JP2006269151A - マイクロ波ラインプラズマ発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マイクロ波を誘導する導波管1に対して、プラズマ発生用の放電管3をその全部または一部が導波管内へ入り込む状態に装着し、放電管の長手軸方向y’に沿って長いライン状のプラズマを発生させる装置を提供する。
【選択図】図2
Description
イルムのCVD処理、親水性加工、食品などの殺菌・滅菌処理などに使用されるプラズマエネルギーを、大気圧など比較的低圧条件で簡単に発生させるためのマイクロ波プラズマ発生装置に関するもので、特に大型の液晶パネルや長尺のフイルムなど広い面積をもつ構造物のプラズマ処理に適するようなライン状のプラズマ発生装置を提供する。
また導波管内のマイクロ波の伝播波長を長くするほど導波管の縦方向におけるプラズマ化に寄与する電磁波エネルギーの効率が高くなることも知られているが、このマイクロ波の導波管内波長は導波管の横幅長さを狭くすると長くできる。通常使用されるマイクロ波(波長2.45GH)の場合、導波管の巾(横の長さ)を61mmから62mmにしたとき管内伝播波長が一番長くなりプラズマ励起効率が最大になる。即ちプラズマ生成ガスを充満したプラズマ放電管を導波管に対して横方向に配置することによって横方向に強力なライン状のプラズマを発生させることができるが、前記したように導波管の巾は61〜62mm程度に限定されるので、これ以上長いライン状のプラズマは得られない。
そこで本発明者等は、偏平な方形導波管の側壁部にこの導波管の縦方向(マイクロ波の伝播方向)に沿ってスリットを設け、このスリットの方向に沿って導波管の外に縦長のプラズマ放電管を近接配置し、スリットから放射される長波長マイクロ波電磁エネルギーによって放電管内のガスを励起し、放電管から縦方向にライン状のプラズマを発生させる装置を提案した(特許文献1)。これにより導波管の横幅は前記によって制限されても縦長さは自由に長くできるので、放電管から発生するプラズマのライン長さは十分長くとれるようになり、広い面積の構造物をより効率良くプラズマ処理できるようになった。
ロ波の進行方向に沿って縦長のプラズマ化ガス導出用の開口部を設け、一方、縦
方向にプラズマ化ガス放出口を設けた誘電体製プラズマ放電管を前記導波管の内
側へ、その縦方向ガス放出口が導波管の前記ガス導出用開口部に対向隣接するよ
うに配置し、マイクロ波によって励起された放電管内のプラズマ化ガスを前記ガ
ス放出口および導波管のガス導出用開口部を介してプラズマ処理室へ放射するよ
うに構成したことを特徴とするものである。
って均一となるように調整する手段を提供するもので、発生するプラズマ強度の
ライン方向のバラツキを容易に調整でき、長さ方向に均一な安定したライン状プ
ラズマが得られるものである。
[用語の定義]
本明細書において、プラズマ放電管とは、石英やガラス、セラミックスなどの
誘電体で構成した管状または縦長の筐体を意味し、断面円形、楕円形、方形また
は多角形の筐体を言う。
プラズマ生成ガスとは、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトン、フッ素、窒素、水素の少なくとも一つを含んだガスであって、マイクロ波の電磁エネルギーが作用したときガス分子にラジカル(遊離基)が生じ易いガスをいう。
プラズマ化ガスとは、プラズマ状態となったガスで通常はプラズマ発光を伴う状態のものを言い、これで直接被加工物体のプラズマ処理をする場合と、このガスでさらにシランガスなどの被加工物体処理用反応ガスをプラズマ状態に励起する場合を含むものである。
更に導波管内の、放電管内ガスのプラズマ化に直接関係する空間導波路部の電界強度分布を、管の縦方向に沿って調整する手段を提供したので、導波管や放電管の縦方向加工歪に基づくプラズマラインの強度のバラツキも容易に調整することが可能となり、長さ方向に均一な安定したプラズマを発生させることができる。
図1は、本発明マイクロ波発生装置の基本構成を示す図で、マイクロ波導波管1はアルミや真鍮などの導体で構成され、縦長さy横幅a厚さbの偏平な矩形状の空洞型導波管で、矢印MWの方向からマイクロ波が導入され管内を縦方向に進行する。2はこの導波管の偏平平面(H面)に設けられた縦長のスリット状開口部で、この開口部にプラズマ放電管3がその一部が導波管1内へ入り込んだ状態で装填される。この放電管内には図示を省略したが矢印Ginの方向からヘリウム・アルゴンなどを含むプラズマ生成ガスが導入され、矢印Goutの方向へ導出され常時ガスが流動する。4はこの放電管の露出している部分に設けられた縦長のプラズマ化ガスの放出口で、放電管内へ導入されたガスは導波管内を縦方向に伝播するマイクロ波の電磁エネルギーによって励起され、プラズマ状態となって前記放射口4から導波管の縦方向に沿ってライン状に管外の処理室へ放出される。
行方向と直角な断面を示し、(a)(b)(c)(d)は放電管3と導波管1との結合装填の態様を異ならしめた実施例である。
図3(b)は、導波管のH面のスリット幅を若干大きくして放電管をその直径の約半分程度導波管内へ入り込ませた実施例で、導波管の厚みb2はb1より若干厚くなるが、プラズマ発生の動作は図3(a)と同様である。
図の33’’は放電管33へのガス導入用開口部で、放電管の側部に長手方向にスリット状に設けられるものであるが、このスリットは放電管の両側面に沿って縦長に形成されるので、管の機械的強度を保持するために巣孔状の開口列となっている。またガス導入路G1は放電管へのガス導入部近辺で図G1’に示すように広がり部が設けられており、G1から導入されたガスはここで放電管の長さ方向に拡散されて放電管内へ導入される。S1、S2は前記ガス導入路G1、G2の広がり部G1’に配置されたバッフルプレート即ち多数の孔を設けたガス拡散板で、管路G1、G2から導入されたガスの流れを放電管の縦軸方向に広げて放電管内へ誘導する。
更に大気圧状態で利用でき且つ、プラズマ放電管とマイクロ波導波管とが一体的にコンパクトに結合装填された可搬型のプラズマ発生装置が得られるので、ホテルやレストラン、コンビニなどの食品調理場における滅菌・消毒用として手軽に利用でき、汎用性も広がるなど産業上の有用性は極めて大きい。
2 導波管の壁面に設けたスリット状開口部
3、33 プラズマ放電管
4 放電管に設けられたガス放射口
5 マイクロ波発生源
6 マイクロ波誘導管
7 マイクロ波反射部
8 可動反射板
9 導波管内の電界強度調整用第2の壁板
10 導体ブラシ
11 ねじ機構
12 導波管内面の凸部
T プラズマ処理室
Z 被処理物体
G 反応ガス供給ノズル
B 導波管支持ブロック
G1、G2 ガス導入路
W 冷却液還流路
S1,S2 ガス拡散部材
Claims (9)
- マイクロ波を導入する偏平な矩形状導波管の筐体面の一部に、マイクロ波の進行方向に沿って縦長の開口部を設け、この開口部に誘電体で構成したプラズマ放電管をその放電管の外壁の一部が導波管の内部に入り込むように装着し、この放電管内へプラズマ生成用ガスを連続的に導入することによって、放電管内で前記ガスをプラズマ状態に励起し、発生したプラズマエネルギーを前記放電管の導波管外へ露出した部分からとりだすように構成したことを特徴とするマイクロ波ラインプラズマ発生装置
- 前記導波管の縦長開口部を導波管の偏平面側の筐体面(H面)に設け、この開口部に沿ってプラズマ放電管をその外壁の一部が導波管内へ入り込むように装着したことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波ラインプラズマ発生装置
- プラズマ放電管の前記導波管から露出した部分の管壁部に、放電管の長さ方向に沿って縦長のガス放出口を設け、このガス放出口から放電管内で発生したプラズマガスをプラズマ処理室へ取り出すように構成したことを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロ波ラインプラズマ発生装置
- プラズマ放電管内へ、プラズマ生成ガスと反応ガスとを同時に導入し、放電管内で発生した両者の混合プラズマガスを前記ガス放出口からプラズマ処理室へ取り出すように構成したことを特徴とする請求項3に記載のマイクロ波ラインプラズマ発生装置
- 前記ガス放出口の外側近辺に、プラズマ処理のための反応ガス放出口を併設し、放電管から放射されたプラズマ化ガスによって前記反応ガスをプラズマ状態に励起するように構成したことを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載のマイクロ波ラインプラズマ発生装置
- 縦長の矩形状マイクロ波導波管の筐体の一部にマイクロ波の進行方向に沿って縦長のプラズマ化ガス導出用の開口部を設け、一方、縦方向にプラズマ化ガス放出口を設けた誘電体製プラズマ放電管を前記導波管の内側へ、その縦方向ガス放出口が導波管の前記ガス導出用開口部に対向隣接するように収容配置し、マイクロ波によって励起された放電管内のプラズマ化ガスを、前記ガス放出口および導波管のガス導出用開口部を介してプラズマ処理室へ放出させることを特徴とするマイクロ波ラインプラズマ発生装置
- 導波管内における、プラズマ放電管と導波管内面との間に形成される導波路が狭窄された空間部分に、この狭窄部の電界強度を調整するための導電体を設けたことを特徴とする請求項1ないし6の何れかに記載のマイクロ波ラインプラズマ発生装置
- 前記導電体と前記放電管との関係位置を調整する手段を併せ備えたことを特徴とする請求項7に記載のマイクロ波ラインプラズマ発生装置
- 前記プラズマ放電管と導波管内面との間の狭窄された空間部に設けた電界強度調整用導体部材を、導波管の縦軸方向に沿って複数個設け、この導体部材と放電管外面との関係位置を導波管外部から調整する手段を併せ設けることにより、導波管の縦軸方向に沿った電界強度分布を均整化できるようにしたことを特徴とする請求項1ないし8の何れかに記載のマイクロ波ラインプラズマ発生装置
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