JP6591735B2 - プラズマ発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、反応室の内部で処理ガスをプラズマ化させるプラズマ発生装置に関するものである。

プラズマ発生装置では、例えば、反応室に複数の電極が配置され、それら複数の電極間に電圧を印加することで、処理ガスがプラズマ化される。処理ガスをプラズマ化させる際には、比較的高い電圧を印加する必要があり、その印加により放電が生じるため、反応室は劣化しやすい。このため、劣化した部分を交換するための技術が、下記特許文献に記載されている。

特開平１０−１７２７９２号公報 特開２０１３−１６８６７５号公報 特開２０１３−１４５７１９号公報

上記特許文献に記載の技術によれば、劣化した部分を交換することで、反応室の劣化に対応することが可能となる。しかしながら、劣化した部分のみを交換していては、作業者の手間が増加する虞がある。また、複数の電極間で放電するだけでなく、反応室の内壁面に沿って放電するプラズマ発生装置では、反応室の内壁面全体が劣化するため、反応室の一部の交換では、反応室の劣化に対応できない虞がある。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、反応室の劣化に適切、かつ、容易に対応することが可能なプラズマ発生装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本願に記載のプラズマ発生装置は、反応室内に配置され、処理ガスを前記反応室内でプラズマ化させるための複数の電極と、絶縁性素材により形成され、前記電極を部分的に囲って前記反応室を区画する第１ブロック部材と、前記第１ブロック部材を着脱可能に収納するための第２ブロック部材とを備えることを特徴とする。
また、上記課題を解決するために、本願に記載のプラズマ発生装置は、反応室内に配置され、処理ガスを前記反応室内でプラズマ化させるための円柱型の電極と、絶縁性素材により形成され、その一部が前記電極の断面である円と同心円の一部を形成するように前記電極を囲って前記反応室を区画する第１ブロック部材と、前記第１ブロック部材を着脱可能にその内部に収納するための第２ブロック部材と、を備え、前記第１ブロック部材を通る前記処理ガスを前記電極によりプラズマ化し被照射体へ照射することを特徴とする。

本願に記載のプラズマ発生装置では、反応室を区画する第１ブロック部材と、その第１ブロック部材を収納可能な第２ブロック部材とが、別部材により構成されている。これにより、第１ブロック部材を交換するだけで、反応室全体を交換することが可能となり、反応室の劣化に適切、かつ、容易に対応することが可能となる。

本発明の実施例である大気圧プラズマ発生装置を示す斜視図である。 図１の大気圧プラズマ発生装置を構成する内部ブロックを示す斜視図である。 図１の大気圧プラズマ発生装置を構成する下部ブロックを示す斜視図である。 図１の大気圧プラズマ発生装置の概略断面図である。 組み合わされた状態の内部ブロックと下部ブロックと被覆部材とを示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。

＜大気圧プラズマ発生装置の構成＞
図１に、本発明の実施例の大気圧プラズマ発生装置１０を示す。大気圧プラズマ発生装置１０は、大気圧下でプラズマを発生させるための装置である。大気圧プラズマ発生装置１０は、内部ブロック１２と、下部ブロック１４と、アース板１６と、照射ノズル１８と、１対の被覆部材２０，２２と、１対の電極２４，２６と、連結部材２８と、上部ブロック３０とを備えている。

内部ブロック１２は、図２に示すように、概して直方体形状をなし、セラミックにより成形されている。内部ブロック１２の上面には、凹部３２が形成されており、凹部３２は、１対の円柱状の円柱凹部３４，３６と、それら１対の円柱凹部３４，３６を連結する連結凹部３８とによって構成されている。また、凹部３２の底面には、内部ブロック１２の下面に貫通する４本の貫通穴（図１および図４参照）４０が形成されている。

下部ブロック１４は、図３に示すように、概して直方体形状をなし、セラミックにより成形されている。内部ブロック１２の上面には、内部ブロック１２を収納するための収納部５０が形成されている。収納部５０は、内部ブロック１２の上面に開口する有底穴であり、底面側に位置する第１収納部５２と、開口側に位置する第２収納部５４とによって構成されている。第１収納部５２の深さ寸法は、内部ブロック１２の高さ寸法と略同じであり、第１収納部５２の幅寸法および長さ寸法は、内部ブロック１２の幅寸法および長さ寸法より僅かに長い。また、第２収納部５４の幅寸法および長さ寸法は、内部ブロック１２の幅寸法および長さ寸法より長い。このため、内部ブロック１２は、収納部５０の開口から挿入され、第１収納部５２の内部に着脱可能に収納される。なお、第２収納部５４は、１対の円柱状の円柱収納部５６，５８と、それら１対の円柱収納部５６，５８を連結する連結部６０とによって構成されている。

また、収納部５０の底面、つまり、第１収納部５２の底面には、上下方向に延びるように、４本の第１流路６２が形成されており、図４に示すように、第１収納部５２に内部ブロック１２が収納された場合に、第１流路６２と内部ブロック１２の貫通穴４０とが連通する。なお、第１流路６２は、下部ブロック１４の下面側に貫通していない。また、下部ブロック１４には、第１流路６２の下端部から下部ブロック１４の前面に貫通する第２流路６４が、形成されている。さらに、下部ブロック１４には、第２流路６４の両端部の間から下部ブロック１４の下面に貫通する第３流路６６が形成されている。なお、第２流路６４の下部ブロック１４の前面側の端部は、封止栓６８によって塞がれている。

アース板１６は、金属により成形されており、下部ブロック１４の下面に固定されている。アース板１６には、上下方向に貫通する４本の貫通穴７０が形成されており、各貫通穴７０は、下部ブロック１４の第３流路６６と連通している。

照射ノズル１８は、アース板１６の下面に固定されている。照射ノズル１８には、上下方向に貫通する４本のノズル穴７２が形成されており、各ノズル穴７２は、アース板１６の貫通穴７０と連通している。

１対の被覆部材２０，２２の各々は、図５に示すように、概して円筒形状をなし、セラミックにより成形されている。各被覆部材２０，２２の外径は、下部ブロック１４に形成された第２収納部５４の円柱収納部５６，５８の内径より僅かに小さい。また、各被覆部材２０，２２の長さ寸法は、円柱収納部５６，５８の深さ寸法の２倍以上である。そして、下部ブロック１４の第１収納部５２に内部ブロック１２が収納された状態で、１対の被覆部材２０，２２の下端部が、第２収納部５４の１対の円柱収納部５６，５８に嵌合されている。これにより、図１に示すように、内部ブロック１２の凹部３２が１対の被覆部材２０，２２によって塞がれ、凹部３２と被覆部材２０，２２とによって、反応室７６が区画される。なお、各被覆部材２０，２２は、被覆部材２０，２２の下端部側の円環部７７と、被覆部材２０，２２の円環部７７を除く本体部７８とに分離可能となっている。

１対の電極２４，２６は、図１に示すように、棒状をなし、１対の被覆部材２０，２２に挿通されている。これにより、１対の電極２４，２６の下端部が、反応室７６の内部に、進入している。なお、各電極２４，２６の外径は、被覆部材２０，２２の内径より小さく、各電極２４，２６の外周面と各被覆部材２０，２２の内周面との間が、第１ガス流入路８０として機能する。

連結部材２８は、板状をなし、連結部材２８には、上下方向に貫通する１対の挿通穴８２，８４が形成されている。各挿通穴８２，８４の内径は、各被覆部材２０，２２の外径より僅かに大きい。そして、各挿通穴８２，８４に各被覆部材２０，２２が挿通された状態で、連結部材２８が、下部ブロック１４の上面に固定されている。また、１対の挿通穴８２，８４の間には、上下方向に貫通する第２ガス流入路８６が形成されている。

上部ブロック３０は、概して直方体形状をなしており、１対の被覆部材２０，２２および１対の電極２４，２６の形状に応じた収納部（図示省略）が形成されている。そして、その収納部に、１対の被覆部材２０，２２および１対の電極２４，２６を収納した状態で、上部ブロック３０は、連結部材２８の上面に固定されている。また、上部ブロック３０には、被覆部材２０，２２と電極２４，２６との間の第１ガス流入路８０に連通する連通路（図示省略）が形成されている。さらに、上部ブロック３０には、連結部材２８の第２ガス流入路８６に連通する連通路８８が形成されている。

＜大気圧プラズマ発生装置によるプラズマの発生＞
大気圧プラズマ発生装置１０では、上述した構成により、内部ブロック１２の凹部３２と被覆部材２０，２２とによって区画された反応室７６の内部において、処理ガスがプラズマ化され、照射ノズル１８のノズル穴７２からプラズマが照射される。以下に、大気圧プラズマ発生装置１０によるプラズマの発生について、詳しく説明する。

大気圧プラズマ発生装置１０では、第１ガス流入路８０から反応室７６に、窒素等の不活性ガスのみによって構成された処理ガスが供給され、第２ガス流入路８６から反応室７６に、空気中の酸素等の活性ガスと窒素等の不活性ガスとを任意の割合で混合させた処理ガスが供給される。そして、反応室７６では、１対の電極２４，２６に電圧が印加されており、１対の電極２４，２６間に電流が流れる。これにより、１対の電極２４，２６間に放電が生じ、その放電により、処理ガスがプラズマ化される。また、反応室７６では、電極２４，２６が内部ブロック１２の凹部３２の壁面に近い位置に配設されているため、電極２４，２６への印加により、電流が凹部３２の壁面に沿って流れる。これにより、１対の電極２４，２６間だけでなく、凹部３２の壁面に沿って放電が生じ、その放電によって、処理ガスがプラズマ化される。

反応室７６で発生したプラズマは、内部ブロック１２の貫通穴４０を介して、下部ブロック１４の第１流路６２に流れる。そして、プラズマは、下部ブロック１４の第２流路６４および第３流路６６を介して、アース板１６の貫通穴７０に流れ、照射ノズル１８のノズル穴７２から被照射体にプラズマが照射される。このようにして、大気圧プラズマ発生装置１０では、反応室７６の内部において処理ガスがプラズマ化され、照射ノズル１８のノズル穴７２からプラズマが照射される。特に、大気圧プラズマ発生装置１０では、上述したように、１対の電極２４，２６間だけでなく、凹部３２の壁面に沿って放電が生じるため、反応室７６の内部全体において、処理ガスがプラズマ化される。これにより、効率的にプラズマを発生させることが可能となっている。

ただし、大気圧プラズマ発生装置１０では、凹部３２の壁面に沿って放電が生じるため、セラミック製の内部ブロック１２の凹部３２の壁面は、炭化し、劣化する。また、炭化した箇所が炭化導電路となり、適切な放電が生じない虞がある。このため、大気圧プラズマ発生装置１０を交換する必要があるが、凹部３２の劣化毎に大気圧プラズマ発生装置１０を交換していては、ランニングコストが非常に高くなる。このようなことに鑑みて、大気圧プラズマ発生装置１０では、凹部３２が形成されている内部ブロック１２と、内部ブロック１２を収納する下部ブロック１４とが別部材とされ、凹部３２の壁面が劣化した場合には、劣化した内部ブロック１２が、下部ブロック１４から取り出され、新しい内部ブロック１２が下部ブロック１４に収納される。つまり、凹部３２が劣化した場合には、内部ブロック１２を交換すればよく、ランニングコストを低くすることが可能となる。

また、大気圧プラズマ発生装置１０では、電極２４，２６の先端部を除く部分が、被覆部材２０，２２によって覆われており、電極２４，２６の先端部において効率的に放電が生じる。ただし、この被覆部材２０，２２も、放電により劣化する。特に、被覆部材２０，２２の電極２４，２６の近い箇所が、劣化し易い。このようなことに鑑みて、被覆部材２０は、上述したように、電極２４の先端部に近い側の円環部７７と、本体部７８とに分離可能となっている。このため、円環部７７を交換するだけで、炭化による劣化に対処することが可能となる。

さらに、大気圧プラズマ発生装置１０では、上述したように、第１ガス流入路８０から反応室７６に、窒素等の不活性ガスのみによって構成された処理ガスが供給され、第２ガス流入路８６から反応室７６に、空気中の酸素等の活性ガスと窒素等の不活性ガスとを任意の割合で混合させた処理ガスが供給される。つまり、酸素等の活性ガスを含まない処理ガスが、電極２４，２６に沿って、反応室７６に供給され、酸素等の活性ガスを含む処理ガスが、電極２４，２６から離れた個所において、反応室７６に供給される。これにより、電極２４，２６周辺の酸化を抑制することが可能となり、電極２４，２６、円環部７７等の劣化を抑制することが可能となる。

また、下部ブロック１４の下面側には、金属製のアース板１６が配設されており、アース板１６と電極２４，２６との間での放電を防止するべく、反応室７６とアース板１６との間の経路を長くする必要がある。しかしながら、反応室７６とアース板１６との間の経路を長くすると、大気圧プラズマ発生装置１０の縦方向の寸法が長くなり、大気圧プラズマ発生装置１０が大型化する虞がある。このため、大気圧プラズマ発生装置１０では、反応室７６とアース板１６との間の経路として、上下方向に延びる第１流路６２および第３流路６６だけでなく、前後方向に延びる第２流路６４が、下部ブロック１４に形成されている。つまり、前後方向に延びる第２流路６４によって、反応室７６とアース板１６との間の経路を長くすることで、大気圧プラズマ発生装置１０の縦方向への大型化が防止されている。

ちなみに、上記実施例において、大気圧プラズマ発生装置１０は、プラズマ発生装置の一例である。内部ブロック１２は、第１ブロック部材およびブロック本体部の一例である。下部ブロック１４は、第２ブロック部材の一例である。被覆部材２０，２２は、被覆部材、第１ブロック部材および蓋部の一例である。電極２４，２６は、電極の一例である。凹部３２は、凹部の一例である。反応室７６は、反応室の一例である。第１ガス流入路８０は、第１ガス流路の一例である。第２ガス流入路８６は、第２ガス流路の一例である。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。具体的には、例えば、上記実施例では、本発明が大気圧プラズマ発生装置１０に適用されているが、減圧下でプラズマを発生させるプラズマ発生装置に、本発明を適用することが可能である。

また、上記実施例では、１対の電極２４，２６の間だけでなく、凹部３２の壁面に沿って放電し、その放電によりプラズマを発生させる大気圧プラズマ発生装置１０に、本発明が適用されているが、１対の電極間でのみ放電し、その放電によりプラズマを発生させるプラズマ発生装置に、本発明を適用することが可能である。

１０：大気圧プラズマ発生装置（プラズマ発生装置） １２：内部ブロック（第１ブロック部材）（ブロック本体部） １４：下部ブロック（第２ブロック部材） ２０，２２：被覆部材（第１ブロック部材）（蓋部） ２４，２６：電極 ３２：凹部
７６：反応室 ８０：第１ガス流入路（第１ガス流路） ８６：第２ガス流入路（第２ガス流路）

Claims (2)

1. 反応室内に配置され、処理ガスを前記反応室内でプラズマ化させるための複数の電極と、
   絶縁性素材により形成され、前記電極を部分的に囲って前記反応室を区画する第１ブロック部材と、
   前記第１ブロック部材を着脱可能に収納するための第２ブロック部材と、
   を備えたプラズマ発生装置。
2. 反応室内に配置され、処理ガスを前記反応室内でプラズマ化させるための円柱型の電極と、
   絶縁性素材により形成され、その一部が前記電極の断面である円と同心円の一部を形成するように前記電極を囲って前記反応室を区画する第１ブロック部材と、
   前記第１ブロック部材を着脱可能にその内部に収納するための第２ブロック部材と、
   を備え、
   前記第１ブロック部材を通る前記処理ガスを前記電極によりプラズマ化し被照射体へ照射すること、
   を特徴とするプラズマ発生装置。
   

Images