JP3142660B2 - グロー放電プラズマ発生用電極及びこの電極を用いた反応装置 - Google Patents
グロー放電プラズマ発生用電極及びこの電極を用いた反応装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、グロー放電プラズマ発
生用電極及びこの電極を用いた反応装置に関し、特に、
高温となるアーク放電への移行を防ぎ、グロー放電を均
一かつ安定に発生させることができるグロー放電プラズ
マ発生用電極と、この電極を利用した反応装置に関す
る。
生用電極及びこの電極を用いた反応装置に関し、特に、
高温となるアーク放電への移行を防ぎ、グロー放電を均
一かつ安定に発生させることができるグロー放電プラズ
マ発生用電極と、この電極を利用した反応装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、大気圧以上の気圧下の各種気相内
において放電を発生させることにより、各種気相内にお
いて化学反応を行わせる装置が数多く開発されている。
このような装置としては、例えば親水化処理等を行うコ
ロナ放電処理装置（特公昭４５−１２９８１号）、無声
放電、沿面放電によるオゾン発生装置（特公昭６１−１
２８４１号等）、排気ガス中の毒性物質（酸化窒素（Ｎ
Ｏｘ）や酸化硫黄（ＳＯｘ））を処理する処理装置（特
公昭５４−３３５９１号）等が挙げられる。また、数To
rr以下の低圧下において処理されるエッチング、プラズ
マ表面処理、あるいはプラズマによる薄膜合成等が開発
され、最近では大気圧下で前記低圧下の処理よりもはる
かに低コストにできる大気圧グロー放電プラズマ方法や
その応用装置も開発されている（特開平１−３０６５６
９号）。
において放電を発生させることにより、各種気相内にお
いて化学反応を行わせる装置が数多く開発されている。
このような装置としては、例えば親水化処理等を行うコ
ロナ放電処理装置（特公昭４５−１２９８１号）、無声
放電、沿面放電によるオゾン発生装置（特公昭６１−１
２８４１号等）、排気ガス中の毒性物質（酸化窒素（Ｎ
Ｏｘ）や酸化硫黄（ＳＯｘ））を処理する処理装置（特
公昭５４−３３５９１号）等が挙げられる。また、数To
rr以下の低圧下において処理されるエッチング、プラズ
マ表面処理、あるいはプラズマによる薄膜合成等が開発
され、最近では大気圧下で前記低圧下の処理よりもはる
かに低コストにできる大気圧グロー放電プラズマ方法や
その応用装置も開発されている（特開平１−３０６５６
９号）。
【０００３】ところで、上述したように材料の表面処理
や薄膜製造に使用される大気圧グロー放電プラズマ方法
においては、電極間の電場を均一にする必要から、電極
表面上に溝を設けるか、電極表面上をブラッシ状にする
か、あるいは電極表面に突起等を設ける等の工夫がされ
ていた。さらに、前記大気圧グロー放電プラズマ方法の
場合には、均一かつ安定なグロー放電を発生させるため
に、系内に導入する気体としては主に大量のヘリウムガ
スとするか（特開平２−１５１７１号）、あるいはアル
ゴン−アセトン混合気体が用いられていた（特願平２ー
２９４３６号）。
や薄膜製造に使用される大気圧グロー放電プラズマ方法
においては、電極間の電場を均一にする必要から、電極
表面上に溝を設けるか、電極表面上をブラッシ状にする
か、あるいは電極表面に突起等を設ける等の工夫がされ
ていた。さらに、前記大気圧グロー放電プラズマ方法の
場合には、均一かつ安定なグロー放電を発生させるため
に、系内に導入する気体としては主に大量のヘリウムガ
スとするか（特開平２−１５１７１号）、あるいはアル
ゴン−アセトン混合気体が用いられていた（特願平２ー
２９４３６号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように大気圧
グロー放電プラズマ方法の場合、グロー放電を発生させ
るために、例えばヘリウムガスあるいはアルゴン−アセ
トン混合気体を使用しているがヘリウムガスは高価であ
り、またアルゴン−アセトン系の混合気体は系内に酸素
の混入を望まないときに使用することができないという
欠点があった。そこで、本発明の目的は、上述した問題
点を解消し、従来、大気圧においてグロー放電を発生さ
せることのできなかったガス（窒素、アルゴン、酸素、
空気等）を使用しても均一かつ安定にグロー放電を発生
させることのできるグロー放電プラズマ発生用電極と、
この電極を用いて従来の放電による各種の処理（表面処
理、オゾン発生、排気ガス処理等）と比べてエネルギー
効率等の優れた反応装置を提供することにある。
グロー放電プラズマ方法の場合、グロー放電を発生させ
るために、例えばヘリウムガスあるいはアルゴン−アセ
トン混合気体を使用しているがヘリウムガスは高価であ
り、またアルゴン−アセトン系の混合気体は系内に酸素
の混入を望まないときに使用することができないという
欠点があった。そこで、本発明の目的は、上述した問題
点を解消し、従来、大気圧においてグロー放電を発生さ
せることのできなかったガス（窒素、アルゴン、酸素、
空気等）を使用しても均一かつ安定にグロー放電を発生
させることのできるグロー放電プラズマ発生用電極と、
この電極を用いて従来の放電による各種の処理（表面処
理、オゾン発生、排気ガス処理等）と比べてエネルギー
効率等の優れた反応装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明によるグロー放電プラズマ発生
用電極は大気圧以上の気圧の気相内に設置する電極とし
て、プラズマ発生用気体の種類に応じて線径が０．０１
〜０．５ｍｍ太さの金属細線で構成した金網を用い、こ
の金網上に誘電体を設けてなることを特徴とするもので
ある。
に、請求項１記載の発明によるグロー放電プラズマ発生
用電極は大気圧以上の気圧の気相内に設置する電極とし
て、プラズマ発生用気体の種類に応じて線径が０．０１
〜０．５ｍｍ太さの金属細線で構成した金網を用い、こ
の金網上に誘電体を設けてなることを特徴とするもので
ある。
【０００６】請求項２記載の発明によるグロー放電プラ
ズマ発生用電極は、大気圧以上の気圧の気相内に設置す
る導電板に、プラズマ発生用気体の種類に応じた線径の
金属細線で構成した金網を接触固定し、この金網上に誘
電体を設けてなることを特徴とするものである。また、
前記金網は、プラズマ発生用気体の種類に応じ線径が
０．０１〜０．５ｍｍ太さの金属細線より構成したこと
を特徴とする。
ズマ発生用電極は、大気圧以上の気圧の気相内に設置す
る導電板に、プラズマ発生用気体の種類に応じた線径の
金属細線で構成した金網を接触固定し、この金網上に誘
電体を設けてなることを特徴とするものである。また、
前記金網は、プラズマ発生用気体の種類に応じ線径が
０．０１〜０．５ｍｍ太さの金属細線より構成したこと
を特徴とする。
【０００７】請求項３記載の発明による反応装置は、大
気圧以上の気圧の気相内に電極を対向させて、前記電極
間に所定の電圧を印加してなる反応装置であって、前記
対向電極の少なくとも一方の電極としてプラズマ発生用
気体の種類に応じて線径が０．０１〜０．５ｍｍ太さの
金属細線で構成した金網を用い、前記金網に誘電体を設
けてなるグロー放電プラズマ発生用電極で構成してなる
ことを特徴とするものである。
気圧以上の気圧の気相内に電極を対向させて、前記電極
間に所定の電圧を印加してなる反応装置であって、前記
対向電極の少なくとも一方の電極としてプラズマ発生用
気体の種類に応じて線径が０．０１〜０．５ｍｍ太さの
金属細線で構成した金網を用い、前記金網に誘電体を設
けてなるグロー放電プラズマ発生用電極で構成してなる
ことを特徴とするものである。
【０００８】請求項４記載の発明による反応装置は、大
気圧以上の気圧の気相内に電極を対向させて、前記電極
間に所定の電圧を印加してなる反応装置であって、前記
対向電極の少なくとも一方を、導電板にプラズマ発生用
気体の種類に応じて線径が０．０１〜０．５ｍｍ太さの
金属細線で構成した金網を接触固定し、前記金網に誘電
体を設けてなるグロー放電プラズマ発生用電極で構成し
てなることを特徴とするものである。
気圧以上の気圧の気相内に電極を対向させて、前記電極
間に所定の電圧を印加してなる反応装置であって、前記
対向電極の少なくとも一方を、導電板にプラズマ発生用
気体の種類に応じて線径が０．０１〜０．５ｍｍ太さの
金属細線で構成した金網を接触固定し、前記金網に誘電
体を設けてなるグロー放電プラズマ発生用電極で構成し
てなることを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】請求項１および２記載の発明のグロー放電プラ
ズマ発生用電極により、高温アークに移行することなく
大気圧下で均一なグロー放電が目的ガスごとに発生し
た。添加ガスではなくプラズマ発生用電極を研究するこ
とで、ヘリウム、アルゴン−アセトン混合ガスのみなら
ず、アルゴン、酸素、窒素、空気等あるいはこれらの混
合ガスにおいて使用するガスに適応した線径範囲の金網
を使用することにより、安定なグロー放電が発生するこ
とが分かった。
ズマ発生用電極により、高温アークに移行することなく
大気圧下で均一なグロー放電が目的ガスごとに発生し
た。添加ガスではなくプラズマ発生用電極を研究するこ
とで、ヘリウム、アルゴン−アセトン混合ガスのみなら
ず、アルゴン、酸素、窒素、空気等あるいはこれらの混
合ガスにおいて使用するガスに適応した線径範囲の金網
を使用することにより、安定なグロー放電が発生するこ
とが分かった。
【００１０】請求項３および４記載の発明の反応装置に
よれば、ヘリウム、アルゴン−アセトン混合ガスのみな
らず、アルゴンガス、窒素ガス、空気、酸素ガス等ある
いはこれらの混合ガスにおいて安定なグロー放電が発生
し、気相内で放電プラズマ化学反応により物質を合成ま
たは変化せしめることができる。この際に、前記反応装
置では、金網電極の配置は片側電極でもグロー放電プラ
ズマを得ることができるが、両極に用いることにより被
処理物として絶縁体はもちろんのこと半導体、導体であ
っても均一かつ安定なグロー放電プラズマを得ることが
できる。
よれば、ヘリウム、アルゴン−アセトン混合ガスのみな
らず、アルゴンガス、窒素ガス、空気、酸素ガス等ある
いはこれらの混合ガスにおいて安定なグロー放電が発生
し、気相内で放電プラズマ化学反応により物質を合成ま
たは変化せしめることができる。この際に、前記反応装
置では、金網電極の配置は片側電極でもグロー放電プラ
ズマを得ることができるが、両極に用いることにより被
処理物として絶縁体はもちろんのこと半導体、導体であ
っても均一かつ安定なグロー放電プラズマを得ることが
できる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明について図示の実施例に基づい
て説明する。図１は、本発明のグロー放電プラズマ発生
用電極を用いた反応装置の第一の実施例を示す構成図で
ある。
て説明する。図１は、本発明のグロー放電プラズマ発生
用電極を用いた反応装置の第一の実施例を示す構成図で
ある。
【００１２】図１において、反応容器１の内部には、一
定の間隔Ｌでグロー放電プラズマ発生用電極２ａ（上部
電極）、２ｂ（下部電極）が対向させてある。この反応
容器１の中間部であって反応容器１の一方の側面には、
前記電極２ａ、２ｂの間にガスを供給するガス供給管３
が連通してある。前記反応容器１の中間部であって反応
容器１の他方の側面には、ガス排気管４が連通してあ
る。前記電極２ａは、上部導電板５ａと、上部金網６ａ
と、上部誘電体７ａとからなる。前記電極２ｂは、下部
導電板５ｂと、下部金網６ｂと、下部誘電体７ｂとから
なる。ここで、上部金網６ａ及び下部金網６ｂの材料と
しては、ステンレス、銅、真鍮、アルミニウム、タング
ステン、タンタル等を使用すればよい。また、金網の織
り方としては、平織、綾織、畳織等種々の公知の織り方
を採用することができる。また上部誘電体７ａ及び下部
誘電体７ｂの材料としては、ガラス、セラミックス、マ
イカ、ほうろう、ポリエステル、ポリイミド、ポリサル
フォン、テフロン等を使用すればよい。そして、前記上
部導電板５ａはプラズマ発生用電源８に接続されてい
る。また下部導電板５ｂは接地されている。
定の間隔Ｌでグロー放電プラズマ発生用電極２ａ（上部
電極）、２ｂ（下部電極）が対向させてある。この反応
容器１の中間部であって反応容器１の一方の側面には、
前記電極２ａ、２ｂの間にガスを供給するガス供給管３
が連通してある。前記反応容器１の中間部であって反応
容器１の他方の側面には、ガス排気管４が連通してあ
る。前記電極２ａは、上部導電板５ａと、上部金網６ａ
と、上部誘電体７ａとからなる。前記電極２ｂは、下部
導電板５ｂと、下部金網６ｂと、下部誘電体７ｂとから
なる。ここで、上部金網６ａ及び下部金網６ｂの材料と
しては、ステンレス、銅、真鍮、アルミニウム、タング
ステン、タンタル等を使用すればよい。また、金網の織
り方としては、平織、綾織、畳織等種々の公知の織り方
を採用することができる。また上部誘電体７ａ及び下部
誘電体７ｂの材料としては、ガラス、セラミックス、マ
イカ、ほうろう、ポリエステル、ポリイミド、ポリサル
フォン、テフロン等を使用すればよい。そして、前記上
部導電板５ａはプラズマ発生用電源８に接続されてい
る。また下部導電板５ｂは接地されている。
【００１３】図２ないし図４はグロー放電プラズマ発生
用電極の構造を詳細に示したものであり、図２は分解斜
視図、図３は側面図、図４は平面図である。なお、グロ
ー放電プラズマ発生用電極２ａ、２ｂとも同一構造であ
るので、ここでは符号ａ、ｂを取って説明する。また、
グロー放電プラズマ発生用電極の形状は平板状、円筒状
等形状は問わない。これらの図において、導電板５は、
所定の厚さで円板状をしている。この導電板５の上に金
網６を接触固定する。金網６は、概ね導電板５と同一形
状をしている。この金網６の上に誘電体７を張り付け
る。この誘電体７は、上記導電板５の円形より１〜２割
程大きな直径を有する円板で構成している。なお、誘電
体７は、導電板５および金網６を覆っていてもよい。
用電極の構造を詳細に示したものであり、図２は分解斜
視図、図３は側面図、図４は平面図である。なお、グロ
ー放電プラズマ発生用電極２ａ、２ｂとも同一構造であ
るので、ここでは符号ａ、ｂを取って説明する。また、
グロー放電プラズマ発生用電極の形状は平板状、円筒状
等形状は問わない。これらの図において、導電板５は、
所定の厚さで円板状をしている。この導電板５の上に金
網６を接触固定する。金網６は、概ね導電板５と同一形
状をしている。この金網６の上に誘電体７を張り付け
る。この誘電体７は、上記導電板５の円形より１〜２割
程大きな直径を有する円板で構成している。なお、誘電
体７は、導電板５および金網６を覆っていてもよい。
【００１４】このように構成された第一の実施例におけ
るグロー放電の発生について以下に説明する。図１に示
す反応装置において、グロー放電プラズマ発生用電極２
ａ、２ｂ間にプラズマ発生用電源８から周波数５０〔H
z〕で下記条件の電圧Ｅを印加し、かつガス供給管３か
ら前記電極２ａ、２ｂの間に下記条件の使用ガスを導入
してグロー放電を発生させた。また、前記電極２ａ、２
ｂに使用する金網６ａ、６ｂについても下記の条件のも
のを使用した。
るグロー放電の発生について以下に説明する。図１に示
す反応装置において、グロー放電プラズマ発生用電極２
ａ、２ｂ間にプラズマ発生用電源８から周波数５０〔H
z〕で下記条件の電圧Ｅを印加し、かつガス供給管３か
ら前記電極２ａ、２ｂの間に下記条件の使用ガスを導入
してグロー放電を発生させた。また、前記電極２ａ、２
ｂに使用する金網６ａ、６ｂについても下記の条件のも
のを使用した。
【００１５】（条件１） （１）金網６ ：線径０．２９〔ｍｍ〕、メッシュ♯３
０ （２）使用ガス ：アルゴン （３）電極間距離Ｌ：３．０〔ｍｍ〕 （４）印加電圧Ｅ ：３．５〔ｋＶ〕 （５）ガス流量 ：２００〔ml/min〕 この条件によりグロー放電の発生が確認できた。これ
は、従来のヘリウムガス単独あるいはアルゴンガスに微
量のアセトンを混合させた気体により発生させたグロー
放電と同様な大気圧グロー放電を上記条件においてアル
ゴンガス単独で発生させることができた。
０ （２）使用ガス ：アルゴン （３）電極間距離Ｌ：３．０〔ｍｍ〕 （４）印加電圧Ｅ ：３．５〔ｋＶ〕 （５）ガス流量 ：２００〔ml/min〕 この条件によりグロー放電の発生が確認できた。これ
は、従来のヘリウムガス単独あるいはアルゴンガスに微
量のアセトンを混合させた気体により発生させたグロー
放電と同様な大気圧グロー放電を上記条件においてアル
ゴンガス単独で発生させることができた。
【００１６】（条件２） （１）金網６ ：線径０．０３５〔ｍｍ〕、メッシュ♯
３２５ （２）使用ガス ：窒素 （３）電極間距離Ｌ：３．４〔ｍｍ〕 （４）印加電圧Ｅ ：３．８〔ｋＶ〕 （５）ガス流量 ：３５０〔ml/min〕 この条件によりグロー放電の発生が確認できた。これ
は、従来のヘリウムガス単独あるいはアルゴンガスに微
量のアセトンを混合させた気体により発生させたグロー
放電と同様な大気圧グロー放電を上記条件において窒素
ガス単独で発生させることができた。
３２５ （２）使用ガス ：窒素 （３）電極間距離Ｌ：３．４〔ｍｍ〕 （４）印加電圧Ｅ ：３．８〔ｋＶ〕 （５）ガス流量 ：３５０〔ml/min〕 この条件によりグロー放電の発生が確認できた。これ
は、従来のヘリウムガス単独あるいはアルゴンガスに微
量のアセトンを混合させた気体により発生させたグロー
放電と同様な大気圧グロー放電を上記条件において窒素
ガス単独で発生させることができた。
【００１７】（条件３） （１）金網６ ：線径０．０３５〔ｍｍ〕、メッシュ♯
３２５ （２）使用ガス ：アルゴン、窒素 （３）電極間距離Ｌ：３．５〔ｍｍ〕 （４）印加電圧Ｅ ：３．５〔ｋＶ〕 （５）ガス流量 ：アルゴンが２０〔ml/min〕、窒素
が２００〔ml/min〕 この条件によりグロー放電の発生が確認できた。これ
は、従来のヘリウムガス単独あるいはアルゴンガスに微
量のアセトンを混合させた気体により発生させたグロー
放電と同様な大気圧グロー放電を上記条件においてアル
ゴンガスと窒素ガスの混合ガスで発生させることができ
た。なお、上記条件（１）ないし条件（３）において両
電極に誘電体を設置した従来の平行平板電極による放電
を試みたが、いずれもアーク放電あるいはフィラメント
状の無声放電であった。
３２５ （２）使用ガス ：アルゴン、窒素 （３）電極間距離Ｌ：３．５〔ｍｍ〕 （４）印加電圧Ｅ ：３．５〔ｋＶ〕 （５）ガス流量 ：アルゴンが２０〔ml/min〕、窒素
が２００〔ml/min〕 この条件によりグロー放電の発生が確認できた。これ
は、従来のヘリウムガス単独あるいはアルゴンガスに微
量のアセトンを混合させた気体により発生させたグロー
放電と同様な大気圧グロー放電を上記条件においてアル
ゴンガスと窒素ガスの混合ガスで発生させることができ
た。なお、上記条件（１）ないし条件（３）において両
電極に誘電体を設置した従来の平行平板電極による放電
を試みたが、いずれもアーク放電あるいはフィラメント
状の無声放電であった。
【００１８】図５は、本発明のグロー放電プラズマ発生
用電極を用いた反応装置の第二の実施例を示す構成図で
ある。図５において、第一の実施例と同一構成要素には
同一の符号を付して説明を省略する。
用電極を用いた反応装置の第二の実施例を示す構成図で
ある。図５において、第一の実施例と同一構成要素には
同一の符号を付して説明を省略する。
【００１９】図５では、反応容器１の中間部であって反
応容器１の一方の側面には、前記電極２ａ、２ｂの間に
ガスを供給するガス混合管９が連通してある。ガス混合
管９には、フローメータ（図示せず）を設けたガス供給
管３と、ガス供給管１０とが連通されている。ガス供給
管１０は、バブリング装置１１からの気体をガス混合管
９に供給する。バブリング装置１１には、フローメータ
１２を設けたガス供給管１３が連通されている。フロー
メータ１２は、ガス供給管１３に流れるガスの流量を検
出できる。なお、他の構成は、第一の実施例と同様なの
で説明を省略する。
応容器１の一方の側面には、前記電極２ａ、２ｂの間に
ガスを供給するガス混合管９が連通してある。ガス混合
管９には、フローメータ（図示せず）を設けたガス供給
管３と、ガス供給管１０とが連通されている。ガス供給
管１０は、バブリング装置１１からの気体をガス混合管
９に供給する。バブリング装置１１には、フローメータ
１２を設けたガス供給管１３が連通されている。フロー
メータ１２は、ガス供給管１３に流れるガスの流量を検
出できる。なお、他の構成は、第一の実施例と同様なの
で説明を省略する。
【００２０】このように構成された第二の実施例におい
てグロー放電の発生について説明する。図５に示す反応
装置において、前記電極２ａ、２ｂ間にプラズマ発生用
電源８から周波数５０〔Hz〕で下記条件の電圧Ｅを印加
し、かつガス混合管９から前記電極２ａ、２ｂの間に下
記条件の使用ガスを導入してグロー放電を発生させた。
また、前記電極２ａ、２ｂに使用する金網６ａ、６ｂに
ついても下記の条件のものを使用した。
てグロー放電の発生について説明する。図５に示す反応
装置において、前記電極２ａ、２ｂ間にプラズマ発生用
電源８から周波数５０〔Hz〕で下記条件の電圧Ｅを印加
し、かつガス混合管９から前記電極２ａ、２ｂの間に下
記条件の使用ガスを導入してグロー放電を発生させた。
また、前記電極２ａ、２ｂに使用する金網６ａ、６ｂに
ついても下記の条件のものを使用した。
【００２１】（条件１） （１）金網６ ：線径０．０３５〔ｍｍ〕、メッシュ♯
３２５ （２）使用ガス ：窒素、アセトン （３）ガス流量等 ：窒素が３００〔ml/min〕、アセト
ンは数〔ppm〕〜数十〔ppm〕 （４）電極間距離Ｌ：３．５〔ｍｍ〕 （５）印加電圧Ｅ ：３．９〔ｋＶ〕 アセトンをバブリング装置１１内に満たし、ガス供給管
１３から窒素を流してバブリング装置１１内でアセトン
を窒素でバブリングし、ガス供給管３よりの窒素とガス
混合管９を介して反応容器１の前記電極２ａ、２ｂ間に
導いた。この条件によりグロー放電の発生が確認でき
た。これは、従来技術であるヘリウムガス単独あるいは
アルゴンガスに微量のアセトンを混合させた気体により
発生させたグロー放電と同様な大気圧グロー放電を上記
条件において窒素と微量のアセトンの混合ガスで発生さ
せることができた。
３２５ （２）使用ガス ：窒素、アセトン （３）ガス流量等 ：窒素が３００〔ml/min〕、アセト
ンは数〔ppm〕〜数十〔ppm〕 （４）電極間距離Ｌ：３．５〔ｍｍ〕 （５）印加電圧Ｅ ：３．９〔ｋＶ〕 アセトンをバブリング装置１１内に満たし、ガス供給管
１３から窒素を流してバブリング装置１１内でアセトン
を窒素でバブリングし、ガス供給管３よりの窒素とガス
混合管９を介して反応容器１の前記電極２ａ、２ｂ間に
導いた。この条件によりグロー放電の発生が確認でき
た。これは、従来技術であるヘリウムガス単独あるいは
アルゴンガスに微量のアセトンを混合させた気体により
発生させたグロー放電と同様な大気圧グロー放電を上記
条件において窒素と微量のアセトンの混合ガスで発生さ
せることができた。
【００２２】（条件２） （１）金網６ ：線径０．０３５〔ｍｍ〕、メッシュ♯
３２５ （２）使用ガス ：窒素、メタノール （３）ガス流量等 ：窒素が３００〔ml/min〕、メタノ
ールは数〔ppm〕〜数十〔ppm〕 （４）電極間距離Ｌ：３．５〔ｍｍ〕 （５）印加電圧Ｅ ：３．８〔ｋＶ〕 メタノールをバブリング装置１１内に満たし、ガス供給
管１３から窒素を流してバブリング装置１１内でメタノ
ールを窒素でバブリングし、ガス供給管３よりの窒素と
ガス混合管９を介して反応容器１の前記電極２ａ、２ｂ
間に導いた。この条件によりグロー放電の発生が確認で
きた。これは、従来技術であるヘリウムガス単独あるい
はアルゴンガスに微量のアセトンを混合させた気体によ
り発生させたグロー放電と同様な大気圧グロー放電を上
記条件において窒素と微量のメタノールの混合ガスで発
生させることができた。
３２５ （２）使用ガス ：窒素、メタノール （３）ガス流量等 ：窒素が３００〔ml/min〕、メタノ
ールは数〔ppm〕〜数十〔ppm〕 （４）電極間距離Ｌ：３．５〔ｍｍ〕 （５）印加電圧Ｅ ：３．８〔ｋＶ〕 メタノールをバブリング装置１１内に満たし、ガス供給
管１３から窒素を流してバブリング装置１１内でメタノ
ールを窒素でバブリングし、ガス供給管３よりの窒素と
ガス混合管９を介して反応容器１の前記電極２ａ、２ｂ
間に導いた。この条件によりグロー放電の発生が確認で
きた。これは、従来技術であるヘリウムガス単独あるい
はアルゴンガスに微量のアセトンを混合させた気体によ
り発生させたグロー放電と同様な大気圧グロー放電を上
記条件において窒素と微量のメタノールの混合ガスで発
生させることができた。
【００２３】（条件３） （１）金網６ ：線径０．０３５〔ｍｍ〕、メッシュ♯
３２５ （２）使用ガス ：窒素、エタノール （３）ガス流量等 ：窒素が３００〔ml/min〕、エタノ
ールは数〔ppm〕〜数十〔ppm〕 （４）電極間距離Ｌ：３．５〔ｍｍ〕 （５）印加電圧Ｅ ：３．８〔ｋＶ〕 エタノールをバブリング装置１１内に満たし、ガス供給
管１３から窒素を流してバブリング装置１１内でエタノ
ールを窒素でバブリングし、ガス供給管３よりの窒素と
ガス混合管９を介して反応容器１の前記電極２ａ、２ｂ
間に導いた。この条件によりグロー放電の発生が確認で
きた。これは、従来技術であるヘリウムガス単独あるい
はアルゴンガスに微量のアセトンを混合させた気体によ
り発生させたグロー放電と同様な大気圧グロー放電を上
記条件において窒素と微量のエタノールの混合ガスで発
生させることができた。
３２５ （２）使用ガス ：窒素、エタノール （３）ガス流量等 ：窒素が３００〔ml/min〕、エタノ
ールは数〔ppm〕〜数十〔ppm〕 （４）電極間距離Ｌ：３．５〔ｍｍ〕 （５）印加電圧Ｅ ：３．８〔ｋＶ〕 エタノールをバブリング装置１１内に満たし、ガス供給
管１３から窒素を流してバブリング装置１１内でエタノ
ールを窒素でバブリングし、ガス供給管３よりの窒素と
ガス混合管９を介して反応容器１の前記電極２ａ、２ｂ
間に導いた。この条件によりグロー放電の発生が確認で
きた。これは、従来技術であるヘリウムガス単独あるい
はアルゴンガスに微量のアセトンを混合させた気体によ
り発生させたグロー放電と同様な大気圧グロー放電を上
記条件において窒素と微量のエタノールの混合ガスで発
生させることができた。
【００２４】（条件４） （１）金網６ ：線径０．０３５〔ｍｍ〕、メッシュ♯
３２５ （２）使用ガス ：窒素、水 （３）ガス流量等 ：窒素が１０００〔ml/min〕、水は
数〔ppm〕〜数十〔ppm〕 （３）電極間距離Ｌ：３．５〔ｍｍ〕 （４）印加電圧Ｅ ：３．８〔ｋＶ〕 水をバブリング装置１１内に満たし、ガス供給管１３か
ら窒素を流してバブリング装置１１内で水を窒素でバブ
リングし、ガス供給管３よりの窒素とガス混合管９を介
して反応容器１の前記電極２ａ、２ｂ間に導いた。この
条件によりグロー放電の発生が確認できた。これは、従
来技術であるヘリウムガス単独あるいはアルゴンガスに
微量のアセトンを混合させた気体により発生させたグロ
ー放電と同様な大気圧グロー放電を上記条件において窒
素と微量の水の混合ガスで発生させることができた。な
お、上記条件（１）ないし条件（４）において両電極に
誘電体を設置した従来の平行平板電極による放電を試み
たが、いずれもアーク放電あるいはフィラメント状の無
声放電であった。
３２５ （２）使用ガス ：窒素、水 （３）ガス流量等 ：窒素が１０００〔ml/min〕、水は
数〔ppm〕〜数十〔ppm〕 （３）電極間距離Ｌ：３．５〔ｍｍ〕 （４）印加電圧Ｅ ：３．８〔ｋＶ〕 水をバブリング装置１１内に満たし、ガス供給管１３か
ら窒素を流してバブリング装置１１内で水を窒素でバブ
リングし、ガス供給管３よりの窒素とガス混合管９を介
して反応容器１の前記電極２ａ、２ｂ間に導いた。この
条件によりグロー放電の発生が確認できた。これは、従
来技術であるヘリウムガス単独あるいはアルゴンガスに
微量のアセトンを混合させた気体により発生させたグロ
ー放電と同様な大気圧グロー放電を上記条件において窒
素と微量の水の混合ガスで発生させることができた。な
お、上記条件（１）ないし条件（４）において両電極に
誘電体を設置した従来の平行平板電極による放電を試み
たが、いずれもアーク放電あるいはフィラメント状の無
声放電であった。
【００２５】上述した第一の実施例も第二の実施例も各
々大気圧グロー放電を各ガスにおいて発生させることが
できた。なお、上記各実施例では、グロー放電プラズマ
発生用電極２ａ、２ｂとも導電板５、金網６、誘電体７
を設けたもので説明したが、対向した電極の一方にのみ
前記電極２を使用し、他方の電極には導電板５（金網
６）に誘電体７、あるいは導電板５に金網６または金網
６だけを設けたものであってもよい。前記電極２を両極
に用いることにより被処理物として絶縁体はもちろんの
こと半導体、導体であっても均一かつ安定なグロー放電
プラズマを得ることができる。
々大気圧グロー放電を各ガスにおいて発生させることが
できた。なお、上記各実施例では、グロー放電プラズマ
発生用電極２ａ、２ｂとも導電板５、金網６、誘電体７
を設けたもので説明したが、対向した電極の一方にのみ
前記電極２を使用し、他方の電極には導電板５（金網
６）に誘電体７、あるいは導電板５に金網６または金網
６だけを設けたものであってもよい。前記電極２を両極
に用いることにより被処理物として絶縁体はもちろんの
こと半導体、導体であっても均一かつ安定なグロー放電
プラズマを得ることができる。
【００２６】また、上記各実施例では、高温となるアー
ク放電への移行を防ぎ、均一かつ安定なグロー放電を発
生させることが可能になったため、次のような処理に利
用することができる。
ク放電への移行を防ぎ、均一かつ安定なグロー放電を発
生させることが可能になったため、次のような処理に利
用することができる。
【００２７】すなわち、上記各実施例を利用する第１の
例としては、材料表面の改質、有機・無機薄膜合成等、
材料面上の電流密度が均一に分布していることが要求さ
れる分野に利用することができる。この処理としては、
例えば撥水性をもたせる（フッ素化等）こと，または親
水化すること等である。
例としては、材料表面の改質、有機・無機薄膜合成等、
材料面上の電流密度が均一に分布していることが要求さ
れる分野に利用することができる。この処理としては、
例えば撥水性をもたせる（フッ素化等）こと，または親
水化すること等である。
【００２８】撥水性をもたせることの具体例としては、
（ａ）プラスチックフィルムをフッ素化すること、
（ｂ）繊維、不織布、紙等をフッ素化すること、（ｃ）
ガラスをフッ素化すること等が挙げられる。（ａ）につ
いては、ポリエチレンテレフタレートのフッ素化により
離型フイルム等が得られ、塩化ビニル系樹脂のフッ素化
により、可塑剤の溶出がない人工臓器等の器具、液体飲
料、医療品容器、血液バック等が得られる。（ｂ）につ
いては、繊維のフッ素化をすることにより、撥水性の付
与および防縮、防汚効果も得られる。
（ａ）プラスチックフィルムをフッ素化すること、
（ｂ）繊維、不織布、紙等をフッ素化すること、（ｃ）
ガラスをフッ素化すること等が挙げられる。（ａ）につ
いては、ポリエチレンテレフタレートのフッ素化により
離型フイルム等が得られ、塩化ビニル系樹脂のフッ素化
により、可塑剤の溶出がない人工臓器等の器具、液体飲
料、医療品容器、血液バック等が得られる。（ｂ）につ
いては、繊維のフッ素化をすることにより、撥水性の付
与および防縮、防汚効果も得られる。
【００２９】親水化についての具体例としては、（ａ）
プラスチックフィルムを親水化すること、（ｂ）繊維、
不織布、紙等を親水化すること等が挙げられる。（ａ）
については、印刷性の向上、塗布性がよくなること、フ
イルムと他の物質との接着性がよくなること、帯電の防
止等が図れる。（ｂ）については、染色性等がよくな
る。
プラスチックフィルムを親水化すること、（ｂ）繊維、
不織布、紙等を親水化すること等が挙げられる。（ａ）
については、印刷性の向上、塗布性がよくなること、フ
イルムと他の物質との接着性がよくなること、帯電の防
止等が図れる。（ｂ）については、染色性等がよくな
る。
【００３０】さらに、上記各実施例を利用する第３の例
としては、気相内で分子−電子衝突効率が高い放電形式
であるグロー放電が要求される気相内合成、物質構造変
化等、プラズマ化学が用いられる全ての分野がある。こ
れは、例えばオゾン発生装置（オゾナイザー）が考えら
れる。通常のオゾナイザーは、電極を一定の間隔を持た
せて対向させておき、これら電極間に前記高圧電源の電
圧を印加して無声放電または沿面放電を発生させ、オゾ
ンを製造している。このオゾナイザーの場合、原料の空
気・酸素の絶縁破壊電圧が例えば３０〔ｋＶ／ｃｍ〕で
あって極端に高いため、電極の形状が平板型・二重円筒
型とも電極間距離を１〔ｍｍ〕近辺にせざるを得なかっ
た。
としては、気相内で分子−電子衝突効率が高い放電形式
であるグロー放電が要求される気相内合成、物質構造変
化等、プラズマ化学が用いられる全ての分野がある。こ
れは、例えばオゾン発生装置（オゾナイザー）が考えら
れる。通常のオゾナイザーは、電極を一定の間隔を持た
せて対向させておき、これら電極間に前記高圧電源の電
圧を印加して無声放電または沿面放電を発生させ、オゾ
ンを製造している。このオゾナイザーの場合、原料の空
気・酸素の絶縁破壊電圧が例えば３０〔ｋＶ／ｃｍ〕で
あって極端に高いため、電極の形状が平板型・二重円筒
型とも電極間距離を１〔ｍｍ〕近辺にせざるを得なかっ
た。
【００３１】上記反応装置において、金網６の線径を
０．１〔ｍｍ〕、メッシュ♯１００で乾燥空気をグロー
放電プラズマ発生用電極２ａ、２ｂ間に導入し、グロー
放電を発生させた。その結果、オゾンは１２０〔ｇ／ｋ
Ｗｈ〕の収率を上げることができ、従来技術において９
０〔ｇ／ｋＷｈ〕であることから、本発明のグロー放電
の方がはるかにオゾンの収率がよいことが分かる。
０．１〔ｍｍ〕、メッシュ♯１００で乾燥空気をグロー
放電プラズマ発生用電極２ａ、２ｂ間に導入し、グロー
放電を発生させた。その結果、オゾンは１２０〔ｇ／ｋ
Ｗｈ〕の収率を上げることができ、従来技術において９
０〔ｇ／ｋＷｈ〕であることから、本発明のグロー放電
の方がはるかにオゾンの収率がよいことが分かる。
【００３２】上述したように上記金網６を含む前記電極
２を使用した反応装置によれば、大気圧グロー放電を容
易に発生することができる。
２を使用した反応装置によれば、大気圧グロー放電を容
易に発生することができる。
【００３３】上述したように上記実施例によれば、前記
電極２を用いたことにより、大気圧グロー放電プラズマ
がより安定化するようになった。また、使用するガスに
適応する線径の範囲で選択した金網を用いた前記電極２
を使用することにより、大気圧近辺の空気はもとより、
窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガス単独あるいはこれら
の混合ガスでグロー放電を均一かつ安定に発生させるこ
とが可能になった。したがって、これらのガスを目的に
応じて選択することにより、環境汚染、人体への影響の
ない、安全性の高い、安価なガスの使用が可能になり、
充分なコストダウンにつながることが可能になった。し
たがって、産業上、極めて有用な装置を得ることができ
る。
電極２を用いたことにより、大気圧グロー放電プラズマ
がより安定化するようになった。また、使用するガスに
適応する線径の範囲で選択した金網を用いた前記電極２
を使用することにより、大気圧近辺の空気はもとより、
窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガス単独あるいはこれら
の混合ガスでグロー放電を均一かつ安定に発生させるこ
とが可能になった。したがって、これらのガスを目的に
応じて選択することにより、環境汚染、人体への影響の
ない、安全性の高い、安価なガスの使用が可能になり、
充分なコストダウンにつながることが可能になった。し
たがって、産業上、極めて有用な装置を得ることができ
る。
【００３４】また、上記のグロー放電プラズマ発生用電
極２を使用すれば、高周波はもちろんのこと低周波ま
で、幅広い範囲で均一かつ安定なグロー放電を発生させ
ることができる。したがって、気相内でプラズマに接し
させ、放電プラズマ化学反応により、下流ガス領域に配
置した凝固相物質に各種変化を生ぜしめ、またはその表
面上に気相より凝固相を析出せしめることができる。ま
た、これによれば、商用電源が使用できることになる。
したがって、本実施例によれば、高価な高周波電源を不
要とすることが可能となる。
極２を使用すれば、高周波はもちろんのこと低周波ま
で、幅広い範囲で均一かつ安定なグロー放電を発生させ
ることができる。したがって、気相内でプラズマに接し
させ、放電プラズマ化学反応により、下流ガス領域に配
置した凝固相物質に各種変化を生ぜしめ、またはその表
面上に気相より凝固相を析出せしめることができる。ま
た、これによれば、商用電源が使用できることになる。
したがって、本実施例によれば、高価な高周波電源を不
要とすることが可能となる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればグ
ロー放電プラズマ発生用電極に使用するガスに適応する
線径の範囲で選択した金網を使用することにより、従来
技術においてグロー放電を発生することができなかった
大気圧以上の気相内の空気はもとより、窒素ガス、酸素
ガス、アルゴンガス単独あるいはこれらの混合ガスで安
定かつ均一なグロー放電を発生させることが可能となっ
た。
ロー放電プラズマ発生用電極に使用するガスに適応する
線径の範囲で選択した金網を使用することにより、従来
技術においてグロー放電を発生することができなかった
大気圧以上の気相内の空気はもとより、窒素ガス、酸素
ガス、アルゴンガス単独あるいはこれらの混合ガスで安
定かつ均一なグロー放電を発生させることが可能となっ
た。
【００３６】したがって、これらのガスを使用目的に応
じて選択することにより、環境汚染、人体へ影響のない
安全性の高い安価なガスの使用が可能になり、充分なコ
ストダウンにつながることが可能になる。
じて選択することにより、環境汚染、人体へ影響のない
安全性の高い安価なガスの使用が可能になり、充分なコ
ストダウンにつながることが可能になる。
【００３７】また、高周波はもちろんのこと、従来技術
においてグロー放電を発生させることができなかった低
周波まで、幅広い範囲で均一かつ安定なグロー放電が発
生でき、高価な高周波電源が不要となる。
においてグロー放電を発生させることができなかった低
周波まで、幅広い範囲で均一かつ安定なグロー放電が発
生でき、高価な高周波電源が不要となる。
【００３８】さらに、従来無声放電または沿面放電によ
りオゾンの製造、排気ガス処理等が行われていた分野に
おいても、酸素ガス、空気、窒素ガス、アルゴンガスあ
るいはこれらの混合ガスの大気圧グロー放電プラズマが
得られることにより高効率の処理の実現が可能になっ
た。したがって、産業上、その他応用の広いきわめて有
用なグロー放電発生用電極およびこの電極を用いた反応
装置である。
りオゾンの製造、排気ガス処理等が行われていた分野に
おいても、酸素ガス、空気、窒素ガス、アルゴンガスあ
るいはこれらの混合ガスの大気圧グロー放電プラズマが
得られることにより高効率の処理の実現が可能になっ
た。したがって、産業上、その他応用の広いきわめて有
用なグロー放電発生用電極およびこの電極を用いた反応
装置である。
【図１】本発明の反応装置の第一の実施例を示す構成図
である。
である。
【図２】本発明のグロー放電プラズマ発生用電極の実施
例を示す分解斜視図である。
例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明のグロー放電プラズマ発生用電極の側面
図である。
図である。
【図４】本発明のグロー放電プラズマ発生用電極の平面
図である。
図である。
【図５】本発明の反応装置の第二の実施例を示す構成図
である。
である。
１ 反応容器 ２ グロー放電プラズマ発生用電極 ２ａ （上部）グロー放電プラズマ発生用電極 ２ｂ （下部）グロー放電プラズマ発生用電極 ３ ガス供給管 ４ ガス排気管 ５ 導電板 ５ａ 上部導電板 ５ｂ 下部導電板 ６ 金網 ６ａ 上部金網 ６ｂ 下部金網 ７ 誘電体 ７ａ 上部誘電体 ７ｂ 下部誘電体 ８ プラズマ発生用電源 ９ ガス混合管 １０ ガス供給管 １１ バブリング装置 １２ フローメータ １３ ガス供給管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｍ // Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｃ２３Ｆ 4/00 Ａ (72)発明者 上原 真 埼玉県与野市鈴谷四丁目６番35号 株式 会社きもと開発研究所内 (72)発明者 木村 剛久 埼玉県与野市鈴谷四丁目６番35号 株式 会社きもと開発研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 1/24 H05H 1/46 B01J 19/08
Claims (4)
- 【請求項１】 大気圧以上の気圧の気相内に設置する電
極として、プラズマ発生用気体の種類に応じて線径が
０．０１〜０．５ｍｍ太さの金属細線で構成した金網を
用い、この金網上に誘電体を設けてなることを特徴とす
るグロー放電プラズマ発生用電極。 - 【請求項２】 請求項１記載のグロー放電プラズマ発生
用電極を導電板上に接触固定したことを特徴とするグロ
ー放電プラズマ発生用電極。 - 【請求項３】 大気圧以上の気圧の気相内に電極を対向
させて、前記電極間に所定の電圧を印加してなる反応装
置であって、 前記対向電極の少なくとも一方の電極としてプラズマ発
生用気体の種類に応じて線径が０．０１〜０．５ｍｍ太
さの金属細線で構成した金網を用い、前記金網に誘電体
を設けてなるグロー放電プラズマ発生用電極で構成して
なることを特徴とする反応装置。 - 【請求項４】 大気圧以上の気圧の気相内に電極を対向
させて、前記電極間に所定の電圧を印加してなる反応装
置であって、 前記対向電極の少なくとも一方の電極にプラズマ発生用
気体の種類に応じて線径が０．０１〜０．５ｍｍ太さの
金属細線で構成した金網を接触固定し、前記金網に誘電
体を設けてなるグロー放電プラズマ発生用電極で構成し
てなることを特徴とする反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04253481A JP3142660B2 (ja) | 1991-09-02 | 1992-08-31 | グロー放電プラズマ発生用電極及びこの電極を用いた反応装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-246495 | 1991-09-02 | ||
| JP24649591 | 1991-09-02 | ||
| JP04253481A JP3142660B2 (ja) | 1991-09-02 | 1992-08-31 | グロー放電プラズマ発生用電極及びこの電極を用いた反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06119995A JPH06119995A (ja) | 1994-04-28 |
| JP3142660B2 true JP3142660B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=26537754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04253481A Expired - Lifetime JP3142660B2 (ja) | 1991-09-02 | 1992-08-31 | グロー放電プラズマ発生用電極及びこの電極を用いた反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3142660B2 (ja) |
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| JP3762375B2 (ja) * | 2003-02-21 | 2006-04-05 | ヤマト科学株式会社 | プラズマ滅菌装置 |
| US7651585B2 (en) * | 2005-09-26 | 2010-01-26 | Lam Research Corporation | Apparatus for the removal of an edge polymer from a substrate and methods therefor |
| US7691278B2 (en) * | 2005-09-27 | 2010-04-06 | Lam Research Corporation | Apparatus for the removal of a fluorinated polymer from a substrate and methods therefor |
| US7662253B2 (en) | 2005-09-27 | 2010-02-16 | Lam Research Corporation | Apparatus for the removal of a metal oxide from a substrate and methods therefor |
| EP2297377B1 (en) | 2008-05-30 | 2017-12-27 | Colorado State University Research Foundation | Plasma-based chemical source device and method of use thereof |
| US9532826B2 (en) | 2013-03-06 | 2017-01-03 | Covidien Lp | System and method for sinus surgery |
| US9555145B2 (en) | 2013-03-13 | 2017-01-31 | Covidien Lp | System and method for biofilm remediation |
| CN103594320A (zh) * | 2013-11-27 | 2014-02-19 | 苏州市奥普斯等离子体科技有限公司 | 一种适用于常压环境材料表面等离子体处理装置 |
| CN109803480A (zh) * | 2019-03-20 | 2019-05-24 | 重庆中涪科瑞工业技术研究院有限公司 | 一种应用于高分子材料表面改性的辉光等离子体生成装置 |
| CN113365404B (zh) * | 2021-04-23 | 2023-11-24 | 安徽理工大学 | 介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧发生装置 |
-
1992
- 1992-08-31 JP JP04253481A patent/JP3142660B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06119995A (ja) | 1994-04-28 |
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