JP2014167880A - 液中プラズマ用電極および液中プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い処理効率を実現し得る液中プラズマ用電極ならびに液中プラズマ発生装置を提供すること。
【解決手段】
本発明に係る液中プラズマ用電極１０Ａは、液体中でプラズマを発生させる液中プラズマ用電極であって、導電線１２と、導電線１２の外周を覆う絶縁部材１４とを備える。絶縁部材１４は、該絶縁部材１４の先端面１４ａが導電線１２の先端面１２ａよりも先端側に突出するように形成されている。絶縁部材１４の内周面１４ｂと導電線１２の外周面１２ｂとの間には、導電線１２が摺動可能な間隔ｄが設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体中に気体を発生させ、その気体内にプラズマを発生させる液中プラズマ発生装置および該液中プラズマ発生装置に用いられる液中プラズマ用電極に関する。

液中で発生されるプラズマ（以下、液中プラズマともいう。）は、典型的には、液体中に対向配置した２つの電極間にマイクロ波または電圧を印加することにより、液体中に発生させるプラズマである。かかる液中プラズマは、まず液中での放電により液体がジュール加熱により気化されて気相を形成し、さらにこの気相内においてプラズマが発生することで形成されている。かかる液中プラズマにおいては、プラズマという高エネルギー状態が液相中（すなわち凝縮相）に閉じ込められており、閉鎖系の物理が実現するとともに、開放されない高密度なプラズマ反応場が形成される。そのため、プラズマの周囲の気相、液相あるいはそれらの界面において種々の化学反応が促進される。

例えば、特許文献１には、液中プラズマを用いた金属微粒子担持体の製造方法が記載されている。具体的には、溶液中に配置された一対の放電電極間に、グロー放電によりプラズマを発生させることにより、放電電極を融解して放電電極を構成する金属からなる金属微粒子を形成するとともに、上記金属微粒子をカーボン材料に担持させて金属微粒子担持体が製造されている。また同公報には、放電電極を固定するために各放電電極をセラミックチューブで被覆することが記載されている。

特開２０１２−１２９２０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来の液中プラズマ発生装置では、電気力線が放電電極間から外側に膨んだ状態となりやすく、放電電極間で挟まれた領域からプラズマがはみ出しやすい。そのため、被処理物の処理に寄与しないプラズマが多く発生し、印加電力が無駄に消費されてしまう。また、被処理物上における電気力線の密度が低下するため、処理効率が低下しがちである。さらに、処理が進むと放電電極が融解して放電電極間距離が経時的に変化するため、長期間にわたるプラズマの安定形成が難しいという欠点があった。本発明は上記課題を解決するものである。

上記課題を解決するべく本発明によって液体中でプラズマを発生させる液中プラズマ用電極が提供される。この液中プラズマ用電極は、導電線（典型的には金属もしくは炭素からなる導電線）と、上記導電線の外周を覆う絶縁部材とを備える。上記絶縁部材は、該絶縁部材の先端面が上記導電線の先端面（典型的には上記液体と接する放電端面）よりも先端側に突出するように形成されている。そして、上記絶縁部材の内周面と上記導電線の外周面との間には、上記導電線が摺動可能な間隔が設けられている。

本発明の液中プラズマ用電極は、導電線と、導電線の外周を覆う絶縁部材とを備え、絶縁部材は、該絶縁部材の先端面が導電線の先端面よりも先端側に突出するように形成されている。かかる構成によると、導電線が絶縁部材の内部に配置されるため、プラズマが安定する。さらに、絶縁部材の内周面と導電線の外周面との間に導電線を摺動可能な間隔が設けられているので、導電線が融解して電極間距離が変動した場合でも、電極間距離を補正することができる。そのため、従来に比して、安定した液中プラズマを生成することができ、品質安定性に優れたプラズマ処理が可能になる。

ここで開示される液中プラズマ用電極の好ましい一態様では、上記導電線の断面は円形である。そして、上記導電線の断面における短径の長さＬ１と、上記導電線の先端面から上記絶縁部材の先端面までの長さＬ２とのサイズ比（Ｌ２／Ｌ１）が、０＜（Ｌ２／Ｌ１）≦２の関係を満足する。かかる構成によると、電気力線の湾曲を抑える効果がさらに高まるので、プラズマが一層安定する。

ここで開示される液中プラズマ用電極の好ましい一態様では、上記導電線は、金または金を含む合金からなる。このような導電線の採用により、液中プラズマをより安定して生成することができる。

また、本発明によると、ここで開示される液中プラズマ用電極を用いた液中プラズマ発生装置が提供される。この液中プラズマ発生装置は、ここで開示される何れか一つの液中プラズマ用電極と、上記液中プラズマ用電極の導電線の先端面と対向するように配置された対向電極と、上記導電線と上記対向電極との間に電圧を印加する電源と、上記導電線を上記対向電極に向かって摺動させるアクチュエータと、上記アクチュエータを駆動制御する制御部とを備える。

かかる構成の液中プラズマ発生装置によると、処理が進むにつれて導電線が融解して電極間距離が経時的に変動した場合でも、アクチュエータを駆動して導電線を対向電極の側に摺動させることで、電極間距離を自動で補正することができる。そのため、安定した液中プラズマを長期間にわたって形成し得る。

好ましくは、上記導電線の先端面と上記対向電極との間の電極間距離Ｌ３と、上記導電線の先端面から上記絶縁部材の先端面までの長さＬ２とのサイズ比（Ｌ３／Ｌ２）が、２＜（Ｌ３／Ｌ２）≦３０の関係を満足する。かかる構成によると、より安定した液中プラズマを長期間にわたって形成し得る。

本発明の一実施形態に係る液中プラズマ発生装置を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る液中プラズマ用電極の要部を模式的に示す断面図である。 液体中に配置された液中プラズマ用電極および対向電極の要部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る液中プラズマ発生装置の制御フローを示す図である。

以下、本発明の液中プラズマ用電極および液中プラズマ発生装置について説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書および図面に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

以下、グロー放電によりプラズマを発生させるソリューションプラズマ発生装置を例として、本発明の液中プラズマ発生装置を具体的に説明するが、本発明の適用対象を限定する意図ではない。図１は本実施形態に係る液中プラズマ発生装置を概略的に示す構成図であり、図２は液中プラズマ用電極の要部（導電線の先端面の周辺）を拡大した断面図である。

＜液中プラズマ発生装置１００＞
図１に示した液中プラズマ発生装置１００は、ソリューションプラズマ発生装置であり、液体２２を入れる容器２０と、容器２０の液体の２２中に配置された液中プラズマ用電極１０Ａと、液中プラズマ用電極１０Ａに対向するように配置された対向電極１０Ｂと、液中プラズマ用電極１０Ａおよび対向電極１０Ｂに接続された高周波電源３０と、高周波電源３０に接続されたアース３２と、検出器６０と、アクチュエータ４０Ａ、４０Ｂと、制御部５０とを備えている。

＜液中プラズマ用電極１０Ａ＞
液中プラズマ用電極１０Ａは、液体２２中でソリューションプラズマを発生させる電極であり、図２に示すように、導電線１２と、導電線１２の外周を覆う管状の絶縁部材１４とを備えている。導電線１２は、液体２２と接する先端面（放電端面）１２ａを有している。絶縁部材１４は、該絶縁部材１４の先端面１４ａが導電線１２の先端面１２ａよりも先端側に突出するように形成されている。また、絶縁部材１４の内周面１４ｂと導電線１２の外周面１２ｂとの間には、導電線１２が摺動可能な間隔ｄが設けられている。

＜導電線１２＞
本実施形態で用いられる導電線１２としては、高い導電性（例えば電気抵抗率１×１０^−３Ω・ｃｍ以下）を有するものであることが好ましい。また、グロー放電によって生じたプラズマによって融解し得る導電線であることが好ましい。さらに、液体中に界面活性剤などの薬品が添加されている場合には当該薬品に対する耐食性が高い導電線であることが好ましい。このような条件を満たす導電線を特に制限なく用いることができる。かかる導電線の材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃo）および鉄（Ｆｅ）などの単一金属またはこれらの２種以上の合金を主体とするものが好ましく用いられる。あるいは導電性炭素材料からなる導電線でもよい。これらの金属あるいは炭素は高い導電性を有し、かつグロー放電によって生じたプラズマによって融解する性質を示すため、本発明の目的に適した導電線の材料として好適に使用し得る。中でも、Ａｕ、ＰｔおよびＡｇの使用が、プラズマによる融解が容易である観点から好適である（本実施形態ではＡｕ）。導電線１２の断面形状は特に限定されない。例えば、真円や楕円や長円などの円形であってもよく、正方形や長方形などの矩形であってもよい。あるいは六角形などの多角形でもよい。

＜絶縁部材１４＞
本実施形態で用いられる絶縁部材１４としては、高い絶縁性（例えば電気抵抗率１×１０^８Ω・ｃｍ以上）を有するものであることが好ましい。また、プラズマにより発熱した気泡の温度に耐え得る絶縁部材であることが好ましい。さらに、液体中に界面活性剤などの薬品が添加されている場合には当該薬品に対する耐食性が高い絶縁部材であることが好ましい。このような条件を満たす絶縁部材を特に制限なく用いることができる。具体的には、アルミナ、ベーマイト、マグネシア、チタニア、酸化ニオブ、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化コバルト、酸化インジウム、シリカ、ムライト、酸化スズおよび酸化カルシウムなどのセラミックス材料を用いてもよい。あるいは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、およびシリコーン樹脂等の合成樹脂材料を用いることができる。これらの絶縁材料は一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの絶縁材料は、高い絶縁性を有し、かつプラズマにより発熱した気泡の温度に耐え得る耐熱性を示すため、本発明の目的に適した絶縁部材の材料として好適に使用し得る。

絶縁部材１４の形状（外形）は、導電線１２の外周を覆うことができる形状であれば、特に限定されない。機械的強度、製造容易性などの観点から、通常は、管状（チューブ状即ち中空の細長い構造）の絶縁部材１４を好ましく使用し得る。絶縁部材１４の厚みは、絶縁し得る厚みであれば特に限定されないが、例えば０．３ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。より好ましくは０．５ｍｍ〜３ｍｍである。絶縁部材１４の先端面１４ａは、導電線１２の先端面１２ａよりも先端側に突出している。そのため、絶縁部材１４の内周面１４ｂと、導電線１２の先端面１２ａとによって凹部１８が形成されている。かかる構成によると、導電線１２の先端面１２ａが凹部１８（絶縁部材１４）の内周面１４ｂによって囲まれているため、先端面１２ａの近傍で電気力線が湾曲し難い。そのため、電気力線が効率的に対向電極１０Ｂに向かうようになる。

ここで開示される液中プラズマ用電極１０Ａは、導電線１２の断面が円形（例えば真円、楕円、長円など）の場合、導電線１２の断面における短径（真円の場合は直径）の長さＬ１と、導電線１２の先端面１２ａから絶縁部材１４の先端面１４ａまでの長さＬ２とのサイズ比（Ｌ２／Ｌ１）が、０＜（Ｌ２／Ｌ１）であることが適当である。上記サイズ比（Ｌ２／Ｌ１）を０＜（Ｌ２／Ｌ１）にすることによって、電気力線の湾曲をより効果的に抑制することができる。ここで開示される液中プラズマ用電極としては、上記サイズ比（Ｌ２／Ｌ１）が０．５≦（Ｌ２／Ｌ１）を満足するものがより好ましく、１≦（Ｌ２／Ｌ１）を満足するものがさらに好ましく、１．５≦（Ｌ２／Ｌ１）を満足するものが特に好ましい。その一方、上記サイズ比（Ｌ２／Ｌ１）が２を上回ると、電極間距離Ｌ３（図３参照）が広がりすぎるため、放電が不十分になる場合がある。放電を確実に起こす観点からは、（Ｌ２／Ｌ１）≦２であり、特には（Ｌ２／Ｌ１）≦１．７５を満足するものが好ましい。

導電線１２の断面における短径（真円の場合は直径）の長さＬ１は特に限定されないが、例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。より好ましくは１ｍｍ〜２ｍｍである。また、導電線１２の先端面１２ａから絶縁部材１４の先端面１４ａまでの長さＬ２は特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ〜１．５ｍｍであることが好ましい。より好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍであり、特に好ましくは０．５ｍｍ〜１ｍｍである。なお、導電線１２の断面は円形でなくてもよい。例えば、導電線１２の断面は矩形（正方形や長方形）であってもよい。導電線１２の断面が矩形の場合、導電線１２の断面における短径の長さＬ１は、導電線１２の断面における短辺の長さとして規定される。

絶縁部材１４の内周面１４ｂと導電線１２の外周面１２ｂとの間には、所定間隔ｄが設けられている。この所定間隔ｄは、絶縁部材１４に対して導電線１２が摺動可能な間隔であればよい。また、この所定間隔ｄは、絶縁部材１４の内周面１４ｂと導電線１２の外周面１２ｂとの間に液体２２が入り込まない程度の狭さを有することが望ましい。例えば所定間隔ｄは、概ね０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度に設定され得る。より好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。

液中プラズマ発生装置１００は、上述した液中プラズマ用電極１０Ａを用いて構成されている。液中プラズマ発生装置１００は、図１に示すように、液体２２を入れる容器２０と、液中プラズマ用電極１０Ａと、対向電極１０Ｂと、双方の電極１０Ａ、１０Ｂに連結された高周波電源３０と、検出器６０と、アクチュエータ４０Ａ、４０Ｂと、制御部５０とを含み得る。

液体２２を入れる容器２０の形状および容器２０を構成する材質としては特に限定されない。容器２０内には、液中プラズマ用電極１０Ａが配置されている。液中プラズマ用電極１０Ａは、少なくとも先端面１２ａが液体２２と接するように容器２０内に配置されているとよい。この実施形態では、液中プラズマ用電極１０Ａは、液体２２中に浸漬された状態で、先端面１２ａが水平方向を向くように配置されている。また、容器２０内には、対向電極１０Ｂが配置されている。対向電極１０Ｂは、液中プラズマ用電極１０Ａの導電線１２の先端面１２ａと対向するように配置されている。対向電極１０Ｂは、例えば、液中プラズマ用電極１０Ａと同じ構成のものであり得る（本実施形態）。対向電極１０Ｂについては、先に説明した液中プラズマ用電極１０Ａと同様であるため、その詳細な説明を省略する。

図３は、液体２２中に配置された液中プラズマ用電極１０Ａおよび対向電極１０Ｂの要部を示す断面図である。液体２２中において、液中プラズマ用電極１０Ａの導電線１２と、対向電極１０Ｂの導電線１２とは同一直線上に配置されている。また、液中プラズマ用電極１０Ａの導電線１２の先端面１２ａと、対向電極１０Ｂの導電線１２の先端面１２ａとは、所定の間隔Ｌ３をあけて配置されている。この間隔Ｌ３を電極間距離Ｌ３とする。電極間距離Ｌ３は、例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましく、０．５ｍｍ〜２ｍｍであることがより好ましく、１ｍｍ〜１．５ｍｍであることが特に好ましい。また、電極間距離Ｌ３と、導電線１２の先端面１２ａから絶縁部材１４の先端面１４ａまでの距離Ｌ２とは、２＜（Ｌ３／Ｌ２）≦３０の関係を満足することが好ましく、５≦（Ｌ３／Ｌ２）≦２０の関係を満足することがより好ましい。これにより、より安定した液中プラズマの生成を行うことができる。

＜高周波電源３０＞
次に、高周波電源３０、検出器６０、アクチュエータ４０Ａ、４０Ｂおよび制御部５０について説明する。高周波電源３０は、液中プラズマ用電極１０Ａの導電線１２と、対向電極１０Ｂとの間に高周波数の交流電圧を印加するものとして構成されている。高周波電源３０としては、一般的な液中プラズマ装置において常套的に使用されているものからプラズマの用途に応じて任意に選択することができる。例えば、高周波電源３０は、図示しない整合器や共振回路（並列共振、直列共振、線路共振、空洞共振など）を備えたものであり得る。電極１０Ａ、１０Ｂに交流電圧が印加されると、電極１０Ａ、１０Ｂの先端部の間でグロー放電が生じる。

＜検出器６０＞
検出器６０は、例えば電流−電圧センサであり得る。電流−電圧センサ６０は、高周波電源３０と液中プラズマ用電極１０Ａとの間に設けられ、電極１０Ａ、１０Ｂ間に流れる電流および電圧の電流電圧曲線（ＩＶ曲線）を検出する。そして、該電流−電圧センサ６０で検出された検出結果は制御部５０に送信され、アクチュエータ４０Ａ、４０Ｂの駆動制御に利用される。

＜アクチュエータ４０Ａ、４０Ｂ＞
アクチュエータ４０Ａは、液中プラズマ用電極１０Ａの導電線１２を対向電極１０Ｂに向かって摺動させるものである。また、アクチュエータ４０Ｂは、対向電極１０Ｂの導電線１２を液中プラズマ用電極１０Ａに向かって摺動させるものである。アクチュエータ４０Ａ、４０Ｂは、例えば、電動モータであり得る。ただし、電動モータに代えて、他のアクチュエータを用いてもよい。アクチュエータ４０Ａ、４０Ｂは、それぞれ制御部５０に電気的に接続されている。

＜制御部５０＞
制御部５０は、電極１０Ａ、１０Ｂに連結された高周波電源３０の作動をコントロールするものとして構成されており、所定の情報に基づいて、電極１０Ａ、１０Ｂの先端部の間でグロー放電が生じるように、高周波電源３０（典型的には高周波電源３０の電圧、パルス幅および周波数のうちの少なくとも一つ、好ましくは全部）をフィードバック制御する。制御部５０の典型的な構成には、少なくとも、かかる制御を行うためのプログラムを記憶したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、そのプログラムを実行可能なＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、入出力ポートとが含まれる。制御部５０には、前述した検出器（電流−電圧センサ）６０等からの各種信号などが入力ポートを介して入力される。また、制御部５０からは、高周波電源３０への作動信号などが出力ポートを介して出力される。

また、制御部５０は、アクチュエータ制御部５２を備えている。アクチュエータ制御部５２は、検出器（電流−電圧センサ）６０の検出結果に基づき、電極１０Ａ、１０Ｂの先端部の間でグロー放電が生じるように、アクチュエータ４０Ａ、４０Ｂを駆動制御する。具体的には、アクチュエータ制御部５２は、検出器６０で検出した電流電圧曲線が、グロー放電が生じるような適正な電流電圧曲線となるように、アクチュエータ４０Ａ、４０Ｂに対して駆動信号を出力する。該信号を受信したアクチュエータ４０Ａは、アクチュエータ制御部５２から出力された駆動信号に応じて、液中プラズマ用電極１０Ａの導電線１２を対向電極１０Ｂに向かって摺動させる。一方、アクチュエータ４０Ｂは、アクチュエータ制御部５２から出力された駆動信号に応じて、対向電極１０Ｂの導電線１２を液中プラズマ用電極１０Ａに向かって摺動させる。

このように構成された液中プラズマ発生装置１００の動作について説明する。図４は、本実施形態に係る液中プラズマ発生装置１００により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

液中プラズマ発生装置１００を稼働して高周波電源３０から交流電圧を電極１０Ａ、１０Ｂ間に印加すると、電極１０Ａ、１０Ｂ間にグロー放電プラズマが発生する。その際、電極１０Ａ、１０Ｂ間に流れる電流のジュール熱により、液体２２が気化されて気相が形成される。この気相が上記プラズマの周囲を取り囲み、さらにこの気相の周囲を液相が取り囲むことで、開放されていない高密度なプラズマ反応場が形成される。このような高密度なプラズマ反応場を形成することによって、電極１０Ａ、１０Ｂを構成する導電線１２の融解が促進され、液体２２中に金属が溶出する。その結果、電極間距離Ｌ３が増大し、グロー放電プラズマが消失する。

図４に示すように、先ず、ステップＳ１０では、上記電極間距離Ｌ３の変動に起因するグロー放電プラズマの発生の有無を把握するために、制御部５０は検出器（電流−電圧センサ）６０により、電流電圧曲線を検出する。

ステップＳ２０では、上記ステップＳ２０により得られた電流電圧曲線に基づいて、グロー放電プラズマが発生しているか否かを判定する。かかる判定は、例えば電流電圧曲線の電流値（ある区間の平均値）に対して、グロー放電プラズマが発生するような基準範囲（上限閾値および下限閾値）を設定して行うとよい。例えば、上記検出器６０で検出した電流電圧曲線の電流値が所定の基準範囲内である（例えば上限閾値以下かつ下限閾値以上である）場合には、グロー放電プラズマが発生していると判定し（ＹＥＳ）、検出器６０による監視（モニタリング）を続ける。一方、上記検出器６０で検出した電流電圧曲線の電流値が所定の基準範囲外である（例えば上限閾値を上回る若しくは下限閾値を下回る）場合には、グロー放電プラズマが発生していないと判定し（ＮＯ）、次にステップＳ３０を実行する。

上記グロー放電プラズマの発生の有無の判定結果がＮＯになると、制御部５０（アクチュエータ制御部５２）は、検出器６０の検出結果に応じて駆動信号を作成し、該信号をアクチュエータ４０Ａ、４０Ｂに出力する。駆動信号を受信したアクチュエータ４０Ａは、制御部５０から出力された駆動信号に応じて、液中プラズマ用電極１０Ａの導電線１２を対向電極１０Ｂに向かって摺動させる。また、アクチュエータ４０Ｂは、制御部５０から出力された駆動信号に応じて、対向電極１０Ｂの導電線１２を液中プラズマ用電極１０Ａに向かって摺動させる。これにより、液中プラズマ用電極１０Ａの導電線１２と対向電極１０Ｂの導電線１２とが相互に接近し、その結果、電極１０Ａ、１０Ｂの先端部の間でグロー放電が生じるように、電極間距離Ｌ３が補正される。そして、該電極間距離Ｌ３が適正に補正された状態で、引き続き液中プラズマ処理が行われる。

このように、ここで開示される液中プラズマ発生装置１００によれば、装置稼働中に検出器６０で電流電圧曲線を常にモニタリングしながら、液中プラズマ処理を実行する。そして、装置稼働中に導電線１２の融解に起因して電極間距離Ｌ３が変動し、グロー放電プラズマが発生しなくなるようなことがあっても、液中プラズマ用電極１０Ａの導電線１２を対向電極１０Ｂに向かって摺動させることで、グロー放電プラズマが発生するように（適正な電流電圧曲線となるように）、電極間距離Ｌ３を自動で補正することができる。従って、本装置１００によれば、装置稼働中に電極間距離Ｌ３が変動するようなことがあっても、安定した液中プラズマを生成することができる。

以上説明したように、ここで開示される液中プラズマ発生装置１００では、図１および図２に示すように、液中プラズマ用電極１０Ａは、絶縁部材１４の先端面１４ａが導電線１２の先端面１２ａよりも先端側に突出するように形成されている。かかる構成によると、導電線１２が絶縁部材１４の内部に配置されるため、プラズマが安定する。即ち、導電線１２の先端面１２ａが絶縁部材１４の内周面１４ｂによって囲まれているので、当該先端面１２ａの近傍で電気力線が湾曲し難い。そのため、従来のように電気力線が電極１０Ａ、１０Ｂ間で囲まれた領域から外側に膨むような事態が緩和され、電極１０Ａ、１０Ｂ間の被処理物に対し、プラズマが安定的に供給され得る。また、電気力線が効率的に対向電極１０Ｂに向かうため、被処理物上における電気力線の密度が増大し、かつその分布も均一になる。そのため、処理効率が向上する。さらに、絶縁部材１４の内周面１４ｂと導電線１２の外周面１２ｂとの間に導電線１２を摺動可能な間隔ｄが設けられているので、処理が進むにつれて導電線１２が融解して電極間距離Ｌ３が変動するような場合でも、導電線１２を対向電極１０Ｂに向かって摺動させることで、電極間距離Ｌ３を自動で補正することができる（すなわち電極間距離Ｌ３をフィードバック制御することができる）。そのため、従来に比して、安定した液中プラズマを生成することができ、品質安定性に優れたプラズマ処理を実現し得る。

上記実施形態では、導電線１２の断面は円形である。そして、導電線１２の断面における短径の長さをＬ１とし、導電線１２の先端面１２ａから絶縁部材１４の先端面１４ａまでの長さをＬ２とした場合に、０＜（Ｌ２／Ｌ１）≦２の関係が成立する。このようなサイズ比（Ｌ２／Ｌ１）の範囲内とすることで、電気力線の湾曲を抑える効果がさらに高まり、処理効率が一層向上する。

また上記実施形態では、液中プラズマ用電極１０Ａの導電線１２の先端面１２ａと対向電極１０Ｂとの間の電極間距離をＬ３とし、導電線１２の先端面１２ａから絶縁部材１４の先端面１４ａまでの長さをＬ２とした場合に、２≦（Ｌ３／Ｌ２）≦３０の関係が成立する。このようなサイズ比（Ｌ３／Ｌ２）の範囲内とすることで、より安定した液中プラズマを長期間にわたって維持し得る。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

例えば、上述した実施形態では、液中プラズマ用電極１０Ａは、先端面１２ａが水平方向を向くように配置されているが、これに限定されない。例えば、液中プラズマ用電極１０Ａは、先端面１２ａが上方または下方を向くように配置されてもよい。また、容器２０内に配置される液中プラズマ用電極１０Ａの数は一つに限らず複数個であってもよい。

また、対向電極１０Ｂは、液中プラズマ用電極１０Ａと同じ構成の電極が用いられているが、これに限定されない。例えば、平板状の対向電極１０Ｂを採用することもできる。この場合、電極間距離Ｌ３は、液中プラズマ用電極１０Ａの導電線１２の先端面１２ａから対向電極１０Ｂの平板の平坦面までの距離とするとよい。

さらに、液中プラズマ用電極１０Ａを構成する導電線１２および絶縁部材１４の材質は、上記実施形態の如き金属および樹脂製に何ら限定されるものではなく、適宜変更が可能であることは言う迄もない。その他、導電線１２、絶縁部材１４、容器２０の形状等の具体的な構成も、全て本発明の意図する範囲内に於いて任意に設計変更自在である。

なお、ここまでは液体中で発生されるプラズマがグロー放電プラズマ（ソリューションプラズマ）である場合について説明した。しかし、ここで開示される技術の好適な適用対象は、上述したソリューションプラズマ発生装置に限定されない。本発明の液中プラズマ発生装置を用いて液中で発生されるプラズマは、グロー放電プラズマ以外の形態、例えば、火花放電、コロナ放電、グロー放電、アーク放電の形態でもよい。

１０Ａ 液中プラズマ用電極
１０Ｂ 対向電極
１２ 導電線
１２ａ 導電線の先端面
１２ｂ 導電線の外周面
１４ 絶縁部材
１４ａ 絶縁部材の先端面
１４ｂ 絶縁部材の内周面
２０ 容器
２２ 液体
３０ 高周波電源
３２ アース
４０Ａ アクチュエータ
４０Ｂ アクチュエータ
５０ 制御部
５２ アクチュエータ制御部
６０ 検出器
１００ 液中プラズマ発生装置

Claims (6)

1. 液体中でプラズマを発生させる液中プラズマ用電極であって、
   導電線と、
   前記導電線の外周を覆う絶縁部材と
   を備え、
   前記絶縁部材は、該絶縁部材の先端面が前記導電線の先端面よりも先端側に突出するように形成されており、
   前記絶縁部材の内周面と前記導電線の外周面との間には、前記導電線が摺動可能な間隔が設けられている、液中プラズマ用電極。
2. 前記導電線の断面は円形であり、
   前記導電線の断面における短径の長さＬ１と、前記導電線の先端面から前記絶縁部材の先端面までの長さＬ２とのサイズ比（Ｌ２／Ｌ１）が、０＜（Ｌ２／Ｌ１）≦２の関係を満足する、請求項１に記載の液中プラズマ用電極。
3. 前記導電線は、金または金を含む合金からなる、請求項１または２に記載の液中プラズマ用電極。
4. 請求項１〜３の何れか一つに記載の液中プラズマ用電極と、
   前記液中プラズマ用電極の導電線の先端面と対向するように配置された対向電極と、
   前記導電線と前記対向電極との間に電圧を印加する電源と、
   前記導電線を前記対向電極に向かって摺動させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータを駆動制御する制御部と
   を備えた、液中プラズマ発生装置。
5. 前記導電線の先端面と前記対向電極との間の電極間距離Ｌ３と、前記導電線の先端面から前記絶縁部材の先端面までの長さＬ２とのサイズ比（Ｌ３／Ｌ２）が、２＜（Ｌ３／Ｌ２）≦３０の関係を満足する、請求項４に記載の液中プラズマ発生装置。
6. 前記対向電極として、請求項１〜３の何れか一つに記載の液中プラズマ用電極を備える、請求項４または５に記載の液中プラズマ発生装置。
   

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