JP2013225421A - Multiple gas plasma jet apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大気圧下で、様々なガスを安定して低温プラズマ化可能なマルチガスプラズマジェット装置に関する。 The present invention relates to a multi-gas plasma jet apparatus that can stably convert various gases into low-temperature plasmas under atmospheric pressure.
プラズマは、半導体プロセッシングや表面処理等の、極めて広い分野で有効に利用されている。プラズマの生成法は、要求される、気圧、温度、密度、純度、ガス種、等に応じて選定される。従来より、プラズマを表面処理等に利用する場合は、低圧下でのプラズマ処理が主流であった。しかし、低圧環境を構築するためには真空設備が必要となるため、装置全体が高価且つ巨大になるという欠点がある。対して、大気圧下におけるプラズマ生成は、（１）真空系を用いないため、装置構成を簡単化することができる、また、（２）加工対象や試料を、差動排気を用いずにそのままプラズマ中に導入できる、合わせて、（３）高密度のプラズマが生成できるため、高速な処理が可能である、というメリットがある。このように、大気圧下でのプラズマ生成では、様々なメリットを得ることができるが、低気圧下でのプラズマ生成と比較すると安定生成が容易ではない。 Plasma is effectively used in a very wide range of fields such as semiconductor processing and surface treatment. The plasma generation method is selected according to the required atmospheric pressure, temperature, density, purity, gas type, and the like. Conventionally, when plasma is used for surface treatment, plasma treatment under low pressure has been the mainstream. However, in order to construct a low-pressure environment, vacuum equipment is required, so that there is a drawback that the entire apparatus becomes expensive and huge. On the other hand, plasma generation under atmospheric pressure (1) Since the vacuum system is not used, the apparatus configuration can be simplified. (2) The object to be processed and the sample can be directly used without using differential exhaust. In addition, there is an advantage that (3) high-density plasma can be generated, so that high-speed processing is possible. As described above, various advantages can be obtained in plasma generation under atmospheric pressure, but stable generation is not easy compared with plasma generation under low atmospheric pressure.
加えて、大気圧プラズマ装置を用いて、半導体基板やフラットパネル等の表面改質、成膜処理、エッチング処理、殺菌処理等の表面処理、が行われているが、熱に弱い物質にプラズマを照射する場合は、プラズマガス自体が低温である必要がある。室温から１００℃程度である低温プラズマの代表的なプラズマ源としては、コロナ放電を用いたプラズマ源が挙げられる。しかし、コロナ放電を用いたプラズマ処理は、処理対象に放電損傷を与えてしまうという欠点がある。 In addition, surface treatments such as semiconductor substrates and flat panels, film formation treatment, etching treatment, sterilization treatment, etc. are performed using atmospheric pressure plasma equipment, but plasma is applied to materials that are vulnerable to heat. In the case of irradiation, the plasma gas itself needs to be at a low temperature. As a typical plasma source of low temperature plasma from room temperature to about 100 ° C., a plasma source using corona discharge can be mentioned. However, the plasma treatment using corona discharge has a drawback that it causes discharge damage to the object to be treated.
また、プラズマ処理の手法として、絶縁材料で構成された空間にプラズマを発生させ、処理対象物をプラズマの存在する空間に導入し、プラズマ処理を行う方法がある。しかしながらこの方法では、局所的にプラズマ処理を行うことは困難である。例えばプラズマを用いた生体の殺菌等の場合には、プラズマを任意の範囲に照射する必要がある。 As a plasma processing method, there is a method in which plasma is generated in a space formed of an insulating material, a processing target is introduced into a space where plasma exists, and the plasma processing is performed. However, with this method, it is difficult to perform plasma treatment locally. For example, in the case of sterilization of a living body using plasma, it is necessary to irradiate plasma in an arbitrary range.
そこで、電極間で直接放電し、ガス流でプラズマを押し出すアフターグロータイプの低温プラズマジェット装置が提案されている。しかしながら、当該低温プラズマジェットは、電極材料がプラズマ中に溶出し、処理対象へのコンタミネーションが懸念される。これは生体を処理する場合や、薄膜生成等で純度の高いプラズマが要求される場合等に問題となる。 Therefore, an after-glow type low-temperature plasma jet apparatus that directly discharges between electrodes and pushes out plasma with a gas flow has been proposed. However, in the low-temperature plasma jet, the electrode material is eluted in the plasma, and there is a concern about contamination to the processing target. This becomes a problem when a living body is processed or when a high-purity plasma is required for thin film production or the like.
以上の問題を踏まえ、特許文献１では、大気圧環境下で低温のプラズマを発生させ、電極材料のコンタミネーションの問題が無く当該プラズマを外部に対して照射可能なプラズマジェット型の装置が提案されている。 Based on the above problems, Patent Document 1 proposes a plasma jet type apparatus that generates low-temperature plasma in an atmospheric pressure environment and can irradiate the plasma to the outside without any problem of contamination of electrode materials. ing.
しかしながら、特許文献１で提案されたプラズマジェット型の装置では、プラズマガスとして用いることができるガスが限られる場合があるという課題がある。具体的には、当該装置においてプラズマガスとして用いることができるガスは、一般的に安定にプラズマ化されやすいとされるガス（例えば、単原子分子であるヘリウムやアルゴン）に限られる。このため、プラズマ装置を用いることができる表面処理の種類も限られたものとなっており、様々な産業分野への応用が困難なものとなっている。 However, the plasma jet type apparatus proposed in Patent Document 1 has a problem that the gas that can be used as the plasma gas may be limited. Specifically, the gas that can be used as the plasma gas in the apparatus is generally limited to a gas (for example, helium or argon that is a monoatomic molecule) that is likely to be stably converted into plasma. For this reason, the types of surface treatment that can use the plasma apparatus are also limited, making it difficult to apply to various industrial fields.
そこで、本発明は、大気圧下で、電極からのコンタミネーションなく、低温プラズマガスを発生させ、局所的に当該ガスを照射させることが可能である前提下、今までプラズマ化不可能だったガスを安定的にプラズマ化する事が可能なマルチガスプラズマジェット装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is a gas that could not be converted to plasma until now under the premise that low temperature plasma gas can be generated under atmospheric pressure without contamination from the electrode, and the gas can be irradiated locally. An object of the present invention is to provide a multi-gas plasma jet apparatus capable of stably converting to plasma.
本発明は、
対象ガスが導入される対象ガス導入口と、当該対象ガスから生起したガスプラズマを外部に噴出するプラズマ噴出口と、を有する絶縁管、
少なくとも一の帯状電極が、絶縁管外周に沿設又は絶縁管内に封設されており、且つ、帯状電極の長軸が対象ガス導入口からプラズマ噴出口への方向に配されている電極部、及び
時間と共に変化する電圧を電極部に印加し、絶縁管内に大気圧下でグロー放電を生起させる電源供給部
を有する、ガスプラズマジェット発生装置である。
The present invention
An insulating tube having a target gas introduction port into which the target gas is introduced, and a plasma jet port for ejecting gas plasma generated from the target gas to the outside;
At least one strip-shaped electrode is provided along or along the outer periphery of the insulating tube, and the long axis of the strip-shaped electrode is arranged in the direction from the target gas inlet to the plasma jet port; And a gas plasma jet generator having a power supply section for applying a voltage that changes with time to the electrode section and generating glow discharge in an insulating tube under atmospheric pressure.
ここで、本発明は、
プラズマ化させる対象ガスを貯蔵する対象ガス貯蔵部、
対象ガス貯蔵部内の対象ガスを、対象ガス導入口を介して絶縁管に導入するガス導入用配管、
対象ガス貯留部から導出する対象ガスのガス圧力を調整可能な対象ガス圧力調整部、
場合により、当該対象ガス圧量調整部と合わせて、対象ガス導入口を介して絶縁管に導入される対象ガスの流量を調整可能な対象ガス流量調整部
を有していてもよい。
Here, the present invention
A target gas storage unit for storing a target gas to be converted into plasma;
A gas introduction pipe for introducing the target gas in the target gas storage section into the insulating pipe through the target gas inlet;
A target gas pressure adjustment unit capable of adjusting the gas pressure of the target gas derived from the target gas storage unit;
In some cases, in addition to the target gas pressure amount adjusting unit, a target gas flow rate adjusting unit capable of adjusting the flow rate of the target gas introduced into the insulating pipe via the target gas introduction port may be provided.
本発明は、管軸方向に帯状電極の長軸を配している点及び管軸方向にガスを流している点を特徴とする。このような構成のため、本発明は、大気圧下で、電極からのコンタミネーションなく、低温プラズマガスを発生させ、局所的に当該ガスを照射させることが可能である前提下、今までプラズマ化不可能だったガスを安定的にプラズマ化する事が出来るという効果を奏する。そのため、従来のように、可能な処理の種類に制限されることなく、多様な表面処理が可能となる。また、プラズマガスの種類を変更する場合であっても、同一の装置を用いて処理を行うことができる。 The present invention is characterized in that the long axis of the strip electrode is arranged in the tube axis direction and the gas flows in the tube axis direction. Due to such a configuration, the present invention has been described so far under the assumption that a low-temperature plasma gas can be generated under atmospheric pressure and without contamination from the electrode, and the gas can be irradiated locally. There is an effect that the gas that was impossible can be stably converted into plasma. Therefore, various surface treatments are possible without being limited to the types of treatments that are possible as in the prior art. Even if the type of plasma gas is changed, the same apparatus can be used for processing.
まず、本発明の一形態を説明する。但し、本発明の技術的範囲は当該形態には限定されない。以下、本形態の全体構成を説明し、次いで各構成部の説明等を順に行う。 First, an embodiment of the present invention will be described. However, the technical scope of the present invention is not limited to this form. Hereinafter, the overall configuration of the present embodiment will be described, and then each component will be described in order.
≪装置の全体構成≫
はじめに、図１及び図２を参照しながら、本形態に係るマルチガスプラズマジェット発生装置の全体構成を説明する。本形態に係るマルチガスプラズマジェット発生装置１は、プラズマ化させる対象ガスを貯蔵する対象ガス貯蔵部１ａ；対象ガスが導入される対象ガス導入口１ｂ１と、当該対象ガスから生起したガスプラズマを外部に噴出するプラズマ噴出口１ｂ２と、を有する絶縁管１ｂ；対象ガス貯蔵部１ａ内の対象ガスを、対象ガス導入口１ｂ１を介して絶縁管１ｂ内に導入するガス導入用配管１ｃ；対象ガス貯留部１ａから導出する対象ガスのガス圧力を調整可能な対象ガス圧力調整部（圧力調整器）１ｄ；対象ガス導入口１ｂ１を介して絶縁管１ｂ内に導入される対象ガスの流量を調整可能な対象ガス流量調整部１ｅ；一対の帯状電極からなり、当該一対の帯状電極１ｆ１・１ｆ２のそれぞれが、対象ガス導入口１ｂ１からプラズマ噴出口１ｂ２に向かって、絶縁管外周に螺旋状に巻回されている電極部１ｆ、及び；一対の帯状電極１ｆ１・１ｆ２間に時間と共に変化する電圧を印加し、当該一対の帯状電極１ｆ１・１ｆ２間に大気圧下でグロー放電を生起させる電源供給部１ｇを有する。以下、各構成部を詳述する。尚、本形態では、対象ガス貯留部を設けるよう構成したが、例えば外界に存在するガス、例えば、空気をプラズマ対象ガスとして用いる場合には、対象ガス貯留部は必ずしも必要無く、コンプレッサ等の気体圧縮手段を設け、当該手段により圧縮された空気を絶縁管に導入するように構成すればよい（この場合には、配管も必ずしも必要無い）。
≪Overall configuration of the equipment≫
First, the overall configuration of the multi-gas plasma jet generator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The multi-gas plasma jet generator 1 according to the present embodiment includes a target gas storage unit 1a that stores a target gas to be converted into plasma; a target gas introduction port 1b1 into which the target gas is introduced, and gas plasma generated from the target gas Insulating tube 1b having a plasma outlet 1b2 ejected to the gas; Pipe for introducing gas 1c for introducing the target gas in the target gas storage section 1a into the insulating tube 1b through the target gas inlet 1b1; Target gas storage Target gas pressure adjusting unit (pressure regulator) 1d capable of adjusting the gas pressure of the target gas derived from the unit 1a; the flow rate of the target gas introduced into the insulating tube 1b through the target gas inlet 1b1 can be adjusted The target gas flow rate adjusting unit 1e is composed of a pair of strip electrodes, and each of the pair of strip electrodes 1f1 and 1f2 is transferred from the target gas inlet 1b1 to the plasma jet port 1b2. Thus, an electrode portion 1f that is spirally wound around the outer periphery of the insulating tube, and a voltage that changes with time are applied between the pair of strip electrodes 1f1 and 1f2, and atmospheric pressure is applied between the pair of strip electrodes 1f1 and 1f2. A power supply unit 1g for causing glow discharge is provided below. Hereinafter, each component will be described in detail. In this embodiment, the target gas storage unit is provided. However, for example, when a gas existing in the outside world, for example, air is used as the plasma target gas, the target gas storage unit is not necessarily required, and a gas such as a compressor is used. What is necessary is just to comprise so that a compression means may be provided and the air compressed by the said means may be introduce | transduced into an insulating pipe (in this case, piping is not necessarily required).
はじめに、本発明の特徴である、絶縁管１ｂと電極部１ｆとを説明する。 First, the insulating tube 1b and the electrode portion 1f, which are features of the present invention, will be described.
＜絶縁管＞
（材質）
絶縁管の材質は、絶縁性を有する限り特に限定されない。ここで、「絶縁性」とは、例えば、導電率が１０−６Ｓ／ｍ以下であることを意味する。尚、ここでの導電率は、ＪＩＳＨ０５０５（非鉄金属材料の体積抵抗率及び導電率測定方法）での測定値である。絶縁管の材質に関しては、誘電率が高い方が、電極間の静電容量が大きくなるため好適である。加えて、絶縁管の材質は、電極の温度上昇に耐え得る耐熱性を持つものであるものが好適である。このような材質として、ガラスやセラミックスが好適である。
<Insulation tube>
(Material)
The material of the insulating tube is not particularly limited as long as it has insulating properties. Here, “insulating” means, for example, that the conductivity is 10 −6 S / m or less. In addition, the electrical conductivity here is a measured value in JISH0505 (volume resistivity and electrical conductivity measuring method of non-ferrous metal material). Regarding the material of the insulating tube, a higher dielectric constant is preferable because the capacitance between the electrodes is increased. In addition, the material of the insulating tube is preferably one having heat resistance that can withstand the temperature rise of the electrode. As such a material, glass and ceramics are suitable.
（構造）
図２は、本形態に係る、一対の帯状電極１ｆ１及び１ｆ２が外表面に固着された絶縁管１ｂの側面図である。また、図３は、本形態に係る、一対の帯状電極１ｆ１及び１ｆ２が外表面に固着された絶縁管１ｂの断面図である。以下、これらの図を参照しながら、本形態に係る絶縁管１ｂの構造を説明する。
(Construction)
FIG. 2 is a side view of the insulating tube 1b according to this embodiment in which a pair of strip electrodes 1f1 and 1f2 are fixed to the outer surface. FIG. 3 is a cross-sectional view of an insulating tube 1b in which a pair of strip electrodes 1f1 and 1f2 are fixed to the outer surface according to the present embodiment. Hereinafter, the structure of the insulating tube 1b according to the present embodiment will be described with reference to these drawings.
・管の形状
本形態に係る絶縁管１ｂの形状は、管の両端が各々対象ガス導入口１ｂ１及びプラズマ噴出口１ｂ２として開口した直線状の円筒形である。尚、本形態では、開口部が二つであるものを例示したが、これには限定されず、二つを超える開口部を有するものであってもよい（例えば、対象ガス導入口が複数である場合及び／又はプラズマ噴出口が複数である場合）。更に、本形態では、管の両端に開口部を設けたもの（即ち、管の切断面が開口部）を例示したが、これには限定されず、管の外周上にいずれか又は両方の開口部を設けたものであってもよい。更に、本形態では、円筒形のものを例示したが、これには限定されず、多角形状の管や非直線構造（例えば、Ｌ字構造、Ｓ字構造、Ｕ字構造等）のものであってもよい。但し、プラズマガスが壁面に衝突することによる、プラズマガス内の活性成分（例えばラジカル）の量の低減や管内壁の変性防止等の観点から、絶縁管は直線状且つ円筒形のものが好適である。また、噴出口から噴き出すプラズマジェットの流速を上げるために、例えば管を絞る等し、プラズマ噴出口の径を管の内径よりも小さくする、といった形状も考えられる。
-Shape of tube The shape of the insulating tube 1b according to the present embodiment is a straight cylindrical shape in which both ends of the tube are opened as the target gas introduction port 1b1 and the plasma jet port 1b2, respectively. In the present embodiment, an example in which there are two openings is illustrated, but the present invention is not limited to this, and may have more than two openings (for example, a plurality of target gas inlets. In some cases and / or in the case of multiple plasma outlets). Furthermore, in this embodiment, an example in which openings are provided at both ends of the pipe (that is, the cut surface of the pipe is an opening) is not limited to this, but either or both openings are provided on the outer periphery of the pipe. A part may be provided. Furthermore, in this embodiment, a cylindrical shape is exemplified, but the present invention is not limited to this, and is a polygonal tube or a non-linear structure (for example, L-shaped structure, S-shaped structure, U-shaped structure, etc.). May be. However, from the viewpoint of reducing the amount of active components (for example, radicals) in the plasma gas due to the collision of the plasma gas with the wall surface and preventing the inner wall of the tube from being modified, the insulating tube is preferably a straight and cylindrical tube. is there. Further, in order to increase the flow velocity of the plasma jet ejected from the ejection port, for example, a shape such as squeezing the tube to make the diameter of the plasma ejection port smaller than the inner diameter of the tube is also conceivable.
・管の長さ
絶縁管１ｂの長さは、帯状電極を配するに十分な長さをもつ限り特に限定されない。但し、管を長くすることで、電極間をガスが通過するのに要する時間が増加し、付与されるエネルギー量も増加するため、管の長さは長いものを用いるのがよい。管の長さは、好適には６ｃｍ以上であり、より好適には８ｃｍ以上であり、特に好適には１０ｃｍ以上である。尚、上限は特に限定されないが、例えば５０ｃｍである。
-Length of tube The length of the insulating tube 1b is not particularly limited as long as it has a length sufficient for arranging the strip electrode. However, since the time required for the gas to pass between the electrodes increases by increasing the length of the tube, and the amount of energy applied increases, it is preferable to use a long tube. The length of the tube is preferably 6 cm or more, more preferably 8 cm or more, and particularly preferably 10 cm or more. In addition, although an upper limit is not specifically limited, For example, it is 50 cm.
・管の外径
絶縁管１ｂの外径を大きくした場合、電極間にかける電圧を高くする必要があるが、高電圧を用いると、絶縁管外周部で沿面放電が発生してしまう可能性がある。したがって、外径は小さいものが好ましい。管の外径は、好適には４ｍｍ以下であり、より好適には３ｍｍ以下であり、特に好適には２．５ｍｍ以下である。尚、下限値は特に限定されないが、例えば０．１ｍｍである。
-Tube outer diameter When the outer diameter of the insulating tube 1b is increased, it is necessary to increase the voltage applied between the electrodes. However, if a high voltage is used, creeping discharge may occur at the outer periphery of the insulating tube. is there. Therefore, a small outer diameter is preferable. The outer diameter of the tube is preferably 4 mm or less, more preferably 3 mm or less, and particularly preferably 2.5 mm or less. In addition, although a lower limit is not specifically limited, For example, it is 0.1 mm.
・管の内径
絶縁管１ｂ内に同体積のガスを導入する場合、絶縁管１ｂの内径が小さいほど、通過するガスの流速が速くなるため、ガスが、絶縁管１ｂに配された電極間に滞在する時間が短くなり、ガスに付与されるエネルギー量が減少してしまう。そのため、管の内径は、出来る限り大きいものが好ましい。管の内径は、好適には０．５ｍｍ以上であり、より好適には０．７５ｍｍ以上であり、特に好適には１ｍｍ以上である。尚、上限値は特に限定されないが、例えば４ｍｍである。尚、管の外径と内径の差、即ち、管厚は、好適には０．１〜３．５ｍｍであり、より好適には０．２５〜２ｍｍであり、特に好適には０．５〜１．５ｍｍである。
-Inner diameter of the tube When introducing the same volume of gas into the insulating tube 1b, the smaller the inner diameter of the insulating tube 1b, the faster the flow rate of the gas passing therethrough, so that the gas flows between the electrodes arranged in the insulating tube 1b. The staying time is shortened and the amount of energy applied to the gas is reduced. Therefore, the inner diameter of the tube is preferably as large as possible. The inner diameter of the tube is preferably 0.5 mm or more, more preferably 0.75 mm or more, and particularly preferably 1 mm or more. The upper limit value is not particularly limited, but is 4 mm, for example. The difference between the outer diameter and the inner diameter of the pipe, that is, the pipe thickness is preferably 0.1 to 3.5 mm, more preferably 0.25 to 2 mm, and particularly preferably 0.5 to 1.5 mm.
＜電極部＞
（材質）
電極部を構成する帯状電極の材質は、導電性を有するものである限り特に限定されない。ここで「導電性」とは、例えば、導電率が１０６Ｓ／ｍ以上である材料を意味する。当該材質としては、例えば、銅、銀、ニッケル、アルミニウム、ステンレス等の金属や導電性金属酸化物、カーボン等の有機導電材料を挙げることができる。
<Electrode part>
(Material)
The material of the strip electrode which comprises an electrode part is not specifically limited as long as it has electroconductivity. Here, “conductive” means, for example, a material having a conductivity of 10 6 S / m or more. Examples of the material include metals such as copper, silver, nickel, aluminum, and stainless steel, conductive metal oxides, and organic conductive materials such as carbon.
（構造）
次に、図２及び図３を参照しながら、本形態に係る電極部１ｆの構造を説明する。
(Construction)
Next, the structure of the electrode portion 1f according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
・構成電極
図２及び図３に示すように、本形態に係る電極部は、絶縁管１ｂに配された一対の帯状電極１ｆ１及び１ｆ２から構成される。但し、少なくとも一本の帯状電極の長軸が絶縁管の軸方向に取り付けられている限り、他に何本のどのような電極が設けられていてもよい。例えば、帯状電極を３本以上絶縁管外周に設ける態様であっても、管内に棒状電極（導体棒）を設ける態様であっても、これらを組み合わせた態様であってもよい。例えば、３本以上絶縁管の外周に設ける態様に関して、３本の帯状電極を外周に設ける態様について具体的に説明する。この場合、図４に示されるように、円周断面を見たときに電極が等間隔に並ぶように、３本以上の電極を配するのが好適である。３本以上の電極を絶縁管に配し多相交流を印加することで、近隣の電極との電位差を緩和し、絶縁管外部での沿面放電を防止することが可能となる。また、絶縁管内に電極を配する場合、例えば、絶縁管内部（例えば中心軸）に導体棒を配置する様な構造も考えられる。この場合、導体棒はガラス等の絶縁体で覆うことにより、導体棒からの金属汚染を防止することが可能となる。
-Constituent electrode As shown in FIG.2 and FIG.3, the electrode part which concerns on this form is comprised from a pair of strip | belt-shaped electrodes 1f1 and 1f2 distribute | arranged to the insulating tube 1b. However, as long as the long axis of at least one strip electrode is attached in the axial direction of the insulating tube, any number of any other electrodes may be provided. For example, it may be an aspect in which three or more strip electrodes are provided on the outer periphery of the insulating tube, an aspect in which a rod-shaped electrode (conductor rod) is provided in the pipe, or an aspect in which these are combined. For example, an aspect in which three strip electrodes are provided on the outer periphery will be specifically described with respect to an aspect in which three or more insulating tubes are provided on the outer periphery. In this case, as shown in FIG. 4, it is preferable to arrange three or more electrodes so that the electrodes are arranged at equal intervals when the circumferential cross section is viewed. By arranging three or more electrodes in an insulating tube and applying multiphase alternating current, it is possible to alleviate a potential difference with neighboring electrodes and prevent creeping discharge outside the insulating tube. Moreover, when arranging an electrode in an insulating tube, the structure which arrange | positions a conductor rod inside an insulating tube (for example, central axis) is also considered, for example. In this case, it is possible to prevent metal contamination from the conductor rod by covering the conductor rod with an insulator such as glass.
・電極の配し方
図２に示すように、絶縁管単位長さあたりに対向する電極の面積を大きくするために、電極対を、少なくとも部分的に対向するように、絶縁管に螺旋状に巻きつける。電極が二本の帯状電極の場合には、完全に対向させることが好ましい。尚、管の端部においては対向していない場所が存在していてもよい（例えば、図２の態様でも管の両端部では対向していない）。尚、電極を螺旋状に配した場合、その巻き数を密にし過ぎると、絶縁管外部において隣接電極間の間隔（ピッチ）が短くなり、沿面放電する危険性が高まる。そのため、螺旋状に電極を配した場合の、隣接する電極同士の幅は、絶縁管の半径方向の最遠両端の距離より長い事が望ましい。尚、本形態では、帯状電極を螺旋状に巻き付けるよう構成したが、これには限定されず、図５に示すように、例えば、最も単純な電極の配し方としては、複数の帯状電極を絶縁管の軸方向と平行に配置してもよい。例えば、２本一対の帯状電極を、絶縁管を介して少なくとも部分的に（好適には完全に）対向するように、絶縁管の円周方向の最遠両端に、管軸と平行となるようにそれぞれ直線的に配置した態様を挙げることができる。
As shown in FIG. 2, in order to increase the area of the opposing electrode per unit length of the insulating tube, the electrode pair is spirally formed on the insulating tube so as to be opposed at least partially. Wrap around. When the electrodes are two strip electrodes, it is preferable that the electrodes are completely opposed to each other. In addition, the location which is not facing may exist in the edge part of a pipe | tube (for example, it is not facing in the both ends of a pipe | tube also in the aspect of FIG. 2). When the electrodes are arranged in a spiral shape, if the number of turns is too dense, the interval (pitch) between adjacent electrodes is shortened outside the insulating tube, and the risk of creeping discharge increases. Therefore, when the electrodes are arranged in a spiral shape, the width between adjacent electrodes is preferably longer than the distance between the farthest ends in the radial direction of the insulating tube. In the present embodiment, the belt-like electrode is configured to be wound spirally. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. You may arrange | position in parallel with the axial direction of an insulating tube. For example, two pairs of strip electrodes are parallel to the tube axis at the farthest ends in the circumferential direction of the insulating tube so as to at least partially (preferably completely) face each other through the insulating tube. Can be listed as linearly arranged.
ここで、特に金属材料を照射対象としてプラズマジェットの照射を行う場合等は、絶縁管外周に存在する電極部と照射対象物の距離が近すぎると、電極部と照射対象物との間で放電が起き、処理対象物を損傷してしまう可能性がある。この様な、管外放電による照射対象物の損傷を防ぐためには、例えば、電極部において処理対象物に最も近づく可能性が高い、プラズマ噴出口１ｂ２側の電圧印加部（図２中の１ｆ２−１）と、照射対象物との間に、予め距離を設ける構造が考えられる。例えば、電圧印加部をプラズマ噴出口から離れた部分に設けることで、予め電圧印加部と照射対象との距離をある程度離すことが出来、照射対象物の放電損傷が事故的に起きる可能性が低くなる。よって、電圧印加部とプラズマ噴出口との距離は、好適には３〜５０ｍｍ、より好適には５〜２０ｍｍ、更に好適には５〜１０ｍｍである（尚、後述するように、実施例では、図１０に示すように８ｍｍ）。 Here, especially when performing plasma jet irradiation with a metal material as the irradiation target, if the distance between the electrode part existing on the outer periphery of the insulating tube and the irradiation target object is too close, a discharge occurs between the electrode part and the irradiation target object. May occur and damage the processing target. In order to prevent the irradiation object from being damaged due to such an external discharge, for example, the voltage application part (1f2- A structure in which a distance is previously provided between 1) and the irradiation object is conceivable. For example, by providing the voltage application part in a part away from the plasma jet outlet, the distance between the voltage application part and the irradiation target can be increased to some extent in advance, and the possibility of accidental discharge damage of the irradiation target is low. Become. Therefore, the distance between the voltage application unit and the plasma jetting port is preferably 3 to 50 mm, more preferably 5 to 20 mm, and even more preferably 5 to 10 mm. 8 mm as shown in FIG.
また、本形態に係る帯状電極１ｆ１及び１ｆ２は、絶縁管の外表面に固定されている。帯状電極の固定方法としては、特に限定されず、帯状電極として銅テープを用いる等、接着成分を用いて帯状電極を絶縁管に直接貼り付けてもよい。その他にも、絶縁管に帯状電極を配したのち、外側を熱収縮チューブを始めとする絶縁材料で覆い固定するという方法も考えられる。尚、図６は、帯状電極の表面が絶縁材料で覆われ固定されている態様の断面図である。尚、帯状電極の固定方法としては、帯状電極が複数の場合でも、複数の帯状電極を同一の手段で固定する方法に限定されず、それぞれの帯状電極に対して任意の固定方法を自由に選択してよい。例えば、帯状電極１ｆ１を接着材により固定し、帯状電極１ｆ２を絶縁材料で覆って固定する等、それぞれの帯状電極を異なる方法で固定してもよい。また、図７に示すように、絶縁管の外表面に固定する手法ではなく、絶縁管内に埋め込む（帯状電極が絶縁管の内壁から露出しないように埋め込む）手法であってもよい。 Further, the strip electrodes 1f1 and 1f2 according to the present embodiment are fixed to the outer surface of the insulating tube. The method of fixing the strip electrode is not particularly limited, and the strip electrode may be directly attached to the insulating tube using an adhesive component such as using a copper tape as the strip electrode. In addition, after the strip electrode is arranged on the insulating tube, the outer side is covered and fixed with an insulating material such as a heat shrinkable tube. FIG. 6 is a cross-sectional view of a mode in which the surface of the strip electrode is covered and fixed with an insulating material. The method for fixing the strip electrodes is not limited to the method of fixing the plurality of strip electrodes by the same means even when there are a plurality of strip electrodes, and any fixing method can be freely selected for each strip electrode. You can do it. For example, each band electrode may be fixed by a different method, such as fixing the band electrode 1f1 with an adhesive and covering the band electrode 1f2 with an insulating material. Further, as shown in FIG. 7, not the method of fixing to the outer surface of the insulating tube but the method of embedding in the insulating tube (embedding so that the strip electrode is not exposed from the inner wall of the insulating tube) may be used.
・電極の幅
帯状の電極対を用いた場合、電極の幅が広いほど電極間の静電容量が大きくなり、絶縁管内での放電が起こりやすくなる。しかし、電極の幅を広くしたとき、電極の配し方によっては、絶縁管の外周での隣接する電極の間隔が短くなり、沿面放電する危険性が高まる。よって、電極の幅は、好適には０．１〜５ｍｍであり、より好適には０．１〜２ｍｍであり、特に好適には０．２５〜１．５ｍｍである。
-Width of electrode When a band-shaped electrode pair is used, the wider the electrode width, the larger the capacitance between the electrodes, and the more easily discharge occurs in the insulating tube. However, when the width of the electrode is increased, the distance between adjacent electrodes on the outer periphery of the insulating tube is shortened depending on how the electrodes are arranged, increasing the risk of creeping discharge. Therefore, the width of the electrode is preferably 0.1 to 5 mm, more preferably 0.1 to 2 mm, and particularly preferably 0.25 to 1.5 mm.
・電極の長さ
帯状電極の長さは、同一幅であれば、電極が長いほど電極間の静電容量が大きくなる。よって、帯状電極の長さは、好適には３ｃｍ以上であり、より好適には５ｃｍ以上であり、特に好適には７ｃｍ以上である。尚、上限値は特に限定されないが、例えば２００ｃｍである。
-Electrode length If the length of a strip | belt-shaped electrode is the same width, the electrostatic capacitance between electrodes will become large, so that an electrode is long. Therefore, the length of the strip electrode is preferably 3 cm or more, more preferably 5 cm or more, and particularly preferably 7 cm or more. In addition, although an upper limit is not specifically limited, For example, it is 200 cm.
・電極の厚さ
電極の厚さに関しては、電極が帯状を有する限り、特に限定されない。例えば、電極の幅は、０．０５〜３ｍｍである。
-Electrode thickness The thickness of the electrode is not particularly limited as long as the electrode has a strip shape. For example, the width of the electrode is 0.05 to 3 mm.
＜他の構成要素＞
次に、電極１ｆ１及び１ｆ２に電圧を印加する電源供給部１ｇ、対象ガス貯蔵部１ａ、当該対象ガス貯蔵部１ａから絶縁管１ｂへ対象ガスを導入するガス導入用配管１ｃ、当該対象ガス貯蔵部１ａから導入される対象ガスの圧力を調整可能な対象ガス圧力調整部（圧力調節器）１ｄ、対象ガス導入口１ｂ１を介して絶縁管１ｂ内へ導入される対象ガスの流量を調整可能な対象ガス流量調整部（流量調節器）１ｅ、及びその他の任意構成、を説明する。
<Other components>
Next, a power supply unit 1g for applying a voltage to the electrodes 1f1 and 1f2, a target gas storage unit 1a, a gas introduction pipe 1c for introducing the target gas from the target gas storage unit 1a to the insulating tube 1b, and the target gas storage unit Target gas pressure adjusting unit (pressure regulator) 1d capable of adjusting the pressure of the target gas introduced from 1a and target capable of adjusting the flow rate of the target gas introduced into the insulating tube 1b via the target gas inlet 1b1 The gas flow rate adjuster (flow rate adjuster) 1e and other optional configurations will be described.
（電源供給部）
本形態では、電源供給部１ｇは、時間と共に変化する電圧（好適には、一定周期で変化する、正弦波電圧やパルス電圧等の交流電圧）を一対の帯状電極間に印加し、絶縁管内に大気圧下でグロー放電を生起させる手段である。交流電圧を印加した場合においては、一方の帯状電極をアースしてもよいし系を環境電位から浮かせてよい（図２は系を環境電位から浮かせた態様である）。これらの内、電撃の少ないプラズマが生成出来る点で、系を環境電位から浮かせることが好適である。更に、一対の帯状電極間に交流電圧を印加しつつ、絶縁管の中心軸に導体棒を配し、当該導体棒にバイアス電圧を印加したりアースとしたりするように構成してもよい。導体棒を入れることで、内径を大きくしても対向する電極の実質の距離を小さくできる、という効果を有する。また、バイアス電圧を印加することで、電極間の最大電位差を大きくすることが可能となる。帯状電極を１本のみ用いる場合にも、当該帯状電極と合わせて絶縁管内部に導体棒を設置するような構造が考えられる。この際、当該帯状電極及び当該導体棒を共に接地して、当該帯状電極又は当該導体棒に交流電圧を印加してもよい。又は、当該帯状電極、当該導体棒、及び交流電圧電源を導線で繋いだ後、系を環境電位から浮かせて交流電圧を印加してもよい。また、ｎ（ｎ＞２）本の帯状電極を絶縁管の外周に配する場合は、交流電圧電源として、ｎ相交流電源を用いる態様が考えられる。また、電源供給部１ｇは、印加する電圧を制御する機能を有していてもよい｛例えば、最大電圧及び／又は周波数を高くしておき、ある条件を充足したとき（例えば、一定時間が経過した後やグロー放電が確認できた場合等）、最大電圧及び／又は周波数を低くするよう制御する｝。以下、交流電圧として、正弦波交流電圧とパルス電圧とを例に採り、電圧印加手法を具体的に説明する。
(Power supply unit)
In this embodiment, the power supply unit 1g applies a voltage that changes with time (preferably, an alternating voltage such as a sine wave voltage or a pulse voltage that changes at a constant cycle) between the pair of strip electrodes, It is a means for causing glow discharge under atmospheric pressure. When an AC voltage is applied, one of the strip electrodes may be grounded, or the system may be floated from the environmental potential (FIG. 2 shows a mode in which the system is floated from the environmental potential). Among these, it is preferable to float the system from the environmental potential in that plasma with less electric shock can be generated. Further, a conductor rod may be arranged on the central axis of the insulating tube while applying an alternating voltage between the pair of strip electrodes, and a bias voltage may be applied to the conductor rod or grounded. By inserting the conductor rod, there is an effect that even if the inner diameter is increased, the substantial distance between the opposing electrodes can be reduced. In addition, the maximum potential difference between the electrodes can be increased by applying a bias voltage. Even when only one strip electrode is used, a structure in which a conductor rod is installed inside the insulating tube together with the strip electrode can be considered. At this time, both the strip electrode and the conductor rod may be grounded, and an AC voltage may be applied to the strip electrode or the conductor rod. Or after connecting the said strip | belt-shaped electrode, the said conductor rod, and alternating voltage power supply with a conducting wire, you may float a system from environmental potential and apply an alternating voltage. Moreover, when arrange | positioning n (n> 2) strip | belt-shaped electrodes on the outer periphery of an insulating tube, the aspect using an n-phase alternating current power supply can be considered as an alternating voltage power supply. Further, the power supply unit 1g may have a function of controlling the voltage to be applied {for example, when the maximum voltage and / or frequency is increased and a certain condition is satisfied (for example, a certain time has elapsed). Control the lowering of the maximum voltage and / or frequency}. Hereinafter, a sine wave AC voltage and a pulse voltage will be taken as examples of the AC voltage, and the voltage application method will be specifically described.
・正弦波交流電圧
電圧
正弦波交流電圧の最大電圧は、高すぎるとグロー放電からアーク放電になってしまい絶縁管等を損傷させる場合があり、低すぎるとグロー放電を生起させない場合がある。また、印加電圧が高すぎる場合には、絶縁管外周の隣接する帯状電気間で沿面放電が発生してしまう可能性がある。よって、最大電圧は、好適には５〜２５ｋＶであり、より好適には６〜１５ｋＶであり、特に好適には７〜１２ｋＶである。
・ Sine wave AC voltage
If the maximum voltage of the voltage sine wave AC voltage is too high, the glow discharge may cause an arc discharge, which may damage the insulating tube and the like, and if it is too low, the glow discharge may not occur. If the applied voltage is too high, creeping discharge may occur between adjacent strip-shaped electricity on the outer periphery of the insulating tube. Therefore, the maximum voltage is preferably 5 to 25 kV, more preferably 6 to 15 kV, and particularly preferably 7 to 12 kV.
周波数
印加する周波数は、特に制限はなく、数ｋＨｚの低周波から数十ｋＨｚ或いはＭＨｚ単位の高周波まで適用できる。しかし、周波数が高くなるほど絶縁が困難になるため、高周波数電源を用いる場合には、絶縁管外周部で放電が起こらない工夫が必要である。よって、周波数は、好適には５ｋＨｚ〜５ＭＨｚであり、より好適には５ｋＨｚ〜１ＭＨｚであり、特に好適には１０〜３０ｋＨｚである。図８は、一対の帯状電極間に正弦波交流電圧を印加した際のタイミングチャート例である。
The frequency to be applied is not particularly limited, and can be applied from a low frequency of several kHz to a high frequency of several tens of kHz or MHz. However, since the insulation becomes more difficult as the frequency becomes higher, when using a high frequency power supply, it is necessary to devise a technique that does not cause discharge at the outer periphery of the insulating tube. Therefore, the frequency is preferably 5 kHz to 5 MHz, more preferably 5 kHz to 1 MHz, and particularly preferably 10 to 30 kHz. FIG. 8 is an example of a timing chart when a sinusoidal AC voltage is applied between a pair of strip electrodes.
・パルス電圧
電圧
パルス電圧の最大電圧も、高すぎるとグロー放電からアーク放電になってしまい絶縁管等を損傷させる場合があり、低すぎるとグロー放電を生起させない場合がある。尚、好適電圧等は正弦波交流電圧での数値と同一である。
・ Pulse voltage
If the maximum voltage of the voltage pulse voltage is too high, the glow discharge may change to arc discharge, which may damage the insulating tube and the like, and if it is too low, the glow discharge may not occur. Note that the preferred voltage and the like are the same as those for the sinusoidal AC voltage.
周波数
正弦波交流電圧印加時と同様、印加する周波数に、特に周波数の制限は無く、低周波から高周波まで適用可能である。周波数が高くなると絶縁が困難になるのも正弦波交流電圧印加時と同様である。尚、好適周波数等は正弦波交流電圧での数値と同一である。図９は、一対の帯状電極間にパルス電圧をタイミングチャート例である。
As in the case of applying the frequency sine wave AC voltage, the frequency to be applied is not particularly limited, and can be applied from a low frequency to a high frequency. As the frequency increases, insulation becomes difficult as in the case of applying a sinusoidal AC voltage. The preferred frequency and the like are the same as those for the sinusoidal AC voltage. FIG. 9 is an example of a timing chart showing a pulse voltage between a pair of strip electrodes.
（対象ガス貯留部）
・適用可能なガスの種類
対象ガス貯留部は、プラズマ対象となるガス源を貯留する手段である。ここで、貯留対象となるガス源は、特に限定されず、例えば、単原子ガス、例えば、ヘリウムやアルゴン等；多原子ガス、例えば、酸素、二酸化炭素、窒素、水素等；複数の成分からなる混合ガス、例えば、空気、前記の単原子分子や前記の多原子分子の任意の組み合わせに係る混合ガス等；が挙げられる。
(Target gas storage part)
-Applicable gas type The target gas reservoir is a means for storing a gas source to be a plasma target. Here, the gas source to be stored is not particularly limited, and is, for example, a monoatomic gas such as helium or argon; a polyatomic gas such as oxygen, carbon dioxide, nitrogen, hydrogen, or the like; A mixed gas such as air, a mixed gas according to any combination of the above monoatomic molecules and the above polyatomic molecules, and the like.
（対象ガス圧力調整部）
対象ガス圧力調整部１ｄは、対象ガス貯留部から導入されるガスの圧力を調整する機能を有する。ここで、対象ガス圧力調整部（例えば、単純な手動式バルブでもよいし、電気的に制御するものであってもよい）は、大まかなガス流量を設定するよう機能し、対象ガス流量調整部は、細かなガス流量を調整するよう機能（制御）する。尚、対象ガス圧力調整部の調整次第では、後述する対象ガス流量調整部は不要となる。
(Target gas pressure adjustment unit)
The target gas pressure adjusting unit 1d has a function of adjusting the pressure of the gas introduced from the target gas storage unit. Here, the target gas pressure adjusting unit (for example, a simple manual valve or an electrically controlled valve) functions to set a rough gas flow rate, and the target gas flow rate adjusting unit Functions (controls) to adjust fine gas flow rate. Note that, depending on the adjustment of the target gas pressure adjusting unit, the target gas flow rate adjusting unit, which will be described later, becomes unnecessary.
（対象ガス流量調整部）
対象ガス流量調整部１ｅは、絶縁管に導入するガスの流量を適切な量に調整する機能を有する。また、対象ガス流量調整部は、ガス流量を測定する機能を有してもよい。対象ガス流量調整部は、例えば、マスフローメータを用いて、電気的に対象ガス流量を制御してもよいし、ロータメータを用いて、手動で対象ガス流量を制御してもよい。
(Target gas flow adjustment part)
The target gas flow rate adjusting unit 1e has a function of adjusting the flow rate of the gas introduced into the insulating tube to an appropriate amount. In addition, the target gas flow rate adjustment unit may have a function of measuring the gas flow rate. For example, the target gas flow rate adjusting unit may electrically control the target gas flow rate using a mass flow meter, or may manually control the target gas flow rate using a rotameter.
（ガス導入用配管）
腐食性のガスを利用する場合も踏まえ、対象ガス貯留部から絶縁管へと対象ガスを導入する際に、配管の入り口側と出口側とで、対象ガスの流量や、対象ガスの品質、が大きく変化しないように設計された配管が望ましい。尚、腐食性のガスの場合には、耐食性の材料を用いることが好適である。例えば、材料がプラスチック｛例えば、テフロン（登録商標）チューブといった、フッ素系樹脂チューブ｝である、円筒系のチューブが好適である。
(Pipe for gas introduction)
Considering the use of corrosive gas, when introducing the target gas from the target gas reservoir to the insulation pipe, the flow rate of the target gas and the quality of the target gas are different between the inlet side and the outlet side of the pipe. Piping designed so as not to change significantly is desirable. In the case of a corrosive gas, it is preferable to use a corrosion-resistant material. For example, a cylindrical tube whose material is plastic {for example, a fluororesin tube such as a Teflon (registered trademark) tube} is preferable.
（任意構成）
・絶縁管外部に設置する絶縁層
絶縁管外部における沿面放電を防ぐために、少なくとも電極を絶縁性の材料で覆ってもよい。そのような材料として、例えば、エポキシ、シリコン等の絶縁性接着剤を挙げることができる。ここで、前述の固定方法の欄でも説明したように、図６は、帯状電極の表面が絶縁材料で覆われ固定されている態様の断面図である。その具体的手法としては、これも前述したように、絶縁管に帯状電極を配したのち、外側を熱収縮チューブを始めとする絶縁材料で覆い固定するという方法を挙げることができる。
(Optional configuration)
-Insulating layer installed outside the insulating tube In order to prevent creeping discharge outside the insulating tube, at least the electrode may be covered with an insulating material. Examples of such materials include insulating adhesives such as epoxy and silicon. Here, as described in the above-described fixing method column, FIG. 6 is a cross-sectional view of a mode in which the surface of the strip electrode is covered and fixed with an insulating material. As a specific method, as described above, after the strip electrode is arranged on the insulating tube, the outside is covered and fixed with an insulating material such as a heat shrinkable tube.
・絶縁管外部に設置する絶縁ガス層
絶縁管の外周面を絶縁性の材料で覆う代わりに、絶縁管外周を、ＳＦ６やＣＯ２等の、絶縁ガス雰囲気にする事でも沿面放電を防ぐことが出来る。絶縁管外周に絶縁ガス雰囲気を構成するためには、例えば、吹き付け、外壁を更に設けてこれらガスを閉じ込める方法等が考えられる。
- the outer circumferential surface of the insulating gas layer insulating tube to be installed in an insulating tube externally instead of covering with an insulating material, an insulating tube outer periphery, such as SF 6 and CO 2, to prevent even creeping discharge By the insulating gas atmosphere I can do it. In order to construct an insulating gas atmosphere on the outer periphery of the insulating tube, for example, a method of confining these gases by spraying and further providing an outer wall can be considered.
≪用途≫
使用するガスは、前記のように、単原子ガス、多原子ガス又は混合ガスといった、あらゆる気体を適用できる。それ故、本形態のプラズマ処理装置は、例えば、コーティング処理、親水化処理、撥水化処理、殺菌処理等、多様なプラズマ処理に用いる事が出来る。処理対象物は、例えば、金属、半導体、布、繊維、スポンジ素材、多孔質素材、中空糸膜、生体等が考えられる。
≪Usage≫
As described above, any gas such as a monoatomic gas, a polyatomic gas, or a mixed gas can be used as the gas to be used. Therefore, the plasma processing apparatus of this embodiment can be used for various plasma processing such as coating processing, hydrophilization processing, water repellency processing, and sterilization processing. Examples of the object to be treated include metal, semiconductor, cloth, fiber, sponge material, porous material, hollow fiber membrane, and living body.
以下、図１及び図２を用いて、本発明の実施例を詳述する。尚、本発明の技術的範囲は本実施例には限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The technical scope of the present invention is not limited to this embodiment.
≪対象ガスプラズマジェットを用いた銅板の表面改質（ぬれ性向上）≫
｛使用装置｝
本実施例に係る、絶縁管及び帯状電極の形態を図１０に示す。尚、基本的な装置構成は図１に示した通りである。本実験では、絶縁管１ｂとして、外径２ｍｍ、内径１ｍｍ、長さ１１５ｍｍであり、直線状且つ円筒形状の石英ガラス管を用意した。帯状電極１ｆ１及び１ｆ２として、長さ９ｃｍ、幅０．５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、の銅テープを用意した。隣接する電極間の幅（ピッチ）が１ｍｍであるような螺旋状に、当該一対の帯状電極を対向するように絶縁管１ｂに配した。この際、当該一対の帯状電極が絶縁管上に螺旋状として存在する長さは、絶縁管の管軸方向の長さでおよそ７５ｍｍとなった。また、当該一対の帯状電極と電源供給部１ｇとを電気的に接続する部位を設けるために、各々の帯状電極の端部において、図１０に見られるような１ｃｍ幅の電圧印加部（図１０中の１ｆ１−１及び１ｆ２−１）を設けた。また、プラズマ噴出口１ｂ２から、プラズマ噴出口１ｂ２側の当該電圧印加部１ｆ２−１までの距離を８ｍｍとした。また、対象ガス貯留部１ａから対象ガス導入口１ｂ１まで対象ガスを導入する配管１ｃの材料は、プラスチックとした。
≪Surface modification of copper plate using target gas plasma jet (improvement of wettability) ≫
{Usage device}
The form of the insulating tube and the strip electrode according to this embodiment is shown in FIG. The basic device configuration is as shown in FIG. In this experiment, a linear and cylindrical quartz glass tube having an outer diameter of 2 mm, an inner diameter of 1 mm, and a length of 115 mm was prepared as the insulating tube 1b. As the strip electrodes 1f1 and 1f2, copper tapes having a length of 9 cm, a width of 0.5 mm, and a thickness of 0.1 mm were prepared. The pair of strip electrodes were arranged on the insulating tube 1b in a spiral shape such that the width (pitch) between adjacent electrodes was 1 mm. At this time, the length in which the pair of strip-like electrodes exist as a spiral on the insulating tube was about 75 mm in the tube axis direction of the insulating tube. Further, in order to provide a portion for electrically connecting the pair of strip electrodes and the power supply unit 1g, a voltage application unit having a width of 1 cm as shown in FIG. Middle 1f1-1 and 1f2-1) were provided. Further, the distance from the plasma jet port 1b2 to the voltage application unit 1f2-1 on the plasma jet port 1b2 side was set to 8 mm. The material of the pipe 1c for introducing the target gas from the target gas reservoir 1a to the target gas inlet 1b1 is plastic.
｛実験条件｝
当該電源供給部１ｇを用いて、帯状電極１ｆ１及び１ｆ２間に、周波数１６ｋＨｚ、最大電圧９ｋＶの正弦波交流電圧を印加した。尚、本実施例においては、図２に示すように、系を環境電位から浮かせた状態で正弦波交流電圧を印加した。対象ガス圧力調整部（圧力調節器）１ｄにより、対象ガス貯留部１ａから導出される対象ガスのガス圧力が十分となるよう調整した後、対象ガス流量調整部（流量調節器）１ｅにより、対象ガス導入部１ｂ１に導入されるガスの流量が２Ｌ／ｍｉｎとなるよう調整した。本実験にてプラズマ化する対象ガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素、酸素、二酸化炭素、の単一ガス、アルゴンと酸素の１対１混合ガス、及びアルゴンと二酸化炭素の１対１混合ガスとした。
{Experimental conditions}
A sinusoidal AC voltage having a frequency of 16 kHz and a maximum voltage of 9 kV was applied between the strip electrodes 1f1 and 1f2 using the power supply unit 1g. In this embodiment, as shown in FIG. 2, a sinusoidal AC voltage was applied with the system floating from the environmental potential. After adjusting the target gas pressure adjusting unit (pressure regulator) 1d so that the gas pressure of the target gas derived from the target gas storage unit 1a is sufficient, the target gas flow rate adjusting unit (flow rate regulator) 1e The flow rate of the gas introduced into the gas introduction part 1b1 was adjusted to 2 L / min. The target gas to be converted into plasma in this experiment was a single gas of helium, argon, nitrogen, oxygen, carbon dioxide, a 1: 1 mixed gas of argon and oxygen, and a 1: 1 mixed gas of argon and carbon dioxide. .
｛実験結果｝
（評価１：プラズマ発生試験）
図１１〜図１５に、各々、ヘリウム、アルゴン、窒素、酸素、二酸化炭素の対象ガスをプラズマ化した際の写真を示す。いずれのガスを用いた場合においても、当該対象ガスが絶縁管１ｂ内にてプラズマ化され、プラズマ噴出口１ｂ２から低温且つ電撃のない、ダメージフリープラズマジェットが噴出されることが確認された。
{Experimental result}
(Evaluation 1: Plasma generation test)
FIGS. 11 to 15 show photographs when the target gases of helium, argon, nitrogen, oxygen, and carbon dioxide are turned into plasma, respectively. In any case, it was confirmed that the target gas was turned into plasma in the insulating tube 1b, and a low temperature, no electric shock, damage free plasma jet was ejected from the plasma ejection port 1b2.
（評価２：ぬれ性変化試験）
次に、当該対象ガスから生成されたプラズマジェットの表面改質効果を検討するために、銅板にプラズマジェットを照射した際の、銅板のぬれ性の変化を調査した。本実施例に係る、ガスプラズマジェット照射による銅板のぬれ性改質の評価方法の概略図を図１６に示す。同図に示されるように、銅板に水滴を滴下した際の、水滴の接触角を計測し、その接触角をもってぬれ性の評価とした。プラズマ噴出口からプラズマジェット照射対象までの距離は２ｍｍとし、銅板に１分間のプラズマジェット照射を行った後、プラズマ照射部分に水滴を滴下した。尚、未処理状態の銅板に滴下された水滴の接触角はおよそ８１°であった。対象ガス種毎の、対象ガスプラズマジェット照射後の、銅板のぬれ性変化を図１７に示す。同図に示されるように、当該対象ガスプラズマジェットにおいて、銅板のぬれ性改善効果が最も高かったのはアルゴンガスプラズマジェットであり、水滴の接触角はおよそ１２°程度となり、未処理の銅板に比較し銅板のぬれ性が大きく改善されたことがわかる。ぬれ性の改善効果が最も少なかった窒素ガスプラズマジェットにおいても、水滴の接触角はおよそ６０°程度となり、未処理の銅板と比較し銅板のぬれ性が改善された。いずれの当該対象ガスを用いたプラズマジェットを照射した場合でも、銅板上に滴下された水滴の接触角は低下し、銅板のぬれ性は向上したといえる。
(Evaluation 2: Wettability change test)
Next, in order to examine the surface modification effect of the plasma jet generated from the target gas, the change in the wettability of the copper plate when the plasma jet was irradiated to the copper plate was investigated. FIG. 16 shows a schematic diagram of an evaluation method for wettability modification of a copper plate by gas plasma jet irradiation according to this example. As shown in the figure, the contact angle of the water droplet when the water droplet was dropped on the copper plate was measured, and the wettability was evaluated based on the contact angle. The distance from the plasma jet outlet to the plasma jet irradiation target was 2 mm, and after performing plasma jet irradiation for 1 minute on the copper plate, water droplets were dropped on the plasma irradiated portion. In addition, the contact angle of the water droplet dripped on the copper plate of an unprocessed state was about 81 degrees. FIG. 17 shows the change in wettability of the copper plate after irradiation with the target gas plasma jet for each target gas type. As shown in the figure, the argon gas plasma jet has the highest wettability improvement effect of the copper plate in the target gas plasma jet, and the contact angle of the water droplet is about 12 °. It can be seen that the wettability of the copper plate was greatly improved. Even in the nitrogen gas plasma jet that had the least wettability improvement effect, the contact angle of the water droplets was about 60 °, and the wettability of the copper plate was improved as compared with the untreated copper plate. Even when the plasma jet using any of the target gases is irradiated, it can be said that the contact angle of water droplets dropped on the copper plate is reduced and the wettability of the copper plate is improved.
以上のように、本実施例にて、一対の帯状電極を螺旋状に配した絶縁管を用いて、複数の対象ガスを大気圧下でプラズマ化し、電極からのコンタミネーションのない、低温のプラズマジェットを生成した。合わせて、当該プラズマジェット装置を用いることで、当該対象ガスのガス種によらずプラズマ化が可能であり、また生成されたプラズマジェットが、当該対象ガスのガス種によらず、表面改質を引き起こすのに必要な反応性を有していることが確認された。 As described above, in this embodiment, a plurality of target gases are converted to plasma under atmospheric pressure using an insulating tube in which a pair of strip electrodes are arranged in a spiral shape, and there is no contamination from the electrodes. Generated a jet. In addition, by using the plasma jet device, it is possible to make a plasma regardless of the gas type of the target gas, and the generated plasma jet is subjected to surface modification regardless of the gas type of the target gas. It was confirmed to have the reactivity necessary to cause.
Claims (3)
少なくとも一の帯状電極が、絶縁管外周に沿設又は絶縁管内に封設されており、且つ、帯状電極の長軸が対象ガス導入口からプラズマ噴出口への方向に配されている電極部、及び
時間と共に変化する電圧を電極部に印加し、絶縁管内に大気圧下でグロー放電を生起させる電源供給部
を有する、マルチガスプラズマジェット発生装置。 An insulating tube having a target gas introduction port into which the target gas is introduced, and a plasma jet port for ejecting gas plasma generated from the target gas to the outside;
At least one strip-shaped electrode is provided along or along the outer periphery of the insulating tube, and the long axis of the strip-shaped electrode is arranged in the direction from the target gas inlet to the plasma jet port; And a multi-gas plasma jet generator having a power supply section that applies a voltage that changes with time to the electrode section and causes glow discharge in an insulating tube under atmospheric pressure.
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