JP2015517716A

JP2015517716A - プラズマルツボの封着方法

Info

Publication number: JP2015517716A
Application number: JP2015510872A
Authority: JP
Inventors: ニート，アンドリュー，サイモン; プレストン，ベリー
Original assignee: セラビジョンリミテッド
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2015-06-22
Also published as: CN104395984A; CN104395984B; US20150114547A1; EP2847779A2; GB201208369D0; WO2013167880A2; WO2013167880A3

Abstract

プラズマルツボ（92）は、貫通孔（93）とルツボの端面（901、902）に貼着された２つのチューブ（981，982）とを有する。チューブの一方（981）は、ルツボを充填する前に閉じられる。チューブは、チップオフされ、平らな端部（983）を有するように形成するためにガラス旋盤において加工される。排気、投与、ガスの充填後、端部（983）は、その有効成分を孔（93）に凝結させながら、投与物内の不純物を除去するために加熱される。その後、他方のチューブ（902）は同様な方法でチップオフされる。【選択図】図１０

Description

本発明はプラズマルツボの封着方法および封着されたプラズマルツボに関する。

我々の国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００８／００３８２９号において、マイクロ波で駆動される光源であって、前記光源が、
・中に密閉されたボイド空間を有するプラズマルツボであって、そこから光が出ていくよう半透明の材料からなる固体のプラズマルツボと、
・前記プラズマルツボを取り囲むファラデー箱であって、前記プラズマルツボから出てくる光を少なくとも部分的に透過しつつ、マイクロ波を閉じ込めているファラデー箱と、
・その内部で発光プラズマを形成するためにマイクロ波エネルギーによって励起可能な材料からなるボイド空間内の充填材と、
・前記充填材にプラズマを誘導するマイクロ波エネルギーを伝送するために前記プラズマルツボの中に設けられたアンテナであって、前記アンテナが、
・マイクロ波エネルギー源と結合するために前記プラズマルツボの外側に伸びている接続部
を有するアンテナと、
を有し、
前記密閉されたボイド空間内のプラズマからの光が前記プラズマルツボを通過し、前記箱を介してそのプラズマルツボから放射されるように配置された光源を我々は開示し、クレームに記載した。

上記出願において、我々は次のような定義を示した。

「半透明の」とは、半透明と記載される物の材料が透明または半透明であることを意味する。

「プラズマルツボ」とは、プラズマを閉じ込めている（あるいは、閉じ込めるための）密封体を意味し、後者はアンテナからのマイクロ波エネルギーによって励起されるときにボイド空間内に存在する。本願において我々は、封着の間にプラズマを含まないルツボを封着する状況であるという条件で、この定義を使用し続ける。したがって、ここで使用されるように、この定義は「閉じ込めるための」という言葉も含む。

我々は、上記出願の技術を、発光共振器（Light Emitting Resonator）すなわちＬＥＲ技術と呼ぶに至った。

本願において我々は、「充填されたプラズマルツボ」について、励起可能で発光する充填材をボイド空間内に密封した半透明のプラズマルツボを意味するものとして定義する。

充填されたプラズマルツボそれ自体は、その使用のために、ルツボ内あるいはボイド空間内に固着されたアンテナ、または、アンテナが挿入されるルツボ内の凹部を有してもよい。

我々の国際出願第ＷＯ２０１０／０９４９３８号（我々の出願’９３８）において、充填されたプラズマルツボの封着方法が開示され、クレームに記載されており、当該方法は、
・口部を有する開口ボイド空間を有し、半透明な材料からなるプラズマルツボを提供するステップと、
・前記ルツボの前記口部から突き出しているチューブであって、前記ルツボに密閉して封着されたチューブを提供するステップと、
・前記チューブを介して前記ボイド空間の中に励起可能な材料を挿入するステップと、
・前記チューブを介して前記ボイド空間から中身を排気するステップと、
・前記チューブを介して前記ボイド空間の中に不活性ガスを導入するステップと、
・前記口部で、あるいは前記口部の周辺で、前記チューブを封着することによって、前記励起可能な材料および前記不活性ガスを封入した前記ボイド空間を封着するステップと
を備える。

我々の出願’９３８のある実施形態では、
・ボイド空間は、ボイド空間の開口部に栓のための停止部を備え、
・栓は、チューブを介して、停止部に接触して口部内に配置され、栓および口部は、口部内で栓を封着するために、栓の位置に対して相補性を有する形状を有し、さらに、ボイド空間に対してガスが流出および流入できるような隙間および／または局所的な形状を備える。もう一つの実施形態では、栓はルツボの平らな面に対して封着される。

別な実施形態では、チューブがルツボの面上に配置されて溶融され、栓は使用されない。あるいは、チューブはボイド空間の開口部でルツボに面した座繰り穴（カウンターボア）内に配置されて溶融されることができる。

充填されたプラズマルツボのある使用では、それはルツボから突き出したままのチューブを介して支持される。別な使用では、チューブは封着部に近いところで除去され、ルツボはその本体から支持される。

我々は、我々の未公開の国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２０１１／００１７４４号（我々の出願’７４４）を含めるため、さらに我々の技術を発展させた。当該出願は、
半透明導波管電磁波プラズマ光源（Lucent Waveguide Electromagnetic Plasma Light Source）が、
・固体誘電体、半透明材料製の加工品であって、少なくとも
・電磁波励起プラズマ材料を内包する密閉されたボイド空間
を備える加工品と、
・ファラデー箱であって、
・前記加工品を包み込み、
・そこからの光の放射のために、少なくとも部分的に半透明で、
・導波路の範囲を定め、前記導波路が
・導波空間
を有し、前記加工品が前記導波空間を少なくとも部分的に占有する
ファラデー箱と、
・プラズマ励起電磁波を、固体誘電材料によって、少なくとも実質的に囲まれた位置で前記導波路に導入するための、少なくとも部分的に誘導性の結合手段と、
を備え、
それによって、既定の周波数の電磁波の導入時にプラズマが前記ボイド空間内に確立さ
れ、光が前記ファラデー箱を経由して放射され、
・配列が、
・前記ファラデー箱の両側の間で広がる、前記導波空間の第１の領域であって、
・前記誘導性の結合手段に適応し、
・比較的高い容量平均誘電率を有する
第１の領域と、
・前記ファラデー箱の両側の間で広がる、前記導波空間の第２の領域であって、
・比較的低い容量平均誘電率を有する
第２の領域が、
存在するような配列である、
ことを開示して、クレームに記載している。

我々は、我々の出願’７４４において、半透明導波管電磁波プラズマ光源（Lucent Waveguide Electromagnetic Plasma Light Source）という言葉をつくり、これは特にその出願の発明であって、我々がここで我々のＬＥＸ発明および我々のＬＥＲ発明と呼ぶ発明を包含するためである。我々はその言葉をＬＵＷＰＬと略記する。

我々の’７４４において、我々はＬＵＷＰＬを、
・固体誘電体、半透明材料製の加工品であって、
・電磁波、通常はマイクロ波で励起される材料を内包する密閉されたボイド空間
を備える加工品と、
・ファラデー箱であって、
・導波路の範囲を定め、
・そこからの光の放射のために、少なくとも部分的に半透明で、通常は少なくとも部分的に透明であり、
・通常は不透明の密閉部を有し、
・前記加工品を包み込む
ファラデー箱と、
・プラズマ励起電磁波、通常はマイクロ波を前記導波路に導入するための設備と、
を備え、
配列が、既定の周波数の電磁波、通常はマイクロ波の導入時にプラズマがボイド空間内に確立され、光が前記ファラデー箱を経由して放射される
マイクロ波プラズマ光源と定義した。

国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２００８／００３８２９号国際公開第２０１０／０９４９３８号国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１１／００１７４４号

励起可能な材料が金属ハロゲン化物であること、および、それがヨウ化水素等の不純物で汚染されやすいことが知られている。二酸化炭素、炭化水素および水が存在し得る。これらの不純物は、材料を加熱することにより取り除くことができる。このような加熱は、材料自体を昇華させ、密封された装置の別な部分で再凝結させやすくし、当該装置は通常球状体を含む。材料が最初に球状体に挿入されると、それは球状体の外に昇華しやすく、球状体に戻ってくるようにするためには、別々に加熱される必要がある。

本発明の目的は、昇華した励起可能な材料を戻すために当該材料を加熱する別々のステップの必要性を回避する改良したＬＵＷＰＬの封着方法を提供することである。

本発明によれば、充填されたボイド空間内でマイクロ波励起プラズマを確立するための取り囲んだファラデー箱での使用に適した、充填されたＬＵＷＰＬ（半透明導波管電磁波プラズマ光源）の封着方法が提供され、当該方法は、
・一方の端のみ開口するボイド空間を備えて半透明の材料からなる未封着のＬＵＷＰＬであって、前記ボイド空間は未封着の前記ＬＵＷＰＬの加工品の一つの面に開口端を有してもう一方の面に向かって伸びている、未封着の前記ＬＵＷＰＬを提供するステップと、
・前記加工品に可融性である半透明の材料からなる封着チューブであって、前記封着チューブが前記加工品よりも小さい断面を有し、
・前記封着チューブは、前記ボイド空間と一直線になって、開口した前記ボイド空間の口部で前記一つの面から離れるように伸びており、
・前記封着チューブは、その封着後にも前記一つの面が前記封着チューブを半径方向に超えて現存するようにしながら、前記ボイド空間と連通して未封着の前記ＬＵＷＰＬの前記加工品に直接密封して封着される、前記封着チューブを提供するステップと、
・前記封着チューブを介して前記ボイド空間内に励起可能な材料を挿入するステップと、
・前記励起可能な材料が前記ボイド空間の他面の端部に落ちるように前記封着チューブを向けながら、前記封着チューブを介して前記ボイド空間から中身を排気するステップと、
・前記励起可能な材料から揮発性の不純物を取り除いて排出するために、前記ボイド空間の前記他面の端部を取り囲む前記半透明の材料を加熱するステップと、
・前記励起可能な材料を少なくとも実質的に前記ボイド空間内に凝結させるステップと、
・前記封着チューブを介して前記ボイド空間内に不活性ガスを導入するステップと、
・前記口部あるいは前記口部の周辺で、前記封着チューブを封着することによって、前記励起可能な材料および前記不活性ガスを封入した前記ボイド空間を封着するステップと、
を備える。

好適には、前記封着チューブは、
・未封着の前記ＬＵＷＰＬの前記加工品に融着されたチューブ、または、
・前記加工品の一体部分であり、好ましくは、
・前記ボイド空間を提供する前記加工品内のチューブの一方の面からの連続物である。

通常は、
・前記ボイド空間を封着するステップは、クールスポットを設けるために前記一つの面で、好ましくは前記一つの面を超えて、あるいは前記封着チューブに封着栓を封入して前記封着チューブをチップオフすることからなり、
・揮発性の不純物を取り除くために前記ボイド空間の前記他面の端部を取り囲む半透明の材料を加熱するステップは、前記ボイド空間の内部の密閉部に前記励起可能な材料が置かれた状態で、密閉部および／または密閉部に隣接する他面を加熱することを含む。

好適には、ボイド空間を封着するステップは、前壁または管状壁で、好ましくはそれらに隣接する箇所でチューブを加熱することによって行われ、差圧、通常は大気圧、またより正確には周囲圧力と内圧との差により、チューブをつぶしてそれ自身を密封し、好ましくは前記壁に隣接する箇所で、チューブ内の空洞が壁を通って伸びるようにしながら、壁から伸びる、切られて残ったチューブを残す。

ＬＵＷＰＬがＬＥＲである場合、半透明の材料、好ましくは多結晶セラミックまたは石英からなる未封着の前記ＬＵＷＰＬを提供するステップは、
・その一つの面から前記ボイド空間をモールド成型して、成型および焼結によってプラズマルツボを製造するステップ
に存することができる。

あるいは、それは、
・その一つの面からその内部に前記ボイド空間を機械加工し、好ましくは機械加工された前記ボイド空間を超音波洗浄および火炎研磨することを含み、石英の塊から形成すること
・半透明の材料からなる密閉部により他面で加工品を閉じること
好ましくは、
・他面上または他面内に別のチューブを融着すること、またはチューブをチップオフすることによる
に存することができる。

どちらの場合でも、
・前記封着チューブは半透明プラズマルツボの前記一つの面上に置かれて融着されることができ、または
・前記封着チューブは前記ボイド空間の前記口部で半透明プラズマルツボの前記一つの面内の座繰り穴内に置かれて融着されることができる。

好適には、当該方法は、
・半透明プラズマルツボの密封部から遠く離れた一つのチューブまたは各チューブの一部を切り離すステップ
も含む。

ＬＵＷＰＬがＬＥＸである場合、半透明の材料からなる未封着の前記ＬＵＷＰＬを提供するステップは、
・固体誘電体の半透明の材料、好ましくは多結晶セラミックまたは石英からなる未封着のＬＥＸ加工品を製造する製造ステップ、および、封着する際に電磁波励起プラズマ材料およびボイド空間の周りの壁付空洞を含むために少なくともボイド空間の封体を一つにまとめるステップに存することができ、前記製造ステップは、
・そこから前記ボイド空間を形成するチューブとして封着チューブを提供するステップと、
・前記ボイド空間の一つの端部を形成するためにその一つの端部を封着するステップと、
・前記封着チューブを前記空洞の壁に通し、前記空洞の壁に融着するステップと、
を含む。

空洞の壁は球状体のように単一であると想定される。この場合、組立ステップおよび溶着ステップは不必要となる。しかしながら、通常、製造ステップは追加の空洞壁部分を一つに組み立てて融着するステップを含む。

追加の空洞壁部分は、チューブが通る平らな前壁を含むことができ、管状部分は前記前壁および前記前壁から離れて配置される後壁から後方に伸び、管状壁は、加工品の使用のために固体誘電体の塊を取り囲む裾部を提供するように、好ましくは後壁から後方に伸び、
・チューブを前記空洞の壁に通し、前記空洞の壁に融着するステップは、封着された前記ボイド空間の一つの端部との間に隙間を設けながら、または封着された一つの端部を前記後壁内に融着されながら、前記前壁を通って前記後壁に向かってチューブを通すステップを含み、
・前記励起可能な材料から揮発性の不純物を取り除くために、前記ボイド空間の前記他面の端部を取り囲む前記半透明の材料を加熱するステップは、好ましくはガス・トーチによって、そこに設けられた前記裾部内で前記後壁に熱を加えることにより実行される。

あるいは、追加の空洞壁部分は、チューブが通る前壁、好ましくは半球状の壁を含むことができ、管状部分は前記前壁および前記前壁から離れて配置される後壁から後方に伸び、管状壁は、加工品の使用のために固体誘電体の塊を取り囲む裾部を提供するように、好ましくは後壁から後方に伸び、
・チューブを前記空洞の壁に通し、前記空洞の壁に融着するステップは、封着された前記ボイド空間の一つの端部との間に隙間を設けながら、または封着された一つの端部を前記管状壁内に反対側で融着されながら、前記管状壁を通ってその反対側に向かってチューブを通すステップを含み、
・前記励起可能な材料から揮発性の不純物を取り除くために、前記ボイド空間の前記他面の端部を取り囲む前記半透明の材料を加熱するステップは、好ましくはガス・トーチによって、前記管状壁に反対側で熱を加えることにより実行される。

さらに、追加の空洞壁部分は、チューブが通る平らな前壁、または半球状の壁を含むことができ、管状部分は前記前壁および前記前壁から離れて配置される後壁から後方に伸び、管状壁は、加工品の使用のために固体誘電体の塊を取り囲む裾部を提供するように、好ましくは後壁から後方に伸び、
・前記励起可能な材料から揮発性の不純物を取り除くために、前記ボイド空間の前記他面の端部を取り囲む前記半透明の材料を加熱するステップは、その密封された端部で前記管状壁の穴を介して、前記空洞内に、および、前記ボイド空間を形成するチューブに対して高温ガス流を向けることにより実行される。

本発明の理解を助けるため、実施例によって、および、添付の図面を参照して、複数の具体的な実施形態についてここに記載する。

本発明によるＬＥＲルツボおよび封着のためのチューブの斜視図である。図１のルツボおよびチューブの垂直断面図である。一緒に封着するために加熱されるルツボおよびチューブの側面図である。ルツボの封着のために加熱されるチューブの側面図である。本発明によって封着された充填されたプラズマルツボの図２と同様の垂直断面図である。図１の充填されたプラズマルツボの使用時の概略図である。ルツボの封着のためのチューブ加熱の別な方法を示す図４と同様の図である。本発明によって封着された充填されたプラズマルツボの変形例を示す図５と同様の図である。本発明によって封着された充填されたプラズマルツボの別な変形例を示す図５と同様の図である。本発明によって封着された充填されたプラズマルツボのさらに別な変形例を示す図５と同様の図である。本発明によるＬＥＸ加工品の封着におけるステップの線図である。同上。同上。同上。同上。同上。

図１〜６を参照すると、希ガスを充填され、励起可能なプラズマ材料を投与されるＬＥＲの石英製のルツボ１は、完成品のルツボの効果的な大きさを規定し、開口部４でルツボの一端が開口している中央ボイド空間３を有する、厚い円盤または短い円筒２として形成される。開口部４は、一対の座繰り穴５，６の形で、内側の座繰り穴５は外側の座繰り穴６よりも深くなっており、外側の座繰り穴は半径の相当な増分７をもたらしている。当該増分と名目上同じ壁厚を有するチューブ８は、両面バーナー９による加熱によって円筒２に取り付けられる。加熱および挿入は、チューブの全面内部孔10における最小の障害がチューブを過ぎて内側の座繰り穴５内まで続く状態で、密封した封着が円筒およびチューブの間に確実にできるよう調節される。アンテナ凹部11は、チューブが伸びているのと同じルツボの端部から、円筒の直径の４分の１に等しい半径の位置で円筒内部に伸びる。

励起可能な材料のペレット12は、チューブ８を介してボイド空間内に放り込まれ、続いて円柱栓13が放り込まれる。この円柱栓は孔10に対して隙間を有する直径からなり、座繰り穴５およびボイド空間３の間の段部14上に止まる。栓を過ぎてボイド空間からの最初のガスの通路を提供するために、この栓は長さ方向に沿って浅い溝15を有し、当該溝は段部の半径方向の範囲を超えてその内面16まで続く。

チューブの遠位端は、ポンプに接続するための第一のバルブおよび継手17と、大気圧より低く調節された気圧で希ガス源（図示しない）に接続するための第二のバルブおよび継手18とを有するＹ管継手を介して真空ポンプ（図示しない）に接続される。ボイド空間はバルブ17を介して中身を排気され、当該バルブ17は排気後に閉じられる。

排気中、ペレットを昇華させるのに十分な熱が、図４に示されるように、座繰り穴５，６を有する面の反対のルツボの面101に加えられる。昇華の際、ペレット内のヨウ化水素および／またはその他の不純物はいずれも気化されて排気される。石英製のルツボは、石英がアルミナなどの他のセラミック材料に比べて熱を伝導せず、ペレットが昇華する時間の間に同じ温度まで熱くならない。その結果、ペレットの金属ハロゲン化物材料は、ペレットの初期位置よりも栓13に近い孔３の壁に凝縮物102として凝結する。面101からの継続された加熱により、凝縮物は面101から遠くへ移動する。しかしながら、好適なところでは、加熱は手持ちバーナー103で加えられ、石英が半透明であることで、ペレットが昇華したのを視認したら、直ちに加熱を停止することができる。

ボイド空間は、その後、バルブ18を介して希ガスで満たされ、当該バルブは充填後再び閉じられる。ガスは溝15を介してボイド空間まで届くことができる。

充填されたプラズマルツボの形成の最終段階は、バーナー19によるチューブの加熱である。加熱は、チューブの石英材料が軟化し、希ガスの内圧よりも大気圧が超過して、チューブ自体がつぶれるまで続けられる。段部14に固定された栓は、寸法20に示されるように、チューブ８内部に向けてわずかに伸び、ルツボの端部の外面を過ぎて伸びる。加熱はこの寸法を丁度超えたところでなされ、これによりチューブがつぶれると、栓の外端角部21上に収縮する。このようにして、栓の端部の残留空間22は角部21でボイド空間からすべて密閉され、チューブがつぶれた後にチューブの遠位端部分がルツボから引き抜かれるチューブの「チップオフ：ｔｉｐｏｆｆ（先端を切る）」23でチューブの完全な密封が達成されて、ボイド空間は二重に封着される。

面101に加熱が加えられずに励起可能な材料が栓上に凝結して再昇華された場合、材料は面101により近いところに再び凝結する。

図６は、それを取り囲むファラデー箱Ｃとともに使用するために設置された充填されたプラズマルツボ、および、マイクロ波の供給源Ｓからマイクロ波を導入するためにアンテナ凹部11内部に伸びているアンテナＡを示す。ボイド空間でプラズマ放電を開始するために、起動用プローブＰは、その先端Ｔがチップオフ23およびルツボの後端の間のチューブの残留突出部24に隣接するように配置される。

図７に示される変形例において、チューブは、より長く、それ自体がルツボから遠く離れた位置31で最初に封着されてチップオフされており、これは装置内の希ガスおよび励起可能な材料を捕らえるためであり、我々の従来のバルブ封着に係る欧州特許ＥＰ１，８３１，９１６と同様な方法である。この状態で、装置はＹ管継手から自由に操作されることができる。チューブはその後、栓の位置である32の位置で上述のように封着されてチップオフされる。この手配により、廃棄されるチューブの中間長33の素早い操作が可能になり、同様に均一な反復製造を可能にさせる。励起可能な材料がチューブ33に凝結していた場合、チップオフ温度への加熱により材料はチューブのルツボ端部で再度昇華される。

さらなる変形例が図８に示されており、ボイド空間53は、ルツボ円筒52の端面501から端面502までの貫通孔として最初に形成される。当該貫通孔は、両面で単一の座繰り穴561，562とともに形成される。封着の前に、ボイド空間は、超音波洗浄され、その後火炎研磨されるが、これは、そうしなければ使用時にプラズマ放電を妨げる可能性のある穿孔による残屑を除去し、亀裂伝搬の場所を除去し、透明度を高めるためである。研磨後、チューブ581，582は各孔の中に封着される。一方のチューブ581は、封着され、チップオフされて残留突出部641が残る。

第一実施形態と同様に励起可能な材料が加えられる。排気の間、残留突出部641は不純物を気化させるために加熱される。当該突出部は面101の上方にあるルツボの下位部よりも熱質量が小さい。このようにして、ペレットは、より少ない熱の利用で、かつ、より確実に材料がボイド空間53に全て凝結するようにして、昇華させられることができる。

気化の後、突出部の加熱および排気はともに停止され、上述のように希ガスが導入される。

この変形例は、使用時にルツボの外側の残留突出部に、すなわち使用のためにそこから光が集められる端部に冷点（コールドスポット）を提供することができる。この端部は、図示しないケーシング内にその残留突出部を有する他端よりも冷たくなると見込まれ、その詳細はルツボの利用法によって異なる可能性が高い。

もう一つの変形例が図９に示される。ここでは、ボイド空間73の２つの端部は両方とも栓831，832、および、チューブ881，882の残留部841，842によって閉じられている。この配置は、ルツボ／チューブおよびチューブのチップオフの封着部を、ボイド空間の中央にプラズマを支持するボイド空間内のガスに直接触れないように保護することができる点で、図８のものよりも優れている。この変形例はボイド空間から離れた栓の端部に２つの空間821，822を有することに留意すべきである。栓の角部81で密封した封着部形成を目的としてチューブが封着される一方で、この封着は、励起可能な材料を当該空間に凝結させることができ、密封されていないことも予期されることができる。従って、性能を最大化するために、励起可能な材料は、好ましくはこれらの空間、および、実際には希ガスが導入される際に経由する栓の溝752を完全に満たすことができるよう十分過剰に供給され、他の栓を介してはガスが導入されないので、当該栓には溝が掘られていない。

本発明は、上述の実施形態の詳細に限定されるよう意図されるものではない。例えば、段部を有する座繰り穴および円筒形状の栓は、相補的にテーパ-を付けた孔および栓に置き換えることができる。さらに、この封着工程を旋盤において行うことにより、座繰り穴６を有しないルツボにチューブを封着できることが期待される。

このようなプラズマルツボ92は図１０に示される。それは、貫通孔93と、最初にルツボの端面901，902に貼着された２つのチューブ981，982を有する。一方のチューブ981はルツボを充填する前に閉じられる。そのチューブがチップオフされるときに、チューブの全域で差圧がないので、平らな端面983を有するように形成するために、チューブはガラス旋盤で加工されることができる。これにより、プラズマボイド空間はこちら側で十分に定義された大きさからなることができる。この端部983は、励起可能な材料のペレットを導入した後に最下位置であり、その上にペレットが止まり、不純物の気化のために加熱される。標準的なチューブの許容誤差と有用性のために、チューブ901，902の内径は、孔93の径をわずかに超える可能性が高いことが見込まれる。排気、投与、気化およびガスの充填後、他方のチューブ902は、広がりを閉じるより少ない作業が望ましいけれども、同様な方法でチップオフされる。使用時に、平らな端面983は、最も外側になり、場合によりファラデー箱（図示しない）に覆われ、周囲環境にさらされる可能性が高い。他方のチップオフされた端面は保持装置（図示しない）によって覆われる可能性が高い。平らな端面983に加え、我々は半球状の端面も成功裏に試験した。

さらに別な方法では、微小なひび割れ、または実際には厚い壁のチューブの一部を除去するために上述のように扱うことができる貫通孔を有するルツボとは対照的に、商品寿命が最大の関心事でない応用では、一個の石英の片側からボイド空間を掘ることができる。さらに、ルツボは焼結材料で作られることが予測される。このような場合、一つのチューブだけが、ボイド空間の開口部周辺に貼着され、上述した方法で封着されることができる。

通常、２．４ＧＨｚで駆動している石英製のルツボの使用時には、ルツボは直径４９ｍｍ、厚さ２１ｍｍの円筒形状とすることができる。ボイド空間の直径は、重要なものではないと考えられ、低出力の１ｍｍと高出力の１０ｍｍとの間で変化させることができる。我々は、１ｍｍ〜３ｍｍの壁の厚さを有する封着チューブを用いた。我々はまた、ルツボの面から３０ｍｍまでの長さでチップオフされたチューブを備えるルツボを試してみた、我々はチップオフされたチューブの面から戻った内部の長さが０〜１０ｍｍであることが好ましいと考える。好ましい距離は５ｍｍである。このようなチューブの長さの条件は、ルツボを次の処理時および／またはその使用時に保持するのに役立つことが予想される。

図１１〜１６に目を向けると、ここではＬＥＸＬＵＷＰＬの製造および封着が示される。延伸石英チューブ1001は密封された「内側」端部1002を有する。それは、中央孔1004を備える研磨石英円板1003を貫通し、中央孔の位置でチューブは円板に融着される。石英製の円筒スリーブ1005は、その端部1006を閉じるようにして円板に結合される。スリーブは、空洞1007の管状壁を形成する。第二の後壁円板1008は、スリーブ内で第一の前壁円板1003に平行に結合され、空洞およびチューブの封着端部を囲う。それは裾部1009として伸びる。未封着状態での製造は、チューブを実質的に直立にして準備され、励起可能な材料のペレット1010がチューブ内に放り込まれて封着端部で止まる。

真空ポンプは二方弁1011を介して取り付けられ、チューブが中身を排気される。ペレットから不純物を取り除くために、ペレットは、昇華され、空洞内にあるチューブの一部に凝結する。不純物は、気化され、真空ポンプにより引き出される。このための熱は多数の方法で与えられることができる。図１３に示されるように、トーチの炎1012は、後壁円板1008に当てられ、熱を放って対流により封着端部を加熱することができる。もう一つの方法としては、この段階では空洞は側壁開口部1013を有しており中身を排気されていないので、中空管1014は開口部を通って挿入されることができ、高温ガスを封着端部に当てられる。図１４に示される変形例では、チューブ1001は、内壁1008に封着された内側端部を有する。この場合、壁とチューブとの間に空隙がなく、火炎トーチ加熱はより速い昇華をもたらす。この変形例では、ボイド空間の囲いと外側のチューブの熱膨張差が生じ、同時に加工品に亀裂が生じると予測される。このデメリットは、不純物排除のための加熱が容易である利点よりも重いかもしれない。

昇華および不純物除去ステップの後、二方弁の排気分岐10111が閉じられ、二方弁の希ガス充填分岐10112が開けられる。充填は大気圧よりも低くするべきである。前壁から突き出た部分のチューブへのさらなるトーチの適用1016により、そこでチューブがつぶれ、密封される。チューブは切断される。ほぼ完成された加工品はガラス旋盤に置かれ、封着先端部1015は整った形状に加工される。最終ステップは、壁内の空洞の中身の排気、および、大気圧よりも低くする窒素等の不活性ガスでの空洞の充填である。

製造の順序は変更可能である。例えば、不純物の排除を含むチューブ1001の封着は、円板1003のみがチューブに接続された状態で、または円板1003およびスリーブ1005が接続された状態で実行されることができる。この後者の順序により、その加熱および不純物の排除のためにチューブの閉じた端部に近づくことができる。

空洞の壁は、電球の場合と同様に単一であることが想定される。この場合、組立および結合ステップは不必要になる。しかしながら、通常、加工品は組立てられて一緒に結合される２つまたは３つの壁部分を含む。通常、これらは、チューブが通る平らな前壁と、前壁から後方に伸びる管状部と、前壁から間隔をおかれた後壁とを含み、管状壁は加工品の使用時に固体誘電塊を囲む裾部を提供するために通常後壁から後方に伸びている。

また、ボイド空間は、チューブが管状壁の直径方向に伸びるようにして、異なるように方向づけられてもよい。さらに、平らな前壁および管状壁は、チューブが加工品の軸方向または横方向に伸びるようにして、半球形状に組み合わされてもよい。

上述した選択加熱の問題を有するけれども、チューブが前壁から後壁まで伸びていないところでは、チューブは通常チップオフによりその内側端部で封着され、チップオフされた内側端部は後壁または内側壁から間隔を置かれる。別な方法では、内側端部は後壁に隣接して封着されることができる。同様に、ボイド空間が管状壁の直径方向に伸びるところでは、ボイド空間は両端部で壁に封着されてもよいが、一方の端部のみで封着されるのが好ましい。

チューブが、前壁から後壁まで伸びているか、あるいは加工品を横切って伸びており、直径方向の反対側の端部で管状壁に封着されるところでは、揮発性の不純物を除去するための半透明の材料の加熱は、ガス・トーチからチューブが封着された内側端部の壁に、または封着端部が接続される管状壁の部分に、熱を加えることによって達成されることができる。

また、チューブの封着端部が内側壁または管状壁から間隔を置かれたところででも、内側端部は、封着端部が間隔を置かれた壁に熱を加えることにより不純部を除去するために加熱されることができる。別な方法では、空洞内に高温ガス流を注ぎ込みその封着端部でチューブにぶつかるように向けられるために、管状壁は穴を開けられることができる。さらに、上述のように、加熱をやりにくくする加工組立の終了前に不純物除去のための加熱を行うよう、組立順序を変更することができる。

チューブの最終封着は、前壁または管状壁で、好ましくはそれらの隣接したところでチューブを加熱し、差圧によってチューブをつぶしてそれ自身を密閉することで都合良く実行される。これは、通常、壁を通って伸びるチューブ内にボイド空間を備えて壁から伸びているチューブの残留部を残すために、壁に隣接している。これにより、ＬＥＸの通常の使用後に励起可能な材料が凝結するためのクールスポットが提供される。

本発明は、上記の実施形態、変形例および改良例の詳細に限定することを意図するものではない。例えば、ボイド空間の囲いは図１６に示されるものとは異なるように置かれることができる。それは、外側チューブの横方向に配置されることができる。膨張差の問題を避けるために、囲いは外側チューブの片側のみに固定される。

Claims

充填されたボイド空間内でマイクロ波励起プラズマを確立するための取り囲んだファラデー箱での使用に適した、充填されたＬＵＷＰＬ（半透明導波管電磁波プラズマ光源）の封着方法において、当該方法は、
・一方の端のみ開口するボイド空間を備えて半透明の材料からなる未封着のＬＵＷＰＬであって、前記ボイド空間は未封着の前記ＬＵＷＰＬの加工品の一つの面に開口端を有してもう一方の面に向かって伸びている、未封着の前記ＬＵＷＰＬを提供するステップと、
・前記加工品に可融性である半透明の材料からなる封着チューブであって、前記封着チューブが前記加工品よりも小さい断面を有し、
・前記封着チューブは、前記ボイド空間と一直線になって、開口した前記ボイド空間の口部で前記一つの面から離れるように伸びており、
・前記封着チューブは、その封着後にも前記一つの面が前記封着チューブを半径方向に超えて現存するようにしながら、前記ボイド空間と連通して未封着の前記ＬＵＷＰＬの前記加工品に直接密封して封着される、前記封着チューブを提供するステップと、
・前記封着チューブを介して前記ボイド空間内に励起可能な材料を挿入するステップと、
・前記励起可能な材料が前記ボイド空間の他面の端部に落ちるように前記封着チューブを向けながら、前記封着チューブを介して前記ボイド空間から中身を排気するステップと、
・前記励起可能な材料から揮発性の不純物を取り除いて排出するために、前記ボイド空間の前記他面の端部を取り囲む前記半透明の材料を加熱するステップと、
・前記励起可能な材料を少なくとも実質的に前記ボイド空間内に凝結させるステップと、
・前記封着チューブを介して前記ボイド空間内に不活性ガスを導入するステップと、
・前記口部あるいは前記口部の周辺で、前記封着チューブを封着することによって、前記励起可能な材料および前記不活性ガスを封入した前記ボイド空間を封着するステップと、
を備えることを特徴とする封着方法。
前記封着チューブは、
・未封着の前記ＬＵＷＰＬの前記加工品に融着されたチューブ、または、
・前記加工品の一体部分であり、好ましくは、
・前記ボイド空間を提供する前記加工品内のチューブの一方の面からの連続物であることを特徴とする請求項１に記載の封着方法。
前記ボイド空間を封着するステップは、クールスポットを設けるために前記一つの面で、好ましくは前記一つの面を超えて、あるいは前記封着チューブに封着栓を封入して前記封着チューブをチップオフすることからなることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマルツボの封着方法。
揮発性の不純物を取り除くために前記ボイド空間の前記他面の端部を取り囲む半透明の材料を加熱するステップは、前記ボイド空間の内部の密閉部に前記励起可能な材料が置かれた状態で、密閉部および／または密閉部に隣接する他面を加熱することを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の封着方法。
半透明の材料、好ましくは多結晶セラミックまたは石英からなる未封着の前記ＬＵＷＰＬを提供するステップは、
・その一つの面から前記ボイド空間をモールド成型して、成型および焼結によってプラズマルツボを製造するステップに存することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の封着方法。
半透明の材料からなる未封着の前記ＬＵＷＰＬを提供するステップは、
・その一つの面からその内部に前記ボイド空間を機械加工し、好ましくは機械加工された前記ボイド空間を超音波洗浄および火炎研磨することを含み、石英の塊から形成すること
・半透明の材料からなる密閉部により他面で加工品を閉じること
好ましくは、
・他面上または他面内に別のチューブを融着すること、またはチューブをチップオフすることによることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の封着方法。
・前記封着チューブは半透明プラズマルツボの前記一つの面上に置かれて融着されることができ、または
・前記封着チューブは前記ボイド空間の前記口部で半透明プラズマルツボの前記一つの面内の座繰り穴内に置かれて融着されることを特徴とする請求項５または６に記載の封着方法。
半透明の材料からなる未封着の前記ＬＵＷＰＬを提供するステップは、
・固体誘電体の半透明の材料、好ましくは多結晶セラミックまたは石英からなる未封着のＬＥＸ加工品を製造する製造ステップ、および、封着する際に電磁波励起プラズマ材料およびボイド空間の周りの壁付空洞を含むために少なくともボイド空間の封体を一つにまとめるステップに存することができ、前記製造ステップは、
・そこから前記ボイド空間を形成するチューブとして封着チューブを提供するステップと、
・前記ボイド空間の一つの端部を形成するためにその一つの端部を封着するステップと、
・前記封着チューブを前記空洞の壁に通し、前記空洞の壁に融着するステップと、好ましくは、
・提供された追加の空洞壁部分を一緒に組み立てて融着するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１〜４に記載の封着方法。
前記追加の空洞壁部分は、チューブが通る平らな前壁を含むことができ、管状部分は前記前壁および前記前壁から離れて配置される後壁から後方に伸び、管状壁は、加工品の使用のために固体誘電体の塊を取り囲む裾部を提供するように、好ましくは後壁から後方に伸び、
・チューブを前記空洞の壁に通し、前記空洞の壁に融着するステップは、封着された前記ボイド空間の一つの端部との間に隙間を設けながら、または封着された一つの端部を前記後壁内に融着されながら、前記前壁を通って前記後壁に向かってチューブを通すステップを含み、
・前記励起可能な材料から揮発性の不純物を取り除くために、前記ボイド空間の前記他面の端部を取り囲む前記半透明の材料を加熱するステップは、好ましくはガス・トーチによって、そこに設けられた前記裾部内で前記後壁に熱を加えることにより実行されることを特徴とする請求項８に記載の封着方法。
前記追加の空洞壁部分は、チューブが通る前壁、好ましくは半球状の壁を含むことができ、管状部分は前記前壁および前記前壁から離れて配置される後壁から後方に伸び、管状壁は、加工品の使用のために固体誘電体の塊を取り囲む裾部を提供するように、好ましくは後壁から後方に伸び、
・チューブを前記空洞の壁に通し、前記空洞の壁に融着するステップは、封着された前記ボイド空間の一つの端部との間に隙間を設けながら、または封着された一つの端部を前記管状壁内に反対側で融着されながら、前記管状壁を通ってその反対側に向かってチューブを通すステップを含み、
・前記励起可能な材料から揮発性の不純物を取り除くために、前記ボイド空間の前記他面の端部を取り囲む前記半透明の材料を加熱するステップは、好ましくはガス・トーチによって、前記管状壁に反対側で熱を加えることにより実行されることを特徴とする請求項８に記載の封着方法。
追加の空洞壁部分は、チューブが通る平らな前壁、または半球状の壁を含み、管状部分は前記前壁および前記前壁から離れて配置される後壁から後方に伸び、管状壁は、加工品の使用のために固体誘電体の塊を取り囲む裾部を提供するように、好ましくは後壁から後方に伸び、
・前記励起可能な材料から揮発性の不純物を取り除くために、前記ボイド空間の前記他面の端部を取り囲む前記半透明の材料を加熱するステップは、前記管状壁の穴を介して、前記空洞内に高温ガス流を流し込み、高温ガス流が前記ボイド空間を形成するチューブにその封着端部でぶつかるように向けることにより実行されることを特徴とする請求項８に記載の封着方法。
ボイド空間を封着するステップは、前壁または管状壁で、好ましくはそれらに隣接する箇所でチューブを加熱することによって行われ、差圧、通常は大気圧、またより正確には周囲圧力と内圧との差により、チューブをつぶしてそれ自身を密封し、好ましくは前記壁に隣接する箇所で、チューブ内の空洞が壁を通って伸びるようにしながら、壁から伸びる、チューブの残留部を残すことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の封着方法。