JP2006100078A - Plasma torch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はプラズマトーチに関し、特に超高真空チャンバー中で使用可能なプラズマトーチに関する。 The present invention relates to a plasma torch, and more particularly to a plasma torch that can be used in an ultra-high vacuum chamber.
プラズマ熱源によれば、例えば5000〜30000℃の高温や100kW/cm2程度の高エネルギー密度が容易に得られ、これを利用した加熱では、加熱雰囲気や加熱状態の制御を容易に行うことができる。このため、材料の加熱蒸発、金属の還元や精錬などの冶金、溶接や切断などの材料加工、また石炭のアセチレン化やガス分解炉などの化学工業分野、あるいはその他の幅広い分野で活用されている。 According to the plasma heat source, for example, a high temperature of 5000 to 30000 ° C. and a high energy density of about 100 kW / cm 2 can be easily obtained, and heating using this can easily control the heating atmosphere and the heating state. . For this reason, it is used in metallurgy such as heat evaporation of metals, metallurgy such as metal reduction and refining, material processing such as welding and cutting, chemical industry such as acetylene coal and gas cracking furnace, and other wide fields. .
プラズマトーチは、大きく移行型と非移行型に分類できる。
図3(A)および(B)は、それぞれ従来例に係る移行型(transfer type)と非移行型(non−transfer type)のプラズマトーチの模式構成図である。
図3(A)に示すように、移行型のプラズマトーチは、略円筒形のプラズマチップ1の内側の中心部に、陰極となる棒状の内部電極3が挿入されて組み立てられている。被加熱物Sに正電圧、内部電極3に負電圧を印加することにより、被加熱物Sと内部電極3との間で放電してプラズマを発生させる。このときのプラズマにより被加熱物Sに電流を流して加熱する。
Plasma torches can be broadly classified into transitional and non-transitional types.
FIGS. 3A and 3B are schematic configuration diagrams of a transfer type and a non-transfer type plasma torch according to a conventional example, respectively.
As shown in FIG. 3A, the transition type plasma torch is assembled by inserting a rod-shaped internal electrode 3 serving as a cathode into the central portion inside the substantially cylindrical plasma chip 1. By applying a positive voltage to the object to be heated S and a negative voltage to the internal electrode 3, discharge is generated between the object to be heated S and the internal electrode 3 to generate plasma. At this time, the plasma is heated by supplying a current to the article S to be heated.
一方、図3(B)に示すように、非移行型のプラズマトーチは、略円筒形のプラズマチップ1の内側の中心部に内部電極3が挿入されて、移行型と同様の構造となっているが、さらにプラズマガスGがプラズマチップ1と内部電極3の間から供給され、プラズマトーチ1に正電圧、内部電極3に負電圧を印加することにより、プラズマチップ1と内部電極3との間で放電してプラズマを発生させる。得られたプラズマガスを媒体として被加熱物Sを加熱する。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, the non-transition type plasma torch has the same structure as the transition type with the internal electrode 3 inserted in the central part inside the substantially cylindrical plasma chip 1. However, plasma gas G is further supplied from between the plasma chip 1 and the internal electrode 3, and a positive voltage is applied to the plasma torch 1 and a negative voltage is applied to the internal electrode 3. To discharge and generate plasma. The article to be heated S is heated using the obtained plasma gas as a medium.
移行型のプラズマトーチは、被加熱物に電流が流れてジュール熱を発生させるので、エネルギー効率が高いという利点があるが、プラズマを発生させ、被加熱物が溶けて導電性を持つまでプラズマを保持するための電極が必要であり、絶縁物を加熱、溶解するのに適していない。
一方、非移行型のプラズマトーチは、被加熱物に電流は流れないので、被加熱物の材質に影響されずにプラズマを発生させることができ、プラズマの始動性および安定性が高いという利点がある。
The transfer-type plasma torch has the advantage of high energy efficiency because current flows through the object to be heated and generates Joule heat, but it generates plasma, and plasma is generated until the object to be heated melts and becomes conductive. An electrode for holding is required and is not suitable for heating and melting the insulator.
On the other hand, since the non-transfer type plasma torch does not flow current to the object to be heated, it can generate plasma without being affected by the material of the object to be heated, and has the advantage of high startability and stability of plasma. is there.
ところで、非移行型のプラズマトーチはトーチ内に陽極(プラズマチップ)と陰極(内部電極)の2つの電極を有しており、これらは互いに絶縁される必要がある。このため、従来の非移行型プラズマトーチでは、上記の両電極間の絶縁を確保するためにベークライトなどの高分子系絶縁材料を用いている。
上記の高分子系絶縁材料およびその他のトーチ構成材料のために、従来の非移行型のプラズマトーチを超高真空環境で使用するとアウトガスが発生してしまう。
例えば超音速フリージェットPVD(物理蒸着)装置において、プラズマトーチで生成したプラズマにより蒸発源からナノ粒子を生成するような場合、得られたナノ粒子をアウトガスで汚染してしまうことになる。
By the way, the non-transfer type plasma torch has two electrodes of an anode (plasma chip) and a cathode (internal electrode) in the torch, and these need to be insulated from each other. For this reason, in the conventional non-migration type plasma torch, a polymer insulating material such as bakelite is used in order to ensure the insulation between the two electrodes.
Due to the above-described polymer insulating material and other torch constituent materials, outgassing occurs when a conventional non-migration type plasma torch is used in an ultra-high vacuum environment.
For example, in a supersonic free jet PVD (physical vapor deposition) apparatus, when nanoparticles are generated from an evaporation source by plasma generated by a plasma torch, the obtained nanoparticles are contaminated with outgas.
解決しようとする問題点は、従来の非移行型のプラズマトーチは、超高真空環境ではアウトガスを発生させるなどの問題を引き起こしてしまう点である。 The problem to be solved is that the conventional non-migration type plasma torch causes problems such as generation of outgas in an ultra-high vacuum environment.
本発明のプラズマトーチは、略円筒形の導電性のアノードと、前記アノードの内側に挿入された石英あるいはマシナブルセラミクスからなる絶縁管と、前記アノードに接しないように、前記絶縁管の内側に挿入された棒状のカソードとを有し、前記アノードと前記カソードにそれぞれ正電圧と負電圧を印加してプラズマを形成する。 The plasma torch according to the present invention includes a substantially cylindrical conductive anode, an insulating tube made of quartz or machinable ceramic inserted inside the anode, and an inner side of the insulating tube so as not to contact the anode. It has a rod-like cathode inserted therein, and plasma is formed by applying a positive voltage and a negative voltage to the anode and the cathode, respectively.
上記の本発明のプラズマトーチは、アノードの内側に挿入された石英あるいはマシナブルセラミクスからなる絶縁管と、アノードに接しないように、絶縁管の内側に挿入された棒状のカソードとを有する。アノードとカソードにそれぞれ正電圧と負電圧を印加してプラズマを形成する。 The plasma torch according to the present invention includes an insulating tube made of quartz or machinable ceramic inserted inside the anode, and a rod-like cathode inserted inside the insulating tube so as not to contact the anode. Plasma is formed by applying a positive voltage and a negative voltage to the anode and the cathode, respectively.
上記の本発明のプラズマトーチは、好適には、前記カソードの先端近傍で、前記アノードと前記カソードの間に、前記アノードと前記カソードの相対位置を位置決めし、前記カソードに対して供給されるプラズマガスを均等に行き渡らせるセラミクスのプラズマガスディストリビュータが設けられている。 The plasma torch according to the present invention is preferably a plasma supplied to the cathode by positioning a relative position of the anode and the cathode between the anode and the cathode in the vicinity of the tip of the cathode. A ceramics plasma gas distributor is provided to distribute the gas evenly.
上記の本発明のプラズマトーチは、好適には、前記カソードは、内部構造として、中心に配置された第1中空部と、前記第1中空部の外周に配置された第2中空部と、前記第2中空部の外周に配置された第3中空部とを有する3層構造となっている。
さらに好適には、前記カソードの前記第1中空部がプラズマガス供給管である。
さらに好適には、前記カソードの前記第2中空部が冷却媒の導入管であり、前記カソードの前記第3中空部が前記冷却媒の導出管である。
In the plasma torch according to the present invention, preferably, the cathode has, as an internal structure, a first hollow portion disposed in the center, a second hollow portion disposed on an outer periphery of the first hollow portion, It has a three-layer structure having a third hollow portion arranged on the outer periphery of the second hollow portion.
More preferably, the first hollow portion of the cathode is a plasma gas supply pipe.
More preferably, the second hollow portion of the cathode is a cooling medium introduction tube, and the third hollow portion of the cathode is a cooling medium outlet tube.
上記の本発明のプラズマトーチは、好適には、前記アノードが冷却管を内蔵している。 In the plasma torch of the present invention, the anode preferably has a built-in cooling pipe.
上記の本発明のプラズマトーチは、好適には、真空シールとしてVCR継ぎ手および/またはICFフランジが用いられている。 The plasma torch of the present invention preferably uses a VCR joint and / or an ICF flange as a vacuum seal.
上記の本発明のプラズマトーチは、好適には、前記アノードと前記カソードにそれぞれ正電圧と負電圧を印加してプラズマを形成する方式と、加熱対象である被加熱物と前記カソードにそれぞれ正電圧と負電圧を印加してプラズマを形成する方式とで切り替えまたは併用可能である。 In the plasma torch of the present invention, preferably, a plasma is formed by applying a positive voltage and a negative voltage to the anode and the cathode, respectively, and an object to be heated and a positive voltage are applied to the cathode, respectively. And a method of forming a plasma by applying a negative voltage can be switched or used together.
また、本発明のプラズマトーチは、略円筒形の導電性のアノードと、前記アノードの内側に挿入された石英あるいはマシナブルセラミクスからなる絶縁管と、前記アノードに接しないように、前記絶縁管の内側に挿入された棒状のカソードと、前記アノードの外周部に配置された保持管とを有し、前記保持管は、前記カソードに電気的に接続して前記カソードを機械的に保持する第1保持部材と、前記アノードに電気的に接続して前記カソードを機械的に保持する第2保持部材と、前記第1保持部材および前記第2保持部材を介して前記アノードおよび前記カソードを機械的に保持する第3保持部材とを有し、少なくとも前記第1保持部材と前記第2保持部材の間および前記第2保持部材と前記第3保持部材の間がセラミクスの絶縁部材に溶接によって接合され、前記第1保持部材、前記第2保持部材および前記第3保持部材が互いに絶縁しながら一体化されており、前記アノード、前記カソードおよび前記保持管の真空シールとしてVCR継ぎ手および/またはICFフランジが用いられており、前記プラズマチップと前記内部電極にそれぞれ正電圧と負電圧を印加してプラズマを形成する。 The plasma torch according to the present invention includes a substantially cylindrical conductive anode, an insulating tube made of quartz or machinable ceramic inserted inside the anode, and the insulating tube so as not to contact the anode. A rod-shaped cathode inserted inside, and a holding tube disposed on an outer periphery of the anode, the holding tube being electrically connected to the cathode and mechanically holding the cathode; A holding member; a second holding member electrically connected to the anode to mechanically hold the cathode; and the anode and the cathode mechanically through the first holding member and the second holding member. A third holding member for holding, and at least a space between the first holding member and the second holding member and between the second holding member and the third holding member is melted in the ceramic insulating member. And the first holding member, the second holding member and the third holding member are integrated while being insulated from each other, and a VCR joint and / or as a vacuum seal of the anode, the cathode and the holding tube An ICF flange is used, and plasma is formed by applying a positive voltage and a negative voltage to the plasma chip and the internal electrode, respectively.
上記の本発明のプラズマトーチは、アノードの内側に挿入された石英あるいはマシナブルセラミクスからなる絶縁管と、アノードに接しないように、絶縁管の内側に挿入された棒状のカソードと、アノードの外周部に配置された保持管とを有する。
保持管は、カソードに電気的に接続してカソードを機械的に保持する第1保持部材と、アノードに電気的に接続してカソードを機械的に保持する第2保持部材と、第1保持部材および第2保持部材を介してアノードおよびカソードを機械的に保持する第3保持部材とを有し、少なくとも第1保持部材と第2保持部材の間および第2保持部材と第3保持部材の間がセラミクスの絶縁部材に溶接によって接合され、第1保持部材、第2保持部材および第3保持部材が互いに絶縁しながら一体化されている。
また、アノード、カソードおよび保持管の真空シールとしてVCR継ぎ手および/またはICFフランジが用いられている。
上記の構成において、アノードとカソードにそれぞれ正電圧と負電圧を印加してプラズマを形成する。
The plasma torch according to the present invention includes an insulating tube made of quartz or machinable ceramic inserted inside the anode, a rod-like cathode inserted inside the insulating tube so as not to contact the anode, and an outer periphery of the anode. And a holding tube disposed in the section.
The holding tube includes a first holding member that is electrically connected to the cathode and mechanically holds the cathode, a second holding member that is electrically connected to the anode and mechanically holds the cathode, and a first holding member And a third holding member for mechanically holding the anode and the cathode via the second holding member, and at least between the first holding member and the second holding member and between the second holding member and the third holding member. Are joined to the ceramic insulating member by welding, and the first holding member, the second holding member and the third holding member are integrated while being insulated from each other.
Also, VCR joints and / or ICF flanges are used as vacuum seals for the anode, cathode and holding tube.
In the above configuration, plasma is formed by applying a positive voltage and a negative voltage to the anode and the cathode, respectively.
本発明のプラズマトーチは、アノードとカソードとを絶縁するために石英あるいはマシナブルセラミクスからなる絶縁管を用いており、高分子系絶縁材料を用いていないので超高真空環境でもアウトガスを発生させずに使用することができる。
また、本発明のプラズマトーチは、アノードの外周にプラズマトーチ全体を保持し、アノードおよびカソードに所定の電位を印加する保持管を有することで、アウトガスを発生させないようにして超高真空環境に対応することができる。
The plasma torch of the present invention uses an insulating tube made of quartz or machinable ceramics to insulate the anode and the cathode, and does not use a polymer insulating material, so it does not generate outgas even in an ultra-high vacuum environment. Can be used for
In addition, the plasma torch of the present invention has a holding tube that holds the entire plasma torch on the outer periphery of the anode and applies a predetermined potential to the anode and the cathode, so that it does not generate outgas and supports an ultra-high vacuum environment. can do.
以下に、本発明に係るプラズマトーチの実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of a plasma torch according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本実施形態に係るプラズマトーチの一部断面構造を示す模式構成図である。また、図2は図1中のA部の拡大図である。
本実施形態に係るプラズマトーチは、略円筒形の導電性のアノード10と、アノードの内側に挿入された石英あるいはマシナブルセラミクスからなる絶縁管20と、アノード10に接しないように絶縁管20の内側に挿入された棒状のカソード30とを有する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a partial cross-sectional structure of a plasma torch according to the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG.
The plasma torch according to this embodiment includes a substantially cylindrical
アノード10は、略円筒形状のアノード第1部材10aと、アノード第1部材10aの先端に設けられたアノード第2部材10bとが銅製のシール剤10cを介して接続されて組み立てられている。アノード第1部材10aおよびアノード第2部材10bは、例えば、ステンレス、銅、タングステンなどの金属材料から構成されている。
The
アノード第1部材10aは、肉厚の略円筒形状であって部分的に中空構造となっており、冷却水導入口11aと冷却水導出口11bに接続されている水冷系統11が内部に埋め込まれて、冷却水11fにより冷却されている。
冷却系統11により、プラズマ生成で加熱されてしまうアノード10を効率的に冷却することができる。
The anode
The
アノード第2部材10bは、略円筒形状のアノード第1部材10aの一端部に蓋をするように設けられており、その中心部に開口部10hを有する。アノード第2部材10bの内径は、例えば、アノード第1部材10aの内径から数段階で徐々に狭められている構造となっており、アノード第2部材10bの外径は、例えば、アノード第1部材10aの外径からなめらかに先端程狭められているテーパー状となっている。
このようにして、カソード30の先端近傍で、アノード10の径が狭められた形状となっている。
The anode
In this manner, the diameter of the
絶縁管20は、石英あるいはマシナブルセラミクスからなり、超高真空環境下においてもアウトガスを実質的に出さない材料からなる。石英あるいはマシナブルセラミクスは、アウトガスを実質的に出さない材料からなり、本実施形態に用いるために管状の形状とするのに相対的に安価に用意することができる。特に石英管は様々なサイズのものが市販されており、容易に所望のサイズの絶縁管を容易することができる。
The insulating
上記のマシナブルセラミクスとは、機械的加工が容易なセラミクスであり、内部にマイカなどの層状構造物を含有するものと、微細なクラックが多数構造的に含まれているものに大別される。前者としては、例えばKMg3AlSi3O10F2のフッ素金雲母などのマイカ結晶化ガラスがあり、また、後者としては、チタン酸アルミニウムなどがある。 The machinable ceramics described above are ceramics that can be easily machined, and are broadly classified into those containing a lamellar structure such as mica inside and those containing many fine cracks structurally. . The former includes, for example, mica crystallized glass such as KMg 3 AlSi 3 O 10 F 2 fluorine phlogopite, and the latter includes aluminum titanate.
絶縁管20の外径は、アノード第1部材10aおよびアノード第2部材10bなどからなるアノード10の内径に適合するサイズとなっており、アノード第1部材10aを貫通して、アノード第2部材10bの内側の階段状の構造で係止されるようにアノード10の内側に挿入されている。
The outer diameter of the insulating
カソード30は、先端部に設けられたカソード第1部材30aとカソード第1部材30aを支持するカソード第2部材30bが接続されて組み立てられている。カソード第1部材30aおよびカソード第2部材30bは、例えば、ステンレス、銅、タングステンなどの金属材料から構成されている。
The
カソード第1部材30aは、根本をカソード第2部材30bに支持されるとともに、先端近傍をガストリビュータ21に係止するように保持されている。ガストリビュータ21は、アノード第2部材10bの内側の階段状の構造で係止されるように絶縁管20の先端に嵌め込まれて設けられている。
上記のガストリビュータ21は、例えばセラミックなどの非高分子系絶縁材料からなり、超高真空環境下においてもアウトガスを実質的に出さない材料からなり、カソードの先端近傍で、アノードとカソードの間に、アノードとカソードの相対位置を位置決めし、アノードとカソードが接しないようにして両者の短絡を防止するように設けられている。また、ガストリビュータ21には微細な開口部が設けられていて、カソードに対して供給されるプラズマガスを均等に行き渡らせることができる。
The cathode
The
カソード第2部材30bは、内部構造として、中心に配置された第1中空部31と、第1中空部の外周に配置された第2中空部32aと、第2中空部32aの外周に配置された第3中空部32bとを有する3層構造となっている
ここで、カソード第2部材30b内の第1中空部31がプラズマガス供給管である。ここから、上記のガストリビュータ21を介してアノード10およびカソード30の先端部分にプラズマガス31fを供給することができる。
As the internal structure, the cathode
また、カソード第2部材30b内の第2中空部32aが冷却媒である冷却水32fの導入管であり、第3中空部32bが冷却水の導出管である。
第2中空部32aおよび第3中空部32bからなる冷却系統32というアノード10の冷却系統11と分離された冷却系統を有することで、熱伝導性の高くない絶縁管20に内側に挿入されたカソード30を効率的に冷却することができる。
The second
The cathode inserted into the insulating
また、本実施形態のプラズマトーチにおいては、アノード10の外周部に保持管40が配置されている。
保持管40は、カソード30に電気的に接続してカソードを機械的に保持する第1保持部材41と、アノード10に電気的に接続してカソードを機械的に保持する第2保持部材42と、第1保持部材41および第2保持部材42を介してアノード10およびカソード30を機械的に保持する第3保持部材43とを有し、少なくとも第1保持部材41と第2保持部材42の間および第2保持部材42と第3保持部材43の間がセラミクスの絶縁部材(44,45)に溶接によって接合され、第1保持部材41、第2保持部材42および第3保持部材43が互いに絶縁しながら一体化されている。
Further, in the plasma torch of the present embodiment, the holding
The holding
上記のように、本実施形態にプラズマトーチは、アノードおよびカソードはステンレスなどの金属材料からなり、それらを絶縁管によって絶縁している構造となっている。
さらに、本実施形態にプラズマトーチは、真空シールとしてVCR継ぎ手および/またはICFフランジが用いられている。
As described above, the plasma torch according to the present embodiment has a structure in which the anode and the cathode are made of a metal material such as stainless steel and are insulated by the insulating tube.
Furthermore, the plasma torch in this embodiment uses a VCR joint and / or an ICF flange as a vacuum seal.
アノード10およびカソード30の先端部分において、アノード第2部材10bの内壁とカソード第1部材30aの先端とが所定の距離で離間しており、この領域にプラズマガス31fを供給し、さらにアノードとカソードにそれぞれ正電圧と負電圧を印加することにより、アノードとカソード間の放電によってプラズマを発生させる。即ち、いわゆる非移行型のプラズマトーチとなっている。
得られたプラズマは、アノード先端の開口部10hからプラズマトーチの外部に供給することができる。
At the tip portions of the
The obtained plasma can be supplied to the outside of the plasma torch from the
上記のように、本実施形態に係るプラズマトーチは、従来のプラズマトーチのようにこれらを絶縁するためにベークライトなどの高分子系絶縁材料を用いていないので、超高真空環境で使用しても実質的にアウトガスを発生させることがない。
また、アノードの外周にプラズマトーチ全体を保持し、アノードおよびカソードに所定の電位を印加する保持管を有することで、アウトガスを発生させないようにして超高真空環境に対応することができる。
従って、例えば超音速フリージェットPVD装置において、プラズマトーチで生成したプラズマにより蒸発源からナノ粒子を生成する場合、本実施形態に係るプラズマトーチを用いることにより、アウトガスで汚染しないでナノ粒子を生成することができる。このように、本実施形態にプラズマトーチを超高真空環境下あるいはガス置換雰囲気下で使用することで、加熱対象物に不純物が混入することを防止できる。
また、本実施形態に係るプラズマトーチは、10-10torr程度の超高真空環境から大気圧下まで、幅広い雰囲気圧力で使用することができる。
As described above, the plasma torch according to the present embodiment does not use a high-molecular insulating material such as bakelite to insulate them as in the conventional plasma torch. There is virtually no outgassing.
In addition, by holding the entire plasma torch on the outer periphery of the anode and having a holding tube for applying a predetermined potential to the anode and the cathode, it is possible to cope with an ultrahigh vacuum environment without generating outgas.
Therefore, for example, in a supersonic free jet PVD apparatus, when nanoparticles are generated from an evaporation source by plasma generated by a plasma torch, the nanoparticles are generated without being contaminated by outgas by using the plasma torch according to the present embodiment. be able to. Thus, by using the plasma torch in the present embodiment in an ultra-high vacuum environment or a gas replacement atmosphere, it is possible to prevent impurities from being mixed into the heating object.
Moreover, the plasma torch according to the present embodiment can be used in a wide range of atmospheric pressures from an ultrahigh vacuum environment of about 10 −10 torr to atmospheric pressure.
また、本実施形態に係るプラズマトーチは、CVD(化学蒸着)装置や廃棄物処理装置などの加熱蒸発により発生する有毒ガスなどのガスの装置外への微量な漏れも許容されない条件での加熱に応用することができる。 In addition, the plasma torch according to the present embodiment is suitable for heating under conditions in which a minute amount of gas such as toxic gas generated by heating evaporation such as a CVD (chemical vapor deposition) apparatus or a waste treatment apparatus is not allowed to leak out of the apparatus. Can be applied.
本実施形態にプラズマトーチは、例えば、アノードとカソードにそれぞれ正電圧と負電圧を印加してプラズマを形成する非移行型と、加熱対象である被加熱物とカソードにそれぞれ正電圧と負電圧を印加してプラズマを形成する移行型とで、切り替えを行い、あるいは、2つの型を併用して、動作させることができるようになっている。
これらを切り替え、あるいは併用することで、移行型のエネルギー効率が高いという長所と、非移行型の非加熱物の材質に係わらず使用でき、プラズマの始動性や安定性が高く、制御性がよいという長所を享受でき、より効率的に加熱対象を加熱することができる。移行型と非移行型のいずれにおいても、超高真空環境下の使用で実質的にアウトガスを発生させることがない。
The plasma torch in this embodiment is, for example, a non-transition type in which a positive voltage and a negative voltage are respectively applied to an anode and a cathode, and a positive voltage and a negative voltage are respectively applied to an object to be heated and a cathode. It can be operated by switching between the transfer type that forms plasma by applying it, or by using the two types together.
By switching or using these in combination, it can be used regardless of the material of the transfer type energy efficiency and the non-transfer type non-heated material. It is possible to enjoy the advantages of heating the target object more efficiently. In both the transfer type and the non-transfer type, outgas is not substantially generated when used in an ultra-high vacuum environment.
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、上記の実施形態においては、アノードの外周に配置される保持管として第1〜第3保持部材が絶縁部材を介して互いに絶縁しながら一体化された構成しているが、これに限らず、アノードおよびカソードに所定の電位を印加可能とし、冷却系統やガス供給系統を実現しながら、高分子系絶縁材量を用いることなく、アノードおよびカソードを超高真空環境下に対応可能とする構成となっていればよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the above description.
For example, in the above-described embodiment, the first to third holding members are integrated while being insulated from each other via the insulating member as the holding tube disposed on the outer periphery of the anode. A configuration that enables a predetermined potential to be applied to the anode and the cathode, and enables the anode and the cathode to be used in an ultra-high vacuum environment without using a polymer insulating material amount while realizing a cooling system and a gas supply system. It only has to be.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
本発明のプラズマトーチは、高真空環境あるいは閉鎖性が高くてガスの漏れの少ない環境で使用する加熱源に適用でき、例えば超音速フリージェットPVD装置において蒸発源からナノ粒子を生成するためのプラズマトーチに適用できる。
さらに、その他の各種のPVD装置、CVD装置、減圧溶射装置などにおける加熱手段などとして適用できる。
The plasma torch of the present invention can be applied to a heating source used in a high vacuum environment or an environment with high gas tightness and low gas leakage. For example, plasma for generating nanoparticles from an evaporation source in a supersonic free jet PVD apparatus. Applicable to torch.
Furthermore, it can be applied as a heating means in other various PVD apparatuses, CVD apparatuses, reduced pressure spraying apparatuses, and the like.
10…アノード
10a…アノード第1部材
10b…アノード第2部材
10c…シール剤
10h…開口部
11…冷却系統
11a…冷却水導入口
11b…冷却水導出口
11f…冷却水
20…絶縁管
21…ガストリビュータ
30…カソード
31…第1中空部
31f…プラズマガス
32…冷却系統
32a…第2中空部
32b…第3中空部
32f…冷却水
40…保持管
41…第1保持部材
42…第2保持部材
43…第3保持部材
44,45…絶縁部材
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記アノードの内側に挿入された石英あるいはマシナブルセラミクスからなる絶縁管と、
前記アノードに接しないように、前記絶縁管の内側に挿入された棒状のカソードと
を有し、
前記アノードと前記カソードにそれぞれ正電圧と負電圧を印加してプラズマを形成する
プラズマトーチ。 A substantially cylindrical conductive anode;
An insulating tube made of quartz or machinable ceramic inserted inside the anode;
A rod-shaped cathode inserted inside the insulating tube so as not to contact the anode,
A plasma torch that forms plasma by applying a positive voltage and a negative voltage to the anode and the cathode, respectively.
請求項1に記載のプラズマトーチ。 A ceramic plasma gas distributor is provided between the anode and the cathode in the vicinity of the tip of the cathode, positioning the relative position of the anode and the cathode, and uniformly distributing the plasma gas supplied to the cathode. The plasma torch according to claim 1.
請求項1に記載のプラズマトーチ。 The cathode has, as an internal structure, a first hollow portion disposed in the center, a second hollow portion disposed on the outer periphery of the first hollow portion, and a third hollow disposed on the outer periphery of the second hollow portion. The plasma torch according to claim 1, wherein the plasma torch has a three-layer structure having a portion.
請求項3に記載のプラズマトーチ。 The plasma torch according to claim 3, wherein the first hollow portion of the cathode is a plasma gas supply pipe.
前記カソードの前記第3中空部が前記冷却媒の導出管である
請求項3に記載のプラズマトーチ。 The second hollow portion of the cathode is an introduction pipe for a cooling medium;
The plasma torch according to claim 3, wherein the third hollow portion of the cathode is a discharge pipe for the cooling medium.
請求項1に記載のプラズマトーチ。 The plasma torch according to claim 1, wherein the anode has a built-in cooling pipe.
請求項1に記載のプラズマトーチ。 The plasma torch according to claim 1, wherein a VCR joint and / or an ICF flange is used as a vacuum seal.
請求項1に記載のプラズマトーチ。 A method of forming a plasma by applying a positive voltage and a negative voltage to the anode and the cathode, respectively, and a method of forming a plasma by applying a positive voltage and a negative voltage to the object to be heated and the cathode, respectively. The plasma torch according to claim 1, which can be switched or used together.
前記アノードの内側に挿入された石英あるいはマシナブルセラミクスからなる絶縁管と、
前記アノードに接しないように、前記絶縁管の内側に挿入された棒状のカソードと、
前記アノードの外周部に配置された保持管と
を有し、
前記保持管は、前記カソードに電気的に接続して前記カソードを機械的に保持する第1保持部材と、前記アノードに電気的に接続して前記カソードを機械的に保持する第2保持部材と、前記第1保持部材および前記第2保持部材を介して前記アノードおよび前記カソードを機械的に保持する第3保持部材とを有し、少なくとも前記第1保持部材と前記第2保持部材の間および前記第2保持部材と前記第3保持部材の間がセラミクスの絶縁部材に溶接によって接合され、前記第1保持部材、前記第2保持部材および前記第3保持部材が互いに絶縁しながら一体化されており、
前記アノード、前記カソードおよび前記保持管の真空シールとしてVCR継ぎ手および/またはICFフランジが用いられており、
前記プラズマチップと前記内部電極にそれぞれ正電圧と負電圧を印加してプラズマを形成する
プラズマトーチ。
A substantially cylindrical conductive anode;
An insulating tube made of quartz or machinable ceramic inserted inside the anode;
A rod-like cathode inserted inside the insulating tube so as not to contact the anode;
A holding tube disposed on the outer periphery of the anode,
The holding tube is electrically connected to the cathode and mechanically holds the cathode, and the second holding member is electrically connected to the anode and mechanically holds the cathode. A third holding member that mechanically holds the anode and the cathode via the first holding member and the second holding member, and at least between the first holding member and the second holding member, and The second holding member and the third holding member are joined to a ceramic insulating member by welding, and the first holding member, the second holding member, and the third holding member are integrated while being insulated from each other. And
VCR joints and / or ICF flanges are used as vacuum seals for the anode, cathode and holding tube,
A plasma torch that forms plasma by applying a positive voltage and a negative voltage to the plasma chip and the internal electrode, respectively.
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JP2004283819A JP2006100078A (en) | 2004-09-29 | 2004-09-29 | Plasma torch |
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