JP2008181694A

JP2008181694A - 大気圧放電プラズマ発生装置

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Publication number: JP2008181694A
Application number: JP2007012649A
Authority: JP
Inventors: Kiyoyuki Yamaya; 清之山家; So Sakakida; 創榊田
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2027-01-23
Also published as: JP4936372B2

Abstract

【課題】誘電体管を複数本組み合わせることにより、プラズマジェットを空間的に高い密集性を持って発生させることにより、課題となっていた被処理物の表面処理時間の短縮化を行うことのできる大気圧放電プラズマ発生装置を提供すること。
【解決手段】ガスを供給する複数の誘電体管１と、複数本の誘電体管１を束ねる固定具６、７と、複数の誘電体管１の周縁に管軸方向に配置されたと電力供給電極２、絶縁物４、及び接地電極３とからなり、誘電体管１内のガスを誘電体バリア放電により電離することにより、大気圧の状況下において複数の誘電体管１から噴出されるプラズマジェットが一点または線上に集束するように複数の誘電体管１を配置したことを特徴とする大気圧放電プラズマ発生装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気圧の状況下において、材料の表面処理、例えば、洗浄及び材料の表面改質などに使用される高密度のプラズマジェットを発生させる大気圧放電プラズマ発生装置に関する。

非特許文献１に示すように、誘電体バリア放電を利用してプラズマジェットを発生させることは知られている。同文献によれば、１本の誘電体管などにヘリウムガスなどの不活性ガスを流し、誘電体管の外側に巻き付け密着させた電力供給電極に約±10kVの高電圧を約10kHz前後の周期の電圧を印加することによりプラズマジェットを発生させることが記載されている。
北野勝久、他１名：第２３回プラズマ・核融合学会年会予稿集p. 301

従来、誘電体管１本を用いてプラズマのジェットを発生させ、このプラズマジェットを被処理物に照射して表面処理などの作業を行う場合は時間がかかる問題点があった。
本発明の目的は、誘電体管を複数本組み合わせることにより、プラズマジェットを空間的に高い密集性を持って発生させることにより、被処理物の表面を迅速に処理することのできる大気圧放電プラズマ発生装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、複数本の誘電体管を用いる場合、発生するプラズマジェットを配置する際に、各誘電体管の固定、プラズマジェットの発生位置の固定、電力供給及び接地電極の配置の固定など、装置構造を改善した大気圧放電プラズマ発生装置を提供することにある。

第１の手段は、ガスを供給する複数の誘電体管と、前記複数本の誘電体管を束ねる固定具と、前記複数の誘電体管の周縁に管軸方向に配置されたと電力供給電極、絶縁物、及び接地電極とからなり、前記誘電体管内のガスを誘電体バリア放電により電離することにより、大気圧の状況下において前記複数の誘電体管から噴出されるプラズマジェットが一点または線上に集束するように前記複数の誘電体管を配置したことを特徴とする大気圧放電プラズマ発生装置である。
第２の手段は、第１の手段において、前記電力供給電極、絶縁物、及び接地電極が平板状に構成され、前記複数の誘電体管が、前記電力供給電極、絶縁物、及び接地電極の平板面に対して、該複数の誘電体管から噴出されるプラズマジェットが一点または線上に集束するように斜めに配置されていることを特徴とする大気圧放電プラズマ発生装置である。
第３の手段は、第１の手段において、前記電力供給電極、絶縁物、及び接地電極が湾曲状に構成され、前記複数の誘電体管が、前記電力供給電極、絶縁物、及び接地電極の湾曲面に対して、該複数の誘電体管から噴出されるプラズマジェットが一点又は線上に集束するように垂直に配置されていることを特徴とする大気圧放電プラズマ発生装置である。
第４の手段は、第１の手段において、前記電力供給電極、絶縁物、及び接地電極が蒲鉾状に構成され、前記複数の誘電体管が、前記電力供給電極、絶縁物、及び接地電極の湾曲面に対して、該複数の誘電体管から噴出されるプラズマジェットが線上に集束するように垂直に配置されていることを特徴とする大気圧放電プラズマ発生装置である。

本発明の大気圧放電プラズマ発生装置によれば、誘電体管を複数本組み合わせ、電力供給電極及び接地電極、絶縁物から成るプラズマ発生部を固定することによって、誘電体管内のガスを誘電体バリア放電により電離することにより、大気圧の状況下において複数の誘電体管から噴出されるプラズマのジェットが一点または線上に集束して発生されることにより、装置構造的に安定でかつ高密度化に伴う高速な加工処理が可能となる。
また、プラズマジェットのジェット長が長いことから、誘電体管先端から被処理物までの空間を有効に活用することが可能となる。

本発明の第１の実施形態を図１ないし図３を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る大気圧放電プラズマ発生装置の構成を示す図である。
同図において、１は誘電体物質からなる管（以下、誘電体管という）、２は平板状に形成された電力供給電極、３は平板状に形成された接地電極、４は平板状に形成された絶縁物、５は平板状に形成されたリング状絶縁物、６はカバー、７はカバー蓋、８は電源である。
同図に示すように、電力供給電極２、絶縁物４または５、及び接地電極３が平板状に構成され、複数の誘電体管が、電力供給電極２、絶縁物４または５、及び接地電極３の平板面に対して、複数の誘電体管１から噴出されるプラズマジェットが一点または線上に集束するように斜めに配置されている。電極２、電極３は逆に設置しても良い。

ここで、各誘電体管１の内径は、プラズマジェットが形成されれば問わず、内径0.5mmから30mm程度、例えば1.5mmが好ましい。また、各誘電体管１の厚さはプラズマジェットが形成されれば問わず、0.3mmから2.0mm程度、例えば、1.0mmが好ましい。各誘電体管１の内壁には、２次電子発生効果の強い材料（例えば、酸化マグネシウムMgO）を用いることによって、より効率よくガスジェットを発生させることも可能である。各誘電体管１を通して供給されるガスは、不活性ガス（ヘリウムガス、アルゴンガス）または不活性ガスに酸素、窒素ガスなどを添加したものを用いる。ガスの圧力は、プラズマのジェットが発生すれば問わず、目安として0.5から２気圧が適当であり、ガス圧力に対して電極間隔を調整することでプラズマジェットを発生させる。ここでは、例えば、ヘリウムガスを使用し、１．６気圧程度の圧力で流している。

図２は、図１に示す大気圧放電プラズマ発生装置のプラズマジェット噴出側から見た電力供給電極２、接地電極３、絶縁物４、及びリング状絶縁物５の構成を示す側面図である。
電力供給電極２及び接地電極３は金属（例えば、銅）を用いることが好ましい。また、誘電体管１の固定及び電極２、３を固定する絶縁物４またはリング状絶縁物５は熱的に強い材料（例えば、セラミックス、ＦＲＰ等）を用いることが好ましい。リング状絶縁物５を用いる場合は、電極２，３間にセラミック糊を塗っても良い。電力供給電極２は電源８の電力出力部に接続され、接地電極３は対地に接続される。電力供給電極２と接地電極３の間隔は5〜10mm程度であり、例えば、5mmを確保するように絶縁物４またはリング状絶縁物５を挟んでいる。

図３は、図１に示す大気圧放電プラズマ発生装置のプラズマジェット噴出側から見たカバー６及びカバー蓋７の構成を示す側面図である。
カバー６及びカバー蓋７は複数本の誘電体管１を束ねる固定具として機能する。固定具として電極２，３と絶縁物４または５を固定するカバー型の構造を用いることにより、電極２、３の間隔を固定し、プラズマジェットの発生する条件で安定な構造を実現することができる。

使用する電源８としては10kHz程度の周期で、±10kV程度の高電圧を出力することが可能な電源を用いることが好ましい。

本実施形態の発明によれば、各誘電体管１から発生できるプラズマジェットの長さは、接地電極３端から40mm、最大で150mm程度まで観測された。

次に、本発明の第２の実施形態を図４を用いて説明する。
図４は、本実施形態の発明に係る大気圧放電プラズマ発生装置の構成を示す図である。
同図において、９は湾曲状に形成された電力供給電極、１０は湾曲状に形成された接地電極、１１は湾曲状に形成された絶縁物である。その他の構成は図１に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態の発明によれば、電力供給電極９、絶縁物１１、及び接地電極１０が湾曲状に構成され、複数の誘電体管１が、電力供給電極９、絶縁物１１、及び接地電極１０の湾曲面に対して垂直に配置されているので、複数の誘電体管１から噴出されるプラズマジェットを一点に集束させることができる。

次に、本発明の第３の実施形態を図５を用いて説明する。
図５は、本実施形態の発明に係る大気圧放電プラズマ発生装置の構成を示す図である。
同図において、１２は蒲鉾状に形成された電力供給電極、１３は蒲鉾状に形成された接地電極、１４は蒲鉾状に形成された絶縁物である。その他の構成は図１に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態の発明によれば、電力供給電極１２、絶縁物１４、及び接地電極１３が蒲鉾状に構成され、複数の誘電体管１が、電力供給電極１２、絶縁物１４、及び接地電極１３の湾曲面に対して垂直に配置されているので、複数の誘電体管１から噴出されるプラズマジェットを線上に集束させることができる。

本発明による大気圧で発生させるプラズマジェットは低温であることから、熱負荷には弱い材料などへの照射処理が可能となる。例えば、液晶ディスプレイ用などのガラス基板に対して当てることが可能であり、ガラス基板上に存在する不純物除去などの洗浄に対して有効である。
また、プラズマジェットのジェット長が長いことから、処理を行う箇所までの空間を次処理のための準備、ガス排気などの他用途に有効活用することができる。

第１の実施形態の発明に係る大気圧放電プラズマ発生装置の構成を示す図である。図１に示す大気圧放電プラズマ発生装置のプラズマジェット噴出側から見た電力供給電極２、接地電極３、絶縁物４、及びリング状絶縁物５の構成を示す側面図である。図１に示す大気圧放電プラズマ発生装置のプラズマジェット噴出側から見たカバー６及びカバー蓋７の構成を示す側面図である。第２の実施形態の発明に係る大気圧放電プラズマ発生装置の構成を示す図である。第３の実施形態の発明に係る大気圧放電プラズマ発生装置の構成を示す図である。

符号の説明

１誘電体管
２平板状に形成された電力供給電極
３平板状に形成された接地電極
４平板状に形成された絶縁物
５平板状に形成されたリング状絶縁物
６カバー
７カバー蓋
８電源
９湾曲状に形成された電力供給電極
１０湾曲状に形成された接地電極
１１湾曲状に形成された絶縁物
１２蒲鉾状に形成された電力供給電極
１３蒲鉾状に形成された接地電極
１４蒲鉾状に形成された絶縁物

Claims

ガスを供給する複数の誘電体管と、前記複数本の誘電体管を束ねる固定具と、前記複数の誘電体管の周縁に管軸方向に配置された電力供給電極、絶縁物、及び接地電極とからなり、前記誘電体管内のガスを誘電体バリア放電により電離することにより、大気圧の状況下において前記複数の誘電体管から噴出されるプラズマジェットが一点または線上に集束するように前記複数の誘電体管を配置したことを特徴とする大気圧放電プラズマ発生装置。
前記電力供給電極、絶縁物、及び接地電極が平板状に構成され、前記複数の誘電体管が、前記電力供給電極、絶縁物、及び接地電極の平板面に対して、該複数の誘電体管から噴出されるプラズマジェットが一点または線上に集束するように斜めに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の大気圧放電プラズマ発生装置。
前記電力供給電極、絶縁物、及び接地電極が湾曲状に構成され、前記複数の誘電体管が、前記電力供給電極、絶縁物、及び接地電極の湾曲面に対して、該複数の誘電体管から噴出されるプラズマジェットが一点または線上に集束するように垂直に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の大気圧放電プラズマ発生装置。
前記電力供給電極、絶縁物、及び接地電極が蒲鉾状に構成され、前記複数の誘電体管が、前記電力供給電極、絶縁物、及び接地電極の湾曲面に対して、該複数の誘電体管から噴出されるプラズマジェットが線上に集束するように垂直に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の大気圧放電プラズマ発生装置。