JP5336691B2 - Plasma generator, surface treatment apparatus, light source, plasma generation method, surface treatment method, and light irradiation method - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えている電極を用いたプラズマ発生装置、表面処理装置、光源、プラズマ発生方法、表面処理方法および光照射方法に関するものである。 The present invention relates to a plasma generation apparatus, a surface treatment apparatus, a light source, a plasma generation method, a surface treatment method, and a light irradiation method using an electrode including a conductive member covered with an insulator or a dielectric.
従来より洗浄やエッチング、成膜等を行うのにプラズマを利用して行う方法が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a method using plasma to perform cleaning, etching, film formation, and the like is known.
特許文献1には、ヘリウムガスを使用することなく大気中で安定した放電を行うべく、反応ガスを供給する反応管と、反応管を挟んで対向配置され反応ガスに作用する第1,第2の電極とを備え、第1,第2の電極に高周波電力を供給して反応ガスを励起し、発生させたプラズマで被処理基板を処理するプラズマ処理装置が開示されている。
In
特許文献2には、処理の際のガス雰囲気を問わず、大気圧近傍の圧力下で均一な放電プラズマを発生させるため、対向電極の少なくとも一方の対向面に固体誘電体を設置し、対向電極間にパルス化された電界を印加する技術が開示されている。 In Patent Document 2, in order to generate a uniform discharge plasma under a pressure in the vicinity of atmospheric pressure regardless of the gas atmosphere at the time of processing, a solid dielectric is disposed on at least one facing surface of the counter electrode, A technique for applying a pulsed electric field in between is disclosed.
特許文献1に開示されている技術は反応管中を流れる反応ガスをプラズマにして、そのプラズマを反応管から被処理物に噴射させるものであり、特許文献2に開示されている技術は、第2電極板上に載せられた被処理物の表面処理を行うものであり、いずれも比較的大きな装置を前提としている表面処理の技術である。
しかしながら、上記の従来の技術は装置が大型の上、プラズマも装置内の限られた空間でしか発生しない。また、これらの装置ではプラズマが発生する空間は広く、微小なプラズマを発生させることは困難である。従って、これらの技術では、ある部材の微小な一部をプラズマで加工したり滅菌処理したりすることはできない。 However, the above-described conventional technique has a large apparatus, and plasma is generated only in a limited space in the apparatus. In these apparatuses, the space in which plasma is generated is wide, and it is difficult to generate minute plasma. Therefore, with these techniques, a minute part of a certain member cannot be processed with plasma or sterilized.
微小なプラズマに関しては、オランダのアイントホーベン工科大学のStoffelのグループがプラズマニードルの報告をしている。これはRFプラズマを用い、中心の針状電極の周囲に同心円状に接地電極を配置し、針状電極の先端に直径0.5mm程度のプラズマを発生させる方式であるが、マッチングが困難なためプラズマを発生させることが非常に難しい、ヘリウム以外のガスでのプラズマ発生が困難である、0.5mm未満のプラズマ発生は確認されていない、という問題点があった。 Regarding microscopic plasmas, the Stoffel group at the Eindhoven University of Technology in the Netherlands has reported plasma needles. This is a method that uses RF plasma, concentrically arranges ground electrodes around the center needle electrode, and generates plasma with a diameter of about 0.5 mm at the tip of the needle electrode, but matching is difficult. There are problems that it is very difficult to generate plasma, it is difficult to generate plasma with a gas other than helium, and plasma generation of less than 0.5 mm has not been confirmed.
様々な分野でより小さく、より精密に、より清潔に等々ということが求められている現在では、微小なプラズマによる種々の処理が求められているが、従来は、このような微小プラズマを簡便に発生させる装置、方法は上記のStoffelのグループのものを除いてなかった。また、Stoffelのグループのものも上記の問題点を抱えている。 At present, there is a demand for smaller, more precise, cleaner, etc. in various fields, and various treatments using minute plasma have been demanded. The apparatus and method to be generated were not excluded from the Stoffel group described above. The Stoffel group also has the above problems.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、微小なプラズマを簡単な方法で発生させるプラズマ発生装置およびプラズマ発生方法を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this point, The place made into the objective is to provide the plasma generator and plasma generation method which generate | occur | produce a minute plasma by a simple method.
上記の課題を解決するために、本発明の第1のプラズマ発生装置は、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第1の電極と、前記第1の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備え、前記第1の電極の前記絶縁体または誘電体の被覆の一部は、当該一部以外の部分よりも誘電率が高くなるように構成されており、前記一部の周辺にプラズマを発生させる。ここで、第1電極の絶縁体または誘電体の被覆の一部が当該一部以外の部分よりも誘電率が高くなるように構成されているとは、当該一部の被覆厚みが他の部分よりも薄かったり、当該一部のみ、誘電率が他の部分よりも高い材料を使用したりしている等である。第1の電極において、被覆の一部が他の部分よりも誘電率が高いので、この部分に電界が集中し、この部分にプラズマが発生する。第2の電極と第1電極との間には、絶縁体や誘電体が介在していても構わない。 In order to solve the above problems, a first plasma generator of the present invention includes a first electrode provided with a conductive member covered with an insulator or a dielectric, and an AC voltage or a voltage applied to the first electrode. And a part of the insulator or dielectric coating of the first electrode is configured to have a dielectric constant higher than a part other than the part, Plasma is generated around a part. Here, a part of the insulator or dielectric coating of the first electrode is configured to have a dielectric constant higher than that of the part other than the part. For example, a material having a dielectric constant higher than that of the other part is used only for the part. In the first electrode, since a part of the coating has a higher dielectric constant than the other part, the electric field concentrates on this part, and plasma is generated in this part. An insulator or a dielectric may be interposed between the second electrode and the first electrode.
本発明の第2のプラズマ発生装置は、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第1の電極と、前記第1の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備え、前記第1の電極は、前記導電性部材が前記絶縁体または誘電体の被覆から露出している部分を有しており、前記露出している部分の周辺にプラズマを発生させる。第1の電極において、被覆から導電性部材が一部露出しているので、この部分に電界が集中し、この部分にプラズマが発生する。 A second plasma generation apparatus of the present invention includes a first electrode including a conductive member covered with an insulator or a dielectric, and a power source that applies an AC voltage or a pulse voltage to the first electrode. The first electrode has a portion where the conductive member is exposed from the insulating or dielectric coating, and generates plasma around the exposed portion. In the first electrode, since the conductive member is partially exposed from the coating, the electric field is concentrated on this portion, and plasma is generated in this portion.
本発明の第3のプラズマ発生装置は、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第1の電極と、前記第1の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備え、前記導電性部材は、突起部または角部を有しており、前記突起部または角部の周辺にプラズマを発生させる。第1の電極において、導電性部材が突起部または角部を有しているので、この部分に電界が集中し、この部分にプラズマが発生する。 A third plasma generating apparatus of the present invention includes a first electrode including a conductive member covered with an insulator or a dielectric, and a power source that applies an AC voltage or a pulse voltage to the first electrode. The conductive member has protrusions or corners, and generates plasma around the protrusions or corners. In the first electrode, since the conductive member has a protrusion or a corner, the electric field concentrates on this portion, and plasma is generated in this portion.
本発明の表面処理装置は、前記プラズマによって被加工物の表面処理を行う、上記の本発明のプラズマ発生装置を備えたものである。表面処理とは、エッチングや被処理物に官能基を有する分子を結合させる処理、熱処理、電子を衝突させる処理、膜形成など被処理物の表面に行う物理的または化学的ななんらかの処理のことである。 A surface treatment apparatus according to the present invention includes the above-described plasma generation apparatus according to the present invention, which performs surface treatment of a workpiece with the plasma. Surface treatment refers to any physical or chemical treatment performed on the surface of the object to be treated, such as etching, treatment for bonding a molecule having a functional group to the object to be treated, heat treatment, treatment for colliding electrons, or film formation. is there.
本発明の光源は、前記プラズマから発生する紫外光あるいは可視光を用いる、上記の本発明のプラズマ発生装置を備えたものである。 The light source of the present invention includes the above-described plasma generator of the present invention using ultraviolet light or visible light generated from the plasma.
本発明の第1のプラズマ発生方法は、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備え、該絶縁体または誘電体の被覆の一部が、当該一部以外の部分よりも誘電率が高くなるように構成されている第1の電極を所定の位置に設置する工程と、前記第1の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記一部の周辺にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む。第1の電極において、被覆の一部が他の部分よりも誘電率が高いので、この部分に電界が集中し、この部分にプラズマが発生する。 A first plasma generation method of the present invention includes a conductive member covered with an insulator or a dielectric, and a dielectric constant of a part of the insulator or the dielectric is higher than that of a part other than the part. A step of installing a first electrode configured to be high at a predetermined position, and plasma generation for generating plasma around the part by applying an AC voltage or a pulse voltage to the first electrode Process. In the first electrode, since a part of the coating has a higher dielectric constant than the other part, the electric field concentrates on this part, and plasma is generated in this part.
本発明の第2のプラズマ発生方法は、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備え、該導電性部材が該絶縁体または誘電体の被覆から露出している部分を有している第1の電極を所定の位置に設置する工程と、前記第1の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記露出している部分の周辺にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む。第1の電極において、被覆から導電性部材が露出している部分があるので、この部分に電界が集中し、この部分にプラズマが発生する。 The second plasma generation method of the present invention includes a conductive member covered with an insulator or a dielectric, and the conductive member has a portion exposed from the coating of the insulator or dielectric. A step of placing the first electrode at a predetermined position, and a plasma generation step of applying an alternating voltage or a pulse voltage to the first electrode to generate plasma around the exposed portion. In the first electrode, since there is a portion where the conductive member is exposed from the coating, the electric field concentrates on this portion, and plasma is generated in this portion.
本発明の第3のプラズマ発生方法は、絶縁体または誘電体により被覆されているとともに突起部または角部を有する導電性部材を備えた第1の電極を所定の位置に設置する工程と、前記第1の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記突起部または角部の周辺にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む。第1の電極において、導電性部材が突起部または角部を有しているので、この部分に電界が集中し、この部分にプラズマが発生する。 The third plasma generation method of the present invention includes a step of installing a first electrode, which is covered with an insulator or a dielectric, and includes a conductive member having a protrusion or a corner, at a predetermined position; A plasma generation step of applying an alternating voltage or a pulse voltage to the first electrode to generate plasma around the protrusions or corners. In the first electrode, since the conductive member has a protrusion or a corner, the electric field concentrates on this portion, and plasma is generated in this portion.
本発明の第4のプラズマ発生方法は、絶縁体または誘電体により被覆された線状の導電性部材を備えている第1の電極を所定の位置に設置する工程と、前記第1の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記第1の電極の先端の周辺にプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含む。第1の電極において、被覆が均一であっても先端部分には電界が集中し、この部分にプラズマが発生する。 According to a fourth plasma generation method of the present invention, a step of installing a first electrode including a linear conductive member covered with an insulator or a dielectric at a predetermined position; A plasma generation step of generating plasma around the tip of the first electrode by applying an alternating voltage or a pulse voltage. In the first electrode, even if the coating is uniform, the electric field is concentrated on the tip portion, and plasma is generated in this portion.
ある好適な実施形態において、前記電源に接続されて前記第1の電極との間に前記交流電圧またはパルス電圧が印加される第2の電極をさらに備えている。 In a preferred embodiment, the apparatus further includes a second electrode connected to the power source and applied with the AC voltage or the pulse voltage between the first electrode and the first electrode.
ある好適な実施形態において、前記電源に接続されて前記第1の電極との間に前記交流電圧またはパルス電圧が印加される接地電極をさらに備えている。 In a preferred embodiment, the apparatus further includes a ground electrode connected to the power source and applied with the AC voltage or pulse voltage between the first electrode and the first electrode.
ある好適な実施形態において、少なくとも前記一部の周辺に所定のガスを導入するガス導入部をさらに備えている。前記一部の周辺とは、当該一部の外面側であってプラズマが発生する領域を含む。 In a preferred embodiment, the apparatus further includes a gas introduction part that introduces a predetermined gas around at least the part. The part of the periphery includes a region where the part is on the outer surface side and plasma is generated.
ある好適な実施形態において、少なくとも前記露出している部分の周辺に所定のガスを導入するガス導入部をさらに備えている。前記露出している部分の周辺とは、当該露出部分の外面側であってプラズマが発生する領域を含む。 In a preferred embodiment, the apparatus further includes a gas introduction part for introducing a predetermined gas around at least the exposed portion. The periphery of the exposed portion includes a region where plasma is generated on the outer surface side of the exposed portion.
ある好適な実施形態において、少なくとも前記突起部または角部の周辺に所定のガスを導入するガス導入部をさらに備えている。前記突起部または角部の周辺とは、当該突起部または角部の被覆外面側であってプラズマが発生する領域を含む。 In a preferred embodiment, the apparatus further includes a gas introduction part that introduces a predetermined gas at least around the protrusions or corners. The periphery of the protrusion or corner includes a region where plasma is generated on the outer surface side of the protrusion or corner.
本発明の表面処理方法は、上記のプラズマ発生方法によって生じたプラズマによって被加工物の表面処理を行うものである。 In the surface treatment method of the present invention, the surface treatment of the workpiece is performed by the plasma generated by the above plasma generation method.
本発明の光照射方法は、上記のプラズマ発生方法によって生じたプラズマから発生する紫外光あるいは可視光を用いるものである。 The light irradiation method of the present invention uses ultraviolet light or visible light generated from the plasma generated by the above plasma generation method.
本発明の第4のプラズマ発生装置は、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えた第1の電極と、突起部または角部を有する第2の電極と、前記第1の電極と第2の電極との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源とを備え、前記第1の電極のうち前記突起部の先端または角部に最も近い部分に放電を生じさせ当該部分の周辺にプラズマを発生させる。 A fourth plasma generator of the present invention includes a first electrode including a conductive member covered with an insulator or a dielectric, a second electrode having a protrusion or a corner, and the first electrode. And a power source for applying an AC voltage or a pulse voltage between the first electrode and the second electrode, and a discharge is generated in a portion of the first electrode closest to a tip or a corner of the protrusion, and the periphery of the portion To generate plasma.
本発明の第5のプラズマ発生方法は、絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材を備えている第1の電極を設置する工程と、突起部または角部を有する第2の電極を所定の位置に設置する工程と、前記第1の電極と第2の電極との間に交流電圧あるいはパルス電圧を印加して、前記第1の電極のうち前記突起部の先端または角部に最も近い部分と前記第2の電極との間の電界強度を他の領域よりも大きくさせる工程と前記第1の電極のうち前記突起部の先端または角部に最も近い部分の周辺にプラズマを発生させる、プラズマ発生工程とを含む。突起部を有する第2電極には、針状電極も含まれる。 According to a fifth plasma generation method of the present invention, a step of installing a first electrode including a conductive member covered with an insulator or a dielectric, and a second electrode having a protrusion or a corner are predetermined. And applying an alternating voltage or a pulse voltage between the first electrode and the second electrode, and being closest to the tip or the corner of the protrusion of the first electrode. A step of increasing the electric field strength between the portion and the second electrode to be larger than other regions, and generating plasma in the vicinity of a portion of the first electrode closest to a tip or a corner of the protrusion, Plasma generating step. The second electrode having the protrusion includes an acicular electrode.
第1の電極の被覆のうち一部の誘電率を高くさせたり、導電性部材を一部露出させたりして、その部分に電界が集中するようにさせているので、その一部の大きさを調節することにより任意の大きさの微小プラズマを簡単に、任意の場所に発生させることができる。 Since the dielectric constant of a part of the coating of the first electrode is increased or the conductive member is partially exposed so that the electric field concentrates on the part, the size of the part By adjusting the above, it is possible to easily generate a microplasma having an arbitrary size at an arbitrary location.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of brevity.
(実施形態1)
実施形態1のプラズマ発生装置を図1に示す。このプラズマ発生装置は、第1の電極30の一部の発生ポイント10の周囲にプラズマを発生させる装置である。この装置は、第1の電極30と、第2の電極20と、第1の電極30と第2の電極20との間に交流電圧あるいはパルス電圧を印加する電源40とを備えている。
(Embodiment 1)
The plasma generator of
第1の電極30は、図2に示すように導電性部材31の表面に絶縁体または誘電体からなる被覆32が施されている構成を有している。導電性部材31は金属やカーボン、有機導電性材料など導電性を有していればどのようなものであっても構わない。本実施形態では銅線としている。
As shown in FIG. 2, the
被覆32を構成する絶縁体は、PFAやPTFE、FEPなどのフッ素樹脂、ポリイミド樹脂などの電気絶縁性のポリマー、あるいはダイヤモンドライクカーボン(DLC)のような電気絶縁性の無機物などを挙げることができる。また、被覆32を構成する誘電体としては、チタン酸バリウムなどの誘電率が高い物質を挙げることができる。本実施形態ではフッ素樹脂であるテフロン(登録商標)により被覆32を形成した。
Examples of the insulator constituting the
発生ポイント10は、本実施形態では図3に示すように被覆32の厚みが他の部分よりも薄い部分である。この部分は、被覆32を機械的に除去したり、レーザなどで加工して形成することができる。本実施形態では、レーザ加工により形成した直径50μmの円形の窪みとした。
In the present embodiment, the
ここで仮定として被覆32が全く無くて第1の電極30全体において導電性部材31が剥き出しである場合を考えると、導電性部材31の特定部位に放電が集中してしまい、火花放電により絶縁破壊されてしまう可能性が非常に高い。
Here, assuming that the
また、第1の電極30と第2の電極20との間に交流電圧あるいはパルス電圧を印加して第1の電極30の周囲にプラズマを発生させると第1の電極30の温度が上がるため、導電性部材31および被覆32は耐熱性が高いもの、具体的には50℃で1時間保持したときに劣化しないものが好ましい。耐熱性の点からは、導電性部材31は金属やカーボン等が好ましく、被覆32はフッ素樹脂やポリイミド樹脂、DLC、チタン酸バリウムなどが好ましい。
In addition, when an alternating voltage or a pulse voltage is applied between the
第2の電極20は、電源40に接続線60により接続されている。第2の電極20の形状や材質は特に限定されない。例えば、第2の電極20の形状は、平板状、円筒状、メッシュ状あるいはワイヤ状など、どのようなものであってもよい。第2の電極20の材質は、金属、カーボンあるいは有機導電材料など導電性であればどのようなものでもよい。さらに第2の電極20の表面は絶縁体で覆われていても構わない。本実施形態では絶縁性樹脂に被覆された金属板を第2の電極20とした。
The
電源40は交流電圧あるいはパルス電圧を印加するものであるが、第1の電極30の形状や材質、長さなど、発生ポイント10と第2の電極20との距離、雰囲気の温度、発生ポイント10の大きさ、その部分の被覆32厚み等々でプラズマが発生するかしないかということ及びプラズマの強度が大きく影響されるため、また、プラズマの発生にとって重要なのは印加電圧ではなく発生ポイント10の周囲の電界強度であるため、交流電圧あるいはパルス電圧の周波数や電圧の大きさは特に限定されない。パルス電圧は図4に示すように、極性の変わる(+から−、または−から+)パルス、あるいは0Vから立ち上がるパルスが好ましく、パルス電圧が時間的に連続して供給されるとプラズマが連続して発生するので、好ましい。このように連続して供給されるパルス電圧は、方形波の交流電圧とも言える。
The
なお、電源40の周波数や電圧は特に限定されないと上で述べたが、周波数は0.1Hz〜100MHzが電源装置として実用上好ましく、プラズマの発生しやすさを考慮すると50Hz〜1MHzが好ましい。電圧は、1V〜500kVがプラズマが発生し易くで好ましく、装置の扱いやすさの点で1V〜100kVが好ましい。もしくは、電源40により交流電圧またはパルス電圧が第1の電極30に印加された際の第1の電極30近辺の電界強度が、104V/m以上1010V/m以下が好ましい。
Although the frequency and voltage of the
次に本実施形態のプラズマ発生装置を用いたプラズマを発生させる方法を説明する。 Next, a method for generating plasma using the plasma generator of this embodiment will be described.
まず第1の電極30を所定の位置に設置する。所定の位置というのは、例えばプラズマ処理を行いたい微小な場所の近傍に発生ポイント10が配置されるような位置のことである。第1の電極30は電源40と接続しておく。
First, the
それから第2の電極20を第1の電極30の近傍に配置する。第2の電極20は発生ポイント10の近傍に配置されることが好ましい。第2の電極20は電源40と接続しておく。
Then, the
次に、第1の電極30と第2の電極20との間に交流電圧またはパルス電圧を印加する。すると、発生ポイント10のところに電界が集中してプラズマが発生する。
Next, an alternating voltage or a pulse voltage is applied between the
発生したプラズマは、例えば被加工物の表面に作用させて表面処理を行ったり、滅菌を行ったり、プラズマから生じる光を光源として用いたりする。プラズマによる表面処理は、例えばエッチングや親水性処理などを挙げることができる。プラズマを光源として用いる場合は、プラズマから生じる紫外光を利用して紫外線硬化樹脂の特定のスポットのみを硬化させるという使い方を例として挙げることができる。 The generated plasma is applied to the surface of the workpiece to perform surface treatment, sterilization, or light generated from the plasma is used as a light source. Examples of the surface treatment with plasma include etching and hydrophilic treatment. In the case of using plasma as a light source, an example in which only a specific spot of an ultraviolet curable resin is cured using ultraviolet light generated from the plasma can be given as an example.
これまで説明したように、本実施形態では絶縁体または誘電体により被覆された導電性部材31を備えた第1の電極30の被覆32の一部を他の部分よりも薄くして絶縁性を低くして、第1の電極30と第2の電極20との間に交流電圧またはパルス電圧を印加して発生ポイント10の周辺にプラズマを発生させるので、従来の装置ではできなかった微小なプラズマを容易に発生させることができる。このようにして発生したプラズマは、微小領域の表面処理や滅菌等に用いたり、光源等として用いることができる。発生するプラズマが微小なものであるので、発生する熱も少なく、低温でのプラズマ処理を行うことができる。また、本実施形態のプラズマ発生装置は非常に簡単な構造であり、製造コストを低くできる。そして、プラズマ発生も容易にかつ非熟練者でも行える。プラズマの大きさも発生ポイント10の大きさを変えることにより任意の大きさにすることができる。なお、プラズマの発生の具合は、発光の強さによって判断することができる。
As described so far, in this embodiment, a part of the
なお、本実施形態では発生ポイント10を被覆32を薄くすることによって形成したが、この部分の被覆材料を周囲の被覆材料よりも誘電率の高いものにしたり、被覆32に切り込みを入れたり等して発生ポイント10を形成してもよい。また、本実施形態のように第1の電極30が線状の場合は先端部分に電界が集中しやすく、たとえ先端部分から第2の電極20を遠く離していても先端部分にプラズマが発生しやすいので、先端部分以外に発生ポイント10を形成する場合は、先端部分の被覆厚みを厚くしたり誘電率の低い材料で先端部分のみを被覆したりすることが好ましい。
In this embodiment, the
(実施形態2)
実施形態2に係るプラズマ発生装置は、図5に示すように、実施形態1に係るプラズマ発生装置と電源40や第2の電極20は同じであるが、その他のところは異なっているので、異なっている点を主に説明する。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 5, the plasma generator according to the second embodiment is the same as the plasma generator according to the first embodiment, the
本実施形態の第1の電極130は、0.08mm径の銅線にテフロン(商標)被覆をした被覆線で、先端がプラズマの発生ポイント11となっている。第1の電極130の先端は、図6に示すように被覆線を切断したままの状態であって銅線である導電性部材31が露出して発生ポイント11を形成している。なお、第1の電極130は、この発生ポイント11以外の部分は被覆32により覆われている。
The
第2の電極20は電源40に接続線60により接続されているとともに、接続線50により接地されている。こうして、第1の電極130と第2の電極20との間に電源40から交流電圧あるいはパルス電圧が印加されると、導電性部材31が露出している発生ポイント11に電界が集中して発生ポイント11の近辺のみにプラズマが発生する。
The
さらに本実施形態のプラズマ発生装置にはガス導入部80が備え付けられている。ガス導入部80にはノズル85が取り付けられており、ノズル85の噴射口は発生ポイント11の近傍に置かれている。ガス導入部80からはノズル85を介して発生ポイント11の周辺に所定のガスが流れていく。所定のガスというのは、種々のガスの中からプラズマ発生の目的によって選択されたガスである。例えばArやHeを発生ポイント11近辺に導入すると大気下よりもプラズマが発生しやすくなる。利用したい光の波長に合わせてガス種を選んでもよい。また、酸素を導入するとオゾンや酸素ラジカルが発生する。被加工物表面に例えば特定の有機物分子を結合させたい場合は、当該有機物分子を含むガスを導入すればよい。また、被加工物表面に樹脂コーティングしたい場合は、モノマーを含むガスを導入すればよい。
Furthermore, the plasma generator of this embodiment is provided with a
本実施形態は、実施形態1と同じ効果を奏するとともに所定のガスを導入することにより、様々な表面処理や光照射、滅菌等を微小な領域において容易に行うことができる。この場合様々なガスを使うことができる。 This embodiment has the same effects as those of the first embodiment, and various surface treatments, light irradiation, sterilization, and the like can be easily performed in a minute region by introducing a predetermined gas. In this case, various gases can be used.
(実施形態3)
実施形態3に係るプラズマ発生装置は、図7に示すように、実施形態1に係るプラズマ発生装置と電源40や第2の電極20は同じであるが、その他のところは異なっているので、異なっている点を主に説明する。
(Embodiment 3)
As shown in FIG. 7, the plasma generator according to the third embodiment is the same as the plasma generator according to the first embodiment, the
本実施形態の第1の電極34は、図8に示すように導電性部材33にテフロン(登録商標)の被覆32が施されている。導電性部材33は、両端が半球状である円柱であって半球から円柱へは滑らかに接続している。さらに導電性部材33は円柱の一部に突起35を有しており、この突起35にも他の部分と同じ厚みの被覆32が施されている。第1の電極34のこの突起35に対応する部分が発生ポイント12となる。
In the
一方、第2の電極20は発生ポイント12の近傍に置かれ、電源40には接続されずに接続線50を介して接地されている。
On the other hand, the
電源40から第1の電極34に交流電圧あるいはパルス電圧を印加すると、発生ポイント12周辺に電界が集中してこの部分にのみプラズマが発生する。
When an AC voltage or a pulse voltage is applied from the
本実施形態は実施形態1と同じ効果を奏する。 This embodiment has the same effect as the first embodiment.
(実施形態4)
実施形態4に係るプラズマ発生装置は、図9に示すように、実施形態3に係るプラズマ発生装置と第1の電極36が異なっているが、その他のところは同じであるので、異なっている点を主に説明する。
(Embodiment 4)
As shown in FIG. 9, the plasma generator according to the fourth embodiment is different from the plasma generator according to the third embodiment in the
本実施形態の第1の電極36は、図10に示すように導電性部材37にテフロン(登録商標)の被覆32が施されている。導電性部材37は、横断面が楕円形の楕円柱であって両端が滑らかに丸みを帯びて終端している。そして、導電性部材37の終端の一部にはほぼ直角の角部38が存しており、この角部38にも他の部分と同じ厚みの被覆32が施されている。第1の電極36のこの角部38に対応する部分が発生ポイント13となる。
In the
一方、第2の電極20は発生ポイント13の近傍に置かれ、電源40には接続されずに接続線50を介して接地されている。
On the other hand, the
電源40から第1の電極36に交流電圧あるいはパルス電圧を印加すると、発生ポイント13周辺に電界が集中してこの部分にのみプラズマが発生する。
When an AC voltage or a pulse voltage is applied from the
本実施形態は実施形態1と同じ効果を奏する。 This embodiment has the same effect as the first embodiment.
(実施形態5)
実施形態5に係るプラズマ発生装置は、図11に示すように、実施形態1に係るプラズマ発生装置と電源40や第2の電極20は同じであるが、その他のところは異なっているので、異なっている点を主に説明する。
(Embodiment 5)
As shown in FIG. 11, the plasma generator according to the fifth embodiment is the same as the plasma generator according to the first embodiment, the
本実施形態の第1の電極230は、図12に示すように線状の導電性部材31に絶縁性の被覆32を設けたものであり、先端部分にも他の部分と同様の被覆32が設けられている。この先端部分が発生ポイント14である。
As shown in FIG. 12, the
第2の電極20は発生ポイント14の近傍に置かれ、接続線51を介して被覆接地線22に接続されている。被覆接地線22は絶縁性被覆により被覆された導電線であり、グランド1に差し込まれている。一方、電源40は第1の電極230と接続されているとともに接地線70により接地されている。
The
電源40から第1の電極230に交流電圧あるいはパルス電圧が印加されると、発生ポイント14周辺に電界が集中してこの部分にのみプラズマが発生する。
When an AC voltage or a pulse voltage is applied from the
第2の電極20は被覆を介して接地されているが、誘電分極によって第1の電極230との間に交流電圧あるいはパルス電圧が印加されることになる。
The
本実施形態は実施形態1と同じ効果を奏する。なお、第2の電極20を発生ポイント14の近傍に置かなくても例えば10cm以上離しても発生ポイント14においてプラズマが発生する。これは、第1の電極が線状である場合はその先端に非常に電界が集中するためである。
This embodiment has the same effect as the first embodiment. Even if the
(実施形態6)
実施形態6に係るプラズマ発生装置は、図13に示すように、実施形態5に係るプラズマ発生装置と電源40や第1の電極230は同じであるが、その他のところは異なっているので、異なっている点を主に説明する。なお、本実施形態ではプラズマが発生するのは第1の電極230の先端ではない。
(Embodiment 6)
As shown in FIG. 13, the plasma generator according to the sixth embodiment is the same as the plasma generator according to the fifth embodiment, the
本実施形態の第2の電極25は、第1の電極230の近傍ではあるが第1の電極230先端からは離れたところに設置されている。第2の電極25は金属板よりなっており、涙型の形状、別の言葉でいうと卵形の頂点部が角部81となっている形状を有している。そして、電源40には接続されずに接続線50を介して接地されている。
The
本実施形態では電源40から第1の電極230に交流電圧あるいはパルス電圧を印加すると、第1電極230のなかで第2の電極25の角部81に最も近い部分16に電界が集中してその周辺にのみプラズマが発生する。なお、前記部分16に確実にプラズマを発生させるためには、第1の電極230の先端をできるだけ第2の電極25から離したり、第1の電極230の先端の被覆32を他の部分よりも厚くするあるいは絶縁性を高めたり、第2の電極25の外形周縁部の角を落として丸めたりすることが好ましい。
In the present embodiment, when an AC voltage or a pulse voltage is applied from the
本実施形態は実施形態1と同じ効果を奏する。 This embodiment has the same effect as the first embodiment.
(実施形態7)
実施形態7に係るプラズマ発生装置は、図14に示すように、実施形態5に係るプラズマ発生装置と電源40や第1の電極230は同じであるが、その他のところは異なっているので、異なっている点を主に説明する。なお、本実施形態ではプラズマが発生するのは第1の電極230の先端ではない。
(Embodiment 7)
As shown in FIG. 14, the plasma generator according to the seventh embodiment is the same as the plasma generator according to the fifth embodiment, the
本実施形態の第2の電極27は、第1の電極230の近傍ではあるが第1の電極230先端からは離れたところに設置されている。第2の電極27は金属板よりなっており、第1の電極230に面した側の面の一部に第1の電極230側に向かって突き出した突起82を有している。そして、電源40に接続されるとともに接続線50を介して接地されている。
The
本実施形態では電源40から第1の電極230に交流電圧あるいはパルス電圧を印加すると、第1電極230のなかで第2の電極27の突起82に最も近い部分18に電界が集中してその周辺にのみプラズマが発生する。なお、前記部分18に確実にプラズマを発生させるためには、第1の電極230の先端をできるだけ第2の電極27から離したり、第1の電極230の先端の被覆32を他の部分よりも厚くするあるいは絶縁性を高めたり、第2の電極27の外形周縁部の角を落として丸めたりすることが好ましい。
In the present embodiment, when an AC voltage or a pulse voltage is applied from the
本実施形態は実施形態1と同じ効果を奏する。 This embodiment has the same effect as the first embodiment.
(実施形態8)
実施形態8に係るプラズマ発生装置は、図15に示すように実施形態2に係るプラズマ発生装置と電源40や第1の電極130、第2の電極20は同じであるが、その他のところは異なっているので、異なっている点を主に説明する。
(Embodiment 8)
As shown in FIG. 15, the plasma generator according to the eighth embodiment is the same as the plasma generator according to the second embodiment in the
本実施形態のプラズマ発生装置は、細管100中に第1の電極130を挿入している。細管100はPVC製で不透明であり、その先端101は石英ガラスがはめ込まれて可視光から紫外光までが透過するようになっている。また、ガス導入部80がアダプタ87を介して細管100の先端101とは反対側の端部に取り付けられている。導入するガスは、プラズマが発生しやすいArやHe等および所望の波長の光を発生させるガスが好ましい。
In the plasma generator of this embodiment, the
本実施形態は、実施形態1と同じ効果を奏するとともに所定のガスを導入することにより、光照射を微小な領域において容易に行うことができる。特に細管100の先端101からのみ光を透過するように構成されているので、指向性の高い微小光源として利用できる。この場合様々なガスを使うことができる。
The present embodiment has the same effect as the first embodiment and can easily perform light irradiation in a minute region by introducing a predetermined gas. In particular, since it is configured to transmit light only from the
(その他の実施形態)
上記の実施形態は本発明の例であり、本発明はこれらの例に限定されない。例えば、第1の電極の導電性部材の形状は線状の他、板状、箔状、棒状等どのような形状でもよい。
(Other embodiments)
The above embodiments are examples of the present invention, and the present invention is not limited to these examples. For example, the shape of the conductive member of the first electrode may be any shape such as a plate shape, a foil shape, a rod shape, in addition to a linear shape.
第1の電極に発生する放電は、誘電体バリア放電やグロー放電、コロナ放電など特に限定されない。プラズマが発生すればどのような放電形態であっても構わない。 The discharge generated in the first electrode is not particularly limited, such as dielectric barrier discharge, glow discharge, corona discharge. Any discharge form may be used as long as plasma is generated.
実施形態6において第2の電極25の形状は上記の形状に限定されず、曲線に囲まれた角部を有する形状であればどのようなものであっても構わない。
In Embodiment 6, the shape of the
実施形態2のガス導入部を他の実施形態のプラズマ発生装置に取り付けても構わない。 You may attach the gas introduction part of Embodiment 2 to the plasma generator of other embodiment.
第2の電極の接地方法や電源との接続方法は、上記の実施形態のいずれの方法でも構わないので、例えば実施形態1において、実施形態3の接地方法(電源40の接地も併せて)を採用してもよい。
The method for grounding the second electrode and the method for connecting to the power supply may be any of the above-described embodiments. For example, in
第1の電極におけるプラズマが発生する場所は1箇所だけに限定されず、複数箇所であっても構わない。すなわち、一つの第1の電極において誘電率が他の部分よりも高い被覆部分が複数箇所あっても構わないし、突起部分や角部が複数箇所あっても構わないし、これらが一つの第1の電極の中に組み合わされて存在していても構わない。実施形態6,7において第2の電極の角部または突起が複数存していても構わない。 The place where plasma is generated in the first electrode is not limited to one place, and may be a plurality of places. That is, one first electrode may have a plurality of covering portions having a higher dielectric constant than other portions, or may have a plurality of protruding portions and corner portions, and these may be one first electrode. They may be combined in the electrode. In the sixth and seventh embodiments, a plurality of corners or protrusions of the second electrode may exist.
以上説明したように、本発明に係るプラズマ発生装置およびプラズマ発生方法は、微小なプラズマを容易に発生させることができ、滅菌装置・方法、光源、表面処理装置・方法等として有用である。 As described above, the plasma generation apparatus and the plasma generation method according to the present invention can easily generate minute plasma, and are useful as a sterilization apparatus / method, a light source, a surface treatment apparatus / method, and the like.
10、11、12 発生ポイント
13、14 発生ポイント
20、25、27 第2の電極
30、34、36 第1の電極
31、33、37 導電性部材
32 被覆
35 突起
38 角部
40 電源
80 ガス導入部(ガス流入部材)
81 角部
82 突起
130 第1の電極
230 第1の電極
10, 11, 12
81
Claims (12)
前記第1の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加する電源と
を備え、
前記第1の電極は被覆金属線であり、
前記第1の電極の前記絶縁体または誘電体の被覆の一部は、当該一部以外の部分よりも厚みを薄くされており、
前記一部に誘電体バリア放電によってスポット状のプラズマを発生させる、プラズマ発生装置。 A first electrode comprising a conductive member coated with an insulator or dielectric;
A power source for applying an alternating voltage or a pulse voltage to the first electrode,
The first electrode is a coated metal wire;
A portion of the insulator or dielectric coating of the first electrode is made thinner than a portion other than the portion,
Generating a spot-like plasma by dielectric barrier discharge in the part, the plasma generating apparatus.
前記第1の電極に交流電圧またはパルス電圧を印加して、前記一部に誘電体バリア放電によってスポット状のプラズマを発生させるプラズマ発生工程と
を含み、
前記第1の電極は被覆金属線である、プラズマ発生方法。 A first electrode having a conductive member covered with an insulator or a dielectric, wherein a part of the insulator or the dielectric is made thinner than a portion other than the part is disposed at a predetermined position. The process of installing in
By applying an AC voltage or pulse voltage to the first electrode, and a plasma generating step of generating a spot-like plasma by dielectric barrier discharge in the part,
The plasma generation method, wherein the first electrode is a coated metal wire.
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