JP2013251129A - Atmospheric-pressure plasma generating device and atmospheric-pressure plasma generating method - Google Patents

Atmospheric-pressure plasma generating device and atmospheric-pressure plasma generating method Download PDF

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正史 松森
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an atmospheric-pressure plasma generating device capable of minimize variation of plasma energy output from plural atmospheric-pressure plasma generating devices.SOLUTION: An atmospheric-pressure plasma generating device 10 includes: a discharge tube 14 through which discharge gas flows; an antenna 16 connected to a high-frequency power source 12 to supply high-frequency power to the discharge tube 14; and a matching circuit 18 for matching impedance between the high-frequency power source 12 and the antenna 16. The matching circuit 18 includes: a first matching circuit section 18a connected in parallel to the antenna 16; and a second matching circuit section 18b connected in series to the antenna 16. The first matching circuit section 18a is configured including a coil or corrugated plate wiring member 24, 24' having inductance component and a variable capacitor 22 connected to each other in series.

Description

本発明は、大気圧プラズマ発生装置および大気圧プラズマ発生方法に関する。   The present invention relates to an atmospheric pressure plasma generation apparatus and an atmospheric pressure plasma generation method.

従来より、放電ガスが流れる放電管に高周波電力を供給することにより、放電管から大気圧プラズマを発生させる大気圧プラズマ発生装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された大気圧プラズマ発生装置は、コンパクト化(小型化)されており、放電管近傍に配置されたアンテナと、アンテナに接続されて該アンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、高周波電源とアンテナとのインピーダンス整合をとるための整合回路とを有する。整合回路は、アンテナと直列に接続され、インダクタンスとキャパシタンスから構成される直列整合回路部と、アンテナと並列に接続され、キャパシタンスとから構成される並列整合回路部とを有する。このような構成の整合回路が高周波電源とアンテナとのインピーダンス整合を適切にとることにより、高周波電源からアンテナに高周波電力が高効率に供給される。   2. Description of the Related Art Conventionally, an atmospheric pressure plasma generator that generates atmospheric pressure plasma from a discharge tube by supplying high-frequency power to a discharge tube through which discharge gas flows is known (see, for example, Patent Document 1). The atmospheric pressure plasma generator described in Patent Document 1 is compact (downsized), an antenna disposed in the vicinity of a discharge tube, a high-frequency power source connected to the antenna and supplying high-frequency power to the antenna, And a matching circuit for impedance matching between the high frequency power source and the antenna. The matching circuit includes a series matching circuit unit that is connected in series with the antenna and includes an inductance and a capacitance, and a parallel matching circuit unit that is connected in parallel with the antenna and includes a capacitance. The matching circuit having such a configuration appropriately matches the impedance between the high-frequency power source and the antenna, whereby high-frequency power is supplied from the high-frequency power source to the antenna with high efficiency.

特開2009−259626号公報JP 2009-259626 A

ところで、製造された複数の大気圧プラズマ発生装置それぞれが発生するプラズマのエネルギは、装置の機差(固体差)によって異なる。例えば、高周波電源からアンテナに供給される高周波電流が流れる回路における配線の寄生リアクタンスや回路抵抗などのバラツキにより、複数の大気圧プラズマ発生装置のプラズマのエネルギのバラツキが生じる。   By the way, the energy of plasma generated by each of a plurality of produced atmospheric pressure plasma generators varies depending on the machine difference (solid difference) of the apparatuses. For example, variations in plasma energy of a plurality of atmospheric pressure plasma generators occur due to variations in parasitic reactance of wiring and circuit resistance in a circuit through which a high-frequency current supplied from a high-frequency power source to an antenna flows.

そこで、本発明は、複数の大気圧プラズマ発生装置のプラズマのエネルギのバラツキを低減することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to reduce the variation in plasma energy of a plurality of atmospheric pressure plasma generators.

上述の課題を解決するために、本発明の第1の態様によれば、高周波電力を発生する高周波電源と、放電ガスが流れる放電管と、高周波電源に接続され、放電管に高周波電力を供給するアンテナと、高周波電源とアンテナとのインピーダンス整合をとるための整合回路とを有し、整合回路が、アンテナに並列に接続された第1の整合回路部と、アンテナに直列に接続された第2の整合回路部とを備え、第1の整合回路部が、インダクタンス成分を有するコイル状または波板状の配線部材と可変コンデンサとを直列に接続することによって構成されている、大気圧プラズマ発生装置が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to the first aspect of the present invention, a high-frequency power source that generates high-frequency power, a discharge tube through which discharge gas flows, and a high-frequency power source connected to the discharge tube are supplied with high-frequency power And a matching circuit for impedance matching between the high-frequency power source and the antenna, the matching circuit being connected in parallel to the antenna, a first matching circuit unit connected in series to the antenna Two matching circuit sections, and the first matching circuit section is configured by connecting a coiled or corrugated wiring member having an inductance component and a variable capacitor in series, and generating atmospheric pressure plasma. An apparatus is provided.

本発明の第2の態様によれば、第1の整合回路部の配線部材が、熱を吸収する芯材に巻回されたコイルで構成されている、第1の態様に記載の大気圧プラズマ発生装置が提供される。   According to the second aspect of the present invention, the atmospheric pressure plasma according to the first aspect, wherein the wiring member of the first matching circuit unit is configured by a coil wound around a core material that absorbs heat. A generator is provided.

本発明の第3の態様によれば、芯材が筒状であって、コイルが筒状の芯材の外周面に巻回されている、第2の態様に記載の大気圧プラズマ発生装置が提供される。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the atmospheric pressure plasma generator according to the second aspect, wherein the core material is cylindrical and the coil is wound around the outer peripheral surface of the cylindrical core material. Provided.

本発明の第4の態様によれば、第2の整合回路部が高周波電力の位相を調整するためのコイルを有し、第1の整合回路部のコイルの少なくとも一部と第2の整合回路部のコイルの少なくとも一部とが共通の芯材に巻回されている、第2または第3の態様に記載の大気圧プラズマ発生装置が提供される。   According to the fourth aspect of the present invention, the second matching circuit unit has a coil for adjusting the phase of the high-frequency power, and at least a part of the coil of the first matching circuit unit and the second matching circuit The atmospheric pressure plasma generator according to the second or third aspect is provided in which at least a part of the coil of the part is wound around a common core material.

本発明の第5の態様によれば、大気圧下でプラズマを発生する大気圧プラズマ発生方法であって、高周波電源に接続されたアンテナを介して放電ガスが流れる放電管に高周波電源が発生した高周波電力を供給することによりプラズマを発生させ、アンテナに並列に接続された第1の整合回路部およびアンテナに直列に接続された第2の整合回路部によって高周波電源とアンテナとのインピーダンス整合をとり、第1の整合回路部が、インダクタンス成分を有するコイル状または波板状の配線部材と可変コンデンサとを直列に接続することによって構成されている、大気圧プラズマ発生方法が提供される。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an atmospheric pressure plasma generation method for generating plasma under atmospheric pressure, wherein a high frequency power source is generated in a discharge tube through which discharge gas flows via an antenna connected to the high frequency power source. Plasma is generated by supplying high-frequency power, and impedance matching between the high-frequency power source and the antenna is performed by the first matching circuit unit connected in parallel to the antenna and the second matching circuit unit connected in series to the antenna. There is provided an atmospheric pressure plasma generation method in which the first matching circuit unit is configured by connecting a coiled or corrugated wiring member having an inductance component and a variable capacitor in series.

本発明によれば、アンテナと並列に接続された、インダクタンス成分を有するコイル状または波板状の配線部材と可変コンデンサとを直列に接続することによって構成されている第1の整合回路部により、高周波電源からアンテナに供給される高周波電力が流れる回路における配線の寄生リアクダンスや回路抵抗などのバラツキによって生じる、複数の大気圧プラズマ発生装置それぞれから出力されるプラズマのエネルギのバラツキを低減することができる。   According to the present invention, the first matching circuit unit configured by connecting the coiled or corrugated wiring member having the inductance component and the variable capacitor connected in series with the antenna in series, It is possible to reduce variations in plasma energy output from each of a plurality of atmospheric pressure plasma generators caused by variations in wiring parasitic reactance and circuit resistance in a circuit through which high-frequency power supplied from a high-frequency power source to an antenna flows. .

本発明の一実施の形態に係る大気圧プラズマ発生装置の回路図1 is a circuit diagram of an atmospheric pressure plasma generator according to an embodiment of the present invention. 大気圧プラズマ発生装置の比較例および実施例の簡素化された回路図Simplified circuit diagram of comparative example and example of atmospheric pressure plasma generator 比較例と実施例の第1の整合回路部における寄生インダクタンスとキャパシタンスとの関係を示すグラフ図The graph which shows the relationship between the parasitic inductance and capacitance in the 1st matching circuit part of a comparative example and an Example 比較例と実施例の第2の整合回路部における回路抵抗と第1の整合回路部のキャパシタンスとの関係を示すグラフ図The graph which shows the relationship between the circuit resistance in the 2nd matching circuit part of a comparative example and an Example, and the capacitance of a 1st matching circuit part 大気圧プラズマ発生装置の構造を示す図Diagram showing the structure of the atmospheric pressure plasma generator コイルを巻回する芯材と芯材を収容するコイルケースの斜視図The perspective view of the coil material which accommodates the core material and core material which wind a coil 本発明の別の実施の形態に係る大気圧プラズマ発生装置の構造を示す図The figure which shows the structure of the atmospheric pressure plasma generator which concerns on another embodiment of this invention コイルを巻回する芯材と芯材の両端を支持する支持部材の斜視図The perspective view of the supporting member which supports the core material which winds a coil, and the both ends of a core material

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係る大気圧プラズマ発生装置の回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram of an atmospheric pressure plasma generator according to an embodiment of the present invention.

大気圧プラズマ発生装置10は、大気圧条件下でプラズマを発生させる装置であって、図1に示すように、高周波電力を発生する高周波電源12と、放電ガスが流れる放電管14と、高周波電源12に接続され、放電管14に高周波電力を供給するアンテナ16と、高周波電源12とアンテナ16とのインピーダンス整合をとるための整合回路18とを有する。   The atmospheric pressure plasma generator 10 is an apparatus for generating plasma under atmospheric pressure conditions, and as shown in FIG. 1, a high frequency power source 12 that generates high frequency power, a discharge tube 14 through which discharge gas flows, and a high frequency power source. 12, an antenna 16 for supplying high-frequency power to the discharge tube 14, and a matching circuit 18 for impedance matching between the high-frequency power source 12 and the antenna 16.

高周波電源12は高周波電力を発生し、その発生した高周波電力を高周波電源12に接続されたアンテナ16に供給する。   The high frequency power source 12 generates high frequency power and supplies the generated high frequency power to an antenna 16 connected to the high frequency power source 12.

放電管14は、放電ガスが流れる管状部材であって、高周波電源12からアンテナ16を介して高周波電力を供給されることによりプラズマを発生させる。   The discharge tube 14 is a tubular member through which discharge gas flows, and generates plasma when high-frequency power is supplied from the high-frequency power source 12 via the antenna 16.

アンテナ16は、放電管14近傍に設けられ、高周波電源12から供給された高周波電力を放電管14に供給する。   The antenna 16 is provided in the vicinity of the discharge tube 14 and supplies high-frequency power supplied from the high-frequency power source 12 to the discharge tube 14.

整合回路18は、高周波電源12とアンテナ16とのインピーダンス整合をとるための回路であって、アンテナ16に並列に接続された第1の整合回路部18aと、アンテナ16に直列に接続された第2の整合回路18bとを有する。   The matching circuit 18 is a circuit for impedance matching between the high-frequency power source 12 and the antenna 16, and includes a first matching circuit unit 18 a connected in parallel to the antenna 16 and a first connection connected in series to the antenna 16. 2 matching circuits 18b.

第1の整合回路部18aは、静電容量が一定の固定コンデンサ20と静電容量が調整可能な可変コンデンサ22との並列回路に対してコイル24を直列に接続することにより構成されている。第1の整合回路18aにおけるコイル24の一方の端子は固定コンデンサ20と可変コンデンサ22との並列回路に対して接続され、他方の端子は第2の整合回路18bと高周波電源12の出力端子とに電気的に接続されている。また、アンテナ16に並列に接続される第1の整合回路18aにおけるコイル24に接続されている端子とは反対側の固定コンデンサ20の端子および可変コンデンサ22の端子がGNDに対して電気的に接続されている。   The first matching circuit unit 18a is configured by connecting a coil 24 in series to a parallel circuit of a fixed capacitor 20 having a constant capacitance and a variable capacitor 22 having an adjustable capacitance. One terminal of the coil 24 in the first matching circuit 18 a is connected to the parallel circuit of the fixed capacitor 20 and the variable capacitor 22, and the other terminal is connected to the second matching circuit 18 b and the output terminal of the high frequency power supply 12. Electrically connected. In addition, the terminal of the fixed capacitor 20 and the terminal of the variable capacitor 22 on the opposite side to the terminal connected to the coil 24 in the first matching circuit 18a connected in parallel to the antenna 16 are electrically connected to GND. Has been.

第2の整合回路部18bは、アンテナ16に対して、コイル26、28、および可変コンデンサ36を直列に接続することにより構成されている。厳密に言えば、アンテナ16が、第2の整合回路18bにおけるコイル28と、可変コンデンサ36との間に配置されている。コイル28に接続されているコイル26のコイル28とは反対側の端子が、高周波電源12の出力端子に対して電気的に接続されている。また、第2の整合回路18bにおける可変コンデンサ36のアンテナ16とは反対側の端子がGNDに対して電気的に接続されている。   The second matching circuit unit 18 b is configured by connecting the coils 26 and 28 and the variable capacitor 36 in series to the antenna 16. Strictly speaking, the antenna 16 is disposed between the coil 28 and the variable capacitor 36 in the second matching circuit 18b. The terminal on the opposite side of the coil 28 connected to the coil 28 is electrically connected to the output terminal of the high frequency power supply 12. Further, the terminal on the opposite side of the variable capacitor 36 to the antenna 16 in the second matching circuit 18b is electrically connected to GND.

このような整合回路18において、コイル24、26、28のインダクタンスと、固定コンデンサ20と可変コンデンサ22、36のキャパシタンスとを適切に設定することにより、高周波電源12とアンテナ16とのインピーダンス整合をとることができる。   In such a matching circuit 18, impedance matching between the high frequency power supply 12 and the antenna 16 is achieved by appropriately setting the inductances of the coils 24, 26, and 28 and the capacitances of the fixed capacitor 20 and the variable capacitors 22 and 36. be able to.

例えば、固定コンデンサ20の容量をC20、可変コンデンサ22の容量をC22、コイル24のインダクタンスをL24とすると、第1の整合回路部18aのインピーダンスは、jωL24−1/jω(C20+C22)となる。また、可変コンデンサ36の容量をC36、コイル26、28のインダクタンスをL26、L28、アンテナ16のインダクタンスをL16、回路抵抗をRとすると、第2の整合回路18bのインピーダンスは、R+jω(L16+L26+L28)−1/jω(C36)となる。第1の整合回路部18aのインピーダンスと第2の整合回路部18bのインピーダンスとをマッチングさせることにより、高周波電源12から出力された高周波電力をアンテナ16に高効率に供給することができる。 For example, when the capacitance of the fixed capacitor 20 is C 20 , the capacitance of the variable capacitor 22 is C 22 , and the inductance of the coil 24 is L 24 , the impedance of the first matching circuit unit 18 a is jωL 24 −1 / jω (C 20 + C 22 ). Further, assuming that the capacitance of the variable capacitor 36 is C 36 , the inductances of the coils 26 and 28 are L 26 and L 28 , the inductance of the antenna 16 is L 16 , and the circuit resistance is R, the impedance of the second matching circuit 18 b is R + jω (L 16 + L 26 + L 28 ) −1 / jω (C 36 ). By matching the impedance of the first matching circuit unit 18a and the impedance of the second matching circuit unit 18b, the high-frequency power output from the high-frequency power source 12 can be supplied to the antenna 16 with high efficiency.

また、第2の整合回路部18bのコイル26、28は、アンテナ16における高周波電力(高周波電流)の位相を調整する整合回路18の位相調整部として機能する。具体的には、コイル26、28は、アンテナ16において高周波電流の振幅が最大になるように高周波電流の位相を調整する。これにより、アンテナ16を介して発生するプラズマのエネルギが最大化される。   In addition, the coils 26 and 28 of the second matching circuit unit 18 b function as a phase adjustment unit of the matching circuit 18 that adjusts the phase of the high-frequency power (high-frequency current) in the antenna 16. Specifically, the coils 26 and 28 adjust the phase of the high frequency current so that the amplitude of the high frequency current in the antenna 16 is maximized. Thereby, the energy of the plasma generated via the antenna 16 is maximized.

なお、アンテナ16における高周波電流の振幅を最大にする位相調整部をコイル26、28によって構成する場合、位相調整部を小型化することができる。例えば、位相調整部を波板状(波状や蛇行状の平板状)の導線で構成すると、その導線の長さは、コイル26、28によって構成する場合に比べて長くなる。例えば、高周波電源12の周波数がISM(Industry−Science−Medical)バンド帯の一つである40、68MHzである場合、波板状の導線で構成される位相調整部の導線の長さは、2,300mm必要である。一方、コイル26、28のようにコイル状に構成される位相調整部の導線の長さは、半分以下の1,100mmで構成することが可能である。   When the phase adjustment unit that maximizes the amplitude of the high-frequency current in the antenna 16 is configured by the coils 26 and 28, the phase adjustment unit can be reduced in size. For example, when the phase adjustment unit is configured by a corrugated plate-like (wavy or meandering flat plate) conducting wire, the length of the conducting wire is longer than that of the coil 26 and 28. For example, when the frequency of the high-frequency power supply 12 is 40 or 68 MHz, which is one of the ISM (Industry-Science-Medical) band bands, the length of the conducting wire of the phase adjusting unit formed of the corrugated conducting wire is 2 300 mm is required. On the other hand, the length of the conducting wire of the phase adjustment unit configured like a coil like the coils 26 and 28 can be configured to be 1,100 mm which is half or less.

さらに、アンテナ16に対して並列接続の第1の整合回路部18aの可変コンデンサ22とアンテナ16に対して直列接続の第2の整合回路部18bの可変コンデンサ36それぞれの容量を調整することにより、複数の大気圧プラズマ発生装置10それぞれの機差(固体差)の原因である、第1の整合回路部18aおよび第2の整合回路部18bのインピーダンスのバラツキを小さくすることができる。それにより、複数の大気圧プラズマ発生装置10それぞれから出力されるプラズマのエネルギのバラツキを最小化することができる。   Further, by adjusting the capacitances of the variable capacitor 22 of the first matching circuit unit 18a connected in parallel to the antenna 16 and the variable capacitor 36 of the second matching circuit unit 18b connected in series to the antenna 16, Variations in impedance of the first matching circuit unit 18a and the second matching circuit unit 18b, which are causes of machine differences (individual differences) between the plurality of atmospheric pressure plasma generators 10, can be reduced. Thereby, the variation in the energy of the plasma output from each of the plurality of atmospheric pressure plasma generators 10 can be minimized.

特に、第1の整合回路部18aや第2の整合回路部18bのインピーダンスのバラツキが大きい場合に備えて、本実施の形態の大気圧プラズマ発生装置10の場合、その整合回路18のアンテナ16に対して並列接続の第1の整合回路部18aにコイル24が設けられている。このことについて具体的に説明する。   In particular, in the case of the atmospheric pressure plasma generator 10 according to the present embodiment, the antenna 16 of the matching circuit 18 is connected to the antenna 16 of the matching circuit 18 in case the impedance variation of the first matching circuit unit 18a or the second matching circuit unit 18b is large. On the other hand, the coil 24 is provided in the first matching circuit unit 18a connected in parallel. This will be specifically described.

大気圧プラズマ発生装置10の整合回路18の第1の整合回路部18aの配線には、寄生インダクタンスLが存在する。この寄生インダクタンスLは、複数の大気圧プラズマ発生装置10の機差(固体差)として異なることがある。また、第2の整合回路部18bの回路抵抗Rも、複数の大気圧プラズマ発生装置10の機差(固体差)として異なることがある。 The wiring of the first matching circuit portion 18a of the matching circuit 18 of the atmospheric pressure plasma generating apparatus 10, the parasitic inductance L 0 is present. The parasitic inductance L 0 may differ as a machine difference (solid difference) between the plurality of atmospheric pressure plasma generators 10. In addition, the circuit resistance R of the second matching circuit unit 18b may also differ as a machine difference (individual difference) between the plurality of atmospheric pressure plasma generators 10.

寄生インダンクタンスLや回路抵抗Rにバラツキが生じると、複数の大気圧プラズマ発生装置10それぞれの第1の整合回路部18aのインピーダンスのリアクダンス成分にバラツキが生じ、その結果、大気圧プラズマ発生装置10から出力されるプラズマのエネルギにバラツキが生じる。その対策として、第1の整合回路部18aにコイル24が設けられている。 When the parasitic inductance L 0 and the circuit resistance R are varied, the impedance components of the first matching circuit portions 18a of the plurality of atmospheric pressure plasma generators 10 are varied. As a result, the atmospheric pressure plasma is generated. The plasma energy output from the apparatus 10 varies. As a countermeasure, a coil 24 is provided in the first matching circuit unit 18a.

第1の整合回路部18aにコイル24を設けることによる効果について、図2を参照しながら具体的に説明する。図2示す回路は、図1に示す回路を簡素化したものである。   The effect of providing the coil 24 in the first matching circuit section 18a will be specifically described with reference to FIG. The circuit shown in FIG. 2 is a simplified version of the circuit shown in FIG.

図2(a)は、比較例の大気圧プラズマ発生装置10の回路を示している。一方、図2(b)は、実施例の大気圧プラズマ発生装置10の回路を示している。比較例は、第1の整合回路部18aにコイル24が含まれていない点で実施例と異なる。   FIG. 2A shows a circuit of the atmospheric pressure plasma generator 10 of the comparative example. On the other hand, FIG.2 (b) has shown the circuit of the atmospheric pressure plasma generator 10 of an Example. The comparative example is different from the embodiment in that the first matching circuit portion 18a does not include the coil 24.

まず、複数の大気圧プラズマ発生装置10の第1の整合回路部18aの配線の寄生インダクタンスLが、18〜22nHの範囲内で異なる(バラツキが生じる)場合を例に挙げる。なお、高周波電源12の周波数が40.68MHzであって、第1の整合回路部18aのリアクタンス成分の目標値(高周波電源12とアンテナ16とのインピーダンスの整合に必要な値)が−5.025Ωであって、第2の整合回路部18bの回路抵抗Rが0.5Ωとする。さらに、実施例のコイル24のインダクタンスL24を27nHとする。 First, the parasitic inductance L 0 of the wiring of the first matching circuit portion 18a of a plurality of atmospheric pressure plasma generator 10, given as an example the case where different within the 18~22NH (variations occur). Note that the frequency of the high frequency power supply 12 is 40.68 MHz, and the target value of the reactance component of the first matching circuit unit 18a (the value necessary for matching the impedance between the high frequency power supply 12 and the antenna 16) is -5.025Ω. In this case, the circuit resistance R of the second matching circuit unit 18b is 0.5Ω. Further, the inductance L 24 of the coil 24 of the embodiment and 27NH.

図2(a)に示す比較例の場合、第1の整合回路部18aの配線の寄生インダクタンスLが18〜22nHの範囲内で異なると、図3に示すように、第1の整合回路部18aのキャパシタンスC(固定コンデンサ20と可変コンデンサ22の容量の和C20+C22)は、406〜367pFの範囲内で変化する必要がある。すなわち、可変コンデンサ22として、容量の調整量が少なくとも39pFである可変コンデンサを採用する必要がある。 For comparative example shown in FIG. 2 (a), the parasitic inductance L 0 of the wiring of the first matching circuit portion 18a are different in the range of 18~22NH, as shown in FIG. 3, the first matching circuit portion The capacitance C of 18a (the sum of the capacities of the fixed capacitor 20 and the variable capacitor C 20 + C 22 ) needs to change within a range of 406 to 367 pF. That is, as the variable capacitor 22, it is necessary to employ a variable capacitor whose capacitance adjustment amount is at least 39 pF.

一方、図2(b)に示す実施例の場合、すなわち第1の整合回路部18aにインダクタンスL24が27nHのコイル24が設けられる場合、第1の整合回路部18aの配線の寄生インダクタンスLが18〜22nHの範囲内で異なると、図3に示すように、第1の整合回路部18aのキャパシタンスC(固定コンデンサ20と可変コンデンサ22の容量の和C20+C22)は、238〜223pFの範囲内で変化する必要がある。すなわち、可変コンデンサ22として、容量の調整量が少なくとも15pFである可変コンデンサ、例えば2〜20pFの容量の範囲を備える可変コンデンサを採用することで対応できる。 On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 2 (b), that is, when the inductance L 24 to the first matching circuit portion 18a is provided with a coil 24 of 27NH, parasitic inductance L of wiring of the first matching circuit portion 18a 0 Is different within the range of 18 to 22 nH, as shown in FIG. 3, the capacitance C of the first matching circuit section 18a (the sum of the capacitances of the fixed capacitor 20 and the variable capacitor 22 C 20 + C 22 ) is 238 to 223 pF. It is necessary to change within the range. That is, the variable capacitor 22 can be dealt with by adopting a variable capacitor having a capacitance adjustment amount of at least 15 pF, for example, a variable capacitor having a capacitance range of 2 to 20 pF.

このような比較例と実施例とからわかるように、可変コンデンサ22を有する第1の整合回路部18aの寄生インダクタンスLにバラツキが生じる場合、第1の整合回路部18aにコイル24を設ければ(実施例の場合)、可変コンデンサ22の容量の調整量をより小さくすることができる。 As can be seen from this comparative example and the example, if the variation in the parasitic inductance L 0 of the first matching circuit portion 18a having a variable capacitor 22 occurs, the coil 24 is provided in the first matching circuit portion 18a In the case of the embodiment, the amount of adjustment of the capacity of the variable capacitor 22 can be further reduced.

別の観点から言えば、実施例の可変コンデンサと比較例の可変コンデンサの容量の調整量が同一である場合、実施例は、比較例に比べて、第1の整合回路部18aの寄生インダクタンスLのバラツキが大きい場合に効果的により小型の可変コンデンサ22で対応できることがわかる。 From another viewpoint, when the amount of adjustment of the capacitance of the variable capacitor of the embodiment and the variable capacitor of the comparative example is the same, the embodiment has a parasitic inductance L of the first matching circuit unit 18a as compared with the comparative example. It can be seen that a smaller variable capacitor 22 can effectively cope with a large variation of zero .

すなわち、高周波電源12とアンテナ16とのインピーダンス整合をとる整合回路18において、可変コンデンサ22とコイル24とが直列に接続されて構成される第1の整合回路部18aは、可変コンデンサのみで構成される第1の整合回路部に比べて、第1の整合回路部18aの配線の寄生リアクダンスLのバラツキによって生じる、複数の大気圧プラズマ発生装置10それぞれから出力されるプラズマのエネルギのバラツキを低減してより小さくできる。それを、容量の調整量が小さい小型の可変コンデンサ22で対応することができる。 That is, in the matching circuit 18 that performs impedance matching between the high-frequency power source 12 and the antenna 16, the first matching circuit unit 18a configured by connecting the variable capacitor 22 and the coil 24 in series is configured only by the variable capacitor. that in comparison with the first matching circuit portion, caused by the variation of the parasitic Riakudansu L 0 of the wiring of the first matching circuit portion 18a, reducing the energy variation of the plasma output from a plurality of atmospheric pressure plasma generating apparatus 10, respectively Can be made smaller. This can be handled by a small variable capacitor 22 having a small capacitance adjustment amount.

次に、複数の大気圧プラズマ発生装置10の第2の整合回路部18bの回路抵抗Rが、0.4〜0.6Ωの範囲内で異なる場合を例に挙げる。なお、高周波電源12の周波数が40.68MHzであって、第1の整合回路部18aのリアクタンス成分の目標値(高周波電源12とアンテナ16とのインピーダンスの整合に必要な値)が−5.025Ωであって、第1の整合回路部18aの配線の寄生インダクタンスLが例えば20nHとする。さらに、実施例のコイル24のインダクタンスL24を、27nHとする。 Next, the case where the circuit resistance R of the 2nd matching circuit part 18b of the some atmospheric pressure plasma generator 10 differs in the range of 0.4-0.6 (ohm) is mentioned as an example. Note that the frequency of the high frequency power supply 12 is 40.68 MHz, and the target value of the reactance component of the first matching circuit unit 18a (the value necessary for matching the impedance between the high frequency power supply 12 and the antenna 16) is -5.025Ω. a is, the parasitic inductance L 0 of the wiring of the first matching circuit portion 18a, for example, to 20 nH. Further, the inductance L 24 of the coil 24 of the embodiment is set to 27 nH.

図2(a)に示す比較例の場合、第2の整合回路部18bの回路抵抗Rが0.4〜0.6Ωの範囲内で異なると、図4に示すように、第1の整合回路部18aのキャパシタンスC(固定コンデンサ20と可変コンデンサ22の容量の和C20+C22)は、407〜368pFの範囲内で変化する必要がある。すなわち、可変コンデンサ22として、容量の調整量が少なくとも39pFである可変コンデンサを採用する必要がある。 In the case of the comparative example shown in FIG. 2A, if the circuit resistance R of the second matching circuit section 18b is different within the range of 0.4 to 0.6Ω, as shown in FIG. The capacitance C of the unit 18a (the sum of the capacitances of the fixed capacitor 20 and the variable capacitor 22 C 20 + C 22 ) needs to change within a range of 407 to 368 pF. That is, as the variable capacitor 22, it is necessary to employ a variable capacitor whose capacitance adjustment amount is at least 39 pF.

一方、図2(b)に示す実施例の場合、すなわち第1の整合回路部18aにインダクタンスL24が27nHのコイル24が設けられる場合、第2の整合回路部18bの回路抵抗Rが0.4〜0.6Ωの範囲内で異なると、図4に示すように、第1の整合回路部18aのキャパシタンスC(固定コンデンサ20と可変コンデンサ22の容量の和C20+C22)は、237〜223pFの範囲内で変化する必要がある。すなわち、可変コンデンサ22として、容量の調整量が少なくとも14pFである可変コンデンサ、例えば2〜20pFの容量の範囲を備える可変コンデンサを採用することで対応できる。 On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 2 (b), that is, when the inductance L 24 is a coil 24 of 27nH provided in the first matching circuit portion 18a, the circuit resistance R of the second matching circuit portion 18b is 0. When the difference is within the range of 4 to 0.6Ω, as shown in FIG. 4, the capacitance C of the first matching circuit unit 18a (the sum of the capacitances of the fixed capacitor 20 and the variable capacitor 22 C 20 + C 22 ) is 237 to It needs to change within a range of 223 pF. That is, the variable capacitor 22 can be dealt with by adopting a variable capacitor having a capacitance adjustment amount of at least 14 pF, for example, a variable capacitor having a capacitance range of 2 to 20 pF.

このような比較例と実施例とからわかるように、第2の整合回路部18bの回路抵抗Rにバラツキが生じる場合、第1の整合回路部18aにコイル24を設ければ(実施例の場合)、可変コンデンサ22の容量の調整量を小さくすることができる。   As can be seen from the comparative example and the embodiment, when the circuit resistance R of the second matching circuit section 18b varies, the coil 24 is provided in the first matching circuit section 18a (in the case of the embodiment). ), The amount of adjustment of the capacitance of the variable capacitor 22 can be reduced.

別の観点から言えば、実施例の可変コンデンサと比較例の可変コンデンサの容量の調整量が同一である場合、実施例は、比較例に比べて、第2の整合回路部18bの回路抵抗Rのバラツキが大きい場合に効果的により小型の可変コンデンサ22で対応できることがわかる。   From another viewpoint, when the amount of adjustment of the capacitance of the variable capacitor of the embodiment and the variable capacitor of the comparative example is the same, the embodiment has a circuit resistance R of the second matching circuit unit 18b as compared with the comparative example. It can be seen that a smaller variable capacitor 22 can effectively cope with a large variation in the above.

すなわち、高周波電源12とアンテナ16とのインピーダンス整合をとる整合回路18において、可変コンデンサ22とコイル24とが直列に接続されて構成され、アンテナ16に対して並列に接続される第1の整合回路部18aは、可変コンデンサのみで構成され、アンテナ16に対して並列に接続される第1の整合回路部に比べて、アンテナ16に対して直列に接続される第2の整合回路部18bの回路抵抗Rのバラツキによって生じる、複数の大気圧プラズマ発生装置10それぞれから出力されるプラズマのエネルギのバラツキを低減してより小さくすることができる。   That is, in the matching circuit 18 that performs impedance matching between the high-frequency power source 12 and the antenna 16, the variable capacitor 22 and the coil 24 are connected in series, and the first matching circuit is connected in parallel to the antenna 16. The unit 18a is composed of only a variable capacitor, and the circuit of the second matching circuit unit 18b connected in series to the antenna 16 as compared to the first matching circuit unit connected in parallel to the antenna 16. It is possible to reduce the variation in the energy of the plasma output from each of the plurality of atmospheric pressure plasma generators 10 caused by the variation in the resistance R and to make it smaller.

次に、本実施の形態の大気圧プラズマ発生装置10の構造について説明する。図5は、図1に示す回路に対応する、大気圧プラズマ発生装置10の構造図である。   Next, the structure of the atmospheric pressure plasma generator 10 of this Embodiment is demonstrated. FIG. 5 is a structural diagram of the atmospheric pressure plasma generator 10 corresponding to the circuit shown in FIG.

図5は、筐体カバー(図示せず)を取り外した状態の大気圧プラズマ発生装置10を示している。図5に示すように、大気圧プラズマ発生装置10の構成要素である、放電管14と、アンテナ16と、固定コンデンサ20と、可変コンデンサ22、36と、コイル24、26、28は、ベース部材40に設けられている。例えば、プラズマ処理される基板に対して相対移動するヘッド(図示せず)に大気圧プラズマ発生装置10を搭載するとき、このベース部材40はブラケットとして機能する。   FIG. 5 shows the atmospheric pressure plasma generator 10 with a housing cover (not shown) removed. As shown in FIG. 5, the discharge tube 14, the antenna 16, the fixed capacitor 20, the variable capacitors 22 and 36, and the coils 24, 26 and 28, which are components of the atmospheric pressure plasma generator 10, are base members. 40. For example, when the atmospheric pressure plasma generator 10 is mounted on a head (not shown) that moves relative to the plasma-treated substrate, the base member 40 functions as a bracket.

また、アンテナ16、第1の整合回路部18aの固定コンデンサ20と可変コンデンサ22、第2の整合回路部18bの可変コンデンサ36は、ベース部材40に取り付けられた絶縁性の基板42上に設けられている。   The antenna 16, the fixed capacitor 20 and the variable capacitor 22 of the first matching circuit unit 18a, and the variable capacitor 36 of the second matching circuit unit 18b are provided on an insulating substrate 42 attached to the base member 40. ing.

アンテナ16は、基板42上に設けられた、第2の整合回路部18bのコイル28と可変コンデンサ36とを電気的に接続する導体44の一部によって構成されている。このアンテナ16は、波板状(波状や蛇行状の平板状)の電極として形成されている。第1の整合回路部18aの固定コンデンサ20と可変コンデンサ22、および第2の整合回路部18bの可変コンデンサ36それぞれの一方の端子は、基板42上に設けられてGNDに接続されている導体46に電気的に接続されている。第1の整合回路部18aにおける固定コンデンサ20と可変コンデンサ22それぞれの他方の端子は、導体48を介してコイル24に電気的に接続されている。第2の整合回路部の可変コンデンサ36の他方の端子は、その一部がアンテナ16を構成する導体44に接続されている。具体的には、可変コンデンサ36の他方の端子は、コイル28が接続された導体44の一方の端とアンテナ16を挟んで反対側の他方の端に接続されている。なお、第2の整合回路部18bは、キャパシタンスとして1つの可変コンデンサ36を有するが、可変コンデンサと固定コンデンサの組み合わせによって構成されてもよい。   The antenna 16 is configured by a part of a conductor 44 that is provided on the substrate 42 and electrically connects the coil 28 of the second matching circuit unit 18 b and the variable capacitor 36. The antenna 16 is formed as a corrugated electrode (a corrugated or serpentine flat plate). One terminal of each of the fixed capacitor 20 and the variable capacitor 22 of the first matching circuit section 18a and the variable capacitor 36 of the second matching circuit section 18b is provided on a substrate 42 and is a conductor 46 connected to GND. Is electrically connected. The other terminals of the fixed capacitor 20 and the variable capacitor 22 in the first matching circuit unit 18 a are electrically connected to the coil 24 through a conductor 48. A part of the other terminal of the variable capacitor 36 of the second matching circuit section is connected to the conductor 44 constituting the antenna 16. Specifically, the other terminal of the variable capacitor 36 is connected to one end of the conductor 44 to which the coil 28 is connected and the other end on the opposite side across the antenna 16. The second matching circuit unit 18b includes one variable capacitor 36 as a capacitance, but may be configured by a combination of a variable capacitor and a fixed capacitor.

複数の導体44〜48が設けられた基板42は、高い吸熱性(放熱性)を備えるセラミックスなどの絶縁材料(誘電体材料)から作製されている。大気圧プラズマ発生装置10の動作中、導体44〜48に発生した熱は基板42に吸収される。基板42に吸収された熱は、ベース部材40を介して間接的にまたは直接的に外気に放熱される。これにより、熱によって生じる導体44〜48の抵抗やインダクタンスなどの電気的特性の変化を抑制することができる。その結果、高周波電源12とアンテナ16とのインピーダンス整合が維持され、大気圧プラズマ発生装置10は安定したプラズマを発生させることができる。   The board | substrate 42 with which the some conductors 44-48 were provided is produced from insulating materials (dielectric material), such as ceramics provided with high heat absorption (heat dissipation). During operation of the atmospheric pressure plasma generator 10, heat generated in the conductors 44 to 48 is absorbed by the substrate 42. The heat absorbed by the substrate 42 is radiated to the outside air indirectly or directly through the base member 40. Thereby, a change in electrical characteristics such as resistance and inductance of the conductors 44 to 48 caused by heat can be suppressed. As a result, impedance matching between the high frequency power supply 12 and the antenna 16 is maintained, and the atmospheric pressure plasma generator 10 can generate stable plasma.

第1の整合回路部18aのコイル24、および第2の整合回路部18bのコイル26、28は、絶縁性の芯材56、58に巻回されている。具体的には、図6に示すように、芯材56,58は、コイルの導線を収容するらせん状の溝56a、58aを外周面に備える。   The coil 24 of the first matching circuit unit 18 a and the coils 26 and 28 of the second matching circuit unit 18 b are wound around insulating core members 56 and 58. Specifically, as shown in FIG. 6, the core members 56 and 58 are provided with spiral grooves 56 a and 58 a on the outer peripheral surface for accommodating the conductive wires of the coil.

アンテナ16に並列に接続される第1の整合回路部18aのコイル24とアンテナ16に直列に接続される第2の整合回路部18bのコイル26は、共通の芯材56に巻回されている。これにより、コイル巻回用の芯材の数が減少される。また、第1の整合回路部18aのコイル24と第2の整合回路部18bのコイル26とを、一体(一つのコイル状の形態)で構成することが可能になる。すなわち、芯材56に巻回されている1つのコイルの一部分によって第1の整合回路部18aのコイル24を構成し、残りの部分によって第2の整合回路部18bのコイル26を構成することが可能になる。そのために、図1に示すように、1つのコイル状の形態で形成されている見かけ上は1つのコイルを、第1の整合回路部18aのコイル24と第2の整合回路部18bのコイル26とに電気的に分割することができる、芯材56に巻回されている1つのコイルの部分に、高周波電源12にコネクタ端60を介して電気的に接続された導線62が接続されている。   The coil 24 of the first matching circuit unit 18 a connected in parallel to the antenna 16 and the coil 26 of the second matching circuit unit 18 b connected in series to the antenna 16 are wound around a common core material 56. . Thereby, the number of core materials for coil winding is reduced. Further, the coil 24 of the first matching circuit unit 18a and the coil 26 of the second matching circuit unit 18b can be configured integrally (one coil shape). That is, the coil 24 of the first matching circuit unit 18a is constituted by a part of one coil wound around the core material 56, and the coil 26 of the second matching circuit unit 18b is constituted by the remaining part. It becomes possible. For this purpose, as shown in FIG. 1, an apparently one coil formed in the form of one coil is replaced with a coil 24 of the first matching circuit unit 18a and a coil 26 of the second matching circuit unit 18b. A conductive wire 62 electrically connected to the high-frequency power source 12 via the connector end 60 is connected to a portion of one coil wound around the core member 56 that can be electrically divided into two. .

第1の整合回路部18aのコイル24と第2の整合回路部18bのコイル26とが巻回された芯材56と、第2の整合回路部18bのコイル28が巻回された芯材58は、コイルケース64に収容された状態でベース部材40に設けられている。このコイルケース64は、コイル24、26が巻回された芯材56と、コイル28が巻回された芯材58とを収容する2つの凹部64aを備える。凹部64aそれぞれは、互いに平行に延びる溝状であって、芯材56、58の外周面と接触する円筒状の内面を備える。   A core material 56 around which the coil 24 of the first matching circuit portion 18a and the coil 26 of the second matching circuit portion 18b are wound, and a core material 58 around which the coil 28 of the second matching circuit portion 18b is wound. Is provided in the base member 40 in a state of being accommodated in the coil case 64. The coil case 64 includes two recesses 64a for accommodating a core material 56 around which the coils 24 and 26 are wound and a core material 58 around which the coil 28 is wound. Each of the recesses 64a has a groove shape extending in parallel with each other, and includes a cylindrical inner surface that contacts the outer peripheral surfaces of the core members 56 and 58.

なお、芯材56、58がコイルケース64の凹部64aに収容されたときにコイル24、26の巻回方向とコイル28の巻回方向とが互いに逆向きになるように、コイル24、26、28は対応する芯材56、58に巻回されている。これにより、コイル24、26から発生する磁界とコイル28から発生する磁界が互いに打ち消し合い、磁界によって生じるコイル24、26、28のインダクタンスの変化を抑制することができる。   In addition, when the core members 56 and 58 are accommodated in the concave portions 64a of the coil case 64, the winding directions of the coils 24 and 26 and the winding direction of the coil 28 are opposite to each other. 28 is wound around corresponding core members 56 and 58. Thereby, the magnetic field generated from the coils 24 and 26 and the magnetic field generated from the coil 28 cancel each other, and the change in inductance of the coils 24, 26 and 28 caused by the magnetic field can be suppressed.

コイル24、26、28が巻回される芯材56、58と、芯材56、58を収容するコイルケース64は、コイル24、26、28の熱を吸収できるように構成するのが好ましい。例えば、芯材56、58は、管状部材によって作製され、図5や図6に示すように外気に連通する中空部56b、58bを備える。また、芯材56、58とコイルケース64は、例えば、セラミックスなどの高い吸熱性(放熱性)を備える絶縁材料から作製される。これにより、大気圧プラズマ発生装置10の動作中、コイル24、26、28に発生した熱は、芯材56、58やコイルケース64に吸収される。芯材56,58に吸収された熱は、芯材56、58の表面や芯材56、58の中空部56b、58bを介して外気に放熱される、またはコイルケース64に伝達される。コイルケース64の熱は、ベース部材40を介してまたは直接的に外部に放熱される。その結果、熱によって生じるコイル24、26、28のインダクタンスなどの電気的特性の変化を抑制することができる。それにより、高周波電源12とアンテナ16とのインピーダンス整合が維持され、大気圧プラズマ発生装置10は安定したプラズマを発生させることができる。   The core members 56, 58 around which the coils 24, 26, 28 are wound, and the coil case 64 that accommodates the core members 56, 58 are preferably configured to absorb the heat of the coils 24, 26, 28. For example, the core members 56 and 58 are made of a tubular member and include hollow portions 56b and 58b communicating with the outside air as shown in FIGS. The core members 56 and 58 and the coil case 64 are made of an insulating material having high heat absorption (heat dissipation) such as ceramics. As a result, the heat generated in the coils 24, 26, 28 during the operation of the atmospheric pressure plasma generator 10 is absorbed by the core members 56, 58 and the coil case 64. The heat absorbed by the core members 56, 58 is radiated to the outside air or transmitted to the coil case 64 through the surfaces of the core members 56, 58 and the hollow portions 56 b, 58 b of the core members 56, 58. The heat of the coil case 64 is radiated to the outside through the base member 40 or directly. As a result, changes in electrical characteristics such as inductance of the coils 24, 26, and 28 caused by heat can be suppressed. Thereby, impedance matching between the high frequency power supply 12 and the antenna 16 is maintained, and the atmospheric pressure plasma generator 10 can generate stable plasma.

なお、芯材56、58は、中空部56a、56bを備えているが、コイル24、26、28の放熱性やインピーダンス等の電気的特性について特に問題が生じないのであれば、中実状であってもよい。   The core members 56 and 58 are provided with hollow portions 56a and 56b. However, the core members 56 and 58 are solid if there is no particular problem with respect to the electrical characteristics such as heat dissipation and impedance of the coils 24, 26 and 28. May be.

また、導体44〜48から熱を吸収した基板42、コイル24〜28から熱を吸収した芯材56、58やコイルケース64等を冷却するために、基板42、芯材56、58やコイルケース64周りの空気を強制的に移動させるファンなどの送風装置(図示せず)を大気圧プラズマ発生装置10に設けてもよい。   Further, in order to cool the substrate 42 that has absorbed heat from the conductors 44 to 48, the core materials 56 and 58 that have absorbed heat from the coils 24 to 28, the coil case 64, and the like, the substrate 42, the core materials 56 and 58, and the coil case are also used. An air blower (not shown) such as a fan that forcibly moves the air around 64 may be provided in the atmospheric pressure plasma generator 10.

また、コイル24〜28全体を、高い吸熱性を備える部材によって覆ってもよい。例えば、図6に示すように、コイルケース64の凹部64a内に収容されていない、コイル24、26、28が巻回されている芯材56、58の部分上を覆う、セラミックス製のカバー部材(図示せず)を設けてもよい。または、例えば、2つの貫通穴が形成されたセラミックス製のブロック(図示せず)に、コイル24、26、28が巻回された芯材56、58を挿入してもよい。これにより、熱によって生じる、コイル24、26、28のインダクタンスなどの電気的特性の変化をさらに抑制することができる。   Moreover, you may cover the coils 24-28 whole with the member provided with high heat absorption. For example, as shown in FIG. 6, a ceramic cover member that covers the portions of the core members 56 and 58 around which the coils 24, 26, and 28 are wound, which is not accommodated in the recess 64 a of the coil case 64. (Not shown) may be provided. Alternatively, for example, core members 56 and 58 around which the coils 24, 26, and 28 are wound may be inserted into a ceramic block (not shown) in which two through holes are formed. Thereby, the change of electrical characteristics, such as the inductance of the coils 24, 26, and 28, caused by heat can be further suppressed.

同様に、少なくとも基板42上の導体44の一部、特にアンテナ16を覆う、すなわち基板42と協働してこれらを内包する、セラミック製のカバー部材(図示せず)を設けてもよい。これにより、熱によって生じる導体44の抵抗やインダクタンスなどの電気的特性の変化を抑制することができる。   Similarly, a ceramic cover member (not shown) may be provided that covers at least a portion of the conductor 44 on the substrate 42, particularly the antenna 16, that is, includes them in cooperation with the substrate 42. Thereby, a change in electrical characteristics such as resistance and inductance of the conductor 44 caused by heat can be suppressed.

本実施の形態によれば、アンテナ16に並列に接続された、可変コンデンサ22とコイル24とを直列に接続することによって構成されている第1の整合回路部18aにより、高周波電源12からアンテナ16に供給される高周波電力が流れる回路における配線の寄生リアクダンスや回路抵抗などのバラツキによって生じる、複数の大気圧プラズマ発生装置10それぞれから出力されるプラズマのエネルギのバラツキを最小化することができる。   According to the present embodiment, the first matching circuit unit 18 a configured by connecting the variable capacitor 22 and the coil 24 connected in parallel to the antenna 16 in series allows the antenna 16 to be connected to the antenna 16. It is possible to minimize the variation in the plasma energy output from each of the plurality of atmospheric pressure plasma generators 10 caused by variations in the parasitic reactance and circuit resistance of the wiring in the circuit through which the high-frequency power supplied to the circuit flows.

上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されない。   Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment.

例えば、上述の実施の形態の大気圧プラズマ発生装置10の場合、図1に示すように、整合回路18の第1の整合回路部18aのインピーダンスのキャパシタンス成分は、固定コンデンサ20と可変コンデンサ22の並列回路によって与えられるが、本発明はこれに限らない。第1の整合回路部18aのキャパシタンス成分は、可変コンデンサ22のみで与えられてもよい。   For example, in the case of the atmospheric pressure plasma generator 10 of the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the capacitance component of the impedance of the first matching circuit unit 18 a of the matching circuit 18 is the fixed capacitor 20 and the variable capacitor 22. Although provided by the parallel circuit, the present invention is not limited to this. The capacitance component of the first matching circuit unit 18a may be given only by the variable capacitor 22.

また、上述の実施の形態の大気圧プラズマ発生装置10の場合、第1の整合回路部18aのコイル24や第2の整合回路部18bのコイル26、28は、図6に示すように、円筒状の芯材56、58に巻回されているが、本発明はこれに限らない。本発明に係る芯材は、コイル24、26、28が巻回できる形状であればよく、例えば円柱状、U字状、C字状、凹凸状等であってもよい。   In the case of the atmospheric pressure plasma generation apparatus 10 of the above-described embodiment, the coil 24 of the first matching circuit unit 18a and the coils 26 and 28 of the second matching circuit unit 18b are cylindrical as shown in FIG. However, the present invention is not limited to this. The core material according to the present invention may be any shape as long as the coils 24, 26, and 28 can be wound, and may be, for example, a cylindrical shape, a U shape, a C shape, an uneven shape, or the like.

さらに、上述の実施の形態の大気圧プラズマ発生装置10の場合、図1に示すように、整合回路18の第1の整合回路部18aはコイル24を備えるが、本発明はこれに限らない。第1の整合回路部18aのインピーダンスにインダクタンス成分を与えることができる配線部材であればよい。   Furthermore, in the case of the atmospheric pressure plasma generator 10 of the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the first matching circuit unit 18a of the matching circuit 18 includes the coil 24, but the present invention is not limited to this. Any wiring member that can give an inductance component to the impedance of the first matching circuit portion 18a may be used.

図7は、本発明の別の実施の形態に係る大気圧プラズマ発生装置の構造を示している。   FIG. 7 shows the structure of an atmospheric pressure plasma generator according to another embodiment of the present invention.

図7に示す大気圧プラズマ発生装置10’は、電気回路的には図5に示す大気圧プラズマ発生装置10と同一であるが、構造的には異なる。なお、図7においてアポストロフィが参照符号に付されている構成要素は、同一参照符号が付されている図5に示す構成要素と電気的には同じであるが、機械的(形状や構造)には異なる。   The atmospheric pressure plasma generator 10 'shown in FIG. 7 is the same as the atmospheric pressure plasma generator 10 shown in FIG. 5 in terms of electrical circuit, but is structurally different. In FIG. 7, the constituent elements having the apostrophe attached to the reference numerals are electrically the same as the constituent elements shown in FIG. 5 attached with the same reference numerals, but mechanically (shape and structure). Is different.

第1の整合回路部18aのインピーダンスのインダクタンス成分が、図5に示す大気圧プラズマ発生装置10の場合にはコイル24によって与えられるのに対して、図7に示す大気圧プラズマ発生装置10’の場合には波板状(波状の平板状)の導体24’によって与えられる。   The inductance component of the impedance of the first matching circuit section 18a is provided by the coil 24 in the case of the atmospheric pressure plasma generator 10 shown in FIG. 5, whereas the atmospheric pressure plasma generator 10 ′ shown in FIG. In some cases, it is provided by a corrugated (corrugated flat plate) conductor 24 '.

例えば、アンテナ16に高周波電力を供給する高周波電源12の周波数が40.68MHz等の相対的に低い周波数である場合、第1の整合回路部18aのインピーダンスにインダクタンス成分を与える配線部材は、相対的に長い必要がある。この場合、図5に示すコイル24のように、第1の整合回路部18aのインピーダンスにインダクタンス成分を与える配線部材は、大気圧プラズマ発生装置の大型化を回避するために、コイル状が好ましい。   For example, when the frequency of the high-frequency power source 12 that supplies high-frequency power to the antenna 16 is a relatively low frequency such as 40.68 MHz, the wiring member that provides an inductance component to the impedance of the first matching circuit unit 18a is relatively Need to be long. In this case, like the coil 24 shown in FIG. 5, the wiring member which gives an inductance component to the impedance of the first matching circuit portion 18a is preferably coiled in order to avoid an increase in the size of the atmospheric pressure plasma generator.

一方、高周波電源12の周波数が160MHz等の相対的に高い周波数である場合、第1の整合回路部18aのインピーダンスにインダクタンス成分を与える配線部材は、高周波電源12の周波数が低い周波数の場合に比べて相対的に短くてもよい。この場合、図7に示すように、第1の整合回路部18aのインピーダンスにインダクタンス成分を与える配線部材は、波板状(波状や蛇行状の平板状)であってもよい。   On the other hand, when the frequency of the high-frequency power source 12 is a relatively high frequency such as 160 MHz, the wiring member that gives an inductance component to the impedance of the first matching circuit unit 18a is compared to the case where the frequency of the high-frequency power source 12 is a low frequency. May be relatively short. In this case, as shown in FIG. 7, the wiring member that gives an inductance component to the impedance of the first matching circuit portion 18 a may be corrugated (a wavy or meandering flat plate).

このように、本発明は、第1の整合回路部18aのインピーダンスにインダクタンス成分を与えることができる配線部材であれば、その配線部材の形状はコイル状または波板状のいずれであってもよい。   Thus, in the present invention, as long as the wiring member can give an inductance component to the impedance of the first matching circuit portion 18a, the shape of the wiring member may be either a coil shape or a corrugated plate shape. .

さらにまた、上述の実施の形態の大気圧プラズマ発生装置10の場合、図1や図5に示すように、整合回路18の第2の整合回路部18bは2つのコイル26、28を有し、またアンテナ16に対して並列接続の第1の整合回路部18aのコイル24とアンテナ16に対して直列接続の第2の整合回路部18bのコイル26とが共通の芯材56に巻回されているが、本発明はこれに限らない。これは、大気圧プラズマ発生装置10を小型化するための一例の形態にすぎない。   Furthermore, in the case of the atmospheric pressure plasma generator 10 of the above-described embodiment, as shown in FIGS. 1 and 5, the second matching circuit portion 18b of the matching circuit 18 has two coils 26 and 28, The coil 24 of the first matching circuit unit 18 a connected in parallel to the antenna 16 and the coil 26 of the second matching circuit unit 18 b connected in series to the antenna 16 are wound around a common core member 56. However, the present invention is not limited to this. This is merely an example for reducing the size of the atmospheric pressure plasma generator 10.

具体的には、上述の実施の形態の場合、大気圧プラズマ発生装置10を小型化するために、第2の整合回路部18bの2つのコイル26、28の導線長さの合計が、高周波電源12からアンテナ16に供給される高周波電流の位相調整に必要な導線長さになるように、コイル26、28が作製されている。そして、第2の整合回路部18bの2つのコイル26、28が別々の芯材56、58に巻回され、第1の整合回路部18aのコイル24が芯材56に巻回されている。   Specifically, in the case of the above-described embodiment, in order to reduce the size of the atmospheric pressure plasma generator 10, the total length of the conductive wires of the two coils 26 and 28 of the second matching circuit unit 18b is a high-frequency power source. The coils 26 and 28 are fabricated so that the length of the lead wire is necessary for adjusting the phase of the high-frequency current supplied from 12 to the antenna 16. The two coils 26 and 28 of the second matching circuit unit 18 b are wound around the separate core members 56 and 58, and the coil 24 of the first matching circuit unit 18 a is wound around the core member 56.

大気圧プラズマ発生装置10が使用する高周波電電流の周波数が異なると、この高周波電流の位相調整に必要な第2の整合回路部18bのコイルの導線長さも異なる。そのため、大気圧プラズマ発生装置10を小型化するために、例えば、第2の整合回路部18bが3つ以上のコイルを有し、そのコイルそれぞれが別々の芯材に巻回される場合がある。また例えば、第2の整合回路部18bが1つのコイルを有し、そのコイルが1つの芯材に巻回される場合もある。同様に、第1の整合回路部18aが複数のコイルを有し、そのコイルが別々の芯材に巻回される場合もある。さらに、例えば、第1の整合回路部18aのコイルと第2の整合回路部18bのコイル全てが1つの芯材に巻回される場合もある。   When the frequency of the high-frequency electric current used by the atmospheric pressure plasma generator 10 is different, the length of the coil of the second matching circuit unit 18b necessary for phase adjustment of the high-frequency current is also different. Therefore, in order to reduce the size of the atmospheric pressure plasma generator 10, for example, the second matching circuit unit 18b may have three or more coils, and each of the coils may be wound around different core materials. . Further, for example, the second matching circuit unit 18b may have one coil and the coil may be wound around one core material. Similarly, the first matching circuit unit 18a may have a plurality of coils, and the coils may be wound around different core materials. Furthermore, for example, the coil of the first matching circuit unit 18a and the coil of the second matching circuit unit 18b may all be wound around one core material.

したがって、本発明は、アンテナ16に供給する高周波電流を位相調整することができ、且つ大気圧プラズマ装置10を小型化できる、第1の整合回路部18aおよび第2の整合回路部18bそれぞれのコイルの数と芯材の数とのあらゆる組み合わせを含んでいる。   Therefore, the present invention can adjust the phase of the high-frequency current supplied to the antenna 16 and can reduce the size of the atmospheric pressure plasma apparatus 10. The coils of the first matching circuit unit 18 a and the second matching circuit unit 18 b can be reduced in size. All combinations of numbers and cores are included.

加えて、図5に示す大気圧プラズマ発生装置10において、図6に示すようにコイル24、26、28が巻回される芯材56、58は、コイルケース64の溝状の凹部64aに収容されているが、本発明はこれに限らない。   In addition, in the atmospheric pressure plasma generator 10 shown in FIG. 5, the core members 56, 58 around which the coils 24, 26, 28 are wound as shown in FIG. 6 are accommodated in the groove-like recess 64 a of the coil case 64. However, the present invention is not limited to this.

熱を原因とするコイル24、26、28のインダクタンスなどの電気的特性の変化が相対的に小さいのであれば、例えば、図8に示すように、芯材56、58の両端を支持部材66a、66bによって支持してもよい。この支持部材66a、66bは、ベース部材40上に設けられているとともに、ベース部材40から離れた状態で芯材56、58を支持するように構成されている。支持部材66a、66bは、芯材56、58や基板42(図5参照)と同様に、高い吸熱性(放熱性)を備えるセラミックスなどの絶縁材料から作製されるのが好ましい。   If the change in electrical characteristics such as the inductance of the coils 24, 26, and 28 caused by heat is relatively small, for example, as shown in FIG. It may be supported by 66b. The support members 66 a and 66 b are provided on the base member 40 and are configured to support the core members 56 and 58 in a state of being separated from the base member 40. The support members 66a and 66b are preferably made of an insulating material such as ceramics having high heat absorption (heat dissipation), like the core materials 56 and 58 and the substrate 42 (see FIG. 5).

このように、コイル24、26、28が巻回される芯材56、58を支持できるのであれば、より好ましくは吸熱性(放熱性)に優れているのであれば、本発明は、芯材56、58の支持方法や支持部材の形態を問わない。   Thus, if it can support the core materials 56 and 58 around which the coils 24, 26, and 28 are wound, the core material is more preferably excellent in heat absorption (heat dissipation). The support method of 56 and 58 and the form of a support member are not ask | required.

本発明は、大気圧下でプラズマ処理を行う装置であれば、適用可能である。   The present invention is applicable to any apparatus that performs plasma processing under atmospheric pressure.

10 大気圧プラズマ発生装置
12 高周波電源
14 放電管
16 アンテナ
18 整合回路
18a 第1の整合回路部
18b 第2の整合回路部
22 可変コンデンサ
24 配線部材(コイル)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Atmospheric pressure plasma generator 12 High frequency power supply 14 Discharge tube 16 Antenna 18 Matching circuit 18a 1st matching circuit part 18b 2nd matching circuit part 22 Variable capacitor 24 Wiring member (coil)

Claims (5)

高周波電力を発生する高周波電源と、
放電ガスが流れる放電管と、
高周波電源に接続され、放電管に高周波電力を供給するアンテナと、
高周波電源とアンテナとのインピーダンス整合をとるための整合回路とを有し、
整合回路が、
アンテナに並列に接続された第1の整合回路部と、
アンテナに直列に接続された第2の整合回路部とを備え、
第1の整合回路部が、インダクタンス成分を有するコイル状または波板状の配線部材と可変コンデンサとを直列に接続することによって構成されている、大気圧プラズマ発生装置。
A high frequency power source for generating high frequency power;
A discharge tube through which discharge gas flows;
An antenna connected to a high frequency power supply and supplying high frequency power to the discharge tube;
A matching circuit for impedance matching between the high-frequency power source and the antenna;
Matching circuit
A first matching circuit connected in parallel to the antenna;
A second matching circuit unit connected in series to the antenna,
The atmospheric pressure plasma generator, wherein the first matching circuit unit is configured by connecting a coiled or corrugated wiring member having an inductance component and a variable capacitor in series.
第1の整合回路部の配線部材が、熱を吸収する芯材に巻回されたコイルで構成されている、請求項1に記載の大気圧プラズマ発生装置。   The atmospheric pressure plasma generator according to claim 1, wherein the wiring member of the first matching circuit unit is configured by a coil wound around a core material that absorbs heat. 芯材が筒状であって、
コイルが筒状の芯材の外周面に巻回されている、請求項2に記載の大気圧プラズマ発生装置。
The core is cylindrical,
The atmospheric pressure plasma generator according to claim 2, wherein the coil is wound around the outer peripheral surface of the cylindrical core member.
第2の整合回路部が高周波電力の位相を調整するためのコイルを有し、
第1の整合回路部のコイルの少なくとも一部と第2の整合回路部のコイルの少なくとも一部とが共通の芯材に巻回されている、請求項2または3に記載の大気圧プラズマ発生装置。
The second matching circuit section has a coil for adjusting the phase of the high-frequency power;
The atmospheric pressure plasma generation according to claim 2 or 3, wherein at least a part of the coil of the first matching circuit unit and at least a part of the coil of the second matching circuit unit are wound around a common core member. apparatus.
大気圧下でプラズマを発生する大気圧プラズマ発生方法であって、
高周波電源に接続されたアンテナを介して放電ガスが流れる放電管に高周波電源が発生した高周波電力を供給することによりプラズマを発生させ、
アンテナに並列に接続された第1の整合回路部およびアンテナに直列に接続された第2の整合回路部によって高周波電源とアンテナとのインピーダンス整合をとり、
第1の整合回路部が、インダクタンス成分を有するコイル状または波板状の配線部材と可変コンデンサとを直列に接続することによって構成されている、大気圧プラズマ発生方法。
An atmospheric pressure plasma generation method for generating plasma under atmospheric pressure,
Plasma is generated by supplying high-frequency power generated by the high-frequency power source to a discharge tube through which discharge gas flows through an antenna connected to the high-frequency power source,
The high frequency power supply and the antenna are impedance-matched by the first matching circuit unit connected in parallel to the antenna and the second matching circuit unit connected in series to the antenna,
A method for generating atmospheric pressure plasma, wherein the first matching circuit unit is configured by connecting a coiled or corrugated wiring member having an inductance component and a variable capacitor in series.
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