JP5230976B2 - 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 - Google Patents
大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5230976B2 JP5230976B2 JP2007195667A JP2007195667A JP5230976B2 JP 5230976 B2 JP5230976 B2 JP 5230976B2 JP 2007195667 A JP2007195667 A JP 2007195667A JP 2007195667 A JP2007195667 A JP 2007195667A JP 5230976 B2 JP5230976 B2 JP 5230976B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- gas
- microwave
- plasma
- exposed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 42
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、マイクロ波プラズマニードル発生装置、殊に小形かつ簡素な大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置に関するものである。
従来の技術として、特許文献１があった。即ち、円柱状の外側導体に、マイクロ波発振器に接続される同軸ケーブルの外部導体を接続し、該外側導体に円筒状の放電管を導電可能に嵌合させ、放電管の軸心部にアンテナを所定の間隙を保持して同軸に配置するとともに、該アンテナを前記同軸ケーブルの内部導体に接続し、前記放電管の基部にガス導入管路を接続する。
そして、ガス導入管路から放電管とアンテナとの間隙部にプラズマ発生用のガスを供給するとともに、前記同軸ケーブルにマイクロ波発振器から所定のマイクロ波を出力し、アンテナの先端と放電管の内面との間でプラズマを発生させ、放電管の先端開口からプラズマを照射するようにしたものがあった。
前記従来のものは、放電管の内部でプラズマが発生するため、高温のプラズマを発生させると、放電管が熱によって損傷し、保守に手数を要することになる。また、放電管にガス導入管路を接続したり、放電管とアンテナとの間にガスが流通する間隙部を形成したりしていたため、構造が複雑になる。また、同軸管インピーダンスの整合が行なわれる放電管とアンテナとの間隙部にガスを流通させるようにしていたので、ガスの流量が制限され、プラズマの温度調整幅が制限されることになる。
特開２００５−２９３９５５号公報
本発明は、プラズマを同軸導波管の外側で発生させることにより、変換器のプラズマによる熱損傷を防止するとともに、プラズマの温度調整幅が大きくとれる大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置を得ることを目的とする。
請求項１に係る発明は、マイクロ波発生装置に、筒状の外部導体の軸心部に内部導体を同軸に嵌合させてなる同軸導波管を設け、前記内部導体に導体性のアンテナを接続するとともに、該アンテナを前記外部導体から外部に露出させ、ガス供給装置によって供給されるプラズマ発生用のガスを前記アンテナの露出端部に向けて吐出し、ガスの吐出部を絶縁性の管体により形成し、前記外部導体から露出したアンテナの露出部を螺旋状に湾曲させてコイル部とし、該コイル部の基部を前記管体の外周に嵌合させ、該コイル部の先端部を前記管体の出口部からガスの吐出方向に突出させ、前記同軸導波管と前記管体との間隔をマイクロ波の波長の１／４以下とする構成にしたものである。
請求項２に係る発明は、ガスの吐出量を調整するガス調整部と、マイクロ波発生装置の出力を調整する電力調整部とを設けたものである。
請求項２に係る発明は、ガスの吐出量を調整するガス調整部と、マイクロ波発生装置の出力を調整する電力調整部とを設けたものである。
請求項１に係る発明は、ガス吐出部を絶縁性の管体により形成し、コイル状にしたアンテナの基部を前記管体の外周に嵌合させるようにしたので、コイル部の中心部で強い電磁波が発生し、管体の出口中心部でプラズマニードルが発生することになる。このため、大気との混合が少なくなり、安定したプラズマニードルを得ることができる。
請求項２に係る発明は、ガスの吐出量、及びマイクロ波発生装置の出力を調整することにより、プラズマニードルの温度及び長さを広範囲で調節することができる。
また、アンテナの先端を外部導体から外部に露出させ、該露出したアンテナの先端部に向けてプラズマ発生用のガスを吐出するようにしたので、ガスの吐出流路の形成が容易になる。また、ガスの流量を大きく変化させることができ、これによりプラズマニードルの温度範囲が拡大し、多用途化が可能となる。また、外部導体の外側でプラズマニードルが発生するため、高温のプラズマニードルを発生させても、外部導体、及び内部導体が熱によって損傷し難くなる。
なお、アンテナを内部導体の軸線方向に延長させて外部導体から外部に露出させれば、ガスの混合が容易に行なえることになる。また、ガスの吐出方向をアンテナの軸心と直交する方向とすれば、プラズマニードルをアンテナの先端部で効率よく生成させることができる。
請求項２に係る発明は、ガスの吐出量、及びマイクロ波発生装置の出力を調整することにより、プラズマニードルの温度及び長さを広範囲で調節することができる。
また、アンテナの先端を外部導体から外部に露出させ、該露出したアンテナの先端部に向けてプラズマ発生用のガスを吐出するようにしたので、ガスの吐出流路の形成が容易になる。また、ガスの流量を大きく変化させることができ、これによりプラズマニードルの温度範囲が拡大し、多用途化が可能となる。また、外部導体の外側でプラズマニードルが発生するため、高温のプラズマニードルを発生させても、外部導体、及び内部導体が熱によって損傷し難くなる。
なお、アンテナを内部導体の軸線方向に延長させて外部導体から外部に露出させれば、ガスの混合が容易に行なえることになる。また、ガスの吐出方向をアンテナの軸心と直交する方向とすれば、プラズマニードルをアンテナの先端部で効率よく生成させることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図面において、図１は本発明の実施例を示す装置全体の概略図、図２は図１の要部拡大断面図、図３はアンテナの変形例（第２実施例）を示す要部拡大断面図である。
図１において、１はマイクロ波発生装置であり、固体マイクロ波発振器２によって発生されるマイクロ波電力を同軸ケーブル３で矩形導波管４に導くようになっている。前記固体マイクロ波発振器２は、本例では２．４５ＧＨｚのマイクロ波が発振されるものを使用している。５は固体マイクロ波発振器２の出力を調整する電力調整部、６は電力計である。
前記矩形導波管４は、矩形の導波管本体４ａ、ダブルスラグチューナ４ｂ、可動短絡板４ｃを有し、導波管本体４ａの壁に同軸導波管（ランチャー）１０を取り付ける。該同軸導波管１０は導体性資材、本例では銅により形成され、図２に示すように、外径Ｄ１が１３．９ｍｍとなる円筒状の外部導体１１を矩形導波管４の壁に起立固定し、該外部導体１１の軸心部に外径Ｄ２が４．８ｍｍとなる円筒状の内部導体１２を嵌合させ、両者間に絶縁体１５を充填して両者を同軸に保持する。
また、前記内部導体１２の上端は外部導体１１の上端に一致させ、内部導体１２の下端は外部導体１１の下端から下方に突出させる。このとき、前記外部導体１１の長さＬ１はマイクロ波の波長λに対し、λ/2/ √εr （ε r ：絶縁体１５の比誘電率）を満足する長さ、本例では５４ｍｍとし、内部導体１２の下部１２ａは外部導体１１から下方に突出させる。この突出量Ｌ２はマイクロ波の波長λに対し、λ/4を満足する長さ、本例では３０ｍｍとし、これにより、同軸導波管１０のインピーダンスの整合をとる。なお、前記同軸導波管１０は固体マイクロ波発振器２の同軸ケーブル３に接続するようにしてもよい。
前記内部導体１２の上端部に導体性のアンテナ１３を取り付ける。該アンテナ１３はタングステン、あるいはモリブデン等の耐熱性の線材からなり、直径（線径）は０．５ｍｍとなっている。該アンテナ１３を前記外部導体１１から上方（外部）に露出させる。この露出量Ｈ１はマイクロ波の波長の１／４以下とし、本例では１５ｍｍとする。１４はアンテナ１３を内部導体１２に導電可能に固定するストッパーである。
前記同軸導波管１０の上方にＡr、Ｈe、Ｎ2などのプラズマ発生用のガスを前記アンテナ１３の上端部に向けて吐出する吐出管（管体）２１を配置する。該吐出管２１は絶縁資材、本例では発砲テフロン（登録商標）により直径Ｄ３が６ｍｍ、内径Ｄ４が４．５ｍｍとなる管体とし、アンテナ１３の軸線に対して直交する横向きにするとともに、その吐出端がアンテナ１３の上端部に対し５ｍｍの間隔Ｓ１を保持する如く配置する。２０は前記吐出管２１にガスを供給するガス供給装置、２２はガスの供給量を調整するガス調整部である。
前記実施例によれば、吐出管２１からアンテナ１３の先端部に向けてガスを吐出し、この状態でマイクロ波発生装置１からマイクロ波が出力されると、該マイクロ波が同軸導波管（ランチャー）１０部で同軸モードに変換され、アンテナ１３の先端でマイクロ波の電磁波が集中し、該アンテナ１３の先端からニードルプラズマ２５が発生することになる。
この場合、前記アンテナ１３の先端が外部導体１１及び内部導体１２から外部に露出しているので、高温のプラズマニードルを発生させても、外部導体１１、及び内部導体１２がプラズマニードルの熱によって損傷し難くなる。また、アンテナ１３が熱損傷した際には、これを新規なものと容易に取り替えることができる。
また、同軸導波管１０の外側でガスをアンテナ１３の先端部に向けて吐出するようにしたので、ガスの流量を大きく変化させることができ、これによりプラズマニードルの温度範囲が拡大し、多用途化が可能となる。さらに、ガスの吐出管２１を同軸導波管１０の外側に配置したので、ガス流路の形成が容易になる。
表１はガスの流量−固体マイクロ波発振器２の電力に対するプラズマニードル２５の長さを示す。
表１によれば、固体マイクロ波発振器２の電力（Ｗ）が一定の場合、ガスの流量を４Ｌ／ｍｉｍ、６Ｌ／ｍｉｍ、８Ｌ／ｍｉｍと増すことによってプラズマニードル２５の長さが順次長くなり、また、ガスの流量が一定の場合、固体マイクロ波発振器２の電力を２．５Ｗ、５Ｗ、７．５Ｗ、１０Ｗ、２０Ｗ、３０Ｗ、４０Ｗ、５０Ｗと大きくすることによってプラズマニードル２５の長さが長くなることが判る。
プラズマニードル２５の流れ方向の温度分布は、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示すように、固体マイクロ波発振器２の電力が２．５Ｗ、５Ｗ、７．５Ｗ、１０Ｗにおいて、ガスの流量を４Ｌ／ｍｉｍ、６Ｌ／ｍｉｍ、８Ｌ／ｍｉｍと増すことによってプラズマニードルの温度が下がり、ガスの流量が８Ｌ／ｍｉｍ、電力が２．５Ｗにおいては、プラズマニードルの先端部の温度が約４０℃となって人体に触れることができ、歯部、皮膚部の殺菌、消毒等、医療用に活用することができる。
図３はアンテナの変形例（第２実施例）を示す。図３において、１０は同軸導波管（ランチャー）、２１は吐出管であり、これらは前述した実施例と略同様の構造となっているので、図２と同符号を付してその説明を省略する。
１３−１は内部導体１２の上端部に固着したアンテナであり、該アンテナ１３はタングステン、あるいはモリブデン等の耐熱性の線材からなり、直径（線径）は０．５ｍｍとなっている。該アンテナ１３を前記外部導体１１から上方（外部）に露出させ、該露出した露出部を螺旋状に湾曲させてコイル部１３ａとする。該コイル部１３ａの基部１３ｂを吐出管（管体）２１の外周に密接に嵌合させ、その先端部１３ｃを前記吐出管２１から右方（ガスの吐出方向）に突出させる。
前記同軸導波管１０と吐出管２１との間隔Ｈ２はマイクロ波の波長の１／４以下、本例では３ｍｍとし、吐出管２１に巻き付けるコイル部１３ａの基部１３ｂの巻き付け量Ｍ１は１５ｍｍ、吐出管２１からのコイル部１３ａの先端部１３ｃの突出量Ｍ２は２７ｍｍとする。
前記第２実施例によれば、コイル部１３ａの中心部で強い電磁波が発生し、吐出管２１の出口中心部でプラズマニードル２５ａが発生することになる。このため、大気との混合が少なくなり、安定したプラズマニードルを得ることができる。
１ マイクロ波発生装置
２ 固体マイクロ波発振器
３ 同軸ケーブル
４ 矩形導波管
４ａ 導波管本体
４ｂ ダブルスラグチューナ
４ｃ 可変短絡板
５ 電力調整部
６ 電力計
１０ 同軸導波管（ランチャー）
１１ 外部導体
１２ 内部導体
１２ａ 下部
１３（１３−１） アンテナ
１３ａ コイル部
１３ｂ 基部
１３ｃ 先端部
１４ ストッパー
１５ 絶縁体
２０ ガス供給装置
２１ 吐出管（管体）
２２ ガス調整部
２５（２５ａ） プラズマトーチ
２ 固体マイクロ波発振器
３ 同軸ケーブル
４ 矩形導波管
４ａ 導波管本体
４ｂ ダブルスラグチューナ
４ｃ 可変短絡板
５ 電力調整部
６ 電力計
１０ 同軸導波管（ランチャー）
１１ 外部導体
１２ 内部導体
１２ａ 下部
１３（１３−１） アンテナ
１３ａ コイル部
１３ｂ 基部
１３ｃ 先端部
１４ ストッパー
１５ 絶縁体
２０ ガス供給装置
２１ 吐出管（管体）
２２ ガス調整部
２５（２５ａ） プラズマトーチ
Claims (2)
- マイクロ波発生装置に、筒状の外部導体の軸心部に内部導体を同軸に嵌合させてなる同軸導波管を設け、前記内部導体に導体性のアンテナを接続するとともに、該アンテナを前記外部導体から外部に露出させ、ガス供給装置によって供給されるプラズマ発生用のガスを前記アンテナの露出端部に向けて吐出し、ガスの吐出部を絶縁性の管体により形成し、前記外部導体から露出したアンテナの露出部を螺旋状に湾曲させてコイル部とし、該コイル部の基部を前記管体の外周に嵌合させ、該コイル部の先端部を前記管体の出口部からガスの吐出方向に突出させ、前記同軸導波管と前記管体との間隔をマイクロ波の波長の１／４以下としたことを特徴とする大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置。
- ガスの吐出量を調整するガス調整部と、マイクロ波発生装置の出力を調整する電力調整部とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007195667A JP5230976B2 (ja) | 2007-07-27 | 2007-07-27 | 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007195667A JP5230976B2 (ja) | 2007-07-27 | 2007-07-27 | 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013057553A Division JP5475902B2 (ja) | 2013-03-21 | 2013-03-21 | 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009032545A JP2009032545A (ja) | 2009-02-12 |
| JP5230976B2 true JP5230976B2 (ja) | 2013-07-10 |
Family
ID=40402857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007195667A Expired - Fee Related JP5230976B2 (ja) | 2007-07-27 | 2007-07-27 | 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5230976B2 (ja) |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2480552A1 (fr) * | 1980-04-10 | 1981-10-16 | Anvar | Generateur de plasma |
| JPS6087200U (ja) * | 1983-11-15 | 1985-06-15 | 新日本無線株式会社 | マイクロ波プラズマ発生装置 |
| JPH07130492A (ja) * | 1993-11-04 | 1995-05-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | プラズマ製造方法及び装置 |
| JPH08236293A (ja) * | 1994-10-26 | 1996-09-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | マイクロ波プラズマトーチおよびプラズマ発生方法 |
| DE19824077A1 (de) * | 1998-05-29 | 1999-12-02 | Leybold Systems Gmbh | Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma |
| JP4109213B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2008-07-02 | 株式会社アドテック プラズマ テクノロジー | 同軸形マイクロ波プラズマトーチ |
| JP4531451B2 (ja) * | 2004-06-10 | 2010-08-25 | 多津男 庄司 | 大気圧中でのプラズマ生成装置及び大気圧中でのプラズマ生成支援装置 |
| WO2006001455A1 (ja) * | 2004-06-28 | 2006-01-05 | The University Of Tokyo | プラズマ発生装置並びにこれを使用した生体内プラズマ処理装置及び表面処理装置 |
-
2007
- 2007-07-27 JP JP2007195667A patent/JP5230976B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2009032545A (ja) | 2009-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8154206B2 (en) | Portable microwave plasma generator capable of generating plasma with low electric power | |
| US4810933A (en) | Surface wave launchers to produce plasma columns and means for producing plasma of different shapes | |
| JP4572213B2 (ja) | マイクロ波照射装置 | |
| ES2548096T3 (es) | Aparato manual de plasma frío para el tratamiento de superficies con plasma | |
| JPH0219600B2 (ja) | ||
| JP4577684B2 (ja) | プラズマ発生装置及びその給電効率の最適化方法 | |
| JP2005293955A (ja) | 同軸形マイクロ波プラズマトーチ | |
| JP5475902B2 (ja) | 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 | |
| JP2010177002A (ja) | 液中プラズマ用電極、液中プラズマ発生装置および液中プラズマ発生方法 | |
| JP5230976B2 (ja) | 大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置 | |
| US7921804B2 (en) | Plasma generating nozzle having impedance control mechanism | |
| US20100074810A1 (en) | Plasma generating system having tunable plasma nozzle | |
| JP5132487B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| US20100074808A1 (en) | Plasma generating system | |
| JP5275092B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| KR101458592B1 (ko) | 제작 편의성 및 기계적 구조상의 안정성이 향상된 소형 마이크로파 플라즈마 발생기 | |
| JP5586137B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| KR20090011059A (ko) | 플라즈마 발생장치 | |
| JP3854238B2 (ja) | プラズマ源 | |
| JP2022190830A (ja) | プラズマ生成装置 | |
| JP5636876B2 (ja) | プラズマ発生装置 | |
| TW200850069A (en) | Ignition transformer for a discharge lamp | |
| JP5844119B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| KR101762937B1 (ko) | 병렬 전송선 공진기를 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치 | |
| Kolasinski et al. | Optimum antenna design for microplasma generation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20090727 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20090727 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100609 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111102 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111108 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120110 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120306 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120507 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120605 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120806 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130219 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130321 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160329 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5230976 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |