JP2008130503A - Atmospheric pressure plasma jet apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、各種材料表面のクリーニングや親水性改善のために用いられる大気圧プラズマジェット装置に関する。 The present invention relates to an atmospheric pressure plasma jet apparatus used for cleaning various material surfaces and improving hydrophilicity, for example.
これまで産業界では、各種材料表面のクリーニングや親水性改善のために低圧プラズマが用いられてきたが、最近、低圧プラズマに代わり、大気圧プラズマジェット(特許文献1参照)を用いる場合が増加してきている。その理由は、大気圧プラズマジェットを用いれば処理速度が速いことに加え、真空容器や真空排気装置を必要としないため、装置のコストが格段に安価であること、さらに、原料ガスとして、空気や窒素のような安価なガスが使用できるので、運転コストが安いこと、などである。
しかしながら、これまでの大気圧プラズマジェット装置では、ジェットノズル先端から1〜2cm程度でプラズマが強く減衰してしまう。そのため、表面改質効果も、ジェットノズル先端から同程度の距離までしか期待できない。大気圧プラズマジェットが産業界で利用されることが増えるに従い、表面に数cmもの深い凹凸形状を持つ材料の表面改質の要求が多くなってきた。この要求に応えるためには、プラズマジェットから噴出するプラズマプルームの長さを、一層伸ばさなければならない。 However, in the conventional atmospheric pressure plasma jet apparatus, the plasma is strongly attenuated at about 1 to 2 cm from the tip of the jet nozzle. Therefore, the surface modification effect can be expected only to the same distance from the tip of the jet nozzle. As atmospheric pressure plasma jets are increasingly used in the industry, there is an increasing demand for surface modification of materials having a concavo-convex shape as deep as several centimeters on the surface. In order to meet this requirement, the length of the plasma plume ejected from the plasma jet must be further increased.
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、プラズマプルームが長く、材料が様々な表面形状を持っていても、効率よく表面改質できる大気圧プラズマジェット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 points, and an object of the present invention is to provide an atmospheric pressure plasma jet apparatus capable of efficiently modifying the surface even when the plasma plume is long and the material has various surface shapes. .
(1)請求項1の発明は、
単1のガス種、又はプラズマ中において相互に化学反応しにくい2以上のガス種から成る原料ガスを用いて大気圧プラズマジェットを発生させる大気圧プラズマジェット発生手段と、前記大気圧プラズマジェットへの、雰囲気ガスの混入を防止する混入防止手段と、 を備えることを特徴とする大気圧プラズマジェット装置を要旨とする。
(1) The invention of claim 1
An atmospheric pressure plasma jet generating means for generating an atmospheric pressure plasma jet using a source gas composed of a single gas species or two or more gas species that are difficult to chemically react with each other in the plasma; A gist of an atmospheric pressure plasma jet device comprising: a mixing prevention means for preventing mixing of atmospheric gas.
本発明の大気圧プラズマジェット装置は、大気圧プラズマジェットへの、雰囲気ガスの混入を防止する混入防止手段を備えることにより、プラズマプルームが長くなる。そのため、処理対象物の表面に深い凹凸がある場合でも、凹部の底までプラズマプルームが届き、その部分を効率よく表面改質できる。また、球や多面体の形状を有する処理対象物に対し、大気圧プラズマを噴出させると、長いプラズマプルームが処理対象物の側面、さらには背面にまで回り込み、それらの部分まで効率よく表面改質できる。 The atmospheric pressure plasma jet apparatus of the present invention includes a mixing prevention means for preventing the atmospheric gas from mixing into the atmospheric pressure plasma jet, so that the plasma plume becomes long. Therefore, even when the surface of the object to be processed has deep unevenness, the plasma plume reaches the bottom of the recess and the surface can be efficiently modified. In addition, when atmospheric pressure plasma is ejected onto a processing object having a sphere or polyhedron shape, a long plasma plume wraps around the side surface of the processing object and further back to the surface, and the surface can be efficiently modified to those parts. .
前記原料ガスのうち、単1のガス種から成るものとしては、例えば、酸素、窒素、不活性ガス(例えばアルゴン等)等が挙げられる。また、前記原料ガスのうち、プラズマ中において相互に化学反応しにくい2以上のガス種から成るものとしては、例えば、不活性ガス(例えばアルゴン)と、他のガス(例えば、酸素、窒素等)とから成るものが挙げられる。 Among the source gases, examples of a single gas species include oxygen, nitrogen, inert gas (for example, argon) and the like. Further, among the source gases, those composed of two or more gas species that are difficult to chemically react with each other in plasma include, for example, an inert gas (eg, argon) and another gas (eg, oxygen, nitrogen, etc.). The thing which consists of is mentioned.
前記雰囲気ガスとは、大気圧プラズマジェット装置の周辺を満たしているガスであり、例えば、空気が挙げられる。
(2)請求項2の発明は、
前記混入防止手段は、前記大気圧プラズマジェットの少なくとも一部を収容する収容手段と、前記収容手段内が前記原料ガスで充填されるように、前記収容手段内に前記原料ガスを供給する供給手段と、を備えることを特徴とする請求項1記載の大気圧プラズマジェット装置を要旨とする。
The atmospheric gas is a gas that fills the periphery of the atmospheric pressure plasma jet apparatus, and examples thereof include air.
(2) The invention of claim 2
The mixing preventing unit includes a storing unit that stores at least a part of the atmospheric pressure plasma jet, and a supply unit that supplies the source gas into the storing unit so that the inside of the storing unit is filled with the source gas. And an atmospheric pressure plasma jet device according to claim 1.
本発明の大気圧プラズマジェット装置では、大気圧プラズマジェットの少なくとも一部は、その周囲が原料ガスで充填されるから、その部分では、大気圧プラズマジェットへの雰囲気ガスの混入が防止できる。その結果、本発明の大気圧プラズマジェット装置は、長いプラズマプルームを生じさせることができる。 In the atmospheric pressure plasma jet apparatus of the present invention, since at least a part of the atmospheric pressure plasma jet is filled with the raw material gas, it is possible to prevent the atmospheric gas from being mixed into the atmospheric pressure plasma jet in that portion. As a result, the atmospheric pressure plasma jet device of the present invention can generate a long plasma plume.
前記収容手段は、その内部が、前記原料ガスで、外部に対し陽圧になっていることが好ましい。この場合、外部の雰囲気ガスが収容手段の内部に混入しにくいから、大気圧プラズマジェットへの、雰囲気ガスの混入を一層効果的に防止できる。 It is preferable that the inside of the accommodating means is the source gas and has a positive pressure with respect to the outside. In this case, since the external atmospheric gas is difficult to be mixed into the inside of the housing means, it is possible to more effectively prevent the atmospheric gas from being mixed into the atmospheric pressure plasma jet.
また、前記収容手段は、その内部が原料ガスで陽圧となる範囲において、原料ガスの排出口を有することが好ましい。こうすることにより、プラズマジェットの運転に用いたガスの排出を妨げることがない。
(3)請求項3の発明は、
前記収容手段は、筒状部材であるとともに、前記筒状部材における一方の側の開口部は、前記大気圧プラズマジェットを導入する導入口であり、前記筒状部材における前記一方の側とは反対側の開口部は、前記筒状部材内を通過した前記大気圧プラズマジェットを導出する導出口であることを特徴とする請求項2記載の大気圧プラズマジェット装置を要旨とする。
Moreover, it is preferable that the said accommodating means has a raw material gas discharge port in the range in which the inside becomes a positive pressure with the raw material gas. By doing so, the discharge of the gas used for the operation of the plasma jet is not hindered.
(3) The invention of claim 3
The accommodating means is a cylindrical member, and the opening on one side of the cylindrical member is an introduction port for introducing the atmospheric pressure plasma jet, and is opposite to the one side of the cylindrical member. The gist of the atmospheric pressure plasma jet apparatus according to claim 2, wherein the opening on the side is a lead-out port for deriving the atmospheric pressure plasma jet that has passed through the cylindrical member.
本発明の大気圧プラズマジェット装置において、図1に示すように、筒状部材における一方の側の開口部である導入口からは、大気圧プラズマジェットが導入され、反対側の開口後部である導出口からは、大気圧プラズマジェットが導出されている。すなわち、筒状部材は、大気圧プラズマジェットの一部(図1においてはその上流側から60mmの位置まで)を収容しており、その内部は、大気圧プラズマジェットの原料ガスで充填されている。 In the atmospheric pressure plasma jet apparatus of the present invention, as shown in FIG. 1, an atmospheric pressure plasma jet is introduced from an inlet which is an opening on one side of a cylindrical member, and is guided at an opening rear on the opposite side. An atmospheric pressure plasma jet is led out from the outlet. That is, the cylindrical member accommodates a part of the atmospheric pressure plasma jet (in FIG. 1, from the upstream side to a position of 60 mm), and the inside is filled with the source gas of the atmospheric pressure plasma jet. .
大気圧プラズマジェットは、原料ガスで充填されている筒状部材の内部では減衰しにくいので、大気圧プラズマジェットが到達する最大距離は、少なくとも、筒状部材の長さの分だけ長くなる。そのため、処理対象物の表面に深い凹凸がある場合でも、凹部の底までプラズマプルームが届き、その部分を効率よく表面改質できる。 Since the atmospheric pressure plasma jet is not easily attenuated inside the cylindrical member filled with the source gas, the maximum distance reached by the atmospheric pressure plasma jet is increased at least by the length of the cylindrical member. Therefore, even when the surface of the object to be processed has deep unevenness, the plasma plume reaches the bottom of the recess and the surface can be efficiently modified.
前記筒状部材は、前記大気圧プラズマジェット発生手段と隙間無く接続されていることが好ましい。こうすることにより、筒状部材内への雰囲気ガスの混入を一層効果的に防止できる。また、前記筒状部材と前記大気圧プラズマジェット発生手段との間は、絶縁性の部材を介す等の方法により、電気的に絶縁することが好ましい。こうすることにより、大気圧プラズマジェット発生手段の電極から、筒状部材への漏電を防止できる。
(4)請求項4の発明は、
前記筒状部材における前記反対側の開口部の断面形状が細長いスリット形状であることを特徴とする請求項3記載の大気圧プラズマジェット装置を要旨とする。
The cylindrical member is preferably connected to the atmospheric pressure plasma jet generating means without any gap. By doing so, it is possible to more effectively prevent the atmospheric gas from being mixed into the cylindrical member. The cylindrical member and the atmospheric pressure plasma jet generating means are preferably electrically insulated by a method such as through an insulating member. By doing so, leakage from the electrode of the atmospheric pressure plasma jet generating means to the cylindrical member can be prevented.
(4) The invention of claim 4
The gist of the atmospheric pressure plasma jet apparatus according to claim 3, wherein a cross-sectional shape of the opening on the opposite side of the cylindrical member is an elongated slit shape.
筒状部材の開口部における断面形状を、細長いスリット形状とすることにより、大気圧プラズマジェットが噴射される範囲が広がり、一度に表面改質できる幅を大きく広げることが可能である。
(5)請求項5の発明は、
前記収容手段は、大気圧プラズマジェット処理の処理対象物を収容可能な処理室と、前記処理室へ、前記大気圧プラズマジェットを導入する導入口と、を備えることを特徴とする請求項2記載の大気圧プラズマジェット装置を要旨とする。
By making the cross-sectional shape of the opening of the cylindrical member into a long and narrow slit shape, the range in which the atmospheric pressure plasma jet is ejected is widened, and it is possible to greatly widen the width of surface modification at a time.
(5) The invention of claim 5
The said accommodating means is provided with the process chamber which can accommodate the process target object of an atmospheric pressure plasma jet process, and the inlet which introduces the said atmospheric pressure plasma jet into the said process chamber. The atmospheric pressure plasma jet apparatus is the gist.
本発明の大気圧プラズマジェット装置を用いれば、図2に示すように、処理室29内に長いプラズマプルームを噴射することができる。そのため、処理対象物39の表面に深い凹凸がある場合でも、凹部の底までプラズマプルームが届き、その部分を効率よく表面改質できる。また、処理対象物39における広い面を一度に表面改質することができる。
(6)請求項6の発明は、
前記収容手段は、前記処理対象物の前記処理室への導入、及び/又は前記処理対象物の前記処理室からの取り出しに利用可能な処理対象物出入り口を備えることを特徴とする請求項5記載の大気圧プラズマジェット装置を要旨とする。
If the atmospheric pressure plasma jet apparatus of the present invention is used, a long plasma plume can be injected into the processing chamber 29 as shown in FIG. For this reason, even when the surface of the processing object 39 has deep irregularities, the plasma plume reaches the bottom of the recess, and the surface can be efficiently modified. In addition, a wide surface of the processing object 39 can be surface-modified at a time.
(6) The invention of claim 6
The said accommodation means is equipped with the process target object entrance and exit which can be used for the introduction | transduction to the said process chamber of the said process target object, and / or taking out of the said process target object from the said process chamber. The atmospheric pressure plasma jet apparatus is the gist.
本発明の大気圧プラズマジェット装置は、図3に示すように、処理対象物出入り口40、41を備えており、そこから処理対象物39の出し入れができるので、処理対象物39の出し入れのとき、処理室29を全面開放する必要がない。そのため、処理対象物39の出し入れごとに処理室29の内部を原料ガスで置換する工程が必要なく、表面処理のプロセスを迅速化することができる。
(7)請求項7の発明は、
前記処理対象物出入り口を、前記処理室における一方の側と、前記処理室における前記一方の側とは反対側とに、それぞれ備えることを特徴とする請求項6記載の大気圧プラズマジェット装置を要旨とする。
As shown in FIG. 3, the atmospheric pressure plasma jet apparatus of the present invention includes processing object entrances 40 and 41, and the processing object 39 can be taken in and out therefrom. It is not necessary to open the processing chamber 29 entirely. Therefore, there is no need to replace the inside of the processing chamber 29 with the source gas every time the processing object 39 is put in and out, and the surface treatment process can be speeded up.
(7) The invention of claim 7
The atmospheric pressure plasma jet apparatus according to claim 6, wherein the processing object inlet / outlet is provided on one side of the processing chamber and on the side opposite to the one side of the processing chamber. And
本発明の大気圧プラズマジェット装置は、図4に示すように、処理室29における一方の側と、処理室29における前記一方の側とは反対側とに、それぞれ、処理対象物出入り口40、41、45、46を備えているので、例えば、一方の処理対象物出入り口から処理対象物39を処理室29に導入し、表面改質が終了すると、処理室29内の処理対象物39を、反対側の処理対象物出入り口から取り出すことができる。こうすることにより、表面改質の工程を一層迅速化することができる。
(8)請求項8の発明は、
前記処理対象物出入り口における開口面積を調整する開口面積調整手段を備えることを特徴とする請求項6又は7記載の大気圧プラズマジェット装置を要旨とする。
As shown in FIG. 4, the atmospheric pressure plasma jet apparatus of the present invention has processing object entrances 40, 41 on one side in the processing chamber 29 and on the side opposite to the one side in the processing chamber 29, respectively. 45, 46, for example, when the processing object 39 is introduced into the processing chamber 29 from one of the processing object entrances and exits and the surface modification is completed, the processing object 39 in the processing chamber 29 is reversed. It can be taken out from the processing object entrance on the side. By doing so, the surface modification process can be further accelerated.
(8) The invention of claim 8
The gist of the atmospheric pressure plasma jet apparatus according to claim 6, further comprising an opening area adjusting unit that adjusts an opening area at the processing object entrance and exit.
本発明の大気圧プラズマジェット装置は、例えば、大気圧プラズマジェットにより処理対象物の表面改質を行うときは、開口面積調整手段により、処理対象物出入り口における開口面積を小さくすることができる。こうすることで、処理室からの原料ガスの流出を低減し、処理室内の原料ガス圧を高く保つことにより、大気圧プラズマジェットへの、雰囲気ガスの混入を一層効果的に防止できる。 In the atmospheric pressure plasma jet apparatus of the present invention, for example, when the surface modification of the processing object is performed by the atmospheric pressure plasma jet, the opening area at the processing object entrance / exit can be reduced by the opening area adjusting means. By doing so, the outflow of the source gas from the processing chamber is reduced, and the source gas pressure in the processing chamber is kept high, so that the atmospheric gas can be more effectively prevented from being mixed into the atmospheric pressure plasma jet.
また、処理対象物の出し入れのときは、開口面積調整手段により、処理対象物出入り口における開口面積を大きくし、処理対象物の出し入れを容易にすることができる。
(9)請求項9の発明は、
前記原料ガスが、窒素、及び酸素のうちの一方であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の大気圧プラズマジェット装置を要旨とする。
In addition, when the processing object is taken in and out, the opening area adjusting means can increase the opening area at the processing object entrance and exit, thereby facilitating the loading and unloading of the processing object.
(9) The invention of claim 9
The gist of the atmospheric pressure plasma jet apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the source gas is one of nitrogen and oxygen.
本発明は、原料ガスを例示する。 The present invention illustrates a source gas.
本発明を、実施例に基づいて具体的に説明する。 The present invention will be specifically described based on examples.
1.大気圧プラズマジェット装置の構成
大気圧プラズマジェット装置1は、図1に示すように、大気圧プラズマジェット発生手段3と、筒状部材5とから成る。
1. Configuration of Atmospheric Pressure Plasma Jet Apparatus The atmospheric pressure plasma jet apparatus 1 includes an atmospheric pressure plasma jet generating means 3 and a cylindrical member 5 as shown in FIG.
上記大気圧プラズマジェット発生手段3は、次のようにして、大気圧プラズマジェットを発生させる。すなわち、原料ガスは、プラズマジェット筒7内で原料ガスが渦巻きを生じるように、プラズマジェット筒7の上端より、中心軸を外して斜めに吹き込まれる。パルス電源9を用いて、パルス幅約20マイクロ秒の高電圧パルスが、内部電極11と外部電極13の間に、繰返し周波数16kHzにて印加される。このときの平均入力電力は0.7〜1kWである。最初の放電はプラズマジェット筒7上部の電極間距離の小さなところで開始する。1つのパルス放電から次のパルス放電までの時間間隔が短いので、前の放電で生じたプラズマは次のパルス放電までアフターグロープラズマとして残留する。このため、次の放電はこのアフターグロープラズマを通して容易に行われる。しかし、原料ガスは絶えず流れているため、プラズマも原料ガスと共に下流のプラズマジェットノズル15先端付近へと移動する。そして、内部電極11の先端とプラズマジェットノズル15の内部先端との安定な放電プラズマ17として維持される。このとき、放電はパルス放電であるため、放電電流の経路はプラズマジェット筒7内部にとどまる。そして、プラズマジェットノズル15から外へ、アフターグロープラズマが、大気圧プラズマジェット25として噴出する。 The atmospheric pressure plasma jet generating means 3 generates an atmospheric pressure plasma jet as follows. That is, the source gas is blown obliquely from the upper end of the plasma jet cylinder 7 with the central axis removed so that the source gas swirls in the plasma jet cylinder 7. Using the pulse power supply 9, a high voltage pulse having a pulse width of about 20 microseconds is applied between the internal electrode 11 and the external electrode 13 at a repetition frequency of 16 kHz. The average input power at this time is 0.7 to 1 kW. The first discharge starts at a small distance between the electrodes at the top of the plasma jet cylinder 7. Since the time interval from one pulse discharge to the next pulse discharge is short, the plasma generated in the previous discharge remains as afterglow plasma until the next pulse discharge. Therefore, the next discharge is easily performed through the afterglow plasma. However, since the source gas constantly flows, the plasma also moves to the vicinity of the tip of the downstream plasma jet nozzle 15 together with the source gas. And it is maintained as a stable discharge plasma 17 between the tip of the internal electrode 11 and the tip of the plasma jet nozzle 15. At this time, since the discharge is a pulse discharge, the path of the discharge current remains inside the plasma jet cylinder 7. Then, afterglow plasma is ejected out of the plasma jet nozzle 15 as an atmospheric pressure plasma jet 25.
上記筒状部材5は、内径5mm、外径7mm、長さ6cmのステンレス製パイプである。筒状部材5の上側の開口部である導入口21は、絶縁材から成る絶縁リング23を介して、大気圧プラズマジェット発生手段3のプラズマジェットノズル15に、隙間を残すことなく接続している。また、筒状部材5は、その下側に、大気圧プラズマジェット25の導出口27を備えている。この導出口の断面形状は円形である。 The cylindrical member 5 is a stainless steel pipe having an inner diameter of 5 mm, an outer diameter of 7 mm, and a length of 6 cm. The inlet 21 which is the upper opening of the cylindrical member 5 is connected to the plasma jet nozzle 15 of the atmospheric pressure plasma jet generating means 3 through an insulating ring 23 made of an insulating material without leaving a gap. . Further, the cylindrical member 5 includes an outlet 27 for the atmospheric pressure plasma jet 25 on the lower side thereof. The outlet port has a circular cross-sectional shape.
2.大気圧プラズマジェット装置1の使用方法
原料ガスの種類を窒素とし、原料ガスの流量を40L/minとして、大気圧プラズマジェット発生手段3にて大気圧プラズマジェット25を発生させた。このとき、プラズマプルームは、筒状部材5の導出口27から2cm先まで到達した。
3.大気圧プラズマジェット装置1の作用効果
筒状部材5の導入口23からは、大気圧プラズマジェット25とともに、原料ガスが導入され、筒状部材5の内部は、原料ガスで陽圧になるため、筒状部材5の内部に空気が混入することがない。導入口23から導入された大気圧プラズマジェット25は、原料ガスで充填されている筒状部材5の内部では減衰しにくいので、筒状部材5の導出口27に至り、そこから更に下方に向けて噴射される。その結果、大気圧プラズマジェット25が到達する最大距離は、少なくとも、筒状部材5の分だけ長くなる。また、筒状部材5の外径は細いため、微細な隙間に挿入することができる。よって、筒状部材5を処理対象物表面に存在する凹部に差し込み、筒状部材5の導出口27から大気圧プラズマジェット25を噴出させることにより、凹部の奥まで容易に表面改質することができる。
2. Method of Using Atmospheric Pressure Plasma Jet Apparatus 1 The atmospheric pressure plasma jet 25 was generated by the atmospheric pressure plasma jet generating means 3 with the type of source gas being nitrogen and the flow rate of the source gas being 40 L / min. At this time, the plasma plume reached 2 cm away from the outlet 27 of the cylindrical member 5.
3. Effects of the Atmospheric Pressure Plasma Jet Device 1 Since the source gas is introduced from the inlet 23 of the cylindrical member 5 together with the atmospheric pressure plasma jet 25, and the inside of the cylindrical member 5 becomes a positive pressure with the source gas, Air does not enter the inside of the cylindrical member 5. Since the atmospheric pressure plasma jet 25 introduced from the introduction port 23 is not easily attenuated inside the cylindrical member 5 filled with the raw material gas, it reaches the outlet 27 of the cylindrical member 5 and further downwards therefrom. Is injected. As a result, the maximum distance that the atmospheric plasma jet 25 reaches is at least as long as the cylindrical member 5. Moreover, since the outer diameter of the cylindrical member 5 is thin, it can be inserted into a minute gap. Therefore, the cylindrical member 5 is inserted into a concave portion existing on the surface of the object to be processed, and the atmospheric pressure plasma jet 25 is ejected from the outlet 27 of the cylindrical member 5 so that the surface can be easily modified to the depth of the concave portion. it can.
なお、従来のプラズマジェット装置が備えるプラズマジェットノズルは、直径が10〜20mm程度あるので、凹部に差し込むことは困難であった。 Since the plasma jet nozzle provided in the conventional plasma jet apparatus has a diameter of about 10 to 20 mm, it is difficult to insert the plasma jet nozzle into the recess.
1.大気圧プラズマジェット装置の構成
図2に示すように、大気圧プラズマジェット装置1は、大気圧プラズマジェット発生手段3と、処理室29とから成る。なお、大気圧プラズマジェット発生手段3の構成は、前記実施例1と同様である。
1. Configuration of Atmospheric Pressure Plasma Jet Device As shown in FIG. 2, the atmospheric pressure plasma jet device 1 includes an atmospheric pressure plasma jet generating means 3 and a processing chamber 29. The configuration of the atmospheric pressure plasma jet generating means 3 is the same as that in the first embodiment.
上記処理室29は、下方が開放した回転放物面状の上部31と、平板状の下部33とから構成される。上部31の中央には、大気圧プラズマジェット発生手段3のプラズマジェットノズル15と連通する導入口35が設けられている。また、上部31と下部33との間には僅かな隙間37が形成されている。なお、上部31の材質は樹脂であり、下端における開口部内径は17cm、導入口35から下部33までの距離は10cmである。また、下部33の材質はガラスである。 The processing chamber 29 is composed of a rotating paraboloid upper portion 31 having an open bottom and a flat lower portion 33. In the center of the upper part 31, an introduction port 35 communicating with the plasma jet nozzle 15 of the atmospheric pressure plasma jet generating means 3 is provided. Further, a slight gap 37 is formed between the upper portion 31 and the lower portion 33. The material of the upper portion 31 is resin, the inner diameter of the opening at the lower end is 17 cm, and the distance from the inlet 35 to the lower portion 33 is 10 cm. The material of the lower part 33 is glass.
2.大気圧プラズマジェット装置1の使用方法
処理室29における下部33の上側に、処理対象物として、PETシート39を置いた。このPETシート39の大きさは、上部31の開口面とほぼ等しい大きさである。そして、原料ガスの種類を窒素とし、原料ガスの流量を40L/minとして、大気圧プラズマジェット発生手段3にて大気圧プラズマを発生させた。すると、導入口35から、処理室29の内部に向けて、大気圧プラズマジェット25が噴出した。大気圧プラズマジェット25は、図5に示すように、PETシート39まで至り、そこから更に横方向に広がった。大気圧プラズマジェット25の噴射は、10秒間行い、その後、PETシート39を取り出した。
2. Method of Using Atmospheric Pressure Plasma Jet Apparatus 1 A PET sheet 39 was placed as an object to be processed on the upper side of the lower portion 33 in the processing chamber 29. The size of the PET sheet 39 is substantially equal to the opening surface of the upper portion 31. Then, atmospheric pressure plasma was generated by the atmospheric pressure plasma jet generating means 3 with the type of the source gas being nitrogen and the flow rate of the source gas being 40 L / min. Then, the atmospheric pressure plasma jet 25 was ejected from the introduction port 35 toward the inside of the processing chamber 29. As shown in FIG. 5, the atmospheric pressure plasma jet 25 reached the PET sheet 39 and further spread in the lateral direction. The atmospheric pressure plasma jet 25 was jetted for 10 seconds, and then the PET sheet 39 was taken out.
3.大気圧プラズマジェット装置1の作用効果
上記のように大気圧プラズマジェット25を噴射した後で、PETシート39の親水性改善効果を調べたところ、PETシート39の上面は、その全面にわたって顕著に親水性となっていた。
3. Effects of the atmospheric pressure plasma jet apparatus 1 After the atmospheric pressure plasma jet 25 was jetted as described above, the hydrophilicity improving effect of the PET sheet 39 was examined. As a result, the upper surface of the PET sheet 39 was remarkably hydrophilic over the entire surface. It was sex.
また、表面に凹凸を有する材料の各部にPETシートを貼り付け、同様の実験を行ったところ、大気圧プラズマジェット25が少しでも触れたところは、十分に高い表面改質の効果が確認された。 Moreover, when a PET sheet was affixed to each part of the material having irregularities on the surface and a similar experiment was performed, a sufficiently high surface modification effect was confirmed when the atmospheric pressure plasma jet 25 touched even a little. .
なお、図5に示すように、大気圧プラズマジェット25のプルームが長大化する理由は、処理室29の内部に、外部から空気が混入しないためであると考えられる。すなわち、処理室29の導入口35からは、大気圧プラズマジェット25とともに、原料ガスである窒素ガスが導入され、処理室29の内部は、窒素ガスで陽圧になるため、処理室29の内部に空気が混入することがない。導入口35から導入された大気圧プラズマジェット25は、窒素ガスで充填されている処理室29の内部では減衰しにくいので、下部33に至り、そこから更に横方法に広がる。 As shown in FIG. 5, the reason why the plume of the atmospheric pressure plasma jet 25 becomes longer is considered to be that air does not enter the inside of the processing chamber 29 from the outside. That is, nitrogen gas as a raw material gas is introduced from the introduction port 35 of the processing chamber 29 together with the atmospheric pressure plasma jet 25, and the inside of the processing chamber 29 becomes a positive pressure with the nitrogen gas. Air does not get mixed in. Since the atmospheric pressure plasma jet 25 introduced from the introduction port 35 is not easily attenuated inside the processing chamber 29 filled with nitrogen gas, it reaches the lower portion 33 and further spreads laterally therefrom.
なお、上述したとおり、上部31と下部33との間には、微小な隙間37が形成されており、過剰な窒素ガスを外部に排出する機能を奏するが、処理室29の内部は窒素ガスで陽圧となっているので、隙間37から空気が処理室29内に混入することはない。 As described above, a minute gap 37 is formed between the upper portion 31 and the lower portion 33 and functions to discharge excess nitrogen gas to the outside. However, the inside of the processing chamber 29 is made of nitrogen gas. Since the pressure is positive, air does not enter the processing chamber 29 from the gap 37.
1.大気圧プラズマジェット装置の構成
基本的には前記実施例2と同様であるが、処理室29の右側に、高さ3cm、幅11cmの長方形の開口部40を備え、この開口部40に、同じサイズの断面を持ち、水平方向の長さが13cmの矩形ダクト41が接続されている。そして、矩形ダクト41の出口に、開口面積を調整するシャッター(開口面積調整手段)43を備えている。開口部40及び矩形ダクト41は、処理室29への処理対象物の導入、及び、処理室29からの処理対象物の取り出しに利用可能である。
1. Configuration of Atmospheric Pressure Plasma Jet Apparatus Basically the same as in the second embodiment, but a rectangular opening 40 having a height of 3 cm and a width of 11 cm is provided on the right side of the processing chamber 29. A rectangular duct 41 having a size cross section and a horizontal length of 13 cm is connected. A shutter (opening area adjusting means) 43 for adjusting the opening area is provided at the outlet of the rectangular duct 41. The opening 40 and the rectangular duct 41 can be used for introducing a processing object into the processing chamber 29 and for taking out the processing object from the processing chamber 29.
2.大気圧プラズマジェット装置1の使用方法
シャッター43を充分開け、矩形ダクト41を通して、処理室29内に処理対象物を導入する。その後、シャッター43を下げ、矩形ダクト41の開口面積を小さくする。次に、前記実施例2と同様にして、処理室29内に大気圧プラズマジェットを噴射し、親水化処理を行う。親水化処理が終わると、シャッター43を開け、矩形ダクト41を通して、処理室29から処理対象物を取り出す。
2. How to Use Atmospheric Pressure Plasma Jet Device 1 The shutter 43 is fully opened, and a processing object is introduced into the processing chamber 29 through the rectangular duct 41. Thereafter, the shutter 43 is lowered to reduce the opening area of the rectangular duct 41. Next, as in the second embodiment, an atmospheric pressure plasma jet is injected into the processing chamber 29 to perform a hydrophilic treatment. When the hydrophilic treatment is finished, the shutter 43 is opened, and the processing object is taken out from the processing chamber 29 through the rectangular duct 41.
3.大気圧プラズマジェット装置1の作用効果
本実施例3の大気圧プラズマジェット装置1は、開口部40及び矩形ダクト41を備えており、そこから処理対象物の出し入れができるので、処理対象物の出し入れのとき、処理室29を全面開放する必要がない。そのため、処理対象物の出し入れごとに処理室29の内部を原料ガスで置換する工程が必要なく、表面改質のプロセスを迅速化することができる。
3. Operation and Effect of Atmospheric Pressure Plasma Jet Device 1 The atmospheric pressure plasma jet device 1 of the third embodiment includes an opening 40 and a rectangular duct 41, and the processing object can be taken in and out therefrom. In this case, it is not necessary to open the entire processing chamber 29. Therefore, there is no need to replace the inside of the processing chamber 29 with the source gas every time the processing object is taken in and out, and the surface modification process can be speeded up.
また、本実施例3の大気圧プラズマジェット装置1は、大気圧プラズマジェット25により処理対象物の表面改質を行うときは、シャッター43により、矩形ダクト41の開口面積を小さくすることができる。こうすることにより、処理室29からの原料ガスの流出を低減し、処理室29内における原料ガスの圧力を陽圧に維持して、処理室29への空気の混入を一層効果的に防止できる。なお、シャッター43は、大気圧プラズマジェットにより処理対象物の表面改質を行うときでも、全閉にせず、わずかに開けておくことが好ましい。こうすることにより、プラズマジェットの運転に用いたガスの排出を妨げることがない。 In addition, the atmospheric pressure plasma jet apparatus 1 according to the third embodiment can reduce the opening area of the rectangular duct 41 by the shutter 43 when the surface of the object to be processed is modified by the atmospheric pressure plasma jet 25. By doing so, the outflow of the raw material gas from the processing chamber 29 can be reduced, the pressure of the raw material gas in the processing chamber 29 can be maintained at a positive pressure, and the entry of air into the processing chamber 29 can be more effectively prevented. . Note that it is preferable that the shutter 43 be slightly opened without being fully closed even when the surface of the object to be processed is modified by the atmospheric pressure plasma jet. By doing so, the discharge of the gas used for the operation of the plasma jet is not hindered.
また、処理対象物の出し入れのときは、シャッター43を開けることにより、矩形ダクト41の開口面積を大きくし、処理対象物の出し入れを容易にすることができる。
なお、本実施例3でも、前記実施例2と同様に、長大なプラズマプルームが生じ、処理対象物の表面改質効果を奏した。
In addition, when the processing object is taken in and out, the opening area of the rectangular duct 41 can be increased by opening the shutter 43, and the processing object can be taken in and out easily.
In Example 3, as in Example 2, a long plasma plume was produced, and the surface modification effect of the object to be treated was achieved.
1.大気圧プラズマジェット装置の構成
基本的には前記実施例3と同様であるが、処理室29の右側に開口部40及び矩形ダクト41を備えることに加え、処理室29の左側にも、開口部45及び矩形ダクト46を備えている。そして、矩形ダクト46の出口には、その開口面積を調整するシャッター(開口面積調整手段)47を備えている。
1. Configuration of Atmospheric Pressure Plasma Jet Apparatus Basically the same as in the third embodiment, but in addition to the provision of the opening 40 and the rectangular duct 41 on the right side of the processing chamber 29, the opening on the left side of the processing chamber 29 is also provided. 45 and a rectangular duct 46. The outlet of the rectangular duct 46 is provided with a shutter (opening area adjusting means) 47 for adjusting the opening area.
2.大気圧プラズマジェット装置1の使用方法
シャッター43を充分開け、矩形ダクト41を通して、処理室29内に処理対象物を導入する。その後、シャッター43を下げ、矩形ダクト41の開口面積を小さくする。次に、前記実施例2と同様にして、処理室29内に大気圧プラズマジェット25を噴射し、親水化処理を行う。親水化処理が終わると、シャッター47を開け、矩形ダクト46を通して、処理室29から処理対象物を取り出す。
2. How to Use Atmospheric Pressure Plasma Jet Device 1 The shutter 43 is fully opened, and a processing object is introduced into the processing chamber 29 through the rectangular duct 41. Thereafter, the shutter 43 is lowered to reduce the opening area of the rectangular duct 41. Next, in the same manner as in the second embodiment, the atmospheric pressure plasma jet 25 is injected into the processing chamber 29 to perform the hydrophilic treatment. When the hydrophilic treatment is finished, the shutter 47 is opened, and the processing object is taken out from the processing chamber 29 through the rectangular duct 46.
3.大気圧プラズマジェット装置1の作用効果
本実施例4の大気圧プラズマジェット装置1は、開口部40、45及び矩形ダクト41、46を備えており、例えば、開口部40及び矩形ダクト41を通して、処理対象物を処理室29内に導入し、開口部45及び矩形ダクト46を通して、処理対象物を取り出すことができるので、処理対象物の出し入れのとき、処理室29を全面開放する必要がない。そのため、処理対象物の出し入れごとに処理室29の内部を原料ガスで置換する工程が必要なく、表面改質のプロセスを迅速化することができる。
3. Operational Effect of Atmospheric Pressure Plasma Jet Device 1 The atmospheric pressure plasma jet device 1 of the fourth embodiment includes openings 40 and 45 and rectangular ducts 41 and 46. For example, the processing is performed through the opening 40 and the rectangular duct 41. Since the object can be introduced into the processing chamber 29 and taken out through the opening 45 and the rectangular duct 46, it is not necessary to open the entire processing chamber 29 when the processing object is taken in and out. Therefore, there is no need to replace the inside of the processing chamber 29 with the source gas every time the processing object is taken in and out, and the surface modification process can be speeded up.
また、本実施例4の大気圧プラズマジェット装置1は、大気圧プラズマジェット25により処理対象物の表面改質を行うときは、シャッター43、47により、矩形ダクト41、46の開口面積を小さくすることができる。こうすることにより、処理室29内における原料ガスの圧力を陽圧に維持して、処理室29への空気の混入を一層効果的に防止できる。なお、シャッター43、47は、大気圧プラズマジェット25により処理対象物の表面改質を行うときでも、全閉にせず、わずかに開けておくことが好ましい。こうすることにより、プラズマジェットの運転に用いたガスの排出を妨げることがない。 Further, in the atmospheric pressure plasma jet apparatus 1 of the fourth embodiment, when the surface modification of the processing object is performed by the atmospheric pressure plasma jet 25, the opening areas of the rectangular ducts 41 and 46 are reduced by the shutters 43 and 47. be able to. By doing so, the pressure of the raw material gas in the processing chamber 29 can be maintained at a positive pressure, and mixing of air into the processing chamber 29 can be more effectively prevented. Note that it is preferable that the shutters 43 and 47 be opened slightly rather than fully closed even when the surface modification of the object to be processed is performed by the atmospheric pressure plasma jet 25. By doing so, the discharge of the gas used for the operation of the plasma jet is not hindered.
また、処理対象物の出し入れのときは、シャッター43、47により、矩形ダクト41、46の開口面積を大きくし、処理対象物の出し入れを容易にすることができる。
なお、本実施例4でも、前記実施例2と同様に、長大なプラズマプルームが生じ、処理対象物の表面改質効果を奏した。
(比較例1)
前記実施例1の大気圧プラズマジェット装置1から、筒状部材5を取り除き、大気圧プラズマジェットを発生させた。原料ガスの流量等、運転条件は前記実施例1と同様とした。このとき、プラズマプルームの長さは、約2cmに過ぎなかった。
(比較例2)
前記実施例1の大気圧プラズマジェット装置1と基本的には同一の構成であるが、原料ガスの種類を空気に変えて、大気圧プラズマジェットを発生させた。原料ガスの流量等、運転条件は前記実施例1と同様とした。すると、大気圧プラズマジェットは、筒状部材5の内部で強く減衰してしまい、筒状部材5の先端からプラズマの噴出が観測できなかった。また、筒状部材5の先端に処理対象物を近づけて保持しても、表面改質の効果が見られなかった。
In addition, when the processing object is taken in and out, the opening areas of the rectangular ducts 41 and 46 can be increased by the shutters 43 and 47 so that the processing object can be taken in and out easily.
In Example 4, as in Example 2, a long plasma plume was produced, and the surface modification effect of the object to be treated was achieved.
(Comparative Example 1)
The cylindrical member 5 was removed from the atmospheric pressure plasma jet device 1 of Example 1 to generate an atmospheric pressure plasma jet. The operating conditions such as the flow rate of the source gas were the same as in Example 1. At this time, the length of the plasma plume was only about 2 cm.
(Comparative Example 2)
Although the structure is basically the same as that of the atmospheric pressure plasma jet apparatus 1 of the first embodiment, the atmospheric pressure plasma jet is generated by changing the type of the source gas to air. The operating conditions such as the flow rate of the source gas were the same as in Example 1. As a result, the atmospheric pressure plasma jet was strongly attenuated inside the cylindrical member 5, and no plasma was observed from the tip of the cylindrical member 5. Further, even when the object to be processed was held close to the tip of the cylindrical member 5, the effect of surface modification was not seen.
この理由は、窒素と酸素の混合ガス(空気)のプラズマにおいては、生成された窒素原子と酸素原子が互いに激しく反応してNOxを形成し、窒素原子や酸素原子の寿命を極端に短くしたためであると考えられる。
(参考例1)
前記実施例3の大気圧プラズマジェット装置1において、シャッター43を全開としたまま、大気圧プラズマジェット25を噴出した。このとき、プラズマプルームの長さは、約4cmであり、従来の大気圧プラズマジェットの長さである2cmよりは長かったが、前記実施例3におけるプラズマプルームの長さには及ばなかった。
This is because in the mixed gas (air) plasma of nitrogen and oxygen, the generated nitrogen atoms and oxygen atoms react vigorously with each other to form NOx, and the lifetime of nitrogen atoms and oxygen atoms is extremely shortened. It is believed that there is.
(Reference Example 1)
In the atmospheric pressure plasma jet apparatus 1 of Example 3, the atmospheric pressure plasma jet 25 was ejected with the shutter 43 fully opened. At this time, the length of the plasma plume was about 4 cm, which was longer than 2 cm, which is the length of the conventional atmospheric pressure plasma jet, but did not reach the length of the plasma plume in Example 3.
この理由は、矩形ダクト41の開口面積が大き過ぎたため、外部の空気が処理室29内に混入していたからであると考えられる。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
The reason for this is considered that the opening area of the rectangular duct 41 was too large, and external air was mixed in the processing chamber 29.
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.
例えば、前記実施例1において、筒状部材5の先端断面形状を、円形ではなく、細長いスリット形状とすることにより、一度に表面改質できる幅を大きく広げることも可能である。 For example, in the first embodiment, it is possible to greatly widen the width at which the surface can be modified at a time by making the cross-sectional shape of the tip of the cylindrical member 5 not a circular shape but a long and narrow slit shape.
また、前記実施例2〜4において、処理室29に、2個以上の大気圧プラズマジェット発生手段3を取り付け、それらを平行して同時に使用してもよい。こうすることにより、処理対象物が大きいときや、処理対象物の形状が複雑な場合でも、迅速に処理を行うことができる。また、前記実施例2〜4において、複数個の大気圧プラズマジェット発生手段3の噴出口を中心軸とは異なる方向に設け、プラズマジェットノズルの中心軸の周りに回転させることも有効である。さらに、それぞれのプラズマジェットノズルをノズルの中心軸とは異なる軸を中心に回転させて、プラズマの照射面積を広げることもできる。 Moreover, in the said Examples 2-4, two or more atmospheric pressure plasma jet generation means 3 may be attached to the process chamber 29, and you may use them in parallel simultaneously. By doing so, even when the processing object is large or the shape of the processing object is complicated, it is possible to perform processing quickly. In the second to fourth embodiments, it is also effective to provide a plurality of atmospheric pressure plasma jet generating means 3 with outlets in a direction different from the central axis and rotate the plasma jet nozzle around the central axis. Furthermore, each plasma jet nozzle can be rotated about an axis different from the central axis of the nozzle to increase the plasma irradiation area.
また、雰囲気ガスの混入を防止する混入防止手段としては、例えば、プラズマジェットの先端に隙間を持つことなく接続された細長い筒状部材と、その筒状部材の出口先端付近において、噴出するプラズマジェットを囲むように、プラズマと同種のガスを噴出する手段と、から成るものであってもよい。こうすることによっても、プラズマジェットへの雰囲気ガスの混入を防止し、プラズマプルームをより長くすることができる。 Further, as the mixing prevention means for preventing the mixing of the atmospheric gas, for example, an elongated cylindrical member connected without a gap at the tip of the plasma jet, and a plasma jet ejected in the vicinity of the outlet tip of the cylindrical member And a means for ejecting the same kind of gas as the plasma. This also prevents the atmospheric gas from being mixed into the plasma jet and makes the plasma plume longer.
1・・・大気圧プラズマジェット装置
3・・・大気圧プラズマジェット発生手段
5・・・筒状部材
7・・・プラズマジェット筒
9・・・パルス電極
11・・・内部電極
13・・・外部電極
15・・・プラズマジェットノズル
17・・・放電プラズマ
21、35・・・導入口
23・・・絶縁リング
25・・・大気圧プラズマジェット
27・・・導出口
29・・・処理室
31・・・上部
33・・・下部
37・・・隙間
39・・・PETシート
40、45・・・開口部
41、46・・矩形ダクト
43、47・・・シャッター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Atmospheric pressure plasma jet apparatus 3 ... Atmospheric pressure plasma jet generating means 5 ... Cylindrical member 7 ... Plasma jet cylinder 9 ... Pulse electrode 11 ... Internal electrode 13 ... External Electrode 15 ... Plasma jet nozzle 17 ... Discharge plasma 21, 35 ... Inlet 23 ... Insulating ring 25 ... Atmospheric pressure plasma jet 27 ... Outlet 29 ... Processing chamber 31・ ・ Upper part 33 ・ ・ ・ Lower part 37 ・ ・ ・ Gap 39 ・ ・ ・ PET sheet 40, 45 ・ ・ ・ Opening part 41,46 ・ ・ Rectangular duct 43,47 ... Shutter
Claims (9)
前記大気圧プラズマジェットへの、雰囲気ガスの混入を防止する混入防止手段と、
を備えることを特徴とする大気圧プラズマジェット装置。 An atmospheric pressure plasma jet generating means for generating an atmospheric pressure plasma jet using a source gas composed of a single gas species or two or more gas species that are difficult to chemically react with each other in the plasma;
Mixing prevention means for preventing mixing of atmospheric gas into the atmospheric pressure plasma jet,
An atmospheric pressure plasma jet device comprising:
前記大気圧プラズマジェットの少なくとも一部を収容する収容手段と、
前記収容手段内が前記原料ガスで充填されるように、前記収容手段内に前記原料ガスを供給する供給手段と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の大気圧プラズマジェット装置。 The mixing prevention means includes
Accommodating means for accommodating at least part of the atmospheric plasma jet;
Supply means for supplying the source gas into the storage means so that the inside of the storage means is filled with the source gas;
The atmospheric pressure plasma jet apparatus according to claim 1, further comprising:
前記筒状部材における一方の側の開口部は、前記大気圧プラズマジェットを導入する導入口であり、
前記筒状部材における前記一方の側とは反対側の開口部は、前記筒状部材内を通過した前記大気圧プラズマジェットを導出する導出口であることを特徴とする請求項2記載の大気圧プラズマジェット装置。 The housing means is a cylindrical member,
The opening on one side of the cylindrical member is an inlet for introducing the atmospheric pressure plasma jet,
3. The atmospheric pressure according to claim 2, wherein the opening on the opposite side to the one side of the cylindrical member is an outlet for deriving the atmospheric pressure plasma jet that has passed through the cylindrical member. Plasma jet device.
大気圧プラズマジェット処理の処理対象物を収容可能な処理室と、
前記処理室へ、前記大気圧プラズマジェットを導入する導入口と、
を備えることを特徴とする請求項2記載の大気圧プラズマジェット装置。 The accommodating means is
A processing chamber capable of accommodating an object to be processed by atmospheric pressure plasma jet processing;
An inlet for introducing the atmospheric pressure plasma jet into the processing chamber;
The atmospheric pressure plasma jet apparatus according to claim 2, further comprising:
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