WO2019180840A1 - プラズマ装置 - Google Patents

Abstract

本開示に係るプラズマ装置は、プラズマを被処理物に照射するプラズマ装置であって、当該プラズマ装置の駆動が開始される場合に行われる暖機運転を制御する暖機運転制御部を含み、前記暖機運転制御部が、前記暖機運転が行われる時間である暖機運転時間を、前記駆動の開始直前の当該プラズマ装置が連続して停止状態にあった時間である停止時間が長い場合は短い場合より長い時間に決定する暖機運転時間決定部を含むもの、すなわち、暖機運転がプラズマ装置の停止時間に基づいて行われるものである。

Description

プラズマ装置

　本開示は、プラズマを被処理物に照射するプラズマ装置に関するものである。

　特許文献１には、真空中でプラズマを照射するプラズマ装置が記載されている。このプラズマ装置においては、駆動開始時の放電管の温度が予め定められた設定温度より低い場合に暖機運転が行われるが、暖機運転は、放電管の温度が適正範囲内に入った場合に停止させられる。

特開２０１１－２９４７５号

概要

解決しようとする課題

　本開示の課題は、特許文献１に記載のプラズマ装置とは異なる態様で暖機運転が行われるようにすることである。

課題を解決するための手段、作用および効果

　本開示に係るプラズマ装置においては、暖機運転が、当該プラズマ装置の駆動が開始される場合に、直前に、当該プラズマ装置が連続して停止状態にあった時間である停止時間に基づいて行われる。例えば、停止時間が長い場合は短い場合より、暖機運転が長い時間行われるようにすることができる。

　このように、暖機運転がプラズマ装置の停止時間に基づいて行われるのであり、特許文献１に記載のプラズマ装置において行われる暖機運転の態様とは異なる。また、特許文献１には、暖機運転が、プラズマ装置の停止時間に基づいて行われることは記載されていない。

本開示の一実施形態であるプラズマ装置の斜視図である。 上記プラズマ装置の一部の断面図である。 上記プラズマ装置の図２の一部を含む部分の断面図である。 上記プラズマ装置の構成部材である誘電体包囲部材の斜視図であり、図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃは、それぞれ、誘電体包囲部材を異なる角度から見た場合の斜視図である。 上記プラズマ装置に着脱可能なノズルの断面図である。 上記プラズマ装置の制御装置の周辺を概念的に示す図である。 上記電源装置のスイッチング回路を表す図である。 上記プラズマ装置の作動状態を表す図である。 上記プラズマ装置の別の作動状態を表す図である。 上記制御装置の記憶部に記憶された暖機運転制御プログラムを表すフローチャートである。

実施形態

　以下、図面に基づいて、本開示に係るプラズマ装置について説明する。本プラズマ装置は、大気圧でプラズマを発生させるものである。

　図１に記載のプラズマ装置は、プラズマ生成部１２、加熱ガス供給部１４、図６に示す電源装置１６等を含む。プラズマ生成部１２と加熱ガス供給部１４とは並んで設けられる。プラズマ生成部１２は、供給された処理ガスをプラズマ化して、プラズマを生成するものである。加熱ガス供給部１４は、加熱用ガスを加熱することにより得られる加熱ガスをプラズマ生成部１２に供給するものである。本プラズマ装置においては、プラズマ生成部１２によって生成されたプラズマが、加熱ガス供給部１４によって供給された加熱ガスと共に出力され、被処理物Ｗに照射される。図１において、矢印Ｐの方向に、処理ガスが供給され、プラズマが出力される。

　プラズマ生成部１２は、図２～４に示すように、セラミックス等の絶縁体で形成された生成部本体１８、一対の電極部２４，２６、誘電体包囲部材２２等を含む。生成部本体１８は概して長手方向に伸びた形状を成し、一対の電極部２４，２６が幅方向に離間して保持される。また、生成部本体１８の一対の電極部２４，２６の間は放電空間２１とされ、処理ガスがＰ方向に供給される。以下、本プラズマ装置において、生成部本体１８の幅方向、すなわち、一対の電極部２４，２６（以下、「一対の」を省略して、単に電極部２４，２６または複数の電極部２４，２６等と称する場合がある。他の用語についても同様とする。）が並ぶ方向をｘ方向、プラズマ生成部１２と加熱ガス供給部１４とが並ぶ方向をｙ方向、生成部本体１８の長手方向をｚ方向とする。ｚ方向はＰ方向と同じであり、処理ガスが供給される側が上流側、プラズマが出力される側が下流側である。なお、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は互いに直交する。

　複数の電極部２４，２６の各々は、長手方向に伸びた形状を成し、それぞれ、一対の電極棒２７，２８と一対の電極ホルダ２９，３０とを含む。複数の電極ホルダ２９，３０の各々は、複数の電極棒２７，２８よりそれぞれ大径とされ、電極ホルダ２９，３０の各々に、電極棒２７，２８が偏心した位置に保持されて、固定される。また、電極棒２７，２８の各々がそれぞれ電極ホルダ２９，３０に保持された状態で、電極棒２７，２８の一部は電極ホルダ２９，３０から突出した状態にある。電極部２４，２６（電極ホルダ２９，３０および電極棒２７，２８）は、ｚ方向、すなわち、処理ガスの供給方向Ｐと同じ向きに伸び、電極ホルダ２９，３０が上流側、電極棒２７，２８が下流側に位置する姿勢で生成部本体１８に保持される。また、電極部２４，２６が互いに離間する方向ｘと処理ガスが供給される方向ｚ（Ｐ）とは交差する。なお、電極ホルダ２９，３０の間隔Ｄ１は、電極棒２６，２７の間隔Ｄ２より小さい（Ｄ１＜Ｄ２）。

　電極ホルダ２９，３０は、それぞれ、導電性を有する材料で製造されたものであり、電極としての機能を有する。電極棒２７，２８は、それぞれ、電極ホルダ２９，３０に互いに通電可能な状態で固定される。換言すれば、電極ホルダ２９，３０と電極棒２７，２８とは電気的に一体的に設けられる。また、電極部２４，２６が生成部本体１８に保持され、電源装置１６に接続された状態で、電極棒２７，２８と電極ホルダ２９，３０との両方に電圧が印加され、これら電極棒２７，２８および電極ホルダ２９，３０はいずれも電極として作用する。

　このように、電極棒２７，２８の各々と電極ホルダ２９，３０の各々とがそれぞれ電気的に一体的に設けられるため、電源装置１６を電極ホルダ２９，３０と電極棒２７，２８とのいずれか一方に接続すればよく、その分、配線を簡単にすることができる。
　なお、電極棒２７，２８、電極ホルダ２９，３０には、任意の大きさ、周波数の交流電圧が印加される。

　誘電体包囲部材２２は、電極ホルダ２９，３０の外周を覆うものであり、セラミックス等の誘電体（絶縁体と称することもできる）で製造されたものである。誘電体包囲部材２２は、図４Ａ～図４Ｃに示すように、互いに離間して設けられた一対の電極カバー３４，３６と、一対の電極カバー３４，３６を連結する連結部３８とを含む。

　複数の電極カバー３４，３６は、それぞれ、概して中空筒状を成し、長手方向の両端部が開口とされる。電極カバー３４，３６は、長手方向がｚ方向に伸びた姿勢で、電極カバー３４，３６の内周側に主として電極ホルダ２９，３０が位置する状態で配設される。なお、電極カバー３４，３６の内周面と電極ホルダ２９，３０の外周面との間には、それぞれ、隙間が設けられ、これら隙間が後述するガス通路３４ｃ、３６ｃとされる。また、電極棒２７，２８の、上述の電極ホルダ２９，３０から突出した一部の下流側の端部である下流側端部２７ｓ，２８ｓは、電極カバー３４，３６の下流側の開口部から突出している。

　連結部３８には、ｚ方向に貫通するガス通路４０が形成される。本実施例において、図３に示すように、連結部３８のガス通路４０を形成する周壁は電極カバー３４，３６と一体的に形成される。ガス通路４０の内部には、誘電体（気体を含まない。以下、同様とする）で製造された部材（誘電体物と称することができる）は存在しない。換言すれば、電極カバー３４，３６の互いに対向する部分の間に、誘電体包囲部材２２とは別の誘電体で製造された部材は存在しないことになる。

　生成部本体１８の電極部２４，２６が保持された部分の上流側には、複数のガス通路４２，４４，４６等が形成される。ガス通路４２，４４には、図６に示す窒素ガス供給装置５０が接続され、ガス通路４６には、窒素ガス供給装置５０と、活性ガスであるドライエア（活性酸素を含む）を供給する活性ガス供給装置５２とが接続される。窒素ガス供給装置５０は、窒素ガス源と流量調整機構とを含み、窒素ガスを所望の流量で供給可能なものである。活性ガス供給装置５２は、活性ガス源と流量調整機構とを含み、活性ガスを所望の流量で供給可能なものである。本実施例においては、処理ガスが、活性ガス供給装置５２から供給された活性ガスと窒素ガス供給装置５０から供給された窒素ガス（不活性ガスの一態様である）とを含むものとされる。

　ガス通路４２，４４には、それぞれ、前述の電極カバー３４，３６の内部のガス通路３４ｃ、３６ｃが、電極カバー３４，３６の上流側の開口部において連通させられる。ガス通路３４ｃ、３６ｃには、それぞれ、窒素ガスがＰ方向に供給される。

　ガス通路４６には誘電体包囲部材２２に形成されたガス通路４０が連通させられる。ガス通路４０には、窒素ガスと活性ガスとを含む処理ガスがＰ方向に供給される。

　生成部本体１８の、電極カバー３４，３６から突出した一対の電極棒２７，２８の下流側端部２７ｓ，２８ｓの間には放電室５６が形成され、放電室５６の下流側に、ｘ方向に間隔を隔てて並んで、ｚ方向に伸びた複数(本実施例においては６本)のプラズマ通路６０ａ、６０ｂ・・・が形成される。複数のプラズマ通路６０ａ、６０ｂ・・・の上流側の端部は、それぞれ、放電室５６に開口する。また、生成部本体１８の下流側の端部には、互いに異なる種類の複数のノズル８０，８３等がそれぞれ着脱可能に取り付けられる。ノズル８０，８３等は、セラミックス等の絶縁体で製造される。なお、本実施例において、放電室５６、ガス通路４０等によって放電空間２１が構成される。

　加熱ガス供給部１４は、図１，２に示すように、保護カバー７０、ガス管７２、ヒータ７３、連結部７４等を含む。保護カバー７０は、プラズマ生成部１２の生成部本体１８に取り付けられる。ガス管７２は、保護カバー７０の内部において、ｚ方向に伸びて配設され、ガス管７２には、加熱用ガス供給装置（図５参照）７６が接続される。加熱用ガス供給装置７６は、加熱用ガス源と流量調整部とを含み、加熱用ガスを所望の流量で供給可能なものである。加熱用ガスは、ドライエア等の活性ガスとしても、窒素等の不活性ガスとしてもよい。また、ガス管７２の外周側にはヒータ７３が配設されており、ガス管７２がヒータ７３によって加熱され、ガス管７２を流れる加熱用ガスが加熱される。

　連結部７４は、ガス管７２をノズル８０に連結するものであり、側面視において概してＬ字形を成す加熱ガス供給通路７８を含む。ノズル８０が生成部本体１８に取り付けられた状態で、加熱ガス供給通路７８は、一端部がガス管７２に連通させられ、他端部がノズル８０に形成された加熱ガス通路６２に連通させられる。

　ノズル８０は、図２，３に示すように、互いに平行に設けられた複数(本実施例においては６本)のプラズマ出力通路８０ａ、８０ｂ・・・が形成された通路構造体８１と、ノズル本体８２とを含む。通路構造体８１と、ノズル本体８２とが、それぞれ、ノズル本体８２に形成された収容室８２ａの内部に、通路構造体８１が位置する状態で、生成部本体１８に取り付けられ、それにより、ノズル８０が生成部本体１８に取り付けられる。このように、ノズル８０が生成部本体１８に取付けられた状態で、プラズマ通路６０ａ、６０ｂ・・・とプラズマ出力通路８０ａ、８０ｂ・・・とがそれぞれ連通させられる。また、ノズル本体８２の収容室８２ａと通路構造体８１との隙間には、加熱ガス通路６２を経て加熱ガスが供給される。ノズル８０において、ノズル本体８２の収容室８２ａの先端の開口８２ｂから、プラズマ等と加熱ガスとが出力される。

　生成部本体１８には、ノズル８０とは異なる図５に示すノズル８３を取り付けることもできる。ノズル８３の通路構造体８４には、プラズマ出力通路８３ａが１つ形成される。また、通路構造体８４と、ノズル本体８５とが、それぞれ、ノズル本体８５の内部に形成された収容室８５ａに通路構造体８４が位置する状態で、生成部本体１８に取り付けられる。このようにノズル８３が生成部本体１８に取り付けられた状態で、複数のプラズマ通路６０ａ、６０ｂ・・・とプラズマ出力通路８３ａとが連通させられる。また、ノズル本体８５の収容室８５ａと通路構造体８４との間の隙間には加熱ガスが供給され、収容室８５ａの先端の開口８５ｂから、プラズマ等と加熱ガスとが出力される。

　本プラズマ装置は、図６に示すように、コンピュータを主体とする制御装置８６を含む。制御装置８６は実行部８６ｃ、記憶部８６ｍ、入出力部８６ｉ、タイマ８６ｔ等を含み、入出力部８６ｉには、窒素ガス供給装置５０、活性ガス供給装置５２、加熱用ガス供給装置７６、ヒータ７３、電源装置１６、ディスプレイ８７等が接続されるとともに、開始スイッチ８８、停止スイッチ８９等が接続される。ディスプレイ８７には、本プラズマ装置の状態等が表示される。

　開始スイッチ８８は、プラズマ装置の駆動を指示する場合に操作されるスイッチであり、停止スイッチ８９は、プラズマ装置の停止を指示する場合に操作されるスイッチである。例えば、本プラズマ装置の電源ケーブル９０をコンセントに接続し、図示しないブレーカを入れることにより、本プラズマ装置に、商用の交流電源９３から交流電圧が供給可能な状態となり、制御装置８６の作動が開始される。それにより、本プラズマ装置は、駆動が不能な状態である駆動不能状態から駆動が可能となる駆動可能状態に切り換わる。そして、駆動可能状態においては、開始スイッチ８８のＯＮ操作が行われることによりプラズマ装置の駆動が開始され、プラズマ装置の駆動中に停止スイッチ８９のＯＮ操作が行われることにより、プラズマ装置のプラズマ生成のための駆動が停止させられる。すなわち、停止スイッチ８９のＯＮ操作が行われた場合には、電極部２４，２６への電圧の印加は行われず、加熱用ガスの加熱も行われることがないが、図示しない冷却装置の作動等が開始される場合もある。

　電源装置１６は、電源ケーブル９０、電流センサ９４、Ａ／Ｄ（交流直流）変換器９５、スイッチング回路９６、昇圧器９８等を含む。電源ケーブル９０がコンセントに接続された状態において、商用の交流電源９３から供給された交流電圧が、Ａ／Ｄ変換器９５において直流電圧に変換されて、スイッチング回路９６によりＰＷＭ（Plus Width Modulation）制御が行われる。また、ＰＷＭ制御が行われることによって得られた所望の周波数の電圧のパルス信号は、昇圧器９８により昇圧されて、電極部２４，２６に印加される。また、電源装置１６に流れる交流電流が電流センサ９４によって検出される。

　スイッチング回路９６は、図７に示すように、第１ないし第４の４個のスイッチング素子１０１～１０４のブリッジ接続によって構成される。本実施例においては、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ素子が用いられる。第１スイッチング素子１０１については、ドレインＤがＡ／Ｄ変換器９５の出力部の高圧端子１０５に接続され、ソースＳが第１出力端子１０６に接続される。第２スイッチング素子１０２については、ドレインＤが第１出力端子１０６に接続され、ソースＳがＡ／Ｄ変換器９５の低圧端子１０７に接続される。第３スイッチング素子１０３については、ドレインＤがＡ／Ｄ変換器９５の高圧端子１０５に接続され、ソースＳが第２出力端子１０８に接続される。第４スイッチング素子１０４については、ドレインＤが第２出力端子１０８に接続され、ソースＳがＡ／Ｄ変換器９４の低圧端子１０７に接続される。

　第１出力端子１０６および第２出力端子１０８は、図示しない平滑回路を経て昇圧器９８に入力される。第１スイッチング素子１０１のゲートＧおよび第４スイッチング素子１０４のゲートＧ、第２スイッチング素子１０２のゲートＧおよび第３スイッチング素子１０３のゲートＧは、それぞれ、まとめて制御装置８６の入出力部に接続される。
　第１ないし第４スイッチング素子１０１～１０４は、ゲートＧに制御信号が入力されているときだけ、ドレインＤとソースＳとの間が導通する。第１スイッチング素子１０１，第４スイッチング素子１０４のゲートＧにＯＮ信号が入力された場合と、第２スイッチング素子１０２，第３スイッチング素子１０３のゲートＧにＯＮ信号が入力された場合とでは、電流の向きが逆になる。

　以上のように構成されたプラズマ装置は、開始スイッチ８８のＯＮ操作により駆動状態とされる。スイッチング回路９６の制御により、電極部２４，２６には、電源装置１６によって２ｋＨｚ以上の交流電圧が印加されるのであり、例えば、８ｋＨｚ以上９ｋＨｚ以下の交流電圧が印加されるようにすることができる。また、ガス通路３４ｃ、３６ｃには窒素ガスが所望の流量で供給され、放電空間２１には処理ガスが所望の流量で供給される。さらに、加熱ガス通路６２には、加熱ガスが供給される。

　放電空間２１には処理ガスがＰ方向に供給されるが、上流側のガス通路４０において、電極ホルダ３４，３６の間で電極カバー３４，３６を介して誘電体バリア放電が生じ、それより下流側の放電室５６において、一対の電極棒の下端部２７ｓ、２８ｓの間でアーク放電が生じる。放電とは、一対の電極の間の空間に高電界を生じさせることにより、一対の電極の間の空間に存在する気体に絶縁破壊（気体の分子が電離して、電子、イオンが増えた状態）を生じさせて、一対の電極の間に電流が流れるようにすることである。そのうちの、誘電体バリア放電とは、一対の電極に交流電圧を加えた場合に生じる、誘電体物を介する放電をいい、アーク放電とは、誘電体物を介しない放電をいう。

　誘電体バリア放電においては、電極ホルダ２９、３０に交流電圧が加えられることにより、電極カバー３４，３６に電荷が蓄えられるが、極性が反転すると、蓄えられた電荷が放出されるのであり、それにより放電が起きる。また、電極カバー３４，３６により、電極ホルダ２９，３０の間に流れる電流が制限される。そのため、誘電体バリア放電においては、アーク放電に至らないのが普通であり、大きなエネルギが処理ガスに付与されないのが普通である。また、本実施例においては、電極ホルダ２９，３０に高周波の交流電圧が付与されるため、極性の反転速度が早くなり、放電を良好に起こすことができる。

　それに対して、アーク放電においては、一対の電極棒２７，２８の下流側端部２７ｓ，２８ｓの間に大きな電流が流れ、処理ガスに大きなエネルギが付与される。

　このように、誘電体バリア放電においては、処理ガスに付与されるエネルギが小さいため、処理ガスが電離して、プラズマ化されるとは限らない。しかし、処理ガスは、エネルギポテンシャルが高い状態にされる（励起状態にされたり、加熱されたりする）。
　その後、アーク放電において、処理ガスに大きなエネルギが付与されるため、誘電体バリア放電においてプラズマ化されなかった処理ガスも、良好にプラズマ化することができる。また、誘電体バリア放電を受けた処理ガスは、すでにエネルギポテンシャルが高い状態にあるため、アーク放電を受けることにより、より一層、プラズマ化し易くなる。なお、放電空間２１の、一対の電極ホルダ３４，３６の間の部分と、一対の電極棒の一端部２７ｓ、２８ｓの間の部分との両方で放電が起きることは、それぞれの部分において、光が発生させられることにより確認された。

　また、本実施例においては、開始スイッチ８８のＯＮ操作が行われた場合に暖機運転が行われ、暖機運転が行われた後に、被処理物へのプラズマの照射が許可される。暖機運転においては、プラズマの被処理物への照射が行われる場合と同様に、電極部２４，２６に電圧が印加されて、加熱ガスが供給されるのであるが、プラズマの生成が不安定であるため、プラズマの被処理物への照射が行われないようにされている。本実施例においては、暖機運転の報知として、暖機運転中であることを表す「暖機運転中」がディスプレイ８７に表示される。換言すれば、ディスプレイ８７に「暖機運転中」の表示がある場合には、プラズマの被処理物への照射は行わないように予め決められているのである。

　暖機運転は、プラズマ装置の駆動が開始される場合、すなわち、開始スイッチ８８のＯＮ操作が行われた場合に行われる。また、暖機運転時間が経過した場合に、暖機運転は終了させられるが、プラズマ装置の作動は継続して行われる。その後、プラズマ装置による被処理物Ｗへのプラズマの照射が行われ得る。さらに、暖機運転中に停止スイッチ８９のＯＮ操作が行われた場合には、暖機運転が中断されて、プラズマ装置のプラズマ生成のための駆動が停止させられる。

　暖機運転が行われる暖機運転時間は、原則として、開始スイッチ８８がＯＮ操作された場合に、その直前のプラズマ装置が連続して停止状態にあった時間である停止時間Ｔｏｆｆが長い場合は短い場合より長い時間に決定される。一方、ノズル８０の先端部の温度と、プラズマ装置の能力（プラズマを安定して出力可能であるか否か）との間には正の相関関係があり、ノズル８０の先端部の温度が高い場合は低い場合より、プラズマ装置の能力が高く、安定してプラズマが出力可能な状態にあることが知られている。そして、ノズル８０の先端部の温度は、プラズマ装置の停止時間Ｔｏｆｆが長い場合は短い場合より低くなるのが普通である。また、暖機運転中の温度の上昇勾配が一定である場合には、暖機運転時間が長くなるのに伴ってノズル８０の先端部の温度は高くなる。以上のことから、プラズマ装置が停止状態にある間に低下したノズル８０の先端部の温度を、暖機運転によりプラズマ装置の能力が高い状態となる温度まで高くするために、暖機運転時間が、停止時間が長い場合は短い場合より長い時間に決定されるようにしたのである。

　また、暖機運転時間Ｔｗは、停止時間Ｔｏｆｆに係数αを掛けた時間に決定される（Ｔｗ＝Ｔｏｆｆ×α）。係数αは、ノズル８０の先端部の温度の、プラズマ装置の停止状態における低下状態と、暖機運転中の上昇状態とに基づいて決めることができる。本実施例においては、予め、暖機運転中のノズル８０の先端部の温度の上昇勾配、プラズマ装置の停止状態におけるノズル８０の先端部の温度の低下勾配等がシミュレーションまたは実際に外部の温度計を利用して取得されて、それらデータ等に基づいて係数αが決定されるようにしたのである。

　しかし、プラズマ装置が駆動不能状態から駆動可能状態に切り換わってから最初に開始スイッチ８８のＯＮ操作が行われ、プラズマ装置の駆動が開始される場合には、暖機運転時間Ｔｗは、予め定められた設定時間Ｔｈに決定される（Ｔｗ＝Ｔｈ）。プラズマ装置は、その直前、長い間、連続して停止状態にあったと推定される。そのため、プラズマ装置のノズル８０の先端部の温度はほぼ室温（例えば、標準温度）にあると考えられる。以上のことから、設定時間Ｔｈは、例えば、上述の暖機運転中の温度の上昇勾配等に基づいて、プラズマ装置のノズル８０の先端部の温度が標準温度（例えば、２４℃）から安定的にプラズマを照射し得る温度まで上昇するのに要する時間が予め実験やシミュレーション等により求められ、求められた時間等に基づいて決めることができる。

　一方、プラズマ装置が駆動可能状態にある場合においても、長時間、連続して停止状態にある場合があり、その場合には、停止時間Ｔｏｆｆに係数αをかけて求めた時間（Ｔｏｆｆ×α）が設定時間Ｔｈより長くなる場合がある。その場合には、暖機運転時間Ｔｗは、設定時間Ｔｈとされる。設定時間Ｔｈより長い時間暖機運転を行う必要性は低いからである。
　以下、停止時間Ｔｏｆｆに係数αをかけて求められた時間（Ｔｏｆｆ×α）を暫定暖機運転時間と称し、暫定暖機運転時間と設定時間Ｔｈとの少なくとも一方に基づいて決定された暖機運転時間を本暖機運転時間と称する。

　また、暖機運転の途中、すなわち、暖機運転の開始から本暖機運転時間が経過するまでの間に、停止スイッチ８９のＯＮ操作が行われた場合には、中断フラグがセットされる。暖機運転が中断されて、プラズマ装置のプラズマ生成のための駆動が停止させられる。その後、開始スイッチ８８のＯＮ操作が行われて、プラズマ装置の駆動が開始される場合の暖機運転時間は、設定時間Ｔｈに決定される。前回の暖機運転、換言すれば、プラズマ装置の駆動が不十分であったため、暖機を十分に行った方が望ましいからである。この場合には、プラズマ装置の停止時間の長さに係らず本暖機運転時間Ｔｗが設定時間Ｔｈに決定される。

　暖機運転の制御は、図１０のフローチャートで表されるプラズマ装置作動制御プログラムにより実行される。プラズマ装置作動制御プログラムは予め定められた設定時間毎に実行される。
　ステップ１（以下、Ｓ１と略称する。他のステップについても同様とする）において、暖機運転中であるか否かが判定される。暖機運転中でない場合には、Ｓ２，３において、開始スイッチ８８、または、停止スイッチ８９のＯＮ操作が行われたか否かが判定される。開始スイッチ８８も停止スイッチ８９も、ＯＮ操作が行われない場合にはＳ１～３が繰り返し実行される。

　そのうちに、開始スイッチ８８のＯＮ操作が行われた場合には、Ｓ２の判定がＹＥＳとなり、Ｓ４において、開始スイッチ８８のＯＮ操作が駆動不能状態から駆動可能状態に切り換えられてから最初に行われた操作であるか否かが判定される。最初の操作である場合には、Ｓ５において、本暖機運転時間Ｔｗが設定時間Ｔｈに決定される（Ｔｗ＝Ｔｈ）。そして、Ｓ６，７において、プラズマ装置の暖機運転が開始され、ディスプレイ８７に「暖機運転中」が表示される。

　暖機運転中においては、Ｓ１の判定がＹＥＳとなり、Ｓ８，９において、停止スイッチ８９のＯＮ操作が行われたか否か、本暖機運転時間が経過したか否かが判定される。暖機運転中においては、いずれの判定もＮＯとなり、Ｓ１，８，９が繰り返し実行されるが、本暖機運転時間が経過した場合には、Ｓ９の判定がＹＥＳとなり、Ｓ１０において、ディスプレイ８７の「暖機運転中」の表示が消去される。

　プラズマ装置による被処理物へのプラズマの照射が行われている間、Ｓ１～３が繰り返し実行されるが、停止スイッチ８９のＯＮ操作が行われた場合には、Ｓ３の判定がＹＥＳとなる。Ｓ１１において、プラズマ装置のプラズマ生成のための駆動等が停止させられ、Ｓ１２において、停止時間Ｔｏｆｆの計測が開始される。

　プラズマ装置の停止状態の間、Ｓ１～３が繰り返し実行され、停止時間Ｔｏｆｆの計測が継続して行われる。そのうちに、再度、開始スイッチ８８のＯＮ操作が行われた場合には、Ｓ２の判定がＹＥＳ，Ｓ４の判定がＮＯとなる。Ｓ１３において中断フラグがＯＮであるか否かが判定されるが、Ｓ１３の判定がＮＯである場合には、Ｓ１４において計測された停止時間Ｔｏｆｆが読み込まれる。

　Ｓ１５において、暫定暖機運転時間Ｔｗｓが求められ、Ｓ１６において、暫定暖機運転時間Ｔｗｓが設定時間Ｔｈより長いか否かが判定される。Ｓ１６の判定がＮＯである場合には、Ｓ１７において、本暖機運転時間が暫定暖機運転時間に決定され（Ｔｗ＝Ｔｗｓ）、判定がＹＥＳである場合には、Ｓ１８において、本暖機運転時間は設定時間Ｔｈに決定される（Ｔｗ＝Ｔｈ）。

　そして、暖機運転中であるため、前述のように、Ｓ１，８，９が繰り返し実行されるが、暖機運転の途中に停止スイッチ８９のＯＮ操作が行われた場合には、Ｓ８の判定がＹＥＳとなり、Ｓ１９において、プラズマ装置のプラズマ生成のための駆動が停止させられ、Ｓ２０において中断フラグがＯＮとされ、Ｓ２１においてディスプレイ８７の「暖機運転中」の表示が消去される。

　そして、プラズマ装置の停止状態において、Ｓ１～Ｓ３が繰り返し実行されるが、次に、開始スイッチ８８のＯＮ操作が行われた場合には、中断フラグがＯＮであるため、Ｓ１３の判定がＹＥＳとなる。この場合には、Ｓ５において、本暖機運転時間が設定時間Ｔｈに決定されて、Ｓ６において暖機運転が行われる。また、中断フラグがＯＦＦにされる。

　図８に示すタイムチャートにおいて、時点ｔ０において、プラズマ装置が駆動不能状態から駆動可能状態に切り換えられる。時点ｔ１において、最初に、開始スイッチ８８がＯＮとされる。本暖機運転時間が設定時間に決定され（Ｔｗ＝Ｔｈ）、暖機運転が時点ｔ２まで行われる。

　時点ｔ３において停止スイッチ８９がＯＮとされ、時点ｔ４において開始スイッチ８８がＯＮとされるが、停止スイッチ８９がＯＮとされてから次に開始スイッチ８８がＯＮとされるまで（時点ｔ３～時点ｔ４）の時間である停止時間Ｔｏｆｆが計測される（Ｔｏｆｆ＝Ｔｆａ）。時点ｔ４において、暫定暖機運転時間Ｔｗｓが求められるが、暫定暖機運転時間Ｔｗｓが設定時間Ｔｈ以下であるため、本暖機運転時間Ｔｗは暫定暖機運転時間Ｔｗｓに決定される。

　それに対して、時点ｔ５において停止スイッチ８９がＯＮとされ、次に、時点ｔ６において開始スイッチ８８がＯＮとされるが、この場合には、停止時間Ｔｏｆｆ（＝Ｔｆｃ）が長いため、暫定暖機運転時間Ｔｗｓが設定時間Ｔｈより長くなる。そのため、時点ｔ６において開始される暖機運転における本暖機運転時間Ｔｗは設定時間Ｔｈに決定される。

　また、図９のタイムチャートに示すように、時点ｔ７から暖機運転が開始されるが、本暖機運転時間Ｔｗが経過する前の時点ｔ８において、停止スイッチ８９がＯＮとされた。そのため、暖機運転が中断されて、プラズマ装置のプラズマ生成のための駆動が停止させられる。次に、時点ｔ９において暖機運転が開始されるが、その場合の、本暖機運転時間Ｔｗはプラズマ装置の停止時間に関係なく設定時間Ｔｈに決定される。

　このように、本実施例においては、暖機運転時間が、暖機運転の開始時の、それ以前のプラズマ装置の連続した停止時間に基づいて決定されるため、プラズマ装置の温度の低下の程度に基づいて、暖機運転時間を適切な長さに決定することができる。また、暖機運転時間を常に設定時間Ｔｈに決定する場合に比較して、暖機運転時間に要するエネルギを少なくすることができる。さらに、暖機運転時間を、プラズマ装置の停止時間に基づいて容易に決定することができる。

　以上、本実施例においては、制御装置８６の図１０のフローチャートで表されるプラズマ装置作動制御プログラムを記憶する部分、実行する部分等により暖機運転制御部が構成される。そのうちの、Ｓ１～３，１２，１４～１７を記憶する部分、実行する部分等により第１暖機運転時間決定部が構成され、Ｓ１，２，４，５を記憶する部分、実行する部分等により第２暖機運転時間決定部が構成され、Ｓ１～３，１２，１４～１６，１８を記憶する部分、実行する部分等により第３暖機運転時間決定部が構成され、Ｓ１，８，２０，１３，５を記憶する部分、実行する部分等により第４暖機運転時間決定部が構成され、Ｓ１５を記憶する部分、実行する部分等により暫定暖機運転時間決定部が構成される。また、これら第１～第４暖機運転時間決定部等を含んで暖機運転時間決定部が構成される。さらに、Ｓ６を記憶する部分、実行する部分等が、暖機運転において、ヒータ７３、電源装置１６を制御する部分に対応する。さらに、ディスプレイ８７等により暖機報知部が構成される。

　なお、上記実施例においては、暖機運転の報知の一態様として、ディスプレイ８７に「暖機運転中」が表示されるようにされていたが、それに限らない。例えば、ランプ、ブザー、音声出力等により、暖機運転の報知として暖機運転の開始、終了が報知されるようにすることもできる。

　また、暖機運転の内容も問わない。例えば、一対の電極部２４，２６への電圧の印加と加熱用ガスの加熱とのいずれか一方のみが行われるようにすることもできる。

　さらに、上記実施例においては、係数αが、プラズマ装置の停止状態、暖機運転中のノズル８０の先端部の温度の低下状態、上昇状態に基づいて決定されるようにされていたが、プラズマ装置の、プラズマ装置の能力と正の相関関係がある部分の温度に基づいて決定されるようにすることもできる。例えば、放電空間内の温度、一対の電極部２４，２６の温度等が該当する。

　また、係数α、設定時間Ｔｈは、ノズル８０，８３等で互いに異なる値としたり、同じ値としたりすること等ができる。さらに、プラズマ生成部１２の構造は問わない。例えば、誘電体バリア放電とアーク放電とのいずれか一方が行われるものであってもよい等、その他、本開示は、前記実施形態に記載の態様の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。

　１２：プラズマ生成部　１４：加熱ガス供給部　２１：放電空間　２２：誘電体包囲部材　２４，２６：電極部　２７，２８：電極棒　２９，３０：電極ホルダ　３４，３６：電極カバー　３４ｃ，３６ｃ：ガス通路　４０：ガス通路　４２，４４，４８：ガス通路　５６:放電室　７２：ガス管　７３：ヒータ　８６：制御装置　８８：開始スイッチ　８９：停止スイッチ

Claims (8)

1. 　プラズマを被処理物に照射するプラズマ装置であって、
   　当該プラズマ装置の駆動が開始される場合に行われる暖機運転を制御する暖機運転制御部を含み、
   　前記暖機運転制御部が、前記暖機運転が行われる時間である暖機運転時間を、前記駆動の開始直前の当該プラズマ装置が連続して停止状態にあった時間である停止時間が長い場合は短い場合より長い時間に決定する暖機運転時間決定部を含むプラズマ装置。
2. 　前記暖機運転時間決定部が、当該プラズマ装置の駆動が停止させられた後に、前記駆動が開始される場合には、前記停止時間に係数を掛けて得られた時間を前記暖機運転時間に決定する第１暖機運転時間決定部を含み、前記係数が、前記プラズマ装置の停止状態における前記プラズマ装置の温度の低下状態と前記暖機運転中の前記温度の上昇状態とに基づいて決まる値とされた請求項１に記載のプラズマ装置。
3. 　前記暖機運転時間決定部が、さらに、当該プラズマ装置が駆動不能状態から駆動可能状態に切り換えられた後、最初に、前記駆動が開始される場合には、前記暖機運転時間を予め定められた設定時間に決定する第２暖機運転時間決定部を含む請求項１または２に記載のプラズマ装置。
4. 　前記暖機運転時間決定部が、
   　当該プラズマ装置の駆動が停止させられた後に、前記駆動が開始される場合には、前記停止状態にある時間である停止時間に係数を掛けて得られた時間を暫定的に前記暖機運転時間に決定する暫定暖機運転時間決定部と、
   　前記暫定暖機運転時間決定部によって暫定的に決定された前記暖機運転時間が前記設定時間より長い場合には、前記暖機運転時間である本暖機運転時間を前記設定時間に決定する第３暖機運転時間決定部と
   を含む請求項３に記載のプラズマ装置。
5. 　前記暖機運転時間決定部が、前記暖機運転が中断された場合には、次に、前記駆動が開始される場合に行われる前記暖機運転の前記暖機運転時間を前記設定時間に決定する第４暖機運転時間決定部を含む請求項３または４に記載のプラズマ装置。
6. 　当該プラズマ装置が、前記暖機運転を報知する暖機報知部を含む請求項１ないし５のいずれか１つに記載のプラズマ装置。
7. 　当該プラズマ装置が、互いに離間して設けられた一対の電極部の各々に電圧を印加する電源装置を含み、
   　前記暖機運転制御部が、前記電源装置を制御して、前記一対の電極部に電圧を印加するものである請求項１ないし６のいずれか１つに記載のプラズマ装置。
8. 　当該プラズマ装置が、加熱用ガスを加熱するヒータを含み、前記ヒータによって加熱用ガスが加熱されて得られた加熱ガスを前記プラズマと共に前記被処理物に照射するものであり、
   　前記暖機運転制御部が、前記ヒータに前記加熱用ガスを加熱させるものである請求項１ないし７のいずれか１つに記載のプラズマ装置。

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