JPS62208595A - マイクロ波放電装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マイクロ波放電を利用した装置に関するも
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装置の一例としてマイクロ波放電光
源装置を示す縦断面図であり、（１）はマイクロ波発振
器で１例えばマグネトロン、（２ン）エマグネトロンア
ンテナ、＋３）１２導波管、（４目１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、（９
）はファン、　Ｑｌは導波管（３）の一部に設けられた
通気口、住υはマグネトロン＋１）、導波管（３）。

空胴（６）等を覆う箱体である。

次に動作について説明する。電源（図示せず）より駆動
されてマグネトロン（１）から発生したマイクロ波（ユ
、マグネトロンアンテナ（２）を通じて導波管（３）中
に放射される。このマイクロ波（１導波管（３）を伝播
し、給電口（７）を通して空胴１６）中に放射され。

空胴（６１中にマイクロ波電磁界を形成する。このマィ
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、管中に封入されたプラズマ生成
媒体で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油面をマイクロ波は
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…■方のみに放射させている。

ここで、マグネトロンｆｌ＋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の商用交流電源を昇圧トランスで昇圧した後
整流した高圧の脈流を用いている。

この時の整流回路が全波整流回路の場合、マグネトロン
（１）の電源として用いられる高圧は１００〜１２０Ｈ
ｚの脈流となり、マグネトロン（１目工１００〜１２Ｑ
ｆｌｚ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、１００〜１２０ｆ
ｉｚで変調されたマイクロ波により放電している。

ところが、整流回路が全波整流回路の場合、昇圧トラン
スの２次巻線は巻き始め１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大き
くなる。また、トランス以外の部分でも非常な高圧が発
生し９部品の信頼性が低下するなどの不都合がある。一
方整流回路を半波整流回路にずれは、昇圧トランスの２
次巻線は片側が接地できるため、上記の問題は低下でき
るが、マグネトロンｉｌ＋に印加される電圧が電ふの半
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）の立ち上り時に放電が維持できな（
なり、放電の立ち消えが起る恐れがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のマイクロ波放電装置は以上のように構成されてい
るので、商用周波数の昇圧トランスを用い、全波整流し
てマイクロ波発振器の電源とすると、装置全体が重くな
ると共に、電力の制御も困難である。さらにトランスの
絶縁不良が生じゃすいなどの問題点があった。

また、半波整流してマイクロ波発振器の電源とすると、
放電の立ち消えが起る恐れがあるという問題点があった
。

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、装置を軽くできると共に、電力の制御、すな
わち放電の制御も簡単に行なうことができ、さらに安定
した放電が得られるマイクロ波放電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装置は、電源で駆動され
たマイクロ波発振器から発生したマイクロ波により、放
電管中に封入されたプラズマ生成媒体を放電させるマイ
クロ波放電装置において。

直流電源を半導体のインバータでＩ　Ｋｌｌｚ以上の高
周波とし、この高周波をトランスで昇圧した後、整流回
路により整流して上記電源を構成したものである。

〔作　用〕

この発明におけるマイクロ波発振２；の電源はインバー
タでＩ　Ｋｌｌｚ以上の高周波とすることにより。

昇圧トランスが軽量、小型になり、高圧整流回路に半波
整流回路を用いてもマイクロ波の休止期間が短く、マイ
クロ波放電光源装置に用いた時にも放電灯が立ち消えを
起こ丁恐れがな（なると共に。

電力の制御が可能となる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、σ２は商用交流電源、（１３はダイオード
ブリッジ、　　（１ａａ）、（１４ｂ）、（１４ｃ）　
　ｉｓダイオ−１／、　　（１ｓａ）、（＋ｓｂ）は半
導体で例えばＦＥＴｔ’あり、ダイオード（１４ａ）、
（１ａｂ）とＦＥＴ　（１５ａ）、　（１５ｂ）とでイ
ンバータｔ１）１９を構成する′。（１７ａ）、　（１
７ｂ）　ＩＪコンデン？、＋ＩＩはトランスで、昇圧ト
ランス。

（１８ａ）はこの昇圧トランスσ汐の１次巻線のセンタ
ータップ、σ！ｊ（工Ｆ　Ｅ　Ｔ　（１５ａ）、（１５
ｂ）全駆動スルドラ４ブ回路、■はドライブ回路α→に
ＰＷＭで制御されたパルスをその出力（２ｏａ）、　（
２ｏｂ）より送る制御回路、Ｑυはマイクロ波発振器１
例えばマグネトロンｆｉ＋のフィラメント電源、のは整
流回路で。

例えはコンデンサ（１７ｂ）とダイオード（１４りとで
構成される半波倍電圧整流回路である。このマグネトロ
ンｆｉｌで発生するマイクロ波を例えば第３図に示すマ
イクロ波放電光源装置で用いている。

次に動作について説明する。商用電諒ａりから送られる
交流［ｈｉ１ダイオードブリッジαＪにより全波整流さ
れた後、コンデンサ（１７ａ）で平滑されて直流電圧に
なる。即ち、これで直流電諒を構成している。一方、制
御回路ＣＩ！Ｇ　１２　ＰＩえはスイッチングレギュレ
ータを源用ＩＣのＴＬ　　４９４（Ｔｉ社製、商品名）
を主として構成されており、その出力（２０ａ）、　（
２０１））にパルスを交互に出丁ようになっている。さ
らにはパルス巾を可変１こすることもできる。このパル
スを人力とＬ／１：、　ＦＥＴ　（１ｓａ）。

（１５ｂ）を交互に導通状態にするようにドライブ回路
四が構成されている。Ｆ　ＥＴ　（１ｓａ）、　（＋ｓ
ｂ）が交互に導通状態（オン状態）になるため、昇圧ト
ランスｕ８の１次巻線のセンタータップ（１８ａ）より
上下に交互に電流が流れる。したがって昇圧トランスｕ
８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（ｊ７ｋ））、ダイオード（１４りからなる
倍電圧整流回路Ｑ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）ハ高圧の脈流
で動作するため１発生するマイクロ波もパルス状となる
。このマイクロ波の様子を第２図に示す。第２図１）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ＦＥＴ（１ｓｂ）がオン状態の時、昇圧トランス
σ＆の２次側にはダイオード（１４Ｃ）に対し順方向の
′屯田が発生し、コンデンサ（１７ｂ）への充電々流が
流れコンデンサ（１７ｂ）が充電される。次にＦＥＴ（
１５ｂ）がオフ状態になった後、　ＦＥＴ　（１５ａ）
がオン状態となり昇圧トランスａυの２次側にはコンデ
ンサ（１７ｂ）に対し逆方向の電圧が発生し、ダイオー
ド（１４ｃ）はオフ状態になる。従って昇圧トランス賭
の２次側の電圧と。

コンドンサ（１７ｂ）に充電されていた電圧の和がマグ
ネトロンＴｌ＋に印加される。即ち第２図に示す時間ｔ
１がＦＥＴ（１５ａ）がオン状態である時間になる。こ
のように、　ＦＥＴ　（１５ａ）がオン状態になる毎に
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、Ｆ８期Ｔで時間【１の巾のマイクロ波パルスが
発生するわけである。ここで周期Ｔを例えば１０μｓに
設定し１周波数ｆを１００ＫＨｚにする。

即ち、　Ｆ　ＥＴ　（４ｓａ）、　（１ｓｂ）を１００
能でオン−オフさせれば、昇圧トランスα８１！ＩＱＯ
Ｋｆｌｚの高尚波で励磁されるため、再出トランス鰻５
ｚｓｏ〜６ＱＨｚの低周波の昇圧トランスに比べ小さな
ものでよい。

また、この場合、高圧側の整流回路は半波倍電圧整流回
路を用いているが、マイクロ波の休止時間、Ｔなわち第
２図の時間ｔ２は１周波数ｆが１００ＫＩＩｚの高周波
であるため１０μｓ以下となる。

一方、放電灯（８）中のプラズマ生成媒体が希ガス。

あるい（ｌ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は、いわゆるアフターグロー１！
　１　ｍ　Ｓ程度以上である。従ってマイクロ波が休止
してもアフターグ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一ｆｌｌｌ？、１）
Ｉｆｆの立ち消ｉの恐れがないへここで。

上記の実施例では周波数ｆを１００龜としたが。

周期がｔｍｓ以下以下９数波数ｆえばＩ　Ｋｕｚ以上で
あれば同様の効果があるのは明らかである。

以上のよう匡、高圧側の整流回路を半波倍電圧整流回路
にで自るため、トランスα段の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謁のコアに接触して
もよく１巻き終わりとコア間。

巻き終わりと１次巻線間等の絶縁を考慮するだけでよ（
絶縁が簡単になる。

又、ＰＷＭ制御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。

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、様々な放電の制御が可能である。

なお、上記実施例ではインバータＱｆ９を構成する半導
体としてトランジスタを用いているがこれに限るもので
はない。

また、インバータ回路四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。

また、直流電源として、商用交流電源をダイオードブリ
ッジとコンデンサを用いて直流電圧を得ているが、これ
に限るものではない。

さらに、上記の実施例では、マイクロ波放電装置として
マイクロ波放電光源装置を例にあげて説明したが、その
他例えばＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎ
　　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　）　　に用いられるマイクロ
波放電装置や、プラズマＣＶＤ用のマイクロ波放電装置
等でも、プラズマ生成媒体のアフターグローは少なくと
も１ｍＳ程度は存在するので・上記実施例と同様の効果
を奏する。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、電源で駆動されたマイ
クロ波発振器から発生したマイクロ波により、放を管中
に封入されたプラズマ生成媒体を放電させるマイクロ波
放電装置において、直流電源を半導体のインバータで１
龍以上の高周波とし。

この高周波をトランスで昇圧した後、整流回路により整
流してマイクロ波発振器の電源を構成することにより、
装置を軽くできると共に、電力の制御、即ち放電の制御
が簡単にでき、さらに安定した放電が得られるマイクロ
波放電装置を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるマイクロ波放電装置
に係るマイクロ波発振器の電源を示す回路図、第２図は
この発明の一実施例に係るマイクロ波の発振波形を示す
波形図、第３図は一般的なマイクロ波放電光源装置を示
す縦断面図である。 ＋１）・・・マイクロ波発振３．　　（１ｓａ）、　（
１５ｂ）・・・半導体、αＧ・・・インバータ、賭・・
・トランス、四・・・整流回路。 なお１図中、同一符号は同一、又（工相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電源で駆動されたマイクロ波発振器から発生した
   マイクロ波により、放電管中に封入されたプラズマ生成
   媒体を放電させるマイクロ波放電装置において、直流電
   源を半導体のインバータで１ＫＨｚ以上の高周波とし、
   この高周波をトランスで昇圧した後、整流回路により整
   流して上記電源を構成したことを特徴とするマイクロ波
   放電装置。
2. （２）整流回路は、半波倍電圧整流回路であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波放電装
   置。
3. （３）半導体は、トランジスタであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載のマイクロ波放電
   装置。