JP2017091708A - 大気圧プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(構成)
図1を参照して、本発明に基づく実施の形態1における大気圧プラズマ処理装置について説明する。本実施の形態における大気圧プラズマ処理装置の概念図を図1に示す。
本実施の形態では、第1管状誘電体31の一部である第1螺旋状部分41が第1電極21と第2電極22との間隙を通るように配置されており、被処理物およびプロセスガスの混合体がこの螺旋状部分を通ることとなっている。したがって、被処理物は螺旋状部分を通りながらプラズマ処理されることとなる。プラズマ処理が行なわれる区間が螺旋状となっていることにより、直管型の場合に比べて、電極関係部分、誘電体関係部分などの省スペース化が可能となるので、装置全体の省スペース化が可能となる。また、プラズマ処理が行なわれる区間が螺旋状となっていることにより、プラズマ処理時間を長くすることができる。第1螺旋状部分の内部では、被処理物はプロセスガスと共に流れ、処理強度が強いダイレクト方式で処理が行なわれることとなる。したがって、被処理物を繰返し循環させる必要はなく、被処理物をワンウェイで連続的にムラなくプラズマ処理することができる。
実施の形態1で説明した構成で、管状誘電体内部全域でプラズマ放電が均一に行なわれるか確認するために放電確認実験を行なった。これを実験1とする。実験1の実験条件は以下のとおりである。
内部電極:SUS管(外径20mm)
外部電極:アルミテープ
管状誘電体:シリコンチューブ(外径6mm、内径4mm)
電源:スライダック(東京理工舎 RSA−10)およびネオントランス(小寺電子製作所 CR−N16)
ガスの種類:He,Arの2通り
SUS管を第1電極21として利用し、このSUS管をアースに接続した。第1電極21は支持体の役割も兼ねる。シリコンチューブを用意し、これを第1管状誘電体31とした。第1電極21としてのSUS管の周りにシリコン系接着剤を塗布し、第1管状誘電体31としてのシリコンチューブを螺旋状に巻き付けて接着した。さらにシリコン系接着剤でシリコンチューブ間の隙間を埋めた。シリコンチューブが螺旋状に巻き付いている部分が第1螺旋状部分41に相当する。第1螺旋状部分41の外周面のうち半周にわたってアルミテープを巻きつけた。このアルミテープが第2電極22に相当する。アルミテープを巻きつけるのを全周ではなく半周のみとしたのは、プラズマ放電を観察することができるようにするためである。第1管状誘電体31としてのシリコンチューブにガスを導入して、第1電極21と第2電極22との間、すなわち、SUS管とアルミテープとの間に高周波の高電圧を印加した。
実施の形態1で説明した構成で、被処理物のプラズマ処理が可能であるか確認するために放電確認実験を行なった。これを実験2とする。実験2の様子を図2に示す。実験2の実験条件は以下のとおりである。なお、螺旋状部分の長さとは、螺旋状部分の総延長ではなく、螺旋状の状態における外見上の長さである。
内部電極:SUS管(外径20mm)
外部電極:アルミテープ
管状誘電体:シリコンチューブ(外径6mm、内径4mm)
螺旋状部分の長さ:300mm
電源:スライダック(東京理工舎 RSA−10)およびネオントランス(小寺電子製作所 CR−N16)
粉体供給機構:ガラス濾過器(ビードレックス製)
粉体回収機構:サイクロン粉体捕集ポット(アズワン製)
ガスの種類:Ar
ガスの流量:4リットル/分
印加する電圧:4kV
周波数:18kHz
被処理物:PE(ポリエチレン)の粉体(三井化学製ミペロン(R))
ガラス濾過器11の内部にメッシュフィルタを設置し、このメッシュフィルタの上に被処理物としての粉体14を配置した。ガス源13から供給されるガスが矢印91のようにガラス濾過器11の内部に入り、粉体14を巻き上げながら矢印92のように入口31aを通って第1管状誘電体31に進入する。ガスと粉体14との混合体が矢印93に示すように第1管状誘電体31内を進行する。ガスと粉体14との混合体は、第1電極21と第2電極22とに挟まれた螺旋状部分を矢印94のように進行する。電源部1から配線2,3を介して第1電極21と第2電極22との間に高周波の高電圧を印加した。ガスと粉体14との混合体は、高電圧が印加されている螺旋状部分を通過し、矢印95のように出口31bに達する。ガスと粉体14との混合体は、出口31bを経由して回収部7に進入する。回収部7は、容器15とガス出口17とを備える。容器15にはプラズマ処理済の粉体16が溜まり、ガスは矢印96のようにガス出口17から出ていく。
実施の形態1で説明した構成で、被処理物の供給方向による被処理物の流動性および処理による効果を確認するため、装置の向きを図3〜図5のように3通りに設定して粉体のプラズマ処理を行なった。これを実験3とする。実験3の実験条件は以下のとおりである。
内部電極:SUS管(外径20mm)
外部電極:アルミテープ
管状誘電体:シリコンチューブ(外径6mm、内径4mm)
電源:スライダック(東京理工舎 RSA−10)およびネオントランス(小寺電子製作所 CR−N16)
ガスの種類:Arに1%のO2を添加したもの
粉体供給機構:ガラス濾過器(ビードレックス製)
粉体回収機構:サイクロン粉体捕集ポット(アズワン性)
ガスの流量:4リットル/分
印加する電圧:4kV
周波数:18kHz
被処理物:PEの粉体(三井化学製ミペロン(R))
図3に示した例では、第1電極21が上下方向に延在するように配置され、第1管状誘電体31の入口31aが上、出口31bが下となっている。被処理物としての粉体は上から下に向かって送り込まれ、螺旋状部分を通過する。
(構成)
図6を参照して、本発明に基づく実施の形態2における大気圧プラズマ処理装置について説明する。本実施の形態における大気圧プラズマ処理装置の概念図を図6に示す。
本実施の形態においても、実施の形態1で説明したのと同様の効果を得ることができる。さらに本実施の形態では、第1管状誘電体31の他に第2管状誘電体32を備えており、第1管状誘電体31の一部である第1螺旋状部分41と第2管状誘電体32の一部である第2螺旋状部分42とが二重螺旋をなしているので、プロセスガスと被処理物との混合体を最大2種類まで同時に通すことができる。第1管状誘電体31と第2管状誘電体32とで同じ種類の混合体を通してもよく、異なる種類の混合体を通してもよい。第1螺旋状部分41と第2螺旋状部分42とによって構成される二重螺旋は、第1電極21と第2電極22とに挟まれているので、被処理物は二重螺旋の部分を通りながらプラズマ処理されることとなる。
(構成)
図7を参照して、本発明に基づく実施の形態3における大気圧プラズマ処理装置について説明する。本実施の形態における大気圧プラズマ処理装置の概念図を図7に示す。
本実施の形態においても、実施の形態1で説明したのと同様の効果を得ることができる。さらに本実施の形態では、第1螺旋状部分41、第1電極21i、第2螺旋状部分42、第2電極22iが四重螺旋をなすように配置されており、第1螺旋状部分41は第1電極21iと第2電極22iとに挟まれ、第2螺旋状部分42も第1電極21iと第2電極22iとに挟まれているので、プロセスガスと被処理物との混合体を最大2種類まで同時に通しつつ、それぞれプラズマ処理を施すことができる。実施の形態2と同様に、第1管状誘電体31と第2管状誘電体32とで同じ種類の混合体を通してもよく、異なる種類の混合体を通してもよい。
実施の形態3の構成において粉体に対するプラズマ処理が可能であることを確認するために、実験を行なった。これを実験4とする。
この構成において、以下の条件でガスを処理対象物と共に供給し、電圧を印加した。
ガスの種類:He
ガスの流量:3リットル/分
印加する電圧:3.0kV
周波数:18kHz
この結果、四重螺旋となっている部分の管状誘電体の全域においてプラズマ放電が起こっていることが目視で観察できた。第1管状誘電体および第2管状誘電体を通過して回収された粉体を回収して純水への分散の度合いを調べたところ、処理前の粉体に比べて純水への分散性が向上していることが確認できた。
(構成)
図8を参照して、本発明に基づく実施の形態4における大気圧プラズマ処理装置について説明する。本実施の形態における大気圧プラズマ処理装置の概念図を図8に示す。
通過させるべき被処理物およびプロセスガスの混合体が1種類のみである場合には、本実施の形態で説明したような構成の装置であってもよい。本実施の形態においても、実施の形態1で説明したのと同様の効果を得ることができる。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
Claims (7)
- 第1電極と、
前記第1電極から間隙を介して離隔するように配置された第2電極と、
第1螺旋状部分を含み、前記第1螺旋状部分が前記間隙を通るように配置された第1管状誘電体と、
前記第1管状誘電体の内部に、被処理物およびプロセスガスの混合体を通す供給部と、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加する電源部とを備える、大気圧プラズマ処理装置。 - 前記第1螺旋状部分は前記第1電極の周りを回るように配置され、前記第2電極は、前記第1螺旋状部分を取り囲むように配置されている、請求項1に記載の大気圧プラズマ処理装置。
- 前記第1螺旋状部分が前記第1電極の外面に巻きつくことによって、前記第1電極は前記第1螺旋状部分を支持している、請求項2に記載の大気圧プラズマ処理装置。
- 前記第2電極は、シート状の部材であり、前記第1螺旋状部分を包み込むように配置されている、請求項2または3に記載の大気圧プラズマ処理装置。
- 第2螺旋状部分を含む第2管状誘電体を備え、
前記第1螺旋状部分と前記第2螺旋状部分とが二重螺旋をなすように配置されている、請求項1から4のいずれかに記載の大気圧プラズマ処理装置。 - 第2螺旋状部分を含む第2管状誘電体を備え、
前記第1螺旋状部分、前記第1電極、前記第2螺旋状部分、前記第2電極が四重螺旋をなすように配置されている、請求項1に記載の大気圧プラズマ処理装置。 - 前記第1電極、前記第1螺旋状部分、前記第2電極が三重螺旋をなすように配置されている、請求項1に記載の大気圧プラズマ処理装置。
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