JP2018040721A5

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Publication number: JP2018040721A5
Application number: JP2016175504A
Authority: JP
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2036-09-08

Description

前記ＢＩＤにおける放電部周辺の構成を図７に示す。放電部６１０は、上述のように石英などの誘電体から成る誘電体円筒管６１１を備えており、この内部がヘリウム（Ｈｅ）ガス又はアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスの流路となっている。誘電体円筒管６１１の外壁面には、それぞれ所定の距離離間させて、金属（例えばＳＵＳ、銅など）から成る環状の電極が３個周設されている。これら３個の電極のうち、中央の電極６１２には低周波の高圧交流電圧を発生する励起用高圧交流電源６１５が接続されており、この電極の上下に配置された電極６１３、６１４はいずれも接地されている。以下、前記中央の電極を高圧電極６１２とよび、上下の電極をそれぞれ接地電極６１３、６１４とよび、これらを総称してプラズマ生成用電極とよぶ。プラズマ生成用電極６１２、６１３、６１４と前記不活性ガスの流路との間には誘電体円筒管６１１の壁面が存在するから、誘電体であるこの壁面自体が電極６１２、６１３、６１４の表面を被覆する誘電体被覆層として機能し、誘電体バリア放電を可能としている。誘電体円筒管６１１内を不活性ガスが流通している状態で励起用高圧交流電源６１５が駆動されると、低周波の高圧交流電圧が高圧電極６１２とその上下に配置された接地電極６１３、６１４との間に印加される。これにより、前記二つの接地電極６１３、６１４で挟まれる領域に放電が起こる。この放電は誘電体被覆層（誘電体円筒管６１１の壁面）を通して行われるため誘電体バリア放電であり、これにより誘電体円筒管６１１中を流れる不活性ガス（プラズマ生成ガス）が広く電離されてプラズマ（大気圧非平衡プラズマ）が発生する。

上記構成のＢＩＤでは、上記の通り、２個の接地電極６１３、６１４を、高圧電極６１２を挟むように配置することにより、放電で発生したプラズマが誘電体円筒管６１１の上流側及び下流側に広がるのを抑え、実質的なプラズマ生成領域を２個の接地電極６１３、６１４の間に制限することができる。

しかしながら、このような構成のＢＩＤでは、該ＢＩＤの動作条件、例えば、高圧電極と接地電極の間に印加される低周波交流電圧の周波数、電圧振幅などによっては、検出出力が不安定になる場合があった。図８に、こうした場合の検出出力の一例を示す。同図は、試料ガスを導入していない状態における、ＢＩＤの検出出力（出力ベースライン）を示したものである。試料ガスが導入されていないため、本来であれば、検出出力はほぼ一定となるべきところ、同図では、検出出力が高いベースラインレベルと低いベースラインレベルの間で交互に切り替わっていることが分かる。

［試験例］
以下、本実施例に係るＢＩＤの効果を確認するために行った試験について説明する。この試験では、上流側電極間距離ｄ１を放電開始距離よりも短く、下流側電極間距離ｄ２を放電開始距離よりも長くして成るＢＩＤ（以下、「試験例」とよぶ）と、これらの電極間距離ｄ１、ｄ２をいずれも放電開始距離よりも短くして成るＢＩＤ（以下、「比較例」とよぶ）とを使用した。試験例における放電部の電極配置を図２に、比較例における放電部の電極配置を図３に示す。なお、図２及び図３において、図１と対応する構成要素には下二桁が共通する符号を付してある。また、放電部以外の構成については図１と同様であるため図示を省略する。試験例及び比較例のいずれにおいても、誘電体円筒管２１１、３１１は外径が4 mm、内径が2 mm、長さが92 mmの石英から成る管であり、該誘電体円筒管２１１、３１１の外周に銅箔を巻き付けることにより高圧電極２１２、３１２と、上流側接地電極２１３、３１３と、下流側接地電極２１４、３１４とを構成した。試験例、比較例共に、高圧電極２１２、３１２の長さは2 mmであり、上流側電極間距離（ｄ１）は1.5 mmである。試験例と比較例の違いは、下流側電極間距離（ｄ２）であり、試験例では12 mm、比較例では1.5 mmとなっている。これらの電極間距離は予め実験的に求められたものであり、高圧電極２１２、３１２と各接地電極２１３、２１４、３１３、３１４の間の距離が1.5 mmである場合は、両電極の間で放電が起こる（すなわち1.5 mmは放電開始距離よりも短い）ことが事前に確認されている。同様に、高圧電極２１２、３１２と各接地電極２１３、２１４、３１３、３１４の間の距離が12 mmである場合は、両電極間で放電が起こらない（すなわち12 mmは放電開始距離よりも長い）ことが事前に確認されている。

なお、試験例及び比較例のＢＩＤでは、下流側接地電極２１４、３１４の長さを従来のＢＩＤに比べて大きくしている（図２及び図３参照）。これは、高圧電極２１２、３１２と、誘電体円筒管２１１、３１１の下部に取り付けられた接続部材２２１、３２１との間における沿面放電を抑制するためであるが、本発明とは直接関係がないため詳細は省略する。

図４から明らかなように、試験例では安定したベースラインが得られたが、比較例では安定状態が長続きせず、図８で示したものと同様の不安定状態が発生した。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が可能である。例えば、図１の例では、上流側電極間距離ｄ１を短く、下流側電極間距離ｄ２を長くしたが、図５に示すように、上流側電極間距離ｄ１を長く、下流側電極間距離ｄ２を短くしてもよい（なお、図５において、図１と共通する構成については下二桁が共通する符号を付してある）。この場合、これらの電極間距離ｄ１、ｄ２は、励起用高圧交流電源４１５によって印加される交流電圧の周波数及び振幅、並びにプラズマ生成ガスの種類や濃度、及び誘電体円筒管４１１を構成する誘電体材料などのパラメータに応じて、誘電体円筒管４１１内における放電が高圧電極４１２と下流側接地電極４１４との間の領域に限定されるように調整される。