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審決分類 審判 査定不服 2項進歩性 特許、登録しない(前置又は当審拒絶理由) H05H
管理番号 1303339
審判番号 不服2013-21398  
総通号数 189 
発行国 日本国特許庁(JP) 
公報種別 特許審決公報 
発行日 2015-09-25 
種別 拒絶査定不服の審決 
審判請求日 2013-11-01 
確定日 2015-07-15 
事件の表示 特願2008-529236「プラズマ生成用誘導装置」拒絶査定不服審判事件〔平成19年 3月 8日国際公開、WO2007/027784、平成21年 3月12日国内公表、特表2009-510670〕について、次のとおり審決する。 
結論 本件審判の請求は、成り立たない。 
理由 第1 手続の経緯
本願は、2006年8月30日(パリ条約による優先権主張外国庁受理2005年9月2日、米国)を国際出願日とする出願であって、平成23年6月6日付けで拒絶理由が通知され、同年10月7日付けで意見書が提出されるとともに、同日付けで手続補正書が提出され、平成24年7月18日付けで拒絶理由(最後)が通知され、平成25年1月21日付けで意見書が提出されるとともに、同日付けで手続補正書が提出されたが、その後、同年6月25日付けで平成25年1月21日付けの手続補正の補正の却下の決定がなされるとともに、同日付けで拒絶査定がなされた。本件は、これに対して、同年11月1日に拒絶査定に対する審判請求がなされたものである。
その後、当審において、平成26年8月21日付けで拒絶理由が通知され、平成27年1月22日付けで意見書が提出されるとともに、同日付けで手続補正書が提出された。


第2 平成25年6月25日付けの補正の却下の決定について
請求人は、審判請求書の【請求の理由】において、平成25年6月25日付けの補正の却下の決定(以下「補正の却下の決定」という。」)に不服を申し立てているが、当審が通知した平成26年8月21日付けの拒絶理由通知書に対して、平成27年1月22日付けで手続補正書を提出しているから、補正の却下の決定の適否について判断する意味がなくなったので、判断は行わない。


第3 本願発明について
1.本願発明
本願の特許請求の範囲の請求項1に係る発明(以下「本願発明」という。)は、平成27年1月22日付けの手続補正により補正された特許請求の範囲の請求項1に記載された事項により特定される、以下のとおりのものである。

「トーチの作動時にガス流が導入される長手方向軸を有し、前記トーチの前記長手方向軸と直交する半径面を有する前記トーチにおいてプラズマを生成するための装置であって、前記トーチがその中に位置付けされるアパーチャを有するとともに電源に連結するように構成されて前記トーチの前記半径面の外周に沿ってループ電流を流すように構成配置された第1の電極と、
前記トーチがその中に位置付けされるアパーチャを有するとともに電源に連結するように構成され、前記トーチの前記半径面の外周に沿ってループ電流を流すように構成配置された第2の電極をさらに備え、前記第1および第2の電極は接地プレートに電気的に連結され、前記ループ電流は前記第1および第2の電極の各々に電流を印加することで供給される、装置。」


2.引用刊行物
(1)当審で通知した拒絶の理由に引用され、本願の優先日前に頒布された刊行物である、国際公開第2004/055493号(以下「引用文献1」という。)には、以下の事項が記載されている。(日本語訳として、対応ファミリー出願である特表2006-516325号公報(以下「引用文献1’」という。)の記載を用いた。また、図面は、引用文献1’の図面を挙げ、日本語訳における下線は、当審が付した。)

(a)「ICP-OES AND ICP-MS INDUCTION CURRENT

Related Applications

[0001] This application claims the benefit of U.S. provisional patent application No. 60/432,963 filed December 12, 2002 and U.S. non-provisional patent application awaiting serial number which was filed on December 9, 2003.

Field Of The Invention

[0002] This invention relates to a method and apparatus for spectroscopically analyzing a material sample in a plasma.

Background Of The Invention

[0003] Conventional Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy ICP-OES and Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy ICP-MS systems typically utilize a solenoid receptive of an RF electrical current for confining a plasma and material sample in an associated magnetic field for analysis. However, such a device generates an uneven magnetic field over the length of the interior of the solenoid due to the helical configuration of the solenoid. This results in an uneven temperature distribution within the plasma affecting sample excitation and the trajectory of ions in the plasma. In addition, the solenoid is a single element, which lacks flexibility in controlling the associated magnetic field and the plasma/sample excitation.

Summary Of The Invention

[0004] In a method of spectroscopically analyzing a sample, a plasma is generated. A magnetic field is generated by a magnetic dipole wherein the plasma is confined within the magnetic field. Atoms of a material sample are introduced into the plasma wherein energized atoms of the sample are at least temporarily confined. The spectral or mass content of the energized sample atoms are analyzed.

[0005] In a spectroscopic system a magnetic dipole has an associated magnetic field. A plasma is confined within the magnetic field and a material sample of atoms is introduced into the plasma. A spectrometer analyzes the excited atoms for their mass-to-charge ratio or for their emission spectra.

Brief Description Of The Drawings

[0006] FIG. 1 is schematic diagram of an Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES) system.

[0007] FIG. 2 is schematic diagram of an Inductively Coupled Plasma-Mass Spectroscopy (ICP-MS) system.

[0008] FIG. 3 is a diagram of an ICP torch and a plasma.

[0009] FIG. 4 is a side view of two electrodes of the invention and an ICP torch and a plasma.

[0010] FIG. 5 is a front view of an electrode for controlling a plasma, the electrode including an aperture.

[0011] FIG. 6 is a front view of an electrode for controlling a plasma, the electrode including an aperture.

[0012] FIG. 7 is a side view of the electrodes of Fig. 6.

[0013] FIG. 8 is a three dimensional view of a single piece electrode of the invention.

[0014] FIG. 9 is a front view of the single piece electrode of Fig. 8.

[0015] FIG. 10 is a side view of the single piece electrode of Fig. 8.

[0016] FIG. 11 is a top view of the single piece electrode of Fig. 8.

[0017] FIG. 12 is a three dimensional view of a magnetic field generated from a loop current.

[0018] FIG. 13 is a diagram of an ICP torch showing the helical nature of a solenoid.

[0019] FIG. 14 is a diagram of a plurality of loop currents driven by a single RF power source during alternating half cycles of a sinusoidally alternating current.

Detailed Description Of The Drawings

[0020] FIG. 1 shows a schematic diagram of an Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES) system at 100. The ICP- OES 100 generally comprises a system for directing a carrier gas 102 to a torch 114 whereat the carrier gas 102 is ionized to form a hot plasma 116 (5,000 - 10.000K). The plasma 116 comprises a preheating zone 190, an induction zone 192, an initial radiation zone 194, an analytic zone 196 and a plasma tail 198. An atomized sample 104 is also directed to the plasma 116 through a pump 106, nebulizer 108 and spray chamber 162. A radio frequency (RF) power source 110 provides RF electrical power to the plasma 116 by way of a load coil 112.

[0021] While in the plasma 116 excited sample atoms 104 give off light 134 as they decay to a lower state. The light 134 is collected by collection optics 118 and directed to a spectrometer 120 where it is spectrally resolved. A detector 122 detects the spectrally resolved light 134 and provides a signal 138, 140 to a microprocessor 122 and computer network 124 for analysis. In FIG. 1 it is seen that the viewing of the plasma 116 is from a direction at a right angle to the plasma 116. However, it will be understood from FIG. 1 that the viewing of the plasma 116 may also be performed from a direction along the axis 126. It will also be understood that the Inductively Coupled Plasma Spectroscopy performed herein may also be performed with a mass spectrometer (MS) 180 such as a quadrupole mass analyzer in an Inductively Coupled Plasma-Mass Spectroscopy (ICP-MS) system at 100 as seen in FIG. 2. The RF power source 110 operates generally in the range of 10 to 100 MHz, particularly 20 - 50 MHz, e.g., 27 - 40 MHz.

[0022] FIG. 3 shows a more detailed rendition of the plasma 116 of FIGS. 1 and 2. The torch 114 includes three concentric tubes 114, 150, 148. The innermost tube 148, provides atomized flow 146 of the sample into the plasma 116. The middle tube 150, provides auxiliary gas flow 144 to the plasma 116. The outermost tube 114, provides carrier gas flow 128 for sustaining the plasma. The carrier gas flow 128 is directed to the plasma 116 in an laminar flow about the middle tube 150. The auxiliary gas flow 144 is directed to the plasma 116 within the middle tube 150 and the atomized sample flow 146 is directed to the plasma 116 from the spray chamber 162 along the innermost tube 148. The RF current 130, 132 in the load coil 112 forms a magnetic field within the load coil 112 so as to confine the plasma 116 therein.

[0023] FIGS. 4 - 11 show various configurations of an electrode 152, 156, 158. In FIG. 4 the electrode 152 comprises two parallel plates 152a, 152b positioned at a distance 'L' from one another. The parallel plates 152a, 152b each include an aperture 154 through which the torch 114 is positioned such that the torch 114, the innermost tube 148, the middle tube 150 and the aperture 154 are aligned along an axis 126. The parallel plates 152a, 152b have a thickness of 't.' The aperture 154 of the electrode 152 also includes a slot 164, of width 'w' such that the aperture 154 is in communication with its surroundings.

[0024] As seen in FIGS. 4 and 5, the electrode 152 is generally comprised of a square or rectangular planar shape, though it may be a wire as seen in FIG. 12. In FIG. 5 it will be appreciated that the RF current supplied to the planar electrode comprises a planar current loop 172a generating a toroidal magnetic field 182 through the aperture 154 (FIG. 12). In FIGS. 6 and 7 the electrode 156 is of a rounded nature having an outside diameter of D_(1) and inside aperture diameter of D_(2). The electrodes 152, 156 of FIGS. 4 - 7 are distinct elements which are supplied independently with RF electrical current 172 of opposite polarity. One part 176 of the electrode 152 is supplied with the RF power while a second part 178 of the electrode 152 is tied to a ground 174. Thus, during arc ignition of the plasma 116, if the ignition arc makes contact with electrode 152, any unwanted electric currents set up in the electrode 152 will be directed to the ground point 174 and not through to the RF power supply 110. The RF power and frequency supplied to each electrode 152 can be independently controlled and varied for optimum performance. For instance, each electrode 152 can be driven at a different frequency in order to optimize the plasma emission and excitation. In addition, one electrode can be operated in a continuous power mode while the other electrode can be modulated (e.g.; pulsed or gated). Furthermore, the distance, 'L\ between the electrodes 152 can be adjusted since the electrodes 152 are not connected to one another; thus adjusting the power distribution within the plasma 116. Yet further, the diameter, D_(2), of the aperture 154 can be independently adjusted in order to adjust the coupling characteristics between the RF power supply 110 and the plasma 1 6. In FIGS. 8 - 11 the electrode 158 is shown as a single element having two electrodes 166, 168 connected to a common electrical ground 170.

[0025] In FIG. 14 a plurality of loop currents 184a, 184b is shown generated from a single RF electric current source 110. The loop currents 184a, 184b are oriented with respect to one another in such a manner that the alternating electric current 172a in a first loop current 184a flows in a direction opposite to that of the alternating electric current 172b in a second loop current 184b during alternating half cycles of a sinusoidally alternating current. This allows for the plurality of loop currents 184a, 184b to be driven from a single power source 110 so as to generate magnetic fields 182a, 182b having the same spatial orientation.

[0026] While the invention has been described above in detail with reference to specific embodiments, various changes and modifications which fall within the spirit of the invention and the scope of the claims will become apparent to those skilled in the art. Therefore, the invention is intended to be limited only by the appended claims and their equivalents.

[0027] Thus, based upon the foregoing description, a method and apparatus for spectroscopically analyzing a sample is disclosed. The method comprises generating a plasma; generating a magnetic field by a magnetic dipole wherein the plasma is confined within the magnetic field; introducing sample atoms into the plasma wherein excited sample atoms are confined; and analyzing the spectral or mass content of the excited sample atoms.

[0028] Furthermore, a spectroscopic system comprises a magnetic dipole having an associated magnetic field; a plasma confined within the magnetic field; a sample of excited atoms introduced within the plasma; and a spectrometer for analyzing the spectral or mass content of the excited sample atoms. 」
(引用文献1:明細書第1?6頁)

(日本語訳)
「ICP-OES及びICP-MS誘導電流

関連出願

【0001】 本発明は、2002年12月12日に提出された米国仮特許出願第60/432,963号及び2003年12月9日に提出され、番号付与待ちの米国通常特許出願に係る優先権を主張するものである。

発明の属する分野

【0002】 本発明は、プラズマ中の材料サンプルを分光法で分析するための方法及び装置に関するものである。

発明の背景

【0003】 従来の誘導結合プラズマ・発光分析(ICP-OES)システム及び誘導結合プラズマ・原子発光分析(ICP-MS)システムは、典型的には、分析のための関連した磁場中にプラズマと材料サンプルを閉じ込めるために、高周波電流(RF electrical current)を受け入れるソレノイドを利用している。しかしながら、かかる装置は、ソレノイドの螺旋構造に起因して、ソレノイドの内部にその全長にわたって不均一な磁場を生成する。これは、サンプルの励起とプラズマ中でのイオンの軌道(trajectory)に影響を与える、プラズマ中の不均一な温度分布を生じさせる結果となる。さらに、ソレノイドは単一の素子であり、関連した磁場とプラズマ/サンプルの励起とを制御する上で柔軟性に欠ける。

発明の概要

【0004】 サンプルを分光法で分析する方法においては、プラズマが生成される。磁気双極子によって磁場が生成され、ここでプラズマは磁場内に閉じ込められる。材料サンプルの原子がプラズマ中に導入され、サンプルの励起された原子(energized atoms)が少なくとも一時的にプラズマ中に閉じ込められる。励起されたサンプル原子の質量含有率(mass content)又はスペクトル成分(spectral content)が分析される。

【0005】 分光分析システムにおいては、磁気双極子は関連した磁場(associated magnetic field)を有する。プラズマは磁場内に閉じ込められ、材料サンプルの原子がプラズマ中に導入される。分光計は、質量対電荷比を得るために、又はそれらの発光スペクトル(emission spectra)を得るために、励起された原子を分析する。

図面の簡単な説明

【0006】 図1は、誘導結合プラズマ・発光分析(ICP-OES)システムの模式的な図である。

【0007】 図2は、誘導結合プラズマ・質量分光分析(ICP-MS)システムの模式的な図である。

【0008】 図3は、ICPトーチ及びプラズマを示す図である。

【0009】 図4は、ICPトーチ及びプラズマ並びに本発明に係る2つの電極側面図である。

【0010】 図5は、プラズマを制御するための、開口を含んでいる電極の正面図である。

【0011】 図6は、プラズマを制御するための、開口を含んでいる電極の正面図である。

【0012】 図7は、図6に示す電極の側面図である。

【0013】 図8は、本発明に係る単一部材電極の3次元図である。

【0014】 図9は、図8に示す単一部材電極の正面図である。

【0015】 図10は、図8に示す単一部材電極の側面図である。

【0016】 図11は、図8に示す単一部材電極の上面図である。

【0017】 図12は、ループ電流から生成された磁場の3次元図である。

【0018】 図13は、ソレノイドの螺旋状態を示しているICPトーチの図である。

【0019】 図14は、正弦波形で交番する電流の半サイクルを交番しているときの、単一のRF電源によって駆動された複数のループ電流を示す図である。

図面の詳細な説明

【0020】 図1は、誘導結合プラズマ・発光分析(ICP-OES)システム100の模式的な図である。ICP-OES100は、普通、キャリアガス102をトーチ114に導くためのシステムを含んでいる。トーチ114では、キャリアガス102はイオン化されてホットプラズマ116(5000?10000K)を生成する。プラズマ116は、前加熱ゾーン190と、誘導ゾーン192と、初期放射ゾーン194(initial radiation zone)と、プラズマ尾部198(plasma tail)とを含んでいる。また、霧化されたサンプル(atomized sample)は、ポンプ106と、ネブライザ108(nebulizer)と、スプレーチャンバ162とを経由して、プラズマ116に導かれる。高周波数(RF)電源110は、負荷コイル112(load coil)により、プラズマ116にRF電力を供給する。

【0021】 プラズマ116においては、励起されたサンプルの原子104が、より低い状態に減衰する(decay)のに伴って、光134を放射する。光134は集光器118によって集められ、分光器120に導かれ、そこでスペクトルに分離される(spectrally resolved)。検出器122は、スペクトルに分離された光134を検出し、信号138、140を、マイクロプロセッサ122と分析用コンピュータネットワーク124とに送る。図1において、プラズマ116は、該プラズマ116に対して直角の方向からみたものである。しかしながら、図1によれば、プラズマ116はまた軸126に沿った方向からみてもよいということが理解されるであろう。ここで実施される誘導結合プラズマ・発光分析は、図2に示すような誘導結合プラズマ・質量分光分析(ICP-MS)システム100における4極の質量分析器などの質量分析計(MS)で実施されてもよいということも理解されるであろう。RF電源110は、普通、10ないし100MHzの範囲、とくに20ないし50MHzの範囲、例えば27ないし40MHzの範囲で動作する。

【0022】 図3は、図1及び図2に示すプラズマ116をより詳細にあらわしている。トーチ114は、3つの同心状のチューブ114、150、148を含んでいる。最も内側のチューブ148は、霧化されたサンプルの流れ146をプラズマ116中に供給する。真ん中のチューブ150は、補助のガス流れ144をプラズマ116に供給する。最も外側のチューブ114は、プラズマ116を維持するためのキャリアガスの流れ128を供給する。キャリアガスの流れ128は、真ん中のチューブ150のまわりを層流状態でプラズマ116に供給される。補助のガスの流れ144は、真ん中のチューブ150内を通ってプラズマ116に供給され、霧化されたサンプルの流れ146は、最も内側のチューブ148に沿ってスプレーチャンバ162からプラズマ116に導かれる。負荷コイル112内のRF電流130、132は、負荷コイル112内に磁場を形成し、その中にプラズマ116を閉じ込める。

【0023】 図4?図11は、種々の形態の電極152、156、158を示している。図4において、電極152は、互いに距離「L」を隔てて位置決めされた2つの平行なプレート152a、152bを含んでいる。これらの平行なプレート152a、152bは、それぞれ開口154を含み、トーチ114はこの開口154を通り抜けるように配置されている。ここで、トーチ114、最も内側のチューブ148、真ん中のチューブ150及び開口154は、軸126に沿って配列されている。平行なプレート152a、152bは、厚さ「t」を有している。また、電極152の開口154は、幅「w」のスロットを含んでいる。ここで、開口154は、その周囲と連通している。

【0024】 図4及び図5に示すように、電極152は、普通、正方形又は長方形の平坦な(planar)形状を備えているが、図12に示すようにワイヤであってもよい。図5に示すように、平坦な電極に供給されるRF電流は、開口154(図12参照)を通る環状の磁場182を生成する平坦な電流ループ172aを含んでいることが分かるであろう。図6及び図7に示すように、電極156は、外側の直径がD_(1)であり、内側の開口の直径がD_(2)である円形のものである。図4?図7に示す電極152、156は、逆の極性RF電流172が独立して供給される別の素子である。電極152の一部分176にRF電力が供給される一方、電極152の第2の部分178はアース174に接続されている。かくして、プラズマ116のアーク点火(arc ignition)時において、もし点火アークが電極152に接触すれば、電極152に生成される望ましくない電流がアース点174に導かれ、RF電力供給部110には導かれない。各電極152に供給されるRF電力及び周波数は、独立して制御することができ、最適な性能となるように変化させることができる。例えば、各電極152は、プラズマの放出及び励起を最適化するために、異なる周波数で駆動することができる。さらに、1つの電極を連続電力モードで動作させる一方、他の電極を変調させることが可能である(例えば、パルス状にされ又はゲートコントロールされたもの)。さらに、電極152は互いに連結されていないので、電極152間の距離「L」を調整することができ、これによりプラズマ116内の電力分布を調整することができる。さらに、開口154の直径D_(2)は、RF電極電力供給部110とプラズマ116との間の結合特性を調整するために、独立して調整することができる。図8?図11において、電極158は、共通の電気アース170に接続された2つの電極166、168を有する単一の素子として示されている。

【0025】 図14では、複数のループ電流184a、184bが、単一のRF電流源110から生成されるものとして示されている。ループ電流184a、184bは、次のような態様で互いに方向付けられている。すなわち、正弦波形で交番する電流の半サイクルで交番するときに、第1のループ電流184aにおける交番する電流172aが、第2のループ電流184bにおける交番する電流172bの向きとは反対の向きに流れるようになっている。これは、複数のループ電流184a、184bが、単一の電源110から駆動されて、同一の空間的な向きを有する磁場182a、182bを生成することを可能にする。

【0026】 本発明は、前記のとおり、特定の実施の形態を参照しつつ詳細に説明されているが、当業者にとっては、本発明の技術思想及び請求項の記載の範囲内における種々の変形例及び修正例は自明なことであろう。それゆえ、本発明は、請求項及びその等価な事項によってのみ限定されることが意図されている。

【0027】 かくして、前記の説明に基づいて、サンプルを分光法で分析するための方法及び装置が開示されている。この方法は、プラズマを生成することと、磁気双極子により磁場を生成して該磁場中にプラズマを閉じ込めることと、サンプルの原子をプラズマ中に導入して励起されたサンプルの原子をプラズマ中に閉じ込めることと、励起されたサンプル原子の質量含有率又はスペクトル成分を分析することとを含む。

【0028】 さらに、分光分析システムは、関連する磁場を有する磁気双極子と、磁場内に閉じ込められたプラズマと、プラズマ中に導入された励起された原子のサンプルと、励起されたサンプル原子の質量含有率又はスペクトル成分を分析するための分光計とを含んでいる。」
(引用文献1’:段落【0001】?【0016】参照)


(b)「


(引用文献1’:【図1】?【図14】)

すると、上記引用文献1の記載事項から、引用文献1には、以下の発明(以下「引用発明」という。)が記載されている。

「キャリアガス102がイオン化されてホットプラズマ116(5000?10000K)を生成するトーチ114であって、
トーチ114は、3つの同心状のチューブ114、150、148を含んでおり、最も内側のチューブ148は、霧化されたサンプルの流れ146をプラズマ116中に、真ん中のチューブ150は、補助のガス流れ144をプラズマ116に、最も外側のチューブ114は、プラズマ116を維持するためのキャリアガスの流れ128を供給し、
トーチ114、最も内側のチューブ148、真ん中のチューブ150及び開口154は、軸126に沿って配列されており、
電極152は、互いに距離「L」を隔てて位置決めされた2つの平行なプレート152a、152bを含んでいて、これらの平行なプレート152a、152bは、それぞれ開口154を含み、トーチ114はこの開口154を通り抜けるように配置されていて、電極152の開口154は、幅「w」のスロットを含んでいて、開口154は、その周囲と連通しており、
平坦な電極に供給されるRF電流は、開口154を通る環状の磁場182を生成する平坦な電流ループ172aを含んでいて、電極152は、逆の極性RF電流172が独立して供給される別の素子であって、電極152の一部分176にRF電力が供給される一方、電極152の第2の部分178はアース174に接続されており、各電極152に供給されるRF電力及び周波数は、独立して制御することができ、最適な性能となるように変化させることができる、トーチ114。」

(2)当審で通知した拒絶の理由に引用され、本願の優先日前に頒布された刊行物である、特開平8-203692号公報(以下「引用文献2」という。)には、以下の事項が記載されている。(下線は、当審が付した。)

(a)「【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、誘導結合プラズマ発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】出力コイルは、高周波電流により発熱し高温となるため冷却する必要がある。従来、出力コイルを銅パイプで構成し、内部に水を流すことで冷却していた。この場合、冷却能力は高いが、水温が低い場合、出力コイルに露結し、プラズマが点火しなかったり、また不安定になるため、冷却水の温度制御が不可欠である。また、つまりや漏水に対する安全対策も必要であり、設備上の負担が大きい。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、露結,詰まり,漏水を防ぐため、設備上の負担が大きいといった問題点があった。
【0004】本発明の目的は水を使わない簡単な構造で、安価な出力コイル冷却装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】出力コイルの発熱の原因は、主に出力コイルを流れる高周波電流による銅損である。発熱量は、高周波出力1kW(周波数27.12MHz)のとき、10?20Wである。高周波の表皮効果のため、出力コイルの表面状態にある程度左右される。高周波の出力及び周波数を上げると発熱量は増える。
【0006】ヒートパイプは、密閉容器の中に封じ込められた液体の蒸発,凝縮を利用して、能率よく熱輸送する伝熱機器であり、同一サイズの銅棒よりもはるかに熱伝導率が高い。しかも、ヒートパイプの容器(外側)は銅で構成されており、高周波抵抗が小さい。最近では、直径2?3mmの小さいサイズのものも市販されており、多くの用途に使われている。
【0007】そこで、出力コイルをヒートパイプで構成し、出力コイルの高周波印加端をヒートパイプの蒸発部とし、接地端を凝縮部とする。ヒートパイプの凝縮部を電気的に筐体に接続し、さらに、ヒートシンクに固定する。コイル部の熱は、ヒートシンクに伝わり、気中に放出される。
【0008】
【作用】出力コイルをヒートパイプで構成し、出力コイルの高周波印加端をヒートパイプの蒸発部とし、接地端を凝縮部とし、接地端を筐体に接続すると共に、ヒートシンクに固定する。これにより、高周波電流はヒートパイプの表面を流れ、銅損による熱を発生するが、この熱はヒートパイプの伝熱作用により、効率よくヒートシンクに伝わり、さらに気中に放出される。よって、出力コイルは高温にならない。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を詳述する。
【0010】図1に、本発明のICP装置の基本構成を図2に出力コイル配置図を示す。高周波電源1は、周波数27.12MHz ,最大出力1kWの能力をもつ。高周波電源1の高周波出力は、同軸ケーブル2によって、方向性結合器10を経てインピーダンスマッチング回路3に入力される。インピーダンスマッチング回路3は、2組の容量可変コンデンサから成り、高周波電源1とプラズマ発生部間のインピーダンス整合の機能を有する。インピーダンスマッチング回路3の出力は、出力コイル6の高周波印加端に接続される。出力コイル6の接地端は、プラズマ室4の金属性の壁に電気的に接続された後、ヒートシンク8に固定される。出力コイル6は、直径3mmのヒートパイプを材料とし、内径25mmで3回巻とし、巻きピッチを4mmとした。また、ヒートパイプの蒸発部を高周波印加端に、凝縮部を接地端とし、高周波印加端が、接地端より高い位置になるよう配置した。トーチ5は、出力コイル6の中心位置に配置した。ヒートシンク8は、100×100×20mmのアルミブロックを用い、風量0.2m^(3)/min のファン9で冷却した。出力コイル6の発熱量が少ない場合、プラズマ室4の壁をヒートシンクとして利用することもできる。
【0011】次に、全体の動作を記述する。高周波電源1の出力は、同軸ケーブル2により、方向性結合器10,インピーダンスマッチング回路3を経て、出力コイル6に入力される。出力コイル6で誘起される磁界により、トーチ5内にプラズマが生成される。方向性結合器10により、進行波と反射波を検知し、反射波が最小となるようにインピーダンスマッチング回路3が動作する。
【0012】出力コイル6を構成するヒートパイプの外被は銅であり、直径3mm,長さ500mm(高周波印加端より接地端まで)より、周波数27.12MHz における抵抗は0.07Ω と計算される。また、高周波出力1kWのとき、出力コイル6を流れる高周波電流は約14Aであることより、出力コイル6の発熱量は、約14Wと計算される。用いたヒートパイプの仕様は、最大熱輸送量20W,最高使用温度150℃であり、充分に記熱量を伝えることができる。
【0013】実施例によれば、出力コイル6で発生した熱は、そのままコイルを伝って効率よくヒートシンク8に伝達され、空気中に放出されるため、出力コイル6が高温になることはない。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、簡単な構造で、安価な出力コイルの冷却を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図。
【図2】出力コイルの配置図。
【符号の説明】
5…トーチ、6…出力」

(b)「【図1】

【図2】



(3)当審で通知した拒絶の理由に引用され、本願の優先日前に頒布された刊行物である、特開平10-22096号公報(以下「引用文献3」という。)には、以下の事項が記載されている。(下線は、当審が付した。)

(a)「【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波誘導結合を用いて熱プラズマを発生する誘導結合プラズマ装置に係わり、特にプラズマ出力の効率が高く、寿命の長い構成に関する。
【0002】
【従来の技術】誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma,以下ICPと略記する)装置は、電気絶縁管に同軸に高周波誘導コイルを巻装し、高周波誘導コイルに高周波電流を通電して電気絶縁管の内部に導入したガスをプラズマ化して用いる装置である。
【0003】図5は、従来より用いられている誘導結合プラズマ装置(ICP装置)の基本構成図である。図において、1は円筒状の電気絶縁管である。2は電気絶縁管1に同軸状に巻かれた高周波誘導コイルで、通常3?4ターン巻装して構成されている。また、3は高周波電源、4はインピーダンス調整器、5は電流輸送導体である。本構成において、電気絶縁管1の一端よりプラズマガスを導入し、高周波電源3の出力電流をインピーダンス調整器4により調整して得られる高周波電流を、電流輸送導体5を通して高周波誘導コイル2に通電し、高周波磁界を発生させる。電気絶縁管1に導入されたプラズマガスは、発生した高周波磁界の電磁誘導で生じる電界によりプラズマ化される。得られるプラズマ出力10は、電界の強さと形状、ならびに電気絶縁管1に導入されるプラズマガスの径方向および周方向流量を制御することにより、発散形状や絞られたフレア状に形成される。
【0004】なお、ICP装置は、DCトーチと組み合わせてハイブリッド型トーチとして利用したり(特開昭62-29880 号参照)、安定化し長寿命化するために多段に組み合わせて用いられる例(特開昭61-161138号参照)もある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、ICP装置では、電気絶縁管に同軸に高周波誘導コイルを巻装し、高周波電流を通電して高周波磁界を発生させ、発生した磁界の電磁誘導作用により形成される電界を用いて電気絶縁管に導入したガスをプラズマ化して用いている。したがって、得られるプラズマの形状は電界を生じる高周波磁界の形状、すなわち高周波誘導コイルの形状によって左右される。
【0006】これに対して従来のICP装置においては、図5に示したごとく高周波誘導コイル1が3?4ターンの複数巻きのコイルにより形成されているので、高周波誘導コイル2を電気絶縁管1に同軸に配しても、高周波誘導コイル2の導体は螺旋状に巻装され、電気絶縁管1の横断面に対して傾斜を持つこととなり、この導体を流れる高周波電流により生じる高周波磁界は電気絶縁管1の軸方向に対して傾斜を持つこととなる。さらにこのような複数巻きのコイルでは、巻き始めと巻き終わりが上端と下端に配されるので、この部分を流れる電流により生じる磁界は非対象に傾いて形成される。したがって、この高周波磁界の電磁誘導で生じるプラズマ生成用の電界が歪んだり、傾いたりすることとなり、特に下端部での磁界の傾きは電界の形状の偏りに大きな影響を及ぼす。このため、従来のICP装置では、生成したプラズマ形状が同軸状にならず電気絶縁管1に偏って生成され、壁面での損失が大きくなってプラズマ出力の効率が低下する事態が生じたり、あるいは、プラズマ出力を上昇させるために高周波電流を増大させると、偏ったプラズマのエネルギーが増大して電気絶縁管1や周辺の構成部品が破損してしまう事態に至る危険性がある。
【0007】本発明の目的は、上記のごとき従来の難点を解消し、プラズマ生成電界の歪みが抑制され、絶縁管等の構成部品の損傷の恐れがなく、高効率で、高出力の運転が可能な誘導結合プラズマ装置(ICP装置)を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明においては、高周波誘導コイルを巻装した電気絶縁管の内部にプラズマガスを導入し、高周波誘導コイルに高周波電流を通電して前記ガスをプラズマ化して用いるIPC装置において、
(1)高周波誘導コイルを複数の単巻きコイルから形成し、かつこれらの単巻きコイルにそれぞれ独立に高周波電流を通電する高周波電流通電手段を備えることとする。
【0009】(2)さらに、(1)の高周波電流通電手段を、1台の高周波電源と、該高周波電源で得られる高周波電流を複数の単巻きコイルに分配する高周波電流分配器と、高周波電流分配器により分配して得られた高周波電流を各単巻きコイルに送る複数の電流輸送導体と、高周波電流の供給量を制御するインピーダンス調整器とから構成することとする。
【0010】(3)あるいは、(1)の高周波電流通電手段を、複数の単巻きコイルに対してそれぞれ独立して設けられた複数の高周波電源と、各高周波電源と各単巻きコイルとを連結する複数の電流輸送導体と、高周波電流の供給量を制御するインピーダンス調整器と、複数の高周波電源の発振を調整する発振位相調整器とから構成することとする。
【0011】(4)さらに、(2)または(3)のICP装置において、電流輸送導体に切り欠きを設けて、インピーダンス調整器とする。上記(1)のごとく、ICP装置の高周波誘導コイルを複数の単巻きコイルから形成することとすれば、各単巻きコイルは、導体を電気絶縁管の横断面に平行に配して設置することができるので、電流ループの偏りや傾きが無くなり、発生する磁界の中心軸を電気絶縁管の中心軸に一致させて配することができる。特に、単巻きコイルでは導体の巻き始めと巻き終わりを電気絶縁管の横断面に平行な同一面内に配することができるので、従来の複数巻きのコイルのごとき巻き始めと巻き終わり部での発生磁界の偏りを生じることなく対象性に優れた磁界が得られる。したがって、高周波電流通電手段により複数の単巻きコイルのそれぞれに独立して高周波電流を通電することにより、所定の強度と形状を持ち、かつ偏りのない高周波磁界が形成されることとなり、さらに電磁誘導作用で生じる電界により偏りのないプラズマ出力が得られることとなる。
【0012】さらに、上記の(2)のごとくとすれば、高周波電流分配器により分配され電流輸送導体を通して各単巻きコイルに送られる高周波電流が、インピーダンス調整器により分配量を制御されるので、系統およびプラズマ負荷によって生じる電流バランスの崩れが防止され、1台の高周波電源で複数の単巻きコイルを効果的に駆動できることとなる。
【0013】また、上記の(3)のごとくとすれば、複数の単巻きコイルを駆動するそれぞれ専用の高周波電源が、発振位相調整器によって互いに発振協調・安定化されて駆動されるので、複数の高周波電源で複数の単巻きコイルが効果的に駆動されることとなる。また、上記の(4)のごとくとすれば、コンダクタンスとインダクタンスの調整が容易にでき、複数の単巻きコイルに通電する高周波電流の調整をより効果的に行うことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は、本発明によるICP装置の第1の実施例を示す概略構成図で、(a)はICP装置本体と高周波電流供給系の構成を示す基本構成図、(b)は(a)のX-X面におけるICP装置本体の断面図である。本実施例のICP装置本体は、図に見られるように、円筒状の電気絶縁管1に3個の単巻きの高周波誘導コイル2A,2B,2Cを同心状に巻装して構成されている。電気絶縁管1には石英ガラス製の二重円筒が用いられており、二重円筒の中間層に冷却水を通して冷却する構成である。高周波誘導コイル2A,2B,2Cのコイル導体には、いずれも中空銅管が用いられており、内部に冷却水を通流し冷却して使用される。各コイルは、図示しない治具により、平面を電気絶縁管1の横断面に、また軸心を電気絶縁管1の軸心に一致させるよう調整して固定される。
【0015】また、本実施例においては、3個の単巻きの高周波誘導コイル2A,2B,2Cを1台の高周波電源3により駆動する方式が採られており、高周波電流を高周波電流分配器6により分配し、中空銅管製の電流輸送導体5によって各コイルに供給している。各コイルの電流バランスは、各系統に設けられたインピーダンス調整器4A,4B,4Cの可変静電容量を調整することにより調整され、最適化される。すなわち、本方式を用いれば、利用効率を高めて1台の高周波電源で駆動できることとなる。なお、インピーダンスの調整にはインダクタンスを用いても良いが、負荷を含めた高周波系統全体のバランスから最適なインピーダンス調整素子を選択すればよい。
【0016】上記のごとく構成したICP装置において、電気絶縁管1の一端からプラズマガスを導入して径方向と周方向に供給し、同時に高周波誘導コイル2A,2B,2Cに高周波電流を通電すると、生じる高周波磁界、したがって高周波磁界の電磁誘導により生じる電界が、電気絶縁管1と同軸に、かつ偏りを生じることなく形成され、プラズマ出力10は電気絶縁管1の内部に同軸状に形成されるので、壁面での損失あるいは壁面の損傷等の恐れがなく、高効率でプラズマが生成されることとなる。
【0017】図2は、本発明によるICP装置の第2の実施例を示す基本構成図である。本実施例のICP装置本体の構成は、図1に示した第1の実施例のICP装置本体の構成と同一であり、本実施例の第1の実施例との差異は、3個の単巻きの高周波誘導コイル2A,2B,2Cの駆動方式にある。すなわち、本実施例では、3個のコイルを3個の高周波電源3A,3B,3Cにより駆動する方式を採っており、各電源より供給される高周波電流は、各系統に設けられたインピーダンス調整器4A,4B,4Cにより調整される。また、複数の電源での駆動を効率よく行うために、発振位相調整器7によって電源の発振協調、安定化が図られている。
【0018】したがって、本構成のICP装置においては、高周波電源3A,3B,3Cが小型化でき、技術的難度の高いMHz域の大電流の供給が可能となり、誘導電流の大きさと周波数に比例するICP装置の電界を大きくできるので、高出力のICP装置が得られることとなる。図3および図4は、本発明によるICP装置の高周波電流供給系に用いられるインピーダンス調整器の実施例を示す外形図で、このうち、図3は板状の電流輸送導体5Aに、切り欠き9Aを設けてインピーダンス調整器としたもの、図4は管状の電流輸送導体5Bに、切り欠き9Bを設けてインピーダンス調整器としたものである。
【0019】このように切り欠き9A,9Bを形成すれば、主に回路中のインダクタンスが増加され、特別な回路素子やこれを収めるシールドケースを設けることなく、簡単な構成により容易にプラズマ負荷に対する電力効率を上げることができることとなる。
【0020】
【発明の効果】上述のごとく、本発明によれば、
(1)ICP装置を請求項1に記載のごとくに構成することとしたので、高周波誘導コイルの電流ループをプラズマ生成空間の横断面に一致して配することが可能となり、プラズマ生成電界の歪みが抑制されることとなったので、絶縁管等の構成部品の損傷の恐れがなく、高効率で、高出力の運転が可能なICP装置が得られることとなった。
【0021】(2)さらに、請求項2に記載のごとくに構成することとすれば、複数の高周波誘導コイルを、利用効率を高めて1台の高周波電源で駆動できるので、構成部品の損傷の恐れがなく、高効率で、高出力の運転が可能なICP装置として好適である。
(3)また、請求項3に記載のごとくに構成することとすれば、各電源が小型化でき、MHz域の大電流の供給が可能となり、高出力のICP装置が得られることとなる。
【0022】(4)また、請求項4に記載のごとくとすれば、容易にインピーダンスが調整され、簡単な構成により容易にプラズマ負荷に対する電力効率を上げることができる。」

(b)「【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】



2.対比
(1)本願発明と引用発明との対比
(a)引用発明の「トーチ114は、3つの同心状のチューブ114、150、148を含んでおり、最も内側のチューブ148は、霧化されたサンプルの流れ146をプラズマ116中に、真ん中のチューブ150は、補助のガス流れ144をプラズマ116に、最も外側のチューブ114は、プラズマ116を維持するためのキャリアガスの流れ128を供給し、トーチ114、最も内側のチューブ148、真ん中のチューブ150及び開口154は、軸126に沿って配列されて」いる構成では、「霧化されたサンプルの流れ146」、「補助のガス流れ144」及び「キャリアガスの流れ128」が、「トーチ114」の長手方向の軸である「軸126」に沿って「トーチ114」に供給されることが明らかである。
すると、引用発明の「トーチ114は、3つの同心状のチューブ114、150、148を含んでおり、最も内側のチューブ148は、霧化されたサンプルの流れ146をプラズマ116中に、真ん中のチューブ150は、補助のガス流れ144をプラズマ116に、最も外側のチューブ114は、プラズマ116を維持するためのキャリアガスの流れ128を供給し、トーチ114、最も内側のチューブ148、真ん中のチューブ150及び開口154は、軸126に沿って配列されて」いる構成は、本願発明の「トーチの作動時にガス流が導入される長手方向軸を有」する構成に相当する。

(b)引用発明の「トーチ114」は「軸126」に直交する半径面を有することは明らかであるから、引用発明の「キャリアガス102がイオン化されてホットプラズマ116(5000?10000K)を生成するトーチ114」は、本願発明の「前記トーチの前記長手方向軸と直交する半径面を有する前記トーチにおいてプラズマを生成するための装置」に相当する。

(c)引用発明の「互いに距離「L」を隔てて位置決めされた2つの平行なプレート152a、152b」が、本願発明の「第1の電極」及び「第2の電極」に相当する。

(d)引用発明の「開口154」が本願発明の「アパーチャ」に相当するから、「これらの平行なプレート152a、152bは、それぞれ開口154を含み、トーチ114はこの開口154を通り抜けるように配置されてい」る構成は、本願発明の「第1の電極」及び「第2の電極」が「前記トーチがその中に位置付けされるアパーチャを有する」構成に相当する。

(e)引用発明の「平坦な電極に供給されるRF電流は、開口154を通る環状の磁場182を生成する平坦な電流ループ172aを含んで」いる構成において、「開口154を通る環状の磁場182を生成する」ことから、「平坦な電流ループ172a」は「開口154」の周囲を回るように流れる電流であることは当業者には明らかである。
すると、引用発明の「平坦な電極に供給されるRF電流は、開口154を通る環状の磁場182を生成する平坦な電流ループ172aを含んで」いる構成と、本願発明の「第1の電極」及び「第2の電極」が「前記トーチの前記半径面の外周に沿ってループ電流を流すように構成配置された」構成は、「第1の電極」及び「第2の電極」が「前記トーチの外周に沿ってループ電流を流すように構成配置された」構成で一致する。

(f)引用発明において、「電極152の一部分176にRF電力が供給される」ために、「電極152」が含む「2つの平行なプレート152a、152b」が何らかの電源に連結されていることは自明であるから、引用発明の「電極152の一部分176にRF電力が供給される」構成は、本願発明の「第1の電極」及び「第2の電極」が「電源に連結するように構成されて」いる構成に相当する。

(g)引用発明では、「電極152は、逆の極性RF電流172が独立して供給される別の素子であって、」「各電極152に供給されるRF電力及び周波数は、独立して制御することができ、最適な性能となるように変化させることができる」ために、「電極152」が含む「2つの平行なプレート152a、152b」の各々に電流を印加することは明らかであるから、引用発明の「電極152は、逆の極性RF電流172が独立して供給される別の素子であって、」「各電極152に供給されるRF電力及び周波数は、独立して制御することができ、最適な性能となるように変化させることができる」構成は、本願発明の「前記ループ電流は前記第1および第2の電極の各々に電流を印加することで供給される」構成に相当する。

(h)引用発明の「電極152の第2の部分178はアース174に接続されて」いる構成と、本願発明の「前記第1および第2の電極は接地プレートに電気的に連結され」る構成は、「前記第1および第2の電極は接地に電気的に連結され」る構成で一致する。

(2)一致点
してみると、両者は、
「トーチの作動時にガス流が導入される長手方向軸を有し、前記トーチの前記長手方向軸と直交する半径面を有する前記トーチにおいてプラズマを生成するための装置であって、前記トーチがその中に位置付けされるアパーチャを有するとともに電源に連結するように構成されて前記トーチの外周に沿ってループ電流を流すように構成配置された第1の電極と、
前記トーチがその中に位置付けされるアパーチャを有するとともに電源に連結するように構成され、前記トーチの外周に沿ってループ電流を流すように構成配置された第2の電極をさらに備え、前記第1および第2の電極は接地に電気的に連結され、前記ループ電流は前記第1および第2の電極の各々に電流を印加することで供給される、装置。」で一致し、次の各点で相違する。

(3)相違点
(イ)本願発明では、「前記第1および第2の電極は接地プレートに電気的に連結され」ているのに対して、引用発明では、「電極152の第2の部分178はアース174に接続されて」いるとのみ特定されていて、「アース174」の形状が明らかでない点。

(ロ)本願発明では、「前記トーチの前記半径面の外周に沿ってループ電流を流す」のに対して、引用発明では、「開口154」の周囲を回るように電流を流す点、すなわち、本願発明では、「第1の電極」及び「第2の電極」が、「トーチ」の「長手方向軸」と直交する半径面に配置されているのに対して、引用発明では、「2つの平行なプレート152a、152b」が、「トーチ114」の長手方向の軸である「軸126」と直交する半径面に配置されているか否かが明らかでない点。

3.判断
(1)相違点(イ)について
引用文献2には、ICP装置の高周波誘導コイルである「出力コイル6」の「接地端」を「プラズマ室4」の金属製の壁に電気的に接続するという技術事項が記載されている。そして、この「プラズマ室4」の金属製の壁は、「出力コイル6」の「接地端」を電気的に接続するものであるから接地であるということができ、また、プレートであるということができるものであるから、この「プラズマ室4」の金属製の壁は接地プレートであるといえる。
すると、引用発明の「電極152の第2の部分178」が接続される「アース174」として、引用文献2に記載される「プラズマ室4」の金属製の壁のような接地プレートを採用して、上記相違点(イ)に係る本願発明の発明特定事項を得ることは当業者が容易に想到し得ることである。

(2)相違点(ロ)について
引用文献3には、誘導結合プラズマ(ICP)装置において、高周波誘導コイルが複数巻きのコイルであると、その螺旋により高周波磁界が傾いてしまうという課題を解決するために、高周波誘導コイルを複数の単巻きコイルとし、各単巻きコイルを電気絶縁管の横断面に平行な面内に配することにより、対称性に優れた磁界が得られるという技術事項が記載されている。
そして、引用発明も、ICP装置において、「ソレノイドの螺旋構造に起因して、ソレノイドの内部にその全長にわたって不均一な磁場を生成する」(引用文献1の段落【0004】)という課題を解決するために、「電極152は、互いに距離「L」を隔てて位置決めされた2つの平行なプレート152a、152bを含」む構成としたものであるから、この「2つの平行なプレート152a、152b」の配置として、引用文献3に記載された技術事項を採用して、「2つの平行なプレート152a、152b」を「トーチ114」の横断面に平行な面内に配置する、すなわち、「トーチ114」の長手方向の軸である「軸126」と直交する半径面に配置して、上記相違点(ロ)に係る本願発明の発明特定事項を得ることは当業者が容易に想到し得ることである。

(3)効果について
そして、本願発明が奏し得る効果は、引用発明、引用文献2に記載された技術事項及び引用文献3に記載された技術事項から当業者が予測し得る範囲のものであって格別なものではない。

(4)結論
したがって、本願発明は、引用発明、引用文献2に記載された技術事項及び引用文献3に記載された技術事項に基いて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第29条第2項の規定により特許を受けることができない。


第4 むすび
以上のとおり、本願発明は特許法第29条第2項の規定により特許を受けることができないから、本願は拒絶されるべきものである。
よって、結論のとおり審決する。
 
審理終結日 2015-02-12 
結審通知日 2015-02-17 
審決日 2015-03-02 
出願番号 特願2008-529236(P2008-529236)
審決分類 P 1 8・ 121- WZ (H05H)
最終処分 不成立  
前審関与審査官 林 靖  
特許庁審判長 神 悦彦
特許庁審判官 伊藤 昌哉
土屋 知久
発明の名称 プラズマ生成用誘導装置  
代理人 森田 俊雄  
代理人 堀井 豊  
代理人 深見 久郎  
代理人 野田 久登  
代理人 仲村 義平  
代理人 荒川 伸夫  
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