwave power supplied to the electrodeless discharge lamp 11 can be higher.

図5は、本発明によるマイクロ波無電極放電ランプ装置の実施例2による構成を説明する図であり、図5(a)は要部斜視図を、図5(b)は図5(a)の導波管3の管軸方向での要部断面図を、図5(c)は図5(a)のランプハウス7の長さ方向での要部断面図をそれぞれ示し、上述した各図と同一機能部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図5において、図1と異なる点は、図1に示す導波管3に図2に示すランプハウス7を直結させて構成され、この導波管3のランプハウス7と対向する上面の一部にはプラズマ光を透過させる窓3aが設けられている。   FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the configuration of the microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5A is a perspective view of the main part, and FIG. FIG. 5C is a cross-sectional view of the main part of the waveguide 3 in the tube axis direction, and FIG. 5C is a cross-sectional view of the main part in the length direction of the lamp house 7 in FIG. The same functional parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. 5 is different from FIG. 1 in that the waveguide 3 shown in FIG. 1 is directly connected to the lamp house 7 shown in FIG. 2, and a part of the upper surface of the waveguide 3 facing the lamp house 7 is partially provided. Is provided with a window 3a for transmitting plasma light.

この窓3aは、電気良導体により形成されたメッシュ,パンチングメタルまたは例えば表面に電気良導体を蒸着させた石英ガラス板からなりマイクロ波を透過させないが、短波長UV光から可視光までのプラズマ光を透過させる機能を有している。   This window 3a is made of a mesh formed by a good electric conductor, a punching metal, or a quartz glass plate having a good electric conductor deposited on the surface, for example, but does not transmit microwaves but transmits plasma light from short wavelength UV light to visible light. It has a function to make it.

このような構成において、導波管3の負荷側短絡面Xからランプハウス7の中心軸Yまでの距離Lを適宜調節することによってランプハウス7内の同軸上に設置されている無電極放電ランプ11にマイクロ波電界を集中させることができる。   In such a configuration, an electrodeless discharge lamp installed on the same axis in the lamp house 7 by appropriately adjusting the distance L from the load-side short-circuit surface X of the waveguide 3 to the central axis Y of the lamp house 7. 11 can concentrate the microwave electric field.

このような構成によれば、無電極放電ランプ11はマイクロ波の照射により励起電離され、プラズマ放電が発生し、無電極放電ランプ11内に封入されている原子または分子特有なスペクトルの短UV光から可視光までの電磁波が発生し、窓3aから取り出すことができる。   According to such a configuration, the electrodeless discharge lamp 11 is excited and ionized by microwave irradiation, plasma discharge is generated, and short UV light having a spectrum unique to atoms or molecules enclosed in the electrodeless discharge lamp 11. To visible light is generated and can be taken out from the window 3a.

ここで、無電極放電ランプ11の長さが比較的短い場合,マイクロ波電界分布が比較的一様な個所に無電極放電ランプ11が設置された場合またはマイクロ波電界により発生する定在波の節と腹とが複数個にわたるほど長い無電極放電ランプ11の場合は、上述した構成により安定した状態で無電極放電ランプ11は点灯を繰り返すことになる。   Here, when the length of the electrodeless discharge lamp 11 is relatively short, the case where the electrodeless discharge lamp 11 is installed at a location where the microwave electric field distribution is relatively uniform, or the standing wave generated by the microwave electric field. In the case of the electrodeless discharge lamp 11 having a plurality of nodes and antinodes, the electrodeless discharge lamp 11 is repeatedly lit in a stable state by the above-described configuration.

図6は、本発明によるマイクロ波無電極放電ランプ装置の実施例3による構成を説明する図であり、図6(a)は導波管3の管軸方向での要部断面図を、図6(b)はランプハウス7の中心軸方向での要部断面図をそれぞれ示し、上述した各図と同一機能部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図6において、図5と異なる点は、ランプハウス7内において、無電極放電ランプ11を内包する直線状のパイプ7aがこれに代えて全体形状がT字状に形成されたT字状パイプ20で構成され、このT字状パイプ20の内部の直線部分には無電極放電パイプ11がその両端部で一対のスペーサ12a,12bより挟持されてこのT字状パイプ20と無電極放電ランプ11との間に隙間を持たせて保持固定されている。   FIG. 6 is a diagram for explaining a configuration of a microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to a third embodiment of the present invention. FIG. 6 (a) is a cross-sectional view of a main part of the waveguide 3 in the tube axis direction. 6 (b) is a cross-sectional view of the main part of the lamp house 7 in the central axis direction. The same reference numerals are given to the same functional parts as those in the above-mentioned drawings, and the description thereof will be omitted. 6 differs from FIG. 5 in that a T-shaped pipe 20 in which a linear pipe 7a including an electrodeless discharge lamp 11 is formed in a T-shape instead of the linear pipe 7a in the lamp house 7. FIG. The electrodeless discharge pipe 11 is sandwiched between the pair of spacers 12a and 12b at both ends of the straight portion inside the T-shaped pipe 20, and the T-shaped pipe 20 and the electrodeless discharge lamp 11 are It is held and fixed with a gap between them.

なお、このT字状パイプ20は、短波長UV光から可視光までの範囲のうちの所望の光を透過させる材料からなる例えば石英ガラスから形成されている。また、このT字状パイプ20には、無電極放電パイプ11の略中央部で分岐する分岐パイプ20aが一体的に形成されており、この分岐パイプ20aの開口端には液状冷却媒体を注入する流入口21が連結されて導波管3の底部に形成した開口部に支持固定され、この流入口21には管継手19cがねじ込みにより結合されて固定配置されている。   The T-shaped pipe 20 is formed of, for example, quartz glass made of a material that transmits desired light in a range from short wavelength UV light to visible light. The T-shaped pipe 20 is integrally formed with a branch pipe 20a that branches at substantially the center of the electrodeless discharge pipe 11, and a liquid cooling medium is injected into the open end of the branch pipe 20a. An inlet 21 is connected and supported and fixed to an opening formed at the bottom of the waveguide 3, and a pipe joint 19 c is coupled to the inlet 21 by screwing and fixedly arranged.

このような構成において、矢印Iで示す方向から管継手19cに流入された液状冷却媒体は、無電極放電ランプ11の中央部分から両端方向に向かってT字状パイプ20と無電極放電ランプ11との間に形成された隙間(スペーサ12a,12bにより形成された隙間)を流通し、両端側の各管継手19a,19bから矢印O1,O2で示す方向に流出される。   In such a configuration, the liquid cooling medium that has flowed into the pipe joint 19c from the direction indicated by the arrow I flows from the central portion of the electrodeless discharge lamp 11 toward both ends, and the T-shaped pipe 20 and the electrodeless discharge lamp 11. Between the pipe joints 19a and 19b on both ends, and flows out in the directions indicated by the arrows O1 and O2.

無電極放電ランプ11の発光効率及び輝度を向上させるためには、マイクロ波の電界集中を無電極ランプ11の特定な個所、例えば中央部分に発生させる場合、無電極放電ランプ11の点滅を繰り返すと、点灯時に気化した封入物(水銀)が、非点灯時には無電極放電ランプ11の温度の低い個所、即ち、液状冷却媒体の流入側に蒸着され易くなる。このために次の点灯を安定して行わせるためには、蒸着された部分を比較的強いマイクロ波電界の部分に移動させる必要がある。   In order to improve the luminous efficiency and luminance of the electrodeless discharge lamp 11, when the electric field concentration of the microwave is generated at a specific portion of the electrodeless lamp 11, for example, the central portion, the blinking of the electrodeless discharge lamp 11 is repeated. The encapsulated material (mercury) vaporized at the time of lighting is likely to be deposited at a place where the temperature of the electrodeless discharge lamp 11 is low, that is, the inflow side of the liquid cooling medium when not lighting. For this reason, in order to perform the next lighting stably, it is necessary to move the deposited portion to a portion of a relatively strong microwave electric field.

したがって、上記構成によると、無電極放電ランプ11が非点灯時には、無電極放電ランプ11の中央部分が両端部よりも温度が低くなるので、封入物がこの部分に蒸着し易くなる。そして、次の点灯時に封入物が滞留した電界強度が大きい中央部分で点灯させることにより、瞬時に点灯させることができる。したがって、無電極放電ランプ11が点滅を繰り返しても安定した点灯状態が得られ、高輝度を保持させることができる。   Therefore, according to the above configuration, when the electrodeless discharge lamp 11 is not lit, the temperature of the central portion of the electrodeless discharge lamp 11 is lower than that of both end portions, so that the encapsulated material is easily deposited on this portion. And it can be made to light instantaneously by making it light in the central part with a large electric field strength in which the inclusions stayed at the time of the next lighting. Therefore, even if the electrodeless discharge lamp 11 repeats blinking, a stable lighting state can be obtained and high luminance can be maintained.

図7は、本発明によるマイクロ波無電極放電ランプ装置の実施例4による構成を説明する図であり、図7(a)は導波管3の管軸方向での要部断面図を、図7(b)はランプハウス7の中心軸方向での断面図をそれぞれ示し、上述した各図と同一機能部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図7において、図6と異なる点は、導波管3の窓3aが形成されている上面に対して対向する底面にはT字状パイプ20の分岐パイプ20aの外周面を包囲するようにFeまたはAlなどの金属製部材からなるリッジ22が設置されている。このリッジ22は、分岐パイプ20aを挿通させる部位に貫通穴22aが設けられてこの貫通穴22a内に分岐パイプ20aが挿通される構造となっている。   FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of a microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 7 (a) is a cross-sectional view of the main part of the waveguide 3 in the tube axis direction. 7 (b) is a cross-sectional view of the lamp house 7 in the central axis direction, and the same reference numerals are given to the same functional parts as those in the above-mentioned drawings, and the description thereof is omitted. 7 is different from FIG. 6 in that the bottom surface of the waveguide 3 opposite to the top surface where the window 3a is formed surrounds the outer peripheral surface of the branch pipe 20a of the T-shaped pipe 20. Alternatively, a ridge 22 made of a metal member such as Al is provided. The ridge 22 has a structure in which a through hole 22a is provided at a portion where the branch pipe 20a is inserted, and the branch pipe 20a is inserted into the through hole 22a.

なお、リッジ22に形成される分岐パイプ20aの貫通穴22aは、貫通穴構造でなくても良く、例えばリッジ22を内側に半円曲面を形成した2分割構造とし、分岐パイプ20aの外周面をその両側から挟み込む構造で形成しても良い。この場合、2分割されたリッジを分岐パイプ20aに挟み込んだ状態ではその相互間にスリットが形成されるが、このスリットが形成されることによって無電極放電ランプ11の近傍におけるマイクロ波の電界強度がさらに増大することが発明者等の実験により確認された。   The through hole 22a of the branch pipe 20a formed in the ridge 22 may not have a through hole structure. For example, the ridge 22 has a two-part structure in which a semicircular curved surface is formed on the inner side, and the outer peripheral surface of the branch pipe 20a is formed. You may form with the structure inserted | pinched from the both sides. In this case, a slit is formed between the two-divided ridges sandwiched between the branch pipes 20a. By forming this slit, the electric field strength of the microwave in the vicinity of the electrodeless discharge lamp 11 is increased. Further increase was confirmed by experiments by the inventors.

このような構成によれば、導波管3内におけるマイクロ波の電界強度は、導波管3の断面の長辺の中央部分を最大とし、その端部を0(零)とするサインカーブとなるが、導波管3の底面にリッジ22を溶接などにより設置することによってその中央部分のマイクロ波電界強度をさらに高めることができる。   According to such a configuration, the electric field strength of the microwave in the waveguide 3 is a sine curve in which the central portion of the long side of the cross section of the waveguide 3 is maximized and the end thereof is 0 (zero). However, by installing the ridge 22 on the bottom surface of the waveguide 3 by welding or the like, the microwave electric field strength at the central portion can be further increased.

図8は、図7で説明したリッジ22の他の実施例による構成を説明する図であり、図8(a)は導波管3の内部の上方から見た要部平面図を、図8(b)はその中央部から切断した要部縦断面図をそれぞれ示している。図8において、導波管3の底面に設置されるリッジ22は、リッジ本体221とこのリッジ本体221の長さ方向に沿って同一線上に同一部材からなるリッジ素片222とが2分割して形成されて配列されており、リッジ素片222の中央部には無電極放電ランプ11を内蔵したT字状パイプ20の分岐パイプ20aを挿通する貫通穴22aが設けられている。したがって、導波管3の終端面3aとリッジ素片222と終端面3bとの間はギャップ22bが、リッジ本体221とリッジ素片222との間はギャップ22cがそれぞれ形成され、リッジ素片222の上方には無電極放電ランプ11の中心部分が配設される構造となっている。ここで、リッジ素片222に長さをL、高さをH、ギャップ22bの間隔をG1、ギャップ22cの間隔をG2とする。   FIG. 8 is a diagram for explaining the configuration of another embodiment of the ridge 22 described with reference to FIG. 7. FIG. 8 (a) is a plan view of the main part viewed from above the inside of the waveguide 3, and FIG. (B) has each shown the principal part longitudinal cross-sectional view cut | disconnected from the center part. In FIG. 8, the ridge 22 installed on the bottom surface of the waveguide 3 is divided into a ridge body 221 and a ridge piece 222 made of the same member on the same line along the length direction of the ridge body 221. A through hole 22 a is formed in the center of the ridge element 222 so as to pass through the branch pipe 20 a of the T-shaped pipe 20 incorporating the electrodeless discharge lamp 11. Therefore, a gap 22b is formed between the end face 3a of the waveguide 3, the ridge piece 222, and the end face 3b, and a gap 22c is formed between the ridge body 221 and the ridge piece 222, and the ridge piece 222 is formed. The central portion of the electrodeless discharge lamp 11 is disposed above the electrode. Here, the length of the ridge element 222 is L, the height is H, the gap 22b is G1, and the gap 22c is G2.

図9は、図7で説明したリッジ22のさらに他の実施例による構成を説明する図であり、図9(a)は導波管3の内部の上方から見た要部平面図を、図9(b)はその中央部から切断した要部縦断面図をそれぞれ示している。図9において、図8と異なる点は、リッジ本体221のリッジ素片222に向かい合う端面から約5mm〜約4分の1波長だけマグネトロン1側に戻ったところにT字状パイプ20の分岐パイプ20aを挿入する貫通穴22aが設けられている。したがって、リッジ本体221の上方に無電極放電ランプ11の中心部分が配設される構造となっている。なお、リッジ22の幅をWとする。   FIG. 9 is a diagram for explaining a configuration of the ridge 22 described with reference to FIG. 7 according to still another embodiment. FIG. 9A is a plan view of a main part viewed from above the inside of the waveguide 3. 9 (b) is a longitudinal sectional view of a main part cut from the center part. 9 differs from FIG. 8 in that the branch pipe 20a of the T-shaped pipe 20 is located at a position where it returns to the magnetron 1 side by about 5 mm to about ¼ wavelength from the end face of the ridge body 221 facing the ridge element 222. Is provided with a through hole 22a. Therefore, the center portion of the electrodeless discharge lamp 11 is disposed above the ridge body 221. The width of the ridge 22 is W.

図10は、図7で説明したリッジ22のさらに他の実施例による構成を説明する図であり、図10(a)は導波管3の内部の上方から見た要部平面図を、図10(b)はその中央部から切断した要部縦断面図をそれぞれ示している。図10において、図8と異なる点は、リッジ素片222の導波管3の終端面3bに対向する面との間のギャップ22bにT字状パイプ20の分岐パイプ20aを挿入する貫通穴3cが設けられている。したがって、無電極放電ランプ11の中心部分がリッジ素片222と導波管終端面3bとの間に配設される構造となっている。   FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration of the ridge 22 described with reference to FIG. 7 according to another embodiment. FIG. 10A is a plan view of a main part viewed from above the inside of the waveguide 3. 10 (b) is a longitudinal sectional view of a main part cut from the center part. 10 differs from FIG. 8 in that a through-hole 3c into which a branch pipe 20a of a T-shaped pipe 20 is inserted into a gap 22b between a surface of the ridge piece 222 facing the end face 3b of the waveguide 3. Is provided. Therefore, the center portion of the electrodeless discharge lamp 11 is arranged between the ridge element 222 and the waveguide end face 3b.

このように導波管3の底面に取り付ける各リッジ22を、リッジ本体221とリッジ素片222とに分割して構成させると、マグネトロン1から伝搬されたマイクロ波は、導波管3の終端面3bを基準面として反射されるのではなく、ギャップ22bを構成する導波管3の底面3cを基準面として反射されることがコンピュータによる電磁波解析の結果判明した。同様にしてギャップ22cにおいても、ギャップ22cを構成する導波管3に底面3dまでマイクロ波が進入することが判明した。この結果、リッジ素片222の寸法を変えることにより、例えば長さL寸法を約15mmから約25mmまで、高さH寸法を約15mmから約25mmまで、間隔G1を約10mmから約20mmまで、間隔G2を約10mmとしたところ、マイクロ波電界が集中する場所が図9で示すランプ位置から図10に示すランプ位置まで変化することが判明した。   When each ridge 22 attached to the bottom surface of the waveguide 3 is divided into the ridge body 221 and the ridge piece 222 as described above, the microwave propagated from the magnetron 1 is transmitted to the end surface of the waveguide 3. As a result of the electromagnetic wave analysis by a computer, it was found that the light is not reflected with 3b as the reference plane but is reflected with the bottom face 3c of the waveguide 3 constituting the gap 22b as the reference plane. Similarly, in the gap 22c, it has been found that the microwave enters the waveguide 3 constituting the gap 22c up to the bottom surface 3d. As a result, by changing the dimensions of the ridge piece 222, for example, the length L dimension is about 15 mm to about 25 mm, the height H dimension is about 15 mm to about 25 mm, and the gap G1 is about 10 mm to about 20 mm. When G2 was about 10 mm, it was found that the location where the microwave electric field was concentrated changed from the lamp position shown in FIG. 9 to the lamp position shown in FIG.

そのマイクロ波電界が集中する位置にランプを配置してコンピュータ解析した結果、無電極ランプが強く点灯することが分かった。また、実際に試作し、その点灯を確認した。これはリッジ素片222とギャップ22b及びギャップ22cとでマイクロ波の周波数が共振し、大きなマイクロ波電界が発生した結果と推定する。なお、図9において、リッジ22の幅Wをランプの長さに近づけて約50mmから約60mmとしたところ、リッジ22上のマイクロ波電界の集中パターンが楕円形状となり、その長軸方向がランプの長さ方向に一致することから、リッジの幅Wを大きくとることにより、無電極放電ランプ11が一様に点灯することが期待される。   As a result of computer analysis with a lamp placed at a position where the microwave electric field is concentrated, it was found that the electrodeless lamp is lit strongly. In addition, we actually made a prototype and confirmed its lighting. This is presumed to be a result of the microwave frequency resonating between the ridge element 222, the gap 22b, and the gap 22c, and a large microwave electric field is generated. In FIG. 9, when the width W of the ridge 22 is set to about 50 mm to about 60 mm close to the length of the lamp, the concentration pattern of the microwave electric field on the ridge 22 becomes an elliptical shape, and the major axis direction thereof is the direction of the lamp. Since it coincides with the length direction, it is expected that the electrodeless discharge lamp 11 is lit uniformly by increasing the width W of the ridge.

なお、図11は、リッジ22の構成を、図10においてリッジ素片222を導波管終端面3b側の導波管の底面側から切り欠いてL字状の断面にしたものである。このように構成させると、切り欠き部222aの影響により、マイクロ波の反射の基準面がずれて無電極放電ランプ11の位置のマイクロ波電界強度が増加する傾向が見られた。   11 shows the structure of the ridge 22 in which the ridge piece 222 in FIG. 10 is cut out from the bottom surface side of the waveguide on the waveguide terminal end surface 3b side so as to have an L-shaped cross section. When configured in this manner, there was a tendency that the microwave reflection reference plane was shifted due to the influence of the notch 222a and the microwave electric field intensity at the position of the electrodeless discharge lamp 11 was increased.

また、リッジ22を構成するリッジ本体221及びリッジ素片222の材料を同一とし、その幅Wも同じとしたが、リッジ22の材料は導電性の高い材料であれば、同じ材料に固執する必要はない。例えば、無電極放電ランプ11に対向する部分は、プラズマ光を強く反射するように表面処理すれば輝度を増すこともできる。さらにリッジ22の幅は必ずしも同じである必要はなく、例えば、ランプに対向するリッジの幅を部分的に大きくして無電極放電ランプ11の点灯ムラを改善させることもできる。   The ridge body 221 and the ridge piece 222 constituting the ridge 22 are made of the same material and have the same width W. However, if the material of the ridge 22 is a highly conductive material, it is necessary to stick to the same material. There is no. For example, the brightness of the portion facing the electrodeless discharge lamp 11 can be increased by surface treatment so as to strongly reflect plasma light. Furthermore, the widths of the ridges 22 are not necessarily the same. For example, the unevenness in lighting of the electrodeless discharge lamp 11 can be improved by partially increasing the width of the ridges facing the lamp.

なお、前述した各実施例においては、支持棒13a,13bと無電極放電ランプ11とがスペーサ12a,12bを介在させて分離された構造の場合について説明したが、支持棒13a,13bと無電極放電ランプ11とを直接接触させる構造または支持棒13a,13bと無電極放電ランプ11とを固着して一体化させた構造で構成しても良い。この場合、スペーサ12a,12bの形状が変更されるか、または省略することも可能となる。   In each of the above-described embodiments, the case where the support bars 13a and 13b and the electrodeless discharge lamp 11 are separated with the spacers 12a and 12b interposed is described. A structure in which the discharge lamp 11 is in direct contact or a structure in which the support rods 13a and 13b and the electrodeless discharge lamp 11 are fixed and integrated may be used. In this case, the shapes of the spacers 12a and 12b can be changed or omitted.

また、前述した各実施例においては、液状冷却媒体として、例えば、水を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、シリコーン油などに代表されるある温度範囲で流動性の高い液体であれば使用可能であり、特に限定されるものではない。   In each of the embodiments described above, for example, water was used as the liquid cooling medium. However, the present invention is not limited to this, and for example, a certain temperature represented by silicone oil or the like. Any liquid having high fluidity within the range can be used and is not particularly limited.

なお、前述した各実施例においては、陰極線管の製造設備や半導体の製造設備などに用いられる露光装置の光源に適用するマイクロ波無電極放電ランプ装置について説明したが、UV光を利用する各種装置,UV光を使用する露光装置,UV光を使用して化学反応を促進させる各種化学合成装置,UV光を使用して化学物質を硬化させる各種塗装装置,UV光を使用する各種殺菌装置,液冷無電極UVランプの冷却媒体として殺菌したい液体を使用する殺菌装置または小型高輝度可視光ランプを利用する各種照明装置などにも適用できることは言うまでもない。   In each of the above-described embodiments, the microwave electrodeless discharge lamp apparatus applied to the light source of the exposure apparatus used in cathode ray tube manufacturing equipment, semiconductor manufacturing equipment, etc. has been described. Various apparatuses using UV light , Exposure equipment that uses UV light, Various chemical synthesis equipment that uses UV light to accelerate chemical reactions, Various coating equipment that uses UV light to cure chemical substances, Various sterilization equipment that uses UV light, Liquid Needless to say, the present invention can also be applied to a sterilization apparatus using a liquid to be sterilized as a cooling medium of a cold electrodeless UV lamp, or various illumination apparatuses using a small high-intensity visible light lamp.

本発明によるマイクロ波無電極放電ランプ装置の実施例1による構成を示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which shows the structure by Example 1 of the microwave electrodeless discharge lamp apparatus by this invention. 図1に示すランプハウスの構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of the lamp house shown in FIG. 図1に示すスペーサの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the spacer shown in FIG. 図2に示すスペーサの構成を説明するマイクロ波無電極放電ランプ装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the microwave electrodeless discharge lamp apparatus explaining the structure of the spacer shown in FIG. 本発明によるマイクロ波無電極放電ランプ装置の実施例2による構成を示す図である。It is a figure which shows the structure by Example 2 of the microwave electrodeless discharge lamp apparatus by this invention. 本発明によるマイクロ波無電極放電ランプ装置の実施例3による構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure by Example 3 of the microwave electrodeless discharge lamp apparatus by this invention. 本発明によるマイクロ波無電極放電ランプ装置の実施例4による構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure by Example 4 of the microwave electrodeless discharge lamp apparatus by this invention. 本発明に係るリッジの他の実施例を示す図である。It is a figure which shows the other Example of the ridge which concerns on this invention. 本発明に係るリッジのさらに他の実施例を示す図である。It is a figure which shows the further another Example of the ridge which concerns on this invention. 本発明に係るリッジの他の実施例を示す図である。It is a figure which shows the other Example of the ridge which concerns on this invention. 本発明に係るリッジの他の実施例を示す図である。It is a figure which shows the other Example of the ridge which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・マグネトロン、1a・・・導入線、1b・・・導入線、2a・・・パイプ、2b・・・パイプ、3・・・導波管、4・・・アプリケータ、5・・・固定部材、6・・・窓、7・・・ランプハウス、7a・・・パイプ、7b・・・ランプハウス端部、8a・・・パイプ、8b・・・パイプ、9・・・連結部材、10a・・・固定部材、10b・・・固定部材、11・・・無電極放電ランプ、12a・・・スペーサ、12a1・・・挿入部、12a2・・・保持部、12b・・・スペーサ、12c・・・隙間、13a・・・支持棒、13b・・・支持棒、14a・・・円筒部材、14b・・・円筒部材、15a・・・オーリング、15b・・・オーリング、16a・・・円筒状部材、16b・・・円筒状部材、17a・・・オーリング、17b・・・オーリング、18a・・・取り付け部材、18b・・・取り付け部材、19a・・・管継手、19b・・・管継手、19c・・・管継手、20・・・T字状パイプ、20a・・・分岐パイプ、21・・・流入口、22・・・リッジ、221・・・リッジ本体、222・・・リッジ素片、223・・・リッジ素片、224・・・リッジ素片、225・・・リッジ素片、226・・・リッジ素片。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetron, 1a ... Lead wire, 1b ... Lead wire, 2a ... Pipe, 2b ... Pipe, 3 ... Waveguide, 4 ... Applicator, 5 .... -Fixing member, 6 ... window, 7 ... lamp house, 7a ... pipe, 7b ... end of lamp house, 8a ... pipe, 8b ... pipe, 9 ... connecting member DESCRIPTION OF SYMBOLS 10a ... Fixing member, 10b ... Fixing member, 11 ... Electrodeless discharge lamp, 12a ... Spacer, 12a1 ... Insertion part, 12a2 ... Holding part, 12b ... Spacer, 12c ... gap, 13a ... support rod, 13b ... support rod, 14a ... cylindrical member, 14b ... cylindrical member, 15a ... o-ring, 15b ... o-ring, 16a ..Cylindrical member, 16b ... cylindrical member, 17a ... O-ring, 7b ... O-ring, 18a ... mounting member, 18b ... mounting member, 19a ... pipe joint, 19b ... pipe joint, 19c ... pipe joint, 20 ... T-shaped pipe 20a: Branch pipe, 21 ... Inlet, 22 ... Ridge, 221 ... Ridge body, 222 ... Ridge element, 223 ... Ridge element, 224 ... Ridge element Piece, 225 ... Ridge piece, 226 ... Ridge piece.

Claims (8)

マイクロ波を放射するマグネトロンと、
前記マグネトロンに結合され、且つ当該マグネトロンから放射されたマイクロ波を伝播させる導波管と、
前記導波管に結合され、且つ少なくとも一方の側面にプラズマ光を透過させる窓を有する金属製板材からなる箱状のアプリケータと、
前記アプリケータの内部に前記窓に対向させて保持固定され、且つ前記プラズマ光を透過させるランプハウスと、
前記ランプハウスの内部に収容され、且つ前記プラズマ光を透過させるパイプと、
前記パイプの内部に当該パイプの外周面との間に隙間を有して同心軸上に支持固定され、且つ前記マイクロ波の照射によりプラズマ光を放出する無電極放電ランプと、
前記パイプの両端部に結合され、且つ前記隙間に液状冷却媒体を流通させる一対の冷却媒体流入出手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波無電極放電ランプ装置。
A magnetron emitting microwaves,
A waveguide coupled to the magnetron and propagating microwaves emitted from the magnetron;
A box-shaped applicator made of a metal plate having a window coupled to the waveguide and transmitting plasma light on at least one side surface;
A lamp house which is held and fixed inside the applicator so as to face the window and transmits the plasma light;
A pipe housed in the lamp house and transmitting the plasma light;
An electrodeless discharge lamp that is supported and fixed on a concentric axis with a gap between the pipe and the outer peripheral surface of the pipe, and emits plasma light by the microwave irradiation;
A pair of cooling medium inflow / outflow means coupled to both ends of the pipe and for circulating a liquid cooling medium in the gap;
A microwave electrodeless discharge lamp apparatus comprising:
マイクロ波を放射するマグネトロンと、
前記マグネトロンに結合され、且つ当該マグネトロンから放射されたマイクロ波を伝播させるとともに少なくとも一方の側面にプラズマ光を透過させる窓を有する導波管と、
前記導波管の内部に前記窓に対向させて保持固定され、且つ前記プラズマ光を透過させるランプハウスと、
前記ランプハウスの内部に収容され、且つ前記プラズマ光を透過させるパイプと、
前記パイプの内部に当該パイプの外周面との間に隙間を有して同心軸上に支持固定され、且つ前記マイクロ波の照射によりプラズマ光を放出する無電極放電ランプと、
前記パイプの両端部に結合され、且つ前記隙間に液状冷却媒体を流通させる一対の冷却媒体流入出手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波無電極放電ランプ装置。
A magnetron emitting microwaves,
A waveguide coupled to the magnetron and having a window for propagating a microwave emitted from the magnetron and transmitting plasma light on at least one side surface;
A lamp house which is held and fixed inside the waveguide so as to face the window and transmits the plasma light;
A pipe housed in the lamp house and transmitting the plasma light;
An electrodeless discharge lamp that is supported and fixed on a concentric axis with a gap between the pipe and the outer peripheral surface of the pipe, and emits plasma light by the microwave irradiation;
A pair of cooling medium inflow / outflow means coupled to both ends of the pipe and for circulating a liquid cooling medium in the gap;
A microwave electrodeless discharge lamp apparatus comprising:
マイクロ波を放射するマグネトロンと、
前記マグネトロンに結合され、且つ当該マグネトロンから放射されたマイクロ波を伝播させるとともに少なくとも一方の側面にプラズマ光を透過させる窓を有する導波管と、
前記導波管の内部に前記窓に対向させて保持固定され、且つ前記プラズマ光を透過させるランプハウスと、
前記ランプハウスの内部に収容され、且つ前記導波管の外部に開口端を突出する分岐パイプを一体的に有し、前記プラズマ光を透過させるT字状パイプと、
前記T字状パイプの内部に当該T字状パイプの外周面との間に隙間を有して同心軸上に支持固定され、且つ前記マイクロ波の照射によりプラズマ光を放出する無電極放電ランプと、
前記分岐パイプの開口端に結合され、かつ前記隙間に液状冷却媒体を流入させる冷却媒体流入手段と、
前記T字状パイプの両端部に結合され、且つ前記隙間に流通させる前記液状冷却媒体を流出させる冷却媒体流出手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波無電極放電ランプ装置。
A magnetron emitting microwaves,
A waveguide coupled to the magnetron and having a window for propagating a microwave emitted from the magnetron and transmitting plasma light on at least one side surface;
A lamp house which is held and fixed inside the waveguide so as to face the window and transmits the plasma light;
A T-shaped pipe that is housed inside the lamp house and integrally has a branch pipe that protrudes from an open end outside the waveguide, and transmits the plasma light;
An electrodeless discharge lamp that is supported and fixed on a concentric shaft with a gap between the T-shaped pipe and the outer peripheral surface of the T-shaped pipe, and that emits plasma light by the microwave irradiation; ,
A cooling medium inflow means coupled to the open end of the branch pipe and flowing a liquid cooling medium into the gap;
Cooling medium outflow means coupled to both ends of the T-shaped pipe and outflowing the liquid cooling medium flowing through the gap;
A microwave electrodeless discharge lamp apparatus comprising:
前記マグネトロンは液状冷却媒体により冷却される冷却構造を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。   4. The microwave electrodeless discharge lamp device according to claim 1, wherein the magnetron has a cooling structure that is cooled by a liquid cooling medium. 前記導波管の前記窓と対向する内面に前記分岐パイプを包囲するリッジを設けたことを特徴とする請求項3に記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。   4. The microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to claim 3, wherein a ridge surrounding the branch pipe is provided on an inner surface of the waveguide facing the window. 前記リッジはリッジ本体と少なくとも単数のリッジ素片とから構成することを特徴とする請求項5に記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。   6. The microwave electrodeless discharge lamp device according to claim 5, wherein the ridge includes a ridge body and at least one ridge piece. 前記液状冷却媒体は、水とすることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れかに記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。   The microwave electrodeless discharge lamp device according to any one of claims 1 to 6, wherein the liquid cooling medium is water. 前記液状冷却媒体は、シリコーン油とすることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れかに記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置。
The microwave electrodeless discharge lamp device according to any one of claims 1 to 6, wherein the liquid cooling medium is silicone oil.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010135171A (en) * 2008-12-04 2010-06-17 Orc Mfg Co Ltd Microwave discharge lamp
CN103094059A (en) * 2012-11-16 2013-05-08 江苏一品环保科技有限公司 Plasma xenon energy saving lamp tube
JP2014000070A (en) * 2012-06-20 2014-01-09 Blue Oceans:Kk Device for normal temperature sterilization

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