JP2017529655A - 基材を照射するための紫外線システム及び方法 - Google Patents

Abstract

基材（２６）を照射するためのＵＶシステム（１０）が、内部を有する包囲部を有するランプヘッド（１６）を備えている。ＵＶバルブ（２４）が、前記内部に位置決めされ、ＲＦエネルギによって励起される時にＵＶエネルギを放出可能である。ＵＶシステム（１０）は、また、ＲＦエネルギを生成可能な固体ＲＦ源（１２）を含んでいる。ＲＦエネルギは、ＵＶバルブ（２４）に伝送され、これはＵＶバルブ（２４）を点火させ、ＵＶエネルギをランプヘッド（１６）の内部から放出させる。

Description

本発明は、基材を照射するための紫外線（以下「ＵＶ」）システムに関しており、特には、その構成、及び、そのようなシステムにおいて用いられる高周波（以下「ＲＦ」）エネルギ源とＵＶバルブとの相互作用に関している。

従来のＵＶシステムは、１または複数のマグネトロンと１つのＵＶバルブとを含んでいる。電力適用時、マグネトロンはＲＦエネルギを生成し、当該ＲＦエネルギは、ウェーブガイドを介してＵＶバルブに伝送され、それによってＵＶバルブ内のガスが点火し、当該ガスがプラズマ状態になる。この励起の結果として、ＵＶバルブはＵＶエネルギの放出を開始し、ＵＶエネルギは、様々な用途に利用される。例えば、ＵＶエネルギは、その上の材料を硬化させるべく、あるいは表面処理のような他の目的で、基材を照射し得る。例えばインキや接着剤のような材料が、放射されるＵＶエネルギを当該材料上に差し向けることによって、基材上で硬化され得る。別の例として、ＵＶエネルギは、その表面を改質するべく、当該基材に差し向けられ得る。

そのような従来のＵＶシステムにおいて、高電力マグネトロンが、ＵＶバルブ内のガスをプラズマ状態にするべく、十分なＲＦエネルギを実現するために要求される。１または複数のマグネトロンは、典型的には、ＵＶバルブを有するランプヘッド内に包含されている。２以上のマグネトロンが用いられる場合、マグネトロンによって生成されるＲＦエネルギの周波数は、あるマグネトロンが他を損傷したり他と干渉したりしないよう、十分に離れている必要があるが、同時に、ＵＶバルブを十分に励起するために十分である必要がある。結果的に、複数のマグネトロン、特に３以上のマグネトロン、を１つのランプヘッド内に実装することは、作動上の問題を引き起こし、効率を低下させる。これは、複数のマグネトロンが用いられると、より広いＲＦ周波数の範囲が要求されるからである。当該範囲内での幾つかの周波数は、ＵＶバルブを励起する際の効率を低下させる。

従来のランプヘッド内において、ＵＶバルブは、金属製のマイクロウェーブ用のキャビティないしチャンバ内に取り付けられており、パラボラ反射鏡の焦点に位置付けられている。作動中、マグネトロンによって生成されるＲＦエネルギが、ウェーブガイドを通過して、マイクロウェーブ用のキャビティないしチャンバに至る。これによって、それに取り付けられたＵＶバルブを点火させ、前述のようにＵＶエネルギを放出させる。このような従来のランプヘッド構成を有効にするために、ＵＶバルブの全長に亘って、マグネトロンによって生成される熱を十分に除去して、冷却空気の適切な分布を提供するべく、ランプヘッドの精密な冷却が要求される。マグネトロンまたはＵＶバルブの過冷却はこれら構成要素の永続的な損傷を引き起こし得るし、ＵＶバルブの過冷却はＵＶ出力に悪影響を及ぼし得るし、更にはバルブを償却させ得るし、それによってバルブのガスを分離させて結果的にバルブの再始動を抑制し得るので、冷却は精確である必要がある。マグネトロン及びＵＶバルブの両方を十分に冷却するために必要とされる空気の体積（量）のため、従来のＵＶランプヘッドは、典型的には、エアブロアと、具体的に設計されたプレナム（ｐｌｅｎｕｍ）と、を有している。冷却及びバルブ始動のような要因のため、端部領域よりも中央領域において狭い径を有するテーパ状のＵＶバルブが利用される。このような特殊なバルブ形状は、ＵＶバルブを過冷却することが無いマグネトロン冷却のバランスの良い動作を補償することを助ける。しかしながら、そのような形状は、ＵＶバルブ製造の複雑さとコストとを増大させる。

従来のＵＶシステムにおいて用いられているランプヘッドの形態は、更に付加的な問題点がある。例えば、ＵＶバルブを有するランプヘッド内でのマグネトロン及びそれらの封じ込めの利用は、マグネトロンの特性である不安定なＲＦ出力と前述の冷却要件とのために、全体のシステムが約７０〜８０％の電力効率を有することを引き起こす。また、そのようなランプヘッド形態は、ランプヘッドの要求されるサイズ及び重量の増大を引き起こす。更に、マグネトロンは始動及び停止が遅いので、従来のＵＶシステムは、しばしば、ランプヘッド内にスターターバルブを有している。スターターバルブは、マグネトロンが最初にエネルギ供給されると同時に電力供給されて、ＵＶバルブがより迅速に点火することを助け、それによって、従来のＵＶシステムがより迅速にＵＶエネルギの生成を開始することを許容する。スターターバルブは、更に、ランプヘッドのサイズ及び電力消費量を増大させる。

また、ＵＶバルブから最大のＵＶエネルギを生成するためには、バルブの全長に沿ってＲＦエネルギを均等に分配することが必要である。更に、放出されるＵＶエネルギの強度は、ＵＶバルブに適用されるＲＦエネルギに大きく依存する。従来のＵＶシステムにおいて用いられているウェーブガイドは、マグネトロンによって生成されるＲＦエネルギのバルブ全長に亘っての分配を助けるが、そのようなウェーブガイドは、固定された幾何形状を有しており、マグネトロンの出力周波数に直接的に比例した定在波長を要求する。マグネトロンは、安定的ないし微細調整可能なＲＦ出力周波数を提供しないので、不十分なＲＦエネルギ結合やＵＶバルブの不均一な照射を生じ得る。

マグネトロンは、また、経時的なフィラメントの劣化のため、限定的な製品寿命を有する。従来のＵＶシステムの一部として利用される時、マグネトロンの寿命は、１０００時間程度に短い場合があり得る。マグネトロンの限定的な寿命は、懸念材料である。なぜなら、寿命を終えたマグネトロンを交換する際のダウンタイムは、高価であり得るからである。結果として、それらが故障する前にマグネトロンを交換するという、積極的なメンテナンススケジュールがしばしば実施され、これは更にコストを増大させる。

これらの理由のため、更には他の理由のため、電力効率、出力、多用途性、構成要素の寿命のような領域を改善する、ＵＶシステム及び方法を提供することが望ましい。

全体として、本発明は、基材を照射するためのＵＶシステムを提供する。当該ＵＶシステムは、内部を有するランプヘッドと、ＲＦエネルギを生成可能な固体ＲＦ源と、を備える。ＵＶバルブが、前記ランプヘッドの前記内部に位置決めされると共に、前記固体ＲＦ源によって生成されるＲＦエネルギによって励起される時にＵＶエネルギを放出可能である。１つの図示の実施形態では、前記固体ＲＦ源は、前記ランプヘッドの前記内部の外側に位置付けられている。あるいは、前記固体ＲＦ源は、前記ランプヘッドの前記内部の内側に位置付けられている。

様々な付加的な特徴が、本発明の実施形態に含まれる。例えば、冷却装置が、前記ＵＶバルブに冷却空気を差し向けるため、前記ランプヘッドの前記内部の内側または外側に位置付けられる。ＲＦトランスミッタが、前記固体ＲＦ源に結合され、前記固体ＲＦ源からＲＦエネルギを受容可能であって、前記ＵＶバルブに向けて当該ＲＦエネルギを差し向けることが可能である。幾つかの実施形態では、ＲＦトランスミッタは、更に、前記ＵＶバルブに近接して位置決めされた少なくとも１つのアンテナを有する。図示の実施形態では、複数のアンテナが利用されて、前記ＵＶバルブの前記長さに沿って間隔をあけて配置されている。前記固体ＲＦ源が前記ランプヘッドの前記内部の内側に位置付けられている時、ＲＦトランスミッタは、ウェーブガイドを有し得る。

別の実施形態では、当該システムは、前記固体ＲＦ源に少なくとも１つの制御信号を送信するためのコントローラを含む。前記制御信号は、前記固体ＲＦ源によって生成されるＲＦエネルギの周波数を規定する。更に別の実施形態では、少なくとも１つの追加の固体ＲＦ源が設けられ、ＵＶバルブに差し向けられるＲＦエネルギを生成可能である。これらの実施形態では、コントローラは、複数の固体ＲＦ源の各々にそれぞれ少なくとも１つの制御信号を送信する。各制御信号は、各固体ＲＦ源によって生成されるＲＦエネルギの周波数を規定する。

本発明は、また、全体として、ＵＶエネルギで基材を照射する方法を提供する。当該方法は、固体ＲＦ源でＲＦエネルギを生成する工程と、生成されたＲＦエネルギをランプヘッド内のＵＶバルブに伝送する工程と、を備えている。前記ＵＶバルブは、生成されたＲＦエネルギで点火され、ＵＶエネルギが、点火された前記ＵＶバルブから生成される。基材が、前記ＵＶエネルギをランプヘッドの外側で基材に差し向けることによって、当該ＵＶエネルギで照射される。様々な実施形態において、当該方法は、更に、第１データ信号を生成する工程と、生成されるＲＦエネルギのための第１の所望の周波数を規定する固体ＲＦ源で、前記第１データ信号を受信する工程と、を備える。前記固体ＲＦ源で前記ＲＦエネルギを生成する工程は、前記固体ＲＦ源で前記第１の所望の周波数を有するＲＦエネルギを生成する工程と、前記ＵＶバルブを生成された付加的なＲＦエネルギで点火する工程と、を含み得る。当該方法は、更に、第２データ信号を生成する工程と、前記第１の所望の周波数と等しい第２の所望の周波数を規定する第２の固体ＲＦ源で、前記第２データ信号を受信する工程と、を含み得る。付加的なＲＦエネルギが、前記第２の固体ＲＦ源で前記第２の所望の周波数を有するように生成される。当該付加的なＲＦエネルギは、前記ＵＶバルブに伝送されて、前記ＵＶバルブは、前記生成された付加的なＲＦエネルギで点火される。

本発明の様々な付加的な特徴及び利点が、例示的な実施形態についての以下の詳細な説明を添付の図面との関連で参照することによって、当業者にはより明らかとなるであろう。

図１は、ランプヘッドの外側に位置付けられた固体ＲＦ源と、ランプヘッドの内側に位置付けられた冷却装置と、を含むＵＶ照射システムの概略図である。

図２は、ランプヘッドの外側に位置付けられた固体ＲＦ源と冷却装置とを含むＵＶ照射システムの概略図である。

図３は、固体ＲＦ源の概略図である。

図４は、ランプヘッドの内側に位置付けられた固体ＲＦ源と冷却装置とを含むＵＶ照射システムの概略図である。

図５は、ランプヘッドの内側に位置付けられた固体ＲＦ源と、ランプヘッドの外側に位置付けられた冷却装置と、を含むＵＶ照射システムの概略図である。

図６は、ＵＶ照射プロセス中に実施される動作の連続を示すフローチャートである。

添付の図面は、縮尺において必ずしも正確でなく、本発明の基本原理を説明する様々な特徴の幾らか簡略化された図を提供している。ここで説明されるような動作の連続の特定の設計上の特徴は、例えば、様々な図示要素の特定の寸法、方向、位置、形状を含むが、特定の意図される用途や使用環境によって、部分的に決定されるであろう。図示の実施形態の所定の特徴は、可視化と明瞭な理解とを促すために、他に対して拡大されたり歪められたりしている。特に、薄い特徴部については、例えば明瞭化や図示化のために、厚くされていることがあり得る。

図１は、基材を照射するための例示的なＵＶシステム１０の概略図である。ＵＶシステム１０は、１または複数の、ＲＦエネルギを生成可能な固体ＲＦ源を備えている。一例として、好適な固体ＲＦ源１２は、パナソニック社の部品番号ＳＳＭＭ−２００−Ａ０１であり得る。幾つかの実施形態では、固体ＲＦ源１２は、コンバイナを用いて共に接続される複数の固体ＲＦ生成装置を有する。幾つかの実施形態では、固体ＲＦ源１２は、ファラデーケージ１４内に載置される。

ＵＶシステム１０は、また、内部を有するランプヘッド１６を含んでいる。固体ＲＦ源１２は、ランプヘッド１６の内部の外側に位置しており、ランプヘッド１６の内部の内側に位置付けられた１または複数のアンテナ１８に、１または複数のケーブル２０によって結合されている。好適には、複数のアンテナは、ランプヘッド１６の内部の内側に配置されている。ケーブル２０は、固体ＲＦ源１２によって生成されるＲＦエネルギをアンテナ１８に運ぶのに好適な任意のタイプの伝播媒体、例えば少なくとも１つの同心ケーブル、を含み得る。幾つかの実施形態では、ケーブルの各々が、複数のケーブル２０を保持するマルチラインケーブルに、固体ＲＦ源１２において、あるいはその近傍において、接続されている。ランプヘッドの内部に入る時、あるいはその内部において、ケーブル２０は、マルチラインケーブルから分離され得て、ランプヘッド１６の内部の内側のアンテナ１８の各々に至り、それによって、複数の分離ケーブル２０をランプヘッド１６へと延ばすことによる混雑を低減できる。ある実施形態では、各固体ＲＦ源１２は、単一のアンテナ１８に結合されている。あるいは、固体ＲＦ源１２は、スプリッタを用いて、複数のアンテナに結合され得る。

ＵＶシステム１０は、また、ランプヘッド１６の内部に位置決めされ、ＵＶエネルギを放出可能なＵＶバルブ２４を含んでいる。一般に、ＵＶバルブ２４は、細長くて、ガス混合物を収容している。当該ガス混合物は、固体ＲＦ源１２によって生成されるＲＦエネルギによって励起される時、プラズマ状態になる。当該ガスの励起は、ＵＶバルブ２４を点火させて、ＵＶエネルギをランプヘッド１６の内部から放出させる。ＵＶエネルギは、例えば基材の表面を改質したり当該基材上の材料を硬化させるために、基材２６に向けて差し向けられ得る。基材２６は、照射プロセス中、ＵＶエネルギを受容するのに好適な任意の表面であり得る。非制限的な例は、プラスチック、金属、シリコン、皮革、ファイバ、複合材、ガラス等を含む。ＵＶバルブ２４は、ＲＦエネルギが導入される時にＵＶエネルギを生成するのに好適な任意のタイプ、例えば、鉄、ガリウム、インジウム、鉛、及び／または、他のガス添加物を含むか含まない水銀充填水晶バルブ、であり得る。

１または複数のアンテナ１８は、ＵＶバルブ２４に近接して位置決めされている。これは、アンテナ１８から送られるＲＦ信号がＵＶバルブ２４に届いて効果的に励起可能であるような位置に、アンテナ１８が存在していること、を意味している。当該目的のため、アンテナ１８は、固体ＲＦ源１２からのＲＦエネルギを受容可能であって、当該ＲＦエネルギをＵＶバルブ２４に向けて差し向けることが可能な任意の装置であり得る。ある実施形態では、固体ＲＦ源１２によって生成されるＲＦエネルギが、ケーブル２０を介してアンテナ１８に伝送される。アンテナ１８は、ＵＶバルブ２４の長さに沿ってＲＦエネルギを分配する。

一般に、アンテナ１８の配置は、ＵＶバルブ２４に沿った均一な加熱を提供し得る。ある実施形態では、各アンテナ１８は、放射周波数または放射周波数範囲に最適化された円形アンテナである。付加的及び／または代替的に、各アンテナは、バルブ２４の長さに沿って配置され得て、アンテナ１８の各々から伝送されるＲＦエネルギ間のオーバーラップが無いか最小である。更に、各アンテナ１８から放出されるＲＦエネルギ信号は、信号の中央で最高のエネルギ密度を有し得る。

ある実施形態では、アンテナ１８の各々は、ＵＶバルブ２４の表面から等距離、例えばＵＶバルブ２４の表面から約１／２インチ、に位置決めされている。付加的及び／または代替的に、アンテナ１８の各々は、ＵＶバルブ２４の表面に沿って等間隔に配置され得る。ある例示的な実施形態では、６インチＵＶバルブと３つの１０００ワット固定ＲＦ源１２とがＵＶシステム１０内に実装される時、アンテナ１８は、ＵＶバルブ２４の表面に沿って、１．５インチ乃至２インチ毎に配置され得る（例えば、ＵＶバルブ２４の表面に沿って３つのアンテナが配置される）。他の実施例では、３インチのＵＶバルブがＵＶシステム１０内に実装される時、２つのアンテナ１８がＵＶバルブ２４の表面に沿って配置され得る。他の実施形態では、１つのアンテナが、更に小さいＵＶバルブ２４のために用いられ得る。

従来のＵＶシステムにおいて用いられるマグネトロンと異なり、固体ＲＦ源１２は、ＲＦ信号の周波数にかかわらず、ある固体ＲＦ源によって生成されるＲＦエネルギが他に影響することを抑制するべく、設計される。従って、複数のマグネトロンを利用する時のＲＦ周波数に関する作動上の懸念が、ＵＶシステム１０においては存在しない。従って、固体ＲＦ源１２の各々は、照射プロセス中に同一ないし略同一の周波数のＲＦエネルギを生成可能であり、当該ＲＦエネルギは、更に、ＵＶバルブ２４のより均一で効果的な加熱を引き起こす。

更に、マグネトロンと比較して固体ＲＦ源１２のより長い動作寿命のため、ＵＶシステム１０は、より長い時間、部品の修理ないし交換の必要無しで、動作可能である。結果として、部品のメンテナンス及び交換に関するコストが低減される。

ＵＶシステム１０は、また、冷却装置２８を含んでいる。一般に、冷却装置２８は、ランプヘッド１６の内容物、例えばＵＶバルブ２４、がＵＶシステム１０の動作中に過熱することを防止可能である。幾つかの実施形態では、冷却装置２８は、ランプヘッド１６の内部に位置決めされている。付加的及び／または代替的に、冷却装置２８はランプヘッド１６の外部に位置決めされ得る（例えば、図２）。

従来のＵＶシステムとは異なり、ＵＶシステム１０のランプヘッド１６を適切に冷却するために必要とされる空気の量は、より少ない。なぜなら、熱を生成するＲＦ源が、ランプヘッド１６内に存在しないからである。従って、エアブロアに代えて、冷却装置２８は、ランプヘッド１６の内容物を冷却可能な、１または複数のエアナイフ及び／または複数のノズルを含み得る。エアナイフ及びノズルは、各々、エアブロアと比較して、要求される冷却の体積がより小さい時、より精密で効果的な冷却を提供する。照射プロセス中、エアナイフは、ＵＶバルブ２４のようなランプヘッド１６の内容物を冷却するためのシート状気流を生成可能である。複数のノズルは、照射プロセス中、ランプヘッド１６の内容物を冷却するための複数の噴射気流を生成可能である。シート状気流及び／または噴射気流は、均一であり得るし、層状であり得るし、非均一であり得るし、及び／または、乱流であり得る。更に、噴射気流及び／またはシート状気流は、圧縮空気及び／または冷却空気から形成され得る。ある例示的な実施形態では、圧縮空気及び／または冷却空気は、不活性ガスを含む。

固体ＲＦ源１２は、ＵＶシステム１０のランプヘッド１６の内部の外側に位置付けられているので、マグネトロンの十分な冷却とＵＶバルブ２４の過冷却のない冷却との間のバランスの良い動作は、もはや存在しない。従って、幾つかの実施形態では、例えばエアナイフ及び／またはノズルを介して、より高い注意及び精度がＵＶバルブ２４の冷却に差し向けられ得るので、ＵＶバルブ２４は、中央領域が両端部領域と同径を有するように製造され得る。このようなバルブ形態は、従来のバルブと比較して、ＵＶバルブ２４の製造の複雑さ及びコストを低減する。なぜなら、両端部領域に対して狭い径の中央領域がもはや存在しないからである。

また、固体ＲＦ源１２は、ＵＶシステム１０のランプヘッド１６の内部の外側に位置付けられているので、ランプヘッド１６は、より小さくより軽量に製造され得る。結果として、ランプヘッド１６は、基材２６上に取り付けてそれに焦点合わせすることが、より容易であり得る。

ＵＶシステム１０の固体ＲＦ源１２と冷却装置２８との両方は、コントローラ電源３０に結合されている。コントローラ電源３０は、電源信号と、少なくとも１つの制御信号と、を固体ＲＦ源１２の各々と冷却装置２８とに伝送可能であり、これによって、各々の動作を制御可能である。例えば、コントローラ電源３０は、生成されるＲＦエネルギの周波数を規定する制御信号を、固体ＲＦ源１２に送信可能である。コントローラ電源３０は、また、ユーザからの相互作用及び指示を受容するためのインタフェースを含み得る。例えば、受容されたユーザ相互作用に基づいて、コントローラ電源３０は、適切な制御信号を生成して、固体ＲＦ源１２の各々と冷却装置２８とに伝送し得る。コントローラ電源３０は、制御信号を生成可能な任意の好適な計算装置、例えばＰＣ、プロセッサ、マイクロプロセッサベースのコントローラ、を含み得る。幾つかの実施形態では、コントローラ電源３０は、固体ＲＦ源１２や冷却装置２８のような、ここで説明された他の装置の一部として実装される。幾つかの実施形態では、コントローラ電源３０は、別個のハウジングないし装置内に組み入れられたコントローラ電源を含む。各別個のハウジングないし装置は、ここで説明される他の装置の一部として、同様に実装され得る。

図２は、冷却装置２８がランプヘッド１６の外部に位置付けられていることを除いて、ＵＶシステム１０の全ての特徴を含んでいる例示的なＵＶシステム４０を示している。

図示されたアンテナ１８及びケーブル２０の代わりに、システム１０、４０は、固体ＲＦ源１２に結合されランプヘッド１６の内部に延びるウェーブガイドを含み得る。この形態によれば、固体ＲＦ源１２によって生成されるＲＦエネルギは、ウェーブガイドによってＵＶバルブ２４に向かって搬送され、それによってその励起及び点火を引き起こす。ウェーブガイドは、アンテナ１８及びケーブル２０と比較して伝送中のＲＦエネルギ損失の量を低減し得るが、そのような効果は、伝送されるＲＦエネルギがウェーブガイドの幾何形状に直接的に比例する周波数を有することに依存する。一方、従来のＵＶシステムで用いられていたマグネトロンと異なり、固体ＲＦ源１２は、特定の作動周波数に微細に調整することが可能である。従って、アンテナ１８及びケーブル２０は広帯域であり得て、ウェーブガイドよりも広い範囲のＲＦ周波数を伝送可能であるので、ケーブル２０及びアンテナ１８は、生成されるＲＦ周波数が可変である場合、ウェーブガイドを超える利点を提供する。例えば、ウェーブガイドは、当該ウェーブガイドが意図された周波数とは異なる周波数に調整されているＲＦ信号を効果的に伝送することができない場合がある。

更に、ＵＶシステム１０、４０のアンテナ１８及びケーブル２０の形態は、ＵＶバルブ２４のより均一な加熱及び励起を許容する。なぜなら、複数のアンテナ１８が、ＵＶバルブ２４の異なる領域の周囲に位置決めされ得て、及び／または、ＵＶバルブ２４の異なる領域に向けてＦＲエネルギを放出するように精確に差し向けられ得るからである。このような形態は、ＵＶシステムの全体効率を増大させるだけでなく、アンテナ１８及びケーブル２０がウェーブガイドと比較してランプヘッド１６の内部のより小さい占有面積を利用するよう構成され得るので、ランプヘッド１６のサイズも低減され得る。

更に、従来システムのマグネトロンによって生成される不安定で周波数分離されたＲＦ信号と異なり、複数の固体ＲＦ源１２は、安定していて同一ないし略同一周波数であるＲＦエネルギ信号を生成するべく、微細に調整され得る。前述のように、ＵＶバルブ２４によって生成されるＵＶエネルギの強度は、適用されるＲＦエネルギに大きく依存する。実際、不安定な周波数のＲＦエネルギ信号は、ＵＶバルブ２４の不均一で非効率な加熱に帰結し得て、そこから放出されるＵＶエネルギの強度に不利に影響する。しかしながら、基材照射用途において不安定なＲＦエネルギを生成することで知られているマグネトロンとは異なり、固体ＲＦ源１２は、特定の周波数に微細に調整され得るので、ＵＶバルブ２４によって生成されるＵＶエネルギの量を増大することができる。

加えて、固体ＲＦ源１２は、従来システムにおいて用いられていたマグネトロンよりも、始動時に、より迅速に、ＲＦエネルギの生成を開始する。結果として、従来ランプヘッドに含まれていたスターターバルブが省略され得るので、ランプヘッド１６のサイズ及びＵＶシステムによる消費電力を更に低減できる。幾つかの実施形態では、固体ＲＦ源１２の周波数掃引が、ＵＶ照射プロセスの始動中、及び／または、ＵＶバルブ２４の点火中に、更に始動時間を改善するべく実施される。従って、照射プロセスは、より迅速に始動され停止され得て、システムのスループットが改善される。

図３は、各固体ＲＦ源１２の例示的な構成要素、すなわち、アイソレータ３２と周波数検出器３４と、を図示している。

アイソレータ３２は、ＲＦエネルギが固体ＲＦ源１２から出ることを許容可能であり、同時に、ＲＦエネルギが固体ＲＦ源１２に入ることを防止可能である。従って、複数のマグネトロンとは異なり、複数の固体ＲＦ源１２は、同一ないし略同一の周波数を有して互いに悪影響を及ぼすリスクがないというＲＦエネルギを、各々生成可能である。これは、ＵＶバルブ２４のより均一で制御可能な加熱に帰結する。

固体ＲＦ源１２の周波数検出器３４は、出力ＲＦエネルギの周波数を検出可能であり、必要な場合に、照射プロセス中の所望のＲＦ周波数出力を維持するべく、固体ＲＦ源１２を調整可能である。

図４は、ＵＶバルブ２４と冷却装置２８とを有するランプヘッド１６の内側に位置付けられた固体ＲＦ源１２を有する例示的なＵＶシステム５０の概略図である。ＵＶシステム５０の一実施形態では、アンテナ１８が小ケーブル２０によって固体ＲＦ源に結合されている（例えば、図１）。あるいは、アンテナ１８は、固体ＲＦ源に直接的に接続され得る。更に別の実施形態では、アンテナ１８は、他の好適な中間要素、例えばインピーダンスマッチング装置やインピーダンス制御ケーブル、を介して固体ＲＦ源１２に結合される。ＵＶシステム１０、４０と同様に、ＵＶシステム５０の各固体ＲＦ源１２は、単一の信号アンテナ１８に結合され得る、あるいは、各固体ＲＦ源１２は、スプリッタを介して複数のアンテナ１８に結合され得る。

固体ＲＦ源１２をランプヘッド１６の内側に置くことは、ある利点を提供する。例えば、固体ＲＦ源１２とアンテナ１８との間の接続がより近いないし短いほど、ＲＦエネルギのＵＶバルブ２４への伝送中に生じるＲＦエネルギ損失もより少ない。固体ＲＦ源１２をランプヘッド１６の内側に置くことは、冷却の要件とランプヘッド１６のサイズとを増大させ得るが、ランプヘッド１６は依然として典型的な従来ＵＶシステムのランプヘッドよりもずっと小さい。なぜなら、固体ＲＦ源１２は、従来システムで用いられていたマグネトロンよりも薄くて小さいからである。

図５は、冷却装置２８がランプヘッド１６の内容物を冷却するためにランプヘッド１６の外部に位置付けられたことを除いて、ＵＶシステム５０（図４）の特徴を有する例示的なＶＵシステム６０の概略図である。

図６は、基材２６がＵＶエネルギで照射されるＵＶ照射プロセス中に実施される、例示的な動作の連続を図示するフローチャート７０である。工程７２において、データ信号と電力信号とが、コントローラ電源３０から送信されて、１または複数の固体ＲＦ源１２によって受信される。データ信号は、固体ＲＦ源１２によって生成されるＲＦエネルギの所望の周波数を規定している。データ信号及び電力信号に基づいて、固体ＲＦ源１２は、受信されたデータ信号内で特定されていた所望の周波数を有するＲＦエネルギを生成する（工程７４）。あるいは、固体ＲＦ源１２は、予め特性された周波数を有するＲＦエネルギを生成する。更に別の選択肢では、固体ＲＦ源１２は、所望の周波数を規定するデータ信号を受容すること無しで、デフォルト（規定値）の周波数を有するＲＦエネルギを生成する。

工程７６において、生成されたＲＦエネルギは、ランプヘッド１６内のＵＶバルブ２４に伝送される。特定の実施形態では、生成されたエネルギは、例えば少なくとも１つのケーブル２０を介して、ランプヘッド１６内に含まれて固体ＲＦ源１２に結合された少なくとも１つのアンテナ１８に伝送される。好適な実施形態では、生成されたＲＦエネルギは、複数のアンテナ１８に伝送される。１または複数のアンテナ１８は、ＵＶバルブ２４に近接して配置されており、生成されたＲＦエネルギは、当該複数のアンテナ１８でＵＶバルブ２４に伝送される（工程７８）。ある実施形態では、固体ＲＦ源１２は、ランプヘッド１６の外部に位置付けられており、生成されたＲＦエネルギをアンテナ１８に伝送することは、従って、生成されたＲＦエネルギをランプヘッド１６の外側からランプヘッド１６の内部へと伝送することを含む。

工程８０において、ＵＶバルブ２４は、生成されたＲＦエネルギによって励起され点火され、これによってＵＶバルブ２４にＵＶエネルギを生成させる。工程８２において、基材２６は、ランプヘッド１６の外側で基材２６に向けてＵＶエネルギを差し向けることによって、生成されたＵＶエネルギで照射される。

前述の工程の全てを通して、動作の連続は、ＵＶバルブ２４のようなランプヘッド１６の内容物を冷却する工程８４をも含み得る。そのような冷却は、内部または外部のエアブロアによって達成され得るが、動作の連続は、代替的及び／または付加的に、照射プロセス中に例えばランプヘッド１６の内部または外部のエアナイフでシート状気流をＵＶバルブに差し向ける工程を含み得る。代替的及び／または付加的に、動作の連続は、例えば複数のノズルでランプヘッド１６に複数の内部または外部の噴射気流を差し向ける工程を含み得る。シート状気流及び／または噴射気流は、均一であり得るし、層状であり得るし、非均一であり得るし、及び／または、乱流であり得る。更に、噴射気流及び／またはシート状気流は、圧縮空気及び／または冷却空気から形成され得る。ある例示的な実施形態では、圧縮空気及び／または冷却空気は、不活性ガスを含む。

フローチャート７０の工程７２のような、ここで説明された工程の１または複数は、ここで特定された機能／動作を実施するべく指令を実行するプロセッサを有する機械を生成するべく、任意のタイプのコンピュータのプロセッサに供給されるコンピュータプログラム指令によって実施され得る。これらのコンピュータプログラム指令は、非一過性のコンピュータ可読媒体内に記憶され得る。それは、特定の態様で機能するように、コンピュータを案内し得る。その目的のため、コンピュータプログラム指令は、コンピュータ上にロードされ得て、１または複数の動作工程の実施を引き起こし、それによって、実行された指令がここで特定された機能／動作を実施するためのプロセスを提供するというように、コンピュータ実施プロセスを生成する。

また、ここで説明された実施形態の任意の装置または特徴は、動作を実施することが「可能」であると説明されているが、これは、当該動作を実施するように構成されていてもよいし、当該動作を積極的に実施してもよいし、動作を実施するために存在していてもよい。「可能」というフレーズは、装置または特徴のより広い引用に関することが意図されている。

本発明の実施形態は、様々な例についての記述によって説明され、当該実施形態は、かなり詳細に説明されているが、添付の特許請求の範囲の請求項の範囲を、そのような詳細に制限することや、何らかの態様で限定することは、本件出願人の意図ではない。付加的な利点及び修正は、当業者にとって容易に理解できる。ここで説明された特徴は、システムまたは方法の所望の特徴に依存して、任意の態様で組み合わせられ得る。本発明は、その広い観点では、図示され説明された特定の詳細や代表的な方法や図示例に限定されない。従って、本件出願人の全体の発明の概念の精神ないし範囲から逸脱することなく、そのような詳細からの発展がなされ得る。

Claims (26)

1. 基材を照射するためのＵＶシステムであって、
   内部を有するランプヘッドと、
   ＲＦエネルギを生成可能な固体ＲＦ源と、
   前記ランプヘッドの前記内部に位置決めされると共に、前記固体ＲＦ源によって生成されるＲＦエネルギによって励起される時にＵＶエネルギを放出可能なＵＶバルブと、
   を備えたことを特徴とするシステム。
2. 前記固体ＲＦ源は、前記ランプヘッドの前記内部の外側に位置付けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記ＵＶバルブに冷却空気を差し向けるための、前記ランプヘッドの前記内部の外側に位置付けられた冷却装置
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記ＵＶバルブに冷却空気を差し向けるための、前記ランプヘッドの前記内部の内側に位置付けられた冷却装置
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記固体ＲＦ源に結合され、前記ＵＶバルブに近接して位置決めされた、少なくとも１つのアンテナ
   を更に備え、
   前記アンテナは、前記固体ＲＦ源からＲＦエネルギを受容可能であって、前記ＵＶバルブに向けて当該ＲＦエネルギを差し向けることが可能である
   ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
6. 前記前記ＵＶバルブは、長さを有しており、
   前記少なくとも１つのアンテナは、更に、複数のアンテナを有しており、
   前記複数のアンテナは、前記ＵＶバルブの前記長さに沿って間隔をあけて配置されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記ＵＶバルブに冷却空気を差し向けるための、前記ランプヘッドの前記内部の外側に位置付けられた冷却装置
   を更に備えたことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 前記ＵＶバルブに冷却空気を差し向けるための、前記ランプヘッドの前記内部の内側に位置付けられた冷却装置
   を更に備えたことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
9. 前記固体ＲＦ源は、前記ランプヘッドの前記内部の外側に位置付けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 前記固体ＲＦ源に結合され、前記固体ＲＦ源からＲＦエネルギを受容可能であって、前記ＵＶバルブに向けて当該ＲＦエネルギを差し向けることが可能であるＲＦトランスミッタ
    を更に備えたことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記ＲＦトランスミッタは、更に、少なくとも１つのアンテナを有している
    ことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 前記前記ＵＶバルブは、長さを有しており、
    前記少なくとも１つのアンテナは、更に、複数のアンテナを有しており、
    前記複数のアンテナは、前記ＵＶバルブの前記長さに沿って間隔をあけて配置されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
13. 前記ＵＶバルブに冷却空気を差し向けるための、前記ランプヘッドの前記内部の外側に位置付けられた冷却装置
    を更に備えたことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ＵＶバルブに冷却空気を差し向けるための、前記ランプヘッドの前記内部の内側に位置付けられた冷却装置
    を更に備えたことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
15. 前記ＲＦトランスミッタは、更に、ウェーブガイドを有している
    ことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
16. 前記ＵＶバルブに冷却空気を差し向けるための、前記ランプヘッドの前記内部の外側に位置付けられた冷却装置
    を更に備えたことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
17. 前記ＵＶバルブに冷却空気を差し向けるための、前記ランプヘッドの前記内部の内側に位置付けられた冷却装置
    を更に備えたことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
18. 前記固体ＲＦ源に少なくとも１つの制御信号を送信するためのコントローラ
    を更に備え、
    前記制御信号は、前記固体ＲＦ源によって生成されるＲＦエネルギの周波数を規定する
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
19. ＲＦエネルギを生成可能な少なくとも１つの追加の固体ＲＦ源
    を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
20. 前記複数の固体ＲＦ源は、前記ランプヘッドの前記内部の外側に位置付けられている
    ことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
21. 前記複数の固体ＲＦ源の各々にそれぞれ少なくとも１つの制御信号を送信するためのコントローラ
    を更に備え、
    各制御信号は、各固体ＲＦ源によって生成されるＲＦエネルギの周波数を規定する
    ことを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
22. 前記複数の固体ＲＦ源は、前記ランプヘッドの前記内部の内側に位置付けられている
    ことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
23. 前記複数の固体ＲＦ源の各々にそれぞれ少なくとも１つの制御信号を送信するためのコントローラ
    を更に備え、
    各制御信号は、各固体ＲＦ源によって生成されるＲＦエネルギの周波数を規定する
    ことを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
24. ＵＶエネルギで基材を照射する方法であって、
    固体ＲＦ源でＲＦエネルギを生成する工程と、
    生成されたＲＦエネルギをランプヘッド内のＵＶバルブに伝送する工程と、
    前記ＵＶバルブを生成されたＲＦエネルギで点火する工程と、
    点火された前記ＵＶバルブからＵＶエネルギを生成する工程と、
    前記ＵＶエネルギをランプヘッドの外側で基材に差し向けることによって、当該ＵＶエネルギで基材を照射する工程と、
    を備えたことを特徴とする方法。
25. 第１データ信号を生成する工程と、
    生成されるＲＦエネルギのための第１の所望の周波数を規定する固体ＲＦ源で、前記第１データ信号を受信する工程と、
    を更に備え、
    前記固体ＲＦ源で前記ＲＦエネルギを生成する前記工程は、
    前記固体ＲＦ源で前記第１の所望の周波数を有するＲＦエネルギを生成する工程と、
    前記ＵＶバルブを生成された付加的なＲＦエネルギで点火する工程と、
    を含んでいる
    ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 第２データ信号を生成する工程と、
    前記第１の所望の周波数と等しい第２の所望の周波数を規定する第２の固体ＲＦ源で、前記第２データ信号を受信する工程と、
    前記第２の固体ＲＦ源で前記第２の所望の周波数を有する付加的なＲＦエネルギを生成する工程と、
    生成された付加的なＲＦエネルギを前記ＵＶバルブに伝送する工程と、
    前記ＵＶバルブを前記生成された付加的なＲＦエネルギで点火する工程と、
    を更に備えたことを特徴とする請求項２５に記載の方法。

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