JP2004311251A

JP2004311251A - 大気圧プラズマ発生装置

Info

Publication number: JP2004311251A
Application number: JP2003104351A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Ito; 茂樹伊藤; Shinji Aida; 晋二合田
Original assignee: Air Water Inc
Current assignee: Air Water Inc
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】電圧印加装置のスペース確保が問題になることなく大気圧プラズマ発生装置を設置することができ、大気圧プラズマ発生装置の仕様変更にかかるコストを低減することができる大気圧プラズマ発生装置を提供する。
【解決手段】電極５の電極対に電圧を印加するための電圧印加装置Ａが、インバータネオントランス１と、このインバータネオントランス１の一次側に並列に接続されている電解コンデンサ２および整流スタック３とからなり、上記インバータネオントランス１の二次側が、電極５の電極対毎に接続されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体を大気圧プラズマにより表面処理や滅菌処理するための大気圧プラズマ発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、大気圧プラズマ発生装置は、大気圧プラズマに用いるガスの雰囲気にするチャンバー内に、大気圧プラズマ発生用の電極を備えており、その電極には、大気圧プラズマ発生装置の大きさや構造等に関わりなく、通常、１個の電圧印加装置が接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電極対を複数備えている大気圧プラズマ発生装置では、各電極対に所定の電力を入力する必要があることから、容量の大きな電圧印加装置が必要になる。そして、その容量の大きな電圧印加装置には、空間的に大きな変圧器（トランス）が必要となるため、電圧印加装置が大型のものになる。このため、複数の電極対を備えている大気圧プラズマ発生装置を設置する場合には、電圧印加装置の配置スペースの確保が問題となっている。
【０００４】
また、大気圧プラズマ発生装置は、被処理体の種類や処理方法等に応じて、各々仕様（電極対の数や所定の電力等）が異なっている。このため、電圧印加装置は、その仕様に応じてオーダーメイドで作製されている。したがって、大気圧プラズマ発生装置の仕様を変更する場合には、電圧印加装置の仕様も変更する必要がある。この場合、通常、仕様変更前の電圧印加装置は使用できなくなり、新しい電圧印加装置が必要となる。このため、大気圧プラズマ発生装置の仕様変更には、多大なコストがかかる。特に、複数の電極対を備えている大気圧プラズマ発生装置の仕様変更では、電圧印加装置が大型であるため、より多大なコストがかかる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、電圧印加装置のスペース確保が問題になることなく大気圧プラズマ発生装置を設置することができ、大気圧プラズマ発生装置の仕様変更にかかるコストを低減することができる大気圧プラズマ発生装置の提供をその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の大気圧プラズマ発生装置は、大気圧プラズマ発生用の電極に電圧印加装置が接続されている大気圧プラズマ発生装置であって、上記電圧印加装置が、変圧器と、この変圧器の一次側に並列に接続されているコンデンサおよび整流スタックとからなり、上記変圧器の二次側が、電極対毎または複数の電極対からなる組毎に接続されているという構成をとる。
【０００７】
本発明者らは、電圧印加装置のスペース確保が問題になることなく大気圧プラズマ発生装置を設置でき、大気圧プラズマ発生装置の仕様変更にかかるコストが低減できるようにすべく、電圧印加装置について鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、電極対毎または複数の電極対からなる組毎に電圧印加装置を設けると、仕様変更に簡単に対応できることを見出した。そして、さらに鋭意研究を重ねた。その結果、上記電圧印加装置として、変圧器と、この変圧器の一次側に並列に接続されているコンデンサおよび整流スタックとからなるものを用い、上記変圧器の二次側を上記電極対毎または組毎に接続するようにすると、上記電圧印加装置を小型で安価なものにすることができることを見出した。このようにして、本発明者らは、本発明に到達した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【０００９】
図１は、本発明の大気圧プラズマ発生装置の一実施の形態を示している。この実施の形態において、大気圧プラズマ発生装置は、大気圧プラズマに用いるガスの雰囲気にするチャンバー１０内に、大気圧プラズマ発生用の対向電極５を複数対（図では、４対）備えており、それら対向電極５の電極対毎に電圧印加装置Ａを設けている。
【００１０】
より詳しく説明すると、図１および図２に示すように、上記電圧印加装置Ａは、インバータネオントランス（変圧器）１と、このインバータネオントランス１の一次側に並列に接続されている電解コンデンサ２および整流スタック３とからなっている。そして、インバータネオントランス１の二次側が各電極対の対向電極５のそれぞれに接続されており、各電極対毎に大気圧プラズマを発生させられるようになっている。また、インバータネオントランス１の一次側は、まとめられて、スライダック（登録商標）等の１個の電圧制御装置４の出力側に接続されている。そして、この電圧制御装置４の入力側は、家庭用１００Ｖコンセント等の交流電源に接続できるようになっている。
【００１１】
上記インバータネオントランス１は、二次側の電圧が１ｋＶ〜４０ｋＶの範囲にあり、その周波数が１ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの範囲にある。これらの範囲は、大気圧プラズマの発生に適した範囲となっている。
【００１２】
また、上記電解コンデンサ２および整流スタック３が接続されていないインバータネオントランス１の二次側から出力される波形は、５０Ｈｚ〜６０Ｈｚの周波数の波形に、１０〜３０ｋＨｚの周波数の波形が乗っている波形になっているが、上記のように電解コンデンサ２および整流スタック３を接続することにより、大気圧プラズマの発生に不要な上記５０Ｈｚ〜６０Ｈｚの周波数の波形を消すことができる。
【００１３】
上記電解コンデンサ２の仕様としては、２００Ｖ／２００μＦ以上であることが好ましい。また、上記整流スタック３の仕様としては、２００Ｖ／２Ａ以上であることが好ましい。
【００１４】
上記電極５は、特に限定されるものではなく、平板状電極でも棒状電極でもよい（図では、棒状電極を図示）。特に、対向電極５の一方または両方の表面には、大気圧プラズマを安定して発生させる点で、誘電体６を設けることが好ましい（図では、対向する棒状電極の両方の外周表面に誘電体６を設けている）。
【００１５】
そして、このような大気圧プラズマ発生装置において、対向電極５の電極対の数を増加させる場合には、増加させる電極対を上記チャンバー１０内に設け、その増加した電極対毎に上記電圧印加装置Ａを設けるようにする。また、対向電極５の電極対の数を減少させる場合には、減少させる電極対とともに、その電極対に設けられていた上記電圧印加装置Ａを取り除くようにする。
【００１６】
すなわち、このようにして電極対を増減させると、電圧印加装置Ａの仕様変更は、不要になる。しかも、電圧印加装置Ａにおけるインバータネオントランス１，電解コンデンサ２および整流スタック３は、市販品で安価なものであるため、電極対の数を増加させても、多大なコストはかからないし、電極対の数を減少させても、多大な損失にはならない。
【００１７】
また、インバータネオントランス１，電解コンデンサ２および整流スタック３からなる上記電圧印加装置Ａは、その配置スペースの確保が問題になる程大きいものではなく、増加する電極対の数だけその電圧印加装置Ａを増加させても、その配置スペースの確保に問題は起こらない。例えば、従来の技術では、容量が２０００Ｖ・Ａの電圧印加装置の１個の大きさは、幅５００ｍｍ×奥行６５０ｍｍ×高さ９００ｍｍ程度になる。これに対し、この実施の形態では、電極対毎に設けている上記電圧印加装置Ａの１個の大きさは、容量が８０Ｖ・Ａのものが、幅４４ｍｍ×奥行３９ｍｍ×高さ１３５ｍｍ程度であり、それを容量が２０００Ｖ・Ａになるよう２５個（＝２０００÷８０）集めても、従来の電圧印加装置の大きさの１／５０程度にしかならない。
【００１８】
さらに、この実施の形態の大気圧プラズマ発生装置のように、電極対毎に電圧印加装置Ａを設け、その電圧印加装置Ａにおけるインバータネオントランス１の一次側をスライダック（登録商標）等の電圧制御装置４の出力側に接続していると、その電圧制御装置４で、電圧印加装置Ａへの供給電圧を調整することにより、発生する大気圧プラズマの強度を調整することができる。また、電圧印加装置Ａへの供給電圧を電極対毎にそれぞれ異ならせることにより、発生する大気圧プラズマの強度に分布を与えることができる。このようにすることにより、様々な大気圧プラズマ処理を施すことができ、所望する処理効果を容易に得ることができる。
【００１９】
そして、上記電圧印加装置Ａを設けた大気圧プラズマ発生装置は、例えば、図３に示すようなものとなり、被処理体２０をベルトコンベア３０で移動させながら処理することができる。図３において、１１はガス導入口、１２はガス排出口である。なお、図３では配線等を省略している。
【００２０】
図４は、本発明の大気圧プラズマ発生装置の他の実施の形態を示している。この実施の形態において、大気圧プラズマ発生装置は、大気圧プラズマ発生用の対向電極５を複数対（図では、４対）備えており、それらを複数対（図では、２対）の対向電極５からなる組に組分け（図では、２組に組分け）し、それら組毎に電圧印加装置Ａを設けているものである。それ以外の部分は、上記実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。
【００２１】
そして、この実施の形態においても、上記実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
【００２２】
なお、上記各実施の形態では、電圧印加装置Ａにおけるインバータネオントランス１の一次側をスライダック（登録商標）等の１個の電圧制御装置４の出力側に接続したが、その電圧制御装置４の数は、特に限定されるものではなく、使用電力の容量等に応じて適宜用いればよい。また、その電圧制御装置４は、用いなくてもよい。その場合は、各インバータネオントランス１の一次側を家庭用１００Ｖコンセント等の交流電源に直接接続できるようプラグ等を設ければよい。
【００２３】
また、上記各実施の形態では、電圧印加装置Ａにおける変圧器として、インバータネオントランス１を用いたが、これに限定されるものではなく、他の変圧器でもよい。この場合、その変圧器の二次側の電圧およびその周波数が大気圧プラズマの発生に適した範囲（電圧：１ｋＶ〜４０ｋＶの範囲，周波数：１ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの範囲）となっていることが好ましい。
【００２４】
さらに、上記各実施の形態では、電圧印加装置Ａにおけるコンデンサとして、電解コンデンサ２を用いたが、これに限定されるものではなく、他のコンデンサでもよい。
【００２５】
また、上記各実施の形態では、対向電極５の間に被処理体２０を配置して処理する大気圧プラズマ発生装置に上記電圧印加装置Ａを設けたが、大気圧プラズマにより処理できれば他の配置で処理する大気圧プラズマ発生装置に上記電圧印加装置Ａを設けてもよく、電極間で発生させた大気圧プラズマをガス流や電界配置や磁気の作用により電極間の外側に配置されている被処理体２０の表面の所定の部分に吹き出す方法（リモートプラズマ）で処理する大気圧プラズマ発生装置に上記電圧印加装置Ａを同様にして設けてもよい。
【００２６】
つぎに、実施例について説明する。
【００２７】
【実施例１】
図２に示す電圧印加装置Ａを作製した。この作製には、インバータネオントランス１として、長野愛知電機社製のＡＮ−１０を用い、電解コンデンサ２として、仕様が２００Ｖ／２００μＦのものを用い、整流スタック３として、仕様が２００Ｖ／２Ａのものを用いた。そして、この電圧印加装置Ａを図１に示すようにして、大気圧プラズマ発生装置に設けた。その結果、大気圧プラズマは、良好に発生した。そして、電圧印加装置Ａの１個の大きさは、幅４４ｍｍ×奥行３９ｍｍ×高さ１３５ｍｍと小さく、電圧印加装置Ａのスペース確保は、問題にならなかった。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の大気圧プラズマ発生装置によれば、電極対毎または複数の電極対からなる組毎に電圧印加装置を設けているため、大気圧プラズマ発生装置の仕様変更に簡単に対応することができる。また、上記電圧印加装置が、変圧器と、この変圧器の一次側に並列に接続されているコンデンサおよび整流スタックとからなり、上記変圧器の二次側が、上記電極対毎または組毎に接続されているため、上記電圧印加装置を小型で安価なものにすることができる。したがって、電圧印加装置のスペース確保が問題になることなく大気圧プラズマ発生装置を設置することができ、大気圧プラズマ発生装置の仕様変更にかかるコストを低減することができる。
【００２９】
そして、本発明の大気圧プラズマ発生装置において、上記変圧器による印加電圧が１ｋＶ〜４０ｋＶの範囲であり、その周波数が１ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの範囲である場合には、上記電圧印加装置が大気圧プラズマの発生に適したものとなっている。
【００３０】
特に、本発明の大気圧プラズマ発生装置において、上記変圧器がインバータネオントランスである場合には、上記電圧印加装置が安価なものとなり、大気圧プラズマ発生装置の仕様変更に対して、よりコストを低減することができる。
【００３１】
また、本発明の大気圧プラズマ発生装置において、上記変圧器の一次側が電圧制御装置に接続されている場合には、その電圧制御装置で、電圧印加装置への供給電圧を調整することにより、発生する大気圧プラズマの強度を調整することができる。また、電圧印加装置への供給電圧を電極対毎にそれぞれ異ならせることにより、発生する大気圧プラズマの強度に分布を与えることができる。このようにすることにより、様々な大気圧プラズマ処理を施すことができ、所望する処理効果を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の大気圧プラズマ発生装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】上記大気圧プラズマ発生装置における電圧印加装置を示す回路図である。
【図３】上記大気圧プラズマ発生装置の一例を示す横から見た断面説明図である。
【図４】本発明の大気圧プラズマ発生装置の他の実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ電圧印加装置
１インバータネオントランス
２電解コンデンサ
３整流スタック
５電極

Claims

大気圧プラズマ発生用の電極に電圧印加装置が接続されている大気圧プラズマ発生装置であって、上記電圧印加装置が、変圧器と、この変圧器の一次側に並列に接続されているコンデンサおよび整流スタックとからなり、上記変圧器の二次側が、電極対毎または複数の電極対からなる組毎に接続されていることを特徴とする大気圧プラズマ発生装置。
上記変圧器による印加電圧が１ｋＶ〜４０ｋＶの範囲であり、その周波数が１ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの範囲である請求項１記載の大気圧プラズマ発生装置。
上記変圧器がインバータネオントランスである請求項１または２記載の大気圧プラズマ発生装置。
上記変圧器の一次側が電圧制御装置に接続されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の大気圧プラズマ発生装置。