JP2550479Y2 - マイクロ波駆動型無電極光源装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本考案は改良されたマイクロ波駆
動型無電極光源装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年無電極光源は周知されるに至ってお
りそして半導体デバイスの製造、光重合性コーティング
及びインキの硬化に使用されている。更にこのような光
源は可視照明用途に有用である。 【０００３】一般に無電極光源はプラズマ形成性媒体を
含む被包体即ちバルブが配置されているマイクロ波キャ
ビイティ又はチャンバを含む。励起されると放射するバ
ルブ中のプラズマを励起するためのスロットを介してキ
ャビティにカップリングせしめられている磁電管がマイ
クロ波エネルギーを発生させるために設けられている。
マイクロ波エネルギーを通さないがバルブから放出され
た光は通すキャビティの部分を通って光がキャビティか
ら出る。 【０００４】或る用途については、大量のマイクロ波パ
ワーをバルブにカップリングさせることが望ましい。例
えば或る用途においては非常に明るい光源が必要とさ
れ、その場合には大量のマイクロ波パワーを小さなバル
ブにカップリングさせてバルブにおける比較的高いパワ
ー密度を生じることが必要である。幾らかのこのような
用途に対しては１個の磁電管によりフィードされる慣用
のマイクロ波キャビティを使用することが可能である
が、マイクロ波パワーが増加するにつれて先行技術のシ
ステムは問題及び欠点を生じる傾向がある。例えば、マ
イクロ波パワーがある点を越えるとカップリングスロッ
トがブレークダウンしてスロットを横切ってアークを発
生することがある。更に、あるパワーレベルでは磁電管
のコストが急激に上昇し、従って１個の高パワー磁電管
を使用するのは経済的でないことがある。 【０００５】マイクロ波キャビティのバルブの如き小さ
な負荷にカップリングするときに起こる追加の問題はキ
ャビティの定在波比が極めて高く、相当な反射パワーを
生じるということである。バルブが始動するのを確実に
するためにシステムのターンオンの時にバルブにできる
だけ多くのパワーをカップリングさせることが望まれ
る。 【０００６】上記の問題及び欠点を解決するために、２
個又はそれより多くのマイクロ波パワー供給源を使用す
ること及びそれにより発生したエネルギーをそれぞれの
パワー供給源によって発生せしめられるモード間でマイ
クロ波キャビティにおいて実質的にカップリングが無い
ような方法で前記マイクロ波キャビティにカップリング
させることが本考案により提唱される。幾つかの磁電管
が使用されるので１つの磁電管が非常に高いパワーソー
スである必要はなく磁電管の全体のコストは１個の高パ
ワー磁電管が使用される場合より少ない。更にアーク発
生に伴う問題が取り除かれ、磁電管の寿命は増加するこ
とが出来そしてバルブは首尾よく始動する。 【０００７】 【考案が解決しようとする課題】本考案の目的とすると
ころは、一部がメッシュ部分で一部が固体部分からなる
円筒形状のマイクロ波キャビティを有するマイクロ波駆
動型無電極光源装置を提供することである。 【０００８】本考案の目的は効果的な方法でバルブに高
いマイクロ波レベルをカップリングさせるマイクロ波駆
動型無電極光源装置を提供することである。 【０００９】本考案の他の目的は費用効果的な方法でバ
ルブに高いパワーレベルをカップリグさせるこのような
光源を提供することである。 【００１０】本考案の他の目的は効果的な始動が得られ
るような方法でバルブにマイクロ波パワーをカップリン
グさせることである。 【００１１】本考案の他の目的は利用可能な空間をより
良く利用するマイクロ波キャビティ配列を提供すること
である。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本考案によれば、マイク
ロ波キャビティが、部分的に、円筒形状のメッシュ部分
から構成されると共に、部分的に、円筒形状の中心軸に
平行な方向に複数個のカップリングスロットを具備する
円筒形状の中実固体部分から構成されるハイブリッドキ
ャビティを有する無電極光源装置が提供される。導波路
が夫々のカップリングスロットに連結して設けられてお
り、本装置を駆動させるために、個別的な磁電管によっ
てマイクロ波が供給される。 【００１３】本考案の１実施形態によれば、夫々の磁電
管によって発生されるモードは、キャビティの円筒中心
軸周りに９０°変位させた２個のカップリングスロット
を設けることによって互いにデカップリング状態とされ
る。本考案の別の実施態様によれば、互いに１２０°変
位された３個のカップリングスロットを設けることによ
ってより一層多量のパワーをキャビティ内に供給させる
ことが可能である。本構成によれば、複数個の磁電管を
使用することを可能とすると共に、バルブのステムを実
質的にキャビティの円筒中心軸の方向に延在させて取り
付けることが可能であり、そのことは、バルブの交換を
著しく容易とさせている。 【００１４】更に以下に詳細に説明するとおり、空間を
節約しそしてキャビティの長い寸法を短くする配列が得
られるようにキャビティは折れ曲がった構造にすること
が出来る。 【００１５】 【実施例】本考案を添付図面を参照して更に説明する。 【００１６】図１を参照すると、反射器４及び網６から
成るマイクロ波キャビティを含むマイクロ波パワー式無
電極光源２の大体の断面が示されている。 【００１７】バルブ８はキャビティ内に配置されてお
り、網６はキャビティ内にマイクロ波エネルギーを保持
するがバルブ８によって放出される紫外線又は可視放射
が出て行くのを許容するのに有効である。バルブ８は心
棒１０によって取り付けられており、心棒１０は米国特
許第４，４８５，３３２号に開示された如く冷却流体流
をバルブに向けながら回転せしめられて効果的な冷却を
行なう。 【００１８】マイクロ波エネルギーは磁電管１２及び１
４により発生せしめられそしてそれぞれ送り出し器１６
および１８並びに導波路２０及び２２を通ってマイクロ
波キャビティにカップリングされる。 【００１９】図２を参照すると、導波路２０はキャビテ
ィのカップリングスロット２４に送り、導波路２２はカ
ップリングスロット２６に送る。図２は、或る態様のキ
ャビティ４はセグメントの各々が米国特許出願第７０
７，１５９号に更に詳細に説明されている如く比較的平
坦化されている複数のセグメント２８から成っていて他
の態様においては異なる形状であってもよい放出される
光の所望の反射を得ることができることを更に明白に示
す。 【００２０】カップリングスロット２４及び２６は相互
に実質的に直交するように向けられる。これはそれぞれ
のエネルギー波は直交偏波しているのでそれぞれの導波
路からチャンバにカップリングさせられるエネルギーモ
ードを実質的にお互いにデカップリングさせることにな
る。 【００２１】上記した如くこれはそれぞれのエネルギー
モードが相互に干渉又はクロストークしないこと及びバ
ルブ８への最大のパワーカップリングを生じることを確
実にする。更に２個のカップリングスロットの使用は１
個のスロットが高パワーで使用及び負荷される場合に起
こり得るアーク発生の問題を取り除き、２個の磁電管の
使用は等価のパワー出力の１個の磁電管を使用する場合
よりも経済的である。更にこの構成は効果的なバルブ始
動を提供する。 【００２２】図３を参照すると直交に配向したカップリ
ングスロット４０及び４２がシリンダ状キャビティ４４
内に配置されている他のランプ構成が示されている。バ
ルブ４６はキャビティ内に位置付けられそしてモータ４
８により回転させられることが示されている。磁電管５
０及び５２はそれぞれスロット４０及び４２にカップリ
ングしている導波路５４及び５６に送る。 【００２３】図４は直交に配向したスロット６０および
６２がキャビティのシリンダ状壁及び底部に位置付けら
れる代わりにキャビティの頂部及び底部に位置付けられ
ていることを除いて図３に示されたのと同様な他の態様
を例示する。 【００２４】図３及び図４に示された構成はキャビティ
の開口端部を覆う網及び所望により外部反射器と共に使
用する。 【００２５】更に他の態様において、キャビティはその
すべてが実質的に相互に直交している３個のスロットに
より供給されることができる。 【００２６】以上は本考案の前提となる技術であるが、
次に本考案の１実施例を図５を参照して説明する。 【００２７】図５に示された実施態様においてはシリン
ダ状キャビティ中実固体部分７０はシリンダ状壁の回り
に相互に９０°変位した２つの平行なスロット７２及び
７４を有する。スロット７２及び７４は磁電管８０及び
８２がカップリングしているそれぞれ導波路７６及び７
８により供給される。固体部分７０はフランジ８６を介
してメッシュ部分８４と一体化されており、全体として
円筒状のハイブリッドキャビティを形成している。 【００２８】キャビティはＴＥ_11N モードがキャビティ
において生じるように設計されておりそしてスロットは
９０°変位しているのでキャビティにおいてそれぞれの
磁電管により発生させられる電界は相互に直交してい
る。 【００２９】これは図６に示されている。図６はシリン
ダ状ＴＥ_11N モードにおける２つの電界を示す図であ
る。フィールド８５はスロット７２を通って供給される
エネルギーにより発生させられ、フィールド８７はスロ
ット７４を通って供給されるエネルギーにより発生させ
られる。ＴＥ_11N モードはフィールドの直交性にとって
必要であり、例えばスロットがシリンダ状壁の何処に配
置されていようともフィールドは半径方向においてシリ
ンダ状のＴＭ₀₁₁ モードにありそして周方向においてシ
リンダ状のＴＥ₀₁₁ モードにあるということに留意され
たい。 【００３０】図５の態様において、バルブはスロットか
ら軸線方向に変位しておりそして事実スロットの延長上
には見られないことが注目される。この配列はスロット
の近接により引き起こされる局部歪みが回避されうるの
でバルブ出力の一様さを促進することができる。 【００３１】図７の別の実施態様を参照すると、シリン
ダ状壁の回りに相互に１２０°変位したカップリングス
ロット９２，９４，９６を有するシリンダ状キャビティ
固体部分９０が示されている。この場合にも、中実固体
部分９０はフランジを介してメッシュ部分８４と一体化
されており、全体として円筒状のハイブリッドキャビテ
ィを形成している。キャビティはシリンダ状のＴＥ_11N
モードにある。図５の態様と異なり、スロットは９０°
離れているのではないので電界間で幾らかの交差結合
（クロスカップリング）がある。しかしながら、追加の
パワーソースの設置によって相当より多くのエネルギー
が供給され、或る用途に関しては図７の態様により得ら
れる全体のパワーとフィールドカップリングとのトレー
ドオフが最善の結果をもたらすことが見出された。 【００３２】図８及び図９を参照すると、折れ曲がった
シリンダ状キャビティ１００が示されている。“折れ曲
がったシリンダ状キャビティ”という用語は互いに９０
°の角度をなす２つのシリンダ状部分から成るキャビテ
ィを指す。 【００３３】故に、キャビティ１００はバルブ１０４を
ハウジングしているドーム状の上部を有する円筒状のメ
ッシュ部分１０２とカップリングスロット１０８及び１
１０が配置されている中実固体部分１０６とから成る。
これらのスロットは互いに９０°変位しているのでＴＥ
_11N モードにおいて直交電界が形成される。固体部分１
０６は二つの円筒を直角に連絡した状態であり折れ曲が
ったシリンダ状キャビティの折れ曲がった部分を形成し
ている。 【００３４】折れ曲がったキャビティの目的はメッシュ
部分１０２の長さを短くすることであり、これはランプ
をより便利なパッケージにすると共にランプを使用する
或る用途にとって物理的に必要であるか又は望ましいこ
とがある。この場合にも、メッシュ部分１０２と固体部
分１０６とからなるハイブリッドキャビティを構成して
いる。 【００３５】上記キャビティ全体は共振構造であり、出
願人が最初に知った折れ曲がったデザインのキャビティ
である。この折れ曲がったデザインによってバルブへの
フィールドの強いカップリグが達成されることが、行な
われた実験により示された。図７及び図８に示されたデ
ザインにおいても、バルブ１０４とモータを連絡するシ
ャフトが底部１２０を通って延びているので、取り替え
るためにバルブ１０４はキャビティの底部を通して容易
に出し入れできる。組立状態とされると、バルブ１０４
はメッシュ部分１０２の内部に位置される。 【００３６】折れ曲がったキャビティは単一カップリン
グスロットが存在しているデザインにも使用できること
が注目される。 【００３７】図１及び図２に従う実施される態様は光安
定化装置の紫外線源として使用されている。実際の態様
において図２に示された如きセグメント化された反射器
が使用されそして磁電管は約１．５ｋｗで２４５０Ｍｈ
ｚのマイクロ波エネルギーを発生するヒタチ２Ｍ１３１
（Ｈｉｔａｃｈｉ ２Ｍ１３１）である。チャンバは図
における約４インチの最大鉛直方向寸法及び約８インチ
の最大水平方向寸法を有する。更にカップリングスロッ
ト寸法は２．５インチ×．３インチである。 【００３８】平行なカップリングスロットを有するシリ
ンダ状キャビティ構造の例示的態様においては（図
５）、キャビティの直径は２．９０インチであり、長さ
１０．１０インチであり、バルブの中心はスクリーンか
ら１．１５インチ、カップリングスロットの中心から
６．７５インチの所に配置されている。 【００３９】好ましい例示的態様が開示されているが、
当業者は変更を行うことができること及び本考案の範囲
の実用新案登録請求の範囲及びその均等物によってのみ
限定されるべきことが理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本考案の前提技術の１つの態様の断面図であ
る。 【図２】 図１の態様のそれぞれのカップリングスロッ
トの向きを示す。 【図３】 シリンダ状キャビティを使用する本考案の前
提技術の例示の１つである。 【図４】 シリンダ状キャビティを使用する本考案の前
提技術の例示の１つである。 【図５】 シリンダ状キャビティを使用する本考案の態
様の例示の１つである。 【図６】 図５の態様の電界の図である。 【図７】 シリンダ状キャビティを使用する本考案の態
様の例示の１つである。 【図８】 折れ曲がったシリンダ状キャビティを使用す
る本考案の態様の例示の１つである。 【図９】 折れ曲がったシリンダ状キャビティを使用す
る本考案の態様の例示の１つである。 【符号の説明】 ２ マイクロ波パワー式無電極光源 ４ 反射器 ６ 網 ８ バルブ １２，１４ 磁電管 １６，１８ 送り出し器 ２０，２２ 導波路 ２４，２６ カップリングスロット ４０，４２ カップリングスロット ４４ シリンダ状キャビティ ４６ バルブ ５０，５２ 磁電管 ５４，５６ 導波路 ７０ シリンダ状キャビティ ７２，７４ 平行なスロット ７６，７８ 導波路 ８０，８２ 磁電管 ８４，８６ フィールド ９０ シリンダ状キャビティ ９２，９４，９６ カップリングスロット １００ 折れ曲がったシリンダ状キャビティ １０４ バルブ １０８，１１０ カップリングスロット

フロントページの続き (72)考案者 ドナルド リンチ アメリカ合衆国メリーランド州20879ゲ イザーズバーグ・ブルックリッジコート 9928 (72)考案者 モハマド・カマレイ アメリカ合衆国メリーランド州20852ロ ックビル・ナンバー９・ブラックスフィ ールドコート12200 (72)考案者 チャールズ・エイチ・ウッド アメリカ合衆国メリーランド州20850ロ ックビル・メイプルアベニュー712 (56)参考文献 特開 昭52−116155（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−12595（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭48−22756（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

1. (57)【実用新案登録請求の範囲】 １．複数個のマイクロ波エネルギ発生手段によって駆動
   される無電極光源装置において、 円筒形状を有しており且つ第１及び第２円筒形状部分か
   ら構成されているマイクロ波キャビティが設けられてお
   り、 前記第１円筒形状部分はメッシュから構成されており、
   且つ前記第２円筒形状部分は固体物質から構成されてお
   り、 前記第１円筒形状部分内又はその近傍において前記キャ
   ビティ内にプラズマ形成用媒体を収容するバルブが配設
   されており、 前記キャビティの前記第２円筒形状部分は、キャビティ
   の中心軸に平行に配設した複数個のカップリングスロッ
   トを有しており、 各カップリングスロットに連結して導波路が設けられて
   おり、 各導波路に連結してマイクロ波エネルギ発生手段が設け
   られている、ことを特徴とする無電極光源装置。 ２．請求項１において、前記円筒形状キャビティの周り
   に９０°変位させて２個のカップリングスロットが設け
   られていることを特徴とする無電極光源装置。 ３．請求項１において、前記円筒形状キャビティの周り
   に１２０°変位させて３個のカップリングスロットが設
   けられていることを特徴とする無電極光源装置。 ４．請求項１において、前記バルブが前記スロットカら
   軸方向に変位した位置に位置されていることを特徴とす
   る無電極光源装置。 ５．請求項１において、前記バルブはステムによって支
   持されており、且つ前記ステムは前記キャビティの中心
   軸の方向に沿って取り付けられていることを特徴とする
   無電極光源装置。 ６．請求項１において、前記各マイクロ波エネルギ発生
   手段が１個の磁電管を有していることを特徴とする無電
   極光源装置。