(57)【要約】ランプシステムのための電源が提供される。本電源は、高電力レベルから低電力レベルまでスイッチする構造を含むことができる。高電力レベル及び低電力レベルによって形成されるサイクルが繰り返される。高電力レベルは、同じランプシステムのために使用される普通の安定状態電力レベルより高くすることができる。
2004518246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプシステム用電源であって、前記電源は高電力レベルから低電力レベルまでスイッチする構造を含み、前記高電力レベル及び前記低電力レベルによって形成されるサイクルが反復され、前記高電力レベルは、同一ランプシステムに使用される普通の安定状態電力レベルより高いことを特徴とする電源。
【請求項２】
前記電源は、低リップル電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の電源。
【請求項３】
前記ランプシステムは、無極バルブを有する無極紫外ランプシステムからなることを特徴とする請求項１に記載の電源。
【請求項４】
前記ランプシステムは、紫外光を出力するアークランプに給電するアークランプシステムからなることを特徴とする請求項１に記載の電源。
【請求項５】
ランプシステムのための電源及びマグネトロンの組合わせであって、前記電源は前記マグネトロンを駆動し、前記電源は請求項１に記載の電源であることを特徴とする組合わせ。
【請求項６】
材料を前記紫外光に露光させる方法であって、前記紫外光を発生するランプシステムに給電するために請求項１に記載の電源を使用するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記材料は前記紫外光に露光されることによって硬化され、前記露光はステップ及び反復プロセスによることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記材料は前記紫外光に露光されることによって硬化され、前記露光は前記材料を前記紫外光に露光させる位置まで転送し、前記電源を使用する前記ランプシステムからの前記紫外光に前記材料を露光させることによることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ランプシステムの構造であって、前記ランプシステムの構造は前記ランプシステムに対する冷却要求を減少させるようにした電源を含み、前記電源は第１の電力レベルから、前記第１の電力レベルより低い第２の電力レベルまでスイッチする構造を含み、前記第１及び第２の電力レベルによって形成されるサイクルが反復され、前記ランプシステムの構造は更に前記ランプシステムを冷却する構造を含み、前記ランプシステムの冷却のレベルは、前記電源を前記第１の電力レベルにおいて安定状態条件で動作させる場合の同一ランプシステムの冷却要求に比して減少していることを特徴とするランプシステムの構造。
【請求項１０】
ランプシステムに給電するための電源を動作させる方法であって、前記電源から前記ランプシステムへ供給される電力を高電力レベルと低電力レベルとの間でスイッチさせるステップを含み、前記高電力レベル及び前記低電力レベルによって形成されるサイクルが反復され、前記高電力レベルはランプシステムに給電される普通の安定状態電力レベルより大きいことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記電力システムは、低リップル電力を供給することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ランプシステムは無極バルブからなり、前記電源は前記無極バルブに給電するためのマイクロ波を発生するマグネトロンを駆動することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ランプシステムは、アークランプからなることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
ランプシステムに給電するための電源を動作させることを含む前記ランプシステムを動作させる方法であって、前記方法は、前記電源から前記ランプシステムへ供給される電力を高電力レベルと低電力レベルとの間でスイッチさせるステップを含み、前記高電力レベル及び前記低電力レベルによって形成されるサイクルが反復され、前記方法は更に、前記ランプシステムを冷却するステップを含み、前記冷却のレベルは、前記電源を前記高電力レベルにおいて安定状態条件の下で動作させて使用した場合のランプシステムの冷却のレベルに比して減少していることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記冷却のレベルを減少させるために、前記冷却用空気圧及び冷却用空気流体積の少なくとも一方を減少させることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、従来可能であった電力レベルよりも実質的に高い電力レベルでデバイス（例えば、無極ランプのような紫外光を発生するランプ）に給電する、及び／または、通常の電力レベルではあるが冷却要求を減少させるか、または従来の電力レベルよりも高い電力レベルと従来使用されていたよりも減少した冷却空気圧及び流れ要求とを組合わせてデバイス（例えば、ランプ）に給電するための方法及び装置（例えば、電源）に関する。本発明はまた、実質的に高い電力レベル及び／または減少した冷却要求でマグネトロンに給電するための方法及び装置に関する。特定的には、本発明は、高速紫外光硬化のための超高電力レベルを達成できる、及び／または低冷却コストを達成できる方法及び装置（例えば、電源）に関する。
【０００２】
（従来の技術）
多くの紫外光硬化の用途（例えば、紫外光によってポリマー材料を硬化させる）における速度及び生産性を向上させるために、より高い電力レベルを使用することが従来から望まれていたが、さまざまな実際的制約から、紫外光ランプシステムに給電するために電源の能力を従来使用されていたよりも高い電力レベルへ移行させることは制限されてきた。
【０００３】
例えば強共振５０または６０ヘルツ電源は、ピーク電流が平均電流よりも遙かに高い高リップルのマグネトロン電流波形を発生し得る。この交流を整流した電力も、１００または１２０ヘルツに高いリップルを有するマグネトロン電流波形を発生し得る。電力レベルの上限は、この波形のピーク成分によって制限され得る。即ち、実質的に高い電力レベル及び／または減少した冷却要求でマグネトロンに給電し、ピーク電流成分がマグネトロンの電力上限に接近する場合、不都合なマグネトロンモードが発生する恐れがある。
【０００４】
別の実際的な制約は、マグネトロンのコストである。加熱または“調理産業”においては、２，４５０ＭＨｚで動作するマグネトロンが約３，０００ワットまでの電力レベルで広く使用されている。広範に使用されているために、それらは比較的低価格で大量に生産することができる。しかしながら、この価格範囲内で３，０００ワット以上で動作させるように設計されているマグネトロンは存在しない。現在市場に出ている３，０００ワット範囲以上のマグネトロンの価格は数倍も高価であり、それらは主としてレーダ型の用途に使用されている。
【０００５】
電力レベルを増加させる場合の別の制約は、マグネトロンのサイズである。現在入手可能な３，０００ワット以上で動作するマグネトロンは一般に水冷式であり、これがユーティリティ要求を付加して複雑さ及び動作コストを増加させている。一般に、マグネトロンの電力を高くすると物理的サイズは遙かに大きくなり、高価なランプ再設計と、望ましことではないがランプ寸法を大きくすることが必要になる。
【０００６】
電力レベルを増加させる場合の別の制約は、マグネトロンの過熱である。今日使用されているマグネトロンの信頼できる動作を維持するために、空冷要求は、３，０００ワット以下のマイクロ波エネルギの電力レベルにおいてさえ既に積極的である。電力レベルを増加させるにつれて、冷却用空気圧及び流れに対する要求は電力よりも遙かに速い割合で増加する。図１は、安定状態動作時のマグネトロン冷却要求を示すグラフである。破線は、高リップル源電流の場合の冷却を表している。安定状態電力を僅かに増加させるだけでも、マグネトロン冷却を大きく増加させる必要があることが解る。
【０００７】
電力レベルに対する更に別の制約は、バルブの過熱である。マイクロ波駆動無極ランプの石英外囲は、高電力レベルで動作させるためには積極的な冷却を必要とする。電力レベルを増加させるにつれて、冷却用空気圧及び流れに対する要求は電力よりも遙かに速い割合で増加する。図２は、安定状態動作時のバルブ冷却要求を示すグラフである。破線は、高リップルマグネトロン電流の場合のバルブ冷却を表している。最新式装置の冷却電力要求は既に大きく、高雑音であり、電力を僅かに増加させるだけでもバルブ冷却を大きく増加させる必要がある。多くの用途においては、空冷を大きく増加させることは受入れ難いことである。
【０００８】
当分野においては公知のように、ランプをパルス化する、またはフラッシングさせると、高電力サイクル相を遙かに高い電力レベルで動作させることができる。これが本質的に、パルス化、またはフラッシュ技術である。文献内に、及び市場に、この技術の変形を使用するパルス化キセノン紫外ランプのような多くの参照が存在している。しかしながら、ランプをパルス化する、またはフラッシングさせるこの技術においては、キセノンフラッシュランプの“オン”パルス、即ち高電力サイクルの持続時間は極めて短く（１ｍｓの範囲内）、また高電力フラッシュ間の“オフ”時間は遙かに長い。数分の一秒以内に発生するプラズマ消弧を防ぐためには、各“オン及びオフ”期間のレートを相対的に極めて速くしなければならず、即ち装置は各フラッシュ毎にバルブを再点弧するための特別な点弧スキームを有していなければならない。紫外硬化に使用するためのマイクロ波給電される中圧無極ランプ及び線形中圧アークランプは、もしホットバルブ内のプラズマが消弧するようなことがあれば、ランプを再起動できるようになるまでの遅れは長くなってしまう。従ってバルブプラズマの再起動が極めて困難になって時間を消費するようになり、バルブをクールダウンしてバルブ内を稠密に充填できるようになるまでかなりな待機時間が必要になる。
【０００９】
本明細書が参照しているＰｅｎｚｅｎｓｔａｄｌｅｒらの米国特許第５，８３８，１１４号は、無極ランプを迅速に再起動させる問題に対処している。低電力レベル、即ちシマー（ｓｓｉｍｍｅｒ）モードを使用することができる。これは、ランプを遙かに低い（全電力動作の１０％より低い）電力レベルへ瞬時にスイッチすることを可能にし、また任意の時点にランプを全電力動作まで戻るようにスイッチすることを可能にする。この特許は、比較的高い電力から比較的低い電力までスイッチさせて、迅速な再起動特色を得ることを教示している。またこの特許は、全電力モードでマグネトロンへ供給する比較的高い電力から、ランプを点弧した状態に維持するのに十分なマイクロ波放射を生成する大きさの比較的低い電力までのスイッチを達成する電源をも開示している。この特許は更に、当分野において普通に使用されるような通常の電力レベルとして、“比較的高い電力”を開示している。
【００１０】
前記米国特許第５，８３８，１１４号は、サイクリングモードにおけるバルブ冷却要求の変更には言及していない。
【００１１】
前記米国特許第５，８３８，１１４号は、比較的高い電力モードが、普通に使用される電力レベルであるようなサイクリングを開示している。商用使用のために現在入手可能な最高電力無極ランプシステムは、約２，８００ワットで動作させることが望ましいマグネトロンを使用する６インチ及び１０インチ線形ランプシステムである。典型的な高度に冷却された線形ランプシステムを用いると、これは、６インチ長ランプシステムでは約４５０平均ワット／インチを、また１０インチシステムにおいて２，８００ワットで動作する同一マグネトロンを使用する場合には５６０平均ワット／インチを発生する。
【００１２】
図３は、幾つかのシステムの相対紫外光出力を示すチャートであって、システムＡ及びＢは現在商業用に入手可能なランプシステムを表している。図３は、システムＡ及びＢの１，８００Ｗｒｆ及び２，８００Ｗｒｆの電力レベル（マグネトロン出力の電力レベル）を示している。マグネトロンの効率は約７０％であり、マグネトロンの電力レベルは電源からマグネトロンへ供給される電力の電力レベルの約７０％である。本明細書を通して、記載した定量電力レベルは、電力出力として説明するマグネトロン出力の電力レベルであり、これは電源の実際の出力の約７０％である。即ち、電源自体からの電力レベルは３０％高めである。
【００１３】
（発明の概要）
本発明の実施の形態は、ランプシステムのための電源を提供することができる。本電源は、高電力レベルから低電力レベルまでスイッチさせる構造を含むことができる。高電力レベル及び低電力レベルによって形成されるサイクルが反復される。高電力レベルは、同じランプシステムにおいて使用される普通の安定状態電力レベルよりも高い。本電源は、低リップル電力を供給することができる。
【００１４】
ランプシステムは、無極バルブを有する無極紫外ランプシステムであることができる。ランプシステムは、紫外光を出力するアークランプに給電するアークランプシステムであることもできる。
【００１５】
本発明の実施の形態は、ランプシステムのための減少した冷却を要求する電源を提供することもできる。本電源は、第１の電力レベルから、第１の電力レベルよりも低い第２の電力レベルまでスイッチさせる構造を含むことができる。第１及び第２の電力レベルによって形成されるサイクルが反復される。本電源は、ランプシステムを冷却するための構造を含むこともでき、ランプシステムの冷却のレベルは同一ランプシステムの冷却要求に比して減少している。電源は、第１の電力レベルにおいて安定状態で動作することができる。
【００１６】
更に、本発明の実施の形態は、ランプシステムに給電するための電源を動作させる方法をも提供する。本方法は、電源によって供給される電力を、高電力レベルと低電力レベルとの間でスイッチさせるステップを含むことができる。高電力レベル及び低電力レベルによって形成されるサイクルが反復される。高電力レベルは、ランプシステムに給電するための普通の安定状態電力レベルよりも高い。
【００１７】
本発明の他の実施の形態、長所、及び顕著な特色は、以下の添付図面に基づく本発明の好ましい実施の形態の詳細な説明から明白になるであろう。
【００１８】
本明細書の一部をなす以下の実施の形態の説明及び前記特許請求の範囲から、本発明がより良く理解されよう。以上の、及び以下の説明は本発明の実施の形態の説明に集中しているが、これらは単なる例示に過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではないことを理解されたい。
【００１９】
（実施の形態）
以下の詳細な説明では数値例が示されているが、本発明はこれらの値に限定されるものではない。
【００２０】
本発明の実施の形態は、極めて高い電力レベルと、極めて低い電力レベルとを交互させることによって、極めて高い電力レベルで動作させることができる。即ち、本発明の実施の形態は、極めて高い電力レベルと、極めて低い電力レベルとが交互し、高レベルの電力及び低レベルの電力のサイクルを発生する電源を含むことができる。このサイクルは繰り返すことができる。このようにサイクルさせることによって、交互電力サイクル内の上側電力及び下側電力の両者に対して、最新技術を超える程度まで電力を増加させることができる。従って、このサイクリングを使用すると、デバイス（例えば、紫外ランプシステム）を動作させる高電力レベルを、同一デバイスを動作させる電源の安定状態動作におけるよりも大きくすることができる。
【００２１】
本発明の実施の形態は、通常電力レベルと低電力レベルとが交互するサイクリングモードで動作させた場合、ランプシステムを通常電力レベルにおいてサイクリングさせながら冷却要求を減少させるという長所を達成することができる。このサイクリングモード（但し、高電力レベルが通常電力レベルである）で動作している時のランプの冷却用空気圧及び空気流体積は、通常の電力レベルにおける安定状態動作の場合に必要とされる冷却の数分の一で動作させることができる。更に、冷却用空気圧及び空気流体積の減少を達成できるので、バルブ外囲の最適温度を維持することによって紫外バルブの効率的な紫外動作を維持することができる。
【００２２】
硬化ランプシステムにおいて、例えばポリマー材料（例えば、ポリマー材料のボディ、またはボディ上のそのフィルム）を硬化させるために使用した時の本発明の実施の形態（例えば、電源、及びその使用方法）は、“ステップ及び反復”型処理に最も有用な迅速再起動特色を利用する硬化ランプシステムに使用する、及び紫外光に露光させる製品の転送及び位置決めを必要とする用途に使用する場合に特に有利である。製品を紫外光に露光させて硬化させるために位置決めする時に、ランプは高速硬化のために高めの電力へスイッチさせることができる。従来可能であったよりも実質的に高い電力レベルを使用する本発明の実施の形態によれば、硬化プロセスまたは装置の生産性またはスループットを増加させることができる。
【００２３】
本発明の実施の形態は、従来知られていたパルス化またはフラッシュランプシステムとは異なることができる。パルス化またはフラッシュランプシステムにおいては、パルスが毎秒多数回発生し、フラッシュオン時間は１秒より遙かに短い（例えば、１ｍｓ）。本発明の実施の形態によれば、高電力レベルを有する“オン”部分は複数秒間であることができ、本発明の少なくとも１つの実施の形態によれば、高電力レベルは少なくとも１秒間（例えば、４−６秒間）であることができる。
【００２４】
特定の条件の下で動作するように特別に設計された電源を用いれば、極めて実際的に、且つ信頼できるように電力限界問題を打開できることを発見した。サイクル時間及び冷却レートを適切にシーケンシングすることによって、バルブ及びマグネトロン温度を適当な範囲内に維持して寿命を延ばすことができ、極めて高い電力へスイッチする時の紫外応答を瞬時にすることができ、そしてマグネトロン陽極コアの内部加熱を減少させることができる。比較すれば、同一の平均電流及び同一の電力レベルではあるが、高いリップル陽極電流波形で動作する強共振電源を用いて動作するマグネトロンは、遙かに熱く動作する。図１は、高いリップル電流を有する電源の場合の冷却要求（破線で示す）と、高及び低電力レベルを有する本発明の実施の形態による電源の場合の冷却要求（実線で示す）とを比較している。
【００２５】
本発明の実施の形態におけるように、低リップルを有する電源と、サイクリングとを用いると、全ての電力レベルにおいてバルブ外囲のピーク温度を低下させることができることも発見した。換言すれば、サイクリングが“ステップ及び反復”硬化の用途のために通常電力動作を可能にするにも拘わらず、極めて低いレベルへサイクリングすることによって冷却要求をも減少させることができる。このことは、バルブの寿命を延ばすための冷却要求を減少させることによって、より高い電力レベルにおいてより重要になる。図２は、高リップルマグネトロン電流源からの高リップルマグネトロン電流を使用する冷却要求（破線で示す）と、本発明の実施の形態により設計された特別なソリッドステート電源（実線で示す）とを比較している。
【００２６】
また、特別に設計された電源を使用することによって、サイクリングモードで動作する無極ランプのための電力レベルを、最新式の電力レベルから実質的に増加させ得ることも発見した。電力能力を増加させたソリッドステート電源を設計した。図４は、２／３のデューティサイクル（４秒の４，２００ワット、及び２秒の１５０ワット）で、マグネトロンから４，２００ワットまでの出力で動作するシステムを示すグラフであり、本発明の実施の形態の結果は実線で示してある。
【００２７】
本発明の実施の形態による電源は、種々の条件に調整するために、調整可能な電力レベルを組入れることができる。電源は、低リップルマグネトロン陽極電流を供給するように設計することもできる。電源は、最高電力レベルにおけるマグネトロンモーディングを防ぐために、特別なピーク陽極電圧及び電流制限用電子回路を組込むこともできる。更に電源は、高電力レベルと、普通の強共振電源を用いて従来得られていたよりも低い低電力レベルとの間を交互するための極めて低い電力モードを組込むことができる。電源は、設計推奨よりも長い上昇した電力レベルでシステムが動作することを防止し、保護するためにプログラミング能力を有することができる。また電源は、ユーザの用途、またはユーザのマシンによってランプサイクルタイミングを自動的に制御できるようにするために、外部制御用の制御接続を含むことができる。
【００２８】
電源の電力レベルポテンシャルは、標準マグネトロンへのマグネトロン電流を増加させることによって増加させることができる。例えば、無極システムの普通のマグネトロンのためのマグネトロン電流を０．８４アンペアから１．２５アンペアまで増加させることによってマイクロ波電力出力を通常の２，８００ワットから４，２００ワットまで増加させることができる。これは、最新の無極ランプマイクロ波電力レベルに比して、５０％の電力増加である。図２は、バルブ冷却要求を示しており、実線が本発明の実施の形態の結果を示している。サイクル持続時間が５秒よりも短ければ、より高い電力レベルさえも可能である。
【００２９】
本発明の実施の形態による紫外ランプを駆動するための電源の動作には、３つの変数が存在する。これらの変数は、オーバードライブ（サイクルの特別に高い電力部分）、オーバードライブの時間、及びデューティサイクル（高電力の時間と、高電力の時間及び低電力における高電力オフの時間の和との比）を含むことができる。この比に１００％を乗ずることができる。
【００３０】
平均電力レベルは、上述したデューティサイクルに電力レベルを乗じたものである。本発明の実施の形態によれば、平均電力レベルを増加させる必要はないが、マグネトロンからより高い電力レベルを達成するためにピーク電力（上述したような高電力）を増加させることができる。一例を挙げれば、平均電力レベルを約１に維持しても、増加した動作電力を達成することができる。例えば、低リップルを有し、本発明に従って動作する電源（即ち、比較的高い、及び比較的低い電力レベルを有する電源）を用いて同一ランプを使用した場合、動作電力を５０％増加させることができる。
【００３１】
即ち、比較的高いレベルと比較的低いレベルとの間をサイクルし、低リップル電流を有する電源を使用すると、従来の電源では不可能であった特別に高い電力レベルで動作させ得ることを発見したのである。マグネトロン内のモーディングまたは内部アーキングは、マグネトロンを破壊する恐れがあり、また強共振型電源が同一の特別に高い電力レベルの安定状態レベルで動作するのを阻止する。
【００３２】
冷却要求を大きく増加させずにより高い電力レベルを達成するために、及びマグネトロン及び紫外ランプのバルブ成分の過熱を防ぐために、電源を、サイクルの電力低下相の間極めて低い電力レベルへスイッチさせることができる。電力低下相中に強制冷却を残存させて、マグネトロン及びバルブの臨界的成分の動作温度を急速に低下させることができ、次いでオーバードライブ高電力レベルのサイクルを反復することができる。オーバードライブ高電力レベルと極めて低い電力レベルとの間を交互させることにより、サイクリング型用途またはステップ及び反復型用途のためのより高速なスループットを有するよりパワフルな紫外光硬化システムのためのポテンシャルを得ることができる。強度がより高いので、より速い硬化時間を達成することができる。更に、ステップ及び反復硬化動作中の硬化効率の向上のような、効率の改善を達成することができる。
【００３３】
図５は、極めて高い電力サイクルモードにおける相対ＵＶＡ出力を示すタイミング図である。図５は、本発明の実施の形態によってより大きい強度が達成されており、紫外光出力の相対的な増加が少なくとも５０％に達していることを示している。相対的Ｙ軸（図５）上の１．０の通常紫外光出力は、２，８００ワットのマグネトロン電力における通常安定状態電力動作を表している。
【００３４】
サイクルの電力低下相は極めて低い電力レベル（無極ランプ内のバルブプラズマを消弧させない十分に高いレベルではあるが、通常電力の例えば１０％より低いレベル）であることができ、オーバードライブは通常電力の１．５−２．０倍である。低リップル電源を使用していることと、低レベル電力がプラズマの消弧を回避するのに十分に高い電力であることから、ランプを消さないことができる。
【００３５】
サイクリングモードにおいては、より高いレベルの冷却を必要とすることなくバルブのピーク温度を通常温度範囲内に維持することができるので、より高いオーバードライブ電力レベルが実際的である。図６は、４，２００ワットの高電力モードにおいて、２／３（６６．７％）のデューティサイクルでサイクルさせた動作の場合のバルブ温度の典型的な変化を示すタイミング図である。２，８００ワットで動作するランプにおいて通常要求されるものと同一の３．０インチ冷却圧が使用されている。本発明の実施の形態によれば、４，２００ワットのピーク電力で動作するバルブのピーク温度を、２，８００ワットにおける動作と同様の、９００°Ｃより低い通常範囲以内に留まらせることができる。
【００３６】
最良の冷却レートを得るように極めて低い“シマー”電力レベルを達成するためには、低リップルマグネトロン陽極電流が好ましいことも発見した。低リップルマグネトロン電流を用いると、バルブ内のプラズマを完全に消弧させることなく低電力の下限を更に低下させることができることを発見した（通常の高リップル電源を用いる場合には、プラズマの消弧が制限ファクタである）。低リップル電源を極めて高い電力レベルからこの極めて低い“シマー”電力レベルへ瞬時にスイッチさせた場合にはプラズマは完全に消弧せず、従って、命令に応じて極めて高い電力へスイッチバックさせることができる。従って、たとえ電力レベルを極端に変化させ、高い圧力でホットバルブを使用したとしても（他の電源を使用した場合には、通常はプラズマが消弧してしまう）、サイクル動作は１００％信頼できるものになる。
【００３７】
極めて低い電力シマーを約５秒までの持続時間で動作させた場合、バルブ充填物の蒸気圧も維持することができる。高電力無極ランプのために一般的に使用されている積極的な空冷を用いると、バルブ充填物は急速に冷え始め、蒸気圧及び紫外出力は約５秒後に減退し始める。もし外囲及び充填物材料が約５秒よりも長く冷却されれば、ランプは高電力へ瞬時に応答することができなくなる。サイクルの極めて低い電力相中、もし冷却用空気が変調、減少、または完全に遮断されれば、効率的な動作のために低電力の持続時間は更に延長されることになる。
【００３８】
通常電力レベルと極めて低い電力レベルとの間をサイクルさせると、たとえステップ及び反復硬化用途のための通常電力動作を可能にするデューティサイクルを用いたとしても、冷却要求を極めて低いレベルまで低下させることができる。幾つかの紫外光硬化の用途では、システム冷却要求を最小化することが有利であり得る。これは、たとえ従来の電力レベルと同一の高電力レベルを使用したとしても、上述したサイクリングを使用する本発明の実施の形態によって達成することができる。即ち、本発明のこの面は、各サイクルにおいて通常電力レベルと極めて低い電力レベルとの間をサイクルモードで、且つ冷却要求を減少させて動作させることができる。本発明の実施の形態によるサイクリングモードで、しかし通常の電力レベルで動作させる場合、ランプ冷却用空気圧及び空気流体積を通常電力レベルにおける安定状態動作の場合に要求される冷却の数分の一として動作させることができる。
【００３９】
通常電力においてサイクリングさせる時の冷却用空気圧及び流れを減少させる別の理由は、バルブ外囲を最適温度に維持することによって無極ランプの紫外バルブの効率的動作を維持することである。サイクリング動作の場合、もし冷却を減少させなければ、バルブが過冷却になって紫外硬化性能が低下する。ランプシステムは過冷却に鋭敏であり、従って、効率的な動作を維持するためには冷却及びデューティサイクルを整合させる必要がある。ランプが高電力へサイクルした時に最初の数秒以内に瞬時紫外応答を得るために、冷却及びデューティサイクルを精密に整合させる必要がある。冷却をデューティサイクル要求に整合させると、１．０の相対紫外出力までの通常電力レベルにおいて、図５に示す特別に高い電力サイクルモードの実質的に瞬時の紫外応答も得ることができる。
【００４０】
要求される冷却減少の程度は、本発明の実施の形態に従って使用されるデューティサイクルに依存し得る。ランプ電力とデューティサイクルとバルブに対する冷却要求との間の関係を調べた。通常電力（２，８００ワット）とデューティサイクルの関係を図７に示す。鋭い指数関数状の曲線は、デューティサイクルが空気要求に対して強い影響を与えることを示している。
【００４１】
サイクルの持続時間については、実際的な時間的限界は存在しない。ランプを４．０秒の高電力レベル及び２．０秒の低（即ちシマー）電力レベルのサイクルの長さの１／１０の持続時間にわたって（即ち、０．４秒間の高電力と、０．２秒間の低電力）通常電力レベルで繰り返しサイクルさせても、デューティサイクルは６７％である。しかしながら、高電力の最大持続時間は、通常電力を用いるサイクルにおいて最大約７秒までに制限されている。もしサイクルが７秒を遙かに超えればバルブは過熱し始め、バルブの長寿命を維持するためには図７に示すように空気圧及び流れを増加させる必要がある。
【００４２】
この６７％デューティサイクル例は、冷却圧及び流れを通常の１／３しか必要としないことを示している。５０％のデューティサイクルにおいては、冷却用圧力及び流れ要求は、安定状態の非サイクリング動作の１／１０まで減少させることができることに注目されたい。そのため（安定状態の非サイクリング動作の冷却用圧力及び流れ要求の１／１０では）、通常使用されている高雑音の遠心力型のブロワーは最早必要ではない。安価な、静粛な、そして薄型の小型ファンで十分であろう。３０％前後のデューティサイクルにおいては、バルブに対して実質的な強制空冷は必要としない。
【００４３】
高電力マイクロ波給電式ランプは、典型的には、同一空気源を使用してマグネトロン及びバルブを直列に冷却する。ランプマグネトロン冷却要求もバルブ要求に類似した曲線に沿って減少することが解った。従って、たとえ同一の空気源を使用してマグネトロン及びバルブを冷却しても、本発明の実施の形態によるサイクリングを使用する場合には、マグネトロン及びバルブを冷却するために同一の小さいファンを使用することができる。
【００４４】
この新しい型のサイクル動作のための電源制御ロジックは、デューティサイクルを制御し、最大持続時間を好ましい設計パラメータ内に維持するようにプログラムすることができる。
【００４５】
従って、比較的高い電力と、極めて低い電力レベルとにおいてサイクリングするように動作させることによって、同一マグネトロンを含む同一ランプシステムを使用しながら、高電力レベルを普通の電力レベルより遙かに高くすることができる。これは、例えばランプシステム（無極バルブランプシステムまたはアークランプの何れか）から大きい紫外光強度を達成し得るという長所を提供する。電源が低リップル電源である場合に、高及び低電力レベルのサイクルを使用してバルブを消弧させることなく最大電力レベルを増加させることができる。更に、本発明の実施の形態に従って高電力と低電力レベルとの間のサイクリングを使用すると、たとえ普通の電力レベルを高電力レベルとして動作させても、冷却要求（マグネトロンの、及びバルブの）を減少させることができる。本発明は、紫外硬化及びフォトリトグラフィのような紫外光に露光させる紫外処理システムに有益な効果を呈し、また紫外処理装置を使用するステップ及び反復プロセスに（付加的な電力レベルを与えるために）特に有益な効果を有している。これらのプロセスは、半導体処理、ＤＶＤその他の光データディスクの光学処理等を含む。
【００４６】
図８に、本発明の実施の形態による硬化システムを示す。他の実施の形態及び構成も本発明の範囲内にある。詳述すれば、図８は、空冷ランプシステム２００と、コントローラデバイス１５０とに結合されている電源１００を示している。コントローラデバイス５０は、電源１００の動作を制御することができる。
【００４７】
電源１００は、上述した高電力レベルから低電力レベルまでスイッチする構造のような特性、構造、及び機能を含むことができる（高電力レベル及び低電力レベルの組合わせがサイクルを構成し、このサイクルが繰り返される）。高電力レベルは、普通の安定状態電力レベルよりも高い。上述したように、電源は低リップル電力を供給することができる。
【００４８】
空冷ランプシステム２００は、無極バルブを有する無極紫外ランプシステムであることも、または紫外光を出力するアークランプであることもできる。ランプシステム２００は、ブロワーデバイス２１０及び／またはランプ冷却用圧力調整デバイス２２０を含むことも、またはそれらに結合することもできる。上述したように、ランプシステム２００の冷却レベルは、電源１００と共に使用した場合には、ブロワーデバイス２１０及び／またはランプ冷却用圧力調整デバイス２２０の使用によって低下させることができる。
【００４９】
図８には、中心軸の周りを回転する回転マシン３００も示されている。硬化させる材料（デバイス）４００は、回転マシン３００の位置３０２上に配置することができる。回転マシン３００は矢印３０４の方向に回転し、指標付き領域で停止することができる。指標付けは、コントローラ１５０に結合されている位置センサ３１０（または他の手段）の使用によって達成することができる。材料４００が位置３０６においてランプシステム２００の下に適切に位置決めされると回転マシン３００は回転を停止し、材料は回転デバイス３２０の使用によって回転させる（または、調整する）ことができる。即ち、回転ディスク２０は、材料４００が位置３０６にある時に材料４００の全てまたは一部分をランプシステム２００の紫外放射によって硬化させることができるように、材料４００を運動、回転、及び／または調整することができる。次いで、回転マシン３００は矢印３０４の方向に回転し、材料は位置３０８において取外すことができる。
【００５０】
以上に添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、当業者ならば、本発明の原理の思想及び範囲内において多くの他の変更及び実施の形態を考案することができよう。詳述すれば、本発明の思想から逸脱することなく、前記説明、添付図面、及び特許請求の範囲内において成分部品及び／または組合わせ配列の合理的な変形及び変更が可能である。成分部品及び／または配列の変形及び変更の他に、当業者には代替品の使用も明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
冷却圧力対マイクロ波ワットを示すグラフである。
【図２】
冷却圧力対マイクロ波ワットを示すグラフである。
【図３】
複数のシステムの相対ＵＶ光出力を示すチャートである。
【図４】
冷却圧力対マイクロ波ワットを示すグラフである。
【図５】
相対ＵＶＡ出力を示すタイミング図である。
【図６】
バルブ温度を示すタイミング図である。
【図７】
冷却圧力対デューティサイクルを示すグラフである。
【図８】
本発明の一実施の形態による硬化装置を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004518246.tif 000040
【国際調査報告】
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