WO2017056185A1 - プラズマ発生装置 - Google Patents

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plasma
plasma generator
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cover
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Inventor
俊之 池戸
神藤　高広
倫子 丹羽
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富士機械製造株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches

Definitions

  • the present invention relates to a plasma generator for ejecting plasmad gas from an ejection port.
  • a plasma gas is generated by applying a voltage to the process gas in the reaction chamber. At this time, the temperature of the reaction chamber is relatively high. For this reason, as described in the following patent document, a technique for radiating heat from the plasma generator has been developed.
  • a plasma generator described in the present application includes a main body portion in which a reaction chamber for converting a processing gas into plasma is formed, and a plasma gas formed in the main body portion and converted into plasma in the reaction chamber. And a heating gas jetting device for jetting a heating gas to the plasma gas jetted from the jetting port, a jetting nozzle for jetting the heating gas, and the main body unit and the heating unit. It is characterized by comprising a heat shield plate disposed in a state with a clearance between the main body portion and a gas jetting device.
  • a heat shield plate is disposed between the main body portion in which the reaction chamber is formed, that is, between the plasma ejection device and the heated gas ejection device, with a clearance from the main body portion. Yes.
  • heat transfer from the heated gas ejection device to the plasma ejection device can be effectively prevented by the heat shield plate and the clearance.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the atmospheric pressure plasma generator 10 from a perspective from obliquely above.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the atmospheric pressure plasma generation apparatus 10 with the protective cover 16 of the heated gas supply apparatus 14 removed from a perspective from obliquely above.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the atmospheric pressure plasma generator 10 with the protective cover 16 of the heated gas supply device 14 removed from a perspective from obliquely below.
  • 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the lower end portion of the atmospheric pressure plasma generator 10 from a perspective from obliquely below.
  • FIG. 6 is a permeation diagram of the main part of the plasma gas ejection device 12.
  • 7 is a cross-sectional view taken along line BB 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 protective cover 18, an upper housing 19, a lower housing 20, a lower cover 22, a pair of electrodes 24 and 26, and a pair of heat sinks 27 and 28.
  • the upper housing 19 and the lower housing 20 are connected via a rubber seal member 29 in a state where the upper housing 19 is disposed on the lower housing 20.
  • the connected upper housing 19 and lower housing 20 are covered with a protective cover 18 on the side surfaces.
  • the lower housing 20 includes a main housing 30, a heat radiating plate 31, a ground plate 32, a connecting block 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.
  • four second gas passages 52 are 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 connecting block 34 is fixed to the lower surface of the ground plate 32.
  • a recess 60 is formed on the upper surface of the connecting block 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 connection block 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 connection block 34.
  • Each through hole 56 of the ground plate 32 faces one end of the recess 60 of the connection block 34 in the Y direction, and the third gas flow path 62 of the connection block 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 connection block 34, and the six fourth gas flow paths 66 extend in the Z direction corresponding to the six third gas flow paths 62 of the connection block 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 main housing 30, the connection block 34, and the nozzle block 36 are formed of ceramic having high heat resistance.
  • the lower cover 22 has a generally bowl shape and is fixed to the lower surface of the ground plate 32 so as to cover the connecting block 34 and the nozzle block 36.
  • a through hole 70 is formed in the lower surface of the lower 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.
  • a through hole 72 is also formed in the side surface of the lower cover 22 on the heated gas supply device 14 side so as to extend in the Y direction.
  • the lower cover 22 is also formed of ceramic having high heat resistance like the main housing 30 and the like, but the thermal conductivity of the material of the lower cover 22 is the heat of the ceramic of the material of the main housing 30 and the like. Lower than conductivity.
  • the thermal conductivity of the ceramic material of the lower cover 22 is about 0.24 W / m ⁇ k
  • the thermal conductivity of the ceramic material of the main housing 30 or the like is about 50 W / m ⁇ k.
  • a processing gas supply source 77 is connected to the reaction chamber 38 via a flow rate adjustment valve 76.
  • the processing gas supply source 77 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.
  • Each of the pair of heat sinks 27 and 28 includes a base portion 78 and fins 79.
  • the pair of heat sinks 27 and 28 are fixed to both side surfaces in the X direction of the main housing 30 in the base portion 78.
  • the protective cover 18 that covers the side surface of the lower housing 20 is formed with a notch, and the fins 79 of the heat sinks 27 and 28 extend outward from the notch.
  • the heated gas supply device 14 includes the protective cover 16, the gas pipe 82, and the connection block 84.
  • the protective cover 16 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 16 so as to face the heat radiating plate 31 and extend in the Z direction.
  • a heating gas supply source 88 is connected to the gas pipe 82 via a flow rate adjustment 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. As a result, heated gas having an arbitrary flow rate (L / min) is supplied to the gas pipe 82.
  • the connecting block 84 is connected to the lower end of the gas pipe 82 and is fixed to the side surface of the lower 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 lower cover 22.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 is provided with a heat shield cover 100 disposed between the plasma gas ejection device 12 and the heated gas supply device 14.
  • the heat insulating cover 100 has a generally U-shaped bent plate shape, and is a generally rectangular flat plate portion 102 and a pair of bent portions 104 and 106 erected on both edges of the long side of the flat plate portion 102. It is comprised by.
  • the heat shield cover 100 is fixed to the heat radiating plate 31 at a pair of bent portions 104 and 106 such that the longitudinal direction of the flat plate portion 102 is along the Z direction. For this reason, the flat plate portion 102 of the heat shield cover 100 and the heat radiating plate 31 are opposed to each other with a predetermined clearance 108 therebetween.
  • the upper surface of the heated gas supply device 14 is covered with an upper cover 110.
  • the upper end of the clearance 108 between the flat plate portion 102 and the heat radiating plate 31 is closed by the upper cover 110, but a plurality of through holes 112 are formed in the upper cover 110.
  • the upper end of the clearance 108 is opened through the hole 112.
  • the lower surface of the heated gas supply device 14 is not covered with a cover or the like, the lower end of the clearance 108 between the flat plate portion 102 and the heat radiating plate 31 is open.
  • 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 lower cover 22. Then, plasma gas is ejected from the through hole 70 of the lower 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 77, 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.
  • a high temperature heated 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.
  • 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, and the like, but may be equal to or less than the supply amount of the processing gas in the plasma gas ejection device 12.
  • it is 1 to 1/2 times the supply amount of the processing gas.
  • it is preferably 1 / 1.3-1 to 1 / 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 lower cover 22 from the through hole 72 through the communication passage 90 of the connection block 84. Then, the heated gas flowing into the lower cover 22 is ejected from the through hole 70. At this time, 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. Specifically, at the time of plasma processing, 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 nozzle block 36 for ejecting plasma gas is covered by the lower cover 22, and the heated gas is supplied into the lower cover 22. Accordingly, when the plasma gas is ejected from the through hole 70 of the lower cover 22, the heating gas is ejected together with the plasma gas so as to surround the ejected plasma gas. Since the heating gas supplied to the gas pipe 82 is 600 ° C. to 800 ° 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 surrounded by the heated gas is prevented. Thereby, the deactivation of plasma gas is prevented, and it becomes possible to perform a plasma process appropriately.
  • 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 heating gas supply device 14 supplies a heating gas having a considerably high temperature
  • the device itself has a considerably high temperature.
  • the heat of the heated gas supply device 14 is transmitted to the plasma gas ejection device 12 disposed so as to face the heated gas supply device 14, and the rubber seal member 29 and the like of the plasma gas ejection device 12 are deteriorated.
  • a heat shield cover 100 is disposed between the plasma gas ejection device 12 and the heated gas supply device 14.
  • the clearance 108 exists between the flat plate portion 102 of the heat shield cover 100 and the heat radiating plate 31 of the plasma gas ejection device 12. For this reason, heat transfer from the heated gas supply device 14 to the plasma gas ejection device 12 can be effectively prevented by the heat shield cover 100 and the clearance 108.
  • the upper end and the lower end of the clearance 108 are open. Therefore, due to the chimney effect, external cold air is drawn into the clearance 108 from the opening at the lower end portion of the clearance 108, and the warm air inside the clearance 108 becomes the opening at the upper end portion of the clearance 108, that is, the through hole 112. Discharged from. This makes it possible to more effectively prevent heat transfer from the heated gas supply device 14 to the plasma gas ejection device 12.
  • the lower cover 22 directly connected to the heating gas supply device 14, that is, the lower cover 22 connected to the connection block 84 of the heating gas supply device 14 is a member other than the lower cover 22 of the plasma gas ejection device 12, Specifically, it is formed of a material having a lower thermal conductivity than the main housing 30, the connecting block 34, and the nozzle block 36. For this reason, conduction of heat from the heated gas supply device 14 to the plasma gas ejection device 12 is suppressed in the lower cover 22, and it becomes difficult for heat to be transmitted to the inside of the plasma gas ejection device 12. As a result, it is possible to effectively prevent heat transfer to the rubber seal member 29 that is easily deteriorated.
  • heat sinks 27 and 28 exposed to the outside of the plasma gas ejection device 12 are attached to the main housing 30 to which the seal member 29 is directly coupled. For this reason, the heat of the main housing 30 is effectively dissipated, and the transfer of heat to the seal member 29 can be effectively prevented.
  • the atmospheric pressure plasma generation device 10 an appropriate plasma process is ensured by the heating gas supply device 14, and the influence of heat on the plasma gas ejection device 12 by the heating gas supply device 14 is effectively suppressed. ing. This makes it possible to achieve both appropriate plasma processing and prevention of deterioration of the plasma gas ejection device 12 due to heat.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 is an example of a plasma generator.
  • the heated gas supply device 14 is an example of a heated gas ejection device.
  • the lower housing 20 is an example of a main body.
  • the lower cover 22 is an example of a cover.
  • the heat sinks 27 and 28 are examples of heat dissipation members.
  • the reaction chamber 38 is an example of a reaction chamber.
  • the opening of the fourth gas channel 66 is an example of a jet outlet.
  • the heat shield cover 100 is an example of a heat shield plate.
  • this invention is not limited to the said Example, It is possible to implement in the various aspect which gave various change and improvement based on the knowledge of those skilled in the art.
  • the present invention is applied to the atmospheric pressure plasma generator 10 provided with the lower cover 22, but is applied to the atmospheric pressure plasma generator 10 not provided with the lower cover 22.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 that does not include the lower cover 22
  • plasma ejected from the opening of the fourth gas channel 66 of the nozzle block 36 is irradiated to the object to be processed.
  • the heated gas supply device 14 ejects the heated gas toward the plasma ejected from the fourth gas flow channel 66.
  • the plasma irradiated toward the to-be-processed object is covered with heating gas, it becomes possible to show the same effect as an Example.
  • Atmospheric pressure plasma generator (plasma generator) 14: Heated gas supply device (heated gas ejection device) 20: Lower housing (main body) 22: Lower cover (cover) 27: Heat sink (heat radiating member) 28: Heat sink ( (Heat dissipation member) 38: Reaction chamber 66: Fourth gas flow path (outlet) 100 Heat shield cover (heat shield plate)

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Abstract

本発明の大気圧プラズマ発生装置１０では、反応室において処理ガスをプラズマ化させ、プラズマ化されたプラズマガスを噴出するプラズマガス噴出装置１２と、プラズマガス噴出装置１２により噴出されるプラズマに対して加熱ガスを噴出する加熱ガス供給装置１４とが対向して配設されている。そして、プラズマガス噴出装置１２と、加熱ガス供給装置１４との間に、プラズマガス噴出装置１２とクリアランス１０８のある状態で遮熱カバー１００が配設されている。これにより、遮熱カバーとクリアランスとによって、加熱ガス供給装置１４からプラズマガス噴出装置１２への熱の伝達を効果的に防止することが可能となる。

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、反応室において、処理ガスに電圧が印加されることで、プラズマガスが発生する。この際、反応室の温度は、比較的高温となる。このため、下記特許文献に記載されているように、プラズマ発生装置を放熱するための技術が開発されている。
特開２００７－２８７４０６号公報 特開２００８－０４７４４６号公報
　上記特許文献に記載の技術によれば、プラズマ発生装置を放熱することが可能なる。一方で、プラズマ処理時に、被処理体を加熱することで、プラズマ処理の効果が向上することが知られている。このため、加熱ガスとプラズマガスとを被処理体に噴出するプラズマ発生装置の開発が、進められている。このようなプラズマ発生装置では、加熱ガスを噴出する加熱ガス噴出装置と、プラズマガスを噴出するプラズマガス噴出装置とが設けられるため、上記特許文献に記載の技術では、加熱ガス噴出装置からプラズマガス噴出装置への熱の伝達を効果的に防止することができない。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、加熱ガス噴出装置を備えたプラズマ発生装置において、加熱ガス噴出装置からプラズマガス噴出装置への熱の伝達を効果的に防止することである。
　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本体部と、前記本体部に形成され、前記反応室においてプラズマ化されたプラズマガスを噴出させるための噴出口と、前記本体部と対向するように配設され、前記噴出口から噴出されたプラズマガスに対して加熱ガスを噴出する加熱ガス噴出装置と、前記本体部と前記加熱ガス噴出装置との間に、前記本体部とクリアランスのある状態で配設された遮熱板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、反応室が形成された本体部、つまり、プラズマ噴出装置と、加熱ガス噴出装置との間に、本体部とクリアランスのある状態で遮熱板が配設されている。これにより、遮熱板とクリアランスとによって、加熱ガス噴出装置からプラズマ噴出装置への熱の伝達を効果的に防止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を示す斜視図である。 大気圧プラズマ発生装置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。 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透過図である。 図６でのＢＢ線における断面図である。
　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７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、大気圧プラズマ発生装置１０を斜め上方からの視点において示す斜視図である。図２は、加熱ガス供給装置１４の保護カバー１６を取り外した状態の大気圧プラズマ発生装置１０を斜め上方からの視点において示す斜視図である。図３は、加熱ガス供給装置１４の保護カバー１６を取り外した状態の大気圧プラズマ発生装置１０を斜め下方からの視点において示す斜視図である。図４は、図３のＡＡ線における断面図である。図５は、大気圧プラズマ発生装置１０の下端部を斜め下方からの視点において示す斜視図である。図６は、プラズマガス噴出装置１２の要部の透過図である。図７は、図６のＢＢ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、保護カバー１８、上部ハウジング１９、下部ハウジング２０、下部カバー２２、１対の電極２４，２６、１対のヒートシンク２７，２８によって構成されている。上部ハウジング１９と下部ハウジング２０とは、上部ハウジング１９を下部ハウジング２０の上に配設させた状態で、ゴム製のシール部材２９を介して連結されている。そして、連結された状態の上部ハウジング１９と下部ハウジング２０とが、側面において、保護カバー１８によって覆われている。
　下部ハウジング２０は、メインハウジング３０、放熱板３１、アース板３２、連結ブロック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。
　連結ブロック３４は、アース板３２の下面に固定されている。連結ブロック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、連結ブロック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、連結ブロック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、連結ブロック３４の凹部６０のＹ方向における一端部と対向しており、連結ブロック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、連結ブロック３４の下面に固定されており、連結ブロック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。なお、メインハウジング３０，連結ブロック３４，ノズルブロック３６は、耐熱性の高いセラミックにより成形されている。
　下部カバー２２は、概して枡形をなし、連結ブロック３４およびノズルブロック３６を覆うように、アース板３２の下面に固定されている。下部カバー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。また、下部カバー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、下部カバー２２も、メインハウジング３０等と同様に、耐熱性の高いセラミックにより成形されているが、下部カバー２２の素材のセラミックの熱伝導率は、メインハウジング３０等の素材のセラミックの熱伝導率より低い。ちなみに、下部カバー２２の素材のセラミックの熱伝導率は、０．２４Ｗ／ｍ・ｋ程度であり、メインハウジング３０等の素材のセラミックの熱伝導率は、５０Ｗ／ｍ・ｋ程度である。
　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７７が接続されている。処理ガス供給源７７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。
　1対のヒートシンク２７，２８の各々は、ベース部７８とフィン７９とにより構成されている。そして、１対のヒートシンク２７，２８は、ベース部７８において、メインハウジング３０のＸ方向における両側面に固定されている。なお、下部ハウジング２０の側面を覆う保護カバー１８には、切欠部が形成されており、その切欠部からヒートシンク２７，２８のフィン７９が外部に向かって延び出している。
　また、加熱ガス供給装置１４は、上記保護カバー１６、ガス管８２、連結ブロック８４を含む。保護カバー１６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１６の内部において、放熱板３１と対向するとともに、Ｚ方向に延びるように配設されている。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。
　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、下部カバー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、下部カバー２２の貫通穴７２に連通している。
　さらに、大気圧プラズマ発生装置１０は、プラズマガス噴出装置１２と加熱ガス供給装置１４との間に配設された遮熱カバー１００を備えている。遮熱カバー１００は、概してコの字型に屈曲された板状をなし、概して矩形の平板部１０２と、平板部１０２の長辺の両縁に立設された1対の屈曲部１０４，１０６とにより構成されている。遮熱カバー１００は、平板部１０２の長手方向がＺ方向に沿う姿勢で、１対の屈曲部１０４，１０６において放熱板３１に固定されている。このため、遮熱カバー１００の平板部１０２と、放熱板３１とは、所定のクリアランス１０８を介して、対向している。
　なお、加熱ガス供給装置１４の上面は、上部カバー１１０によって覆われている。このため、平板部１０２と放熱板３１との間のクリアランス１０８の上端は、上部カバー１１０により塞がれているが、上部カバー１１０に複数の貫通穴１１２が形成されており、それら複数の貫通穴１１２を介して、クリアランス１０８の上端は開口している。一方、加熱ガス供給装置１４の下面は、カバー等により覆われていないため、平板部１０２と放熱板３１との間のクリアランス１０８の下端は、開口している。
　＜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下部カバー２２の内部に供給される。そして、下部カバー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７７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によって高温の加熱ガスがガス管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。この際、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下であることが好ましく、処理ガスの供給量の１～１／２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１／１．３～１／１．７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、貫通穴７２から下部カバー２２の内部に流入する。そして、下部カバー２２の内部に流入した加熱ガスが貫通穴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が、下部カバー２２により覆われており、下部カバー２２の内部には、加熱ガスが供給されている。これにより、下部カバー２２の貫通穴７０からプラズマガスが噴出される際に、噴出されるプラズマガスの周囲を囲むように、加熱ガスが、プラズマガスとともに噴出される。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、加熱ガスに囲ま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。
　さらに、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。
　ただし、加熱ガス供給装置１４は、相当高い温度の加熱ガスを供給するため、装置自体も相当高い温度となる。このため、加熱ガス供給装置１４に対向するように配設されているプラズマガス噴出装置１２に、加熱ガス供給装置１４の熱が伝わり、プラズマガス噴出装置１２のゴム製のシール部材２９等が劣化する虞がある。そこで、大気圧プラズマ発生装置１０では、プラズマガス噴出装置１２と加熱ガス供給装置１４との間に、遮熱カバー１００が配設されている。この遮熱カバー１００では、上述したように、遮熱カバー１００の平板部１０２と、プラズマガス噴出装置１２の放熱板３１との間に、クリアランス１０８が存在している。このため、遮熱カバー１００及び、クリアランス１０８によって、加熱ガス供給装置１４からプラズマガス噴出装置１２への熱の伝達を効果的に防止することが可能となる。
　さらに、クリアランス１０８の上端部及び、下端部は、開口している。このため、煙突効果によって、クリアランス１０８の下端部の開口から外部の冷たい空気が、クリアランス１０８の内部に引き込まれ、クリアランス１０８内部の暖かい空気が、クリアランス１０８の上端部の開口、つまり、貫通穴１１２から排出される。これにより、加熱ガス供給装置１４からプラズマガス噴出装置１２への熱の伝達を、更に効果的に防止することが可能となる。
　また、加熱ガス供給装置１４に直接、連結される下部カバー２２、つまり、加熱ガス供給装置１４の連結ブロック８４に連結される下部カバー２２は、プラズマガス噴出装置１２の下部カバー２２以外の部材、具体的には、メインハウジング３０，連結ブロック３４，ノズルブロック３６よりも熱伝導率の低い素材により成形されている。このため、加熱ガス供給装置１４からプラズマガス噴出装置１２への熱の伝導が、下部カバー２２において抑制され、プラズマガス噴出装置１２の内部まで熱が伝達し難くなる。これにより、劣化し易いゴム製のシール部材２９への熱の伝達を効果的に防止することが可能となる。
　さらに、シール部材２９が直接、連結されるメインハウジング３０には、プラズマガス噴出装置１２の外部に露出するヒートシンク２７，２８が取り付けられている。このため、メインハウジング３０の熱が効果的に放熱され、シール部材２９への熱の伝達を効果的に防止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、加熱ガス供給装置１４によって適切なプラズマ処理が担保されるとともに、加熱ガス供給装置１４によるプラズマガス噴出装置１２への熱の影響が効果的に抑制されている。これにより、適切なプラズマ処理と、熱によるプラズマガス噴出装置１２の劣化の防止との両立を図ることが可能となる。
　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、加熱ガス噴出装置の一例である。下部ハウジング２０は、本体部の一例である。下部カバー２２は、カバーの一例である。ヒートシンク２７，２８は、放熱部材の一例である。反応室３８は、反応室の一例である。第４ガス流路６６の開口は、噴出口の一例である。遮熱カバー１００は、遮熱板の一例である。
　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、本発明が、下部カバー２２を備えた大気圧プラズマ発生装置１０に適用されているが、下部カバー２２を備えていない大気圧プラズマ発生装置１０に適用することが可能である。詳しくは、下部カバー２２を備えていない大気圧プラズマ発生装置１０では、ノズルブロック３６の第４ガス流路６６の開口から噴出されたプラズマが、被処理体に照射される。この際、加熱ガス供給装置１４は、第４ガス流路６６から噴出されたプラズマに向かって、加熱ガスを噴出する。これにより、被処理体に向かって照射されたプラズマが、加熱ガスにより覆われるため、実施例と同様の効果を奏することが可能となる。
　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（加熱ガス噴出装置）　　２０：下部ハウジング（本体部）　　２２：下部カバー（カバー）　　２７：ヒートシンク（放熱部材）　　２８：ヒートシンク（放熱部材）　　３８：反応室　　６６：第４ガス流路（噴出口）　　１００　遮熱カバー（遮熱板）

Claims (4)

  1. 　処理ガスをプラズマ化させる反応室が形成された本体部と、
    　前記本体部に形成され、前記反応室においてプラズマ化されたプラズマガスを噴出させるための噴出口と、
    　前記本体部と対向するように配設され、前記噴出口から噴出されたプラズマガスに対して加熱ガスを噴出する加熱ガス噴出装置と、
    　前記本体部と前記加熱ガス噴出装置との間に、前記本体部とクリアランスのある状態で配設された遮熱板と
    　を備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
  2. 　前記クリアランスの上端部と下端部とが、前記クリアランスへのエアの流出入を許容するように、開口す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. 　当該プラズマ発生装置が、
    　前記噴出口を覆う状態で前記本体部に設けられ、貫通穴が形成されたカバーを備え、
    　前記加熱ガス噴出装置が、
    　前記カバーの内部に加熱ガスを噴出し、
    　前記カバーが、
    　前記本体部の熱伝導率より低い伝導率のセラミックにより成形された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. 　当該プラズマ発生装置が、
    　前記本体部に取り付けられた放熱部材を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
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