JPH04368800A - 高周波プラズマトーチ - Google Patents
高周波プラズマトーチInfo
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- JPH04368800A JPH04368800A JP3144849A JP14484991A JPH04368800A JP H04368800 A JPH04368800 A JP H04368800A JP 3144849 A JP3144849 A JP 3144849A JP 14484991 A JP14484991 A JP 14484991A JP H04368800 A JPH04368800 A JP H04368800A
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- plasma
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Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、誘導結合型高周波プラ
ズマトーチに関する。
ズマトーチに関する。
【０００２】
【従来の技術】誘導結合型高周波プラズマトーチ（以下
高周波プラズマトーチ）は、超微粒子の合成、溶射、蒸
着、塩化物の酸化などの分野に用いられている。これら
の産業分野では高周波プラズマトーチの大容量化及び高
効率化が求められている。高周波プラズマトーチの冷却
構造は大別して２種類ある。水没コイル方式（図３）と
二重管方式（図４）である。これらの方式の利得を以下
に述べる。
高周波プラズマトーチ）は、超微粒子の合成、溶射、蒸
着、塩化物の酸化などの分野に用いられている。これら
の産業分野では高周波プラズマトーチの大容量化及び高
効率化が求められている。高周波プラズマトーチの冷却
構造は大別して２種類ある。水没コイル方式（図３）と
二重管方式（図４）である。これらの方式の利得を以下
に述べる。
【０００３】図３に示した水没コイル方式はＴＡＦＡ社
により商業化されているトーチ等にみられる。この方式
の利点は高周波コイルの径とプラズマの径との差が比較
的小さいため高周波電力が有効にプラズマに供給される
ことである。更に、高周波コイル間は冷媒が流れている
ため高電圧が供給された場合でも絶縁破壊することはな
く僅かな漏れ電流が定常的に流れるだけである。また、
この方式では水没コイルに高周波を供給し、かつ冷媒を
シールするために、トーチの外壁として加工性がよく絶
縁物質であるチフロンが用いられている。このトーチに
おいては高周波コイルが無い部分では冷媒の流れる空間
が広く冷媒の流速は比較的遅い。したがって、大電力を
プラズマに供給するときには冷媒の流量を大きくする必
要がある。また、このトーチの場合トーチ外部からプラ
ズマを観察することが出来ない。したがって、プロセス
のモニタリングが困難である。
により商業化されているトーチ等にみられる。この方式
の利点は高周波コイルの径とプラズマの径との差が比較
的小さいため高周波電力が有効にプラズマに供給される
ことである。更に、高周波コイル間は冷媒が流れている
ため高電圧が供給された場合でも絶縁破壊することはな
く僅かな漏れ電流が定常的に流れるだけである。また、
この方式では水没コイルに高周波を供給し、かつ冷媒を
シールするために、トーチの外壁として加工性がよく絶
縁物質であるチフロンが用いられている。このトーチに
おいては高周波コイルが無い部分では冷媒の流れる空間
が広く冷媒の流速は比較的遅い。したがって、大電力を
プラズマに供給するときには冷媒の流量を大きくする必
要がある。また、このトーチの場合トーチ外部からプラ
ズマを観察することが出来ない。したがって、プロセス
のモニタリングが困難である。
【０００４】図４に示した二重管方式は日本高周波社に
より商業化されているトーチ等に見られる。この方式の
利点は二重管の間の空間を狭くすることで容易に冷媒の
流速を速くすることが可能な点である。また二重管を石
英で構成することによりトーチの外部からプラズマを観
察することが可能な点である。また、この方式では高周
波コイルは二重管の外部に位置するため高周波コイルの
径とプラズマの径との差が大きく高周波電力が有効にプ
ラズマに供給されない。さらに大出力プラズマを発生さ
せるために高電圧を高周波コイルに供給するとき、コイ
ル間で絶縁破壊を起こし放電するという問題がある。通
常高周波電源には過負荷防止装置が備わっているため、
コイル間で大電流が流れると高周波電源は自動停止する
。その結果プラズマが消えた後プラズマ処理されなかっ
た原料が製品に混入するという重大な欠点がある。すな
わち、この方式は研究開発段階でプラズマ発生・維持条
件を探索するには有利であるが、産業上の利用には不適
である。
より商業化されているトーチ等に見られる。この方式の
利点は二重管の間の空間を狭くすることで容易に冷媒の
流速を速くすることが可能な点である。また二重管を石
英で構成することによりトーチの外部からプラズマを観
察することが可能な点である。また、この方式では高周
波コイルは二重管の外部に位置するため高周波コイルの
径とプラズマの径との差が大きく高周波電力が有効にプ
ラズマに供給されない。さらに大出力プラズマを発生さ
せるために高電圧を高周波コイルに供給するとき、コイ
ル間で絶縁破壊を起こし放電するという問題がある。通
常高周波電源には過負荷防止装置が備わっているため、
コイル間で大電流が流れると高周波電源は自動停止する
。その結果プラズマが消えた後プラズマ処理されなかっ
た原料が製品に混入するという重大な欠点がある。すな
わち、この方式は研究開発段階でプラズマ発生・維持条
件を探索するには有利であるが、産業上の利用には不適
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる現状に
鑑み、高効率及び大電力で運転することが可能である高
周波プラズマトーチを提供することを目的とする。
鑑み、高効率及び大電力で運転することが可能である高
周波プラズマトーチを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記の目的を
達成するべく種々実験、検討を重ねた結果、本発明に至
った。まず、本発明者はプラズマに曝されるプラズマ閉
じこめ管の加熱状況を調査した。この結果、プラズマ閉
じこめ管のコイル部分ではなくコイル直下部分で冷媒が
沸騰することが判明した。すなわち、プラズマからの熱
を最も受けるのはコイル直下部分である。これは高周波
コイル部分で加熱されたプラズマが下流部に吹き付ける
ためであると推定された。
達成するべく種々実験、検討を重ねた結果、本発明に至
った。まず、本発明者はプラズマに曝されるプラズマ閉
じこめ管の加熱状況を調査した。この結果、プラズマ閉
じこめ管のコイル部分ではなくコイル直下部分で冷媒が
沸騰することが判明した。すなわち、プラズマからの熱
を最も受けるのはコイル直下部分である。これは高周波
コイル部分で加熱されたプラズマが下流部に吹き付ける
ためであると推定された。
【０００７】次に、本発明者は冷却能が必要とされる部
分だけに高い冷却能を保証する方法を検討した。通常固
体と流体との間の伝熱能はヌセルト数により表わさせる
が、ヌセルト数を大きくするためにはレイノルズ数を大
きくすればよい。レイノルズ数は流体の流速に比例する
。したがって、コイル直下部分での冷媒の流速をコイル
の直下部分だけでも向上させる方法を検討し本発明に至
った。すなわち、高周波コイルの直下部分に堰を置き、
冷媒の通過する隙間を狭くすることによりこの部分での
冷媒の流速を速め、冷却能を向上させることが可能とな
った。本発明の高周波プラズマトーチの縦方向断面正面
図を図１に示す。また、プラズマ観察用の窓をとりつけ
た本発明の高周波プラズマトーチを図２に示す。
分だけに高い冷却能を保証する方法を検討した。通常固
体と流体との間の伝熱能はヌセルト数により表わさせる
が、ヌセルト数を大きくするためにはレイノルズ数を大
きくすればよい。レイノルズ数は流体の流速に比例する
。したがって、コイル直下部分での冷媒の流速をコイル
の直下部分だけでも向上させる方法を検討し本発明に至
った。すなわち、高周波コイルの直下部分に堰を置き、
冷媒の通過する隙間を狭くすることによりこの部分での
冷媒の流速を速め、冷却能を向上させることが可能とな
った。本発明の高周波プラズマトーチの縦方向断面正面
図を図１に示す。また、プラズマ観察用の窓をとりつけ
た本発明の高周波プラズマトーチを図２に示す。
【０００８】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
ので、つまり本発明は高周波プラズマトーチに於て、ト
ーチの冷却構造の高周波コイルの直下部分に堰を設ける
ことを特徴とする高周波プラズマトーチである。
ので、つまり本発明は高周波プラズマトーチに於て、ト
ーチの冷却構造の高周波コイルの直下部分に堰を設ける
ことを特徴とする高周波プラズマトーチである。
【０００９】
【作用】以下に詳細に本発明を説明する。図２を用いて
説明する。図２は本発明の高周波プラズマトーチにおい
て窓をとりつけたトーチの断面図である。本トーチは図
３または図４に示した高周波プラズマトーチと同様に、
高周波コイル１、プラズマ閉じこめ管２、ガス供給用ヘ
ッド３を有する。本トーチは図３に示した水没コイル方
式であり、絶縁体で出来た外壁４により高周波コイルの
両端を絶縁するとともに冷媒５をシールしている。本ト
ーチにはプラズマ観察用の窓６を備えプラズマのモニタ
ーが可能となっている。
説明する。図２は本発明の高周波プラズマトーチにおい
て窓をとりつけたトーチの断面図である。本トーチは図
３または図４に示した高周波プラズマトーチと同様に、
高周波コイル１、プラズマ閉じこめ管２、ガス供給用ヘ
ッド３を有する。本トーチは図３に示した水没コイル方
式であり、絶縁体で出来た外壁４により高周波コイルの
両端を絶縁するとともに冷媒５をシールしている。本ト
ーチにはプラズマ観察用の窓６を備えプラズマのモニタ
ーが可能となっている。
【００１０】冷媒５をプラズマ閉じこめ管２近傍に集中
的に流すことを目的とする堰７は高周波コイル１の直下
部分に置かれる。直下部分とはプラズマの流れる方向を
基準にして高周波コイルより下流部のことを意味し、冷
媒５の流れる方向とは関係が無い。したがって、ガス供
給用ヘッド３と堰７は高周波コイル１を挟んで反対側に
置かれる必要がある。堰７とプラズマ閉じこめ管２との
間の隙間は流速を高めるために例えば３ｍｍ以下である
ことが望ましい。堰７の材質は高周波による誘導電流を
抑えるため絶縁体であることが望ましい。
的に流すことを目的とする堰７は高周波コイル１の直下
部分に置かれる。直下部分とはプラズマの流れる方向を
基準にして高周波コイルより下流部のことを意味し、冷
媒５の流れる方向とは関係が無い。したがって、ガス供
給用ヘッド３と堰７は高周波コイル１を挟んで反対側に
置かれる必要がある。堰７とプラズマ閉じこめ管２との
間の隙間は流速を高めるために例えば３ｍｍ以下である
ことが望ましい。堰７の材質は高周波による誘導電流を
抑えるため絶縁体であることが望ましい。
【００１１】本発明のトーチではプラズマ閉じ込め管２
の材質を適宜選択することが可能である。すなわち、研
究開発段階では、プラズマをモニタリングするためにプ
ラズマ閉じ込め管２の材質として石英を選択し、同一条
件で運転する実生産段階では熱衝撃に強い例えば窒化珪
素を選択することが可能である。さらに、本発明のトー
チでは高周波プラズマトーチを冷却する冷媒として水以
外の流体を適宜選択することが可能である。すなわち、
有機溶媒や液化金属等も冷媒として可能である。
の材質を適宜選択することが可能である。すなわち、研
究開発段階では、プラズマをモニタリングするためにプ
ラズマ閉じ込め管２の材質として石英を選択し、同一条
件で運転する実生産段階では熱衝撃に強い例えば窒化珪
素を選択することが可能である。さらに、本発明のトー
チでは高周波プラズマトーチを冷却する冷媒として水以
外の流体を適宜選択することが可能である。すなわち、
有機溶媒や液化金属等も冷媒として可能である。
【００１２】また、本発明は二重管方式にも適用可能で
ある。すわなち、図１に示した本発明の高周波プラズマ
トーチは原理的に水没コイル方式であるが、二重管方式
（図４）においても絶縁体で出来た外壁４の内側の高周
波コイル直下部分に堰を設けることにより冷却能を向上
させることが可能である。なおこの場合は高周波コイル
の径が大きいため効率が損なわれるが、冷媒の流量を減
少させることが可能である。
ある。すわなち、図１に示した本発明の高周波プラズマ
トーチは原理的に水没コイル方式であるが、二重管方式
（図４）においても絶縁体で出来た外壁４の内側の高周
波コイル直下部分に堰を設けることにより冷却能を向上
させることが可能である。なおこの場合は高周波コイル
の径が大きいため効率が損なわれるが、冷媒の流量を減
少させることが可能である。
【００１３】以下に本発明の実施例を示す。
【００１４】
【実施例】（実施例１）図２に示された本発明の高周波
プラズマトーチと堰を除いた高周波プラズマトーチで高
周波プラズマを点火し冷媒が沸騰しない限界の高周波入
力を求めた。両高周波プラズマトーチの寸法は同一であ
る。すなわち、プラズマ閉じこめ管２の内径は５６ｍｍ
であり、高周波コイル１の内径は６４ｍｍである。なお
、本発明の高周波プラズマトーチには内径が６４ｍｍの
テフロン製堰７が設けられている。
プラズマトーチと堰を除いた高周波プラズマトーチで高
周波プラズマを点火し冷媒が沸騰しない限界の高周波入
力を求めた。両高周波プラズマトーチの寸法は同一であ
る。すなわち、プラズマ閉じこめ管２の内径は５６ｍｍ
であり、高周波コイル１の内径は６４ｍｍである。なお
、本発明の高周波プラズマトーチには内径が６４ｍｍの
テフロン製堰７が設けられている。
【００１５】両高周波プラズマトーチの運転は同一であ
る。まず、高周波プラズマトーチ内を真空排気し、冷媒
５を １０１／ｍｉｎ で供給する。次に、アルゴンガ
スを ８０１／ｍｉｎ でガス供給用ヘッド３から供給
しながら、高周波を供給しグロー放電を開始し、高周波
入力を高めアーク放電に移行する。トーチ内圧力が大気
圧となったところでトーチを大気開放とする。この時の
高周波入力は高周波電源の陽極電力で２０ｋＷとなるよ
うにする。次に、アルゴンガスに加え水素ガスをガス供
給用ヘッド３から供給するとともに高周波入力を高めて
ゆき、冷媒の沸騰をプラズマ観察用窓から観察する。こ
のときの水素ガスの混入速度は、陽極電力５ｋＷ増加と
ともに１１／ｍｉｎ の混入とする。
る。まず、高周波プラズマトーチ内を真空排気し、冷媒
５を １０１／ｍｉｎ で供給する。次に、アルゴンガ
スを ８０１／ｍｉｎ でガス供給用ヘッド３から供給
しながら、高周波を供給しグロー放電を開始し、高周波
入力を高めアーク放電に移行する。トーチ内圧力が大気
圧となったところでトーチを大気開放とする。この時の
高周波入力は高周波電源の陽極電力で２０ｋＷとなるよ
うにする。次に、アルゴンガスに加え水素ガスをガス供
給用ヘッド３から供給するとともに高周波入力を高めて
ゆき、冷媒の沸騰をプラズマ観察用窓から観察する。こ
のときの水素ガスの混入速度は、陽極電力５ｋＷ増加と
ともに１１／ｍｉｎ の混入とする。
【００１６】堰を除いた高周波トーチでは陽極電力が４
５ｋＷの時、プラズマ閉じこめ管２外壁で沸騰が起き始
めた。一方、本発明の高周波プラズマトーチでは陽極電
力が １５０ｋＷの時でも冷媒の沸騰は観察されなかっ
た。すなわち、本発明の高周波プラズマトーチでは、プ
ラズマをモニタリングすることが可能である事かつ高効
率及び大電力で運転することが可能である。
５ｋＷの時、プラズマ閉じこめ管２外壁で沸騰が起き始
めた。一方、本発明の高周波プラズマトーチでは陽極電
力が １５０ｋＷの時でも冷媒の沸騰は観察されなかっ
た。すなわち、本発明の高周波プラズマトーチでは、プ
ラズマをモニタリングすることが可能である事かつ高効
率及び大電力で運転することが可能である。
【００１７】
【効果】本発明により、高周波プラズマトーチを高効率
及び大電力で運転することが可能となった。以上により
大容量の高周波プラズマを高効率に安定的に運転するこ
とが工業的に実施することが可能となり、産業上の発展
に貢献するところきわめて大である。
及び大電力で運転することが可能となった。以上により
大容量の高周波プラズマを高効率に安定的に運転するこ
とが工業的に実施することが可能となり、産業上の発展
に貢献するところきわめて大である。
【図１】本発明の高周波プラズマトーチの縦方向断面正
面図である。
面図である。
【図２】本発明の他の実施例の高周波プラズマトーチを
示し、（ａ）は縦方向断面図正面図であり、（ｂ）は図
（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
示し、（ａ）は縦方向断面図正面図であり、（ｂ）は図
（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】従来の水没コイル方式高周波プラズマトーチの
縦方向断面正面図である。
縦方向断面正面図である。
【図４】従来の二重管方式高周波プラズマトーチの縦方
向断面正面図である。
向断面正面図である。
１…高周波コイル
２…プラズマ閉じこめ管
３…ガス供給用ヘッド
４…絶縁体で出来た外壁
５…冷媒
６…プラズマ観察用の窓
７…堰
Claims (1)
- 【請求項１】 高周波プラズマトーチに於て、トーチ
の冷却構造の高周波コイルの直下部分に堰を設けること
を特徴とする高周波プラズマトーチ
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3144849A JPH04368800A (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | 高周波プラズマトーチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3144849A JPH04368800A (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | 高周波プラズマトーチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04368800A true JPH04368800A (ja) | 1992-12-21 |
Family
ID=15371851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3144849A Withdrawn JPH04368800A (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | 高周波プラズマトーチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04368800A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013093265A (ja) * | 2011-10-27 | 2013-05-16 | Panasonic Corp | プラズマ処理装置及び方法 |
| JP2014500577A (ja) * | 2010-10-20 | 2014-01-09 | ラム リサーチ コーポレーション | プラズマを点火および維持するための方法および装置 |
-
1991
- 1991-06-17 JP JP3144849A patent/JPH04368800A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014500577A (ja) * | 2010-10-20 | 2014-01-09 | ラム リサーチ コーポレーション | プラズマを点火および維持するための方法および装置 |
| JP2013093265A (ja) * | 2011-10-27 | 2013-05-16 | Panasonic Corp | プラズマ処理装置及び方法 |
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|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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