JP3218400U - プラズマトーチ - Google Patents

Abstract

【課題】大面積のプラズマ処理を行うことができるプラズマトーチを提供する。【解決手段】プラズマトーチ１００は、末端に開口１１４があるチャンバ１１２を有する外部電極１１０と、チャンバ１１２の開口１１４に対向するように、外部電極１１０内のチャンバ１１２の中に設けられる内部電極１２０と、主孔１３２と、主孔１３２に連通するように主孔１３２の外縁に設けられる複数の凹溝１３４と、を有し、外部電極１１０の開口１１４に接合されるノズル１３０と、を含む。主孔１３２における気流は凹溝１３４に回り込んで気流を破壊する分流があるので、気流によるプラズマ１５２が中心領域に制限されるメカニズムが破壊されるため、プラズマトーチ１００のプラズマ領域を大きくする。【選択図】図１

Description

本考案は、プラズマ装置に関し、特に、プラズマトーチに関する。

プラズマトーチは、よく見られる大気圧プラズマ装置である。プラズマを発生させるプラズマトーチの基本原理は、高電圧端の電極が接地端の電極に対して放電することで、電気アークを発生させることである。作動ガスによって形成される旋回気流は、電気アークを安定化させると共に、作動ガスが電気アークによって解離されてプラズマを形成することができる。

冷たい空気は、密度が熱い空気より大きいため、旋回気流によって回転するように連動された後で、遠心力によって外側での回転を維持しやすい。低密度の熱い空気は中心領域に制限される。プラズマは、一般的に、低いガス密度の方向へ移動し、低密度の熱い空気が中央領域に制限されるので、プラズマも中央領域に制限される。プラズマトーチのようなプラズマ輸出パターンは、大面積のプラズマ処理を達成することができない。

従って、本考案の目的は、プラズマトーチを提供することにある。そのノズルは主孔、及び主孔の外縁に設けられる複数の小さな凹溝を有する。気流が各小さい凹溝に入って主孔における大きな旋回気流を破壊できて、気流の旋回によるプラズマが中心領域に制限されるメカニズムが凹溝に入る分流によって破壊されるため、プラズマトーチのプラズマ領域を大きくすることで、プラズマトーチが大面積のプラズマ処理を行うことができる。

本考案の上記目的によれば、プラズマトーチを提出する。このプラズマトーチは、末端に開口があるチャンバを有する外部電極と、チャンバの開口に対向するように、外部電極内のチャンバの中に設けられる内部電極と、主孔と、主孔に連通するように主孔の外縁に設けられる複数の凹溝と、を有し、外部電極の開口に接合されるノズルと、を備える。

本考案の実施例によれば、前記凹溝は、等間隔で主孔の外縁に配列される。

本考案の実施例によれば、前記主孔は、丸い孔であり、これらの凹溝が丸い孔に基づいて中心環状に配列される。

本考案の実施例によれば、前記主孔の形は、円形、楕円形、又は多角形である。

本考案の実施例によれば、前記凹溝の形は、円弧、楕円弧、又は多角形である。

本考案の実施例によれば、前記ノズルは、金属ノズル又はセラミックスノズルである。

本考案の実施例によれば、前記主孔の中心軸は、前記外部電極の中心軸に平行である。

本考案の実施例によれば、前記主孔の中心軸は、外部電極の中心軸に平行ではない。

下記添付図面の説明は、本考案の前記又は他の目的、特徴、メリット、実施例をより分かりやすくするためのものである。
本考案の実施形態によるプラズマトーチを示す装置模式図である。 本考案の実施形態によるプラズマトーチのノズルを示す上面模式図である。 本考案の実施形態によるプラズマトーチのノズルを示す部分拡大上面模式図である。 本考案の実施形態によるプラズマトーチのノズルを示す上面模式図である。 本考案の実施形態によるプラズマトーチのノズルを示す部分拡大上面模式図である。 本考案の実施形態によるプラズマトーチのノズルを示す上面模式図である。 本考案の実施形態によるプラズマトーチのノズルを示す部分拡大上面模式図である。 本考案の実施形態による電気アーク型大気圧プラズマ装置におけるノズルを示す断面模式図である。

本考案の実施形態によるプラズマトーチを示す装置模式図である図１を参照されたい。ある実施例において、プラズマトーチ１００は、主に、外部電極１１０と、内部電極１２０と、ノズル１３０と、を備える。外部電極１１０は、パイプ状構造であり、且つ内部にチャンバ１１２がある。ある例において、チャンバ１１２の末端は、次第に縮径され、且つ開口１１４を有する。

内部電極１２０は、外部電極１１０のチャンバ１１２の中に設けられ、且つチャンバ１１２の前端に設けられるため、チャンバ１１２の開口１１４と対向する。内部電極１２０は、プラズマトーチ１００の放電電極であるので、長寿命化の目的で、その材料としてタングステンやタンタルタングステン合金のような高温に耐えられる金属を採用してよい。ある示範例において、図１を再び参照すると、プラズマトーチ１００は、プレート１４０を更に含む。プレート１４０は、外部電極１１０のチャンバ１１２の前端に設けられてよい。内部電極１２０は、プレート１４０の中に設けられてよく、これにより、プレート１４０によって内部電極１２０をチャンバ１１２の中に固定することができる。プレート１４０は、複数の気体貫通孔１４２を有し、プラズマトーチ１００の作動ガス１５０がこれらの気体貫通孔１４２からチャンバ１１２に送り込まれることができる。

ノズル１３０は、外部電極１１０のチャンバ１１２の末端の開口１１４に接合される。ノズル１３０は、高温に耐えられる材料で製造されてよい。例として、ノズル１３０は、金属ノズル又はセラミックスノズルであってよい。ノズル１３０は、主孔１３２及び複数の凹溝１３４を有し、主孔１３２と凹溝１３４の何れもノズル１３０を貫通し、外部電極１１０のチャンバ１１２に連通する。ノズル１３０の主孔１３２がノズル１３０の中央領域に設けられてよい。凹溝１３４は、主孔１３２に連通するように主孔１３２の外縁に設けられる。主孔１３２のサイズが各凹溝１３４のサイズよりも大きい。ある示範例において、これらの凹溝１３４は、等間隔で主孔１３２の外縁に配列されてよい。特定な例において、これらの凹溝１３４は、等間隔にならないように主孔１３２の外縁に配列されてよい。主孔１３２の形は、円形、楕円形、又は多角形であってもよい。各凹溝１３４の形は、円弧、楕円弧、又は多角形であってもよい。

プラズマトーチ１００は、電源１６０に電気的に接続されて、電源１６０によって動作時に必要な電力を提供してよい。電源１６０の２つの電極は、それぞれ外部電極１１０及び内部電極１２０に電気的に接続される。示範例において、内部電極１２０は、電源１６０の高圧端に接続され、外部電極１１０は、電源１６０の接地端に接続されてよい。

プラズマトーチ１００は、動作時に、まず電源１６０によって外部電極１１０と内部電極１２０に電力を提供することで、高圧電端の内部電極１２０が接地端の外部電極１１０に放電して電気アーク１７０を発生させる。その同時に、プレート１４０の気体貫通孔１４２によって作動ガス１５０を外部電極１１０のチャンバ１１２内にガイドする。作動ガス１５０は、スワールフローとしてチャンバ１１２に入って、旋回気流を発生させることができる。旋回気流は、電気アーク１７０を安定にすることができる。この旋回気流が電気アーク１７０を安定にすると共に、電気アーク１７０は、作動ガス１５０を解離させてプラズマ１５２を形成する。プラズマ１５２は、外部電極１１０のチャンバ１１２の開口１１４からノズル１３０に入り、ノズル１３０の主孔１３２と凹溝１３４からプラズマトーチ１００を吹き出す。

ノズル１３０の主孔１３２内の気流がその周辺の小さい凹溝１３４の中に回り込むことができるため、主孔１３２における大旋回気流を破壊することができる。このように、気流旋回によるプラズマ１５２が中心領域に制限される現象は、分流が凹溝１３４内に回り込むことにより破壊されるため、ノズル１３０は、プラズマ１５２の吹き出す範囲を拡大でき、プラズマトーチ１００が大面積のプラズマ処理を行うことができる。

ノズル１３０の孔と凹溝は、いろいろな形態があってよい。本考案の実施形態によるプラズマトーチのノズルを示す上面模式図と部分拡大上面模式図である図２Ａと図２Ｂを参照されたい。この実施形態において、ノズル１３０ａの主孔１３２ａの形は円形であり、各凹溝１３４ａの形は円弧形である。ある例において、これらの凹溝１３４ａは、円形の主孔１３２ａの中心に基づいて環状に凹溝１３４ａの外縁１３６ａに配列されて、主孔１３２ａとこれらの凹溝１３４ａにプラム型と近似する孔を形成させる。これらの凹溝１３４ａは、等間隔で主孔１３２ａの外縁１３６ａに配列されてよい。

図２Ａと図２Ｂに示すように、主孔１３２ａ内の気流１５４ａは、その周辺の凹溝１３４ａの中に回り込む分流１５６ａがあるので、主孔１３２ａにおける気流１５４ａを破壊することができる。これにより、凹溝１３４ａの設置は、気流１５４ａの旋回によるプラズマが中心領域に制限される現象を破壊することができる。従って、ノズル１３０ａは、プラズマの吹き出す範囲を拡大でき、更にプラズマトーチが大面積のプラズマ処理を行うことができる。

本考案の実施形態によるプラズマトーチのノズルを示す上面模式図と部分拡大上面模式図である図３Ａと図３Ｂを参照されたい。この実施形態において、ノズル１３０ｂの主孔１３２ｂの形は、円形であり、各凹溝１３４ｂの形は、略四角形である。ある例において、これらの凹溝１３４ｂは、円形の主孔１３２ｂの中心に基づいて環状凹溝１３４ｂの外縁１３６ｂに配列されて、主孔１３２ｂとこれらの凹溝１３４ｂにギア型と近似する孔が形成される。これらの凹溝１３４ｂは、例えば等間隔で主孔１３２ｂの外縁１３６ｂに配列される。

図３Ａと図３Ｂに示すように、主孔１３２ｂ内の気流１５４ｂは、凹溝１３４ｂの中に回り込む分流１５６ｂがあることによって、気流１５４ｂの強度を効果的に低下させることができる。従って、凹溝１３４ｂの設置によって、気流１５４ｂの旋回によるプラズマが中心領域に制限される状況を改善することができる。このため、ノズル１３０ｂがプラズマの吹き出す範囲を拡大でき、更に大面積のプラズマ処理を行うことができる。

本考案の実施形態によるプラズマトーチのノズルを示す上面模式図と部分拡大上面模式図である図４Ａと図４Ｂを参照されたい。この実施形態において、ノズル１３０ｃの主孔１３２ｃの形は、円形であり、各凹溝１３４ｃの形は、略三角形である。ある例において、これらの凹溝１３４ｃは、円形の主孔１３２ｃの中心に基づいて環状に凹溝１３４ｃの外縁１３６ｃに配列される。なお、これらの凹溝１３４ｃは、等間隔で主孔１３２ｃの外縁１３６ｃに配列されてよい。

図４Ａと図４Ｂに示すように、主孔１３２ｃ内の気流１５４ｃは、凹溝１３４ｃの中に回り込む分流１５６ｃがあるので、これにより、気流１５４ｃの強度を効果的に低下させることができる。このように、気流１５４ｃの旋回によるプラズマが中心領域に制限される状況は、気流１５４ｃの強度の低下により改善される。このため、ノズル１３０ｃは、プラズマの吹き出す範囲を拡大でき、更に大面積のプラズマ処理を行うことができる。

示範例において、従来の円形孔のノズルと比較して、上記実施形態のノズル１３０ａ、１３０ｂ及び１３０ｃは、プラズマ処理効果を兼ねて保持する状況で、プラズマ処理の効果的な幅を従来のノズルの約８ｍｍから約２２ｍｍ、２２ｍｍ及び１９ｍｍまでに拡大することができる。

図１と図５を同時に参照されたい。図５は、本考案の実施形態による電気アーク型大気圧プラズマ装置におけるノズルを示す断面模式図である。この実施形態において、ノズル１３０ｄは、同様に主孔１３２ｄと複数の凹溝１３４ｄを有する。これらの凹溝１３４ｄが主孔１３２ｄの外縁に配列され、且つ主孔１３２ｄに連通する。ノズル１３０ｄの主孔１３２ｄは中心軸１３８を有し、外部電極１１０も中心軸１１６を有し、主孔１３２ｄの中心軸１３８が外部電極１１０の中心軸１１６に平行ではなく、且つ中心軸１３８と中心軸１１６との間に夾角θがある。他の実施例において、ノズルの主孔の中心軸が外部電極の中心軸に平行であってもよい。

上記の実施形態から分かるように、本考案のメリットは、本考案のプラズマトーチのノズルが主孔、及び主孔の外縁に設けられる複数の小さい凹溝を有することにある。気流が各小さい凹溝の中に回り込んで主孔における大旋回気流を破壊できて、気流の旋回によるプラズマが中心領域に制限されるメカニズムが凹溝に回り込む分流によって破壊されるため、プラズマトーチのプラズマ領域を大きくすることで、プラズマトーチが大面積のプラズマ処理を行うことができる。

本考案を実施例によって以上のように開示したが、それは本考案を限定するものではなく、当業者であれば、本考案の精神や範囲から逸脱しない限り、各種の変更や修正を加えることができる。従って、本考案の保護範囲は、添付の実用新案登録請求の範囲の記載によって限定される。

１００ プラズマトーチ、１１０ 外部電極、１１２ チャンバ、１１４ 開口、１１６ 中心軸、１２０ 内部電極、１３０，１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ ノズル、１３２，１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄ 主孔、１３４，１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ，１３４ｄ 凹溝、１３６ａ，１３６ｂ，１３６ｃ 外縁、１３８ 中心軸、１４０ プレート、１４２ 気体貫通孔、１５０ 作動ガス、１５２ プラズマ、１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ 気流、１５６ａ，１５６ｂ，１５６ｃ 分流、１６０ 電源、１７０ 電気アーク、θ 夾角。

Claims (8)

1. 末端に開口があるチャンバを有する外部電極と、
   前記チャンバの前記開口に対向するように、前記外部電極内の前記チャンバの中に設けられる内部電極と、
   主孔と、前記主孔に連通するように前記主孔の外縁に設けられる複数の凹溝と、を有し、前記外部電極の前記開口に接合されるノズルと、
   を含むプラズマトーチ。
2. 前記凹溝は、等間隔で前記主孔の前記外縁に配列される請求項１に記載のプラズマトーチ。
3. 前記主孔は丸い孔であり、前記凹溝は前記丸い孔の中心に基づいて環状に配列される請求項１又は請求項２に記載のプラズマトーチ。
4. 前記主孔の形は、円形、楕円形、又は多角形である請求項１又は請求項２に記載のプラズマトーチ。
5. 前記凹溝の形は、円弧、楕円弧、又は多角形である請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のプラズマトーチ。
6. 前記ノズルは、金属ノズル又はセラミックスノズルである請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のプラズマトーチ。
7. 前記主孔の中心軸は、前記外部電極の中心軸に平行である請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のプラズマトーチ。
8. 前記主孔の中心軸は、前記外部電極の中心軸に平行ではない請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のプラズマトーチ。

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