(57)【要約】複数の終端アンテナ４１の間で、電磁波を供給する終端アンテナ４１を切替可能な電磁波放射装置３０において、切替タイミングの制御性を向上させる。切替器３３は、共振空間６０を形成する空胴共振器５０と、電磁波発振器３２で生成された電磁波が入力されて電磁波を共振空間６０に放射する入力側アンテナ５１と、各終端アンテナ４１に対応して設けられ、共振空間６０において、対応する終端アンテナ４１に出力する電磁波を受信する複数の出力側アンテナ５２と、出力側アンテナ５２と終端アンテナ４１とを接続する電磁波の伝送線路５５にそれぞれ設けられ、伝送線路５５の電気特性又は導通状態を調節する調節機構５３とを有している。切替器３３は、調節機構５３が制御されて、複数の伝送線路５５の間で電磁波を通過させる伝送線路５５を切り替えることで、共振空間６０において電磁波を受信する出力側アンテナ５２を切り替える。
2012161231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を発振する電磁波発振器と、
前記電磁波発振器から出力された電磁波が放射される複数の終端アンテナと、
前記複数の終端アンテナの間で、前記電磁波発振器から出力された電磁波を供給する終端アンテナを切り替える切替器とを備え、
前記終端アンテナから放射した電磁波により電磁波プラズマを生成する、又は対象物質を加熱する電磁波放射装置であって、
前記切替器は、
前記電磁波発振器から出力される電磁波を共振させるための共振空間を形成する空胴共振器と、
前記電磁波発振器で生成された電磁波が入力されて、該電磁波を前記共振空間に放射する入力側アンテナと、
前記終端アンテナの各々に対応して設けられ、前記共振空間において、対応する終端アンテナに出力する電磁波を受信する複数の出力側アンテナと、
前記出力側アンテナと前記終端アンテナとを接続する電磁波の伝送線路にそれぞれ設けられ、該伝送線路の電気特性又は導通状態を調節する調節手段とを有し、
前記調節手段が制御されて、複数の伝送線路の間で電磁波を通過させる伝送線路を切り替えることで、前記共振空間において電磁波を受信する出力側アンテナを切り替える
ことを特徴とする電磁波放射装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記出力側アンテナの各々は、前記共振空間において相対的に電界が強くなる強電界領域に露出している
ことを特徴とする電磁波放射装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記空胴共振器では、１つの前記強電界領域に対して複数の前記出力側アンテナが設けられている
ことを特徴とする電磁波放射装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記入力側アンテナは、マイクロ波が入力されると、少なくとも前記出力側アンテナの数以上の共振点が形成され、
前記出力側アンテナの各々は、間隔を隔てて、前記入力側アンテナの各共振点に対向している
ことを特徴とする電磁波放射装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記入力側アンテナは、螺旋状に形成されている
ことを特徴とする電磁波放射装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つにおいて、
前記電磁波発振器は、連続的に電磁波パルスを出力し、
前記電磁波発振器が電磁波パルスを発振する電磁波駆動期間に亘って、電磁波を供給する終端アンテナを切り替え続ける制御手段を備えている
ことを特徴とする電磁波放射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を放射して電磁波プラズマを生成する電磁波放射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電磁波を放射して電磁波プラズマを生成する電磁波放射装置が知られている。例えば特許文献１には、この種の電磁波放射装置が記載されている。【０００３】
特開昭５１−７７７１９号公報の図８には、分配器（切替器）により４系統にマイクロ波の供給先を切り替え可能な電磁波放射装置を有する内燃機関が記載されている。この内燃機関では、マイクロ波エネルギーが、スパークプラグを介して、燃焼中のプラズマ混合物に結合される。分配器は、ロータを回転させて、スイッチの切り替えが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５１−７７７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の電磁波放射装置では、機械式の切替器により電磁波を供給する終端アンテナの切り替えが行われるため、切替タイミングを微調節することが困難であった。例えば、エンジンの複数の燃焼室に対して点火タイミングに合わせて順番に電磁波を放射する場合に、エンジンの回転数の変化に対して、切替タイミングを微調節することが困難であった。【０００６】
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、複数の終端アンテナの間で、電磁波を供給する終端アンテナを切替可能な電磁波放射装置において、切替タイミングの制御性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、電磁波を発振する電磁波発振器と、前記電磁波発振器から出力された電磁波が放射される複数の終端アンテナと、前記複数の終端アンテナの間で、前記電磁波発振器から出力された電磁波を供給する終端アンテナを切り替える切替器とを備え、前記終端アンテナから放射した電磁波により電磁波プラズマを生成する電磁波放射装置を対象とする。そして、この電磁波放射装置は、前記切替器は、前記電磁波発振器から出力される電磁波を共振させるための共振空間を形成する空胴共振器と、前記電磁波発振器で生成された電磁波が入力されて、該電磁波を前記共振空間に放射する入力側アンテナと、前記終端アンテナの各々に対応して設けられ、前記共振空間において、対応する終端アンテナに出力する電磁波を受信する複数の出力側アンテナと、前記出力側アンテナと前記終端アンテナとを接続する電磁波の伝送線路にそれぞれ設けられ、該伝送線路の電気特性又は導通状態を調節する調節手段とを有し、前記調節手段が制御されて、複数の伝送線路の間で電磁波を通過させる伝送線路を切り替えることで、前記共振空間において電磁波を受信する出力側アンテナを切り替える。【０００８】
第１の発明では、切替器において、入力側アンテナから共振空間に電磁波が放射され、その放射された電磁波を受信する出力側アンテナを切り替えることにより、電磁波を供給する終端アンテナが切り替えられる。電磁波を受信する出力側アンテナの切り替えは、各電磁波の伝送線路の電気特性又は導通状態を調節する調節手段を制御することにより行われる。つまり、電磁波を供給する終端アンテナの切り替えは、調節手段を制御することにより行われる。【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記出力側アンテナの各々が、前記共振空間において相対的に電界が強くなる強電界領域に露出している。【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、前記空胴共振器では、１つの前記強電界領域に対して複数の前記出力側アンテナが設けられている。【００１１】
第４の発明は、第１又は第２の発明において、前記入力側アンテナが、マイクロ波が入力されると、少なくとも前記出力側アンテナの数以上の共振点が形成され、前記出力側アンテナの各々は、間隔を隔てて、前記入力側アンテナの各共振点に対向している。【００１２】
第５の発明は、第４の発明において、前記入力側アンテナが、螺旋状に形成されている。【００１３】
第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、前記電磁波発振器が、連続的に電磁波パルスを出力し、前記電磁波発振器が電磁波パルスを発振する電磁波駆動期間に亘って、電磁波を供給する終端アンテナを切り替え続ける制御手段を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、電磁波を供給する終端アンテナの切り替えが、各電磁波の伝送線路の電気特性又は導通状態を調節する調節手段を制御することにより行われる。電磁波を供給する終端アンテナの切り替えは、電気的な調節により行われる。従って、切替タイミングを比較的容易に微調節することができ、切替タイミングの制御性を向上させることができる。【００１５】
また、第２の発明では、各出力側アンテナが共振空間において強電界領域に露出しているので、切替器において高効率でマイクロ波を伝送できる。【００１６】
また、第３の発明では、空胴共振器において１つの強電界領域に対して複数の出力側アンテナが設けられているので、空胴共振器のコンパクト化を図ることができる。【００１７】
また、第５の発明では、入力側アンテナが螺旋状に形成されているので、入力側アンテナの長さ方向における占有体積を小さくすることができ、空胴共振器のコンパクト化を図ることができる。【００１８】
また、第６の発明では、連続的に電磁波パルスを出力するように電磁波の発振が制御されるので、電磁波の発振制御を容易化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態に係る電磁波放射装置のブロック図である。
【図３】図３は、実施形態に係る切替器の概略構成図である。
【図４】図４は、実施形態の変形例１に係る調節機構の概略構成図である。
【図５】図５は、実施形態の変形例２に係る切替器の概略構成図である。
【図６】図６は、実施形態の変形例２の電磁波放射装置におけるマイクロ波の切替タイミングを表すタイムチャートである。
【図７】図７は、実施形態の変形例３に係る切替器の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
《実施形態１》
【００２１】
本実施形態１は、本発明に係る電磁波放射装置１３を備えた多気筒エンジン１０である。電磁波放射装置１３は、各シリンダ２４の燃焼室２０にマイクロ波を放射してマイクロ波プラズマを生成するプラズマ生成装置３０の一部を構成する。エンジン１０は、エンジン本体１１とプラズマ生成装置３０とを備えている。
−エンジン本体−
【００２２】
エンジン本体１１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、円形断面のシリンダ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が往復自在に設けられている。ピストン２３は、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。
【００２３】
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２０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つずつ設けられている。また、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が形成されている。吸気ポート２５には、吸気バルブ２７及びインジェクター２９が設けられている。一方、排気ポート２６には、排気バルブ２８が設けられている。
−プラズマ生成装置−
【００２４】
プラズマ生成装置３０は、図２に示すように、放電装置１２と電磁波放射装置１３とを備えている。プラズマ生成装置３０は、放電装置１２により生成された放電プラズマに、電磁波放射装置１３が放射するマイクロ波のエネルギーを供給することにより、放電プラズマを拡大させたマイクロ波プラズマを生成する。
【００２５】
放電装置１２は、燃焼室２０毎に設けられている。放電装置１２は、高電圧パルスを出力するパルス生成器１４と、該パルス生成器１４からの高電圧パルスが印加されると放電ギャップにおいて放電が生じる放電器１５とを備えている。
【００２６】
パルス生成器１４は、例えば自動車用の点火コイルである。パルス生成器１４は、直流電源（例えば自動車用のバッテリー）に接続されている（図示省略）。パルス生成器１４は、電子制御装置３５から点火信号を受けると、直流電源から印加された電圧を昇圧し、昇圧後の高電圧パルスを放電器１５に出力する。放電器１５は、例えば自動車用の点火プラグである。点火プラグ１５には、後述の混合器３４を介して高電圧パルスが供給される。点火プラグ１５では、高電圧パルスが供給されると、中心電極４１と接地電極４２の間の放電ギャップにおいて、絶縁破壊が生じて放電プラズマ（スパーク放電）が生成される。
【００２７】
電磁波放射装置１３は、電磁波用電源３１と電磁波発振器３２と切替器３３と混合器３４と終端アンテナ４１とを備えている。本実施形態では、点火プラグ１５の中心電極４１が終端アンテナ４１を兼ねている。電磁波放射装置１３では、電磁波用電源３１と電磁波発振器３２と切替器３３が１つずつ設けられ、燃焼室２０毎に混合器３４と終端アンテナ４１が設けられている。
【００２８】
電磁波用電源３１は、電子制御装置３５から電磁波駆動信号を受けると、電磁波発振器３２にパルス電流を供給する。電磁波駆動信号はパルス信号である。電磁波用電源３１は、電磁波駆動信号の立ち上がり時点から立ち下がり時点に亘って、所定のデューティー比でパルス電流を出力する。パルス電流は、電磁波駆動信号のパルス幅の時間に亘って継続的に出力される。
【００２９】
電磁波発振器３２は、例えばマグネトロンである。電磁波発振器３２は、パルス電流を受けるとマイクロ波パルスを出力する。電磁波発振器３２は、電磁波駆動信号のパルス幅の時間に亘ってマイクロ波パルスを継続的に出力する。なお、電磁波発振器３２は、マグネトロンの代わりに、半導体発振器等の他の発振器を使用することもできる。
【００３０】
切替器３３は、複数の終端アンテナ４１の間で、電磁波発振器３２から出力されたマイクロ波を供給するアンテナを切り替える。切替器３３は、電子制御装置３５により制御される。切替器３３についての詳細は後述する。
【００３１】
混合器３４は、パルス発生器１４からの高電圧パルスと電磁波発振器３２からのマイクロ波とを別々の入力端子で受けて、同じ出力端子から点火プラグ１５へ高電圧パルスとマイクロ波とを出力する。混合器３４は、高電圧パルスとマイクロ波とを混合可能に構成されている。混合器３４では、第１入力端子がパルス発生器１４に電気的に接続され、第２入力端子が切替器３３に電気的に接続され、出力端子が終端アンテナ４１に電気的に接続されている。
−切替器−
【００３２】
切替器３３について詳述する。切替器３３は、図３に示すように、空胴共振器５０と入力側アンテナ５１と出力側アンテナ５２と調節機構５３とを備えている。空胴共振器５０は、電磁波発振器３２から出力されるマイクロ波を共振させるための共振空間６０を形成する。入力側アンテナ５１は、電磁波発振器３２で生成されたマイクロ波が入力されて、そのマイクロ波を共振空間６０に放射する。出力側アンテナ５２は、終端アンテナ４１と同数設けられている。出力側アンテナ５２は、終端アンテナ４１の各々に対応して設けられている。出力側アンテナ５２は、共振空間６０において、対応する終端アンテナ４１に出力するマイクロ波を受信する。調節機構５３は、出力側アンテナ５２と終端アンテナ４１とを接続するマイクロ波の伝送線路５５にそれぞれ設けられている。調節機構５３は、伝送線路５５の電気特性又は導通状態を調節する調節手段を構成している。切替器３３は、各調節機構５３が電子制御装置３５に制御されて、複数の伝送線路５５の間でマイクロ波を通過させる伝送線路５５を切り替えることで、共振空間６０においてマイクロ波を受信する出力側アンテナ５２を切り替える。
【００３３】
具体的に、空胴共振器５０は、マイクロ波を透過しない箱状部材である。空胴共振器５０は、直方体状に形成されている。共振空間６０の長手方向の長さＬは、入力側アンテナ５１から共振空間６０に放射されたマイクロ波の波長をλとした場合に、Ｌ＝ｎ×（λ／2）の関係を満たす。なお、ｎは、２以上の自然数であり、出力側アンテナ５２の数に応じて適宜設定される。
【００３４】
入力側アンテナ５１は、棒状の導体であり、電磁波発振器３２で生成されたマイクロ波が入力される。本実施形態では、空胴共振器５０が電磁波発振器３２（マグネトロン）に一体化され、電磁波発振器３２の出力アンテナが入力側アンテナ５１を兼ねている。入力側アンテナ５１には、電磁波発振器３２の本体部（真空管）で生成されたマイクロ波が入力される。なお、入力側アンテナ５１を、同軸ケーブル又は同軸導波管を介して、電磁波発振器３２の出力アンテナに接続してもよい。
【００３５】
入力側アンテナ５１は、空胴共振器５０の長手方向の一端側に設けられている。入力側アンテナ５１は、図３における空胴共振器５０の底面（下面）を貫通し、共振空間６０に露出している。電磁波発振器３２の本体部（真空管）で生成されたマイクロ波は、入力側アンテナ５１から共振空間６０へ放射される。共振空間６０では、マイクロ波が例えばＴＥ１０モードで共振する。なお、図３における共振空間６０は、共振空間６０の内部を側方から見た図である。図３では、切替信号及び電磁波駆動信号の経路を記載しているが、点火信号の経路は省略しており、この点は図５及び図７でも同様である。
【００３６】
各出力側アンテナ５２は、棒状の導体であり、入力側アンテナ５１から共振空間５０に放射されたマイクロ波を受信する。各出力側アンテナ５２は、図３における空胴共振器５０の上面を貫通し、共振空間６０に露出している。出力側アンテナ５２は、空胴共振器５０の長手方向に等間隔で配置されている。各出力側アンテナ５２は、共振空間６０においてマイクロ波により形成される定在波の腹の位置に配置されている。各出力側アンテナ５２は、共振空間６０において相対的に電界が強くなる強電界領域に露出している。また、各出力側アンテナ５２は、その出力側アンテナ５２に接続する伝送線路５５の特性インピーダンスに合わせて、共振空間５０における突出長が設定されている。各出力側アンテナ５２の突出長は、例えば、電磁波発振器３２から出力されたマイクロ波の波長λの４分の１である。
【００３７】
各出力側アンテナ５２の基端には、マイクロの伝送線路５５（例えば、同軸ケーブル）の一端が接続されている。伝送線路５５の他端は、混合器３４の第２入力端子に接続されている。各出力側アンテナ５２は、混合器３４を介して、終端アンテナ４１に接続されている。各出力側アンテナ５２は、対応する終端アンテナ４１に出力するマイクロ波を受信する。
【００３８】
各調節機構５３は、導通状態（オン状態）と非導通状態（オフ状態）との間で伝送線路５５を切り替えるスイッチ素子である。各調節機構５３は、電子制御装置３５が出力する切替信号を受けて、オン／オフが切り替えられる。スイッチ素子としては、ショットキーダイオード、ＰＩＮダイオード、ＦＥＴスイッチ、ＩＣスイッチ、ＭＥＭＳスイッチ等を使用することができる。伝送線路５５では、マイクロ波プラズマを生成するために、電力が比較的大きいマイクロ波が流れるので、耐圧性の高いスイッチ素子が好適である。
【００３９】
切替器３３は、複数の調節機構５３のうち１つだけが導通状態になるように、電子制御装置３５によって制御される。導通状態の調節機構５３に対応する出力側アンテナ５２だけが、共振空間６０においてマイクロ波を受信する。そして、その出力側アンテナ５２で受信されたマイクロ波は、対応する終端アンテナ４１へ供給される。切替器３３では、導通状態にする調節機構５３が順番に切り替えられる。その結果、共振空間６０においてマイクロ波を受信する出力側アンテナ５２が順番に切り替わり、マイクロ波が供給される終端アンテナ４１が順番に切り替わる。
−プラズマ生成装置の動作−
【００４０】
エンジン本体１１の動作を絡めてプラズマ生成装置３０の動作を説明する。
【００４１】
エンジン１０は、プラズマ生成装置３０によって生成したマイクロ波プラズマにより、燃焼室２０の混合気に着火するプラズマ着火運転を行う。複数の燃焼室２０の間では点火タイミングがずれている。
【００４２】
各シリンダ２４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３５は、吸気行程中のシリンダ２４に対応するインジェクター２９に対して噴射信号を出力し、そのインジェクター２９に燃料を噴射させる。
【００４３】
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、圧縮行程が開始される。電子制御装置３５は、圧縮行程中のシリンダ２４に対応するパルス生成器１４に対して、ピストン２３が上死点に達する直前に点火信号を出力する。これにより、パルス生成器１４から出力された高電圧パルスが、点火プラグ１５へ供給される。その結果、点火プラグ１５の放電ギャップにおいて放電プラズマが生成される。
【００４４】
また、電子制御装置３５は、各シリンダ２４に対応するパルス生成器１４から高電圧パルスが出力される直前に、電磁波用電源３１に電磁波駆動信号を出力する。なお、電磁波駆動信号の出力に先立って、点火信号が入力されるパルス生成器１４に対応する点火プラグ１５がマイクロ波の供給先になるように、切替器３３の調節機構５３の切り替えが行われている。電子制御装置３５は、今回点火するシリンダ２４の終端アンテナ４１に接続する伝送線路５５の調節機構５３を導通状態へ切り替え、前回点火したシリンダ２４の終端アンテナ４１に接続する伝送線路５５の調節機構５３を非導通状態へ切り替えている。
【００４５】
これにより、電磁波用電源３１から電磁波発振器３２へパルス電流が出力され、電磁波発振器３２からマイクロ波パルスが出力される。マイクロ波パルスは、終端アンテナ４１（点火プラグ１５の中心電極４１）から燃焼室２０へ放射される。マイクロ波パルスは、放電プラズマが生成される直前から直後に亘って継続的に放射される。放電プラズマが生じるタイミングでは、マイクロ波パルスにより強電界領域（燃焼室２０において電界強度が相対的に強い領域）が、中心電極４１の先端の近傍に形成されている。放電プラズマはマイクロ波のエネルギーを吸収して拡大し、比較的大きなマイクロ波プラズマになる。燃焼室２０では、マイクロ波プラズマにより混合気が体積着火され、混合気の燃焼が開始される。
【００４６】
なお、終端アンテナ４１からのマイクロ波パルスの放射開始タイミングは、放電プラズマが消滅する前であれば、放電プラズマの生成後であってもよい。
【００４７】
シリンダ２４では、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が下死点に達する直前に、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。
−実施形態の効果−
【００４８】
本実施形態では、マイクロ波を供給する終端アンテナ４１の切り替えが、各マイクロ波の伝送線路５５の導通状態を調節する各調節機構５３を制御することにより行われる。マイクロ波を供給する終端アンテナ４１の切り替えは、電気的な調節により行われる。従って、切替タイミングを比較的容易に微調節することができ、切替タイミングの制御性を向上させることができる。
【００４９】
また、本実施形態では、各出力側アンテナ５２が共振空間６０において強電界領域に露出しているので、切替器３３において高効率でマイクロ波を伝送できる。
−実施形態の変形例１−
【００５０】
変形例１では、調節機構５３が、電気特性として、自己インダクタンス、抵抗値、又は静電容量を調節可能に構成されている。切替器３３は、調節機構５３が制御されて、各伝送線路５５の電気特性が調節されることにより、全ての伝送線路５５の中でマイクロ波が最も通過しやすい伝送線路５５が切り替えられ、マイクロ波が最も通過しやすい伝送線路５５に接続する出力側アンテナ５３が、共振空間６０においてマイクロ波を受信する。
【００５１】
例えば、各調節機構５３が自己インダクタンスを調節する場合は、全ての調節機構５３の中で、マイクロ波を受信させたい出力側アンテナ５３に接続する伝送線路５５の調節機構５３の自己インダクタンスが最小に調節される。
【００５２】
例えば、調節機構５３は、図４に示すように、伝送線路５５が挿通される筒状の絶縁体６１と、その絶縁体６１の外周面に巻かれたコイル６２と、そのコイル６２を電源６５に接続する電気回路６３と、その電気回路６３に設けられたスイッチ６４とを備えている。調節機構５３のスイッチ６４がオン状態に設定されると、コイル６２を流れる電流が形成する磁界により、伝送線路５５の絶縁体６１に挿通する部分の自己インダクタンスが増大する。切替器３３では、マイクロ波を受信させない出力側アンテナ５３の伝送線路５５の調節機構５３のスイッチ６４がオン状態に設定され、マイクロ波を受信させる出力側アンテナ５３の伝送線路５５の調節機構５３のスイッチ６４がオフ状態に設定される。
−実施形態の変形例２−
【００５３】
変形例２では、図５に示すように、空胴共振器５０において、互いに相対する２つの面に出力側アンテナ５２が、それぞれ設けられている。図５では、空胴共振器５０の上面と下面にそれぞれ、長手方向に複数の出力側アンテナ５２が等間隔に配列されている。空胴共振器５０では、マイクロ波により形成される定在波の腹の位置に、一対の上面側の出力側アンテナ５２及び下面側の出力側アンテナ５２が配置されている。変形例２によれば、空胴共振器５０において１つの強電界領域に対して複数の出力側アンテナ５２が設けられているので、空胴共振器５０をそれほど大型化させることなく、多くの系統へマイクロ波を分配することができる。
【００５４】
変形例２では、プラズマ生成装置３０が、プラズマにより排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を構成している。プラズマ生成装置３０は、各点火プラグ１５の放電ギャップが排気管６５内の排気流路に位置するように設けられている。各点火プラグ１５の終端アンテナ４１ａ〜４１ｆ（中心電極）の放射端は、排気流路に露出している。
【００５５】
プラズマ生成装置３０は、放電装置１２と電磁波放射装置１３を制御するプラズマ制御装置７０（制御手段）を備えている。プラズマ生成装置３０は、電磁波放射装置１３の電磁波用電源３１をオン／オフ制御すると共に、電磁波用電源３１がオン状態に設定されている電磁波駆動期間に、パルス発生器１４に点火信号を出力すると共に、切替器３３に切替信号を出力する。
【００５６】
プラズマ生成装置３０による排気ガス浄化動作について説明する。
【００５７】
排気ガス浄化動作では、例えば排気管６５において排気ガスの流通が開始されると、プラズマ制御装置７０が駆動開始信号を出力し、電磁波用電源３１がオン状態に設定される。そうすると、電磁波用電源３１は、所定のデューティー比でパルス電流を出力し始め、そのパルス電流を受けた電磁波発振器３２が所定のデューティー比でマイクロ波パルスを出力し始める。電磁波駆動期間が開始される。電磁波駆動期間は、プラズマ制御装置７０が駆動終了信号を出力して電磁波用電源３１がオフ状態に設定されるまで継続される。
【００５８】
電磁波駆動期間中は、所定のデューティー比でマイクロ波パルスが継続的に出力される。また、電磁波駆動期間中は、プラズマ制御装置７０が、図６に示すように、全ての終端アンテナ４１ａ〜４１ｆに対して一定時間のマイクロ波が順番に供給されるように、切替器３３の各調節機構５３へ切替信号を出力する。また、プラズマ制御装置７０は、マイクロ波が放射される終端アンテナ４１ａ〜４１ｆに対応するパルス発生器１４へ点火信号を供給する。その結果、マイクロ波を放射中の終端アンテナ４１ａ〜４１ｆに高電圧パルスが供給され、その高電圧パルスにより生成された放電プラズマが、マイクロ波のエネルギーを吸収して拡大する。
【００５９】
ここで、プラズマにより排気ガスを浄化する場合は、排気ガスがプラズマに接触する時間が長くなるほど、排気ガスの有害物質の分解率が向上する。そのため、電磁波発振器３２にマイクロ波パルスを連続出力させて、排気流路において何れかの位置でマイクロ波プラズマが途切れることなく生成されるようにして、前記分解率を向上させつつ、電磁波用電源３１の制御を容易化させている。
【００６０】
なお、空胴共振器５０において、互いに相対する２つ面に出力側アンテナ５２を設ける構成は、プラズマ生成装置３０をエンジン１０に適用する場合にも採用できる。
−実施形態の変形例３−
【００６１】
変形例3では、図７に示すように、入力側アンテナ５１に対して、各出力側アンテナ５２が所定の間隔を隔てて対面している。
【００６２】
入力側アンテナ５１は、マイクロ波が入力されると、所定の位置に複数の共振点が形成されるように構成されている。各出力側アンテナ５２は、入力側アンテナ５１における各共振点に対面している。各出力側アンテナ５２の向きは、共振点における電界及び磁界の方向を考慮して設定されている。変形例３では、入力側アンテナ５１が螺旋状に形成されているので、入力側アンテナ５１の占有空間の長さが短縮されている。
《その他の実施形態》
【００６３】
前記実施形態は、以下のように構成してもよい。
【００６４】
前記実施形態において、プラズマ生成装置３０は、放電装置１２を省略して、電磁波放射装置１３だけでマイクロ波プラズマを生成してもよい。この場合、マイクロ波プラズマを生成するのに必要なピーク電力は大きくなるが、装置構成を簡素化できる。また、放電装置１２の代わりに、熱電子を放出するグロープラグを使用してもよい。この場合、マイクロ波のエネルギーにより熱電子が加速されて、マイクロ波プラズマが生成される。
【００６５】
また、前記実施形態では、高電圧パルスが供給される中心電極４１を終端アンテナとしていたが、中心電極４１とは別途に終端アンテナ４１を設けてもよい。終端アンテナ４１は、例えば点火プラグ１５を貫通するように設けたり、シリンダヘッド２２に設けたりすることができる。
【００６６】
また、前記実施形態において、終端アンテナ４１が３つ以上ある場合に、切替器３３は、同時に電磁波を供給する終端アンテナ４１が複数（終端アンテナ４１の総数より少ない数）となるように、電磁波を供給する終端アンテナ４１を切り替えてもよい。例えば、前記実施形態では、オン状態に設定される複数の調節機構５３の組合せが変えられる。
【００６７】
また、前記実施形態において、１つの燃焼室２０に対して複数の終端アンテナ４１を設けてもよい。燃焼室２０では、複数の終端アンテナ４１からタイミングをずらしてマイクロ波が放射される。複数の終端アンテナ４１の近傍では、異なるタイミングでマイクロ波プラズマが生成される。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上説明したように、本発明は、電磁波を放射して電磁波プラズマを生成する電磁波放射装置について有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１３     電磁波放射装置
３０     プラズマ生成装置
３２     電磁波発振器
３３     切替器
４１     終端アンテナ
５０     空胴共振器
５１     入力側アンテナ
５２     出力側アンテナ
５３     調節機構（調節手段）
５５     マイクロ波の伝送線路（電磁波の伝送線路）
６０     共振空間
【図１】
2012161231.tif 000003
【図２】
2012161231.tif 000004
【図３】
2012161231.tif 000005
【図４】
2012161231.tif 000006
【図５】
2012161231.tif 000007
【図６】
2012161231.tif 000008
【図７】
2012161231.tif 000009
【国際調査報告】
2012161231.tif 000010
2012161231.tif 000011
2012161231.tif 000012
2012161231.tif 000013