JP2023026880A - 締結構造体、およびプラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベースにセラミック部材を螺合部材により適切に締結することを課題とする。【解決手段】１以上の部材により構成され、ネジ穴が形成されたベースと、ネジ穴に螺合するネジ山が形成された軸と、軸の端部に形成されたヘッドとを有する螺合部材と、螺合部材の軸が挿通される挿通穴が形成されたセラミック製のセラミック部材と、を備え、螺合部材の挿通穴に挿通される部位の断面積が、螺合部材のネジ山の断面積より小さい締結構造体。【選択図】図７

Description

本開示は、ベースにセラミック製のセラミック部材を螺合部材により締結する締結構造体などに関するものである。

下記特許文献には、ベースにセラミック部材を螺合部材により締結する技術が記載されている。

特開２０１２－００４４９５号公報

本明細書は、ベースにセラミック部材を螺合部材により適切に締結することを課題とする。

上記課題を解決するために、本明細書は、１以上の部材により構成され、ネジ穴が形成されたベースと、前記ネジ穴に螺合するネジ山が形成された軸と、軸の端部に形成されたヘッドとを有する螺合部材と、前記螺合部材の軸が挿通される挿通穴が形成されたセラミック製のセラミック部材と、を備え、前記螺合部材の前記挿通穴に挿通される部位の断面積が、前記螺合部材のネジ山の断面積より小さい締結構造体などを開示する。

本開示によれば、セラミック部材をベースに適切に締結することができる。

プラズマ装置を示す図である。 プラズマヘッドを示す斜視図である。 電極及び本体側プラズマ通路の位置においてＸ方向及びＺ方向にプラズマヘッドを切断した断面図である。 図３のＡＡ線における断面図である。 図２のＢＢ線における断面図である。 本発明のプラズマヘッドを示す斜視図である。 本発明のプラズマヘッドを示す断面図である。 反った状態の中間部材を示す概略図である。 変形例のプラズマヘッドを示す断面図である。 変形例のプラズマヘッドを示す断面図である。 変形例のプラズマヘッドを示す断面図である。 変形例のプラズマヘッドを示す断面図である。 変形例のプラズマヘッドを示す断面図である。 反った状態の中間部材を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。

図１に示すように、プラズマ装置１０は、プラズマヘッド１１、ロボット１３、制御ボックス１５を備えている。プラズマヘッド１１は、ロボット１３に取り付けられている。ロボット１３は、例えば、シリアルリンク型ロボット（多関節型ロボットと呼ぶこともできる）である。プラズマヘッド１１は、ロボット１３の先端に保持された状態でプラズマガスを照射可能となっている。プラズマヘッド１１は、ロボット１３の駆動に応じて３次元的に移動可能となっている。

制御ボックス１５は、コンピュータを主体として構成され、プラズマ装置１０を統括的に制御する。制御ボックス１５は、プラズマヘッド１１に電力を供給する電源部１５Ａ及びプラズマヘッド１１へガスを供給するガス供給部１５Ｂを有している。電源部１５Ａは、電源ケーブル（図示省略）を介してプラズマヘッド１１と接続されている。電源部１５Ａは、制御ボックス１５の制御に基づいて、プラズマヘッド１１の電極３３（図３及び図４参照）に印加する電圧を変更する。

また、ガス供給部１５Ｂは、複数（本実施形態では４本）のガスチューブ１９を介してプラズマヘッド１１と接続されている。ガス供給部１５Ｂは、制御ボックス１５の制御に基づいて、後述する反応ガス、キャリアガス、ヒートガスをプラズマヘッド１１へ供給する。制御ボックス１５は、ガス供給部１５Ｂを制御し、ガス供給部１５Ｂからプラズマヘッド１１へ供給するガスの量などを制御する。これにより、ロボット１３は、制御ボックス１５の制御に基づいて動作し、テーブル１７の上に載置された被処理物Ｗに対してプラズマヘッド１１からプラズマガスを照射する。

また、制御ボックス１５は、タッチパネルや各種スイッチを有する操作部１５Ｃを備えている。制御ボックス１５は、各種の設定画面や動作状態（例えば、ガス供給状態など）等を操作部１５Ｃのタッチパネルに表示する。また、制御ボックス１５は、操作部１５Ｃに対する操作入力により各種の情報を受け付ける。

図２に示すように、プラズマヘッド１１は、プラズマ生成部２１、ヒートガス供給部２３等を備えている。プラズマ生成部２１は、制御ボックス１５のガス供給部１５Ｂ（図１参照）から供給された処理ガスをプラズマ化して、プラズマガスを生成する。ヒートガス供給部２３は、ガス供給部１５Ｂから供給されたガスを加熱してヒートガスを生成する。本実施形態のプラズマヘッド１１は、プラズマ生成部２１において生成したプラズマガスを、ヒートガス供給部２３によって生成したヒートガスとともに、図１に示す被処理物Ｗへ噴出する。プラズマヘッド１１には、図２に示す矢印の方向に上流側から下流側へと処理ガスが供給される。なお、プラズマヘッド１１は、ヒートガス供給部２３を備えない構成でも良い。即ち、本開示のプラズマ装置は、ヒートガスを用いない構成でも良い。

図３及び図４に示すように、プラズマ生成部２１は、ハウジング３１、一対の電極３３、プラズマ照射部３５等を含む。なお、図３は、一対の電極３３及び後述する複数の本体側プラズマ通路７１の位置に合わせて切断した断面図であり、図４は、図３のＡＡ線における断面図である。ハウジング３１は、耐熱性の高い樹脂製のベース３６と、耐熱性の高いセラミック製のセラミック部材３８とにより構成されている。そして、図５に示すように、セラミック部材３８が、ベース３６に４本のボルト（図では３本のみ図示されている）４０によりボルト締結されている。なお、図５は、図２のＢＢ線における断面図である。

詳しくは、図５に示すように、セラミック部材３８は、概して立方体形状であり、セラミック部材３８の上下方向に延びる４辺の各々に、上下方向に延びる切欠き部４１が形成されている。そして、その切欠き部４１の上端からセラミック部材３８の上端面に向って挿通穴４３が形成されている。挿通穴４３の内径は、ボルト４０の軸４５の外径より僅かに大きく、ボルト４０のヘッド４６の外径より小さい。また、セラミック部材３８の切欠き部４１の内寸は、ボルト４０のヘッドの外径より大きい。なお、ボルト４０の軸４５にはネジ山４７が形成されている。

また、ベース３６も、概して立方体形状であり、ベース３６の下面の外寸はセラミック部材３８の上面と略同じである。そして、ベース３６の下面の４隅の各々に、ボルト４０の軸４５のネジ山４７に応じた形状のネジ穴４８が形成されている。なお、４個のネジ穴４８は、セラミック部材３８に形成されている４個の挿通穴４３と上下方向において一致するように、ベース３６に形成されている。

そして、ベース３６の下面にセラミック部材３８の上面を密着させた状態で、セラミック部材３８が配設されており、ベース３６の４個のネジ穴４８とセラミック部材３８の４個の挿通穴４３とが連通する。そして、ボルト４０の軸４５の先端が、セラミック部材３８の挿通穴４３の下端から挿入されて、その挿通穴４３を介して、ネジ穴４８まで挿入されて、軸４５に形成されているネジ山４７をネジ穴４８に螺合させる。この際、ボルト４０のヘッド４６と、ボルト４０のネジ山４７が螺合するネジ穴４８との間で、セラミック部材３８が挟持されることで、ベース３６とセラミック部材３８とが一体化される。このように、セラミック部材３８が４本のボルト４０によってベース３６にボルト締結されることで、ベース３６とセラミック部材３８とがハウジング３１として一体化される。

このように、ベース３６とセラミック部材３８とが一体化されたハウジング３１では、図３に示すように、セラミック部材３８の内部に、プラズマガスを発生させる反応室５１が形成されている。また、一対の電極３３の各々は、例えば、円柱形状をなしており、その先端部を反応室５１に突出させた状態で固定されている。以下の説明では、一対の電極３３を、単に電極３３と称する場合がある。また、一対の電極３３が並ぶ方向をＸ方向、プラズマ生成部２１とヒートガス供給部２３とが並ぶ方向をＹ方向、円柱形状の電極３３の軸方向をＺ方向と称して説明する。また、本実施形態では、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交する方向である。

ヒートガス供給部２３は、図２及び図４に示すように、ガス管５２、ヒータ５３、連結部５４等を備えている。ガス管５２及びヒータ５３は、ハウジング３１の外周面に取り付けられ、図４に示すカバー５５によって覆われている。ガス管５２は、ガスチューブ（図１参照）１９を介して、制御ボックス１５のガス供給部１５Ｂに接続されている。ガス管５２には、ガス供給部１５Ｂからガス（例えば、空気）が供給される。ヒータ５３は、ガス管５２の途中に取り付けられている。ヒータ５３は、ガス管５２を流れるガスを温めてヒートガスを生成する。

図４に示すように、連結部５４は、ガス管５２をプラズマ照射部３５に連結するものである。プラズマ照射部３５がハウジング３１に取り付けられた状態では、連結部５４は、一端部をガス管５２に接続され、他端部をプラズマ照射部３５に形成されたヒートガス通路５６に接続される。ヒートガス通路５６には、ガス管５２を介してヒートガスが供給される。

図３に示すように電極３３の一部の外周部は、セラミックス等の絶縁体で製造された電極カバー５７によって覆われている。電極カバー５７は、略中空筒状をなし、長手方向の両端部に開口が形成されている。電極カバー５７の内周面と電極３３の外周面との間の隙間は、ガス通路５８として機能する。電極カバー５７の下流側の開口は、反応室５１に接続されている。電極３３の下端は、電極カバー５７の下流側の開口から突出している。

また、ハウジング３１のベース３６の内部には、反応ガス流路６１と、一対のキャリアガス流路６３とが形成されている。反応ガス流路６１は、ガスチューブ１９（図１参照）を介してガス供給部１５Ｂと接続され、ガス供給部１５Ｂから供給される反応ガスを反応室５１へ流入させる。また、一対のキャリアガス流路６３は、Ｘ方向において反応ガス流路６１を間に挟んだ位置に配置されている。一対のキャリアガス流路６３の各々は、ガスチューブ１９（図１参照）を介してガス供給部１５Ｂと接続され、ガス供給部１５Ｂからキャリアガスが供給される。キャリアガス流路６３は、ガス通路５８を介してキャリアガスを反応室５１へ流入させる。

反応ガス（種ガス）としては、酸素（Ｏ２）を採用できる。ガス供給部１５Ｂは、例えば、反応ガス流路６１を介して、酸素と窒素（Ｎ２）との混合気体（例えば、乾燥空気（Ａｉｒ））を、反応室５１の電極３３の間に流入させる。以下、この混合気体を、便宜的に反応ガスと呼び、酸素を種ガスと呼ぶ場合がある。キャリアガスとしては、窒素を採用できる。ガス供給部１５Ｂは、ガス通路５８の各々から、一対の電極３３の各々を取り巻くようにキャリアガスを流入させる。

一対の電極３３には、制御ボックス１５の電源部１５Ａから交流の電圧が印加される。電圧を印加することによって、例えば、図３に示すように、反応室５１内において、一対の電極３３の下端の間に、擬似アークＡが発生する。この擬似アークＡを反応ガスが通過する際に、反応ガスは、プラズマ化される。従って、一対の電極３３は、擬似アークＡの放電を発生させ、反応ガスをプラズマ化し、プラズマガスを発生させる。

また、ハウジング３１における反応室５１の内部には、内部ノズル６５が嵌合されており、反応室５１の内部において、１対の電極３３の下端の下方に位置している。その内部ノズル６５には、Ｘ方向に間隔を隔てて並び、Ｚ方向に伸びて形成された複数（本実施例においては、６本）の内部ノズルプラズマ通路６７が形成されている。複数の内部ノズルプラズマ通路６７の上流側の端部は、内部ノズル６５の上端面に開口しており、反応室５１に接続されている。一方、複数の内部ノズルプラズマ通路６７の下流側の端部は、内部ノズル６５の下端面に開口している。

その内部ノズル６５の下端面に密着するハウジング３１の下端部には、Ｘ方向に間隔を隔てて並び、Ｚ方向に伸びて形成された複数（本実施例においては、６本）の本体側プラズマ通路７１が形成されている。そして、複数の本体側プラズマ通路７１の上流側の端部が、複数の内部ノズルプラズマ通路６７の下端部と連通している。

プラズマ照射部３５は、ノズル７３、ノズルカバー７５等を備えている。ノズル７３は、Ｘ方向からの側面視において概してＴ字形をなし、ノズル本体７７とノズル先端７９とにより構成されている。なお、ノズル７３は、ノズル本体７７とノズル先端７９とによる一体物であり、耐熱性の高いセラミックにより成形されている。ノズル本体７７は、概してフランジ形状をなし、ボルト８０により、ハウジング３１の下面に固定されている。また、ノズル先端７９は、ノズル本体７７の下面から下方に向って延び出す形状とされている。そして、ノズル７３には、ノズル本体７７とノズル先端７９とを上下方向、つまり、Ｚ方向に貫通する複数（本実施例においては、６本）のノズル側プラズマ通路８１が形成されており、それら複数のノズル側プラズマ通路８１は、Ｘ方向に間隔を隔てて並んでいる。なお、複数のノズル側プラズマ通路８１は、Ｚ方向において複数の本体側プラズマ通路７１と同じ位置に形成されている。このため、本体側プラズマ通路７１とノズル側プラズマ通路８１とは連通している。

ノズルカバー７５は、Ｘ方向からの側面視において概してＴ字形をなし、カバー本体８５とカバー先端８７とにより構成されている。なお、ノズルカバー７５は、カバー本体８５とカバー先端８７とによる一体物であり、耐熱性の高いセラミックにより成形されている。カバー本体８５は、板厚の概して板形状とされており、カバー本体８５には、上面に開口するとともに、Ｚ方向に凹んだ形状の凹部８９が形成されている。そして、その凹部８９にノズル７３のノズル本体７７が収納されるように、カバー本体８５が、ボルト９０によりハウジング３１のセラミック部材３８の下面に固定されている。このため、ノズルカバー７５は、ハウジング３１に着脱可能とされており、ノズル７３の交換時などに、ハウジング３１から取り外される。さらに、カバー本体８５には、Ｙ方向に延びるように、ヒートガス通路５６が形成されており、そのヒートガス通路５６の一端部が、凹部８９に開口し、ヒートガス通路５６の他端部が、カバー本体８５の側面に開口している。そして、カバー本体８５の側面に開口するヒートガス通路５６の端部が、上記したヒートガス供給部２３の連結部５４に連結されている。

カバー先端８７は、カバー本体８５の下面から下方に向って延び出している。カバー先端８７には、Ｚ方向に貫通する１つの貫通孔９３が形成されており、その貫通孔９３の上端部は、カバー本体８５の凹部８９に連通している。そして、その貫通孔９３に、ノズル７３のノズル先端７９が挿入されている。これにより、ノズル７３は、ノズルカバー７５により全体的に覆われている。なお、ノズル７３のノズル先端７９の下端と、ノズルカバー７５のカバー先端８７の下端とは、同じ高さに位置している。

また、ノズル７３がノズルカバー７５により覆われた状態において、ノズルカバー７５の凹部８９の内部にノズル７３のノズル本体７７が位置し、ノズルカバー７５の貫通孔９３の内部にノズル７３のノズル先端７９が位置する。このような状態において、凹部８９とノズル本体７７との間及び、貫通孔９３とノズル先端７９との間に隙間が存在し、その隙間がヒートガス出力通路９５として機能する。ヒートガス出力通路９５には、ヒートガス通路５６を経てヒートガスが供給される。

このような構造により、反応室５１で発生したプラズマガスは、キャリアガスとともに、本体側プラズマ通路７１及びノズル側プラズマ通路８１を経由して、ノズル側プラズマ通路８１の下端の開口８１Ａから噴出される。また、ガス管５２からヒートガス通路５６へ供給されたヒートガスは、ヒートガス出力通路９５を流れる。このヒートガスは、プラズマガスを保護するシールドガスとして機能するものである。ヒートガスは、ヒートガス出力通路９５を流れ、ヒートガス出力通路９５の下端の開口９５Ａからプラズマガスの噴出方向に沿って噴出される。この際、ヒートガスは、ノズル側プラズマ通路８１の開口８１Ａから噴出されるプラズマガスの周囲を取り巻くように噴出される。このように、加熱したヒートガスをプラズマガスの周囲に噴出することで、プラズマガスの効能（濡れ性など）を高めることができる。

このように、プラズマヘッド１１では、反応室５１において放電が生じ、プラズマが発生することで、そのプラズマガスがノズル７３の先端から噴出され、被処理物Ｗに対してプラズマ処理が施される。この際、反応室５１は高温となるため、反応室５１が形成されているハウジング３１のセラミック部材３８は耐熱性の高いセラミック製とされている。ただし、セラミックは、耐熱性が高い素材であるが、ヤング率は低い素材である。なお、ヤング率は、弾性範囲における歪量と応力との比例定数であり、歪量に対する応力の比率である。このため、ヤング率が高い物体とヤング率の低い物体とを同じ応力で変形させた場合に、ヤング率の低い物体がヤング率の高い物体よりも大きく変形する。つまり、ヤング率が低い物体は変形し易く、ヤング率の高い物体は変形し難い。このため、ヤング率の低いセラミック製のセラミック部材３８は変形し易い。一方、ハウジング３１においてセラミック部材３８の上面に密着するベース３６は、耐熱性の高い樹脂製であるが、セラミック部材３８より耐熱性は低い。また、ベース３６の素材である樹脂は、セラミックより低いヤング率の素材である。つまり、ベース３６のヤング率はセラミック部材３８より低く、ベース３６はセラミック部材３８より変形し易い。また、セラミック部材３８の下面にヘッド４６を密着させた状態でセラミック部材３８を締結するボルト４０は、鋼材製であり、鋼材のヤング率は、樹脂，セラミックより高い。つまり、セラミック部材３８を締結するボルト４０のヤング率はセラミック部材３８より高く、ボルト４０はセラミック部材３８より変形し難い。

つまり、セラミック部材３８の上面は、セラミック部材３８よりヤング率の低いベース３６に密着しており、セラミック部材３８の下面は、セラミック部材３８のヤング率より高いボルト４０のヘッド４６に密着している。そして、プラズマヘッド１１が繰り返して使用されることで、ハウジング３１の温度は高温と常温との間で繰り返して変化する。この際、セラミック部材３８が熱膨張と収縮とを繰り返すが、熱膨張と収縮とが繰り返される際に、変形し易いセラミック部材３８は大きく変形する。つまり、熱応力が繰り返しセラミック部材３８に生じて、セラミック部材３８が大きく変形する。

また、ボルト４０の締め付けトルクはボルト４０のヘッド４６に密着しているセラミック部材３８に生じる。このように、熱応力が生じた際のセラミック部材３８の変形，ボルト４０の締め付けトルク等に起因して、ボルト４０のヘッド４６に密着するセラミック部材３８が破損する虞がある。特に、セラミック部材３８は、切欠き部４１においてボルト締結されているため、ボルト４０のヘッド４６へのセラミック部材３８の密着面と、その密着面と交差する切欠き部４１の側面との境界線に応力が集中し、その境界線において破損する可能性が高い。

また、ハウジング３１の温度が高温と常温との間で繰り返して変化する際に、ベース３６も熱膨張と収縮とを繰り返すが、ベース３６のヤング率はセラミック部材３８のヤング率より低いため、ベース３６の熱膨張に伴って、変形し易いベース３６が大きく変形する。このため、ベース３６の変形により、セラミック部材３８がボルト４０のヘッド４６に向って付勢されることでも、ボルト４０のヘッド４６に密着するセラミック部材３８が破損する虞がある。

このようなことに鑑みて、プラズマヘッド１１では、図６及び図７に示すように、軸中央部の径が先端部の径より細いボルト１００によって、セラミック部材３８がベース３６に締結されている。そして、そのボルト１００のヘッド１０２とセラミック部材３８との間にワッシャ１０６が配設され、ベース３６とセラミック部材３８との間に２枚の板状の中間部材１１０，１１２が積層された状態で配設されている。

詳しくは、ボルト１００の軸１１６の先端部にネジ山１１８が形成されており、ボルト１００のネジ山１１８が形成されている部位（以下、「先端部位」と記載する）１２０とヘッド１０２との間の部位（以下、「中央部位」と記載する）１２２は、先端部位１２０より細い。つまり、ボルト１００の軸１１６の中央部位１２２の径方向の断面積が先端部位１２０の断面積より小さくされている。また、ワッシャ１０６は、円環形状をなし、ワッシャ１０６の内径はボルト１００の軸１１６の中央部位１２２の外径より大きく、ワッシャ１０６の外径はボルト１００のヘッド１０２の外径と略同じ、若しくはヘッド１０２の外径より大きい。そして、ワッシャ１０６は、４本のボルト１００のヘッド１０２の各々とセラミック部材３８との間に配設されている。

また、２枚の板状の中間部材１１０，１１２は、板形状をなし、セラミック部材３８の上面と略同じ寸法である。２枚の板状の中間部材１１０，１１２は、積層されており、上に積層された中間部材（以下、「第１中間部材」と記載する）１１０の厚さ寸法は、下に積層された中間部材（以下、「第２中間部材」と記載する）１１２の厚さ寸法の半分程度である。また、第１中間部材１１０は、平板形状であるが、第２中間部材１１２の上面には、凹部１２６が形成されている。凹部１２６は、第２中間部材１１２の上面の中央部を通る十字路形状の溝であり、凹部１２６の端は第２中間部材１１２の４つの側面に開口している。なお、凹部１２６の深さ寸法は、第１中間部材１１０の厚さ寸法と略同じである。そして、凹部１２６が形成されている第２中間部材１１２の上面を第１中間部材１１０の下面に密着させた状態で、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とが積層されている。

積層された状態の第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とは、セラミック部材３８の上面とベース３６の下面との間に配設されている。また、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とには、セラミック部材３８に形成されている挿通穴４３と同じ内寸の挿通穴１２８，１３０が形成されている。そして、ボルト１００の軸１１６が、セラミック部材３８，第１中間部材１１０，第２中間部材１１２の挿通穴４３，１２８，１３０に挿通し、ネジ山１１８がベース３６のネジ穴４８に螺合することで、ベース３６，セラミック部材３８，第１中間部材１１０，第２中間部材１１２が一体的に締結される。なお、ボルト１００の軸１１６の中央部位１２２は、セラミック部材３８，第１中間部材１１０，第２中間部材１１２の挿通穴４３，１２８，１３０を挿通しており、軸１１６の先端部位１２０は、ベース３６のネジ穴４８に螺合している。

また、ワッシャ１０６と第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とは、耐熱性の高い樹脂材料やゴム系材料により成形されている。なお、ワッシャ１０６と第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とは、同じ材料により成形されていてもよく、異なる材料により成形されていてもよい。また、耐熱性の高い樹脂材料やゴム系材料として、例えば、ＰＥＥＫ，ＰＰＳ，ＰＥＳ，フッ素系ゴム，シリコン系ゴム等が挙げられる。また、ワッシャ１０６のヤング率は、ボルト１００、つまり、ヘッド１０２のヤング率及びセラミック部材３８のヤング率より低く、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とのヤング率は、ベース３６のヤング率及びセラミック部材３８のヤング率より低い。

このように、ボルト１００のヘッド１０２及びセラミック部材３８より低いヤング率のワッシャ１０６が、ヘッド１０２とセラミック部材３８との間に配設されることで、セラミック部材３８の変形に伴う破損を防止することができる。詳しくは、セラミック部材３８が熱膨張した際に、セラミック部材３８とヘッド１０２との間にワッシャ１０６が配設されていない場合には、ヘッド１０２よりヤング率の低いセラミック部材３８が変形していた。一方で、セラミック部材３８とヘッド１０２との間にワッシャ１０６が配設されている場合には、セラミック部材３８が熱膨張すると、ボルト１００のヘッド１０２及びセラミック部材３８より低いヤング率のワッシャ１０６が変形する。また、ボルト１００の締め付けトルクは、セラミック部材３８とヘッド１０２との間にワッシャ１０６が配設されていない場合には、セラミック部材３８に生じていたが、セラミック部材３８とヘッド１０２との間にワッシャ１０６が配設されている場合には、ワッシャ１０６に生じる。そして、ボルト１００の締め付けトルクにより、ヘッド１０２及びセラミック部材３８より低いヤング率のワッシャ１０６が変形する。つまり、熱応力が生じた際にセラミック部材３８の代わりにワッシャ１０６が変形し，ボルト１００の締め付けトルク等により、セラミック部材３８の代わりにワッシャ１０６が変形する。これにより、セラミック部材３８の変形を抑制し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。

また、ベース３６及びセラミック部材３８より低いヤング率の第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とが、ベース３６とセラミック部材３８との間に配設されることで、セラミック部材３８の変形に伴う破損を防止することができる。詳しくは、ベース３６が熱膨張した際に、ベース３６とセラミック部材３８との間に第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とが配設されていない場合には、ベース３６が変形し、セラミック部材３８がボルト１００のヘッド１０２に向って付勢されていた。一方で、ベース３６とセラミック部材３８との間に第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とが配設されている場合には、ベース３６が熱膨張すると、ベース３６及びセラミック部材３８より低いヤング率の第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とが変形する。つまり、熱応力が生じた際にセラミック部材３８の代わりに第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とが変形する。これにより、セラミック部材３８のボルト１００のヘッド１０２への付勢を抑制し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。

また、ベース３６とセラミック部材３８との間に、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との２枚の部材を配設することで、セラミック部材３８にかかる荷重を低減し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。詳しくは、例えば、図８に示す板形状の中間部材１４０をベース３６とセラミック部材３８との間に配設すると、中間部材１４０は、中央部を下方に向けて突出した状態で反る。これは、セラミック部材３８の内部に反応室５１が形成されているため、セラミック部材３８は高温となり、そのセラミック部材３８に接触している中間部材１４０の下面は大きく膨張し、セラミック部材３８より低温のベース３６に接触している中間部材の上面は、下面より膨張しないためである。そして、中間部材１４０の反りを戻すための力がセラミック部材３８にかかる。この中間部材１４０の反りを戻すための力Ｆは、下記式により演算される。
Ｆ＝{（４８×Ｅ×Ｉ）／Ｌ^３}×σ
なお、Ｅは中間部材１４０のヤング率であり、Ｉは断面二次モーメントであり、Ｌは中間部材１４０の長さ寸法である。また、σは、図８に示すように、中間部材１４０の反り量である。そして、断面二次モーメントＩは、中間部材１４０の厚さ寸法の３乗に比例する。ここで、中間部材１４０の厚さ寸法を３ｔとする。

また、ベース３６とセラミック部材３８との間で、中間部材１４０と同等にセラミック部材３８の破損を防止するためには、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との２枚の部材の厚さ寸法は３ｔである。そして、上述したように、第１中間部材１１０の厚さ寸法は、第２中間部材１１２の厚さ寸法の半分程度である。このため、第１中間部材１１０の厚さ寸法はｔであり、第２中間部材１１２の厚さ寸法は２ｔである。なお、第２中間部材１１２に形成される凹部１２６の深さ寸法は、第１中間部材１１０の厚さ寸法と同じであるため、ｔである。

そして、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との２枚の部材がベース３６とセラミック部材３８との間に配設されている際において、セラミック部材３８に接触している第２中間部材１１２が、中間部材１４０と同様に、中央部を下方に向けて突出した状態で反る。この際、第２中間部材１１２の凹部１２６の下方の部分に第２中間部材１１２の反りを戻すための力Ｆが生じる。このため、第２中間部材１１２の反りを戻すための力Ｆの演算時に用いられる断面二次モーメントＩは、第２中間部材１１２の凹部１２６の下方の部分の厚さ寸法の３乗に比例する。つまり、第２中間部材１１２の厚さ寸法は２ｔであり、凹部１２６の深さ寸法はｔであるため、第２中間部材１１２の凹部１２６の下方の部分の厚さ寸法はｔ（＝２ｔ－ｔ）となり、第２中間部材１１２の反りを戻すための力Ｆの演算時に用いられる断面二次モーメントＩはｔの３乗に比例する。

このように、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との２枚の部材がベース３６とセラミック部材３８との間に配設されている場合には、断面二次モーメントＩはｔの３乗（ｔ^３）に比例する。一方、中間部材１４０がベース３６とセラミック部材３８との間に配設されている場合には、断面二次モーメントＩは３ｔの３乗（２７ｔ^３）に比例する。このため、第２中間部材１１２の反りを戻すための力Ｆは、中間部材１４０の反りを戻すための力Ｆの１／２７となる。つまり、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との２枚の部材がベース３６とセラミック部材３８との間に配設されている場合にセラミック部材３８にかかる荷重は、中間部材１４０がベース３６とセラミック部材３８との間に配設されている場合にセラミック部材３８にかかる荷重の１／２７となる。このように、ベース３６とセラミック部材３８との間に、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との２枚の部材を配設することで、セラミック部材３８にかかる荷重を低減し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。

また、図７に示すように、軸１１６の中央部位１２２の径が先端部位１２０より細いボルト１００によって、セラミック部材３８がベース３６に締結されることで、セラミック部材３８にかかる荷重を低減し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。詳しくは、ボルト１００のばね定数Ｋは、下記式により演算される。
Ｋ＝Ａ×（Ｅ／Ｌ）
なお、Ａはボルト１００が負荷を受ける部位の断面積であり、Ｌはボルト１００が負荷を受ける部位の長さ寸法である。また、Ｅはボルト１００のヤング率である。このため、ボルト１００が負荷を受ける部位の断面積Ａが小さくなるほど、ボルト１００のばね定数Ｋも小さくなる。また、ばね定数は小さいほど、伸びやすい。つまり、ボルト１００の断面積の小さい部位ほど伸びやすい。そして、ボルト１００は、断面積の大きい先端部位１２０においてベース３６に締結されており、断面積の小さい中央部位１２２においてセラミック部材３８の挿通穴４３を挿通している。このため、セラミック部材３８などが膨張した際に、ボルト１００が中央部位１２２において伸びることで、セラミック部材３８にかかる荷重が低減する。これにより、セラミック部材３８の破損を防止することができる。

因みに、プラズマヘッド１１は、プラズマ発生装置の一例である。ハウジング３１は、締結構造体の一例である。電極３３は、電極の一例である。ベース３６は、ベース及び１以上の部材の一例である。セラミック部材３８は、セラミック部材の一例である。挿通穴４３は、挿通穴の一例である。ネジ穴４８は、ネジ穴の一例である。反応室５１は、反応室の一例である。反応ガス流路６１は、ガス流路の一例である。ノズル７３は、ノズルの一例である。ボルト１００は、螺合部材の一例である。ヘッド１０２は、ヘッドの一例である。第１中間部材１１０は、板状部材の一例である第２中間部材１１２は、板状部材の一例である。軸１１６は、軸の一例である。ネジ山１１８は、ネジ山の一例である。凹部１２６は、凹部の一例である。

以上、上記した本実施形態では、以下の効果を奏する。

プラズマヘッド１１では、軸１１６の中央部位１２２の断面積が先端部位１２０の断面積より小さいボルト１００によって、セラミック部材３８がベース３６に締結されている。そして、ボルト１００は、断面積の大きい先端部位１２０においてベース３６に締結されており、断面積の小さい中央部位１２２においてセラミック部材３８の挿通穴４３を挿通している。また、軸１１６の中央部位１２２は、細いため、上述したように、中央部位１２２のばね定数は小さく、伸びやすい。このため、セラミック部材３８などが膨張した際に、ボルト１００が中央部位１２２において伸びることで、セラミック部材３８にかかる荷重を低減し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。

また、プラズマヘッド１１では、ベース３６及びセラミック部材３８より低いヤング率の第２中間部材１１２が、ベース３６とセラミック部材３８との間に配設されており、その第２中間部材１１２に凹部１２６が形成されている。このため、第２中間部材１１２の凹部１２６が形成されている部位の厚さ寸法が薄くなり、上述したように、第２中間部材１１２の反りを戻すための力Ｆが小さくなる。これにより、セラミック部材３８にかかる荷重を低減し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。

また、プラズマヘッド１１では、第２中間部材１１２だけでなく、第１中間部材１１０もベース３６とセラミック部材３８との間に配設されており、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とが積層されている。このため、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との２枚の板状の部材によって厚みを確保することで、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との変形量を大きくすることが可能なる。これにより、セラミック部材３８にかかる荷重を低減し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。

また、プラズマヘッド１１では、第２中間部材１１２の上面に凹部１２６が形成されており、その第２中間部材１１２の上面に第１中間部材１１０が積層されている。つまり、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との密着面に凹部１２６が形成されており、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との間に隙間が形成されている。これにより、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との間において、第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との膨張を緩和することができる。

また、プラズマヘッド１１は、反応室５１において放電を生じさせることでプラズマを発生させる装置である。そして、そのプラズマヘッド１１において、ベース３６とセラミック部材３８との間に第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とを配設することで、セラミック部材３８の破損が防止されている。これにより、プラズマヘッド１１が繰り返して使用される際のハウジング３１の温度変化に伴うセラミック部材３８へのダメージを適切に抑制することができる。特に、セラミック部材３８の内部に反応室５１が形成されているため、温度変化の影響を受けやすいセラミック部材３８を好適に保護することができる。

さらに言えば、セラミック部材３８には、電圧の印加により放電する１対の電極３３が配設され、反応ガスを反応室５１に供給するための反応ガス流路６１が形成されている。また、反応室５１において発生したプラズマを噴出するためのノズル７３が、セラミック部材３８の下面側に取り付けられている。このため、セラミック部材３８を保護することで、電極３３，反応ガス流路６１，ノズル７３等をも保護することができる。

尚、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。具体的には、例えば、上記実施例では、第２中間部材１１２の上面に第１中間部材１１０が積層されており、第２中間部材１１２の上面に凹部１２６が形成されている。一方で、図９に示すように、第１中間部材１１０の上面に第２中間部材１１２が積層され、第２中間部材１１２の下面に凹部１２６が形成されてもよい。また、図１０に示すように、第１中間部材１１０の上面に第２中間部材１１２が積層され、第２中間部材１１２の上面に凹部１２６が形成されてもよい。また、図１１に示すように、第２中間部材１１２の上面に第１中間部材１１０が積層され、第２中間部材１１２の下面に凹部１２６が形成されてもよい。なお、第２中間部材１１２の上面に第１中間部材１１０が積層され、第２中間部材１１２の下面に凹部１２６が形成される場合には、凹部１２６が形成されている第２中間部材１１２の下面がセラミック部材３８に接触する。このため、第２中間部材１１２が中央部を下方に向けて突出した状態で反る場合に、第２中間部材１１２の下面の中央部に凹部１２６が形成されているため、第２中間部材１１２の下面の中央部はセラミック部材３８の上面に殆ど接触しない。これにより、第２中間部材１１２の反りによって殆どセラミック部材３８に負荷をかけることがなくなり、セラミック部材３８の破損を適切に防止することができる。

また、上記実施例では、ベース３６とセラミック部材３８との間に第１中間部材１１０と第２中間部材１１２との２枚の板状の部材が配設されているが、ベース３６とセラミック部材３８との間に３枚以上の板状の部材が配設されてもよい。一方で、図１２に示すように、ベース３６とセラミック部材３８との間に１枚の中間部材１５０が配設されてもよい。そして、その中間部材１５０の下面の中央部に凹部１２６が形成されることで、図１１に示す第２中間部材１１２と同様に、中間部材１５０の反りによって殆どセラミック部材３８に負荷をかけることがなくなり、セラミック部材３８の破損を適切に防止することができる。

また、上記実施例では、第２中間部材１１２の中央部に凹部１２６が形成されているが、図１３に示すように、第１中間部材１６０の外縁部に凹部１６２が形成されてもよい。つまり、板状の部材の４辺の縁を切り欠いて凹部１６２を形成し、その板状の部材を、第２中間部材１１２の上面に積層してもよい。このように、板状の部材の４辺の縁を切り欠いて凹部１６２を形成することで、反り量を少なくすることができる。具体的には、例えば、図１４に示すように、凹部が形成されていない中間部材１７０の反り量はｔ１である。一方で、中間部材１８０の上面の外縁に凹部１８２を形成した場合には、その中間部材１８０の反り量はｔ２となり、凹部が形成されていない中間部材１７０の反り量ｔ１より少ない。これにより、中間部材１８０の反りによってセラミック部材３８にかかる負荷を低減し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。

また、上記実施例では、ベース３６とセラミック部材３８との間に第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とが配設されるとともに、先端部位１２０より細い中央部位１２２のボルト１００によってセラミック部材３８が締結されている。一方で、ベース３６とセラミック部材３８との間に第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とが配設されるが、一般的なボルト、つまり、径の同じ軸を有するボルトによってセラミック部材３８が締結されてもよい。また、ベース３６とセラミック部材３８との間に第１中間部材１１０と第２中間部材１１２とを配設せずに、先端部位１２０より細い中央部位１２２のボルト１００によってセラミック部材３８が締結されてもよい。

また、上記実施例では、セラミック部材３８がボルト締結される際にボルト１００，第１中間部材１１０，第２中間部材１１２が用いられているが、セラミック製のノズル７３等がボルト締結される際にボルト１００，第１中間部材１１０，第２中間部材１１２が用いられてもよい。また、プラズマヘッド１１に限定されず、セラミック製の部材をベースにボルト締結する種々の装置，機構，システムなどにおいて、ボルト１００，第１中間部材１１０，第２中間部材１１２を用いた締結構造体を採用することが可能である。

また、上記実施例では、ボルト１００によりセラミック製の部材を締結する構造が採用されているが、ネジ穴にネジ山を螺合することで締結する構造であれば、種々の構造を採用することが可能である。

１１：プラズマヘッド（プラズマ発生装置）、３１：ハウジング（締結構造体）、３３：電極、３６：ベース（１以上の部材）、３８：セラミック部材、４３：挿通穴、４８：ネジ穴、５１：反応室、６１：反応ガス流路（ガス流路）、７３：ノズル、１００：ボルト（螺合部材）、１０２：ヘッド、１１０：第１中間部材（板状部材）、１１２：第２中間部材（板状部材）、１１６：軸、１１８：ネジ山、１２６：凹部

Claims (6)

1. １以上の部材により構成され、ネジ穴が形成されたベースと、
   前記ネジ穴に螺合するネジ山が形成された軸と、軸の端部に形成されたヘッドとを有する螺合部材と、
   前記螺合部材の軸が挿通される挿通穴が形成されたセラミック製のセラミック部材と、
   を備え、
   前記螺合部材の前記挿通穴に挿通される部位の断面積が、前記螺合部材のネジ山の断面積より小さい締結構造体。
2. １以上の部材により構成され、ネジ穴が形成されたベースと、
   前記ネジ穴に螺合するネジ山が形成された軸と、軸の端部に形成されたヘッドとを有する螺合部材と、
   前記螺合部材の軸が挿通される挿通穴が形成されたセラミック製のセラミック部材と、
   前記ベースと前記セラミック部材との間に配置され、前記ベースの１以上の部材のうちの前記セラミック部材の側に位置する部材のヤング率及び前記セラミック部材のヤング率より低いヤング率の板状部材と、
   を備え、
   前記板状部材の上面と下面との少なくとも一方に凹部が形成された締結構造体。
3. 複数の前記板状部材が、前記ベースと前記セラミック部材との間に積層された状態で配置されており、
   前記複数の板状部材の少なくとも１の板状部材に凹部が形成された請求項２に記載の締結構造体。
4. 前記複数の板状部材のうちの積層された状態で互いに接触する面に凹部が形成された請求項請求項３に記載の締結構造体。
5. 前記螺合部材の前記挿通穴に挿通される部位の断面積が、前記螺合部材のネジ山が形成された部位の断面積より小さい請求項２ないし請求項４のいずれか１つに記載の締結構造体。
6. １以上の部材により構成され、ネジ穴が形成されたベースと、
   前記ネジ穴に螺合するネジ山が形成された軸と、軸の端部に形成されたヘッドとを有する螺合部材と、
   前記螺合部材の軸が挿通される挿通穴が形成されたセラミック製のセラミック部材と、
   前記セラミック部材の内部に形成された反応室と、
   前記セラミック部材の内部に配設され、前記反応室において電圧の印加により処理ガスをプラズマ化させる１対の電極と、
   前記セラミック部材の内部に形成され、前記反応室に処理ガスを供給するためのガス流路と、
   前記セラミック部材に取り付けられ、前記反応室においてプラズマ化されたガスを排出するためのノズルと、
   前記ベースと前記セラミック部材との間に配置され、前記ベースの１以上の部材のうちの前記セラミック部材の側に位置する部材のヤング率及び前記セラミック部材のヤング率より低いヤング率の板状部材と、
   を備え、
   前記板状部材の上面と下面との少なくとも一方に凹部が形成されたプラズマ発生装置。

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