WO2016194138A1 - プラズマ発生装置 - Google Patents

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WO2016194138A1
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plasma
cover
hole
housing
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PCT/JP2015/065907
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陽大 丹羽
神藤　高広
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富士機械製造株式会社
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    • H05H2240/10—Testing at atmospheric pressure

Definitions

  • the present invention relates to a plasma generator for ejecting plasmad gas from an ejection port.
  • plasma processing is performed on the target object by ejecting the plasma gas from the outlet toward the target object.
  • the following patent document describes an example of a plasma generator.
  • plasma gas is usually irradiated toward the object to be processed placed at a predetermined distance from the jet nozzle. That is, at the time of plasma treatment, the plasma gas is ejected into the air, and the object to be treated is irradiated with the plasma gas ejected into the air. At this time, the plasma gas reacts with an active gas such as oxygen in the air to generate ozone. For this reason, there exists a possibility that plasma gas may deactivate and a plasma processing cannot be performed appropriately.
  • a protective gas for protecting the plasma gas is ejected together with the plasma gas.
  • the flow of the plasma gas is hindered by the ejection of the protective gas, and the object to be processed may not be irradiated with the plasma gas appropriately There is.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to prevent the plasma gas from being deactivated and to appropriately irradiate the object to be processed with the plasma gas.
  • a plasma generator described in the present application includes a housing in which a reaction chamber for converting a processing gas into plasma is formed, and a plasma gas formed in the housing and converted into plasma in the reaction chamber.
  • a spout for ejecting from the housing; a cover provided in the housing so as to cover at least the spout; a gas supply device for supplying heated gas to the inside of the cover; and a tip of the spout A through hole formed in the cover so that the distance between the tip of the jet port and the opening of the through hole to the outer wall surface of the cover is from the jet port.
  • the ejection direction of the plasma gas to be ejected it is 0 to 2 mm.
  • a plasma generator described in the present application includes a housing in which a reaction chamber for converting a processing gas into plasma is formed, and a plasma gas formed in the housing and converted into plasma in the reaction chamber , A cover provided on the housing in a state of covering at least the outlet, a gas supply device for supplying heated gas heated inside the cover, and the outlet And a through hole formed in the cover such that the tip of the cover is located inside.
  • a jet outlet for jetting plasma gas is covered with a cover, and a through hole is formed in the cover so that the tip of the jet outlet is located inside. And the heated heating gas is supplied into the inside of the cover.
  • the heating gas is ejected from the through hole of the cover, and the plasma gas is ejected from the ejection port so as to penetrate the heating gas. That is, the plasma gas is ejected into the air while being surrounded by the heated gas. Since ozone is decomposed at a high temperature of 200 ° C. or higher, ozonization of the plasma gas covered with the heated gas is prevented. Thereby, deactivation of plasma gas is prevented.
  • the distance between the tip of the jet port and the opening of the through hole to the outer wall surface of the cover is set to 0 to 2 mm in the plasma gas jet direction. Accordingly, the plasma gas can be suitably covered with the heating gas without hindering the flow of the plasma gas ejected from the ejection port, and the object to be processed can be appropriately irradiated with the plasma gas.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 is an apparatus for generating plasma under atmospheric pressure, and includes a plasma gas ejection device 12 and a heated gas supply device 14.
  • 1 is a perspective view of the whole atmospheric pressure plasma generation apparatus 10 from a perspective from obliquely above
  • FIG. 2 is a perspective view of a lower end portion of the atmospheric pressure plasma generation apparatus 10 from a perspective from obliquely below
  • FIG. 3 is a perspective view of the lower end portion of the atmospheric pressure plasma generator 10 from a perspective from above
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the width direction of the atmospheric pressure plasma generator 10 is referred to as the X direction
  • the depth direction of the atmospheric pressure plasma generator 10 is referred to as the Y direction
  • the direction perpendicular to the X direction and the Y direction, that is, the vertical direction is referred to as the Z direction.
  • the plasma gas ejection device 12 includes a housing 20, a cover 22, and a pair of electrodes 24 and 26.
  • the housing 20 includes a main housing 30, a heat radiating plate 31, a ground plate 32, a lower housing 34, and a nozzle block 36.
  • the main housing 30 has a generally block shape, and a reaction chamber 38 is formed inside the main housing 30.
  • four first gas flow paths 50 are formed in the main housing 30 so as to extend in the Y direction, and the four first gas flow paths 50 are spaced at a predetermined interval in the X direction. Are lined up. One end of each first gas channel 50 opens to the reaction chamber 38, and the other end opens to the side surface of the main housing 30.
  • each second gas passage 52 is formed in the main housing 30 so as to correspond to the four first gas passages 50 so as to extend in the Z direction.
  • the upper end portion of each second gas flow path 52 opens to the corresponding first gas flow path 50, and the lower end portion opens to the bottom surface of the main housing 30.
  • the heat radiating plate 31 is disposed on the side surface of the main housing 30 where the first gas flow path 50 opens, and closes the opening to the side surface of the first gas flow path 50.
  • the heat radiating plate 31 has a plurality of fins (not shown) and radiates heat from the main housing 30.
  • the ground plate 32 functions as a lightning rod, and is fixed to the lower surface of the main housing 30.
  • the ground plate 32 has four through holes 56 penetrating in the vertical direction corresponding to the four second gas flow paths 52, and each through hole 56 has a corresponding second gas flow path. 52.
  • the lower housing 34 has a block shape and is fixed to the lower surface of the ground plate 32.
  • a recess 60 is formed on the upper surface of the lower housing 34 so as to extend in the X direction, and the recess 60 faces the four through holes 56 of the ground plate 32.
  • six third gas passages 62 are formed in the lower housing 34 so as to extend in the Z direction, and the six third gas passages 62 are spaced at a predetermined interval in the X direction. Are lined up.
  • the upper end portion of each third gas flow path 62 opens to the recess 60, and the lower end portion opens to the bottom surface of the lower housing 34.
  • Each through hole 56 of the ground plate 32 faces one end of the recess 60 of the lower housing 34 in the Y direction, and the third gas flow path 62 of the lower housing 34 is the other end of the recess 60 in the Y direction. Open to the part.
  • the nozzle block 36 is fixed to the lower surface of the lower housing 34, and the six fourth gas passages 66 extend in the Z direction corresponding to the six third gas passages 62 of the lower housing 34. Is formed.
  • the upper end portion of each fourth gas flow channel 66 is connected to the corresponding third gas flow channel 62, and the lower end portion opens at the bottom surface of the nozzle block 36.
  • the cover 22 has a generally bowl shape and is disposed on the lower surface of the ground plate 32 so as to cover the lower housing 34 and the nozzle block 36.
  • a through hole 70 is formed in the lower surface of the cover 22.
  • the through hole 70 is larger than the lower surface of the nozzle block 36, and the lower surface of the nozzle block 36 is located inside the through hole 70.
  • the lower surface of the nozzle block 36 that is, the lower end of the fourth gas channel 66 of the nozzle block 36 does not protrude downward from the through hole 70 of the cover 22, and the lower end of the fourth gas channel 66 and the cover 22. It is located at substantially the same height as the lower surface of.
  • a through hole 72 is also formed in the side surface of the cover 22 on the heated gas supply device 14 side so as to extend in the Y direction.
  • the through hole 72 faces the side surface of the lower housing 34 located inside the cover 22, and the area of the side surface is Acm 2 . Further, the cross-sectional area inside the cover 22 is set to Bcm 2 in a direction perpendicular to the through hole 72, that is, a direction perpendicular to the Y direction.
  • the pair of electrodes 24 and 26 are disposed so as to face each other inside the reaction chamber 38 of the main housing 30.
  • a processing gas supply source 78 is connected to the reaction chamber 38 via a flow rate adjustment valve 76.
  • the processing gas supply source 78 supplies a processing gas in which an active gas such as oxygen and an inert gas such as nitrogen are mixed at an arbitrary ratio. As a result, a processing gas having an arbitrary flow rate (L / min) is supplied to the reaction chamber 38.
  • the heated gas supply device 14 includes a protective cover 80, a gas pipe 82, and a connection block 84.
  • the protective cover 80 is disposed so as to cover the heat radiating plate 31 of the plasma gas ejection device 12.
  • the gas pipe 82 is disposed inside the protective cover 80 so as to extend in the Z direction, and a heating gas supply source 88 is connected to the gas pipe 82 via a flow rate adjusting valve 86.
  • the heated gas supply source 88 heats an active gas such as oxygen or an inert gas such as nitrogen to a predetermined temperature and supplies the gas.
  • heated gas having an arbitrary flow rate (L / min) is supplied to the gas pipe 82.
  • the cross-sectional area in the radial direction of the gas pipe 82 is Ccm 2, and the cross-sectional area C is smaller than the area A of the side surface of the lower housing 34 and the cross-sectional area B inside the cover 22.
  • the connecting block 84 is connected to the lower end of the gas pipe 82 and is fixed to the side surface of the cover 22 on the heated gas supply device 14 side in the Y direction.
  • the connecting block 84 is formed with a communication passage 90 that is bent in an L shape.
  • One end of the communication passage 90 opens on the upper surface of the connection block 84, and the other end of the communication passage 90 is Y. Open in the side surface on the plasma gas ejection device 12 side in the direction.
  • One end portion of the communication passage 90 communicates with the gas pipe 82, and the other end portion of the communication passage 90 communicates with the through hole 72 of the cover 22.
  • the processing gas in the plasma gas ejection device 12, the processing gas is turned into plasma inside the reaction chamber 38 by the above-described configuration, and plasma gas is ejected from the lower end of the fourth gas flow channel 66 of the nozzle block 36. Is done. Further, the gas heated by the heated gas supply device 14 is supplied into the cover 22. Then, the plasma gas is ejected from the through hole 70 of the cover 22 together with the heated gas, and the object to be processed is subjected to plasma processing.
  • the plasma processing by the atmospheric pressure plasma generator 10 will be described in detail.
  • the processing gas is supplied to the reaction chamber 38 by the processing gas supply source 78, and at that time, the supply amount of the processing gas is adjusted by the flow rate adjusting valve 76.
  • the supply amount of the processing gas is arbitrarily adjusted according to the processing content of the plasma processing, the material of the object to be processed, etc., but is preferably 5 to 30 L / min, and more specifically 10 to 25 L / min. It is preferable that
  • the processing gas is supplied to the reaction chamber 38, a voltage is applied to the pair of electrodes 24 and 26 in the reaction chamber 38, and a current flows between the pair of electrodes 24 and 26. Thereby, a discharge is generated between the pair of electrodes 24 and 26, and the processing gas is turned into plasma by the discharge.
  • the plasma generated in the reaction chamber 38 flows in the Y direction in the first gas flow path 50 and flows downward in the second gas flow path 52 and the through hole 56. Then, the plasma gas flows into the recess 60. Further, the plasma gas flows in the recess 60 in the Y direction, and flows downward in the third gas channel 62 and the fourth gas channel 66. Thereby, plasma gas is ejected from the lower end of the fourth gas channel 66.
  • the plasma gas generated in the reaction chamber 38 is ejected from the lower end of the fourth gas channel 66 through the channel bent in a crank shape. For this reason, the light generated by the discharge in the reaction chamber 38 is prevented from leaking from the lower end of the fourth gas channel 66, and discharged from the lower end of the fourth gas channel 66 such as a member deteriorated by the discharge, That is, it is possible to prevent foreign matter from entering the object to be processed.
  • the gas is supplied to the gas pipe 82 by the heated gas supply source 88, and at that time, the supply amount of the heated gas is adjusted by the flow rate adjusting valve 86. Then, the gas pipe 82 is heated.
  • the supply amount of the heating gas is arbitrarily adjusted according to the processing content of the plasma processing, the material of the object to be processed, etc., but is preferably equal to or more than the supply amount of the processing gas in the plasma gas ejection device 12.
  • the gas supply amount is preferably 1 to 2 times. Furthermore, it is preferably 1.3 to 1.7 times the supply amount of the processing gas.
  • the heated gas is heated to 600 ° C. to 800 ° C.
  • the heated gas When the heated gas is supplied from the heated gas supply source 88 to the gas pipe 82, the heated gas flows into the cover 22 from the through hole 72 of the cover 22 through the communication path 90 of the connection block 84.
  • the heated gas flowing into the cover 22 is diffused by the side surface of the lower housing 34.
  • the heated gas diffused inside the cover 22 is ejected from the through hole 70 of the cover 22.
  • the plasma gas ejected from the lower end of the fourth gas passage 66 of the nozzle block 36 is protected by the heated gas.
  • the plasma gas is irradiated toward the object to be processed placed at a predetermined distance from the plasma gas jet port of the atmospheric pressure plasma generator.
  • the plasma gas is ejected into the air, and the object to be treated is irradiated with the plasma gas ejected into the air.
  • the plasma gas reacts with an active gas such as oxygen in the air to generate ozone. For this reason, there exists a possibility that plasma gas may deactivate and a plasma processing cannot be performed appropriately.
  • the lower end surface of the nozzle block 36 that ejects plasma gas is disposed inside the through hole 70 of the cover 22. Heated gas is supplied. Accordingly, the heating gas is ejected from the through hole 70 of the cover 22 and the plasma gas is ejected from the lower ends of the six fourth gas flow paths 66 of the nozzle block 36 so as to penetrate the inside of the heating gas. . At this time, the plasma gas 100 ejected from the lower ends of the six fourth gas passages 66 of the nozzle block 36 is covered with the heating gas 102 as shown in FIG. Since the heating gas supplied to the gas pipe 82 is 600 ° C.
  • the heating gas ejected from the through hole 70 is 250 ° C. or higher. Since ozone is decomposed at 200 ° C. or higher, ozonization of the plasma gas covered with the heated gas is prevented. Thereby, the deactivation of plasma gas is prevented, and it becomes possible to perform a plasma process appropriately.
  • the plasma gas ejected from the fourth gas flow channel 66 in the state covered with the heated gas ejected from the through hole 70 of the cover 22 is appropriately directed toward the object to be processed.
  • the vertical position of the lower end of the fourth gas flow channel 66 is adjusted so that the second gas flow channel 66 is irradiated. Specifically, there are cases where it is described as an outlet to the lower end surface of the nozzle block 36 of the fourth gas passage 66 (hereinafter referred to as “gas passage opening”).
  • the gas flow path opening is an opening to the lower surface of the cover 22 of the through hole 70 (hereinafter, “through-hole opening”), the plasma gas ejected from the fourth gas flow channel 66 is ejected into the air before being covered with the heated gas, There is a risk of being deactivated.
  • the gas flow path opening is too deep inside the cover 22, that is, if the gas flow path opening is located to some extent above the through hole opening in the Z direction, There is a possibility that the flow of the plasma gas ejected from the gas flow channel 66 is hindered by the heated gas, and the target object cannot be irradiated with the plasma gas appropriately.
  • the gas flow path opening is located at the same position as the through hole opening in the Z direction, or the gas flow path opening is above the through hole opening in the Z direction.
  • the distance in the Z direction between the gas flow path opening and the through hole opening is 2 mm or less. That is, the gas flow path opening does not protrude from the through hole 70, and the distance X (see FIG. 4) in the Z direction between the gas flow path opening and the through hole opening is 0 to 2 mm.
  • the plasma gas can be suitably covered with the heating gas without hindering the flow of the plasma gas ejected from the fourth gas flow channel 66.
  • the plasma gas ejected from the fourth gas flow path 66 can be uniformly and linearly directed toward the object to be processed. It is possible to flow.
  • FIGS. 6 to 11 show the flow of the processing gas when the processing gas is jetted from the lower end of the fourth gas channel 66 in a state where the heating gas is jetted from the through hole 70 of the cover 22.
  • FIGS. 6 to 8 are diagrams showing the processing gas ejected from the fourth gas flow channel 66 in a dotted pattern
  • FIGS. 9 to 11 show the processing gas ejected from the fourth gas flow channel 66 as a line.
  • FIG. FIGS. 6 and 9 are views showing the flow of the processing gas when the distance X in the Z direction between the gas flow path opening and the through hole opening is 0 mm.
  • FIG. 8 and FIG. It is the figure which showed the flow of the process gas when the distance X in the Z direction is 1 mm.
  • the position of the gas flow path opening in the Z direction is indicated by a line 110, and the Z direction of the through hole opening The position at is indicated by line 112.
  • the processing gas in FIG. 8 is shown in a dense state even at a part away from the fourth gas flow channel 66 to some extent.
  • the processing gas is written in a diffused state at a location away from the fourth gas flow channel 66 to some extent.
  • the processing gas in FIG. 7 is shown in an intermediate state between the processing gas in FIG. 6 and the processing gas in FIG.
  • the processing gas in FIG. 11 is written linearly as a whole, but the processing gas in FIG. 9 is written in a bent state at both ends. ing.
  • the processing gas in FIG. 10 is shown in an intermediate state between the processing gas in FIG. 9 and the processing gas in FIG.
  • the flow of the processing gas ejected from the fourth gas flow path 66 can be made uniform and linear.
  • the processing gas ejected from the fourth gas flow channel 66 is treated by setting the distance in the Z direction between the gas flow channel opening and the through hole opening to 1 mm. It is possible to irradiate the object to be processed uniformly while irradiating straight toward the surface.
  • the heated gas flowing through the gas pipe 82 having the cross-sectional area C flows into the cover having the cross-sectional area B (> C).
  • the inflow speed of the heating gas can be reduced, and the heating gas can be supplied into the cover 22 without obstructing the flow of the plasma gas ejected from the fourth gas flow channel 66.
  • a lower housing 34 is disposed at a position facing the through hole 72 for supplying the heated gas to the inside of the cover 22, and an area A of a side surface of the lower housing 34 facing the through hole 72 is The cross-sectional area C of the gas pipe 82 is larger. For this reason, the heated gas flowing into the cover 22 is suitably diffused by the side surface of the lower housing 34.
  • the heated gas can be supplied into the cover 22 without hindering the flow of the plasma gas ejected from the fourth gas flow channel 66.
  • the jet outlet of the fourth gas flow channel 66 for jetting plasma gas is disposed so as not to be positioned between the through hole 72 of the cover 22 and the lower housing 34. As a result, the heated gas can be supplied into the cover 22 without hindering the flow of the plasma gas.
  • the heating gas supply device 14 supplies a heating gas having a temperature at which the surface temperature of the object to be processed is 250 ° C. or higher. Specifically, it is desirable to supply a heating gas of 600 to 800 ° C. from the heating gas supply source 88.
  • the surface temperature of the object to be processed is lower than when the heated gas is an active gas, so the temperature of the heated gas is set according to the type of heated gas. It is preferable to do. Specifically, for example, when an inert gas heated to 700 ° C. is supplied by the heated gas supply source 88, the surface temperature of the object to be processed is 250 ⁇ 10 ° C. On the other hand, when the active gas heated to 700 ° C. is supplied by the heated gas supply source 88, the surface temperature of the object to be processed is 280 ⁇ 10 ° C.
  • the surface temperature of the object to be processed when the heating gas is an inert gas is the heating gas being the active gas. It becomes lower than the surface temperature of the object to be processed. For this reason, it is preferable to set the temperature of the heated gas in consideration of the temperature difference.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 is an example of a plasma generator.
  • the heated gas supply device 14 is an example of a gas supply device.
  • the housing 20 is an example of a housing.
  • the cover 22 is an example of a cover.
  • the side surface of the lower housing 34 is an example of a diffusion wall.
  • the reaction chamber 38 is an example of a reaction chamber.
  • the first gas flow path 50, the second gas flow path 52, the through hole 56, the recess 60, the third gas flow path 62, and the fourth gas flow path 66 are examples of gas flow paths.
  • the through hole 70 is an example of a through hole.
  • the through hole 72 is an example of a supply hole.
  • the gas pipe 82 is an example of a supply cylinder.
  • the gas channel opening is an example of a jet outlet.
  • the present invention is applied to the atmospheric pressure plasma generator 10 that discharges between a pair of electrodes and generates plasma by the discharge.
  • the present invention can be applied to a plasma generator that discharges along the wall surface of the reaction chamber 38 and generates plasma by the discharge.
  • 10 atmospheric pressure plasma generator (plasma generator) 14: heated gas supply device (gas supply device) 20: housing 22: cover 34: lower housing (diffusion wall) 38: reaction chamber 50: first gas flow path (gas) (Flow path) 52: second gas flow path (gas flow path) 56: through hole (gas flow path) 60: recess (gas flow path) 62: third gas flow path (gas flow path) 66: fourth gas flow Road (gas flow path) 70: Through hole 72: Through hole (supply hole) 82: Gas pipe (supply cylinder)

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Abstract

本発明の大気圧プラズマ発生装置（１０）では、プラズマガスを噴出する第４ガス流路（６６）が形成されたノズルブロック（３６）が、カバー（２２）によって覆われており、そのカバーに、第４ガス流路（６６）の先端が内側に位置するように貫通穴（７０）が形成されている。そして、カバー（２２）の内部に、加熱された加熱ガスが供給される。これにより、カバー（２２）の貫通穴（７０）から加熱ガスが噴出されるとともに、その加熱ガスを貫くように、プラズマガスが噴出される。これにより、プラズマガスが加熱ガスによって囲まれることで、プラズマガスの失活が防止される。また、第４ガス流路（６６）の先端と、貫通穴（７０）のカバー（２２）の外壁面への開口との間の距離Ｘが、プラズマガスの噴出方向において、０～２ｍｍとされている。これにより、プラズマガスの流れを阻害することなく、加熱ガスによってプラズマガスを好適に覆うことが可能となる。

Description

プラズマ発生装置
　本発明は、プラズマ化されたガスを噴出口から噴出させるプラズマ発生装置に関する。
　プラズマ発生装置では、噴出口からプラズマ化されたガスが、被処理体に向かって噴出されることで、被処理体に対してプラズマ処理が行われる。下記特許文献には、プラズマ発生装置の一例が記載されている。
特開２０１２－０５９５４８号公報
　上記特許文献に記載のプラズマ発生装置によれば、被処理体に対してプラズマ処理を行うことが可能となる。しかしながら、プラズマ発生装置によるプラズマ処理時には、通常、噴出口から所定の距離、離れた位置に載置された被処理体に向かって、プラズマガスが照射される。つまり、プラズマ処理時において、プラズマガスは空気中に噴出され、空気中に噴出されたプラズマガスが被処理体に照射される。この際、プラズマガスは、空気中において、酸素等の活性ガスと反応し、オゾンが発生する。このため、プラズマガスは失活し、適切にプラズマ処理を行うことができない虞がある。そこで、プラズマガスを保護するための保護ガスを、プラズマガスとともに噴出させることが考えられるが、保護ガスの噴出により、プラズマガスの流れが阻害され、被処理体にプラズマガスを適切に照射できない虞がある。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、プラズマガスの失活を防止するとともに、プラズマガスを適切に被処理体に照射することである。
　上記課題を解決するために、本願に記載のプラズマ発生装置は、処理ガスをプラズマ化させる反応室が形成されたハウジングと、前記ハウジングに形成され、前記反応室においてプラズマ化されたプラズマガスを前記ハウジングから噴出させるための噴出口と、少なくとも前記噴出口を覆う状態で前記ハウジングに設けられたカバーと、前記カバーの内部に加熱された加熱ガスを供給するガス供給装置と、前記噴出口の先端が内側に位置するように、前記カバーに形成された貫通穴とを備え、前記噴出口の先端と、前記貫通穴の前記カバーの外壁面への開口との間の距離が、前記噴出口から噴出されるプラズマガスの噴出方向において、０～２ｍｍであることを特徴とする。
　また、上記課題を解決するために、本願に記載のプラズマ発生装置は、処理ガスをプラズマ化させる反応室が形成されたハウジングと、前記ハウジングに形成され、前記反応室においてプラズマ化されたプラズマガスを前記ハウジングから噴出させるための噴出口と、少なくとも前記噴出口を覆う状態で前記ハウジングに設けられたカバーと、前記カバーの内部に加熱された加熱ガスを供給するガス供給装置と、前記噴出口の先端が内側に位置するように、前記カバーに形成された貫通穴とを備えることを特徴とする。
　本願に記載のプラズマ発生装置では、プラズマガスを噴出する噴出口が、カバーによって覆われており、そのカバーに、噴出口の先端が内側に位置するように貫通穴が形成されている。そして、そのカバーの内部に、加熱された加熱ガスが供給される。これにより、カバーの貫通穴から加熱ガスが噴出されるとともに、その加熱ガスを貫くように、プラズマガスが噴出口から噴出される。つまり、プラズマガスは、加熱ガスによって囲まれた状態で、空気中に噴出される。オゾンは、２００℃以上の高温下において分解されるため、加熱ガスに覆われたプラズマガスのオゾン化が防止される。これにより、プラズマガスの失活が防止される。また、噴出口の先端と、貫通穴のカバーの外壁面への開口との間の距離が、プラズマガスの噴出方向において、０～２ｍｍとされている。これにより、噴出口から噴出されたプラズマガスの流れを阻害することなく、加熱ガスによってプラズマガスを好適に覆うことが可能となり、プラズマガスを適切に被処理体に照射することが可能となる。
大気圧プラズマ発生装置を示す斜視図である。 大気圧プラズマ発生装置の下端部を示す斜視図である。 大気圧プラズマ発生装置の下端部を示す斜視図である。 図３でのＡＡ線における断面図である。 加熱ガスによって覆われた状態のプラズマガスを示す概念図である。 ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離Ｘが０ｍｍである場合のプラズマガスの流れを示す概念図である。 ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離Ｘが０．５ｍｍである場合のプラズマガスの流れを示す概念図である。 ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離Ｘが１ｍｍである場合のプラズマガスの流れを示す概念図である。 ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離Ｘが０ｍｍである場合のプラズマガスの流れを示す概念図である。 ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離Ｘが０．５ｍｍである場合のプラズマガスの流れを示す概念図である。 ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離Ｘが１ｍｍである場合のプラズマガスの流れを示す概念図である。
　以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。
　＜大気圧プラズマ発生装置の構成＞
　図１乃至図４に、本発明の実施例の大気圧プラズマ発生装置１０を示す。大気圧プラズマ発生装置１０は、大気圧下でプラズマを発生させるための装置であり、プラズマガス噴出装置１２と加熱ガス供給装置１４とを備えている。なお、図１は、斜め上方からの視点における大気圧プラズマ発生装置１０全体の斜視図であり、図２は、斜め下方からの視点における大気圧プラズマ発生装置１０の下端部の斜視図であり、図３は、斜め上方からの視点における大気圧プラズマ発生装置１０の下端部の斜視図であり、図４は、図３のＡＡ線における断面図である。また、大気圧プラズマ発生装置１０の幅方向をＸ方向と、大気圧プラズマ発生装置１０の奥行方向をＹ方向と、Ｘ方向とＹ方向とに直行する方向、つまり、上下方向をＺ方向と称する。
　プラズマガス噴出装置１２は、ハウジング２０、カバー２２、１対の電極２４，２６によって構成されている。ハウジング２０は、メインハウジング３０、放熱板３１、アース板３２、下部ハウジング３４、ノズルブロック３６を含む。メインハウジング３０は、概してブロック状をなし、メインハウジング３０の内部には、反応室３８が形成されている。また、メインハウジング３０には、Ｙ方向に延びるように、４本の第１ガス流路５０が形成されており、４本の第１ガス流路５０は、Ｘ方向に所定の間隔をおいて並んでいる。各第１ガス流路５０の一端部は、反応室３８に開口し、他端部は、メインハウジング３０の側面に開口している。さらに、メインハウジング３０には、４本の第１ガス流路５０に対応して、４本の第２ガス流路５２が、Ｚ方向に延びるように形成されている。各第２ガス流路５２の上端部は、対応する第１ガス流路５０に開口し、下端部は、メインハウジング３０の底面に開口している。
　放熱板３１は、メインハウジング３０の第１ガス流路５０が開口する側面に配設されており、第１ガス流路５０の側面への開口を塞いでいる。放熱板３１は、複数のフィン（図示省略）を有しており、メインハウジング３０の熱を放熱する。また、アース板３２は、避雷針として機能するものであり、メインハウジング３０の下面に固定されている。アース板３２には、４本の第２ガス流路５２に対応して、上下方向に貫通する４個の貫通穴５６が形成されており、各貫通穴５６は、対応する第２ガス流路５２に連結されている。
　下部ハウジング３４は、ブロック状をなし、アース板３２の下面に固定されている。下部ハウジング３４の上面には、Ｘ方向に延びるように、凹部６０が形成されており、凹部６０は、アース板３２の４個の貫通穴５６と対向している。また、下部ハウジング３４には、Ｚ方向に延びるように、６本の第３ガス流路６２が形成されており、６本の第３ガス流路６２は、Ｘ方向に所定の間隔をおいて並んでいる。各第３ガス流路６２の上端部は、凹部６０に開口し、下端部は、下部ハウジング３４の底面に開口している。なお、アース板３２の各貫通穴５６は、下部ハウジング３４の凹部６０のＹ方向における一端部と対向しており、下部ハウジング３４の第３ガス流路６２は、凹部６０のＹ方向における他端部に開口している。
　ノズルブロック３６は、下部ハウジング３４の下面に固定されており、下部ハウジング３４の６本の第３ガス流路６２に対応して、６本の第４ガス流路６６が、Ｚ方向に延びるように形成されている。各第４ガス流路６６の上端部は、対応する第３ガス流路６２に連結され、下端部は、ノズルブロック３６の底面に開口している。
　カバー２２は、概して枡形をなし、下部ハウジング３４およびノズルブロック３６を覆うように、アース板３２の下面に配設されている。カバー２２の下面には、貫通穴７０が形成されている。その貫通穴７０は、ノズルブロック３６の下面より大きく、ノズルブロック３６の下面が、貫通穴７０の内部に位置している。なお、ノズルブロック３６の下面、つまり、ノズルブロック３６の第４ガス流路６６の下端は、カバー２２の貫通穴７０から下方に突出しておらず、第４ガス流路６６の下端と、カバー２２の下面とは略同じ高さに位置している。また、カバー２２の加熱ガス供給装置１４側の側面にも、Ｙ方向に延びるように貫通穴７２が形成されている。なお、貫通穴７２は、カバー２２の内部に位置する下部ハウジング３４の側面と対向しており、その側面の面積は、Ａｃｍ２とされている。また、カバー２２の内部の断面積は、貫通穴７２に対して直角に交わる方向、つまり、Ｙ方向に直角に交わる方向において、Ｂｃｍ２とされている。
　１対の電極２４，２６は、メインハウジング３０の反応室３８の内部において、対向するように配設されている。その反応室３８には、流量調整弁７６を介して、処理ガス供給源７８が接続されている。処理ガス供給源７８は、酸素等の活性ガスと窒素等の不活性ガスとを任意の割合で混合させた処理ガスを供給するものである。これにより、反応室３８に、任意の流量（Ｌ／ｍｉｎ）の処理ガスが供給される。
　また、加熱ガス供給装置１４は、保護カバー８０、ガス管８２、連結ブロック８４を含む。保護カバー８０は、プラズマガス噴出装置１２の放熱板３１を覆うように配設されている。ガス管８２は、保護カバー８０の内部において、Ｚ方向に延びるように配設されており、ガス管８２には、流量調整弁８６を介して、加熱ガス供給源８８が接続されている。加熱ガス供給源８８は、酸素等の活性ガス、若しくは、窒素等の不活性ガスを所定の温度に加熱し、そのガスを供給するものである。これにより、ガス管８２に、任意の流量（Ｌ／ｍｉｎ）の加熱されたガスが供給される。なお、ガス管８２の径方向における断面積は、Ｃｃｍ２とされており、その断面積Ｃは、下部ハウジング３４の側面の面積Ａおよび、カバー２２内部の断面積Ｂより小さくされている。
　連結ブロック８４は、ガス管８２の下端に連結されるとともに、カバー２２のＹ方向での加熱ガス供給装置１４側の側面に固定されている。連結ブロック８４には、概してＬ字型に屈曲した連通路９０が形成されており、連通路９０の一端部は、連結ブロック８４の上面に開口するとともに、連通路９０の他端部は、Ｙ方向でのプラズマガス噴出装置１２側の側面に開口している。そして、連通路９０の一端部がガス管８２に連通し、連通路９０の他端部が、カバー２２の貫通穴７２に連通している。
　＜大気圧プラズマ発生装置によるプラズマ処理＞
　大気圧プラズマ発生装置１０において、プラズマガス噴出装置１２では、上述した構成により、反応室３８の内部で処理ガスがプラズマ化され、ノズルブロック３６の第４ガス流路６６の下端からプラズマガスが噴出される。また、加熱ガス供給装置１４により加熱されたガスがカバー２２の内部に供給される。そして、カバー２２の貫通穴７０から、プラズマガスが、加熱されたガスとともに噴出され、被処理体がプラズマ処理される。以下に、大気圧プラズマ発生装置１０によるプラズマ処理について、詳しく説明する。
　プラズマガス噴出装置１２では、処理ガス供給源７８によって処理ガスが反応室３８に供給され、その際、流量調整弁７６によって処理ガスの供給量が調整される。処理ガスの供給量は、プラズマ処理の処理内容，被処理体の材質等に応じて、任意に調整されるが、５～３０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましく、さらに言えば、１０～２５Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。
　また、処理ガスが反応室３８に供給される際に、反応室３８では、１対の電極２４，２６に電圧が印加されており、１対の電極２４，２６間に電流が流れる。これにより、１対の電極２４，２６間に放電が生じ、その放電により、処理ガスがプラズマ化される。反応室３８で発生したプラズマは、第１ガス流路５０内をＹ方向に向かって流れ、第２ガス流路５２および貫通穴５６内を下方に向かって流れる。そして、プラズマガスは、凹部６０内に流れ込む。さらに、プラズマガスは、凹部６０内をＹ方向に向かって流れ、第３ガス流路６２および、第４ガス流路６６内を下方に向かって流れる。これにより、第４ガス流路６６の下端から、プラズマガスが噴出される。
　このように、プラズマガス噴出装置１２では、反応室３８において発生したプラズマガスが、クランク状に屈曲した流路を経由して、第４ガス流路６６の下端から噴出される。このため、反応室３８内での放電により生じた光が、第４ガス流路６６の下端から漏れることを防ぐとともに、放電により劣化した部材等の第４ガス流路６６の下端からの排出、つまり、被処理体への異物混入を防止することが可能となる。
　また、加熱ガス供給装置１４では、加熱ガス供給源８８によってガスがガス管８２に供給され、その際、流量調整弁８６によって加熱ガスの供給量が調整される。そして、ガス管８２において加熱される。加熱ガスの供給量は、プラズマ処理の処理内容，被処理体の材質等に応じて、任意に調整されるが、プラズマガス噴出装置１２での処理ガスの供給量以上であることが好ましく、処理ガスの供給量の１～２倍であることが好ましい。さらに言えば、処理ガスの供給量の１．３～１．７倍であることが好ましい。また、加熱ガスは、６００℃～８００℃に加熱される。
　加熱ガス供給源８８からガス管８２に加熱ガスが供給されると、連結ブロック８４の連通路９０を介して、加熱ガスが、カバー２２の貫通穴７２からカバー２２の内部に流入する。カバー２２内に流入した加熱ガスは、下部ハウジング３４の側面によって拡散される。そして、カバー２２の内部において拡散された加熱ガスが、カバー２２の貫通穴７０から噴出される。この際、ノズルブロック３６の第４ガス流路６６の下端から噴出されるプラズマガスが、加熱ガスによって保護される。詳しくは、プラズマ処理時において、大気圧プラズマ発生装置のプラズマガスの噴出口から所定の距離、離れた位置に載置された被処理体に向かって、プラズマガスが照射される。つまり、プラズマ処理時において、プラズマガスは空気中に噴出され、空気中に噴出されたプラズマガスが被処理体に照射される。この際、プラズマガスは、空気中において、酸素等の活性ガスと反応し、オゾンが発生する。このため、プラズマガスは失活し、適切にプラズマ処理を行うことができない虞がある。
　このため、大気圧プラズマ発生装置１０では、プラズマガスを噴出するノズルブロック３６の下端面が、カバー２２の貫通穴７０の内部に位置するように配設されており、カバー２２の内部には、加熱ガスが供給されている。これにより、カバー２２の貫通穴７０から加熱ガスが噴出されるとともに、その加熱ガスの内部を貫くように、ノズルブロック３６の６本の第４ガス流路６６の下端からプラズマガスが噴出される。この際、ノズルブロック３６の６本の第４ガス流路６６の下端から噴出されるプラズマガス１００は、図５に示すように、加熱ガス１０２によって覆われている。ガス管８２に供給される加熱ガスは、６００℃～８００℃であることから、貫通穴７０から噴出される加熱ガスは、２５０℃以上となっている。２００℃以上において、オゾンは分解されるため、加熱ガスに覆われたプラズマガスのオゾン化が防止される。これにより、プラズマガスの失活が防止され、適切にプラズマ処理を行うことが可能となる。
　また、大気圧プラズマ発生装置１０では、カバー２２の貫通穴７０から噴出された加熱ガスに覆われた状態で、第４ガス流路６６から噴出されたプラズマガスが、被処理体に向かって適切に照射されるように、第４ガス流路６６の下端の上下方向の位置が調整されている。詳しくは、プラズマガスを噴出する第４ガス流路６６の噴出口、つまり、第４ガス流路６６のノズルブロック３６下端面への開口（以下、「ガス流路開口」と記載する場合がある）が、カバー２２の貫通穴７０から突出している場合、つまり、ガス流路開口が、処理ガスの噴出方向、つまり、Ｚ方向において、貫通穴７０のカバー２２の下面への開口（以下、「貫通穴開口」と記載する場合がある）より下方に位置している場合には、第４ガス流路６６から噴出されたプラズマガスが、加熱ガスによって覆われる前に、空気中に噴出され、失活する虞がある。
　一方、ガス流路開口が、カバー２２の内部に入り込み過ぎている場合、つまり、ガス流路開口が、Ｚ方向において、貫通穴開口より、ある程度、上方に位置している場合には、第４ガス流路６６から噴出されたプラズマガスの流れが、加熱ガスによって阻害され、被処理体に適切にプラズマガスを照射できない虞がある。
　このようなことに鑑みて、大気圧プラズマ発生装置１０では、ガス流路開口が、Ｚ方向において、貫通穴開口と同じ位置、若しくは、ガス流路開口が、Ｚ方向において、貫通穴開口より上方に位置し、ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離が２ｍｍ以下とされている。つまり、ガス流路開口が貫通穴７０から突出することなく、ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離Ｘ（図４参照）が０～２ｍｍとされている。これにより、第４ガス流路６６から噴出されたプラズマガスの流れを阻害することなく、加熱ガスによってプラズマガスを好適に覆うことが可能となる。特に、ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離を１ｍｍとすることで、第４ガス流路６６から噴出されたプラズマガスを、被処理体に向かって均一、かつ、直線的に流すことが可能となる。
　具体的に、カバー２２の貫通穴７０から加熱ガスが噴出された状態で、第４ガス流路６６の下端から処理ガスが噴出される際の処理ガスの流れを、図６～図１１に示し、それら図６～図１１を用いて説明する。図６～図８は、第４ガス流路６６から噴出される処理ガスを点状に示した図であり、図９～図１１は、第４ガス流路６６から噴出される処理ガスを線状に示した図である。また、図６および図９は、ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離Ｘが０ｍｍとされた場合の処理ガスの流れを示した図であり、図７および図１０は、ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離Ｘが０．５ｍｍとされた場合の処理ガスの流れを示した図であり、図８および図１１は、ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離Ｘが１ｍｍとされた場合の処理ガスの流れを示した図である。なお、ガス流路開口のＺ方向における位置、および、貫通穴開口のＺ方向における位置を明確にするべく、ガス流路開口のＺ方向における位置を、線１１０により示し、貫通穴開口のＺ方向における位置を、線１１２により示す。
　図６～図８を比較して解るように、図８における処理ガスは、第４ガス流路６６から、ある程度離れた個所であっても、密集した状態で記されているが、図６における処理ガスは、第４ガス流路６６から、ある程度離れた個所において、拡散した状態で記されている。また、図７における処理ガスは、図６における処理ガスと図８における処理ガスと中間の状態で記されている。また、図９～図１１を比較して解るように、図１１における処理ガスは、全体的に直線的に記されているが、図９における処理ガスは、両端部において屈曲した状態で記されている。また、図１０における処理ガスは、図９における処理ガスと図１１における処理ガスと中間の状態で記されている。つまり、ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離を１ｍｍとすることで、第４ガス流路６６から噴出される処理ガスの流れを均一、かつ、直線的にすることが可能となる。このように、大気圧プラズマ発生装置１０では、ガス流路開口と貫通穴開口とのＺ方向における距離を１ｍｍとすることで、第４ガス流路６６から噴出される処理ガスを、被処理体に向けて真っ直ぐに照射するとともに、被処理体に均一に照射することが可能となる。
　また、大気圧プラズマ発生装置１０では、断面積Ｃのガス管８２を流れる加熱ガスが、断面積Ｂ（＞Ｃ）のカバーの内部に流入する。これにより、加熱ガスの流入速度を緩和することが可能となり、第４ガス流路６６から噴出されたプラズマガスの流れを阻害することなく、加熱ガスをカバー２２の内部に供給することが可能となる。また、カバー２２の内部に加熱ガスを供給するための貫通穴７２の対向する位置には、下部ハウジング３４が配設されており、その下部ハウジング３４の貫通穴７２に対向する側面の面積Ａは、ガス管８２の断面積Ｃより大きい。このため、カバー２２内に流入した加熱ガスは、下部ハウジング３４の側面によって好適に拡散する。これにより、第４ガス流路６６から噴出されたプラズマガスの流れを阻害することなく、加熱ガスをカバー２２の内部に供給することが可能となる。さらに言えば、プラズマガスを噴出する第４ガス流路６６の噴出口は、カバー２２の貫通穴７２と下部ハウジング３４との間に位置しないように、配設されている。これにより、プラズマガスの流れを阻害することなく、加熱ガスをカバー２２の内部に供給することが可能となる。
　また、大気圧プラズマ発生装置１０では、２００℃以上の加熱ガスが、プラズマガスとともに、被処理体に向かって噴出されるため、加熱ガスによって被処理体が加熱され、その加熱された被処理体にプラズマ処理が行われる。これにより、被処理体の反応性が向上し、効果的にプラズマ処理を行うことが可能となる。なお、被処理体の加熱によりプラズマ処理を効果的に行うために、被処理体の表面温度が２５０℃以上となるような温度の加熱ガスを、加熱ガス供給装置１４が供給することが望ましい。具体的には、加熱ガス供給源８８から６００℃～８００℃の加熱ガスを供給することが望ましい。
　なお、加熱ガスが不活性ガスである場合には、加熱ガスが活性ガスである場合と比較して、被処理体の表面温度が低いため、加熱ガスの種類に応じて加熱ガスの温度を設定することが好ましい。具体的には、例えば、７００℃に加熱された不活性ガスが加熱ガス供給源８８によって供給された場合に、被処理体の表面温度は、２５０±１０℃となる。一方、７００℃に加熱された活性ガスが加熱ガス供給源８８によって供給された場合に、被処理体の表面温度は、２８０±１０℃となる。このように、同じ温度の加熱ガスが加熱ガス供給源８８によって供給された場合であっても、加熱ガスが不活性ガスである場合の被処理体の表面温度は、加熱ガスが活性ガスである場合の被処理体の表面温度より低くなる。このため、それらの温度差を考慮して、加熱ガスの温度を設定することが好ましい。
　ちなみに、上記実施例において、大気圧プラズマ発生装置１０は、プラズマ発生装置の一例である。加熱ガス供給装置１４は、ガス供給装置の一例である。ハウジング２０は、ハウジングの一例である。カバー２２は、カバーの一例である。下部ハウジング３４の側面は、拡散壁の一例である。反応室３８は、反応室の一例である。第１ガス流路５０，第２ガス流路５２，貫通穴５６，凹部６０，第３ガス流路６２，第４ガス流路６６は、ガス流路の一例である。貫通穴７０は、貫通穴の一例である。貫通穴７２は、供給穴の一例である。ガス管８２は、供給筒の一例である。ガス流路開口は、噴出口の一例である。
　なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。具体的には、例えば、上記実施例では、１対の電極間で放電させ、その放電によりプラズマを発生させる大気圧プラズマ発生装置１０に、本発明が適用されているが、１対の電極間だけでなく、反応室３８の壁面に沿って放電し、その放電によりプラズマを発生させるプラズマ発生装置に、本発明を適用することが可能である。
　１０：大気圧プラズマ発生装置（プラズマ発生装置）　　１４：加熱ガス供給装置（ガス供給装置）　　２０：ハウジング　　２２：カバー　　３４：下部ハウジング（拡散壁）　　３８：反応室　　５０：第１ガス流路（ガス流路）　　５２：第２ガス流路（ガス流路）　　５６：貫通穴（ガス流路）　　６０：凹部（ガス流路）　　６２：第３ガス流路（ガス流路）　　６６：第４ガス流路（ガス流路）　　７０：貫通穴　　７２：貫通穴（供給穴）　　８２：ガス管（供給筒）

Claims (5)

  1. 　処理ガスをプラズマ化させる反応室が形成されたハウジングと、
    　前記ハウジングに形成され、前記反応室においてプラズマ化されたプラズマガスを前記ハウジングから噴出させるための噴出口と、
    　少なくとも前記噴出口を覆う状態で前記ハウジングに設けられたカバーと、
    　前記カバーの内部に加熱された加熱ガスを供給するガス供給装置と、
    　前記噴出口の先端が内側に位置するように、前記カバーに形成された貫通穴と
    　を備え、
    　前記噴出口の先端と、前記貫通穴の前記カバーの外壁面への開口との間の距離が、前記噴出口から噴出されるプラズマガスの噴出方向において、０～２ｍｍであることを特徴とするプラズマ発生装置。
  2. 　前記ハウジングに、前記反応室と前記噴出口とを繋ぐガス流路が形成されており、
    　前記ガス流路が、クランク状に屈曲していることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
  3. 　前記ガス供給装置が、加熱ガスを供給するための供給筒を有し、
    　前記カバーの内部に供給される加熱ガスの供給方向に交わる方向における前記カバーの内部の断面積が、前記供給筒の径方向の断面積より大きく、
    　前記プラズマ発生装置が、
    　前記カバーの内部に加熱ガスを供給するための供給穴に対向するように、前記カバーの内部に配設され、前記カバーの内部に供給された加熱ガスを拡散させる拡散壁を備え、
    　前記拡散壁の前記供給穴に対向する面の面積が、前記供給筒の径方向の断面積より大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置。
  4. 　前記噴出口が、
    　前記供給穴と前記拡散壁との間以外の箇所に配設されていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
  5. 　処理ガスをプラズマ化させる反応室が形成されたハウジングと、
    　前記ハウジングに形成され、前記反応室においてプラズマ化されたプラズマガスを前記ハウジングから噴出させるための噴出口と、
    　少なくとも前記噴出口を覆う状態で前記ハウジングに設けられたカバーと、
    　前記カバーの内部に加熱された加熱ガスを供給するガス供給装置と、
    　前記噴出口の先端が内側に位置するように、前記カバーに形成された貫通穴と
    　を備えるプラズマ発生装置。
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