JPS59132600A - プラズマト−チ並びにその使用法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プラズマトーチ並びにその使用法に関し、特
に、排出孔を備える管の端部でプラズマを生成するため
に、内部をガスが循環することの出来るプラズマ発生装
置↓こ関、する。

フランス国特許第２１０５５２号（昭和５６年特許願第
５２１（９０号）明細書゛には、例えばアルゴンのよう
なガスを循環させるために、相当に小径の金属製細管を
備えるプラズマ発生装置が開示されている。細管は、一
端にガスを噴出させるためのノズルを備えている。この
細管は、管にマイクロ波エネルギーが供給された際に、
出口オリフィスから最も近くの点で、プラズマを生成す
るべく全体的又は部分的に導電性材料でつくられている
。

公知の装置において、マイクロ波より発生したの中心軸
を有するケーブルによって伝えられる。

１実施例では、ガス流管の回りに配置された第１スリー
ブと、これを囲み、かつ後端を閉塞され、より大径の第
２スリーＹとを備え、両者は共に金属製である。ガス流
管は、第２スリーブの前端に形成された開孔の中央部で
励起装置から外側へ突出している。より小径の第１：Ａ
リーブは、中心軸を同一にするケーブルよりなるコア又
は中心導線に連結され、一方第２スリーブは、ケーブル
の外部導線に連結されている。

前記の型の装置は、ｌｏＯＭＩＩｚの周波数で、１ｋＷ
近くでは数Ｇｌ！ｚ以下である周波数において、マイク
ロ波をガス流管に伝達する。

管及び励起装置のインピーダンスは、管内にガスが存在
しない場合、管の前端がアンテナの機能、即ち管に入る
マイクロ波エネルギーの大部分、実際にはそのすべてを
電磁放射の・形で消散させるべく整合される。

ガス管の後端に入り、前端オリフィスより排出される場
合、排出口を囲むガス中の電磁エネルギーは、適当なト
リガー装置による始動の後に、前記領域にプラズマを保
持するのに十分である。実験によれば、これらの条件下
で、管からの放射は、はぼ完全に消失することがわかっ
た。管の端部に伝えられるすべてのマイクロ波エネルギ
ーは、プラズマ生成のために消費される。この型の装置
は、すぐれた効率を有している。

本発明は、この型のプラズマ発生装置の改良に関するも
のである。

本発明は、特に出力を拡大し、用途範囲を広げた点によ
ンいて、多大の改良を与えた。

本発明による装置は、マイクロ波エネルギー供給装置と
、ある程度まで導電性のある端部及びガス排出口を備え
るガス伝達装置と、前記エネルギー供給装置及び前記ガ
ス伝達装置を連結する装置とを備えるプラズマ１ヘーチ
であって、マイクロ波エネルギー供給装置が導波管を有
することを特徴とするプラズマ１−−チを提供する。

本発明の１実施例においては、管は、管よりも大きな開
孔を介して、好ましくは、ガス排出孔の最も近傍に配置
された導波管の側壁に設けた、管よりも゛大きな開孔を
通り抜ける。１つの形状では、導波管に沿うエネルギー
伝搬の方向に直交した向きに、導波管の１側面から他側
面へと向う管が設けられている。

・　　　本発明しこよれば、５ｋｖ以丘で数＋ｋｔｌに
達するような極端に高いマイクロ波を、放射管のプラズ
マ発生装置に伝達することが可能なことがわかった。

この結果は、本発明のような簡単な構造で達成されるこ
とが証明された。

特に、このような結果は、通常必′マイクロ波技術に使
用されている簡単な構造の四角形の導波管と、導波管と
ガス給送管との間を連結する装置によりなされる。この
ような装置の取り付けは、非常に簡単な機械的装置、又
は溶接や他の手段により取り付け−を必要とする。

プラズマフレームのインピーダンスを導波管のインピー
ダンスと好適に整合させるような構造を得るのに、補充
の連結装置、及び特に、排出孔に最も近接した端部にお
いて、導波管から突出したガス給送管の周囲に金属スリ
ーブを据え付けることが有利である。このスリーブの横
方向の寸法は、導波管の対応孔の寸法と等しいか、より
大きくなっている。

更に、管、の通る導波管の対向側壁に第２の開孔を設け
たり、この第２の開孔の回りに、管の後端周囲に延びる
金属スリーブを取り付けたりすることも、有効であるこ
とが証明された。

このスリーブは、導波管は近傍に短絡回路を有している
。この短絡回路は、導波管によりスリーブに送られたマ
イクロ波エネルギーを、管の前端の方向へ反射する機能
を有している。好ましくは、導波管は、マイクロ波エネ
ルギーの伝搬の方向に、ガス給送管の下で短絡されると
よい。

すべての場合に、短絡回路の長手方向の位置設定をする
ための装置を設けるとよいことがわかった。短絡回路は
、導波管と短絡回路の端部に伝えられるエネルギーを反
射する。短絡回路は、ガス給送管の後端を囲むスリーブ
を閉塞する役割も果たす。この調整により、マイクロ波
のインピーダンスを有するプラズマの存在下に、管とス
リーブにより形成された構造体のインピーダンスの最適
な整合が達成される。

管に伝達されるマイクロ波エネルギーの伝播効率と、プ
ラズマ発生エネルギーの変換効率とが、このようにして
最適にされることが出来る。

これに関連して、管に伝達されるエネルギーを大きな割
合で増大させる可能性により、非常な高温のプラズマ温
度が達成される。簡単な電子制御装置と、現在、入手し
ろるマイクロ波出力発生装置を使用することにより、極
端に短かい間隔で、■から１００までの範囲の比率で、
導波管により送られるエネルギーを変えることが出来る
。

従って、本発明は、プラズマフレームの温度を、非常に
敏速に、実際には知られていない程度に変えることが出
来る。更に、温度センサーがフレームの作用を受ける物
質の上に置かれた場合に、マイクロ波源の電子的制御が
、逆方向のフィードバックにより、フレーム温度を災則
的にする。

最終的に、ガス混合物、特に、少くとも成分の１つをイ
オン化するのが回覧な混合物を製造したい場合、プラズ
マフレームの温度を増大させることが、大きな利点にな
ることがわかっている。

本発明によれば、ガスを循環させる少くとも１本の管を
備えるガス給送装置と、少くとも部分的に導電性の前記
管の端部と、管にマイクロ波エネルギーを供給する装置
とを有するプラズマトーチが提、供される。

この装置は、ガス給送装置が、好ましくは第１の管に取
り付けられた第２の管を備にていることを特徴としてい
る。この第２の管は、第１の管により運ばれる流れとは
別に、前記出口の近くに、別のガスのような流体を運ぶ
ことを特徴としている。この第２の管は、金属、即ち絶
縁性材料のいずれかであるとよい。

第１の管の外壁面のみが、管に供給される電磁エネルギ
ーを伝達するべく、導電性を維持している。第２の管を
適当に選択することにより、例えば、金属を腐食するよ
うなガスを運搬することも可能である。

広く行き渡った意見に反し、この点についての驚くへき
事実は、プラズマフレームは、排出孔が相当に大径であ
る場合にも、十分かつ効果的に作用するものが得られる
という点である。

従って、本発明は、上に述べた装置の用途を多数の分野
に及ぼすものである。第１の方法によれば、内部の中央
管には、プラズマ発生ガスが供給され、外側の管には、
遮閉用のガスが供給される。

従って、これにより、プラズマ分子と、大気又は他の外
界空気との間の接触を防止する環状、ガス流により、−
プラズマが管から排出されるので、プラズマを分離する
ことが可能になった。

−に記の利用における第２の方法によれば、プラズマ発
生ガス、即ちイオン化することが比較的容易なガスを運
搬するべく、外側の管が使用される。

そこで、内側の管により運ばれるガスは、生成されたプ
ラズマが内側の管より送り出されるので、封入すること
が必要である。プラズマ発生ガスが、収束フレームを形
成するべく、１個又は複数の排出オリフィスを介して排
出される場合、内側の管を流れるガスは、プラズマフレ
ーム内を流れることが出来る。

」１記の方法を実施することにより、通常処理が難かし
いガス又は流体を励起亥ることが出来る。

プラズマフレームを生成するために、例えば、分光学の
分野でこの方法は有利である。

本発明の別の点では、流体又はワイアのような可撓性材
料を加熱する装置が設けられてｂする。このワイアは、
管内を高速で動゛く一方、管の端部番こはプラズマが生
成する。

この方法は、マイクロ波を供給して、プラズマを生成す
る装置にも使用される。ワイアは、プラズマ発生管又は
、これと中心軸を同一にする別の管内を移動しうる。ワ
イアの表面は熱処理を受けている。

本発明によれば、ガス給送管が、装置に移されるマイク
ロ波エネルギーを供給する装置に対し、相当に長い距離
に亘り延びているトーチが提供されることも出来る。

つまり、直線で囲まれた形をしてｂｌなり）管カへ、導
電性スリーブにより囲まれ、このスリーブと共に、ガス
排出孔に移されるマイクロ波エネルギーを伝播する構造
体を形成するような装置が提供さ−れる。このスリーブ
自体は、インピーダンス整合装置を備えていない。

好適実施例においては、スリーブの中間部に連結された
、ダクト状の導電性側方向部を有している。この側方向
部には、装置に入力したマイクロ波エネルギーを反射す
るために、短絡回路が設け・６られている。特しこ、゛
ガス給送管とスリーブが、数十ｃｍのように相当な長さ
である場合に、例えば、」−記の側方向ダクトは、管の
端部までのエネルギーの伝搬を最適にするべく、インピ
ーダンス整合を行う。この場合、側方向ダクト内におけ
る短絡回路の位置を調整する装置が設けられているとよ
い。

ガス給送管でプラズマを生成するガス給送管の長さを増
大させることが出来るので、上記の高水準を継持しつつ
、容易に近づき得ない位置で、フレームを生成すること
が可能になった。更に、フレー１１の形は、特殊な用途
に適合される。円形の断面でない、細長い断面の平らな
フレームを生成することも出来る。

本発明の他の特徴は、添付図面に基づく次の説明より更
に明らかにされる。

以下図面に基いて説明する。

第１図に示されているように、プラズマトーチ（１０）
は、銅などで作られた金属管（１２）を備えている。こ
の金属管（１２）は、前端にテーパ部（１４）を有して
いる。管（１２）は、後端矢印（１８）の方向に挿入さ
れたガスを排出するためにの排出孔（１６）を備えてい
る。管（１２）の端部には、センタリングディスク（２
２）が固定されている。このディスク（２２）の周縁部
（２４）は、管（１２）とスリーブ（２６）とが同一の
中心軸を持つように、堅固な金属゛スリーブ（２６）の
内部に固定されている。

センタリングディスク（２２）の前面で、スリーブ（２
６）’ｌよ、円形接・綾線（３２）に沿い、四角形の導
波管（３０）の側壁と導電状態を保つように接続してい
る。

この接続線（３２）内で、側壁（２８）に円形の開孔（
３４）が貫通している。開孔（３４）は、接続線（３２
）よりも小さな口径であり、管（１２）と同一の中心軸
を持っている。管（１２）は、側壁（３６）を介して、
導波管（３０）から突出している。壁面（３６）は、側
壁（２１１ｊ）、と対向し、この側壁（２８）　（，３
６）には、管（１２）よりも大きな口径で、管（１２）
と同一の中心軸を有する開孔（３８）が貫通している。

管（１２）の前部の周囲には、円形の接続線（４２）を
介して、導波管（３０）の前面（３６）と導電状態を保
つように接続された円筒形の金属スリーブ（４０）が取
り付けられている。本実施例においては、接続線（４２
）は、円形の開孔（３８）よりも大きな直径を有してい
る。

、　円筒形スリーブ（４０）は、管（１２）の排出孔（
１６）近傍において、管（１２）の中心軸と直角をなす
平面に位置する前端（４４）を、末端としている。スリ
ーブ（４０）は、管（１４）と同一の中心軸を持つよう
に取り付けられている。

尊波’Ｅ５（３０）は、直交型％　（ＴＥ　’ＭＱＩ　
）　　モードで送電しうる型のもので、市場で入手する
ことが出来る。側壁（２８）と（３６）は、面積のより
大きな壁面よりなっている。面積のより小さな側壁（４
６）と（４８）は対向している。

導波管（３０）は入力端（５０）を有している。この入
力端（５０）は、図示していないマイクロ波源に、従−
来の装置により接続されることにより、導波管（３０）
の長手方向、即ち矢印（Ｋ）の方向に電磁エネルギーを
伝播して、側壁（４６）　（１１８）と平行をなす方向
、すなわち矢印（Ｋ）と直向する方向に、電界（Ｅ）を
形成する。

入力端（５０）と対向する側にお゛ける、導波管（３０
）の端部内を滑動自在なように、角形のピストン（５４
）が股、けられている。このピストン（５４）は、導波
管（３０）の側壁（２８）　（３６）　（４６）　（４
８）の内壁と導電状態を保つように接触している。ピス
トン（５４）は、作動杆（５６）により、導波管（３０
）丙を滑動自在になるように配置されている。

ピストン（５４）により、導波管（３０）内に短絡が形
成され、ビス１ヘン（５４）が受は取ったマイクロ波を
、導波管（３０）の方向に戻すようにしている。ピスト
ンの位置決めは、管（１２）とスリーブ（４０）により
形成された放射装置の方向へのマイクロ波エネルギーの
伝播の好適な効率を得るのに、インピーダンス整合をな
す際の要因の一つとなる。

導波管（３０）の、より広い面積の壁面に設けられた金
属スリーブ（２６）　（４０）、並びに開孔（３４）　
（３８）を設けたような構造により、導波管（３０）に
より伝播されたエネルギーを管’（１２）に連結するの
を容易にしている。

図示の実施例において、センタリングディスク（２２）
と、側壁（２８）との間に、ピストン（５８）が設けら
れて−いる。短絡板（５８）は、管（１２）と中心軸を
共通にしているとともに、センタリングディスク（２２
）を介する作動杆（６０）により、管（１２）の長手方
向に移動するようになっている。

短絡板（５８）の周面ば、スリーブ（２６）の内壁面と
導電性を維持するように接触している。短絡板（５８）
の中央には、開孔（６２）が設けられている。開孔（６
２）により、ピストン（５８）は管（１２）に沿って滑
動し、また短絡板（５８）と管（１２）は、良導性にな
るように接触している。

短絡板（５８）は、導波管（３０）の入口（５０）と開
孔（３４）を通過する波の反射体の作用もしている。短
絡板（５８）の位置は、管（１２）の前部方向に受は取
られる最大量のエネルギーを返却するべく定められる。

操作中に、導波管（３０）は、数キロワットのマイクロ
波源と接続することが出来る。導波管（３ｏ）により運
ばれるエネルギーにょっ−て、導波管を横切る方向に設
けられた管（１２）を励起する。これは、管（１２）の
前端（１４）が、受は取るすべてのエネルギーを放射状
に消散させるアンテナとして作用する結果化じるもので
ある。　゛ ガス、特にアルゴンのようなプラズマ生成ガスが、矢印
（１８）により示されるように、管（１２）の後端を流
れる際に、励起ガスのイオン化を開始させるために、出
口（１６）で、トリガー火花を生成することだけが必要
である。イオン化領域が発展し、次−に管（１２）によ
り、この領域に送られるマイクロ波エネルギーにより、
自発的に維持される。

プラズマを生成した後、測定すると、導波管入力端（５
０）に入るマイクロ波エネルギーの総量は、プラズマの
生成と維持のために使用され、また、過熱と、偽の放射
は無視しうろことを示している。

特に、生成プラズマが出口（１６）の前に集中すること
が、全体的に明らかであった。

上記の実施例において、管（１２）のみが、導波管（３
０）の内部を横切る方向に通過し、又スリーブ（４０）
　（２６）は、導波管（３０）の外側に配置されている
。

第２図には、軸孔（６２）の周縁と、周縁部（６４）で
配置されたインピーダンス整合ピストン（５８）が示さ
些ている。この軸孔（６２）の周縁は、逆向きにも曲げ
られるような固有の弾性により、管（１２）とスリーブ
（２６）に対しての接触を好適なものにしている。

本発明における実施例に使用される非常に大きな電力に
より生じる過熱と放電を防止するために、グσ絡板（５
８）を、第３図に示されたような四分の一波トラップ短
絡回路で置き代えることが望ましいことがわかった。

第３図では、第１図と第２図に示した部材と同一の部材
には、同一の符号を符している。次に述べる説明は、前
記の実施例と異なる部分についてのものである。

例えば、管（１２）は、着脱自在で、金属性若しくは誘
電性のノズル（ｉ４Ａ）を端部に有している。ノズル（
１４Ａ）は、例えば、ねじ溝を係合させることにより、
管（１２）に（１５）で固定される。プラズマ生成ガス
の出ｃｊ（’、ｘｓＡ）は、ノズル（’１４Ａ）の先端
に形成されている。金属板製リング（７０）は、例えば
、ねじ（７２）もこより、導波管（３０）の側壁（３６
）の外壁に、管（１２）と同一の中心軸を持つように取
り付けられる。金属スリーブ（４０）の後端（７４）は
、リング（７０）の°−壁面番已溶接されている。

導波管の側壁（２８）の外壁に、金属スリーブ（２６）
の前端を連結するために、リング（７６）が饅けられて
いる。第３図の実施例において、導波管の端部（５２）
は、端壁（７８）により閉塞されている。

スリーブ（２６）内には、長手方向に配置され、環状プ
ラグよりなる四分の一波１−ラップ（８０）が設けられ
ている。この四分の一波トラップ（８０）は、例えば杆
（８２）のような、１個又は複数の杆により取り付けら
れる。この杆の役目は、直接接触させずに５スリーブ（
２６）の内壁と、管（１２）の外壁から、それぞれ、ト
ラップ（８０）の外壁（８４）と内壁（８６）とを、短
かい距離を設けて維持することである。

トラップ即ちプラグ（８０）は、導波管（３０）の開孔
（３４）の方向に向く平らな環状面（８８）を有してい
る。

この環状面（８８）の内端には、薄い環状ギャップ（９
０）が設けられている。このギャップ（９０）は、管（
１２）の全周縁部の回りで、プラグ（８０）？）中央部
に放射方向に形成された円形通路（９２）と連通してい
る。この通路（９２）は、前面（８８）の近く飯で延び
、管（１２）と中心軸を同一にする環状孔（９４）と連
通している。環状孔（９４）のために選択された長さは
、エネルギーすべてが反射するように、伝播さ、れる波
長の四分の−に等しい。

プラグ（８０）の周縁部とスリーブ（２６）との間の環
状ギャップ（９６）を介して、端面（８８）の外部周縁
に送られるエネルギーのために同様な構造体が設けられ
ている。環状溝（９９）と連通ずるために、放射状の通
路（９８）が設けられている。環状溝（９９）は捕えら
れる波長の四分の−になるように形成されている。

第３図の実施例にはまた、円形のセンタリングディスク
（１００）に対し、管（１２）の後端（２ＯＡ）に取り
付ける方法が示されている。即ち、リング（１０２）に
形成された内部ねし溝（１０３）を、スリーブ（２６）
の端部に形成された外部ねじ溝（１’０４）と係合する
ことにより、ディスク（１００）は堅く固定される。リ
ング（１０２）を回すことにより、管（１２）の出口（
１６Ａ）の長手方向に対してのディスク（１００）の位
置を正確に調整する。

杆（８２）は、センタリングディスク（１００）内を滑
本発明の一実施例においては、導波管（３０）は、１０
０Ｗと５に−ｆｉ１との間で調整しうる電力と、２／１
５０ＭＩＩｚの周波数の下に、Ｔ［Ｅ。、モードでエネ
ルギーを伝達する。測定によれば、その効率は、すべて
の場合に、９０％以上増大したこと現し、ている。フレ
ームの温度ぼ、１２００°Ｃから５０００℃あるいは６
０００℃の範囲で変化する。

本実施例におけるＴ波管の寸法は、４３ｍｍ　Ｘ　８６
ｍｍ。

管（１２）の長さは、はぼ２３５ｎｉｍ。

前部スリーブ（４０）の長さは、は、ぼ５０ｍｍ。

導波管から、管（１２）の前端まで、エネルギーを伝え
るための開孔（３８）の寸法は、３２ｍｍ、管（１２）
の外径は、１０’ｍｍａ ノズル（，１４Ａ）内の出口（１６Ａ’）の内径は、２
＋＋ｖ＋。

スリーブ（４０）の内径は４０１゜ ガス（アルゴン）の流速は、ＩＱ／ｍｉｎ以下である。

金属スリーブ（２６）の寸法は、以下の通りである。

長さ　−はぼ１４０ｍｍ 内径−はぼ６０ｍｍ 開孔（３４）の直径−３２ｍｍ このようにして、相当に大きな力を必要とするプラズマ
を生成するための非常に簡単な装置が得られる。実際の
試験によれば、前記した導波管により、送られる力の範
囲は、指示された程度まで変化しえ、実際上、効率の損
失は見られなかったことを示していた。

このような装置により大きなエネルギー密度を生成し、
かつこの密度を、非常に短がな時間の間隔で変えること
が出来る。

これらの性質は、特に敏速にイオン化出来ず、またこの
目的で、非常な高温を連続的に必要とするガスを処理し
なくてはならなし）特番こ有用である。

非常な高エネルギー密度を得るこのような１■能性は、
表面処理操作に特に価値がある。

第１図から第３図までに示されたような構造Ｉま、特定
分野で変更を加えて使用出来る。

第４図には、中心軸を同−Ｇこする２本のＪ’ｌ’ｉ送
管が示されている。即ち、中央の管（１１０）と周囲の
管（１１２）である。これらの管は、１点鎖線で示され
た金属スリーブ（１１４）の内部に、同一の中１１．ｔ
　ｉｌｉ山を有するように取り付けられてしする。これ
らの管は、端部（１１６）のうちの１本の近くに配置さ
れた図示していないマイクロ波励起構造体し；連糸、ζ
されている。特に、この構造体は、第１図力薦ら第３図
に符号（３０）で示した導波管を備えてし）る。又マイ
クロ波エネルギ、−を排出するために、導波管番ま適当
な開孔（３８）を備えてしする。

管（１１２）、少くともその外壁面（１１７）ｌよ金属
製である。管（１’　１０　）は、管状通路（１１８）
を備えてし入る。

この通路（１１，８）を介して、矢印（１１９）で示さ
れてｂ）るように、第１のガスは前端＜１２０）の方向
へ送られる。前端□’（１２０）には、ガスを排出する
ために、円に配置された複数の孔、即ち環状オリフィス
を備えている。

第５図には、第４図に示された管の組合わせを有する前
面が示されている。管（１１２）の端部は、複数の孔（
１２１）を備える仕切壁シこより、閉塞されている。こ
の孔（１２１）は、管（１１０）（１１２）の共通軸を
中心とする円内で間隔を置いて配置されている。

管（１１０）は、孔（１２２）を末端に置いている。

管（１１０）もまた、金属でつくられているとよい。

しかし、これは必須要件ではない。実際に、管（１１２
）の外面に沿い、管（１１０）　（１１２）の前端のプ
ラズマ生成領域に、電磁エネルギーが伝達されるとよい
。

第４図の装置は、前記の１個のガスの代わりに、工程に
幾つかの流体を加えることにより、プラズマの使用又は
生成をなすという点で、実際上の大きな利点を有する。

第１の方法によれば、内部管（１１，０）を介して、ア
ルゴンのようなプラズマ生成ガスが供給される。

例えば、矢印（１２３）の方向に、管の後端から、ガス
が流入する。環状ギャップ（１１８）を介して、ヘリウ
ムにょうな遅閉ガスが矢印（１１９）の方向より流入す
る。ガスが管の端部（１２０）を通過するにつれ、ヘリ
ウｌ、又は他の遅閉ガスが円筒状のガス流を形成する。

このガス流は、管（１］’Ｏ）の排出孔（１２２）にお
いて、相当に大きな間隔てプラズマフレー１１を構成す
るイ４ン化粒子を囲んでいる。この型のガス流は、環状
−ギャップ（１１８）内の、限定されたガス流により得
られる。また、汚染源又は不適な反応物に対し、より効
果的に保護するプラズマフレームを提供する。

別の方法では、アルゴンのようなプラズマ生成ガスは環
状ギャップ（１１−８）に入る。

中央管（ＩＩＣＩ）は、別のガス又は流体を送るために
使用される。このようなガス又は流体は、管の出口（１
２２）でプラズマの作用を受けるとよい。この相互作用
を容易にするために、第６図のように、プラズマ生成管
（１１２）から遠去かるにつれ、収束するようなフレー
ム（１’２５）をつくるべく、孔（１２１）を配列する
段階を加えてもよい。管（１１０）の端部（１’２２）
に到達する物質のすべては、そこで、フレーム（１２５
）・を通り抜けるように強制される。

この配列により、非常に多くの用途が可能になる。特に
、プラズマにより、非常に好適な効率で、ガスの励起を
なすことが可能なので、いろいろなカスのスペク１−ル
分析に有効であることが証明された。

このような方法は、例えば、ハロゲンやハロゲン化物の
ようなガスは、励起を得るのが通常困難であるので、特
にこれらのガスを使用した場合における表面処理に好適
である。

別の用途は、中央管を通るプラズマにより酸素が駆動さ
れるような酸素アセチレン切断法である。

中央管（’１１０）は、金属以外の材料より・形成され
ることも出来る。特に第２のガス、即ち麻酔用ガス、例
えば、塩素やフッ素により、□金属が腐食される場合に
は、中央管は、送られるガスに対して化学的な抵抗を持
ち、かつ非導電性の材料でっくるとよい。

また、中央管（１１０）に、出口（１２２）を通り抜け
ることが可能で、特に非常な高速度で温度を上昇させる
ような他の化学剤又は材料を流入させることも出来る。

そこで、この装置は、例えば、塑・Ｐｔを変形するには
十分であるが、化学構造は変化させない程度に温度を一
ヒ昇させて、高速度で合成繊維の糸をつくる装置として
使用される。

マイクロ波周波数に変換される力は、管（１’ｌ０）（
１１２）を流れるガスの流速度に比例する。

一実施例においては、プラズマはオリフィス（１２２）
を介して排出されるガスから生成される。

２１１１１＋１の口径を有するオリフィス（１２２）は
、４　ｍ口１の内径と６ｍｍの外径を有する環状オリフ
ィス（１２０）より流出するガス流で囲まれている。

別の実施例では、４ｍｍの口径を有する中央オリフィス
（１２２）を囲んで、８ｍＩｎの直径を有する円内に間
隔を置いて設けられている、１ｍｍの口径の８個のオリ
フィス（１２１）により、収束プラズマフレームが生成
する。中央孔（１２２’）を介して、このフレームにド
ーピングガスが供給される。

本発明の用途は、中心軸を同一にする２本の管にのみ限
定されないことに留意するべきである。

一定の条件下で、フレームを、必ずしも円筒形でない形
にするのが難かしい位置に送ることも出来る。

第７図は、第１図から第３図までについて述べた形のト
ーチの端部を示している。

このトーチは、ガス給送管（１２Ｂ）の長さは、前に述
べたものに比べて増大している。この実施例において、
給送管は、数十ｃｍの長さにすることが出来る。一方、
前の実施例においては、ゎずが２゜３ｃｍの長さのもの
であるに過ぎない。

管（１２Ｂ）は、導波管（３０Ｂ）の前端に突出するス
リーブ（４０Ｂ）で囲まれている。スリーブ（４０Ｂ）
は、管（１２Ｂ）（７）出０　（１６Ｂ）、即ち先端（
１３０）　近＜　ｔテ延びている。管（１２Ｂ）とスリ
ーブ（４０Ｂ）よりなる装置における、マイクロ波エネ
ルギーの完全に整合された伝達を確保するために、追加
のインピーダンス整合装置（１３２）が設けられている
。

この装置（＋３２）は、側方向に設けた金属性ダクト（
＋３４）よりなっている。このダクト（１３４）の一端
は、スリーブ（４０Ｂ）の側壁の、仲間点に設けた開孔
（１３６）と連通し、かつ導電性が保たれるように接続
されている。ダク１〜（］３４）の中心軸には、部分（
１，／１０）で管（１２１１）の外壁面と導電性を保つ
ように接続された杆（１３０）が設けられている。

ダク１〜（１３／Ｉ）と杆（１３８）に対して、滑動自
在なようにマイクロ波短絡板（１４２）が設けられてい
る。

この短絡板（１４２）は、固定又は可動なピストンより
なるか、若しくは前に述べたような四分の一波Ｉ〜ラッ
プよりなるもので、杆（１３９５と連結されている。ま
た、この側方向インピーダンス整合装置は、点線（］／
１７）で示されたような、スリーブ（４０Ｂ）の先端よ
り突き出した位置まで、管（１２Ｂ）の先端を伸ばすこ
とも出来、かつ、その際、高率性を失れずにいる。

更に、（＋３２）のような側方向インピーダンス整合装
置により、非円筒形のフレームを生成するべく、管（１
２Ｂ）の形を変えることも出来る。

第８図には、はぼ平らなフレームを生成するべく、１個
又複数のオリフィスを介してプラズマ生成ガスが排出さ
れる四角形の断面よりなる、管（１５２）の先端部（１
５０）が示されている。管（１５２）は、四角形の断面
の導電性金属スリーブ（１６０）により囲まれている。

このスリーブ（１６０）は、第７図のスリーブ（４０Ｂ
）と類似の機能を持ち、第７図において（１３２’）と
して示されたものと同様なインピーダンス整合装置を備
えている。

上記のすべての実施例において、本発明による１ヘーチ
は、大気圧下の環境でプラズマフレームを生成すること
か出来る。これは、非常に多数の用途を持つという点で
有利である。しかし、実験によれば、本発明による有効
な利用法を失わずに、大気圧の数倍の環境の下でも、本
装置が使用されうるものであることがわかっている。

４、追加の関係 本発明は、昭和５６年平時願第５２８９０号　「プラズ
マ発生装置」の追加の特許願であり、次のように特許法
第３１条に規定する要件を満足するものである。

即ち、特許請求の範囲第（１）項第（１３）項及び第（
１９）項に記載された発明は、前記出願の発明を主要部
とし、同一の目的を達成するもの７″あり、従って、特
許法、第３１条第１号に規定すう追加の特許の要件を満
たし、また本発明の特許請求の範囲第（１７）項、第（
］８）項及び第（２２）項に記載された発明は、前記特
許願の発明を使用する発明であり、従って、特許法第３
１条第２号に規定する追加の要件を満たすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるプラズマトーチにおいて、部分
的に破断した斜視図、 第２図は、第１図のｎ−ｍ線により中央横断面図、 第３図は、第１図のｌ−−チとは別の実施例であり、ｍ
−ｍ線により中央縦断面図、 第４図は、本発明によるプラズマトーチの更に別の実施
例の横断面図、 第５図は、第４図に示された実施例の側面図第６図は、
第５図の実施例の使用図、 第７図は、本発明によるプラズマトーチの、第３の実施
例を示す図、 第８図は、本発明によるプラズマ１〜−チの第４の実施
例の端部の斜視図である。 （１０）プラズマト−チ　　　（１２）管（１４）テー
パ部　　　　　　（１６）排出孔（１８）矢印　　　　
　　　　（２０）端部（２２）センタリングディスク　
　（２４）周縁部（２６）　（４０）スリーブ　　　　
（２８）　（３６）側壁（３０）導波管　　　　　　　
（３２）　（４２）接続線（３４）　（３ｇ）開孔　　
　　　　（４６）　（４８）側壁（５０）入力端　　　
　　　　（５４）ピストン（５６）　（６０）作動杆　
　　　　（５８）短絡板（６２）軸孔　　　　　　　　
（６４）周縁部（１４Ａ）ノズル　　　　　　　（１６
Ａ）排出孔（７０）　（７６）リング　　　　　（７２
）ねじ（７４）後端　　　　　　　　（７８）端壁（８
０）トラップ　　　　　　（８２）杆（８４）外壁　　
　　　　　　（８６）内壁（８８）環状面　　　　　　
　（９６）、（９６）ギャップ（９２）　（９８）通路
　　　　　　（９４）環状孔（９９）環状孔 （１００）センタリングディスク （１０２）リング　　　　　　（１０４）ねじ溝（１１
０）（１１２）管　　　　　　（１１４）スリーブ（１
１６）端部　　　　　　　（１１７）外壁面（１１８）
通路　　　　　　　（１１９）矢印（１２０）前端　　
　　　　　（１２１）　（１２２）孔（１２３）矢印　
　　　　　　（１２５）フレーム（１，２［’ｌ）ガス
給送管　　　　（３０Ｂ）導波管（４０Ｂ）スリーブ （，１３２）インピーダンス整合装置 （１，３４）ダクト　　　　　　（１３’８＞　（１３
９）杆（１４２）短絡板　　　　　　（１４７）点線（
ｉ５０）先端部　　　　　　（１５２）管（１６０）ス
リーブ 手続ネ市正書（方式） 昭和５９年＃２月２３日 特許庁長官　若杉　和犬　殿 ■、事件の表糸　　　　　昭和５８年平時間第１７１０
５８号２、発明の名称　　　　　プラズマ１〜−チ並び
にその使用法３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 名　称　アジャンス　ナシオナール　ドウ　ヴアロリザ
シオンドウ　ラ　ルシエルシェ ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）マイクロ波エネルギー供給装置と、少くとも部分
   的程度まで導電性であり、かつガス排出孔を備える端部
   を有するガス流のための少くとも１本の管を備するガス
   給送装置と、前記供給装置と前記管との間を連結する装
   置とを備えるプラズマトーチであって、 前記供給装置が導波管を備え、この導波管の壁を、前記
   管の直径よりも大きな寸法の開孔が横切って貫通してい
   ることを特徴とするプラズマトーチ。 （２）開孔が、ガス排出孔の最も近い側面に設けられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載
   のプラズマトーチ。 （３）管が、導波管中のエネルギーの伝播の方向と垂直
   の方向に、導波管の１つの側壁から別の側壁まで通り抜
   けていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項若
   しくは第（２）項に記載のプラズマトーチ。 （４）導波管が、四角形の断面を有していることを特徴
   とする特許請求の範囲第（３）項に記載のプラズマトー
   チ。 （５）導波管が、管に対しマイクロ波エネルギーの入力
   する方向と対向する端部で短絡されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項に記載　　　　。 のプラズマトーチ。 （６）連結装置が、ガス排出孔の最も近くに設けられた
   管の部分を囲む金属スリーブを備えていることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項に記載のプラズマトーチ
   。 （７）金属スリーブの直径が、導波管の開孔の直径より
   も大きいことを特徴とする特許請求の範囲第（６）項に
   記載のプラズマトーチ。 （８）連結装置が、導波管に対し、排出孔より離れた位
   置で、管の周囲を囲むもうｔつの金属スリーブを備え、
   この金属スリーブの内部が、開孔を　　−介して前記導
   波管の内部と連通し、この開孔の直径が、管の直径より
   も大きくつくられており、またＭ記スリーブが、前記導
   波管より離れた端部で短絡されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項に記、践のプラズマトーチ。 （９）管を囲む開孔が、導波管のより広１．Ｎ側壁に設
   けられていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項に記載のプラズマ１−−チ。 （１０）排出孔の最も近くに設けられた管の端部を囲む
   スリーブが、管のこの端部とほぼ等しｂ１長さであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載のプラ
   ズマトーチ。 （１１）ガス給送装置が、プラズマ生成部に、２本のガ
   ス流をそれぞれ送るために、少くとも２本の管を備えて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載
   のプラズマトーチ。 り１２）ガス給送装置を囲むスリーブが、導波管の近く
   に、横方向インピーダンス整合装置を備えていることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載のプラズマ
   トーチ。 （１３）ガスが循環可能な少くとも１本の管を備えるガ
   ス給送装置と、少くとも部分的程度まで導電性であり、
   またガス排出孔を備える前記管の端部と、前記管へのマ
   イクロ波エネルギー供給装置とを備えるプラズマトーチ
   であって、 前記ガス排出孔し！もう１つのガス流を送るべく。 前記ガス給送装置が、前記第１の管に取り付けられた少
   くとも第２の管を備えていることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項に記載のプラズマトーチ。 （１４）第２の管が、第１の管の内部に取り付けられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第（１３）項に記
   載のプラズマトーチ。 （１５）第２の管が、Ｏの電気伝導率である材料でつく
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第（１４）
   項に記載のプラズマトーチ５（１６）第１の管のガス排
   出孔が、第２の管の排出孔の中心軸に沿い、はぼ収束す
   るジェットの形状にプラズマを作るように設けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１４）項若しく
   は第（１５）項に記載のプラズマトーチ。 （１７）内側の管によりプラズマ生成ガスが供給され、
   外側の管により遮閉用ガスが供給されること７を特徴と
   する特許請求の範囲第（１６）項に記載のプラズマトー
   チにより生成さ−たプラズマの使用法。 （１８）外側の管によりプラズマ生成ガスが供給され、
   外側の管によりもう１つのガスが供給されることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１６）項により生成されたプ
   ラズマの使用法。 （１９）プラズマ生成ガスが循環しうる少くとも１本の
   管よりなるガス給送装置と、ガス排出孔を備え、少くと
   も部分的程度まで導電性を保つべく前記管に設けられた
   端部と、前記管へのマイクロ波エネルギー供給装置とを
   備えるプラズマトーチであって、 マイクロ波エネルギーが、前記管の排出孔の方向へ伝播
   するように、前記管が、前記供給装置に連結された金属
   スリーブにより囲まれ、また前記スリーブの側方向にイ
   ンピーダンス整合装置が設けられていることを特徴とす
   るプラズマトーチ。 （２０）インピーダンス整合装置が、スリーブの開孔と
   連通ずる導電性ダク１〜よりなり、このダクトに、管と
   連結された中央杆が取り付けられており、またこのダク
   トにおける前記スリーブとの反対端が、短絡回路により
   閉塞されていることを特徴とする特徴とする特許請求の
   範囲第（１９）項に記載のプラズマトーチ。 （２１）管の断面が非円形であることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１９）項に記載のプラズマｌ−−チ。 （２２）マイクロ波エネルギーが供給され、かつガスが
   内部を＠環する管の端部に形成されたプラズマの使用法
   であって、 ワイアのような可撓性材料が、管内に高速度で配置され
   ることにより、前記ワイアの表面に加熱処理を施すこと
   を特徴とする方法。 （２３）ワイアが、プラズマ生成管の内部に中心軸を同
   一にして設けられた管内を移動することを特徴とする特
   許請求の範囲第（２２）項に記載の使用法。