JPH0357199A - マイクロ波熱プラズマ・トーチ - Google Patents
マイクロ波熱プラズマ・トーチInfo
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- JPH0357199A JPH0357199A JP1192372A JP19237289A JPH0357199A JP H0357199 A JPH0357199 A JP H0357199A JP 1192372 A JP1192372 A JP 1192372A JP 19237289 A JP19237289 A JP 19237289A JP H0357199 A JPH0357199 A JP H0357199A
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高効率で高純度の物質を合戒するためのマイ
クロ波熱プラズマ・トーチに関するものであり、とくに
セラごツクスやダイヤモンドを初めとする新素材の生成
や、新しい応用分野の開拓を目標とする， 〔従来の技術〕 マイクロ波プラズマは、直流や高周波によるプラズマに
比べて電子密度が高く反応性も高いと言われながら、発
生領域が非常に限られているために、熱プラズマ反応に
は応用されていない．大気圧下でのマイクロ波熱プラズ
マ発生法には、幾つかの報告がある．無電極方式では、
導波管内に設置された反応管中のみにフィラメント状の
直径数一程度のプラズマを発生させる様式が一般的であ
り、膜堆積のような工程には適さないと考えられた，
１９５１年には、Ｃｏｂｉｎｅらによって、同軸先端で
プラズマを発生させる方式が考案され、（Ｊ．Ｄ．Ｃｏ
ｂｉｎｏ ａｎｄ Ｄ．＾Ｊｉ１ｂｅｒ，Ｊ．＾ｐｐ＋
．Ｐｈｙｓ．．２２（１９５１）８３５）、その後 Ｍ
ａｒｒｏｄｉｎｅａｕｖ らによって、（Ｒ．Ｍａｒ
ｒｏｄｉｎｅａｕｖ ａｎｄ Ｒ．Ｃ．Ｈｕｇｈｅ
ｓ，ＳｐｅｃｔｒｏｃｈＩｍ．Ａｃｔａ，１９ （１９
６３） １３０９）発光分光分析用トーチとして開発さ
れた．しかし、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光
分光分析の隆盛に押されたのか、その後報告例はほとん
ど無い．その理由としては、プラズマ炎の安定性と、中
心導体のエロージ胃ンの間題が考えられる．これらはい
ずれも、高純度の生成物の高速度膜堆積工程には適当で
ない。
クロ波熱プラズマ・トーチに関するものであり、とくに
セラごツクスやダイヤモンドを初めとする新素材の生成
や、新しい応用分野の開拓を目標とする， 〔従来の技術〕 マイクロ波プラズマは、直流や高周波によるプラズマに
比べて電子密度が高く反応性も高いと言われながら、発
生領域が非常に限られているために、熱プラズマ反応に
は応用されていない．大気圧下でのマイクロ波熱プラズ
マ発生法には、幾つかの報告がある．無電極方式では、
導波管内に設置された反応管中のみにフィラメント状の
直径数一程度のプラズマを発生させる様式が一般的であ
り、膜堆積のような工程には適さないと考えられた，
１９５１年には、Ｃｏｂｉｎｅらによって、同軸先端で
プラズマを発生させる方式が考案され、（Ｊ．Ｄ．Ｃｏ
ｂｉｎｏ ａｎｄ Ｄ．＾Ｊｉ１ｂｅｒ，Ｊ．＾ｐｐ＋
．Ｐｈｙｓ．．２２（１９５１）８３５）、その後 Ｍ
ａｒｒｏｄｉｎｅａｕｖ らによって、（Ｒ．Ｍａｒ
ｒｏｄｉｎｅａｕｖ ａｎｄ Ｒ．Ｃ．Ｈｕｇｈｅ
ｓ，ＳｐｅｃｔｒｏｃｈＩｍ．Ａｃｔａ，１９ （１９
６３） １３０９）発光分光分析用トーチとして開発さ
れた．しかし、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光
分光分析の隆盛に押されたのか、その後報告例はほとん
ど無い．その理由としては、プラズマ炎の安定性と、中
心導体のエロージ胃ンの間題が考えられる．これらはい
ずれも、高純度の生成物の高速度膜堆積工程には適当で
ない。
従来の発光分光分析用として開発された装置は、安定に
、強力なプラズマ炎を発生させることが困難であった．
本発明では、マイクロ波電力を効率よくプラズマ炎に吸
収させ、流体力学的に安定化を図り、高純度の生成物を
高速度に堆積させる、マイクロ波熱プラズマ・トーチを
提供するを目的とする． 〔課題を解決するための手段〕 本発明は、同軸管回路を形成するトーチ発生部、該トー
チ発生部に対し気密性誘電体窓および同軸導波管変換器
を経て、マイクロ波電力を供給する手段、該トーチ発生
部に対し円周方向および半径方向に向かってガスを噴出
させて渦巻状態として供給する手段を有し、倶給された
マイクロ波電力によって渦巻状態のガスを電離してプラ
ズマを発生させることを特徴とするマイクロ波熱プラズ
マ・トーチである． 本発明では、同軸管回路を形戒しているトーチ発生部に
、導波管回路からマイクロ波電力を供給するのに、同輔
導波管変換器を使用して、効率よく伝送し、トーチ発生
部では内導体の先端部と、外導体を共に絞って、マイク
ロ波電界をこの部分で最大にしている． プラズマの安定性および制御性を増すために、ガス噴出
口はトーチ発生部の上部に、円周方向並びに半径方向の
、独立した２系統を設ける．トーチ発生部では内導体の
先端部即ち電極で、マイクロ波電界によりガスが電離し
てプラズマが発生する．一旦発生したプラズマは、電極
のまわりに形成される電界によって、エネルギーを供給
され維持される． 〔作 用］ 導波管回路から供給されるマイクロ波電力は、同軸導波
管変換器によって効率よくトーチ発生部の同軸管回路に
変換され、先端の電極部でマイクロ波電界を最大にする
．円周方向並びに半径方向の、２系統のガス噴出口から
、ガスが回転し渦流になって供給されるので、安定で強
力なプラズマが発生しチャンバー内に吹きだし、維持さ
れる．この結果、生成物は電極に接しないから不純物を
含みにくいという利点がある．反応物質を投入するには
、プラズマ炎の上部の投入口を使用する．〔実施例〕 第１図は、本発明の実施例の概略縦断面図を示している
．トーチ発生部は、主として内導体１と、外導体２とで
構威され、上部の同軸導波管変換器によって、導波管回
路からマイクロ波電力を供給される．同軸導波管変換器
としては、方形導波管４の中央にリッジ５を設け、同軸
管回路とのインピーダンス整合を行った．図で６は気密
性誘電体窓である． 内導体１は銅製でその先端７は尖って、？！極となって
いる．この内導体１の内部には、水管３が通っており、
上部の冷却水注入口１７から冷却水出口１８に、冷却水
が流されている．外導体２はＩＲＭで内導体１と同軸管
回路を形成しており、トーチ発生部においては直径が狭
められて最小直径部８を有し、マイクロ波電界を集中さ
せてガスの電離を容易にしている．また、この内部には
冷却水溜１９を設け、冷却水注入口１７１から冷却水出
口１８１へ冷却水を流している． 一方ガスは、プラズマの安定性と制御性を増すために、
円周方向にガス流を生じさせる円周方向ガス噴出口９と
、半径方向のガス流を生じさせる半径方向ガス噴出口１
０を、トーチ発生部上部の外導体２の壁面周囲に多数設
け、ガスに回転と渦を生じさせる．これらのガスは、ガ
ス注入口１５、ｌ６からそれぞれ独立して供給される．
導波管回路より方形導波管４に加えられたＴＥＯｌモー
ドのマイクロ波電力は、気密性誘電体窓６を経て同軸導
波管変換器のりッジ５によって、同軸のＴＥＭモードに
変換され、電極７の部分で最大電圧となり、ガスをｉｓ
させてプラズマを発生させる．一旦発生したプラズマ炎
１１は、電極先端の周囲のマイクロ波電界によって、エ
ネルギーを補給されてＪ１ａＬ、チェンバー１２に噴射
サれる．１３はチェンバー壁である． 投入口ｌ４から供給された反応物賞を、トーチ発生部の
上部に投入するために、電極７にはその先端部に開孔す
る投出口１４１が設けられている．また、外導体２に穿
った投入口１４２によっても反応物質が供給されうる． 実施例では、同軸管回路を形或する内導体ｌ及び外導体
２の内外直径は、それぞれ約２０ｍｍ，約５７ｍ−であ
り、トーチ発生部の最小直径部８は約２２ｍｍとした。
、強力なプラズマ炎を発生させることが困難であった．
本発明では、マイクロ波電力を効率よくプラズマ炎に吸
収させ、流体力学的に安定化を図り、高純度の生成物を
高速度に堆積させる、マイクロ波熱プラズマ・トーチを
提供するを目的とする． 〔課題を解決するための手段〕 本発明は、同軸管回路を形成するトーチ発生部、該トー
チ発生部に対し気密性誘電体窓および同軸導波管変換器
を経て、マイクロ波電力を供給する手段、該トーチ発生
部に対し円周方向および半径方向に向かってガスを噴出
させて渦巻状態として供給する手段を有し、倶給された
マイクロ波電力によって渦巻状態のガスを電離してプラ
ズマを発生させることを特徴とするマイクロ波熱プラズ
マ・トーチである． 本発明では、同軸管回路を形戒しているトーチ発生部に
、導波管回路からマイクロ波電力を供給するのに、同輔
導波管変換器を使用して、効率よく伝送し、トーチ発生
部では内導体の先端部と、外導体を共に絞って、マイク
ロ波電界をこの部分で最大にしている． プラズマの安定性および制御性を増すために、ガス噴出
口はトーチ発生部の上部に、円周方向並びに半径方向の
、独立した２系統を設ける．トーチ発生部では内導体の
先端部即ち電極で、マイクロ波電界によりガスが電離し
てプラズマが発生する．一旦発生したプラズマは、電極
のまわりに形成される電界によって、エネルギーを供給
され維持される． 〔作 用］ 導波管回路から供給されるマイクロ波電力は、同軸導波
管変換器によって効率よくトーチ発生部の同軸管回路に
変換され、先端の電極部でマイクロ波電界を最大にする
．円周方向並びに半径方向の、２系統のガス噴出口から
、ガスが回転し渦流になって供給されるので、安定で強
力なプラズマが発生しチャンバー内に吹きだし、維持さ
れる．この結果、生成物は電極に接しないから不純物を
含みにくいという利点がある．反応物質を投入するには
、プラズマ炎の上部の投入口を使用する．〔実施例〕 第１図は、本発明の実施例の概略縦断面図を示している
．トーチ発生部は、主として内導体１と、外導体２とで
構威され、上部の同軸導波管変換器によって、導波管回
路からマイクロ波電力を供給される．同軸導波管変換器
としては、方形導波管４の中央にリッジ５を設け、同軸
管回路とのインピーダンス整合を行った．図で６は気密
性誘電体窓である． 内導体１は銅製でその先端７は尖って、？！極となって
いる．この内導体１の内部には、水管３が通っており、
上部の冷却水注入口１７から冷却水出口１８に、冷却水
が流されている．外導体２はＩＲＭで内導体１と同軸管
回路を形成しており、トーチ発生部においては直径が狭
められて最小直径部８を有し、マイクロ波電界を集中さ
せてガスの電離を容易にしている．また、この内部には
冷却水溜１９を設け、冷却水注入口１７１から冷却水出
口１８１へ冷却水を流している． 一方ガスは、プラズマの安定性と制御性を増すために、
円周方向にガス流を生じさせる円周方向ガス噴出口９と
、半径方向のガス流を生じさせる半径方向ガス噴出口１
０を、トーチ発生部上部の外導体２の壁面周囲に多数設
け、ガスに回転と渦を生じさせる．これらのガスは、ガ
ス注入口１５、ｌ６からそれぞれ独立して供給される．
導波管回路より方形導波管４に加えられたＴＥＯｌモー
ドのマイクロ波電力は、気密性誘電体窓６を経て同軸導
波管変換器のりッジ５によって、同軸のＴＥＭモードに
変換され、電極７の部分で最大電圧となり、ガスをｉｓ
させてプラズマを発生させる．一旦発生したプラズマ炎
１１は、電極先端の周囲のマイクロ波電界によって、エ
ネルギーを補給されてＪ１ａＬ、チェンバー１２に噴射
サれる．１３はチェンバー壁である． 投入口ｌ４から供給された反応物賞を、トーチ発生部の
上部に投入するために、電極７にはその先端部に開孔す
る投出口１４１が設けられている．また、外導体２に穿
った投入口１４２によっても反応物質が供給されうる． 実施例では、同軸管回路を形或する内導体ｌ及び外導体
２の内外直径は、それぞれ約２０ｍｍ，約５７ｍ−であ
り、トーチ発生部の最小直径部８は約２２ｍｍとした。
２周波数２．４５ ＧＨｚのマイクロ波電力を印加し、
水素とアルゴンの混合ガスをプラズマガスとして用いた
場合、大気圧下で安定にプラズマを発生・維持した． 〔発明の効果〕 従来のマイクロ波熱プラズマ発生装置では、発光分光分
析に使用される程度で、プラズマ炎の安定度などの理由
によって、物質の熱プラズマ反応には、応用されていな
かった．本発明のマイクロ波熱プラズマ・トーチを使用
すれば、強力なプラズマ炎を発生・維持できるので、こ
れが可能になった．本発明のマイクロ波熱プラズマ・ト
ーチの特徴を挙げれば、つぎのようになる。
水素とアルゴンの混合ガスをプラズマガスとして用いた
場合、大気圧下で安定にプラズマを発生・維持した． 〔発明の効果〕 従来のマイクロ波熱プラズマ発生装置では、発光分光分
析に使用される程度で、プラズマ炎の安定度などの理由
によって、物質の熱プラズマ反応には、応用されていな
かった．本発明のマイクロ波熱プラズマ・トーチを使用
すれば、強力なプラズマ炎を発生・維持できるので、こ
れが可能になった．本発明のマイクロ波熱プラズマ・ト
ーチの特徴を挙げれば、つぎのようになる。
（】）マイクロ波熱プラズマ・トーチでは、直流アーク
・ジェノトと比較して、電極からの不純物を堆積物に含
みにくい長所がある．（２）直流アーク・ジェットや高
周波プラズマと比較して、大気圧純水素プラズマを維持
する電力が、格段に低い． ＨｒＩち、４ ＭＨｚの
高周波プラズマでは、５００ｋｗ以上必要であるのに対
して、マイクロ波では、１．８ ｋｗ程度の低電力で充
分である． （３）マイクロ波熱プラズマ・トーチではプラズマ中の
温度勾配・濃度勾配が、共にかなり小さいと考えられる
ので、物質合威に適している． （４）電極の溶解が殆ど無いから、ｉ極ユロージョンの
間朋も少ない． （５）安定なプラズマ炎を長時間発生し、効率よく高純
度の反応生成物が得られる．
・ジェノトと比較して、電極からの不純物を堆積物に含
みにくい長所がある．（２）直流アーク・ジェットや高
周波プラズマと比較して、大気圧純水素プラズマを維持
する電力が、格段に低い． ＨｒＩち、４ ＭＨｚの
高周波プラズマでは、５００ｋｗ以上必要であるのに対
して、マイクロ波では、１．８ ｋｗ程度の低電力で充
分である． （３）マイクロ波熱プラズマ・トーチではプラズマ中の
温度勾配・濃度勾配が、共にかなり小さいと考えられる
ので、物質合威に適している． （４）電極の溶解が殆ど無いから、ｉ極ユロージョンの
間朋も少ない． （５）安定なプラズマ炎を長時間発生し、効率よく高純
度の反応生成物が得られる．
Claims (1)
- （１）同軸管回路を形成するトーチ発生部、該トーチ発
生部に対し気密性誘電体窓および同軸導波管変換器を経
て、マイクロ波電力を供給する手段、該トーチ発生部に
対し円周方向および半径方向に向かってガスを噴出させ
て渦巻状態として供給する手段を有し、供給されたマイ
クロ波電力によって渦巻状態のガスを電離してプラズマ
を発生させることを特徴とするマイクロ波熱プラズマ・
トーチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1192372A JP2527150B2 (ja) | 1989-07-25 | 1989-07-25 | マイクロ波熱プラズマ・ト―チ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1192372A JP2527150B2 (ja) | 1989-07-25 | 1989-07-25 | マイクロ波熱プラズマ・ト―チ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0357199A true JPH0357199A (ja) | 1991-03-12 |
| JP2527150B2 JP2527150B2 (ja) | 1996-08-21 |
Family
ID=16290191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1192372A Expired - Lifetime JP2527150B2 (ja) | 1989-07-25 | 1989-07-25 | マイクロ波熱プラズマ・ト―チ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2527150B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04351899A (ja) * | 1991-05-28 | 1992-12-07 | Toyonobu Yoshida | マイクロ波熱プラズマ反応装置 |
| JPH07245192A (ja) * | 1993-05-14 | 1995-09-19 | Seiko Epson Corp | 表面処理方法及びその装置、半導体装置の製造方法及びその装置、並びに液晶ディスプレイの製造方法 |
| EP0710054A1 (en) | 1994-10-26 | 1996-05-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Microwave plasma torch and method for generating plasma |
| WO2000069230A1 (en) * | 1999-05-11 | 2000-11-16 | Dae Won Paptin Form Co., Ltd. | Microwave plasma burner |
| WO2002004930A1 (en) * | 2000-07-06 | 2002-01-17 | Varian Australia Pty. Ltd. | Plasma source for spectrometry |
| JP2008506235A (ja) * | 2004-07-07 | 2008-02-28 | アマランテ テクノロジーズ，インク． | プルーム安定性及び加熱効率が改善されたマイクロ波プラズマノズル |
| JP2013109875A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Tokai Rubber Ind Ltd | マイクロ波プラズマ処理装置 |
| US9284416B2 (en) | 2009-11-16 | 2016-03-15 | Evonik Roehm Gmbh | Process for converting a solid (meth)acrylate copolymer into a dispersed form by means of a dispersing agent |
| WO2018224097A1 (de) * | 2017-06-06 | 2018-12-13 | Fricke Und Mallah Microwave Technology Gmbh | Vorrichtung zum erzeugen eines plasmastrahls im mhz- und ghz-bereich mit tem- und hohlleitermoden |
| CN113194594B (zh) * | 2021-04-21 | 2023-06-23 | 电子科技大学 | 一种介质喷嘴增强的手持医疗用低功率微波等离子体炬 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102130956B1 (ko) * | 2018-04-05 | 2020-08-05 | (주)그린사이언스 | 금속분말 또는 금속합금 제조를 위한 마이크로웨이브 플라즈마 토치 및 이를 이용하여 금속화합물 또는 금속화합물이 포함된 물질 및 금속분말을 처리하는 방법 |
-
1989
- 1989-07-25 JP JP1192372A patent/JP2527150B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH04351899A (ja) * | 1991-05-28 | 1992-12-07 | Toyonobu Yoshida | マイクロ波熱プラズマ反応装置 |
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| US5734143A (en) * | 1994-10-26 | 1998-03-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Microwave plasma torch having discretely positioned gas injection holes and method for generating plasma |
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