JP2020035551A - プラズマ発生装置とヒータ暖機方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマヘッドから照射されるプラズマを加温するヒータの暖機中における温度上昇過程を監視することが可能なプラズマ発生装置とヒータ暖機方法を提供すること。【解決手段】プラズマヘッドから照射されるプラズマを加温するヒータと、ヒータの暖機状態を判定するための基準データが記憶された記憶装置と、ヒータの温度を計測する温度センサと、制御装置と、を備え、制御装置は、ヒータの暖機を開始する暖機開始処理と、ヒータの暖機中において、温度センサの温度計測によって第１温度を取得する第１温度取得処理と、第１温度の取得時点から所定時間経過した基準時点に対応するヒータの下限温度を、記憶装置の基準データに基づいて算出する算出処理と、基準時点において、温度センサの温度計測によって第２温度を取得する第２温度取得処理と、第２温度が下限温度未満である場合に、ヒータの暖機を停止する暖機停止処理と、を実行するプラズマ発生装置。【選択図】図５

Description

本開示は、プラズマヘッドの温度を監視するプラズマ発生装置に関するものである。

従来より、プラズマ発生装置に関し、プラズマヘッドの温度を監視する技術が種々提案されている。

例えば、下記特許文献１に記載の大気圧プラズマ発生装置では、プラズマヘッドにおいて、反応容器の上端から第１の不活性ガスを導入し、反応容器の外側近傍に配置されたアンテナ又は電極に高周波電圧を印加することで、反応容器内で発生したプラズマが吹き出し口から一次プラズマとして吹き出し、この一次プラズマが混合ガス空間内に混合ガスを供給して形成されている混合ガス領域に衝突し、その混合ガスが雪崩れ現象的にプラズマ化し、二次プラズマとして混合ガス空間から吹きだす。その際、アンテナ又は電極は、高周波電流が流れることで発熱するが、アンテナ又は電極に密接して配設された非導電性放熱部材を通して放熱されることで、高温になるのが防止され、さらにその非導電性放熱部材の温度を検出し、検出温度が上限設定温度以上になったときには強制冷却手段を動作させて強制的に冷却し、下限設定温度以下になったとき強制冷却手段の動作を停止させて強制冷却を止める。

特開２００８−４７４４６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の大気圧プラズマ発生装置は、プラズマ発生中のプラズマヘッドの温度調節が可能であるが、プラズマ発生前の暖機段階における温度上昇過程を監視することは困難であった。

そこで、本開示は、上述した点を鑑みてなされたものであり、プラズマヘッドから照射されるプラズマを加温するヒータの暖機中における温度上昇過程を監視することが可能なプラズマ発生装置とヒータ暖機方法を提供することを課題とする。

本明細書は、プラズマヘッドと、プラズマヘッドから照射されるプラズマを加温するヒータと、ヒータの暖機状態を判定するための基準データが記憶された記憶装置と、ヒータの温度を計測する温度センサと、制御装置と、を備え、制御装置は、ヒータの暖機を開始する暖機開始処理と、ヒータの暖機中において、温度センサの温度計測によって第１温度を取得する第１温度取得処理と、第１温度の取得時点から所定時間経過した基準時点に対応するヒータの下限温度を、記憶装置の基準データに基づいて算出する算出処理と、基準時点において、温度センサの温度計測によって第２温度を取得する第２温度取得処理と、第２温度が下限温度以上である場合に、第２温度を第１温度とみなして、更に、算出処理及び第２温度取得処理を繰り返す繰返処理と、第２温度が下限温度未満である場合に、ヒータの暖機を停止する暖機停止処理と、を実行するプラズマ発生装置を開示する。

本開示によれば、プラズマ発生装置は、プラズマヘッドから照射されるプラズマを加温するヒータの暖機中における温度上昇過程を監視することが可能である。

大気圧プラズマ発生装置のプラズマヘッドを示す斜視図である。 大気圧プラズマ発生装置のプラズマヘッドの下端部を示す斜視図である。 大気圧プラズマ発生装置のプラズマヘッドの要部を示す断面図である。 大気圧プラズマ発生装置の制御系統を示すブロック図である。 ヒータ暖機方法の制御プログラムを示すフローチャートである。 暖機運転中におけるヒータの温度上昇過程の一例を示す図である。 第１温度とヒータの下限温度との対応関係の一例を示す図である。 プラズマヘッド冷却方法の制御プログラムを示すフローチャートである。 産業用ロボットに取り付けられた大気圧プラズマ発生装置の概略構成を示す図である。

全体構成
大気圧プラズマ発生装置は、大気圧下でプラズマを発生させるための装置である。図９に示すように、大気圧プラズマ発生装置１０は、プラズマヘッド１８、制御装置１６、電力ケーブル１４０、及びガス配管１８０等を備える。大気圧プラズマ発生装置１０は、制御装置１６から電力ケーブル１４０を介してプラズマヘッド１８に電力を伝送し、ガス配管１８０を介して処理ガス等を供給し、プラズマヘッド１８からプラズマガスを照射させる。プラズマヘッド１８は、産業用ロボット２００のロボットアーム２０１の先端に取り付けられている。電力ケーブル１４０及びガス配管１８０は、ロボットアーム２０１に沿って取り付けられている。ロボットアーム２０１は、２つのアーム部２０５，２０５を１方向に連結させた多関節ロボットである。産業用ロボット２００は、ロボットアーム２０１を駆動してプラズマヘッド１８を移動させ、ワーク台５が支持するワークＷにプラズマガスを照射する作業を行う。制御装置１６は、処理ガス供給装置７４及び加熱用ガス供給装置８６を有する。処理ガス供給装置７４は、窒素等の不活性ガスと酸素等の活性ガスとの少なくとも一方を処理ガスとして供給する。加熱用ガス供給装置８６は、酸素等の活性ガス、若しくは、窒素等の不活性ガスを供給する。また、制御装置１６には、表示装置１１５を備える。表示装置１１５は、各種の情報等が表示される画面を備える。

プラズマヘッド１８の構成
図１に示すように、プラズマヘッド１８は、プラズマガス噴出装置１２と加熱ガス噴出装置１４とを備えている。以下の説明において、プラズマヘッド１８の幅方向をＸ方向と、プラズマヘッド１８の奥行方向をＹ方向と、Ｘ方向とＹ方向とに直行する方向、つまり、上下方向をＺ方向と称する。

プラズマガス噴出装置１２は、ハウジング２０、カバー２２、１対の電極（図３，４参照）２４，２６によって構成されている。図３に示すように、ハウジング２０は、メインハウジング３０、放熱板３１、アース板３２、下部ハウジング３４、ノズルブロック３６を含む。メインハウジング３０は、概してブロック状をなし、メインハウジング３０の内部には、反応室３８が形成されている。また、メインハウジング３０には、上下方向に延びるように、複数の第１ガス流路（図３では１本の第１ガス流路のみが記されている）５０が形成されており、複数の第１ガス流路５０は、Ｘ方向（図３では、紙面に対して垂直方向）に所定の間隔をおいて並んでいる。各第１ガス流路５０の上端部は、反応室３８に開口し、下端部は、メインハウジング３０の底面に開口している。

放熱板３１は、メインハウジング３０のＹ方向における一方側の側面に配設されている。放熱板３１は、複数のフィン（図示省略）を有しており、メインハウジング３０の熱を放熱する。また、アース板３２は、避雷針として機能するものであり、メインハウジング３０の下面に固定されている。アース板３２には、複数の第１ガス流路５０に対応して、上下方向に貫通する複数の貫通穴５６が形成されており、各貫通穴５６は、対応する第１ガス流路５０に連結されている。

下部ハウジング３４は、ブロック状をなし、アース板３２の下面に固定されている。下部ハウジング３４には、複数の貫通穴５６に対応して、複数の第２ガス流路６２が上下方向に延びるように形成されている。各第２ガス流路６２の上端部は、対応する貫通穴５６に連結され、下端部は、下部ハウジング３４の底面に開口している。

図２に示すように、ノズルブロック３６は、下部ハウジング３４の下面に固定されており、下部ハウジング３４の複数の第２ガス流路６２に対応して、複数の第３ガス流路６６が、上下方向に延びるように形成されている。各第３ガス流路６６の上端部は、対応する第２ガス流路６２に連結され、下端部は、ノズルブロック３６の底面に開口している。

図３に戻り、カバー２２は、概して枡形をなし、下部ハウジング３４及びノズルブロック３６を覆うように、アース板３２の下面に配設されている。カバー２２の下面には、貫通穴７０が形成されている。その貫通穴７０は、ノズルブロック３６の下面より大きく、ノズルブロック３６の下面が、貫通穴７０の内部に位置している。また、カバー２２の加熱ガス噴出装置１４側の側面にも、Ｙ方向に延びるように貫通穴７２が形成されている。

１対の電極２４，２６は、メインハウジング３０の反応室３８の内部において、対向するように配設されている。その反応室３８には、上記図９に示したガス配管１８０を介して、処理ガス供給装置（図４参照）７４が接続されている。処理ガス供給装置７４は、上述したように、窒素等の不活性ガスと酸素等の活性ガスとの少なくとも一方を、処理ガスとして供給する装置である。これにより、反応室３８に、処理ガスが供給される。尚、処理ガスはドライエアでも良い。

また、加熱ガス噴出装置１４は、保護カバー８０、ガス管８２、ヒータ８３、連結ブロック８４を含む。保護カバー８０は、プラズマガス噴出装置１２の放熱板３１を覆うように配設されている。ガス管８２は、保護カバー８０の内部において、上下方向に延びるように配設されており、ガス管８２には、上記図９に示したガス配管１８０を介して、加熱用ガス供給装置（図４参照）８６が接続されている。但し、ガス配管１８０は、２つの異なるチューブであり、上記の反応室３８と上記の処理ガス供給装置７４に接続されたチューブと、ガス管８２と加熱用ガス供給装置８６に接続されたチューブとで構成される。加熱用ガス供給装置８６は、上述したように、酸素等の活性ガス、若しくは、窒素等の不活性ガス（以下、ガスと表記する。）を供給する装置である。これにより、ガス管８２内には、加熱用ガス供給装置８６からガスが供給され、そのガスが下方に向かって流れる。また、ガス管８２内には、例えば、概してコイル状のヒータ８３が吊設されている。これにより、加熱用ガス供給装置８６からガス管８２に供給されたガスが加熱される。また、図１に示すように、ガス管８２には、概して円筒状の熱電対カバー９１が、ガス管８２の長手方向（つまり、上下方向）に沿って付設されている。

熱電対カバー９１内には、熱電対９２が挿入されている。熱電対９２の測温接点９２Ａは、熱電対カバー９１の下端部からガス管８２内に差し込まれ、ヒータ８３の下側に配置されている。図１に示す矢印ＡＲは、ガス管８２内でガスが流れる方向を示している。従って、熱電対９２は、ガス管８２内におけるガスの下流側からヒータ８３に近接する位置において、ガス管８２内を流れるガスの温度を計測する。尚、大気圧プラズマ発生装置１０において、熱電対９２で計測される温度は、ヒータ８３の温度又はプラズマヘッド１８の温度として扱われる。

図３に戻り、連結ブロック８４は、ガス管８２の下端に連結されるとともに、カバー２２のＹ方向での加熱ガス噴出装置１４側の側面に固定されている。連結ブロック８４には、概してＬ字型に屈曲した連通路８８が形成されており、連通路８８の一端部は、連結ブロック８４の上面に開口するとともに、連通路８８の他端部は、連結ブロック８４のプラズマガス噴出装置１２側の側面に開口している。そして、連通路８８の一端部がガス管８２に連通し、連通路８８の他端部が、カバー２２の貫通穴７２に連通している。
尚、プラズマガス噴出装置１２は、アース板３２を備え無くてもよい。

大気圧プラズマ発生装置の制御系統
次に、大気圧プラズマ発生装置１０の制御系統について説明する。大気圧プラズマ発生装置１０は、上記図９に示したように、制御装置１６を備える。更に、図４に示すように、制御装置１６は、上述した処理ガス供給装置７４、加熱用ガス供給装置８６、及び表示装置１１５に加えて、コントローラ１００、高周波電源１０２、駆動回路１０５、流量コントローラ１０３，１０４、制御回路１０６、通信部１０７、電力供給装置１０８、及び入力装置１１６等を備えている。コントローラ１００は、ＣＰＵ１２０、ＲＯＭ１２２、ＲＡＭ１２４等を備えるコンピュータ等により実現される。コントローラ１００は、高周波電源１０２、駆動回路１０５、及び流量コントローラ１０３，１０４等を制御することにより、プラズマガス噴出装置１２及び加熱ガス噴出装置１４を制御する。また、コントローラ１００は、制御回路１０６を介して、表示装置１１５に接続されている。これにより、コントローラ１００の指令に従って、表示装置１１５に画像が表示される。更に、コントローラ１００は、入力装置１１６に接続されている。入力装置１１６は、操作ボタン等により構成されており、操作ボタンへの操作による操作情報を出力する。これにより、操作ボタンへの操作による操作情報が、コントローラ１００に入力される。通信部１０７は、不図示のネットワークに接続する通信機器と通信を行う。通信の形態は特に限定されず、例えば、ＬＡＮ、シリアル通信等である。

高周波電源１０２は、商用電源（不図示）から電極２４，２６へ給電する高周波の交流電力を生成し、生成した交流電力を電極２４，２６へ給電する。

流量コントローラ１０３は、例えばマスフローコントローラ等により実現される。流量コントローラ１０３は、処理ガス供給装置７４から反応室３８に供給される処理ガスの流量を制御する。また、流量コントローラ１０３は、供給される処理ガスの流量の値をコントローラ１００へ出力する。

流量コントローラ１０４は、流量コントローラ１０３と同様に、加熱用ガス供給装置８６からガス管８２に供給されるガスの流量を制御する。また、流量コントローラ１０３は、供給されるガスの流量値をコントローラ１００へ出力する。

駆動回路１０５には、電力供給装置１０８と、ヒータ８３の下端付近に取り付けられた熱電対９２が電気的に接続されている。電力供給装置１０８は、商用電源（不図示）から生成した交流電力をヒータ８３へ給電する。駆動回路１０５は、コントローラ１００に指示された目標温度となるように、熱電対９２の出力値に基づき、電力供給装置１０８を制御することによって、ヒータ８３を加熱し、ヒータ８３の温度調節を行う。また、駆動回路１０５は、熱電対９２の出力値に応じた温度をコントローラ１００へ出力する。

大気圧プラズマ発生装置によるプラズマ処理
大気圧プラズマ発生装置１０において、プラズマガス噴出装置１２では、上述した構成により、反応室３８の内部で処理ガスがプラズマ化され、ノズルブロック３６の第３ガス流路６６の下端からプラズマガスが噴出される。また、加熱ガス噴出装置１４により加熱されたガスがカバー２２の内部に供給される。そして、カバー２２の貫通穴７０から、プラズマガスが、加熱されたガスとともに噴出され、ワークＷがプラズマ処理される。

詳しくは、プラズマガス噴出装置１２では、処理ガス供給装置７４によって処理ガスが反応室３８に供給される。その際、反応室３８では、１対の電極２４，２６に電力が供給されており、１対の電極２４，２６間に電流が流れる。これにより、１対の電極２４，２６間に放電が生じ、その放電により、処理ガスがプラズマ化されて、プラズマガスとなる。反応室３８で発生したプラズマガスは、第１ガス流路５０内を下方に向かって流れ、貫通穴５６を介して、第２ガス流路６２に流れ込む。そして、プラズマガスは、第２ガス流路６２及び第３ガス流路６６内を下方に向かって流れる。これにより、第３ガス流路６６の下端から、プラズマガスがカバー２２の貫通穴７０を通過して噴出される。

また、加熱ガス噴出装置１４では、加熱用ガス供給装置８６によってガスがガス管８２に供給され、そのガス管８２に供給されているガスが、ヒータ８３により加熱される。これにより、ガス管８２に供給されているガスが６００℃〜８００℃に加熱される。その加熱されたガス（以下、加熱ガスと表記する。）は、連結ブロック８４の連通路８８を介して、カバー２２の貫通穴７２からカバー２２の内部に流入する。そして、カバー２２内に流入した加熱ガスは、カバー２２の貫通穴７０から噴出される。この際、ノズルブロック３６の第３ガス流路６６の下端から噴出されるプラズマガスが、加熱ガスによって保護される。これにより、加熱ガスに取り巻かれたプラズマガスが、プラズマヘッド１８から放出され、適切にプラズマ処理を行うことが可能となる。

詳しくは、プラズマ処理時には、プラズマガスを噴出する貫通穴７０から所定の距離、離れた位置にワークＷが置かれ、そのワークＷに貫通穴７０からプラズマガスが噴出される。つまり、プラズマ処理時において、プラズマガスは空気中に噴出され、空気中に噴出されたプラズマガスがワークＷに照射される。

コントローラ１００は、入力装置１１６を介してプラズマ発生開始の指示を受け付けると、プラズマ発生制御を開始する。プラズマ発生制御において、コントローラ１００は、高周波電源１０２に所定の電力を電極２４，２６に給電する制御を開始させ、流量コントローラ１０３，１０４にそれぞれ、処理ガス及びガスを、所定のガス流量での供給を開始させる。また、コントローラ１００は、駆動回路１０５に、所定の温度になるように、ヒータ８３の制御を開始させる。

大気圧プラズマ発生装置におけるヒータの暖機運転
大気圧プラズマ発生装置１０は、上述したように、ワークＷをプラズマ処理する際において、ガス管８２に供給されたガスを６００℃〜８００℃にヒータ８３で加熱している。そのため、大気圧プラズマ発生装置１０の起動時等では、ヒータ８３の暖機運転が行われる。ヒータ８３の暖機運転中において、例えば、短絡又は断線等によって熱電対９２が故障した場合には、熱電対９２の計測温度が、例えば、室温を常に示したり、所定温度から上昇せずに一定温度を示したりすることから、熱電対９２でヒータ８３の温度を正確に計測することができなくなる。そのため、ヒータ８３の温度調節が不能となり、ヒータ８３が故障する虞がある。そこで、大気圧プラズマ発生装置１０は、ヒータ８３の暖機運転中において、ヒータ８３の温度上昇過程を監視している。次に詳細する。

図５は、ヒータ８３の温度上昇過程を監視するためのヒータ暖機方法１１０が示されたフローチャートである。図５のフローチャートで示された制御プログラムは、コントローラ１００のＲＯＭ１２２に記憶されており、大気圧プラズマ発生装置１０の起動時等において、ユーザが入力装置１１６で所定の操作を行うと、コントローラ１００のＣＰＵ１２０により実行される。

以下、図５のフローチャートで示された各処理を、上述した図４に加えて、図６及び図７を用いて説明する。ちなみに、図６の曲線Ｌ１は、暖機運転中におけるヒータ８３の温度変化の一例を示している。また、図７のデータテーブルＤＴは、コントローラ１００のＲＯＭ１２２に記憶されている。

ヒータ暖機方法１１０が実行されると、先ず、暖機開始処理Ｓ１１０が行われる。この処理では、電力供給装置１０８からヒータ８３への電力供給が開始されることによって、ヒータ８３の暖機運転が開始される。

続いて、第１温度取得処理Ｓ１１２が行われる。この処理では、熱電対９２によって温度ＭＴ１が第１温度として取得される。

続いて、算出処理Ｓ１１４が行われる。この処理では、ヒータ８３の下限温度ＬＭ１が算出される。ヒータ８３の下限温度ＬＭ１とは、暖機運転によって温度上昇中にあるヒータ８３の温度であって、第１温度として温度ＭＴ１が取得された時点から第１所定時間ＤＰ（例えば、１０秒）が経過した時点において、電力供給装置１０８の許容変動範囲を考慮して想定されるヒータ８３の最低温度をいう。尚、以下では、第１温度が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過した時点を、基準時点と表記することがある。

ヒータ８３の下限温度ＬＭ１は、第１温度と、データテーブルＤＴとから算出される。

データテーブルＤＴによれば、０℃以上４００℃未満の第１温度には、その第１温度に５０℃加算された温度が、ヒータ８３の下限温度として算出される。以下、ヒータ８３の下限温度として、４００℃以上５００℃未満の第１温度には、その第１温度に２０℃加算された温度が算出され、５００℃以上６００℃未満の第１温度には、その第１温度に５℃加算された温度が算出され、６００℃以上６５０℃未満の第１温度には、その第１温度に３℃加算された温度が算出される。従って、データテーブルＤＴは、第１温度を分類する温度範囲（図７では、０℃以上４００℃未満、４００℃以上５００℃未満、５００℃以上６００℃未満、及び６００℃以上６５０℃未満）と、第１温度から下限温度までの温度差（図７では、５０℃、２０℃、５℃、及び３℃）とを対応付けたデータテーブルである。

このようにして、ヒータ８３の下限温度ＬＭ１は、データテーブルＤＴに記憶されたデータに基づいて算出される。ヒータ８３の下限温度ＬＭ１が算出されると、第１温度として温度ＭＴ１が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過するまで、つまり、基準時点に到達するまで待機する（Ｓ１１６：ＮＯ）。そして、第１温度として温度ＭＴ１が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過すると（Ｓ１１６：ＹＥＳ）、つまり、基準時点に到達すると、第２温度取得処理Ｓ１１８が行われる。この処理では、熱電対９２によって温度ＭＴ２が第２温度として取得される。

続いて、第２温度として取得された温度ＭＴ２が下限温度ＬＭ１以上であるか否かが判定される（Ｓ１２０）。ここで、第２温度として取得された温度ＭＴ２が下限温度ＬＭ１未満である場合（Ｓ１２０：ＮＯ）には、第１温度として温度ＭＴ１が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過したときに、つまり、基準時点に到達したときにおいて、第２温度として取得された温度ＭＴ２（つまり、ヒータ８３の温度）が、下限温度ＬＭ１まで上昇していないと言える。そこで、異常があるとして、暖機停止処理Ｓ１２２が行われる。この処理では、電力供給装置１０８からヒータ８３への電力供給が停止されることによって、ヒータ８３の暖機運転が停止される。更に、表示装置１１５の画面において、例えば、全域が赤色で表示されると共に、暖機運転が停止された旨のメッセージが表示される。また、暖機運転が停止された旨のメッセージが、通信部１０７のネットワーク通信によって、大気圧プラズマ発生装置１０を管理する管理者の端末、又は大気圧プラズマ発生装置１０のサプライヤが運営するサポートデスクの端末に送信される。その後、ヒータ暖機方法１１０が終了する。

これに対して、第２温度として取得された温度ＭＴ２が下限温度ＬＭ１以上である場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）には、みなし処理Ｓ１２４が行われる。この処理では、第２温度として取得された温度ＭＴ２が、上記の温度ＭＴ１に代えて、第１温度として扱われる。

その後は、上記Ｓ１１４，Ｓ１１６，Ｓ１１８，Ｓ１２０の各処理が繰り返される。これによって、上記の算出処理Ｓ１１４では、第１温度として扱われる温度ＭＴ２と、データテーブルＤＴとから、ヒータ８３の下限温度ＬＭ２が算出される。このようにして算出されるヒータ８３の下限温度ＬＭ２は、上記の下限温度ＬＭ１と同様である。すなわち、ヒータ８３の下限温度ＬＭ２とは、暖機運転によって温度上昇中にあるヒータ８３の温度であって、第１温度として扱われる温度ＭＴ２が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過した基準時点において、電力供給装置１０８の許容変動範囲を考慮して想定されるヒータ８３の最低温度である。

そして、第１温度として扱われる温度ＭＴ２が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過すると（Ｓ１１６：ＹＥＳ）、つまり、基準時点に到達すると、上記の第２温度取得処理Ｓ１１８が行われることによって、温度ＭＴ３が第２温度として取得される。

第２温度として取得された温度ＭＴ３が下限温度ＬＭ２未満である場合（Ｓ１２０：ＮＯ）には、異常があるとして、ヒータ８３の暖機運転が停止される（Ｓ１２２）。これに対して、第２温度として取得された温度ＭＴ３が下限温度ＬＭ２以上である場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）には、再び、みなし処理Ｓ１２４が行われ、第２温度として取得された温度ＭＴ３が、上記の温度ＭＴ２に代えて、第１温度として扱われる（Ｓ１２４）。

以下同様にして、第１温度として扱われる温度ＭＴ３と、データテーブルＤＴとから、ヒータ８３の下限温度ＬＭ３が算出され（Ｓ１１４）、更に、第１温度として扱われる温度ＭＴ３が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過したときに（Ｓ１１６：ＹＥＳ）、つまり、基準時点に到達したときに、温度ＭＴ４が第２温度として取得される（Ｓ１１８）。そして、第２温度として取得された温度ＭＴ４が下限温度ＬＭ３未満である場合（Ｓ１２０：ＮＯ）には、異常があるとして、ヒータ８３の暖機運転が停止される（Ｓ１２２）。これに対して、第２温度として取得された温度ＭＴ４が下限温度ＬＭ３以上である場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）には、第２温度として取得された温度ＭＴ４が、上記の温度ＭＴ３に代えて、第１温度として扱われる（Ｓ１２４）。

このようにして、第２温度が、第１温度から算出された下限温度以上である限り、ヒータ暖機方法１１０が続行される。

以上より、大気圧プラズマ発生装置１０は、ヒータ暖機方法１１０が実行されることによって、プラズマヘッド１８に設けられたヒータ８３の暖機中における温度上昇過程を監視することが可能である。

尚、ヒータ８３の下限温度ＬＭ１，ＬＭ２，ＬＭ３は、ヒータ８３への電力供給開始時点からの経過時間（つまり、ヒータ８３の暖機時間）との関係が示された近似式から算出されてもよい。図６では、そのような近似式が、二点鎖線で示された曲線Ｌ２で表されている。曲線Ｌ２を示す数式は、コントローラ１００のＲＯＭ１２２に記憶される。

そのような場合には、ヒータ８３の下限温度ＬＭ１，ＬＭ２，ＬＭ３は、第１温度として取得又は扱われる温度ＭＴ１，ＭＴ２，ＭＴ３が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過した基準時点であって、ヒータ８３への電力供給開始時点から経過時間が計時された時点を、図６の曲線Ｌ２で示された数式（近似式）に代入することよって算出される。

また、ヒータ８３は、プラズマヘッド１８に設けられていなくても、プラズマヘッド１８から照射されるプラズマを加温するものであれば、ヒータ暖機方法１１０の対象となり得る。

大気圧プラズマ発生装置におけるヒータの冷却運転
コントローラ１００は、大気圧プラズマ発生装置１０でワークＷをプラズマ処理した後で、大気圧プラズマ発生装置１０を停止する際には、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給及び加熱用ガス供給装置８６によるガスの供給を継続することによって、プラズマヘッド１８の冷却を行う。プラズマヘッド１８が冷却された後は、メンテンスのためにユーザがプラズマヘッド１８に触れるケースがある。そのため、プラズマヘッド１８の冷却は、プラズマヘッド１８の表面温度が例えば４０℃付近にまで低下することを想定して続行されるが、重ねて、プラズマヘッド１８の温度を計測しながら行えば、更に好適に行うことが可能である。そこで、大気圧プラズマ発生装置１０は、プラズマヘッド１８の温度を計測しながらプラズマヘッド１８の冷却を行っている。次に詳述する。

図８は、プラズマヘッド１８の温度を計測しながらプラズマヘッド１８の冷却を行うためのプラズマヘッド冷却方法２１０が示されたフローチャートである。図８のフローチャートで示された制御プログラムは、コントローラ１００のＲＯＭ１２２に記憶されており、大気圧プラズマ発生装置１０でワークＷのプラズマ処理が行われている際において、コントローラ１００のＣＰＵ１２０により実行される。従って、プラズマヘッド冷却方法２１０が実行される際は、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給及び加熱用ガス供給装置８６によるガスの供給が行われている。以下、図８のフローチャートで示された各処理を説明する。

コントローラ１００のＣＰＵ１２０は、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度を使用して、図８のフローチャートで示された各処理を行う。ワークＷがプラズマ処理されている最中のプラズマヘッド１８の表面は、その位置によって温度が異なる。しかしながら、プラズマヘッド１８の表面全域は、その冷却開始後から或る程度の時間が経過すると、同一温度に収束する傾向がある。そこで、図８のフローチャートで示されたプラズマヘッド冷却方法２１０では、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度をプラズマヘッド１８の温度として使用している。

プラズマヘッド冷却方法２１０が実行されると、１対の電極２４，２６間の放電及びヒータ８３の加熱が停止されたか否かが判定される（Ｓ２１０）。この判定は、高周波電源１０２からの信号及び駆動回路１０５からの信号等に基づいて行われる。ここで、１対の電極２４，２６間の放電又はヒータ８３の加熱が停止されていない場合（Ｓ２１０：ＮＯ）には、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する。

これに対して、１対の電極２４，２６間の放電及びヒータ８３の加熱が停止されている場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）には、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度が所定温度以下であるか否かが判定される（Ｓ２１２）。ここで、所定温度とは、ユーザがプラズマヘッド１８の表面に触れても支障がない程度の温度（例えば、４０℃付近の温度）をいう。ここで、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度が所定温度以下である場合（Ｓ２１２：ＹＥＳ）には、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する。

これに対して、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度が所定温度より高い場合（Ｓ２１２：ＮＯ）には、冷却処理Ｓ２１４が行われる。この処理では、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給及び加熱用ガス供給装置８６によるガスの供給が継続される。

続いて、第１報知処理Ｓ２１６が行われる。この処理では、プラズマヘッド１８の冷却が行われている旨のメッセージが表示装置１１５の画面に表示される。更に、プラズマヘッド１８の冷却が行われている旨のメッセージが、通信部１０７のネットワーク通信によって、大気圧プラズマ発生装置１０を管理する管理者の端末、又は大気圧プラズマ発生装置１０のサプライヤが運営するサポートデスクの端末に送信される。

その後は、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給又は加熱用ガス供給装置８６によるガスの供給が異常停止したか否かが判定される。この判定は、流量コントローラ１０３，１０４からの信号等に基づいて行われる。ここで、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給又は加熱用ガス供給装置８６によるガス供給が異常停止した場合（Ｓ２１８：ＹＥＳ）には、第２報知処理Ｓ２２０が行われる。

第２報知処理Ｓ２２０では、ガス供給の異常によってプラズマヘッド１８の冷却が異常である旨のメッセージが表示装置１１５の画面に表示される。更に、ガス供給の異常によってプラズマヘッド１８の冷却が異常である旨のメッセージが、通信部１０７のネットワーク通信によって、大気圧プラズマ発生装置１０を管理する管理者の端末、又は大気圧プラズマ発生装置１０のサプライヤが運営するサポートデスクの端末に送信される。その後、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する。

これに対して、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給及び加熱用ガス供給装置８６によるガス供給が異常停止していない場合（Ｓ２１８：ＮＯ）には、熱電対９２が断線等の異常を示しているか否かが判定される（Ｓ２２２）。この判定は、熱電対９２の出力電圧等に基づいて行われる。ここで、熱電対９２が断線等の異常を示している場合（Ｓ２２２：ＹＥＳ）には、第３報知処理Ｓ２２４が行われる。

第３報知処理Ｓ２２４では、熱電対９２の異常によってプラズマヘッド１８の冷却が異常である旨のメッセージが表示装置１１５の画面に表示される。更に、熱電対９２の異常によってプラズマヘッド１８の冷却が異常である旨のメッセージが、通信部１０７のネットワーク通信によって、大気圧プラズマ発生装置１０を管理する管理者の端末、又は大気圧プラズマ発生装置１０のサプライヤが運営するサポートデスクの端末に送信される。その後、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する。

これに対して、熱電対９２が断線等の異常を示していない場合（Ｓ２２２：ＮＯ）には、１対の電極２４，２６間の放電及びヒータ８３の加熱が停止されてから第２所定時間が経過したか否かが判定される（Ｓ２２６）。この判定は、高周波電源１０２からの信号及び駆動回路１０５からの信号等が受信されることをトリガにして計測される経過時間に基づいて行われる。また、第２所定時間とは、ユーザがプラズマヘッド１８の表面に触れても支障がない程度の温度（例えば、４０℃付近の温度）にまで、プラズマヘッド１８の表面全体が冷却するのに要する時間（例えば、２０分）をいう。

ここで、１対の電極２４，２６間の放電及びヒータ８３の加熱が停止されてから第２所定時間が経過した場合（Ｓ２２６：ＹＥＳ）には、第４報知処理Ｓ２２８が行われる。この処理では、プラズマヘッド１８の冷却が異常である旨のメッセージが表示装置１１５の画面に表示される。更に、プラズマヘッド１８の冷却が異常である旨のメッセージが、通信部１０７のネットワーク通信によって、大気圧プラズマ発生装置１０を管理する管理者の端末、又は大気圧プラズマ発生装置１０のサプライヤが運営するサポートデスクの端末に送信される。尚、それらのメッセージには、１対の電極２４，２６間の放電及びヒータ８３の加熱が停止されてから第２所定時間が経過しても、プラズマヘッド１８の表面温度（正確には、ヒータ８３の温度）が所定温度以下にならない旨が追加される。その後、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する。

これに対して、１対の電極２４，２６間の放電及びヒータ８３の加熱が停止されてから第２所定時間が経過していない場合（Ｓ２２６：ＮＯ）には、上述したＳ２１２の判定処理に戻る。

その後は、上述したようにして、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度が所定温度より高い場合（Ｓ２１２：ＮＯ）には、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給及び加熱用ガス供給装置８６によるガスの供給が継続させ（Ｓ２１４）、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度が所定温度以下である場合（Ｓ２１２：ＹＥＳ）には、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する。

このようにして、プラズマヘッド冷却方法２１０は、プラズマヘッド１８の温度として使用されるヒータ８３の温度（熱電対９２で計測される温度）に基づいて、ユーザがプラズマヘッド１８の表面に触れても支障がない程度の温度（例えば、４０℃付近の温度）にまでプラズマヘッド１８の表面温度が低下していると想定して、プラズマヘッド１８の冷却を終了させる。

以上より、大気圧プラズマ発生装置１０は、プラズマヘッド冷却方法２１０が実行されることによって、メンテンス性の向上を図ったプラズマヘッド１８の適切な冷却を行うことが可能である。

尚、本開示は上記実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、大気圧プラズマ発生装置１０は、熱電対９２に代えて、ヒータ８３の温度又はガス管８２内を流れるガスの温度を計測可能な他のセンサ、例えば、サーミスタ又は赤外線センサ等を備えてもよい。

また、大気圧プラズマ発生装置１０は、電力供給装置１０８で加熱されるヒータ８３に代えて、液体又は気体等の高温流体で加熱されるヒータを備えてもよい。そのような場合には、高温流体の温度や流量が制御されることによって、ヒータの温度が調節される。

また、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する際において、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給及び加熱用ガス供給装置８６によるガスの供給は、継続されても良いし、継続されなくても良い。

また、プラズマヘッド冷却方法２１０は、熱電対９２の測温接点９２Ａが、例えば、プラズマヘッド１８のメインハウジング３０に埋め込まれた状態において実行されても良い。そのような場合には、プラズマヘッド冷却方法２１０は、ヒータ８３を含めた加熱ガス噴出装置１４がプラズマヘッド１８に装備されていないケースに適用されることが可能である。

ちなみに、本実施形態において、大気圧プラズマ発生装置１０は、プラズマ発生装置の一例である。加熱用ガス供給装置８６は、ガス供給装置の一例である。熱電対９２は、温度センサの一例である。ＲＯＭ１２２は、記憶装置の一例である。データテーブルＤＴと、曲線Ｌ２で示された近似式は、基準データの一例である。第１所定時間ＤＰは、所定時間の一例である。温度ＭＴ１，ＭＴ２，ＭＴ３は、第１温度の一例である。温度ＭＴ２，ＭＴ３，ＭＴ４は、第２温度の一例である。暖機開始処理Ｓ１１０は、暖機開始工程の一例である。第１温度取得処理Ｓ１１２は、第１温度取得工程の一例である。算出処理Ｓ１１４は、算出工程の一例である。第２温度取得処理Ｓ１１８は、第２温度取得工程の一例である。暖機停止処理Ｓ１２２は、暖機停止工程の一例である。みなし処理Ｓ１２４は、繰返処理と繰返工程の一例である。

１０ 大気圧プラズマ発生装置
１６ 制御装置
１８ プラズマヘッド
８３ ヒータ
８６ 加熱用ガス供給装置
９２ 熱電対
１０８ 電力供給装置
１１０ ヒータ暖機方法
１２２ ＲＯＭ
ＤＴ 基準データ
ＤＰ 所定時間
Ｌ２ 曲線
ＭＴ１ 温度
ＭＴ２ 温度
ＭＴ３ 温度
ＬＭ１ 下限温度
ＬＭ２ 下限温度
ＬＭ３ 下限温度
Ｓ１１０ 暖機開始処理
Ｓ１１２ 第１温度取得処理
Ｓ１１４ 算出処理
Ｓ１１８ 第２温度取得処理
Ｓ１２２ 暖機停止処理
Ｓ１２４ 繰返処理

Claims (7)

1. プラズマヘッドと、
   前記プラズマヘッドから照射されるプラズマを加温するヒータと、
   前記ヒータの暖機状態を判定するための基準データが記憶された記憶装置と、
   前記ヒータの温度を計測する温度センサと、
   制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記ヒータの暖機を開始する暖機開始処理と、
   前記ヒータの暖機中において、前記温度センサの温度計測によって第１温度を取得する第１温度取得処理と、
   前記第１温度の取得時点から所定時間経過した基準時点に対応する前記ヒータの下限温度を、前記記憶装置の前記基準データに基づいて算出する算出処理と、
   前記基準時点において、前記温度センサの温度計測によって第２温度を取得する第２温度取得処理と、
   前記第２温度が前記下限温度以上である場合に、前記第２温度を前記第１温度とみなして、更に、前記算出処理及び前記第２温度取得処理を繰り返す繰返処理と、
   前記第２温度が前記下限温度未満である場合に、前記ヒータの暖機を停止する暖機停止処理と、を実行するプラズマ発生装置。
2. 前記ヒータは、前記プラズマヘッドに設けられる請求項１に記載のプラズマ発生装置。
3. 前記ヒータに電力を供給する電力供給装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記電力供給装置による電力供給を開始することにより、前記暖機開始処理を実行し、
   前記電力供給装置による電力供給を停止することにより、前記暖機停止処理を実行する請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置。
4. 前記基準データは、前記第１温度を分類する温度範囲と、前記第１温度から前記下限温度までの温度差とを対応付けたデータテーブルである請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
5. 前記基準データは、前記基準時点と前記ヒータの下限温度との対応関係を、前記ヒータの暖機時間と前記ヒータの下限温度との対応関係で示した近似式である請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
6. 前記プラズマヘッドにガスを供給するガス供給装置を備え、
   前記温度センサは、前記ヒータに対して前記ガスの下流側で近接する位置に設けられた熱電対である請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
7. プラズマヘッドから照射されるプラズマを加温するヒータを備えるプラズマ発生装置のヒータ暖機方法であって、
   前記ヒータの暖機を開始する暖機開始工程と、
   前記ヒータの暖機中において、前記ヒータの第１温度を取得する第１温度取得工程と、
   前記第１温度の取得時点から所定時間経過した基準時点に対応する前記ヒータの下限温度を基準データに基づいて算出する算出工程と、
   前記基準時点において、前記ヒータの第２温度を取得する第２温度取得工程と、
   前記第２温度が前記下限温度以上である場合に、前記第２温度を前記第１温度とみなして、更に、前記算出工程及び前記第２温度取得工程を繰り返す繰返工程と、
   前記第２温度が前記下限温度未満である場合に、前記ヒータの暖機を停止する暖機停止工程と、を備えるヒータ暖機方法。

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