KR102424566B1 - 플라스마 발생 장치 - Google Patents

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도시유키 이케도
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가부시키가이샤 후지
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Abstract

플라스마 발생 장치에서는, 반응실(140)이, 1쌍의 전극을 삽입하기 위한 1쌍의 삽입부(106)와, 이들 1쌍의 삽입부를 연결하는 연결부(108)로 구분된다. 그리고, 연결부가, 1쌍의 삽입부보다 폭 협소하게 되어 있다. 이 때문에 연결부의 전역 및, 삽입부로부터 연결부에 연속하는 벽면을 따라 방전이 생긴다. 또, 연결부는, 삽입부보다 폭 협소하게 됨으로써, 연결부의 용적이 작게 되어 있다. 이 때문에 작은 용적의 처리 가스가 연결부의 전역 및, 삽입부로부터 연결부에 연속하는 벽면을 따라 플라스마화 됨으로써, 효율적으로 처리 가스가 플라스마화 된다. 또, 1쌍의 삽입부의 각각과 연결부와의 연결 개소가 원활한 면(110)으로 되어 있다. 이에 의해 방전에 의한 열이 원활한 면의 전체에 분산되어 방전에 의한 탄화가 억제된다.

Description

플라스마 발생 장치
본 발명은 반응실의 내부에서 처리 가스를 플라스마화시키는 플라스마 발생 장치에 관한 것이다.
플라스마 발생 장치에서는, 예를 들면, 하기의 특허 문헌에 기재되어 있듯이 반응실에 복수의 전극이 배치되고, 이들 복수의 전극 사이에 전압을 인가함으로써 처리 가스가 플라스마화 된다.
일본국 특허공개 2012-014927호 공보 일본국 특허공개 1991-290928호 공보
처리 가스가 플라스마화 될 때에는, 비교적 높은 전압을 인가할 필요가 있고, 그 인가에 의해 방전이 생기기 때문에, 반응실의 벽면이 탄화할 우려가 있다. 또, 효율적으로 플라스마를 발생시킬 수 있도록 처리 가스가 공급되는 반응실의 내부에서 적절하게 방전시킬 필요가 있다. 이와 같이 플라스마 발생 장치에는 여러 가지의 문제가 있고, 이들 여러 가지의 문제를 해결함으로써 플라스마 발생 장치의 실용성이 향상된다. 본 발명은 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 과제는 실용성이 높은 플라스마 발생 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본원에 기재의 플라스마 발생 장치는, 반응실을 가지는 제1 블록과, 상기 반응실에 삽입되고 처리 가스를 상기 반응실 내에서 플라스마화시키기 위한 1쌍의 전극과, 상기 반응실 내에서 플라스마화 된 가스를 피처리체를 향해 분출하기 위한 노즐을 구비하고, 상기 반응실이, 상기 1쌍의 전극을 삽입하기 위한 1쌍의 제1 삽입부와, 상기 1쌍의 제1 삽입부를 연결함과 아울러, 상기 1쌍의 제1 삽입부보다 폭 협소의 제1 연결부로 구분되고, 상기 1쌍의 제1 삽입부의 각각과 상기 제1 연결부와의 연결 개소가 원활한 면인 것을 특징으로 한다.
본원에 기재의 플라스마 발생 장치에서는, 1쌍의 삽입부의 각각과 연결부와의 연결 개소가 원활한 면으로 되어 있다. 이에 의해 방전에 의한 열이 원활한 면의 전체에 분산되어 방전에 의한 탄화가 억제된다.
도 1은 대기압 플라스마 발생 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 분해된 상태의 대기압 플라스마 발생 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 분해된 상태의 대기압 플라스마 발생 장치를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 A-A선에 있어서의 단면도이다.
도 5는 도 1의 B-B선에 있어서의 단면도이다.
도 6은 완충 부재의 평면도이다.
도 7은 제1 연결 블록의 평면도이다.
도 8은 반응실 블록의 평면도이다.
도 9는 제2 연결 블록의 평면도이다.
도 10은 노즐 블록의 평면도이다.
도 11은 노즐 블록이 반응실 블록의 하면에 적층된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 12는 비교예의 반응실 블록의 평면도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태로서 본 발명의 실시예를 도를 참조하면서 자세하게 설명한다.
＜대기압 플라스마 발생 장치의 구성＞
도 1 내지 도 5에 본 발명의 실시 예의 대기압 플라스마 발생 장치(10)를 나타낸다. 대기압 플라스마 발생 장치(10)는, 대기압 하에서 플라스마를 발생시키기 위한 장치이다. 대기압 플라스마 발생 장치(10)는, 본체 블록(20)과, 1쌍의 전극(22)과, 완충 부재(26)와, 제1 연결 블록(28)과, 반응실 블록(30)과, 제2 연결 블록(32)과, 노즐 블록(34)을 구비하고 있다.
또한, 도 1은 대기압 플라스마 발생 장치(10)를 비스듬하게 상방으로부터의 시점에 있어서 나타내는 사시도이다. 도 2는 분해한 상태의 대기압 플라스마 발생 장치(10)를 비스듬하게 상방으로부터의 시점에 있어서 나타내는 사시도이다. 도 3은 분해한 상태의 대기압 플라스마 발생 장치(10)를 비스듬하게 하방으로부터의 시점에 있어서 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 1의 A-A선에 있어서의 단면도이다. 도 5는 도 1의 B-B선에 있어서의 단면도이다. 또, 대기압 플라스마 발생 장치(10)의 폭 방향을 X방향으로 칭하고, 대기압 플라스마 발생 장치(10)의 안쪽의 방향을 Y방향으로 칭하고, X방향과 Y방향에 직각하는 방향, 즉 상하 방향을 Z방향으로 칭한다.
본체 블록(20)은, 대체로 직방체 형상을 이루고, 내열 수지제의 소재에 의해 성형되어 있다. 본체 블록(20)에는 상하 방향으로 관통하고, 상면 및 하면의 대체로 4구석에 개구하는 4개의 볼트 구멍(50)이 형성되어 있다. 또, 본체 블록(20)에는 상하 방향으로 관통하고, 4개의 볼트 구멍(50) 중의 Y축 방향으로 늘어서 형성되어 있는 2개의 볼트 구멍(50) 및, 나머지의 2개의 볼트 구멍(50)의 사이에 위치하도록 2개의 삽입 구멍(52)이 형성되어 있다. 각 삽입 구멍(52)의 상단부에는 본체 블록(20)의 상면으로부터 뻗어 나온 상태에서 원통 형상의 상부 홀더(holder)(54)가 고정적으로 감합되어 있다. 한편, 각 삽입 구멍(52)의 하단부에는 본체 블록(20)의 하면으로부터 뻗어 나온 상태에서 원통 형상의 하부 홀더(56)가 고정적으로 감합되어 있다.
원통 형상의 상부 홀더(54)에는 막대 모양의 도전부(58)가 삽입되어 있고, 상부 홀더(54)에 의해 고정적으로 보유되어 있다. 도전부(58)의 상단부는 상부 홀더(54)의 상단으로부터 뻗어 나와 있고, 도전부(58)의 하단은 삽입 구멍(52)을 삽입통과하여 원통 형상의 하부 홀더(56)의 내부에까지 뻗어 나와 있다. 또, 도전부(58)의 하단에는 막대 모양의 전극(22)이 도전부(58)와 동축적으로 고정되어 있고, 전극(22)은 하부 홀더(56)의 하단으로부터 하방을 향해 뻗어 나와 있다.
또한, 삽입 구멍(52)의 상하 방향에 있어서의 중앙부에는 직경이 작은 소경부(60)가 형성되어 있고, 소경부(60)의 내경은 도전부(58)의 외경과 대략 동일하게 되어 있다. 삽입 구멍(52)의 상부는 소경부(60)에 있어서 도전부(58)에 의해 밀폐되어 있고, 삽입 구멍(52)의 소경부(60)보다 하방의 부분에서는 삽입 구멍(52)의 내주면과 도전부(58)의 외주면과의 사이에는 클리어런스(clearance)가 존재한다. 또, 도전부(58)의 외경 및, 전극(22)의 외경은 하부 홀더(56)의 내경보다 작게 되어 있다. 이 때문에 하부 홀더(56)의 내주면과 도전부(58) 및 전극(22)의 외주면과의 사이에도 클리어런스(clearance)가 존재한다.
또, 본체 블록(20)에는 X방향으로 뻗은 2개의 제1 가스 유로(62)(도 1 및 도 4에서는 1개의 제1 가스 유로만이 나타나 있음)가 형성되어 있다. 2개의 제1 가스 유로(62)의 일방은, 일단부에 있어서, 본체 블록(20)의 X방향에서 대향하는 1쌍의 측면의 일방에 개구하고, 타단부에 있어서, 2개의 삽입 구멍(52)의 일방의 소경부(60)의 하방으로 개구하고 있다. 또, 2개의 제1 가스 유로(62)의 타방은, 일단부에 있어서, 본체 블록(20)의 X방향에서 대향하는 1쌍의 측면의 타방에 개구하고, 타단부에 있어서, 2개의 삽입 구멍(52)의 타방의 소경부(60)의 하방으로 개구하고 있다.
또한, 본체 블록(20)에는 상하 방향으로 관통하고, 상면 및 하면의 대략 중앙으로부터 Y축 방향으로 오프셋(offset) 된 위치에 개구하는 제2 가스 유로(66)가 형성되어 있다. 그리고, 본체 블록(20)의 하면에는 제2 가스 유로(66)의 개구로부터 본체 블록(20)의 하면의 대략 중앙에 이를 때까지 Y방향으로 뻗은 연결 홈(68)이 형성되어 있다.
또, 완충 부재(26)는, 대체로 판 형상을 이루고, 실리콘 수지제의 소재에 의해 성형되어 있다. 완충 부재(26)에는, 도 6에 나타내듯이, 완충 부재(26)의 두께 방향으로 관통하는 4개의 볼트 구멍(70)이 대체로 4구석에 형성되어 있다. 또한, 도 6은 완충 부재(26)를 상방으로부터의 시점에 있어서 나타내는 평면도이다. 또, 4개의 볼트 구멍(70)의 형성 피치(pitch)는 본체 블록(20)의 4개의 볼트 구멍(50)의 형성 피치와 동일한 피치로 되어 있다.
또한, 완충 부재(26)에는 대체로 덤벨(dumbbell) 형상으로 잘라내진 잘라냄부(72)가 형성되어 있다. 잘라냄부(72)는, 완충 부재(26)의 두께 방향으로 관통하고 있고, 1쌍의 삽입부(76)와 연결부(78)로 구분된다. 삽입부(76)는, 대체로 원형으로 잘라내어져 있고, 삽입부(76)의 내경은 하부 홀더(56)의 외경과 대략 동일하다. 또한, 1쌍의 삽입부(76)는, 서로 이간한 상태에서 X방향으로 늘어서 형성되어 있다. 또, 연결부(78)는, 대체로 직사각형으로 잘라내어져 있고, 1쌍의 삽입부(76)을 연결하고 있다. 또한, 연결부(78)는, 삽입부(76)보다 폭 협소하게 되어 있고, 연결부(78)의 Y방향에 있어서의 길이 치수는 삽입부(76)의 내경의 약 1/4로 되어 있다. 덧붙여서 말하자면, 삽입부(76)와 연결부(78)의 연결 개소는 원활하게 연속하여 있지 않고, 모서리부(79)로 되어 있다. 또한, 모서리부(79)란, 삽입부(76)와 연결부(78)의 연결 개소가 면으로 되지 않고 선으로 되는 부분이다.
이러한 형상의 완충 부재(26)는, 도 4에 나타내듯이, 4개의 볼트 구멍(70)이 본체 블록(20)의 4개의 볼트 구멍(50)과 겹치도록 본체 블록(20)의 하면에 적층되어 있다. 또, 본체 블록(20)의 하면에 적층된 완충 부재(26)의 1쌍의 삽입부(76)에는 본체 블록(20)의 2개의 하부 홀더(56)가 삽입통과되어 완충 부재(26)의 하면측으로 뻗어 나와 있다. 또한, 본체 블록(20)의 하면에 적층된 완충 부재(26)의 연결부(78)는, 도 5에 나타내듯이, 본체 블록(20)의 연결 홈(68)과 연통하고 있다.
또, 제1 연결 블록(28)은, 대체로 두꺼운 판 형상을 이루고, 세라믹제의 소재에 의해 성형되어 있다. 또한, 제1 연결 블록(28)의 두께는 대체로 10㎜ 정도이다. 제1 연결 블록(28)에는, 도 7에 나타내듯이, 상하 방향으로 뻗음과 아울러, 상면의 대체로 4구석에 개구하는 4개의 나사 구멍(80)이 형성되어 있다. 또한, 도 7은 제1 연결 블록(28)을 상방으로부터의 시점에 있어서 나타내는 평면도이다. 또, 4개의 나사 구멍(80)의 형성 피치는 완충 부재(26)의 4개의 볼트 구멍(70)의 형성 피치와 동일한 피치로 되어 있다. 또한, 제1 연결 블록(28)에는 이들 4개의 나사 구멍(80)과 다른 위치에 있어서, 상하 방향으로 뻗음과 아울러, 하면의 대체로 4구석에 개구하는 4개의 나사 구멍(82)이 형성되어 있다.
또, 제1 연결 블록(28)에는 대체로 덤벨(dumbbell) 형상으로 잘라내진 잘라냄부(84)가 형성되어 있다. 잘라냄부(84)는, 제1 연결 블록(28)의 두께 방향으로 관통하고 있고, 1쌍의 삽입부(86)와 연결부(88)로 구분된다. 삽입부(86)는, 대체로 원주 형상으로 잘라내어져 있고, 삽입부(86)의 내경은 하부 홀더(56)의 외경과 대략 동일하다. 또한, 1쌍의 삽입부(86)는, 서로 이간한 상태에서 X방향으로 늘어서 형성되어 있다. 또, 연결부(88)는, 대체로 직방체 형상으로 잘라내어져 있고, 1쌍의 삽입부(86)을 연결하고 있다. 또한, 연결부(88)는, 삽입부(86)보다 폭 협소하게 되어 있고, 연결부(88)의 Y방향에 있어서의 길이 치수는 삽입부(86)의 내경의 약 1/8로 되어 있다. 덧붙여서 말하자면, 삽입부(86)와 연결부(88)의 연결 개소는 원활하게 연속하지 않고, 모서리부(90)로 되어 있다.
이러한 형상의 제1 연결 블록(28)은, 도 4에 나타내듯이, 4개의 나사 구멍(80)이 완충 부재(26)의 4개의 볼트 구멍(70)과 겹치도록 완충 부재(26)의 하면에 적층되어 있다. 그리고, 본체 블록(20)의 상면으로부터 각 볼트 구멍(50)에 볼트(도시 생략)가 삽입됨으로써, 완충 부재(26)의 볼트 구멍(70)을 삽입통과하고, 제1 연결 블록(28)의 나사 구멍(80)에 대해서 체결된다. 이에 의해 본체 블록(20)와 완충 부재(26)와 제1 연결 블록(28)이 일체화되어 있다.
또, 완충 부재(26)의 하면에 적층된 제1 연결 블록(28)의 1쌍의 삽입부(86)에는 본체 블록(20)의 2개의 하부 홀더(56)가 삽입되어 있고, 하부 홀더(56)의 하단과 제1 연결 블록(28)의 하단이 상하 방향에 있어서 대체로 일치하고 있다. 다만, 하부 홀더(56)의 내부에 삽입되어 있는 전극(22)은 제1 연결 블록(28)의 하면측으로 뻗어 나와 있다. 또한, 완충 부재(26)의 하면에 적층된 제1 연결 블록(28)의 연결부(88)는, 도 5에 나타내듯이, 완충 부재(26)의 연결부(78)와 연통하고 있다.
또, 반응실 블록(30)은, 대체로 두꺼운 판 형상을 이루고, 세라믹제의 소재에 의해 성형되어 있다. 또한, 반응실 블록(30)의 두께는 대체로 10㎜ 정도이다. 반응실 블록(30)에는, 도 8에 나타내듯이, 상하 방향으로 관통하고, 상면 및 하면의 대체로 4구석에 개구하는 4개의 볼트 구멍(100)이 형성되어 있다. 또한, 도 8은 반응실 블록(30)을 상방으로부터의 시점에 있어서 나타내는 평면도이다. 또, 4개의 볼트 구멍(100)의 형성 피치는 제1 연결 블록(28)의 4개의 나사 구멍(82)의 형성 피치와 동일한 피치로 되어 있다.
또한, 반응실 블록(30)에는 대체로 덤벨(dumbbell) 형상으로 잘라내진 잘라냄부(102)가 형성되어 있다. 잘라냄부(102)는, 반응실 블록(30)의 두께 방향으로 관통하고 있고, 1쌍의 삽입부(106)와 연결부(108)로 구분된다. 삽입부(106)는, 대체로 원주 형상으로 잘라내어져 있고, 삽입부(106)의 내경은 하부 홀더(56)의 외경보다 작고, 전극(22)의 외형보다 크다. 또한, 1쌍의 삽입부(106)는, 서로 이간한 상태에서 X방향으로 늘어서 형성되어 있다. 한편, 연결부(108)는, 대체로 직방체 형상으로 잘라내어져 있고, 1쌍의 삽입부(106)을 연결하고 있다. 또한, 연결부(108)는, 삽입부(106)보다 폭 협소하게 되어 있고, 연결부(108)의 Y방향에 있어서의 길이 치수는 삽입부(106)의 내경의 약 1/3로 되어 있다. 또, 연결부(108)의 Y방향에 있어서의 길이 치수는 전극(22)의 외경보다 짧게 되어 있다.
덧붙여서 말하자면, 삽입부(106)와 연결부(108)의 연결 개소는 원활한 면(110)으로 되어 있다. 즉, 삽입부(106)와 연결부(108)의 연결 개소에 모서리부는 존재하고 있지 않고, 뾰족한 부위가 존재하고 있지 않다. 자세하게는, 삽입부(106)는, 연결부(108)로부터 떨어져 있는 개소에 있어서, 삽입부의 내경 r에 응한 곡률 R(=1/r)로 만곡하고 있지만, 연결부(108)에 접근할수록 곡률 R(＜1/r)은 작아진다. 그리고, 작은 곡률 R(＜1/r)로 삽입부(106)와 연결부(108)가 연결되어 있다. 이 때문에 삽입부(106)와 연결부(108)를 연결하는 원활한 면(110)의 곡률은 1/r 이하로 되어 있다. 다만, 본 발명에서의 원활한 면의 곡률 R은 1/r보다 커도 좋지만, 단순한 모따기를 제외할 수 있도록 본 발명에서의 원활한 면의 곡률 R은 1/(0.1~0.5r) 이하인 것이 바람직하다. 또, 삽입부(106)와 연결부(108)의 연결 개소의 원활성을 담보할 수 있도록 삽입부(106)의 내벽면과 연결부(108)의 내벽면이 이루는 각도(둔각) α는 최소치로 110~130°이상인 것이 바람직하다.
이러한 형상의 반응실 블록(30)은, 4개의 볼트 구멍(100)이 제1 연결 블록(28)의 4개의 나사 구멍(82)과 겹치도록 제1 연결 블록(28)의 하면에 적층되어 있다. 또, 제1 연결 블록(28)의 하면에 적층된 반응실 블록(30)의 1쌍의 삽입부(106)에는, 도 4에 나타내듯이, 제1 연결 블록(28)의 하면으로부터 뻗어 나오는 전극(22)이 삽입통과되어 있다. 또한, 제1 연결 블록(28)의 하면에 적층된 반응실 블록(30)의 연결부(108)는, 도 5에 나타내듯이, 제1 연결 블록(28)의 연결부(88)와 연통하고 있다.
또, 제2 연결 블록(32)은, 대체로 두꺼운 판 형상을 이루고, 세라믹제의 소재에 의해 성형되어 있다. 또한, 제2 연결 블록(32)의 두께는 대체로 5㎜ 정도이다. 제2 연결 블록(32)에는, 도 9에 나타내듯이, 상하 방향으로 관통하고, 상면 및 하면의 대체로 4구석에 개구하는 4개의 볼트 구멍(120)이 형성되어 있다. 또한, 도 9는 제2 연결 블록(32)을 상방으로부터의 시점에 있어서 나타내는 평면도이다. 또, 4개의 볼트 구멍(120)의 형성 피치는 반응실 블록(30)의 4개의 볼트 구멍(100)의 형성 피치와 동일한 피치로 되어 있다.
또한, 제2 연결 블록(32)에는 상하 방향으로 관통하는 복수의 연통 구멍(122)이 형성되어 있다. 복수의 연통 구멍(122)은, Y방향에 있어서의 중앙부에 있고, X방향으로 늘어서도록 형성되어 있다. 또, 각 연통 구멍(122)의 내경은 약 0.5~1㎜로 되어 있고, 상(上) 가장자리 및 하(下) 가장자리에 있어서 모따기 되어 있다.
이러한 형상의 제2 연결 블록(32)은, 4개의 볼트 구멍(120)이 반응실 블록(30)의 4개의 볼트 구멍(100)과 겹치도록 반응실 블록(30)의 하면에 적층되어 있다. 또, 반응실 블록(30)의 하면에 적층된 제2 연결 블록(32)의 복수의 연통 구멍(122)은, 도 4 및 도 5에 나타내듯이, 반응실 블록(30)의 1쌍의 삽입부(106) 및 연결부(108)와 연통하고 있다.
또, 노즐 블록(34)은, 대체로 판 형상을 이루고, 세라믹제의 소재에 의해 성형되어 있다. 노즐 블록(34)에는, 도 10에 나타내듯이, 상하 방향으로 관통하고, 상면 및 하면의 대체로 4구석에 개구하는 4개의 볼트 구멍(130)이 형성되어 있다. 또한, 도 10은 노즐 블록(34)을 상방으로부터의 시점에 있어서 나타내는 평면도이다. 또, 4개의 볼트 구멍(130)의 형성 피치는 제2 연결 블록(32)의 4개의 볼트 구멍(120)의 형성 피치와 동일한 피치로 되어 있다.
또한, 노즐 블록(34)에는 상하 방향으로 관통하는 슬릿(slit) 형상의 노즐 구멍(132)이 형성되어 있다. 노즐 구멍(132)은, Y방향에 있어서의 중앙부에 있고, X방향으로 뻗도록 형성되어 있다. 또, 노즐 구멍(132)의 Y방향에 있어서의 폭 치수는 약 0.5㎜로 되어 있고, 노즐 구멍(132)의 X방향에 있어서의 길이 치수는 제2 연결 블록(32)의 복수의 연통 구멍(122)의 X방향에 있어서의 일단으로부터 타단까지의 길이 치수와 대략 동일하게 되어 있다. 또한, 노즐 구멍(132)은 상(上) 가장자리에 있어서 모따기 되어 있다.
이러한 형상의 노즐 블록(34)은, 4개의 볼트 구멍(130)이 제2 연결 블록(32)의 4개의 볼트 구멍(120과 겹치도록 제2 연결 블록(32)의 하면에 적층되어 있다. 그리고, 노즐 블록(34)의 하면으로부터 각 볼트 구멍(130)에 볼트(도시 생략)가 삽입됨으로써, 제2 연결 블록(32)의 볼트 구멍(120) 및, 반응실 블록(30)의 볼트 구멍(100)을 삽입통과하고, 제1 연결 블록(28)의 나사 구멍(82)에 대해서 체결된다. 이에 의해 제1 연결 블록(28)으로 반응실 블록(30)과 제2 연결 블록(32)과 노즐 블록(34)이 일체화되어 있다.
또, 제2 연결 블록(32)의 하면에 적층된 노즐 블록(34)의 노즐 구멍(132)은, 도 4 및 도 5에 나타내듯이, 제2 연결 블록(32)의 복수의 연통 구멍(122)과 연통하고 있다. 또한, 제1 연결 블록(28)과 반응실 블록(30)과 제2 연결 블록(32)과 노즐 블록(34)이 일체화되었을 때에, 반응실 블록(30)의 삽입부(106)에 삽입된 전극(22)의 하단면과 제2 연결 블록(32)의 상면과의 사이의 거리는 약 2~3㎜로 되어 있다.
＜대기압 플라스마 발생 장치에 의한 플라스마 조사＞
대기압 플라스마 발생 장치(10)는, 액체에 플라스마를 조사하는 장치이고, 반응실 블록(30)의 잘라냄부(102)와 제1 연결 블록(28)의 하면과 제2 연결 블록(32)의 상면에 의해 구획된 반응실(140)에 있어서 처리 가스가 플라스마화 되고, 노즐 블록(34)의 노즐 구멍(132)으로부터 플라스마가 조사된다. 이하에 대기압 플라스마 발생 장치(10)에 의한 플라스마 조사에 대해 자세하게 설명한다.
대기압 플라스마 발생 장치(10)에서는, 본체 블록(20)의 측면에 개구하는 제1 가스 유로(62)에 질소 등의 불활성 가스가 처리 가스로서 공급된다. 제1 가스 유로(62)에 공급된 불활성 가스는, 삽입 구멍(52)에 유입하고, 하부 홀더(56)와 도전부(58)의 사이 및, 하부 홀더(56)와 전극(22)의 사이를 통해 반응실 블록(30)의 삽입부(106), 즉 반응실(140)에 공급된다. 또, 본체 블록(20)의 상면에 개구하는 제2 가스 유로(66)에 산소 등을 포함하는 활성 가스가 처리 가스로서 공급된다. 제2 가스 유로(66)에 공급된 활성 가스는, 연결 홈(68)과 연결부(78)와 연결부(88)를 통해 반응실 블록(30)의 연결부(108), 즉 반응실(140)에 공급된다. 또한, 제1 가스 유로(62)에의 불활성 가스의 공급량, 및 제2 가스 유로(66)에의 활성 가스의 공급량은 약 2L/분(minute)으로 되어 있다.
또, 반응실(140)에서는, 1쌍의 전극(22)에 전압이 인가되어 있고, 1쌍의 전극(22) 사이에 전류가 흐른다. 이에 의해 1쌍의 전극(22) 사이에 유사 아크(ark) 방전이 생기고, 그 방전에 의해 처리 가스가 플라스마화 된다. 또한, 유사 아크 방전이란 통상의 아크 방전과 같이 대전류가 흐르지 않게 플라스마 전원으로 전류를 제한하면서 방전시키는 방식의 것이다. 이 때에 유사 아크 방전은 주로 반응실(140)의 연결부(108)에서 생기기 때문에, 효율적으로 처리 가스가 플라스마화 된다. 자세하게는, 상술한 것처럼 연결부(108)의 Y방향에 있어서의 길이 치수는 전극(22)의 외경보다 짧게 되어 있다. 그리고, 연결부(108)의 양단에 연속하는 1쌍의 삽입부(106)에 1쌍의 전극(22)이 삽입되어 있다. 이 때문에 연결부(108)의 전역 및, 삽입부(106)로부터 연결부(108)에 연속하는 벽면을 따라 유사 아크 방전이 생긴다. 또, 연결부(108)는, 삽입부(106)보다 폭 협소하게 됨으로써, 연결부(108)의 용적이 작게 되어 있다. 이 때문에 작은 용적의 처리 가스가 연결부(108)의 전역 및, 삽입부(106)로부터 연결부(108)에 연속하는 벽면을 따라 플라스마화 됨으로써, 효율적으로 처리 가스가 플라스마화 된다. 더 말하자면, 전극(22)은 반응실(140)의 저부에 가까운 개소, 즉 반응실(140)로부터 플라스마가 배출되는 제2 연결 블록(32)의 연통 구멍(122)에 가까운 개소에까지 뻗어 나와 있고, 그 개소에 있어서 방전된다. 이 때문에 플라스마화 된 가스에 포함되는 라디칼의 활성을 저하시키는 일이 없이 반응실(140)로부터 배출하는 것이 가능하게 된다.
반응실(140)에서 발생한 플라스마는 제2 연결 블록(32)의 복수의 연통 구멍(122)에 유입한다. 그리고, 플라스마는 노즐 블록(34)의 노즐 구멍(132)으로부터 분출되고, 피처리체로서의 액체에 플라스마가 조사된다. 또한, 일반적인 대기압 플라스마 발생 장치에서는, 처리 가스의 공급량이 30L/분(minute)으로 되어 있지만, 대기압 플라스마 발생 장치(10)에서는, 처리 가스의 공급량, 즉 제1 가스 유로(62)에의 불활성 가스의 공급량, 및 제2 가스 유로(66)에의 활성 가스의 공급량은 약 2L/분(minute)으로 되어 있다. 이에 의해 대기압 플라스마 발생 장치(10)에서는, 노즐 구멍(132)으로부터 분출되는 플라스마의 풍량이 억제되고, 플라스마 조사되는 액체의 물결침, 즉 파문의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 대기압 플라스마 발생 장치(10)에서는, 플라스마를 분출하는 노즐 구멍(132)이 슬릿 형상으로 되어 있다. 이에 의해 노즐 구멍(132)으로부터 플라스마가 폭 넓게 조사되고, 기류의 혼란이 억제됨으로써, 플라스마 조사되는 액체의 물결침을 더욱 억제하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이 대기압 플라스마 발생 장치(10)에서는, 슬릿 형상의 노즐 구멍(132)으로부터 플라스마가 분출되기 때문에, 제2 연결 블록(32)에 의해, 유사 아크 방전의 튀어나옴이 방지되어 있다. 자세하게는, 예를 들면, 도 11에 나타내듯이, 반응실 블록(30)의 하면에 노즐 블록(34)이 적층된 대기압 플라스마 발생 장치에 있어서, 1쌍의 전극(22)에 전압이 인가되면, 1쌍의 전극(22)의 사이에 생기는 유사 아크 방전(146)이 반응실(140)로부터 튀어나와 노즐 구멍(132)의 내부, 또 노즐 블록(34)의 하단면에까지 도달하는 경우가 있다. 즉, 대기압 플라스마 발생 장치의 외부에까지 유사 아크 방전(146)이 튀어나올 우려가 있다.
이와 같이 반응실(140)의 외부, 특히 대기압 플라스마 발생 장치(10)의 외부에 있어서 유사 아크 방전(146)이 생기면, 높은 에너지가 분산되어 적절하게 처리 가스를 플라스마화 할 수가 없다. 또, 반응실(140)의 외부에서는 처리 가스의 농도가 낮기 때문에, 적절하게 처리 가스를 플라스마화 할 수가 없다. 더 말하자면, 반응실(140)의 외부에서 유사 아크 방전(146)에 의해 처리 가스가 플라스마화 되어도, 플라스마에 포함되는 래디칼이 산소와 반응하여 오존으로 되어 플라스마 조사의 효과가 저하한다.
이러한 것을 감안하여 대기압 플라스마 발생 장치(10)에서는, 반응실 블록(30)과 노즐 블록(34)의 사이에 제2 연결 블록(32)이 배치되어 설치되어 있고, 제2 연결 블록(32)에 복수의 연통 구멍(122)이 형성되어 있다. 이 때문에 전극(22)에의 인가에 의해 생긴 유사 아크 방전(146)은, 연통 구멍(122)과 연통 구멍(122)의 사이에 존재하는 벽에 의해 반응실(140)의 외부로의 튀어나옴이 방지된다. 특히, 연통 구멍(122)의 내경은 0.5~1㎜ 정도로 작게 되어 있기 때문에, 유사 아크 방전(146)의 반응실(140)의 외부로의 튀어나옴이 적절하게 방지된다. 이에 의해 반응실(140)의 내부에 있어서, 유사 아크 방전(146)을 일으키게 하고 효율적으로 처리 가스를 플라스마화 하는 것이 가능하게 된다.
또, 대기압 플라스마 발생 장치(10)에서는, 상술한 것처럼, 반응실(140)의 연결부(108)가 좁게 되어 있고, 연결부(108)의 전역 및, 삽입부(106)로부터 연결부(108)에 연속하는 벽면을 따라 방전이 생겨 효율적으로 처리 가스가 플라스마화 된다. 이 때에 세라믹제의 반응실 블록(30)의 반응실(140)의 벽면은 탄화할 우려가 있다. 특히, 예를 들면, 삽입부(106)로부터 연결부(108)에 연속하는 벽면에 모서리부가 존재하면, 그 모서리부에 방전에 의한 열이 집중하고 현저하게 탄화할 우려가 있다.
구체적으로는, 예를 들면, 도 12에 나타내는 반응실 블록(150)에는 반응실 블록(30)의 잘라냄부(102)와 대략 동일한 형상의 잘라냄부(152)가 형성되어 있다. 이 반응실 블록(150)은, 반응실 블록(30)의 잘라냄부(102)와 마찬가지로, 1쌍의 삽입부(154)와 연결부(156)로 구분되지만, 삽입부(154)와 연결부(156)의 연결 개소는 반응실 블록(30)의 잘라냄부(102)와 달리 원활하게 연속하지 않고, 모서리부(158)로 되어 있다. 또한, 삽입부(154)와 연결부(156)는 모서리부(158)를 통해 연속하기 때문에, 삽입부(154)의 내벽면과 연결부(156)의 내벽면이 이루는 각도(둔각) β는 최소치로 90~100°정도로 된다.
이러한 형상의 잘라냄부(152), 즉 반응실(160)에 있어서 1쌍의 삽입부(154)에 1쌍의 전극(22)이 삽입되고, 이들 1쌍의 전극(22)에 전압이 인가된 경우에는, 삽입부(154)로부터 연결부(156)에 연속하는 벽면을 따라 방전이 생긴다. 이 때에 모서리부(158)에 방전에 의한 열이 집중하고 모서리부(158)가 탄화한다. 도 중의 부호 162는 탄화한 개소를 나타내고 있다. 이와 같이 모서리부(158)가 탄화하면, 탄화한 개소가 탄화 도전로가 되어 적절한 방전이 생기지 않을 우려가 있다. 이 때문에 반응실 블록(150)을 교환할 필요가 있지만 런닝코스트(running cost)가 높아질 우려가 있다.
이러한 것을 감안하여 대기압 플라스마 발생 장치(10)에서는, 도 8에 나타내듯이, 반응실 블록(30)의 잘라냄부(102)에 있어서 삽입부(106)와 연결부(108)의 연결 개소는 원활한 면(110)으로 되어 있다. 이 때문에 방전에 의한 열이 원활한 면(110)의 전체에 분산되어 방전에 의한 탄화가 억제된다. 이에 의해 반응실 블록(30)의 내구성이 향상되어 런닝코스트(running cost)를 낮게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 완충 부재(26) 및, 제1 연결 블록(28)에서는, 방전이 생기지 않기 때문에, 삽입부(76)와 연결부(78)의 연결 개소가 모서리부(79)로 되고, 삽입부(86)와 연결부(88)의 연결 개소도 모서리부(90)로 되어 있다. 즉, 완충 부재(26) 및, 제1 연결 블록(28)에서는, 방전에 의한 탄화를 고려할 필요가 없기 때문에, 삽입부(76)와 연결부(78)의 연결 개소 및, 삽입부(86)와 연결부(88)의 연결 개소는 굳이 원활한 면으로 되어 있지 않다. 이에 의해 완충 부재(26) 및, 제1 연결 블록(28)의 제작 비용을 낮추는 것이 가능하게 된다.
더 말하자면, 반응실(140)의 연결부(108)에는 처리 가스로서 산소를 포함하는 활성 가스가 공급됨으로써, 래디칼을 포함하는 플라스마를 매우 적합하게 발생시키는 것이 가능하게 되어 있다. 한편, 반응실(140)의 삽입부(106)에는 처리 가스로서 산소를 포함하지 않는 불활성 가스가 공급된다. 이 때문에 전극(22)은 불활성 가스에 의해 덮임으로써 전극(22)의 산화가 방지되어 전극(22)의 내구성도 향상한다.
덧붙여서 말하자면, 상기 실시예에 있어서, 대기압 플라스마 발생 장치(10)는, 플라스마 발생 장치의 일례이다. 전극(22)은 전극의 일례이다. 제1 연결 블록(28)은, 제2 블록의 일례이다. 반응실 블록(30)은, 제1 블록의 일례이다. 제2 연결 블록(32)은, 판 형상 부재의 일례이다. 노즐 블록(34)은, 노즐의 일례이다. 삽입부(86)는, 제2 삽입부의 일례이다. 연결부(88)는, 제2 연결부의 일례이다. 모서리부(90)는, 모서리부의 일례이다. 삽입부(106)는, 제1 삽입부의 일례이다. 연결부(108)는, 제1 연결부의 일례이다. 원활한 면(110)은, 원활한 면의 일례이다. 연통 구멍(122)은, 연통 구멍의 일례이다. 노즐 구멍(132)은, 노즐구의 일례이다. 반응실(140)은, 반응실의 일례이다.
또한, 본 발명은, 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 당업자의 지식에 기초하여 여러 가지의 변경, 개량을 실시한 여러 가지의 형태로 실시하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 예를 들면, 상기 실시예에서는, 대기압 플라스마 발생 장치(10)의 피처리체로서 액체를 들 수 있지만, 액체 이외의 여러 가지의 것에 플라스마를 조사하는 것이 가능하다. 또한, 피처리체가 전자 부품 등인 경우에는, 제2 연결 블록(32)과 노즐 블록(34)의 사이에 접지판을 배치하여 설치하는 것이 바람직하다.
또, 상기 실시예에서는, 제2 연결 블록(32)의 두께가 약 5㎜로 되어 있지만, 임의의 두께로 하는 것이 가능하다. 다만, 제2 연결 블록(32)이 너무 얇으면, 유사 아크 방전(146)의 튀어나옴을 적절하게 방지할 수 없을 우려가 있다. 한편, 제2 연결 블록(32)이 너무 두꺼우면, 플라스마에 포함되는 래디칼이 활성을 잃을 우려가 있다. 이 때문에 제2 연결 블록(32)의 두께는 2~20㎜ 정도인 것이 바람직하다.
또, 상기 실시예에서는, 반응실(140)에 복수의 경로, 구체적으로는 제1 가스 유로(62)와 1쌍의 제2 가스 유로(66)를 통해 처리 가스가 공급되고 있지만, 하나의 경로를 통해 반응실(140)에 처리 가스를 공급하는 것이 가능하다.
또, 상기 실시예에서는, 본 발명이 대기압 플라스마 발생 장치(10)에 적용되어 있지만, 감압 하에서 플라스마를 발생시키는 플라스마 발생 장치에 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 또, 상기 실시예에서는, 플라스마의 방전 방식으로서 유사 아크 방전이 채용되어 있지만, 통상의 아크 방전, 즉 대전류를 흘림으로써 방전시키는 방식의 방전을 채용하는 것이 가능하다. 또한, 아크 방전은 음극으로부터 전자를 방출시키는 방전이고 대전류에 의해 온도가 높은 특징을 가진다. 이 때문에 용접, 융해로 등에 이용된다. 또, 할로우 캐소드(hollow cathode) 방전을 채용하는 것도 가능하다. 할로우 캐소드란 통상(hollow)의 음극(cathode)을 이용한 방전이며, 음극을 통상의 중공 형상으로 함으로써, 전자를 트랩(trap)하기 쉽고, 고밀도의 플라스마를 생성하는 것이 가능하게 된다. 더 말하자면, 유전체 베리어(barrier) 방전을 채용하는 것도 가능하다. 유전체 베리어(barrier) 방전에서는, 1쌍의 전극의 사이에 유전체(유리, 세라믹 등의 전기를 통하지 않는 것)가 재치되고, 아크 방전과 같이 전극 사이에서 전자가 튀어나오지 않게 차폐된다. 그리고, 전극 사이에 고주파 전압이 인가되고, 전극 사이의 전압이 가스의 방전 파괴 전압 이상으로 되면 방전이 발생한다. 다만, 전극 사이는 유전체에 의해 차폐되어 있기 때문에 방전은 곧바로 종료한다. 이 때문에 고주파 전압에 의한 방전 횟수를 증가함으로써 플라스마의 고밀도화가 도모된다. 또, 아크 방전과 같이 전극으로부터 전자가 방출되지 않기 때문에 전극에의 손상이 없다.
10：대기압 플라스마 발생 장치(플라스마 발생 장치)　　
22：전극　　
28：제1 연결 블록(제2 블록)　　
30：반응실 블록(제1 블록)　　
32：제2 연결 블록(판 형상 부재)　　
34：노즐 블록(노즐(nozzle))　　
86：삽입부(제2 삽입부)　 88：연결부(제2 연결부)　　
90：모서리부　　
106：삽입부(제1 삽입부) 108：연결부(제1 연결부)　　
110：원활한 면　　
122：연통 구멍(연결 구멍)　　
132：노즐 구멍(노즐구(nozzle mouth))　　
140：반응실

Claims (4)

  1. 반응실을 가지는 제1 블록과,
    상기 반응실에 삽입되고 처리 가스를 상기 반응실 내에서 플라스마화시키기 위한 1쌍의 전극과,
    상기 반응실 내에서 플라스마화 된 가스를 피처리체를 향해 분출하기 위한 노즐을 구비하고,
    상기 반응실이,
    상기 1쌍의 전극을 삽입하기 위한 1쌍의 제1 삽입부와 ,
    상기 1쌍의 제1 삽입부를 연결함과 아울러, 상기 1쌍의 제1 삽입부보다 폭 협소의 제1 연결부로 구분되고,
    상기 1쌍의 제1 삽입부의 각각과 상기 제1 연결부와의 연결 개소가 원활한 면이고;
    (a) 상기 1쌍의 제1 삽입부에 연통하고, 상기 1쌍의 전극이 삽입되는 1쌍의 제2 삽입부와, (b) 상기 제1 연결부에 연통하고, 상기 1쌍의 제2 삽입부를 연결함과 아울러, 상기 1쌍의 제2 삽입부보다 폭 협소의 제2 연결부로 구분되는 제2 블록을 구비하고,
    상기 1쌍의 제2 삽입부의 각각과 상기 제2 연결부와의 연결 개소가 모서리부인 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐이, 슬릿 형상의 노즐구를 가지고,
    상기 플라스마 발생 장치가,
    상기 반응실과 상기 노즐구를 연통하는 복수의 연통 구멍을 가지고, 상기 제1 블록과 상기 노즐과의 사이에 배치되어 설치되는 판 형상 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 장치.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 연결부를 통해 상기 반응실의 상기 제1 연결부에 처리 가스로서 활성 가스가 공급되고,
    상기 제2 삽입부를 통해 상기 반응실의 상기 제1 삽입부에 처리 가스로서 불활성 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 장치.
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