JP2018181452A - プラズマ発生用薄膜ガラス電極 - Google Patents
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Abstract
【課題】低電圧でプラズマを発生させて被処理物をプラズマ処理する装置に適用でき、可撓性を有する電極構造とし、電界抵抗値を下げて処理効率を向上させるような構造のプラズマ発生用薄膜ガラス電極を提供すること。【解決手段】低電圧でプラズマを発生させるための電極10であって、可撓性を有する薄膜ガラス11と、薄膜ガラスの一方の面に設けられている第1電極12と、第1電極と反対面に設けられている第2電極12と、を備え、第1電極から薄膜ガラスに沿ってプラズマを発生させるようにしたプラズマ発生用電極であって、第1電極の抵抗値が1μΩcm〜0.9Ωcmであることを特徴とする。【選択図】 図1
Description
本発明は、化学物質や細菌の除去、空気清浄等の用途に使用される低電圧プラズマ発生用薄膜ガラス電極に関するものである。
プラズマは様々な化学物質や細菌の除去が可能であり、室内空気などの清浄に対し有力な手段である。
このようなプラズマを発生させるためのプラズマ電極として、以下の特許文献がある。
特許文献1には、大気圧でプラズマを発生させ、このプラズマにより生成される殺菌因子をプラズマ発生器からチャンバー内へと供給し、搬送ロールで被処理シートを搬送して滅菌することが記載されている。また、特許文献2には、一対の放電電極の間でシートを搬送し、大気圧でプラズマを発生させてシートをプラズマ処理することが記載されている。特許文献3には、多孔質部分を有するプラズマ放電用電極が開示されている。特許文献4には、円板状電極に複数のスリット状ガス供給孔を設け、ガス供給孔からガスを噴出させて旋回流を生じさせるプラズマ発生電極が記載されている。特許文献5には、セラミック誘電体の内部に誘導電極を設け、誘電体の表面に放電電極を設け、放電電極の周縁部分において沿面放電を生じさせ、プラスイオン、マイナスイオンを発生させることが記載されている。
このようなプラズマを発生させるためのプラズマ電極として、以下の特許文献がある。
特許文献1には、大気圧でプラズマを発生させ、このプラズマにより生成される殺菌因子をプラズマ発生器からチャンバー内へと供給し、搬送ロールで被処理シートを搬送して滅菌することが記載されている。また、特許文献2には、一対の放電電極の間でシートを搬送し、大気圧でプラズマを発生させてシートをプラズマ処理することが記載されている。特許文献3には、多孔質部分を有するプラズマ放電用電極が開示されている。特許文献4には、円板状電極に複数のスリット状ガス供給孔を設け、ガス供給孔からガスを噴出させて旋回流を生じさせるプラズマ発生電極が記載されている。特許文献5には、セラミック誘電体の内部に誘導電極を設け、誘電体の表面に放電電極を設け、放電電極の周縁部分において沿面放電を生じさせ、プラスイオン、マイナスイオンを発生させることが記載されている。
しかし、特許文献1〜5に記載のプラズマ発生用電極は高電圧でプラズマを発生させる固定型の電極構造であり、低電圧でプラズマを発生させる可撓性電極型ではない。
例えば、曲面を有しているものなどの被処理物の表面を殺菌することには適さない。
そして、無理に被処理物の形状に対応した形状に曲げようとすると、プラズマ電極に亀裂が発生して損傷を来す。
また、被処理物の形状に対応した形状には加工困難であるという問題点もあり、従来のプラズマ電極は使いづらかった。
さらに、近年は、電子機器の小型化、軽量化が進み、ポリイミドガラスフィルムなどのフレキシブル基材に、スクリーン印刷などで回路形成が望まれる。このため、低温焼成ペーストが望まれる。
本発明は、低電圧でプラズマを発生させて被処理物をプラズマ処理する装置に適用でき、可撓性を有する電極構造とし、電界抵抗値を下げて処理効率を向上させるような構造のプラズマ発生用薄膜ガラス電極を提供することを目的とする。
例えば、曲面を有しているものなどの被処理物の表面を殺菌することには適さない。
そして、無理に被処理物の形状に対応した形状に曲げようとすると、プラズマ電極に亀裂が発生して損傷を来す。
また、被処理物の形状に対応した形状には加工困難であるという問題点もあり、従来のプラズマ電極は使いづらかった。
さらに、近年は、電子機器の小型化、軽量化が進み、ポリイミドガラスフィルムなどのフレキシブル基材に、スクリーン印刷などで回路形成が望まれる。このため、低温焼成ペーストが望まれる。
本発明は、低電圧でプラズマを発生させて被処理物をプラズマ処理する装置に適用でき、可撓性を有する電極構造とし、電界抵抗値を下げて処理効率を向上させるような構造のプラズマ発生用薄膜ガラス電極を提供することを目的とする。
(1)本発明のプラズマ発生用薄膜ガラス電極は、プラズマを発生させるための電極であって、低電圧でプラズマを発生させるための電極であって、可撓性を有する薄膜ガラスと、薄膜ガラスの一方の面に設けられている第1電極と、第1電極と反対面に設けられている第2電極と、を備え、
第1電極から薄膜ガラスに沿ってプラズマを発生させるようにしたプラズマ発生用電極であって、第1電極の抵抗値が1μΩcm〜0.9Ωcmであることを特徴とする。
(2)本発明のプラズマ発生用薄膜ガラス電極は、上記(1)において、
前記第1電極が、金属ナノインクで形成した上に、メッキを積層したものであることを特徴とする。
(3)本発明のプラズマ発生用薄膜ガラス電極は、上記(1)又は(2)において、
前記第1電極の回路の屈折部が、湾曲状態になっていることを特徴とする。
第1電極から薄膜ガラスに沿ってプラズマを発生させるようにしたプラズマ発生用電極であって、第1電極の抵抗値が1μΩcm〜0.9Ωcmであることを特徴とする。
(2)本発明のプラズマ発生用薄膜ガラス電極は、上記(1)において、
前記第1電極が、金属ナノインクで形成した上に、メッキを積層したものであることを特徴とする。
(3)本発明のプラズマ発生用薄膜ガラス電極は、上記(1)又は(2)において、
前記第1電極の回路の屈折部が、湾曲状態になっていることを特徴とする。
本発明によれば、可撓性のあるガラス基板にプラズマ発生用の電極を設け、この電極のエッジからガラス基板表面に沿って沿面放電を生じさせ、この沿面放電によって気体をプラズマ化することができるので、被処理物の形状に合わせて所望箇所にプラズマガスを照射させることができる。
<薄膜ガラス>
図1(a)は、実施形態に係るプラズマ発生用薄膜ガラス電極(単に、ガラス電極という場合もある)の構成を示す断面図であり、第1電極及び第2電極を、金属ペーストを用いて作成した例であり、(b)は第1電極をインク、第1積層電極をCuメッキを用い、第2電極をインクを用いて作成した例である。
図1(a)は、実施形態に係るプラズマ発生用薄膜ガラス電極10の構成を示す断面図である。図示するように、可撓性のある薄膜ガラス11上の一方の面に、第1電極12が設けられ、その反対面に第2電極13が設けられており、第1電極12と第2電極13との間に電圧を印可することにより、第1電極12から薄膜ガラス11に沿ってプラズマを発生させる。
ここで、薄膜ガラスは、薄くて平滑で、ガラス組成を有し不導体でかつ可撓性を有している。薄膜ガラス11の厚みは特定するものではないが、可撓性がありかつプラズマ発生時の絶縁破壊に耐える程度の厚みが必要であるという観点から、厚み:0.004mm〜0.5mm程度のものが好ましく使用できる。
また、薄膜ガラス11は、耐熱性、低熱膨張、低熱収縮性を備えているもので、高い寸法安定性を有しているものが好ましく用いられる。
また、アルカリ酸化物含有量やAs、Sbは、0.1wt%以下でありことが望ましい。例えば、市販されているものとしては、日本電気硝子(株)製のG−Leaf(登録商標)、(商品名:OA−10G)などが挙げられる。
図1(a)は、実施形態に係るプラズマ発生用薄膜ガラス電極(単に、ガラス電極という場合もある)の構成を示す断面図であり、第1電極及び第2電極を、金属ペーストを用いて作成した例であり、(b)は第1電極をインク、第1積層電極をCuメッキを用い、第2電極をインクを用いて作成した例である。
図1(a)は、実施形態に係るプラズマ発生用薄膜ガラス電極10の構成を示す断面図である。図示するように、可撓性のある薄膜ガラス11上の一方の面に、第1電極12が設けられ、その反対面に第2電極13が設けられており、第1電極12と第2電極13との間に電圧を印可することにより、第1電極12から薄膜ガラス11に沿ってプラズマを発生させる。
ここで、薄膜ガラスは、薄くて平滑で、ガラス組成を有し不導体でかつ可撓性を有している。薄膜ガラス11の厚みは特定するものではないが、可撓性がありかつプラズマ発生時の絶縁破壊に耐える程度の厚みが必要であるという観点から、厚み:0.004mm〜0.5mm程度のものが好ましく使用できる。
また、薄膜ガラス11は、耐熱性、低熱膨張、低熱収縮性を備えているもので、高い寸法安定性を有しているものが好ましく用いられる。
また、アルカリ酸化物含有量やAs、Sbは、0.1wt%以下でありことが望ましい。例えば、市販されているものとしては、日本電気硝子(株)製のG−Leaf(登録商標)、(商品名:OA−10G)などが挙げられる。
<第1電極、第2電極>
第1電極12、第2電極13の平面的パターンは特に限定するものではなく、使用目的によって適宜決定することができる。例えば、電極の平面的パターンを、櫛形状や矩形状、島状とすることができる。
また、第1電極、第2電極の材質は特に限定されず、所定の導電性を有する物質であれば使用可能である。例えば、カーボン、銅、銀、鉄、タングステン、モリブデン、マンガン、チタン、クロム、ジルコニウム、ニッケル、白金、パラジウム、あるいはこれらの合金が挙げられる。
また、導電性高分子、カーボンナノチューブ等も用途により用いることができる。
さらに、ITO、IZO等の透明電極適用できる。
第1電極12、第2電極13の平面的パターンは特に限定するものではなく、使用目的によって適宜決定することができる。例えば、電極の平面的パターンを、櫛形状や矩形状、島状とすることができる。
また、第1電極、第2電極の材質は特に限定されず、所定の導電性を有する物質であれば使用可能である。例えば、カーボン、銅、銀、鉄、タングステン、モリブデン、マンガン、チタン、クロム、ジルコニウム、ニッケル、白金、パラジウム、あるいはこれらの合金が挙げられる。
また、導電性高分子、カーボンナノチューブ等も用途により用いることができる。
さらに、ITO、IZO等の透明電極適用できる。
第1電極12、第2電極13は、基板である薄膜ガラス11の上に、例えば、金属粉末を塗工(塗布ともいう)することで回路を形成することができる。
この場合の塗工方法としては、スクリーン印刷、インクジェット印刷、カレンダーロール印刷、ディップ法、蒸着、物理的気相成長法など、任意の塗工方法を利用可能である。
電極を印刷法やディップ法によって形成する場合には、前記した各種金属あるいは合金の粉末を、有機バインダーおよび溶剤(テルピネオール等)と混合して導体ペーストを作製し、次いでこの導体ペーストを基板上に塗工して乾燥及び/又は焼成する。
この場合の塗工方法としては、スクリーン印刷、インクジェット印刷、カレンダーロール印刷、ディップ法、蒸着、物理的気相成長法など、任意の塗工方法を利用可能である。
電極を印刷法やディップ法によって形成する場合には、前記した各種金属あるいは合金の粉末を、有機バインダーおよび溶剤(テルピネオール等)と混合して導体ペーストを作製し、次いでこの導体ペーストを基板上に塗工して乾燥及び/又は焼成する。
<導体ペースト>
導体ペーストは、ナノ〜マイクロメートルサイズの微粒子、バインダーと溶剤から構成される。導電機構としては、お互いに接触が得られた金属粒子を通って電気が流れる。このため、導体ペーストで回路形成後には、焼成して樹脂分を出来るだけ分解して抵抗値を下げることが望ましい。
なお、粒子間の電気接続を良好なものとするため、球状の粒子よりも平べったいフレーク状の金属粒子とすることが好ましい。また金属粒子粒径も小さい方が粒子間の電気接続の観点から好ましい。フレーク状とすることで、各粒子間の接触面積が大きくなることで、より大きな電流が流れ易くなる。
しかし、塗工後の加熱温度が低すぎると、金属粒子間にバインダーが残り抵抗率が増し、バルク金属に比較して流れる電流が低く抑えられる。
なお、第1電極12の抵抗値が1μΩcm〜0.9Ωcmであることが望ましく、導体ペーストとしては、銀ペーストあるいは銅ペーストが好ましく挙げられる。
導体ペーストは、ナノ〜マイクロメートルサイズの微粒子、バインダーと溶剤から構成される。導電機構としては、お互いに接触が得られた金属粒子を通って電気が流れる。このため、導体ペーストで回路形成後には、焼成して樹脂分を出来るだけ分解して抵抗値を下げることが望ましい。
なお、粒子間の電気接続を良好なものとするため、球状の粒子よりも平べったいフレーク状の金属粒子とすることが好ましい。また金属粒子粒径も小さい方が粒子間の電気接続の観点から好ましい。フレーク状とすることで、各粒子間の接触面積が大きくなることで、より大きな電流が流れ易くなる。
しかし、塗工後の加熱温度が低すぎると、金属粒子間にバインダーが残り抵抗率が増し、バルク金属に比較して流れる電流が低く抑えられる。
なお、第1電極12の抵抗値が1μΩcm〜0.9Ωcmであることが望ましく、導体ペーストとしては、銀ペーストあるいは銅ペーストが好ましく挙げられる。
<金属ナノインク>
また、薄膜ガラス上の第1電極及び第2電極の形成は、金属ナノインクを塗布することで形成することもできる。
図1(b)は、実施形態に係るプラズマ発生用薄膜ガラス電極の構成を示す断面図であり、第1電極12を、インク12aの上に、第1積層電極12bをCuメッキを用いて積層し、第2電極13をインクを用いて作成した例である。
金属ナノインクは、数〜数十ナノメートルの金属ナノ粒子を液体中に分散させたものである。これを塗布乾燥させると、まず金属ナノ粒子が緻密に並んだ薄膜が得られる。これを熱処理すると、ナノ粒子特有の融点降下によって、粒子同士が融着し、金属結合を形成する。
その結果、ナノインクによって得られる塗布膜は金属箔に近いものとなり、抵抗率はバルク金属に近い値となる。市販されているものとしては、(株)コロイダルインク製の商品名:コロイダルインクが挙げられる。
第1積層電極12aとしては、前記第1電極、第2電極で挙げた導電性材料を挙げることができる。
積層手段としては、メッキやスパッタ、蒸着等が挙げられる。
第1電極12の上にさらに第1積層電極12aを形成することにより、第1電極の抵抗値を下げることができ、優れたプラズマ発生用薄膜ガラス電極とすることができる。
なお、第1積層電極12aは、電極の可撓性という観点から、5μm〜100μm程度の厚みとすることが好ましい。
また、薄膜ガラス上の第1電極及び第2電極の形成は、金属ナノインクを塗布することで形成することもできる。
図1(b)は、実施形態に係るプラズマ発生用薄膜ガラス電極の構成を示す断面図であり、第1電極12を、インク12aの上に、第1積層電極12bをCuメッキを用いて積層し、第2電極13をインクを用いて作成した例である。
金属ナノインクは、数〜数十ナノメートルの金属ナノ粒子を液体中に分散させたものである。これを塗布乾燥させると、まず金属ナノ粒子が緻密に並んだ薄膜が得られる。これを熱処理すると、ナノ粒子特有の融点降下によって、粒子同士が融着し、金属結合を形成する。
その結果、ナノインクによって得られる塗布膜は金属箔に近いものとなり、抵抗率はバルク金属に近い値となる。市販されているものとしては、(株)コロイダルインク製の商品名:コロイダルインクが挙げられる。
第1積層電極12aとしては、前記第1電極、第2電極で挙げた導電性材料を挙げることができる。
積層手段としては、メッキやスパッタ、蒸着等が挙げられる。
第1電極12の上にさらに第1積層電極12aを形成することにより、第1電極の抵抗値を下げることができ、優れたプラズマ発生用薄膜ガラス電極とすることができる。
なお、第1積層電極12aは、電極の可撓性という観点から、5μm〜100μm程度の厚みとすることが好ましい。
なお、電極回路が急角度で鋭角状に屈曲していると、その尖った部分(エッジ)に電界集中が起こるため、そのエッジ部分に電極回路の劣化が生ずる(図2参照)。よって、電極回路のエッジ部分に電界集中させないように、鋭角状に屈曲する部分は湾曲状(アール状)に形成させる。
また、端子部分は円形状に形成させることが好ましい。
また、端子部分は円形状に形成させることが好ましい。
<導入されるガス>
導入されるガスは、目的とする反応によって、一種類のガスであってよく、あるいは複数種類のガスを貫通孔から供給してもよい。
また、一種類のガスを供給する場合には、純ガスであってよく、混合ガスであってもよい。
また、供給されたガスを沿面放電の作用によってプラズマ化することができるが、供給された複数種類のガスを沿面放電の作用下に互いに反応させ、活性種を生成させることもできる。
導入されるガスは、目的とする反応によって、一種類のガスであってよく、あるいは複数種類のガスを貫通孔から供給してもよい。
また、一種類のガスを供給する場合には、純ガスであってよく、混合ガスであってもよい。
また、供給されたガスを沿面放電の作用によってプラズマ化することができるが、供給された複数種類のガスを沿面放電の作用下に互いに反応させ、活性種を生成させることもできる。
ガスの種類は限定されないが、希ガス(ヘリウム)、アルゴン、ネオンなど)、窒素ガス、酸素ガス、水素、空気(大気)、塩素ガス、アンモニアガス、SF6、CF系ガスなどを例示できる。
また、過酸化水素、過酢酸、エタノール、メタノール、水などの液体を噴霧したり、あるいは蒸発させて霧状にしたものを供給することができる。
また、電気分解によって発生したガス(酸素と水素)とを用いることもできる。
上記したガスおよび液体は単独で使用でき、あるいは他のガスや液体との混合物として使用できる。
また、過酸化水素、過酢酸、エタノール、メタノール、水などの液体を噴霧したり、あるいは蒸発させて霧状にしたものを供給することができる。
また、電気分解によって発生したガス(酸素と水素)とを用いることもできる。
上記したガスおよび液体は単独で使用でき、あるいは他のガスや液体との混合物として使用できる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について述べる。
[実施例1]
実施例1では、本発明の薄膜ガラス電極を用いてマイクロプラズマを生成し、室内空気の浄化を行った。室内環境で懸念されるPM2.5の処理を検討するにあたり、排ガスにより大気中へ拡散されるPMに含まれる物質とされるヘキサデカンを対象とした分解処理を行った。
ヘキサデカンは炭素が16個連なった直鎖アルカンである。
ガソリンの成分であるが炭素数16以上の炭化水素は熱分解されにくく空気中へ微粒子として放出されPM2.5になるとされる。
大気中から室内への侵入も大いに考えられ、その小ささから肺などに深く侵入しアレルギーや肺炎などの原因となる恐れもある。また、悪臭の原因にもなる。
<薄膜ガラス電極の基礎特性>
今回プラズマ発生用薄膜ガラス電極として、誘電体にガラスを使用した薄膜ガラスを用いた。ガラスは従来の誘電体として利用されていたフィルムと比較し誘電率が高く絶縁破壊しにくいという特性を持つ。
実施例1で使用した薄膜ガラス電極の断面図を図3に示す。
図4はその平面図であり、TypeAは電極40本の例、TypeBは電極15本の例である。
実験を開始する前に、薄膜ガラス電極の電流電圧波形及び消費電力の測定を行った。
電圧電流波形測定回路及び消費電力測定回路をそれぞれ図5に示す。
電圧電流波形及びプラズマ発光の様子を表1に示す。
電圧の立ち上がり及び立下りの際にスパイク状の電流パルスが観察され、プラズマが発生していることが分かる。
後の実験で電圧特性を測定したTypeBの各電圧におけるリサージュ波形を図6に示す。
リサージュ波形の面積より消費電力を求め表2に示す。
表1及び表2よりプラズマ生成量と共に消費電力が大きくなっていることが分かる。
[実施例1]
実施例1では、本発明の薄膜ガラス電極を用いてマイクロプラズマを生成し、室内空気の浄化を行った。室内環境で懸念されるPM2.5の処理を検討するにあたり、排ガスにより大気中へ拡散されるPMに含まれる物質とされるヘキサデカンを対象とした分解処理を行った。
ヘキサデカンは炭素が16個連なった直鎖アルカンである。
ガソリンの成分であるが炭素数16以上の炭化水素は熱分解されにくく空気中へ微粒子として放出されPM2.5になるとされる。
大気中から室内への侵入も大いに考えられ、その小ささから肺などに深く侵入しアレルギーや肺炎などの原因となる恐れもある。また、悪臭の原因にもなる。
<薄膜ガラス電極の基礎特性>
今回プラズマ発生用薄膜ガラス電極として、誘電体にガラスを使用した薄膜ガラスを用いた。ガラスは従来の誘電体として利用されていたフィルムと比較し誘電率が高く絶縁破壊しにくいという特性を持つ。
実施例1で使用した薄膜ガラス電極の断面図を図3に示す。
図4はその平面図であり、TypeAは電極40本の例、TypeBは電極15本の例である。
実験を開始する前に、薄膜ガラス電極の電流電圧波形及び消費電力の測定を行った。
電圧電流波形測定回路及び消費電力測定回路をそれぞれ図5に示す。
電圧電流波形及びプラズマ発光の様子を表1に示す。
電圧の立ち上がり及び立下りの際にスパイク状の電流パルスが観察され、プラズマが発生していることが分かる。
後の実験で電圧特性を測定したTypeBの各電圧におけるリサージュ波形を図6に示す。
リサージュ波形の面積より消費電力を求め表2に示す。
表1及び表2よりプラズマ生成量と共に消費電力が大きくなっていることが分かる。
<実験方法>
ヘキサデカンを含む気体内で電極に電圧を印加することにより、プラズマを発生させ、気体の処理を行った.実験系を図7に示す。
11.4Lの容器内に0.5ml(約3000ppm)のヘキサデカンを蒸発させた気体を対象とした。
測定はフーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)(FTIR−8400S,SHIMADU)を用いたスペクトル分光を行った。
ヘキサデカンは常温で液体であるため、気化前に容器全体をホットプレートの熱により55℃まで加熱することにより実験系をなるべく温め実験中に液化しない工夫を施した。
また、同様の理由により実験中FTIRのガスセルは60℃のリボンヒーターにより加熱し続け保温した。
FTIRによる測定を表3のような設定で行った。
<実験結果>
ヘキサデカンは沸点285℃であるため実験装置上いくらか液化し,容器表面に付着しFTIRでは検出されなくなると考えられ,実際に実験後容器の表面を拭うと汚れが確認できた。
ヘキサデカンを気化させた前後の気体のFTIRによる測定結果のスペクトルを図8に示す。
ピークの重なりによりヘキサデカン単体のスペクトルを見ることが難しいためヘキサデカン濃度検出の判断を2984〜2833cm−1の範囲の最大値とした。
その値によって図9に示す検量線を作成し、吸光度からヘキサデカン濃度を示す。
<時間特性>
プラズマ処理時間を変化させヘキサデカンの減少量を測定した。
実験結果を図10に示す。
また90min後の濃度、割合、エネルギー効率を表4に示す。
2種類の電極において、ヘキサデカンの減少量では電極本数の多いタイプAの方がやや良い結果を示した。
<電圧特性>
TypeBを1.0kv0−p、1.1kV0−p,1.2kV0−p変化させることでヘキサデカン減少量の電圧特性を測定した。
FTIRは濃度が低くなると測定感度が低下するため処理時間は30minとした.
30min後の自然減衰後のヘキサデカン濃度は2300ppmであった.
ヘキサデカン濃度の電圧特性を図11に示す。30min後の濃度,割合,エネルギー効率を表5に示す。
1.2kV0−pによる処理後のヘキサデカン濃度が大きく減少していることが分かるが各電圧におけるエネルギー効率に大きな違いは見られなかった。
TypeBを1.0kv0−p、1.1kV0−p,1.2kV0−p変化させることでヘキサデカン減少量の電圧特性を測定した。
FTIRは濃度が低くなると測定感度が低下するため処理時間は30minとした.
30min後の自然減衰後のヘキサデカン濃度は2300ppmであった.
ヘキサデカン濃度の電圧特性を図11に示す。30min後の濃度,割合,エネルギー効率を表5に示す。
1.2kV0−pによる処理後のヘキサデカン濃度が大きく減少していることが分かるが各電圧におけるエネルギー効率に大きな違いは見られなかった。
<まとめ>
ヘキサデカンのプラズマ処理を行うことで,以下の知見を得た。
・プラズマ処理によりヘキサデカンの減少が促進した。
・90分間のプラズマ処理により、ヘキサデカン減少率が63.7%から、TypeA:94.4%、TypeB:88.9%に減少した。
・薄膜ガラス電極パターンによるエネルギー効率の大きな違いは見られなかった。
・電圧を上げることでヘキサデカンの減少が促進した。
・TypeBにおける30分間のプラズマ処理によりヘキサデン減少率が27.1%から1kV:33.6 %,1.1kV:39.7%,1.2kV:84.1%に減少した。
・電圧によるエネルギー効率の大きな違いは見られなかった。
[実施例2]
図12は、50μmと100μmの、厚みの異なる2種類の薄膜ガラスを用いたプラズマ発生用薄膜ガラス電極を形成して、薄膜ガラスの絶縁を評価したときの放電時の様子を観察した図である。
50μmでは、ストリーマーが観察され、薄膜ガラスの破壊や穴あきが見られた。
100μmでは、ストリーマーが観察されが、薄膜ガラスの破壊や穴あきは見られなかった。
図12は、50μmと100μmの、厚みの異なる2種類の薄膜ガラスを用いたプラズマ発生用薄膜ガラス電極を形成して、薄膜ガラスの絶縁を評価したときの放電時の様子を観察した図である。
50μmでは、ストリーマーが観察され、薄膜ガラスの破壊や穴あきが見られた。
100μmでは、ストリーマーが観察されが、薄膜ガラスの破壊や穴あきは見られなかった。
[実施例3]
図13、図14は、駆動電圧と正イオン濃度の関係を調べたグラフである。
薄膜ガラス電極サイズは12.5mm×25mm(下図参照)であり、櫛状のパタンを持っている。ガラス電極厚さはそれぞれ50,100,200,300,400,500μmである。
(1)は放電電圧と生成された正イオン数をプロットしたグラフである。
これからガラス電極厚さが薄い方(50μm)が、低い駆動電圧でイオン数の増加が認められた。またガラス電極厚さによらず、ある程度で生成イオン数も飽和する傾向が見られた。
(2)は放電電圧と生成された正イオン数を片対数でプロットしたグラフである。
これからより低い電圧でのイオン生成には薄いガラス電極が、有効であることが認められた。
(3)は50μmのガラス電極を用いて正イオン数の経時変化を調べた結果である。
駆動電圧は760〜780Vであった。低温乾燥型の銀ペーストを用いた場合、10時間程度で低下する傾向が見られた。
(4)は200μmのガラス電極を用いて正イオン数の経時変化を調べた結果である。
駆動電圧は1300〜1320Vであった。低温乾燥型の銀ペーストを用いた場合、10時間程度で低下する傾向が見られた。
(5)は400μmのガラス電極を用いて正イオン数の経時変化を調べた結果である。
駆動電圧は1500〜1600Vであった。低温乾燥型の銀ペーストを用いた場合、10時間程度で低下する傾向が見られた。
図13、図14は、駆動電圧と正イオン濃度の関係を調べたグラフである。
薄膜ガラス電極サイズは12.5mm×25mm(下図参照)であり、櫛状のパタンを持っている。ガラス電極厚さはそれぞれ50,100,200,300,400,500μmである。
(1)は放電電圧と生成された正イオン数をプロットしたグラフである。
これからガラス電極厚さが薄い方(50μm)が、低い駆動電圧でイオン数の増加が認められた。またガラス電極厚さによらず、ある程度で生成イオン数も飽和する傾向が見られた。
(2)は放電電圧と生成された正イオン数を片対数でプロットしたグラフである。
これからより低い電圧でのイオン生成には薄いガラス電極が、有効であることが認められた。
(3)は50μmのガラス電極を用いて正イオン数の経時変化を調べた結果である。
駆動電圧は760〜780Vであった。低温乾燥型の銀ペーストを用いた場合、10時間程度で低下する傾向が見られた。
(4)は200μmのガラス電極を用いて正イオン数の経時変化を調べた結果である。
駆動電圧は1300〜1320Vであった。低温乾燥型の銀ペーストを用いた場合、10時間程度で低下する傾向が見られた。
(5)は400μmのガラス電極を用いて正イオン数の経時変化を調べた結果である。
駆動電圧は1500〜1600Vであった。低温乾燥型の銀ペーストを用いた場合、10時間程度で低下する傾向が見られた。
[実施例4]
図15〜図18は、プラズマ発生用薄膜ガラス電極を「田」の字パタンの形状とした場合のオゾン生成の電圧を調べたものである。
薄膜ガラス電極のサイズは25×50mmである。
図15に示す薄膜ガラス電極の厚さは300μmである。
駆動電圧1.5kV位からスパイク電流の発生が認められると同時にガラス電極パタンよりストリーマ放電が観察された。
オゾン生成もストリーマ放電に伴い認められた。
図15より、300μmの薄膜ガラス電極の場合、正イオン数は1250〜1350Vで100万個発生しており、この駆動電圧に設定した場合には、オゾン生成がなく、イオンを発生させることが出来る。
図16の上図のガラス電極の厚さは400μmである(電極サイズは25×50mm)。
駆動電圧1.6kV位からスパイク電流の発生が認められると同時にガラス電極パタンよりストリーマ放電が観察された。オゾン生成もストリーマ放電に伴い認められた。
図13より、400μmのガラス電極の場合、正イオン数は1400〜1500Vで100万個発生しており、この駆動電圧に設定した場合にはオゾン生成なく、イオンを発生させることが出来る。
また、図16の下図に示す薄膜ガラス電極の厚さは500μmである。
駆動電圧1.7kV位からスパイク電流の発生が認められると同時にガラス電極パタンよりストリーマ放電が観察された。オゾン生成もストリーマ放電に伴い認められた。
図16下図に示す結果より、500μmのガラス電極の場合、正イオン数は1550〜1650Vで100万個発生しており、この駆動電圧に設定した場合には、オゾン生成なく、イオンを発生させることが出来る。
図17に示す薄膜ガラス電極サイズは12.5×25mmであり、薄膜ガラス電極の厚さは500μmである。
駆動電圧1.65kV位からスパイク電流の発生が認められると同時にガラス電極パタンよりストリーマ放電が観察された。
オゾン生成もストリーマ放電に伴い認められた。
図17より、500μmのガラス電極の場合、正イオン数は1550〜1650Vで100万個発生しており、この駆動電圧に設定した場合にはオゾン生成なく、イオンを発生させることが出来る。
図18の上図に示す薄膜ガラス電極の厚さは300μmである(電極サイズは12.5×25mm)。
駆動電圧1.4kV位からスパイク電流の発生が認められると同時にガラス電極パタンよりストリーマ放電が観察された。
オゾン生成もストリーマ放電に伴い認められた。
図18の上図に示す結果より、300μmのガラス電極の場合、正イオン数は1250〜1350Vで100万個発生しており、この駆動電圧に設定した場合にはオゾン生成なく、イオンを発生させることが出来る。
また図18の下図のガラス電極の厚さは400μmである。駆動電圧1.5kV位からスパイク電流の発生が認められると同時にガラス電極パタンよりストリーマ放電が観察された。オゾン生成もストリーマ放電に伴い認められた。
図18の下図の結果より、400μmのガラス電極の場合、正イオン数は1400〜1500Vで100万個発生しており、この駆動電圧に設定した場合にはオゾン生成なく、イオンを発生させることが出来る。
以上、ガラス電極の厚さに依存するが、図13のグラフと図15〜18によりストリーマ放電の生じない駆動電圧に設定することで、オゾン生成がない領域でのイオン生成が可能となる効果が示された。
図15〜図18は、プラズマ発生用薄膜ガラス電極を「田」の字パタンの形状とした場合のオゾン生成の電圧を調べたものである。
薄膜ガラス電極のサイズは25×50mmである。
図15に示す薄膜ガラス電極の厚さは300μmである。
駆動電圧1.5kV位からスパイク電流の発生が認められると同時にガラス電極パタンよりストリーマ放電が観察された。
オゾン生成もストリーマ放電に伴い認められた。
図15より、300μmの薄膜ガラス電極の場合、正イオン数は1250〜1350Vで100万個発生しており、この駆動電圧に設定した場合には、オゾン生成がなく、イオンを発生させることが出来る。
図16の上図のガラス電極の厚さは400μmである(電極サイズは25×50mm)。
駆動電圧1.6kV位からスパイク電流の発生が認められると同時にガラス電極パタンよりストリーマ放電が観察された。オゾン生成もストリーマ放電に伴い認められた。
図13より、400μmのガラス電極の場合、正イオン数は1400〜1500Vで100万個発生しており、この駆動電圧に設定した場合にはオゾン生成なく、イオンを発生させることが出来る。
また、図16の下図に示す薄膜ガラス電極の厚さは500μmである。
駆動電圧1.7kV位からスパイク電流の発生が認められると同時にガラス電極パタンよりストリーマ放電が観察された。オゾン生成もストリーマ放電に伴い認められた。
図16下図に示す結果より、500μmのガラス電極の場合、正イオン数は1550〜1650Vで100万個発生しており、この駆動電圧に設定した場合には、オゾン生成なく、イオンを発生させることが出来る。
図17に示す薄膜ガラス電極サイズは12.5×25mmであり、薄膜ガラス電極の厚さは500μmである。
駆動電圧1.65kV位からスパイク電流の発生が認められると同時にガラス電極パタンよりストリーマ放電が観察された。
オゾン生成もストリーマ放電に伴い認められた。
図17より、500μmのガラス電極の場合、正イオン数は1550〜1650Vで100万個発生しており、この駆動電圧に設定した場合にはオゾン生成なく、イオンを発生させることが出来る。
図18の上図に示す薄膜ガラス電極の厚さは300μmである(電極サイズは12.5×25mm)。
駆動電圧1.4kV位からスパイク電流の発生が認められると同時にガラス電極パタンよりストリーマ放電が観察された。
オゾン生成もストリーマ放電に伴い認められた。
図18の上図に示す結果より、300μmのガラス電極の場合、正イオン数は1250〜1350Vで100万個発生しており、この駆動電圧に設定した場合にはオゾン生成なく、イオンを発生させることが出来る。
また図18の下図のガラス電極の厚さは400μmである。駆動電圧1.5kV位からスパイク電流の発生が認められると同時にガラス電極パタンよりストリーマ放電が観察された。オゾン生成もストリーマ放電に伴い認められた。
図18の下図の結果より、400μmのガラス電極の場合、正イオン数は1400〜1500Vで100万個発生しており、この駆動電圧に設定した場合にはオゾン生成なく、イオンを発生させることが出来る。
以上、ガラス電極の厚さに依存するが、図13のグラフと図15〜18によりストリーマ放電の生じない駆動電圧に設定することで、オゾン生成がない領域でのイオン生成が可能となる効果が示された。
図19にガラス電極(300μm)表面に銅メッキを施した場合のイオン数変化(印加電圧:1.30kV、測定時間:4時間)の結果(上図:正イオン、下図:負イオン)を示す。これから低温焼成型銀ペーストの場合(図14)は駆動時間により、生成イオンの減少が認められたが、メッキ電極の場合は、測定範囲内でのイオン数減少は認められなかった。
本発明のプラズマ発生用薄膜ガラス電極は、可撓性のあるガラス基板に低電圧プラズマ発生用の電極を設け、この電極のエッジから基板表面に沿って沿面放電を生じさせ、この沿面放電によって気体をプラズマ化することができるので、被処理物の形状に合わせて所望箇所にプラズマガスを照射させることができ、種々の被処理物に対するプラズマ処理の効率を上昇させることができる。
Claims (3)
- 低電圧でプラズマを発生させるための電極であって、
可撓性を有する薄膜ガラスと、
薄膜ガラスの一方の面に設けられている第1電極と、
第1電極と反対面に設けられている第2電極と、を備え、
第1電極から薄膜ガラスに沿ってプラズマを発生させるようにしたプラズマ発生用電極であって、
第1電極の抵抗値が1μΩcm〜0.9Ωcmであることを特徴とするプラズマ発生用薄膜ガラス電極。 - 前記第1電極が、金属ナノインクで形成した上に、メッキを積層したものであることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ発生用薄膜ガラス電極。
- 前記第1電極の回路の屈折部が、湾曲状態になっていることを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ発生用薄膜ガラス電極。
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JP2017074746A JP2018181452A (ja) | 2017-04-04 | 2017-04-04 | プラズマ発生用薄膜ガラス電極 |
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JP2011504404A (ja) * | 2007-11-21 | 2011-02-10 | ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファウンデーション,インク. | プラズマ場を使用する自己滅菌装置 |
JP2012217761A (ja) * | 2011-04-13 | 2012-11-12 | Hitachi Ltd | プラズマ滅菌装置 |
JP2013258137A (ja) * | 2012-05-14 | 2013-12-26 | Kazuo Shimizu | 低電圧プラズマ発生用電極 |
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-
2017
- 2017-04-04 JP JP2017074746A patent/JP2018181452A/ja active Pending
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