JP2013165064A - 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 - Google Patents
大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013165064A JP2013165064A JP2013057553A JP2013057553A JP2013165064A JP 2013165064 A JP2013165064 A JP 2013165064A JP 2013057553 A JP2013057553 A JP 2013057553A JP 2013057553 A JP2013057553 A JP 2013057553A JP 2013165064 A JP2013165064 A JP 2013165064A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- microwave
- plasma
- gas
- generator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 abstract description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
【課題】プラズマを同軸導波管の外側で発生させることにより、プラズマによる熱損傷を防止するとともに、プラズマの温度調整幅が大きくとれる大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置を得る。
【解決手段】マイクロ波発生装置（１）に、筒状の外部導体（１１）の軸心部に内部導体（１２）を同軸に嵌合させてなる同軸導波管（１０）を設け、内部導体（１２）に導体性のアンテナ（１３）を接続するとともに、該アンテナ（１３）を外部導体（１１）から外部に露出させ、ガス供給装置（２０）によって供給されるプラズマ発生用のガスをアンテナ（１３）の露出端部に向けて吐出し、アンテナ（１３）は内部導体（１２）の軸線方向に延長させて外部導体（１１）から外部に露出させるとともに、その露出量（Ｈ１）をマイクロ波の波長の１／４以下とし、マイクロ波発生装置（１）の電力を２．５Ｗ〜１０Ｗとする。
【選択図】 図１
【解決手段】マイクロ波発生装置（１）に、筒状の外部導体（１１）の軸心部に内部導体（１２）を同軸に嵌合させてなる同軸導波管（１０）を設け、内部導体（１２）に導体性のアンテナ（１３）を接続するとともに、該アンテナ（１３）を外部導体（１１）から外部に露出させ、ガス供給装置（２０）によって供給されるプラズマ発生用のガスをアンテナ（１３）の露出端部に向けて吐出し、アンテナ（１３）は内部導体（１２）の軸線方向に延長させて外部導体（１１）から外部に露出させるとともに、その露出量（Ｈ１）をマイクロ波の波長の１／４以下とし、マイクロ波発生装置（１）の電力を２．５Ｗ〜１０Ｗとする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、マイクロ波プラズマニードル発生装置、殊に小形かつ簡素な大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置に関するものである。
従来の技術として、特許文献１があった。即ち、円柱状の外側導体に、マイクロ波発振器に接続される同軸ケーブルの外部導体を接続し、該外側導体に円筒状の放電管を導電可能に嵌合させ、放電管の軸心部にアンテナを所定の間隙を保持して同軸に配置するとともに、該アンテナを前記同軸ケーブルの内部導体に接続し、前記放電管の基部にガス導入管路を接続する。
そして、ガス導入管路から放電管とアンテナとの間隙部にプラズマ発生用のガスを供給するとともに、前記同軸ケーブルにマイクロ波発振器から所定のマイクロ波を出力し、アンテナの先端と放電管の内面との間でプラズマを発生させ、放電管の先端開口からプラズマを照射するようにしたものがあった。
前記従来のものは、放電管の内部でプラズマが発生するため、高温のプラズマを発生させると、放電管が熱によって損傷し、保守に手数を要することになる。また、放電管にガス導入管路を接続したり、放電管とアンテナとの間にガスが流通する間隙部を形成したりしていたため、構造が複雑になる。また、同軸管インピーダンスの整合が行なわれる放電管とアンテナとの間隙部にガスを流通させるようにしていたので、ガスの流量が制限され、プラズマの温度調整幅が制限されることになる。
本発明は、プラズマを同軸導波管の外側で発生させることにより、変換器のプラズマによる熱損傷を防止するとともに、プラズマの温度調整幅が大きくとれる大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置を得ることを目的とする。
請求項１に係る発明は、マイクロ波発生装置に、筒状の外部導体の軸心部に内部導体を同軸に嵌合させてなる同軸導波管を設け、前記内部導体に導体性のアンテナを接続するとともに、該アンテナを前記外部導体から外部に露出させ、ガス供給装置によって供給されるプラズマ発生用のガスを前記アンテナの露出端部に向けて吐出し、前記アンテナは前記内部導体の軸線方向に延長させて前記外部導体から外部に露出させるとともに、その露出量をマイクロ波の波長の１／４以下とし、前記マイクロ波発生装置の電力を２．５Ｗ〜１０Ｗとする構成にしたものである。
請求項２に係る発明は、ガスの吐出方向は、アンテナの軸心と直交する方向としたものである。
請求項３に係る発明は、ガスの吐出量を調整するガス調整部と、マイクロ波発生装置の出力を調整する電力調整部とを設けたものである。
請求項２に係る発明は、ガスの吐出方向は、アンテナの軸心と直交する方向としたものである。
請求項３に係る発明は、ガスの吐出量を調整するガス調整部と、マイクロ波発生装置の出力を調整する電力調整部とを設けたものである。
請求項１に係る発明は、アンテナの先端を外部導体から外部に露出させ、該露出したアンテナの先端部に向けてプラズマ発生用のガスを吐出するようにしたので、ガスの吐出流路の形成が容易になる。また、ガスの流量を大きく変化させることができ、これによりプラズマニードルの温度範囲が拡大し、多用途化が可能となる。また、外部導体の外側でプラズマニードルが発生するため、高温のプラズマニードルを発生させても、外部導体、及び内部導体が熱によって損傷し難くなる。また、アンテナを内部導体の軸線方向に延長させて外部導体から外部に露出させたので、ガスの混合が容易に行なえることになる。
請求項２に係る発明は、ガスの吐出方向をアンテナの軸心と直交する方向としたので、プラズマニードルをアンテナの先端部で効率よく生成させることができる。
請求項３に係る発明は、ガスの吐出量、及びマイクロ波発生装置の出力を調整することにより、プラズマニードルの温度及び長さを広範囲で調節することができる。
請求項２に係る発明は、ガスの吐出方向をアンテナの軸心と直交する方向としたので、プラズマニードルをアンテナの先端部で効率よく生成させることができる。
請求項３に係る発明は、ガスの吐出量、及びマイクロ波発生装置の出力を調整することにより、プラズマニードルの温度及び長さを広範囲で調節することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図面において、図１は本発明の実施例を示す装置全体の概略図、図２は図１の要部拡大断面図である。
図１において、１はマイクロ波発生装置であり、固体マイクロ波発振器２によって発生されるマイクロ波電力を同軸ケーブル３で矩形導波管４に導くようになっている。前記固体マイクロ波発振器２は、本例では２．４５ＧＨｚのマイクロ波が発振されるものを使用している。５は固体マイクロ波発振器２の出力を調整する電力調整部、６は電力計である。
前記矩形導波管４は、矩形の導波管本体４ａ、ダブルスラグチューナ４ｂ、可動短絡板４ｃを有し、導波管本体４ａの壁に同軸導波管（ランチャー）１０を取り付ける。該同軸導波管１０は導体性資材、本例では銅により形成され、図２に示すように、外径Ｄ１が１３．９ｍｍとなる円筒状の外部導体１１を矩形導波管４の壁に起立固定し、該外部導体１１の軸心部に外径Ｄ２が４．８ｍｍとなる円筒状の内部導体１２を嵌合させ、両者間に絶縁体１５を充填して両者を同軸に保持する。
また、前記内部導体１２の上端は外部導体１１の上端に一致させ、内部導体１２の下端は外部導体１１の下端から下方に突出させる。このとき、前記外部導体１１の長さＬ１はマイクロ波の波長λに対し、λ/2/ √εr（εr：絶縁体１５の比誘電率）を満足する長さ、本例では５４ｍｍとし、内部導体１２の下部１２ａは外部導体１１から下方に突出させる。この突出量Ｌ２はマイクロ波の波長λに対し、λ/4を満足する長さ、本例では３０ｍｍとし、これにより、同軸導波管１０のインピーダンスの整合をとる。なお、前記同軸導波管１０は固体マイクロ波発振器２の同軸ケーブル３に接続するようにしてもよい。
前記内部導体１２の上端部に導体性のアンテナ１３を取り付ける。該アンテナ１３はタングステン、あるいはモリブデン等の耐熱性の線材からなり、直径（線径）は０．５ｍｍとなっている。該アンテナ１３を前記外部導体１１から上方（外部）に露出させる。この露出量Ｈ１はマイクロ波の波長の１／４以下とし、本例では１５ｍｍとする。１４はアンテナ１３を内部導体１２に導電可能に固定するストッパーである。
前記同軸導波管１０の上方にＡr、Ｈe、Ｎ2などのプラズマ発生用のガスを前記アンテナ１３の上端部に向けて吐出する吐出管（管体）２１を配置する。該吐出管２１は絶縁資材、本例では発砲テフロン（登録商標）により直径Ｄ３が６ｍｍ、内径Ｄ４が４．５ｍｍとなる管体とし、アンテナ１３の軸線に対して直交する横向きにするとともに、その吐出端がアンテナ１３の上端部に対し５ｍｍの間隔Ｓ１を保持する如く配置する。２０は前記吐出管２１にガスを供給するガス供給装置、２２はガスの供給量を調整するガス調整部である。
前記実施例によれば、吐出管２１からアンテナ１３の先端部に向けてガスを吐出し、この状態でマイクロ波発生装置１からマイクロ波が出力されると、該マイクロ波が同軸導波管（ランチャー）１０部で同軸モードに変換され、アンテナ１３の先端でマイクロ波の電磁波が集中し、該アンテナ１３の先端からニードルプラズマ２５が発生することになる。
この場合、前記アンテナ１３の先端が外部導体１１及び内部導体１２から外部に露出しているので、高温のプラズマニードルを発生させても、外部導体１１、及び内部導体１２がプラズマニードルの熱によって損傷し難くなる。また、アンテナ１３が熱損傷した際には、これを新規なものと容易に取り替えることができる。
また、同軸導波管１０の外側でガスをアンテナ１３の先端部に向けて吐出するようにしたので、ガスの流量を大きく変化させることができ、これによりプラズマニードルの温度範囲が拡大し、多用途化が可能となる。さらに、ガスの吐出管２１を同軸導波管１０の外側に配置したので、ガス流路の形成が容易になる。
表１はガスの流量−固体マイクロ波発振器２の電力に対するプラズマニードル２５の長さを示す。
表１によれば、固体マイクロ波発振器２の電力（Ｗ）が一定の場合、ガスの流量を４Ｌ／ｍｉｍ、６Ｌ／ｍｉｍ、８Ｌ／ｍｉｍと増すことによってプラズマニードル２５の長さが順次長くなり、また、ガスの流量が一定の場合、固体マイクロ波発振器２の電力を２．５Ｗ、５Ｗ、７．５Ｗ、１０Ｗ、２０Ｗ、３０Ｗ、４０Ｗ、５０Ｗと大きくすることによってプラズマニードル２５の長さが長くなることが判る。
プラズマニードル２５の流れ方向の温度分布は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示すように、固体マイクロ波発振器２の電力が２．５Ｗ、５Ｗ、７．５Ｗ、１０Ｗにおいて、ガスの流量を４Ｌ／ｍｉｍ、６Ｌ／ｍｉｍ、８Ｌ／ｍｉｍと増すことによってプラズマニードルの温度が下がり、ガスの流量が８Ｌ／ｍｉｍ、電力が２．５Ｗにおいては、プラズマニードルの先端部の温度が約４０℃となって人体に触れることができ、歯部、皮膚部の殺菌、消毒等、医療用に活用することができる。
１ マイクロ波発生装置
２ 固体マイクロ波発振器
３ 同軸ケーブル
４ 矩形導波管
４ａ 導波管本体
４ｂ ダブルスラグチューナ
４ｃ 可変短絡板
５ 電力調整部
６ 電力計
１０ 同軸導波管（ランチャー）
１１ 外部導体
１２ 内部導体
１２ａ 下部
１３ アンテナ
１４ ストッパー
１５ 絶縁体
２０ ガス供給装置
２１ 吐出管（管体）
２２ ガス調整部
２５ プラズマトーチ
２ 固体マイクロ波発振器
３ 同軸ケーブル
４ 矩形導波管
４ａ 導波管本体
４ｂ ダブルスラグチューナ
４ｃ 可変短絡板
５ 電力調整部
６ 電力計
１０ 同軸導波管（ランチャー）
１１ 外部導体
１２ 内部導体
１２ａ 下部
１３ アンテナ
１４ ストッパー
１５ 絶縁体
２０ ガス供給装置
２１ 吐出管（管体）
２２ ガス調整部
２５ プラズマトーチ
Claims (3)
- マイクロ波発生装置に、筒状の外部導体の軸心部に内部導体を同軸に嵌合させてなる同軸導波管を設け、前記内部導体に導体性のアンテナを接続するとともに、該アンテナを前記外部導体から外部に露出させ、ガス供給装置によって供給されるプラズマ発生用のガスを前記アンテナの露出端部に向けて吐出し、前記アンテナは前記内部導体の軸線方向に延長させて前記外部導体から外部に露出させるとともに、その露出量をマイクロ波の波長の１／４以下とし、前記マイクロ波発生装置の電力を２．５Ｗ〜１０Ｗとしたことを特徴とする大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置。
- ガスの吐出方向は、アンテナの軸心と直交する方向としたことを特徴とする請求項１記載の大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置。
- ガスの吐出量を調整するガス調整部と、マイクロ波発生装置の出力を調整する電力調整部とを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013057553A JP5475902B2 (ja) | 2013-03-21 | 2013-03-21 | 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013057553A JP5475902B2 (ja) | 2013-03-21 | 2013-03-21 | 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007195667A Division JP5230976B2 (ja) | 2007-07-27 | 2007-07-27 | 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013165064A true JP2013165064A (ja) | 2013-08-22 |
| JP5475902B2 JP5475902B2 (ja) | 2014-04-16 |
Family
ID=49176279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013057553A Active JP5475902B2 (ja) | 2013-03-21 | 2013-03-21 | 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5475902B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107278012A (zh) * | 2016-04-07 | 2017-10-20 | 东北林业大学 | 圆形波导微波与等离子体相互作用装置 |
| CN113194594B (zh) * | 2021-04-21 | 2023-06-23 | 电子科技大学 | 一种介质喷嘴增强的手持医疗用低功率微波等离子体炬 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS575299A (en) * | 1980-04-10 | 1982-01-12 | Anvar | Plasma generator |
| JPH01218465A (ja) * | 1988-02-26 | 1989-08-31 | Olympus Optical Co Ltd | 温熱治療用プローブ |
| JP2008506235A (ja) * | 2004-07-07 | 2008-02-28 | アマランテ テクノロジーズ，インク． | プルーム安定性及び加熱効率が改善されたマイクロ波プラズマノズル |
-
2013
- 2013-03-21 JP JP2013057553A patent/JP5475902B2/ja active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS575299A (en) * | 1980-04-10 | 1982-01-12 | Anvar | Plasma generator |
| JPH01218465A (ja) * | 1988-02-26 | 1989-08-31 | Olympus Optical Co Ltd | 温熱治療用プローブ |
| JP2008506235A (ja) * | 2004-07-07 | 2008-02-28 | アマランテ テクノロジーズ，インク． | プルーム安定性及び加熱効率が改善されたマイクロ波プラズマノズル |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107278012A (zh) * | 2016-04-07 | 2017-10-20 | 东北林业大学 | 圆形波导微波与等离子体相互作用装置 |
| CN113194594B (zh) * | 2021-04-21 | 2023-06-23 | 电子科技大学 | 一种介质喷嘴增强的手持医疗用低功率微波等离子体炬 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5475902B2 (ja) | 2014-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8154206B2 (en) | Portable microwave plasma generator capable of generating plasma with low electric power | |
| JP4572213B2 (ja) | マイクロ波照射装置 | |
| US3631363A (en) | High-frequency cavity oscillator having improved tuning means | |
| JPH0219600B2 (ja) | ||
| JP2005293955A (ja) | 同軸形マイクロ波プラズマトーチ | |
| JP5475902B2 (ja) | 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 | |
| US5049843A (en) | Strip-line for propagating microwave energy | |
| Divya Deepak et al. | A low power miniaturized dielectric barrier discharge based atmospheric pressure plasma jet | |
| CN104994673A (zh) | 一种产生空气环境中大气压下均匀等离子体刷的装置和方法 | |
| JP5230976B2 (ja) | 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 | |
| WO2017022713A1 (ja) | 電磁波加熱装置 | |
| US7921804B2 (en) | Plasma generating nozzle having impedance control mechanism | |
| US20100074810A1 (en) | Plasma generating system having tunable plasma nozzle | |
| JP2020194676A (ja) | プラズマ密度モニタ、プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法 | |
| US20100074808A1 (en) | Plasma generating system | |
| KR101458592B1 (ko) | 제작 편의성 및 기계적 구조상의 안정성이 향상된 소형 마이크로파 플라즈마 발생기 | |
| JP2013157303A (ja) | プラズマ発生装置 | |
| JP5275092B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| RU2522894C2 (ru) | Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом (варианты) | |
| JP5890204B2 (ja) | スラグチューナ、それを用いたマイクロ波プラズマ源、およびマイクロ波プラズマ処理装置 | |
| JP5586137B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| Dubinov et al. | Ultraminiature pulsed periodic generator of powerful microwave pulses, based on gas discharge in hollow cathode | |
| KR200398765Y1 (ko) | 다용도 마이크로웨이브 발생장치 | |
| JP2022190830A (ja) | プラズマ生成装置 | |
| Bulychev et al. | Autonomous portable pulsed-periodical generator of high-power radiofrequency-pulses based on gas discharge with hollow cathode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131216 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140107 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140206 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5475902 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |