WO2020250787A1 - プラズマ生成装置 - Google Patents

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WO2020250787A1
WO2020250787A1 PCT/JP2020/022023 JP2020022023W WO2020250787A1 WO 2020250787 A1 WO2020250787 A1 WO 2020250787A1 JP 2020022023 W JP2020022023 W JP 2020022023W WO 2020250787 A1 WO2020250787 A1 WO 2020250787A1
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WO
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plasma
main discharge
main
discharge electrode
electrode
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Application number
PCT/JP2020/022023
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English (en)
French (fr)
Inventor
尚寿 河村
雅章 永津
Original Assignee
株式会社クメタ製作所
国立大学法人静岡大学
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Publication date
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    • 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/14—Plasma, i.e. ionised gases
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/503—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using dc or ac discharges

Definitions

  • the present invention relates to a plasma generator capable of generating even under atmospheric pressure.
  • Patent Document 1 discloses a plasma generator in which side electrodes covered with a dielectric are arranged on both sides of a pair of upper and lower main electrodes covered with a dielectric through a preliminary discharge region.
  • the present invention has been made to deal with the above problems, and an object of the present invention is to provide a plasma generator capable of performing plasma treatment on a wide range of objects to be processed.
  • the feature of the present invention is that at least one of the pair of main discharge electrodes in which two main discharge electrodes composed of conductors are arranged to face each other and the two main discharge electrodes facing each other.
  • a preliminary discharge electrode provided adjacent to the main discharge electrode via a dielectric, a preliminary discharge power source for applying an AC voltage to the preliminary discharge electrode to generate a preliminary plasma, and an AC voltage applied to the main discharge electrode.
  • the main discharge power source for generating the main plasma and the main discharge dielectric composed of the dielectrics arranged between the two main discharge electrodes facing each other and extending along the pair of main discharge electrodes are opposed to each other. It is provided with a gap adjusting mechanism for changing the distance between the pair of main discharge electrodes by relatively displaced the two main discharge electrodes.
  • the plasma generator since the plasma generator includes a gap adjusting mechanism for changing the distance between the electrodes in the pair of main discharge electrodes, the pair is set according to the size of the object to be processed.
  • the distance between the main discharge electrodes, that is, the thickness of the plasma processing space can be adjusted, and plasma processing can be performed on a wide range of objects to be processed.
  • the plasma generation device further includes a control device for controlling the operation of the gap adjusting mechanism.
  • the plasma generator further includes a control device for controlling the operation of the gap adjusting mechanism, so that when the operator manually operates the gap adjusting mechanism.
  • the distance between the pair of main discharge electrodes can be adjusted quickly and accurately.
  • the control device has a main plasma detection unit that detects the state of the main plasma, and the detection result of the state of the main plasma by the main plasma detection unit. The purpose is to control the operation of the gap adjusting mechanism based on the above.
  • the control device controls the operation of the gap adjusting mechanism based on the detection result of the state of the main plasma by the main plasma detection unit, so that the main plasma High-precision plasma processing by adjusting the distance between the two main electrodes according to conditions such as generation, disappearance, change in uniformity, and change in intensity to control the generation, disappearance, and maintenance of the main plasma with high precision. Can be done.
  • control device operates at least one of the pre-discharge power supply and the main discharge power supply based on the detection result of the state of the main plasma by the main plasma detection unit. To control.
  • the plasma generator is at least one of a pre-discharge electrode and a main discharge electrode based on the result of the control device detecting the state of the main plasma by the main plasma detector.
  • the operation of the pre-discharge power supply and / or the main discharge power supply is adjusted according to the state such as generation, disappearance, change in uniformity and change in intensity of the main plasma to perform high-precision plasma processing. be able to.
  • a work transfer mechanism that supports an object to be irradiated with the main plasma and transfers it between a pair of main discharge electrodes, and a work transfer mechanism. It is equipped with a work height detector that outputs a detection signal corresponding to the height of the object to be processed that is conveyed between the pair of main discharge electrodes, and the control device adjusts the gap based on the detection signal output by the work height detector. It is to control the operation of the mechanism.
  • the control device operates the gap adjusting mechanism based on the detection signal corresponding to the height of the object to be processed output by the workpiece height detector.
  • the distance between the pair of main discharge electrodes is adjusted according to the height of the object to be transported between the pair of main discharge electrodes, thereby preventing physical interference of the object to be processed and with high accuracy.
  • Plasma processing can be performed.
  • control device controls the operation of at least one of the preliminary discharge power supply and the main discharge power supply based on the detection signal output by the work height detector. It is in.
  • the control device operates at least one of the pre-discharge power supply and the main discharge power supply based on the detection signal output by the work height detector.
  • the operation of the pre-discharge power supply and / or the main discharge power supply can be adjusted according to the height of the object to be processed to perform high-precision plasma processing.
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing an external configuration of a first main discharge electrode provided with a preliminary discharge electrode in the plasma generator shown in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a front view schematically showing a state in which a preliminary plasma is generated by bringing the second main discharge electrode in the plasma generator shown in FIG. 1 close to the first main discharge electrode.
  • FIG. 5 is a front view schematically showing typically the state which generated the main plasma in the plasma generation apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 is a front view schematically showing a state in which the second main discharge electrode in the plasma generator shown in FIG.
  • FIG. 1 is a front view schematically showing an outline of the configuration of the plasma generator 100 according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a system configuration of the plasma generator 100 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing the external configuration of the first main discharge electrode 104 provided with the preliminary discharge electrode 101 in the plasma generator 100 shown in FIG. 1.
  • the plasma generation device 100 is a mechanical device that generates plasma in an environment open to the atmosphere of standard atmospheric pressure and irradiates a processed object WK made of food to sterilize it.
  • the plasma generator 100 includes four pre-discharge electrodes 101.
  • Each pre-discharge electrode 101 is a component for generating a pre-plasma P P , and is formed in a rod shape extending long.
  • Each of these pre-discharge electrodes 101 is mainly configured to include a conductor 102 and a pre-discharge dielectric 103, respectively.
  • the conductor 102 is an electrode that forms a pair with the first main discharge electrode 104, which will be described later, and is formed by extending a conductive material in a long length.
  • the conductor 102 is composed of a copper wire having a diameter of 1.8 mm and a length of 250 mm.
  • the conductor 102 may be any material as long as it has conductivity, and may be made of a material other than copper, such as silver, gold, titanium, or aluminum.
  • the conductor 102 is electrically connected to the preliminary discharge power supply 140 described later and is grounded via the ground 141.
  • the preliminary discharge dielectric 103 is a component that covers the conductor 102 and electrically insulates the conductor 102 from the first main discharge electrode 104, and is composed of a non-conductor having a size that covers the conductor 102. Has been done.
  • the preliminary discharge dielectric 103 is composed of a transparent quartz tube formed of a quartz material in a bottomed cylindrical shape having a diameter of 4 mm, an inner diameter of 2 mm, and a length of 230 mm.
  • the preliminary discharge dielectric 103 may be any non-conductor that covers the conductor 102, and may be made of, for example, translucent or opaque glass, a ceramic material other than glass, a resin material, or a rubber material.
  • the size of the priming discharge electrode 101 made of a conductor 102 and a pre-discharge dielectric 103 which is designed appropriately in accordance with the need to generate a preliminary plasma P P, limited to the present embodiment Of course not.
  • the pre-discharge dielectric 103 is supported by the first main discharge electrode 104 by accommodating a portion other than the end portion of the conductor 102 connected to the pre-discharge power supply 140 in an exposed state.
  • the first main discharge electrode 104 is an component for constituting the second main discharge electrode 107 and the counter generating a main plasma P M with generating the preliminary plasma P P constitutes a preliminary discharge electrodes 101 and pairs , It is formed by extending a conductive material into a long length. More specifically, the first main discharge electrode 104 is formed of a plate-like body that extends long along the preliminary discharge electrode 101 and faces the second main discharge electrode 107. In the present embodiment, the first main discharge electrode 104 is formed by forming an aluminum material into a plate-like body having a length of 200 mm, a width of 60 mm, and a thickness of 15 mm. In the first main discharge electrode 104, an electrode accommodating portion 105 is formed on a main electrode facing surface 104a facing the second main discharge electrode 107.
  • the main electrodes facing surface 104a is a portion for generating a main plasma P M facing the second main discharge electrodes 107 are formed in parallel planar with the second main discharge electrode 107.
  • the main electrode facing surface 104a has a curved surface shape in which each end portion in the longitudinal direction of the first main discharge electrode 104 and the width direction orthogonal to the longitudinal direction and the edge portion through which the electrode accommodating portion 105 opens are rounded. It is formed in the area to prevent local discharge from occurring.
  • the electrode accommodating portion 105 is a portion accommodating each of the four pre-discharge electrodes 101, and is formed in a groove shape extending in a concave shape along each pre-discharge electrode 101. More specifically, the electrode accommodating portion 105 is formed in a groove shape having a depth that covers other portions in a state where the outer surface of the preliminary discharge electrode 101 on the side of the second main discharge electrode 107 is exposed. In this case, the electrode accommodating portion 105 is formed in a shape accommodating the preliminary discharge electrodes 101 with respect to both side surfaces with a slight gap. In the present embodiment, the electrode accommodating portion 105 is formed with a depth of 3 mm and a width of 4.1 mm and penetrates along the longitudinal direction of the second main discharge electrode 107.
  • each electrode accommodating portion 105 is formed in the width direction orthogonal to the longitudinal direction of the first main discharge electrode 104.
  • the four electrode accommodating unit 105 are mainly plasma P M is formed extending as evenly spaced in and parallel to each other in the width direction of the first main discharge electrode 104 are uniformly generated. Then, in each electrode accommodating portion 105, four pre-discharge electrodes 101 are accommodated and supported in a state of being fixed by the ceramic adhesive 106.
  • the first main discharge electrode 104 is electrically connected to the pre-discharge power supply 140 and is electrically connected to the main discharge power supply 142 via the pre-discharge power supply 140 by the first electrode support 110. It is supported.
  • the first main discharge electrode 104 may be made of a material having conductivity, and may be made of a material other than an aluminum material such as silver, gold, titanium, or copper.
  • Second main discharge electrodes 107 is a part for generating a main plasma P M constitute the first main discharge electrode 104 and the pair, a conductive material is formed by extending the long. More specifically, the second main discharge electrode 107 is a plate-like body having a two-electrode facing surface 107a facing the main electrode facing surface 104a of the first main discharge electrode 104 via the main discharge dielectric 130. It is configured and is arranged at a position farther from the preliminary discharge electrode 101 with respect to the first main discharge electrode 104. In the present embodiment, the second main discharge electrode 107 is formed by forming an aluminum material into a plate-like body having a length of 200 mm, a width of 60 mm, and a thickness of 15 mm. The second main discharge electrode 107 is electrically connected to the main discharge power supply 142 in a state of being supported by the second electrode support 111 at a position separated from the first main discharge electrode 104 in the Z-axis direction in the drawing. There is.
  • Second electrode opposing surface 107a is a portion for generating a main plasma P M facing the first main discharge electrode 104 are formed on the main electrode opposing surface 104a parallel to the plane.
  • the two-electrode facing surface 107a is formed in a curved surface shape in which each end in the longitudinal direction and the width direction orthogonal to the longitudinal direction of the second main discharge electrode 107 is rounded to generate local discharge. It is prevented from doing.
  • the second main discharge electrode 107 may be made of a material having conductivity, and may be made of a material other than an aluminum material such as silver, gold, titanium, or copper.
  • the first electrode support 110 is a component that supports the first main discharge electrode 104 from below in the drawing, and is composed of a non-conductor that electrically insulates the first main discharge electrode 104 from articles other than the first main discharge electrode 104. Has been done.
  • the first electrode support 110 is made of a fluororesin material.
  • the first electrode support 110 is composed of a square plate having a larger area than the first main discharge electrode 104 in a plan view, and the first electrode support 110 is viewed from below in the drawing via bolts (not shown). It is fixedly supported.
  • the second electrode support 111 is a component that supports the second main discharge electrode 107 from above in the drawing, and is composed of a non-conductor that electrically insulates the second main discharge electrode 107 from articles other than the second main discharge electrode 107. Has been done.
  • the second electrode support 111 is made of a fluororesin material.
  • the second electrode support 111 is formed of a square plate having a larger area than the second main discharge electrode 107 in a plan view, and the second electrode support 111 is viewed from below in the drawing via bolts (not shown). It is fixedly supported.
  • the second electrode support 111 is supported by the gap adjusting mechanism 120.
  • the gap adjusting mechanism 120 is a mechanical device for changing the distance between the first main discharge electrode 104 and the second main discharge electrode 107 by approaching or separating the second main discharge electrode 107 from the first main discharge electrode 104. Is. Specifically, the gap adjusting mechanism 120 includes a gap changing drive motor 121 and a drive transmission mechanism 122, respectively.
  • the gap change drive motor 121 is an actuator whose operation is controlled by the control device 150 to rotate and drive, and is supported by a metal frame (not shown) provided above the drive transmission mechanism 122.
  • the drive transmission mechanism 122 is a group of parts for converting the rotational drive force of the gap change drive motor 121 into a linear drive force and transmitting it to the second electrode support 111.
  • the drive transmission mechanism 122 includes a ball screw 123, a movable body 124, and a support column 125, respectively.
  • the ball screw 123 rotates by rolling a plurality of balls (not shown) between a screw shaft on which a male screw is formed and a nut (not shown) that meshes with the screw shaft via screw fitting.
  • a mechanical element that converts a screw shaft into a linear motion and one end of a screw shaft is connected to a gap change drive motor 121. That is, the drive transmission mechanism 122 is configured by a feed screw mechanism in this embodiment.
  • the movable body 124 is a component that reciprocates linearly by the rotational movement of the screw shaft of the ball screw 123, and is composed of a metal plate-like body.
  • the movable body 124 holds a nut of the ball screw 123, and is connected to the other end of the screw shaft of the ball screw 123 via the nut. Further, the movable body 124 supports the second electrode support 111 via the support pillar 125.
  • the support pillar 125 is a component for supporting the second electrode support 111 in a state of facing the movable body 124 with a predetermined interval, and is formed in a round bar shape.
  • the predetermined interval is a distance at which the tip of the screw shaft protruding from the lower surface of the movable body 124 by the rotational drive of the screw shaft of the ball screw 123 does not come into contact with the second electrode support 111.
  • the support pillar 125 is provided at each of the four corners of the movable body 124 and the second electrode support 111, and is fixedly connected to the movable body 124 and the second electrode support 111 via bolts (not shown). ..
  • the gap change drive motor 121 is shown with respect to the surface (upper surface in the drawing) of the main discharge dielectric 130 on the second main discharge electrode 107 side from the position where the second main discharge electrode 107 contacts the first main discharge electrode 104.
  • the second main discharge electrode 107 can be approached or separated from the first main discharge electrode 104 within a range up to a position separated by 20 mm in the Z-axis direction, and can be positioned at an arbitrary position within the same range. ..
  • the main discharge dielectric 130 is a component for electrically insulating the preliminary discharge electrode 101 and the first main discharge electrode 104 and the second main discharge electrode 107 and supporting the object to be processed WK. It is composed of a non-conductor having a size that covers both the main electrode facing surface 104a and the two electrode facing surface 107a. More specifically, the main discharge dielectric 130 is made of an annular sheet material made of fluororesin having a length longer than the lengths of the main electrode facing surface 104a and the two electrode facing surfaces 107a in each longitudinal direction and each width direction. It is formed in the shape of an endless belt. In the present embodiment, the main discharge dielectric 130 uses a fluororesin sheet having a thickness of 1 mm.
  • the main discharge dielectric 130 is installed between the drive roller 131 and the driven roller 132.
  • the drive roller 131 is rotationally driven by the conveyor drive motor 133 to rotationally drive the main discharge dielectric 130 that is in frictional contact.
  • the driven roller 132 rotates in frictional contact with the main discharge dielectric 130 which is rotationally driven by the driving roller 131.
  • the conveyor drive motor 133 is a drive source whose operation is controlled by the control device 150, and is composed of an induction motor.
  • the drive roller 131, the driven roller 132, and the conveyor drive motor 133 form a belt drive mechanism that rotationally drives the main discharge dielectric 130 in the circumferential direction while being stretched in the horizontal direction.
  • the belt drive mechanism and the main discharge dielectric 130 form a belt conveyor that conveys the object to be processed WK from one side to the other, and constitutes the work transfer mechanism according to the present invention.
  • the main discharge dielectric 130 constitutes a transport belt on the belt conveyor.
  • the main discharge dielectric 130 in the present embodiment may be made of a non-conductor that flexibly bends along the circumferential direction of the endless belt, and may be a resin material other than the fluororesin material (for example, a polyamide resin material). ) May be a sheet material. Further, in FIGS. 1, 3 and 4, the conveyor drive motor 133 is shown by a chain double-dashed line.
  • the preliminary discharge power supply 140 is an electric device for applying an AC voltage to the preliminary discharge electrode 101 and the first main discharge electrode 104.
  • the preliminary discharge power supply 140 receives power from a general household power supply (100V) and has a voltage in the range of ⁇ 1 kV to ⁇ 20 kV with respect to the preliminary discharge electrode 101 and the first main discharge electrode 104.
  • An AC voltage having a desired voltage and frequency can be applied in a frequency range of 100 Hz to 30 kHz.
  • the preliminary discharge power supply 140 includes a phase shifter (not shown) that changes the phase of the output voltage.
  • the preliminary discharge power supply 140 may continuously or intermittently output any AC voltage of a square wave, a sine wave, a trapezoidal wave, and a triangular wave.
  • the ground 141 is an electric circuit that applies an AC voltage between the preliminary discharge electrode 101 and the first main discharge electrode 104, and an AC between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104. This is an electric circuit for grounding each of the main discharge electric circuits, which are electric circuits for applying a voltage.
  • the pre-discharge electrode 101 is electrically connected to the pre-discharge power supply 140 and the main discharge power supply 142, respectively.
  • the ground 141 may be provided on the first main discharge electrode 104 electrically connected to the preliminary discharge power supply 140 and the main discharge power supply 142, respectively. Further, the ground 141 may be provided in common for the pre-discharge electric circuit and the main discharge electric circuit, or may be provided separately for the pre-discharge electric circuit and the main discharge electric circuit. Further, the earth 141 may be omitted.
  • the main discharge power supply 142 is an electric device for applying an AC voltage to the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104.
  • the main discharge power supply 142 receives power from a general household power supply (100 V) and has a voltage in the range of ⁇ 1 kV to ⁇ 20 kV with respect to the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104.
  • an AC voltage having a desired voltage and frequency can be applied in a frequency range of 100 Hz to 30 kHz.
  • the main discharge power supply 142 includes a phase shifter (not shown) that changes the phase of the output voltage.
  • main discharge power supply 142 may continuously or intermittently output any AC voltage of a square wave, a sine wave, a trapezoidal wave, and a triangular wave, but has the same waveform as the preliminary discharge power supply 140. Is preferably output in opposite phase.
  • the output voltage and frequency of these preliminary discharge power supply 140 and a main discharge power supply 142 be one that is appropriately set in accordance generated preliminary plasma P P and the main plasma P M is limited to the present embodiment It is natural that it is not.
  • the control device 150 is configured to include a microcomputer composed of a CPU, ROM, RAM, etc. inside a rectangular housing, and comprehensively controls the overall operation of the plasma generator 100 and is used as a storage device.
  • Plasma processing is performed on the object to be processed WK by executing a plasma processing program (not shown) stored in advance.
  • the control device 150 controls the operations of the gap change drive motor 121, the conveyor drive motor 133, the preliminary discharge power supply 140, and the main discharge power supply 142 to form a WK to be processed on the main discharge dielectric 130.
  • plasma processing is performed.
  • the control device 150 includes an input device consisting of a group of switches that receive instructions from an operator and input to the control device 150, and an operation panel 151 that includes an indicator lamp and a liquid crystal display device that display the operating status of the control device 150. It has.
  • the plasma generator 100 includes an external power source or a device that receives electric power and requires electric power, specifically, a gap change drive motor 121, a conveyor drive motor 133, a preliminary discharge power source 140, a main discharge power source 142, and a control. Although each device 150 is provided with a power supply unit that supplies electric power, the description thereof will be omitted because it is not directly related to the present invention.
  • the plasma generator 100 is provided indoors or outdoors where the work of irradiating the object to be processed WK with plasma is performed.
  • the plasma generation device 100 may be installed as a single unit, or may be installed by being incorporated in a processing line for performing various processing on the object to be processed WK.
  • the plasma generator 100 is incorporated into a production processing line for powdered or granular foods such as beans, wheat, sesame, pepper or tea leaves (including tencha and matcha), and these are incorporated into a processed product WK.
  • a production processing line for powdered or granular foods such as beans, wheat, sesame, pepper or tea leaves (including tencha and matcha)
  • these are incorporated into a processed product WK.
  • sterilization and disinfection treatment will be described.
  • the plasma generator 100 is installed in a state of being directly exposed to the atmosphere of standard atmospheric pressure.
  • a worker who irradiates the object to be processed WK with plasma using the plasma generation device 100 first activates the control device 150 to perform initial settings related to plasma processing. Specifically, the operator operates the operation panel 151 to operate the voltage, current, and frequency of the preliminary discharge power supply 140, the voltage, current, and frequency of the main discharge power supply 142, the transport speed of the object WK to be processed, and the second.
  • the initial positions of the main discharge electrodes 107 are set respectively.
  • the voltage of the preliminary discharge power supply 140, current and frequency, voltage for generating the pre-plasma P P needed to generate the main plasma P M, a current and frequency is outputted, current and frequency may be determined experimentally in advance in accordance with the main generating plasma P M. Further, the voltage of the main discharge power supply 142, the current and the frequency, the voltage required to generate the primary plasma P M, a current and frequency. In this case, the voltage, current, and frequency output by the main discharge power supply 142 can be experimentally obtained in advance according to the plasma processing content required for the object to be processed WK.
  • the transport speed of the object to be processed WK means that the object to be processed WK placed on the main discharge dielectric 130 is placed in the plasma processing space PS between the first main discharge electrode 104 and the second main discharge electrode 107. It is the speed of passing through, and is the rotation speed of the conveyor drive motor 133. Moreover, the initial position of the first main discharge electrode 104 is the position of the second main discharge electrodes 107 in the Z axis direction with respect to the first main discharge electrode 104 at the time of generating the main plasma P M.
  • the operator sets, for example, an AC voltage having a voltage of ⁇ 5 kV, a current of 20 mA, and a frequency of 10 kHz as the output of the preliminary discharge power supply 140 to the control device 150. Further, the operator applies an AC voltage to the control device 150 as the output of the main discharge power supply 142, for example, a voltage of ⁇ 9 kV, a current of 20 mA, a frequency of 10 kHz, and an AC voltage having a phase opposite to the output voltage of the preliminary discharge power supply 140.
  • the operator sets, for example, a speed of 500 mm per minute as the transport speed of the object to be processed WK to the control device 150. Further, the operator sets the initial position of the first main discharge electrode 104 with respect to the control device 150, for example, a position separated from the upper surface of the main discharge dielectric 130 by 1 mm.
  • the operator instructs the generation of the pre-plasma P P to the controller 150 by operating the operation panel 151.
  • the control device 150 applies an AC voltage between the pre-discharge electrode 101 and the first main discharge electrode 104 by controlling the operation of the pre-discharge power supply 140.
  • the priming discharge electrode 101 and the first main discharge electrode 104 as shown in FIG. 4, it is activated together with a part of the air existing between both ionized preliminary plasma P P is generated ..
  • pre-plasma P P is generated four linear along each of the four priming discharge electrode 101. That is, pre-plasma P P is generated by dielectric barrier discharge in atmospheric pressure.
  • FIG. 4 illustrates a pre-plasma P P thin hatching.
  • the operator generates a primary plasma P M between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104.
  • the operator instructs the generation of the main plasma P M with respect to the operation panel 151 operated by the control unit 150.
  • the control device 150 applies an AC voltage between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104 by controlling the operation of the main discharge power supply 142.
  • electronic or active species is part of the atmosphere that exists between them generated by the preliminary plasma P P the activated with ionizing triggered mainly plasma P M is generated.
  • the main plasma P M the discharge is uniform in four linearly formed pre plasma P in the region of the rectangular planar between the two auxiliary plasma P P formed outside of P It is formed by extending into a columnar shape. That is, the plasma generating apparatus 100 according to the present invention is that a uniform discharge between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104 to form a primary plasma P M which rises in column spreads in a plane it can. Moreover, the accuracy In this generation of the main plasma P M, since the second main discharge electrodes 107 are disposed close to the vicinity of the first main discharge electrode 104, a main plasma P M of the uniform columnar in a short time Can be generated well.
  • the main plasma P M is formed space is a plasma processing space PS.
  • the main plasma P M is shown by hatching that is darker than the preliminary plasma P P.
  • the second main discharge electrode 107 and the main plasma P M which rises in a columnar uniform discharge is spread in planar between the first main discharge electrode 104, is at a level at least a person can be confirmed uniform by visual observation ..
  • the operator expands the thickness of the main plasma P M is formed a plasma processing space PS.
  • the operator operates the operation panel 151 to displace the second main discharge electrode 107 in a direction away from the first main discharge electrode 104.
  • the worker as shown in FIG. 6, not the main plasma P M while viewing the main plasma P M formed between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104 disappears
  • the second main discharge electrode 107 is displaced upward in the drawing at the speed of.
  • the operator displaces the second main discharge electrode 107 to a position where the object to be processed WK placed on the main discharge dielectric 130 does not come into contact with the object WK.
  • the operator when the second main discharge electrodes 107 if all or part of the main plasma P M in the process of separating the first main discharge electrode 104 has disappeared, or the formation state is destabilized Operates the operation panel 151 to displace the second main discharge electrode 107 in a direction approaching the first main discharge electrode 104. Accordingly, the main plasma P M can be accurately generated again between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104. Therefore, the operator can operate the operation panel 151 again to displace the second main discharge electrode 107 in the direction away from the first main discharge electrode 104.
  • the operator rotationally drives the main discharge dielectric 130.
  • the operator can rotate the main discharge dielectric 130 by instructing the control device 150 to start the rotary drive of the conveyor drive motor 133 by operating the operation panel 151 (). See the dashed arrow in FIG. 6).
  • the operator performs a plasma irradiation process on the object to be processed WK. Specifically, the operator puts the workpiece WK on the main discharge dielectric 130 on the main discharge dielectric 130 by initiating the operation of the work supply device (not shown) that continuously supplies the object WK on the main discharge dielectric 130. The object to be processed WK is continuously supplied. Thus, the object to be treated placed on the main discharge dielectric 130 WK is passing through the second main discharge electrodes 107 of the main plasma P M formed between the first main discharge electrode 104 Is irradiated with plasma and sterilized. The main plasma P M treatment object WK irradiated is is recovered by the recovery device of the object WK not shown.
  • the operator stops the operation of the work supply device for supplying the object to be processed WK onto the main discharge dielectric 130, and then operates the operation.
  • the panel 151 is operated to instruct the control device 150 to stop the operations of the preliminary discharge power supply 140, the main discharge power supply 142, and the conveyor drive motor 133.
  • the plasma generator 100 be pre-plasma P P and the main plasma P M is the rotation of the main discharge dielectric 130 with disappear each finished plasma irradiation treatment is stopped the processing object WK it can.
  • the operator can terminate the plasma irradiation treatment to the object to be processed WK by extinguishing the main plasma P M by stopping the operation of the main discharge power supply 142, the preliminary discharge power supply 140 also stopping the operation can be finished plasma irradiation treatment by extinguishing the main plasma P M to the object to be processed WK. That is, the operator can terminate the plasma irradiation treatment to the object to be processed WK by one of the working is extinguished the main plasma P M by stopping of the preliminary discharge power supply 140 and a main discharge power supply 142. In this case, the operator stops the operation of one of the preliminary discharge power supply 140 and the main discharge power supply 142, and then stops the operation of the other.
  • the plasma generator 100 is located between the two electrodes in the first main discharge electrode 104 and the second main discharge electrode 107 constituting the pair of main discharge electrodes. Since the gap adjusting mechanism 120 for changing the interval is provided, the interval between the pair of main discharge electrodes, that is, the thickness of the plasma processing space PS can be adjusted according to the size of the object to be processed WK, and has a wide range of sizes. Plasma treatment can be performed on the object WK to be processed.
  • the plasma generation device 100 manually displaces the second main discharge electrode 107 in the Z-axis direction via the control device 150.
  • the plasma generation device 100 can also be configured such that the control device 150 automatically displaces the second main discharge electrode 107 in the illustrated Z-axis direction.
  • the control device 150 applies an AC voltage between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104, and between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104. after generating a main plasma P M, it is displaced in a direction away the second main discharge electrodes 107 with respect to the first main discharge electrode 104 to control the operation of the gap changing motor 121.
  • the operator sets the displacement amount of the second main discharge electrode 107 in the control device 150 in advance in the initial setting work. Further, in these cases, the control device 150 waits for a predetermined time (for example, several seconds to several tens of seconds) to elapse after applying the AC voltage between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104. it is possible to displace the second main discharge electrode 107 is regarded in the main plasma P M is formed that.
  • a predetermined time for example, several seconds to several tens of seconds
  • the plasma generator 100 as shown in broken lines in FIG. 1, be constituted by a main plasma P generated in the M, extinguished, the plasma detector 160 for detecting the conditions such as the uniformity of change and intensity change of Can be done.
  • the plasma generator 100, the main plasma P M by the change in current flowing between the second main discharge electrode 107 before and after the main plasma P M to the control unit 150 is formed with the first main discharge electrode 104
  • a plasma detection unit 160 for detecting a state can be provided and configured.
  • control unit 150 stores in advance a change in the current flowing between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104 before and after the main plasma P M is formed, the plasma detector 160 is possible to displace the second main discharge electrode 107 upon detection of the formation of the main plasma P M by monitoring the change in current flowing between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104 it can.
  • the control device 150 previously stores the image data of the image data and / or ideal main plasma P M before the plasma processing space PS for the main plasma P M is formed, the output from the imager 161 plasma detector 162 by performing a comparison process with the captured image data is that it is possible to displace the second main discharge electrode 107 upon detection of the formation of the main plasma P M.
  • the imager 161 in addition to a CCD image sensor or a CMOS image sensor, a detection element that detects infrared rays or ultraviolet rays can be used.
  • the plasma generator 100 when equipped with a plasma detector 160, 162, the main plasma P M in instead of or in addition to the formation of, the disappearance of the main plasma P M maintenance and main plasma P M of formation of
  • the second main discharge electrode 107 can be detected and displaced.
  • the control unit 150, the displacement of the second main discharge electrode 107 when the state of formation of the plasma detector 160, 162 the main plasma P M is detected to be deviating from an ideal formation state on the first main discharge electrode 104 side after recovering the formed state of the main plasma P M in ideal state by the second main discharge electrodes 107 can be returned again to its original position.
  • the control unit 150 when the plasma detector 160 detects the extinction of the main plasma P M, the recovery process in the main plasma P M mentioned above, very outgoing or plasma generating apparatus 100 of the alarm to the operator You can stop.
  • the plasma generator 100 controls the operation of the preliminary discharge power supply 140 and / or the main discharge power supply 142 in place of or in addition to the operation control of the gap adjustment mechanism 120. can do.
  • the control unit 150 controls the operation of the preliminary discharge power supply 140 and / or the main discharge power supply 142 when the state of formation of the plasma detector 160, 162 the main plasma P M is detected to be deviating from an ideal formation state and increase or reduce the voltage applied Te formed state of the main plasma P M can be restored to an ideal state.
  • the control unit 150 when the plasma detector 160 detects the extinction of the main plasma P M can be stopped the operation of the preliminary discharge power supply 140 and / or the main discharge power supply 142.
  • the plasma generation device 100 can displace the second main discharge electrode 107 according to the height of the object to be processed WK arranged on the main discharge dielectric 130. Specifically, the plasma generation device 100 controls a detection signal corresponding to the height of the object to be processed WK arranged on the main discharge dielectric 130, as shown by the broken line in FIG. 2 and FIG. 8, respectively. It can be configured with a workpiece height detector 170 that outputs to 150.
  • the work height detector 170 can be arranged on the downstream side of the plasma processing space PS in the transport direction of the object to be processed WK by the main discharge dielectric 130, but it is preferable to arrange it on the upstream side. Further, the work height detector 170 may detect that the height of the object to be processed WK is higher and / or lower than one reference height, and measures the height of the object to be processed WK itself. You may try to do it. Further, the work height detector 170 corresponds to a contact type detector that physically contacts the object to be processed WK and outputs a detection signal, and irradiates the object to be processed WK with light or ultrasonic waves to deal with reflected light or reflected waves. It can be composed of an optical detector or an ultrasonic detector that outputs a detection signal to be processed, or an image pickup element that captures an image of the object WK to be processed and outputs an image pickup image data.
  • the control device 150 detects the height of the object to be processed WK using the detection signal output from the work height detector 170, and the object to be processed WK undergoes plasma processing.
  • the operation of the gap change drive motor 121 is controlled so that the position of the second main discharge electrode 107 in the illustrated Z-axis direction is located at a position higher than the height of the object WK to be processed.
  • the control device 150 sets the position of the second main discharge electrode 107 in the Z-axis direction as shown at the optimum position for plasma processing of the object to be processed WK, specifically, a position where the second main discharge electrode 107 does not contact the upper end portion of the object to be processed WK. It can be positioned at a position slightly higher than the upper end of the same.
  • the plasma generation device 100 can perform plasma treatment on a plurality of types of objects WK having different heights without physically contacting the second main discharge electrode 107.
  • the control device 150 adjusts to the height of the object to be processed WK, which is the highest among all the objects to be processed WK located in the plasma processing space PS, in the Z-axis direction of the second main discharge electrode 107.
  • the position of the object WK may be controlled, or the object WK to be processed may be introduced one by one into the plasma processing space PS.
  • the plasma generator 100 controls the operation of the preliminary discharge power supply 140 and / or the main discharge power supply 142 in place of or in addition to the displacement of the second main discharge electrode 107.
  • the control unit 150 is mainly plasma P M that is suitable to detect the height of the workpiece WK by using the detection signal output from the workpiece height detector 170 to the height of the object to be treated WK is formed can be so that increase or decrease the control to the applied voltage the operation of the preliminary discharge power supply 140 and / or the main discharge power supply 142 and the state of formation of the main plasma P M in ideal state.
  • the main plasma P M suitable for the height of the workpiece WK is stored in the control device 150 obtained in advance experimentally.
  • the position of the second main discharge electrode 107 in the illustrated Z-axis direction is always grasped by the control value in which the control device 150 displaces the second main discharge electrode 107 in the illustrated Z-axis direction.
  • it may be grasped by the detection signal from the height direction position detector that detects the position of the second main discharge electrode 107 in the illustrated Z-axis direction.
  • the preliminary discharge electrode 101 is configured by arranging the conductor 102 adjacent to the first main discharge electrode 104 via the preliminary discharge dielectric 103.
  • the preliminary discharge electrode 101 is one of the first main discharge electrode 104 and the second main discharge electrode 107 between the first main discharge electrode 104 and the second main discharge electrode 107, which are two main discharge electrodes facing each other. It may be provided adjacent to at least one main discharge electrode via a dielectric. Therefore, the preliminary discharge electrode 101 can be provided adjacent to or in addition to the first main discharge electrode 104 to the second main discharge electrode 107.
  • the preliminary discharge electrodes 101 in the above embodiment was configured to generate a preliminary plasma P P between the conductor 102 and the first main discharge electrode 104.
  • priming discharge electrode 101 can also be configured to generate a preliminary plasma P P between these conductors 102 by placing a dielectric between each of two or more conductors 102.
  • the conductor 102 is formed of a round bar in the above embodiment, it can be formed in a shape other than the round bar, for example, a square bar or a plate (including a sheet).
  • the dielectric does not necessarily have to be made of a glass tube as in the above embodiment, but may be made of an insulator such as a ceramic material, a resin material or a rubber material.
  • the plasma generator 100 is configured to displace the second main discharge electrode 107 with respect to the first main discharge electrode 104.
  • the plasma generator 100 may be configured such that the first main discharge electrode 104 and the second main discharge electrode 107 are relative to each other. Therefore, the plasma generator 100 may be configured such that the first main discharge electrode 104 is displaced with respect to the second main discharge electrode 107, and the first main discharge electrode 104 and the second main discharge electrode 107 may be arranged. Each may be configured to be displaced.
  • the gap adjusting mechanism 120 is composed of a feed screw mechanism having a gap change drive motor 121 and a ball screw 123, respectively.
  • the gap adjusting mechanism 120 may be configured so that the first main discharge electrode 104 and the second main discharge electrode 107 are relative to each other. Therefore, the gap adjusting mechanism 120 can be configured by a lead screw mechanism having a screw other than the ball screw 123, for example, a trapezoidal screw. Further, the gap adjusting mechanism 120 may be configured by using an actuator other than the gap change drive motor 121, for example, an air cylinder or a hydraulic cylinder.
  • the plasma generation device 100 is configured to include the control device 150.
  • the plasma generation device 100 can quickly and accurately adjust the distance between the first main discharge electrode 104 and the second main discharge electrode 107 as compared with the case where the operator manually operates the gap adjusting mechanism 120. it can.
  • the plasma generation device 100 can be configured by omitting the control device 150. In this case, the plasma generator 100 may manually operate each of the gap change drive motor 121, the conveyor drive motor 133, the preliminary discharge power supply 140, and the main discharge power supply 142 individually.
  • the operator outputs an AC voltage having a voltage of ⁇ 5 kV and a frequency of 10 kHz to the preliminary discharge power supply 140, and an AC voltage having a voltage of ⁇ 9 kV and a frequency of 10 kHz to the main discharge power supply 142. Adjusted to output.
  • the specifications of the output of the pre-discharge power supply 140 and a main discharge power supply 142 is intended to be set appropriately according to the amount and intensity of the main plasma P M required for treatment object WK, the above-described embodiment It is not limited to. Therefore, the AC voltage output from the preliminary discharge power supply 140 is one of higher voltage, higher frequency, lower voltage, lower frequency, same voltage, and same frequency than the AC voltage output from the main discharge power supply 142. Can naturally occur.
  • the plasma generation device 100 can also include the preliminary discharge power supply 140 and the main discharge power supply 142 in one power supply facility.
  • the amount and intensity of the preliminary discharge electrodes 101, the main plasma P M required for even the object to be processed WK the voltage and frequency of the AC voltage applied to the first main discharge electrode 104 and the second main discharge electrode 107 It is appropriately set according to the above embodiment, and is not limited to the above embodiment. Therefore, the voltage value and frequency of the AC voltage applied to the preliminary discharge electrode 101, the first main discharge electrode 104, and the second main discharge electrode 107 may be ⁇ 1 kV or less or ⁇ 20 kV or more, respectively. The frequency may be 100 Hz or less or 10 kHz or more.
  • the main discharge power supply 142 is connected to the first main discharge electrode 104 via the preliminary discharge power supply 140.
  • the main discharge power supply 142 is not necessarily limited to the above embodiment as long as it is connected between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104 so that an AC voltage can be applied. Therefore, the main discharge power supply 142 can be directly connected to, for example, the first main discharge electrode 104 without using the preliminary discharge power supply 140.
  • the preliminary discharge power supply 140 is not necessarily limited to the above embodiment as long as it is connected between the preliminary discharge electrode 101 and the first main discharge electrode 104 so that an AC voltage can be applied. ..
  • the plasma generator 100 is configured to include four preliminary discharge electrodes 101.
  • the four pre-discharge electrodes 101 were arranged at intervals main plasma P M between the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104 are formed to stand up in a columnar shape in planar.
  • the plasma generator 100 can be in a width direction orthogonal to the longitudinal direction of the priming discharge electrode 101 for generating a main plasma P M wide.
  • the arrangement interval of the preliminary discharge electrodes 101 is experimentally determined in advance according to the applied voltage and the distance between the electrodes.
  • the plasma generator 100 can be configured to include at least one pre-discharge electrode 101, and is not necessarily limited to the above embodiment. Therefore, the plasma generator 100 can also be configured to include five or more preliminary discharge electrodes 101.
  • spacing the main plasma P M is not formed in the wide surface between the arrangement interval of preliminary discharge electrodes 101 and the second main discharge electrode 107 and the first main discharge electrode 104 , i.e., may be disposed at intervals each priming discharge electrode 101 to form a primary plasma P M linear or strip alone.
  • the main discharge dielectric 130 is formed in an endless belt shape.
  • the main discharge dielectric 130 is arranged between the second main discharge electrode 107, the pre-discharge electrode 101, and the first main discharge electrode 104, and the pre-discharge electrode 101, the first main discharge electrode 104, and the second main discharge electrode 104 are arranged. It may be composed of a dielectric material extending along the discharge electrode 107. Therefore, the main discharge dielectric 130 is formed by forming, for example, a non-conductor such as a ceramic material including glass, a resin material, or a rubber material into a simple flat sheet or plate shape which is not formed in an annular shape. Can be done.
  • the main discharge dielectric 130 is configured to support the object to be processed WK. However, if the main discharge dielectric 130 is configured to support the object to be processed WK by another support member, it does not necessarily have to be configured to support the object to be processed WK.
  • the plasma generator 100 is configured to sterilize against treatment object WK consisting food by irradiating the primary plasma P M.
  • the plasma generator 100, non-food article to be treated WK e.g., medical instruments
  • may be configured to sterilized by irradiating a primary plasma P M with respect to other than sterilization ⁇ it may be irradiated with the main plasma P M with respect to the object to be processed WK purposes.
  • the plasma generator 100 can be used, for example, for surface treatment such as ashing, etching or film formation, improvement of adhesiveness and wettability, and surface modification such as surface hardening.
  • WK ... Object to be processed P P ... Preliminary plasma, P M ... Main plasma, PS ... Plasma processing space, 100 ... Plasma generator, 101 ... Preliminary discharge electrode, 102 ... Conductor, 103 ... Pre-discharge dielectric, 104 ... First main discharge electrode, 104a ... Main electrode facing surface, 105 ... Electrode housing, 106 ... Ceramic adhesive, 107 ... Second main Discharge electrode, 107a ... Two-electrode facing surface, 110 ... 1st electrode support, 111 ... 2nd electrode support, 120 ... Gap adjustment mechanism, 121 ... Gap change drive motor, 122 ... Drive transmission mechanism, 123 ... Ball screw, 124 ... Movable body, 125 ...

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Abstract

幅広い大きさの被処理物に対してプラズマ処理を行なうことができるプラズマ生成装置を提供する。 プラズマ生成装置（１００）は、予備放電電極（１０１）、第１主放電電極（１０４）、第２主放電電極（１０７）および主放電用誘電体（１３０）を備えている。予備放電電極（１０１）は、導体（１０２）をガラス管製の予備放電用誘電体（１０３）内に収容した長尺の棒状に形成されている。第１主放電電極（１０４）は、予備放電用電極（１０１）を露出した状態で収容しつつ板状に延びて形成されている。第２主放電電極（１０７）は、第１主放電電極（１０４）に沿って延びる板状体で構成されており第１主放電電極（１０４）に対向配置されている。第２主放電電極（１０７）は、ギャップ調整機構（１２０）によって第１主放電電極（１０４）に対して接近または離隔するように支持されている。主放電用誘電体（１３０）は、第１主放電電極（１０４）と第２主放電電極（１０７）との間に配置された不導体で構成されている。

Description

プラズマ生成装置
　本発明は、大気圧下でも生成可能なプラズマ生成装置に関する。
　従来から、アッシング、エッチングまたは被膜形成などの表面処理、接着性や濡れ性の改善または表面硬化などの表面改質、および医療器具や食べ物の洗浄や殺菌などの洗浄殺菌処理にプラズマ生成装置が用いられている。例えば、下記特許文献１には、誘電体で覆われた上下一対の主電極の各両側に誘電体で覆われた側電極を予備放電領域を介して配置したプラズマ生成装置が開示されている。
特開２００５－２６８１７０号公報
　しかしながら、上記特許文献１に示されたプラズマ生成装置においては、上下一対の主電極における電極間の間隔が固定であるため、この電極間よりも厚い厚さの被処理物に対してプラズマ処理を行なうことができず被処理物が限定されるという問題がある。
　本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、幅広い大きさの被処理物に対してプラズマ処理を行なうことができるプラズマ生成装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の特徴は、導体で構成された２つの主放電電極が互いに対向配置された一対の主放電電極と、互いに対向する２つの主放電電極の間で少なくとも一方の主放電電極に誘電体を介して隣接して設けられた予備放電電極と、予備放電電極に交流電圧を印加して予備プラズマを発生させるための予備放電電源と、主放電電極に交流電圧を印加して主プラズマを発生させるための主放電電源と、互いに対向する２つの主放電電極の間に配置されて一対の主放電電極に沿って延びる誘電体からなる主放電用誘電体と、互いに対向する２つの主放電電極を相対的に変位させることで一対の主放電電極間の間隔を変更するギャップ調整機構とを備えることにある。
　このように構成した本発明の特徴によれば、プラズマ生成装置は、一対の主放電電極における電極間の間隔を変更するギャップ調整機構を備えているため、被処理物の大きさに応じて一対の主放電電極間の間隔、すなわち、プラズマ処理空間の厚さを調節することができ幅広い大きさの被処理物に対してプラズマ処理を行なうことができる。
　また、本発明の他の特徴は、前記プラズマ生成装置において、さらに、ギャップ調整機構の作動を制御する制御装置を備えることにある。
　このように構成した本発明の他の特徴によれば、プラズマ生成装置は、さらに、ギャップ調整機構の作動を制御する制御装置を備えているため、ギャップ調整機構を作業員が人手で操作する場合に比べて一対の主放電電極間の間隔を迅速かつ正確に調節することができる。
　また、本発明の他の特徴は、前記プラズマ生成装置において、制御装置は、主プラズマの状態を検出する主プラズマ検出部を有しており、主プラズマ検出部による主プラズマの状態の検出結果に基づいてギャップ調整機構の作動を制御することにある。
　このように構成した本発明の他の特徴によれば、プラズマ生成装置は、制御装置が主プラズマ検出部による主プラズマの状態の検出結果に基づいてギャップ調整機構の作動を制御するため、主プラズマの発生、消滅、均一性の変化および強度の変化などの状態に応じて２つの主電極間の間隔を調整して主プラズマの生成、消滅および維持を高精度に制御して高精度なプラズマ処理を行なうことができる。
　また、本発明の他の特徴は、前記プラズマ生成装置において、制御装置は、予備放電電源および主放電電源のうちの少なくとも一方の作動を主プラズマ検出部による主プラズマの状態の検出結果に基づいて制御することにある。
　このように構成した本発明の他の特徴によれば、プラズマ生成装置は、制御装置が主プラズマ検出部による主プラズマの状態の検出結果に基づいて予備放電電極および主放電電極のうちの少なくとも一方の作動を制御するため、主プラズマの発生、消滅、均一性の変化および強度の変化などの状態に応じて予備放電電源および／または主放電電源の作動を調整して高精度なプラズマ処理を行なうことができる。
　また、本発明の他の特徴は、前記プラズマ生成装置において、さらに、主プラズマの照射対象である被処理物を支持して一対の主放電電極間に搬送するワーク搬送機構と、ワーク搬送機構によって一対の主放電電極間に搬送される被処理物の高さに対応する検出信号を出力するワーク高検出器とを備え、制御装置は、ワーク高検出器が出力する検出信号に基づいてギャップ調整機構の作動を制御することにある。
　このように構成した本発明の他の特徴によれば、プラズマ生成装置は、ワーク高検出器が出力する被処理物の高さに対応する検出信号に基づいて制御装置がギャップ調整機構の作動を制御するため、一対の主放電電極間に搬送される被処理物の高さに応じて一対の主放電電極間の間隔を調整することで被処理物の物理的干渉を防止しつつ高精度なプラズマ処理を行なうことができる。
　また、本発明の他の特徴は、前記プラズマ生成装置において、制御装置は、予備放電電源および主放電電源のうちの少なくとも一方の作動をワーク高検出器が出力する検出信号に基づいて制御することにある。
　このように構成した本発明の他の特徴によれば、プラズマ生成装置は、ワーク高検出器が出力する検出信号に基づいて制御装置が予備放電電源および主放電電源のうちの少なくとも一方の作動を制御するため、被処理物の高さに応じて予備放電電源および／または主放電電源の作動を調整して高精度なプラズマ処理を行なうことができる。
本発明に係るプラズマ生成装置の構成の概略を模式的に示した正面図である。 図１に示すプラズマ生成装置のシステム構成を示すブロック図である。 図１に示すプラズマ生成装置における予備放電電極を備えた第１主放電電極の外観構成を模式的に示した平面図である。 図１に示すプラズマ生成装置における第２主放電電極を第１主放電電極に接近させて予備プラズマを生成した状態を模式的に示した正面図である。 図４に示すプラズマ生成装置において主プラズマを生成した状態を模式的に示した正面図である。 図４に示すプラズマ生成装置における第２主放電電極を第１主放電電極から離隔させて主プラズマの厚さを拡大した状態を模式的に示した正面図である。 本発明の変形例に係るプラズマ生成装置の構成の概略を模式的に示した正面図である。 本発明の他の変形例に係るプラズマ生成装置の構成の概略を模式的に示した正面図である。
　以下、本発明に係るプラズマ生成装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るプラズマ生成装置１００の構成の概略を模式的に示した正面図である。また、図２は、図１に示すプラズマ生成装置１００のシステム構成を示すブロック図である。また、図３は、図１に示すプラズマ生成装置１００における予備放電電極１０１を備えた第１主放電電極１０４の外観構成を模式的に示した平面図である。なお、本明細書において参照する図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。このプラズマ生成装置１００は、標準大気圧の大気に開放された環境下でプラズマを生成して食品からなる被処理物ＷＫに照射して殺菌する機械装置である。
（プラズマ生成装置１００の構成）
　プラズマ生成装置１００は、４つの予備放電電極１０１を備えている。各予備放電電極１０１は、予備プラズマＰＰを発生させるための部品であり、それぞれ長尺に延びる棒状に形成されている。これらの各予備放電電極１０１は、主として、導体１０２および予備放電用誘電体１０３をそれぞれ備えて構成されている。
　導体１０２は、後述する第１主放電電極１０４と対を構成する電極であり、導電性を有する材料を長尺に延ばして形成されている。本実施形態においては、導体１０２は、直径１．８ｍｍで長さが２５０ｍｍの銅線で構成されている。なお、導体１０２は、導電性を有する材料であれば良く、例えば、銀、金、チタンまたはアルミニウム材など銅以外の材料で構成することもできる。この導体１０２は、後述する予備放電電源１４０に電気的に接続されているとともにアース１４１を介して接地されている。
　予備放電用誘電体１０３は、導体１０２を覆うとともに導体１０２と第１主放電電極１０４との間で両者を電気的に絶縁するための部品であり、導体１０２を覆う大きさの不導体で構成されている。本実施形態においては、予備放電用誘電体１０３は、石英材を直径が４ｍｍ、内径が２ｍｍおよび長さが２３０ｍｍの有底円筒状に形成した透明な石英管で構成されている。
　なお、予備放電用誘電体１０３は、導体１０２を覆う不導電体であれば良く、例えば、半透明または不透明のガラス、ガラス以外のセラミック材、樹脂材またはゴム材などで構成することもできる。また、導体１０２および予備放電用誘電体１０３からなる予備放電電極１０１の大きさは、予備プラズマＰＰを生成する必要性に応じて適宜設計されるものであり、本実施形態に限定されるものではないことは当然である。この予備放電用誘電体１０３は、導体１０２における予備放電電源１４０に接続される端部を露出させた状態で同端部以外の部分を収容して第１主放電電極１０４に支持されている。
　第１主放電電極１０４は、予備放電電極１０１と対を構成して予備プラズマＰＰを発生させるとともに第２主放電電極１０７と対を構成して主プラズマＰＭを発生させるための部品であり、導電性を有する材料を長尺に延ばして形成されている。より具体的には、第１主放電電極１０４は、予備放電電極１０１に沿って長尺に延びるとともに第２主放電電極１０７に対して対向する板状体で構成されている。本実施形態においては、第１主放電電極１０４は、アルミニウム材を長さが２００ｍｍ、幅が６０ｍｍおよび厚さが１５ｍｍの板状体に形成して構成されている。この第１主放電電極１０４には、第２主放電電極１０７に対向する主電極対向面１０４ａに電極収容部１０５が形成されている。
　主電極対向面１０４ａは、第２主放電電極１０７に面して主プラズマＰＭを発生させるための部分であり、第２主放電電極１０７と平行な平面状に形成されている。この場合、主電極対向面１０４ａは、第１主放電電極１０４の長手方向および同長手方向に直交する幅方向の各端部および電極収容部１０５が開口する縁部分がそれぞれ丸みを帯びた曲面形状に形成されて局所的な放電が発生すること防止している。
　電極収容部１０５は、４つの予備放電電極１０１をそれぞれ収容する部分であり、各予備放電電極１０１に沿って凹状に窪んで延びる溝状に形成されている。より具体的には、電極収容部１０５は、予備放電電極１０１における第２主放電電極１０７側の外表面を露出させた状態でその他の部分を覆う深さの溝状に形成されている。この場合、電極収容部１０５は、予備放電電極１０１の両側面に対して僅かな空隙を介して収容する形状に形成されている。本実施形態においては、電極収容部１０５は、深さが３ｍｍ、幅が４．１ｍｍで第２主放電電極１０７の長手方向に沿って貫通した状態で形成されている。
　また、電極収容部１０５は、第１主放電電極１０４の長手方向に直交する幅方向に４つ形成されている。この場合、４つの電極収容部１０５は、主プラズマＰＭが均一に生成されるように第１主放電電極１０４の幅方向に等間隔でかつ互いに平行に延びて形成されている。そして、各電極収容部１０５内には、４つの予備放電電極１０１がそれぞれセラミック接着剤１０６によって固着された状態で収容され支持されている。
　この第１主放電電極１０４は、予備放電電源１４０に電気的に接続されているとともにこの予備放電電源１４０を介して主放電電源１４２に電気的に接続された状態で第１電極支持体１１０によって支持されている。なお、第１主放電電極１０４は、導電性を有する材料であれば良く、例えば、銀、金、チタンまたは銅などアルミニウム材以外の材料で構成することもできる。
　第２主放電電極１０７は、第１主放電電極１０４と対を構成して主プラズマＰＭを発生させるための部品であり、導電性を有する材料を長尺に延ばして形成されている。より具体的には、第２主放電電極１０７は、第１主放電電極１０４の主電極対向面１０４ａに主放電用誘電体１３０を介して対向する二電極対向面１０７ａを有した板状体で構成されており、第１主放電電極１０４に対して予備放電電極１０１よりも離れた位置に配置されている。本実施形態においては、第２主放電電極１０７は、アルミニウム材を長さが２００ｍｍ、幅が６０ｍｍおよび厚さが１５ｍｍの板状体に形成して構成されている。この第２主放電電極１０７は、第１主放電電極１０４に対して図示Ｚ軸方向に離隔した位置に第２電極支持体１１１によって支持された状態で主放電電源１４２に電気的に接続されている。
　二電極対向面１０７ａは、第１主放電電極１０４に面して主プラズマＰＭを発生させるための部分であり、主電極対向面１０４ａと平行な平面に形成されている。この場合、二電極対向面１０７ａは、第２主放電電極１０７の長手方向および同長手方向に直交する幅方向の各端部がそれぞれ丸みを帯びた曲面形状に形成されて局所的な放電が発生することを防止している。なお、第２主放電電極１０７は、導電性を有する材料であれば良く、例えば、銀、金、チタンまたは銅などアルミニウム材以外の材料で構成することもできる。
　第１電極支持体１１０は、第１主放電電極１０４を図示下方から支持する部品であり、第１主放電電極１０４を第１主放電電極１０４以外の物品から電気的に絶縁する不導体で構成されている。本実施形態においては、第１電極支持体１１０は、フッ素樹脂材で構成されている。この第１電極支持体１１０は、平面視で第１主放電電極１０４よりも大きな面積の方形の板状体で構成されており、図示しないボルトを介して第１電極支持体１１０を図示下方から固定的に支持している。
　第２電極支持体１１１は、第２主放電電極１０７を図示上方から支持する部品であり、第２主放電電極１０７を第２主放電電極１０７以外の物品から電気的に絶縁する不導体で構成されている。本実施形態においては、第２電極支持体１１１は、フッ素樹脂材で構成されている。この第２電極支持体１１１は、平面視で第２主放電電極１０７よりも大きな面積の方形の板状体で構成されており、図示しないボルトを介して第２電極支持体１１１を図示下方から固定的に支持している。この第２電極支持体１１１は、ギャップ調整機構１２０に支持されている。
　ギャップ調整機構１２０は、第１主放電電極１０４に対して第２主放電電極１０７を接近または離隔させて第１主放電電極１０４と第２主放電電極１０７との間隔を変更するための機械装置である。具体的には、ギャップ調整機構１２０は、ギャップ変更駆動モータ１２１および駆動伝達機構１２２をそれぞれ備えて構成されている。
　ギャップ変更駆動モータ１２１は、制御装置１５０によって作動が制御されて回転駆動するアクチュエータであり、駆動伝達機構１２２の上方に設けられる図示しない金属製のフレームに支持されている。駆動伝達機構１２２は、ギャップ変更駆動モータ１２１による回転駆動力を直線駆動力に変換して第２電極支持体１１１に伝達するための部品群である。具体的には、駆動伝達機構１２２は、本実施形態においては、ボールネジ１２３、可動体１２４および支持柱１２５をそれぞれ備えて構成されている。
　ボールネジ１２３は、雄ネジが形成されたネジ軸とこのネジ軸にネジ嵌合を介して噛み合うナット（図示せず）との間で複数のボール（図示せず）が転がり運動することで回転運動を直線運動に変換する機械要素であり、ネジ軸の一方の端部がギャップ変更駆動モータ１２１に連結されている。すなわち、駆動伝達機構１２２は、本実施形態においては送りネジ機構によって構成されている。
　可動体１２４は、ボールネジ１２３のネジ軸の回転運動によって往復直線運動する部品であり、金属製の板状体で構成されている。この可動体１２４は、ボールネジ１２３のナットを保持しており、このナットを介してボールネジ１２３のネジ軸の他方の端部に連結されている。また、可動体１２４は、支持柱１２５を介して第２電極支持体１１１を支持している。
　支持柱１２５は、可動体１２４に対して所定の間隔を介して対向した状態で第２電極支持体１１１を支持するための部品であり、丸棒状に形成されている。この場合、所定の間隔とは、ボールネジ１２３のネジ軸の回転駆動によって可動体１２４における図示下面から張り出すネジ軸の先端部が第２電極支持体１１１に接触しない距離である。この支持柱１２５は、可動体１２４および第２電極支持体１１１の各四隅に設けられて可動体１２４および第２電極支持体１１１に対してそれぞれ図示しないボルトを介して固定的に連結されている。
　このギャップ変更駆動モータ１２１は、第２主放電電極１０７を第１主放電電極１０４に接触する位置から主放電用誘電体１３０における第２主放電電極１０７側の表面（図示上面）に対して図示Ｚ軸方向に２０ｍｍだけ離隔した位置までの範囲で第２主放電電極１０７を第１主放電電極１０４に対して接近また離隔させることができるとともに同範囲内における任意の位置で位置決めすることができる。
　主放電用誘電体１３０は、予備放電電極１０１および第１主放電電極１０４と第２主放電電極１０７との間で両者を電気的に絶縁するとともに被処理物ＷＫを支持するための部品であり、主電極対向面１０４ａと二電極対向面１０７ａとの間で両者を覆う大きさの不導体で構成されている。より具体的には、主放電用誘電体１３０は、主電極対向面１０４ａおよび二電極対向面１０７ａの各長手方向および各幅方向の長さよりも長い長さのフッ素樹脂製のシート材を環状の無端ベルト状に形成して構成されている。本実施形態においては、主放電用誘電体１３０は、厚さが１ｍｍのフッ素樹脂製のシートを用いている。
　この主放電用誘電体１３０は、駆動ローラ１３１と従動ローラ１３２との間に架設されている。この場合、駆動ローラ１３１は、コンベア駆動モータ１３３によって回転駆動されて摩擦接触する主放電用誘電体１３０を回転駆動する。また、従動ローラ１３２は、駆動ローラ１３１によって回転駆動する主放電用誘電体１３０に摩擦接触して回転する。コンベア駆動モータ１３３は、制御装置１５０によって作動制御される駆動源であり、インダクションモータによって構成されている。
　すなわち、駆動ローラ１３１、従動ローラ１３２およびコンベア駆動モータ１３３は、主放電用誘電体１３０を水平方向に張った状態で周方向に回転駆動させるベルト駆動機構を構成している。そして、このベルト駆動機構および主放電用誘電体１３０は、被処理物ＷＫを一方から他方に向かって搬送するベルトコンベアを構成しており、本発明に係るワーク搬送機構を構成している。この場合、主放電用誘電体１３０は、ベルトコンベアにおける搬送ベルトを構成している。
　なお、本実施形態における主放電用誘電体１３０は、無端ベルトの周方向に沿って柔軟に屈曲する不導体で構成されていればよく、フッ素樹脂材以外の樹脂材（例えば、ポリアミド樹脂材など）からなるシート材であってもよい。また、図１、図３および図４においては、コンベア駆動モータ１３３を二点鎖線で示している。
　予備放電電源１４０は、予備放電電極１０１と第１主放電電極１０４とに対して交流電圧を印加するための電気機器である。本実施形態においては、予備放電電源１４０は、一般家庭用電源（１００Ｖ）から電力供給を受けて予備放電電極１０１および第１主放電電極１０４に対して電圧が±１ｋＶ～±２０ｋＶの範囲でかつ周波数が１００Ｈｚ～３０ｋＨｚの範囲で所望の電圧および周波数の交流電圧を印加することができる。この場合、予備放電電源１４０は、出力電圧の位相を変化させる図示しない移相器を備えている。また、予備放電電源１４０は、矩形波、正弦波、台形波および三角波のうちのいずれの交流電圧を連続的または間欠的に出力するものであってもよい。
　アース１４１は、予備放電電極１０１と第１主放電電極１０４との間に交流電圧を印加する電気回路である予備放電回路および第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間で交流電圧を印加する電気回路である主放電電気回路についてそれぞれ接地するための電気回路である。本実施形態においては、予備放電電源１４０および主放電電源１４２にそれぞれ電気的に接続された予備放電電極１０１に設けられている。
　なお、アース１４１は、予備放電電源１４０および主放電電源１４２にそれぞれ電気的に接続された第１主放電電極１０４に設けられていてもよい。また、アース１４１は、予備放電電気回路および主放電電気回路に対して共通に設けてもよいし、予備放電電気回路および主放電電気回路に対してそれぞれ別々に設けてもよい。さらに、アース１４１は、省略してもよい。
　主放電電源１４２は、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４とに対して交流電圧を印加するための電気機器である。本実施形態においては、主放電電源１４２は、一般家庭用電源（１００Ｖ）から電力供給を受けて第２主放電電極１０７および第１主放電電極１０４に対して電圧が±１ｋＶ～±２０ｋＶの範囲でかつ周波数が１００Ｈｚ～３０ｋＨｚの範囲で所望の電圧および周波数の交流電圧を印加することができる。この場合、主放電電源１４２は、出力電圧の位相を変化させる図示しない移相器を備えている。また、主放電電源１４２は、矩形波、正弦波、台形波および三角波のうちのいずれの交流電圧を連続的にまたは間欠的に出力するものであってもよいが、予備放電電源１４０と同じ波形を逆位相で出力することが好ましい。
　なお、これらの予備放電電源１４０および主放電電源１４２の出力電圧および周波数は、生成する予備プラズマＰＰおよび主プラズマＰＭに応じて適宜設定されるものであって本実施形態に限定されるものでないことは当然である。
　制御装置１５０は、直方体状の筐体の内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを備えて構成されており、プラズマ生成装置１００の全体の作動を総合的に制御するとともに、記憶装置に予め記憶された図示しないプラズマ処理プログラムを実行することにより被処理物ＷＫに対してプラズマ処理を行う。具体的には、制御装置１５０は、ギャップ変更駆動モータ１２１、コンベア駆動モータ１３３、予備放電電源１４０および主放電電源１４２の各作動を制御して主放電用誘電体１３０上の被処理物ＷＫに対してプラズマ処理を実行する。
　この制御装置１５０には、作業者からの指示を受け付けて制御装置１５０に入力するスイッチ群からなる入力装置および制御装置１５０の作動状況を表示する表示ランプおよび液晶表示装置をそれぞれ備えた操作盤１５１を備えている。なお、このプラズマ生成装置１００は、外部電源か電力を受けて電力を必要とする機器、具体的には、ギャップ変更駆動モータ１２１、コンベア駆動モータ１３３、予備放電電源１４０、主放電電源１４２および制御装置１５０にそれぞれ電力を供給する電源部を備えているが本発明に直接関わらないため、その説明は省略する。
　また、このプラズマ生成装置１００は、被処理物ＷＫにプラズマを照射する作業を行う屋内または屋外に設けられる。この場合、プラズマ生成装置１００は、単体で設置されてもよいが被処理物ＷＫに対して各種の加工を行う加工ライン内に組み込まれて設けられてもよい。
（プラズマ生成装置１００の作動）
　次に、上記のように構成したプラズマ生成装置１００の作動について説明する。本実施形態においては、プラズマ生成装置１００は、豆、小麦、ゴマ、胡椒または茶葉（碾茶や抹茶を含む）などの粉状または粒状の食品の製造加工ラインに組み込まれてこれらを被処理物ＷＫとして殺菌消毒処理を行う場合について説明する。この場合、プラズマ生成装置１００は、標準大気圧の大気中に直接露出した状態で設置される。
　プラズマ生成装置１００を使用して被処理物ＷＫにプラズマ照射を行う作業者は、まず、制御装置１５０を起動させてプラズマ処理に関する初期設定を行う。具体的には、作業者は、操作盤１５１を操作して予備放電電源１４０の電圧、電流、および周波数、主放電電源１４２の電圧、電流、および周波数、被処理物ＷＫの搬送速度および第２主放電電極１０７の初期位置をそれぞれ設定する。
　この場合、予備放電電源１４０の電圧、電流および周波数は、主プラズマＰＭを発生させるために必要な予備プラズマＰＰを発生させるための電圧、電流および周波数である。この予備放電電源１４０が出力する電圧、電流および周波数は、発生させる主プラズマＰＭに応じて予め実験的に求めることができる。また、主放電電源１４２の電圧、電流および周波数とは、主プラズマＰＭを発生させるために必要な電圧、電流および周波数である。この場合、主放電電源１４２が出力する電圧、電流および周波数は、被処理物ＷＫに必要なプラズマ処理内容に応じて予め実験的に求めることができる。
　また、被処理物ＷＫの搬送速度とは、主放電用誘電体１３０に載置した被処理物ＷＫを第１主放電電極１０４と第２主放電電極１０７との間のプラズマ処理空間ＰＳ内を通過させる速度であり、コンベア駆動モータ１３３の回転速度である。また、第１主放電電極１０４の初期位置は、主プラズマＰＭを発生させる際における第１主放電電極１０４に対する図示Ｚ軸方向における第２主放電電極１０７の位置である。
　本実施形態においては、作業者は、制御装置１５０に対して予備放電電源１４０の出力として、例えば、電圧が±５ｋＶ、電流が２０ｍＡおよび周波数が１０ｋＨｚの交流電圧を設定する。また、作業者は、制御装置１５０に対して主放電電源１４２の出力として、例えば、電圧が±９ｋＶ、電流が２０ｍＡおよび周波数が１０ｋＨｚで予備放電電源１４０の出力電圧とは逆位相の交流電圧を設定する。
　また、作業者は、制御装置１５０に対して被処理物ＷＫの搬送速度として、例えば、毎分５００ｍｍの速度を設定する。また、作業者は、制御装置１５０に対して第１主放電電極１０４の初期位置として、例えば、主放電用誘電体１３０の上面に対して１ｍｍだけ離隔した位置を設定する。
　次に、作業者は、操作盤１５１を操作して制御装置１５０に対して予備プラズマＰＰの生成を指示する。この指示に応答して、制御装置１５０は、予備放電電源１４０の作動を制御することにより、予備放電電極１０１と第１主放電電極１０４との間に交流電圧を印加する。これにより、予備放電電極１０１と第１主放電電極１０４との間では、図４に示すように、両者間に存在する大気の一部が電離するとともに活性化されて予備プラズマＰＰが発生する。
　この場合、予備プラズマＰＰは、４つの予備放電電極１０１にそれぞれ沿って４つの線状に生成される。すなわち、予備プラズマＰＰは、大気圧下における誘電体バリア放電によって生成される。なお、図４においては、予備プラズマＰＰを薄いハッチングで示している。
　次に、作業者は、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間に主プラズマＰＭを発生させる。具体的には、作業者は、操作盤１５１を操作して制御装置１５０に対して主プラズマＰＭの生成を指示する。この指示に応答して、制御装置１５０は、主放電電源１４２の作動を制御することにより、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間に交流電圧を印加する。これにより、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間では、図５に示すように、両者間に存在する大気の一部が前記予備プラズマＰＰによって発生した電子または活性種をトリガとして電離するとともに活性化されて主プラズマＰＭが発生する。
　この場合、主プラズマＰＭは、４つの線状に形成された予備プラズマＰＰのうちの外側に形成された２つの予備プラズマＰＰ間における方形の面状の領域内で放電が一様で柱状に延びて形成される。すなわち、本発明に係るプラズマ生成装置１００は、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間で均一な放電が面状に広がって柱状に立ち上る主プラズマＰＭを形成することができる。また、この主プラズマＰＭの生成においては、第２主放電電極１０７が第１主放電電極１０４の近傍に接近して配置されているため、均一な柱状の主プラズマＰＭを短時間に精度良く生成することができる。
　この主プラズマＰＭが形成された空間がプラズマ処理空間ＰＳである。なお、図５においては、主プラズマＰＭを予備プラズマＰＰよりも濃いハッチングで示している。また、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間で均一な放電が面状に広がって柱状に立ち上る主プラズマＰＭとは、少なくとも人が目視で均一と確認できるレベルである。
　次に、作業者は、主プラズマＰＭが形成されたプラズマ処理空間ＰＳの厚さを拡大する。具体的には、作業者は、操作盤１５１を操作して第２主放電電極１０７を第１主放電電極１０４に対して離隔する方向に変位させる。この場合、作業者は、図６に示すように、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間に形成された主プラズマＰＭを目視しながら主プラズマＰＭが消滅しない程度の速さで第２主放電電極１０７を図示上方に変位させる。また、作業者は、主放電用誘電体１３０上に載置される被処理物ＷＫが接触しない位置にまで第２主放電電極１０７を変位させる。
　また、作業者は、第２主放電電極１０７を第１主放電電極１０４に対して離隔する過程において主プラズマＰＭの全部または一部が消滅した場合、または形成状態が不安定化した場合には操作盤１５１を操作して第２主放電電極１０７を第１主放電電極１０４に対して接近する方向に変位させる。これにより、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間に再び主プラズマＰＭが精度良く生成される。したがって、作業者は、再度、操作盤１５１を操作して第２主放電電極１０７を第１主放電電極１０４に対して離隔する方向に変位させることができる。
　次に、作業者は、主放電用誘電体１３０を回転駆動させる。具体的には、作業者は、操作盤１５１を操作して制御装置１５０に対してコンベア駆動モータ１３３の回転駆動の開始を指示することで主放電用誘電体１３０を回転駆動させることができる（図６における破線矢印参照）。
　次に、作業者は、被処理物ＷＫへのプラズマ照射処理を行う。具体的には、作業者は、主放電用誘電体１３０上に被処理物ＷＫを連続的に供給するワーク供給装置（図示せず）の作動を開始させることによって主放電用誘電体１３０上に被処理物ＷＫを連続的に供給する。これにより、主放電用誘電体１３０上に載置された被処理物ＷＫは、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間に形成された主プラズマＰＭ中を通過することでプラズマ照射されて殺菌処理が行なわれる。なお、主プラズマＰＭが照射された被処理物ＷＫは、図示しない被処理物ＷＫの回収装置によって回収される。
　次に、作業者は、被処理物ＷＫへのプラズマ照射処理を終了する場合には、被処理物ＷＫを主放電用誘電体１３０上に供給するワーク供給装置の作動を停止させた後、操作盤１５１を操作して制御装置１５０に対して予備放電電源１４０、主放電電源１４２およびコンベア駆動モータ１３３の各作動の停止を指示する。これにより、プラズマ生成装置１００は、予備プラズマＰＰおよび主プラズマＰＭがそれぞれ消滅するとともに主放電用誘電体１３０の回転駆動が停止して被処理物ＷＫへのプラズマ照射処理を終了することができる。
　なお、この場合、作業者は、主放電電源１４２の作動を停止させることで主プラズマＰＭを消滅させて被処理物ＷＫへのプラズマ照射処理を終了することができるが、予備放電電源１４０の作動を停止させることでも主プラズマＰＭを消滅させて被処理物ＷＫへのプラズマ照射処理を終了させることができる。すなわち、作業者は、予備放電電源１４０および主放電電源１４２のうちの一方の作動を停止させることで主プラズマＰＭを消滅させて被処理物ＷＫへのプラズマ照射処理を終了することができる。この場合、作業者は、予備放電電源１４０および主放電電源１４２のうちの一方の作動を停止させた後、他方の作動を停止させることになる。
　上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、プラズマ生成装置１００は、一対の主放電電極を構成する第１主放電電極１０４および第２主放電電極１０７における２つの電極間の間隔を変更するギャップ調整機構１２０を備えているため、被処理物ＷＫの大きさに応じて一対の主放電電極間の間隔、すなわち、プラズマ処理空間ＰＳの厚さを調節することができ幅広い大きさの被処理物ＷＫに対してプラズマ処理を行なうことができる。
　さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、下記変形例の説明においては、参照する各図における上記実施形態と同様の構成部分に同じ符号または対応する符号を付すとともに直接関わらない部分については説明を省略する。
　例えば、上記実施形態においては、プラズマ生成装置１００は、第２主放電電極１０７の図示Ｚ軸方向の変位を制御装置１５０を介した手動操作によって行った。しかし、プラズマ生成装置１００は、第２主放電電極１０７の図示Ｚ軸方向の変位を制御装置１５０が自動的に行うように構成することもできる。具体的には、制御装置１５０は、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間に交流電圧を印加して第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間に主プラズマＰＭを発生させた後、ギャップ変更駆動モータ１２１の作動を制御して第２主放電電極１０７を第１主放電電極１０４に対して離隔する方向に変位させる。
　この場合、作業者は、前記初期設定作業において、第２主放電電極１０７の変位量を予め制御装置１５０に設定しておく。また、これらの場合、制御装置１５０は、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間に交流電圧を印加した後、所定時間（例えば、数秒～数十秒）の経過を待つことで主プラズマＰＭが形成されたと見做して第２主放電電極１０７を変位させることができる。
　また、プラズマ生成装置１００は、図１の破線に示すように、主プラズマＰＭの発生、消滅、均一性の変化および強度の変化などの状態を検出するプラズマ検出部１６０を備えて構成することができる。例えば、プラズマ生成装置１００は、制御装置１５０に主プラズマＰＭが形成される前後における第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間で流れる電流値の変化によって主プラズマＰＭの状態を検出するプラズマ検出部１６０を設けて構成することができる。
　この場合、制御装置１５０は、主プラズマＰＭが形成される前後における第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間で流れる電流値の変化を予め記憶しておき、プラズマ検出部１６０が第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間で流れる電流値の変化を監視することで主プラズマＰＭの形成を検出したとき第２主放電電極１０７を変位させることができる。
　また、プラズマ生成装置１００は、図２の破線および図７にそれぞれ示すように、主プラズマＰＭを撮像して撮像画像データを制御装置１５０に出力する撮像器１６１と、この撮像画像データを画像処理（例えば、二値化処理）することで主プラズマＰＭの状態を検出するプラズマ検出部１６２を設けて構成することができる。この場合、制御装置１５０は、主プラズマＰＭが形成される前のプラズマ処理空間ＰＳの画像データおよび／または理想的な主プラズマＰＭの画像データを予め記憶しておき、撮像器１６１から出力される撮像画像データと比較処理を行なうことでプラズマ検出部１６２が主プラズマＰＭの形成を検出したとき第２主放電電極１０７を変位させることができる。なお、撮像器１６１としては、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサのほか、赤外線または紫外線を検出する検出素子を用いることができる。
　また、プラズマ生成装置１００は、プラズマ検出部１６０，１６２を備えた場合には、主プラズマＰＭの形成に代えてまたは加えて、主プラズマＰＭの形成の維持および主プラズマＰＭの消滅を検出して第２主放電電極１０７を変位させることができる。例えば、制御装置１５０は、プラズマ検出部１６０，１６２が主プラズマＰＭの形成状態が理想の形成状態から外れたことを検出したとき第２主放電電極１０７を第１主放電電極１０４側に変位させて主プラズマＰＭの形成状態を理想的な状態に回復させた後、第２主放電電極１０７を再び元の位置に復帰させることができる。また、制御装置１５０は、プラズマ検出部１６０，１６２が主プラズマＰＭの消滅を検出したときには、前記した主プラズマＰＭの回復処理、作業者に対して警報の発信またはプラズマ生成装置１００の非常停止を行うことができる。
　また、プラズマ生成装置１００は、プラズマ検出部１６０，１６２を備えた場合には、ギャップ調整機構１２０の作動制御に代えてまたは加えて、予備放電電源１４０および／または主放電電源１４２の作動を制御することができる。例えば、制御装置１５０は、プラズマ検出部１６０，１６２が主プラズマＰＭの形成状態が理想の形成状態から外れたことを検出したとき予備放電電源１４０および／または主放電電源１４２の作動を制御して印加電圧を増加または低減させて主プラズマＰＭの形成状態を理想的な状態に回復させることができる。また、制御装置１５０は、プラズマ検出部１６０，１６２が主プラズマＰＭの消滅を検出したときには、予備放電電源１４０および／または主放電電源１４２の作動を停止させることができる。
　また、プラズマ生成装置１００は、主放電用誘電体１３０上に配置される被処理物ＷＫの高さに応じて第２主放電電極１０７を変位させることができる。具体的には、プラズマ生成装置１００は、図２の破線および図８にそれぞれ示すように、主放電用誘電体１３０上に配置される被処理物ＷＫの高さに対応する検出信号を制御装置１５０に出力するワーク高検出器１７０を備えて構成できる。
　この場合、ワーク高検出器１７０は、主放電用誘電体１３０による被処理物ＷＫの搬送方向におけるプラズマ処理空間ＰＳよりも下流側に配置することも可能であるが上流側に配置するとよい。また、ワーク高検出器１７０は、被処理物ＷＫの高さが基準となる１つの高さよりも高いことおよび／または低いことを検出してもよいし、被処理物ＷＫの高さそのものを測定するようにしてもよい。また、ワーク高検出器１７０は、被処理物ＷＫに物理的に接触して検出信号を出力する接触式検出器、被処理物ＷＫに光線または超音波を照射して反射光または反射波に対応する検出信号を出力する光学式検出器または超音波式検出器、または被処理物ＷＫを撮像して撮像画像データを出力する撮像素子で構成することができる。
　このように構成したプラズマ生成装置１００によれば、制御装置１５０は、ワーク高検出器１７０から出力される検出信号を用いて被処理物ＷＫの高さを検出して被処理物ＷＫがプラズマ処理空間ＰＳに入る前に第２主放電電極１０７の図示Ｚ軸方向の位置を被処理物ＷＫの高さよりも高くなる位置に位置するようにギャップ変更駆動モータ１２１の作動を制御する。この場合、制御装置１５０は、第２主放電電極１０７の図示Ｚ軸方向の位置を被処理物ＷＫのプラズマ処理に最適な位置、具体的には、被処理物ＷＫの上端部に接触しない位置で同上端部よりも僅かに高い位置に位置決めすることができる。これらにより、プラズマ生成装置１００は、高さが互いに異なる複数種類の被処理物ＷＫを第２主放電電極１０７に物理的に接触させることなくプラズマ処理することができる。
　なお、制御装置１５０は、プラズマ処理空間ＰＳ内に位置する全ての被処理物ＷＫのうちの最も高さが高い被処理物ＷＫの高さに合わせて第２主放電電極１０７の図示Ｚ軸方向の位置を制御してもよいし、プラズマ処理空間ＰＳ内に１つずつ被処理物ＷＫを導入するように制御することもできる。
　また、プラズマ生成装置１００は、ワーク高検出器１７０を備えた場合には、第２主放電電極１０７の変位に代えてまたは加えて、予備放電電源１４０および／または主放電電源１４２の作動を制御することができる。例えば、制御装置１５０は、ワーク高検出器１７０から出力される検出信号を用いて被処理物ＷＫの高さを検出してこの被処理物ＷＫの高さに適した主プラズマＰＭが形成されるように予備放電電源１４０および／または主放電電源１４２の作動を制御して印加電圧を増加または低減させて主プラズマＰＭの形成状態を理想的な状態にすることができる。この場合、被処理物ＷＫの高さに適した主プラズマＰＭは、予め実験的に求められて制御装置１５０に記憶される。
　なお、上記各変形例において、第２主放電電極１０７の図示Ｚ軸方向の位置は、制御装置１５０が第２主放電電極１０７を図示Ｚ軸方向に変位させる制御値によって常に把握するようにしてもよいし、第２主放電電極１０７の図示Ｚ軸方向の位置を検出する高さ方向位置検出器からの検出信号によって把握するようにしてもよい。
　また、上記実施形態においては、予備放電電極１０１は、導体１０２を予備放電用誘電体１０３を介して第１主放電電極１０４に隣接配置して構成した。しかし、予備放電電極１０１は、互いに対向する２つの主放電電極である第１主放電電極１０４と第２主放電電極１０７の間で第１主放電電極１０４および第２主放電電極１０７のうちの少なくとも一方の主放電電極に誘電体を介して隣接して設けられていればよい。したがって、予備放電電極１０１は、第１主放電電極１０４に代えてまたは加えて第２主放電電極１０７に隣接して設けることができる。
　また、予備放電電極１０１は、上記実施形態においては、導体１０２と第１主放電電極１０４との間で予備プラズマＰＰを生成するように構成した。しかし、予備放電電極１０１は、２つまたは３つ以上の導体１０２の各間に誘電体を配置することでこれらの導体１０２間で予備プラズマＰＰを生成するように構成することもできる。また、導体１０２は、上記実施形態においては、丸棒体で構成したが、丸棒体以外の形状、例えば、角棒体または板状体（シート状も含む）に形成することもできる。なお、誘電体は、上記実施形態のように必ずしもガラス管で構成する必要ななく、セラミック材、樹脂材またはゴム材などの絶縁体で構成されていればよい。
　また、上記実施形態においては、プラズマ生成装置１００は、第２主放電電極１０７を第１主放電電極１０４に対して変位させるように構成した。しかし、プラズマ生成装置１００は、第１主放電電極１０４と第２主放電電極１０７とが互いに相対変位するように構成されていればよい。したがって、プラズマ生成装置１００は、第１主放電電極１０４が第２主放電電極１０７に対して変位するように構成されていてもよいし、第１主放電電極１０４および第２主放電電極１０７がそれぞれ変位するように構成されていてもよい。
　また、上記実施形態においては、ギャップ調整機構１２０は、ギャップ変更駆動モータ１２１およびボールネジ１２３をそれぞれ有する送りネジ機構で構成した。しかし、ギャップ調整機構１２０は、第１主放電電極１０４と第２主放電電極１０７とを互いに相対変位するように構成されていればよい。したがって、ギャップ調整機構１２０は、ボールネジ１２３以外のネジ、例えば、台形ネジを有する送りネジ機構で構成することができる。また、ギャップ調整機構１２０は、ギャップ変更駆動モータ１２１以外のアクチュエータ、例えば、エアシリンダまたは油圧シリンダを用いて構成することもできる。
　また、上記実施形態においては、プラズマ生成装置１００は、制御装置１５０を備えて構成した。これにより、プラズマ生成装置１００は、ギャップ調整機構１２０を作業員が人手で操作する場合に比べて第１主放電電極１０４と第２主放電電極１０７との間隔を迅速かつ正確に調節することができる。しかし、プラズマ生成装置１００は、制御装置１５０を省略して構成することもできる。この場合、プラズマ生成装置１００は、ギャップ変更駆動モータ１２１、コンベア駆動モータ１３３、予備放電電源１４０および主放電電源１４２の各作動を個別に手動操作すればよい。
　また、上記実施形態においては、作業者は、予備放電電源１４０は電圧が±５ｋＶで周波数が１０ｋＨｚの交流電圧を出力するとともに、主放電電源１４２は電圧が±９ｋＶで周波数が１０ｋＨｚの交流電圧を出力するように調整した。しかし、予備放電電源１４０および主放電電源１４２の各出力の仕様は、被処理物ＷＫに対して必要な主プラズマＰＭの量および強さに応じて適宜設定されるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。したがって、予備放電電源１４０から出力される交流電圧が主放電電源１４２から出力される交流電圧よりも高電圧、高周波数、低電圧、低周波、同電圧および同周波数のうちのいずれかであることは当然に生じ得ることである。なお、プラズマ生成装置１００は、予備放電電源１４０および主放電電源１４２を１つの電源設備で構成することもできる。
　また、予備放電電極１０１、第１主放電電極１０４および第２主放電電極１０７にそれぞれ印加する交流電圧の電圧および周波数についても被処理物ＷＫに対して必要な主プラズマＰＭの量および強さに応じて適宜設定されるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。したがって、予備放電電極１０１、第１主放電電極１０４および第２主放電電極１０７にそれぞれ印加する交流電圧の電圧値および周波数は、±１ｋＶ以下または±２０ｋＶ以上の電圧値であってもよいし、１００Ｈｚ以下または１０ｋＨｚ以上の周波数であってもよい。
　また、上記実施形態においては、主放電電源１４２は、第１主放電電極１０４に対して予備放電電源１４０を介して接続した。しかし、主放電電源１４２は、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間に交流電圧を印加できるように接続されていれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。したがって、主放電電源１４２は、例えば、第１主放電電極１０４に対して予備放電電源１４０を介することなく直接接続することもできる。なお、予備放電電源１４０についても同様に、予備放電電極１０１と第１主放電電極１０４との間に交流電圧を印加できるように接続されていれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。
　また、上記実施形態においては、プラズマ生成装置１００は、４つの予備放電電極１０１を備えて構成した。この場合、４つの予備放電電極１０１は、第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間で主プラズマＰＭが面状で柱状に立ち上がって形成される間隔で配置した。これにより、プラズマ生成装置１００は、予備放電電極１０１の長手方向に直交する幅方向にも幅広の主プラズマＰＭを生成することができる。なお、この場合、予備放電電極１０１の配置間隔は、印加電圧や電極間距離に応じて予め実験的に求められる。しかし、プラズマ生成装置１００は、少なくとも１つの予備放電電極１０１を備えて構成することができるものであり、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。したがって、プラズマ生成装置１００は、５つ以上の予備放電電極１０１を備えて構成することもできる。
　また、複数の予備放電電極１０１を設ける場合、予備放電電極１０１の配置間隔を第２主放電電極１０７と第１主放電電極１０４との間で主プラズマＰＭが幅広な面状に形成されない間隔、すなわち、各予備放電電極１０１が単独で線状または帯状の主プラズマＰＭを形成する間隔で配置することもできる。
　また、上記実施形態においては、主放電用誘電体１３０は、無端ベルト状に形成した。しかし、主放電用誘電体１３０は、第２主放電電極１０７と予備放電電極１０１および第１主放電電極１０４との間に配置されて予備放電電極１０１、第１主放電電極１０４および第２主放電電極１０７に沿って延びる誘電体で構成されていればよい。したがって、主放電用誘電体１３０は、例えば、ガラスを含むセラミック材、樹脂材またはゴム材などの不導体を環状に形成されていない単なる平面状のシート状または板状に形成して構成することができる。
　また、上記実施形態においては、主放電用誘電体１３０は、被処理物ＷＫを支持するように構成した。しかし、主放電用誘電体１３０は、他の支持部材で被処理物ＷＫを支持するように構成すれば、必ずしも被処理物ＷＫを支持するように構成する必要はない。
　また、上記実施形態においては、プラズマ生成装置１００は、食品からなる被処理物ＷＫに対して主プラズマＰＭを照射して殺菌消毒するように構成した。しかし、プラズマ生成装置１００は、食品以外の被処理物ＷＫ（例えば、医療器具など）に対して主プラズマＰＭを照射して殺菌消毒するように構成してもよいし、殺菌挿毒以外の目的で被処理物ＷＫに対して主プラズマＰＭを照射してもよい。プラズマ生成装置１００は、例えば、アッシング、エッチングまたは被膜形成などの表面処理、接着性や濡れ性の改善または表面硬化などの表面改質に用いることができる。
ＷＫ…被処理物、ＰＰ…予備プラズマ、ＰＭ…主プラズマ、ＰＳ…プラズマ処理空間、
１００…プラズマ生成装置、
１０１…予備放電電極、１０２…導体、１０３…予備放電用誘電体、１０４…第１主放電電極、１０４ａ…主電極対向面、１０５…電極収容部、１０６…セラミック接着剤、１０７…第２主放電電極、１０７ａ…二電極対向面、
１１０…第１電極支持体、１１１…第２電極支持体、
１２０…ギャップ調整機構、１２１…ギャップ変更駆動モータ、１２２…駆動伝達機構、１２３…ボールネジ、１２４…可動体、１２５…支持柱、
１３０…主放電用誘電体、１３１…駆動ローラ、１３２…従動ローラ、１３３…コンベア駆動モータ、
１４０…予備放電電源、１４１…アース、１４２…主放電電源、
１５０…制御装置、１５１…操作盤、
１６０…プラズマ検出部、１６１…撮像器、１６２…プラズマ検出部
１７０…ワーク高検出器。

Claims (6)

  1. 　導体で構成された２つの主放電電極が互いに対向配置された一対の主放電電極と、
    　前記互いに対向する２つの主放電電極の間で少なくとも一方の主放電電極に誘電体を介して隣接して設けられた予備放電電極と、
    　前記予備放電電極に交流電圧を印加して予備プラズマを発生させるための予備放電電源と、
    　前記主放電電極に交流電圧を印加して主プラズマを発生させるための主放電電源と、
    　前記互いに対向する２つの主放電電極の間に配置されて前記一対の主放電電極に沿って延びる誘電体からなる主放電用誘電体と、
    　前記互いに対向する２つの主放電電極を相対的に変位させることで前記一対の主放電電極間の間隔を変更するギャップ調整機構とを備えることを特徴とするプラズマ生成装置。
  2. 　請求項１に記載したプラズマ生成装置において、さらに、
    　前記ギャップ調整機構の作動を制御する制御装置を備えることを特徴とするプラズマ生成装置。
  3. 　請求項２に記載したプラズマ生成装置において、
    　前記制御装置は、
    　前記主プラズマの状態を検出する主プラズマ検出部を有しており、
    　前記主プラズマ検出部による前記主プラズマの状態の検出結果に基づいて前記ギャップ調整機構の作動を制御することを特徴とするプラズマ生成装置。
  4. 　請求項３に記載したプラズマ生成装置において、
    　前記制御装置は、
    　前記予備放電電源および前記主放電電源のうちの少なくとも一方の作動を前記主プラズマ検出部による前記主プラズマの状態の検出結果に基づいて制御することを特徴とするプラズマ生成装置。
  5. 　請求項２ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載したプラズマ生成装置において、さらに、
    　前記主プラズマの照射対象である被処理物を支持して前記一対の主放電電極間に搬送するワーク搬送機構と、
    　前記ワーク搬送機構によって前記一対の主放電電極間に搬送される前記被処理物の高さに対応する検出信号を出力するワーク高検出器とを備え、
    　前記制御装置は、
    　前記ワーク高検出器が出力する前記検出信号に基づいて前記ギャップ調整機構の作動を制御することを特徴とするプラズマ生成装置。
  6. 　請求項５に記載したプラズマ生成装置において、
    　前記制御装置は、
    　前記予備放電電源および前記主放電電源のうちの少なくとも一方の作動を前記ワーク高検出器が出力する前記検出信号に基づいて制御することを特徴とするプラズマ生成装置。
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