JPH10147881A - Atmospheric pressure discharge method and device therefor - Google Patents

Atmospheric pressure discharge method and device therefor

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JPH10147881A
JPH10147881A JP8324711A JP32471196A JPH10147881A JP H10147881 A JPH10147881 A JP H10147881A JP 8324711 A JP8324711 A JP 8324711A JP 32471196 A JP32471196 A JP 32471196A JP H10147881 A JPH10147881 A JP H10147881A
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JP
Japan
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electrode
insulator
oxide
atmospheric pressure
discharge
Prior art date
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Pending
Application number
JP8324711A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Torimoto
善章 鳥本
Masaki Sadakata
正毅 定方
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MINES KK
Original Assignee
MINES KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a discharge method in which any expensive incidental equipment is not required for discharge and the need of fabricating complicated electrodes is eliminated and by which atmospheric pressure discharge can be performed with a small electric power and also to provide the device for the discharge method. SOLUTION: This discharge method comprises applying a voltage to between a cathode and an electrode placed on an insulator, under the atmospheric pressure by using the device for the method. At this time, the device has a structure such that an anode 2 and a cathode 3 are placed on one side of an ion conductor 1 and on the other side of the ion conductor 1 respectively and further, an insulator 4 is placed on the anode 2 and an electrode 5 is placed on the insulator 4 and also, ion passage holes 5' are formed through the insulator 4 and the electrode 5 to enable movement of ions of the anode 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は大気圧放電方法およ
びそれに用いる装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an atmospheric pressure discharging method and an apparatus used therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、大気圧以上の気圧下でグロー
放電させる目的で、各種の方法、装置が開発されてい
る。例えば、特開平5−275191号公報には、導電
体の電極を同心円筒状に配し、該電極の隙間に高誘電率
を有する円筒状絶縁体を同心円状に、かつ外側電極に接
するように挿入し、該絶縁体の隙間に稀ガスを主体とす
る気体を大気圧状態で送流状態に保持し、前記電極間に
交流電界を印加して稀ガスを主体とする気体を電離する
ことにより、プラズマを発生させる大気圧放電方法が開
示されている。
2. Description of the Related Art Various methods and apparatuses have been developed for the purpose of glow discharge under atmospheric pressure or higher. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-275191, an electrode of a conductor is arranged concentrically in a cylindrical shape, and a cylindrical insulator having a high dielectric constant is concentrically arranged in a gap between the electrodes so as to be in contact with the outer electrode. By inserting a gas mainly composed of a rare gas into the gap between the insulators in a state of being sent at an atmospheric pressure, and applying an AC electric field between the electrodes to ionize the gas mainly composed of the rare gas. An atmospheric pressure discharge method for generating plasma is disclosed.

【0003】また、特開平4−168281号公報に
は、高圧電極と接地電極間に形成される放電空間内ある
いは接地電極側に被成膜材を配置して、前記電極間に高
電圧を印加して大気圧近傍でグロー放電あるいは無声放
電する放電空隙に、成膜種に応じたモノマー気体あるい
は処理に応じたプラズマ用気体と不活性ガスからなる反
応ガスを導入して成膜する大気圧グロープラズマ放電装
置において、高圧電極と接地電極の少なくとも一方を導
電性網電極で構成し、当該網電極の外側より放電空間に
反応ガスを供給することを特徴とする大気圧グロープラ
ズマ装置が開示されている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-168281, a film-forming material is arranged in a discharge space formed between a high-voltage electrode and a ground electrode or in a ground electrode side, and a high voltage is applied between the electrodes. Atmospheric pressure glow for forming a film by introducing a monomer gas or a reactive gas consisting of a plasma gas and an inert gas according to the type of film into discharge gaps where glow discharge or silent discharge occurs near atmospheric pressure An atmospheric pressure glow plasma device is disclosed in which at least one of a high-voltage electrode and a ground electrode is formed of a conductive mesh electrode in a plasma discharge device, and a reaction gas is supplied to a discharge space from outside the mesh electrode. I have.

【0004】しかしながら、これらの放電方法や装置に
は、いずれも高周波高電圧を供給するための装置が必要
であり、更に誘電体と電極のいずれもが複雑な構造であ
るか、また大気圧下でのグロー放電を安定化させるため
に、放電電極に複雑な工夫がなされている。従って、コ
ストや装置の複雑化・大型化などの点で問題があり、ま
た多大な電力を要した。
[0004] However, each of these discharge methods and devices requires a device for supplying a high frequency and high voltage, and furthermore, whether each of the dielectric and the electrode has a complicated structure, and whether or not the discharge is performed under atmospheric pressure. In order to stabilize the glow discharge in the discharge electrode, complicated measures have been taken on the discharge electrode. Therefore, there is a problem in terms of cost, complexity and size of the apparatus, and a large amount of power is required.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
したような放電のための高価な付帯設備を使用せず、ま
た複雑な電極を作製せず、かつ、小電力で大気圧放電が
可能な、大気圧放電発生方法及びその装置を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned expensive auxiliary equipment for electric discharge, to manufacture complicated electrodes, and to reduce atmospheric pressure discharge with small electric power. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for generating an atmospheric pressure discharge.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる課
題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、一対の電極を
装着したイオン伝導体を用いることにより、高価な付帯
設備や高価な稀ガスを使用せず、また複雑な電極を用い
ずに大気圧下で安定な放電を発生させることができるこ
とを発見し、さらに研究を進めて本発明を完成するに至
った。即ち、本発明の要旨は、(1) イオン伝導体上
の一方にアノード電極、他方にカソード電極を設置し、
さらに該アノード電極上に絶縁体を設けかつ該絶縁体上
に電極を設けると共に、該絶縁体と電極を貫通するイオ
ン流通孔を設けて該アノード電極のイオンの移動を可能
とした構造を有する装置を用いて、大気圧下で該カソー
ド電極と該絶縁体上の電極の間に電圧を印加することを
特徴とする放電方法、(2) イオン伝導体と、該イオ
ン伝導体上の一方に設けられたアノード電極と、該イオ
ン伝導体上の他方に設けられたカソード電極とを有し、
さらに該アノード電極の上に絶縁体が設けられかつ該絶
縁体上に電極が設けられると共に該絶縁体と電極を貫通
するイオン流通孔を備え、かつ該カソード電極と該絶縁
体上の電極間に電圧を印加する電圧印加手段を有するこ
とを特徴とする大気圧放電発生装置、(3) イオン伝
導体が、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化カルシ
ウム、酸化マンガン、酸化イットリウム、酸化チタン、
および酸化バリウムからなる群より選ばれる金属酸化
物、または酸化ジルコニウムに酸化イットリウムを固溶
したものである前記(2)記載の大気圧放電発生装置、
(4) イオン伝導体が1〜5000μmの厚さを有す
るものである前記(2)または(3)記載の大気圧放電
発生装置、(5) イオン伝導体の温度を制御する手段
をさらに有してなる前記(2)〜(4)いずれかに記載
の大気圧放電発生装置、(6) アノード電極上の絶縁
体が酸化アルミナ、石英ガラス、ムライト、ステアタイ
ト、フォルステライトまたはベリリアである前記(2)
〜(5)いずれかに記載の大気圧放電発生装置、並びに
(7) アノード電極上の絶縁体の厚さが1〜50μm
である前記(2)〜(6)いずれかに記載の大気圧放電
発生装置、に関する。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, by using an ion conductor equipped with a pair of electrodes, expensive auxiliary equipment and expensive The inventors have discovered that stable discharge can be generated under atmospheric pressure without using a rare gas and without using a complicated electrode, and further research has led to the completion of the present invention. That is, the gist of the present invention is that (1) an anode electrode is provided on one side of an ion conductor and a cathode electrode is provided on the other side of the ion conductor;
Further, an apparatus having a structure in which an insulator is provided on the anode electrode, an electrode is provided on the insulator, and an ion flow hole is provided through the insulator and the electrode to allow movement of ions of the anode electrode. A discharge method characterized in that a voltage is applied between the cathode electrode and the electrode on the insulator under atmospheric pressure by using: (2) an ion conductor; and a discharge method provided on one of the ion conductors Having an anode electrode and a cathode electrode provided on the other side of the ion conductor,
Further, an insulator is provided on the anode electrode, and an electrode is provided on the insulator, and an ion flow hole penetrating the insulator and the electrode is provided, and between the cathode electrode and the electrode on the insulator. An atmospheric pressure discharge generator having voltage applying means for applying a voltage, (3) the ion conductor is zirconium oxide, cerium oxide, calcium oxide, manganese oxide, yttrium oxide, titanium oxide,
The atmospheric pressure discharge generator according to the above (2), which is a metal oxide selected from the group consisting of and barium oxide, or a solid solution of yttrium oxide in zirconium oxide.
(4) The atmospheric pressure discharge generator according to the above (2) or (3), wherein the ion conductor has a thickness of 1 to 5000 μm, and (5) a means for controlling the temperature of the ion conductor. The atmospheric pressure discharge generator according to any one of (2) to (4), wherein (6) the insulator on the anode electrode is alumina oxide, quartz glass, mullite, steatite, forsterite, or beryllia. 2)
(5) The atmospheric pressure discharge generator according to any of (1) to (5), wherein the thickness of the insulator on the anode electrode is 1 to 50 μm.
The atmospheric pressure discharge generator according to any one of the above (2) to (6).

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の装置は、イオン伝導体
と、該イオン伝導体上の一方に設けられたアノード電極
と、該イオン伝導体上の他方に設けられたカソード電極
とを有し、さらに該アノード電極の上に絶縁体が設けら
れかつ該絶縁体上に電極が設けられると共に該絶縁体と
電極を貫通するイオン流通孔を備え、かつ該カソード電
極と該絶縁体上の電極間に電圧を印加する電圧印加手段
を有する大気圧放電発生装置であり、イオン伝導体に設
けたアノード電極上に穿孔を有する絶縁体を設け、かつ
その絶縁体上に電極を設けている装置であることを特色
とする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The device of the present invention has an ion conductor, an anode electrode provided on one side of the ion conductor, and a cathode electrode provided on the other side of the ion conductor. An insulator is provided on the anode electrode, an electrode is provided on the insulator, and an ion flow hole penetrates the insulator and the electrode; and the cathode electrode and the electrode on the insulator are provided. An atmospheric pressure discharge generator having voltage applying means for applying a voltage to an ion conductor, wherein an insulator having perforations is provided on an anode electrode provided on an ion conductor, and an electrode is provided on the insulator. It features that.

【0008】用いられるイオン伝導体としては、種々の
イオンを伝導する特性があれば、特に限定されないが、
好ましくは、金属酸化物あるいは異種の金属酸化物を固
溶した金属酸化物で、結晶構造が蛍石型構造あるいはペ
ロブスカイト構造をもつものである。例えば、酸化セリ
ウム、酸化トリウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウ
ム、酸化ビスマス、酸化ストロンチウム、酸化コバル
ト、酸化マンガン、及び酸化チタン、並びにこれら金属
酸化物に酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化スカ
ンジウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化ニオ
ブ、酸化タングステン、酸化ネオジム、酸化サマリウ
ム、酸化カドミウム、酸化コバルト、酸化セリウム、酸
化バリウム、酸化エルビウム、酸化イッテルビウムを固
溶したものが挙げられる。これらのうち、好ましくは酸
化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、酸化
マンガン、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化バリウ
ムが用いられ、より好ましくは酸化ジルコニウムに酸化
イットリウムを固溶したものが用いられる。
[0008] The ion conductor used is not particularly limited as long as it has the property of conducting various ions.
Preferably, it is a metal oxide or a metal oxide obtained by dissolving different types of metal oxides, and has a fluorite type structure or a perovskite structure. For example, cerium oxide, thorium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, bismuth oxide, strontium oxide, cobalt oxide, manganese oxide, and titanium oxide, and these metal oxides include magnesium oxide, calcium oxide, scandium oxide, yttrium oxide, and lanthanum oxide. , Niobium oxide, tungsten oxide, neodymium oxide, samarium oxide, cadmium oxide, cobalt oxide, cerium oxide, barium oxide, erbium oxide, and ytterbium oxide. Among them, zirconium oxide, cerium oxide, calcium oxide, manganese oxide, yttrium oxide, titanium oxide, and barium oxide are preferably used, and more preferably, zirconium oxide in which yttrium oxide is dissolved is used.

【0009】イオン伝導体の形状は、特に限定されない
が、例えば板状、あるいは管状等のように略一定の厚さ
を有しているものであればよい。また、イオン伝導体の
厚さは、通常1〜5000μmで、好ましくは50〜2
000μmである。1μmより薄いものは作製が困難で
あり、分子状酸素も透過するような穴が多く存在しやす
く、また急激な温度変化等で割れやすく強度面にも問題
がある。一方、5000μmより厚いものは、良好な酸
素イオン透過性が見られなくなる。イオン伝導体の作製
法としては、焼成法、プラズマ溶射、ゾルゲル法、真空
蒸着法、スパッタリング等が挙げられるが、これらに限
定されるものではない。
The shape of the ion conductor is not particularly limited, but may be any shape having a substantially constant thickness such as a plate or a tube. The thickness of the ion conductor is usually 1 to 5000 μm, preferably 50 to 2 μm.
000 μm. Thicknesses smaller than 1 μm are difficult to fabricate, there are many holes through which molecular oxygen is permeable, and they tend to break due to rapid temperature changes and have problems in strength. On the other hand, if the thickness is more than 5000 μm, good oxygen ion permeability cannot be seen. Examples of a method for manufacturing the ion conductor include a firing method, a plasma spraying method, a sol-gel method, a vacuum evaporation method, and sputtering, but are not limited thereto.

【0010】本発明の装置は、イオン伝導体上の一方に
アノード電極を、他方にカソード電極が設けられた構造
を有し、そのアノード電極上に絶縁体を有する構造であ
るが、絶縁体としては、酸化アルミナ、石英ガラス、ム
ライト、ステアタイト、フォルステライト、ベリリア等
が用いられる。絶縁体膜厚さは、薄いほうが放電電圧に
関しては有利であるが、膜作成条件から1〜50μmが
好ましく、さらに好ましくは1〜5μmである。
The apparatus of the present invention has a structure in which an anode electrode is provided on one side of an ion conductor and a cathode electrode is provided on the other side, and an insulator is provided on the anode electrode. For example, alumina oxide, quartz glass, mullite, steatite, forsterite, beryllia and the like are used. Although a thinner insulator is more advantageous in terms of discharge voltage as it is thinner, it is preferably 1 to 50 μm, more preferably 1 to 5 μm in view of film forming conditions.

【0011】本発明の装置は、絶縁体上にさらに電極を
有する構造であるが、電極材料としては、十分な伝導性
のあるもので、厚さは薄いほうが有利である。なお、電
気伝導性の条件および電極作成条件から0.1〜50μ
mが好ましく、さらに好ましくは0.1〜5μmであ
る。
The device of the present invention has a structure in which an electrode is further provided on an insulator. As the electrode material, a material having sufficient conductivity and a smaller thickness are more advantageous. It should be noted that the electric conductivity condition and the electrode preparation condition are 0.1 to 50 μm.
m is preferred, and more preferably 0.1 to 5 μm.

【0012】具体的には、上記の電極材料としては、電
極材として十分な導電性のあるもので、例えば、金、白
金、銀、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、亜鉛、鉛等
の金属類、2種以上の金属からなる合金類あるいは炭素
等が挙げられる。また、その電極の形態としては電極材
をペースト状にして固体表面に塗布する方法、あるいは
スパッタリング法や真空蒸着法により固体表面に被覆す
る方法により得られたものなどが用いられる。
Specifically, the above-mentioned electrode material is a material having sufficient conductivity as an electrode material, for example, metals such as gold, platinum, silver, copper, iron, aluminum, nickel, zinc, and lead. And alloys composed of two or more metals or carbon. As the form of the electrode, a method in which an electrode material is formed into a paste and applied to a solid surface, or a method obtained by coating the solid surface by a sputtering method or a vacuum deposition method is used.

【0013】本発明の装置では、前記のような絶縁体と
電極を貫通するイオン流通孔を備えていることが特徴で
あり、このイオン流通孔を通じてアノード電極のイオン
の移動が可能となる。イオン流通孔の大きさは、好まし
くは0.01〜100μm、さらに好ましくは0.1〜
10μmである。0.01μmより小さいとイオンが孔
壁面と衝突し失活する傾向があり、100μmより大き
いとアノード電極と絶縁体上電極との距離と孔径比が大
きくなり、安定な放電維持が困難となる。本発明の装置
では、さらにカソード電極と絶縁体上の電極間に電圧を
印加する電圧印加手段を有している。電圧は交流、直流
のいずれでもよい。また、本発明の装置では、アノード
電極側およびカソード電極側は大気開放でよいが、放電
発生場を孤立させる構造を構成するため、カソード電極
側、アノード電極側を独立に存在させアノード側に希ガ
ス等を流通させることは、大気圧放電を行う上でなんら
問題ない。このように放電発生場を孤立させる構造は、
放電発生場を反応に用いる場合に閉塞空間が必要となる
ため有用である。以上の構成により、大気圧下で安定な
放電を発生させることができる。それ故、従来のような
放電管や、高価な希ガスまた高価な電源、複雑な電極を
用いなくてもよい。
The device of the present invention is characterized in that it has an ion flow hole penetrating the insulator and the electrode as described above, and allows the movement of ions of the anode electrode through the ion flow hole. The size of the ion flow pore is preferably 0.01 to 100 μm, more preferably 0.1 to 100 μm.
10 μm. If it is less than 0.01 μm, the ions tend to collide with the hole wall surface and be deactivated. If it is more than 100 μm, the distance between the anode electrode and the electrode on the insulator and the hole diameter ratio become large, and it becomes difficult to maintain stable discharge. The device of the present invention further includes voltage applying means for applying a voltage between the cathode electrode and the electrode on the insulator. The voltage may be either AC or DC. In the device of the present invention, the anode electrode side and the cathode electrode side may be open to the atmosphere. However, in order to construct a structure for isolating a discharge generation field, the cathode electrode side and the anode electrode side are independently provided, and the anode side is rarely provided. Flowing a gas or the like has no problem in performing atmospheric pressure discharge. The structure that isolates the discharge generation field in this way
This is useful because a closed space is required when a discharge field is used for the reaction. With the above configuration, a stable discharge can be generated under the atmospheric pressure. Therefore, it is not necessary to use a conventional discharge tube, an expensive rare gas, an expensive power supply, and complicated electrodes.

【0014】本発明の装置を用いて大気圧放電を行う方
法を以下に説明する。本発明の装置のイオン伝導体上の
カソード電極側は、酸素が存在する状態を維持し、アノ
ード電極側は、放電ガスを移動させるときは、空気や希
ガス等の流通ガスを通ずるようにする。流通ガスはアノ
ード電極上に吸着しているイオン、分子などの表面更新
の点から流通させるのが好ましい。イオン伝導体は、加
熱器と温度制御器により任意の温度に設定する。用いる
温度は100〜600℃が好ましく、200〜400℃
に設定するのがさらに好ましい。100℃未満ではイオ
ン伝導が十分でなく放電を維持することが困難であり、
600℃を超えると放電がアークに移行しやすくなるか
らである。また、カソード電極と絶縁体上の電極との間
に大気圧下で電圧を印加する。このときの放電開始電圧
は、アノード電極側の流通ガス種によって異なるが、良
好な放電状態を維持するには、100V/cm以上、好
ましくは、500V/cm以上の電圧を印加すればよ
い。電圧は交流、直流両者とも可能である。
A method for performing atmospheric pressure discharge using the apparatus of the present invention will be described below. The cathode electrode side of the ion conductor of the device of the present invention maintains the state where oxygen is present, and the anode electrode side allows passage of a flowing gas such as air or a rare gas when moving the discharge gas. . The flowing gas is preferably circulated from the viewpoint of renewing the surface of ions, molecules and the like adsorbed on the anode electrode. The ion conductor is set at an arbitrary temperature by a heater and a temperature controller. The temperature used is preferably 100 to 600 ° C, and 200 to 400 ° C.
Is more preferably set to. If the temperature is lower than 100 ° C., ionic conduction is not sufficient and it is difficult to maintain discharge,
If the temperature exceeds 600 ° C., the discharge is likely to be transferred to an arc. Further, a voltage is applied between the cathode electrode and the electrode on the insulator under atmospheric pressure. The discharge starting voltage at this time depends on the kind of flowing gas on the anode electrode side, but in order to maintain a good discharge state, a voltage of 100 V / cm or more, preferably 500 V / cm or more may be applied. The voltage can be both AC and DC.

【0015】本発明の放電方法における放電機構は、イ
オン伝導体からの電子の放出し易さによるものであり、
当該電子の放出し易さと放電条件の関係を以下に示す。
[0015] The discharge mechanism in the discharge method of the present invention is based on the ease with which electrons are emitted from the ionic conductor.
The relationship between the ease of emission of the electrons and the discharge conditions is shown below.

【0016】イオン伝導体は、伝導体結晶構造内での酸
素格子欠陥を酸素イオンが移動する特性を有する。この
イオン伝導体のカソード電極上で酸素分子が酸素原子に
解離し、かつ電子を付与されO-2となる。酸素イオンは
イオン伝導体の格子欠陥中に入り、イオン伝導体中を移
動する。また、イオン伝導体のアノード電極側では、移
動してきた酸素イオンが電極上に吸着する。そして、絶
縁体上の電極が正電極であるがゆえに、負電荷で満たさ
れたアノード電極上の酸素イオンの電子が正電極にひか
れ電子離脱を起こす。さらに電極間で加速された電子
が、電極間空間に存在する酸素分子あるいは稀ガスを電
離させ、さらなる電子を放出する。この現象が、一般的
にいわれる、連続した放電現象である。
The ion conductor has the property that oxygen ions move through oxygen lattice defects in the conductor crystal structure. Oxygen molecules are dissociated into oxygen atoms on the cathode electrode of the ion conductor, and electrons are given to O -2 . Oxygen ions enter into lattice defects of the ion conductor and move through the ion conductor. On the anode electrode side of the ion conductor, the oxygen ions that have moved are adsorbed on the electrode. Then, since the electrode on the insulator is a positive electrode, electrons of oxygen ions on the anode electrode filled with negative charges are attracted to the positive electrode to cause electron departure. Furthermore, the electrons accelerated between the electrodes ionize oxygen molecules or rare gas existing in the space between the electrodes, and emit more electrons. This phenomenon is generally called a continuous discharge phenomenon.

【0017】一般に、放電が生じる条件として、全電流
密度をJとしたとき、Jが無限大(J→∞)となること
をもって火花放電の条件としたタウンゼントの火花条件
が知られている。これを数式で表すと、
Generally, as a condition for generating a discharge, Townsend's spark condition, which is a condition for spark discharge when J is infinite (J → ∞), when the total current density is J, is known. If this is expressed by a formula,

【0018】[0018]

【数1】 (Equation 1)

【0019】となる。即ち、eq−1の分母がゼロにな
ることが、Jが無限大になる条件であり、即ち、
## EQU1 ## That is, the condition that J becomes infinite is that the denominator of eq-1 becomes zero, that is,

【0020】[0020]

【数2】 (Equation 2)

【0021】この条件を満たすことがJが無限大になる
ために必要となる。ここでαは、衝突電離係数、即ち電
子が電界方向に移動する間に電子1個が衝突により気体
分子を電離させる平均回数を表し、γは二次電子放出係
数、即ち1個のイオンあるいは電子が陰極に衝突して出
す二次電子の数を表し、Lは放電空間の距離を表す。
Satisfying this condition is necessary for J to be infinite. Here, α represents the impact ionization coefficient, that is, the average number of times that one electron ionizes gas molecules by collision while the electron moves in the direction of the electric field, and γ is the secondary electron emission coefficient, that is, one ion or electron. Represents the number of secondary electrons emitted by colliding with the cathode, and L represents the distance of the discharge space.

【0022】イオン伝導体に設けた電極(アノード電
極)を用いることにより、絶縁体上電極との間で加速さ
れた空気中あるいは稀ガス中に存在するイオンあるいは
電子が、イオン伝導体表面に装着したアノード電極上に
吸着している酸素イオンに衝突することによって、多量
の電子を放出するため、上式のγが大きくなる。従っ
て、通常αがほとんど0に近いので上記の条件を満たし
やすくなるため、大気圧下において放電が開始され、定
常状態では安定な放電が得られる。
By using an electrode (anode electrode) provided on the ion conductor, ions or electrons existing in the air or rare gas accelerated between the electrode and the insulator are attached to the surface of the ion conductor. Since a large amount of electrons are emitted by colliding with the oxygen ions adsorbed on the anode electrode, γ in the above equation increases. Accordingly, since α is almost close to 0 and the above condition is easily satisfied, the discharge is started under the atmospheric pressure, and a stable discharge is obtained in a steady state.

【0023】それ故、イオン伝導体を用いることによ
り、上式中のγ値が大きくなり、大気圧下での放電を可
能にしている。
Therefore, by using an ion conductor, the γ value in the above equation becomes large, and discharge at atmospheric pressure is enabled.

【0024】[0024]

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定さ
れるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, which should not be construed as limiting the present invention.

【0025】実施例1 図1は、実施例1で用いた本発明の大気圧放電発生装置
の概略構成図を示すものである。1はイオン伝導体でニ
ッカトー製8mol%YSZディスク(50mm直径、
1mm厚)である。2、3はそれぞれアノード電極、カ
ソード電極であり、物理蒸着で作成した金電極(厚さ約
2ミクロン)でYSZディスクの両面に作成した。4は
CVD方法で作成した絶縁体であり、酸化アルミナの薄
膜である(厚さ2ミクロン)。5は酸化アルミナの薄膜
上に物理蒸着した2ミクロン厚さの白金電極である。こ
のようにして作成したアノード電極構造に、電子ビーム
を用いてイオン流通孔5’を作成した。電子ビームによ
って穿たれた孔の直径は1ミクロンであった。作成され
た上記構造物を加熱器および温度制御器8によって30
0℃に保持した。つづいて、イオン伝導体上のカソード
電極3と絶縁体上の電極5の間に0.2、0.5、1、
2、5Vを不連続的に印加した。その際に生じる電流を
電流計7によって測定した。得られた結果を図2に示す
が、印加電圧2Vを与えることにより、電流が1mA程
度生じ、かつアノード電極付近にプラズマが生じた。こ
の例で示されるように、空気存在下では放電開始電圧が
稀ガス存在下(実施例2)に比べて高くなる。
Embodiment 1 FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of the atmospheric pressure discharge generator of the present invention used in Embodiment 1. 1 is an ion conductor made of Nikkato 8 mol% YSZ disk (50 mm diameter,
1 mm thick). Reference numerals 2 and 3 denote an anode electrode and a cathode electrode, respectively. Gold electrodes (thickness: about 2 μm) formed by physical vapor deposition were formed on both sides of the YSZ disk. Reference numeral 4 denotes an insulator formed by a CVD method, which is a thin film of alumina oxide (thickness: 2 μm). Reference numeral 5 denotes a platinum electrode having a thickness of 2 μm which is physically deposited on a thin film of alumina oxide. An ion flow hole 5 'was formed in the anode electrode structure thus prepared using an electron beam. The diameter of the hole drilled by the electron beam was 1 micron. The above-mentioned structure thus prepared is subjected to heating and temperature control 8 by 30
It was kept at 0 ° C. Subsequently, 0.2, 0.5, 1, between the cathode electrode 3 on the ion conductor and the electrode 5 on the insulator.
2, 5 V was applied discontinuously. The current generated at that time was measured by the ammeter 7. FIG. 2 shows the obtained results. When an applied voltage of 2 V was applied, a current of about 1 mA was generated, and plasma was generated near the anode electrode. As shown in this example, the discharge starting voltage is higher in the presence of air than in the presence of a rare gas (Example 2).

【0026】実施例2 図3は、実施例2で用いた本発明の大気圧放電発生装置
の概略構成図を示すものである。1はイオン伝導体でニ
ッカトー製8mol%YSZディスク(50mm直径、
1mm厚)である。2、3はそれぞれアノード電極、カ
ソード電極であり、物理蒸着で作製した金電極(厚さ約
2ミクロン)でYSZディスクの両面に作成した。4は
CVD方法で作成した絶縁体であり、酸化アルミナの薄
膜である(厚さ2ミクロン)。5は酸化アルミナの薄膜
上に物理蒸着した2ミクロン厚さの白金電極である。こ
のようにして作成したアノード電極構造に、電子ビーム
を用いてイオン流通孔5’を作成した。電子ビームによ
って穿たれた孔の直径は1ミクロンであった。作成され
た上記構造物を備えられた加熱器および温度制御器8に
よって300℃に保持した。また、アノード電極構造体
側をガラス製反応器10で覆い、外気との遮断を可能に
することによって稀ガスヘリウムをHeガスボンベ9を
用いて流通させた。つづいて、イオン伝導体上のカソー
ド電極3と絶縁体上の電極5の間に0.01、0.0
5、0.1、0.2、0.5Vを不連続的に印加した。
その際に生じる電流を電流計7によって測定した。得ら
れた結果を図4に示すが、印加電圧0.1V以上を与え
ることにより、電流が5mA程度流れ、かつアノード電
極付近にプラズマが生じた。
Embodiment 2 FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the atmospheric pressure discharge generator of the present invention used in Embodiment 2. 1 is an ion conductor made of Nikkato 8 mol% YSZ disk (50 mm diameter,
1 mm thick). Reference numerals 2 and 3 denote an anode electrode and a cathode electrode, respectively. Gold electrodes (thickness: about 2 μm) produced by physical vapor deposition were formed on both sides of the YSZ disk. Reference numeral 4 denotes an insulator formed by a CVD method, which is a thin film of alumina oxide (thickness: 2 μm). Reference numeral 5 denotes a platinum electrode having a thickness of 2 μm which is physically deposited on a thin film of alumina oxide. An ion flow hole 5 'was formed in the anode electrode structure thus prepared using an electron beam. The diameter of the hole drilled by the electron beam was 1 micron. The structure was maintained at 300 ° C. by a heater and a temperature controller 8 provided with the above structure. Also, the anode electrode structure side was covered with a glass reactor 10, and rare gas helium was allowed to flow using a He gas cylinder 9 by enabling the shield from outside air. Subsequently, 0.01, 0.0 between the cathode electrode 3 on the ion conductor and the electrode 5 on the insulator.
5, 0.1, 0.2 and 0.5 V were applied discontinuously.
The current generated at that time was measured by the ammeter 7. FIG. 4 shows the obtained results. By applying an applied voltage of 0.1 V or more, a current of about 5 mA flowed and plasma was generated near the anode electrode.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明により、高価な付帯設備や高価な
稀ガスを使用せず、また複雑な電極を用いずに大気圧下
で安定な放電を発生させることができる。
According to the present invention, a stable discharge can be generated at atmospheric pressure without using expensive auxiliary equipment or expensive rare gas, and without using complicated electrodes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、実施例1で用いた本発明の大気圧放電
発生装置の概略構成図を示すものである。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an atmospheric pressure discharge generator of the present invention used in Example 1. FIG.

【図2】図2は、実施例1で得られた印加電圧と電流と
の関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between an applied voltage and a current obtained in Example 1.

【図3】図3は、実施例2で用いた本発明の大気圧放電
発生装置の概略構成図を示すものである。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an atmospheric pressure discharge generator according to the present invention used in Example 2.

【図4】図4は、実施例2で得られた印加電圧と電流と
の関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between an applied voltage and a current obtained in Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン伝導体 2 アノード電極 3 カソード電極 4 絶縁体 5 電極 5’イオン流通孔 6 電源 7 電流計 8 加熱器および温度制御器 9 Heガスボンベ 10 ガラス製反応器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion conductor 2 Anode electrode 3 Cathode electrode 4 Insulator 5 Electrode 5 'Ion circulation hole 6 Power supply 7 Ammeter 8 Heater and temperature controller 9 He gas cylinder 10 Glass reactor

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン伝導体上の一方にアノード電極、
他方にカソード電極を設置し、さらに該アノード電極上
に絶縁体を設けかつ該絶縁体上に電極を設けると共に、
該絶縁体と電極を貫通するイオン流通孔を設けて該アノ
ード電極のイオンの移動を可能とした構造を有する装置
を用いて、大気圧下で該カソード電極と該絶縁体上の電
極の間に電圧を印加することを特徴とする放電方法。
An anode electrode on one side of the ion conductor;
On the other side, a cathode electrode is provided, and further, an insulator is provided on the anode electrode and an electrode is provided on the insulator,
Using an apparatus having a structure in which an ion flow hole penetrating through the insulator and the electrode is provided to enable the movement of ions of the anode electrode, between the cathode electrode and the electrode on the insulator under atmospheric pressure. A discharging method characterized by applying a voltage.
【請求項2】 イオン伝導体と、該イオン伝導体上の一
方に設けられたアノード電極と、該イオン伝導体上の他
方に設けられたカソード電極とを有し、さらに該アノー
ド電極の上に絶縁体が設けられかつ該絶縁体上に電極が
設けられると共に該絶縁体と電極を貫通するイオン流通
孔を備え、かつ該カソード電極と該絶縁体上の電極間に
電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴とする
大気圧放電発生装置。
2. An ion conductor, an anode electrode provided on one side of the ion conductor, and a cathode electrode provided on the other side of the ion conductor. Voltage applying means provided with an insulator, provided with an electrode on the insulator, provided with an ion flow hole penetrating the insulator and the electrode, and applying a voltage between the cathode electrode and an electrode on the insulator. An atmospheric pressure discharge generator, comprising:
【請求項3】 イオン伝導体が、酸化ジルコニウム、酸
化セリウム、酸化カルシウム、酸化マンガン、酸化イッ
トリウム、酸化チタン、および酸化バリウムからなる群
より選ばれる金属酸化物、または酸化ジルコニウムに酸
化イットリウムを固溶したものである請求項2記載の大
気圧放電発生装置。
3. The method according to claim 1, wherein the ionic conductor is a metal oxide selected from the group consisting of zirconium oxide, cerium oxide, calcium oxide, manganese oxide, yttrium oxide, titanium oxide, and barium oxide, or a solid solution of yttrium oxide in zirconium oxide. 3. The atmospheric pressure discharge generator according to claim 2, wherein:
【請求項4】 イオン伝導体が1〜5000μmの厚さ
を有するものである請求項2または3記載の大気圧放電
発生装置。
4. The atmospheric pressure discharge generator according to claim 2, wherein the ionic conductor has a thickness of 1 to 5000 μm.
【請求項5】 イオン伝導体の温度を制御する手段をさ
らに有してなる請求項2〜4いずれか1項に記載の大気
圧放電発生装置。
5. The atmospheric pressure discharge generator according to claim 2, further comprising means for controlling the temperature of the ion conductor.
【請求項6】 アノード電極上の絶縁体が酸化アルミ
ナ、石英ガラス、ムライト、ステアタイト、フォルステ
ライトまたはベリリアである請求項2〜5いずれか1項
に記載の大気圧放電発生装置。
6. The atmospheric pressure discharge generator according to claim 2, wherein the insulator on the anode electrode is alumina oxide, quartz glass, mullite, steatite, forsterite or beryllia.
【請求項7】 アノード電極上の絶縁体の厚さが1〜5
0μmである請求項2〜6いずれか1項に記載の大気圧
放電発生装置。
7. The thickness of the insulator on the anode electrode is 1 to 5
The atmospheric pressure discharge generator according to any one of claims 2 to 6, wherein the diameter is 0 µm.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006313669A (en) * 2005-05-06 2006-11-16 Sekisui Chem Co Ltd Plasma treatment method and plasma treatment device

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