JP2001274000A

JP2001274000A - プラズマ分解装置

Info

Publication number: JP2001274000A
Application number: JP2000089587A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Asano; 康彦浅野; Takeshi Miyashita; 武宮下
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的低電圧で放電が得られ、プラズマ化す
るガスが放電空間中に全て晒されて通過でき、放電損失
や電流損失を削減してなるプラズマ分解装置を提供する
こと。【解決手段】プラズマ分解装置１は、所定の面積Ｓを
有する平板電極２と、所定の厚みｄの導電性平板Ｍから
なる沿面放電電極３と、この平板電極２の上に所定の面
積（平板電極２と同一面積Ｓ）に設けられた誘電体４と
を備えている。沿面放電電極３は、誘電体４の上に導電
性平板Ｍの一側面７を当接させた状態で垂直に立設され
ている。沿面放電電極３は、誘電体２上の導電性平板Ｍ
の一側面７の側に所定の形状（２等辺三角形）の微細な
切り欠き８，８，…を連続して設けることにより、微細
流路Ｖ，Ｖ，…を連続して形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低電圧で放電の発
生を可能とし、かつ、プラズマ化するガスが放電空間中
に全て晒されるとともに、放電損失を削減してなるプラ
ズマ分解装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にプラズマ分解装置は、放電空間中
にガスを通過させることにより、ガスをプラズマ化する
装置として知られている。このプラズマ分解装置におい
て、放電空間中にガスを晒すことにより得られた励起活
性ガスは、被処理材の表面を処理することに利用された
り、ガスを分解することに利用されたり、その他の種々
の用途に利用されている。このようなプラズマ分解装置
は、大別して、平行平板型プラズマ分解装置と、沿面放
電型プラズマ分解装置とに分類できる。

【０００３】図９は、平行平板型プラズマ分解装置の一
例を示す模式図である。この図９に示す平行平板型プラ
ズマ分解装置１０１は、電極１０２、１０３と、誘電体
１０４、１０５とを備え、次のように構成されている。
このプラズマ分解装置１０１において、電極１０２の一
面には誘電体１０４が設けられており、電極１０３の一
面には誘電体１０５が設けられている。これら電極１０
２，１０３は、図示しない部材によって平行に固定され
ている。また、これら電極１０２，１０３には、図示し
ない電源から高電圧が印加されている。このような平行
平板型プラズマ分解装置１０１によれば、全てのガス
は、放電空間１０６の内部を通過させることができる。

【０００４】図１０は、沿面放電型プラズマ分解装置の
一例を示す模式図である。この図１０において、沿面放
電型プラズマ分解装置１１１は、電極１１２，１１３の
間に誘電体１１４を挟んで構造されている。電極１１２
は大きな面積を有しており、電極１１３は電極１１２よ
り小さな面積となっている。また、前記電極１１３の上
にはガス通路１１５が形成されている。そして、電極１
１２と電極１１３には、図示しない電源から高電圧が供
給されている。これにより、電極１１３の側面には、沿
面放電部１１６，１１６が発生している。この沿面放電
型プラズマ分解装置１１１によれば、一部のガスは沿面
放電部１１６，１１６に晒されずに通過する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の平行平板型
プラズマ分解装置１０１によれば、放電空間中１０６に
全てのガスを晒すことができるものの、放電をさせるた
めに高電圧の電源を必要とする欠点があるほか、必要空
間以外で沿面放電１０７，１０７が発生することになり
放電損失を生じるという欠点もあった。

【０００６】また、上記従来の沿面放電型プラズマ分解
装置１１１によれば、ガスの一部だけが沿面放電部１１
６，１１６を通過し、沿面放電部１１６，１１６に晒さ
れないで通過してしまうガスが存在する欠点を有するほ
か、電極１１２，１１３によって形成されるコンデンサ
成分により交流電圧による電流が流れてしまい電流損失
が発生するという欠点もあった。

【０００７】本発明は、上述した欠点を解消し、比較的
低電圧で放電が得られ、かつ、プラズマ化するガスが放
電空間中に全て晒されて通過し、放電損失を小さくでき
るようにすることを目的としている。また、本発明は、
電流損失を削減することなどを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明に係るプラズマ分解装置は、平
板電極と、この平板電極の上に設けられた誘電体と、こ
の誘電体の上に当接させた状態で立設してなる沿面放電
電極とを有してなり、前記沿面放電電極の前記誘電体側
に微細流路が形成されていることを特徴とするものであ
る。

【０００９】したがって、請求項１記載の発明に係るプ
ラズマ分解装置では、沿面放電電極が、前記誘電体の上
に当接した状態で立設され、かつ、前記誘電体側に微細
流路を有しているため、微細流路内の全体にわたって沿
面放電を発生させることが可能となり、微細流路を通流
するガスの全てが沿面放電領域を通過し、放電損失が小
さくなってプラズマ分解効率を大幅に向上することがで
きる。

【００１０】請求項２記載の発明では、請求項１におい
て、前記微細流路の高さは、沿面放電領域の高さ以下で
あることを特徴とするものである。

【００１１】請求項３記載の発明では、請求項１または
２において、前記沿面放電電極は、厚さが１ミリメート
ル以下であることを特徴とするものである。沿面放電電
極の厚さが１ミリメートル以下と薄いため、面積が非常
に小さいくなって、平板電極と沿面放電電極とによって
形成されるコンデンサが小さくなり、電流損失を削減す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ本発
明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１な
いし図６は本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ分
解装置を説明するための図である。ここに、図１は、第
１の実施の形態に係るプラズマ分解装置の要部正面図で
ある。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図
３は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【００１３】これら図１ないし図３において、プラズマ
分解装置１は、所定の面積Ｓを有する平板電極２と、所
定の厚みｄの導電性平板Ｍからなる沿面放電電極３と、
この平板電極２の上に所定の面積（この実施の形態では
平板電極２と同一面積Ｓ）に設けられた誘電体４とを備
え、次のように構成されている。なお、符号５は沿面放
電電極３を固定する固定機構である。

【００１４】沿面放電電極３は、前記誘電体４の上に前
記導電性平板Ｍの一側面７を当接させた状態で垂直に立
設されている。また、前記沿面放電電極３は、前記誘電
体４上の前記導電性平板Ｍの一側面７の側に所定の形
状、この実施の形態では、２等辺三角形の微細な切り欠
き８，８，…を連続して設けることにより、微細流路
Ｖ，Ｖ，…を連続して形成したものである。

【００１５】また、前記沿面放電電極３において、２等
辺三角形状をした切り欠き８の底辺側の頂点部分ｐ，ｐ
には導電性平板Ｍの金属部分があり、この金属部分が図
２に示すように誘電体２に直接当接している。

【００１６】また、前記沿面放電電極３において、２等
辺三角形状をした切り欠き８の部分には導電性平板Ｍの
金属部分がなく、図３に示すように、微細な流路Ｖが形
成されている。そして、前記沿面放電電極３の微細な切
り欠き８の最大高さ（微細流路Ｖの高さ）ｈは、沿面放
電領域１１より低くなっていて、その頂部が前記誘電体
４より所定の高さ（例えば１ｍｍ）以下にすることが望
ましい。さらに、前記沿面放電電極３は、前記導電性平
板Ｍの厚さｄを１ｍｍ以下に設定することが望ましい。
このようなプラズマ分解装置１では、平板電極２と沿面
放電電極３とに交流電源９から交流電圧が印加されてい
る。

【００１７】次に、本発明の第１の実施の形態に係るプ
ラズマ分解装置１の場合の静電容量とガスの流れ易さに
ついて図４乃至図６を参照して説明する。図４及び図５
は、このプラズマ分解装置１による電極によって形成さ
れる静電容量のことについて説明するための拡大説明図
である。

【００１８】この図４において、沿面放電電極３の導電
性平板Ｍに形成した２等辺三角形状をした切り欠き８の
面積ｓは、２等辺三角形状をした切り欠き８の最大高さ
ｈとし、２等辺三角形状をした切り欠き８の底辺の長さ
ｗとすると、下記数式１によって求められる。

【００１９】

【数１】一方、図４において、長さｗで高さｈ_o の４角形１０の
面積ｓ_o は、数式２によって求められる。

【００２０】

【数２】ここで、切り欠き８の面積ｓと４角形の面積ｓ₀ とを等
しいとおけば、導電性平板Ｍは、等価的に一様に高さｈ
₀ で誘電体４から離れていることになる。

【００２１】これは切り欠き８，８，…が連続してある
ため、沿面放電電極３の導電性平板Ｍの一側面７側が、
等価的に一様に高さｈ₀ で誘電体４から離れていること
と同様に考えてよい。したがって、平板電極２と沿面放
電電極３とは、図５に示すように、この等価的で一様な
高さｈ₀ と誘電体４の厚みｈ_d とを加えた長さｒで離間
した状態で平行に保たれ、かつ、沿面放電電極３の長さ
をＬと沿面放電電極３の厚みをｄとする面積をもったも
のになる。

【００２２】この結果、平板電極２と沿面放電電極３と
が形成する静電容量Ｃは、図５に示すように、電極２，
３の間の長さをｒとし、誘電体４及び空気の誘電率をε
とし、また、沿面放電電極３の長さをＬとするととも
に、沿面放電電極３の厚みをｄとすると、数式３より得
ることができる。

【００２３】

【数３】そして、沿面放電電極３の厚みｄが小さいこと、平板電
極２と沿面放電電極３との距離ｒが長いことから、この
静電容量Ｃは小さなものになる。

【００２４】また、このプラズマ分解装置１では、２等
辺三角形状をした切り欠き８の底辺側の頂点部分ｐ，ｐ
が尖っているため、電界の集中が起き易く、これら頂点
部分ｐ，ｐから微細流路Ｖに渡って沿面放電が発生す
る。また、これら頂点部分ｐ，ｐにより電界の集中が発
生し沿面放電し易いため、交流電源９は、その供給する
電圧を低く抑えることができる。

【００２５】図６は、このプラズマ分解装置１における
微細流路Ｖ，Ｖ，…のガスの流れ安さを説明するための
図である。この図６において、２等辺三角形状をした微
細流路Ｖ，Ｖ，…の一つについて考えると、微細流路Ｖ
の長さは沿面放電電極３の厚みｄであるから、ガスＧの
流れ易さの目安であるガスコンダクタンスｇｍは、数式
４に示すように、厚みｄに反比例することになる。

【００２６】

【数４】したがって、上記第１の実施の形態における沿面放電電
極３の厚みｄは、上述したように１ｍｍ以下であるの
で、コンダクタンスｇｍが大きくなり、ガスＧは流れ易
くなる。

【００２７】上述したプラズマ分解装置１によれば、平
板電極２と沿面放電電極３とに交流電源９から交流電圧
を供給する。すると、沿面放電電極３の導電性平板Ｍの
一側面７において、２等辺三角形状をした切り欠き８の
底辺側の頂点部分ｐ，ｐ，…が鋭利であるため、電界の
集中が起き、これら頂点部分ｐ，ｐ，…から微細流路Ｖ
の全体に渡って沿面放電が発生する。

【００２８】このとき、ガスが微細流路Ｖ，Ｖ，…を通
過することにより、ガスは沿面放電空間中に晒されて通
過しプラズマ分解されることになる。また、沿面放電電
極３の導電性平板Ｍの一側面７側に、図２に示すよう
に、沿面放電１１，１１が生じても、この放電部分にも
ガスは接触するため、無駄な沿面放電が生じることがな
い。また、平板電極２と沿面放電電極３とで形成される
静電容量Ｃは小さな値であるので、静電容量Ｃによる電
流損失が小さくなる。

【００２９】以上に説明したように本発明の第１の実施
の形態に係るプラズマ分解装置１によれば、沿面放電電
極３を、前記誘電体４の上に前記導電性平板Ｍの一側面
を当接させた状態で立設させ、かつ、前記誘電体４上の
前記導電性平板の一側面側に所定の形状の微細な切り欠
き８を連続して設けて微細流路Ｖを形成してなるので、
プラズマ分解するガスの全てが沿面放電領域１１を通過
することになり、放電損失が小さくなって分解効率を大
幅に向上することができる。しかも、平面電極２と沿面
放電電極３とは、誘電体４を挟んで点接触状態になって
電界の集中が高まり沿面放電しやすくなり、しかも、低
電圧で放電を発生させることができ、また、沿面放電電
極３の平板電極２に対する面積が非常に小さいため両者
によって形成されるコンデンサが小さくなって電流損失
を小さくすることができる。

【００３０】図７は、本発明の第２の実施の形態に係る
プラズマ分解装置を示す正面図である。この図７におい
て、第２の実施の形態に係るプラズマ分解装置１ａが、
第１の実施の形態に異なるところは、沿面放電電極３ａ
の導電性平板Ｍの一側面７に形成した切り欠き８ａ，８
ａ，…を半円形状で連続して形成した点にあり、他の構
成には変更がない。また、沿面放電電極３ａの導電性平
板Ｍが誘電体４に接触する部分ｐ，ｐ，…は、この実施
の形態では、できるだけ面積を小さくすることが望まし
い。これによって、誘電体４に接触する導電性平板Ｍの
部分ｐ，ｐ，…は先鋭になり、電界の集中が容易に起る
ことになる。

【００３１】また、第２の実施の形態に係るプラズマ分
解装置１ａを構成する部材が第１の実施形態のものと同
一部材であるときには、同一の符号を付して説明を省略
する。

【００３２】この第２の実施の形態によっても、第１の
実施の形態と同様の作用効果を奏する。

【００３３】図８は、本発明の第３の実施の形態に係る
プラズマ分解装置を示す正面図である。この図８におい
て、第３の実施形態に係るプラズマ分解装置１ｂが、第
２の実施形態と同様な点は、沿面放電電極３ｂの導電性
平板Ｍの一側面７に形成した切り欠き８ｂ，８ｂ，…を
半円形状で連続して形成したことであるが、両者が異な
る点は誘電体４に接触する導電性平板Ｍの部分ｐ，ｐ，
…の面積をある程度持たせた点にある。これらの接触部
分ｐ，ｐ，…は、面積を小さくするほうが電界の集中が
発生して望ましいが、平板電極２と沿面放電電極３とに
印加される電圧や、沿面放電電極３の強度を考えたとき
に、ある程度の面積を持たせることも有効である。

【００３４】また、第３の実施の形態に係るプラズマ分
解装置１ｂを構成する部材が第１の実施の形態や第２の
実施の形態のものと同一部材であるときには、同一の符
号を付して説明を省略する。

【００３５】この第３の実施の形態によっても、第１の
実施の形態や第２の実施の形態と同様の作用効果を奏す
る。また、この第３の実施の形態によれば、沿面放電電
極３の強度を強化することができる。

【００３６】なお、沿面放電電極３の導電性平板Ｍの一
側面７側に設ける切り欠き８，８，…の形状は、これに
限らず、例えば鋸歯状や台形状であってもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、沿
面放電電極が、前記誘電体の上に当接した状態で立設さ
れ、かつ、前記誘電体側に微細流路を有しているため、
微細流路内の全体にわたって沿面放電を発生させること
が可能となり、微細流路を通流するガスの全てが沿面放
電領域を通過し、放電損失が小さくなってプラズマ分解
効率を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ分解装
置の正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図４】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ分解装
置による電極によって形成される静電容量のことについ
て説明するための拡大説明図である。

【図５】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ分解装
置による電極によって形成される静電容量の拡大説明図
である。

【図６】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ分解装
置における微細流路のガスの流れ安さを説明するための
図である。

【図７】本発明の第２の実施形態に係るプラズマ分解装
置を示す正面図である。

【図８】本発明の第３の実施形態に係るプラズマ分解装
置を示す正面図である。

【図９】従来の平行平板型プラズマ分解装置を示す模式
図である。

【図１０】従来の沿面放電型プラズマ分解装置を示す模
式図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ………プラズマ分解装置２………平板電極３，３ａ，３ｂ………沿面放電電極４………誘電体５………固定機構７………一側面８，８ａ，８ｂ………切り欠き９………交流電源１１………沿面放電領域Ｖ………微細流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板電極と、この平板電極の上に設けら
れた誘電体と、この誘電体の上に当接させた状態で立設
してなる沿面放電電極とを有してなり、前記沿面放電電
極の前記誘電体側に微細流路が形成されていることを特
徴とするプラズマ分解装置。
【請求項２】前記微細流路の高さは、沿面放電領域の
高さ以下であることを特徴とする請求項１記載のプラズ
マ分解装置。
【請求項３】前記沿面放電電極は、厚さが１ミリメー
トル以下であることを特徴とする請求項１または２記載
のプラズマ分解装置。