JP4378592B2 - 放電発生装置の制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電プラズマが放電空間に一様に分散・分布した拡散状放電を発生させる放電発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放電発生装置は産業応用や環境応用の技術として多く用いられている。産業応用としては、製品の加工や造形技術等に用いられるレーザの発振やスパッタリング装置、半導体プロセス等に使用される露光装置の光源やエッチング装置、異物質の融合による新素材開発等があり、環境応用としては、オゾン生成、排ガス処理等がある。
例えば環境応用としては、近年、外因性内分泌撹乱化学物質（環境ホルモン）やダイオキシンの分解処理にプラズマ放電法を使用し、人体に影響のない物質にする技術が開発されている。また、CFC （フロン）やPCB （ポリ塩化ビフェニル）の分解等にもプラズマ放電法を利用する動きが見られている。
プラズマ放電法を用いた身近な家庭環境の改善としては、強い酸化力を持つオゾンが注目され、殺菌、脱臭、脱色等の上下水処理関連や強酸化性を利用した半導体関連の酸化処理工程などに利用されている。また自動車排ガス等に代表される窒素酸化物（NOX ）、COやCO2 等のCOX 、硫黄酸化物（SOX ）を放電プラズマ中に通すことで他の無害な物質に変換し大気環境を改善することに利用されている。
環境応用に利用されるプラズマ放電法は、その二次生成物質、特に有害物質を伴わないことが適用理由の一つとして挙げられ、放電から発生する熱による熱プラズマ（例えばアーク放電）を利用する方法と、高エネルギーの電子を生成し、放電による熱よりもむしろ電子と物質との衝突解離を利用する方法があり、特に後者は電子温度（電子エネルギー）が高くガス温度（中性粒子や各種イオンのエネルギー）の低い、熱的非平衡放電（プラズマ）と呼ばれ、環境応用に利用されるプラズマ放電法の主流となっている。
一般に、前記熱的非平衡放電により発生する非平衡プラズマは、コロナ放電方式やストリーマ放電方式等により生成され、前記非平衡プラズマ中に導入されるガスの種類により放電応用分野を分離することができ、例えば前記非平衡プラズマ中に酸素を含有する原料ガス（乾燥空気や酸素等）を通す事でオゾンを生成することができる。オゾン生成では放電の熱によるオゾンの再分解を防ぐためにプラズマ中のガス温度の低い熱的非平衡放電が用いられ、その主たる従来方式が無声放電方式である。
図９に無声放電方式の放電発生装置の原理を示す。図９において、高電圧電極10と接地電極11は放電ギャップ12が形成されるように並設し、アーク放電を防止するためにガラスなどの誘電体13を前記放電ギャップ間に介在させている。前記放電ギャップ間に高圧交流電源14より発生させた例えば10数kVの高電圧を印加して微小放電柱15の集合体である無声放電を発生する。
しかし、無声放電は無数の微小放電柱15の集まりであるため空間的に電子密度が均一ではなく、前記微小放電柱に局所的にエネルギーが注入されるため、ガス分子の解離に寄与する電子密度は集中するものの、同時に微小放電柱周囲のガス温度も局所的に高くなるため、放電により化学的平衡に大きく依存することはない。したがって無声放電方式は消費電力に対するガスの生成ならびに分解効率は理論値に比べて低く、残りの電力は誘電体13による誘電損失や前述の微小柱放電による放電熱等の熱放出により消費され、全体的にはガス反応に寄与していないのが現状である。
また最近では、ストリーマ放電方式を利用した放電発生装置が見られ、図１０に前記ストリーマ放電方式の放電形成の原理図を示す。図１０ａにおいて、陽極20と陰極21間に電圧を印加すると前記両電極間の電子22が電離を始め、衝突電離（α作用）により電子なだれが形成され、空間には電子なだれ進展後に正イオン23が作る正電荷の空間電荷により発生する電界が分布し、他方、空間では光電離により生じた電子や陰極面から放出された電子が電子なだれ24を形成し、空間電荷の密な領域に進展することで正電荷と電子が混在するプラズマ部25を形成し、陰極へ前記プラズマ部が到達すると放電路が完成され、正ストリーマ（または陰極向けストリーマ）放電が発生する。
図１０ｂには負ストリーマ（または陽極向けストリーマ）放電について示されており、電子なだれの成長により陽極20と電子なだれ先端の間の空間電界が強まり、光電離26により電子が供給されると飛火作用により電子なだれ24が離れた場所で多数進展し、後続の電子なだれと結合することでプラズマ部を形成し、最終的に陽極に前記プラズマ部が到達することで放電路が形成される。
このように、ストリーマ放電方式では電子なだれによる空間電荷と光電離作用による放電進展機構があり、放電経路は細いフィラメント状となり時間的には間欠的な放電となる。
ストリーマ放電方式を用いた放電発生装置の応用例として、例えばオゾン生成では、特開平11-209105 号に記載されたオゾン発生装置（以下、開示例１と呼ぶ）のように、放電ギャップを介して対向配設された高圧電極、および放電電流の集中を抑制しアーク放電への転移を防ぐために誘電体で構成された接地電極間に、急峻でかつパルス全幅の短い急峻・短パルス電圧を印加することにより、無声放電方式とは異なるストリーマ放電が形成されオゾン生成が行われている。
特開昭62-123003 号ならびに特開昭62-275004 号（以下、開示例２および開示例３と呼ぶ）に記載されたオゾン発生装置では、急峻・短パルス発生電源にプラス電極を接続し、前記プラス電極に対向する部分に多数の孔を設けたマイナス電極を前記電源のマイナス側に接続し、前記マイナス電極の反プラス電極側に種電子発生装置を備え、前記種電子発生装置により種電子を前記マイナス電極の孔より放電空間内に放出することで線密なストリーマ放電を発生させている。
このような急峻・短パルス電圧の利用は、オゾン生成に寄与する電子のエネルギーのみを高くし、熱によるオゾン分解の原因となるガス分子やイオンに与えるエネルギーを低く抑えることを可能とし、無数の微小放電柱15で形成される無声放電方式に比べ効率のよいオゾン生成が可能となる。
同様な高電圧パルス電圧を利用した他の応用例として、特開平7-265653号（以下、開示例４と呼ぶ）に記載された排ガス浄化装置では、断面多角形の複数の角筒体からなるハニカム状対向電極と、各角筒体の中心に配置されたワイヤ型放電電極とよりなる電極ユニットを用い、高電圧パルス電圧を印加することでストリーマ放電が形成される。
また、特開平9-24236 号（以下、開示例５と呼ぶ）に記載された排ガス浄化装置では、少なくとも１つの放電電極および少なくとも1 つの対向電極が交互に設けられてなる反応器と、両電極に接続された高電圧パルス電源とを備えており、放電電極が金属板に隆起状に一体に形成された複数の放電針を備え、放電針挿入用貫通孔があけられた絶縁物が被せられることでプラズマの発生を針先端に集中させることが可能となり、放電針のみの時と比べ放電強度が高いストリーマ放電が形成される。
開示例４および開示例５では、ストリーマ放電のプラズマ中に有害ガス成分を含む排ガスを通じることにより各種ラジカルが発生するため、前記有害ガス成分はこのラジカルとの反応により無害な形態あるいは補集されやすい形態に変換され、補集設備を併用することで排ガス浄化がなされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
放電発生装置に使用される放電プラズマの因子としては、(1) 電極の形状・ 構造、(2) 印加電圧波形、(3) 電子のエネルギー分布、(4) 放電の形態等が挙げられる。
従来の産業応用や環境応用で利用されている放電発生装置の放電形態は、弱電離プラズマの一つである熱的非平衡放電であり、高エネルギーの電子を生成しガス分子（中性粒子）との衝突解離を利用した化学反応や、分子およびイオンの脱励起に伴い発生する放電光の利用に用いられている。放電形態は前述のように、コロナ放電方式やストリーマ放電方式等であり、電極の形状や構造、および電極間に印加する電圧の種類により発生する放電形態は異なり、また、その放電形態は適用分野にも依存する。
例えば、放電プラズマとして無声放電方式が主として用いられているオゾン生成では、電子のエネルギー分布を高エネルギー部へ移行させオゾン生成を効率良く行うために、放電ギャップ長を1 〜2 mm程度以下に設定するとともに、放電ギャップ長を均一にして放電ギャップ内で放電を均一かつ安定に発生させる必要がある。しかし、数mm以下の微小なギャップ長を均一に保つ事は難しく、安定な無声放電は得られにくい。特に大容量の大型オゾン発生装置になるほどこの問題は生じてくる。
前述の開示例１から開示例３に示されているストリーマ放電方式によるオゾン生成は、無声放電方式のような短ギャップ化を行わなくても高エネルギー電子の生成が可能となるため、放電の安定性は高くオゾン生成を効率良く行う事ができる。しかし無声放電方式の様な微小放電柱15の集合体とは異なるものの、ストリーマ放電では細いフィラメント状の放電の集合体となるため、時間的には比較的電流密度の低い微小放電柱となる。これでは放電により発生する周囲のガス温度上昇を抑制したとは言い難い。
また、フィラメント状の放電であるため、放電ギャップ内に占める放電の割合である放電空間利用率は高いとは言えず、電極間に注入された電力はオゾン生成に十分に利用されていない。前述の開示例４および開示例５に示されているストリーマ放電方式による排ガス浄化は、前述のように高エネルギー電子の生成が可能となるため効率よく排ガスの分解ならびに無害物質への変換が可能となるが、間欠的な放電であるためにプラズマと排ガスの接触効率が悪く、特に多量の排ガスを高速処理することができないという問題があった。
そこで、本発明は上記の点を考慮してなされたもので、プラズマ放電法を用いて放電空間に一様なプラズマを形成することにより、放電空間の利用率を向上させ、放電空間の精度に影響の少ない安定した放電ができ、かつ効率の良いプラズマ処理ができる小型の放電発生装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明はつぎのようにしている。
電極を有する第１電極部と、前記第１電極部と放電空間を介して対向配置され、主電極と複数の補助電極を有する第２電極部と、前記電極と前記主電極に高電圧の主パルスを印加する主パルス電源と、前記主電極と前記補助電極に高電圧の予備パルスを印加する予備パルス電源と、前記補助電極の周囲に形成された誘電体とを備えた放電発生装置の制御方法において、前記主パルスよりも立ち上がり時間が短くかつパルス波頭値の小さい前記予備パルスを印加して、前記補助電極に沿って前記誘電体の表面に沿面ストリーマ放電を発生させ、次いで前記主パルスを印加して、前記放電空間に放電プラズマを発生させるものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例を図１に示す。図１は補助電極を片方の電極部に用いた放電発生装置の要部断面図である。図の符号は、共通する部分には同一の符号を用いている。図において、５０は第１電極部、５１は第２電極部、５４は予備パルス電源、５５は主パルス電源、５６は予備パルス電源５４および主パルス電源５５をコントロールするコントローラ部である。第１電極部５０は電極５０ａと誘電体５０ｂからなる。第２電極部５１は、主電極５１ａと補助電極５１ｂおよび誘電体５１ｃからなるもので、主電極５１ａに櫛形状の溝を設けこの内部に誘電体５１ｃで覆われた補助電極５１ｂを配置している。誘電体５１ｃは、複数の補助電極５１ｂを一体に成形した成形品である。そして、主パルス電源５５から見て、第２電極部５１が陰極になるように配置し、対向する第１電極部５０の電極５０ａを陽極となるように接続している。予備パルス電源５４は、第２電極部５１の主電極５１ａを陰極になるように配置し、対向する補助電極５１ｂを陽極となるように接続している。
つぎに、本発明の第１実施例の動作について、図２を用いて説明する。図２は放電完了までのステップを示すフローチャートである。なお、図３は高電圧パルスを印加する時間スケジュールである。図３において、３０は予備パルス、３２は主パルスである。立ち上がり時間３３とはパルス波頭値３５の１０% 点から90% 点に至るまでの時間、パルス全幅３４とはパルスの開始点（0%点）から終了点（0%点）までの時間、遅れ時間３１とは、予備パルスの開始点（0%点）と主パルスの開始点（0%点）の時間差である。通常、パルスの形状は、立ち上がり時間３５は500nsec （500 ×１０-9 sec）以下で、オゾン生成反応が数10μsec 程度までに終了することを考慮するとパルス全幅44が1 μsec （1 ×１０-6 sec）以下、また予備放電により生成される初期電子の拡散状放電への寄与を考慮すると主パルス電圧の遅れ時間３１が300nsec （300 ×１０-9 sec）以下である。
▲１▼予備パルス印加（ＳＴ１）
いま、コントローラ部５６より高電圧印加の指令信号が出ると、予備パルス電源５４から補助電極５１ｂに高電圧の予備パルス３０が印加される。予備パルスは、立ち上がり時間３３を６０ｎｓｅｃ、パルス波頭値を１０ｋＶとした。このように、立ち上がり時間の極めて短い高電圧パルス電圧を印加すると、ガス分子との衝突でエネルギーを失った電子は、次の衝突までに再度十分加速されるため、大気圧のような高気圧下でも分子の解離効率が上昇する。また、パルス電圧の急激な上昇に伴い発生する強電界場により、供給されるエネルギーの大部分をガス分子や各種イオンに与えることなく電子に供給する事が可能となる。
▲２▼予備放電発生（ＳＴ２）
予備パルス３０が印加されると、補助電極５１ｂに沿って誘電体５１ｃの表面に予備放電５２として沿面ストリーマ放電がほぼ一様な強さで多数発生する。
▲３▼初期電子の供給（ＳＴ３）
この予備放電により発生した紫外線が誘電体５１ｃの表面およびその周辺に照射されることにより、十分な前駆電子（以下、初期電子と呼ぶ）が供給される。
▲４▼主パルス電圧印加（ＳＴ４）
ついで、コントローラ部５６の指令により、遅れ時間３１が４０ｎｓｅｃで、主パルス電源５５から高電圧の主パルス３１が電極５０ａに印加される。主パルスは、立ち上がり時間を９０ｎｓｅｃ、パルス波頭値を２６ｋＶ、パルス全幅３４を４００ｎｓｅｃとした。
▲５▼電子なだれの発生（ＳＴ５）
主パルス電源５５から見ると主電極５１ａは陰極（負極）となり、対向する電極５０ａは陽極（正極）となるため、主電極５１ａと電極５０ａ間の電圧上昇に伴い電子が気体分子と衝突し電離（衝突電離）する。これにより、電子は陽極である電極５０ａに向かって無数に増殖する。このとき、放電ギャップにはすでに初期電子が十分に分布しているため、初期電子を種電子として同時に無数の電子なだれが発生する。
▲６▼拡散状放電の発生（ＳＴ６）
この無数の電子なだれにより、電子なだれ先端の空間電荷による電界は緩和され、放電形状はフィラメント状のストリーマ放電とはならず、第１電極部５０と第２電極部５１との放電空間に一様に拡散・分布した放電状態、すなわち、拡散状放電５３が発生する。
【０００６】
以後、予備パルス３０と主パルス３２を、図４に示すように一定の繰り返し周期３６で繰り返し印加することにより、継続的に拡散状放電の状態を得ることができる。
このような、拡散状放電５３の中に酸素を含んだガスを流すことにより、オゾン化ガスを発生することができる。オゾン生成では、電子と酸素分子の衝突により酸素原子が生成され、この酸素原子が既存酸素分子と結合し、一般に下記に示す化学反応にてオゾンが生成される。
ｅ ＋ Ｏ２→ ｅ ＋ ２Ｏ
Ｏ ＋ Ｏ２ ＋ Ｍ → Ｏ３ ＋ Ｍ （ただし、Ｍは第三体）
従って、電子による酸素分子の解離効率を向上させることが高濃度オゾン生成に有効であり、そのためには電子のエネルギーを増大させることが必要である。
オゾン生成反応は酸素分子を衝突解離させて酸素原子を生成する反応と、解離した酸素原子と酸素分子と第三体による三体衝突反応（オゾン生成）があり、衝突解離反応は数ｎｓｅｃから数１０ｎｓｅｃで完了し、三体衝突反応は例えば原料ガスとして酸素を用いた時には数１０μs までに完了する。よって立ち上がり時間３３は短かく、かつパルス波頭値３５の大きいパルスは衝突解離反応に寄与し、パルスの波尾は短いほど中性粒子やイオンにエネルギーを与えず電子のみにエネルギー供給ができるため、オゾン生成効率は向上する。
また、立ち上がりが急峻で、かつパルス全幅の短い高電圧パルス電圧を用いることにより、ガス分子や種々のイオンを加速するエネルギーの損失を抑え、電子のみを加速して電子エネルギーを高める事ができる。
したがって、放電形態が拡散状放電であるため放電体積を大きくとることが可能となり、放電空間利用率を高くできることで、電極間に注入された電力を効率良く利用できるようになった。
また、従来の高電圧交流電源の代わりに急峻パルス電圧を印加することで、電極間ギャップ長を1 〜2mm 程度以下に保持する必要がなく、アーク放電のない安定した拡散状放電を発生させることが可能となった。
また、第１電極部５０の電極５０ａと第２電極部５１の電極５１ａの表面は、誘電体５０ｂおよび５１ｃで覆われているため、予備放電５２と拡散状放電５３による補助電極５１ｂ、主電極５１ａならびに電極５０ａの表面のスパッタリングを防ぎ、電極寿命を延ばすことができ、放電くずによる放電の不安定性を抑え、クリーンなプラズマ処理を行うことが可能となる。
なお、本実施例では、第１電極部５０の電極５０ａの表面を誘電体５０ｂで覆っていたが、電極５０ａの表面を覆わずに使用してもよい。こうすることにより、電極の作製が容易になる。
また、主パルスの1 ショット後に、最初の予備パルスとは逆極性の予備パルスを印加することにより、主電極の表面上に蓄積した荷電粒子を中和することができ、次の主パルス印加時に安定した予備放電ならびに拡散状放電５３を容易に発生させ、かつ、維持することができる。
【０００７】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図５に示す。図５は補助電極を片方の電極部に用いた放電発生装置の要部断面図である。本実施例は、補助電極５１ｂの周囲を取り囲んでいる誘電体５１ｃが一体ものではなく、補助電極５１ｂ毎に独立させた成形品としたもので、主電極５１ａの表面が露出するようにした構成である。
拡散状放電を発生させる動作については、第１実施例と同じである。
主電極５１ａは誘電体で覆われていないため、誘電損失による熱エネルギーの放出を低減でき、電極の冷却構造を簡素化することができる。
つぎに、本実施例の他の応用例として、第１電極部５０の電極５０ａの表面に誘電体を設けない構造のものを図６に示す。
この電極構成では、立ち上がり時間３３が３０ｎｓｅｃ、パルス全幅４４が１００ｎｓｅｃで、主パルス電圧の遅れ時間４１が２０ｎｓｅｃの高電圧パルスの印加で効果が見られる。
このように立ち上がり時間が短く、かつパルス全幅の短い高電圧パルスを印加し、予備放電５２によりあらかじめ電子を第１電極部５０と第２電極部５１の間に均一に分布させることで、誘電体で覆われていない主電極５１ａまたは電極５０ａより構成される電極構造でも微小放電柱１５のような局部的な放電の発生を防ぎアーク放電への移行を抑制し、拡散状放電５３を発生することができる。
【０００８】
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図７に示す。図７は補助電極を片方の電極部に用いた放電発生装置の要部断面図である。本実施例は、主電極５１ａに溝切りは行なわず、補助電極５１ｂを一体の誘電体５１ｃの中に埋め込み、第２電極部５１の主電極５１ａの表面に固定したものである。
拡散状放電を発生させる動作については、第１実施例と同じである。
主電極５１ａへの溝切りがないため、電極加工が簡素化されるとともに、第１実施例と同様に電極面上のスパッタリングを防ぎ電極寿命を延ばすことができる。また、対向する第１および第２の両電極部が誘電体５０ｂおよび５１ｃで覆われているため、放電くずによる放電の不安定性を抑え、クリーンなプラズマ処理を行うことが可能となる。
【０００９】
（第４実施例）
本発明の第４実施例を図８に示す。図８は補助電極を片方の電極部に用いた放電発生装置の要部断面図である。本実施例は、第３実施例と同様に主電極５１ａに溝切りは行なわず、また、補助電極５１ｂの周囲を取り囲んでいる誘電体５１ｃが一体ものではなく、補助電極５１ｂ毎に独立したもので、主電極５１ａの表面の誘電体５１ｃを除いた構成である。
拡散状放電を発生させる動作については、第１実施例と同じである。
主電極５１ａに補助電極を配置するための溝切りを行う必要がないため、電極加工が簡素化され、主電極５１ａが誘電体で覆われていないため誘電損失による熱エネルギーの放出を低減でき、電極の冷却構造を簡素化することができる。
また、誘電体５１ｃを補助電極５１ｂ毎に独立させて設けているので、補助電極の個数を調整することにより、オゾンガスの生成能力を調整することができる。
【００１０】
以上の実施例に示される初期電子発生用の補助電極は、通されるガスの流れ方向に対して垂直な向きに配置される直線形状もしくはメッシュ形状で、主電極32面上に配置されている。また、初期電子用の電極の断面形状、電極構成ならびに電極の配置により、予備放電を形成することができるが、これらの条件に限定されるものではなく、本発明の範囲内であればその形状はなんでもよい。
また、補助電極を片方の電極部に用いているが、両方の電極部に用いることもできる。さらに、両方の電極部は異種の電極構造、たとえば、主電極の溝の有無、誘電体の形状などの電極を対向させてもよい。
また、予備パルスを印加後、正または負の高電圧パルス（主パルス３２）を印加するまでの遅れ時間を、使用ガス、圧力およびギャップ長等により調整することにより、初期電子を有効に利用し、主パルス印加により拡散状放電を安定に発生させオゾンを効率良く発生させることができる。
なお、本発明の放電発生装置は、前述の実施例にのみ限定されるものではなく、例えばガスレーザ装置の発振部のガス励起やスパッタリング装置のスパッタ用放電電極、半導体プロセスの露光用光源やレジスト除去に用いる洗浄用オゾン水のオゾン発生装置、排ガス処理（NO分解）やダイオキシン処理等に用いる反応器等、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲の放電発生装置の応用分野にも適用することができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によればつぎの効果がある。
(1) 対向する二つの電極部の少なくとも一方を、主電極と複数の補助電極とし、この間に立ち上がりが急峻でかつパルス全幅の短い高電圧の予備パルスを印加し、所定の遅れ時間の経過後に主電極と他方の電極部間に予備パルスより大きい急峻の高電圧である主パルスを交互に繰り返し印加する構成にしたので、主電極と補助電極の予備放電により多数の電子をあらかじめ主電極の表面ならびにその周辺に拡散・分布でき、放電空間の全領域で同時に電子なだれが発生させることがでるため、安定した拡散状放電を形成することができる。
また、拡散状放電が得られるので、放電体積を大きくとることが可能となり、放電空間利用率を高くできることで、電極間に注入された電力を効率良く利用できる。
(2) 急峻パルス電圧を印加することにより、電極間ギャップ長を1 〜2mm 程度以下に保持する必要がなく、アーク放電のない安定した拡散状放電を発生させることができる。
(3) 放電電極表面を誘電体で覆うことにより、スパッタ等による電極劣化が起こらず放電電極の寿命を長くすることができ、メンテナンス性も向上し、また放電屑のないクリーンな放電を形成することができる。
(4) 放電電極表面上に予備放電用の電極を配置することにより、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す放電発生装置の要部断面図である。
【図２】第１実施例の動作を示す放電形成までのフローチャートである。
【図３】高電圧パルスを印加する時間スケジュールである。
【図４】放電を繰り返し継続させる印加パルスの時間スケジュールである。
【図５】本発明の第２実施例を示す放電発生装置の要部断面図である。
【図６】第２実施例の他の応用例を示す放電発生装置の要部断面図である。
【図７】本発明の第３実施例を示す放電発生装置の要部断面図である。
【図８】本発明の第４実施例を示す放電発生装置の要部断面図である。
【図９】従来の無声放電方式の放電発生装置の原理を示す模式図である。
【図１０】従来のストリーマ放電方式の放電発生装置の原理を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 高電圧電極
１１ 接地電極
１２ 放電ギャップ
１３ 誘電体
１４ 高圧交流電源
１５ 微小放電柱
２０ 陽極
２１ 陰極
２２ 電子
２３ 正イオン
２４ 電子なだれ
２５ プラズマ部
２６ 光電離
３０ 予備パルス
３１ 遅れ時間
３２ 主パルス
３３ 立ち上がり時間
３４ パルス全幅
３５ パルス波頭値
４０ 予備パルス
４０ａ 正極性予備パルス
４０ｂ 負極性予備パルス
４１ 遅れ時間
４２ 主パルス
４２ａ 正極性主パルス
４２ｂ 負極性主パルス
４３ 繰り返し周期
５０ 第１電極部
５０ａ 電極
５０ｂ 誘電体
５１ 第２電極部
５１ａ 主電極
５１ｂ 補助電極
５１ｃ 誘電体
５２ 予備放電
５３ 拡散状放電
５４ 予備パルス電源
５５ 主パルス電源
５６ コントローラ部
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電プラズマが放電空間に一様に分散・分布した拡散状放電を発生させる放電発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放電発生装置は産業応用や環境応用の技術として多く用いられている。産業応用としては、製品の加工や造形技術等に用いられるレーザの発振やスパッタリング装置、半導体プロセス等に使用される露光装置の光源やエッチング装置、異物質の融合による新素材開発等があり、環境応用としては、オゾン生成、排ガス処理等がある。
例えば環境応用としては、近年、外因性内分泌撹乱化学物質（環境ホルモン）やダイオキシンの分解処理にプラズマ放電法を使用し、人体に影響のない物質にする技術が開発されている。また、CFC （フロン）やPCB （ポリ塩化ビフェニル）の分解等にもプラズマ放電法を利用する動きが見られている。
プラズマ放電法を用いた身近な家庭環境の改善としては、強い酸化力を持つオゾンが注目され、殺菌、脱臭、脱色等の上下水処理関連や強酸化性を利用した半導体関連の酸化処理工程などに利用されている。また自動車排ガス等に代表される窒素酸化物（NOX ）、COやCO2 等のCOX 、硫黄酸化物（SOX ）を放電プラズマ中に通すことで他の無害な物質に変換し大気環境を改善することに利用されている。
環境応用に利用されるプラズマ放電法は、その二次生成物質、特に有害物質を伴わないことが適用理由の一つとして挙げられ、放電から発生する熱による熱プラズマ（例えばアーク放電）を利用する方法と、高エネルギーの電子を生成し、放電による熱よりもむしろ電子と物質との衝突解離を利用する方法があり、特に後者は電子温度（電子エネルギー）が高くガス温度（中性粒子や各種イオンのエネルギー）の低い、熱的非平衡放電（プラズマ）と呼ばれ、環境応用に利用されるプラズマ放電法の主流となっている。
一般に、前記熱的非平衡放電により発生する非平衡プラズマは、コロナ放電方式やストリーマ放電方式等により生成され、前記非平衡プラズマ中に導入されるガスの種類により放電応用分野を分離することができ、例えば前記非平衡プラズマ中に酸素を含有する原料ガス（乾燥空気や酸素等）を通す事でオゾンを生成することができる。オゾン生成では放電の熱によるオゾンの再分解を防ぐためにプラズマ中のガス温度の低い熱的非平衡放電が用いられ、その主たる従来方式が無声放電方式である。
図９に無声放電方式の放電発生装置の原理を示す。図９において、高電圧電極10と接地電極11は放電ギャップ12が形成されるように並設し、アーク放電を防止するためにガラスなどの誘電体13を前記放電ギャップ間に介在させている。前記放電ギャップ間に高圧交流電源14より発生させた例えば10数kVの高電圧を印加して微小放電柱15の集合体である無声放電を発生する。
しかし、無声放電は無数の微小放電柱15の集まりであるため空間的に電子密度が均一ではなく、前記微小放電柱に局所的にエネルギーが注入されるため、ガス分子の解離に寄与する電子密度は集中するものの、同時に微小放電柱周囲のガス温度も局所的に高くなるため、放電により化学的平衡に大きく依存することはない。したがって無声放電方式は消費電力に対するガスの生成ならびに分解効率は理論値に比べて低く、残りの電力は誘電体13による誘電損失や前述の微小柱放電による放電熱等の熱放出により消費され、全体的にはガス反応に寄与していないのが現状である。
また最近では、ストリーマ放電方式を利用した放電発生装置が見られ、図１０に前記ストリーマ放電方式の放電形成の原理図を示す。図１０ａにおいて、陽極20と陰極21間に電圧を印加すると前記両電極間の電子22が電離を始め、衝突電離（α作用）により電子なだれが形成され、空間には電子なだれ進展後に正イオン23が作る正電荷の空間電荷により発生する電界が分布し、他方、空間では光電離により生じた電子や陰極面から放出された電子が電子なだれ24を形成し、空間電荷の密な領域に進展することで正電荷と電子が混在するプラズマ部25を形成し、陰極へ前記プラズマ部が到達すると放電路が完成され、正ストリーマ（または陰極向けストリーマ）放電が発生する。
図１０ｂには負ストリーマ（または陽極向けストリーマ）放電について示されており、電子なだれの成長により陽極20と電子なだれ先端の間の空間電界が強まり、光電離26により電子が供給されると飛火作用により電子なだれ24が離れた場所で多数進展し、後続の電子なだれと結合することでプラズマ部を形成し、最終的に陽極に前記プラズマ部が到達することで放電路が形成される。
このように、ストリーマ放電方式では電子なだれによる空間電荷と光電離作用による放電進展機構があり、放電経路は細いフィラメント状となり時間的には間欠的な放電となる。
ストリーマ放電方式を用いた放電発生装置の応用例として、例えばオゾン生成では、特開平11-209105 号に記載されたオゾン発生装置（以下、開示例１と呼ぶ）のように、放電ギャップを介して対向配設された高圧電極、および放電電流の集中を抑制しアーク放電への転移を防ぐために誘電体で構成された接地電極間に、急峻でかつパルス全幅の短い急峻・短パルス電圧を印加することにより、無声放電方式とは異なるストリーマ放電が形成されオゾン生成が行われている。
特開昭62-123003 号ならびに特開昭62-275004 号（以下、開示例２および開示例３と呼ぶ）に記載されたオゾン発生装置では、急峻・短パルス発生電源にプラス電極を接続し、前記プラス電極に対向する部分に多数の孔を設けたマイナス電極を前記電源のマイナス側に接続し、前記マイナス電極の反プラス電極側に種電子発生装置を備え、前記種電子発生装置により種電子を前記マイナス電極の孔より放電空間内に放出することで線密なストリーマ放電を発生させている。
このような急峻・短パルス電圧の利用は、オゾン生成に寄与する電子のエネルギーのみを高くし、熱によるオゾン分解の原因となるガス分子やイオンに与えるエネルギーを低く抑えることを可能とし、無数の微小放電柱15で形成される無声放電方式に比べ効率のよいオゾン生成が可能となる。
同様な高電圧パルス電圧を利用した他の応用例として、特開平7-265653号（以下、開示例４と呼ぶ）に記載された排ガス浄化装置では、断面多角形の複数の角筒体からなるハニカム状対向電極と、各角筒体の中心に配置されたワイヤ型放電電極とよりなる電極ユニットを用い、高電圧パルス電圧を印加することでストリーマ放電が形成される。
また、特開平9-24236 号（以下、開示例５と呼ぶ）に記載された排ガス浄化装置では、少なくとも１つの放電電極および少なくとも1 つの対向電極が交互に設けられてなる反応器と、両電極に接続された高電圧パルス電源とを備えており、放電電極が金属板に隆起状に一体に形成された複数の放電針を備え、放電針挿入用貫通孔があけられた絶縁物が被せられることでプラズマの発生を針先端に集中させることが可能となり、放電針のみの時と比べ放電強度が高いストリーマ放電が形成される。
開示例４および開示例５では、ストリーマ放電のプラズマ中に有害ガス成分を含む排ガスを通じることにより各種ラジカルが発生するため、前記有害ガス成分はこのラジカルとの反応により無害な形態あるいは補集されやすい形態に変換され、補集設備を併用することで排ガス浄化がなされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
放電発生装置に使用される放電プラズマの因子としては、(1) 電極の形状・ 構造、(2) 印加電圧波形、(3) 電子のエネルギー分布、(4) 放電の形態等が挙げられる。
従来の産業応用や環境応用で利用されている放電発生装置の放電形態は、弱電離プラズマの一つである熱的非平衡放電であり、高エネルギーの電子を生成しガス分子（中性粒子）との衝突解離を利用した化学反応や、分子およびイオンの脱励起に伴い発生する放電光の利用に用いられている。放電形態は前述のように、コロナ放電方式やストリーマ放電方式等であり、電極の形状や構造、および電極間に印加する電圧の種類により発生する放電形態は異なり、また、その放電形態は適用分野にも依存する。
例えば、放電プラズマとして無声放電方式が主として用いられているオゾン生成では、電子のエネルギー分布を高エネルギー部へ移行させオゾン生成を効率良く行うために、放電ギャップ長を1 〜2 mm程度以下に設定するとともに、放電ギャップ長を均一にして放電ギャップ内で放電を均一かつ安定に発生させる必要がある。しかし、数mm以下の微小なギャップ長を均一に保つ事は難しく、安定な無声放電は得られにくい。特に大容量の大型オゾン発生装置になるほどこの問題は生じてくる。
前述の開示例１から開示例３に示されているストリーマ放電方式によるオゾン生成は、無声放電方式のような短ギャップ化を行わなくても高エネルギー電子の生成が可能となるため、放電の安定性は高くオゾン生成を効率良く行う事ができる。しかし無声放電方式の様な微小放電柱15の集合体とは異なるものの、ストリーマ放電では細いフィラメント状の放電の集合体となるため、時間的には比較的電流密度の低い微小放電柱となる。これでは放電により発生する周囲のガス温度上昇を抑制したとは言い難い。
また、フィラメント状の放電であるため、放電ギャップ内に占める放電の割合である放電空間利用率は高いとは言えず、電極間に注入された電力はオゾン生成に十分に利用されていない。前述の開示例４および開示例５に示されているストリーマ放電方式による排ガス浄化は、前述のように高エネルギー電子の生成が可能となるため効率よく排ガスの分解ならびに無害物質への変換が可能となるが、間欠的な放電であるためにプラズマと排ガスの接触効率が悪く、特に多量の排ガスを高速処理することができないという問題があった。
そこで、本発明は上記の点を考慮してなされたもので、プラズマ放電法を用いて放電空間に一様なプラズマを形成することにより、放電空間の利用率を向上させ、放電空間の精度に影響の少ない安定した放電ができ、かつ効率の良いプラズマ処理ができる小型の放電発生装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明はつぎのようにしている。
電極を有する第１電極部と、前記第１電極部と放電空間を介して対向配置され、主電極と複数の補助電極を有する第２電極部と、前記電極と前記主電極に高電圧の主パルスを印加する主パルス電源と、前記主電極と前記補助電極に高電圧の予備パルスを印加する予備パルス電源と、前記補助電極の周囲に形成された誘電体とを備えた放電発生装置の制御方法において、前記主パルスよりも立ち上がり時間が短くかつパルス波頭値の小さい前記予備パルスを印加して、前記補助電極に沿って前記誘電体の表面に沿面ストリーマ放電を発生させ、次いで前記主パルスを印加して、前記放電空間に放電プラズマを発生させるものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例を図１に示す。図１は補助電極を片方の電極部に用いた放電発生装置の要部断面図である。図の符号は、共通する部分には同一の符号を用いている。図において、５０は第１電極部、５１は第２電極部、５４は予備パルス電源、５５は主パルス電源、５６は予備パルス電源５４および主パルス電源５５をコントロールするコントローラ部である。第１電極部５０は電極５０ａと誘電体５０ｂからなる。第２電極部５１は、主電極５１ａと補助電極５１ｂおよび誘電体５１ｃからなるもので、主電極５１ａに櫛形状の溝を設けこの内部に誘電体５１ｃで覆われた補助電極５１ｂを配置している。誘電体５１ｃは、複数の補助電極５１ｂを一体に成形した成形品である。そして、主パルス電源５５から見て、第２電極部５１が陰極になるように配置し、対向する第１電極部５０の電極５０ａを陽極となるように接続している。予備パルス電源５４は、第２電極部５１の主電極５１ａを陰極になるように配置し、対向する補助電極５１ｂを陽極となるように接続している。
つぎに、本発明の第１実施例の動作について、図２を用いて説明する。図２は放電完了までのステップを示すフローチャートである。なお、図３は高電圧パルスを印加する時間スケジュールである。図３において、３０は予備パルス、３２は主パルスである。立ち上がり時間３３とはパルス波頭値３５の１０% 点から90% 点に至るまでの時間、パルス全幅３４とはパルスの開始点（0%点）から終了点（0%点）までの時間、遅れ時間３１とは、予備パルスの開始点（0%点）と主パルスの開始点（0%点）の時間差である。通常、パルスの形状は、立ち上がり時間３５は500nsec （500 ×１０-9 sec）以下で、オゾン生成反応が数10μsec 程度までに終了することを考慮するとパルス全幅44が1 μsec （1 ×１０-6 sec）以下、また予備放電により生成される初期電子の拡散状放電への寄与を考慮すると主パルス電圧の遅れ時間３１が300nsec （300 ×１０-9 sec）以下である。
▲１▼予備パルス印加（ＳＴ１）
いま、コントローラ部５６より高電圧印加の指令信号が出ると、予備パルス電源５４から補助電極５１ｂに高電圧の予備パルス３０が印加される。予備パルスは、立ち上がり時間３３を６０ｎｓｅｃ、パルス波頭値を１０ｋＶとした。このように、立ち上がり時間の極めて短い高電圧パルス電圧を印加すると、ガス分子との衝突でエネルギーを失った電子は、次の衝突までに再度十分加速されるため、大気圧のような高気圧下でも分子の解離効率が上昇する。また、パルス電圧の急激な上昇に伴い発生する強電界場により、供給されるエネルギーの大部分をガス分子や各種イオンに与えることなく電子に供給する事が可能となる。
▲２▼予備放電発生（ＳＴ２）
予備パルス３０が印加されると、補助電極５１ｂに沿って誘電体５１ｃの表面に予備放電５２として沿面ストリーマ放電がほぼ一様な強さで多数発生する。
▲３▼初期電子の供給（ＳＴ３）
この予備放電により発生した紫外線が誘電体５１ｃの表面およびその周辺に照射されることにより、十分な前駆電子（以下、初期電子と呼ぶ）が供給される。
▲４▼主パルス電圧印加（ＳＴ４）
ついで、コントローラ部５６の指令により、遅れ時間３１が４０ｎｓｅｃで、主パルス電源５５から高電圧の主パルス３１が電極５０ａに印加される。主パルスは、立ち上がり時間を９０ｎｓｅｃ、パルス波頭値を２６ｋＶ、パルス全幅３４を４００ｎｓｅｃとした。
▲５▼電子なだれの発生（ＳＴ５）
主パルス電源５５から見ると主電極５１ａは陰極（負極）となり、対向する電極５０ａは陽極（正極）となるため、主電極５１ａと電極５０ａ間の電圧上昇に伴い電子が気体分子と衝突し電離（衝突電離）する。これにより、電子は陽極である電極５０ａに向かって無数に増殖する。このとき、放電ギャップにはすでに初期電子が十分に分布しているため、初期電子を種電子として同時に無数の電子なだれが発生する。
▲６▼拡散状放電の発生（ＳＴ６）
この無数の電子なだれにより、電子なだれ先端の空間電荷による電界は緩和され、放電形状はフィラメント状のストリーマ放電とはならず、第１電極部５０と第２電極部５１との放電空間に一様に拡散・分布した放電状態、すなわち、拡散状放電５３が発生する。
【０００６】
以後、予備パルス３０と主パルス３２を、図４に示すように一定の繰り返し周期３６で繰り返し印加することにより、継続的に拡散状放電の状態を得ることができる。
このような、拡散状放電５３の中に酸素を含んだガスを流すことにより、オゾン化ガスを発生することができる。オゾン生成では、電子と酸素分子の衝突により酸素原子が生成され、この酸素原子が既存酸素分子と結合し、一般に下記に示す化学反応にてオゾンが生成される。
ｅ ＋ Ｏ２→ ｅ ＋ ２Ｏ
Ｏ ＋ Ｏ２ ＋ Ｍ → Ｏ３ ＋ Ｍ （ただし、Ｍは第三体）
従って、電子による酸素分子の解離効率を向上させることが高濃度オゾン生成に有効であり、そのためには電子のエネルギーを増大させることが必要である。
オゾン生成反応は酸素分子を衝突解離させて酸素原子を生成する反応と、解離した酸素原子と酸素分子と第三体による三体衝突反応（オゾン生成）があり、衝突解離反応は数ｎｓｅｃから数１０ｎｓｅｃで完了し、三体衝突反応は例えば原料ガスとして酸素を用いた時には数１０μs までに完了する。よって立ち上がり時間３３は短かく、かつパルス波頭値３５の大きいパルスは衝突解離反応に寄与し、パルスの波尾は短いほど中性粒子やイオンにエネルギーを与えず電子のみにエネルギー供給ができるため、オゾン生成効率は向上する。
また、立ち上がりが急峻で、かつパルス全幅の短い高電圧パルス電圧を用いることにより、ガス分子や種々のイオンを加速するエネルギーの損失を抑え、電子のみを加速して電子エネルギーを高める事ができる。
したがって、放電形態が拡散状放電であるため放電体積を大きくとることが可能となり、放電空間利用率を高くできることで、電極間に注入された電力を効率良く利用できるようになった。
また、従来の高電圧交流電源の代わりに急峻パルス電圧を印加することで、電極間ギャップ長を1 〜2mm 程度以下に保持する必要がなく、アーク放電のない安定した拡散状放電を発生させることが可能となった。
また、第１電極部５０の電極５０ａと第２電極部５１の電極５１ａの表面は、誘電体５０ｂおよび５１ｃで覆われているため、予備放電５２と拡散状放電５３による補助電極５１ｂ、主電極５１ａならびに電極５０ａの表面のスパッタリングを防ぎ、電極寿命を延ばすことができ、放電くずによる放電の不安定性を抑え、クリーンなプラズマ処理を行うことが可能となる。
なお、本実施例では、第１電極部５０の電極５０ａの表面を誘電体５０ｂで覆っていたが、電極５０ａの表面を覆わずに使用してもよい。こうすることにより、電極の作製が容易になる。
また、主パルスの1 ショット後に、最初の予備パルスとは逆極性の予備パルスを印加することにより、主電極の表面上に蓄積した荷電粒子を中和することができ、次の主パルス印加時に安定した予備放電ならびに拡散状放電５３を容易に発生させ、かつ、維持することができる。
【０００７】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図５に示す。図５は補助電極を片方の電極部に用いた放電発生装置の要部断面図である。本実施例は、補助電極５１ｂの周囲を取り囲んでいる誘電体５１ｃが一体ものではなく、補助電極５１ｂ毎に独立させた成形品としたもので、主電極５１ａの表面が露出するようにした構成である。
拡散状放電を発生させる動作については、第１実施例と同じである。
主電極５１ａは誘電体で覆われていないため、誘電損失による熱エネルギーの放出を低減でき、電極の冷却構造を簡素化することができる。
つぎに、本実施例の他の応用例として、第１電極部５０の電極５０ａの表面に誘電体を設けない構造のものを図６に示す。
この電極構成では、立ち上がり時間３３が３０ｎｓｅｃ、パルス全幅４４が１００ｎｓｅｃで、主パルス電圧の遅れ時間４１が２０ｎｓｅｃの高電圧パルスの印加で効果が見られる。
このように立ち上がり時間が短く、かつパルス全幅の短い高電圧パルスを印加し、予備放電５２によりあらかじめ電子を第１電極部５０と第２電極部５１の間に均一に分布させることで、誘電体で覆われていない主電極５１ａまたは電極５０ａより構成される電極構造でも微小放電柱１５のような局部的な放電の発生を防ぎアーク放電への移行を抑制し、拡散状放電５３を発生することができる。
【０００８】
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図７に示す。図７は補助電極を片方の電極部に用いた放電発生装置の要部断面図である。本実施例は、主電極５１ａに溝切りは行なわず、補助電極５１ｂを一体の誘電体５１ｃの中に埋め込み、第２電極部５１の主電極５１ａの表面に固定したものである。
拡散状放電を発生させる動作については、第１実施例と同じである。
主電極５１ａへの溝切りがないため、電極加工が簡素化されるとともに、第１実施例と同様に電極面上のスパッタリングを防ぎ電極寿命を延ばすことができる。また、対向する第１および第２の両電極部が誘電体５０ｂおよび５１ｃで覆われているため、放電くずによる放電の不安定性を抑え、クリーンなプラズマ処理を行うことが可能となる。
【０００９】
（第４実施例）
本発明の第４実施例を図８に示す。図８は補助電極を片方の電極部に用いた放電発生装置の要部断面図である。本実施例は、第３実施例と同様に主電極５１ａに溝切りは行なわず、また、補助電極５１ｂの周囲を取り囲んでいる誘電体５１ｃが一体ものではなく、補助電極５１ｂ毎に独立したもので、主電極５１ａの表面の誘電体５１ｃを除いた構成である。
拡散状放電を発生させる動作については、第１実施例と同じである。
主電極５１ａに補助電極を配置するための溝切りを行う必要がないため、電極加工が簡素化され、主電極５１ａが誘電体で覆われていないため誘電損失による熱エネルギーの放出を低減でき、電極の冷却構造を簡素化することができる。
また、誘電体５１ｃを補助電極５１ｂ毎に独立させて設けているので、補助電極の個数を調整することにより、オゾンガスの生成能力を調整することができる。
【００１０】
以上の実施例に示される初期電子発生用の補助電極は、通されるガスの流れ方向に対して垂直な向きに配置される直線形状もしくはメッシュ形状で、主電極32面上に配置されている。また、初期電子用の電極の断面形状、電極構成ならびに電極の配置により、予備放電を形成することができるが、これらの条件に限定されるものではなく、本発明の範囲内であればその形状はなんでもよい。
また、補助電極を片方の電極部に用いているが、両方の電極部に用いることもできる。さらに、両方の電極部は異種の電極構造、たとえば、主電極の溝の有無、誘電体の形状などの電極を対向させてもよい。
また、予備パルスを印加後、正または負の高電圧パルス（主パルス３２）を印加するまでの遅れ時間を、使用ガス、圧力およびギャップ長等により調整することにより、初期電子を有効に利用し、主パルス印加により拡散状放電を安定に発生させオゾンを効率良く発生させることができる。
なお、本発明の放電発生装置は、前述の実施例にのみ限定されるものではなく、例えばガスレーザ装置の発振部のガス励起やスパッタリング装置のスパッタ用放電電極、半導体プロセスの露光用光源やレジスト除去に用いる洗浄用オゾン水のオゾン発生装置、排ガス処理（NO分解）やダイオキシン処理等に用いる反応器等、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲の放電発生装置の応用分野にも適用することができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によればつぎの効果がある。
(1) 対向する二つの電極部の少なくとも一方を、主電極と複数の補助電極とし、この間に立ち上がりが急峻でかつパルス全幅の短い高電圧の予備パルスを印加し、所定の遅れ時間の経過後に主電極と他方の電極部間に予備パルスより大きい急峻の高電圧である主パルスを交互に繰り返し印加する構成にしたので、主電極と補助電極の予備放電により多数の電子をあらかじめ主電極の表面ならびにその周辺に拡散・分布でき、放電空間の全領域で同時に電子なだれが発生させることがでるため、安定した拡散状放電を形成することができる。
また、拡散状放電が得られるので、放電体積を大きくとることが可能となり、放電空間利用率を高くできることで、電極間に注入された電力を効率良く利用できる。
(2) 急峻パルス電圧を印加することにより、電極間ギャップ長を1 〜2mm 程度以下に保持する必要がなく、アーク放電のない安定した拡散状放電を発生させることができる。
(3) 放電電極表面を誘電体で覆うことにより、スパッタ等による電極劣化が起こらず放電電極の寿命を長くすることができ、メンテナンス性も向上し、また放電屑のないクリーンな放電を形成することができる。
(4) 放電電極表面上に予備放電用の電極を配置することにより、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す放電発生装置の要部断面図である。
【図２】第１実施例の動作を示す放電形成までのフローチャートである。
【図３】高電圧パルスを印加する時間スケジュールである。
【図４】放電を繰り返し継続させる印加パルスの時間スケジュールである。
【図５】本発明の第２実施例を示す放電発生装置の要部断面図である。
【図６】第２実施例の他の応用例を示す放電発生装置の要部断面図である。
【図７】本発明の第３実施例を示す放電発生装置の要部断面図である。
【図８】本発明の第４実施例を示す放電発生装置の要部断面図である。
【図９】従来の無声放電方式の放電発生装置の原理を示す模式図である。
【図１０】従来のストリーマ放電方式の放電発生装置の原理を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 高電圧電極
１１ 接地電極
１２ 放電ギャップ
１３ 誘電体
１４ 高圧交流電源
１５ 微小放電柱
２０ 陽極
２１ 陰極
２２ 電子
２３ 正イオン
２４ 電子なだれ
２５ プラズマ部
２６ 光電離
３０ 予備パルス
３１ 遅れ時間
３２ 主パルス
３３ 立ち上がり時間
３４ パルス全幅
３５ パルス波頭値
４０ 予備パルス
４０ａ 正極性予備パルス
４０ｂ 負極性予備パルス
４１ 遅れ時間
４２ 主パルス
４２ａ 正極性主パルス
４２ｂ 負極性主パルス
４３ 繰り返し周期
５０ 第１電極部
５０ａ 電極
５０ｂ 誘電体
５１ 第２電極部
５１ａ 主電極
５１ｂ 補助電極
５１ｃ 誘電体
５２ 予備放電
５３ 拡散状放電
５４ 予備パルス電源
５５ 主パルス電源
５６ コントローラ部
Claims (1)
- 電極を有する第１電極部と、前記第１電極部と放電空間を介して対向配置され、主電極と複数の補助電極を有する第２電極部と、前記電極と前記主電極に高電圧の主パルスを印加する主パルス電源と、前記主電極と前記補助電極に高電圧の予備パルスを印加する予備パルス電源と、前記補助電極の周囲に形成された誘電体とを備えた放電発生装置の制御方法において、前記主パルスよりも立ち上がり時間が短くかつパルス波頭値の小さい前記予備パルスを印加して、前記補助電極に沿って前記誘電体の表面に沿面ストリーマ放電を発生させ、次いで前記主パルスを印加して、前記放電空間に放電プラズマを発生させることを特徴とする放電発生装置の制御方法。
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| JP2005000193A (ja) * | 2003-06-09 | 2005-01-06 | Metocean Environment Inc | 有害物質の浄化処理装置及び方法 |
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| JPWO2007049595A1 (ja) * | 2005-10-25 | 2009-04-30 | 日本碍子株式会社 | 殺菌滅菌装置 |
| JP2007254223A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Ngk Insulators Ltd | オゾン発生装置 |
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| JP3991252B2 (ja) * | 1998-12-04 | 2007-10-17 | 富士電機システムズ株式会社 | パルスコロナ放電による排ガス中の有機物分解装置 |
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