WO2012005201A1

WO2012005201A1 - プラズマ生成装置

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Publication number: WO2012005201A1
Application number: PCT/JP2011/065252
Authority: WO
Inventors: 池田　裕二; 實牧田
Original assignee: イマジニアリング株式会社
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2012-01-12
Also published as: EP2592911A4; EP2592911B1; EP2592911A1; JPWO2012005201A1; US20130119865A1; US8873216B2

Abstract

　プラズマ生成装置３０は、高周波を発生させる高周波発生装置３７と、高周波発生装置３７から出力された高周波を対象空間１０に放射する高周波放射器１５とを備え、高周波放射器１５から対象空間１０へ高周波のエネルギーを供給することによりプラズマを生成する。プラズマ生成装置３０では、高周波発生装置３７が、高周波を発振する発振器４１と、発振器４１から発振された高周波を増幅して高周波放射器１５に出力する増幅器４２とを備えている。高周波発生装置３７では、発振器４１及び増幅器４２のうち増幅器４２だけが前記高周波放射器１５に一体化されている。

Description

プラズマ生成装置

　本発明は、対象空間に高周波を供給してプラズマを生成するプラズマ生成装置に関するものである。

　従来から、対象空間に高周波を供給してプラズマを生成するプラズマ生成装置が知られている。この種のプラズマ生成装置が、例えば特許文献１に開示されている。

　特許文献１には、燃焼室内に突出する電界構造によって混合気内にフリーなプラズマを生じさせる高周波点火プラグが記載されている。ＨＦ－ジェネレータがマイクロ波源となり、マイクロ波は、増幅器を経て高周波点火プラグへ供給される。

特開２００５－１８３３９６号公報

　ところで、この種のプラズマ生成装置では、高周波発生装置と高周波放射器との間の伝送線路が短いほど電気損失が少なくなる。しかし、例えば、高周波放射器を設けるエンジンに設ける場合など、高周波放射器を設ける対象の近傍の設置スペースに制約がある場合には、高周波放射器を設ける対象の近傍に、高周波発生装置全体を設置することができない場合がある。

　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、対象空間に高周波を供給してプラズマを生成するプラズマ生成装置において、高周波放射器を設ける対象近傍の設置スペースに制約がある場合でも、高周波発生装置と高周波放射器との間の伝送線路における電気損失を低減させることにある。

　第１の発明は、高周波を発生させる高周波発生装置と、前記高周波発生装置から出力された高周波を対象空間に放射する高周波放射器とを備え、前記高周波放射器から前記対象空間へ高周波のエネルギーを供給することによりプラズマを生成するプラズマ生成装置を前提とする。そして、このプラズマ生成装置は、前記高周波発生装置は、高周波を発振する発振器と、該発振器から発振された高周波を増幅して前記高周波放射器に出力する増幅器とを備え、前記発振器及び前記増幅器のうち増幅器だけが前記高周波放射器に一体化されている。

　第１の発明では、発振器及び増幅器のうち増幅器のみが、高周波放射器に一体化されている。増幅器と高周波発振器は一体化されているので、増幅器と高周波発振器との間の伝送線路を短くすることが可能である。ここで、発振器と増幅器との間の伝送線路と、増幅器と高周波発振器との間の伝送線路とを比較すると、伝送する高周波の電力が大きい後者の方が単位長さ当たりの電気損失は大きくなる。第１の発明では、高周波発生装置のうち高周波放射器に一体化する部品を増幅器に限定しつつ、電気損失が比較的大きい伝送線路を短くできるようにしている。

　第２の発明は、第１の発明において、前記増幅器が、複数段の増幅素子を備え、該複数段の増幅素子のうち後段側の増幅素子が前記高周波放射器に一体化されている。

　第２の発明では、発振器及び増幅器のうち増幅器だけを高周波放射器に一体化する場合において、増幅器全体ではなく、増幅器の一部が高周波放射器に一体化されている。複数段の増幅素子のうち後段側の増幅素子が、高周波放射器に一体化されている。そのため、増幅器と高周波放射器との間の伝送線路を短くすることが可能である。

　第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記高周波放射器が、放電ギャップが形成された先端側が前記対象空間に臨む点火プラグである。

　第４の発明は、第３の発明において、前記点火プラグが、放電ギャップを形成する電極とは別途に、前記対象空間へ高周波を放射するためのアンテナを有する。

　第５の発明は、第３又は第４の発明において、前記放電ギャップにおいて放電を発生させるための高電圧パルスを前記点火プラグへ出力する点火コイルを備え、前記増幅器は、前記点火コイルと前記点火プラグとが一体化された点火ユニットに一体化されている。

　第５の発明では、増幅器が、点火コイルと点火プラグ（高周波放射器）とが一体化された点火ユニットに一体化されている。なお、増幅器が複数段の増幅素子を備える場合は、複数段の増幅素子のうち後段側の増幅素子が、点火ユニットに一体化される。

　第６の発明は、第５の発明において、前記点火コイルに一体化され、該点火コイルで発生した高電圧パルスと前記増幅器で増幅された高周波とを混合して前記点火プラグに出力する混合器を備え、前記増幅器は、前記混合器に取り付けられ、該混合器を介して前記点火ユニットに一体化されている。

　第６の発明では、高電圧パルスと増幅後の高周波が、混合器において混合された後に点火プラグへ供給される。増幅器は、混合器を介して点火ユニットの高周波放射器に一体化されている。

　第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、前記高周波放射器を複数備える一方、前記増幅器は、前記高周波放射器に対応して複数設けられ、各増幅器は、対応する高周波放射器に一体化され、複数の増幅器の間で、前記発振器から出力された高周波の供給先を切り替える高周波切替器を備えている。

　第７の発明では、複数の高周波放射器に対して、各高周波放射器に増幅器が一体化されている。発振器から出力された高周波は、高周波切替器において高周波の供給先に選択された高周波放射器へ供給される。第７の発明では、増幅器及び高周波放射器より発振器を少数にしても、複数の高周波放射器から選択的に高周波を放射することが可能である。

　第８の発明は、第２の発明において、前記高周波放射器を複数備える一方、前記後段側の増幅素子が、前記高周波放射器に対応して複数設けられ、各後段側の増幅素子は、対応する高周波放射器に一体化され、複数の後段側の増幅素子の間で、前記前段側の増幅素子から出力された高周波の供給先を切り替える高周波切替器を備えている。

　第８の発明では、複数の高周波放射器に対して、各高周波放射器に後段側の増幅素子が一体化されている。前段側の増幅素子から出力された高周波は、高周波切替器において高周波の供給先に選択された後段側の増幅素子を経て、高周波放射器へ供給される。第８の発明では、発振器及び前段側の増幅素子を高周波放射器より少数にしても、複数の高周波放射器から選択的に高周波を放射することが可能である。

　第９の発明は、第１乃至第８の何れか１つの発明において、前記高周波発振装置に高周波用の電力を供給する電源回路を備え、前記発振器は、前記電源回路と同じケーシングに収容されている。

　第９の発明では、発振器が、電源回路と同じケーシングに収容されている。

　第１０の発明は、第１乃至第９の何れか１つの発明において、前記増幅器が、高周波が外部へ漏洩することを遮断するための金属ケーシングに収容された状態で前記高周波放射器に一体化され、前記増幅器で発生した熱が前記金属ケーシングを介して外部へ放熱される。

　第１０の発明では、増幅器が、自らを収容する金属ケーシングを利用して、外部へ放熱する。

　本発明では、高周波発生装置において高周波放射器に一体化する部品を増幅器に限定しつつ、電気損失が比較的大きい、増幅器と高周波発振器との間の伝送線路を短くできるようにしている。高周波放射器に一体化する部品を増幅器に限定しているので、高周波発生装置を高周波放射器に一体化したユニットの大型化を抑制できる。従って、高周波放射器を設ける対象近傍の設置スペースが小さい場合であっても、高周波発生装置と高周波放射器との間の伝送線路における電気損失を低減させることができる。

　また、第２の発明では、高周波発生装置の増幅器において高周波放射器に一体化する部品を後段側の増幅素子に限定している。従って、増幅器を高周波放射器に一体化したユニットの大型化をさらに抑制できる。

　また、第７乃至第８の各発明では、高周波切替器を設けることで、高周波放射器より発振器を少数にしても、複数の高周波放射器から選択的に高周波を放射できるようにしている。従って、高周波放射器に対応して個別に発振器を設ける場合に比べて、高周波発生装置の簡素化を図ることができる。

　また、第９の発明では、発振器が電源回路と同じケーシングに収容されているので、発振器及び電源回路を収容する構成を簡素化することができる。

　また、第１０の発明では、増幅器が自らを収容する金属ケーシングを利用して外部へ放熱するので、増幅器の放熱用部品を簡素化することができる。

図１は、実施形態における内燃機関の縦断面図である。図２は、実施形態におけるプラズマ生成装置のブロック図である。図３は、実施形態における点火ユニットの要部の概略構成図である。図４は、その他の実施形態における電磁波発振装置のブロック図である。図５は、その他の実施形態における別の電磁波発振装置のブロック図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

　本実施形態は、本発明に係るプラズマ生成装置３０である。このプラズマ生成装置３０は、点火プラグ１５によるスパーク放電に電磁波（マイクロ波）のエネルギーを吸収させて非平衡プラズマを生成することにより、内燃機関２０の燃焼室１０の混合気を点火する点火装置を構成する。このプラズマ生成装置３０は、本発明の一例である。以下では、プラズマ生成装置３０について説明する前に、内燃機関２０について説明する。
　　－内燃機関の構成－

　本実施形態の内燃機関２０は、ピストン２３が往復動するレシプロタイプのエンジンである。この内燃機関２０は、図１に示すように、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２とピストン２３とを備えている。シリンダブロック２１には、横断面が円形のシリンダ２４が複数形成されている。

　各シリンダ２４内には、ピストン２３が摺動自在に設けられている。ピストン２３は、コンロッド（コネクティングロッド）を介して、クランクシャフトに連結されている（図示省略）。クランクシャフトは、シリンダブロック２１に回転自在に支持されている。各シリンダ２４内においてシリンダ２４の軸方向にピストン２３が往復運動すると、コンロッドがピストン２３の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。

　シリンダヘッド２２は、ガスケット１８を挟んで、シリンダブロック２１上に載置されている。シリンダヘッド２２は、シリンダ２４及びピストン２３と共に、燃焼室１０を区画している。シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、点火プラグ１５が１つ設けられている。点火プラグ１５は、シリンダヘッド２２に形成されたプラグ取付孔１９に取り付けられている。

　シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、吸気ポート２５及び排気ポート２６が１つ又は複数形成されている。吸気ポート２５には、該吸気ポート２５の開口を開閉する吸気バルブ２７と、燃料を噴射するインジェクター２９（燃料噴射装置）とが設けられている。一方、排気ポート２６には、該排気ポート２６の開口を開閉する排気バルブ２８が設けられている。本実施形態では、インジェクター２９のノズル２９ａが吸気ポート２５に露出しており、インジェクター２９から噴射された燃料が吸気ポート２５を流れる空気に供給される。燃焼室１０には、燃料と空気とが混合された混合気が導入される。
　　－プラズマ生成装置の構成－

　プラズマ生成装置３０は、図２に示すように、燃焼室１０（対象空間）において放電を生じさせる放電装置３１と、電磁波を発振する電磁波発振装置３７（高周波発生装置）と、該電磁波発振装置３７に電力を供給する電磁波用電源回路３６と、該電磁波発振装置３７から発振された電磁波を燃焼室１０に放射する電磁波放射器１５（高周波放射器）とを備えている。プラズマ生成装置３０は、放電装置３１により放電を生じさせると共に電磁波発振装置３７及び電磁波放射器１５を用いて電磁波を放射することにより燃焼室１０に非平衡プラズマを生成する。

　プラズマ生成装置３０は、内燃機関２０を制御するための電子制御装置３２（Electronic Control Unit）（いわゆるＥＣＵ）に接続されている。プラズマ生成装置３０は、電子制御装置３２より制御される。

　放電装置３１は、放電ギャップが形成された先端側が燃焼室１０に臨む点火プラグ１５と、該点火プラグ１５に印加する高電圧パルスを発生させる点火コイル３５とを備えている。点火プラグ１５及び点火コイル３５は、一体化されて点火ユニット４０を構成している。放電装置３１は、シリンダ２４と同じ数の点火ユニット４０を備えている。

　本実施形態では、プラズマ生成装置３０が、さらに混合器３８を備えている。混合器３８は、内燃機関２０の各シリンダ２４に対応して複数設けられている。各混合器３８は、点火コイル３５から出力された高電圧パルスと電磁波発振装置３７から出力された電磁波とを別々の入力端子で受けて、高電圧パルスと電磁波とを、同じ出力端子から点火プラグ１５に出力する。混合器３８は、高電圧パルスと電磁波を混合可能に構成されている。本実施形態では、点火プラグ１５が電磁波放射器として機能する。

　点火コイル３５は、入力端子が電子制御装置３２に接続され、出力端子が混合器３８に接続されている。また、点火コイル３５は、自動車用のバッテリー（図示省略）に接続されている。点火コイル３５は、電子制御装置３２から高電圧出力信号を受けると、混合器３８に高電圧パルスを出力する。

　電磁波用電源回路３６は、入力端子が電子制御装置３２に接続され、出力端子が電磁波発振装置３７に接続されている。電磁波用電源回路３６は、前記自動車用バッテリーに接続されている。電磁波用電源回路３６は、電子制御装置３２から電磁波出力信号を受けると、電磁波発振装置３７に電力を供給する。

　電磁波発振装置３７は、半導体素子（固体素子）により構成され、例えば２．４５ＧＨｚの電磁波（マイクロ波）を出力するように構成されている。電磁波発振装置３７は、電磁波を発振する発振器４１と、該発振器４１から発振された電磁波を増幅して点火プラグ１５（電磁波放射器）に出力する増幅器４２とを備えている。電磁波発振装置３７では、発振器４１が１つ設けられる一方で、各点火プラグ１５に対応して増幅器４２が複数設けられている。各増幅器４２は、対応する点火プラグ１５に一体化されている。プラズマ生成装置３０は、複数の増幅器４２の間で、発振器４１から出力された電磁波の供給先を切り替える高周波切替器６０を備えている。

　発振器４１は、半導体素子により構成された発振素子（例えば、電界効果トランジスタ）を備えている。発振器４１は、電磁波用電源回路３６と同じケーシング３９に収容されている。発振器４１は、入力端子が電磁波用電源回路３６に接続され、出力端子が同軸ケーブルを介して高周波切替器６０に接続されている。発振器４１は、電磁波用電源回路３６から電力が供給されると、小電力の電磁波を高周波切替器６０へ出力する。高周波切替器６０は、発振器４１から受けた電磁波を、複数の増幅器４２から選択された１つの増幅器４２へ出力する。

　増幅器４２は、半導体素子により構成された増幅素子４３（例えば、電界効果トランジスタ）により構成されている。増幅素子４３は、基板４４に取り付けられている。増幅素子４３は、炭化珪素や窒化ガリウム等のワイドバンドギャップ半導体素子により構成されている。増幅器４２は、入力端子が電磁波用電源回路３６及び高周波切替器６０に接続され、出力端子が混合器３８に接続されている。また、増幅器４２は、電子制御装置３２に接続されている。増幅器４２は、電子制御装置３２によりスイッチングされることによって、高周波切替器６０から入力された電磁波を増幅し、大電流の電磁波を混合器３８へ出力する。

　各増幅器４２は、混合器３８に取り付けられ、混合器３８を介して点火コイル３５に一体化されている。各増幅器４２は、混合器３８を介して点火プラグ１５に一体化されている。

　混合器３８は、高電圧パルスと電磁波とを混合可能に構成されている。混合器３８の出力端子は、点火プラグ１５の中心電極１５ａに接続されている。点火プラグ１５には、点火コイル３５から出力された高電圧パルスと、増幅器４２において増幅後の電磁波とが供給される。

　各点火ユニット４０は、図２及び図３に示すように、点火コイル３５、点火プラグ１５、混合器３８、及び増幅器４２が一体化されたユニットである。各点火ユニット４０では、混合器３８が円筒状に形成されている。混合器３８は、一端が点火コイル３５に一体化され、他端が点火プラグ１５に一体化されている。

　また、各点火ユニット４０では、点火コイル３５の入力端子５０と増幅器４２の入力端子５１とが同じ側に設けられている。各点火ユニット４０の内部では、点火コイル３５の出力端子と混合器３８の第１入力端子が接続され、増幅器４２の出力端子と混合器３８の第２入力端子が接続されている。

　混合器３８の他端には、混合器３８の出力端子が設けられている。各点火ユニット４０は、混合器３８の出力端子が点火プラグ１５の中心電極１５ａに接続された状態で、その出力端子側がプラグ取付孔１９に嵌め込まれている。

　また、点火ユニット４０では、混合器３８の外周面に増幅器４２が一体化されている。増幅器４２は、基板４４を介して混合器３８の外周面に固定された箱状の金属ケーシング４５に収容されている。金属ケーシング４５は、増幅器４２で増幅された電磁波の漏洩を阻止する。金属ケーシング４５には、増幅素子４３に当接する金属製の第１冷却部材４６が取り付けられている。第１冷却部材４６は、金属ケーシング４５に当接している。増幅素子４３で発生した熱は、第１冷却部材４６を介して金属ケーシング４５に伝達され、その金属ケーシング４５に接触する空気に放熱される。増幅器４２は、金属ケーシング４５を利用して外部へ放熱する。また、金属ケーシング４５には、増幅器４２から伝達された熱の伝達量を増大させるための金属製の第２冷却部材４７が取り付けられている。
　　－プラズマ生成装置の動作－

　内燃機関２０の動作を絡めてプラズマ生成装置３０及び電子制御装置３２の動作を説明する。内燃機関２０は、プラズマ生成装置３０を用いて各シリンダ２４内においてプラズマを生成するプラズマ着火運転を行う。

　プラズマ着火運転中の内燃機関２０では、ピストン２３が上死点を達する直前に、吸気バルブ２７が開かれて、吸気行程が開始される。そして、ピストン２３が上死点を通過した直後に、排気バルブ２８が閉じられて、排気行程が終了する。電子制御装置３２は、排気行程の終了直後にインジェクター２９に噴射信号を出力し、該インジェクター２９に燃料を噴射させる。

　続いて、ピストン２３が下死点を通過した直後に、吸気バルブ２７が閉じられて、吸気行程が終了する。吸気行程が終了すると、燃焼室１０において混合気を圧縮する圧縮行程が開始される。圧縮行程では、ピストン２３が上死点に達する直前に電子制御装置３２が点火コイル３５に高電圧出力信号を出力する。これにより、点火コイル３５において昇圧された高電圧パルスが混合器３８へ出力される。

　また、圧縮行程では、ピストン２３が上死点に達する直前に電子制御装置３２が電磁波用電源回路３６に電磁波出力信号を出力する。電子制御装置３２は、点火コイル３５から高電圧パルスが出力される前に、電磁波出力信号を出力する。これにより、電磁波用電源回路３６から発振器４１へ電力が供給され、発振器４１から電磁波が出力される。

　また、電子制御装置３２は、高周波切替器６０に切替信号を出力し、複数の増幅器４２の中から電磁波の供給先を、点火コイル３５が高電圧出力信号を受ける点火ユニット４０に属する増幅器４２に設定すると共に、その増幅器４２に制御信号を出力し、その増幅器４２をスイッチングする。その結果、その増幅器４２が、発振器４１から出力された電磁波を増幅し、増幅後の電磁波を混合器３８へ出力する。混合器３８では、点火コイル３５からの高電圧パルスと増幅器４２からの電磁波とが入力され、高電圧パルスと電磁波とが、点火プラグ１５の中心電極１５ａに供給される。

　その結果、点火プラグ１５の中心電極１５ａと接地電極１５ｂとの間の放電ギャップで、高電圧パルスによりスパーク放電が生じ、小規模のプラズマが形成される。また、電磁波が、点火プラグ１５の中心電極１５ａから小規模のプラズマに向けて放射されている。小規模のプラズマは、電磁波のエネルギーを吸収して拡大する。燃焼室１０では、拡大したプラズマにより混合気が体積着火し、混合気の燃焼が開始される。なお、電磁波は、スパーク放電前からスパーク放電後まで放射される。

　混合気の燃焼が開始されると、混合気が燃焼するときの膨張力によりピストン２３が下死点側へ動かされる。そして、ピストン２３が下死点に達する前に、排気バルブ２８が開かれて、排気行程が開始される。上述したように、排気行程は吸気行程の開始直後に終了する。

　本実施形態では、電磁波を増幅させる増幅器４２として、圧縮行程においてピストン２３が上死点に達する直前のシリンダ２４に設けられた点火ユニット４０の増幅器４２が選択される。そして、その増幅器４２で増幅された電磁波は、その増幅器４２が属する点火ユニット４０の点火プラグ１５の中心電極１５ａから燃焼室１０に放射される。
　　－実施形態の効果－

　本実施形態では、電磁波発振装置３７において点火プラグ１５に一体化する部品を増幅器４２に限定しつつ、電気損失が比較的大きい、増幅器４２と点火プラグ１５との間の伝送線路を短くしている。点火プラグ１５に一体化する部品を増幅器４２に限定しているので、点火ユニット４０の大型化を抑制することができる。従って、点火ユニット４０用の設置スペースが小さい場合であっても、電磁波発振装置３７と点火プラグ１５との間の伝送線路における電気損失を低減させることができる。

　また、本実施形態では、マグネトロンに比べて小さい半導体素子を用いた電磁波発振装置３７が用いられているので、プラズマ生成装置３０の小型化を図ることができる。

　また、本実施形態では、高周波切替器６０を設けることで、点火プラグ１５より発振器４１を少数にしても、複数の点火プラグ１５から選択的にマイクロ波を放射できるようにしている。従って、点火プラグ１５に対応して個別に発振器４１を設ける場合に比べて、電磁波発振装置３７の簡素化を図ることができる。

　また、本実施形態では、発振器４１が電磁波用電源回路３６と同じケーシング３９に収容されているので、発振器４１及び電磁波用電源回路３６を収容する構成を簡素化することができる。

　また、本実施形態では、増幅器４２が自らを収容する金属ケーシング４５を利用して外部へ放熱するので、増幅器４２の放熱用部品を簡素化することができる。
　《その他の実施形態》

　前記実施形態は、以下のように構成してもよい。

　前記実施形態において、増幅器４２が、複数段の増幅素子４３ａ，４３ｂを備えていてもよい。例えば、増幅器４２は、発振器４１から入力された電磁波を増幅する一次増幅素子４３ａと、その一次増幅素子４３ａから出力された電磁波を増幅する二次増幅素子４３ｂとを備えている。この場合、図４に示すように、一次増幅素子４３ａに対して複数の二次増幅素子４３ｂを並列に設け、各二次増幅素子４３ｂで増幅された電磁波が、電力合成器３４で合成される。増幅器４２は、全体を点火プラグ１５に一体化してもよいし、後段側の二次増幅素子４３ｂだけを点火プラグ１５に一体化してもよい。後者の場合は、図５に示す高周波切替器６０が、複数の二次増幅素子４３ｂの間で、一次増幅素子４３ａから出力された電磁波の供給先を切り替える。なお、増幅器４２が、３段以上の増幅素子４３を有する場合は、点火プラグ１５に一体化する後段側の増幅素子４３の数を２以上にしてもよい。

　また、前記実施形態において、増幅素子４３が、内燃機関２０を冷却するための冷却水に放熱してもよい。例えば、内燃機関２０の冷却水の流通路から延びる金属板を金属ケーシング４５に当接させてもよい。

　また、前記実施形態において、高電圧パルスの印加箇所と電磁波の発振箇所とが別々であってもよい。その場合、点火プラグ１５に、中心電極１５ａとは別にアンテナが設けられる。混合器３８は必要なく、点火コイル３５と点火プラグ１５の中心電極１５ａとが直接接続され、増幅器４２とアンテナとが直接接続される。アンテナは、碍子を貫通させることにより点火プラグ１５と一体化される。また、アンテナを点火プラグ１５と別体にして、アンテナをシリンダヘッドに設けてもよい。

　以上説明したように、本発明は、対象空間に高周波を供給してプラズマを生成するプラズマ生成装置について有用である。

　15　　　点火プラグ（電磁波放射器）
　30　　　プラズマ生成装置
　31　　　放電装置
　35　　　点火コイル
　36　　　電磁波用電源回路
　37　　　電磁波発振装置
　38　　　混合器
　40　　　点火ユニット
　41　　　発振器
　42　　　増幅器

Claims

　高周波を発生させる高周波発生装置と、
　前記高周波発生装置から出力された高周波を対象空間に放射する高周波放射器とを備え、
　前記高周波放射器から前記対象空間へ高周波のエネルギーを供給することによりプラズマを生成するプラズマ生成装置であって、
　前記高周波発生装置は、高周波を発振する発振器と、該発振器から発振された高周波を増幅して前記高周波放射器に出力する増幅器とを備え、前記発振器及び前記増幅器のうち増幅器だけが前記高周波放射器に一体化されている
ことを特徴とするプラズマ生成装置。
　請求項１において、
　前記増幅器は、複数段の増幅素子を備え、該複数段の増幅素子のうち後段側の増幅素子が前記高周波放射器に一体化されている
ことを特徴とするプラズマ生成装置。
　請求項１又は２において、
　前記高周波放射器は、放電ギャップが形成された先端側が前記対象空間に臨む点火プラグである
ことを特徴とするプラズマ生成装置。
　請求項３において、
　前記点火プラグは、放電ギャップを形成する電極とは別途に、前記対象空間へ高周波を放射するためのアンテナを有する
ことを特徴とするプラズマ生成装置。
　請求項３又は４において、
　前記放電ギャップにおいて放電を発生させるための高電圧パルスを前記点火プラグへ出力する点火コイルを備え、
　前記増幅器は、前記点火コイルと前記点火プラグとが一体化された点火ユニットに一体化されている
ことを特徴とするプラズマ生成装置。
　請求項５において、
　前記点火コイルに一体化され、該点火コイルで発生した高電圧パルスと前記増幅器で増幅された高周波とを混合して前記点火プラグに出力する混合器を備え、
　前記増幅器は、前記混合器に取り付けられ、該混合器を介して前記点火ユニットに一体化されている
ことを特徴とするプラズマ生成装置。
　請求項１乃至６の何れか１つにおいて、
　前記高周波放射器を複数備える一方、
　前記増幅器は、前記高周波放射器に対応して複数設けられ、各増幅器は、対応する高周波放射器に一体化され、
　複数の増幅器の間で、前記発振器から出力された高周波の供給先を切り替える高周波切替器を備えている
ことを特徴とするプラズマ生成装置。
　請求項２において、
　前記高周波放射器を複数備える一方、
　前記後段側の増幅素子が、前記高周波放射器に対応して複数設けられ、各後段側の増幅素子は、対応する高周波放射器に一体化され、
　複数の後段側の増幅素子の間で、前記前段側の増幅素子から出力された高周波の供給先を切り替える高周波切替器を備えている
ことを特徴とするプラズマ生成装置。
　請求項１乃至８の何れか１つにおいて、
　前記高周波発振装置に高周波用の電力を供給する電源回路を備え、
　前記発振器は、前記電源回路と同じケーシングに収容されている
ことを特徴とするプラズマ生成装置。
　請求項１乃至９の何れか１つにおいて、
　前記増幅器は、高周波が外部へ漏洩することを遮断するための金属ケーシングに収容された状態で前記高周波放射器に一体化され、前記増幅器で発生した熱が前記金属ケーシングを介して外部へ放熱される
ことを特徴とするプラズマ生成装置。