JPH0236238Y2

JPH0236238Y2 -

Info

Publication number: JPH0236238Y2
Application number: JP1983176339U
Authority: JP
Priority date: 1983-11-15
Filing date: 1983-11-15
Publication date: 1990-10-02
Also published as: JPS6087200U

Description

【考案の詳細な説明】〔考案の利用分野〕この考案はマイクロ波プラズマ発生装置に係
り、特に、マイクロ波エネルギーを電子とイオン
のエネルギーに変換して高温プラズマを得るのに
好適なマイクロ波プラズマ発生装置に関するもの
である。

〔考案の背景〕

従来のこの種のマイクロ波プラズマ発生装置
は、マイクロ波を導波管に導き、その導波管内に
て当該マイクロ波エネルギーを電子とイオンのエ
ネルギーに変換して高温プラズマを得ることがで
きる装置として知られている。

かかる高温プラズマは、上記電子エネルギーが
主たるものであり、そのエネルギーを温度に換算
すると数万度に相当する。したがつて、前記プラ
ズマ発生装置によれば、当該装置に流入せしめた
気体の化学反応を当該エネルギーをもつて促進で
きるので、例えば悪臭気体の酸化反応による脱臭
などに利用ができるものである。

ところで、従来のマイクロ波プラズマ発生装置
は、特開昭57−184832号公報に記載されている如
く、常時発弧状態を維持する必要があることか
ら、プラズマの消弧を光検出手段によつて検出
し、耐熱導電性材料から成るプラズマ発生用接触
棒をプラズマ発生用電極に接せしめ、あるいはフ
ライバツクトランスの電圧を高めてその接触棒の
放電用端子とプラズマ発生電極との間に発弧させ
てマイクロ波プラズマをプラズマ発生電極の先方
部に発生させようとするものである。

したがつて、かかる従来装置によれば、マイク
ロ波プラズマを点弧させる手段として、光検出手
段、プラズマ発生用電極を駆動せしめるための機
械的部分、接触棒の放電用端子に印加する電圧を
高めるためにフライバツクトランスやその電圧を
高める手段を設ける必要があり、装置全体が複雑
になると共に、構成要素が多いことから精度が低
下する等の欠点があつた。

〔考案の目的〕

この考案の目的は、装置の構成を簡素化し、か
つ信頼性を向上させたマイクロ波プラズマ発生装
置を提供することにある。

〔考案の概要〕

上記目的を達成するため、この考案は、マイク
ロ波を導入する矩形導波管の終端板からほぼ
nλg／２（λg：マイクロ波の管内波長、ｎ：自然
数）の位置に配置したアイリスと、該矩形導波管
の終端板からλg／４＋n′λg／２（n′：０又はｎよ
り小さい自然数）ほどの位置に配置し長さをほぼ
λ／４（λ：マイクロ波の空間波長）に形成した
電極と、該電極上部の導波管壁に形成した外筒
と、該外筒の頂部に配置した金網とからなること
を特徴とするものである。

上記の構成によれば、矩形導波管の終端部とア
イリスとの距離がほぼnλg／２となつているの
で、その部分が共振器となつて導入されたマイク
ロ波の周波数で共振をする。また、電極の位置が
終端板からλg／４＋n′λg／２ほどの位置にあり、
長さもほぼλ／４になつているので、電極自体も
共振し、電極先端に高い電圧が生じる。

このように電極先端に高いマイクロ波電圧が発
生し、その電圧が気体の耐電圧より高くなれば自
動的に電極先端からプラズマが発生することにな
る。

〔考案の実施例〕

以下、この考案の実施例を図面に基づいて説明
するが、その前にこの考案の原理を説明する。

導波管中を伝送するマイクロ波の電力が一定値
を超えるとマイクロ波放電を生ずることが知られ
ている。

このようにマイクロ波放電を生ずる理由として
は、導波管中に存在する気体の耐電圧が決つてい
ることから、それ以上に高いマイクロ波電圧が印
加されると絶縁破壊を生じてしまうためである。
マイクロ波を用いてプラズマを点弧させるために
は、プラズマを発生させる部分の電界強度が、そ
の周りに存在する気体の耐電圧より大きいこと
と、プラズマを発生させる部分以外の電界強度
が、そこに存在する気体の耐電圧より低いことと
の二つの条件が必要である。

上記二つの条件を満足させることができれば、
マイクロ波電力を印加するだけで、マイクロ波プ
ラズマを得ることができる。

上記した原理に基づいてこの考案はなされたも
のであり、第１図以下の図面を用いて説明する。

第１図及び第２図はこの考案に係るマイクロ波
プラズマ発生装置の実施例を示す斜視図及び断面
図である。

これらの図において、符号１はマイクロ波を伝
送する矩形の導波管であり、導波管１は図示しな
いマイクロ波発生装置に接続されている。また、
２はアイリス、３はマイクロ波を遮断し、かつ空
気を通過させる金網、４は共振器、５はマイクロ
波プラズマ、６はプラズマ発生用電極である。ま
た、７は熱ピンチ用気体流入口であり、この熱ピ
ンチ用気体流入口７は使用するマイクロ波におい
てカツトオフになるような径にしてある。８は終
端板、９は外筒である。１０は窓であり、この窓
１０はマイクロ波を通過させるが熱ピンチ用気体
を通過させないような誘電体からなる窓である。

このような構成要素を有するマイクロ波プラズ
マ発生装置は、前記マイクロ波を伝送する導波管
１中に共振器４を形成させ、かつ当該共振器４の
電界最大部をブラズマ発生器５０となし、該プラ
ズマ発生部５０を、その電界強度が周辺気体の耐
圧以上となるように、共振器４の所定の位置（l₁
及びI₄）に当該プラズマ発生用電極６を配設する
と共に、該電極６の長さl₃を、 l₃＝λ／４＋nλ／２ただし、λ；マイクロ波の波長ｎ；０，１，２，３，…… として構成されたものである。

尚、外筒９は、長さl₂の筒状となし、その頂部
に金網３を設けて構成されており、円形導波管に
することもできるし、マイクロ波をカツトオフす
る円筒とすることもできるが、以下の実施例では
円形導波管として利用する例で説明する。

上記の如き実施例の作用を説明する。

まず、寸法等の調整作業について説明する。

プラズマ発生用電極６の電極寸法l₃を、大略
λ／４＋nλ／２（λ：使用するマイクロ波の波
長、ｎ：０，１，２，…の整数）に調整する。次
に、l₁及びl₄を、大略λg／４＋nλg／２（λg：管内
波長）になるように該電極６を位置せしめるよう
に調整する。

さらに、導波管１よりマイクロ波を導入し、l₂
を大略nλg／２に調整することにより、プラズマ
発生用電極６の電極先端よりマイクロ波プラズマ
が発生する。

マイクロ波プラズマが電極６の先端から発生し
たら、気体流入口７より熱ピンチ用ガスを入れ
る。

次に、アイリス２を調整し、マイクロ波プラズ
マが最大になるようにする。

以上述べたような調整を１度しておけば、２度
目からは導波管１よりマイクロ波を導入するだけ
でマイクロ波プラズマが当該プラズマ発生部５０
より発生する。

導波管１より導入されたマイクロ波が、共振器
４の内に入ると終端板８とアイリス２の長さが大
略nλg／２になつており、外筒９の長さがnλg／
２になつているから共振器４は導入された周波数
で共振をする。

さらに、該電極６の寸法が、λ／４＋nλ／２
になつているので、棒自体でも共振し、プラズマ
発生部５０の該電極６の先端に高い電圧が生じ
る。

電極６の先端に高いマイクロ波電圧が発生し、
その電圧が気体の耐電圧より高くなれば自動的に
電極先端から、プラズマが発生することになる。

本実施例によれば、共振器４は、金網３の部分
や終端板８等の金属で囲まれているから、Ｑは高
く取れるので、導波管１から導入されるマイクロ
波が小さくても、自動的にプラズマを発生できる
し、何かの事故でプラズマが消えたとしても自動
的に再点弧が可能であり、安定に動作する利点が
ある。

上記実施例では外筒９を円筒導波管の例で説明
したが、この外筒はマイクロ波をカツトオフする
円筒とすることもでき、この場合マイクロ波は外
筒９には伝播しないため、l₂の長さはカツトオフ
寸法、即ち内径の２倍以上あれば長さに制約され
ない。また、この場合電極の長さはλ／４より長
くすることはできない。

第３図乃至第５図は熱ピンチ用気体流入口７取
付け位置の変形例を示す断面図である。これらの
図において、第１図及び第２図に示す実施例と同
一の構成要素のものには同一の符号を付して説明
を省略する。

この変形例は、第３図に示すように、プラズマ
発生用電極６の中心に熱ピンチ用気体流出口７を
付けたものである。このように構成しても前述と
同様の作用効果を得ることができる。

第２の変形例は、第４図に示すように、プラズ
マ発生用電極６の外側に熱ピンチ用気体流出口７
を付け、孔７０を設けてなるものである。

第３の変形例は、第５図に示すように、プラズ
マ発生用電極６の下に熱ピンチ用気体流入口７を
つけ、かつ空気孔７０を設けたものである。

尚、上記第１図及び第２図に示す実施例におい
て、種々の他の変形例が考えられる。

他の実施例として、金網３を導波管１の管面に
対して同一面まで下げて小型化を図ることもでき
るし、アイリス２をスリースタブやEHチユーナ
で代用するようにしてもよい。

第６図及び第７図は本考案に係るマイクロ波プ
ラズマ発生装置の他の実施例を示す斜視図及び断
面図である。

これらの図において、１はマイクロ波を伝送す
る導波管、５はマイクロ波プラズマ、７は熱ピン
チ用気体流入口、１０は誘導体窓、１１は共振
窓、１２は気体排出口である。

このような構成要素を有する実施例において、
導波管１に共振器としての共振窓１１を形成さ
せ、かつ共振器としての共振窓１１の電界最大部
分をプラズマ発生部５０となし、当該プラズマ発
生部５０を、その電界強度が周辺気体の耐電圧以
上となるように、共振窓１１に設けたスリツトl₅
を大略nλ／２に定めたものであり、このように
したので、スリツト長さl₅の中心部に最大電圧を
生ずることになる。このように、スリツトの中心
部の電圧が気体の絶縁耐圧以上にすれば、マイク
ロ波プラズマを生ずるのは前述の通りである。

また、共振窓１１から気体排出口１２までの寸
法は、マイクロ波が外部に輻射しないように金属
で作成しておき、マイクロ波プラズマ５がもつと
も効率よく生成されるように一度調整しておけ
ば、２度目からは、無調整で運転可能となるもの
である。当然のことであるが、上記各実施例にお
いて、導波管はどのような形状であつてもよく、
例えば円形であつてもよいのはもちろんである。

〔考案の効果〕

以上説明したように、この考案によれば、導波
管の終端板からほぼnλg／２の位置にアイリスを
配置して、アイリスと終端板で囲まれた部分を共
振器とし、その共振器内で終端板からλg／４＋
n′λg／２ほどの位置に電極を配置し、その電極
の長さをほぼλ／４とした結果、共振効果によつ
てＱが高くなり、電極部で電界が非常に強くな
る。

そのため電界強度が周辺気体の耐電圧以上とな
り、機械的手段を用いることなく、マイクロ波プ
ラズマが自動的に点弧でき、装置が簡単になり、
かつ信頼性の高まる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの考案に係るマイクロ波
プラズマ発生装置の実施例を示す図であつて、第
１図は斜視図、第２図は断面図、第３乃至第５図
は熱ピンチ用気体流入口の取付け位置の変形例を
それぞれ示す断面図、第６図及び第７図はこの考
案に係る他の実施例を示す図であつて、第６図は
斜視図、第７図は断面図である。１……導波管、２……アイリス、３……金網、
４……共振器、５……マイクロ波プラズマ、６…
…電極、７……熱ピンチ用気体流入口、８……終
端板、９……外筒、１０……誘電体窓、１１……
共振窓、１２……気体排出口、５０……プラズマ
発生部。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

マイクロ波を導入する矩形導波管の終端板から
ほぼnλg／２（λg：マイクロ波の管内波長、ｎ：
自然数）の位置に配置したアイリスと、該矩形導
波管の終端板からλg／４＋n′λg／２（n′：０又は
ｎより小さい自然数）ほどの位置に配置し長さを
ほぼλ／４（λ：マイクロ波の空間波長）に形成
した電極と、該電極上部の導波管壁に形成した外
筒と、該外筒の頂部に配置した金網とからなるこ
とを特徴とするマイクロ波プラズマ発生装置。