(57)【要約】  紫外線ランプシステムが提供される。紫外線ランプシステムは、（ａ）電球と、（ｂ）電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成された少なくとも１つのマグネトロンと、（ｃ）少なくとも１つのマグネトロンに電気エネルギーを供給するように構成された電源であって、電球からの光出力が強度およびスペクトル出力の少なくとも一方においてより均一であるように、少なくとも１つのマグネトロンに供給される電気エネルギーを変調するように構成されている電源とを含む。
2021501969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線ランプシステムであって、前記紫外線ランプシステムは、
電球と、
前記電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成された少なくとも１つのマグネトロンと、
前記少なくとも１つのマグネトロンに電気エネルギーを供給するように構成された電源と、
を含み、前記電源は、前記電球からの光出力が強度およびスペクトル出力の少なくとも一方においてより均一であるように、前記少なくとも１つのマグネトロンに供給される前記電気エネルギーを変調するように構成されている、
紫外線ランプシステム。
【請求項２】
前記電源は、前記電球からの光出力が強度およびスペクトル出力の少なくとも一方においてより均一であるように、前記少なくとも１つのマグネトロンに供給される電気エネルギーを選択的に除去して前記電気エネルギーを変調するように構成されている、
請求項１に記載の紫外線ランプシステム。
【請求項３】
前記電源は、パルス幅変調を使用して前記少なくとも１つのマグネトロンに供給される前記電気エネルギーを変調するように構成されている、
請求項１に記載の紫外線ランプシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのマグネトロンは、
（ｉ）前記電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成された第１のマグネトロンと、
（ｉｉ）前記電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成された第２のマグネトロンと、
を含む、
請求項１に記載の紫外線ランプシステム。
【請求項５】
前記電源は、前記電球からの光出力が強度およびスペクトル出力の少なくとも一方においてより均一であるように、前記第１のマグネトロンおよび前記第２のマグネトロンのそれぞれに供給される前記電気エネルギーを変調するように構成されている、
請求項４に記載の紫外線ランプシステム。
【請求項６】
前記電球は、垂直方向で動作するように構成され、
前記第１のマグネトロンは、垂直構成で前記電球の下部によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成され、
前記第２のマグネトロンは、垂直構成で前記電球の上部によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成されている、
請求項５に記載の紫外線ランプシステム。
【請求項７】
前記電源は、パターンに従って前記第１のマグネトロンおよび前記第２のマグネトロンのそれぞれに供給される前記電気エネルギーを繰り返し除去または低減するべく動作するように構成され、
前記電気エネルギーは、前記第２のマグネトロンから前記電気エネルギーを除去する前に前記第１のマグネトロンから除去される、
請求項６に記載の紫外線ランプシステム。
【請求項８】
紫外線ランプシステムを動作させる方法であって、前記方法は、
（ａ）少なくとも１つのマグネトロンを提供し、前記紫外線ランプシステムの電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するステップと、
（ｂ）前記電球からの光出力が強度およびスペクトル出力の少なくとも一方においてより均一であるように、前記少なくとも１つのマグネトロンに供給される電気エネルギーを変調するステップと、
を含む方法。
【請求項９】
ステップ（ｂ）は、前記電球からの光出力が強度およびスペクトル出力の少なくとも一方においてより均一であるように、前記少なくとも１つのマグネトロンに供給された電気エネルギーを選択的に除去して、前記電気エネルギーを変調するステップを含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｂ）は、パルス幅変調を使用して、前記電球からの光出力が強度およびスペクトル出力の少なくとも一方においてより均一であるように、前記少なくとも１つのマグネトロンに供給される電気エネルギーを変調するステップを含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
ステップ（ａ）は、
前記電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成された第１のマグネトロンを提供するステップと、
前記電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成された第２のマグネトロンを提供するステップと、
を含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
ステップ（ｂ）は、前記電球からの光出力が強度およびスペクトル出力の少なくとも一方においてより均一であるように、前記第１のマグネトロンおよび前記第２のマグネトロンのそれぞれに供給される電気エネルギーを変調するステップを含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電球は、垂直方向で動作するように構成され、
前記第１のマグネトロンは、垂直構成で前記電球の下部によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成され、
前記第２のマグネトロンは、垂直構成で前記電球の上部によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成されている、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ステップ（ｂ）は、パターンに従って前記第１のマグネトロンおよび前記第２のマグネトロンのそれぞれに供給される前記電気エネルギーを繰り返し除去または低減するように前記電源を動作させるステップを含み、それにより、前記電気エネルギーは、前記第２のマグネトロンから前記電気エネルギーを除去する前に前記第１のマグネトロンから除去される、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法は、（ｃ）前記紫外線ランプシステムの適用のために、完全な直流電気エネルギーを前記少なくとも１つのマグネトロンに供給するステップをさらに含み、
前記紫外線ランプシステムは、
（ｉ）ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）の前記電球と比較した別の電球と、
（ｉｉ）ステップ（ｂ）で使用される前記電球の構成と比較した前記電球の独自の構成と、
のうちの少なくとも１つを含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
紫外線ランプシステムを構成する方法であって、前記方法は、
（ａ）少なくとも１つのマグネトロンを提供し、前記紫外線ランプシステムの電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するステップと、
（ｂ）前記少なくとも１つのマグネトロンに電気エネルギーを供給する電源を供給するステップと、
（ｃ）前記少なくとも１つのマグネトロンに供給された前記電気エネルギーの少なくとも１つの変調パラメータを変化させながら、前記電球の少なくとも１つの性能パラメータを監視するステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）の後に前記マグネトロンに提供される前記電気エネルギーの電流のプロファイルを判定するステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
ステップ（ｄ）は、前記電球の少なくとも１つの性能パラメータに対する許容の値を提供する少なくとも１つの変調パラメータの値を含む前記電流のプロファイルを判定するステップを含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの性能のパラメータは、
（ｉ）前記電球の温度、
（ｉｉ）前記電球の強度の値、および、
（ｉｉｉ）前記電球のスペクトル出力、
のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記電気エネルギーの前記少なくとも１つの変調パラメータは、
（ｉ）前記電気エネルギーのデューティサイクル、
（ｉｉ）前記電気エネルギーの遮断の周波数、
（ｉｉｉ）第２のマグネトロンへの前記電気エネルギーの印加を遮断する位相オフセットと比較した、第１のマグネトロンに印加される前記電気エネルギーへの遮断の位相オフセット、
（ｉｖ）前記電気エネルギーの遮断のフィルタ係数、
（ｖ）前記少なくとも１つのマグネトロンに供給される前記電気エネルギーのピーク電流、
のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
ステップ（ｃ）およびステップ（ｄ）が複数の適用について繰り返され、
前記適用の各々は、（ｉ）前記適用の他のものと比較したときの固有の電球と、（ｉｉ）前記適用の他のものと比較したときの前記電球の固有な構成と、のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１７年１１月３日に出願された米国仮特許出願第６２／５８１，３０１号の利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、紫外線ランプシステムに関し、より詳細には、紫外線ランプシステム、ならびにそのようなシステムの改善された操作方法および構成方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
紫外線（ＵＶ）ランプシステムは、ＵＶ硬化などの用途で長年使用されてきた。数多くある従来の産業用の高ワット数である無電極のＵＶ硬化ランプシステムは、マイクロ波エネルギー（ＲＦ）を共通の楕円反射器の空洞に導く導波管に取り付けられた２つのマグネトロンによって駆動される、管状の無電極電球エンベロープを含む、１０インチの長さのモジュール式ランプ（照射モジュール）に基づいている。これらのモジュール式照射器を端から端まで配置して、様々な長さの用途向けの、連続するＵＶ硬化ゾーンが設けられる。米国特許第４，０４２，８５０号は、そのような従来のシステムの詳細を示しており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００４】
マグネトロンは、マイクロ波を出力アンテナからランプ内部の金属導波管に放出し、これにより、ＲＦが、電球を含む反射器の空洞に向けられる。無電極の管状石英電球は、少量の水銀、アルゴンなどのイオン化しやすいガスを、金属ハロゲン化物塩などの他の添加剤と共に充填させて、スペクトル出力を変更および強化する。２つのマグネトロンのそれぞれによって生成される高周波（例えば、２．４５ＧＨｚ）、高出力（例えば、最大３ｋＷのＲＦ）の電場は、電球内のガスを高エネルギーレベルに励起し、リニアインチあたり最大６００ワットの平均電力で水銀と添加剤を気化およびイオン化する。気化した分子の結果として生じる高エネルギーの衝突により、電球は大量のＵＶエネルギーを放出する。これには、いくらかの可視光線と赤外線も含まれる。ヨウ化鉄添加剤などの特定の電球充填添加剤で可能なＵＶ出力の増強は、無電極ＵＶランプの主な利点の１つである。
【０００５】
各照射器モジュールの電力は、ケーブルによってその照射器モジュールに接続された専用電源に由来する。高ＤＣ電圧で２つのマグネトロンを駆動するために、電源には電圧変換構成要素が含まれている必要がある。これには通常、一対の電圧変換エンジンが含まれ、各エンジンは単一のマグネトロンに接続されている。電源エンクロージャはまた、使用者および機械の電力のレベルの制御ならびにディスプレイインターフェース、マグネトロンフィラメント制御ロジック、保護インターロック機能などの付加的な機能のための多くの他の構成要素を含有する。
【０００６】
電圧変換構成要素は、変換器、ダイオードおよびコンデンサを使用して、ＡＣライン電圧を整流し、出力をマグネトロンによって利用されるはるかに高いＤＣ電圧に変換する鉄共振原理に基づくことができる。それらはまた、より近代的かつ効率的なソリッドステートの高周波スイッチング構成要素に基づくことができる。
【０００７】
鉄共振電源とスイッチモード電源の両方が現在市場で入手可能であり、両方とも上記のような１０インチのマイクロ波ランプ照射器を駆動するために互換的に使用されている。２つの電源の設計のそれぞれに長所と短所がある。
【０００８】
鉄共振電源を用いたマイクロ波電力供給ランプシステムは、一般に、高リップルマグネトロン電流特性を有し、したがって、高いリップルのＵＶ出力を生成する。第２のマグネトロン用変換器は、一般に３相電源ライン（第１のマグネトロン用の脚部とは異なる）と異なる脚部に電力が供給され、したがって、第２のマグネトロンのリップルは、第１のマグネトロンと位相を１２０°外すことができる。鉄共振電源は、ソリッドステートの電源に比べて効率が悪くなる傾向がある。鉄共振電源は変換器が重いことに起因して非常に重い（例えば最大４倍重い）。スロットアークおよびマグネトロン内部のアークまたはモーディングは、低リップルのソリッドステートの電源に比べて発生する余分な高いピーク電流および電圧に起因して、高リップルの電源を使用する場合、より大きな問題となる傾向がある。鉄共振電源は、世界中で使用される異なるラインの電圧および周波数（５０または６０Ｈｚ）のための別のバージョンを有していなければならない。マグネトロンＲＦ出力電力はまた、ゼロ付近、第２のものの１００〜１２０倍に下げることが可能で、平均電力よりもはるかに高いレベルでピークに達することが可能である。同様に、電球の両端からの紫外線の出力は、密接に各マグネトロンの電流の変調リップルに沿う。通常、電源は、一個のマグネトロンが第２のマグネトロンから位相がずれて動作することができるように、３相交流電源に配線されている。この場合、ランプの焦点面におけるＵＶの混合は、高いリップル効果の幾分かを軽減する。しかし、ランプの遠い端部からは寄与がより少ないので、焦点面におけるリップルは、ランプモジュールの端部に向かって最も顕著である。変調させたＵＶ出力におけるこの低い点は、硬化すべきコーティングの全領域を均一に硬化させることができないことがあるため、ランプの下を通過する高速の硬化の適用にとって問題となり得る。端から端までの積層の複数のランプモジュールを使用したワイドウェブの用途では、隣接する２つのマグネトロンが位相内で動作することが起こる場合は特に、同じ高リップルの問題に起因して、他の領域よりも少ない硬化の領域が存在できる。
【０００９】
無電極ＵＶランプ用に設計された近代的なソリッドステートＤＣスイッチング電源は、より正確な電力レベルの制御などの強化された機能で、長年にわたって利用されてきた。キロヘルツの範囲を超えるスイッチング周波数では、リップルのない実質的に連続したＵＶ出力をもたらす。それらはまた、上記の鉄共振電源の欠点に悩まされることもない。
【００１０】
しかし、連続的な、リップルのない出力電源で動作する主な問題は、一般に、垂直に追加する電球のタイプを動作させる電球の軸に沿った「色分解」と呼ばれている。多くの硬化の用途では（例えば、特定の回転式の瓶または缶の適用、特定の光ファイバドロータワーの適用など）、垂直のランプの向きを利用する傾向がある。「Ｄ」型電球（例えばヨウ化鉄添加剤を含む）と、「Ｖ」型電球（例えばヨウ化ガリウム添加剤を含む）といった高性能の添加電球は、垂直で低リップルの供給の電力のとき、どちらも色分解の影響を受ける。「Ｄ」型電球が、ＵＶＡ出力の優れた向上に起因して広く使用され、「Ｖ」型電球はＵＶＶ帯域に増強されている。しかし、それらは、電球の軸が傾斜または垂直の動作で使用されている場合、電球の内部に充填材の適切な分布を維持することができない。これらの電球およびその他の添加電球の両方は、ＤＣ電源で垂直に動作するとき、不完全な実行で非効率的になる。
【００１１】
従来の電球（例えば、直径が可変の長さ９インチのシリンダー）が非水平（例えば、垂直、傾斜など）の形状で動作されると、電球の充填材と添加剤は電球の底部に対して一層多く移行し、望ましくない動作状態になる傾向がある。残存している適切な気化した充填材が不足しているため、電球の上半分へのマイクロ波結合が大幅に減少し、全体的なＵＶ出力が約２５％減少する。加えて電球は、電球の下半分において、通常よりも著しく高温になる傾向がある。例えば、過度に高いピークの電球の壁の温度（例えば１１５０℃より高い）が、不均一な壁の負荷が原因である可能性があり、電球の寿命が大幅に短くなり得、深刻な過熱の電球のエンベロープに起因して壊滅的な電球のエンベロープの不良となる可能性がある。
【００１２】
したがって、特に非水平（例えば、垂直、傾斜など）の向きでのランプの動作中、ＵＶランプの動作を改善するためのシステムおよび方法を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の例示的な実施形態によれば、紫外線ランプシステムが提供される。紫外線ランプシステムは、（ａ）電球、（ｂ）電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成された少なくとも１つのマグネトロン、および（ｃ）少なくとも１つのマグネトロンに電気エネルギーを供給するように構成された電源であって、電球からの光出力が強度およびスペクトル出力の少なくとも一方においてより均一であるように、少なくとも１つのマグネトロンに供給される電気エネルギーを変調するように構成されている電源を含む。
【００１４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、紫外線ランプシステムを動作させる方法が提供される。この方法は、（ａ）少なくとも１つのマグネトロンを提供して、紫外線ランプシステムの電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するステップ、および（ｂ）電球からの光出力が強度およびスペクトル出力の少なくとも一方においてより均一であるように、少なくとも１つのマグネトロンに供給される電気エネルギーを変調するステップを含む。
【００１５】
本発明のさらに別の例示的な実施形態によれば、紫外線ランプシステムを構成する方法が提供される。この方法は、（ａ）少なくとも１つのマグネトロンを提供して、紫外線ランプシステムの電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するステップ、（ｂ）少なくとも１つのマグネトロンに電気エネルギーを供給するために電源を設けるステップ、（ｃ）少なくとも１つのマグネトロンに供給された電気エネルギーの少なくとも１つの変調パラメータを変化させながら、電球の少なくとも１つの性能のパラメータを監視するステップ、および（ｄ）ステップ（ｃ）の後にマグネトロンに提供される電気エネルギーの電流のプロファイルを判定するステップを含む。
【００１６】
本発明は、添付の図面に関連して読まれるとき、以下の詳細な説明から最もよく理解される。一般的な慣行に従って、図面の様々な特徴は縮尺通りではないことが強調される。反対に、様々な特徴の寸法を、明確にするために、場合により拡大または縮小させる。図面には次の図が含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の例示的な実施形態による紫外線ランプシステムのブロック図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態による別の紫外線ランプシステムのブロック図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態によるさらに別の紫外線ランプシステムのブロック図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による紫外線ランプシステムの電源により供給される電流の信号を示す信号の図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による紫外線ランプシステムを動作させる方法を示す流れ図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態による紫外線ランプシステムを構成する方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の特定の例示的な実施形態によれば、紫外線ランプシステムの１つの以上のマグネトロンを駆動する電流波形のタイプは、ハイブリッド電流波形である。つまり、電流がまさにＡＣまたはＤＣであるのではなく、ハイブリッドである。例えば、電流波形は、そのデューティサイクルの大部分の割合（例えば９０％）のためのＤＣ波形であってもよく、そのとき一度素早く落下して上昇する。他の電流波形が考えられる。そのような電流波形は、スイッチモード電源（例えば、ソリッドステートＤＣスイッチング電源、ソリッドステートスイッチモード電源など）の内部ソフトウェアおよびファームウェアを修正することによって達成することができる。本発明の態様は、例えば、比較的低いＵＶ出力リップルを依然として維持しながら、添加電球のタイプでの改善された垂直（または傾斜）のランプの性能のために使用されてもよい。
【００１９】
本発明の態様は、スイッチモード電源の内部高電圧エンジン制御ファームウェアの修正を含み得る。これは、マグネトロンに供給される電流の広範囲の短い遮断を導入および操作するために調整できる新しいソフトウェア定義のパラメータを追加することによって達成できる。これは、ひいては、鉄共振電源と同様に電球内のプラズマダイナミクスを刺激し、例えば非線形（例えば、垂直、傾斜など）の用途で電球の性能を向上させる。
【００２０】
電流遮断機能（例えば、電力曲線の形状、タイミング、持続時間など）の特性、ならびに各マグネトロン（例えば、図１〜図３に示される２つのマグネトロン）の遮断周波数は、遮断を特徴付けるために、４つの調整可能なソフトウェアのパラメータの組み合わせを使用して体系的に評価できる。４つの例示的な調整可能なソフトウェアのパラメータは、以下を含む。すなわち、（ｉ）デューティサイクル（例えば、遮断間の時間の割合％）、（ｉｉ）周波数（例えば、１秒あたりの遮断数−１Ｈｚで６０〜３６０Ｈｚなど）、（ｉｉｉ）位相オフセット（例えば、位相角の遅れ（第１および第２のマグネトロン遮断の間の時間差））、（ｉｖ）フィルタ係数（例えば、遮断の形状を変化させるために使用される、すなわちマグネトロン電流遮断の下降および上昇の速度および大きさ）、および（ｖ）マグネトロンに提供される電気エネルギーのピーク電流、である。
【００２１】
様々なパラメータが調整されるときにランプの性能をリアルタイムで監視するために、いくつかの異なる機器を含む試験手順が利用されてもよい。例えば、データロガーに接続されたＵＶ放射計を使用して、電球を水平方向から垂直方向に回転させたときのＵＶ出力の変化を監視および比較できる。写真とビデオの記録を使用して、通常は鉄共振電源で、また実験的な遮断パラメータのより適切な組み合わせでも様々な程度に発生する電球内の複雑なプラズマダイナミクスを調査し得る。熱画像化を利用して、垂直方向にあるときに発生する可能性のある電球のエンベロープの温度の変化を評価することもできる。
【００２２】
サイクルのより高いパーセンテージが遮断期間の短縮と共に非リップルＤＣモードにあるため、それらが色の分離を防止するのに効果的である場合、より高いデューティサイクルが好ましい場合があることが理解されよう。さらに、ベースラインＵＶ出力を維持するために必要とされ得るのは、最大マグネトロン電流の設定のわずかな増加だけである。ベースラインＵＶ出力は、水平方向での通常のＵＶの能力として定義することができる（例えば、マグネトロンへの８９０ｍＡの非リップルＤＣ電流）。
【００２３】
５つの電流制限ソフトウェアのパラメータの多くの組み合わせを評価した後、ＵＶランプシステムの性能（例えば、垂直構成、傾斜構成などの電球を含む）は今や、問題のある添加電球（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｂｕｌｂ）について、スイッチモード電源を使用して回復できると判断された。電源ハードウェア構成要素への変更を最小限に抑えながら、望ましい結果をもたらすソフトウェアパラメータの特定の組み合わせが通常望ましい。本質的に、本発明の態様は、いずれかの主要な欠点なしに、スイッチモード電源（例えば、ソリッドステートＤＣ電源、ソリッドステートのスイッチモード電源など）および鉄共振電源の利点を組み合わせる。
【００２４】
スイッチモード電源に追加されたソフトウェアのパラメータの固定したセットは、使用者が電源をオンまたはオフし、それによって、使用者がスイッチモード電源を（ｉ）特定の適用のフルＤＣモード（例えば水平または垂直方向の非添加電球）、および（ｉｉ）他の適用での遮断電流モード（例えば色分解と性能の貧弱化を防止するため非水平方向で動作する添加電球）で、容易に動作できるようにする。以下に説明するように、紫外線ランプシステムは、例えばセンサなどを使用して、少なくとも１つのマグネトロンに提供される適切なモード（および／または電流のプロファイル）を自動的に決定することができる。
【００２５】
本発明はまた、そのようなアークランプなど、紫外線を放出するプラズマを使用するすべてのランプのために有用であり得る。
【００２６】
これより図面を参照する。図１は、紫外線ランプシステム１００を示す。紫外線ランプシステム１００は、変調電源１０２および照射器１０４を含む。照射器１０４は、第１のマグネトロン１０６ａ（アンテナ１０６ａ１を有する）および第２のマグネトロン１０６ｂ（アンテナ１０６ｂ１を有する）を含む。変調電源１０２は、電流信号１０２ａおよび１０２ｂを介して、第１のマグネトロン１０６ａおよび第２のマグネトロン１０６ｂのそれぞれに電気エネルギーを供給する。マグネトロン１０６ａ、１０６ｂはマイクロ波エネルギーを導波管１０８に放出し、導波管１０８はマイクロ波エネルギー（ＲＦ）を、反射器１１０によって画定されたスロット１１０ａおよび１１０ｂに向ける（反射器１１０は冷却孔１１０ｃも画定する）。したがって、マイクロ波エネルギーは、反射器１１０によって画定される空洞に供給される。マイクロ波エネルギーは、電球１１２によって受け取られ、これと相互作用して、電球１１２が、所与の用途（例えば、ＵＶ硬化という用途）で望まれるようにＵＶエネルギーを放出するようにする。
【００２７】
図１に示すように、電球１１２は、「水平」構成で配置されている。特定の用途において、「垂直」または「傾斜」構成で紫外線ランプシステムに電球を配置することが望ましいことが理解される。図２は、「垂直」構成で配置された電球２１２を含む紫外線ランプシステム２００を示し、一方、図３は、「傾斜」構成に配置された電球３１２を含む紫外線ランプシステム３００を示す。それ以外は、図２〜図３の様々な要素は、図１に関して上述したものと同様である。
【００２８】
図２を特に参照すると、紫外線ランプシステム２００は、変調電源２０２および照射器２０４を含む。照射器２０４は、第１のマグネトロン２０６ａ（アンテナ２０６ａ１を有する）および第２のマグネトロン２０６ｂ（アンテナ２０６ｂ１を有する）を含む。変調電源２０２は、電流信号２０２ａおよび２０２ｂを介して、第１のマグネトロン２０６ａおよび第２のマグネトロン２０６ｂのそれぞれに電気エネルギーを供給する。マグネトロン２０６ａ、２０６ｂは、マイクロ波エネルギーを導波管２０８に放出し、導波管２０８は、反射器２１０により画定されるスロット２１０ａおよび２１０ｂを通してマイクロ波エネルギー（ＲＦ）を導く（反射器２１０はまた、冷却孔２１０ｃも画定する）。したがって、マイクロ波エネルギーは、反射器２１０によって定められる空洞に供給される。マイクロ波エネルギーは、電球２１２により受け取られ、これと相互作用し、電球２１２に、所与の用途（例えば、ＵＶ硬化用途）で望まれるＵＶエネルギーを放出させる。
【００２９】
図３を特に参照すると、紫外線ランプシステム３００は、変調電源３０２および照射器３０４を含む。照射器３０４は、第１のマグネトロン３０６ａ（アンテナ３０６ａ１を有する）および第２のマグネトロン３０６ｂ（アンテナ３０６ｂ１を有する）を含む。変調電源３０２は、電流信号３０２ａおよび３０２ｂを介して、第１のマグネトロン３０６ａおよび第２のマグネトロン３０６ｂのそれぞれに電気エネルギーを供給する。マグネトロン３０６ａ、３０６ｂは、マイクロ波エネルギーを導波管３０８に放出し、導波管３０８は、反射器３１０により画定されるスロット３１０ａおよび３１０ｂを通してマイクロ波エネルギー（ＲＦ）を導く（反射器３１０はまた、冷却孔３１０ｃも画定する）。したがって、マイクロ波エネルギーは、反射器３１０によって定められる空洞に供給される。マイクロ波エネルギーは、電球３１２により受け取られ、これと相互作用し、電球３１２に、所与の用途（例えば、ＵＶ硬化用途）で望まれるＵＶエネルギーを放出させる。
【００３０】
変調電源１０２、２０２および３０２（またはスイッチモード電源などの本発明の範囲内の任意の変調電源）の各々により供給される電気エネルギーは、（適用時に望まれるように）変調することができ、その結果各電球１１２、２１２および３１２からの光の出力が、強度とスペクトル出力の少なくとも１つにおいてより均一になる。より具体的には、電流信号の各々（例えば、変調電源１０２から電流信号１０２ａおよび１０２ｂ、変調電源２０２からの電流信号２０２ａおよび２０２ｂ、変調電源３０２からの電流信号３０２ａおよび３０２ｂなど）に変調される無変調電流信号（例えば、純粋なＤＣ信号）から生じる光出力と比較して、強度とスペクトル出力の少なくとも１つでより均一であり、それぞれの電球（１１２、２１２および３１２）からの光出力を提供する。
【００３１】
変調させた電気エネルギー（変調させた電流信号、または変調させた電流のプロファイルなどとも呼ばれる）は、複数の異なる方法で説明される、または特徴付けられる。例えば、そのような変調させた電気エネルギーは、パルス幅が変調された変調電源の出力と考えることができる。このようなパルス幅変調は、変調電源のソフトウェア制御を使用して達成することができる。
【００３２】
そのような変調させた電気エネルギーは、少なくとも１つのマグネトロン（または図１〜図３では２つのマグネトロン各々）に供給される電気エネルギーを選択的に除去して電気エネルギーを変調させ、電球からの光の出力が強度およびスペクトル出力の少なくとも一方においてより均一であるように変調電源を適用することによって説明され得る、または特徴付けられ得る。電気エネルギーを選択的に除去することにより、変調電源は、電流の選択的な除去／遮断のない完全なＤＣモードとは対照的に、遮断電流モードで動作すると言える。
【００３３】
いずれの場合でも、変調電源（例えば、図１の変調電源１０２、図２の変調電源２０２、図３の変調電源３０２など）は、出力電流信号を変動させて、変調させた電流のプロファイルを提供する。図４は、そのような変動する出力電流信号の例を示す。具体的には、図４は、第１の電流信号４０２および第２の電流信号４０４を示している。例えば、第１の電流信号４０２は、第１のマグネトロン（例えば、図１における電流信号１０２ａまたは電流信号１０２ｂの一方、図３における電流信号２０２ａまたは電流信号２０２ｂの一方、図３における電流信号３０２ａまたは電流信号３０２ｂの一方など）に設けられた電流信号に対応することができ、第２の電流信号４０４は、第２のマグネトロン（例えば、図１における電流信号１０２ａまたは電流信号１０２ｂの他方、図３における電流信号２０２ａまたは電流信号２０２ｂの他方、図３における電流信号３０２ａまたは電流信号３０２ｂの他方など）に設けられた電流信号に対応することができる。
【００３４】
本発明の特定の例示的な実施形態によれば、図１〜図３で説明されている電源は「変調」電源としてラベル付けされているが、電源（スイッチモード電源とも呼ばれ得る）はまた、完全なＤＣモードで動作され得る。例えば、使用者が電源をオンまたはオフ（またはアクティブ化）できる電源（例えば、変調電源）にソフトウェアのパラメータのセットを追加でき、それによって、使用者が電源を（ｉ）特定の適用のフルＤＣモード（例えば水平または垂直方向の添加電球）、および（ｉｉ）他の適用での遮断電流モード（例えば色分解と性能の貧弱化を防止するため非水平方向で動作する添加電球）で、動作できるようにする。
【００３５】
さらに、本発明の態様によれば、変調電源の動作は、複数の用途のために構成されてもよい。例えば、電球のタイプ／仕様、電球の構成（例えば、水平、垂直、傾斜など）、マグネトロンの向き、所望のスペクトルの出力および均一性などの変数を利用して、複数の用途のために変調電力の電流のプロファイルを構成することができる。そのような場合、紫外線ランプシステムの動作中に、使用者は、使用者が使用しているアプリケーションに基づいて、適切な電流のプロファイルを選択することができる（例えば、ソフトウェアまたはユーザインターフェースなどを通じて選択する）。
【００３６】
他の例では、適切な電流のプロファイルの選択に使用される適切な変数（複数可）／パラメータ（複数可）を識別するために、紫外線ランプシステムにセンサを含めることができる。次に、そのような変数（複数可）の存在を感知すると、本発明による方法は、適切な電流のプロファイルを自動的に選択（および／または実装）する紫外線ランプシステムを含むことができる。特定の例において、紫外線ランプシステムは、電球のタイプ／仕様、ランプの向き（例えば、水平、垂直、または傾斜の電球の向きを含む）、または他の変数を識別するためのセンサを含み得る。この情報を使用して、過去のテストまたは実験に基づいて、適切な電流のプロファイル（および／または前述のフルＤＣモードや遮断電流モードなどのモード）を実装および／または選択できる。
【００３７】
本明細書で使用する場合、「現在のプロファイル」という用語は、電源（例えば、図１〜図３に示すような変調電源）によって紫外線ランプシステムに関連した１つ以上のマグネトロンに印加される電気エネルギーのいずれかの詳細を広義に参照することが意図されている。例えば、図４は、単独で、または一緒に、電流のプロファイルとみなされ得る２つの例示的な電流信号を示す。
【００３８】
従来技術と比較して、本発明の態様は、複数の利点をもたらす。容易に明らかではない場合もあるそのような１つの利点は、特定の用途で使用される電気エネルギーの減少である。すなわち、本明細書に記載される「変調させた」電気エネルギーを使用することにより、ピーク電流は、従来の鉄共振電源システムと比較して低減されるが、そのようなシステムの利点の多くまたはすべてを達成する。より少ないエネルギーでのそのような減少したピーク電流の結果が使用され、典型的には、マグネトロンなどの紫外線ランプシステムの特定の要素について、より長い寿命をもたらす。
【００３９】
図５〜図６は、それぞれ紫外線ランプシステムを動作させる方法、および紫外線ランプシステムを構成する方法を示す流れ図である。当業者によって理解されるように、流れ図に含まれる特定のステップは省略されてもよい。特定のさらなるステップが追加される場合がある。また、ステップの順序は、示している順序から変更させてよい。
【００４０】
図５を特に参照すると、ステップ５００で、少なくとも１つのマグネトロンが、紫外線ランプシステムの電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するために提供される。例えば、図１〜図３のそれぞれは、それぞれの紫外線ランプシステム１００、２００、３００の電球によって受けられるように構成されているマイクロ波エネルギーを放出するように設けられた例示的なマグネトロン（すなわち、図１のマグネトロン１０６ａおよび１０６ｂ、図２のマグネトロン２０６ａおよび２０６ｂなど、図３のマグネトロン３０６ａおよび３０６ｂなど）を示す。ステップ５０２で、電源から少なくとも１つのマグネトロンに設けられた電気エネルギーは、電球からの光出力が強度およびスペクトル出力の少なくとも一方においてより均一であるように変調される。例えば、電気エネルギーは、所望の電流のプロファイルを有するように変調され得る。特定の例において、電気エネルギーは、パルス幅変調を用いて変調することができる。変調はまた、所望の電流のプロファイル（例えば、図４を参照のこと）による電気エネルギーの選択的な除去／遮断とみなしてもよい。
【００４１】
電球が垂直方向で動作するように構成される特定の場合において、第１のマグネトロンは、垂直構成で電球の下部によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成でき、第２のマグネトロンは、垂直構成で電球の上部によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するように構成されてもよい。そのような場合、ステップ５０２は、パターンに従って第１のマグネトロンおよび第２のマグネトロンのそれぞれに供給される電気エネルギーを繰り返し除去または低減するように電源を操作することを含み得、それにより電気エネルギーは、第２のマグネトロンから電気エネルギーを除去する前に第１のマグネトロンから除去される。
【００４２】
任意のステップ５０４を参照すると、完全な直流電気エネルギーが、紫外線ランプシステムの別の用途のために少なくとも１つのマグネトロンに供給されている。別の用途は、例えば、（ｉ）ステップ５００および５０２の電球と比較した別の電球、および（ｉｉ）ステップ５０２で使用した電球の構成と比較した電球の独特の構成の少なくとも一方を含むことができる。完全な直流電気エネルギーのこの用途は、他の用途（例えば色分解と性能の貧弱化を防止するため非水平方向で動作する添加電球）のための上述の遮断電流モードとは対照的に、特定の適用（例えば、水平方向または垂直方向の非添加電球）に関する上記の完全ＤＥモードに関連し得る。
【００４３】
図６を特に参照すると、ステップ６００で、少なくとも１つのマグネトロンが、紫外線ランプシステムの電球によって受け取られるように構成されたマイクロ波エネルギーを放出するためにもたらされる。例えば、図１〜図３のそれぞれは、それぞれの紫外線ランプシステム１００、２００、３００の電球によって受けられるように構成されているマイクロ波エネルギーを放出するように設けられた例示的なマグネトロン（すなわち、図１のマグネトロン１０６ａおよび１０６ｂ、図２のマグネトロン２０６ａおよび２０６ｂなど、図３のマグネトロン３０６ａおよび３０６ｂなど）を示す。ステップ６０２で、電源は、少なくとも１つのマグネトロンに電気エネルギーを供給するために設けられている。例えば、図１〜図３のそれぞれは、例示的な各変調電源１０２、２０２および３０２を示す。ステップ６０４で、少なくとも１つのマグネトロンに供給された電気エネルギーの少なくとも１つの変調パラメータを変化させながら、電球の少なくとも１つの性能のパラメータが監視される。電球の少なくとも１つの性能のパラメータの例としては、（ｉ）電球の温度（温度は複数の温度の値、温度のプロファイルなどであってもよい）、（ｉｉ）電球の光強度の値（光強度の値は、複数の光強度の値、光強度のプロファイルなどであってもよい）、および（ｉｉｉ）電球のスペクトル出力（電球のスペクトル出力は複数の温度スペクトル出力の値、スペクトル出力のプロファイルなどであってもよい）を含む。電気エネルギーの少なくとも１つの変調パラメータの例としては、（ｉ）電気エネルギーのデューティサイクル、（ｉｉ）電気エネルギーの遮断の周波数、（ｉｉｉ）第２のマグネトロンへの電気エネルギーの印加を遮断する位相オフセットと比較した、第１のマグネトロンに印加される電気エネルギーへの遮断の位相オフセット、（ｉｖ）電気エネルギーの遮断のフィルタ係数、および（ｖ）マグネトロンに供給される電気エネルギーのピーク電流、を含む。ステップ６０６で、ステップ６０４の後にマグネトロンに提供される電気エネルギーの電流のプロファイルが判定される。ステップ６０６で決定された電流のプロファイルは（ステップ６０４で判定されるように）電球の少なくとも１つの性能パラメータの許容値を提供するために利用される少なくとも１つの変調パラメータの値を含むことができる。
【００４４】
本発明の態様によれば、ステップ６０４および６０６は複数の適用のために繰り返されてもよく、適用の各々は（ｉ）他の適用と比較した固有な電球、および（ｉｉ）適用の他のものと比較したときの電球の固有な構成の少なくとも１つを含む。
【００４５】
本発明は、図示および特定の実施形態を参照して本明細書に記載されているが、本発明は示された詳細に限定されるものではない。むしろ、本発明から逸脱することがなければ、特許請求の範囲の均等物の主旨および範囲内で種々の変更を細部で行うことができる。
【図１】
2021501969.tif 000003
【図２】
2021501969.tif 000004
【図３】
2021501969.tif 000005
【図４】
2021501969.tif 000006
【図５】
2021501969.tif 000007
【図６】
2021501969.tif 000008
【国際調査報告】
2021501969.tif 000009
2021501969.tif 000010
2021501969.tif 000011
2021501969.tif 000012