JP4978566B2 - Atmospheric pressure plasma generation method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、大気圧プラズマ発生方法及び装置に関し、特に大気圧プラズマから放出されるノイズの低減を図った大気圧プラズマ発生方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to an atmospheric pressure plasma generation method and apparatus, and more particularly to an atmospheric pressure plasma generation method and apparatus that reduce noise emitted from atmospheric pressure plasma.
従来から、大気圧若しくはその近傍の圧力下の所定の反応空間にプラズマ発生用のガスを供給するとともに、その反応空間の近傍に配置したアンテナ又は電極に高周波電圧を印加することで、プラズマを発生する大気圧プラズマ発生装置は知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, plasma is generated by supplying a plasma generating gas to a predetermined reaction space under atmospheric pressure or a pressure near it, and applying a high-frequency voltage to an antenna or electrode disposed in the vicinity of the reaction space. Such an atmospheric pressure plasma generator is known (see, for example, Patent Document 1).
この種の大気圧プラズマ発生装置の構成例を、図11〜図13を参照して説明する。図11に示すように、所定の反応空間を形成する反応管11の一端11aからガス13を供給し、反応管11の周囲に配置したコイル状のアンテナ6に、高周波発生部3から整合回路7を介して高周波電圧を印加することで、反応管11内の反応空間でプラズマ14を発生させて反応管11の他端11bからプラズマ14を吹き出すように構成されている。整合回路7は、図12に示すように、アンテナ6の一端6aと高周波発生部3の高圧端子側との間に配置されたインダクタンス素子8(L1)と、高周波発生部3の接地端子側とアンテナ6の他端6bとの間に配置されたコンデンサ素子9(C1)と、アンテナ6に並列して高周波発生部3の高圧端子と接地端子との間に配置されたコンデンサ素子10(C2)とで構成されている。さらに、プラズマ14を発生させて被処理表面に照射するプラズマヘッド2の構成として、図13に示すように、反応管11とアンテナ6を備えるとともに整合回路7を内蔵し、かつ反応管11の両端部を除いてそれら周囲を金属材料から成る遮蔽カバー15にて覆うとともに、高周波発生部3から高周波電圧が供給される同軸ケーブル4のコネクタ5を遮蔽カバー15から突出させて設け、外部に放出される高周波ノイズの低減を図った構成のものが考えられている。
A configuration example of this type of atmospheric pressure plasma generator will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 11, a
また、高周波ノイズの放出防止を図った大気圧プラズマ発生装置として、図15に示すような構成のものが知られている(例えば、特許文献2参照)。図15において、一端からガスを供給する角筒状の反応容器61の外周に軸心方向に間隔をあけて一対の電極62a、62bを配設し、高周波電源63から整合回路64と逆位相印加手段65を介して一対の電極62a、62bに対して互いに逆位相の高周波電圧を印加するように構成されている。逆位相印加手段65は、整合回路64に接続された一次巻線66と、中間点68が接地された二次巻線67とから成り、二次巻線67の一端67aを一方の電極62aに、他端67bを他方の電極62bに接続して構成されている。これにより、従来の構成では図16(a)に示すように、両電極62a、62bに高周波電源の高圧端子と接地端子が接続され、他方の電極62bが接地電位で、一方の電極62aに所定電圧Vの高周波電圧が印加されるため、外部に高周波ノイズが放出されるのに対して、この構成では図16(b)に示すように、接地端子同士が接続された一対の高周波電源63a、63bの高圧端子がそれぞれ両電極62a、62bに接続され、両電極62a、62bに電圧がV/2の互いに逆位相の高周波電圧が印加された状態となるため、両電極62a、62bから放出される高周波ノイズが相互に相殺しあうことになって、高周波ノイズが外部に放出されるのを防止することができるものである。
ところで、図11、図12に示したような大気圧プラズマ発生装置においては、特に図13に示したように遮蔽カバー15で覆ったプラズマヘッド2を備えたものにおいても、プラズマ14が吹き出す反応管11の他端11bから放出される高周波ノイズを無くすことができないという問題があることが判明した。
By the way, in the atmospheric pressure plasma generator as shown in FIGS. 11 and 12, the reaction tube from which the
さらに、図13に示すように、反応管11の他端11bから所定距離の位置にアンテナ21aを配置してノイズ測定手段21にて放出されるノイズを測定したところ、図14に示すように、整合回路7はプラズマ14の点灯時に反射波がゼロ近傍となるように調整設定されているため、プラズマ14の消灯時には6〜7Wの反射波が生じている状態となっているが、ノイズのレベルは、プラズマ消灯時には65dBμV/m未満に収まっているのに対して、点灯時に70〜75dBμV/mという高いノイズが測定され、ノイズ対策が要請されることになる。
Further, as shown in FIG. 13, when the
一方、特許文献2に開示されたノイズ対策は、接地電位を中心にして逆位相の電圧を印加することができないようなアンテナや電極の構成、例えば反応管11の近傍に配置したコイル状や波形状のアンテナ6の両端に高周波電圧を印加してプラズマを発生するような構成には適用するのが難しいという問題がある。また、仮に逆位相の高周波電圧を印加するようにしたとしても、高周波領域では位相のずれが簡単に大きく発生するため、効果的にノイズを低減するのは困難であるという問題があることが判明した。さらに、実験を重ねて行く内に、吹き出すプラズマ14からノイズが放出されることが判明し、そのようなノイズを低減する対策も必要であることが判明した。このように大気圧プラズマ発生装置における高周波ノイズの発生は多様であり、しかも高周波ノイズに関しては、各国で様々な規制があるため、任意のレベルの高周波ノイズを効果的に低減することができる根本的な解決手段の提案が要請されている。
On the other hand, the noise countermeasure disclosed in
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、大気圧プラズマを発生させる工程で多様に発生する高周波ノイズが周囲に放出されるのを確実に防止できる大気圧プラズマ発生方法及び装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides an atmospheric pressure plasma generation method and apparatus that can reliably prevent high-frequency noises that are generated variously in the process of generating atmospheric pressure plasma from being released to the surroundings. For the purpose.
本発明の大気圧プラズマ発生方法は、大気圧近傍の反応空間にガスを供給するとともに高周波電圧を印加してプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、プラズマ発生位置の近傍に配置されたノイズ消去アンテナに、前記高周波電圧と同じ周波数で所定の位相差と所定の振幅を有する高周波電圧を供給してノイズ消去電波を発生するノイズ消去電波発生工程とを有し、前記所定の位相差及び所定の振幅を、プラズマ発生位置の近傍で計測したノイズが最小若しくはその近傍になるように予め設定するものである。なお、大気圧近傍とは、大気圧を含めてその近傍の圧力を意味し、具体的に500mmHg〜1500mmHg程度の圧力範囲である。 The atmospheric pressure plasma generation method of the present invention includes a plasma generation step of generating a plasma by supplying a gas to a reaction space near the atmospheric pressure and applying a high frequency voltage, and a noise canceling antenna disposed in the vicinity of the plasma generation position. A noise canceling radio wave generating step of generating a noise canceling radio wave by supplying a high frequency voltage having a predetermined phase difference and a predetermined amplitude at the same frequency as the high frequency voltage, the predetermined phase difference and the predetermined amplitude being The noise measured in the vicinity of the plasma generation position is set in advance so as to be minimal or in the vicinity thereof. In addition, the atmospheric pressure vicinity means the pressure of the vicinity including atmospheric pressure, and is specifically the pressure range of about 500 mmHg-1500 mmHg.
この構成によれば、プラズマ発生位置の近傍でノイズを測定し、そのノイズが最小に近づくように、プラズマ発生位置の近傍に配置したノイズ消去アンテナに所定の位相差と所定の振幅を有する高周波電圧を供給してノイズ消去電波を発生することで、多様に発生したノイズであっても、それに対応するように調整設定されたノイズ消去電波にて確実に消去することができ、大気圧プラズマを発生させる工程で多様に発生する高周波ノイズが周囲に放出されるのを確実に防止できる。 According to this configuration, noise is measured in the vicinity of the plasma generation position, and a high-frequency voltage having a predetermined phase difference and a predetermined amplitude is applied to the noise canceling antenna disposed in the vicinity of the plasma generation position so that the noise approaches the minimum. By generating a noise canceling radio wave, even if a variety of noises are generated, it can be reliably erased with a noise canceling radio wave adjusted and set to correspond to it, generating atmospheric pressure plasma Thus, it is possible to reliably prevent high-frequency noise generated in various ways from being released to the surroundings.
また、前記所定の位相差及び所定の振幅を、プラズマの点灯時と消灯時で変更すると、プラズマの点灯時と消灯時で発生する高周波ノイズの発生状況が異なっても、それぞれに対応してアンテナ又は電極に対して供給する高周波電圧の位相と振幅が変更されるので、何れのときにも高周波ノイズが放出されるのを確実に防止することができる。 Further, when the predetermined phase difference and the predetermined amplitude are changed between when the plasma is turned on and when the plasma is turned on, even if the generation state of high frequency noise generated when the plasma is turned on and turned off differs, Alternatively, since the phase and amplitude of the high-frequency voltage supplied to the electrodes are changed, it is possible to reliably prevent high-frequency noise from being emitted at any time.
また、大気圧近傍の反応空間にガスを供給するとともに高周波電圧を印加してプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、プラズマ発生位置の近傍に配置されたノイズ消去アンテナに、前記高周波電圧と同じ周波数で所定の位相差と所定の振幅を有する高周波電圧を供給してノイズ消去電波を発生するノイズ消去電波発生工程とを有し、前記所定の位相差及び所定の振幅を、プラズマ発生位置の近傍で計測したノイズが最小若しくはその近傍になるように制御するようにし、プラズマを発生させつつ連続的にフィードバック制御するようにしても良い。 In addition, a plasma generation step of supplying a gas to a reaction space near the atmospheric pressure and generating a plasma by applying a high frequency voltage, and a noise canceling antenna disposed near the plasma generation position at the same frequency as the high frequency voltage. A noise canceling radio wave generating step of generating a noise canceling radio wave by supplying a high frequency voltage having a predetermined phase difference and a predetermined amplitude, and measuring the predetermined phase difference and the predetermined amplitude in the vicinity of the plasma generation position The noise may be controlled to be minimal or in the vicinity thereof, and the feedback control may be continuously performed while generating plasma.
また、高周波電圧が、RF周波数帯、VHF周波数帯、又はマイクロ波周波数帯である場合には、特に誘導結合型プラズマを大気圧下で効率的に発生することができるとともに、その場合には位相ずれが簡単に発生するため、上記効果が顕著に発揮されるので特に好適である。 In addition, when the high-frequency voltage is in the RF frequency band, VHF frequency band, or microwave frequency band, inductively coupled plasma can be efficiently generated particularly under atmospheric pressure, and in that case, the phase Since the deviation easily occurs, the above effect is remarkably exhibited, which is particularly preferable.
本発明の大気圧プラズマ発生装置は、大気圧近傍の反応空間と前記反応空間の近傍に配設されたアンテナ又は電極とを有するプラズマヘッドと、前記反応空間にガスを供給するガス供給部と、前記アンテナ又は電極に高周波電圧を印加する高周波発生部と、前記高周波発生部と前記アンテナ又は電極との間に配置され、前記アンテナ又は電極からの反射電力を調整する整合回路と、プラズマヘッド内又は外部の近傍に配置されたノイズ消去アンテナと、前記高周波電圧と同周波数でかつ所定の位相差及び所定の振幅を有する高周波電圧をノイズ消去アンテナに印加するノイズ消去電圧印加手段と、プラズマ発生位置の近傍で計測したノイズが最小若しくはその近傍になる前記所定の位相差及び所定の振幅が予め設定され、その設定値に基づいてノイズ消去電圧印加手段から出力する高周波電圧を制御する制御部とを備えたものである。 An atmospheric pressure plasma generator of the present invention includes a plasma head having a reaction space near atmospheric pressure and an antenna or an electrode disposed in the vicinity of the reaction space, a gas supply unit for supplying gas to the reaction space, A high-frequency generator that applies a high-frequency voltage to the antenna or electrode, a matching circuit that is disposed between the high-frequency generator and the antenna or electrode, and that adjusts the reflected power from the antenna or electrode; A noise canceling antenna disposed in the vicinity of the outside, a noise canceling voltage applying means for applying to the noise canceling antenna a high frequency voltage having the same frequency as the high frequency voltage and having a predetermined phase difference and a predetermined amplitude, and a plasma generation position The predetermined phase difference and predetermined amplitude at which the noise measured in the vicinity is minimum or in the vicinity thereof are preset and based on the set value It is obtained and a control unit for controlling the high-frequency voltage outputted from the noise erasing voltage applying means.
この構成によれば、プラズマ発生位置の近傍でノイズを測定し、制御部にてノイズ消去電圧印加手段を制御して、ノイズを最小に近づけるように所定の位相差と所定の振幅を有する高周波電圧をプラズマ発生位置の近傍に配置したノイズ消去アンテナに供給することで、ノイズ消去アンテナからノイズ消去電波が発生してノイズを消去でき、かくして多様に発生したノイズであっても、それに対応するように設定調整されたノイズ消去電波にて確実に消去することができ、大気圧プラズマを発生させる工程で多様に発生する高周波ノイズが周囲に放出されるのを確実に防止できる。 According to this configuration, the noise is measured in the vicinity of the plasma generation position, and the noise erasing voltage applying means is controlled by the control unit, and the high-frequency voltage having a predetermined phase difference and a predetermined amplitude so as to bring the noise close to the minimum. To the noise canceling antenna placed near the plasma generation position, noise canceling radio waves can be generated from the noise canceling antenna so that the noise can be canceled. It can be surely erased by the noise elimination radio wave that has been set and adjusted, and it is possible to reliably prevent the high-frequency noise that is generated variously in the process of generating atmospheric pressure plasma from being released to the surroundings.
また、制御部を、プラズマの点灯時と消灯時で、前記所定の位相差及び所定の振幅を変更するように構成すると、プラズマの点灯時と消灯時で発生する高周波ノイズの発生状況が異なっても、それぞれに対応してアンテナに対して供給する高周波電圧の位相と振幅が変更されるので、何れのときにも高周波ノイズが放出されるのを確実に防止することができる。 In addition, when the control unit is configured to change the predetermined phase difference and the predetermined amplitude between when the plasma is turned on and when the plasma is turned off, the generation state of the high-frequency noise generated when the plasma is turned on and off is different. However, since the phase and amplitude of the high-frequency voltage supplied to the antenna are changed correspondingly, it is possible to reliably prevent high-frequency noise from being emitted at any time.
また、大気圧近傍の反応空間と前記反応空間の近傍に配設されたアンテナ又は電極とを有するプラズマヘッドと、前記反応空間にガスを供給するガス供給部と、前記アンテナ又は電極に高周波電圧を印加する高周波発生部と、前記高周波発生部と前記アンテナ又は電極との間に配置され、前記アンテナ又は電極からの反射電力を調整する整合回路と、プラズマヘッド内又は外部の近傍に配置されたノイズ消去アンテナと、前記高周波電圧と同周波数でかつ所定の位相差及び所定の振幅を有する高周波電圧をノイズ消去アンテナに印加するノイズ消去電圧印加手段と、プラズマ発生位置の近傍で計測したノイズが最小若しくはその近傍になる前記所定の位相差及び所定の振幅となるように、ノイズ消去電圧印加手段から出力する高周波電圧を制御する制御部とを備えた構成として、プラズマを発生させつつ連続的にフィードバック制御するようにしても良い。 In addition, a plasma head having a reaction space near atmospheric pressure and an antenna or electrode disposed in the vicinity of the reaction space, a gas supply unit that supplies gas to the reaction space, and a high-frequency voltage to the antenna or electrode A high frequency generator to be applied, a matching circuit that is disposed between the high frequency generator and the antenna or electrode, and that adjusts reflected power from the antenna or electrode, and noise that is disposed in or near the plasma head An erasing antenna, a noise erasing voltage applying means for applying a high frequency voltage having the same frequency as the high frequency voltage and having a predetermined phase difference and a predetermined amplitude to the noise erasing antenna, and noise measured in the vicinity of the plasma generation position is minimized The high frequency voltage output from the noise erasing voltage applying means is controlled so that the predetermined phase difference and predetermined amplitude in the vicinity thereof are obtained. A configuration in which a control unit which may be continuous feedback control while generating a plasma.
また、プラズマヘッドが、前記反応空間とアンテナ又は電極とを備えて一次プラズマを発生する一次プラズマ発生部と、前記反応空間に連通した空間に導入される、不活性ガスと反応性ガスの混合ガスからなる第2のガスに前記一次プラズマを衝突させて二次プラズマを発生する二次プラズマ発生部とを備えていると、小電力にて発生させた微小な一次プラズマにて二次プラズマを展開させることができて高出力の大気圧プラズマを効率的に発生することができ、かつ上記構成によるとそのようなプラズマヘッドから発生するノイズに対しても確実に防止することができる。 The plasma head includes the reaction space and an antenna or an electrode, and generates a primary plasma. A mixed gas of an inert gas and a reactive gas is introduced into a space communicating with the reaction space. A secondary plasma generator that generates a secondary plasma by colliding the primary plasma with a second gas consisting of the secondary gas, and develops the secondary plasma with a small primary plasma generated with a small electric power. Therefore, it is possible to efficiently generate high-pressure atmospheric pressure plasma, and according to the above configuration, it is possible to reliably prevent noise generated from such a plasma head.
また、プラズマヘッドは、一次プラズマ又は二次プラズマを噴射する部分とガスと第2のガスを供給する部分とを除いて周囲を金属材料から成る遮蔽カバーにて覆われるとともに、その内部に整合回路を内蔵しているのが好適である。こうすることで、プラズマ発生部のアンテナ又は電極及び整合回路が金属材料にて遮蔽されているので、その内部で発生したノイズが外部に放出されるのを確実に防止でき、プラズマの噴出部分とガス供給部分だけしかノイズが放出されないので、プラズマヘッドの外部へのノイズの放出を一層確実に防止することができる。 The plasma head is covered with a shielding cover made of a metal material except for a portion for injecting the primary plasma or the secondary plasma and a portion for supplying the gas and the second gas. It is suitable to incorporate. By doing so, the antenna or electrode of the plasma generation unit and the matching circuit are shielded by the metal material, so that it is possible to reliably prevent noise generated inside from being released to the outside, and Since only the gas supply portion emits noise, it is possible to more reliably prevent noise from being emitted to the outside of the plasma head.
また、ノイズ消去アンテナを、アンテナ又は電極の近傍に配置し、プラズマヘッドに内蔵すると、プラズマヘッド内でノイズ消去作用を奏することができ、プラズマヘッドの動作に際して周囲の部材と干渉する恐れのある突出物の無いコンパクトな構成とすることができる。 If the noise canceling antenna is arranged near the antenna or electrode and built in the plasma head, the noise canceling action can be achieved in the plasma head, and the protrusion that may interfere with surrounding members during the operation of the plasma head. It can be set as a compact structure without an object.
本発明の大気圧プラズマ発生方法及び装置によれば、プラズマ発生位置の近傍でノイズを測定し、そのノイズが最小に近づくように、プラズマ発生位置の近傍に配置したノイズ消去アンテナに所定の位相差と所定の振幅を有する高周波電圧を供給してノイズ消去電波を発生することで、多様に発生したノイズであっても、それに対応するように設定調整されたノイズ消去電波にて確実に消去することができ、大気圧プラズマの発生過程で生じる多様なノイズが周囲に放出されるのを確実に防止することができる。 According to the atmospheric pressure plasma generation method and apparatus of the present invention, noise is measured in the vicinity of the plasma generation position, and a predetermined phase difference is applied to the noise canceling antenna disposed in the vicinity of the plasma generation position so that the noise approaches the minimum. By generating a noise canceling radio wave by supplying a high frequency voltage having a predetermined amplitude, it is possible to reliably erase even a variety of generated noise with a noise canceling radio wave set and adjusted to correspond to it. Therefore, it is possible to reliably prevent various noises generated in the process of generating atmospheric pressure plasma from being emitted to the surroundings.
以下、本発明に係る大気圧プラズマ発生装置の各実施形態について、図1〜図10を参照しながら説明する。 Hereinafter, each embodiment of the atmospheric pressure plasma generator according to the present invention will be described with reference to FIGS.
(第1の実施形態)
まず、本発明の大気圧プラズマ発生装置の第1の実施形態について,図1〜図4を参照して説明する。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the atmospheric pressure plasma generator of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態の大気圧プラズマ発生装置1は、図1に示すように、プラズマヘッド2と、商用交流電源(図示せず)を電源としてRF周波数帯、又はVHF周波数帯、又はマイクロ波周波数帯の高周波電圧を発生する高周波発生部3とを備え、高周波発生部3から同軸ケーブル4を通してプラズマヘッド2に設けられたコネクタ5を介して高周波電圧を供給するように構成されている。プラズマヘッド2の基本的な構成は、図11、図12を参照して説明した従来の構成と同じであり、図11に示すように、誘電体から成り内部に反応空間を構成する反応管11と、反応管11の近傍に配設されたコイル状若しくは波形状のアンテナ6とを備え、高周波発生部3からアンテナ6に対して、アンテナ6からの反射波を低減する整合回路7を介して高周波電圧を印加するように構成されている。整合回路7はプラズマヘッド2に内蔵されており、図12に示すように、コネクタ5の高圧端子5aとアンテナ6の一端6aの間に配置されたインダクタンス素子8(L1)と、コネクタ5の接地端子5bとアンテナ6の他端6bとの間に配置されたターン側のコンデンサ素子9(C1)と、アンテナ6に並列してコネクタ5の高圧端子5aと接地端子5bとの間に配置されたロード側のコンデンサ素子10(C2)とで構成されている。
As shown in FIG. 1, the atmospheric
また、ガス供給部12から不活性ガス若しくは不活性ガスと反応性ガスの混合ガスから成るプラズマ発生用のガス13を反応管11の一端11aから内部の反応空間に供給するように構成されている。かくして、反応管11内の反応空間にガス13を供給しつつ高周波発生部3から整合回路7を介してアンテナ6に高周波電圧を印加することで、反応管11内の反応空間でプラズマ14が発生し、そのプラズマ14が反応管11の他端11bから吹き出される。
In addition, the
プラズマヘッド2は、反応管11の一端11aと他端11bのみを突出させた状態で、その外面が金属製の遮蔽カバー15にて覆われ、アンテナ6や整合回路7で発生した高周波ノイズが外部に放出されるのを防止している。また、遮蔽カバー15からコネクタ5の一部、すなわち同軸ケーブル4側のコネクタ端子5dを接続する接続端子5cが突出されている。
The
プラズマヘッド2の内部又は外部で、プラズマ発生部である反応管11の近傍にノイズ消去アンテナ16が配設されている。このノイズ消去アンテナ16に対して、高周波発生部3から位相回路17と増幅器18を介して、アンテナ6に供給される高周波電圧と同周波数でかつ所定の位相差及び所定の振幅を有する高周波電圧を印加するように構成されている。これら位相回路17と増幅器18にてノイズ消去電圧印加手段19が構成されるとともに、制御部20にて位相差及び振幅を調整設定するように構成されている。なお、ノイズ消去アンテナ16には一端部に高周波電圧が印加され、他端部は接地(GND)されている。
A
21は、プラズマヘッド2から放出されるノイズを測定するノイズ測定手段であり、そのアンテナ21aを、プラズマ14が吹き出す反応管11の他端11bから所定の距離L(3m)の位置に配置して3m法によってノイズ測定を行うようにしている。このノイズ測定手段21にて測定されたノイズが最小若しくはその近傍になるように、予め制御部20が設定され、制御部20にて位相回路17と増幅器18を調整するように構成されている。
本実施形態においては、位相回路17は周知の容量素子と抵抗素子から成るCR回路が適用され、増幅器18はゲート電圧を変化させることで出力が変化する周知のアンプが適用されている。さらに、図14を参照して説明したように、プラズマ14を点灯している場合と消灯している場合とで放出されるノイズのレベルが異なるため、各々の場合について位相回路17と増幅器18が調整される。
In the present embodiment, a CR circuit composed of a known capacitive element and a resistive element is applied to the
この位相回路17と増幅器18の調整を行う制御部20の設定は、大気圧プラズマ発生装置1の出荷前若しくは実稼動する前に予め行われる。また、必要に応じて実稼動中に稼動を停止して調整設定される。実際の設定作業は、高周波発生部3から整合回路7を介してアンテナ6に高周波電圧を印加し、反応管11にガス13を供給して所定のパワーのプラズマ14を点灯するように高周波発生部3及びガス供給部12を調整してその調整値を制御部20に設定し、次にプラズマ14を消灯した状態での調整値を制御部20に設定する。次に、プラズマ14を消灯した状態で、ノイズ測定手段21でノイズを測定し、その測定値が最小若しくはその近傍になるように位相回路17のCR回路を調整してその調整値を設定する。すなわち、図2(a)に示すように、増幅器18の増幅度を一定にした状態で、高周波発生部3(図1のA点)と位相回路17出口(図1のD点)との間の位相角度を位相回路17を調整して変化させながらノイズ測定レベルを測定し、ノイズ測定レベルが最小若しくはその近傍になる位相角度aに位相回路17を調整し、その調整値を制御部20に設定し、次に図2(b)に示すように、増幅器18の増幅度を変化させながらノイズ測定レベルを測定し、ノイズ測定レベルが最小若しくはその近傍になる増幅度bに増幅器18を調整し、その調整値を制御部20に設定する。次に、プラズマ14を点灯した状態で、同様に位相回路17を調整し、その調整値を制御部20に設定し、増幅器18を調整し、その調整値を制御部20設定する。かくして、大気圧プラズマ発生装置1の実稼動時には、制御部20にてプラズマ14の消灯時と点灯時にそれぞれ、位相回路17と増幅器18が各々の設定値に自動的に調整されることで、ノイズの放出レベルが確実に最小に抑制される。
The setting of the
なお、プラズマ14を点灯している場合と消灯している場合とで位相を変化させる構成として、位相回路17にCR回路とともに、図3に示すように、CR回路との接続点のH点と出口端子のD点との間に、通電路長dの複数の分割通電路22aから成るとともに、任意の分割通電路22aに並列通電路22bとそれを開閉するスイッチ23(SW)を有する構成の通電路22を設け、スイッチ23(SW)の開閉によって高周波における通電路長を変化させることで位相を変化させるようにした構成としても良い。すなわち、図3(a)に示すようにスイッチ23(SW)を開いた状態では、高周波に対してH点とD点の間の通電路長が3dであるのに対して、図3(b)に示すようにスイッチ23を閉じた状態では高周波に対してH点とD点の間の通電路長が2dと短くなる。そのため、高周波では図3(a)のようにスイッチ23(SW)を開くことで図3(b)の場合に対して位相を遅らせることができ、スイッチ23(SW)によって簡便に切り換えができる。
As a configuration in which the phase is changed between when the
以上のように位相回路17及び増幅器18を調整設定しておくことで、高周波発生部3の出力端子のA点での位相と、アンテナ6の他端のB点(図12参照)での位相と、プラズマ14の吹き出し部である放電管11の他端11bのC点での位相と、調整設定した位相回路17の出口のD点での位相と、増幅器18の出口のE点での位相と、ノイズ消去アンテナ16のF点での位相とがそれぞれ図4に示すようになる。なお、実際にはB点とC点間で多少の位相ずれが発生し、E点とF点間でも位相ずれがあるが、ノイズ測定手段21にて測定したノイズレベルによって調整設定し、最終的にC点での位相及び振幅とF点での位相及び振幅とが互いに逆位相で相互に相殺し合うようにしていることで、ノイズの周辺への放出を確実に防止することができる。
By adjusting and setting the
(第2の実施形態)
次に、本発明の大気圧プラズマ発生装置の第2の実施形態について,図5、図6を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、先行する実施形態の構成要素と同一のものについては、同一参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the atmospheric pressure plasma generator of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description of the embodiments, the same components as those of the preceding embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only differences will be mainly described.
上記第1の実施形態では、ノイズ測定手段21による測定結果を作業者が読み取り、測定結果に応じて制御部20を操作して位相回路17及び増幅器18を調整するようにした例を示したが、本実施形態では、図5に示すように、ノイズ測定手段21による測定結果が制御部20に入力され、測定されたノイズが最小若しくはその近傍になるように、制御部20が設定され、その設定に基づいて位相回路17と増幅器18が調整されるように構成されている。
In the first embodiment, the example is shown in which the operator reads the measurement result by the noise measuring means 21 and operates the
また、本実施形態では、図6に示すように、位相回路17が、多数(1〜N)の分割通電路22aと各分割通電路22aに並列する並列通電路22bとから成る通電路22から成り、各並列通電路22bにそれぞれを開閉するスイッチ23(SW1、SW2・・SW(N−1)、SWN)を設けて構成され、制御部20にて各スイッチ23を開閉制御するように構成されている。また、制御部20のD/A変換器からなる増幅率制御手段にて増幅器18を構成しているアンプのゲート電圧を制御するように構成されている。この位相回路17においては、CR回路を設けていても良いが、設けなくて良い場合もある。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
本実施形態によれば、ノイズ測定手段21による測定結果に基づいて、測定されたノイズが最小若しくはその近傍になるように制御部20が自動的に設定され、制御部20にて位相回路17及び増幅器18が自動調整されることになる。
According to the present embodiment, the
(第3の実施形態)
次に、本発明の大気圧プラズマ発生装置の第3の実施形態について,図7、図8を参照して説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the atmospheric pressure plasma generator of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態では、図7に示すように、高周波発生部3と位相回路17と増幅器18と制御部20を制御装置24に内蔵させてユニット化し、制御装置24とプラズマヘッド2を同軸ケーブル3にて接続するように構成し、またプラズマヘッド2にノイズ消去アンテナ16を内蔵させるとともに、その遮蔽カバー15にノイズ消去アンテナ16に接続するコネクタ25を設けて、制御装置24の増幅器18とコネクタ25を同軸ケーブル26にて接続している。また、ノイズ消去アンテナ16で放射された電磁波をプラズマ14の吹き出し部に導いてプラズマ14から放射されるノイズを消去するための開口27が遮蔽カバー15に形成されている。なお、電磁波を外部に導出する開口27として、図7の例では円形の短寸の円筒体にて構成した例を示しているが、図8に示すように、図示の位置に配置した方形穴にて構成しても良い。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the
以上の実施形態では、プラズマヘッド2が反応管11とアンテナ6とからなる構成の例を示したが、図9に示すように、プラズマヘッド2として、反応管11の下端11b近傍の周囲に反応管11の下端11bより下方に延出された円筒状又は角筒形状の混合ガス容器28を配設し、その周壁上部に混合ガス33を内部に供給する複数のガス供給口29を配設した構成とし、ガス供給口29から混合ガス33を供給することで、混合ガス容器28内に混合ガス領域30を形成し、混合ガス領域30に反応管11から吹き出したプラズマ14を衝突させることで二次プラズマ31を発生させ、その二次プラズマ31を混合ガス容器28の下端開口から吹き出させて被処理表面32に照射するようにした構成であっても良い。このようなプラズマヘッド2の場合にも、本発明を適用することで同様にノイズの放出を防止することができる。
In the above embodiment, an example in which the
また、以上のようにコイル状のアンテナ6にて高周波電力を印加して誘導結合型のプラズマ14を発生するようにしたプラズマヘッド2に限らず、図10(a)に示すように、反応空間41を挟んでその両側に誘電体42を介して一対の電極43a、43bを配設し、電極43a、43b間に高周波電圧を印加し、反応空間41の一端からガス(不活性ガス又は不活性ガスと反応性ガスの混合ガス)44を供給することで反応空間41の他端から容量結合型のプラズマ45を吹き出すように構成したプラズマヘッド2においても、本発明を適用することで同様の効果を奏することができる。
Further, as shown in FIG. 10A, the reaction space is not limited to the
また、図10(b)に示すように、誘電体から成る反応管46の外周に軸心方向に間隔をあけて一対の電極47a、47bを配設し、電極47a、47b間に高周波電圧を印加し、反応管46の一端からガス44を供給することで反応管46の他端からプラズマ45を吹き出すように構成したものでも良い。また、図10(c)に示すように、断面形状が細長い長方形状の誘電体から成る反応管48の外周に軸心方向に間隔をあけて一対の電極49a、49bを配設し、電極49a、49b間に高周波電圧を印加するようにしたものでも良い。
Further, as shown in FIG. 10B, a pair of
さらに、図10(d)に示すように、誘電体から成る反応管50の内側に内側電極51を、外周に外側電極52を配設し、電極51、52間に高周波電圧を印加し、反応管50内にガスを供給することで反応管50内でプラズマ45を発生して吹き出し口53から吹き出すように構成したものでも良い。さらに、図10(e)に示すように、内側電極54の先端部を円錐形にするとともに、その円錐部55の外面を誘電体56にて覆い、その外側を反応空間57をあけて取り囲むとともに、円錐部55の先端部に対向して吹き出し口60を形成された外側電極58を配置し、外側電極58に形成したガス供給通路59から空間57内にガスに供給するとともに、内側電極54と外側電極58間に高周波電圧を印加し、反応空間57でプラズマを発生させて吹き出し口60から吹き出すように構成したものでも良い。さらに、プラズマヘッド2としては、その他の種々の構成のものを適用することができる。
Further, as shown in FIG. 10 (d), an
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、第2の実施形態で示した構成で、ノイズ測定手段21によりノイズレベルを連続的に測定し、ノイズ測定手段21の測定値が所定の値以下になるように位相回路17、増幅器18を連続的又は断続的に制御しても良い。また、ノイズ測定手段21の測定値は、プラズマヘッド2の配置位置や周囲環境によっても大きく変化するものであり、その変化値に追随して位相回路17、増幅器18を制御するようにしても良い。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and with the configuration shown in the second embodiment, the noise level is continuously measured by the
また、ノイズ測定手段21の配置位置は、以上の実施形態で示したものに限定されるものではなく、ノイズを低減したい位置に配置しても良い。また、ノイズ消去アンテナ16は1つに限定されるものではなく、複数配置して、それに対応したノイズ消去電圧印加手段や位相回路や増幅器等をを設けて、ノイズ測定手段21による測定値を下げるようにしても良い。
Further, the arrangement position of the noise measuring means 21 is not limited to that shown in the above embodiment, and may be arranged at a position where noise is desired to be reduced. Further, the number of
本発明の大気圧プラズマ発生方法及び装置によれば、プラズマ発生位置の近傍でノイズを測定し、そのノイズが最小に近づくように、プラズマ発生位置の近傍に配置したノイズ消去アンテナに所定の位相差と所定の振幅を有する高周波電圧を供給してノイズ消去電波を発生することで、多様に発生したノイズであっても、それに対応するように設定調整されたノイズ消去電波にて確実に消去することができ、大気圧プラズマの発生過程で生じる多様なノイズが周囲に放出されるのを確実に防止することができるので、各種大気圧プラズマ発生装置、特に各種装置に搭載する小型の大気圧プラズマ発生装置に好適に利用することができる。 According to the atmospheric pressure plasma generation method and apparatus of the present invention, noise is measured in the vicinity of the plasma generation position, and a predetermined phase difference is applied to the noise canceling antenna disposed in the vicinity of the plasma generation position so that the noise approaches the minimum. By generating a noise canceling radio wave by supplying a high frequency voltage having a predetermined amplitude, it is possible to reliably erase even a variety of generated noise with a noise canceling radio wave set and adjusted to correspond to it. It is possible to reliably prevent various noises generated during the generation process of atmospheric pressure plasma from being released to the surroundings, so that various atmospheric pressure plasma generators, especially small atmospheric plasma generators mounted on various devices, can be generated. It can utilize suitably for an apparatus.
1 大気圧プラズマ発生装置
2 プラズマヘッド
3 高周波発生部
6 アンテナ
7 整合回路
11 反応管
12 ガス供給部
13 ガス
14 プラズマ
15 遮蔽カバー
16 ノイズ消去アンテナ
17 位相回路
18 増幅器
19 ノイズ消去電圧印加手段
20 制御部
21 ノイズ測定手段
DESCRIPTION OF
Claims (10)
プラズマ発生位置の近傍に配置されたノイズ消去アンテナに、前記高周波電圧と同じ周波数で所定の位相差と所定の振幅を有する高周波電圧を供給してノイズ消去電波を発生するノイズ消去電波発生工程とを有し、
前記所定の位相差及び所定の振幅を、プラズマ発生位置の近傍で計測したノイズが最小若しくはその近傍になるように予め設定する
ことを特徴とする大気圧プラズマ発生方法。 A plasma generation step of generating a plasma by supplying a gas to a reaction space near atmospheric pressure and applying a high-frequency voltage;
A noise canceling radio wave generating step of generating a noise canceling radio wave by supplying a high frequency voltage having a predetermined phase difference and a predetermined amplitude at the same frequency as the high frequency voltage to a noise canceling antenna disposed in the vicinity of the plasma generation position. Have
The method for generating atmospheric pressure plasma, wherein the predetermined phase difference and the predetermined amplitude are set in advance so that noise measured in the vicinity of the plasma generation position is minimized or in the vicinity thereof.
プラズマ発生位置の近傍に配置されたノイズ消去アンテナに、前記高周波電圧と同じ周波数で所定の位相差と所定の振幅を有する高周波電圧を供給してノイズ消去電波を発生するノイズ消去電波発生工程とを有し、
前記所定の位相差及び所定の振幅を、プラズマ発生位置の近傍で計測したノイズが最小若しくはその近傍になるように制御する
ことを特徴とする大気圧プラズマ発生方法。 A plasma generation step of generating a plasma by supplying a gas to a reaction space near atmospheric pressure and applying a high-frequency voltage;
A noise canceling radio wave generating step of generating a noise canceling radio wave by supplying a high frequency voltage having a predetermined phase difference and a predetermined amplitude at the same frequency as the high frequency voltage to a noise canceling antenna disposed in the vicinity of the plasma generation position. Have
An atmospheric pressure plasma generation method, wherein the predetermined phase difference and the predetermined amplitude are controlled so that noise measured in the vicinity of the plasma generation position is minimized or in the vicinity thereof.
前記反応空間にガスを供給するガス供給部と、
前記アンテナ又は電極に高周波電圧を印加する高周波発生部と、
前記高周波発生部と前記アンテナ又は電極との間に配置され、前記アンテナ又は電極からの反射電力を調整する整合回路と、
プラズマヘッド内又は外部の近傍に配置されたノイズ消去アンテナと、
前記高周波電圧と同周波数でかつ所定の位相差及び所定の振幅を有する高周波電圧をノイズ消去アンテナに印加するノイズ消去電圧印加手段と、
プラズマ発生位置の近傍で計測したノイズが最小若しくはその近傍になる前記所定の位相差及び所定の振幅が予め設定され、その設定値に基づいてノイズ消去電圧印加手段から出力する高周波電圧を制御する制御部と
を備えたことを特徴とする大気圧プラズマ発生装置。 A plasma head having a reaction space near atmospheric pressure and an antenna or electrode disposed in the vicinity of the reaction space;
A gas supply unit for supplying gas to the reaction space;
A high frequency generator for applying a high frequency voltage to the antenna or electrode;
A matching circuit that is disposed between the high-frequency generator and the antenna or electrode and adjusts the reflected power from the antenna or electrode;
A noise canceling antenna disposed in the plasma head or in the vicinity of the outside;
A noise erasing voltage applying means for applying a high frequency voltage having the same frequency as the high frequency voltage and having a predetermined phase difference and a predetermined amplitude to a noise erasing antenna;
The predetermined phase difference and the predetermined amplitude at which the noise measured near the plasma generation position is minimized or in the vicinity thereof are set in advance, and control for controlling the high frequency voltage output from the noise erasing voltage applying means based on the set value And an atmospheric pressure plasma generator.
前記反応空間にガスを供給するガス供給部と、
前記アンテナ又は電極に高周波電圧を印加する高周波発生部と、
前記高周波発生部と前記アンテナ又は電極との間に配置され、前記アンテナ又は電極からの反射電力を調整する整合回路と、
プラズマヘッド内又は外部の近傍に配置されたノイズ消去アンテナと、
前記高周波電圧と同周波数でかつ所定の位相差及び所定の振幅を有する高周波電圧をノイズ消去アンテナに印加するノイズ消去電圧印加手段と、
プラズマ発生位置の近傍で計測したノイズが最小若しくはその近傍になる前記所定の位相差及び所定の振幅となるように、ノイズ消去電圧印加手段から出力する高周波電圧を制御する制御部と
を備えたことを特徴とする大気圧プラズマ発生装置。 A plasma head having a reaction space near atmospheric pressure and an antenna or electrode disposed in the vicinity of the reaction space;
A gas supply unit for supplying gas to the reaction space;
A high frequency generator for applying a high frequency voltage to the antenna or electrode;
A matching circuit that is disposed between the high-frequency generator and the antenna or electrode and adjusts the reflected power from the antenna or electrode;
A noise canceling antenna disposed in the plasma head or in the vicinity of the outside;
A noise erasing voltage applying means for applying a high frequency voltage having the same frequency as the high frequency voltage and having a predetermined phase difference and a predetermined amplitude to a noise erasing antenna;
A control unit that controls the high-frequency voltage output from the noise erasing voltage application means so that the noise measured near the plasma generation position is the minimum or near the predetermined phase difference and the predetermined amplitude. An atmospheric pressure plasma generator characterized by.
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