WO2020044422A1 - プラズマ発生装置とプラズマヘッド冷却方法 - Google Patents

プラズマ発生装置とプラズマヘッド冷却方法 Download PDF

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WO2020044422A1
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plasma
gas
temperature
plasma head
head
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慎二 瀧川
倫子 丹羽
神藤　高広
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株式会社Ｆｕｊｉ
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    • H05H2242/10—Cooling arrangements

Definitions

  • the present disclosure relates to a plasma generator and a plasma head cooling method for cooling a plasma head.
  • the present disclosure has been made in view of the above points, and has as its object to provide a plasma generator and a plasma head cooling method capable of appropriately cooling a plasma head.
  • the present specification describes a plasma head that discharges plasma gas, a gas supply device that supplies a plasma gas to the plasma head, and a gas supply device that is provided in the plasma head and is supplied from the gas supply device.
  • a pair of electrodes that are discharged to the unit to generate plasma gas, a temperature sensor that is provided on the plasma head and measures the temperature of the plasma head, and a control device.
  • the control device controls the discharge by the pair of electrodes.
  • a plasma generation device that performs a cooling process for cooling a plasma head by continuing gas supply by a gas supply device until a temperature sensor measures a temperature equal to or lower than a predetermined value after stopping.
  • the plasma generator can appropriately cool the plasma head.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a plasma head of the atmospheric pressure plasma generator.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a lower end portion of a plasma head of the atmospheric pressure plasma generator. It is sectional drawing which shows the principal part of the plasma head of an atmospheric pressure plasma generator. It is a block diagram showing a control system of an atmospheric pressure plasma generator. It is a flowchart which shows the control program of the heater warm-up method. It is a figure which shows an example of the temperature rise process of a heater during a warm-up operation.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a correspondence relationship between a first temperature and a lower limit temperature of a heater. 4 is a flowchart illustrating a control program of a plasma head cooling method. It is a figure showing the schematic structure of the atmospheric pressure plasma generator attached to the industrial robot.
  • an atmospheric pressure plasma generator is a device for generating plasma under atmospheric pressure.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 includes a plasma head 18, a controller 16, a power cable 140, a gas pipe 180, and the like.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 transmits power from the control device 16 to the plasma head 18 via the power cable 140, supplies a processing gas or the like via the gas pipe 180, and irradiates the plasma gas from the plasma head 18.
  • the plasma head 18 is attached to a tip of a robot arm 201 of the industrial robot 200.
  • the power cable 140 and the gas pipe 180 are attached along the robot arm 201.
  • the robot arm 201 is an articulated robot in which two arm units 205, 205 are connected in one direction.
  • the industrial robot 200 performs an operation of driving the robot arm 201 to move the plasma head 18 and irradiating the workpiece W supported by the work table 5 with plasma gas.
  • the control device 16 has a processing gas supply device 74 and a heating gas supply device 86.
  • the processing gas supply device 74 supplies at least one of an inert gas such as nitrogen and an active gas such as oxygen as a processing gas.
  • the heating gas supply device 86 supplies an active gas such as oxygen or an inert gas such as nitrogen.
  • the control device 16 includes a display device 115.
  • the display device 115 includes a screen on which various information and the like are displayed.
  • the plasma head 18 includes a plasma gas ejection device 12 and a heating gas ejection device 14.
  • the width direction of the plasma head 18 is referred to as the X direction
  • the depth direction of the plasma head 18 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 (see FIGS. 3 and 4) 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 generally has a block shape, and a reaction chamber 38 is formed inside the main housing 30.
  • a plurality of first gas flow paths (only one first gas flow path is shown in FIG. 3) 50 are formed in the main housing 30 so as to extend in the up-down direction.
  • the first gas flow paths 50 are arranged at predetermined intervals in the X direction (in FIG. 3, a direction perpendicular to the paper surface). The upper end of each first gas flow path 50 opens to the reaction chamber 38, and the lower end opens to the bottom surface of the main housing 30.
  • the heat sink 31 is provided on one side surface of the main housing 30 in the Y direction.
  • the heat radiating plate 31 has a plurality of fins (not shown) and radiates heat of 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.
  • a plurality of through holes 56 penetrating in the vertical direction are formed in the ground plate 32 in correspondence with the plurality of first gas passages 50, and each through hole 56 is formed in the corresponding first gas passage 50. Are linked.
  • the lower housing 34 has a block shape and is fixed to the lower surface of the ground plate 32.
  • a plurality of second gas passages 62 are formed in the lower housing 34 so as to extend in the vertical direction corresponding to the plurality of through holes 56.
  • the upper end of each second gas flow path 62 is connected to the corresponding through hole 56, and the lower end is open to the bottom surface of the lower housing 34.
  • the nozzle block 36 is fixed to the lower surface of the lower housing 34, and a plurality of third gas channels 66 correspond to the plurality of second gas channels 62 of the lower housing 34. It is formed to extend in the up-down direction. The upper end of each third gas passage 66 is connected to the corresponding second gas passage 62, and the lower end is open to the bottom surface of the nozzle block 36.
  • the cover 22 has a generally square 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.
  • a through hole 72 is formed on the side surface of the cover 22 on the side of the heated gas ejection device 14 so as to extend in the Y direction.
  • a processing gas supply device (see FIG. 4) 74 is connected to the reaction chamber 38 via the gas pipe 180 shown in FIG.
  • the processing gas supply device 74 is a device that supplies at least one of an inert gas such as nitrogen and an active gas such as oxygen as a processing gas. As a result, the processing gas is supplied to the reaction chamber 38.
  • the processing gas may be dry air.
  • the heated gas ejection device 14 also includes a protective cover 80, a gas pipe 82, a heater 83, and a connection block 84.
  • the protective cover 80 is provided so as to cover the heat sink 31 of the plasma gas ejection device 12.
  • the gas pipe 82 is disposed so as to extend in the vertical direction inside the protective cover 80.
  • the gas pipe 82 is connected to the heating gas supply device (see FIG. 9) via the gas pipe 180 shown in FIG. 4) 86 is connected.
  • the gas pipe 180 is two different tubes, a tube connected to the reaction chamber 38 and the processing gas supply device 74, and a tube connected to the gas pipe 82 and the heating gas supply device 86. It consists of.
  • the heating gas supply device 86 is a device that supplies an active gas such as oxygen or an inert gas (hereinafter, referred to as a gas) such as nitrogen. Accordingly, the gas is supplied from the heating gas supply device 86 into the gas pipe 82, and the gas flows downward. In the gas pipe 82, for example, a generally coiled heater 83 is suspended. Thus, the gas supplied from the heating gas supply device 86 to the gas pipe 82 is heated. As shown in FIG. 1, a generally cylindrical thermocouple cover 91 is attached to the gas pipe 82 along the longitudinal direction (that is, the vertical direction) of the gas pipe 82.
  • a gas such as nitrogen
  • thermocouple 92 is inserted into the thermocouple cover 91.
  • the temperature measuring contact 92A of the thermocouple 92 is inserted into the gas pipe 82 from the lower end of the thermocouple cover 91, and is disposed below the heater 83.
  • the arrow AR shown in FIG. 1 indicates the direction in which gas flows in the gas pipe 82. Therefore, the thermocouple 92 measures the temperature of the gas flowing in the gas pipe 82 at a position close to the heater 83 from the downstream side of the gas in the gas pipe 82. In the atmospheric pressure plasma generator 10, the temperature measured by the thermocouple 92 is treated as the temperature of the heater 83 or the temperature of the plasma head 18.
  • connection 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 side of the heated gas ejection device 14 in the Y direction.
  • the connection block 84 is formed with a communication path 88 that is bent in a generally L-shape. One end of the communication path 88 is opened on the upper surface of the connection block 84, and the other end of the communication path 88 is connected to the connection block 84.
  • the block 84 is open on the side surface on the side of the plasma gas ejection device 12.
  • One end of the communication passage 88 communicates with the gas pipe 82, and the other end of the communication passage 88 communicates with the through hole 72 of the cover 22.
  • the plasma gas ejection device 12 may not include the ground plate 32.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 includes a controller 16 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 4, in addition to the processing gas supply device 74, the heating gas supply device 86, and the display device 115, the control device 16 includes a controller 100, a high-frequency power supply 102, a drive circuit 105, a flow controller 103, 104, a control circuit 106, a communication unit 107, a power supply device 108, an input device 116, and the like.
  • the controller 100 is realized by a computer including a CPU 120, a ROM 122, a RAM 124, and the like.
  • the controller 100 controls the plasma gas ejection device 12 and the heated gas ejection device 14 by controlling the high frequency power supply 102, the drive circuit 105, the flow controllers 103 and 104, and the like.
  • the controller 100 is connected to the display device 115 via the control circuit 106. As a result, an image is displayed on the display device 115 in accordance with a command from the controller 100. Further, the controller 100 is connected to the input device 116.
  • the input device 116 includes operation buttons and the like, and outputs operation information obtained by operating the operation buttons. As a result, operation information obtained by operating the operation buttons is input to the controller 100.
  • the communication unit 107 communicates with a communication device connected to a network (not shown).
  • the form of communication is not particularly limited, and is, for example, LAN, serial communication, or the like.
  • the high-frequency power supply 102 generates high-frequency AC power to be supplied to the electrodes 24 and 26 from a commercial power supply (not shown), and supplies the generated AC power to the electrodes 24 and 26.
  • the flow controller 103 is realized by, for example, a mass flow controller or the like.
  • the flow controller 103 controls the flow rate of the processing gas supplied from the processing gas supply device 74 to the reaction chamber 38. Further, the flow controller 103 outputs the value of the flow rate of the supplied processing gas to the controller 100.
  • the flow controller 104 controls the flow rate of the gas supplied from the heating gas supply device 86 to the gas pipe 82, similarly to the flow controller 103. Further, the flow controller 103 outputs a flow value of the supplied gas to the controller 100.
  • the drive circuit 105 is electrically connected to a power supply device 108 and a thermocouple 92 attached near the lower end of the heater 83.
  • Power supply device 108 supplies AC power generated from a commercial power supply (not shown) to heater 83.
  • the drive circuit 105 heats the heater 83 and controls the temperature of the heater 83 by controlling the power supply device 108 based on the output value of the thermocouple 92 so as to reach the target temperature instructed by the controller 100. . Further, the drive circuit 105 outputs a temperature corresponding to the output value of the thermocouple 92 to the controller 100.
  • Plasma Processing by Atmospheric-Pressure Plasma Generator in the atmospheric-pressure plasma generator 10, 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 the third gas flow path of the nozzle block 36 is formed. Plasma gas is ejected from the lower end of 66. Further, the gas heated by the heating gas ejection device 14 is supplied to the inside of 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 workpiece W is subjected to the plasma processing.
  • the processing gas is supplied to the reaction chamber 38 by the processing gas supply device 74.
  • the reaction chamber 38 power is supplied to the pair of electrodes 24 and 26, and current flows between the pair of electrodes 24 and 26.
  • a discharge is generated between the pair of electrodes 24 and 26, and the discharge transforms the processing gas into a plasma to be a plasma gas.
  • the plasma gas generated in the reaction chamber 38 flows downward in the first gas flow path 50, and flows into the second gas flow path 62 through the through hole 56. Then, the plasma gas flows downward in the second gas passage 62 and the third gas passage 66.
  • the plasma gas is ejected from the lower end of the third gas flow path 66 through the through hole 70 of the cover 22.
  • the gas is supplied to the gas pipe 82 by the heating gas supply device 86, and the gas supplied to the gas pipe 82 is heated by the heater 83.
  • the gas supplied to the gas pipe 82 is heated to 600 ° C. to 800 ° C.
  • the heated gas (hereinafter referred to as a heated gas) flows into the inside of the cover 22 from the through hole 72 of the cover 22 through the communication passage 88 of the connection block 84. Then, the heating gas flowing into the cover 22 is blown out from the through-hole 70 of the cover 22.
  • the plasma gas ejected from the lower end of the third gas flow path 66 of the nozzle block 36 is protected by the heating gas.
  • the plasma gas surrounded by the heating gas is released from the plasma head 18, and the plasma processing can be appropriately performed.
  • the work W is placed at a predetermined distance from the through hole 70 for ejecting the plasma gas, and the plasma gas is ejected from the through hole 70 to the work W. That is, during the plasma processing, the plasma gas is ejected into the air, and the workpiece W is irradiated with the plasma gas ejected into the air.
  • the controller 100 When the controller 100 receives an instruction to start plasma generation via the input device 116, the controller 100 starts plasma generation control.
  • the controller 100 causes the high-frequency power supply 102 to start controlling to supply predetermined power to the electrodes 24 and 26, and supplies the processing gas and gas to the flow controllers 103 and 104 at a predetermined gas flow rate, respectively.
  • the controller 100 causes the drive circuit 105 to start controlling the heater 83 so as to reach a predetermined temperature.
  • the atmospheric-pressure plasma generator 10 reduces the gas supplied to the gas pipe 82 to 600 ° C. to 800 ° C. when the workpiece W is subjected to plasma processing, as described above. Heating. Therefore, the warm-up operation of the heater 83 is performed, for example, when the atmospheric pressure plasma generator 10 is started.
  • the thermocouple 92 breaks down due to, for example, a short circuit or disconnection
  • the measured temperature of the thermocouple 92 always indicates, for example, room temperature or is constant without rising from a predetermined temperature. Since the temperature is indicated, the thermocouple 92 cannot measure the temperature of the heater 83 accurately. Therefore, the temperature of the heater 83 cannot be adjusted, and the heater 83 may be broken. Therefore, the atmospheric pressure plasma generator 10 monitors the temperature rise process of the heater 83 during the warm-up operation of the heater 83. Details will be described next.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a heater warm-up method 110 for monitoring the temperature rise process of the heater 83.
  • the control program shown in the flowchart of FIG. 5 is stored in the ROM 122 of the controller 100.
  • the control program of the controller 100 is executed. It is executed by the CPU 120.
  • a curve L1 in FIG. 6 shows an example of a temperature change of the heater 83 during the warm-up operation.
  • the data table DT in FIG. 7 is stored in the ROM 122 of the controller 100.
  • a warm-up start process S110 is performed.
  • the warm-up operation of the heater 83 is started by starting the power supply from the power supply device 108 to the heater 83.
  • thermocouple 92 acquires the temperature MT1 as the first temperature.
  • the lower limit temperature LM1 of the heater 83 is calculated.
  • the lower limit temperature LM1 of the heater 83 is the temperature of the heater 83 that is rising during the warm-up operation, and a first predetermined time DP (for example, 10 seconds) from the time when the temperature MT1 is acquired as the first temperature.
  • a first predetermined time DP for example, 10 seconds
  • This is the lowest temperature of the heater 83 that is assumed at the time when the power supply device 108 has passed in consideration of the allowable fluctuation range.
  • the point in time when the first predetermined time DP has elapsed from the point in time when the first temperature was acquired may be referred to as a reference point in time.
  • the lower limit temperature LM1 of the heater 83 is calculated from the first temperature and the data table DT.
  • a temperature obtained by adding 50 ° C. to the first temperature between 0 ° C. and less than 400 ° C. is calculated as the lower limit temperature of the heater 83.
  • the lower limit temperature of the heater 83 a temperature obtained by adding 20 ° C. to the first temperature of 400 ° C. or more and less than 500 ° C. is calculated, and a first temperature of 500 ° C. or more and less than 600 ° C.
  • a temperature obtained by adding 5 ° C. to the first temperature is calculated, and a temperature obtained by adding 3 ° C. to the first temperature is calculated for the first temperature of 600 ° C. or more and less than 650 ° C.
  • the data table DT includes the temperature range for classifying the first temperature (in FIG. 7, from 0 ° C. to less than 400 ° C., from 400 ° C. to less than 500 ° C., from 500 ° C. to less than 600 ° C., and from 600 ° C. to less than 650 ° C.).
  • 7 is a data table in which temperature differences from the first temperature to the lower limit temperature (50 ° C., 20 ° C., 5 ° C., and 3 ° C. in FIG. 7) are associated with each other.
  • the lower limit temperature LM1 of the heater 83 is calculated based on the data stored in the data table DT.
  • the process waits until the first predetermined time DP elapses from the time when the temperature MT1 is acquired as the first temperature, that is, until the reference time is reached (S116: NO). Then, when the first predetermined time DP elapses from the time when the temperature MT1 is acquired as the first temperature (S116: YES), that is, when the reference time is reached, the second temperature acquisition processing S118 is performed. In this process, the thermocouple 92 acquires the temperature MT2 as the second temperature.
  • the temperature MT2 obtained as the second temperature is equal to or higher than the lower limit temperature LM1 (S120).
  • the temperature MT2 obtained as the second temperature is lower than the lower limit temperature LM1 (S120: NO)
  • the first predetermined time DP has elapsed from the time when the temperature MT1 was obtained as the first temperature. That is, when the reference time is reached, it can be said that the temperature MT2 (that is, the temperature of the heater 83) acquired as the second temperature has not risen to the lower limit temperature LM1. Therefore, it is determined that there is an abnormality, and the warm-up stop processing S122 is performed.
  • the power supply from the power supply device 108 to the heater 83 is stopped, so that the warm-up operation of the heater 83 is stopped. Further, on the screen of the display device 115, for example, the entire area is displayed in red, and a message indicating that the warm-up operation has been stopped is displayed. In addition, a message indicating that the warm-up operation has been stopped is sent to the terminal of the administrator who manages the atmospheric pressure plasma generator 10 or the support desk operated by the supplier of the atmospheric pressure plasma generator 10 via the network communication of the communication unit 107. Is sent to the terminal. Thereafter, the heater warm-up method 110 ends.
  • the deeming process S124 is performed. In this process, the temperature MT2 acquired as the second temperature is treated as the first temperature instead of the above-mentioned temperature MT1.
  • the lower limit temperature LM2 of the heater 83 is calculated from the temperature MT2 treated as the first temperature and the data table DT.
  • the lower limit temperature LM2 of the heater 83 calculated in this way is the same as the lower limit temperature LM1. That is, the lower limit temperature LM2 of the heater 83 is the temperature of the heater 83 that is being raised in temperature by the warm-up operation, and the first predetermined time DP has elapsed from the time when the temperature MT2 treated as the first temperature is obtained. It is the lowest temperature of the heater 83 assumed at the reference time point in consideration of the allowable fluctuation range of the power supply device 108.
  • the second temperature obtaining process S118 is performed. Thereby, the temperature MT3 is obtained as the second temperature.
  • the deeming process S124 is performed again, and the temperature MT3 acquired as the second temperature is The temperature is treated as the first temperature instead of the temperature MT2 (S124).
  • the lower limit temperature LM3 of the heater 83 is calculated from the temperature MT3 treated as the first temperature and the data table DT (S114), and from the time when the temperature MT3 treated as the first temperature is obtained.
  • the first predetermined time DP has elapsed (S116: YES)
  • the temperature MT4 is acquired as the second temperature (S118). If the temperature MT4 acquired as the second temperature is lower than the lower limit temperature LM3 (S120: NO), it is determined that there is an abnormality, and the warm-up operation of the heater 83 is stopped (S122).
  • the temperature MT4 obtained as the second temperature is equal to or higher than the lower limit temperature LM3 (S120: YES)
  • the temperature MT4 obtained as the second temperature is replaced with the temperature MT3 described above. It is treated as one temperature (S124).
  • the heater warm-up method 110 is continued.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 can monitor the temperature rise process during the warm-up of the heater 83 provided in the plasma head 18 by executing the heater warm-up method 110.
  • the lower limit temperatures LM1, LM2, and LM3 of the heater 83 may be calculated from an approximate expression indicating the relationship with the elapsed time from the start of power supply to the heater 83 (that is, the warm-up time of the heater 83). Good.
  • an approximate expression is represented by a curve L2 indicated by a two-dot chain line.
  • the mathematical expression indicating the curve L2 is stored in the ROM 122 of the controller 100.
  • the lower limit temperatures LM1, LM2, and LM3 of the heater 83 are set at a reference time when a first predetermined time DP has elapsed from the time when the temperatures MT1, MT2, and MT3 obtained or treated as the first temperature are obtained. Then, the time when the elapsed time is measured from the start of the power supply to the heater 83 is calculated by substituting the measured time into the mathematical expression (approximate expression) indicated by the curve L2 in FIG.
  • the heater 83 can be a target of the heater warm-up method 110 as long as it heats the plasma emitted from the plasma head 18.
  • Cooling operation of heater in atmospheric pressure plasma generator Controller 100 performs plasma processing of workpiece W by atmospheric pressure plasma generator 10 and then performs processing by processing gas supply device 74 when stopping atmospheric pressure plasma generator 10.
  • the plasma head 18 is cooled by continuing the gas supply and the gas supply by the heating gas supply device 86. After the plasma head 18 is cooled, the user may touch the plasma head 18 for maintenance. Therefore, the cooling of the plasma head 18 is continued on the assumption that the surface temperature of the plasma head 18 decreases to, for example, around 40 ° C. It can be suitably performed. Therefore, the atmospheric pressure plasma generator 10 cools the plasma head 18 while measuring the temperature of the plasma head 18. The details will be described next.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a plasma head cooling method 210 for cooling the plasma head 18 while measuring the temperature of the plasma head 18.
  • the control program shown in the flowchart of FIG. 8 is stored in the ROM 122 of the controller 100, and is executed by the CPU 120 of the controller 100 when the atmospheric pressure plasma generator 10 performs the plasma processing of the work W. . Therefore, when the plasma head cooling method 210 is performed, the supply of the processing gas by the processing gas supply device 74 and the supply of the gas by the heating gas supply device 86 are performed.
  • each process shown in the flowchart of FIG. 8 will be described.
  • the CPU 120 of the controller 100 performs each process shown in the flowchart of FIG. 8 using the temperature of the heater 83 measured by the thermocouple 92.
  • the temperature of the surface of the plasma head 18 during the plasma processing of the workpiece W varies depending on its position. However, the entire surface of the plasma head 18 tends to converge to the same temperature after a certain period of time has elapsed since the start of cooling. Therefore, in the plasma head cooling method 210 shown in the flowchart of FIG. 8, the temperature of the heater 83 measured by the thermocouple 92 is used as the temperature of the plasma head 18.
  • the plasma head cooling method 210 When the plasma head cooling method 210 is executed, it is determined whether the discharge between the pair of electrodes 24 and 26 and the heating of the heater 83 have been stopped (S210). This determination is made based on a signal from the high frequency power supply 102, a signal from the drive circuit 105, and the like. Here, when the discharge between the pair of electrodes 24 and 26 or the heating of the heater 83 is not stopped (S210: NO), the plasma head cooling method 210 ends.
  • the temperature of the heater 83 measured by the thermocouple 92 is lower than the predetermined temperature. It is determined whether or not there is (S212).
  • the predetermined temperature refers to a temperature at which the user does not hinder the surface of the plasma head 18 (for example, a temperature around 40 ° C.). If the temperature of the heater 83 measured by the thermocouple 92 is equal to or lower than the predetermined temperature (S212: YES), the plasma head cooling method 210 ends.
  • the cooling process S214 is performed. In this process, the supply of the processing gas by the processing gas supply device 74 and the supply of the gas by the heating gas supply device 86 are continued.
  • a first notification process S216 is performed.
  • a message indicating that the plasma head 18 is being cooled is displayed on the screen of the display device 115. Further, a message to the effect that the plasma head 18 is being cooled is transmitted from the terminal of the administrator who manages the atmospheric pressure plasma generator 10 or the supplier of the atmospheric pressure plasma generator 10 through the network communication of the communication unit 107. Sent to the support desk terminal.
  • a message indicating that the cooling of the plasma head 18 is abnormal due to an abnormal gas supply is displayed on the screen of the display device 115. Further, a message indicating that the cooling of the plasma head 18 is abnormal due to an abnormality in the gas supply is sent to the terminal of the administrator who manages the atmospheric pressure plasma generator 10 or the atmospheric pressure plasma generator 10 through the network communication of the communication unit 107. Is sent to the terminal of the support desk operated by the supplier. Thereafter, the plasma head cooling method 210 ends.
  • thermocouple 92 indicates an abnormality such as disconnection. Is determined (S222). This determination is made based on the output voltage of the thermocouple 92 and the like.
  • a third notification process S224 is performed.
  • a message indicating that the cooling of the plasma head 18 is abnormal due to the abnormality of the thermocouple 92 is displayed on the screen of the display device 115. Further, a message indicating that the cooling of the plasma head 18 is abnormal due to the abnormality of the thermocouple 92 is transmitted to the terminal of the administrator who manages the atmospheric pressure plasma generating apparatus 10 by the network communication of the communication unit 107 or the atmospheric pressure plasma generating apparatus. Sent to a support desk terminal operated by 10 suppliers. Thereafter, the plasma head cooling method 210 ends.
  • thermocouple 92 when the thermocouple 92 does not indicate an abnormality such as disconnection (S222: NO), the discharge between the pair of electrodes 24 and 26 and the heating of the heater 83 are stopped for the second predetermined time. It is determined whether or not has elapsed (S226). This determination is made based on the elapsed time measured by receiving a signal from the high frequency power supply 102, a signal from the drive circuit 105, and the like as a trigger. The second predetermined time is required to cool the entire surface of the plasma head 18 to a temperature (for example, a temperature around 40 ° C.) that does not hinder the user from touching the surface of the plasma head 18. Time (for example, 20 minutes).
  • a temperature for example, a temperature around 40 ° C.
  • a fourth notification process S228 is performed.
  • a message indicating that the cooling of the plasma head 18 is abnormal is displayed on the screen of the display device 115. Further, a message indicating that the cooling of the plasma head 18 is abnormal is operated by a terminal of an administrator who manages the atmospheric pressure plasma generator 10 or a supplier of the atmospheric pressure plasma generator 10 through network communication of the communication unit 107. Sent to the support desk terminal.
  • These messages include the surface temperature of the plasma head 18 (more precisely, the heater temperature) even after the second predetermined time has elapsed since the discharge between the pair of electrodes 24 and 26 and the heating of the heater 83 were stopped. 83 is not dropped below the predetermined temperature. Thereafter, the plasma head cooling method 210 ends.
  • the processing gas supply device 74 supplies the processing gas and the heating gas supply device.
  • the supply of gas by the gas supply 86 is continued (S214), and when the temperature of the heater 83 measured by the thermocouple 92 is equal to or lower than the predetermined temperature (S212: YES), the plasma head cooling method 210 ends.
  • the plasma head cooling method 210 is based on the temperature of the heater 83 used as the temperature of the plasma head 18 (the temperature measured by the thermocouple 92) even when the user touches the surface of the plasma head 18.
  • the cooling of the plasma head 18 is terminated on the assumption that the surface temperature of the plasma head 18 has dropped to a temperature at which there is no problem (for example, a temperature around 40 ° C.).
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 can appropriately cool the plasma head 18 with improved maintainability.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 may include, instead of the thermocouple 92, another sensor capable of measuring the temperature of the heater 83 or the temperature of the gas flowing in the gas pipe 82, for example, a thermistor or an infrared sensor. Good.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 may include a heater heated by a high-temperature fluid such as a liquid or a gas, instead of the heater 83 heated by the power supply device 108. In such a case, the temperature of the heater is adjusted by controlling the temperature and the flow rate of the high-temperature fluid.
  • a high-temperature fluid such as a liquid or a gas
  • the supply of the processing gas by the processing gas supply device 74 and the supply of the gas by the heating gas supply device 86 may or may not be continued.
  • the plasma head cooling method 210 may be executed in a state where the temperature measuring contact 92A of the thermocouple 92 is embedded in the main housing 30 of the plasma head 18, for example. In such a case, the plasma head cooling method 210 can be applied to a case in which the heated gas jetting device 14 including the heater 83 is not provided in the plasma head 18.
  • the atmospheric pressure plasma generator 10 is an example of a plasma generator.
  • the processing gas supply device 74 and the heating gas supply device 86 are examples of a gas supply device.
  • the thermocouple 92 is an example of a temperature sensor.
  • the display device 115 is an example of a notification device.
  • the cooling process S214 is an example of a cooling process.
  • the first notification processing S216, the second notification processing S220, the third notification processing S224, and the fourth notification processing S228 are examples of the notification processing.
  • the second predetermined time used in the determination of S226 is an example of the predetermined time.
  • Reference Signs List 10 atmospheric pressure plasma generator 16 controller 18 plasma head 24 electrode 26 electrode 74 processing gas supply device 83 heater 86 heating gas supply device 92 thermocouple 115 display device 210 plasma head cooling method S214 cooling process S216 first notification process S220 Second notification process S224 Third notification process S228 Fourth notification process

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Abstract

プラズマ化されたプラズマガスを放出するプラズマヘッドと、プラズマガスとなるガスをプラズマヘッドに供給するガス供給装置と、プラズマヘッドに設けられ、ガス供給装置から供給されたガスの一部に放電してプラズマガスとする１対の電極と、プラズマヘッドに設けられ、プラズマヘッドの温度を計測する温度センサと、制御装置と、を備え、制御装置は、１対の電極による放電を停止させた後において、温度センサが所定値以下の温度を計測するまで、ガス供給装置によるガスの供給を継続させて、プラズマヘッドの冷却を行う冷却処理を実行するプラズマ発生装置。

Description

プラズマ発生装置とプラズマヘッド冷却方法
　本開示は、プラズマヘッドを冷却するプラズマ発生装置とプラズマヘッド冷却方法に関するものである。
　従来より、プラズマ発生装置とプラズマヘッド冷却方法に関し、プラズマヘッドを冷却する技術が種々提案されている。
　例えば、下記特許文献１に記載の大気圧プラズマ発生装置では、電極への電圧の印加が停止した後に、設定時間が経過したことを条件として、反応室への不活性ガスの供給が停止する。つまり、電極への電圧の印加が停止し、放電が消滅した後も、不活性ガスは、設定時間、反応室に供給される。これにより、電極の酸化を防止することが可能となる。
国際公開第２０１４／１８８５９２号公報
　その後、電極や反応室を含む躯体が冷却されると、ユーザによるメンテナンスが可能となるが、更に好適に、躯体が冷却されることが望まれていた。
　そこで、本開示は、上述した点を鑑みてなされたものであり、プラズマヘッドの適切な冷却を行うことが可能なプラズマ発生装置とプラズマヘッド冷却方法を提供することを課題とする。
　本明細書は、プラズマ化されたプラズマガスを放出するプラズマヘッドと、プラズマガスとなるガスをプラズマヘッドに供給するガス供給装置と、プラズマヘッドに設けられ、ガス供給装置から供給されたガスの一部に放電してプラズマガスとする１対の電極と、プラズマヘッドに設けられ、プラズマヘッドの温度を計測する温度センサと、制御装置と、を備え、制御装置は、１対の電極による放電を停止させた後において、温度センサが所定値以下の温度を計測するまで、ガス供給装置によるガスの供給を継続させて、プラズマヘッドの冷却を行う冷却処理を実行するプラズマ発生装置を開示する。
　本開示によれば、プラズマ発生装置は、プラズマヘッドの適切な冷却を行うことが可能である。
大気圧プラズマ発生装置のプラズマヘッドを示す斜視図である。 大気圧プラズマ発生装置のプラズマヘッド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プラズマヘッドの要部を示す断面図である。 大気圧プラズマ発生装置の制御系統を示すブロック図である。 ヒータ暖機方法の制御プログラムを示すフローチャートである。 暖機運転中におけるヒータの温度上昇過程の一例を示す図である。 第１温度とヒータの下限温度との対応関係の一例を示す図である。 プラズマヘッド冷却方法の制御プログラムを示すフローチャートである。 産業用ロボットに取り付けられた大気圧プラズマ発生装置の概略構成を示す図である。
全体構成
　大気圧プラズマ発生装置は、大気圧下でプラズマを発生させるための装置である。図９に示すように、大気圧プラズマ発生装置１０は、プラズマヘッド１８、制御装置１６、電力ケーブル１４０、及びガス配管１８０等を備える。大気圧プラズマ発生装置１０は、制御装置１６から電力ケーブル１４０を介してプラズマヘッド１８に電力を伝送し、ガス配管１８０を介して処理ガス等を供給し、プラズマヘッド１８からプラズマガスを照射させる。プラズマヘッド１８は、産業用ロボット２００のロボットアーム２０１の先端に取り付けられている。電力ケーブル１４０及びガス配管１８０は、ロボットアーム２０１に沿って取り付けられている。ロボットアーム２０１は、２つのアーム部２０５，２０５を１方向に連結させた多関節ロボットである。産業用ロボット２００は、ロボットアーム２０１を駆動してプラズマヘッド１８を移動させ、ワーク台５が支持するワークＷにプラズマガスを照射する作業を行う。制御装置１６は、処理ガス供給装置７４及び加熱用ガス供給装置８６を有する。処理ガス供給装置７４は、窒素等の不活性ガスと酸素等の活性ガスとの少なくとも一方を処理ガスとして供給する。加熱用ガス供給装置８６は、酸素等の活性ガス、若しくは、窒素等の不活性ガスを供給する。また、制御装置１６には、表示装置１１５を備える。表示装置１１５は、各種の情報等が表示される画面を備える。
プラズマヘッド１８の構成
　図１に示すように、プラズマヘッド１８は、プラズマガス噴出装置１２と加熱ガス噴出装置１４とを備えている。以下の説明において、プラズマヘッド１８の幅方向をＸ方向と、プラズマヘッド１８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（図３，４参照）２４，２６によって構成されている。図３に示すように、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、上下方向に延びるように、複数の第１ガス流路（図３では１本の第１ガス流路のみが記されている）５０が形成されており、複数の第１ガス流路５０は、Ｘ方向（図３では、紙面に対して垂直方向）に所定の間隔をおいて並んでいる。各第１ガス流路５０の上端部は、反応室３８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Ｙ方向における一方側の側面に配設されている。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、複数の第１ガス流路５０に対応して、上下方向に貫通する複数の貫通穴５６が形成されており、各貫通穴５６は、対応する第１ガス流路５０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には、複数の貫通穴５６に対応して、複数の第２ガス流路６２が上下方向に延びるように形成されている。各第２ガス流路６２の上端部は、対応する貫通穴５６に連結され、下端部は、下部ハウジング３４の底面に開口している。
　図２に示すように、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の複数の第２ガス流路６２に対応して、複数の第３ガス流路６６が、上下方向に延びるように形成されている。各第３ガス流路６６の上端部は、対応する第２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。
　図３に戻り、カバー２２は、概して枡形をなし、下部ハウジング３４及びノズルブロック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。また、カバー２２の加熱ガス噴出装置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。
　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、上記図９に示したガス配管１８０を介して、処理ガス供給装置（図４参照）７４が接続されている。処理ガス供給装置７４は、上述したように、窒素等の不活性ガスと酸素等の活性ガスとの少なくとも一方を、処理ガスとして供給する装置である。これにより、反応室３８に、処理ガスが供給される。尚、処理ガスはドライエアでも良い。
　また、加熱ガス噴出装置１４は、保護カバー８０、ガス管８２、ヒータ８３、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、上下方向に延びるように配設されており、ガス管８２には、上記図９に示したガス配管１８０を介して、加熱用ガス供給装置（図４参照）８６が接続されている。但し、ガス配管１８０は、２つの異なるチューブであり、上記の反応室３８と上記の処理ガス供給装置７４に接続されたチューブと、ガス管８２と加熱用ガス供給装置８６に接続されたチューブとで構成される。加熱用ガス供給装置８６は、上述したように、酸素等の活性ガス、若しくは、窒素等の不活性ガス（以下、ガスと表記する。）を供給する装置である。これにより、ガス管８２内には、加熱用ガス供給装置８６からガスが供給され、そのガスが下方に向かって流れる。また、ガス管８２内には、例えば、概してコイル状のヒータ８３が吊設されている。これにより、加熱用ガス供給装置８６からガス管８２に供給されたガスが加熱される。また、図１に示すように、ガス管８２には、概して円筒状の熱電対カバー９１が、ガス管８２の長手方向（つまり、上下方向）に沿って付設されている。
　熱電対カバー９１内には、熱電対９２が挿入されている。熱電対９２の測温接点９２Ａは、熱電対カバー９１の下端部からガス管８２内に差し込まれ、ヒータ８３の下側に配置されている。図１に示す矢印ＡＲは、ガス管８２内でガスが流れる方向を示している。従って、熱電対９２は、ガス管８２内におけるガスの下流側からヒータ８３に近接する位置において、ガス管８２内を流れるガスの温度を計測する。尚、大気圧プラズマ発生装置１０において、熱電対９２で計測される温度は、ヒータ８３の温度又はプラズマヘッド１８の温度として扱われる。
　図３に戻り、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方向での加熱ガス噴出装置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８８が形成されており、連通路８８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８８の他端部は、連結ブロック８４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８８の一端部がガス管８２に連通し、連通路８８の他端部が、カバー２２の貫通穴７２に連通している。
　尚、プラズマガス噴出装置１２は、アース板３２を備え無くてもよい。
大気圧プラズマ発生装置の制御系統
　次に、大気圧プラズマ発生装置１０の制御系統について説明する。大気圧プラズマ発生装置１０は、上記図９に示したように、制御装置１６を備える。更に、図４に示すように、制御装置１６は、上述した処理ガス供給装置７４、加熱用ガス供給装置８６、及び表示装置１１５に加えて、コントローラ１００、高周波電源１０２、駆動回路１０５、流量コントローラ１０３，１０４、制御回路１０６、通信部１０７、電力供給装置１０８、及び入力装置１１６等を備えている。コントローラ１００は、ＣＰＵ１２０、ＲＯＭ１２２、ＲＡＭ１２４等を備えるコンピュータ等により実現される。コントローラ１００は、高周波電源１０２、駆動回路１０５、及び流量コントローラ１０３，１０４等を制御することにより、プラズマガス噴出装置１２及び加熱ガス噴出装置１４を制御する。また、コントローラ１００は、制御回路１０６を介して、表示装置１１５に接続されている。これにより、コントローラ１００の指令に従って、表示装置１１５に画像が表示される。更に、コントローラ１００は、入力装置１１６に接続されている。入力装置１１６は、操作ボタン等により構成されており、操作ボタンへの操作による操作情報を出力する。これにより、操作ボタンへの操作による操作情報が、コントローラ１００に入力される。通信部１０７は、不図示のネットワークに接続する通信機器と通信を行う。通信の形態は特に限定されず、例えば、ＬＡＮ、シリアル通信等である。
　高周波電源１０２は、商用電源（不図示）から電極２４，２６へ給電する高周波の交流電力を生成し、生成した交流電力を電極２４，２６へ給電する。
　流量コントローラ１０３は、例えばマスフローコントローラ等により実現される。流量コントローラ１０３は、処理ガス供給装置７４から反応室３８に供給される処理ガスの流量を制御する。また、流量コントローラ１０３は、供給される処理ガスの流量の値をコントローラ１００へ出力する。
　流量コントローラ１０４は、流量コントローラ１０３と同様に、加熱用ガス供給装置８６からガス管８２に供給されるガスの流量を制御する。また、流量コントローラ１０３は、供給されるガスの流量値をコントローラ１００へ出力する。
　駆動回路１０５には、電力供給装置１０８と、ヒータ８３の下端付近に取り付けられた熱電対９２が電気的に接続されている。電力供給装置１０８は、商用電源（不図示）から生成した交流電力をヒータ８３へ給電する。駆動回路１０５は、コントローラ１００に指示された目標温度となるように、熱電対９２の出力値に基づき、電力供給装置１０８を制御することによって、ヒータ８３を加熱し、ヒータ８３の温度調節を行う。また、駆動回路１０５は、熱電対９２の出力値に応じた温度をコントローラ１００へ出力する。
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３ガス流路６６の下端からプラズマガスが噴出される。また、加熱ガス噴出装置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、ワークＷがプラズマ処理される。
　詳しくは、プラズマガス噴出装置１２では、処理ガス供給装置７４によって処理ガスが反応室３８に供給される。その際、反応室３８では、１対の電極２４，２６に電力が供給されており、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て、プラズマガスとなる。反応室３８で発生したプラズマガスは、第１ガス流路５０内を下方に向かって流れ、貫通穴５６を介して、第２ガス流路６２に流れ込む。そして、プラズマガスは、第２ガス流路６２及び第３ガス流路６６内を下方に向かって流れる。これにより、第３ガス流路６６の下端から、プラズマガスがカバー２２の貫通穴７０を通過して噴出される。
　また、加熱ガス噴出装置１４では、加熱用ガス供給装置８６によってガスがガス管８２に供給され、そのガス管８２に供給されているガスが、ヒータ８３により加熱される。これにより、ガス管８２に供給されているガスが６００℃～８００℃に加熱される。その加熱されたガス（以下、加熱ガスと表記する。）は、連結ブロック８４の連通路８８を介して、カバー２２の貫通穴７２からカバー２２の内部に流入する。そして、カバー２２内に流入した加熱ガスは、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３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。これにより、加熱ガスに取り巻かれたプラズマガスが、プラズマヘッド１８から放出され、適切にプラズマ処理を行うことが可能となる。
　詳しくは、プラズマ処理時には、プラズマガスを噴出する貫通穴７０から所定の距離、離れた位置にワークＷが置かれ、そのワークＷに貫通穴７０からプラズマガスが噴出される。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ワークＷに照射される。
　コントローラ１００は、入力装置１１６を介してプラズマ発生開始の指示を受け付けると、プラズマ発生制御を開始する。プラズマ発生制御において、コントローラ１００は、高周波電源１０２に所定の電力を電極２４，２６に給電する制御を開始させ、流量コントローラ１０３，１０４にそれぞれ、処理ガス及びガスを、所定のガス流量での供給を開始させる。また、コントローラ１００は、駆動回路１０５に、所定の温度になるように、ヒータ８３の制御を開始させる。
大気圧プラズマ発生装置におけるヒータの暖機運転
　大気圧プラズマ発生装置１０は、上述したように、ワークＷをプラズマ処理する際において、ガス管８２に供給されたガスを６００℃～８００℃にヒータ８３で加熱している。そのため、大気圧プラズマ発生装置１０の起動時等では、ヒータ８３の暖機運転が行われる。ヒータ８３の暖機運転中において、例えば、短絡又は断線等によって熱電対９２が故障した場合には、熱電対９２の計測温度が、例えば、室温を常に示したり、所定温度から上昇せずに一定温度を示したりすることから、熱電対９２でヒータ８３の温度を正確に計測することができなくなる。そのため、ヒータ８３の温度調節が不能となり、ヒータ８３が故障する虞がある。そこで、大気圧プラズマ発生装置１０は、ヒータ８３の暖機運転中において、ヒータ８３の温度上昇過程を監視している。次に詳細する。
　図５は、ヒータ８３の温度上昇過程を監視するためのヒータ暖機方法１１０が示されたフローチャートである。図５のフローチャートで示された制御プログラムは、コントローラ１００のＲＯＭ１２２に記憶されており、大気圧プラズマ発生装置１０の起動時等において、ユーザが入力装置１１６で所定の操作を行うと、コントローラ１００のＣＰＵ１２０により実行される。
　以下、図５のフローチャートで示された各処理を、上述した図４に加えて、図６及び図７を用いて説明する。ちなみに、図６の曲線Ｌ１は、暖機運転中におけるヒータ８３の温度変化の一例を示している。また、図７のデータテーブルＤＴは、コントローラ１００のＲＯＭ１２２に記憶されている。
　ヒータ暖機方法１１０が実行されると、先ず、暖機開始処理Ｓ１１０が行われる。この処理では、電力供給装置１０８からヒータ８３への電力供給が開始されることによって、ヒータ８３の暖機運転が開始される。
　続いて、第１温度取得処理Ｓ１１２が行われる。この処理では、熱電対９２によって温度ＭＴ１が第１温度として取得される。
　続いて、算出処理Ｓ１１４が行われる。この処理では、ヒータ８３の下限温度ＬＭ１が算出される。ヒータ８３の下限温度ＬＭ１とは、暖機運転によって温度上昇中にあるヒータ８３の温度であって、第１温度として温度ＭＴ１が取得された時点から第１所定時間ＤＰ（例えば、１０秒）が経過した時点において、電力供給装置１０８の許容変動範囲を考慮して想定されるヒータ８３の最低温度をいう。尚、以下では、第１温度が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過した時点を、基準時点と表記することがある。
　ヒータ８３の下限温度ＬＭ１は、第１温度と、データテーブルＤＴとから算出される。
　データテーブルＤＴによれば、０℃以上４００℃未満の第１温度には、その第１温度に５０℃加算された温度が、ヒータ８３の下限温度として算出される。以下、ヒータ８３の下限温度として、４００℃以上５００℃未満の第１温度には、その第１温度に２０℃加算された温度が算出され、５００℃以上６００℃未満の第１温度には、その第１温度に５℃加算された温度が算出され、６００℃以上６５０℃未満の第１温度には、その第１温度に３℃加算された温度が算出される。従って、データテーブルＤＴは、第１温度を分類する温度範囲（図７では、０℃以上４００℃未満、４００℃以上５００℃未満、５００℃以上６００℃未満、及び６００℃以上６５０℃未満）と、第１温度から下限温度までの温度差（図７では、５０℃、２０℃、５℃、及び３℃）とを対応付けたデータテーブルである。
　このようにして、ヒータ８３の下限温度ＬＭ１は、データテーブルＤＴに記憶されたデータに基づいて算出される。ヒータ８３の下限温度ＬＭ１が算出されると、第１温度として温度ＭＴ１が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過するまで、つまり、基準時点に到達するまで待機する（Ｓ１１６：ＮＯ）。そして、第１温度として温度ＭＴ１が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過すると（Ｓ１１６：ＹＥＳ）、つまり、基準時点に到達すると、第２温度取得処理Ｓ１１８が行われる。この処理では、熱電対９２によって温度ＭＴ２が第２温度として取得される。
　続いて、第２温度として取得された温度ＭＴ２が下限温度ＬＭ１以上であるか否かが判定される（Ｓ１２０）。ここで、第２温度として取得された温度ＭＴ２が下限温度ＬＭ１未満である場合（Ｓ１２０：ＮＯ）には、第１温度として温度ＭＴ１が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過したときに、つまり、基準時点に到達したときにおいて、第２温度として取得された温度ＭＴ２（つまり、ヒータ８３の温度）が、下限温度ＬＭ１まで上昇していないと言える。そこで、異常があるとして、暖機停止処理Ｓ１２２が行われる。この処理では、電力供給装置１０８からヒータ８３への電力供給が停止されることによって、ヒータ８３の暖機運転が停止される。更に、表示装置１１５の画面において、例えば、全域が赤色で表示されると共に、暖機運転が停止された旨のメッセージが表示される。また、暖機運転が停止された旨のメッセージが、通信部１０７のネットワーク通信によって、大気圧プラズマ発生装置１０を管理する管理者の端末、又は大気圧プラズマ発生装置１０のサプライヤが運営するサポートデスクの端末に送信される。その後、ヒータ暖機方法１１０が終了する。
　これに対して、第２温度として取得された温度ＭＴ２が下限温度ＬＭ１以上である場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）には、みなし処理Ｓ１２４が行われる。この処理では、第２温度として取得された温度ＭＴ２が、上記の温度ＭＴ１に代えて、第１温度として扱われる。
　その後は、上記Ｓ１１４，Ｓ１１６，Ｓ１１８，Ｓ１２０の各処理が繰り返される。これによって、上記の算出処理Ｓ１１４では、第１温度として扱われる温度ＭＴ２と、データテーブルＤＴとから、ヒータ８３の下限温度ＬＭ２が算出される。このようにして算出されるヒータ８３の下限温度ＬＭ２は、上記の下限温度ＬＭ１と同様である。すなわち、ヒータ８３の下限温度ＬＭ２とは、暖機運転によって温度上昇中にあるヒータ８３の温度であって、第１温度として扱われる温度ＭＴ２が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過した基準時点において、電力供給装置１０８の許容変動範囲を考慮して想定されるヒータ８３の最低温度である。
　そして、第１温度として扱われる温度ＭＴ２が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過すると（Ｓ１１６：ＹＥＳ）、つまり、基準時点に到達すると、上記の第２温度取得処理Ｓ１１８が行われることによって、温度ＭＴ３が第２温度として取得される。
　第２温度として取得された温度ＭＴ３が下限温度ＬＭ２未満である場合（Ｓ１２０：ＮＯ）には、異常があるとして、ヒータ８３の暖機運転が停止される（Ｓ１２２）。これに対して、第２温度として取得された温度ＭＴ３が下限温度ＬＭ２以上である場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）には、再び、みなし処理Ｓ１２４が行われ、第２温度として取得された温度ＭＴ３が、上記の温度ＭＴ２に代えて、第１温度として扱われる（Ｓ１２４）。
　以下同様にして、第１温度として扱われる温度ＭＴ３と、データテーブルＤＴとから、ヒータ８３の下限温度ＬＭ３が算出され（Ｓ１１４）、更に、第１温度として扱われる温度ＭＴ３が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過したときに（Ｓ１１６：ＹＥＳ）、つまり、基準時点に到達したときに、温度ＭＴ４が第２温度として取得される（Ｓ１１８）。そして、第２温度として取得された温度ＭＴ４が下限温度ＬＭ３未満である場合（Ｓ１２０：ＮＯ）には、異常があるとして、ヒータ８３の暖機運転が停止される（Ｓ１２２）。これに対して、第２温度として取得された温度ＭＴ４が下限温度ＬＭ３以上である場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）には、第２温度として取得された温度ＭＴ４が、上記の温度ＭＴ３に代えて、第１温度として扱われる（Ｓ１２４）。
　このようにして、第２温度が、第１温度から算出された下限温度以上である限り、ヒータ暖機方法１１０が続行される。
　以上より、大気圧プラズマ発生装置１０は、ヒータ暖機方法１１０が実行されることによって、プラズマヘッド１８に設けられたヒータ８３の暖機中における温度上昇過程を監視することが可能である。
　尚、ヒータ８３の下限温度ＬＭ１，ＬＭ２，ＬＭ３は、ヒータ８３への電力供給開始時点からの経過時間（つまり、ヒータ８３の暖機時間）との関係が示された近似式から算出されてもよい。図６では、そのような近似式が、二点鎖線で示された曲線Ｌ２で表されている。曲線Ｌ２を示す数式は、コントローラ１００のＲＯＭ１２２に記憶される。
　そのような場合には、ヒータ８３の下限温度ＬＭ１，ＬＭ２，ＬＭ３は、第１温度として取得又は扱われる温度ＭＴ１，ＭＴ２，ＭＴ３が取得された時点から第１所定時間ＤＰが経過した基準時点であって、ヒータ８３への電力供給開始時点から経過時間が計時された時点を、図６の曲線Ｌ２で示された数式（近似式）に代入することよって算出される。
　また、ヒータ８３は、プラズマヘッド１８に設けられていなくても、プラズマヘッド１８から照射されるプラズマを加温するものであれば、ヒータ暖機方法１１０の対象となり得る。
大気圧プラズマ発生装置におけるヒータの冷却運転
　コントローラ１００は、大気圧プラズマ発生装置１０でワークＷをプラズマ処理した後で、大気圧プラズマ発生装置１０を停止する際には、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給及び加熱用ガス供給装置８６によるガスの供給を継続することによって、プラズマヘッド１８の冷却を行う。プラズマヘッド１８が冷却された後は、メンテンスのためにユーザがプラズマヘッド１８に触れるケースがある。そのため、プラズマヘッド１８の冷却は、プラズマヘッド１８の表面温度が例えば４０℃付近にまで低下することを想定して続行されるが、重ねて、プラズマヘッド１８の温度を計測しながら行えば、更に好適に行うことが可能である。そこで、大気圧プラズマ発生装置１０は、プラズマヘッド１８の温度を計測しながらプラズマヘッド１８の冷却を行っている。次に詳述する。
　図８は、プラズマヘッド１８の温度を計測しながらプラズマヘッド１８の冷却を行うためのプラズマヘッド冷却方法２１０が示されたフローチャートである。図８のフローチャートで示された制御プログラムは、コントローラ１００のＲＯＭ１２２に記憶されており、大気圧プラズマ発生装置１０でワークＷのプラズマ処理が行われている際において、コントローラ１００のＣＰＵ１２０により実行される。従って、プラズマヘッド冷却方法２１０が実行される際は、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給及び加熱用ガス供給装置８６によるガスの供給が行われている。以下、図８のフローチャートで示された各処理を説明する。
　コントローラ１００のＣＰＵ１２０は、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度を使用して、図８のフローチャートで示された各処理を行う。ワークＷがプラズマ処理されている最中のプラズマヘッド１８の表面は、その位置によって温度が異なる。しかしながら、プラズマヘッド１８の表面全域は、その冷却開始後から或る程度の時間が経過すると、同一温度に収束する傾向がある。そこで、図８のフローチャートで示されたプラズマヘッド冷却方法２１０では、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度をプラズマヘッド１８の温度として使用している。
　プラズマヘッド冷却方法２１０が実行されると、１対の電極２４，２６間の放電及びヒータ８３の加熱が停止されたか否かが判定される（Ｓ２１０）。この判定は、高周波電源１０２からの信号及び駆動回路１０５からの信号等に基づいて行われる。ここで、１対の電極２４，２６間の放電又はヒータ８３の加熱が停止されていない場合（Ｓ２１０：ＮＯ）には、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する。
　これに対して、１対の電極２４，２６間の放電及びヒータ８３の加熱が停止されている場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）には、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度が所定温度以下であるか否かが判定される（Ｓ２１２）。ここで、所定温度とは、ユーザがプラズマヘッド１８の表面に触れても支障がない程度の温度（例えば、４０℃付近の温度）をいう。ここで、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度が所定温度以下である場合（Ｓ２１２：ＹＥＳ）には、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する。
　これに対して、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度が所定温度より高い場合（Ｓ２１２：ＮＯ）には、冷却処理Ｓ２１４が行われる。この処理では、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給及び加熱用ガス供給装置８６によるガスの供給が継続される。
　続いて、第１報知処理Ｓ２１６が行われる。この処理では、プラズマヘッド１８の冷却が行われている旨のメッセージが表示装置１１５の画面に表示される。更に、プラズマヘッド１８の冷却が行われている旨のメッセージが、通信部１０７のネットワーク通信によって、大気圧プラズマ発生装置１０を管理する管理者の端末、又は大気圧プラズマ発生装置１０のサプライヤが運営するサポートデスクの端末に送信される。
　その後は、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給又は加熱用ガス供給装置８６によるガスの供給が異常停止したか否かが判定される。この判定は、流量コントローラ１０３，１０４からの信号等に基づいて行われる。ここで、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給又は加熱用ガス供給装置８６によるガス供給が異常停止した場合（Ｓ２１８：ＹＥＳ）には、第２報知処理Ｓ２２０が行われる。
　第２報知処理Ｓ２２０では、ガス供給の異常によってプラズマヘッド１８の冷却が異常である旨のメッセージが表示装置１１５の画面に表示される。更に、ガス供給の異常によってプラズマヘッド１８の冷却が異常である旨のメッセージが、通信部１０７のネットワーク通信によって、大気圧プラズマ発生装置１０を管理する管理者の端末、又は大気圧プラズマ発生装置１０のサプライヤが運営するサポートデスクの端末に送信される。その後、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する。
　これに対して、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給及び加熱用ガス供給装置８６によるガス供給が異常停止していない場合（Ｓ２１８：ＮＯ）には、熱電対９２が断線等の異常を示しているか否かが判定される（Ｓ２２２）。この判定は、熱電対９２の出力電圧等に基づいて行われる。ここで、熱電対９２が断線等の異常を示している場合（Ｓ２２２：ＹＥＳ）には、第３報知処理Ｓ２２４が行われる。
　第３報知処理Ｓ２２４では、熱電対９２の異常によってプラズマヘッド１８の冷却が異常である旨のメッセージが表示装置１１５の画面に表示される。更に、熱電対９２の異常によってプラズマヘッド１８の冷却が異常である旨のメッセージが、通信部１０７のネットワーク通信によって、大気圧プラズマ発生装置１０を管理する管理者の端末、又は大気圧プラズマ発生装置１０のサプライヤが運営するサポートデスクの端末に送信される。その後、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する。
　これに対して、熱電対９２が断線等の異常を示していない場合（Ｓ２２２：ＮＯ）には、１対の電極２４，２６間の放電及びヒータ８３の加熱が停止されてから第２所定時間が経過したか否かが判定される（Ｓ２２６）。この判定は、高周波電源１０２からの信号及び駆動回路１０５からの信号等が受信されることをトリガにして計測される経過時間に基づいて行われる。また、第２所定時間とは、ユーザがプラズマヘッド１８の表面に触れても支障がない程度の温度（例えば、４０℃付近の温度）にまで、プラズマヘッド１８の表面全体が冷却するのに要する時間（例えば、２０分）をいう。
　ここで、１対の電極２４，２６間の放電及びヒータ８３の加熱が停止されてから第２所定時間が経過した場合（Ｓ２２６：ＹＥＳ）には、第４報知処理Ｓ２２８が行われる。この処理では、プラズマヘッド１８の冷却が異常である旨のメッセージが表示装置１１５の画面に表示される。更に、プラズマヘッド１８の冷却が異常である旨のメッセージが、通信部１０７のネットワーク通信によって、大気圧プラズマ発生装置１０を管理する管理者の端末、又は大気圧プラズマ発生装置１０のサプライヤが運営するサポートデスクの端末に送信される。尚、それらのメッセージには、１対の電極２４，２６間の放電及びヒータ８３の加熱が停止されてから第２所定時間が経過しても、プラズマヘッド１８の表面温度（正確には、ヒータ８３の温度）が所定温度以下にならない旨が追加される。その後、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する。
　これに対して、１対の電極２４，２６間の放電及びヒータ８３の加熱が停止されてから第２所定時間が経過していない場合（Ｓ２２６：ＮＯ）には、上述したＳ２１２の判定処理に戻る。
　その後は、上述したようにして、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度が所定温度より高い場合（Ｓ２１２：ＮＯ）には、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給及び加熱用ガス供給装置８６によるガスの供給が継続させ（Ｓ２１４）、熱電対９２で計測されたヒータ８３の温度が所定温度以下である場合（Ｓ２１２：ＹＥＳ）には、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する。
　このようにして、プラズマヘッド冷却方法２１０は、プラズマヘッド１８の温度として使用されるヒータ８３の温度（熱電対９２で計測される温度）に基づいて、ユーザがプラズマヘッド１８の表面に触れても支障がない程度の温度（例えば、４０℃付近の温度）にまでプラズマヘッド１８の表面温度が低下していると想定して、プラズマヘッド１８の冷却を終了させる。
　以上より、大気圧プラズマ発生装置１０は、プラズマヘッド冷却方法２１０が実行されることによって、メンテンス性の向上を図ったプラズマヘッド１８の適切な冷却を行うことが可能である。
　尚、本開示は上記実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　例えば、大気圧プラズマ発生装置１０は、熱電対９２に代えて、ヒータ８３の温度又はガス管８２内を流れるガスの温度を計測可能な他のセンサ、例えば、サーミスタ又は赤外線センサ等を備えてもよい。
　また、大気圧プラズマ発生装置１０は、電力供給装置１０８で加熱されるヒータ８３に代えて、液体又は気体等の高温流体で加熱されるヒータを備えてもよい。そのような場合には、高温流体の温度や流量が制御されることによって、ヒータの温度が調節される。
　また、プラズマヘッド冷却方法２１０が終了する際において、処理ガス供給装置７４による処理ガスの供給及び加熱用ガス供給装置８６によるガスの供給は、継続されても良いし、継続されなくても良い。
　また、プラズマヘッド冷却方法２１０は、熱電対９２の測温接点９２Ａが、例えば、プラズマヘッド１８のメインハウジング３０に埋め込まれた状態において実行されても良い。そのような場合には、プラズマヘッド冷却方法２１０は、ヒータ８３を含めた加熱ガス噴出装置１４がプラズマヘッド１８に装備されていないケースに適用されることが可能である。
　ちなみに、本実施形態において、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。処理ガス供給装置７４と加熱用ガス供給装置８６は、ガス供給装置の一例である。熱電対９２は、温度センサの一例である。表示装置１１５は、報知装置の一例である。冷却処理Ｓ２１４は、冷却工程の一例である。第１報知処理Ｓ２１６、第２報知処理Ｓ２２０、第３報知処理Ｓ２２４、及び第４報知処理Ｓ２２８は、報知処理の一例である。Ｓ２２６の判定で使用される第２所定時間は、所定時間の一例である。
　１０　　大気圧プラズマ発生装置
　１６　　制御装置
　１８　　プラズマヘッド
　２４　　電極
　２６　　電極
　７４　　処理ガス供給装置
　８３　　ヒータ
　８６　　加熱用ガス供給装置
　９２　　熱電対
１１５　　表示装置
２１０　　プラズマヘッドの冷却方法
Ｓ２１４　冷却処理
Ｓ２１６　第１報知処理
Ｓ２２０　第２報知処理
Ｓ２２４　第３報知処理
Ｓ２２８　第４報知処理

Claims (7)

  1. 　プラズマ化されたプラズマガスを放出するプラズマヘッドと、
    　前記プラズマガスとなるガスを前記プラズマヘッドに供給するガス供給装置と、
    　前記プラズマヘッドに設けられ、前記ガス供給装置から供給された前記ガスの一部に放電して前記プラズマガスとする１対の電極と、
    　前記プラズマヘッドに設けられ、前記プラズマヘッドの温度を計測する温度センサと、
    　制御装置と、を備え、
    　前記制御装置は、前記１対の電極による放電を停止させた後において、前記温度センサが所定値以下の温度を計測するまで、前記ガス供給装置による前記ガスの供給を継続させて、前記プラズマヘッドの冷却を行う冷却処理を実行するプラズマ発生装置。
  2. 　前記プラズマヘッドに設けられ、前記ガス供給装置から供給された前記ガスの一部を加熱して高温ガスにするヒータを備え、
    　前記プラズマヘッドは、前記高温ガスを前記プラズマガスと共に放出し、
    　前記温度センサは、前記放電の停止前は前記高温ガスの温度を計測すると共に、前記放電の停止後は前記プラズマヘッドの温度として、前記ヒータの温度を計測し、
    　前記制御装置は、前記放電の停止に加えて、前記ヒータによる加熱を停止させた後において、前記冷却処理を実行する請求項１に記載のプラズマ発生装置。
  3. 　報知装置を備え、
    　前記制御装置は、前記プラズマヘッドの冷却中において、前記プラズマヘッドの冷却が行われている旨を前記報知装置で報知する報知処理を実行する請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置。
  4. 　報知装置を備え、
    　前記制御装置は、前記プラズマヘッドの冷却中において、前記ガス供給装置による前記ガスの供給が異常停止したときに、前記プラズマヘッドの冷却が異常である旨を前記報知装置で報知する報知処理を実行する請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置。
  5. 　報知装置と、
      前記ヒータを内部に設けたガス管と、を備え、
    　前記温度センサは、前記ガス管に設けられた熱電対であり、
    　前記制御装置は、前記プラズマヘッドの冷却中において、前記熱電対が異常を示したときに、前記プラズマヘッドの冷却が異常である旨を前記報知装置で報知する報知処理を実行する請求項２に記載のプラズマ発生装置。
  6. 　報知装置を備え、
    　前記制御装置は、前記プラズマヘッドの冷却中において、前記１対の電極による放電を停止させてから所定時間が経過すると、前記プラズマヘッドの冷却が異常である旨を前記報知装置で報知する報知処理を実行する請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置。
  7. 　１対の電極を有し、ガスが供給され、前記１対の電極の放電により前記ガスの一部がプラズマ化されたプラズマガスを放出するプラズマヘッドを備えるプラズマ発生装置のプラズマヘッド冷却方法であって、
    　前記１対の電極による放電を停止させた後において、前記プラズマヘッドが所定値以下の温度になるまで、前記ガスの供給を継続させて、前記プラズマヘッドの冷却を行う冷却工程を備えるプラズマヘッド冷却方法。
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