特許 5886975 可動性電極を有するプラズマ発生システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5886975

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月16日

(54)【発明の名称】可動性電極を有するプラズマ発生システム

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20160303BHJP

   H05H 1/48 20060101ALI20160303BHJP

   H05H 1/24 20060101ALI20160303BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 B

   H05H1/48

   H05H1/24

【請求項の数】15

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-541435(P2014-541435)

(86)(22)【出願日】2012年11月16日

(65)【公表番号】特表2014-533426(P2014-533426A)

(43)【公表日】2014年12月11日

(86)【国際出願番号】US2012065391

(87)【国際公開番号】WO2013074856

(87)【国際公開日】20130523

【審査請求日】2014年5月13日

(31)【優先権主張番号】61/561,759

(32)【優先日】2011年11月18日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/677,330

(32)【優先日】2012年11月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】514014827

【氏名又は名称】リカーボン，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】リー サン フン

(72)【発明者】

【氏名】タニバタ トオル

(72)【発明者】

【氏名】ウェイエ オリオン

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０３５２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０４４０２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００ −１６／５６

Ｃ２３Ｆ １／００ − ４／０４

Ｈ０１Ｌ ２１／２０３ −２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３６３ −２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

Ｈ０５Ｈ １／００ − １／５４

Ｈ０１Ｊ ３７／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

遠位末端を有する電極ペアと；
該電極ペアを保持する電極ホルダと；
表面を有するゲートであって、前記表面には、電極ホルダがスライド可能に搭載され、且つ前記表面上で電極ホルダをスライドさせることにより制御されるように電極ホルダが適合されており、ゲートペアが、電極ホルダのスライド方向に対し直角な方向に沿ってスライドするにつれて、前記ゲートの開口が拡がるゲートと；及び
該ゲートに固定され、且つ開口を閉じるための力を発生するよう適合された弾性部材と、
を有するプラズマ発生システムであって、
前記遠位末端は、前記電極ホルダが前記表面上である方向に沿ってスライドすると、前記ゲートの開口に入り、電気アークを発生するように適合され、それによりガス中のプラズマが点火される、
プラズマ発生システム。

【請求項2】

前記電極ホルダは前記ガスの通路を形成する孔を有し、
前記電気アークは前記ガス中のプラズマを点火させるように適合される、
請求項１に記載のプラズマ発生システム。

【請求項3】

マイクロ波エネルギーを伝送するための導波管であって、該導波管の表面には前記ゲートがスライド可能に搭載されている導波管；及び
前記導波管内に配置され、前記ゲートの開口から出ていくガスを受容するための入口を有するガスフロー管
をさらに有する、請求項２に記載のプラズマ発生システム。

【請求項4】

電極ホルダを制御するためのアクチュエータをさらに有する請求項１に記載のプラズマ発生システム。

【請求項5】

ワーキングガスを受容するためのガス入口を有する導波管であって、該導波管を通るマイクロ波エネルギーを伝送するように適合され、前記ゲートは前記導波管の表面にスライド可能に搭載される導波管；及び
該導波管内に配置され、該導波管のガス入口を通り過ぎるワーキングガスを受容するための入口を有するガスフロー管
をさらに有する請求項１に記載のプラズマ発生システム。

【請求項6】

前記電極ホルダは点火ガスの通路を形成する孔を有し、
前記電気アークは前記点火ガス中のプラズマを点火させるように適合される、
請求項５に記載のプラズマ発生システム。

【請求項7】

前記電極ホルダは誘電性材料からなる請求項１に記載のプラズマ発生システム。

【請求項8】

遠位末端を有する電極と、
壁を有する導波管であって、前記壁は、電極が通る孔、及び第１のガスを受容するための少なくとも１個の開口を有する導波管と、
前記電極に接続され、前記壁に対して電極を動かすように適合されるアクチュエータと、
を有するプラズマ発生システムであって、
前記遠位末端及び孔は、そこを通る第２のガスを受容するためのギャップを形成するように構成され、
前記遠位末端は、前記アクチュエータにより導波管内に入るように、及び電気アークを発生させるように適合され、それにより操作の間に第２のガスがプラズマへと点火される、
プラズマ発生システム。

【請求項9】

前記少なくとも１個の開口を開閉するためのガス制御機構をさらに有する請求項８に記載のプラズマ発生システム。

【請求項10】

前記導波管内に配置され、第１及び第２のガスを受容するための入口を有するガスフロー管をさらに有する請求項８に記載のプラズマ発生システム。

【請求項11】

前記ガスフロー管が出口を有し、当該プラズマ発生システムはさらに、
前記ガスフロー管の出口に配置され、前記導波管内のマイクロ波エネルギーの漏れをブロックするように構成されるメッシュ
を有する、請求項１０に記載のプラズマ発生システム。

【請求項12】

前記第１のガスは点火ガスであり、前記第２のガスはワーキングガスである、請求項８に記載のプラズマ発生システム。

【請求項13】

前記孔を覆い、それにより前記電極から前記導波管の壁を電気絶縁するための誘電パッドをさらに有する、請求項８に記載のプラズマ発生システム。

【請求項14】

前記遠位末端は略円錐形状を有することにより、前記電極を導波管から後退させると、前記ギャップが閉じられる、請求項８に記載のプラズマ発生システム。

【請求項15】

前記孔の断面寸法は前記電極の動きの方向に沿って変化する、請求項８に記載のプラズマ発生システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

１．発明の分野
本発明はプラズマ発生装置、及びより詳細には点火プラズマプルームを有するデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

２．関連技術の考察
近年、マイクロ波エネルギーの使用によりプラズマ生成に関する進歩が増えてきている。典型的には、プラズマ発生システムは、マイクロ波エネルギー発生デバイス、及びノズルを通りプラズマ中へ流れ込むガスを励起するためのマイクロ波エネルギーを受容するノズルを有する。慣用のプラズマ発生システムを操作する際の困難の一つは、ノズル内のマイクロ波エネルギーと干渉しない点火システムを作製することである。例えば、慣用の点火システムは、点火後のノズル内に残存する先端（ｔｉｐ）を有する電極を有する。ノズル内でマイクロ波エネルギーにより加熱された先端は、その寿命の短縮を被るように侵食される。また、電極を保持するための機構は、ノズルからのマイクロ波エネルギーの漏れを起こし得る。よって、ノズル内のマイクロ波エネルギーの漏れ及び／又は干渉を減らすような、ノズル内でプラズマプルームを点火する点火システムが必要とされる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

慣用の点火システムは、点火後のノズル内に残存する先端（ｔｉｐ）を有する電極を有する。ノズル内でマイクロ波エネルギーにより加熱された先端は、その寿命の短縮を被るように侵食される。また、電極を保持するための機構は、ノズルからのマイクロ波エネルギーの漏れを起こし得る。よって、ノズル内のマイクロ波エネルギーの漏れ及び／又は干渉を減らすような、ノズル内でプラズマプルームを点火する点火システムが必要とされる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

発明の要約
本開示の一実施形態において、プラズマ発生システムは、
遠位末端を有する電極ペア；
電極ペアを保持する電極ホルダ；
表面（当該表面には、電極ホルダがスライド可能に搭載され、且つ当該表面上で電極ホルダをスライドさせることにより制御されるように電極ホルダが適合されている）を有するゲート；及び
ゲートに固定され、且つ開口を閉じるための力を発生するよう適合された弾性部材
を有する。遠位末端は、表面上のある方向に沿って電極ホルダがスライドすると、ゲートの開口に入るよう適合され、且つ電気アークを発生するように適合され、それによりガス中のプラズマを点火させる。

【0005】

本開示の別の実施形態において、プラズマ発生システムは、
遠位末端を有する電極；
壁を有する導波管（ここで壁は、電極が通る孔、及びそこを通る第１のガスを受容するための少なくとも１個の開口を有する）；及び
電極に接続され、且つ壁に対して電極を動かすよう適合されるアクチュエータ
を有する。遠位末端及び孔は、そこを通る第２のガスを受容するためのギャップを形成するように構成される。また、遠位末端は、導波管内に入り、電気アークを発生させるように適合され、それにより操作の間に第２のガスを点火してプラズマに変える（ｉｎｔｏ ｐｌａｓｍａ）。

【図面の簡単な説明】

【0006】

図面の簡単な説明

【図1A】ＦＩＧ．１Ａは本発明の一実施態様によるプラズマ発生システムの模式図を表す。ここで点火システムはキャビティから後退させられる。

【図1B】ＦＩＧ．１ＢはＦＩＧ．１Ａにおけるプラズマ発生システムの模式図を表す。ここで点火システムは、キャビティ内でプラズマを点火するため、キャビティ内に進入させられる。

【図1C】ＦＩＧ．１ＣはＦＩＧ．１Ａにおける電極ホルダの上面図を表す。

【図1D】ＦＩＧ．１ＤはＦＩＧ．１Ａにおけるゲートペアの上面図を表す。ここでゲートはそこを点火システムが通過させるように開いている。

【図1E】ＦＩＧ．１ＥはＦＩＧ．１Ａにおけるゲートペアの上面図を表す。ここでゲートは操作の間そこを通るマイクロ波漏洩をブロックするため閉じてられる。

【図2A】ＦＩＧ．２Ａは本発明の別の実施態様によるプラズマ発生システムの模式図を表す。ここで点火システムはキャビティから後退する。

【図2B】ＦＩＧ．２ＢはＦＩＧ．２Ａの点火システムの拡大図である。

【図2C】ＦＩＧ．２ＣはＦＩＧ．２Ａにおけるゲートペアの上面図を表す。

【図2D】ＦＩＧ．２ＤはＦＩＧ．２Ａにおけるプラズマ発生システムの模式図を表す。ここで点火システムはキャビティ内に進入する。

【図2E】ＦＩＧ．２ＥはＦＩＧ．２Ｄの点火システムの拡大図である。

【図3A】ＦＩＧ．３Ａは本発明の別の実施態様によるプラズマ発生システムの模式図を表す。ここで点火システムはキャビティから取り出される。

【図3B】ＦＩＧ．３ＢはＦＩＧ．３Ａにおけるプラズマ発生システムの模式図を表す。ここで点火システムはキャビティ内に進入する。

【図4A】ＦＩＧ．４Ａは本発明の別の実施態様によるプラズマ発生システムの模式図を表す。ここで点火システムはキャビティ内に進入する。

【図4B】ＦＩＧ．４ＢはＦＩＧ．４Ａにおけるプラズマ発生システムの模式図を表す。ここで点火システムはキャビティから後退する。

【図4C】ＦＩＧ．４ＣはＦＩＧ．４Ａにおけるキャビティ壁の一部の上面図を表す。

【図4D】ＦＩＧ．４ＤはＦＩＧ．４Ａにおけるシールの上面図を表す。

【図5A】ＦＩＧ．５Ａは本発明の別の実施態様によるプラズマ発生システムの模式図を表す。ここで点火システムはキャビティ内に進入する。

【図5B】ＦＩＧ．５ＢはＦＩＧ．５Ａにおけるプラズマ発生システムの模式図を表す。ここで点火システムはキャビティから取り出される。

【図6】ＦＩＧ．６は本発明の別の実施態様によるプラズマ発生システムの模式図を表す。ここで点火システムはキャビティ内に進入する。

【発明を実施するための形態】

【0007】

好ましい実施態様の詳細な説明
ＦＩＧ．１Ａは本発明の一実施態様によるプラズマ発生システム２の模式図を表す。記載されているように、プラズマ発生システム２は、プラズマ点火システム１０；導波管９；及び導波管９内に配置され、マイクロ波透過性材料（例えば石英）からなるガスフロー管１３を有する。マイクロ波源（例えば、ＦＩＧ．１Ａに示されないマグネトロン、）により発生されるマイクロ波エネルギーは、導波管９を通って伝送されてよい。ここで、ガスフロー管１３はそこをガスが流れるノズルとして働くので、用語「ノズル」及び「ガスフロー管」が互換的に使用される。このような配置において、ガスフロー管は共振キャビティとして働き、よって用語「共振キャビティ」（もしくは短く「キャビティ」）及び「ガスフロー管」は互換的に使用される。ガスフロー管１３の出口をメッシュ２６によりブロックしてよい。ここでメッシュ２６のコード間の空間は、そこを通るマイクロ波エネルギーの漏れをブロックするのに十分に小さい。

【0008】

プラズマ点火システム１０は、電極ペア１２ａ及び１２ｂ；ゲートペア１８ａ及び１８ｂ；ゲート１８ａ及び１８ｂの傾斜表面上にスライド可能に搭載され、且つ誘電性材料からなる電極ホルダ１４；弾性部材２０ａ及び２０ｂ（例えば圧縮ばね）；及び導波管９に固定された止め具ペア２２ａ及び２２ｂ（止め具のそれぞれは、導波管９に対して適所に対応する弾性部材の一端を保持する）を有する。

【0009】

ゲートペア１８ａ及び１８ｂはマイクロ波不透過性材料（例えば金属）からなり、且つ導波管９の上面に対して平行に移動可能なように、導波管９にスライド可能に搭載される。ＦＩＧ．１ＣはＦＩＧ．電極ホルダ１４の上面図を表す。記載されているように、電極ペア１２ａ及び１２は電極ホルダ１４に固定され、及び電極ホルダ１４はスルーパス孔２３を有する。誘電性材料からなる電極ホルダ１４は、電気アーク２８が電極ペアの遠位末端で発生するように、電極ペア１２及び１２ｂどうしを電気的に絶縁する。電極ホルダ１４は、アクチュエータ１７により矢印１６で示されるように上向きもしくは下向きに動かされてよい。アクチュエータ１７がいずれの適当なタイプのもの（例えば電動アクチュエータ）であってよいことは、当業者に明らかである。電極ホルダ１４が下向きに動かされるとき、弾性部材２０ａ及び２０ｂが圧縮されている間に開口もしくはアパチャ２７が拡大するよう、ゲート１８ａ及び１８ｂは導波管９に平行に動く。

【0010】

電極ホルダ１４がさらに下がると、ＦＩＧ．１Ｂに記載のように、電極１２ａ及び１２ｂの遠位末端はキャビティもしくはガスフロー管１３内に進入する。ＦＩＧ．１Ｂはプラズマ発生システム２の模式図を表し、ここでは点火システム１０はガスフロー管１３内に完全に進入している。次いで、ガスが電極ホルダ１４内に形成されたスルーパス孔２３を通って流れる間、オペレータは、電極の遠位末端において電気アーク２８を形成するため、電極１２ａ及び１２ｂに高電圧を印加してよい。（簡潔のため、電極１２ａ及び１２ｂの近位末端に電気的に接続された高圧電源をＦＩＧ．１Ａに示さない。）電気アークはガスフロー管１３内にイオン化ガス粒子を発生させ、今度はガスフロー管１３を通って流れるマイクロ波エネルギーと共同してプラズマプルーム２９を点火する。任意に、電極ホルダ１４を、電極ホルダ１４が最も低い位置にあるときにのみ、電気アークをトリガするトリガ機構（ＦＩＧ．１Ｂに図示せず）と組み合わせてもよい。

【0011】

プラズマプルーム２９を確立する際、点火システム１０を上向きに動かすことにより（即ち点火システム１０はＦＩＧ．１Ａにおける位置に戻される）、点火システム１０の遠位末端をキャビティから後退させてよい。点火システム１０が後退すると、弾性部材２０ａ及び２０ｂの復元力によりアパチャ２７のサイズが減り、その結果アパチャ２７を通るマイクロ波漏洩が減ずる。ＦＩＧ．１ＤはＦＩＧ．１Ａにおけるゲートペア１８ａ及び１８ｂの上面図を表し、ここでそこを通る電極１２ａ及び１２を通すためゲートは完全に開いている。ＦＩＧ．１ＥはＦＩＧ．１Ａにおけるゲートペア１８ａ及び１８ｂの上面図を表し、ここで電極１２ａ及び１２ｂを完全に取り出されたとき、そこを通るマイクロ波漏洩をブロックするためゲートは閉じられている。記載のように、ゲート１８ａ及び１８ｂのそれぞれは凹所２９を有する。上で考察したように、点火システム１０が完全に取り出されるとき、ゲート１８ａ及び１８ｂは弾性部材２０ａ及び２０ｂにより閉じられている。次いで、ゲート１８ａ及び１８における凹所２９はアパチャ２７を形成し、その結果孔２３を通って流れるガスはそのアパチャ２７を通過して、プラズマプルーム２９に供給され、それによりガスフロー管１３内のプラズマプルーム２９を維持する。

【0012】

たいていの慣用のシステムと異なり、プラズマプルーム２９が確立されるとき、電極１２ａ及び１２ｂは後退している。操作の間、電極１２ａ及び１２ｂの先端がガスフロー管１３内に留まるべきであったならば、ガスフロー管１３内のマイクロ波エネルギーは電極１２ａ及び１２ｂにより拾われる。また、電極１２ａ及び１２ｂの先端がキャビティ内部でプラズマと相互作用するが、そこでその相互作用は電極の先端を侵食することになる。よって、電極１２ａ及び１２ｂの先端を後退させることにより、点火システム１０は電極先端の侵食を減らす。さらには、操作の間アパチャ２７を減らすと、アパチャ２７を通るマイクロ波漏洩は減らされる。点火システム１０自体は、全システムの効率を高める。一実施形態において、アパチャ２７の直径は、導波管９内のマイクロ波の波長よりも数桁小さく、その結果ゲート１８ａ及び１８ｂを通る漏洩はなく、さらにシステム効率を高めている。

【0013】

ＦＩＧ．１Ｄ及び１Ｅにおいて、アパチャ２７はゲート１８ａ及び１８ｂ内の凹所ペア２９により形成される。しかしながら、アパチャ２７の直径を制御するのに他の適当なタイプのメカニズム（例えば複数の指を有する）を使用してよいことは、当業者には明らかである。

【0014】

ＦＩＧ．２Ａは、本発明の別の実施形態によるプラズマ発生システム３０の模式図を表し、ここで点火システム３１はガスフロー管５０，導波管４８，及び２つのメッシュ３４及び３６に囲まれたキャビティから後退している。ＦＩＧ．２ＢＦＩＧ．２Ａの点火システム３１の拡大図である。ＦＩＧ．２ＣはＦＩＧ．２Ａにおけるゲートペア４６ａ及び４６ｂの上面図を表す。記載のように、導波管４８，ガスフロー管５０，電極ペア４４ａ及び４４ｂ，電極ホルダ４２，ゲートペア４６ａ及び４６ｂ，及び弾性部材ペア４０ａ及び４０ｂの構造及び操作機構は、ＦＩＧ．１Ａにおけるプラズマ発生システム２の対応物と同様であり、その違いは、ガスが電極ホルダ４２を通って提供されず、及びメッシュペア３４及び３６がマイクロ波漏洩をブロックするのに使用されることである。代わりに、ワーキングガスが導波管４８の壁内に形成されたガス通路４７を通ってガスフロー管５０内に導入される。電極ホルダ４２がアクチュエータ５３により矢印３２の方向に沿って動かされるとき、ゲートペア４６ａ及び４６ｂは矢印３８の方向に沿ってスライドする。アクチュエータ５３がいずれの適当なタイプのもの（例えば電動アクチュエータ）であってよいことは、当業者には明らかである。ゲートペア４６ａ及び４６ｂは、ＦＩＧ．１Ｄの凹所２９に類似のいかなる凹所を有しない。即ちガスはガス通路４７を通って導入されるので、ＦＩＧ．２Ｃに記載のように、ゲート４６ａ及び４６ｂが閉じられているとき、ゲート４６ａ及び４６ｂはいかなるアパチャを有しない。

【0015】

別の実施形態において、電極ホルダ４２はＦＩＧ．１Ａにおける電極ホルダ１４としてスルーパス孔を有してよい。このような配置において、ワーキングガスがガス通路４７を通過してよい間、点火ガスは電極ホルダに形成された孔を通過してよい。即ち、ワーキングガスとは異なってよい点火ガスは、初期点火プロセスの間、ガスフロー管５０内に導入される。

【0016】

ＦＩＧ．２ＤはＦＩＧ．２Ａにおけるプラズマ発生システム３０の模式図を表し、ここで点火システム３１はキャビティもしくはガスフロー管５０内に進入する。ＦＩＧ．２ＥはＦＩＧ．２Ｄの点火システム３１の拡大図である。記載のように、電気アーク４３を発生させるため、高電圧が電極４４ａ及び４４ｂに印加される。電気アーク４３は、今度はガスフロー管５０内のガスをイオン化する。次いで、イオン化ガスは、導波管４８内部のマイクロ波エネルギーと共同してプラズマプルーム４９を発生する。プラズマプルーム４９を確立する際、ＦＩＧ．２Ａに記載のように点火システム３１はガスフロー管５０から取り出される。

【0017】

ＦＩＧ．３Ａは本発明の別の実施態様によるプラズマ発生システム７０の模式図を表し、ここで点火システム７１は、ガスフロー管７２，メッシュ７６及び７８，及び導波管７３によって囲まれたキャビティから取り出される。ＦＩＧ．３Ｂはプラズマ発生システム７０の模式図を表し、ここで点火システム７１はキャビティ内に進入する。プラズマ発生システム７０の成分の構造及び操作機構は、プラズマ発生システム３０の対応物と同様であり、その違いは、点火システム７１はプラズマ発生システム７０の底部に位置することである。すなわち点火システム７１はガスフロー管７２の下流に位置する一方で、点火システム３１はガスフロー管５０の上流に位置する。簡潔のため、アクチュエータ５３と同様のアクチュエータをＦＩＧＳ．３Ａ及び３Ｂに図示しない。

【0018】

上に考察したように、プラズマ発生システム７０の操作手順は、プラズマ発生システム３０のそれと同様である。例えば、ＦＩＧ．３Ｂに記載のように、プラズマプルーム７４を確立するため点火システム７１キャビティ内に進入させる。次いで、点火システム７１はキャビティから取り出され、その結果ゲートが導波管７３からのマイクロ波エネルギーの漏れをブロックする。

【0019】

ＦＩＧ．４Ａは本発明の別の実施態様によるプラズマ発生システム８０の模式図を表し、ここで点火システム８１は、導波管９０，メッシュ８７，及びマイクロ波透過性材料（例えば石英）からなるガスフロー管９６に囲まれたキャビティ内に進入させられる。ＦＩＧ．４Ｂはプラズマ発生システム８０の模式図を表し、ここで点火システム８１はキャビティから取り出される。ＦＩＧ．４Ｃはスルーパス孔９８の近くの導波管９０の壁の一部の上面図を表す。ＦＩＧ．４ＤはＦＩＧ．４Ａにおけるシール８８の上面図を表す。

【0020】

ＦＩＧ．４Ａ乃至４Ｄに記載のように、点火システム８１は： 上向き及び下向きに可動性の電極８５；電極８５に固定された圧力板機能８４；シール８８；圧力板機能８４及びシール８８両方に接続された弾性機構８６（例えばばね）；導波管９０の上で閉鎖空間を形成し、且つガス入口８３を有するハウジング８２（ここでハウジング８２はマイクロ波不透過性材料（例えば金属）から形成されてよい）を有する。電極８５は、絶縁部材９３によりハウジング８２から電気的に絶縁される。別の実施形態において、ハウジング８２及び絶縁部材９３は、誘電性材料の１個の一体型ボディの上に形成される。

【0021】

プラズマプルーム９２を確立するため、電極８５を下向きに動かし、その結果、電極の円錐型先端がキャビティ内部に存在する。また、孔９８の内側リムと電極８５の外側表面との間のギャップは、点火ガスフロー導管を形成する。即ち孔９８及び電極８５は、点火ガスを受容するためのゲートを形成する。次いで、高電圧が電極８５の近位末端に印加され、その結果電気アーク９１が電極８５の遠位末端に形成される。ここで、電極８５に対して予めセットされた電位を提供するため、導波管９０の壁をアースしてよい。あるいは、電極ペア１２ａ及び１２ｂ（ＦＩＧ．１Ａに図示）と同様の電極ペアを電極８５の代わりに使用してよい。ここで電極は地面から絶縁される。誘電性パッドを導波管９０の内側表面に取り付けてもよく、その結果アーク９１を電極８５の先端近傍領域に制限してよいことを明記する。また、誘電性パッド９７は、導波管９０の鋭い角を覆い、角近傍の電気アークの不慮の放電を予防する。

【0022】

電気アーク９１は、孔９８を通ってガスフロー管９６内に導入される点火ガスをイオン化し得る。次いで、イオン化ガスはキャビティ内部のガスを点火し、導波管９０内へ向けられたマイクロ波エネルギーと共同してプラズマプルーム９２を形成する。このステージの間、圧力板機能８４は、シール８８に力を加え、その結果シールはＦＩＧ．４Ａに記載のように導波管９０内に形成された孔９４をブロックする（もしくは孔を通るフローを減らす）。

【0023】

ＦＩＧ．４Ａ及び４Ｂにおいて、点火プロセスの間、ガスフロー通路として孔９８は使用される一方、主要プラズマ操作の間、ガスフロー通路として孔９４は使用される。しかしながら、操作条件に依存して、点火ステージの間、シール８８は孔９４を完全には閉じないかもしれない。例えば、高電圧アーク９１が開始されるとき、ガスは孔９８及び９４の両方を通って同時に流れ得る。

【0024】

一旦プラズマプルーム９２が確立されると、電極８５は上向きに動かされ、その結果孔９８は電極８５の円錐形先端によりブロックされる。また、圧力板機能８４は弾性部材８６を上向きに動かし、その結果Ｆｉｇ．４Ｂに示すようにシール８８は孔９４をブロック解除する。孔９４を通って流れるワーキングガスはプラズマプルーム９２に供給され、その結果プラズマプルーはキャビティ内に維持される。孔９８を通って導入される点火ガスは、孔９４を通って導入されるワーキングガスと異なっても、同じであってもよいことを明記する。

【0025】

ＦＩＧ．４Ｃに記載のように、導波管９０の壁は、そこを通るワーキングガスを通すための複数の孔９４、及び電極８５を受容するための孔９８を有する。一実施形態において、各孔９４の直径は導波管９０内のマイクロ波の波長よりも数桁小さく、その結果マイクロ波エネルギーは孔９４を通って漏れない。ＦＩＧ．４Ｃにおいて、８個の孔のみ図示されている。しかしながら、他の適当な数の孔を導波管９０内に形成してよいことは、当業者にとって明らかである。

【0026】

ＦＩＧ．４Ｄに記載のように、シール８８は、実質的にリング状を有し、その結果圧力板８４がシール８８に力を加えるとき、シールは孔９４をブロックもしくは制限可能である。シール８８は、マイクロ波に対して不透過性の材料（例えば金属）により形成されてよい。別の実施形態において、シール８８は多様なバルブ（例えばニードルバルブ）により置換されてよい。ここで各バルブは孔９４の各々を通るフローを制御し得る。

【0027】

別の実施形態において、シール８８は電極８５に直接固定されていてよく、その結果これらは１個の剛体として移動可能である。この実施形態において、圧力板機能８４及び弾性機構８６はシステム８０から除かれてもよい。

【0028】

電極８５は、アクチュエータ９９により上向きもしくは下向きに動かされる。アクチュエータ９９がいずれの適当なタイプのもの（例えば電動アクチュエータ）であってよいことは、当業者に明らかである。アクチュエータ９９はハウジング８２内部に位置してよい。

【0029】

ＦＩＧ．５Ａは本発明の別の実施態様によるプラズマ発生システム１００の模式図を表す。記載のように、電極１０１が動かされ、その結果円錐形先端部分が、導波管１０２,２つのメッシュ１０６及び１０８；及びガスフロー管１０４により形成されたキャビティ内に進入もしくはそこから取り出される。電極１０１，導波管１０２，メッシュ１０６及び１０８は、マイクロ波不透過性材料（例えば金属）により形成されてよい。ＦＩＧ．５Ｂはプラズマ発生システム１００の模式図を表し、ここで電極１０１の先端部分はキャビティから取り出される。

【0030】

キャビティ内のプラズマを点火するため、電極１０１をアクチュエータ１６０によりキャビティの方へ動かしてよく、その結果電極１０１の円錐型部分はキャビティ内部に存在する。次いで、電極１０１の先端において電気アーク１１０を発生させるため、高電圧を電極１０１に印加する。次いで、導波管１０２の壁内の孔１０３を通って注入されたガス（これはワーキングガスでよい）を、上に考察した点火に従い導波管１０２に向けられたマイクロ波エネルギーの使用によりプラズマプルーム１１１に変換する。孔１１４内部の電気アークを防止するため、孔１１４は導波管１０２の内側表面に固定された誘電性パッド１１６により囲まれる。

【0031】

プラズマプルーム１１１をガスフロー管１０４内部で確立するとき、電極１０１を動かして、電極１０１の円錐形先端がキャビティから取り出されるようにする。電極１０１の円錐形先端の寸法は、導波管１０２内に形成された孔１１４をブロックするように形成されており、その結果孔１１４を通ってマイクロ波エネルギーは漏れない。

【0032】

電極１０１をキャビティに向かって侵入させるとき、点火ガスは孔１１４のリムと電極１０１の外側表面との間のギャップを通って流れてよいことを明記する。あるいは、点火ガスは孔１０３を通って注入されてよい。

【0033】

ＦＩＧ．５Ａ乃至５Ｂに記載のように、誘電性パッド１１６は孔１１４を覆うが、キャビティを規定する導波管１０２の内側表面まで拡張しない。よって、電極１０１をアクチュエータ１６０によりキャビティから後退させるとき、ＦＩＧ．５Ｂに図示のように、電極１０１の円錐形先端は導波管１０２と直接接触し、その結果電極１０１は導波管１０２を介してアースされる。電極１０１及び導波管１０２がアースされ、導電性材料により形成されるので、操作の間キャビティ内のマイクロ波エネルギーは孔１１４を通って漏れない。アクチュエータ１６０がいずれの適当なタイプのもの（例えば電動アクチュエータ）であってよいことは、当業者に明らかである。

【0034】

ＦＩＧ．６は本発明の別の実施態様によるプラズマ発生システム１４０の模式図を表す。記載のように、システム１４０はシステム１００と同様であり、違いは導波管１４２内に形成された孔１４４の断面寸法が電極１４１の縦方向に沿って変化することである。断面寸法を変化させることにより、電極１４１と導波管１４２とのインピーダンスもまた変化する。電極１４１の円錐形先端部分近傍でインピーダンスを最低にすることにより、アーク１５０の位置を電極１４１の円錐形先端部分近傍の領域に限定可能である。簡略のため、電極１４１を動かすためのアクチュエータはＦｉｇ．６に図示しない。ここでアクチュエータはアクチュエータ１６０と同様であってよい。

【0035】

本発明はその具体的な実施形態を参照して記載されてきたが、当然のことながら、前述のものは本発明の好ましい実施形態に関するものであり、以下の請求項に明らかな本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り変更がなされてよい。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図6】