JP2005285520A - Electrode for plasma generation, plasma generator, and plasma treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ発生用電極、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置に関し、更に詳細には、対向する電極間に放電を容易に生起できるプラズマ発生用電極、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma generating electrode, a plasma generating apparatus, and a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma generating electrode, a plasma generating apparatus, and a plasma processing apparatus that can easily generate a discharge between opposing electrodes.
図25は、特開2001−297898により開示される従来のプラズマ表面処理装置の構成図である。この従来技術のプラズマ表面処理装置101は、電源回路110、高周波トランス111、一対の電極112a、112b、エアポンプ113を備えている。電源回路110は、15〜30kHzの高周波電圧を高周波トランス111の一次コイル111aに印加する。
FIG. 25 is a configuration diagram of a conventional plasma surface treatment apparatus disclosed by Japanese Patent Laid-Open No. 2001-297898. This conventional plasma
高周波トランス111の二次コイル111bには3000〜10000Vに昇圧された高周波電圧が発生し、この電圧が一対の電極112a、112bの間に印加される。この結果、一対の電極112a、112bの間にアーク放電が発生し、約200mAの放電電流が流れる。このアーク放電によって、空気が電離した状態、つまりプラズマが発生する。
A high-frequency voltage boosted to 3000 to 10000 V is generated in the
電源回路110はエアポンプ113にも電力を供給し、エアポンプ113が発生する空気流が一対の電極112a、112b間に供給される。この結果、一対の電極112a、112bの間に発生しているプラズマが、その近くに配置された処理対象物WKの表面に吹き付けられる。このようにして、処理対象物WKの表面がプラズマによって処理され、塗料、接着剤等に対する親和性が高められる。
The
この従来のプラズマ表面処理装置では、一対の電極112a、112bは、先端を先鋭にした棒状電極を並設した構造を有するだけであるから、棒状電極の側面間では放電が生起しにくい。また、先鋭な先端は平行に配置されているから、両先鋭端間でも放電が生起しにくい構造であった。放電が生起し難いため、プラズマを連続的に安定して発生させることが困難であり、プラズマ表面処理装置としても未完成なものである。
In this conventional plasma surface treatment apparatus, the pair of
本発明は、上記した従来の問題に鑑みてなされたものであって、対向する電極間に放電を安定して確実に生起させ、プラズマを容易に連続的に発生することができるプラズマ発生用電極、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and is an electrode for plasma generation that can stably and surely generate a discharge between opposing electrodes and easily and continuously generate plasma. Another object is to provide a plasma generator and a plasma processing apparatus.
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、本発明の第1の形態は、電極間でプラズマを発生させるプラズマ発生用電極において、前記電極の少なくとも一方の電極に電極間方向に向いた先鋭な突起を形成し、この突起と他方の電極間に放電を生起してプラズマを発生させるように構成したプラズマ発生用電極である。 The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems, and a first aspect of the present invention is an electrode for generating plasma in which plasma is generated between electrodes, and at least one of the electrodes is an electrode. This is an electrode for plasma generation that is configured to form a sharp protrusion facing in the direction of the gap and generate a discharge between the protrusion and the other electrode to generate plasma.
本発明の第2の形態は、一対以上の電極間でプラズマを発生させるプラズマ発生用電極であり、一対を構成する一方の電極又は両方の電極の対向する側に、電極間方向に向いた先鋭な突起を形成し、突起により電極間に放電を生起してプラズマを発生させるように構成したプラズマ発生用電極である。 The second aspect of the present invention is a plasma generating electrode for generating plasma between a pair of electrodes, and sharpened in the interelectrode direction on one electrode constituting the pair or on the opposite side of both electrodes. The plasma generating electrode is configured to form a plasma by generating a discharge between the electrodes by forming a protrusion and generating a discharge between the electrodes.
本発明の第3の形態は、前記電極は長手状に形成され、その対向する長手方向側面に複数の突起が形成されているプラズマ発生用電極である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a plasma generating electrode in which the electrode is formed in a longitudinal shape, and a plurality of protrusions are formed on opposite side surfaces in the longitudinal direction.
本発明の第4の形態は、前記電極間が先端になるにつれて次第に広がるように形成されているプラズマ発生用電極である。 The 4th form of this invention is an electrode for plasma generation formed so that it may spread gradually as the space | interval between the said electrodes becomes a front-end | tip.
本発明の第5の形態は、前記電極間が根元部分から互いに狭まり、途中から先端側に向けて互いに広がるように構成されているプラズマ発生用電極である。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a plasma generating electrode configured such that the gap between the electrodes is narrowed from the root portion and spread from the middle toward the tip side.
本発明の第6の形態は、前記電極の一方の電極が筒状電極であり、他方の電極がその筒状電極の内部に中心電極として配置されているプラズマ発生用電極である。 A sixth aspect of the present invention is a plasma generating electrode in which one of the electrodes is a cylindrical electrode and the other electrode is disposed as a central electrode inside the cylindrical electrode.
本発明の第7の形態は、前記一対の電極を複数対用意し、これら複数対の電極を平面状に配置したプラズマ発生用電極である。 A seventh aspect of the present invention is a plasma generating electrode in which a plurality of pairs of the pair of electrodes are prepared and the plurality of pairs of electrodes are arranged in a planar shape.
本発明の第8の形態は、前記一対の電極を複数対用意し、これら複数対の電極を立体状に配置したプラズマ発生用電極である。 An eighth aspect of the present invention is a plasma generating electrode in which a plurality of pairs of the pair of electrodes are prepared and the plurality of pairs of electrodes are arranged in a three-dimensional shape.
本発明の第9の形態は、前記突起を有する電極が、片方の側縁又は両側縁が鋸刃状に形成されているプラズマ発生用電極である。 In a ninth aspect of the present invention, the electrode having the projection is a plasma generating electrode in which one side edge or both side edges are formed in a saw blade shape.
本発明の第10の形態は、前記鋸刃状の電極が、捩じり形状を有するプラズマ発生用電極である。 In a tenth aspect of the present invention, the sawtooth electrode is a plasma generating electrode having a twisted shape.
本発明の第11の形態は、前記突起を有する電極が、先鋭な外周縁形状の駒状体を複数個連ねて構成されるプラズマ発生用電極である。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a plasma generating electrode in which the electrode having the protrusion is constituted by connecting a plurality of pieces having a sharp outer peripheral shape.
本発明の第12の形態は、前記突起を有する電極が、長手方向に間隔をおいて複数の突起が片方の側縁又は両側縁に設けられているプラズマ発生用電極である。 A twelfth aspect of the present invention is the plasma generating electrode, wherein the electrode having the protrusion is provided with a plurality of protrusions on one side edge or both side edges at intervals in the longitudinal direction.
本発明の第13の形態は、前記突起を有する電極が、棒状に形成され、この棒状電極の外周面に長手方向に複数の突起が設けられているプラズマ発生用電極である。 A thirteenth embodiment of the present invention is a plasma generating electrode in which the electrode having the protrusion is formed in a rod shape, and a plurality of protrusions are provided on the outer peripheral surface of the rod electrode in the longitudinal direction.
本発明の第14の形態は、前記突起を有する電極が、螺旋状に巻回されており、この螺旋状電極の周面に複数の突起が設けられているプラズマ発生用電極である。 According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a plasma generating electrode in which the electrode having the protrusion is spirally wound and a plurality of protrusions are provided on the peripheral surface of the spiral electrode.
本発明の第15の形態は、第1〜第8形態において電極間に1個以上の導電体を配設したプラズマ発生用電極である。 A fifteenth aspect of the present invention is a plasma generating electrode in which one or more conductors are disposed between the electrodes in the first to eighth aspects.
本発明の第16の形態は、第1〜第8形態において電極間に1個以上の絶縁体を配設し、又は第15形態の導電体間に絶縁体を配設したプラズマ発生用電極である。 A sixteenth aspect of the present invention is a plasma generating electrode in which one or more insulators are disposed between the electrodes in the first to eighth embodiments, or an insulator is disposed between the conductors of the fifteenth aspect. is there.
本発明の第17の形態は、前記筒状電極の内面側に複数の突起が形成されているプラズマ発生用電極である。 A seventeenth aspect of the present invention is a plasma generating electrode in which a plurality of protrusions are formed on the inner surface side of the cylindrical electrode.
本発明の第18の形態は、前記中心電極の内側に原料流体供給管が配設されているプラズマ発生用電極である。 An eighteenth aspect of the present invention is a plasma generating electrode in which a raw material fluid supply pipe is disposed inside the center electrode.
本発明の第19の形態は、第1乃至第18のいずれかの形態のプラズマ発生用電極を配置し、前記電極間に流体を送流して、プラズマを前方に押し出すように構成したプラズマ発生装置である。 According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a plasma generating apparatus in which the plasma generating electrode according to any one of the first to eighteenth aspects is arranged, a fluid is sent between the electrodes, and the plasma is pushed forward. It is.
本発明の第20の形態は、第1乃至第18のいずれかの形態のプラズマ発生用電極を配置し、インバータの出力を高圧パルス発生回路に供給して高圧パルスを形成し、この高圧パルスを前記プラズマ発生用電極に印加し、前記プラズマ発生用電極からプラズマを放射するプラズマ発生装置である。 In the twentieth aspect of the present invention, the plasma generation electrode according to any one of the first to eighteenth aspects is arranged, and the output of the inverter is supplied to a high voltage pulse generation circuit to form a high voltage pulse. It is a plasma generating apparatus that applies plasma to the plasma generating electrode and emits plasma from the plasma generating electrode.
本発明の第21の形態は、前記高圧パルス発生回路により、個々の電極対を独立に充放電制御するプラズマ発生装置である。 A twenty-first aspect of the present invention is a plasma generator for controlling charge / discharge of each electrode pair independently by the high voltage pulse generation circuit.
本発明の第22の形態は、第19、20又は第21の形態のプラズマ発生装置を配置し、このプラズマ発生装置から放射されるプラズマ流を反応室に導入し、このプラズマを用いて反応室内で被処理物を処理するプラズマ処理装置である。 In a twenty-second aspect of the present invention, the plasma generator of the nineteenth, twentieth or twenty-first aspect is arranged, a plasma flow radiated from the plasma generator is introduced into the reaction chamber, and the reaction chamber is used using this plasma. Is a plasma processing apparatus for processing an object to be processed.
本発明の第1の形態によれば、先鋭な突起が電極間方向に向いて形成されているから、一方の電極に形成された突起から他方の電極に向けて放電が容易に生起し、この放電によりプラズマを確実に発生させることができる。また、両方の電極に電極間方向に向いた先鋭な突起が設けられていれば、これらの突起の間に放電が一層容易に生起し、より確実にプラズマを発生させることができる。突起の先端が先鋭に形成されているので、この突起の先端の先鋭部分には高電界が作用し、その結果放電が生起されやすく、プラズマ発生が容易になる。 According to the first aspect of the present invention, since the sharp protrusion is formed in the inter-electrode direction, discharge easily occurs from the protrusion formed on one electrode toward the other electrode. Plasma can be reliably generated by discharge. Further, if sharp protrusions facing in the direction between the electrodes are provided on both electrodes, a discharge is more easily generated between these protrusions, and plasma can be generated more reliably. Since the tip of the protrusion is sharply formed, a high electric field acts on the sharp portion of the tip of the protrusion, and as a result, discharge is easily generated and plasma generation is facilitated.
本発明の第2の形態によれば、一対以上の電極が配置され、これらの電極に設けられた先鋭な突起間に放電が生起されると、電極間に強いプラズマを発生し、しかも複数対の電極から放射されるプラズマ流は、大面積化され、大面積プラズマの大量放射を実現できる。 According to the second aspect of the present invention, when a pair of electrodes are arranged and a discharge is generated between sharp projections provided on these electrodes, strong plasma is generated between the electrodes, and a plurality of pairs are formed. The plasma flow radiated from the electrodes of this type has a large area, and a large amount of radiation of the large area plasma can be realized.
本発明の第3の形態によれば、長手状に形成された電極の長手方向側面の複数の突起から複数の放電が生起され、複数突起間に大量放電が生起し、幾条にも重なった高密度プラズマを連続的に発生することができる。 According to the third aspect of the present invention, a plurality of discharges are generated from the plurality of protrusions on the side surface in the longitudinal direction of the electrode formed in the longitudinal shape, and a large amount of discharge is generated between the plurality of protrusions, which overlaps many lines. High density plasma can be generated continuously.
本発明の第4の形態によれば、電極間が先端側に向けて次第に広がるように構成されているので、先端側に向けて次第に広い間隔で放電が生起される。これにより、先端側に向けて次第に広がるプラズマを幾条にも重なるように発生でき、大面積プラズマの放射を実現できる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the gap between the electrodes gradually expands toward the distal end side, discharge is generated at gradually wider intervals toward the distal end side. As a result, plasma that gradually spreads toward the tip side can be generated so as to overlap in many lines, and radiation of a large area plasma can be realized.
本発明の第5の形態によれば、電極間が根元部分から互いに狭まり、途中から先端側向けて互いに広がるように構成されているので、電極間の最小間隔距離の調整が容易であり、最小間隔距離を微小化することによって、放電を最適化でき、プラズマ発生の最適調整が容易になる。また、電極先端間隔を自在に拡張できるから、大面積プラズマの発生が容易になる。 According to the fifth aspect of the present invention, the electrodes are configured such that the distance between the electrodes narrows from the root portion and spreads from the middle toward the tip side, so that the adjustment of the minimum distance between the electrodes is easy, and the minimum By reducing the distance, the discharge can be optimized and the optimum adjustment of the plasma generation is facilitated. In addition, since the electrode tip interval can be freely expanded, the generation of large area plasma is facilitated.
本発明の第6の形態によれば、筒状電極の内面と内部の中心電極との間に、幾条もの放電が生起され、筒状電極の先端又は側面の開口部からプラズマジェット流を噴き出すように構成できる。また、複数の筒状電極を任意位置に配置することによって、複数のプラズマジェット流の放射が可能となる。 According to the sixth aspect of the present invention, a number of discharges are generated between the inner surface of the cylindrical electrode and the inner central electrode, and a plasma jet flow is ejected from the opening at the tip or side surface of the cylindrical electrode. It can be configured as follows. Further, by arranging a plurality of cylindrical electrodes at arbitrary positions, it is possible to emit a plurality of plasma jet streams.
本発明の第7の形態によれば、平面状に配置された複数対の電極間のそれぞれから放電が生起され、大面積の平面状プラズマを発生させることができる。また、複数の筒状電極を平面状に配置すれば、複数のプラズマジェット流を平面状に放射できる。複数対の電極対は、直線状に列設してもよいし、開曲線状に列設してもよいし、閉曲線状に列設してもよく、配置形態は任意である。直線状や開曲線状列設では平面状プラズマが放射される。閉曲線状列設で放射方向が内方向に向く場合には閉曲線で囲われた面状プラズマが形成され、閉曲線状列設で放射方向が外方向に向く場合には閉曲線で囲われた面を除く面状プラズマが形成される。例えば、閉曲線が略円周・略楕円で放射方向が内方向の場合には、略円面プラズマ・略楕円面プラズマが形成される。 According to the seventh aspect of the present invention, a discharge is generated from each of a plurality of pairs of electrodes arranged in a planar shape, and a large-area planar plasma can be generated. Further, if a plurality of cylindrical electrodes are arranged in a planar shape, a plurality of plasma jet flows can be emitted in a planar shape. The plurality of pairs of electrodes may be arranged in a straight line, an open curve, or a closed curve, and the arrangement is arbitrary. Planar plasma is emitted in a linear or open curve arrangement. When the radial direction is inward in the closed curve arrangement, a planar plasma surrounded by the closed curve is formed, and when the radial direction is in the outward direction in the closed curve arrangement, the surface surrounded by the closed curve is excluded. A planar plasma is formed. For example, when the closed curve is approximately the circumference / approximately ellipse and the radiation direction is the inward direction, approximately circular plasma / approximately elliptical plasma is formed.
本発明の第8の形態によれば、立体状に配置した複数対の電極間に放電が生起されて立体的なプラズマ流を発生させることができる。例えば、複数の電極対を平面配置し、この平面配置を複数段重ねることにより、立体プラズマを形成できる。電極対の平面配置は任意に設計でき、プラズマ放射方向を一方向に揃えると、大立体プラズマ流になり、放射方向を内向き方向に揃えると、断面が略円面、略楕円面・略矩形面を積重ねた筒状の大立体プラズマを形成できる。電極対は2本の電極でもよいし、筒状電極でもよい。特に、筒状電極の場合には、プラズマジェット放射を立体的に組み立てた大立体プラズマ流を構成できる。 According to the 8th form of this invention, discharge is produced between the several pairs of electrodes arrange | positioned in three dimensions, and a three-dimensional plasma flow can be generated. For example, a three-dimensional plasma can be formed by arranging a plurality of electrode pairs in a plane and overlapping the plane arrangement in a plurality of stages. The planar arrangement of the electrode pair can be designed arbitrarily. When the plasma radiation direction is aligned in one direction, a large three-dimensional plasma flow is obtained. When the radiation direction is aligned in the inward direction, the cross-section is substantially circular, substantially elliptical, or substantially rectangular. A cylindrical large three-dimensional plasma having stacked surfaces can be formed. The electrode pair may be two electrodes or a cylindrical electrode. In particular, in the case of a cylindrical electrode, a large three-dimensional plasma flow in which plasma jet radiation is three-dimensionally assembled can be configured.
本発明の第9の形態によれば、電極の複数の突起が鋸刃状に形成されているので、この鋸刃状の突起のそれぞれから強い放電が生起されて安定確実なプラズマを発生させることができる。 According to the ninth aspect of the present invention, since the plurality of protrusions of the electrode are formed in a saw blade shape, a strong discharge is generated from each of the saw blade protrusions to generate a stable and reliable plasma. Can do.
本発明の第10の形態によれば、鋸刃状の電極が捩じり形状になっているので、この電極の周囲各方面に放電が生起されて広い範囲でのプラズマを発生させることができる。特に、他方の電極が筒状電極である場合には、この捩じり形状の電極の鋸刃状部分が、筒状電極に向けて放射状に放電され、開口部から高強度のプラズマを発生することができる。 According to the tenth aspect of the present invention, since the sawtooth electrode has a twisted shape, a discharge is generated in various directions around the electrode, and plasma in a wide range can be generated. . In particular, when the other electrode is a cylindrical electrode, the sawtooth portion of the twisted electrode is discharged radially toward the cylindrical electrode, and high-intensity plasma is generated from the opening. be able to.
本発明の第11の形態によれば、電極が先鋭な外縁形状の複数の駒状体の先鋭な部分の周囲から放射状に放電が生起されて放射状のプラズマを発生させることができる。特に、他方の電極が筒状電極であれば、筒状電極の内面に向けて、駒状体の周囲の先鋭な部分から、筒状電極の内面に向けて放射面状に放電されて放射面状のプラズマを発生することができる。 According to the eleventh aspect of the present invention, radial plasma can be generated by generating a radial discharge from the periphery of the sharp portions of the plurality of pieces having a sharp outer edge shape. In particular, if the other electrode is a cylindrical electrode, it is discharged toward the inner surface of the cylindrical electrode from the sharp part around the piece to the inner surface of the cylindrical electrode and discharged to the radial surface. Shaped plasma can be generated.
本発明の第12の形態によれば、電極の長手方向に間隔をおいて設けられた突起から複数条の放電が生起されて、この多条放電によりプラズマを間隔を有して発生させることができる。 According to the twelfth aspect of the present invention, a plurality of discharges are generated from protrusions provided at intervals in the longitudinal direction of the electrode, and plasma is generated at intervals by the multi-discharge. it can.
本発明の第13の形態によれば、棒状電極の外周面にある複数の突起から外側に向けて放電が生起され、これら複数条の放電により強力なプラズマを発生させることができる。特に、他方側の電極が筒状電極である場合には、この筒状電極の内面に向け複数条の放電が生起され、筒状電極内部で高強度のプラズマを発生させ、開口部から強力なプラズマジェット流を放射できる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, discharge is generated outward from the plurality of protrusions on the outer peripheral surface of the rod-shaped electrode, and powerful plasma can be generated by the discharge of the plurality of strips. In particular, when the other electrode is a cylindrical electrode, a plurality of discharges are generated toward the inner surface of the cylindrical electrode, and high-strength plasma is generated inside the cylindrical electrode. A plasma jet stream can be emitted.
本発明の第14の形態によれば、螺旋状に巻回された電極の周面から周囲あらゆる方向に向けて放電が生起され、あらゆる方向に向けてプラズマを発生させることができる。特に、他方の電極が筒状電極であれば、この筒状電極の内面のあらゆる箇所に放電が生起され、筒状電極内の全方向に向けてプラズマを発生させ、開口部から強力なプラズマジェット流を放射できる。 According to the fourteenth aspect of the present invention, discharge can be generated in all directions from the peripheral surface of the spirally wound electrode, and plasma can be generated in all directions. In particular, if the other electrode is a cylindrical electrode, a discharge is generated everywhere on the inner surface of the cylindrical electrode, and plasma is generated in all directions in the cylindrical electrode, and a powerful plasma jet is generated from the opening. A stream can be emitted.
本発明の第15の形態によれば、電極間に配設された導電体は1個以上であればよく、導電体間に電極間で発生したプラズマが多分割状に発生するので、このプラズマの先端縁を概ね一直線化したプラズマにすることができる。導電体が無い場合には、電極間に形成されるプラズマ流の先端縁は略円弧状になるが、導電体が介在すると、導電体間のプラズマ流は任意の位置において均一化され、導電体の列設方向にプラズマ流の先端縁が整列される。従って、導電体を直線状に配置すると、この直線方向にプラズマ流の先端縁が略直線化される。 According to the fifteenth aspect of the present invention, the number of conductors disposed between the electrodes may be one or more, and the plasma generated between the electrodes between the conductors is generated in multiple divisions. It is possible to make the plasma whose tip edge is substantially straight. When there is no conductor, the leading edge of the plasma flow formed between the electrodes is substantially arc-shaped, but when the conductor is interposed, the plasma flow between the conductors is uniformed at any position, and the conductor The leading edges of the plasma flow are aligned in the direction in which they are arranged. Therefore, when the conductor is arranged in a straight line, the leading edge of the plasma flow is substantially straightened in this straight line direction.
本発明の第16の形態によれば、第15の形態のような導電体を配設する代わりに、例えば電極間に1個以上の絶縁体の板を櫛状あるいはフィン状に配設する。電極間で発生したプラズマは、絶縁体の櫛状板によって多分割され、プラズマ先端縁が概ね一直線化できる。第15の形態の場合、金属表面の処理に使うとき,被処理金属にも電流が流れるため、該金属表面にプラズマスポット(アークスポット)が形成される結果、該金属表面が損傷する場合がある。第16の形態のように電極間に絶縁物を配設すると、電極間の電流路が遮断されるため、金属の処理の際にも該金属に電流が流れることがなく、つまり,該金属表面にアークスポットが形成されることがなく、該金属表面が損傷を受けないという利点がある。更にまた,第15の形態のように電極間に1個以上の導電体を配設し、加えて絶縁体を配設するのも良い。この場合、導電体間に配置された絶縁体によって、導電体間の微細円弧状プラズマが直線状に押し潰され、より一層直線状のプラズマを得ることができる。導電体だけの場合には、導電体間においてプラズマ先端縁は微細な円弧状になるが、導電体間に絶縁体を介在させると、絶縁体により微細な円弧状プラズマがつぶされ、導電体と絶縁体間で微細な平坦プラズマになり、この平坦プラズマが横方向に連設されて、プラズマ先端縁が一層直線化される。 According to the sixteenth aspect of the present invention, instead of disposing the conductor as in the fifteenth aspect, for example, one or more insulating plates are disposed between the electrodes in a comb shape or a fin shape. The plasma generated between the electrodes is divided into multiple pieces by an insulating comb-like plate, and the plasma front edge can be substantially aligned. In the case of the fifteenth embodiment, when a metal surface is used for processing, since a current also flows through the metal to be processed, a plasma spot (arc spot) is formed on the metal surface, which may damage the metal surface. . When an insulator is provided between the electrodes as in the sixteenth embodiment, the current path between the electrodes is interrupted, so that no current flows through the metal even during metal processing, that is, the metal surface. There is an advantage that no arc spot is formed and the metal surface is not damaged. Furthermore, as in the fifteenth embodiment, one or more conductors may be disposed between the electrodes, and in addition, an insulator may be disposed. In this case, the fine arc-shaped plasma between the conductors is crushed linearly by the insulator disposed between the conductors, and a more linear plasma can be obtained. In the case of only a conductor, the plasma leading edge is formed in a fine arc shape between conductors. However, if an insulator is interposed between conductors, a fine arc plasma is crushed by the insulator, and the conductor and A fine flat plasma is formed between the insulators, and the flat plasma is continuously provided in the lateral direction, so that the plasma front edge is further linearized.
本発明の第17の形態によれば、筒状電極の内面側の複数の突起と中心電極との間に放電が生起されて、太い棒状のプラズマを発生させ開口部の形状に応じた断面形を有するプラズマジェット流を形成できる。 According to the seventeenth aspect of the present invention, a discharge is generated between the plurality of protrusions on the inner surface side of the cylindrical electrode and the center electrode to generate a thick rod-shaped plasma, and a cross-sectional shape corresponding to the shape of the opening A plasma jet stream having
本発明の第18の形態によれば、中心電極の内側に原料流体供給管が配設されているので、筒状電極との開口部から放射されるプラズマジェット流の中に供給管の先端から原料流体が供給され、プラズマエネルギーにより原料流体を反応させて目的物質を生成することができる。 According to the eighteenth aspect of the present invention, since the raw material fluid supply pipe is disposed inside the center electrode, the plasma jet flow radiated from the opening with the cylindrical electrode enters the plasma jet flow from the tip of the supply pipe. A raw material fluid is supplied, and the target material can be generated by reacting the raw material fluid with plasma energy.
本発明の第19の形態によれば、プラズマ発生用電極によって生起した放電中に流体が進入し、放電エネルギーによってこの流体をプラズマ化して、任意流体のプラズマを発生させることができる。同時に、このプラズマは流体により前方へ押し出されるので、前方へ流出するプラズマ流を形成できる。流体が空気なら空気プラズマとなり、他の気体ならその気体を原料としたプラズマとなり、また流体が液体ならその液体を原料としたプラズマを形成できる。この様に任意流体のプラズマを生成することができる。 According to the nineteenth aspect of the present invention, a fluid enters the discharge generated by the plasma generating electrode, and the fluid is turned into plasma by the discharge energy, so that plasma of an arbitrary fluid can be generated. At the same time, the plasma is pushed forward by the fluid, so that a plasma flow flowing out forward can be formed. If the fluid is air, it becomes air plasma, and if it is another gas, it becomes plasma using that gas as a raw material, and if the fluid is liquid, it can form plasma using that liquid as a raw material. In this way, plasma of an arbitrary fluid can be generated.
本発明の第20の形態によれば、インバータで交流の周波数が可変され、このインバータからの出力により高圧パルス発生回路で高圧パルスが形成される。この高圧パルスがプラズマ発生用電極に印加されて、プラズマ発生用電極からプラズマが放射される。インバータを用いるから省力化でき、高圧パルス発生回路で高圧パルスが得られるので、プラズマ発生用電極間で効率的にプラズマを発生させることができる。 According to the twentieth aspect of the present invention, the AC frequency is varied by the inverter, and a high voltage pulse is formed by the high voltage pulse generation circuit by the output from the inverter. This high voltage pulse is applied to the plasma generating electrode, and plasma is emitted from the plasma generating electrode. Since an inverter is used, labor can be saved and a high voltage pulse can be obtained by a high voltage pulse generation circuit, so that plasma can be efficiently generated between the plasma generating electrodes.
本発明の第21の形態によれば、高圧パルス発生回路で、個々の電極対を独立に充放電制御することができ、個々の電極対にそれぞれ高い電圧の高圧パルスを供給することができる。これにより、個々の電極対で強いプラズマを発生させることができる。 According to the twenty-first aspect of the present invention, each high voltage pulse generation circuit can independently charge and discharge each electrode pair, and a high voltage high voltage pulse can be supplied to each electrode pair. Thereby, strong plasma can be generated in each electrode pair.
本発明の第22の形態によれば、プラズマ発生装置から放射されるプラズマ流を反応室に導入しているので、このプラズマにより被処理物の表面を処理し、被処理物の表面に成膜したり、被処理物の表面を加工することができる。 According to the twenty-second aspect of the present invention, since the plasma flow radiated from the plasma generator is introduced into the reaction chamber, the surface of the object to be processed is processed by this plasma, and the film is formed on the surface of the object to be processed. Or the surface of the object to be processed can be processed.
以下、本発明に係るプラズマ発生用電極、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置の実施の形態を、図1〜図24に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of a plasma generating electrode, a plasma generating apparatus, and a plasma processing apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to FIGS.
図1は本発明に係るプラズマ発生装置の第1実施形態を示すブロック図である。 図1に示すように、このプラズマ発生装置1は、インバータ回路2(INV)と、このインバータ回路2に接続された高圧パルス発生回路3(HPG)と、この高圧パルス発生回路3に接続されたプラズマ発生用電極4と、このプラズマ発生用電極4の各電極4a、4b間に流体を送流させる送流器7(FG)から構成されている。更に詳述すると、電極4a、4bには、電極間方向に向いた先鋭な複数の突起4g、4gが形成されている。また、前記送流器7はプラズマ化される流体を送流し、生成されるプラズマを前方へ押し出す作用を有する。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a plasma generator according to the present invention. As shown in FIG. 1, the
インバータ回路2で交流の周波数が可変され、このインバータからの出力により高圧パルス発生回路3で高圧パルスが形成される。この高圧パルスがプラズマ発生用電極4に印加されて、電極4a、4bの突起4g、4g間に放電が生起され、この放電エネルギーにより、電極4a、4b間に送流される流体のプラズマが発生される。即ち、電極間方向に対向した突起4g、4gの先端は先鋭化されており、この先鋭端に電気力線が集中するから、この突起4g、4gの間に放電が容易に生起され、プラズマを誘起することになる。前記送流器7から送流される流体が空気なら空気プラズマが、窒素ガスなら窒素プラズマが生成される。また、流体はガスに限らず、液体でも良い。それらの混合流体でも良い。もちろん、流体中に固体粉末が含まれていても良い。更には、ガス流体中に液体粉末が含まれていても良い。流体が液体の場合には、電極4g、4gは液体中に浸漬されており、液体を構成する成分が分解したプラズマが生成される。また、送流器7により流体が送流されるから、流体は電極間を前方に向かって流れ、ガスソースプラズマ(ガスを主原料としたプラズマ)、液体ソースプラズマ(液体を原料としたプラズマ),固体若しくは液体粉末を含むガスソースプラズマ、あるいは固体粉末を含む液体ソースプラズマを前方へ押し出し、連続したプラズマ流を形成する。
The
この第1実施形態のプラズマ発生装置によれば、高圧パルス発生回路3で高い電圧の高圧パルスが得られるので、プラズマ発生用電極間4で高率的にプラズマが破線のように発生される。また、インバータ回路2を用いているので電力エネルギーの省力化が行われる。送流器7の具体例として、ガスの場合にはブロワーが使用でき、液体の場合にはポンプが使用できる。また、流体の流れを層流化するために整流部材が配置され、流体が整流部材を通過すると層流に転換され、この層流を前記電極間に流通させれば均一なプラズマ流を形成できる。
According to the plasma generating apparatus of the first embodiment, a high voltage high voltage pulse is obtained by the high voltage
図2はプラズマ発生装置の第2実施形態を示すブロック図である。図2に示すように、この第2実施形態のプラズマ発生装置1Aでは、電源5とインバータ回路2とが接続され、インバータ回路2と高圧パルス発生回路3のトランス6とが接続されている。更に、高圧パルス発生回路3とプラズマ発生用電極4Aとが接続されている。プラズマ発生用電極4Aは、両外側の鋸刃状の電極4cとこれら電極4cの内側の他方の電極4dとから構成されている。電極4c、4cは高圧電極であり、電極4dはアース側電極である。両外側の電極4c、4cには、電極間方向に向いた先鋭な突起4gがそれぞれ複数設けられている。この実施形態では、電極対4c、4dが2対配置され、対の数を増やすことによりプラズマの大面積化が可能になる。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the plasma generator. As shown in FIG. 2, in the plasma generator 1A of the second embodiment, a
この第2実施形態によれば、インバータ回路2からの出力が、トランス6で高圧化されて、高い電圧の高圧パルスが得られる。この高圧パルスによって、プラズマ発生用電極4Aの両電極4c、4d間に連続放電を生起し、安定確実な連続プラズマが発生される。
According to the second embodiment, the output from the
図3はプラズマ発生装置の第3実施形態を示すブロック図である。図3に示すように、この第3実施形態のプラズマ発生装置1Bは、インバータ回路2と高圧パルス発生回路3のトランス6とが接続されている。更に、この高圧パルス発生回路3とプラズマ発生用電極4Bとが接続されている。プラズマ発生用電極4Bは両側方向にジグザグ状の突起が形成された線材4e(高圧電極)からなる。電極間方向に向いた複数の先鋭な突起4gと内側の電極4fとの間に放電が生起される。この放電エネルギーにより外側の電極4eと内側の電極4fの間に複数条のプラズマが発生される。図1及び図2では、先鋭な突起は鋸刃から形成されていたが、図3のようにジグザグ突起から形成されても、電極間の放電を効率的に生起することができる。この先鋭な突起は高圧側に設けても良いし、アース側に設けても良く、また両電極に設けても良いことは云うまでも無い。
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the plasma generator. As shown in FIG. 3, in the
また、高圧パルス発生回路3とプラズマ発生用電極1Bとの中間に送流器7が配置されている。この送流器7から流体が両電極4e、4f間に送流されるようになっている。この送流器7からの流体の送流によって、この流体のプラズマを生成でき、しかも両電極4e、4f間のプラズマ流を前方に向けて送出することができる。
In addition, a
図4は本発明に係るプラズマ発生用電極の第1実施形態を示す概略平面図である。図4に示すように、このプラズマ発生用電極4Aは上記第2実施形態のプラズマ発生装置1Aで使用されているものと同様に、両外側の鋸刃状の電極4cとその内側の電極4dとで構成されている。外側の電極4cには電極間方向に向けて先鋭な突起4gが形成されている。両外側の鋸刃状の電極4cから内側の電極4dに向けて複数条のプラズマが発生される。
FIG. 4 is a schematic plan view showing a first embodiment of a plasma generating electrode according to the present invention. As shown in FIG. 4, this
この第1実施形態によれば、先鋭な突起4gが電極間方向に向いて形成されているから、一方の電極4cに形成された突起4gから他方の電極4dに向けて放電が容易に生起し、この放電によりプラズマが確実に発生される。突起4gの先端が先鋭に形成されているので、この突起4gの先端の先鋭部分には高電界が作用し、その結果放電が生起されやすく、プラズマ発生が容易になる。
According to the first embodiment, since the
図5は第1実施形態のプラズマ発生用電極の電極間に複数の導電体を配設した状態の概略平面図であり、(5B)は(5A)に示す導電体間のプラズマの発生状態を示す概略拡大部分平面図である。 FIG. 5 is a schematic plan view of a state in which a plurality of conductors are disposed between the electrodes of the plasma generating electrode of the first embodiment, and (5B) shows the plasma generation state between the conductors shown in (5A). It is a general | schematic expanded partial plan view shown.
(5A)及び(5B)に示すように、一方の鋸刃状の電極4cにおける先端の突起4gと他方の電極4dとの間に、複数の導電体8が列設されている。従って、電極4c、4d間に配設された複数の導電体8、8間に電極4c、4d間で発生したプラズマが幾列も発生するので、このプラズマが直線状のプラズマとなる。
As shown in (5A) and (5B), a plurality of
即ち、導電体8が無い場合には、電極4c、4d間に形成されるプラズマ流の先端縁は略円弧状に形成される。導電体8が介在すると、導電体8、8間に微細な円弧状プラズマが形成され、多数の微細円弧状プラズマの先端縁が略直線状に構成される。従って、プラズマ流は任意の位置において均整化され、導電体の列設方向にプラズマ流の先端縁が整列される。従って、導電体8を直線状に配置すると、この直線方向にプラズマ流の先端縁が略直線化される。プラズマ流の先端縁が直線化されると、前進するプラズマ流が前方に配置される被処理物の表面に均一に衝突し、プラズマ処理の均一化を図ることができる。
That is, when there is no
図6は第1実施形態のプラズマ発生用電極の複数の導電体の間に絶縁体を配設した状態の概略平面図であり、(6B)は(6A)に示す導電体間のプラズマの発生状態を示す概略拡大部分平面図である。 FIG. 6 is a schematic plan view showing a state in which an insulator is disposed between a plurality of conductors of the plasma generating electrode of the first embodiment, and (6B) is a plasma generation between the conductors shown in (6A). It is a general | schematic expanded partial plan view which shows a state.
(6A)及び(6B)に示すように、両電極4c、4d間に列設された複数の導電体8の間にそれぞれ絶縁体9が配設されている。従って、導電体間の絶縁体9によって、導電体間に進入した微細プラズマ流が押しつぶされ、この押し潰された微細プラズマ流が前進すると、電極4c、4c間のプラズマ流の先端縁が直線化され、より一層直線状のプラズマ流が形成される。
As shown in (6A) and (6B), the
即ち、導電体8だけの場合には、導電体8、8間においてプラズマ先端縁は微細な円弧状になるが、導電体8、8間に絶縁体9を介在させると、絶縁体9により微細な円弧状プラズマがつぶされ、導電体8、8の間で微細な平坦プラズマになる。この平坦プラズマが横方向に連設されて、全体のプラズマ流の先端縁が一層直線化される。もちろん、導電体8を使わず,絶縁体9だけを用いても良い。
That is, in the case of the
図7は第2実施形態のプラズマ発生用電極の概略平面図である。図7に示すように、このプラズマ発生用電極4Cは、両電極4h、4hが長手状に形成され、長手方向適宜箇所に互いに向き合う先鋭な突起4j、4jが形成されている。従って、これらの先鋭な突起4j、4j間に放電が生起され、プラズマが発生される。このプラズマは、先鋭な突起4j、4j間に発生するので、流体の送流により安定確実にプラズマを前進させることができる。
FIG. 7 is a schematic plan view of the plasma generating electrode of the second embodiment. As shown in FIG. 7, this
図8は第3実施形態のプラズマ発生用電極の概略平面図である。図8に示すように、このプラズマ発生用電極4Dは、鋸刃状の電極4k、4k間が根元部分から互いに狭まり、途中から先端側に向けて互いに広がるように構成されている。従って、電極4k、4k間が根元部分から互いに狭まり、途中から先端側向けて互いに広がるように構成されているので、電極4k、4k間の最小間隔距離の調整が容易であり、最小間隔距離を微小化することによって放電性能を最適化でき、プラズマ発生の最適調整が容易になる。また、電極先端間隔を自在に拡張できるから、大面積プラズマの発生が容易になる。
FIG. 8 is a schematic plan view of the plasma generating electrode of the third embodiment. As shown in FIG. 8, the plasma generating electrode 4D is configured such that the space between the saw-
図9は第4実施形態のプラズマ発生用電極の一方側の電極を示す部分平面図である。図9に示すように、このプラズマ発生用電極4Eは、鋸刃状の電極4mが、捩じり形状に形成されている。従って、鋸刃状の電極4mが捩じり形状になっているので、多数の突起が周囲の全方向に配置され、この電極4mの周囲各方面に放電が生起されて広い範囲でプラズマが発生される。 FIG. 9 is a partial plan view showing an electrode on one side of the plasma generating electrode of the fourth embodiment. As shown in FIG. 9, the plasma generating electrode 4E has a sawtooth electrode 4m formed in a twisted shape. Accordingly, since the sawtooth electrode 4m is twisted, a large number of protrusions are arranged in all directions around the electrode, and discharge is generated in each direction around the electrode 4m to generate plasma in a wide range. Is done.
図10は第5実施形態のプラズマ発生用電極の概略平面図である。図10に示すように、このプラズマ発生用電極4Fは、先端側の間隔が広くなるように互いに向き合う略三角形状の電極4n、4nが配置され、その内側の傾斜面に複数の先鋭な突起4pが形成されている。従って、この電極4nは三角形状に形成されているので、電極の作製が容易になる利点を有する。
FIG. 10 is a schematic plan view of the plasma generating electrode of the fifth embodiment. As shown in FIG. 10, the
図11は第6実施形態のプラズマ発生用電極の概略平面図である。図11に示すように、このプラズマ発生用電極4Gは、両電極4q、4qが先端になるにつれて互いに広がる外向き円弧状の板状体で形成され、その対向する側縁に複数の先鋭な突起4pが形成されている。この電極は鋸刃の概念に包含される。 FIG. 11 is a schematic plan view of the plasma generating electrode of the sixth embodiment. As shown in FIG. 11, the plasma generating electrode 4G is formed of an outwardly arcuate plate-like body that spreads toward each other as the electrodes 4q and 4q become tips, and a plurality of sharp protrusions are formed on the opposing side edges. 4p is formed. This electrode is included in the concept of a saw blade.
図12は第7実施形態のプラズマ発生用電極の概略平面図である。図12に示すように、このプラズマ発生用電極4Hは、両電極4r、4rが先端方向に互いに広がる内向き円弧状の板状体で形成され、その対向する側縁に複数の先鋭な突起4pが形成されている。この電極も鋸刃の概念に包含される。
FIG. 12 is a schematic plan view of the plasma generating electrode of the seventh embodiment. As shown in FIG. 12, the plasma generating electrode 4H is formed of an inwardly arcuate plate-like body in which both electrodes 4r and 4r spread in the tip direction, and a plurality of
図13はプラズマ発生装置の第4実施形態のブロック図であり、プラズマ発生用電極を複数並設している点に特徴を有する。図13に示すように、このプラズマ発生用電極4Iは、外側の電極4s、4sが先端になるにつれて互いに広がる形状で鋸刃状の突起を有する線材で形成され、内側の電極4tが略U字形に形成されている。更に、これらの電極4s、4s、4tが平面方向に複数列配置されている。従って、平面状に配置された複数対の電極4s、4t間のそれぞれから放電が生起され、大面積の平面状プラズマが発生される。 FIG. 13 is a block diagram of a fourth embodiment of the plasma generator, which is characterized in that a plurality of plasma generating electrodes are arranged in parallel. As shown in FIG. 13, this plasma generating electrode 4I is formed of a wire material having sawtooth-shaped projections that spread toward each other as the outer electrodes 4s, 4s become tips, and the inner electrode 4t is substantially U-shaped. Is formed. Further, these electrodes 4s, 4s, 4t are arranged in a plurality of rows in the plane direction. Accordingly, a discharge is generated from each of the plurality of pairs of electrodes 4s and 4t arranged in a plane, and a large area of plane plasma is generated.
図14は第3実施形態のプラズマ発生用電極を複数並設した状態の概略平面図である。図14に示すように、一対の鋸刃状の電極4k、4kが平面方向に複数配列されている。従って、平面状に配置された一対の電極4k、4k間のそれぞれから放電が生起され、大面積の平面状プラズマを発生することができる。
FIG. 14 is a schematic plan view showing a state in which a plurality of plasma generating electrodes according to the third embodiment are arranged side by side. As shown in FIG. 14, a plurality of pairs of saw-
図15は第8実施形態のプラズマ発生用電極を示し、(15A)はその概略斜視図、(15B)はその概略平面図、(15C)はそのプラズマ流の説明図である。(15A)及び(15B)に示すように、この第8実施形態のプラズマ発生用電極4Jは、一方の電極4uが四方に配置され、他方の電極4wがこの中心箇所に四方向に配置されている。一方の電極4uは鋸刃状の線材で形成され、他方の電極4wは略U字形に形成され、2つの線材からなる電極4wが+状に交差して配置されている。従って、一方の電極4uから中心位置の他方の電極4wに向けて放電が生起し、4対の電極間の放電によってプラズマが発生される。このプラズマは流体の送流によって矢印方向に押し出され、(15C)に示すように、立体円状のプラズマPとなる。
FIG. 15 shows an electrode for plasma generation according to an eighth embodiment, (15A) is a schematic perspective view thereof, (15B) is a schematic plan view thereof, and (15C) is an explanatory view of the plasma flow. As shown in (15A) and (15B), in the plasma generating electrode 4J of the eighth embodiment, one electrode 4u is arranged in four directions, and the
図16は第3実施形態のプラズマ発生用電極を複数立体配置した状態の概略斜視図である。図16に示すように、このプラズマ発生電極4Cは、一対の鋸刃状の電極4k、4kからなり、これらの一対の電極4k、4kが上下2段でそれぞれ平面方向に複数配置されている。従って、各一対の電極4k、4k間で発生されるプラズマが前方へ押し出されると、全体形状として立体的なプラズマ流となる。この場合には、平面配置された一対の電極4k、4kを複数段重ねることにより、断面が矩形状の大立体プラズマ流が形成される。
FIG. 16 is a schematic perspective view showing a state in which a plurality of plasma generating electrodes according to the third embodiment are arranged three-dimensionally. As shown in FIG. 16, this
図17は第9実施形態のプラズマ発生用電極を示し、(17A)はその概略断面図、(17B)はその中心側の電極の1例の斜視図である。このプラズマ発生用電極4Kは、外側の筒状電極14aと中心電極14bとから構成されている。中心の電極14bは片方側に鋸刃状の先鋭な突起14cが複数設けられている。従って、中心の鋸刃状の電極における突起の先端からそれぞれ筒状の電極に向けて放電が生起し、この放電エネルギーによりプラズマが発生し、発生したプラズマは筒状電極14aの先端開口部分から外部に流出することになる。
FIG. 17 shows the electrode for plasma generation of the ninth embodiment, (17A) is a schematic sectional view thereof, and (17B) is a perspective view of an example of the electrode on the center side. The
従って、筒状電極14aの内面と内部の中心電極14bとの間に、幾条もの放電が生起され、筒状電極14aの先端からプラズマジェット流を噴き出すように機能する。また、複数の筒状電極14aを任意配置に構成することによって、複数のプラズマジェット流の放出が可能となる。複数の筒状電極を束状に配置すれば、束状のプラズマジェット流を生成でき、複数の筒状電極を矩形状に配置すれば、矩形状のプラズマジェット流を生成できる。
Accordingly, a number of discharges are generated between the inner surface of the
図18は第9実施形態のプラズマ発生用電極の中心側に配置される電極の例を示し、(18A)はその第2例の斜視図、(18B)はその第3例の斜視図、(18C)はその第4例の斜視図、(18D)はその第5例の斜視図、(18E)はその第6例の斜視図である。 FIG. 18 shows an example of an electrode disposed on the center side of the plasma generating electrode of the ninth embodiment, (18A) is a perspective view of the second example, (18B) is a perspective view of the third example, 18C) is a perspective view of the fourth example, (18D) is a perspective view of the fifth example, and (18E) is a perspective view of the sixth example.
(18A)に示すように、第2例の電極14dは、その両側に鋸刃状の先鋭な突起14eがそれぞれ複数形成されている。この第2例の電極14dを(17A)に示す筒状電極14aの中心に配置すると、この電極14dの両側の突起14eから筒状の電極14aに向かって2方向の放電が生起し、プラズマが発生される。
As shown in (18A), the electrode 14d of the second example is formed with a plurality of sawtooth-shaped
(18B)に示す第3例の電極14fは、先鋭な外周縁形状の駒状体14gを複数連ねて構成されている。この第3例の電極14fを筒状電極14aの中心に配置すると、電極14fが先鋭な外縁形状の駒状体14gの先鋭な部分の周囲から筒状電極14aの内面に向けて放射状に放電が生起されて放射面状のプラズマが発生される。
The
(18C)に示す第4例の電極14hは、複数の先鋭な突起14jが長手方向に間隔をおいて片方の側縁に設けられている。(18D)に示す第5例の電極14kは、複数の先鋭な突起14jが長手方向に間隔をおいて両側縁に設けられている
In the
(18E)に示す電極14mは棒状に形成され、この棒状電極14mの外周面に長手方向に複数の突起14nが設けられている。従って、この棒状電極14mを筒状電極14aの中心に配置すれば、棒状電極14mの外周面にある複数の突起14nから筒状電極14aの内面に向けて放電が生起され、これら複数条の放電により強力なプラズマが発生される。また、他方側の電極が筒状電極14aであるから、この筒状電極14aの内面に向けて複数条の放電が生起され、筒条電極14a内部で高強度のプラズマを発生させ、開口部から強力なプラズマジェット流が放射される。
The
図19は第10実施形態のプラズマ発生用電極の概略断面斜視図である。図19に示すように、このプラズマ発生用電極4Lは、一方の電極14pが筒状体の内面に複数の突起14qが設けられ、その中心に棒状の電極14rが配置されている。従って、筒状電極14pの内面に形成された複数の突起14qから棒状の電極14rに向けて多数の放電が生起され、この放電エネルギーによりプラズマが発生され、筒状電極14pの先端の開口部から外部に向けてプラズマ流が送出される。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional perspective view of the plasma generating electrode of the tenth embodiment. As shown in FIG. 19, in this
図20は第11実施形態のプラズマ発生用電極の概略断面斜視図である。図20に示すように、このプラズマ発生用電極4Mは、一方の電極14pが筒状体の内面に複数の突起14qが設けられ、その中心の棒状の電極14sにも複数の突起14tが設けられている。従って、筒状電極14pの内面に形成された複数の突起14pと棒状電極14sの複数の突起14tの間に放電が生起され、この放電によりプラズマが発生し、筒状の電極14pの先端開口部から外部に強力なプラズマ流が放出される。
図19の中心電極14rおよび図20の中心電極14sは、筒状であっても良い。筒状の場合,そこから、被処理物(液体状、気体状,粉体状、およびそれらの混合物など)をプラズマ流中に効率的に投入して、被処理物をプラズマ処理することができる。
FIG. 20 is a schematic cross-sectional perspective view of the plasma generating electrode of the eleventh embodiment. As shown in FIG. 20, in this
The center electrode 14r in FIG. 19 and the
図21は第12実施形態のプラズマ発生用電極の概略断面斜視図である。図21に示すように、このプラズマ発生用電極4Nは、側面下部に開口部14uを有する一方の筒状電極14vの中心に、周囲凹凸突起が形成された先細り状の段付き棒状電極14wが配置されている。従って、段付き棒状電極14wの凸状突起部分から筒状電極14vの内面に向けて多数の放電が生起し、この放電によりプラズマが発生する。このプラズマ流が筒状電極14vの開口部14uから放出され、強力なプラズマジェット流が外部に流出される。この例では、開口部14uが円筒電極14vの側面に設けられているため、円筒電極軸に対し半径方向にプラズマが放出される。これは、例えばチューブ内壁の表面処理などに利用できる。もちろん、開口部14uは複数個設けられていてもかまわない。
FIG. 21 is a schematic cross-sectional perspective view of the plasma generating electrode of the twelfth embodiment. As shown in FIG. 21, in this
図22は第13実施形態のプラズマ発生用電極の概略断面斜視図である。図22に示すように、このプラズマ発生用電極4Pは、筒状電極14pの内部の中心側に、複数の突起を有する板状体からなる複数の電極14xが配置されている。更に、この板状体からなる複数の電極14xの内側に、原料流体供給管15が配設されている。筒状電極14pの内面と電極14xの間に放電が生起され、プラズマが生成される。このプラズマは先端開口部からプラズマジェット流として外部に放出される。
FIG. 22 is a schematic sectional perspective view of the plasma generating electrode of the thirteenth embodiment. As shown in FIG. 22, in the
中心電極14xの内部に原料流体供給管15が配置されているので、筒状電極14pの開口部から放射されるプラズマジェット流の中に供給管15の先端から原料流体が供給され、プラズマエネルギーにより原料流体を反応させて目的物質が生成される。
Since the raw material
図23は第14実施形態のプラズマ発生用電極の概略断面斜視図である。図23に示すように、このプラズマ発生用電極4Qは、筒状電極14p内の中心位置に原料流体供給管15が配設され、この供給管15を取り巻くように螺旋状電極14zが巻回されている。この螺旋状電極14zの周囲には複数の突起14yが形成されている。
FIG. 23 is a schematic cross-sectional perspective view of the plasma generating electrode of the fourteenth embodiment. As shown in FIG. 23, in the
従って、螺旋状電極14zの周面から筒状電極14pの内面に向かって放射状に放電が生起され、この放射状放電によりプラズマが高密度に生成される。このプラズマは先端開口部から強力なプラズマジェット流として放出される。更に、筒状電極14pの開口部から放射されるプラズマジェット流の中に供給管15の先端から原料流体が供給され、プラズマエネルギーにより原料流体を反応させて目的物質が生成される。
Accordingly, a radial discharge is generated from the peripheral surface of the
もちろん、図22および図23の円筒電極14pと供給管15との間に流体を送流することができる。この流体は原料流体とは異なっても良い。前記原料流体とは、プラズマ被処理物や触媒であっても良い。例えば、金属やプラスチックの球状化を行う場合には、空気に金属やプラスチックを混合させて供給できる。つまり、気体や液体を流体とし、それ自体がプラズマ処理物であってもよく、また、被処理物である固体粉体やミスト状液体が別の流体に混ぜられて供給されても良い。また、カーボンナノチューブなどの合成の場合、原料となる炭化水素ガスやアルコール蒸気と、触媒となる金属元素を含む粉体を混合させて供給させても良い。
Of course, a fluid can be sent between the
以上では、プラズマ発生用電極とプラズマ発生装置を説明した。このプラズマ発生用電極を用いてプラズマ発生装置を構成し、このプラズマ発生装置と反応室を接続してプラズマ処理装置を構成することもできる。具体的に云えば、図1〜図3のプラズマ発生装置1、1A又は1Bを配置し、このプラズマ発生装置から放射されるプラズマ流を反応室(図示略)に導入し、反応室内でプラズマを被処理物に作用させて、被処理物を処理することができる。処理には、被処理物の表面に成膜したり、被処理物の表面を加工したり、原料である被処理物から目的粉体(目的物質)を製造する等、各種の処理が可能になる。
The plasma generating electrode and the plasma generating apparatus have been described above. It is also possible to configure a plasma generating apparatus using the plasma generating electrode and connect the plasma generating apparatus and the reaction chamber to configure a plasma processing apparatus. More specifically, the
図24は平面プラズマ又は立体プラズマからなるプラズマ領域を形成して被処理物を処理するプラズマ処理装置の一例の概略構成図である。(24A)はプラズマ処理装置の横断面図である。プラズマ処理装置20は、反応室20の中に4対のプラズマ発生用電極4を環状配置して構成され、電極4、4間には流体注入管22から供給されるガスを遮断するブロック26が配置されている。プラズマ発生用電極4を放電させた状態でガスを流体注入管22から矢印a方向に注入すると、ガスはブロック26で遮断されて左右に分流し、プラズマ発生用電極4の基部から電極間に流入する。前記放電により、注入されたガスが電極間で電離してプラズマが形成され、ガスの送流によりプラズマは前方へ押し出されてゆく。その結果、押し出されたプラズマは内部に集中し、平面状のプラズマ領域28が形成される。このプラズマ領域28は断面が略矩形状であるが、電極対の配置形態により、略円面状、略楕円状など任意の断面形状を形成できる。
FIG. 24 is a schematic configuration diagram of an example of a plasma processing apparatus that forms a plasma region composed of planar plasma or three-dimensional plasma to process an object to be processed. (24A) is a cross-sectional view of the plasma processing apparatus. The
(24B)はプラズマ領域が平面状プラズマ領域からなる縦断面図である。(24A)の電極対の配置が1段の場合には、前記プラズマ領域28は平面状プラズマ領域になる。この平面状のプラズマ領域28に対し、上方から液体、気体、固体、粉体などの被処理物30が投入される。被処理物30はプラズマ領域28でプラズマ処理され、目的物が下方に送出される。
(24B) is a longitudinal sectional view in which the plasma region is a planar plasma region. When the arrangement of the electrode pair (24A) is one stage, the
(24C)はプラズマ領域が立体状プラズマ領域からなる縦断面図である。(24A)の電極対の配置が複数段の場合には、(24B)の平面状プラズマ領域が積層された立体状のプラズマ領域28が形成される。この立体状のプラズマ領域28は柱状構造を有し、上方から気体、液体、固体、粉体などの被処理物30が投入されると、被処理物30はプラズマ領域28でプラズマ処理され、目的物が下方に送出される。
(24C) is a longitudinal sectional view in which the plasma region is a three-dimensional plasma region. When the electrode pairs (24A) are arranged in a plurality of stages, a three-
被処理物30がガスの場合には、プラズマ領域で合成反応が生起し、粉体や合成分子からなる目的物が製造される。被処理物が液滴などのミストの場合には、焼結作用により目的粉体が製造される。被処理物30が粒体の場合には、粒体の表面が改質されたり、粒体の表面に膜形成が生じ、目的粒体が製造される。被処理物30が一定の大きさを有した固体物の場合には、この固体物をプラズマ領域28の中に配置し、固体物表面にプラズマ処理が施され、表面処理された被処理物30が製造される。
When the object to be processed 30 is a gas, a synthesis reaction occurs in the plasma region, and an object made of powder or synthetic molecules is manufactured. When the object to be processed is a mist such as droplets, the target powder is produced by a sintering action. When the
本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含することは云うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and it goes without saying that various modifications, design changes, and the like within the scope not departing from the technical idea of the present invention are included in the technical scope. Absent.
本発明に係るプラズマ発生用電極、プラズマ発生装置は、会社や工場、研究所や研究室内において、気体や液体などの任意の流体から所望のプラズマを生成するために用いられる。このプラズマ発生装置から放射されるプラズマ流を反応室内に導入してプラズマ処理装置を構成することもできる。この反応室内でプラズマ流を用いて被処理物に対し所望の処理を行うことが可能である。 The plasma generating electrode and the plasma generating apparatus according to the present invention are used for generating desired plasma from an arbitrary fluid such as gas or liquid in a company, factory, laboratory, or laboratory. A plasma processing apparatus can be configured by introducing a plasma flow radiated from the plasma generation apparatus into the reaction chamber. It is possible to perform a desired process on an object to be processed using a plasma flow in the reaction chamber.
1 プラズマ発生装置
1A プラズマ発生装置
1B プラズマ発生装置
2 インバータ回路
3 高圧パルス発生回路
4 プラズマ発生用電極
4A プラズマ発生用電極
4B プラズマ発生用電極
4C プラズマ発生用電極
4D プラズマ発生用電極
4E プラズマ発生用電極
4F プラズマ発生用電極
4G プラズマ発生用電極
4H プラズマ発生用電極
4I プラズマ発生用電極
4J プラズマ発生用電極
4K プラズマ発生用電極
4L プラズマ発生用電極
4M プラズマ発生用電極
4N プラズマ発生用電極
4P プラズマ発生用電極
4Q プラズマ発生用電極
4a 鋸刃状の電極
4b 鋸刃状の電極
4c 鋸刃状の電極
4d 電極
4e 電極
4f 電極
4g 突起
4h 電極
4j 突起
4k 鋸刃状の電極
4m 鋸刃状の電極
4n 電極
4p 突起
4q 電極
4r 電極
4s 電極
4t 電極
4u 電極
4w 電極
5 電源
6 トランス
7 送流器
8 導電体
9 絶縁体
14a 電極
14b 電極
14c 突起
14d 電極
14e 突起
14f 電極
14g 駒状体
14h 電極
14j 突起
14k 電極
14m 電極
14n 突起
14p 電極
14q 突起
14r 電極
14s 電極
14t 突起
14u 開口部
14v 電極
14w 電極
14x 電極
14y 突起
14z 螺旋状電極
15 原料流体供給管
20 プラズマ処理装置
21 反応室
22 流体注入管
26 ブロック
28 プラズマ領域
30 被処理物
DESCRIPTION OF
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