JP2586180Y2 - マイクロ波駆動型無電極光源装置 - Google Patents

マイクロ波駆動型無電極光源装置

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JP2586180Y2
JP2586180Y2 JP1994010678U JP1067894U JP2586180Y2 JP 2586180 Y2 JP2586180 Y2 JP 2586180Y2 JP 1994010678 U JP1994010678 U JP 1994010678U JP 1067894 U JP1067894 U JP 1067894U JP 2586180 Y2 JP2586180 Y2 JP 2586180Y2
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リンチ ドナルド
モハマド・カマレイ
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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。 【０００８】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。 【０００９】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。 【００１０】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。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本考案に従えば、キャビ
ティにおけるエネルギーモードはお互いにデカップリン
グせしめられそれにより磁電管からバルブへの最大パワ
ー伝達をもたらすように構成される。これはキャビティ
における電界が互いに直交するように配列することによ
り達成される。このようなデカップリングが達成されな
い場合にはそれぞれの磁電管により発生したモードは相
互に干渉しバルブへのパワーのカップリングの減少、磁
電管の離調及び困難なバルブ始動をもたらす。 【００１２】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。 【００１３】 【実施例】本考案の実施例を説明する前に、先ず、図１
及び２を参照して、本考案の参考例について説明する。 【００１４】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。 【００１５】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。 【００１６】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。 【００１７】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。 【００１８】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。 【００１９】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。 【００２０】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本考案の１実施例に基づくランプ構
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４８により回転させられることが示
されている。磁電管５０及び５２はそれぞれスロット４
０及び４２にカップリングしている導波路５４及び５６
に送る。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】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。 【００２４】図５に示された態様においてはシリンダ状
キャビティ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７８により供給され
る。 【００２５】キャビティはＴＥ11N 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。 【００２６】これは図６に示されている。図６はシリン
ダ状ＴＥ11N 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。ＴＥ11N 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。 【００２７】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。 【００２８】図７の態様を参照すると、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９
２，９４，９６を有するシリンダ状キャビティ９０が示
されている。キャビティはシリンダ状のＴＥ11N 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。 【００２９】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。 【００３０】故に、キャビティ１００はバルブ１０４を
ハウジングしている部分１０２とカップリングスロット
１０８及び１１０が配置されている部分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
ＴＥ11N モードにおいて直交電界が形成される。 【００３１】折れ曲がったキャビティの目的は部分１０
２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。 【００３２】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。 【００３３】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。 【００３４】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。 【００３５】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。 【００３６】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】 本考案に関連した参考例の断面図である。 【図２】 図１の参考例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態
様の例示の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態
様の例示の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。
───────────────────────────────────────────────────── 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 実用新案登録2550479（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 65/04 H05B 41/24

Claims (1)

  1. (57)【実用新案登録請求の範囲】 １．マイクロ波駆動型無電極光源装置において、 マイクロ波エネルギを実質的に通さないが光りを実質的
    に通す部分を具備しておりＴＥ11Nモードで動作する円
    筒形状のマイクロ波キャビティ、 前記キャビティ内に配置されたプラズマ形成用媒体を収
    容する被包体、 第１及び第２マイクロ波エネルギ発生手段、 が設けられており、前記キャビティの壁には第１及び第
    ２カップリングスロットが設けられており、前記第１及
    び第２カップリングスロットは、前記第１及び第２マイ
    クロ波エネルギ発生手段から供給されるマイクロ波エネ
    ルギの夫々のモード間で前記キャビティ内において実質
    的にカップリングが発生することがないように前記キャ
    ビティの長手軸周りに互いに実質的に９０度離隔して配
    置されていることを特徴とするマイクロ波駆動型無電極
    光源装置。 ２．請求項１において、前記第１及び第２マイクロ波エ
    ネルギ発生手段からの夫々のエネルギ電界が前記キャビ
    ティ内において相互に直交させてモード間のカップリン
    グを回避していることを特徴とするマイクロ波駆動型無
    電極光源装置。 ３．請求項２において、相互に実質的に直交して配設さ
    れた第１及び第２カップリングスロットが前記キャビテ
    ィに設けられていることを特徴とするマイクロ波駆動型
    無電極光源装置。 ４．請求項１において、前記カップリングスロットは前
    記被包体がスロットの延長上に存在しないように前記被
    包体の位置から軸方向に変位している前記キャビティの
    壁の位置に設けられていることを特徴とするマイクロ波
    駆動型無電極光源装置。 ５．請求項１において、前記円筒状キャビティは互いに
    関して折れ曲がった被包体ハウジング部分及びフィード
    部分を有しており、前記キャビティのフィード部分に互
    いに平行な第１及び第２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マイクロ波駆動型無電極光源
    装置。
JP1994010678U 1986-05-21 1994-08-29 マイクロ波駆動型無電極光源装置 Expired - Lifetime JP2586180Y2 (ja)

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US06/865,488 US4749915A (en) 1982-05-24 1986-05-21 Microwave powered electrodeless light source utilizing de-coupled modes
US865488 1997-05-29

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JPH0722455U JPH0722455U (ja) 1995-04-21
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JP1994010678U Expired - Lifetime JP2586180Y2 (ja) 1986-05-21 1994-08-29 マイクロ波駆動型無電極光源装置
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