JP2022036578A - 大気圧プラズマ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常放電が生じにくい大気圧プラズマ装置を提供する。【解決手段】第１の電極２と、第１の電極を囲むように設けられた第１の筒状誘電体３と、第１の筒状誘電体３を囲み、第１の筒状誘電体３との間にガス流路８を形成するように設けられた第２の筒状誘電体４と、第２の筒状誘電体の外側に設けられた第２の電極５と、を備え、ガス流路８にはプラズマ原料ガスが供給され、第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４のうちの少なくとも一方を、ガス流路８の下流側に向かって第１の電極２及び第２の電極５のうち少なくとも一方よりも進出させる。【選択図】図１

Description

本発明は、大気圧プラズマ装置に関する。

従来より、電極間に電位差を印加し、電極間に反応性ガスを流入させることにより、反応性ガスをプラズマ化させるプラズマ処理装置が知られている。近年、大型の真空装置が必要ない大気圧プラズマ装置が広く用いられている。

このようなプラズマ装置の一種として、トーチ型のプラズマ処理装置が知られている。例えば、特許文献１の発明は、二重管状体の誘電体を有し、内側の誘電体の内側と、外側の誘電体の外側に電極がそれぞれ配置され、内側の誘電体と外側の誘電体の間に形成される空隙にプラズマ原料ガスを供給すると共に、電極へ電圧を印加することで低温プラズマを発生させる装置が開示されている。

特開２００５－３２２４１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような二重管状体の誘電体を有するようなトーチ型のプラズマ装置では、内側の誘電体の内側に配置された電極から外側の誘電体の外部、プラズマ装置を構成している金属部材、及び／またはワークに向かう放電、即ち異常放電が生じる。特に、プラズマの発生量を増やすために、両電極間に高電圧を印加した場合には、高電界が生成され、内側の誘電体の内側に配置された電極から外側の誘電体の外側に配置された電極に向かう電子が増加し、内側の誘電体の内側に配置させた電極とプラズマ装置を構成している金属部材間の異常放電、所謂火花放電が生じやすくなる。同様に、内側の誘電体の内側に配置させた電極と外側の誘電体の外側に配置された電極間の異常放電、所謂沿面放電も生じやすい。また、プラズマの活性種の寿命が短いという欠点を補うためにプラズマとワーク間の距離を短くした場合には、内側の誘電体の内側に配置された電極からワーク及び、ワークの外部に向かう異常放電が生じやすくなる。
本発明は、上記の問題に鑑み成されたものであり、異常放電が生じにくい大気圧プラズマ装置を提供することを目的とする。

本発明の大気圧プラズマ装置は、第１の電極と、第１の電極を囲むように設けられた第１の筒状誘電体と、第１の筒状誘電体を囲み、第１の筒状誘電体との間にガス流路を形成するように設けられた第２の筒状誘電体と、第２の筒状誘電体の外部に設けられた第２の電極と、を備え、ガス流路にはプラズマ原料ガスが供給され、第１の筒状誘電体及び第２の筒状誘電体のうちの少なくとも一方は、ガス流路の下流側に向かって第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方よりも進出している、ことを特徴とする。

プラズマを高密度で発生させるには、高電圧を印加してプラズマの発生量を増やすことが望ましいが、高電圧を印加すると、上記の異常放電が生じやすい。これに対して、上記構成の発明によれば、第１の筒状誘電体及び第２の筒状誘電体のうちの少なくとも一方が、ガス流路の下流側に向かって第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方よりも進出している。このため、進出している方の誘電体が遮蔽壁の役割を果たし、発生したプラズマの散在を防ぐことで火花放電を生じにくくすることができる。また、上記の沿面放電は、第１または第２の筒状誘電体の外側表面に沿い、且つ各々の筒状誘電体の下流側端部を接続するような経路で放電する。このため、少なくとも一方の筒状誘電体を進出させることで、上記の沿面放電の筒状誘電体の外側表面に沿った放電経路が延長され、筒状誘電体の下流側端部まで電流が流れにくくなる。よって、沿面放電も抑制することができる。

本発明において、好ましくは、第１の電極の下流側端部を絶縁体で被覆している。
上記構成の本発明によれば、第１の電極の下流側端部が絶縁体で被覆されることにより、第２の電極、プラズマ装置を構成している金属部材、ワークに向かって電流が流れにくくなるため、プラズマ装置内の金属部品との異常放電が生じにくい。

本発明において、好ましくは、下流側端部が湾曲形状である第１の電極を備える。
大気圧プラズマ装置では、先鋭な部分が存在すると、電界強度が増加し、異常放電が起こりやすくなるが、上記構成の本発明によれば、第１の電極が先鋭部分を有さないため、異常放電を抑制することができる。

本発明において、好ましくは、ガス流路にプラズマ原料ガスを供給するためのガス供給装置と、ガス流路の上流側に配置され、ガス供給装置から供給されたプラズマ原料ガスを、複数の噴射口から均等にガス流路へ放出させる整流機構と、を備える。
上記構成の本発明によれば、プラズマ原料ガスをガス流路に均一に供給することができ、プラズマ装置により生成されたプラズマが均一にワークに照射される。

本発明によれば、異常放電が生じにくい大気圧プラズマ装置が提供される。

本発明の第１実施形態の大気圧プラズマ装置を示す概略図である。 図１に示す大気圧プラズマ装置の整流機構の拡大図である。 図１に示す大気圧プラズマ装置の整流機構の拡大図である。 本発明の第２実施形態の大気圧プラズマ装置を示す概略図である。 図４に示す大気圧プラズマ装置の整流機構の拡大図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態の大気圧プラズマ装置について図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の大気圧プラズマ装置を示す概略図である。図１に示すように、大気圧プラズマ装置１は、第１の電極２と、第１の電極２を囲むように設けられた第１の筒状誘電体３と、第１の筒状誘電体３を囲み、第１の筒状誘電体３との間にガス流路８を形成するように設けられた第２の筒状誘電体４と、第２の筒状誘電体４の外側に設けられた第２の電極５と、を備える。

第１の電極２は、導電性材料で形成されており、交流電源６に接続されている。第１の電極２は概ね円柱状であり、中心軸周りに回転対称な形状となっている。第１の電極２のガス流路８の下流側にあたる下方の端部（ワーク１３側の端部）は、中心が下方に進出するような湾曲形状を呈している。第１の電極２を構成する導電性材料としては、具体的には、アルミニウム、タングステン、モリブデン、銅、炭素、ステンレス等である。加えて、第１の電極２は、ワーク１３側の端部が絶縁体７によって被覆されている。絶縁体７の材料は、第１及び第２の筒状誘電体３、４と同一でもよいが、プラズマの発生過程で消耗しないものが望ましい。本実施形態では、第１の電極２に施したアルマイト処理が絶縁体として機能している。

第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４は、共に円筒状体であり、第２の筒状誘電体４の内径は第１の筒状誘電体３の外径よりも大きい。第１の筒状誘電体３は第１の電極２を、第２の筒状誘電体４は第１の筒状誘電体３を包囲するように、第１の電極２と同軸に配置されている。さらに、第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４の双方は、ワーク１３側に同じ長さで第２の電極５の端部よりも進出している。

異常放電を効率的に抑制するためには、第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４の双方が、ワーク１３側に第１の電極２の端部または第２の電極５の端部よりも進出していることが好ましい。本実施形態では、第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４の双方は、第２の電極５の端部よりも進出し、第１の電極２の端部と同じ長さである。前述のとおり、第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４の長さは、一方の電極、即ち本実施形態では第２の電極５の端部よりもワーク１３側に進出していればよく、同じ長さである必要はない。

さらに、第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４の双方は、ガス流路８の下流側に向かって第１の電極２及び第２の電極５のうち一方よりも進出し、第１の電極２及び第２の電極５の他方と同じ長さかそれより進出していることが好ましい。

第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４の間の間隔（すなわち、ガス流路８の幅）は、ワーク１３の大きさにより適宜変更してもよいが、１０ｍｍ以下が望ましい。

第１の筒状誘電体３は、ボロンナイトライド（ＢＮ）、アルミナのセラミック材料、石英ガラス、シリコーン樹脂、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰのフッ素樹脂などで構成されるのが好ましい。第２の筒状誘電体４を構成する材料は、第１の筒状誘電体３と異なってもよいが、耐プラズマ性を有し、比誘電率が１．０～３５．０程度である、誘電率が高くない材料が適している。

第２の電極５は、アースに接続された円筒状体であり、第２の筒状誘電体４の外面を隙間なく全周にわたって包囲するように配置されている。また、第１の電極２のワーク１３側の端部は、第２の電極５のワーク１３側の端部よりもワーク１３側に進出して配置されている。第２の電極５の材料は、第１の電極２と同様に、導電性材料で形成されている。具体的には、アルミニウム、タングステン、モリブデン、銅、炭素、ステンレス等である。また、第２の電極５は、第１の電極と同様に、ワーク１３側の端部が絶縁体で被覆されていてもよい。

大気圧プラズマ装置１のガス流路８は、第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４の間に形成された水平断面円環状の空間である。ガス供給装置１２から供給されたガスは、ガス流路８を通り、発生したプラズマと共に下端から下方に向かって放出される。

また、図１に示すように、大気圧プラズマ装置１は、さらに、ガス供給装置１２と、整流機構９と、を備える。ガス供給装置１２は、整流機構９に供給管１１を介して接続されている。ガス供給装置１２からプラズマ原料ガスが供給管１１を通じて整流機構９に供給され、整流機構９により整流されたプラズマ原料ガスがガス流路８に下方に向かって放出される。整流機構９を構成する材料は、プラズマの発生に影響を与えないものが望ましい。

以下、プラズマ原料ガスの供給経路について、図１～図３を用いて詳細に説明する。 ガス供給装置１２は、アルゴン、ヘリウム、窒素、酸素、またはそれらの混合ガスなどのプラズマ原料ガスをガス流路８に供給するための装置である。整流機構９は、ガス供給装置１２から供給されたガスを均一にガス流路８へ放出するための装置である。図２及び図３は、図１に示す大気圧プラズマ装置１の整流機構９の鉛直断面の拡大図である。なお、図２はフランジ凹部に当たる箇所における断面を示し、図３はフランジ凸部に当たる箇所における断面を示す。

図２及び図３に示すように、第１の電極２の上部には径方向外方に向かって突出する円環状のフランジ部２Ａが形成されている。第１の筒状誘電体３の上端部には、径方向外方に向かって延びる円板状のフランジ部３Ａが形成されている。また、第２の筒状誘電体４の上端は、第１の筒状誘電体３の上端よりも下方に位置している。第２の筒状誘電体４の上端部には、径方向外方に向かって延びる円板状のフランジ部４Ａが形成され、第１の筒状誘電体３のフランジ部３Ａよりも径が大きい。さらに、第２の筒状誘電体４のフランジ部４Ａ上に周方向に等角度間隔で設けられ、下方に向かって凹となる複数のフランジ凹部４Ｂと、フランジ凹部４Ｂに対して上方に凸となる複数のフランジ凸部４Ｄとが交互に形成されている。第１の筒状誘電体３のフランジ部３Ａの下面は、第２の筒状誘電体４のフランジ部４Ａのフランジ凸部４Ｄの上面と当接している。第１の筒状誘電体３のフランジ部３Ａの下面と、周方向に等間隔で設けられた第２の筒状誘電体４のフランジ凹部４Ｂの凹面と、隣接するフランジ凸部４Ｄとで囲まれる部分に整流空間４Ｃが形成され、整流空間４Ｃとガス流路８は連通している。

また、図２及び図３に示すように、整流機構９は、円筒状のガス分配ブロック２３と、ガス分配ブロック２３の外周を包囲する略円筒状の絶縁ブロック２０と、を備える。

ガス分配ブロック２３は円筒状であり、第１の電極２のフランジ部２Ａと、第１の筒状誘電体３のフランジ部３Ａとの間の空間内に配置されている。ガス分配ブロック２３の外周面には、全周にわたって径方向内側に凹となる外周凹部２１が形成されている。また、ガス分配ブロック２３の下面の径は、第１の筒状誘電体３のフランジ部３Ａの外周が形成する径以下になるように形成され、ガス分配ブロック２３の下面と、第１の筒状誘電体３のフランジ部３Ａの上面とが当接している。

絶縁ブロック２０は、絶縁体で形成されており、径方向外周面から径方向内周面まで延びる入口流路２０Ａが形成されている。入口流路２０Ａの外周側の端部には拡径された拡径部２０Ｂが形成されており、ガス供給装置１２から延びる供給管１１の下流側端部がこの拡径部２０Ｂに接続されている。

絶縁ブロック２０の内面と、ガス分配ブロック２３の外周凹部２１との間には円環状の整流空間２３Ａが形成され、整流空間２３Ａは絶縁ブロック２０の入口流路２０Ａと連通している。また、整流空間２３Ａの一部は、絶縁ブロック２０の内面と第１の筒状誘電体３のフランジ部３Ａの外周側面との間に形成されている円環状の整流空間２３Ｂと連通している。さらに、整流空間２３Ｂの第２の筒状誘電体４側の端部は、整流空間４Ｃを介してガス流路８と連通している。また、絶縁ブロック２０の内面と、フランジ４Ａの外周側面は当接している。

このような構成により、ガス供給装置１２から供給管１１を通じて入口流路２０Ａに供給されたプラズマ原料ガスは、外周凹部２１内に流入し、さらに、絶縁ブロック２０の内面とフランジ部３Ａの外周側面との間の整流空間２３Ｂに流入する。整流空間２３Ｂに流入したプラズマ原料ガスは、フランジ部３Ａの下面とフランジ凹部４Ｂの凹面との間に形成される整流空間４Ｃに流入し、第１の筒状誘電体３と第２の筒状誘電体４の間のガス流路８に入り込み、下方に向かって流れる。この際、プラズマ原料ガスは、周方向に等角度間隔で形成された第２の筒状誘電体４のフランジ凹部４Ｂの凹面を通ることにより、ガス流路８に水平断面全体にわたって均一に流れ込むことになる。

また、整流機構９は、ガス流路８に均等にガスを流入できればよく、整流機構９の配置や形状は限定されない。本実施形態では、整流機構９のガス分配ブロック２３の中心に第１の電極２を配置しているが、第１の電極２及びそれを包囲する第１の筒状誘電体３をガス分配ブロック２３の中心に配置し、第１と第２の筒状誘電体３、４は、ガス流路８を形成するようにガス分配ブロック２３の下面と第２の筒状誘電体４のフランジ凸部４Ｄの上面を当接させ、ガス分配ブロック２３の下面と第２の筒状誘電体４のフランジ凹部４Ｂの間に整流空間４Ｃを形成していてもよい。また、第１の電極２を整流機構９のガス分配ブロック２３の中心ではなく、下方に備えてもよい。

本実施形態において、ワーク１３は半楕円球状であり、プラズマ処理の凸側の面が上方に向くように、台１４上に配置されている。なお、本実施形態では、ワーク１３全体が凸形状である半楕円球状となっているが、ワーク１３の形状はこれに限定されない。

また、本実施形態では、大気圧プラズマ装置１を上方に配置し、ワーク１３を下方に配置しているが、大気圧プラズマ装置１のガス流路８の下流側端部とワーク１３とが対向して配置されていればよく、大気圧プラズマ装置１とワーク１３の配置はこれに限定されない。

次に、第１実施形態の大気圧プラズマ装置１の作動について説明する。図１に示すように、電源装置により第１の電極２と第２の電極５の間に電圧を印加し、大気圧プラズマ装置１を作動させる。また、これと同時にガス供給装置１２から、供給管１１を介して整流機構９にプラズマ原料ガスを流入する。供給されたガス流は、次いで、整流機構９内で均一な流れとなりガス流路８へ放出される。ガス流路８に放出されたプラズマ原料ガスは、下方に向かって流れる。そして、第１の電極２と第２の電極５の間の電圧の印加により、電場が形成される。そして、この電場によりガス流がプラズマ化し、ガス流路８のワーク１３側端部からワーク１３に向かってガス流と共にプラズマが放出される。

本実施形態によれば以下の効果が奏される。
プラズマの発生量を増大させるためには、高電圧を印加する必要があり、火花放電や沿面放電が生じやすくなる。これに対し、本実施形態のように、第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４の双方を、第２の電極５よりもワーク１３に向けて進出させることで、筒状誘電体が遮蔽壁の役割を果たし、発生したプラズマの散在を防ぐ。このため、電子の集中化を回避し、火花放電を生じにくくすることができる。さらに、第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４の双方を、第２の電極５よりもワーク１３に向けて進出させることで、沿面放電が発生する第１及び第２の筒状誘電体３、４の外側表面に沿った放電経路が延長され、各々のワーク側端部まで電流が流れにくくなる。よって、沿面放電も抑制することができる。加えて、第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４の間に形成されるガス流路８を流れるガス流とともにプラズマが放出されるため、所望の箇所にプラズマを照射することが可能となる。

また、本実施形態のように、第１の電極２のワーク１３側の端部を絶縁体７で被覆することで、第１の電極２から生じる異常放電は発生しにくい。
これにより、異常放電が生じにくい大気圧プラズマ装置の提供が実現できる。

整流機構９を介してガスを供給することにより、プラズマ原料ガスをガス流路８に均一に供給することができ、プラズマ原料ガスを効率的に供給することが可能になる。

第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４の双方が、第１の電極２及び第２の電極５の一方の長さよりも、ワーク１３側に進出しており、第１の電極２及び第２の電極５の他方の長さ以上にワーク１３側に進出していることで、異常放電は発生しにくくなる。本実施形態のように、第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４の双方を、第２の電極５よりも同じ長さでワーク１３に向けて進出させ、第１の電極２と同じ長さでワーク１３に向けて進出させることで異常放電が生じにくい大気圧プラズマ装置の提供が実現できる。

本実施形態では、第１の筒状誘電体３と第２の筒状誘電体４の双方が、第２の電極５よりも、同じ長さでワーク１３側に進出し、遮蔽壁の役割を果たしているが、第１の筒状誘電体３と第２の筒状誘電体４の双方が、第１の電極２よりも同じ長さでワーク１３側に進出していてもよい。加えて、第１及び第２の筒状誘電体３、４のどちらか一方が、第１の電極２及び第２の電極５の少なくとも一方の長さよりもワーク１３側に進出していればよいため、第１及び第２の筒状誘電体３、４が同じ長さでなくてもよい。また、本実施形態では、第１の電極２の整流機構９より下方の全体を第１の筒状誘電体３及び第２の筒状誘電体４で包囲しているが、第１の筒状誘電体３は、第１の電極２の下方側を覆っていればよい。

また、本実施形態では、第１の電極２のワーク１３側の端部が絶縁体７によって被覆されているが、第１の電極２の全体を絶縁体７で被覆してもよい。

本実施形態では、第１の電極２は、概ね円柱状であるが、第１の電極２の形状は先鋭部分を有さないことが好ましい。ただし、それに限定されず、プラズマ発生量を増やすために、下方の端部以外に電界が集中する箇所を任意に設けたねじ部のような形状を有してもよい。

本実施形態では、第２の電極５は、第２の筒状誘電体４の外面の近傍を全周にわたって包囲するように配置されているが、第２の筒状誘電体４の近傍に周方向に等間隔に配置することもできる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態の大気圧プラズマ装置について図面を参照しながら、詳細に説明する。
図４は、本発明の第２実施形態の大気圧プラズマ装置を示す概略図である。図４に示すように、大気圧プラズマ装置３１は、第１の電極２と、第１の電極２の下方を囲むように設けられた第１の筒状誘電体３３と、第１の筒状誘電体３３を囲み、第１の電極２及び第１の筒状誘電体３３との間にガス流路３８を形成するように設けられた第２の筒状誘電体３４と、第２の筒状誘電体３４の外側に設けられた第２の電極５と、を備える。

第１の電極２は、整流機構３９より下方の全体をアルマイト処理によって被覆され、これが、絶縁体３７として機能する。絶縁体３７の材料は、第１及び第２の筒状誘電体３３、３４と同一でもよいが、プラズマの発生過程で消耗しないものが望ましい。

第１の筒状誘電体３３及び第２の筒状誘電体３４は、共に円筒状体であり、第２の筒状誘電体３４の内径は第１の筒状誘電体３３の外径よりも大きい。また、第１の筒状誘電体３３の長さは第２の筒状誘電体３４の長さよりも短い。第１の筒状誘電体３３は、第１の電極２の下方端部を包囲するように配置され、熱収縮により、第１の電極２に固定されている。第１の筒状誘電体３３の上端は第２の筒状誘電体３４の上端よりも下方に位置しており、第１の筒状誘電体３３及び第２の筒状誘電体３４の双方の下端は同じ高さに位置している。また、第１の筒状誘電体３３及び第２の筒状誘電体３４は、第１の電極２と同軸に配置されている。

このような構成により、第１の電極２の上方は、第２の筒状誘電体３４のみで包囲され、第１の電極２の下方は、第１の筒状誘電体３３及び第２の筒状誘電体３４で包囲されている。さらに、第１の筒状誘電体３３及び第２の筒状誘電体３４の双方は、第１の電極２のワーク側の端部よりもワーク１３に向けて、同じ長さで進出している。さらに、第１の筒状誘電体３３及び第２の筒状誘電体３４の双方は、第２の電極５のワーク側の端部よりもワーク１３に向かって同じ長さで進出している。なお、第１の筒状誘電体３３と第１の電極２を被覆する絶縁体３７とを一体部材として形成することも可能である。

第１の筒状誘電体３３は、ボロンナイトライド（ＢＮ）、アルミナのセラミック材料、石英ガラス、シリコーン樹脂、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰのフッ素樹脂で構成される。第１の筒状誘電体３３は、第１の電極２に熱収縮で固定させることが望ましく、特に、フッ素樹脂が好ましい。

第２の筒状誘電体３４を構成する材料は、第１の筒状誘電体３３と異なってもよいが、耐プラズマ性を有し、比誘電率が１．０～３５．０程度の材料が適している。

大気圧プラズマ装置３１のガス流路３８は、水平断面円環状の空間である。ガス流路３８の上方は、第１の電極２及び第２の筒状誘電体３４の間に形成され、下方は、第１の筒状誘電体３３と第２の筒状誘電体３４の間に形成されている。したがって、ガス流路３８の断面積は、下方より上方が大きい。第１の電極２及び第２の筒状誘電体３４の間の間隔及び第１の筒状誘電体３３及び第２の筒状誘電体３４の間の間隔（すなわち、ガス流路３８の幅）はワーク１３の大きさにより、適宜変更してもよいが、１０ｍｍ以下が望ましい。

ガス供給装置１２から供給されたガスは、ガス流路３８を通り、発生したプラズマとともに下端から下方に向かって放出される。

以下、プラズマ原料ガスの供給経路について、図４及び図５を用いて詳細に説明する。
図５は、図４に示す大気圧プラズマ装置の整流機構３９の拡大図である。図５に示すように、第１の電極２の上部には径方向外方に向かって突出する円環状のフランジ部２Ａが形成されている。また、第２の筒状誘電体３４の上端部には、径方向外方に向かって延びる円板状のフランジ部３４Ａが形成されている。

整流機構３９は、円筒状のガス分配ブロック４０と、ガス分配ブロック４０の外周を包囲する略円筒状の絶縁ブロック２０と、を備える。

ガス分配ブロック４０は円筒状であり、第１の電極２のフランジ部２Ａと、第２の筒状誘電体３４のフランジ部３４Ａとの間の空間内に配置されている。ガス分配ブロック４０の外周面には、全周にわたって径方向内側に凹となる外周凹部４０Ａが形成されている。また、ガス分配ブロック４０の下面には、径方向内側の縁に沿うように上方に向かって凹となる円環状の円環凹部４０Ｂが形成されている。さらに、ガス分配ブロック４０の外周凹部４０Ａと円環凹部４０Ｂとを結ぶように、複数の縦方向流路４０Ｃが形成されている。複数の縦方向流路４０Ｃは、周方向に等角度間隔で設けられており、一端は外周凹部４０Ａ内に開口し、他端は円環凹部４０Ｂ内に開口している。

絶縁ブロック２０の内面と、ガス分配ブロック４０の外周凹部４０Ａとの間には円環状の空間が形成され、この空間は絶縁ブロック２０の入口流路２０Ａと連通している。また、第２の筒状誘電体３４のフランジ部３４Ａの上面とガス分配ブロック４０の円環凹部４０Ｂとの間には円環状の空間が形成される。この円環凹部４０Ｂ内の空間は、縦方向流路４０Ｃを介して外周凹部４０Ａ内の空間と連通するとともに、ガス流路３８と連通している。

このような構成により、ガス供給装置１２から供給管１１を通じて入口流路２０Ａに供給されたプラズマ原料ガスは、外周凹部４０Ａ内の空間に流入し、さらに、縦方向流路４０Ｃを通じて円環凹部４０Ｂ内の空間に流入する。円環凹部４０Ｂ内の空間に流入したプラズマ原料ガスは、第１の電極２と第２の筒状誘電体３４との間のガス流路３８に入り込み、下方に向かって流れる。この際、プラズマ原料ガスは、周方向に等角度間隔で形成された縦方向流路４０Ｃを通ることにより、ガス流路３８に水平断面全体にわたって均一に流れ込むことになる。

また、整流機構３９は、ガス流路３８に均等にガスを流入できればよく、整流機構３９の配置や形状は限定されない。本実施形態では、整流機構３９のガス分配ブロック４０の中心に第１の電極２を配置しているが、第１の電極２と第２の筒状誘電体３４がガス流路３８を形成するように、第１の電極２及び第２の筒状誘電体３４が、円環凹部４０Ｂに当接してもよい。
なお、整流機構３９を構成する材料は、プラズマの発生に影響を与えないものが望ましい。

次に、第２実施形態の大気圧プラズマ装置３１の作動について説明する。図４に示すように、電源装置により第１の電極２と第２の電極５の間に電圧を印加し、大気圧プラズマ装置３１を作動させる。また、これと同時にガス供給装置１２から、供給管１１を介して整流機構３９にプラズマ原料ガスを流入する。供給されたガス流は、次いで、整流機構３９内で均一な流れとなりガス流路３８へ放出される。ガス流路３８に放出されたプラズマ原料ガスは、下方に向かって流れる。そして、第１の電極２と第２の電極５の間の電圧の印加により、電場が形成される。そして、この電場によりガス流がプラズマ化し、ガス流路３８のワーク１３側端部からワーク１３に向かってガス流と共にプラズマが放出される。

本実施形態によれば以下の効果が奏される。
本実施形態では、第１の電極２の下方側を、第１の筒状誘電体３３及び第２の筒状誘電体３４で包囲し、第１の筒状誘電体３３及び第２の筒状誘電体３４の双方を、第１の電極２よりもワーク１３に向けて進出させている。これにより、筒状誘電体が遮蔽壁の役割を果たし、発生したプラズマの散在を防ぐ。このため、電子の集中化を回避し、火花放電を生じにくくすることができる。さらに、第１の筒状誘電体３３及び第２の筒状誘電体３４の双方を、第１の電極２よりもワーク１３に向けて進出させることで、沿面放電が発生する第１及び第２の筒状誘電体３３、３４の外側表面に沿った放電経路が延長され、各々のワーク側端部まで電流が流れにくくなる。よって、沿面放電も抑制することができる。

また、本実施形態では、第１の電極２の整流機構３９より下方を絶縁体３７で被覆することで、第１の電極２から生じる異常放電事態を生じにくくしている。
これにより、異常放電が生じにくい大気圧プラズマ装置の提供が実現できる。

本実施形態では、第１の電極２の整流機構３９より下方を絶縁体３７で被覆しているが、第１の電極２の全体を絶縁体３７で被覆してもよい。

第１の筒状誘電体３３及び第２の筒状誘電体３４の双方が、第１の電極２及び第２の電極５の一方の下端よりも、ワーク１３側に進出しており、第１の電極２及び第２の電極５の他方の下端よりもワーク１３側に進出していることで、異常放電は発生しにくくなる。本実施形態のように、第１の筒状誘電体３３及び第２の筒状誘電体３４の双方を、第１の電極２の下端よりも同じ長さでワーク１３に向けて進出させ、第２の電極５よりも同じ長さでワーク１３に向けて進出させることで、異常放電が生じにくい大気圧プラズマ装置の提供が実現できる。

本実施形態では、第２の筒状誘電体３４の上端部がフランジ部３４Ａを形成し、ガス分配ブロック４０の円環凹部４０Ｂと当接していたが、ガス流路３８が密閉されていれば、フランジ部２Ａがなくてもよい。

１ 大気圧プラズマ装置
２ 第１の電極
２Ａ フランジ部
３ 第１の筒状誘電体
３Ａ フランジ部
４ 第２の筒状誘電体
４Ａ フランジ部
４Ｂ フランジ凹部
４Ｃ 整流空間
４Ｄ フランジ凸部
５ 第２の電極
６ 交流電源
７ 絶縁体
８ ガス流路
９ 整流機構
１１ 供給管
１２ ガス供給装置
１３ ワーク
１４ 台
２０ 絶縁ブロック
２１ 外周凹部
２０Ａ 入口流路
２０Ｂ 拡径部
２１ 外周凹部
２３ ガス分配ブロック
２３Ａ 整流空間
２３Ｂ 整流空間
３１ 大気圧プラズマ装置
３３ 第１の筒状誘電体
３４ 第２の筒状誘電体
３４Ａ フランジ部
３７ 絶縁体
３８ ガス流路
３９ 整流機構
４０ ガス分配ブロック
４０Ａ 外周凹部
４０Ｂ 円環凹部
４０Ｃ 縦方向流路

Claims (4)

1. 第１の電極と、
   前記第１の電極を囲むように設けられた第１の筒状誘電体と、
   前記第１の筒状誘電体を囲み、前記第１の筒状誘電体との間にガス流路を形成するように設けられた第２の筒状誘電体と、
   前記第２の筒状誘電体の外側に設けられた第２の電極と、を備え、
   前記ガス流路にはプラズマ原料ガスが供給され、
   前記第１の筒状誘電体及び前記第２の筒状誘電体のうちの少なくとも一方は、前記ガス流路の下流側に向かって前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくとも一方よりも進出している、
   ことを特徴とする大気圧プラズマ装置。
2. 前記第１の電極の下流側端部を絶縁体で被覆した、
   請求項１に記載の大気圧プラズマ装置。
3. 前記第１の電極の下流側端部が湾曲形状である、
   請求項１または請求項２に記載の大気圧プラズマ装置。
4. 前記ガス流路にプラズマ原料ガスを供給するためのガス供給装置と、
   前記ガス流路の上流側に配置され、前記ガス供給装置から供給されたプラズマ原料ガスを複数の噴射口から均等に前記ガス流路へ放出させる整流機構と、をさらに備える、
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ装置。

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