JPS60264042A - マイクロ波無電極光源装置 - 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】 本発明は紫外線領域において改良されたスペクトル出力
（５ｐｅｃｔｒａｌ　ｏｕｔｐｕｔ　）を有しているマ
イクロ波によシ発生される無電極電源に向けられている
。

従来技術 無電極光源は公知であり、そして一般にプラズマ形成媒
体を含んでいるエンペロツブ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）が配
置されているマイクロ波チャンバを含んでいる。例えば
、マグネトロンによって発生されたマイクロ波エネルギ
が前記チャンバへ送られ、そして複合（ｃｏｍｐｌｅπ
）物理的機構を介して発光プラズマが励起される。エン
ペロツブ内に含まれるプラズマ形成媒体の主成分は典型
的には水銀である゛。

無電極光源は最も一般的に使用されている、可視放射線
又は紫外放射線を提供するのに使用されることができる
電極アークラングと区別されるべきである。従ってアー
クランプはその中に配置された１対の電極を有するガス
入りエンベロツブを含んでおり、電極を横切って電位差
が印加されると、アークがその間に発生して、それが放
射線を発する。

発明が解決しようとする問題点 、） アークランプ及び無電極ランプのいくつかの特性は著し
く異なり、即ちアークランプは主として電極間のライン
に沿って光を発生し、そして無電極ラングは放電部のエ
ンペロツブに近い領域から光を発する。これは温度及び
電子密度分布の差のため起る。その結果、壁土の熱負荷
は無電極ランプにおいてより高く、これが無電極ランプ
をしてよシ高い蒸発温度を有する添加物の使用に、より
適合せしめている。

上述の如き無電極ランプでは、紫外線範囲３００乃至４
００ｎｍ（ナノメータ）におけるスペクトル効率を出来
るだけ高くするのが望ましい。

問題点を解決するための手段 従って本発明の目的は、改善された効率及び３００乃至
４００　ｎｍの紫外線範囲におけるスペクトル出力（５
ｐｅｃｔｒａｌ　ｏｕｔ　ｐｕｔ　）を有する無電極光
源を提供することである。

本発明によれば、本願に開示された改善された光源はマ
イクロ波エネルギを発生するための手段と、マイクロ波
エネルギを受取るためのマイクロ波チャンバ手段と、水
銀及びノ・ログン化ウラン（ｖｒａｎｉｕｔｎんａｌｉ
ｄｅ）より成る充填物（ｆｉｌｌ　）ヲ含むチャンバ内
のエンベロツブとを含んでいる。

本発明を添付図面を参照して説明する。

実施例 第１図を参照して説明すると、例示的な無電極ランプが
示されている。これは、典型的には貴ガス内の水銀であ
るプラズマ形成媒体で充たされているランプエンペロツ
ブ（ｌａｍｐ　ｅｎｖ、ｅｌｏｐｅ　）　２を含んでい
る。ランプエンペロツブ２はマイクロ波チャンバ４内に
配置されており、このチャンバ４は光反射鏡６と、づイ
クロ波を透さないが紫外線光を透過するメツシュ８とを
含んでいる。

まだ第１図にはマグネトロ／１０及び導波管１２が示さ
れている。マグネトロン１０がマイクロ波エネルギーを
発生し、このマイクロ波が導波’［１２を通り、チャン
バ壁内のカップリングスロット１４を通ってチャンバ４
へ送られる。マイクロ波エネルギがエンベロツブ２内の
媒体を励起して、プラズマが発生され、このプラズマが
紫外線光を発し、この紫外線光がメツシュ８を通り光源
から出る。バルブ（ｂｒｔ、ｌｂ　）の作用は約１−５
気圧の比較的低圧力にある。また第１図には、本発明の
部分を形成しない冷却目的のためのバルブを回転するた
めのモータ手段１６及び関連装置が示されている。更罠
、第１図に示された例示的な構成は球形バルブ及び球形
チャンバの双方を利用しているが、これ等は図示の目的
のみのために示されており、チャンバは例えば円筒形又
は放物線状の種々の他の形状であることができる。

第１図に示された無電極ランプは、構造及び作動原理の
双方が異なるので、より一般に使用されている水銀アー
クランプから明らかに区別されなければならない。アー
クランプは比較的高圧力でガスを充填されたエンベロツ
ブを含みその中に一対の電極を有している。電位差が電
極を横切って付加されると、その間のガスがイオン化し
て、アーク放電を生ずる。放電壁とランプ壁との間の領
域がクーラーであυ、かなシの厚さの中性境界層がフィ
ルタとして作用し、そしてアークによって発せられる紫
外線放射のいくらかを吸収する。従って、無電極ラング
の作用はアークランプとは異なる物理的原理によるもの
であり、且つアークラングとは異なる科学的過程（ｒｅ
ｇｉｍｅ　）　Ｋあシ、充填成分（ｆｉｌｌ　ｃｏｎｓ
ｔｉｔｕｅｎｔｓ　）が１つの型式のラング内で生じ得
るスペクトル出力は、特に放射スペクトルの異なる部分
におけるそれぞれの作用のため、前記充填成分が他の型
式のランプ内で生ずる出力によって予言されることはで
きない。

発明の効果 上述の如く、従来の無電極ランプは主として貴ガス内の
水銀である充填物を典型的に使用しており、そして第２
図は３００乃至４００ｎｍ（ナノメータ）の赤外線領域
並びに可視の小部分（４００乃至５００ｎｍ）における
このようなランプの出カッぐワ（ｏｕｔｐｕｔ　ｐｏｗ
ｅｒ　）を示しているグラフである。

下記の表は３００乃至４００　ｎｍ紫外線領域における
第２図に図示された増分及び蓄積・ぞワ（ｉｎｃｒｅｍ
ｔｒＬｔａｌ　ａｎｄ　ａｃｃｗｍｓｌａｔｅｄ　ｐｏ
ｗｅτ）の表の表現であり、そして全紫外線スにクトル
ノぐワは約１０１ワツトであることに注目されたい。

インターバル　ノぞワヮット蓄積ハヮ ａｏｏ−ａｉｏ　１５．３５　１５．３５３１０−３２
０　２７．６３　４２．９８３２０−３３０　４．９３
　４７．９１３３０−３４０　７．２０　５５．１１３
４０−３５０　２．９７　５８．０８３５０−３６０　
２．４１　６０．４９３６０−３７０　３２．０１　９
１５０３７０−３８０　３．６４　９６．１４３８０−
３９０　２．７３　９８．８７３９０−４００　２５８
　１０１．４５本発明によれば紫外線における無電極ラ
ンプの効率は水銀充填物にハロｒンイビウランの添加に
よって実質的に改善される。

次に、第３図は第２図におけるとｔｌぼ同一の作用条件
下でウランテトラクロライド（ＶＣｔ、　）を付加的に
含んでいるランゲニンペロツブのみをｉえた第２図に示
されたと同じランプの出力パワ（ｏｕｔｐｕｔ　ｐｏｗ
ｅｒンのグラフである。実際に、これはＭａｒｙｌａｎ
ｄ、　ＲｏｃｋｖｉｌｌｅのＦｕｓｉｏｎ　Ｓ’ｌｅｍ
ＣｏτｐｏｒａｔｉｏｔＬによシ製造された球形のバル
ブ（ｂｕｌｂ　）であって、６７０ｍαのマグネトロン
電流で作動される。ハつダン化ウランの添加はドラマチ
ックなスペクトル改善及び紫外線における効率増加とな
る。

下記の表■は第３図に示された増分及び蓄積出力パワを
表で表現したものであシ、そして３００乃至４００　ｎ
ｍの紫外線領域における全蓄積ｐ４ワが約２１０ワツト
であり、これは水銀のみを充填しているランプよりも効
率において１００％以上の増加を表わしている。

インターバル　パワワット　蓄積パワ ３００−３１０　１０．４０　１０．４０３１０−３２
０　１２．５０　２２．９０３２０−３３０　’　ＩＺ
２０　３５．１０３３０−３４０　１８．００　５３．
１０３４０−３５０　２Ｚ５０　７５．６０３５０−３
６０　２８．４０　１０４．００３６０−３７０　３０
．７０　１３４．７０３７０−３８０　２６．９０　１
６１．６０３８０−３９０　２６．００　１８７．６０
３９０−４００　２３．５０　２１１．１０無電極ラン
プが紫外線光を生ずる主な機構は電子の衝突による原子
の刺戟（ｓｔｔｒｍｂｌａｔｉｏｎ　）によるものであ
り、そしてハロゲン化ウランは励起に利用可能である多
くの電子を含んでいるのでノ・ログン化ウランの添加が
効率の増加を生ずると信じられる。従って、従来の無電
極ランプの効率を増加する試みにおいては、本発明者は
ウランがすべての安定な元素の中で最も重いという彼の
観察に基づいてハロゲン化ウランを採用した。ウラン自
身は非常に高い蒸発点を有しているので、より低い蒸発
温度を有しているハロゲン化ウランが使用された。重い
元素は本発明のランプの無電極環境内で活性化されたと
き紫外線領域内で高いスペクトル出力となるであろうと
いう出願人の確信は第３図に示されている如く、結果と
して得られたスペクトル出力によって確証されているよ
うに思われる。

本発明の好ましい実施態様によれば、３乃至１Ｑｃｃの
内容積を有するランプパルプは、製造中、アルゴン及び
僅かな■のＵＣ１４の如き貴ガス中に０、２　ｍの容積
の液体水銀で充たされる。更にプラズマをランゲニンペ
ロツブ壁に近づけず均等な境界層をつくるため小量のｇ
ｇｅｔが加えられる。

マイクロ波・ぐワが数百１ヱΣの・切密度範囲をＣ 越えて、ランプに結合されて、第３図に示される如く、
紫外線スペクトル出力を提供する。

かくて、紫外線における改良された効率並びにその範囲
における準連続体（ｑｕａａｉ−ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）
スペクトル出力を有する紫外線ランプが開示された。

本発明の例示的な実施態様が記載されたが、その多くの
変形をこれ等の当業者において行なうことができ、且つ
本発明は本願に添付の特許請求の範囲及び同等のものに
よってのみ限定されると理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様の概略的な表現である。 第２図は水銀充填物を使用している従来の無電極ランプ
光源のスペクトル出力のグラフ的表現である。 第３図は本発明による無電極ランプ光源のスペクトル出
力のグラフ的表現である。 ２・・・・・・エンペロツブ ４・・・・・・チャンバ ６・・・・・・光反射鏡 ８・・・・・・メツシュ １０・・・・・・マグネトロン ％許出１１人　フュージョン・システムズ・コーポレー
ション

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　スペクトルの紫外線領域（３００〜４００１１に
   おいて比較的高い効率で放射を提供する無電極光源にし
   て、 マイクロ波エネルギを発生する手段と、該マイクロ波エ
   ネルギを受取るマイクロ波チャンバ手段とを具備してい
   て、 該チャンバ手段がプラズマ形成媒体充填物を含んでいる
   エンペロツブを囲んでおり、 該充填物が紫外線領域において比較的高いスペクトル出
   力を提供する水銀及びハつダン化ウランを含んでいる ことを特徴とする無電極光源。 ２　該充填物に結合される該マイクロ波エネルギのマグ
   ニチュード及び該エンペロツブの寸法が、ワット 該光源の作用が数百□の出力密度領域を越Ｃ えるよう罠なっている特許請求の範囲第１項記載の無電
   極光源。 ３、該マイクロ波チャンバが光反射部材と、マイクロ波
   エネルギを透さないが該紫外線放射を該チャンバから出
   ることを許容するメツシュとを含んでいる特許請求の範
   囲第１項記載の無電極光源。