JP2014085268A - プラズマ用高周波電源及びそれを用いたicp発光分光分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】筐体31と、筐体31の内部に配置された高周波回路基板32とを備え、高周波回路基板32には、高周波誘導コイルに高周波電流を供給するための素子が搭載されたプラズマ用高周波電源30であって、高周波回路基板32を冷却する冷却ブロック34と、高周波回路基板32の素子に空気を送風するファン33とを備え、冷却ブロック34の表面には、空気を流通させることで空気を冷却することが可能なフィン34bが形成されており、筐体31には、フィン34bを流通した空気をファン33の吸気側へ供給するための空気流路31aが設けられるようにする。
【選択図】図2
Description
冷却用ガス供給部42は、プラズマ用ガス管12の外周面とクーラントガス管13の内周面との間に、アルゴンガスを比較的高速で上方向に流通させる。これにより、プラズマ用ガス管12の外周面とクーラントガス管13の内周面との間に形成された流路の上端部よりアルゴンガスが噴出され、噴出されたアルゴンガスが上端部に形成されているプラズマ炎22の外側を上方向に向かって流れる。
コンピュータ150は、CPU151と、キーボードやマウス等の入力装置52とにより構成され、光検出器43dで検出された発光スペクトルに基づいて、輝線スペクトルの波長の種類から試料中に含有される元素の定性分析を行い、さらにその輝線スペクトルの強度からその元素の定量分析を行う。
高周波回路基板132は、平板形状のFR4(Flame Retardant Type 4、熱伝導率0.33W/mk)製の基板(例えば30cm×20cm×1.6mm)を2枚有し、基板の上面には、高周波誘導コイル21へ高周波電流Iを供給するための素子であるトランジスタや大型のコンデンサや増幅回路等が搭載されている。また、一般的に使用されているグリース(熱伝導率0.9W/mk)が塗布されている。そして、高周波回路基板132は、筐体131の内部の中央部に配置されている。
このようなプラズマ用高周波電源130によれば、高周波電流Iを供給する際には高周波回路基板132の素子が発熱するため、冷却用ファン133を回転させることによって空気を流通させることで、高周波回路基板132の素子に発生する熱を放熱している。
なお、空気を流通させる冷却用ファンのみを用いてパワーMOSFETや小型のセラミックコンデンサやパルストランスやパターンやL(インダクタ)やバイパスコンデンサを強制空冷で冷却しても、冷却が不充分であった。
また、上記の発明のプラズマ用高周波電源において、前記ファンと前記高周波回路基板とを対向して配置するとともに、前記ファンが空気を排出する部位に対向する前記高周波回路基板上の領域に前記冷却ブロックでの冷却が適さない素子を配置することによって、これらの素子に空気を直接送風するようにしてもよい。
また、上記の発明のプラズマ用高周波電源において、前記冷却ブロックでの冷却が適さない素子は、コンデンサ、パルストランス及びインダクタであるようにしてもよい。
以上のように、本発明のプラズマ用高周波電源によれば、ICP発光分光分析装置が酸雰囲気や海水を含む雰囲気等の過酷な環境で使用される場合に、筐体の開口部から空気とともに埃等が侵入して、その埃等が高周波回路基板の素子等に付着し、素子を短絡させたり腐食させたりして破壊してしまうことがあったが、本発明ではプラズマ用高周波電源の筐体の内部を密閉空間にしたことにより埃等が侵入しないので、高周波回路基板の素子が破壊されることを防止することができる。
なお、本発明ではプラズマ用高周波電源の筐体の内部が密閉空間となり、外気から遮断されることになるが、素子から熱を奪って暖まった空気は、冷却ブロックに形成されたフィンを通過することで、冷却ブロックに熱を逃がして、冷やされた空気がファンの吸気側へ供給されるようにすればよい。
また、本発明のプラズマ用高周波電源において、前記冷却ブロックの内部には冷媒が流通するための冷媒流路が形成されているか、或いは、前記冷却ブロックにはペルチェ素子が取り付けられているようにしてもよい。
ICP発光分光分析装置100は、プラズマ炎22を形成するための発光分光分析用プラズマトーチ18と、試料ガス供給部44と、プラズマ用ガス供給部41と、冷却用ガス供給部42と、発光光を検出する測光部43と、高周波電流Iを供給するためのプラズマ用高周波電源30と、ICP発光分光分析装置100全体を制御するコンピュータ(制御部)50とを備える。
筐体31は、内部空間を有する直方体形状(例えば30cm×30cm×30cm)となっており、その内部は密閉されている。つまり、筐体31の内部に埃等が侵入することがない。
そして、冷却銅ブロック34の上面が高周波回路基板32の基板の下面に接触するように配置されている。このような冷却銅ブロック34によれば、冷媒流路34aに冷却水(例えば5〜31℃)が流通することで、冷却銅ブロック34自体が冷却され、さらに高周波回路基板32の基板が冷却されることにより、高周波回路基板32の基板上に搭載された素子(パワーMOSFET32e、パルストランス32a、パターン32b、バイパスコンデンサ32f、小型のセラミックコンデンサ32c)が冷却されるようになっている。
このような冷却用ファン33とダクト31aとによれば、高周波電流Iを供給する際に高周波回路基板32の素子が発熱するため、冷却用ファン33を回転させることによって、空気が冷却銅ブロック34のフィン34bを左側から右側に流通して冷却され、この冷却された空気が冷却用ファン33の内部を通過した後、高周波回路基板32の素子に送風されることで、高周波回路基板32の素子(パワーMOSFET32e、パルストランス32a、パターン32b、バイパスコンデンサ32f、小型のセラミックコンデンサ32c、L(インダクタ)32d)に発生した熱を放熱し、再び、暖められた空気が冷却銅ブロック34のフィン34bを右側から左側に流通して冷却されることを繰り返すようになっている。
上述したICP発光分光分析装置100において、冷却銅ブロック34の内部には冷却水を流通させるための冷媒流路34aが蛇行するように形成されている構成としたが、冷却銅ブロック34に、ペルチェ素子が取り付けられているような構成としてもよい。
図4は、熱回路網を示す図である。なお、Twは、冷却水の温度であり、Tbは、冷却銅ブロック34の表面温度であり、Tgは、空気の温度である。また、T1は、パルストランス32aの表面温度であり、T2は、パターン32bの表面温度であり、T3は、小型のセラミックコンデンサ32cの表面温度であり、T9は、バイパスコンデンサ32fの表面温度であり、T5は、パワーMOSFET32eの表面温度であり、T4は、L(インダクタ)32dの表面温度である。なお、Qは熱量であり、Rは熱抵抗である。
T2−Tg=Q2×R2
T3−Tg=Q3×R3
T4−Tg=Q4×R4
T5−Tg=Q5×R5
T1−Tb=Q6×R6
T2−Tb=Q7×R7
T3−Tb=Q8×R8
T9−Tb=Q9×R9
T5−Tb=Q10×R10
Tg−Tw=Q11×R11
Tb−Tw=Q12×R12
Q2+Q7=5.7
Q3+Q8=6
Q4=4.8
Q9=4.4
Q5+Q10=571
Q11=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5
Q12=598.3−Q1−Q2−Q3−Q4−Q5
21 高周波誘導コイル
22 プラズマ炎
30 プラズマ用高周波電源
31 筐体
31a ダクト(空気流路)
32 高周波回路基板
33 冷却用ファン
34 冷却銅ブロック(冷却ブロック)
34a 冷媒流路
34b フィン
Claims (7)
- 筐体と、
前記筐体の内部に配置された高周波回路基板とを備え、
前記高周波回路基板には、高周波誘導コイルに高周波電流を供給するための素子が搭載されたプラズマ用高周波電源であって、
前記高周波回路基板を冷却する冷却ブロックと、
前記高周波回路基板の素子に空気を送風するファンとを備え、
前記冷却ブロックには、空気を流通させることで空気を冷却することが可能なフィンが形成されており、
前記筐体には、前記フィンを流通した空気を前記ファンの吸気側へ供給するための空気流路が設けられていることを特徴とするプラズマ用高周波電源。 - 前記ファンと前記高周波回路基板とを対向して配置するとともに、前記ファンが空気を排出する部位に対向する前記高周波回路基板上の領域に、前記冷却ブロックでの冷却が適さない素子を配置したことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ用高周波電源。
- 前記冷却ブロックでの冷却が適さない素子は、コンデンサ、パルストランス及びインダクタであることを特徴とする請求項2に記載のプラズマ用高周波電源。
- 前記筐体の内部は、密閉されており、
前記筐体の内部に、前記冷却ブロックと前記ファンと前記空気流路とを備えることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のプラズマ用高周波電源。 - 前記冷却ブロックの上面に、前記高周波回路基板が配置されるとともに、前記冷却ブロックの下面に、前記フィンが形成されており、
前記高周波回路基板の上方に、前記ファンが配置されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のプラズマ用高周波電源。 - 前記冷却ブロックの内部には冷媒が流通するための冷媒流路が形成されているか、或いは、前記冷却ブロックにはペルチェ素子が取り付けられていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のプラズマ用高周波電源。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のプラズマ用高周波電源と、
高周波誘導コイルを有するプラズマトーチと、
発光光を検出する測光部と、
前記プラズマトーチを用いてプラズマ炎を形成して、試料をプラズマ炎に導入することにより、元素を分析する制御部とを備えることを特徴とするICP発光分光分析装置。
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