WO2020217466A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2020217466A1
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powder container
plasma
container
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卓也 岩田
俊輔 伊藤
陽大 丹羽
倫子 丹羽
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株式会社Ｆｕｊｉ
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor

Definitions

  • the present application relates to a technique for plasma-treating the surface of powder.
  • the powder surface treatment apparatus using atmospheric pressure plasma described in Patent Document 1 suspends and transports powder by a rare gas or the like in a floating transport process of powder, and glow discharges under a pressure of atmospheric pressure or higher.
  • the powder surface is plasma-treated.
  • an object of the present application is to provide a plasma processing apparatus capable of plasma-treating the powder surface without causing electrical or thermal damage to the powder to be treated while suppressing the manufacturing cost. And.
  • the plasma processing apparatus of the present application is a powder container in which powder is placed, and a hollow powder container surrounded by a wall and a plasma jet are placed in a powder container from the outside of the powder container. It is equipped with a flow path that flows to the outside of the powder container through the upper part of the inside, and by flowing a plasma jet through the flow path with the powder placed in the powder container, the powder is sucked up and the powder Is subjected to plasma treatment, and the plasma-treated powder is discharged to the outside of the powder container.
  • the powder surface can be plasma-treated in a desired state.
  • FIG. 1 It is a perspective sectional view which shows the appearance of connecting the atmospheric pressure plasma head to the plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment of this application. It is a partial perspective sectional view which shows the internal structure of the plasma processing apparatus of FIG. It is a partial perspective sectional view which shows an example of how the plasma processing apparatus of FIG. 1 plasma-processes a powder surface.
  • the plasma processing apparatus 100 is configured to be connected to the plasma head 210 of the plasma generator 200.
  • the direction of the arrow shown in each figure shall be used.
  • the plasma processing apparatus 100 has a rectangular parallelepiped outer shape, and the rectangular parallelepiped members 110 and 150 having the same shape in a plan view are vertically stacked.
  • the upper member 110 is referred to as an upper member 110
  • the lower member 150 is referred to as a lower member 150.
  • the upper member 110 and the lower member 150 are detachably fixed by, for example, screws (not shown).
  • the upper member 110 includes a rectangular parallelepiped recess 112 having an open lower surface.
  • the recess 112 is formed by a ceiling wall 112a and a peripheral wall 112b.
  • the lower member 150 is provided with a rectangular parallelepiped recess 152 having an open upper surface.
  • the recess 152 is formed by a floor wall 152a and a peripheral wall 152b.
  • this room 170 Since the opening 112c of the recess 112 and the opening 152c of the recess 152 face each other, a hollow room 170 surrounded by a wall is formed. Since the powder W to be processed by plasma treatment is put in this room 170 (see FIG. 3), this room 170 is hereinafter referred to as a powder container 170.
  • the powder container 170 In addition to the function as a container for containing the powder W in this way, the powder container 170 also functions as a floating space in which the powder is sucked up and floats as described later.
  • the recess 152 mainly functions as a container, and the recess 112 mainly functions as a floating space. Therefore, the opening 112c of the recess 112 functions as an introduction port for the powder W.
  • the area of the opening surface of the opening 112c of the recess 112 is smaller than the area of the opening surface of the opening 152c of the recess 152.
  • the peripheral wall 112b of the recess 112 is formed by four walls in front, back, left and right. Holes 114 and 116 are formed on the left and right walls, respectively.
  • the hole 114 penetrates the outer surface of the plasma processing device 100 on the side to which the plasma head 210 is connected and the inner surface of the powder container 170.
  • the hole 116 penetrates the inner surface of the powder container 170 and the outer surface on the opposite side of the plasma processing device 100.
  • the holes 114 and 116 are the plasma jets in which the plasma jet ejected from the plasma head 210 is made to flow into the powder container 170 and then discharged to the outside of the powder container 170, that is, the outside of the plasma processing apparatus 100.
  • the flow path 118 is formed. Since the holes 114 and 116 are formed in the upper part of the powder container 170, that is, near the ceiling wall 112a, the flow path 118 is formed in the upper part of the powder container 170.
  • the opening of the hole 114 on the powder container 170 side is referred to as the inflow port 114a.
  • the hole 116 discharges the plasma jet that has flowed into the powder container 170 to the outside of the powder container 170 the opening of the hole 116 on the powder container 170 side is referred to as a discharge port 116a.
  • the inflow port 114a and the opening 112c are formed so that the area of the inflow port 114a is extremely small as compared with the area of the opening 112c of the recess 112 that functions as an introduction port for the powder W. .. Conversely, the area of the opening 112c is formed to be sufficiently larger than the area of the inflow port 114a.
  • An air hole 120 is formed in the left wall of the four walls constituting the peripheral wall 112b so as to penetrate from the upper surface 111a of the upper member 110 to the lower surface 111b of the upper member 110.
  • the air hole 120 serves a function of sucking outside air into the powder container 170.
  • the powder W before the plasma treatment is loaded on the bottom surface of the powder container 170, that is, on the floor wall 150a of the recess 152 of the lower member 150.
  • the plasma jet flows in the flow path 118 in the direction of the arrow F1.
  • the area of the inflow port 114a included in the flow path 118 is sufficiently smaller than the opening 112c of the recess 112 that functions as the introduction port for the powder W. Therefore, the flow velocity of the plasma jet that flows into the powder container 170 from the inflow port 114a and is discharged from the discharge port 116a is extremely higher than the flow velocity of air in other spaces in the powder container 170. fast.
  • the flow path 118 is formed in the upper part of the powder container 170, that is, near the ceiling wall 112a of the recess 112 of the upper member 110 as described above.
  • the space below the flow path 118 in the powder container 170 has a negative pressure. Therefore, as shown by arrow F2, the outside air passes through the air hole 120 and the floor wall in the powder container 170. After flowing to the vicinity of 152a, it flows through the powder container 170 toward the discharge port 116a. A part of the powder W is sucked up by this outside air and flows toward the discharge port 116a together with the outside air.
  • Such an operation process is repeated until the powder W placed in the powder container 170 disappears or the operation process is stopped, and the plasma treatment on the surface of the powder W is performed.
  • the plasma-treated powder W discharged to the outside of the plasma processing device 100 can be collected in a large container (not shown) or directly sprayed onto a coating agent or the like.
  • the plasma processing time for the powder W can be adjusted by changing the flow rate of the plasma jet and the areas of the inflow port 114a and the opening 112c according to the mass and particle size of the powder W. Further, by changing the gas mixing ratio of the plasma jet, the plasma processing capacity and effect can be selectively controlled.
  • the plasma processing apparatus 100 of the present embodiment is a powder container 170 in which the powder W is contained, and is a hollow powder container 170 surrounded by a wall and a plasma jet in the powder container 170.
  • a flow path 118 for flowing from the outside of the powder container 170 to the outside of the powder container 170 through the upper part of the powder container 170 is provided, and a plasma jet is sent to the flow path 118 with the powder W placed in the powder container 170.
  • the powder W is subjected to plasma treatment while being sucked up, and the plasma-treated powder W is discharged to the outside of the powder container 170.
  • the powder W to be processed by the plasma treatment is not directly put into the discharge space, but the surface of the powder W is plasma-treated by the plasma jet supplied from the outside. Therefore, it becomes difficult to give electrical and thermal damage to the powder W to be treated, and the surface of the powder W can be plasma-treated in a desired state.
  • the plasma processing device 100 of the present embodiment does not have a built-in plasma generator 200 for generating a plasma jet, and the plasma jet generated by using the ready-made plasma generator 200 is used as the plasma processing device of the present embodiment. Since it is sufficient to supply from the outside of 100, it is not necessary to manufacture a plasma processing unit dedicated to powder. This makes it possible to suppress the manufacturing cost of the plasma processing apparatus 100.
  • the plasma processing apparatus 100 of the present embodiment further includes an air hole 120 penetrating the inside and the outside of the powder container 170 in order to suck the outside air into the inside of the powder container 170.
  • the wall surrounding the powder container 170 includes peripheral walls 112b and 152b, a ceiling wall 112a and a floor wall 152a, and the powder W is placed on the floor wall 152a of the powder container 170.
  • the peripheral wall 112b has an inflow port 114a for allowing the plasma jet to flow into the powder container 170, and an discharge port for discharging the plasma jet flowing into the inside of the powder container 170 from the inflow port 114a to the outside of the powder container 170.
  • 116a, the inflow port 114a and the discharge port 116a are included in the flow path 118.
  • an opening 112c for introducing the sucked powder W into the flow path 118 is further provided between the floor wall 152a and the ceiling wall 112a in the powder container 170, and the area of the opening 112c is large. , Sufficiently large compared to the area of the inflow port 114a.
  • the opening 112c is an example of an "introduction port”.
  • the plasma processing apparatus of the present application is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present embodiment.
  • the upper member 110 and the lower member 150 are detachably fixed by screws, but the fixing members are not limited to screws, and other members such as bolts and nuts may be used. Further, the lower member 150 may be pulled out.
  • 100 plasma processing device 110 upper member, 112 recess, 112a ceiling wall, 112b, 152b peripheral wall, 112c, 152c opening, 114,116 hole, 114a inlet, 116a outlet, 118 flow path, 120 air hole, 150 lower Members, 152 recesses, 152a floor wall, 170 powder container, 200 plasma generator, 210 plasma head

Abstract

製造コストを抑制しつつ、被処理対象の粉体に電気的・熱的なダメージを与えずに粉体表面をプラズマ処理することが可能となるプラズマ処理装置を提供すること。　プラズマ処理装置は、粉体が入れられる粉体容器であって、壁により囲まれた中空の粉体容器と、プラズマジェットを粉体容器の外部から粉体容器内の上部を通って粉体容器の外部に流す流路と、を備え、粉体を粉体容器に置いた状態で、流路にプラズマジェットを流すことにより、粉体を吸い上げつつ、粉体に対してプラズマ処理を行い、プラズマ処理の施された粉体を粉体容器の外部に排出する。

Description

プラズマ処理装置
　本願は、粉体の表面をプラズマ処理する技術に関するものである。
　従来、粉体の表面をプラズマ処理する技術が種々提案されている。
　例えば、特許文献１に記載された大気圧プラズマによる粉体の表面処理装置は、粉体の浮遊搬送過程において、粉体を希ガス等によって浮遊搬送するとともに、大気圧以上の圧力下にグロー放電させて粉体表面をプラズマ処理するようにしている。
特開平６－２２８７３９号公報
　しかし、上記従来の装置では、被処理対象の粉体、つまりワークを直接、放電空間に投入するため、ワークに電気的・熱的なダメージを与える虞がある。
　また上記従来の装置では、粉体専用のプラズマ処理ユニットを製造する必要があるので、製造コストが増大する。
　そこで本願は、製造コストを抑制しつつ、被処理対象の粉体に電気的・熱的なダメージを与えずに粉体表面をプラズマ処理することが可能となるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本願のプラズマ処理装置は、粉体が入れられる粉体容器であって、壁により囲まれた中空の粉体容器と、プラズマジェットを粉体容器の外部から粉体容器内の上部を通って粉体容器の外部に流す流路と、を備え、粉体を粉体容器に置いた状態で、流路にプラズマジェットを流すことにより、粉体を吸い上げつつ、粉体に対してプラズマ処理を行い、プラズマ処理の施された粉体を粉体容器の外部に排出する。
　本開示によれば、被処理対象の粉体に電気的・熱的なダメージを与えにくくなり、粉体表面を所望の状態でプラズマ処理することが可能となる。
本願の一実施の形態に係るプラズマ処理装置に大気圧プラズマヘッドを連結した様子を示す斜視断面図である。 図１のプラズマ処理装置の内部構造を示す斜視一部断面図である。 図１のプラズマ処理装置が粉体表面をプラズマ処理する様子の一例を示す斜視一部断面図である。
　以下、本願の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　本願の一実施の形態に係るプラズマ処理装置１００は、図１に示すように、プラズマ発生装置２００のプラズマヘッド２１０と連結できるように構成されている。なお図１～図３において、方向に言及する場合には、各図に示される矢印の方向を用いるものとする。
　プラズマ処理装置１００は、図２に示すように直方体状の外形をなし、平面視同一形状の直方体状の部材１１０，１５０を上下に重ねたものである。以下、上側の部材１１０を上部材１１０といい、下側の部材１５０を下部材１５０という。なお、上部材１１０と下部材１５０とは、例えばネジ（図示せず）によって着脱自在に固定されている。
　上部材１１０は、図１に示すように下面が開口した直方体状の凹部１１２を備えている。凹部１１２は、天井壁１１２ａと、周壁１１２ｂとにより形成されている。
　これに対して下部材１５０は、上面が開口した直方体状の凹部１５２を備えている。凹部１５２は、床壁１５２ａと、周壁１５２ｂとにより形成されている。
　そして、凹部１１２の開口部１１２ｃと凹部１５２の開口部１５２ｃとは、対向しているので、壁に囲まれた中空の部屋１７０が形成される。この部屋１７０には、プラズマ処理の被処理対象の粉体Ｗが入れられるので（図３参照）、以下、この部屋１７０を粉体容器１７０という。
　粉体容器１７０は、このように粉体Ｗを入れる容器としての機能の他に、後述するように粉体が吸い上げられて浮遊する浮遊空間としての機能も果たしている。そして、凹部１５２が主に容器としての機能を果たし、凹部１１２が主に浮遊空間としての機能を果たしている。したがって、凹部１１２の開口部１１２ｃは、粉体Ｗの導入口として機能する。なお、凹部１１２の開口部１１２ｃの開口面の面積は、凹部１５２の開口部１５２ｃの開口面の面積より狭くなっている。
　凹部１１２の周壁１１２ｂは、前後左右の４つの壁により形成されている。そして、左右の壁にはそれぞれ、穴１１４，１１６が形成されている。穴１１４は、プラズマヘッド２１０が連結される側のプラズマ処理装置１００の外面と粉体容器１７０の内面とを貫通させるものである。一方、穴１１６は、粉体容器１７０の内面と、プラズマ処理装置１００の反対側の外面とを貫通させるものである。穴１１４と穴１１６は、プラズマヘッド２１０から噴射されたプラズマジェットを粉体容器１７０の内部に流入させた後、粉体容器１７０の外部、つまりプラズマ処理装置１００の外部へ排出させる、プラズマジェットの流路１１８を形成する。なお穴１１４，１１６は、粉体容器１７０の上部、つまり天井壁１１２ａの近くに形成されているので、流路１１８は、粉体容器１７０の上部に形成されることになる。
　このように穴１１４は、プラズマジェットを粉体容器１７０内に流入させるものであるので、穴１１４の粉体容器１７０側の開口部を流入口１１４ａという。一方、穴１１６は、粉体容器１７０内に流入したプラズマジェットを粉体容器１７０の外部に排出させるものであるので、穴１１６の粉体容器１７０側の開口部を排出口１１６ａという。
　流入口１１４ａの面積は、粉体Ｗの導入口として機能する、上記凹部１１２の開口部１１２ｃの面積と比較して、極めて小さくなるように、流入口１１４ａと開口部１１２ｃとが形成されている。逆に言えば、開口部１１２ｃは、その面積が流入口１１４ａの面積と比較して、十分に大きく形成されている。
　周壁１１２ｂを構成する上記４つの壁のうちの左側の壁内を、上部材１１０の上面１１１ａから上部材１１０の下面１１１ｂまで貫通する空気穴１２０が形成されている。空気穴１２０は、粉体容器１７０の内部に外気を吸入させる機能を果たすものである。
　次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１００が行う粉体Ｗ表面のプラズマ処理について、図３を参照して説明する。
　プラズマ処理前の粉体Ｗは、粉体容器１７０の底面上、つまり、下部材１５０の凹部１５２の床壁１５０ａ上に積載される。この状態で、プラズマ発生装置２００のプラズマヘッド２１０からプラズマジェットを噴射させると、プラズマジェットは、流路１１８内を矢印Ｆ１の方向に流れて行く。
　流路１１８に含まれる上記流入口１１４ａの面積は、上述のように、粉体Ｗの導入口として機能する凹部１１２の開口部１１２ｃより十分に小さい。このため、流入口１１４ａから粉体容器１７０内に流入して、上記排出口１１６ａから排出されるプラズマジェットの流速は、粉体容器１７０内の他の空間における空気の流速と比較して、極めて速い。
　また流路１１８は、上述のように粉体容器１７０の上部、つまり上部材１１０の凹部１１２の天井壁１１２ａ近くに形成されている。
　したがってベルヌーイの法則により、粉体容器１７０内の流路１１８より下部の空間は負圧になるので、矢印Ｆ２に示すように、外気が空気穴１２０を通って、粉体容器１７０内の床壁１５２ａ近くまで流入した後、粉体容器１７０内を排出口１１６ａに向かって流れて行く。この外気により、粉体Ｗの一部が吸い上げられ、外気とともに排出口１１６ａに向かって流れて行く。
　そして、排出口１１６ａに流入した粉体Ｗの一部は、流路１１８内、つまり上記穴１１６内で、プラズマジェットと接触するため、その表面がプラズマ処理される。プラズマ処理された粉体Ｗの一部は、プラズマジェットととともに、プラズマ処理装置１００の外部に排出される。
　このような動作処理が、粉体容器１７０に置かれた粉体Ｗが無くなるまで、あるいは動作処理が停止されるまで、繰り返しなされ、粉体Ｗ表面のプラズマ処理が行われる。
　プラズマ処理装置１００の外部に排出された、プラズマ処理の施された粉体Ｗは、大型の容器（図示せず）に回収したり、コーティング剤などへ直接噴射したりすることができる。
　なお、粉体Ｗの質量・粒径などにより、プラズマジェットの流量、流入口１１４ａや開口部１１２ｃの面積を変更することで、粉体Ｗに対するプラズマ処理時間を調整することができる。また、プラズマジェットのガス混合比を変更することで、選択的にプラズマ処理能力や効果を制御することができる。
　以上説明したように、本実施形態のプラズマ処理装置１００は、粉体Ｗが入れられる粉体容器１７０であって、壁により囲まれた中空の粉体容器１７０と、プラズマジェットを粉体容器１７０の外部から粉体容器１７０内の上部を通って粉体容器１７０の外部に流す流路１１８と、を備え、粉体Ｗを粉体容器１７０に置いた状態で、流路１１８にプラズマジェットを流すことにより、粉体Ｗを吸い上げつつ、粉体Ｗに対してプラズマ処理を行い、プラズマ処理の施された粉体Ｗを粉体容器１７０の外部に排出する。
　このように、本実施形態のプラズマ処理装置１００では、プラズマ処理の被処理対象の粉体Ｗは直接、放電空間に投入されずに、外部から供給されたプラズマジェットにより粉体Ｗ表面がプラズマ処理されるので、被処理対象の粉体Ｗに電気的・熱的なダメージを与えにくくなり、粉体Ｗ表面を所望の状態でプラズマ処理することが可能となる。また本実施形態のプラズマ処理装置１００には、プラズマジェットを発生させるプラズマ発生装置２００が内蔵されておらず、既成のプラズマ発生装置２００を用いて発生させたプラズマジェットを本実施形態のプラズマ処理装置１００の外部から供給すればよいので、粉体専用のプラズマ処理ユニットを製造する必要はない。これにより、プラズマ処理装置１００の製造コストを抑制させることが可能となる。
　また本実施形態のプラズマ処理装置１００はさらに、粉体容器１７０の内部に外気を吸入させるために粉体容器１７０の内部と外部とを貫通する空気穴１２０を備えている。
　これにより、粉体Ｗを吸い上げ易くなる。
　また、粉体容器１７０を囲う壁は、周壁１１２ｂ、１５２ｂ、天井壁１１２ａ及び床壁１５２ａを含み、粉体Ｗは、粉体容器１７０の床壁１５２ａに置かれる。
　また、周壁１１２ｂは、プラズマジェットを粉体容器１７０の内部に流入させる流入口１１４ａと、流入口１１４ａから粉体容器１７０の内部に流入したプラズマジェットを粉体容器１７０の外部に排出させる排出口１１６ａと、を備え、流入口１１４ａ及び排出口１１６ａは、流路１１８に含まれる。
　また、粉体容器１７０内の床壁１５２ａと天井壁１１２ａとの間に、吸い上げられた粉体Ｗを導入して流路１１８に流すための開口部１１２ｃをさらに備え、開口部１１２ｃの面積は、流入口１１４ａの面積と比較して十分に大きい。
　これにより、粉体Ｗを吸い上げ易くなる。
　ちなみに、開口部１１２ｃは、「導入口」の一例である。
　なお、本願のプラズマ処理装置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。
　上記実施形態では、上部材１１０と下部材１５０とは、ネジにより着脱自在に固定するようにしたが、固定部材はネジに限らず、ボルトとナット等の他の部材を用いてもよい。また、下部材１５０を引き出せるようにしてもよい。
　１００　プラズマ処理装置、　　１１０　上部材、　　１１２　凹部、　　１１２ａ　天井壁、　　１１２ｂ，１５２ｂ　周壁、　　１１２ｃ，１５２ｃ　開口部、　　１１４，１１６　穴、　　１１４ａ　流入口、　　１１６ａ　排出口、　　１１８　流路、　　１２０　空気穴、　　１５０　下部材、　　１５２　凹部、　　１５２ａ　床壁、　　１７０　粉体容器、　　２００　プラズマ発生装置、　　２１０　プラズマヘッド

Claims (5)

  1. 　粉体が入れられる粉体容器であって、壁により囲まれた中空の粉体容器と、
    　プラズマジェットを前記粉体容器の外部から前記粉体容器内の上部を通って前記粉体容器の外部に流す流路と、
    を備え、
    　前記粉体を前記粉体容器に置いた状態で、前記流路に前記プラズマジェットを流すことにより、前記粉体を吸い上げつつ、前記粉体に対してプラズマ処理を行い、前記プラズマ処理の施された粉体を前記粉体容器の外部に排出する、
    プラズマ処理装置。
  2. 　前記粉体容器の内部に外気を吸入させるために前記粉体容器の内部と外部とを貫通する空気穴をさらに備えた請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記壁は、周壁、天井壁及び床壁を含み、
    　前記粉体は、前記粉体容器の前記床壁に置かれる、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記周壁は、前記プラズマジェットを前記粉体容器の内部に流入させる流入口と、前記流入口から前記粉体容器の内部に流入したプラズマジェットを前記粉体容器の外部に排出させる排出口と、を備え、
    　前記流入口及び前記排出口は、前記流路に含まれる、
    請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記粉体容器内の前記床壁と前記天井壁との間に、前記吸い上げられた前記粉体を導入して前記流路に流すための導入口をさらに備え、
    　前記導入口の面積は、前記流入口の面積と比較して十分に大きい、
    請求項４に記載のプラズマ処理装置。
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Citations (5)

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