JP2014032897A - Microwave discharge device - Google Patents

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Yohei Ishigami
陽平 石上
Masaharu Machi
昌治 町
Takahiro Miyata
▲隆▼弘 宮田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwave discharge device capable of controlling the bulk and shape of atmospheric pressure plasma.SOLUTION: The microwave discharge device includes: a dielectric substrate 2; a microstrip line 6 formed on one surface 4 of the dielectric substrate 2; and a conductor 10 formed on the other surface 8 of the dielectric substrate 2. At the end of the microstrip line 6, a stable discharge electrode 28 that generates atmospheric pressure plasma between the conductor 10 and the same using the microwave, and at a point between the stable discharge electrode 28 and the conductor 10, an ignition electrode 30 is disposed.

Description

本発明は、大気圧プラズマを生成するマイクロ波放電装置に関する。   The present invention relates to a microwave discharge device that generates atmospheric pressure plasma.

特許文献1には、マイクロストリップ線路とアース電極との間でマイクロ波を伝播させ、このマイクロストリップ線路の終端部とアース電極との間において、大気圧プラズマを生成させるマイクロ波放電装置が記載されている。   Patent Document 1 describes a microwave discharge device that propagates microwaves between a microstrip line and a ground electrode, and generates atmospheric pressure plasma between a terminal portion of the microstrip line and the ground electrode. ing.

前記マイクロ波放電装置では、マイクロストリップ線路の終端部に電極部を形成し、この電極部とアース電極との間の放電空間において、自発放電による着火と、この着火後の安定持続放電とを行う。   In the microwave discharge device, an electrode portion is formed at the end portion of the microstrip line, and ignition by spontaneous discharge and stable sustained discharge after the ignition are performed in a discharge space between the electrode portion and the ground electrode. .

特開2006−107829号公報JP 2006-107829 A

従来のマイクロ波放電装置は、上述したように、単一の電極部とアース電極との間の放電空間において、自発放電と安定持続放電とを行う構造である。この放電空間は、自発放電による着火を低電力で行うためには、近接された導体間の隙間であることが要求される。   As described above, a conventional microwave discharge device has a structure that performs spontaneous discharge and stable sustained discharge in a discharge space between a single electrode portion and a ground electrode. This discharge space is required to be a gap between adjacent conductors in order to perform ignition by spontaneous discharge with low power.

そのため、従来のマイクロ波放電装置においては、着火のための電力を抑えようとすると、放電空間の設計の自由度が非常に低くなり、つまりは、着火後の放電空間で生成される大気圧プラズマの容積や形状の自由度が非常に低くなるという問題がある。   Therefore, in the conventional microwave discharge device, when trying to suppress the power for ignition, the design freedom of the discharge space becomes very low, that is, the atmospheric pressure plasma generated in the discharge space after ignition. There is a problem that the volume and the degree of freedom of the shape are very low.

本発明は前記問題点に鑑みて発明したものであって、着火のための電力を抑えることができ、且つ、着火後に生成される大気圧プラズマの容積や形状を高い自由度で得ることのできるマイクロ波放電装置を提案することを、課題とする。   The present invention has been invented in view of the above-described problems, and can suppress power for ignition and can obtain the volume and shape of atmospheric pressure plasma generated after ignition with a high degree of freedom. It is an object to propose a microwave discharge device.

前記課題を解決するために、本発明のマイクロ波放電装置を、下記構成を具備したものとする。   In order to solve the above-described problems, the microwave discharge device of the present invention has the following configuration.

つまり、本発明のマイクロ波放電装置は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一面側に形成されるマイクロストリップ線路と、前記誘電体基板の他面側に形成される導体とを備え、前記マイクロストリップ線路の終端部に、マイクロ波によって前記導体との間で大気圧プラズマを生成する安定放電電極を設け、前記安定放電電極と前記導体に挟まれる箇所に、着火用電極を配置したことを特徴とする。   That is, the microwave discharge device of the present invention includes a dielectric substrate, a microstrip line formed on one surface side of the dielectric substrate, and a conductor formed on the other surface side of the dielectric substrate, A stable discharge electrode that generates atmospheric pressure plasma with the conductor by microwaves is provided at the end of the microstrip line, and an ignition electrode is disposed at a position sandwiched between the stable discharge electrode and the conductor. Features.

前記着火用電極は、前記導体にむけて尖った先端形状を有することが好ましい。   It is preferable that the ignition electrode has a sharp tip shape toward the conductor.

前記マイクロストリップ線路を分岐させ、その分岐した一方の線路の終端部に前記安定放電電極を設け、他方の線路の終端部に前記着火用電極を設けることも好ましい。   It is also preferable that the microstrip line is branched, the stable discharge electrode is provided at the end of one of the branched lines, and the ignition electrode is provided at the end of the other line.

このとき、前記マイクロストリップ線路を、着火前は、前記分岐点から前記着火用電極に至るまでの線路と、前記分岐点より前の線路とが、インピーダンスマッチングのとれた状態であり、且つ、前記分岐点から前記安定放電電極に至るまでの線路と、前記分岐点より前の線路とが、インピーダンスマッチングの外れた状態であり、着火後は、前記分岐点から前記着火用電極に至るまでの線路と、前記分岐点より前の線路とが、インピーダンスマッチングの外れた状態となり、且つ、前記分岐点から前記安定放電電極に至るまでの線路と、前記分岐点より前の線路とが、インピーダンスマッチングのとれた状態となるように設けることが好ましい。   At this time, before the ignition of the microstrip line, the line from the branch point to the ignition electrode and the line before the branch point are in impedance-matched state, and The line from the branch point to the stable discharge electrode and the line before the branch point are in a state where impedance matching has been lost, and after ignition, the line from the branch point to the ignition electrode And the line before the branch point is in an impedance-matched state, and the line from the branch point to the stable discharge electrode and the line before the branch point are impedance matched. It is preferable to provide such a state.

また、前記安定放電電極と前記着火用電極との間に、前記大気圧プラズマから前記着火用電極を保護する保護膜を配置することも好ましい。   It is also preferable to dispose a protective film for protecting the ignition electrode from the atmospheric pressure plasma between the stable discharge electrode and the ignition electrode.

前記着火用電極は、前記マイクロストリップ線路の終端部から一体に延出させたものであることも好ましい。   It is also preferable that the ignition electrode is integrally extended from the end portion of the microstrip line.

本発明は、着火のための電力を抑えることができ、且つ、着火後に生成される大気圧プラズマの容積や形状を高い自由度で得ることができるという効果を奏する。   The present invention has an effect that electric power for ignition can be suppressed and the volume and shape of atmospheric pressure plasma generated after ignition can be obtained with a high degree of freedom.

本発明の第1実施形態のマイクロ波放電装置の正面図である。It is a front view of the microwave discharge device of a 1st embodiment of the present invention. 同上のマイクロ波放電装置の平面図である。It is a top view of a microwave discharge device same as the above. 図2のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 着火用電極の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the electrode for ignition. 着火用電極の他の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other modification of the electrode for ignition. 着火用電極のさらに他の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other modification of the electrode for ignition. 本発明の第2実施形態のマイクロ波放電装置の要部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principal part of the microwave discharge device of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態のマイクロ波放電装置の要部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principal part of the microwave discharge device of 3rd Embodiment of this invention.

本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。   The present invention will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings.

図1−図3には、本発明の第1実施形態のマイクロ波放電装置を示している。図1は本実施形態のマイクロ波放電装置の正面図、図2は平面図であり、図3は図2のA−A線断面図である。   1 to 3 show a microwave discharge device according to a first embodiment of the present invention. 1 is a front view of the microwave discharge device of the present embodiment, FIG. 2 is a plan view, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

本実施形態のマイクロ波放電装置では、平面視矩形状をなす誘電体基板2の一面4に、導体からなるマイクロストリップ線路6を形成している。この誘電体基板2の一面4とは反対側をむく他面8には、マイクロストリップ線路6と対をなす導体10を形成している。マイクロストリップ線路6は、マイクロ波の入力端子12に接続される始端部を有し、この始端部から一直線状に伸びるとともに、その途中の分岐点Pから二手に分岐している。マイクロストリップ線路6の分岐点Pより後の二手の線路のうち一方が、安定放電用の線路14であり、他方が着火用の線路16である。分岐後の両線路14,16は、誘電体基板2の一面4の端縁部18に至るまで、互いに平行となるように一直線状に伸びる。   In the microwave discharge device of the present embodiment, a microstrip line 6 made of a conductor is formed on one surface 4 of a dielectric substrate 2 having a rectangular shape in plan view. A conductor 10 that forms a pair with the microstrip line 6 is formed on the other surface 8 facing away from the one surface 4 of the dielectric substrate 2. The microstrip line 6 has a start end connected to the microwave input terminal 12, extends straight from the start end, and branches bifurcated from a branch point P in the middle thereof. One of the second lines after the branch point P of the microstrip line 6 is a stable discharge line 14 and the other is an ignition line 16. The branched lines 14 and 16 extend in a straight line so as to be parallel to each other until reaching the edge 18 of the one surface 4 of the dielectric substrate 2.

導体10は、誘電体基板2の他面8の全体を覆うように、幅広に形成している。導体10は、通常接地電位とされるものであり、以下においてはこれを「グラウンド電極10」と称する。   The conductor 10 is formed wide so as to cover the entire other surface 8 of the dielectric substrate 2. The conductor 10 is normally set to the ground potential, and will be referred to as a “ground electrode 10” below.

誘電体基板2の端縁部18は、誘電体基板2をその厚み方向に切り落としたように形成される端面20と、一面4の端部に形成される第1テーパ面22と、他面8の端部に形成される第2テーパ面24とを有する。第1及び第2テーパ面22,24は、端面20に近づくほど互いの距離が接近するように傾斜されている。そのため、誘電体基板2の端縁部18は、端面20に近づくほどに厚みが小さくなっている。   The edge 18 of the dielectric substrate 2 includes an end surface 20 formed by cutting the dielectric substrate 2 in the thickness direction, a first tapered surface 22 formed at the end of the one surface 4, and the other surface 8. And a second taper surface 24 formed at an end of the first taper. The first and second tapered surfaces 22 and 24 are inclined so that the distance from each other approaches the end surface 20. For this reason, the end edge portion 18 of the dielectric substrate 2 becomes smaller in thickness as it approaches the end surface 20.

マイクロストリップ線路6の安定放電用の線路14は、第1テーパ面22と端面20との境界線26に至るまで、誘電体基板2の一面4上において一直線状に伸びる。この線路14の境界線26上に位置する終端部が、安定放電電極28となる。   The stable discharge line 14 of the microstrip line 6 extends in a straight line on the one surface 4 of the dielectric substrate 2 until reaching the boundary line 26 between the first tapered surface 22 and the end surface 20. A terminal portion located on the boundary line 26 of the line 14 becomes a stable discharge electrode 28.

マイクロストリップ線路6の着火用の線路16は、誘電体基板2の一面4側の第1テーパ面22を通過し、境界線26を越えて端面20に至るまで伸びる。この線路16の端面20上に位置する終端部が、着火用電極30となる。   The ignition line 16 of the microstrip line 6 passes through the first tapered surface 22 on the one surface 4 side of the dielectric substrate 2, extends beyond the boundary line 26 to the end surface 20. The terminal portion located on the end face 20 of the line 16 becomes the ignition electrode 30.

グラウンド電極10は、第2テーパ面24と端面20との境界線32に至るまで、誘電体基板2の他面8全体を覆うように形成されている。グラウンド電極10の境界線32上に位置する端縁部が、対向電極34となる。   The ground electrode 10 is formed so as to cover the entire other surface 8 of the dielectric substrate 2 up to the boundary line 32 between the second tapered surface 24 and the end surface 20. The edge portion located on the boundary line 32 of the ground electrode 10 becomes the counter electrode 34.

上述した本実施形態のマイクロ波放電装置では、誘電体基板2の端縁部18にて、端面20を介して安定放電電極28と対向電極34とが対向し、両電極28,34間の空間が放電空間となる。そして、安定放電電極28とは別の電極である着火用電極30は、安定放電電極28と対向電極34とで挟まれる箇所に配置されている。   In the microwave discharge device of the present embodiment described above, the stable discharge electrode 28 and the counter electrode 34 face each other through the end face 20 at the edge 18 of the dielectric substrate 2, and the space between the electrodes 28, 34. Becomes the discharge space. The ignition electrode 30, which is an electrode different from the stable discharge electrode 28, is disposed at a location sandwiched between the stable discharge electrode 28 and the counter electrode 34.

より詳細に述べると、マイクロストリップ線路6の分岐した線路16の終端部である着火用電極30は、誘電体基板2の端面20上にてL字状に形成されており(図1参照)、着火用電極30の先端が、安定放電電極28と対向電極34との間の放電空間内に側方から挿し入れられている。この着火用電極30と対向電極34との距離は、安定放電電極28と対向電極34との距離よりも十分に小さく設定され、また、着火用電極30は安定放電電極28よりも十分に幅狭に形成されている。   More specifically, the ignition electrode 30 which is the terminal portion of the branched line 16 of the microstrip line 6 is formed in an L shape on the end face 20 of the dielectric substrate 2 (see FIG. 1). The tip of the ignition electrode 30 is inserted into the discharge space between the stable discharge electrode 28 and the counter electrode 34 from the side. The distance between the ignition electrode 30 and the counter electrode 34 is set sufficiently smaller than the distance between the stable discharge electrode 28 and the counter electrode 34, and the ignition electrode 30 is sufficiently narrower than the stable discharge electrode 28. Is formed.

これにより、着火用電極30は、近接する対向電極34との間で分子や電子を励起させてプラズマ状態とし、自発放電による着火を生じさせやすい構造となっている。一方、安定放電電極28は、自発放電による着火後において、対向電極34との間の広い放電空間内で大気圧プラズマを安定的に生じやすい構造となっている。   As a result, the ignition electrode 30 has a structure in which molecules and electrons are excited with the adjacent counter electrode 34 to be in a plasma state, and ignition by spontaneous discharge is likely to occur. On the other hand, the stable discharge electrode 28 has a structure in which atmospheric pressure plasma is easily generated stably in a wide discharge space between the counter electrode 34 after ignition by spontaneous discharge.

ここで、入力端からみた線路全体の回路インピーダンスは、入力端子12にマイクロ波が供給されたとき、自発放電による着火前は着火用電極30側に電力が流入し、着火後に安定放電電極28にプラズマが誘発されたときはこの安定放電電極28側に電力が流入するように設定する。プラズマ生成前後のインピーダンスの設定は、以下のように行う。   Here, the circuit impedance of the entire line as viewed from the input end is such that when microwaves are supplied to the input terminal 12, power flows into the ignition electrode 30 before ignition due to spontaneous discharge, and after ignition to the stable discharge electrode 28. When plasma is induced, the electric power is set to flow into the stable discharge electrode 28 side. The impedance is set before and after plasma generation as follows.

つまり、放電前においては、マイクロストリップ線路6の分岐点Pより前の線路のインピーダンスが、分岐点Pより後の着火用の線路16のインピーダンスと同等(即ち、着火用の線路16との間でインピーダンスマッチングのとれた状態)であり、且つ、分岐点Pより後の安定放電用の線路14のインピーダンスよりも大きいか又は小さく(即ち、安定放電用の線路14との間でインピーダンスマッチングの外れた状態と)なるように、各線路のインピーダンスを設定する。   That is, before the discharge, the impedance of the line before the branch point P of the microstrip line 6 is equal to the impedance of the ignition line 16 after the branch point P (that is, between the ignition line 16 and the line 16). Impedance matching state) and larger or smaller than the impedance of the stable discharge line 14 after the branch point P (that is, the impedance matching has been lost with the stable discharge line 14). The impedance of each line is set so that

そして、放電後においては、マイクロストリップ線路6の分岐点Pより前の線路のインピーダンスが、分岐点Pより後の着火用の線路16のインピーダンスよりも大きいか又は小さくなり(即ち、着火用の線路16との間でインピーダンスマッチングの外れた状態に遷移し)、且つ、分岐点Pより後の安定放電用の線路14のインピーダンスと同等となる(即ち、安定放電用の線路14との間でインピーダンスマッチングのとれた状態に遷移する)ように、各線路のインピーダンスを設定する。   After the discharge, the impedance of the line before the branch point P of the microstrip line 6 is larger or smaller than the impedance of the ignition line 16 after the branch point P (that is, the ignition line). 16 and the impedance of the stable discharge line 14 after the branch point P (that is, the impedance between the stable discharge line 14 and the stable discharge line 14). The impedance of each line is set so as to make a transition to a matching state.

具体的には、例えば、放電前においては、マイクロストリップ線路6の分岐点Pより前の線路のインピーダンスが50[Ω]、分岐点Pより後の着火用の線路16のインピーダンスが50[Ω]、分岐点Pより後の安定放電用の線路14のインピーダンスが1[kΩ]となるように設定する。そして、放電後においては、マイクロストリップ線路6の分岐点Pより前の線路のインピーダンスが50[Ω]、分岐点Pより後の着火用の線路16のインピーダンスが(10+jβ)[Ω]に従って小さくなり、分岐点Pより後の安定放電用の線路14のインピーダンスが50[Ω]となるように設定すればよい。これら放電前後のマイクロストリップ線路6の各インピーダンスは、高周波回路シュミレーションやプラズマの測定に基づいて設計することができる。   Specifically, for example, before discharge, the impedance of the line before the branch point P of the microstrip line 6 is 50 [Ω], and the impedance of the ignition line 16 after the branch point P is 50 [Ω]. The impedance of the stable discharge line 14 after the branch point P is set to 1 [kΩ]. After the discharge, the impedance of the line before the branch point P of the microstrip line 6 becomes 50 [Ω], and the impedance of the ignition line 16 after the branch point P decreases according to (10 + jβ) [Ω]. The impedance of the stable discharge line 14 after the branch point P may be set to 50 [Ω]. Each impedance of the microstrip line 6 before and after the discharge can be designed based on high-frequency circuit simulation or plasma measurement.

本実施形態のマイクロ波放電装置によれば、安定放電電極28と着火用電極30とを別々に設け、まずは対向電極34と近接した着火用電極30において自発放電による着火を低電力で生じさせ、安定放電電極28において着火後の大気圧プラズマの生成を安定的に行わせるように電極の役割を分担しているので、着火に要する電力を抑えつつ、大気圧プラズマ生成用の放電空間を広く設けることができ、容積のより大きなプラズマが得られるものとなっている。   According to the microwave discharge device of the present embodiment, the stable discharge electrode 28 and the ignition electrode 30 are separately provided. First, the ignition electrode 30 close to the counter electrode 34 causes ignition by spontaneous discharge with low power, Since the role of the electrode is shared so that the stable discharge electrode 28 can stably generate the atmospheric pressure plasma after ignition, the discharge space for generating the atmospheric pressure plasma is widely provided while suppressing the power required for ignition. Therefore, a plasma having a larger volume can be obtained.

なお、着火用電極30は、マイクロストリップ線路6から分岐させて設けない構造であってもよい。つまり、安定放電用の線路14とは独立した線路として誘電体基板2上に着火用電極30を形成し、この着火用電極30の始端部に直流電源からの高圧電力を印加するか、あるいはマイクロ波電源からのマイクロ波を印加することで着火を生じさせてもよい。高圧の直流電力を印加する場合、コンデンサにエネルギを溜める等の手段で瞬間的に高圧の電力を印加する点火装置を用いることができる。いずれの場合においても、着火用電極30と対向電極34との距離は小さく設定可能であり、着火に要する電力を抑制することができる。   The ignition electrode 30 may have a structure that is not branched from the microstrip line 6. That is, the ignition electrode 30 is formed on the dielectric substrate 2 as a line independent of the stable discharge line 14, and high voltage power from a DC power source is applied to the start end of the ignition electrode 30, or Ignition may be generated by applying a microwave from a wave power source. When applying high-voltage DC power, an ignition device that instantaneously applies high-voltage power by means such as storing energy in a capacitor can be used. In any case, the distance between the ignition electrode 30 and the counter electrode 34 can be set small, and the power required for ignition can be suppressed.

また、本実施形態では着火用電極30を、誘電体基板2の一面4を通じて端面20上にまで伸ばしているが、誘電体基板2の側面を通じて端面20にまで伸ばしても構わない。   In this embodiment, the ignition electrode 30 extends to the end surface 20 through the one surface 4 of the dielectric substrate 2, but it may extend to the end surface 20 through the side surface of the dielectric substrate 2.

また、着火用電極30の形状は、図1に示すものに限定されず、例えば図4−図6に示すような形状であってもよい。   Moreover, the shape of the electrode 30 for ignition is not limited to what is shown in FIG. 1, For example, a shape as shown in FIGS. 4-6 may be sufficient.

図4の例では、グラウンド電極10を下に位置させ、マイクロストリップ線路6を上に位置させたとき、安定放電電極28の側端の真下の箇所に着火用電極30の先端が位置するように、着火用電極30を形成している。この例の場合であっても、安定放電電極28と対向電極34とで挟まれる箇所にある着火用電極30によって、着火が低電力で確実に行われる。   In the example of FIG. 4, when the ground electrode 10 is positioned below and the microstrip line 6 is positioned above, the tip of the ignition electrode 30 is positioned directly below the side end of the stable discharge electrode 28. The ignition electrode 30 is formed. Even in this example, ignition is reliably performed with low power by the ignition electrode 30 located between the stable discharge electrode 28 and the counter electrode 34.

図5の例では、着火用電極30の先端を、鋭角に尖った先鋭形状に設けている。この例の場合には、着火用電極30の先端に電気力線がより集中しやすく、即ち、着火用電極30と対向電極34との間での着火がより低電力で確実に行われるものとなる。   In the example of FIG. 5, the tip of the ignition electrode 30 is provided in a sharp shape with a sharp angle. In the case of this example, the electric lines of force are more likely to be concentrated at the tip of the ignition electrode 30, that is, the ignition between the ignition electrode 30 and the counter electrode 34 is reliably performed with lower power. Become.

図6の例では、図5の例の着火用電極30の先端を、更に対向電極34側にむけて傾けた形状となっている。つまり、この例の着火用電極30は、対向電極34側に向けて尖った先端形状を有する。そのため、着火用電極30の先端に電気力線がより一層集中しやすく、即ち、着火用電極30と対向電極34との間での着火が、より一層の低電圧で確実に行われるものとなる。   In the example of FIG. 6, the tip of the ignition electrode 30 in the example of FIG. 5 is further inclined toward the counter electrode 34 side. That is, the ignition electrode 30 of this example has a tip shape that is pointed toward the counter electrode 34 side. Therefore, the lines of electric force are more likely to be concentrated at the tip of the ignition electrode 30, that is, the ignition between the ignition electrode 30 and the counter electrode 34 is reliably performed at a further lower voltage. .

次に、本発明の第2実施形態のマイクロ波放電装置について、図7に基づいて述べる。但し、既述した第1実施形態のマイクロ波放電装置と同様の構成については詳しい説明を省略し、本実施形態の特有の構成についてのみ以下に詳述する。   Next, a microwave discharge device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. However, detailed description of the same configuration as that of the microwave discharge device of the first embodiment described above will be omitted, and only the specific configuration of the present embodiment will be described in detail below.

本実施形態のマイクロ波放電装置では、誘電体基板2の端面20に配置される着火用電極30上に、この着火用電極30の先端部分を覆うように保護膜40を形成している。保護膜40は、安定放電時の大気圧プラズマに着火用電極30が晒されることを抑えるものであり、保護膜40が介在することで、着火用電極30の放電による劣化が抑制される。この保護膜40は、耐プラズマ性を有する誘電体薄膜から成り、例えばガラス、アルミナ、サファイア等を用いて端面20上に成膜される。   In the microwave discharge device of the present embodiment, the protective film 40 is formed on the ignition electrode 30 disposed on the end face 20 of the dielectric substrate 2 so as to cover the tip portion of the ignition electrode 30. The protective film 40 suppresses the ignition electrode 30 from being exposed to atmospheric pressure plasma during stable discharge. By the interposition of the protective film 40, deterioration due to discharge of the ignition electrode 30 is suppressed. The protective film 40 is made of a dielectric thin film having plasma resistance, and is formed on the end face 20 using, for example, glass, alumina, sapphire, or the like.

次に、本発明の第3実施形態のマイクロ波放電装置について、図8に基づいて述べる。但し、既述した第1実施形態のマイクロ波放電装置と同様の構成については詳しい説明を省略し、本実施形態の特有の構成についてのみ以下に詳述する。   Next, a microwave discharge device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. However, detailed description of the same configuration as that of the microwave discharge device of the first embodiment described above will be omitted, and only the specific configuration of the present embodiment will be described in detail below.

本実施形態のマイクロ波放電装置では、第1実施形態のようにマイクロストリップ線路6をY字に分岐させてその一方の線路16の終端部に着火用電極30を形成するのではなく、マイクロストリップ線路6の終端部である安定放電電極28の一部から、対向電極34側にむけて着火用電極30を一体に延出させている。   In the microwave discharge device of the present embodiment, the microstrip line 6 is not branched into the Y-shape and the ignition electrode 30 is formed at the terminal portion of one line 16 as in the first embodiment. An ignition electrode 30 is integrally extended from a part of the stable discharge electrode 28, which is a terminal portion of the line 6, toward the counter electrode 34.

つまり、本実施形態では、誘電体基板2の端面20を挟んでグラウンド電極10(つまり、このグラウンド電極10の端縁部からなる対向電極34)と対向する位置に、マイクロストリップ線路6の終端部からなる安定放電電極28を配し、安定放電電極28の端縁の一部を、端面20上にて対向電極34側にむけて先鋭状に延出させることで、この延出部分を安定放電電極28とは別の着火用電極30としている。着火用電極30は、安定放電電極28と対向電極34との間の放電空間に位置し、着火用電極30と対向電極34との距離は、安定放電電極28と対向電極34との距離よりも十分に小さく設定される。また、着火用電極30は、安定放電電極28よりも十分に幅狭に形成される。   That is, in the present embodiment, the termination portion of the microstrip line 6 is located at a position facing the ground electrode 10 (that is, the counter electrode 34 formed of the end edge of the ground electrode 10) across the end surface 20 of the dielectric substrate 2. The stable discharge electrode 28 is arranged, and a part of the edge of the stable discharge electrode 28 is extended sharply toward the counter electrode 34 side on the end face 20, so that the extended portion is stably discharged. The ignition electrode 30 is different from the electrode 28. The ignition electrode 30 is located in the discharge space between the stable discharge electrode 28 and the counter electrode 34, and the distance between the ignition electrode 30 and the counter electrode 34 is larger than the distance between the stable discharge electrode 28 and the counter electrode 34. Set sufficiently small. The ignition electrode 30 is formed to be sufficiently narrower than the stable discharge electrode 28.

そのため、本実施形態においても着火用電極30は、対向電極34との間にて低電圧で自発放電を生じることのできる構造となっている。一方、安定放電電極28では、自発放電による着火後において、対向電極34との間の広い放電空間内で大気圧プラズマを生成することができる。   Therefore, also in this embodiment, the ignition electrode 30 has a structure capable of generating spontaneous discharge with a low voltage between the counter electrode 34. On the other hand, the stable discharge electrode 28 can generate atmospheric pressure plasma in a wide discharge space between the counter electrode 34 after ignition by spontaneous discharge.

本実施形態のマイクロ波放電装置において、マイクロストリップ線路6にマイクロ波を供給すると、まず着火用電極30の先端に電界が集中し、低電力で着火が行われる。着火後は、インピーダンス変化によって安定放電電極28と対向電極34との間で大気圧プラズマが安定的に生成される。この構造によれば、マイクロ波を供給するマイクロストリップ線路6を途中で分岐させて形成しなくともよい。そのため、線路全体が簡素化され、また、必要な電力が抑制される。   In the microwave discharge device of the present embodiment, when a microwave is supplied to the microstrip line 6, an electric field is first concentrated on the tip of the ignition electrode 30, and ignition is performed with low power. After ignition, atmospheric pressure plasma is stably generated between the stable discharge electrode 28 and the counter electrode 34 due to the impedance change. According to this structure, the microstrip line 6 for supplying the microwave does not have to be branched and formed on the way. Therefore, the whole line is simplified and necessary power is suppressed.

以上のように、本発明の各実施形態のマイクロ波放電装置は、誘電体基板2と、誘電体基板2の一面4側に形成されるマイクロストリップ線路6と、誘電体基板2の他面8側に形成される導体(グラウンド電極)10とを備える。そして、マイクロストリップ線路6の終端部に、マイクロ波によって導体10との間で大気圧プラズマを生成する安定放電電極28を設け、安定放電電極28と導体10に挟まれる箇所に、着火用電極30を配置している。   As described above, the microwave discharge device according to each embodiment of the present invention includes the dielectric substrate 2, the microstrip line 6 formed on the one surface 4 side of the dielectric substrate 2, and the other surface 8 of the dielectric substrate 2. And a conductor (ground electrode) 10 formed on the side. A stable discharge electrode 28 that generates atmospheric pressure plasma with the conductor 10 by microwaves is provided at the end of the microstrip line 6, and an ignition electrode 30 is provided at a location between the stable discharge electrode 28 and the conductor 10. Is arranged.

このように、安定放電電極28と着火用電極30とを別々に設け、導体10に比較的近接した着火用電極30でまず着火を生じさせ、その着火によって、導体10から比較的離れた安定放電電極28によって大気圧プラズマを安定的に生成するように設けることで、
着火のための電力を抑えつつ、大気圧プラズマ生成用の放電空間を広く設けることができる。この放電空間で、容積の大きなプラズマを生成することで、大気との反応が促進され、有効成分が大量に得られる。
As described above, the stable discharge electrode 28 and the ignition electrode 30 are separately provided, and the ignition electrode 30 relatively close to the conductor 10 is first ignited, and the stable discharge relatively distant from the conductor 10 by the ignition. By providing the atmospheric pressure plasma stably by the electrode 28,
A discharge space for generating atmospheric pressure plasma can be provided widely while suppressing power for ignition. By generating a large volume of plasma in this discharge space, reaction with the atmosphere is promoted, and a large amount of active ingredients can be obtained.

着火用電極30は、導体10にむけて尖った先端形状を有することができる。これにより、着火用電極30の先端に電界が一層集中しやすくなり、着火に要する電力が一層抑制される。   The ignition electrode 30 can have a pointed tip shape toward the conductor 10. This makes it easier for the electric field to concentrate on the tip of the ignition electrode 30 and further suppresses the power required for ignition.

第1、第2実施形態のマイクロ波放電装置では、マイクロストリップ線路6を分岐させ、その分岐した一方の線路14の終端部に安定放電電極28を設け、他方の線路16の終端部に着火用電極30を設けている。これにより、マイクロストリップ線路6に入力したマイクロ波によって着火を行うことができ、イグナイタ等の点火装置を別途備える必要がないので構造が簡素化される。   In the microwave discharge device according to the first and second embodiments, the microstrip line 6 is branched, the stable discharge electrode 28 is provided at the end of one of the branched lines 14, and the end of the other line 16 is ignited. An electrode 30 is provided. As a result, ignition can be performed by the microwaves input to the microstrip line 6, and the structure is simplified because it is not necessary to separately provide an ignition device such as an igniter.

加えて、マイクロストリップ線路6を、着火前は、分岐点Pから着火用電極30に至るまでの線路16と、分岐点Pより前の線路とが、インピーダンスマッチングのとれた状態であり、且つ、分岐点Pから安定放電電極28に至るまでの線路14と、分岐点Pより前の線路とが、インピーダンスマッチングの外れた状態であり、着火後は、分岐点Pから着火用電極30に至るまでの線路16と、分岐点Pより前の線路とが、インピーダンスマッチングの外れた状態となり、且つ、分岐点Pから安定放電電極28に至るまでの線路14と、分岐点Pより前の線路とが、インピーダンスマッチングのとれた状態となるように設けている。このようなインピーダンス設定により、マイクロストリップ線路6中で電力反射が発生することを、着火前後の両方において抑制することができる。   In addition, before the ignition of the microstrip line 6, the line 16 from the branch point P to the ignition electrode 30 and the line before the branch point P are impedance matched, and The line 14 from the branch point P to the stable discharge electrode 28 and the line before the branch point P are out of impedance matching, and after ignition, from the branch point P to the ignition electrode 30. The line 16 and the line before the branch point P are out of impedance matching, and the line 14 from the branch point P to the stable discharge electrode 28 and the line before the branch point P are The impedance matching is provided. By such impedance setting, generation of power reflection in the microstrip line 6 can be suppressed both before and after ignition.

第2実施形態のマイクロ波放電装置では、安定放電電極28と着火用電極30との間に、大気圧プラズマから着火用電極30を保護する保護膜40を配置している。これにより、大気圧プラズマによって着火用電極30が損傷する事態を抑制することができる。   In the microwave discharge device of the second embodiment, a protective film 40 that protects the ignition electrode 30 from atmospheric pressure plasma is disposed between the stable discharge electrode 28 and the ignition electrode 30. Thereby, the situation where the ignition electrode 30 is damaged by atmospheric pressure plasma can be suppressed.

第3実施形態のマイクロ波放電装置では、着火用電極30は、マイクロストリップ線路6の終端部から一体に延出させたものである。これにより、マイクロストリップ線路6をその途中で分岐させなくてもよく、線路全体が簡素化され、また、必要な電力が抑制される。   In the microwave discharge device of the third embodiment, the ignition electrode 30 is integrally extended from the end portion of the microstrip line 6. Thereby, it is not necessary to branch the microstrip line 6 in the middle thereof, the entire line is simplified, and necessary power is suppressed.

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記各例の実施形態に限定されるものではない。例えば、マイクロストリップ線路6の分岐は、第1実施形態のようなY字分岐だけでなく、三以上に分岐させてそのうち二つ以上の分岐の終端部を着火用電極30として用いても構わない。この場合、二つ以上の着火用電極30を、安定放電電極28と対向電極34との間の空間内にむけて、両側方から挿し入れればよい。その他の構成についても、本発明の意図する範囲内であれば、各例において適宜の設計変更を行うことや、各例の構成を適宜組み合わせて適用することが可能であることは、勿論である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment shown to an accompanying drawing, this invention is not limited to embodiment of each said example. For example, the branching of the microstrip line 6 is not limited to the Y-shaped branching as in the first embodiment, but may be branched into three or more, and the terminal portions of two or more of them may be used as the ignition electrode 30. . In this case, two or more ignition electrodes 30 may be inserted from both sides toward the space between the stable discharge electrode 28 and the counter electrode 34. Of course, other configurations can be appropriately modified in each example, and the configurations of the examples can be applied in appropriate combinations within the range intended by the present invention. .

2 誘電体基板
4 一面
6 マイクロストリップ線路
8 他面
10 導体
14 線路
16 線路
28 安定放電電極
30 着火用電極
40 保護膜
2 Dielectric substrate 4 One side 6 Microstrip line 8 Other side 10 Conductor 14 Line 16 Line 28 Stable discharge electrode 30 Ignition electrode 40 Protective film

Claims (6)

誘電体基板と、
前記誘電体基板の一面側に形成されるマイクロストリップ線路と、
前記誘電体基板の他面側に形成される導体とを備え、
前記マイクロストリップ線路の終端部に、マイクロ波によって前記導体との間で大気圧プラズマを生成する安定放電電極を設け、
前記安定放電電極と前記導体に挟まれる箇所に、着火用電極を配置したことを特徴とするマイクロ波放電装置。
A dielectric substrate;
A microstrip line formed on one side of the dielectric substrate;
A conductor formed on the other surface side of the dielectric substrate,
Provided at the end of the microstrip line with a stable discharge electrode that generates atmospheric pressure plasma with the conductor by microwaves,
A microwave discharge device characterized in that an ignition electrode is disposed at a location sandwiched between the stable discharge electrode and the conductor.
前記着火用電極は、
前記導体にむけて尖った先端形状を有することを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波放電装置。
The ignition electrode is
The microwave discharge device according to claim 1, wherein the microwave discharge device has a pointed tip shape toward the conductor.
前記マイクロストリップ線路を分岐させ、その分岐した一方の線路の終端部に前記安定放電電極を設け、他方の線路の終端部に前記着火用電極を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロ波放電装置。 3. The microstrip line is branched, the stable discharge electrode is provided at a terminal portion of one of the branched lines, and the ignition electrode is provided at a terminal portion of the other line. The microwave discharge device described. 前記マイクロストリップ線路を、
着火前は、前記分岐点から前記着火用電極に至るまでの線路と、前記分岐点より前の線路とが、インピーダンスマッチングのとれた状態であり、且つ、前記分岐点から前記安定放電電極に至るまでの線路と、前記分岐点より前の線路とが、インピーダンスマッチングの外れた状態であり、
着火後は、前記分岐点から前記着火用電極に至るまでの線路と、前記分岐点より前の線路とが、インピーダンスマッチングの外れた状態となり、且つ、前記分岐点から前記安定放電電極に至るまでの線路と、前記分岐点より前の線路とが、インピーダンスマッチングのとれた状態となるように設けたことを特徴とする請求項3に記載のマイクロ波放電装置。
The microstrip line,
Before ignition, the line from the branch point to the ignition electrode and the line before the branch point are impedance matched, and the branch point reaches the stable discharge electrode. The line up to and the line before the branch point are in a state out of impedance matching,
After ignition, the line from the branch point to the ignition electrode and the line before the branch point are out of impedance matching, and from the branch point to the stable discharge electrode The microwave discharge device according to claim 3, wherein the line and the line before the branch point are provided in a state in which impedance matching is achieved.
前記安定放電電極と前記着火用電極との間に、前記大気圧プラズマから前記着火用電極を保護する保護膜を配置したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のマイクロ波放電装置。 The micro of any one of claims 1 to 4, wherein a protective film for protecting the ignition electrode from the atmospheric pressure plasma is disposed between the stable discharge electrode and the ignition electrode. Wave discharge device. 前記着火用電極は、
前記マイクロストリップ線路の終端部から一体に延出させたものであることを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロ波放電装置。
The ignition electrode is
The microwave discharge device according to claim 1 or 2, wherein the microwave discharge device is integrally extended from a terminal portion of the microstrip line.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107432076A (en) * 2015-02-27 2017-12-01 国立研究开发法人产业技术综合研究所 Microwave plasma processing apparatus
CN113573456A (en) * 2021-08-03 2021-10-29 四川大学 Microwave atmospheric pressure plasma source based on parallel flat plate transmission line

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