JP5535473B2 - Ｕｖランプシステム及びその改善したマグネトロン制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に紫外線ランプシステムに関し、特に、紫外線ランプの過去の動作データの保持に関する。

一般に、接着剤、シーリング剤、インク、及びコーティング剤などの材料を加熱し、回復させるために紫外線（「ＵＶ」）ランプシステムが使用される。紫外線ランプシステムは、マイクロ波エネルギーで無電極プラズマランプを励起することにより動作する。無電極ランプは、金属のマイクロ波キャビティ又はチャンバ内に搭載される。マグネトロンなどの１又はそれ以上のマイクロ波発生装置が、導波管を介してマイクロ波チャンバの内部に結合される。マグネトロンは、マイクロ波エネルギーを供給して、無電極ランプ内に密封されたガス混合からプラズマを起こし、これを維持する。プラズマは、紫外線及び赤外線波長を有するスペクトル線又は光子で強く重み付けされた電磁放射線の特性スペクトルを放射する。

ＵＶランプシステムで使用されるマグネトロンは、総動作時間、起動回数、スタンバイモードにある時間、電力レベル、並びにその他の条件を含む多くの要因により寿命が決まる消耗アイテムである。マグネトロンがいつ故障するか、或いはいつ寿命が尽きるかを予測するには、その動作履歴を知る必要がある。寿命の限界をより正確に予測することに加え、履歴を利用して、保証要求を検証し、故障分析のためにより役立つ情報を提供し、動作パラメータを調整することによりマグネトロンの寿命を伸ばすこともできる。

マグネトロンと、このマグネトロンに物理的に取り付けられたメモリとを備えた紫外線ランプシステムを提供する。無電極ランプは、マグネトロンから発生したマイクロ波エネルギーによって励起された場合、紫外線光を放射するように構成される。ランプシステムにおける主制御回路は、マグネトロンに関連する動作データをメモリに読み書きすべく動作可能である。いくつかの実施形態では、メモリは、マグネトロンに取り付けられた不揮発性コンピュータメモリチップを含む。

別の実施形態では、紫外線ランプシステムは、主制御回路と電気通信しかつメモリと電気通信する中間制御回路を含む。主制御回路は、マグネトロンに関する動作データを追跡すると共に中間制御回路と通信して、追跡した動作データをこの中間制御回路に提供するように構成される。中間制御回路は、動作データをメモリとの間で読み書きすべく動作可能である。中間制御回路は、ＣＡＮプロトコルを使用して主制御回路と通信する。

別の実施形態では、紫外線ランプシステムが第２のマグネトロンを含む。この実施形態の主制御回路は、第１のマグネトロン及び第２のマグネトロンに関連する動作データをメモリに書き込むべく動作可能である。

動作データは、フィラメントの使用時間、電力を受けた実働時間、電源オン／オフの繰り返し回数、スタンバイモードにある時間、マグネトロンの初期電力レベル、マグネトロンの出力レベル、及びこれらの組み合わせを含む。

紫外線ランプシステムは、マグネトロンからマイクロ波エネルギーが発生することにより動作し、このマイクロ波エネルギーが無電極ランプ内でプラズマを励起して紫外線光を放射する。マグネトロンに関する動作データが追跡され、マグネトロンに関連するメモリに書き込まれる。また、このマグネトロンに関する動作データをメモリから読み出すこともできる。

いくつかの実施形態では、このメモリから読み出した動作データに基づいてマグネトロンの動作パラメータが調整される。別の実施形態では、メモリから読み出した動作データからマグネトロンの寿命の限界が予測され、マグネトロンが予測される寿命の限界に近いことに対応してマグネトロンを交換すべき旨の提案が行われる。

添付の図面は本発明の実施形態を示すと共に、上述した本発明についての一般的な説明及び以下に示す詳細な説明と併せて、本発明の原理を説明するのに役立つものである。

ここで図面を参照すると、図１は、マイクロ波エネルギーによる無電極ランプ１２の励起に依拠する紫外線ランプシステム１０のブロック図である。無電極ランプ１２が金属のマイクロ波チャンバ１４内に搭載される。マグネトロン１６が、導波管１８を介してマイクロ波チャンバ１４の内部に結合される。マグネトロン１６は、紫外線光２０を発生させるために無電極ランプ１２にマイクロ波エネルギーを供給する。紫外線光２０は、マイクロ波チャンバ１４からチャンバ出口２２を通り、微細メッシュの金属スクリーン２４を通過して外部へと導かれ、この金属スクリーン２４は、チャンバ出口２２を覆い、マイクロ波エネルギーの放出を阻止することができる一方で、紫外線光２０がマイクロ波チャンバ１４の外へ伝達されるようにする。

メモリ２６は、マグネトロン１６に物理的に取り付けられると共に、マグネトロン１６に関する動作データを保存するように構成される。紫外線ランプシステム１０に関する動作データは、通常電源装置に関連する主制御回路２８により追跡及び保存される。しかしながら、主制御回路２８は、一般にマグネトロン１６の交換時には追跡を行わないため、従って特定のマグネトロン１６に関連するあらゆる動作データが失われる可能性がある。メモリ２６は、主制御回路２８と電気通信を行う。主制御回路２８は、マグネトロン１６に関する動作データを定期的に書き込んで、マグネトロン１６の使用履歴を提供すべく動作可能である。メモリ２６がマグネトロン１６に取り付けられていることにより、この履歴はマグネトロン１６と共に保持される。この結果、例えばマグネトロン１６の保証及び故障の問題に関連してマグネトロンの履歴を使用することができる。

図２に示す、紫外線ランプシステム４０の代替の実施形態では、マグネトロン１６上のメモリ２６と共に中間制御回路４２を使用することができる。中間制御回路４２は、主制御回路２８及びマグネトロン１６上のメモリの両方と電気通信を行う。主制御回路２８のメモリ２６への接続を容易にすることに加え、中間制御回路４２はまた、主制御回路２８が現在追跡していない追加の動作パラメータを追跡すべく動作可能であり、或いは主制御回路２８の代わりに動作パラメータを追跡することもできる。

主制御回路２８は、多導体ケーブルによりランプヘッドに接続された電源格納装置（図示せず）内に配置される。多導体ケーブルは、約１００フィートまでの長さであってもよい。ケーブル内の導体数を最小にし、信頼性のある信号を確保するために、中間制御回路４２及び主制御回路２８は、ＣＡＮプロトコルなどのデジタルリンク４４を使用して通信を行うが、別の実施形態では別の通信プロトコルを使用してもよい。主制御回路２８から得られる動作パラメータのすべては、デジタルリンク４４を介して中間制御回路４２へ送信され、その後、この中間制御回路４２が、これらの動作パラメータをマグネトロン１６上のメモリ２６に書き込む。

上述したように、いくつかの実施形態では、動作データの追跡を主制御回路２８と中間制御回路４２との間で分割することができ、この場合、例えば、主制御回路２８が実際のフィラメントの使用時間の数値を追跡する一方で、中間制御回路４２がマグネトロン１６の出力レベルを追跡する。その後、主制御回路２８が、追跡したフィラメントの使用時間を中間制御回路４２へ通信し、さらにこの中間制御回路４２がフィラメントの使用時間をメモリ２６に保存することになる。

紫外線ランプシステム１０の別の実施形態は、追加のマグネトロン及び将来の可能性としてこれらのマグネトロンに取り付けられた追加のメモリを含むことができる。例えば、図３の紫外線ランプシステム５０の実施形態は、一対のマグネトロン５２、５４を必要とするシステムである。これらのマグネトロン５２、５４は、導波管５６、５８を介してチャンバ１４の内部に結合される。２つのマグネトロン５２、５４の一方にメモリ６０が物理的に取り付けられ、両方のマグネトロン５２、５４の動作データを追跡する。マグネトロン５２、５４は常に対の形で設置及び／又は交換されることになるため、この実施形態には単一のメモリ６０を使用することができる。複数のマグネトロンを有するさらに別の実施形態では、個々のマグネトロンがそれ自体のメモリを有することができる。

再度図１を参照すると、マグネトロン１６のメモリ２６に保存された履歴データを複数の目的のために使用することができる。例えば、マグネトロン１６の動作時間数が分かっている場合、マグネトロン１６の寿命の限界を正しく予測することができる。この履歴データを使用して、寿命の限界を予測し、故障発生の前にマグネトロン１６を交換すべき旨の提案を行うメッセージを電源表示に従事するオペレータに表示することにより故障を防ぐことができる。また、紫外線ランプシステム１０が、マグネトロン１６が寿命の限界に近いと予測した場合、紫外線ランプシステム１０は、例えば、フィラメントに対する電流を増やしてマグネトロン１６の延命を支援することができる。

同様に、データを取得し、分析して、マグネトロン１６がアクティブに、又はスタンバイモードで使用されている時間数を判断することができる。スタンバイモードでは、マグネトロンのフィラメントは加熱されるが、ランプ１２は点灯されない。ランプシステムの所有者及び製造業者の両方に役立つ可能性のあるその他のデータとしては、フィラメントの加熱時間数、電源オン／オフの繰り返し回数、マグネトロン１６の初期電力レベル、及びマグネトロンの出力レベルを含むことができる。

例えば、上述のデータを使用して保証要求又は問題点を検証することができる。マグネトロンが早々に故障して数百時間使用した後に返却された場合、メモリ２６に保存したマグネトロン１６に関連するデータを分析して、故障の原因を判断することができる。この故障が純粋なマグネトロン１６の故障である可能性を示すデータに基づいて、保証により交換が補われることになる。或いは、マグネトロン１６が数千時間の間スタンバイ状態にされていた（フィラメント電力が印加されていた）ことにより、装置固有の問題による理由ではなく、マグネトロン１６が寿命の限界に達したという理由によって故障する場合もある。

また、新しいマグネトロンを顧客に出荷したときに、このマグネトロンに関する出力レベルを最初に保存することにより、メモリ２６を新しいマグネトロン１６に関して使用することもできる。いくつかのマグネトロンの出力に関する規格は、約２．８ｋＷから約３．２ｋＷまでに及ぶ。メモリ２６に保存した出力データを使用して、マグネトロン１６の設置時の出力設定を調整することにより、１００％の出力が約２．８ｋＷの下限に等しくなるようにすることができる。例えば、図３の紫外線ランプシステム５０の２つのマグネトロンの構成では、マグネトロン５２が２．８ｋＷの出力定格値を有し、マグネトロン５４が３．１ｋＷの出力定格値を有するようにすることができる。主制御回路２６は、２つのマグネトロン５２、５４の出力定格値をメモリ６０から読み込み、マグネトロン５４の入力を調整して、マグネトロン５４の最大出力がマグネトロン５２の２．８ｋＷを超えないようにすることができる。

マグネトロン５２、５４は消耗アイテムであるため、これらは、ランプシステム５０の耐用年数にわたって何度も交換されることになる。いくつかの重要な用途では、ＵＶ強度及び露光時間は、この用途のプロセス開発中に決定される。（マグネトロンの出力に比例する）ＵＶ強度の偏差により、プロセスが規格に適合しないようになる可能性がある。これは、通常、一対のマグネトロン５２、５４を交換するたびに生じ、「プロセス」をマニュアルで調整して所望の結果を得なければならなくなる。マグネトロン５２、５４の出力特性を含む動作データをメモリ６０から読み取ることにより、主制御回路２８は、マグネトロン５２、５４に対する最大出力を約２．８ｋＷまで自動的に調整し、紫外線ランプシステム５０の安定した出力レベルを生成し続け、「プロセス」に対するあらゆるマニュアル再調整の必要性を排除できるようになる。

ここで図４のフローチャートを参照すると、マグネトロンに関する動作データがブロック１００において追跡される。動作データは、ブロック１０２において定期的に更新され、次にブロック１０４においてメモリに書き込まれる。動作データを一度メモリに保存すると、ランプシステムの動作中にこの保存データをブロック１０６において読み込み、前述したように保証要求に関連して、又はその他の目的のために使用することができる。ランプの動作中に動作データが読み込まれると、ブロック１０８において、このデータを使用してその他の動作パラメータを予測又は調整すること、例えば、上述したようにマグネトロンの寿命の限界を予測したり、或いはマグネトロンのフィラメント電流を調整したりすることができる。

様々な実施形態の説明により本発明を示し、これらの実施形態についてかなり詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲をこのような詳細事項に制限したり、或いは何らかの形で限定したりすることは出願者の意図ではない。当業者であれば、追加の利点及び修正を容易に見てとれるであろう。従って、本発明は、その広い態様において図示及び説明した特定の詳細事項、代表的な装置及び方法、並びに例示的な実施例に限定されるものではない。このため、出願者の全体的な発明概念の思想及び範囲から逸脱することなく、このような詳細事項から逸脱することができる。

メモリを有するマグネトロンを含む紫外線ランプシステムを示すブロック図である。 メモリを有するマグネトロンを含む紫外線ランプシステムの代替の実施形態を示すブロック図である。 メモリを有する２つのマグネトロンを含む紫外線ランプシステムの実施形態を示すブロック図である。 図１の紫外線ランプシステムのメモリに動作データを保存する方法を示すフローチャートである。

Claims (11)

1. 基材を照射するための紫外線ランプシステムであって、
   マグネトロンと、
   前記マグネトロンから発生したマイクロ波エネルギーによって励起された場合、紫外線光を放射するように構成された無電極ランプと、
   前記マグネトロンに物理的に取り付けられたメモリと、
   前記マグネトロンに関連する動作データを前記メモリに書き込み、前記マグネトロンに関連する動作データを前記メモリから読み込み、前記メモリから読み込んだ動作データに基づいて前記マグネトロンの動作パラメータを調整すべく動作可能な、前記メモリと電気通信する主制御回路と、
   を備えることを特徴とする紫外線ランプシステム。
2. 前記動作データは前記マグネトロンの初期電力レベルであり、前記動作パラメータは、安定した出力を供給するための、前記初期電力レベルに基づく前記マグネトロンの出力パーセンテージである請求項１に記載の紫外線ランプシステム。
3. 前記主制御回路と電気通信しかつ前記メモリと電気通信する中間制御回路をさらに備え、
   前記主制御回路は、前記マグネトロンの動作データを追跡すると共に前記中間制御回路と通信を行って、追跡した動作データを該中間制御回路に提供するように構成される、請求項１に記載の紫外線ランプシステム。
4. 前記中間制御回路は、前記メモリとの間で動作データを読み書きすべく動作可能である請求項３に記載の紫外線ランプシステム。
5. 前記中間制御回路は、ＣＡＮプロトコルを使用して前記主制御回路と通信する請求項３に記載の紫外線ランプシステム。
6. 前記マグネトロンは第１のマグネトロンであり、前記紫外線ランプシステムは第２のマグネトロンをさらに備え、前記主制御回路は、前記第１のマグネトロンと前記第２のマグネトロンとに関連する動作データを前記メモリに書き込むべく動作可能である請求項１に記載の紫外線ランプシステム。
7. 前記動作データは、フィラメントの使用時間、電力を受けた実働時間、電源オン／オフの繰り返し回数、スタンバイモードにある時間、前記マグネトロンの初期電力レベル、前記マグネトロンの出力レベル、及びこれらの組み合わせから成るグループから選択される請求項１に記載の紫外線ランプシステム。
8. 紫外線ランプシステムを動作させる方法であって、
   マグネトロンからマイクロ波エネルギーを発生させるステップと、
   無電極ランプ内において、マイクロ波エネルギーでプラズマを励起して紫外線光を放射させるステップと、
   前記マグネトロンに関連する動作データを追跡するステップと、
   前記マグネトロンに物理的に取り付けられたメモリに前記動作データを書き込むステップと、
   前記マグネトロンに関連する動作データを前記メモリから読み込むステップと、
   前記メモリから読み出した動作データに基づいて前記マグネトロンの動作パラメータを調整するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
9. 前記動作データは、フィラメントの使用時間、電力を受けた実働時間、電源オン／オフの繰り返し回数、スタンバイモードにある時間、前記マグネトロンの初期電力レベル、前記マグネトロンの出力レベル、及びこれらの組み合わせから成るグループから選択される請求項８に記載の方法。
10. 前記動作データは前記マグネトロンの初期電力レベルであり、前記動作データを調整するステップは、安定した出力を供給するために、前記初期電力レベルに基づいて前記マグネトロンの出力パーセンテージを調整するステップを含む請求項８に記載の方法。
11. 前記メモリから読み込んだ前記動作データから前記マグネトロンの寿命の限界を予測するステップと、
    前記予測される寿命の限界に近いことに対応して、マグネトロンを交換すべき旨の提案を行うステップと、
    をさらに含む請求項８に記載の方法。

Images