特許 7464897 ＤＣブロックおよびこれを用いたプラズマ発生装置

(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】

(24)【登録日】2024-04-02

(45)【発行日】2024-04-10

(54)【発明の名称】ＤＣブロックおよびこれを用いたプラズマ発生装置

(51)【国際特許分類】

   H01P 1/00 20060101AFI20240403BHJP

【ＦＩ】

H01P1/00 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023506423

(86)(22)【出願日】2021-03-16

(86)【国際出願番号】 JP2021010520

(87)【国際公開番号】W WO2022195700

(87)【国際公開日】2022-09-22

【審査請求日】2023-08-03

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520156063

【氏名又は名称】株式会社Ｐａｌｅ Ｂｌｕｅ

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】100105784

【弁理士】

【氏名又は名称】橘 和之

(72)【発明者】

【氏名】小泉 宏之

(72)【発明者】

【氏名】安宅 泰穂

(72)【発明者】

【氏名】浅川 純

(72)【発明者】

【氏名】柳沼 和也

(72)【発明者】

【氏名】中川 悠一

(72)【発明者】

【氏名】嶋村 耕平

(72)【発明者】

【氏名】溝尻 征

【審査官】岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２００３６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開昭６３－０５９１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００４／０３４５０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－２４６８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６２１７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｐ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つのマイクロストリップライン上にそれぞれ形成された２つの高周波電力伝送用アンテナを、絶縁シートを挟んで対向配置させ、
上記高周波電力伝送用アンテナは、高周波電力を伝送する同軸線路の内部導体に接続される給電線を有し、
上記マイクロストリップラインには、上記高周波電力伝送用アンテナと、上記同軸線路の内部導体に接続されたプラズマ発生用アンテナに直流電圧を印加するための電圧印加用回路とを電気的に接続するための配線パターンが形成されている
ことを特徴とするＤＣブロック。

【請求項2】

上記マイクロストリップラインは、上記高周波電力伝送用アンテナが形成された配線導体層と、上記高周波電力伝送用アンテナが形成されていない接地導体層と、上記配線導体層と上記接地導体層との間に挟まれた誘電体層とから成る層構造を有し、
上記２つのマイクロストリップラインの上記配線導体層どうしが上記絶縁シートを挟んで向き合い、上記２つのマイクロストリップラインの上記接地導体層が上記絶縁シートから離間するように、上記２つのマイクロストリップラインを対向配置させた
ことを特徴とする請求項１に記載のＤＣブロック。

【請求項3】

上記２つの高周波電力伝送用アンテナの少なくとも一方は、一部に切り欠きを有するオープンリング形状であり、
上記２つの高周波電力伝送用アンテナを非対称の形状としたことを特徴とする請求項１または２に記載のＤＣブロック。

【請求項4】

上記２つの高周波電力伝送用アンテナの両方が一部に切り欠きを有するオープンリング形状であり、
上記２つの高周波電力伝送用アンテナについて、オープンリングのリング幅、リング直径、切り欠き位置、切り欠き幅および切り欠き数の少なくとも１つを非対称にしたことを特徴とする請求項３に記載のＤＣブロック。

【請求項5】

高周波電力を使用した放電によってプラズマを生成するとともに、生成されたプラズマを高電圧の直流電力によって加速させるための容器であるプラズマ生成室と、
上記プラズマ生成室に対して上記高周波電力を伝送するための伝送線路に配置され、上記高周波電力のみを透過して直流電力を遮断するＤＣブロックとを備え、
上記ＤＣブロックは、請求項１～４の何れか１項に記載の構成を有することを特徴とするプラズマ発生装置。

【請求項6】

上記電圧印加用回路として直流電源を備えたことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ発生装置。

【請求項7】

上記電圧印加用回路として、上記プラズマ発生装置の直流電源に接続される抵抗を備えたことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高周波電力を透過し直流電力をカットするＤＣブロックおよびこれを用いたプラズマ発生装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、高周波信号へ直流（ＤＣ）が流れるのを阻止するための装置としてＤＣブロックが知られており、様々な技術分野で利用されている。その一例として、宇宙機用エンジンへの応用がある。宇宙機用エンジンの中には、電気を利用して推進剤を排出する種類があり、電気推進ロケットと呼ばれる。代表的な電気推進ロケットは、推進剤を電離させてプラズマを生成するための放電機構と、そのプラズマを加速するための加速機構とを有する。

【0003】

ここで、プラズマを生成する容器であるプラズマ生成室に対して、プラズマを生成する際の高周波放電で使用される高周波電力と、生成されたプラズマの加速に必要な高電圧の直流電力とを送る必要がある。この高周波電力と直流電力との干渉を遮断する装置がＤＣブロックであり、高周波電力の伝送線路に配置されて、高周波電力のみを透過して直流電力を遮断する。すなわち、プラズマ生成用の高周波電力とプラズマ加速用の高電圧の直流電力とを切り分ける装置として、ＤＣブロックが利用される。

【0004】

また、プラズマ生成室の内部においてプラズマと接する複数の壁面に直流電圧を印加することで、プラズマの加速性能を向上可能であることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。この非特許文献１には、プラズマ生成室の内部に高周波電力を発振するためのアンテナに対して電圧を印加することにより、特に顕著な性能向上を引き起こすことが開示されている。アンテナに電圧を印加する方法として、マイクロ波の伝送路にＴ字の箇所を設け、芯線のみを取り出して電圧を印加する方法が開示されている。

【0005】

なお、異なる平面上に形成されたオープンリング状の２つの共振器を対向配置させ、直流電力または低周波信号を送電可能にするとともに、共振器どうしを電磁結合させて高周波信号を伝送させることを可能にした高周波信号装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、絶縁体で構成されるスペーサ板を間に挟んで２つの共振器を対向配置させることも開示されている。

【0006】

【文献】特開２００９－２４６８１０号公報

【文献】「１Ｗ級水イオンスラスタの内部静磁場及び放電室内面電位が推進剤利用効率に与える影響の実験的評価」（安宅泰穂，中川悠一，小泉宏之，小紫公也；JSASS第50期 年会講演会講演集；2019年4月18日～19日）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ＤＣブロックは、宇宙機用エンジン以外の地上の技術分野における高周波電力の利用においても多々必要とされるが、それらの用途は、高周波低電力（１～１００Ｗ）と直流低電圧（１～１００Ｖ）との組み合わせか、高周波高電力（１００～１００００Ｗ）と直流高電圧（１～１０ｋＶ）との組み合わせに限られていることが多い。また、一般に後者のＤＣブロックは大型の機器である。

【0008】

これに対して、宇宙機器である電気推進ロケットに用いられるＤＣブロックでは、高周波低電力（１～１００Ｗ）と直流高電圧（１～１０ｋＶ）との組み合わせが求められ、かつ、大幅な小型化が求められている。特に小型宇宙機用エンジンに適用する場合には、大幅な小型化が求められる。しかしながら、同軸線路形状または導波管形状を用いて構成された従来のＤＣブロックでは、このような高周波低電力－直流高電圧および超小型サイズを実現することができていない。

【0009】

同軸型のＤＣブロックの場合、同軸線路の上流と下流の電気結合は容量的なものとなる。このため、上流側同軸線路の外側導体と下流側同軸線路の外側導体とを絶縁物を挟んで重ね、内側導体に関しても上流側と下流側とを絶縁物を挟んで重ねる必要がある。さらに、マイクロ波（電磁波）を効率良く伝えるために、導体内径と導体外径とを所定の比率に設計してインピーダンスを所定値に合わせる必要もある。これらの制限のもとで耐電圧を高めるためには、内側導体上流－絶縁－内側導体下流－誘電体－外側導体下流－絶縁－外側導体上流のように半径方向に積層を重ねる必要がなり、高電圧化に伴う装置の大型化が避けられない。

【0010】

一方、導波管型のＤＣブロックの場合、電気結合は電磁波的ものであるため、同軸型のように積層を重ねる必要はない。そのため、上流と下流の導波管の間に絶縁シート（または絶縁板）を１枚挟むことで絶縁が可能であり、高耐圧に向いていると言える。しかしながら、導波管は内部にマイクロ波を通す原理の上で、最小にできるサイズが決まっている。例えば、４～５ＧＨｚのマイクロ波を通す場合は、４８ｍｍ×２２ｍｍが最小サイズとなる。したがって、小型化には明確な下限がある。

【0011】

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、高周波低電力と直流高電圧との組み合わせに対応した小型のＤＣブロックを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記した課題を解決するために、本発明のＤＣブロックは、２つのマイクロストリップライン上にそれぞれ形成された２つの高周波電力伝送用アンテナを、絶縁シートを挟んで対向配置させた構成としている。ここで、高周波電力伝送用アンテナは、高周波電力を伝送する同軸線路の内部導体に接続される給電線を有し、マイクロストリップラインには、高周波電力伝送用アンテナと、同軸線路の内部導体に接続されたプラズマ発生用アンテナに直流電圧を印加するための電圧印加用回路とを電気的に接続するための配線パターンが形成されている。

【発明の効果】

【0013】

上記のように構成した本発明によれば、マイクロストリップライン上に高周波電力伝送用アンテナを形成することによって高周波電力の伝送を実現しているので、耐電圧を高めるために同軸型のように積層を重ねる必要がなく、また、導波管型のようにマイクロ波を通す原理の上で最小サイズが制限されることもなく、同軸線路形状または導波管形状を用いた従来のＤＣブロックに比べて小型化が可能である。また、２つの高周波電力伝送用アンテナの間に挟んだ絶縁シートによって高電圧直流電力を遮断しつつ、高周波電力のみを高効率に透過させることが可能である。これにより、高周波低電力と直流高電圧との組み合わせに対応した小型のＤＣブロックを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態によるＤＣブロックを適用したプラズマ発生装置の構成例を示す図である。

【図2】本実施形態によるＤＣブロックの構成例を示す図である。

【図3】本実施形態による高周波電力伝送用アンテナの形状の一例を示す図である。

【図4】本実施形態のＤＣブロックおよびその周辺部材の構成例を示す図である。

【図5】第１の変形例に係るプラズマ発生装置の構成例を示す図である。

【図6】第１の変形例に係る第１のマイクロストリップラインの構成例を示す図である。

【図7】第２の変形例に係るプラズマ発生装置の構成例を示す図である。

【図8】本実施形態による高周波電力伝送用アンテナの形状の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態によるＤＣブロックを適用したプラズマ発生装置の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態のプラズマ発生装置は、プラズマ生成室１、高周波電力源２、高電圧直流電力源３およびＤＣブロック４を備えて構成される。

【0016】

プラズマ生成室１は、高周波電力を使用した放電によってプラズマを生成するとともに、生成されたプラズマを高電圧の直流電力によって加速させるための容器である。プラズマ生成室１には、プラズマ発生用アンテナ１１と、壁面１３に配置された複数の磁石１２と、アクセルグリッド１４とが設けられている。プラズマ生成室１では、複数の磁石１２によって磁場を形成し、そこにプラズマ発生用アンテナ１１よりマイクロ波などの高周波を導入することによってプラズマ放電を行う。生成されたプラズマは、壁面１３のアクセルグリッドに対向した面に設置されたプラズマ排出用のスクリーングリッドとアクセルグリッド１４によって加速される。

【0017】

高周波電力源２は、プラズマ生成用の高周波電力をプラズマ生成室１に供給するものである。高周波電力源２とプラズマ生成室１との間は、ＤＣブロック４を介して２本の同軸線路５，６で接続されている。上流側の同軸線路５および下流側の同軸線路６はそれぞれ、内部導体５ａ，６ａと外部導体５ｂ，６ｂとにより構成される。下流側同軸線路６の内部導体６ａは、プラズマ発生用アンテナ１１に接続されている。下流側同軸線路６の外部導体６ｂは、プラズマ生成室１の壁面１３を介して磁石１２に接続されている。

【0018】

高電圧直流電力源３は、プラズマ加速用の高電圧直流電力をプラズマ生成室１に供給するものである。高電圧直流電力源３は、プラズマ生成室１の壁面１３とアクセルグリッド１４とに接続されている。壁面１３とアクセルグリッド１４の間には１ｋＶを超える高電圧が印加され、その電位差によってプラズマが加速および排出され、宇宙の無限遠電位（０Ｖ）に向けて放出される。

【0019】

ＤＣブロック４は、プラズマ生成室１に対して高周波電力を伝送するための伝送線路である同軸線路５，６に配置され、高周波電力のみを透過して直流電力を遮断する。このＤＣブロック４の構成については、図２～図４を用いて詳細に説明する。

【0020】

図２は、ＤＣブロック４の構成例を示す図であり、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は側面図である。なお、図２（ｂ）は層構造の模式図であり、各層の厚さを正確に示したものではない。図２に示すように、本実施形態のＤＣブロック４は、２つのマイクロストリップライン１０１，１０２上にそれぞれ２つの高周波電力伝送用アンテナ１１１，１２１を形成し、当該２つの高周波電力伝送用アンテナ１１１，１２１を、絶縁シート１０３（図２（ａ）では図示を省略している）を挟んで対向配置させることによって構成される。

【0021】

図２（ｂ）に示すように、第１のマイクロストリップライン１０１は、第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１が形成された配線導体層と、第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１が形成されていない接地導体層１１３と、配線導体層と接地導体層１１３との間に挟まれた誘電体層１１２とから成る層構造を有している。本実施形態では、誘電体層１１２の一方の平面に接地導体層１１３が形成されている。また、誘電体層１１２の他方の平面に第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１が配置されて、第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１そのものが配線導体層となっている。なお、図２（ａ）では、第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１が誘電体層１１２の表面から外側に出っ張っていないように見えるが、実際は第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１の厚みの分だけ出っ張っている。

【0022】

第２のマイクロストリップライン１０２も同様に、第２の高周波電力伝送用アンテナ１２１が形成された配線導体層と、第２の高周波電力伝送用アンテナ１２１が形成されていない接地導体層１２３と、配線導体層と接地導体層１２３との間に挟まれた誘電体層１２２とから成る層構造を有している。誘電体層１２２の一方の平面に接地導体層１２３が形成されるとともに、他方の平面に第２の高周波電力伝送用アンテナ１２１が配置されて、第２の高周波電力伝送用アンテナ１２１そのものが配線導体層となっている。

【0023】

２つのマイクロストリップライン１０１，１０２は、互いの配線導体層（高周波電力伝送用アンテナ１１１，１２１）どうしが絶縁シート１０３を挟んで向き合い、２つのマイクロストリップライン１０１，１０２の接地導体層１１３，１２３が絶縁シート１０３から離間するように対向配置されている。

【0024】

第１のマイクロストリップライン１０１は、第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１が図４に示す端子１０７を介して下流側同軸線路６の内部導体６ａに接続されるとともに、接地導体層１１３が端子１０７を介して下流側同軸線路６の外部導体６ｂに接続される。

【0025】

第２のマイクロストリップライン１０２には、第２の高周波電力伝送用アンテナ１２１、誘電体層１２２および接地導体層１２３を貫通する貫通穴１２４が形成されている。この貫通穴１２４に接続される図４の端子１０８を介して第２の高周波電力伝送用アンテナ１２１が上流側同軸線路５の内部導体５ａに接続されるとともに、接地導体層１２３が端子１０８を介して上流側同軸線路５の外部導体５ｂに接続される。

【0026】

図３は、マイクロストリップライン１０１，１０２に形成される高周波電力伝送用アンテナ１１１，１２１の形状の一例を示す図である。図３に示すように、２つの高周波電力伝送用アンテナ１１１，１２１は非対称の形状（異なる形状）とされている。

【0027】

第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１は、一部に切り欠き１１１ｂを有するオープンリング形状のアンテナである。すなわち、第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１は、オープンリング形状のリングアンテナ１１１ａと、下流側同軸線路６の内部導体６ａに接続される給電線１１１ｃとを有している。給電線１１１ｃに対して図４に示す端子１０７を接続し、当該端子１０７から下流側同軸線路６の内部導体６ａまで配線を通すことにより、リングアンテナ１１１ａと下流側同軸線路６の内部導体６ａとの間が電気的に接続される。なお、リングアンテナ１１１ａの線路長（切り欠き１１１ｂを形成している一方の端部から他方の端部までの線路の長さ）は、伝送信号の波長の１／２の奇数倍とすることを要しない。

【0028】

第２の高周波電力伝送用アンテナ１２１は、切り欠きを有しないクローズリング形状のアンテナである。すなわち、第２の高周波電力伝送用アンテナ１２１は、クローズリング形状のリングアンテナ１２１ａと、上流側同軸線路５の内部導体５ａに接続される給電線１２１ｃと、貫通穴１２４の一部を成す穴１２１ｄとを有している。穴１２１ｄに対して図４に示す端子１０８を接続し、給電線１２１ｃから貫通穴１２４および端子１０８を介して上流側同軸線路５の内部導体５ａまで配線を通し、当該配線を給電線１２１ｃに半田付け等によって接続することにより、リングアンテナ１２１ａと上流側同軸線路５の内部導体５ａとの間が電気的に接続される。

【0029】

第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１と第２の高周波電力伝送用アンテナ１２１とを絶縁シート１０３を挟んで対向配置させるに際し、リングアンテナ１１１ａ，１２１ａの中心軸が同一線上となるように配置される。これにより、リングアンテナ１１１ａ，１２１ａの電磁結合を強くすることが可能である。

【0030】

第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１の給電線１１１ｃは、リングアンテナ１１１ａからリングの外側に向かって第１のマイクロストリップライン１０１の外縁付近の位置まで延伸するように形成されている。これに対し、第２の高周波電力伝送用アンテナ１２１の給電線１２１ｃは、リングアンテナ１２１ａからリングの内側に向かって第２のマイクロストリップライン１０２の中心位置まで延伸するように形成されている。

【0031】

図４は、本実施形態のＤＣブロック４およびその周辺部材の構成例を示す図である。本実施形態のＤＣブロック４は、第１のマイクロストリップライン１０１がネジにより第１の絶縁治具１０５に取り付けられ、第２のマイクロストリップライン１０２がネジにより第２の絶縁治具１０６に取り付けられる。そして、第１の絶縁治具１０５と第２の絶縁治具１０６とがネジにより固定される。

【0032】

高周波電力伝送用アンテナ１１１，１２１には、それぞれ端子１０７，１０８が接続されており、当該端子１０７，１０８を介して高周波電力が入出力される。端子１０７には、中心に１つのピン１０７ａが設けられるとともに、四隅に４つの足１０７ｂが設けられており、４つの足１０７ｂによって第１のマイクロストリップライン１０１が挟み込まれる。このとき、下側の２本の足１０７ｂが接地導体層１１３に接続され、中心のピン１０７ａが第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１の給電線１１１ｃに接続される。また、端子１０８には、中心に１つのピン１０８ａが設けられており、これが第２のマイクロストリップライン１０２の穴１２１ｄから貫通穴１２４に挿通されることによって第２の高周波電力伝送用アンテナ１２１の給電線１２１ｃに接続されるとともに、ピン１０８ａの周囲の底面部が接地導体層１２３に接続される。

【0033】

以上のように、本実施形態のＤＣブロック４では、２つのマイクロストリップライン１０１，１０２上に高周波電力伝送用アンテナ１１１，１２１を形成することによって高周波電力の伝送を実現しているので、同軸線路形状または導波管形状を用いた従来のＤＣブロックに比べて小型化が可能である。また、非対称の高周波電力伝送用アンテナ１１１，１２１の間に挟んだ絶縁シート１０３によって高電圧直流電力を遮断しつつ、高周波電力のみを高効率に透過させることが可能である。

【0034】

これにより、高周波低電力と高電圧直流電力との組み合わせに対応した小型のＤＣブロック４を提供することができる。ここで、リングアンテナ１１１ａ，１２１ａのリング幅、リング直径、切り欠き位置、切り欠き幅、切り欠き数、給電線１１１ｃ，１２１ｃの線幅の少なくとも１つを適切に設計することにより、数ｋＶ級の高電圧直流電力を絶縁シート１０３によって遮断しつつ、任意の周波数の高周波電力のみを高効率に透過させることが可能である。

【0035】

図５は、第１の変形例に係るプラズマ発生装置の構成例を示す図である。なお、この図５において、図１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付している。第１の変形例に係るプラズマ発生装置は、プラズマ発生用アンテナ１１に対して電圧を印加することにより、プラズマの加速性能を向上させるようにしたものである。

【0036】

図５に示すように、第１の変形例に係るプラズマ発生装置は、直流電源７を更に備えるとともに、ＤＣブロック４に代えてＤＣブロック４’を備えている。直流電源７は、下流側同軸線路６の内部導体６ａに接続されたプラズマ発生用アンテナ１１に直流電圧を印加するための電圧印加用回路である。ＤＣブロック４’は、下流側同軸線路６の内部導体６ａに接続される第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１から直流電源７に対して直流電圧を引き出すように構成されている。

【0037】

図６は、第１の変形例に係る第１のマイクロストリップライン１０１’の構成例を示す図である。なお、この図６において、図３（ａ）に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付している。図６に示すように、第１の変形例に係る第１のマイクロストリップライン１０１’ には、第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１と直流電源７とを電気的に接続するための配線パターン１１５が形成されている。配線パターン１１５は、伝送対象とする高周波に影響を与えない線幅および長さとなるように設計する。

【0038】

配線パターン１１５は、第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１のリングアンテナ１１１ａに電気的に接続される。また、配線パターン１１５から直流電源７までの間は、図５に示す配線８ａにより接続される。これにより、直流電源７とプラズマ生成室１のプラズマ発生用アンテナ１１との間が、配線８ａと、ＤＣブロック４’の配線パターン１１５および第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１と、下流側同軸線路６の内部導体６ａとを介して電気的に接続される。また、プラズマ生成室１の壁面１３と直流電源７との間が配線８ｂにより接続される。

【0039】

プラズマ生成室１のプラズマ発生用アンテナ１１に対して電圧を印加するための構成として、従来は非特許文献１に記載されているように、下流側同軸線路６にＴ字型コネクタとスタブチューナとを配置し、芯線のみを取り出して電圧を印加する方法が一般的であった。しかしながら、Ｔ字型コネクタおよびスタブチューナの導入は小型化の大きな障害となっていた。

【0040】

これに対し、第１の変形例では、第１のマイクロストリップライン１０１の配線パターン１１５を利用し、高周波電力の透過に影響を与えずに直流電圧を第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１から抜き出すことで、Ｔ字型コネクタおよびスタブチューナを用いることなくプラズマ発生用アンテナ１１に対する直流電圧の印加を実現している。これにより、プラズマ発生装置を小型化することができる。これは、Ｔ字型コネクタおよびスタブチューナの機能をＤＣブロック４’に内包をさせることで、プラズマ発生装置の小型化を実現することに等しい。

【0041】

図７は、第２の変形例に係るプラズマ発生装置の構成例を示す図である。なお、この図７において、図５に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付している。第２の変形例に係るプラズマ発生装置も第１の変形例と同様、プラズマ発生用アンテナ１１に対して電圧を印加することにより、プラズマの加速性能を向上させるようにしたものであり、第１のマイクロストリップライン１０１’に配線パターン１１５を形成している点は図６と同様である。

【0042】

第２の変形例では、下流側同軸線路６の内部導体６ａに接続されたプラズマ発生用アンテナ１１に直流電圧を印加するための電圧印加用回路として、図５に示した直流電源７に代えて、プラズマ発生装置の直流電源（図示しないメイン電源）に接続される抵抗９ａ，９ｂを備えている。図７に示す例では、高電圧直流電力源３とプラズマ生成室１の壁面１３との間を接続する配線上にも抵抗９ｃが設けられている。抵抗９ａ，９ｂ，９ｃの何れかは、その値が０Ω（抵抗無し）の場合も含む。

【0043】

このように、第２の変形例では、第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１から配線パターン１１５を介して接続される配線８ａと、プラズマ生成室１の壁面１３から接続される配線８ｂとを、複数の抵抗９ａ，９ｂ（０Ωを含む）を介してプラズマ発生装置のメイン電源に接続する構成としている。これにより、図５のようにプラズマ発生装置のメイン電源とは別系統の直流電源７を用いることなく、抵抗９ａ，９ｂでの電圧降下を利用して、プラズマ生成室１のプラズマ発生用アンテナ１１および壁面１３に異なる電位を印加するようにしている。

【0044】

これにより、第２の変形例によれば、プラズマ生成室１のプラズマ発生用アンテナ１１および壁面１３の電位変更を、プラズマ発生装置のメイン電源（プラズマ起電力）を利用した抵抗接続によって実現することができる。これにより、プラズマ発生装置のメイン電源とは別に直流電源７を設ける必要がなく、プラズマ発生装置の小型化を図ることができる。すなわち、直流電源７の代わりに抵抗９ａ，９ｂを用いることで、プラズマ発生装置の大幅な小型化および簡易化が可能となる。

【0045】

なお、上記実施形態では、第１の高周波電力伝送用アンテナ１１１のみオープンリング形状とする例について説明したが、２つの高周波電力伝送用アンテナの両方ともクローズリング形状とするようにしてもよいし、図８に示すように、２つの高周波電力伝送用アンテナ１１１，１２１’の両方ともオープンリング形状としてもよい。そして、２つの高周波電力伝送用アンテナ１１１，１２１’について、リング幅、リング直径、切り欠き位置、切り欠き幅および切り欠き数の少なくとも１つを非対称に構成するようにしてもよい。

【0046】

２つの高周波電力伝送用アンテナ１１１，１２１’の両方ともオープンリング形状とすることにより、電磁結合を強くすることが可能である。このとき、リングアンテナ１１１ａ，１２１ａ’の中心軸が同一線上となり、かつ、切り欠き１１１ｂ，１２１ｂ’が当該中心軸に対して対称の位置（１８０度ずれた位置）となるように配置することにより、リングアンテナ１１１ａ，１２１ａ’の電磁結合をより一層強くすることが可能である。

【0047】

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【符号の説明】

【0048】

１ プラズマ生成室
２ 高周波電力源
３ 高電圧直流電力源
４，４’ ＤＣブロック
５，６ 同軸線路
７ 直流電源
８ａ，８ｂ 配線
９ａ，９ｂ，９ｃ 抵抗
１１ プラズマ発生用アンテナ
１２ 磁石
１３ 壁面
１４ アクセルグリッド
１０１，１０２ マイクロストリップライン
１０３ 絶縁シート
１１１，１２１ 高周波電力伝送用アンテナ（配線導体層）
１１２，１２２ 誘電体層
１１３，１２３ 接地導体層
１１４，１２４ 貫通穴
１１５ 配線パターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】