JP2008161772A - Atmospheric plasma cleaning apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大気プラズマ洗浄処理装置に関し、特に、チャンバー内において、所定の気体により放電してプラズマを生成して、洗浄対象の表面を洗浄するための、操作が簡単で、連続的にプラズマで洗浄対象を洗浄するものに関する。 The present invention relates to an atmospheric plasma cleaning processing apparatus, and in particular, in a chamber, discharge is generated by a predetermined gas to generate plasma, and the operation for cleaning the surface to be cleaned is simple and continuous with plasma. The present invention relates to an object to be cleaned.
従来の洗浄方式は、大量な化学洗浄溶剤を費やし、また、その後、大量な清水で洗浄して乾燥することが必要であり、そのため、洗浄工程において揮発性有機気体を生成して空気汚染する問題があり、また、水資源の無駄や時間が掛かる問題がある。台湾を例として、この前、環境保護署により法令が修正されて、VOC空気汚染費を徴収し始め、そのため、台湾において洗浄工程を改善しなければならない。また、世界においても、緑工程による緑製品を製造する方向へ進む傾向があり、関連する法令を立案中或いは実施中である。 The conventional cleaning method consumes a large amount of chemical cleaning solvent, and after that, it is necessary to clean and dry with a large amount of fresh water. Therefore, the problem is that volatile organic gas is generated and air pollution occurs in the cleaning process. In addition, there is a problem that water resources are wasted and time is required. Taking Taiwan as an example, legislation has been amended by the Environmental Protection Department recently to begin collecting VOC air pollution costs, so the cleaning process must be improved in Taiwan. In the world as well, there is a tendency to proceed to manufacture green products by the green process, and related laws and regulations are being formulated or implemented.
大気プラズマ洗浄処理技術は、気体高圧放電方式により、高運動エネルギーを有する自由電子を生成し、該電子が他の気体分子や原子と衝突してエネルギーを移転することにより、自由活性基と励起状態分子等が形成され、そして、対象の表面の有機汚染物と反応させ、例えば、酸化反応で有機汚染物を無害や低汚染物質に変換して、対象の表面を洗浄する目的が達成される。放電過程において、外部から大部分のエネルギーが電子に印加されるため、気体分子のエネルギーが大幅に変動しなく、即ち、電子の平均温度が気体温度より遥かに大きくなり、そのため、非熱的プラズマと称される。該技術により、エネルギーの節約や高効率の利点が得られ、また、化学品の使用量を大幅に低減することができる。 Atmospheric plasma cleaning treatment technology generates free electrons with high kinetic energy by gas high-pressure discharge method, and the electrons collide with other gas molecules and atoms to transfer energy, thereby causing free active groups and excited states. Molecules and the like are formed and reacted with organic contaminants on the target surface, for example, converting the organic contaminants into harmless or low contaminants by an oxidation reaction, thereby achieving the purpose of cleaning the target surface. In the discharge process, most of the energy is applied to the electrons from the outside, so the energy of the gas molecules does not fluctuate significantly, i.e., the average temperature of the electrons is much higher than the gas temperature, so that non-thermal plasma It is called. The technology provides energy savings and high efficiency advantages, and can greatly reduce the amount of chemicals used.
一般の高圧放電プラズマ反応器の構造設計は、適用されるターゲットにより、大きく影響される。既存の対象の表面を洗浄することに適用されるプラズマ反応器は、主として、RF放電と誘電体遮蔽放電の2種類がある。RF放電の場合、主として、金属発振チャンバー放電であり、大気において初期放電が容易ではないため、他の方法によって補助することが必要であり、また、チューニング装置により負荷整合で反射を低減し、システムが複雑でコストが高くなる。1857年から、ドイツのシメンス(Siemens)は、誘電体遮蔽放電によりオゾンを製造し、そして、今でも、大きく変化しなくて利用しつつ、このような方法は、反応器において、放電金属電極同士の間に、隔離するための一つや二つの誘電体絶縁材が設けられて、短絡を防止し、また、この方法は、一般の交流高圧電源を使用するため、電源を設置するためのコストを低減でき、そして、より広い分野に適用できる。 The structural design of a general high-pressure discharge plasma reactor is greatly influenced by the target applied. There are two main types of plasma reactors that are applied to clean the surface of existing objects, RF discharges and dielectric shield discharges. In the case of RF discharge, it is mainly a metal oscillation chamber discharge, and initial discharge is not easy in the atmosphere, so it is necessary to assist by other methods, and reflection is reduced by load matching by a tuning device. Is complicated and expensive. Since 1857, Siemens, Germany, has produced ozone by means of a dielectric shield discharge, and still uses it without significant change, such a method is used in a reactor between discharge metal electrodes. One or two dielectric insulators are provided between the two to prevent a short circuit, and this method uses a general AC high-voltage power supply, so the cost for installing the power supply is reduced. And can be applied to a wider field.
また、中華民国専利公報公告第541614号の「プラズマ洗浄装置」はプラズマ洗浄装置に関し、支持枠と溝槽により複数の平板状の洗浄対象がチャンバー内に設置され、そして、電源供給器と電極の外側に位置する磁石による磁界とにより、洗浄対象に対してプラズマ洗浄を行い、その特徴として、該支持枠内で横方向にチャンバーの動力源に連接されて駆動される伝達レバーが設けられ、これにより、該伝達レバーは支持枠内において上下に作動でき、また、少なくとも二つの洗浄対象を、それぞれ、支持枠から押し出すことができ、そのため、支持枠による影響がなく、洗浄効果がより均一的になるプラズマ洗浄装置が構成される。 In addition, “Plasma cleaning device” of the publication of the Chinese Patent Gazette No. 541614 relates to a plasma cleaning device, and a plurality of plate-shaped cleaning objects are installed in a chamber by a support frame and a groove tank, and a power supply and an electrode Plasma cleaning is performed on the object to be cleaned by a magnetic field by a magnet located on the outside, and as a feature, a transmission lever that is driven in a lateral direction connected to the power source of the chamber is provided in the support frame. Thus, the transmission lever can be moved up and down in the support frame, and at least two objects to be cleaned can be pushed out from the support frame, respectively, so that there is no influence by the support frame and the cleaning effect is more uniform. A plasma cleaning apparatus is configured.
しかしながら、上記の従来のプラズマ洗浄装置は、基板を洗浄できるが、構成が複雑で、1度に複数の基板を設置することが必要で、また、プラズマ洗浄時間も長く、1回に洗浄できる基板の数が限られ、そして、基板の交換も時間が掛かり、また、交換過程において、プラズマ洗浄装置の電源を遮断しないと、電力を無駄にし、また、遮断すると、再び起動時間が費やされる。そのため、一般の従来のものは実用的ではない。
本発明の主な目的は、操作が簡単である大気プラズマ洗浄処理装置を提供し、洗浄対象をプラズマの噴射位置に設置することだけで洗浄の効果が得られ、また、連続的に洗浄対象を洗浄でき、電力の節約やコストの低減などの効果が得られる。 The main object of the present invention is to provide an atmospheric plasma cleaning processing apparatus that is easy to operate. The cleaning effect can be obtained simply by installing the cleaning target at the plasma injection position. It can be washed, and effects such as power saving and cost reduction can be obtained.
本発明は、上記目的を達成するため、二つ以上の気体入力口を有する気体螺旋流れチャンバーと、該気体螺旋流れチャンバー内に設置された第1の電極と、該気体螺旋流れチャンバー内に設置されて、該第1の電極と対応する第2の電極と、該第1の電極と該第2の電極との間に位置する絶縁間隔層と、該気体螺旋流れチャンバーの外に設けられた気体入力緩衝チャンバーと、該第1の電極の外側に位置する磁界生成装置と、が含有され、また、気体放電を行って非熱的プラズマを生成するための高圧電源を提供する高圧電源装置が、該第1の電極と該第2の電極に電気的に接続され、生成された非熱的プラズマが該第2の電極の中空円柱通路から噴射するため、洗浄対象をプラズマの噴射出口に設置するだけで、プラズマ洗浄を行える大気プラズマ洗浄処理装置である。 In order to achieve the above object, the present invention provides a gas spiral flow chamber having two or more gas input ports, a first electrode installed in the gas spiral flow chamber, and a gas spiral flow chamber. A second electrode corresponding to the first electrode, an insulating gap layer positioned between the first electrode and the second electrode, and provided outside the gas spiral flow chamber. A high-voltage power supply device that includes a gas input buffer chamber and a magnetic field generation device located outside the first electrode, and that provides a high-voltage power supply for generating a non-thermal plasma by performing a gas discharge. Since the generated non-thermal plasma is ejected from the hollow cylindrical passage of the second electrode and is electrically connected to the first electrode and the second electrode, the object to be cleaned is installed at the plasma ejection outlet Atmosphere that can perform plasma cleaning A plasma cleaning device.
図1と2は、それぞれ、本発明の使用状態の側面断面概念図と本発明の使用状態の上面断面概念図である。図のように、本発明に係わる大気プラズマ洗浄処理装置1は、気体螺旋流れチャンバー11と第1の電極12、第2の電極13、絶縁間隔層14、磁界生成装置15及び気体入力緩衝チャンバー16があり、また、気体放電を行って非熱的プラズマを生成するための高圧電源を提供する高圧電源装置122が、該第1の電極12と該第2の電極13に電気的に接続される。 1 and 2 are a side sectional conceptual view of the usage state of the present invention and a top sectional conceptual view of the usage state of the present invention, respectively. As shown in the figure, the atmospheric plasma cleaning apparatus 1 according to the present invention includes a gas spiral flow chamber 11, a first electrode 12, a second electrode 13, an insulating spacing layer 14, a magnetic field generation device 15, and a gas input buffer chamber 16. In addition, a high voltage power supply device 122 that provides a high voltage power source for generating a non-thermal plasma by performing gas discharge is electrically connected to the first electrode 12 and the second electrode 13. .
該第1の電極12は、該気体螺旋流れチャンバー11内の一端に設けられ、該第2の電極13は、該第1の電極12に対応して、該気体螺旋流れチャンバー11内のもう一端に設置され、該第1の電極12の一側に第1の絶縁層121が覆われ、もう一側に、該第1の絶縁層121に対応するように、磁界生成装置15が設けられ、また、該第1の電極12が該高圧電源装置122に接続される。 The first electrode 12 is provided at one end in the gas spiral flow chamber 11, and the second electrode 13 corresponds to the first electrode 12 and the other end in the gas spiral flow chamber 11. The first insulating layer 121 is covered on one side of the first electrode 12, and the magnetic field generating device 15 is provided on the other side so as to correspond to the first insulating layer 121. Further, the first electrode 12 is connected to the high voltage power supply device 122.
該第2の電極13は中心に中空円柱通路131が設けられ、該第1の電極12に接近する一側に第2の絶縁層132が覆われ、また、アース電極である。 The second electrode 13 is provided with a hollow cylindrical passage 131 at the center, the second insulating layer 132 is covered on one side approaching the first electrode 12, and is a ground electrode.
該第1の電極12と第2の電極13との間に、該絶縁間隔層14が設けられる。該第1の電極12と第2の電極13は金属導電材からなり、該金属材は不透磁である銅合金であり、該電極の厚さは、実際の作動に応じて、3〜5mmの範囲にある。該第1の絶縁層121と該第2の絶縁層132の材質は、テフロン(登録商標)(PTFE)やポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエチレン(PE)、セラミック、ガラス或いは石英等であり、厚さが、0.5〜3mmの範囲にある。 The insulating interval layer 14 is provided between the first electrode 12 and the second electrode 13. The first electrode 12 and the second electrode 13 are made of a metal conductive material, and the metal material is a copper alloy that is impermeable, and the thickness of the electrode is 3 to 5 mm depending on the actual operation. It is in the range. The material of the first insulating layer 121 and the second insulating layer 132 is Teflon (registered trademark) (PTFE), polyetheretherketone (PEEK), polyethylene (PE), ceramic, glass, quartz, etc. The thickness is in the range of 0.5-3 mm.
該高圧電源装置122は高圧高周波数(>1kHz)交流電源装置である。 The high voltage power supply 122 is a high voltage high frequency (> 1 kHz) AC power supply.
使用する時、まず、処理ガスが、該気体入力緩衝チャンバー16に入ってから、該二つやそれ以上の細微の気体入力口111を介して、加速的に該気体螺旋流れチャンバー11に入る。該気体螺旋流れチャンバー11に、二つ以上の気体入力口111が設けられ、該気体入力口111は円対称的に設置され、ほぼ接線角度で該絶縁間隔層14を貫通する穿孔であり、アパーチャが極めて小さい約1mm程度であり、該処理ガスが該気体入力口111を通すことにより、該絶縁間隔層14と該第1の絶縁層121及び該第2の絶縁層132から構成された気体螺旋流れチャンバー11内の放電空間において、高速螺旋流れが形成され、これにより、該処理ガスが該放電空間内での流動ルートが延長され、衝突回数を増加することにより、より多い活性遊離基が生成される。また、該処理ガスは、酸素ガスや窒素ガス、空気、ヘリウムガス、アルゴンガス、四フッ化炭素等の乾燥気体であり、洗浄対象の汚染性質に応じて、水蒸気を添加して調整混合しても良い。該絶縁間隔層14の材質は、テフロン(登録商標)(PTFE)やポリエチレン(PE)等であり、厚さが、実用の高圧作動や放電ギャップに応じて、0.5〜3mmの範囲にあり、また、該第1の電極12側の該第1の絶縁層121と該第2の電極13側の第2の絶縁層132との間に形成された実際の放電ギャップは、0.3〜1cmの範囲にある。 In use, the process gas first enters the gas input buffer chamber 16 and then enters the gas spiral flow chamber 11 at an accelerated rate through the two or more fine gas input ports 111. Two or more gas input ports 111 are provided in the gas spiral flow chamber 11, and the gas input ports 111 are circularly symmetric and are perforations that penetrate the insulating interval layer 14 at a substantially tangential angle. Is about 1 mm, and the process gas passes through the gas input port 111, so that the gas spiral formed of the insulating spacing layer 14, the first insulating layer 121, and the second insulating layer 132 is formed. A high-speed spiral flow is formed in the discharge space in the flow chamber 11, thereby extending the flow route of the processing gas in the discharge space and increasing the number of collisions, thereby generating more active free radicals. Is done. The processing gas is a dry gas such as oxygen gas, nitrogen gas, air, helium gas, argon gas, carbon tetrafluoride, etc., and according to the contamination properties of the object to be cleaned, water vapor is added and adjusted and mixed. Also good. The insulating spacing layer 14 is made of Teflon (registered trademark) (PTFE), polyethylene (PE), or the like, and has a thickness in the range of 0.5 to 3 mm depending on a practical high-pressure operation and a discharge gap. The actual discharge gap formed between the first insulating layer 121 on the first electrode 12 side and the second insulating layer 132 on the second electrode 13 side is 0.3 to It is in the range of 1 cm.
処理ガスが該気体入力緩衝チャンバー16を入ってから、該気体入力口111により、加速的に該気体螺旋流れチャンバー11内に入って高速螺旋流れを形成し、この時、該高圧電源装置122から、該第1の電極12に対して高圧電源を出力し、これにより、該気体螺旋流れチャンバー11内の気体が高圧放電により遊離してプラズマを生成し、また、該磁界生成装置15が該気体螺旋流れチャンバー11の中央に位置するため、対称する軸方向磁力線が生成され、これにより、遊離気体が噴射方向を案内するように制御され、噴射速度を増加し、該プラズマは該第2の電極13の該中空円柱通路131から噴射される。該中空円柱通路131の壁は電絶縁材からなり、例えば、テフロン(登録商標)(PTFE)やポリエーテルエーテルケトン(PEEK)或いはポリエチレン(PE)等の絶縁材で、通路の内径が0.5〜1.5cmの範囲にあり、該中空円柱通路131の出口を少しずつ縮小して一ノズル状にすることにより、出口端での気体の流速が加速され、ノズル口の直径が0.3〜0.8cmの範囲にある。洗浄対象2を該中空円柱通路131の下方に設置することだけで、プラズマで洗浄する効果が得られる。該磁界生成装置15は、永久磁石や電流で磁界の大きさを制御する通電コイル磁石である。該気体入力緩衝チャンバー16は、気体入力緩衝空間を提供するだけでなく、更に、該第1、2の電極12、13と該磁界生成装置15を接続する絶縁固定装置であり、材質が、テフロン(登録商標)(PTFE)やポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の機械加工可能の絶縁材である。 After the processing gas enters the gas input buffer chamber 16, the gas input port 111 acceleratingly enters the gas spiral flow chamber 11 to form a high-speed spiral flow. A high-voltage power source is output to the first electrode 12, whereby the gas in the gas spiral flow chamber 11 is released by high-pressure discharge to generate plasma, and the magnetic field generator 15 Since it is located in the center of the spiral flow chamber 11, a symmetrical axial field line is generated, which controls the free gas to guide the injection direction, increasing the injection speed, and the plasma is applied to the second electrode. The 13 hollow cylindrical passages 131 are injected. The wall of the hollow cylindrical passage 131 is made of an electrically insulating material, for example, an insulating material such as Teflon (registered trademark) (PTFE), polyetheretherketone (PEEK), or polyethylene (PE), and the inner diameter of the passage is 0.5. In the range of ~ 1.5 cm, by reducing the outlet of the hollow cylindrical passage 131 little by little to form one nozzle, the flow velocity of the gas at the outlet end is accelerated, and the diameter of the nozzle port is 0.3 ~ It is in the range of 0.8 cm. The effect of cleaning with plasma can be obtained only by installing the object to be cleaned 2 below the hollow cylindrical passage 131. The magnetic field generation device 15 is a current-carrying magnet that controls the magnitude of the magnetic field with a permanent magnet or current. The gas input buffer chamber 16 not only provides a gas input buffer space, but is also an insulating fixing device that connects the first and second electrodes 12 and 13 and the magnetic field generating device 15 and is made of Teflon. It is a machinable insulating material such as (registered trademark) (PTFE) or polyether ether ketone (PEEK).
そのため、本発明は大気圧下でも稼働でき、また、簡単に運送平台の工程制御に組合わせられて、洗浄対象に対して洗浄を行う。また、先端的なプラズマ洗浄方式により、従来の化学洗浄溶剤を使用することを解消できる技術である。 Therefore, the present invention can be operated under atmospheric pressure, and can be easily combined with the process control of the transportation platform to perform cleaning on the object to be cleaned. In addition, it is a technology that can eliminate the use of a conventional chemical cleaning solvent by an advanced plasma cleaning method.
以上のように、本発明に係わる大気プラズマ洗浄処理装置によれば、有効的に従来の諸欠点を改善でき、また、操作が簡単で、洗浄対象をプラズマの噴射位置に設置することだけで、洗浄の効果が得られ、また、連続的に洗浄でき、電力の節約やコストの低減の効果が得られ、そのため、本発明はより進歩的かつより実用的で、法に従って特許請求を出願する。 As described above, according to the atmospheric plasma cleaning apparatus according to the present invention, it is possible to effectively improve the conventional drawbacks, the operation is simple, and the cleaning target is simply installed at the plasma injection position. The cleaning effect can be obtained, and the cleaning can be performed continuously, resulting in the effect of saving power and reducing the cost. Therefore, the present invention is more progressive and more practical, and claims are filed according to the law.
以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明はそれによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。 The above are merely preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited thereby, and equivalent changes and modifications made based on the scope of claims and the description of the present invention. Are all within the scope of the claims of the present invention.
1 プラズマ洗浄装置
11 気体螺旋流れチャンバー
111 気体入力口
12 第1の電極
121 第1の絶縁層
122 高圧電源装置
13 第2の電極
131 中空円柱通路
132 第2の絶縁層
14 絶縁間隔層
15 磁界生成装置
16 気体入力緩衝チャンバー
2 洗浄対象
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma cleaning apparatus 11 Gas spiral flow chamber 111 Gas input port 12 1st electrode 121 1st insulating layer 122 High voltage power supply device 13 2nd electrode 131 Hollow cylindrical channel | path 132 2nd insulating layer 14 Insulation space | interval layer 15 Magnetic field generation Device 16 Gas input buffer chamber 2 Object to be cleaned
Claims (10)
高圧電源装置と、
気体入力緩衝チャンバーと、
該気体入力緩衝チャンバー内に設置され、二つ以上の気体入力口を有する気体螺旋流れチャンバーと、
該気体螺旋流れチャンバー内に設置されると共に、該高圧電源装置に電気的に接続され、表面に第1の絶縁層が覆われる第1の電極と、
該第1の電極に対応するように該気体螺旋流れチャンバー内に設置されると共に、アース電極でもあり、中心に中空円柱通路が設置され、表面に第2の絶縁層が覆われる第2の電極と、
該第1の電極と該第2の電極との間に設置される絶縁間隔層と、
該第1の電極の一側に設置され、該第1の電極に覆われた第1の絶縁層に対向する磁界生成装置と、が含有される、ことを特徴とする大気プラズマ洗浄処理装置。 at least,
A high voltage power supply,
A gas input buffer chamber;
A gas spiral flow chamber installed in the gas input buffer chamber and having two or more gas input ports;
A first electrode installed in the gas spiral flow chamber and electrically connected to the high-voltage power supply device, the surface of which is covered with a first insulating layer;
A second electrode that is installed in the gas spiral flow chamber so as to correspond to the first electrode, is also a ground electrode, has a hollow cylindrical passage in the center, and is covered with a second insulating layer on the surface. When,
An insulating spacing layer disposed between the first electrode and the second electrode;
An atmospheric plasma cleaning apparatus, comprising: a magnetic field generation device disposed on one side of the first electrode and facing a first insulating layer covered with the first electrode.
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