WO2022123674A1 - 締結構造体、およびプラズマ発生装置 - Google Patents

締結構造体、およびプラズマ発生装置 Download PDF

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WO2022123674A1
WO2022123674A1 PCT/JP2020/045804 JP2020045804W WO2022123674A1 WO 2022123674 A1 WO2022123674 A1 WO 2022123674A1 JP 2020045804 W JP2020045804 W JP 2020045804W WO 2022123674 A1 WO2022123674 A1 WO 2022123674A1
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WO
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ceramic member
young
modulus
base
head
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Application number
PCT/JP2020/045804
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English (en)
French (fr)
Inventor
裕貴 佐野
卓也 岩田
航 日下
Original Assignee
株式会社Fuji
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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
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles

Definitions

  • the present disclosure relates to a fastening structure or the like in which a ceramic member made of ceramic is fastened to a base by a screwing member.
  • the subject of this specification is to properly fasten a ceramic member to a base with a screw member.
  • the present specification comprises a base composed of one or more members and having a screw hole, a shaft having a screw thread screwed into the screw hole, and an end portion of the shaft.
  • a ceramic member having a head formed in, a ceramic ceramic member having an insertion hole through which a shaft of the screw member is inserted, and a ceramic member arranged between the head and the ceramic member.
  • a washer having a Young's modulus lower than the Young's modulus of the head and the Young's modulus of the ceramic member is arranged between the base and the ceramic member and is located on the side of the ceramic member among one or more members of the base.
  • a fastening structure comprising at least one of a Young's modulus of a member and an intermediate member having a Young's modulus lower than the Young's modulus of the ceramic member.
  • the ceramic member can be appropriately fastened to the base by the screwing member by at least one of the washer and the intermediate member.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the plasma apparatus. It is a perspective view which shows the plasma head. It is sectional drawing which cut the plasma head in the X direction and Z direction at the position of the electrode and the plasma passage on the main body side. It is sectional drawing in the AA line of FIG. It is sectional drawing in BB line of FIG. It is sectional drawing which shows the plasma head of this invention. It is sectional drawing which shows the plasma head of the modification. It is sectional drawing which shows the plasma head of the modification. It is sectional drawing which shows the plasma head of the modification.
  • the plasma device 10 includes a plasma head 11, a robot 13, and a control box 15.
  • the plasma head 11 is attached to the robot 13.
  • the robot 13 is, for example, a serial link type robot (also referred to as an articulated robot).
  • the plasma head 11 can irradiate plasma gas while being held at the tip of the robot 13.
  • the plasma head 11 can move three-dimensionally according to the drive of the robot 13.
  • the control box 15 is mainly composed of a computer and controls the plasma device 10 in an integrated manner.
  • the control box 15 has a power supply unit 15A for supplying electric power to the plasma head 11 and a gas supply unit 15B for supplying gas to the plasma head 11.
  • the power supply unit 15A is connected to the plasma head 11 via a power cable (not shown).
  • the power supply unit 15A changes the voltage applied to the electrode 33 (see FIGS. 3 and 4) of the plasma head 11 based on the control of the control box 15.
  • the gas supply unit 15B is connected to the plasma head 11 via a plurality of (four in this embodiment) gas tubes 19.
  • the gas supply unit 15B supplies the reaction gas, the carrier gas, and the heat gas, which will be described later, to the plasma head 11 based on the control of the control box 15.
  • the control box 15 controls the gas supply unit 15B, and controls the amount of gas supplied from the gas supply unit 15B to the plasma head 11.
  • the robot 13 operates under the control of the control box 15 and irradiates the object W placed on the table 17 with plasma gas from the plasma head 11.
  • control box 15 includes an operation unit 15C having a touch panel and various switches.
  • the control box 15 displays various setting screens, operating states (for example, gas supply state, etc.) and the like on the touch panel of the operation unit 15C. Further, the control box 15 receives various information by inputting an operation to the operation unit 15C.
  • the plasma head 11 includes a plasma generation unit 21, a heat gas supply unit 23, and the like.
  • the plasma generation unit 21 generates plasma gas by converting the processing gas supplied from the gas supply unit 15B (see FIG. 1) of the control box 15 into plasma.
  • the heat gas supply unit 23 heats the gas supplied from the gas supply unit 15B to generate heat gas.
  • the plasma head 11 of the present embodiment ejects the plasma gas generated in the plasma generation unit 21 together with the heat gas generated by the heat gas supply unit 23 to the object W shown in FIG.
  • the plasma head 11 is supplied with the processing gas from the upstream side to the downstream side in the direction of the arrow shown in FIG.
  • the plasma head 11 may not be provided with the heat gas supply unit 23. That is, the plasma apparatus of the present disclosure may be configured without using heat gas.
  • the plasma generation unit 21 includes a housing 31, a pair of electrodes 33, a plasma irradiation unit 35, and the like.
  • 3 is a cross-sectional view taken along the positions of the pair of electrodes 33 and a plurality of plasma passages 71 on the main body side, which will be described later
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the housing 31 is composed of a first base 36 made of resin having high heat resistance, a second base 37 made of resin having high heat resistance, and a ceramic member 38 made of ceramic having high heat resistance. Then, as shown in FIG. 5, the ceramic member 38 is bolted to the first base 36 and the second base 37 by four bolts (only three are shown in the figure) 40.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
  • the ceramic member 38 has a generally cubic shape, and a notch portion 41 extending in the vertical direction is formed on each of the four sides extending in the vertical direction of the ceramic member 38.
  • An insertion hole 43 is formed from the upper end of the notch 41 toward the upper end surface of the ceramic member 38.
  • the inner diameter of the insertion hole 43 is slightly larger than the outer diameter of the shaft 45 of the bolt 40 and smaller than the outer diameter of the head 46 of the bolt 40.
  • the inner size of the notch 41 of the ceramic member 38 is larger than the outer diameter of the head of the bolt 40.
  • a screw thread 47 is formed on the shaft 45 of the bolt 40.
  • the first base 36 also has a generally cubic shape, and the outer dimensions of the lower surface of the first base 36 are substantially the same as the upper surface of the ceramic member 38.
  • screw holes 48 having a shape corresponding to the thread 47 of the shaft 45 of the bolt 40 are formed in each of the four corners of the lower surface of the first base 36.
  • the four screw holes 48 are formed in the first base 36 so as to coincide with the four insertion holes 43 formed in the ceramic member 38 in the vertical direction.
  • the second base 37 has a thick plate shape, and the outer dimensions of the upper surface and the lower surface of the second base 37 are substantially the same as the outer dimensions of the lower surface of the first base 36.
  • through holes 50 penetrating in the vertical direction are formed in each of the four corners of the second base 37.
  • the four through holes 50 are also formed in the second base 37 so as to coincide with the four insertion holes 43 formed in the ceramic member 38 in the vertical direction. Further, the inner diameter of the through hole 50 is slightly larger than the outer diameter of the shaft 45 of the bolt 40.
  • the second base 37 is arranged on the lower surface side of the first base 36 with the upper surface of the second base 37 in close contact with the lower surface of the first base 36, and the four screws of the first base 36 are arranged.
  • the hole 48 and the four through holes 50 of the second base 37 communicate with each other.
  • the ceramic member 38 is arranged on the lower surface side of the second base 37 with the upper surface of the ceramic member 38 in close contact with the lower surface of the second base 37, and the four through holes 50 of the second base 37 are arranged.
  • the four insertion holes 43 of the ceramic member 38 communicate with each other.
  • the tip of the shaft 45 of the bolt 40 is inserted from the lower end of the insertion hole 43 of the ceramic member 38, and is inserted into the screw hole 48 through the insertion hole 43 and the through hole 50 to be formed on the shaft 45.
  • the screw thread 47 is screwed into the screw hole 48.
  • the second base 37 and the ceramic member 38 are sandwiched between the head 46 of the bolt 40 and the screw hole 48 into which the screw thread 47 of the bolt 40 is screwed, whereby the first base 36 and the second base 36 and the second base 36 are sandwiched.
  • the base 37 and the ceramic member 38 are integrated. In this way, the second base 37 and the ceramic member 38 are bolted to the first base 36 by the four bolts 40, so that the first base 36, the second base 37, and the ceramic member 38 are integrated as the housing 31. Is made.
  • each of the pair of electrodes 33 has, for example, a cylindrical shape, and is fixed in a state where the tip portion thereof is projected into the reaction chamber 51.
  • the pair of electrodes 33 may be simply referred to as electrodes 33.
  • the direction in which the pair of electrodes 33 are arranged is referred to as the X direction
  • the direction in which the plasma generation unit 21 and the heat gas supply unit 23 are arranged is referred to as the Y direction
  • the axial direction of the cylindrical electrodes 33 is referred to as the Z direction.
  • the X direction, the Y direction, and the Z direction are orthogonal to each other.
  • the heat gas supply unit 23 includes a gas pipe 52, a heater 53, a connecting unit 54, and the like.
  • the gas pipe 52 and the heater 53 are attached to the outer peripheral surface of the housing 31 and covered with the cover 55 shown in FIG.
  • the gas pipe 52 is connected to the gas supply unit 15B of the control box 15 via the gas tube (see FIG. 1) 19.
  • Gas for example, air
  • the heater 53 is attached in the middle of the gas pipe 52. The heater 53 heats the gas flowing through the gas pipe 52 to generate heat gas.
  • the connecting portion 54 connects the gas pipe 52 to the plasma irradiation portion 35.
  • the connecting portion 54 is connected to the gas pipe 52 at one end and to the heat gas passage 56 formed in the plasma irradiation portion 35 at the other end. Heat gas is supplied to the heat gas passage 56 via the gas pipe 52.
  • an electrode cover 57 made of an insulator such as ceramics.
  • the electrode cover 57 has a substantially hollow cylindrical shape, and openings are formed at both ends in the longitudinal direction.
  • the gap between the inner peripheral surface of the electrode cover 57 and the outer peripheral surface of the electrode 33 functions as a gas passage 58.
  • the opening on the downstream side of the electrode cover 57 is connected to the reaction chamber 51.
  • the lower end of the electrode 33 protrudes from the opening on the downstream side of the electrode cover 57.
  • a reaction gas flow path 61 and a pair of carrier gas flow paths 63 are formed inside the first base 36 of the housing 31.
  • the reaction gas flow path 61 is connected to the gas supply unit 15B via the gas tube 19 (see FIG. 1), and the reaction gas supplied from the gas supply unit 15B flows into the reaction chamber 51.
  • the pair of carrier gas flow paths 63 are arranged at positions sandwiching the reaction gas flow path 61 in the X direction.
  • Each of the pair of carrier gas flow paths 63 is connected to the gas supply unit 15B via the gas tube 19 (see FIG. 1), and carrier gas is supplied from the gas supply unit 15B.
  • the carrier gas flow path 63 causes the carrier gas to flow into the reaction chamber 51 through the gas passage 58.
  • Oxygen (O2) can be used as the reaction gas (seed gas).
  • the gas supply unit 15B allows, for example, a mixed gas of oxygen and nitrogen (N2) (for example, dry air (Air)) to flow between the electrodes 33 of the reaction chamber 51 via the reaction gas flow path 61.
  • this mixed gas may be referred to as a reaction gas for convenience, and oxygen may be referred to as a seed gas.
  • Nitrogen can be used as the carrier gas.
  • the gas supply unit 15B allows carrier gas to flow in from each of the gas passages 58 so as to surround each of the pair of electrodes 33.
  • AC voltage is applied to the pair of electrodes 33 from the power supply unit 15A of the control box 15.
  • a voltage for example, as shown in FIG. 3
  • a pseudo arc A is generated between the lower ends of the pair of electrodes 33 in the reaction chamber 51.
  • the reaction gas passes through this pseudo arc A, the reaction gas is turned into plasma. Therefore, the pair of electrodes 33 generate a discharge of the pseudo arc A, turn the reaction gas into plasma, and generate plasma gas.
  • an internal nozzle 65 is fitted inside the reaction chamber 51 in the housing 31, and is located below the lower end of the pair of electrodes 33 inside the reaction chamber 51.
  • the internal nozzles 65 are formed with a plurality of (six in this embodiment) internal nozzle plasma passages 67 formed by arranging them at intervals in the X direction and extending in the Z direction.
  • the upstream end of the plurality of internal nozzle plasma passages 67 is open to the upper end surface of the internal nozzle 65 and is connected to the reaction chamber 51.
  • the downstream end of the plurality of internal nozzle plasma passages 67 is open to the lower end surface of the internal nozzle 65.
  • a plurality of (six in this embodiment) main body side plasmas formed by arranging at the lower end of the housing 31 in close contact with the lower end surface of the internal nozzle 65 at intervals in the X direction and extending in the Z direction.
  • a passage 71 is formed. The upstream end of the plurality of main body side plasma passages 71 communicates with the lower end of the plurality of internal nozzle plasma passages 67.
  • the plasma irradiation unit 35 includes a nozzle 73, a nozzle cover 75, and the like.
  • the nozzle 73 is generally T-shaped when viewed from the side in the X direction, and is composed of a nozzle body 77 and a nozzle tip 79.
  • the nozzle 73 is an integral part of the nozzle body 77 and the nozzle tip 79, and is made of highly heat-resistant ceramic.
  • the nozzle body 77 generally has a flange shape and is fixed to the lower surface of the housing 31 by bolts 80. Further, the nozzle tip 79 has a shape extending downward from the lower surface of the nozzle body 77.
  • the nozzle 73 is formed with a plurality of nozzle-side plasma passages 81 (six in this embodiment) that penetrate the nozzle body 77 and the nozzle tip 79 in the vertical direction, that is, in the Z direction.
  • the plurality of nozzle-side plasma passages 81 are arranged at intervals in the X direction.
  • the plurality of nozzle-side plasma passages 81 are formed at the same positions as the plurality of main body-side plasma passages 71 in the Z direction. Therefore, the plasma passage 71 on the main body side and the plasma passage 81 on the nozzle side communicate with each other.
  • the nozzle cover 75 is generally T-shaped when viewed from the side from the X direction, and is composed of a cover body 85 and a cover tip 87.
  • the nozzle cover 75 is an integral part of the cover main body 85 and the cover tip 87, and is made of highly heat-resistant ceramic.
  • the cover main body 85 has a generally plate-shaped plate thickness, and the cover main body 85 is formed with a concave portion 89 having an opening on the upper surface and a concave shape in the Z direction.
  • the cover body 85 is fixed to the lower surface of the ceramic member 38 of the housing 31 by bolts 90 so that the nozzle body 77 of the nozzle 73 is housed in the recess 89.
  • the nozzle cover 75 is removable from the housing 31, and is removed from the housing 31 when the nozzle 73 is replaced.
  • the cover body 85 is formed with a heat gas passage 56 so as to extend in the Y direction, one end of the heat gas passage 56 opens in the recess 89, and the other end of the heat gas passage 56 is the cover body. It is open to the side of 85.
  • the end of the heat gas passage 56 that opens on the side surface of the cover body 85 is connected to the connecting portion 54 of the heat gas supply portion 23 described above.
  • the cover tip 87 extends downward from the lower surface of the cover body 85.
  • One through hole 93 penetrating in the Z direction is formed in the cover tip 87, and the upper end portion of the through hole 93 communicates with the recess 89 of the cover main body 85.
  • the nozzle tip 79 of the nozzle 73 is inserted into the through hole 93. As a result, the nozzle 73 is entirely covered by the nozzle cover 75.
  • the lower end of the nozzle tip 79 of the nozzle 73 and the lower end of the cover tip 87 of the nozzle cover 75 are located at the same height.
  • the nozzle body 77 of the nozzle 73 is located inside the recess 89 of the nozzle cover 75, and the nozzle tip 79 of the nozzle 73 is inside the through hole 93 of the nozzle cover 75. Is located.
  • the plasma gas generated in the reaction chamber 51 is ejected together with the carrier gas from the opening 81A at the lower end of the nozzle-side plasma passage 81 via the main body-side plasma passage 71 and the nozzle-side plasma passage 81. .. Further, the heat gas supplied from the gas pipe 52 to the heat gas passage 56 flows through the heat gas output passage 95. This heat gas functions as a shield gas that protects the plasma gas. The heat gas flows through the heat gas output passage 95 and is ejected from the opening 95A at the lower end of the heat gas output passage 95 along the plasma gas ejection direction.
  • the heat gas is ejected so as to surround the plasma gas ejected from the opening 81A of the plasma passage 81 on the nozzle side.
  • the efficacy (wetting property, etc.) of the plasma gas can be enhanced.
  • the ceramic member 38 of the housing 31 in which the reaction chamber 51 is formed is made of ceramic having high heat resistance.
  • ceramic is a material having high heat resistance, it is a material having a low Young's modulus. Young's modulus is a constant of proportionality between the amount of strain and stress in the elastic range, and is the ratio of stress to the amount of strain.
  • the object having a low Young's modulus is deformed more than the object having a high Young's modulus. That is, an object having a low Young's modulus is easily deformed, and an object having a high Young's modulus is difficult to be deformed. Therefore, the ceramic member 38 made of ceramic having a low Young's modulus is easily deformed.
  • the second base 37 which is in close contact with the upper surface of the ceramic member 38, is made of a resin having high heat resistance, but has lower heat resistance than the ceramic member 38.
  • the resin which is the material of the second base 37 is a material having a Young's modulus lower than that of ceramic. That is, the Young's modulus of the second base 37 is higher than that of the ceramic member 38, and the second base 37 is more easily deformed than the ceramic member 38.
  • the bolt 40 for fastening the ceramic member 38 with the head 46 in close contact with the lower surface of the ceramic member 38 is made of steel, and the Young's modulus of the steel is higher than that of resin and ceramic. That is, the Young's modulus of the bolt 40 for fastening the ceramic member 38 is higher than that of the ceramic member 38, and the bolt 40 is less likely to be deformed than the ceramic member 38.
  • the upper surface of the ceramic member 38 is in close contact with the second base 37 having a Young's modulus lower than that of the ceramic member 38, and the lower surface of the ceramic member 38 is in close contact with the head 46 of the bolt 40 having a Young's modulus higher than that of the ceramic member 38. ing.
  • the temperature of the housing 31 repeatedly changes between high temperature and normal temperature.
  • the ceramic member 38 repeats thermal expansion and contraction, but when the thermal expansion and contraction are repeated, the easily deformable ceramic member 38 is greatly deformed. That is, thermal stress is repeatedly generated in the ceramic member 38, and the ceramic member 38 is greatly deformed.
  • the tightening torque of the bolt 40 is generated in the ceramic member 38 which is in close contact with the head 46 of the bolt 40.
  • the ceramic member 38 in close contact with the head 46 of the bolt 40 may be damaged due to the deformation of the ceramic member 38 when the thermal stress is generated, the tightening torque of the bolt 40, and the like.
  • the ceramic member 38 since the ceramic member 38 is bolted at the notch 41, the boundary line between the contact surface of the ceramic member 38 with the head 46 of the bolt 40 and the side surface of the notch 41 intersecting the contact surface. Stress is concentrated on the ceramics, and there is a high possibility of breakage at the boundary line.
  • the second base 37 when the temperature of the housing 31 repeatedly changes between high temperature and normal temperature, the second base 37 also repeats thermal expansion and contraction, but the Young's modulus of the second base 37 is higher than the Young's modulus of the ceramic member 38. Since it is low, the second base 37, which is easily deformed, is greatly deformed with the thermal expansion of the second base 37. Therefore, even if the ceramic member 38 is urged toward the head 46 of the bolt 40 due to the deformation of the second base 37, the ceramic member 38 in close contact with the head 46 of the bolt 40 may be damaged.
  • a washer 100 is disposed between the head 46 of the bolt 40 and the ceramic member 38, and the second base 37 and the ceramic member 38 are separated from each other.
  • An intermediate member 102 is arranged between them.
  • the washer 100 has an annular shape, the inner diameter of the washer 100 is larger than the outer diameter of the shaft 45 of the bolt 40, and the outer diameter of the washer 100 is substantially the same as the outer diameter of the head 46 of the bolt 40, or the head 46. Larger than the outer diameter of.
  • the washer 100 is arranged between each of the heads 46 of the four bolts 40 and the ceramic member 38.
  • the intermediate member 102 has a thin plate shape and has substantially the same dimensions as the upper surface of the ceramic member 38.
  • the intermediate member 102 is arranged between the upper surface of the ceramic member 38 and the lower surface of the second base 37.
  • the washer 100 and the intermediate member 102 are molded from a resin material or a rubber-based material having high heat resistance, and the washer 100 and the intermediate member 102 may be molded from the same material or different materials. May be good.
  • the resin material and rubber-based material having high heat resistance include PEEK, PPS, PES, fluorine-based rubber, and silicon-based rubber.
  • the Young's modulus of the washer 100 is lower than the Young's modulus of the bolt 40, that is, the head 46 and the Young's modulus of the ceramic member 38
  • the Young's modulus of the intermediate member 102 is the Young's modulus of the second base 37 and the Young's modulus of the ceramic member 38. Lower than the rate.
  • the washer 100 having a Young's modulus lower than that of the head 46 of the bolt 40 and the ceramic member 38 is disposed between the head 46 and the ceramic member 38 to prevent damage due to deformation of the ceramic member 38. be able to.
  • the ceramic member 38 thermally expands, if the washer 100 is not arranged between the ceramic member 38 and the head 46, the ceramic member 38 having a Young's modulus lower than that of the head 46 is deformed. ..
  • the washer 100 when the washer 100 is disposed between the ceramic member 38 and the head 46, when the ceramic member 38 thermally expands, the washer 100 having a Young's modulus lower than that of the head 46 of the bolt 40 and the ceramic member 38 is generated. transform.
  • the tightening torque of the bolt 40 is generated in the ceramic member 38 when the washer 100 is not arranged between the ceramic member 38 and the head 46, but is generated between the ceramic member 38 and the head 46.
  • the washer 100 When the washer 100 is arranged, it occurs in the washer 100.
  • the washer 100 having a Young's modulus lower than that of the head 46 and the ceramic member 38 is deformed by the tightening torque of the bolt 40. That is, when thermal stress is generated, the washer 100 is deformed instead of the ceramic member 38, and the washer 100 is deformed instead of the ceramic member 38 due to the tightening torque of the bolt 40 or the like.
  • deformation of the ceramic member 38 can be suppressed and damage to the ceramic member 38 can be prevented.
  • the intermediate member 102 having a Young's modulus lower than that of the second base 37 and the ceramic member 38 it is possible to prevent the ceramic member 38 from being damaged due to deformation. be able to.
  • the second base 37 is thermally expanded, if the intermediate member 102 is not arranged between the second base 37 and the ceramic member 38, the second base 37 is deformed and the ceramic member 38 is formed. Was urged toward the head 46 of the bolt 40.
  • the intermediate member 102 when the intermediate member 102 is arranged between the second base 37 and the ceramic member 38, when the second base 37 thermally expands, the Young's modulus is lower than that of the second base 37 and the ceramic member 38.
  • the intermediate member 102 is deformed. That is, when thermal stress is generated, the intermediate member 102 is deformed instead of the ceramic member 38.
  • the plasma head 11 is an example of a plasma generator.
  • the housing 31 is an example of a fastening structure.
  • the electrode 33 is an example of an electrode.
  • the first base 36 is an example of a base and one or more members.
  • the second base 37 is an example of a base and one or more members.
  • the ceramic member 38 is an example of a ceramic member.
  • the bolt 40 is an example of a screwing member.
  • the insertion hole 43 is an example of the insertion hole.
  • the shaft 45 is an example of a shaft.
  • the head 46 is an example of a head.
  • the screw thread 47 is an example of a screw thread.
  • the screw hole 48 is an example of a screw hole.
  • the reaction chamber 51 is an example of the reaction chamber.
  • the reaction gas flow path 61 is an example of a gas flow path.
  • the nozzle 73 is an example of a nozzle.
  • the washer 100 is an example of a washer.
  • the intermediate member 102 is an example of
  • a washer 100 having a Young's modulus lower than that of the head 46 of the bolt 40 and the ceramic member 38 is arranged between the head 46 and the ceramic member 38.
  • an intermediate member 102 having a Young's modulus lower than that of the second base 37 and the ceramic member 38 is arranged between the second base 37 and the ceramic member 38.
  • the plasma head 11 is a device that generates plasma by generating an electric discharge in the reaction chamber 51. Then, in the plasma head 11, the washer 100 is arranged between the head 46 of the bolt 40 and the ceramic member 38, and the intermediate member 102 is arranged between the second base 37 and the ceramic member 38. Damage to the ceramic member 38 is prevented. As a result, damage to the ceramic member 38 due to the temperature change of the housing 31 when the plasma head 11 is repeatedly used can be appropriately suppressed. In particular, since the reaction chamber 51 is formed inside the ceramic member 38, the ceramic member 38, which is easily affected by temperature changes, can be suitably protected.
  • the ceramic member 38 is provided with a pair of electrodes 33 that are discharged by applying a voltage, and a reaction gas flow path 61 for supplying the reaction gas to the reaction chamber 51 is formed. Further, a nozzle 73 for ejecting the plasma generated in the reaction chamber 51 is attached to the lower surface side of the ceramic member 38. Therefore, by protecting the ceramic member 38, the electrode 33, the reaction gas flow path 61, the nozzle 73, and the like can also be protected.
  • both the washer 100 and the intermediate member 102 are arranged, but only one of the washer 100 and the intermediate member 102 may be arranged. That is, as shown in FIG. 7, the washer 100 is not arranged between the head 46 of the bolt 40 and the ceramic member 38, and the intermediate member 102 is not arranged between the second base 37 and the ceramic member 38. You may. On the other hand, as shown in FIG. 8, the intermediate member 102 is arranged between the second base 37 and the ceramic member 38, and the washer 100 is not arranged between the head 46 of the bolt 40 and the ceramic member 38. You may. In this way, even if only one of the washer 100 and the intermediate member 102 is disposed, the ceramic member 38 can be prevented from being damaged.
  • the ceramic member 38 is bolted to the first base 36 and the second base 37, that is, the base composed of a plurality of members, but the ceramic member is attached to the base composed of one member. May be fastened with bolts. Specifically, as shown in FIG. 9, the shaft 45 of the bolt 40 is inserted into the insertion hole 112 formed in the ceramic member 110, and the screw thread 47 of the bolt 40 is formed in the base 120. The ceramic member 110 may be bolted to the base 120 by screwing to 122. Then, the washer 100 is disposed between the head 46 of the bolt 40 and the ceramic member 110, and the intermediate member 102 is disposed between the base 120 and the ceramic member 110 to prevent the ceramic member 110 from being damaged. can do.
  • the washer 100 and the intermediate member 102 are used when the ceramic member 38 is bolted, but when the ceramic nozzle 73 or the like is bolted, the washer 100 and the intermediate member 102 are used. It may be used. That is, the intermediate member 102 is arranged between the ceramic member 38 and the nozzle 73, the washer 100 is arranged between the nozzle 73 and the head of the bolt 80, and the nozzle 73 is fastened to the ceramic member 38 by the bolt 80. You may.
  • the fastening structure using the washer 100 and the intermediate member 102 is adopted in the plasma head 11, but in various devices, mechanisms, systems and the like in which bolts are fastened based on the ceramic member. It is possible to adopt a fastening structure using a washer 100 and an intermediate member 102.
  • the structure for fastening the ceramic member with the bolt 40 is adopted, but if the structure is for fastening by screwing the screw thread into the screw hole, various structures may be adopted. Is possible.
  • Plasma head plasma generator
  • 31 Housing (fastened structure)
  • 33 Electrode
  • 36 First base (base) (1 or more members)
  • 37 2nd base (base) (1 or more) Member
  • 38 Ceramic member
  • 40 Bolt (screw member)
  • 43 Insertion hole
  • 45 Shaft
  • 46 Head
  • 47 Thread
  • 48 Screw hole
  • 51 Reaction chamber
  • 61 Reaction gas flow Path (gas flow path)
  • 73 Nozzle
  • 102 Intermediate member

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Abstract

１以上の部材により構成され、ネジ穴が形成されたベースと、ネジ穴に螺合するネジ山が形成された軸と、軸の端部に形成されたヘッドとを有する螺合部材と、螺合部材の軸が挿通される挿通穴が形成されたセラミック製のセラミック部材と、ヘッドとセラミック部材との間に配置され、ヘッドのヤング率及びセラミック部材のヤング率より低いヤング率のワッシャと、ベースとセラミック部材との間に配置され、ベースの１以上の部材のうちのセラミック部材の側に位置する部材のヤング率及びセラミック部材のヤング率より低いヤング率の中間部材との少なくとも一方を備える締結構造体。

Description

締結構造体、およびプラズマ発生装置
　本開示は、ベースにセラミック製のセラミック部材を螺合部材により締結する締結構造体などに関するものである。
　下記特許文献には、ベースにセラミック部材を螺合部材により締結する技術が記載されている。
特開２０１２－００４４９５号公報
　本明細書は、ベースにセラミック部材を螺合部材により適切に締結することを課題とする。
　上記課題を解決するために、本明細書は、１以上の部材により構成され、ネジ穴が形成されたベースと、前記ネジ穴に螺合するネジ山が形成された軸と、軸の端部に形成されたヘッドとを有する螺合部材と、前記螺合部材の軸が挿通される挿通穴が形成されたセラミック製のセラミック部材と、前記ヘッドと前記セラミック部材との間に配置され、前記ヘッドのヤング率及び前記セラミック部材のヤング率より低いヤング率のワッシャと、前記ベースと前記セラミック部材との間に配置され、前記ベースの１以上の部材のうちの前記セラミック部材の側に位置する部材のヤング率及び前記セラミック部材のヤング率より低いヤング率の中間部材との少なくとも一方を備える締結構造体を開示する。
　本開示によれば、ワッシャと中間部材との少なくとも一方により、セラミック部材を螺合部材によりベースに適切に締結することができる。
プラズマ装置を示す図である。 プラズマヘッドを示す斜視図である。 電極及び本体側プラズマ通路の位置においてＸ方向及びＺ方向にプラズマヘッドを切断した断面図である。 図３のＡＡ線における断面図である。 図２のＢＢ線における断面図である。 本発明のプラズマヘッドを示す断面図である。 変形例のプラズマヘッドを示す断面図である。 変形例のプラズマヘッドを示す断面図である。 変形例のプラズマヘッドを示す断面図である。
　以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。
　図１に示すように、プラズマ装置１０は、プラズマヘッド１１、ロボット１３、制御ボックス１５を備えている。プラズマヘッド１１は、ロボット１３に取り付けられている。ロボット１３は、例えば、シリアルリンク型ロボット（多関節型ロボットと呼ぶこともできる）である。プラズマヘッド１１は、ロボット１３の先端に保持された状態でプラズマガスを照射可能となっている。プラズマヘッド１１は、ロボット１３の駆動に応じて３次元的に移動可能となっている。
　制御ボックス１５は、コンピュータを主体として構成され、プラズマ装置１０を統括的に制御する。制御ボックス１５は、プラズマヘッド１１に電力を供給する電源部１５Ａ及びプラズマヘッド１１へガスを供給するガス供給部１５Ｂを有している。電源部１５Ａは、電源ケーブル（図示略）を介してプラズマヘッド１１と接続されている。電源部１５Ａは、制御ボックス１５の制御に基づいて、プラズマヘッド１１の電極３３（図３及び図４参照）に印加する電圧を変更する。
　また、ガス供給部１５Ｂは、複数（本実施形態では４本）のガスチューブ１９を介してプラズマヘッド１１と接続されている。ガス供給部１５Ｂは、制御ボックス１５の制御に基づいて、後述する反応ガス、キャリアガス、ヒートガスをプラズマヘッド１１へ供給する。制御ボックス１５は、ガス供給部１５Ｂを制御し、ガス供給部１５Ｂからプラズマヘッド１１へ供給するガスの量などを制御する。これにより、ロボット１３は、制御ボックス１５の制御に基づいて動作し、テーブル１７の上に載置された被処理物Ｗに対してプラズマヘッド１１からプラズマガスを照射する。
　また、制御ボックス１５は、タッチパネルや各種スイッチを有する操作部１５Ｃを備えている。制御ボックス１５は、各種の設定画面や動作状態（例えば、ガス供給状態など）等を操作部１５Ｃのタッチパネルに表示する。また、制御ボックス１５は、操作部１５Ｃに対する操作入力により各種の情報を受け付ける。
　図２に示すように、プラズマヘッド１１は、プラズマ生成部２１、ヒートガス供給部２３等を備えている。プラズマ生成部２１は、制御ボックス１５のガス供給部１５Ｂ（図１参照）から供給された処理ガスをプラズマ化して、プラズマガスを生成する。ヒートガス供給部２３は、ガス供給部１５Ｂから供給されたガスを加熱してヒートガスを生成する。本実施形態のプラズマヘッド１１は、プラズマ生成部２１において生成したプラズマガスを、ヒートガス供給部２３によって生成したヒートガスとともに、図１に示す被処理物Ｗへ噴出する。プラズマヘッド１１には、図２に示す矢印の方向に上流側から下流側へと処理ガスが供給される。なお、プラズマヘッド１１は、ヒートガス供給部２３を備えない構成でも良い。即ち、本開示のプラズマ装置は、ヒートガスを用いない構成でも良い。
　図３及び図４に示すように、プラズマ生成部２１は、ハウジング３１、一対の電極３３、プラズマ照射部３５等を含む。なお、図３は、一対の電極３３及び後述する複数の本体側プラズマ通路７１の位置に合わせて切断した断面図であり、図４は、図３のＡＡ線における断面図である。ハウジング３１は、耐熱性の高い樹脂製の第１ベース３６と、耐熱性の高い樹脂製の第２ベース３７と、耐熱性の高いセラミック製のセラミック部材３８とにより構成されている。そして、図５に示すように、セラミック部材３８が、第１ベース３６及び第２ベース３７に４本のボルト（図では３本のみ図示されている）４０によりボルト締結されている。なお、図５は、図２のＢＢ線における断面図である。
　詳しくは、図５に示すように、セラミック部材３８は、概して立方体形状であり、セラミック部材３８の上下方向に延びる４辺の各々に、上下方向に延びる切欠き部４１が形成されている。そして、その切欠き部４１の上端からセラミック部材３８の上端面に向って挿通穴４３が形成されている。挿通穴４３の内径は、ボルト４０の軸４５の外径より僅かに大きく、ボルト４０のヘッド４６の外径より小さい。また、セラミック部材３８の切欠き部４１の内寸は、ボルト４０のヘッドの外径より大きい。なお、ボルト４０の軸４５にはネジ山４７が形成されている。
　また、第１ベース３６も、概して立方体形状であり、第１ベース３６の下面の外寸はセラミック部材３８の上面と略同じである。そして、第１ベース３６の下面の４隅の各々に、ボルト４０の軸４５のネジ山４７に応じた形状のネジ穴４８が形成されている。なお、４個のネジ穴４８は、セラミック部材３８に形成されている４個の挿通穴４３と上下方向において一致するように、第１ベース３６に形成されている。また、第２ベース３７は厚板形状であり、第２ベース３７の上面及び下面の外寸は第１ベース３６の下面の外寸と略同じである。そして、その第２ベース３７の４隅の各々に、上下方向に貫通する貫通穴５０が形成されている。なお、４個の貫通穴５０も、セラミック部材３８に形成されている４個の挿通穴４３と上下方向において一致するように、第２ベース３７に形成されている。また、貫通穴５０の内径は、ボルト４０の軸４５の外径より僅かに大きい。
　そして、第１ベース３６の下面に第２ベース３７の上面を密着させた状態で、第２ベース３７が第１ベース３６の下面側に配設されており、第１ベース３６の４個のネジ穴４８と第２ベース３７の４個の貫通穴５０とが連通する。また、第２ベース３７の下面にセラミック部材３８の上面を密着させた状態で、セラミック部材３８が第２ベース３７の下面側に配設されており、第２ベース３７の４個の貫通穴５０とセラミック部材３８の４個の挿通穴４３とが連通する。そして、ボルト４０の軸４５の先端が、セラミック部材３８の挿通穴４３の下端から挿入されて、その挿通穴４３及び貫通穴５０を介して、ネジ穴４８まで挿入されて、軸４５に形成されているネジ山４７をネジ穴４８に螺合させる。この際、ボルト４０のヘッド４６と、ボルト４０のネジ山４７が螺合するネジ穴４８との間で、第２ベース３７及びセラミック部材３８が挟持されることで、第１ベース３６と第２ベース３７とセラミック部材３８とが一体化される。このように、第２ベース３７及びセラミック部材３８が４本のボルト４０によって第１ベース３６にボルト締結されることで、第１ベース３６と第２ベース３７とセラミック部材３８とがハウジング３１として一体化される。
　このように、第１ベース３６と第２ベース３７とセラミック部材３８とが一体化されたハウジング３１では、図３に示すように、セラミック部材３８の内部に、プラズマガスを発生させる反応室５１が形成されている。また、一対の電極３３の各々は、例えば、円柱形状をなしており、その先端部を反応室５１に突出させた状態で固定されている。以下の説明では、一対の電極３３を、単に電極３３と称する場合がある。また、一対の電極３３が並ぶ方向をＸ方向、プラズマ生成部２１とヒートガス供給部２３とが並ぶ方向をＹ方向、円柱形状の電極３３の軸方向をＺ方向と称して説明する。また、本実施形態では、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交する方向である。
　ヒートガス供給部２３は、図２及び図４に示すように、ガス管５２、ヒータ５３、連結部５４等を備えている。ガス管５２及びヒータ５３は、ハウジング３１の外周面に取り付けられ、図４に示すカバー５５によって覆われている。ガス管５２は、ガスチューブ（図１参照）１９を介して、制御ボックス１５のガス供給部１５Ｂに接続されている。ガス管５２には、ガス供給部１５Ｂからガス（例えば、空気）が供給される。ヒータ５３は、ガス管５２の途中に取り付けられている。ヒータ５３は、ガス管５２を流れるガスを温めてヒートガスを生成する。
　図４に示すように、連結部５４は、ガス管５２をプラズマ照射部３５に連結するものである。プラズマ照射部３５がハウジング３１に取り付けられた状態では、連結部５４は、一端部をガス管５２に接続され、他端部をプラズマ照射部３５に形成されたヒートガス通路５６に接続される。ヒートガス通路５６には、ガス管５２を介してヒートガスが供給される。
　図３に示すように電極３３の一部の外周部は、セラミックス等の絶縁体で製造された電極カバー５７によって覆われている。電極カバー５７は、略中空筒状をなし、長手方向の両端部に開口が形成されている。電極カバー５７の内周面と電極３３の外周面との間の隙間は、ガス通路５８として機能する。電極カバー５７の下流側の開口は、反応室５１に接続されている。電極３３の下端は、電極カバー５７の下流側の開口から突出している。
　また、ハウジング３１の第１ベース３６の内部には、反応ガス流路６１と、一対のキャリアガス流路６３とが形成されている。反応ガス流路６１は、ガスチューブ１９（図１参照）を介してガス供給部１５Ｂと接続され、ガス供給部１５Ｂから供給される反応ガスを反応室５１へ流入させる。また、一対のキャリアガス流路６３は、Ｘ方向において反応ガス流路６１を間に挟んだ位置に配置されている。一対のキャリアガス流路６３の各々は、ガスチューブ１９（図１参照）を介してガス供給部１５Ｂと接続され、ガス供給部１５Ｂからキャリアガスが供給される。キャリアガス流路６３は、ガス通路５８を介してキャリアガスを反応室５１へ流入させる。
　反応ガス（種ガス）としては、酸素（Ｏ２）を採用できる。ガス供給部１５Ｂは、例えば、反応ガス流路６１を介して、酸素と窒素（Ｎ２）との混合気体（例えば、乾燥空気（Ａｉｒ））を、反応室５１の電極３３の間に流入させる。以下、この混合気体を、便宜的に反応ガスと呼び、酸素を種ガスと呼ぶ場合がある。キャリアガスとしては、窒素を採用できる。ガス供給部１５Ｂは、ガス通路５８の各々から、一対の電極３３の各々を取り巻くようにキャリアガスを流入させる。
　一対の電極３３には、制御ボックス１５の電源部１５Ａから交流の電圧が印加される。電圧を印加することによって、例えば、図３に示すように、反応室５１内において、一対の電極３３の下端の間に、擬似アークＡが発生する。この擬似アークＡを反応ガスが通過する際に、反応ガスは、プラズマ化される。従って、一対の電極３３は、擬似アークＡの放電を発生させ、反応ガスをプラズマ化し、プラズマガスを発生させる。
　また、ハウジング３１における反応室５１の内部には、内部ノズル６５が嵌合されており、反応室５１の内部において、１対の電極３３の下端の下方に位置している。その内部ノズル６５には、Ｘ方向に間隔を隔てて並び、Ｚ方向に伸びて形成された複数（本実施例においては、６本）の内部ノズルプラズマ通路６７が形成されている。複数の内部ノズルプラズマ通路６７の上流側の端部は、内部ノズル６５の上端面に開口しており、反応室５１に接続されている。一方、複数の内部ノズルプラズマ通路６７の下流側の端部は、内部ノズル６５の下端面に開口している。
　その内部ノズル６５の下端面に密着するハウジング３１の下端部には、Ｘ方向に間隔を隔てて並び、Ｚ方向に伸びて形成された複数（本実施例においては、６本）の本体側プラズマ通路７１が形成されている。そして、複数の本体側プラズマ通路７１の上流側の端部が、複数の内部ノズルプラズマ通路６７の下端部と連通している。
　プラズマ照射部３５は、ノズル７３、ノズルカバー７５等を備えている。ノズル７３は、Ｘ方向からの側面視において概してＴ字形をなし、ノズル本体７７とノズル先端７９とにより構成されている。なお、ノズル７３は、ノズル本体７７とノズル先端７９とによる一体物であり、耐熱性の高いセラミックにより成形されている。ノズル本体７７は、概してフランジ形状をなし、ボルト８０により、ハウジング３１の下面に固定されている。また、ノズル先端７９は、ノズル本体７７の下面から下方に向って延び出す形状とされている。そして、ノズル７３には、ノズル本体７７とノズル先端７９とを上下方向、つまり、Ｚ方向に貫通する複数（本実施例においては、６本）のノズル側プラズマ通路８１が形成されており、それら複数のノズル側プラズマ通路８１は、Ｘ方向に間隔を隔てて並んでいる。なお、複数のノズル側プラズマ通路８１は、Ｚ方向において複数の本体側プラズマ通路７１と同じ位置に形成されている。このため、本体側プラズマ通路７１とノズル側プラズマ通路８１とは連通している。
　ノズルカバー７５は、Ｘ方向からの側面視において概してＴ字形をなし、カバー本体８５とカバー先端８７とにより構成されている。なお、ノズルカバー７５は、カバー本体８５とカバー先端８７とによる一体物であり、耐熱性の高いセラミックにより成形されている。カバー本体８５は、板厚の概して板形状とされており、カバー本体８５には、上面に開口するとともに、Ｚ方向に凹んだ形状の凹部８９が形成されている。そして、その凹部８９にノズル７３のノズル本体７７が収納されるように、カバー本体８５が、ボルト９０によりハウジング３１のセラミック部材３８の下面に固定されている。このため、ノズルカバー７５は、ハウジング３１に着脱可能とされており、ノズル７３の交換時などに、ハウジング３１から取り外される。さらに、カバー本体８５には、Ｙ方向に延びるように、ヒートガス通路５６が形成されており、そのヒートガス通路５６の一端部が、凹部８９に開口し、ヒートガス通路５６の他端部が、カバー本体８５の側面に開口している。そして、カバー本体８５の側面に開口するヒートガス通路５６の端部が、上記したヒートガス供給部２３の連結部５４に連結されている。
　カバー先端８７は、カバー本体８５の下面から下方に向って延び出している。カバー先端８７には、Ｚ方向に貫通する１つの貫通孔９３が形成されており、その貫通孔９３の上端部は、カバー本体８５の凹部８９に連通している。そして、その貫通孔９３に、ノズル７３のノズル先端７９が挿入されている。これにより、ノズル７３は、ノズルカバー７５により全体的に覆われている。なお、ノズル７３のノズル先端７９の下端と、ノズルカバー７５のカバー先端８７の下端とは、同じ高さに位置している。
　また、ノズル７３がノズルカバー７５により覆われた状態において、ノズルカバー７５の凹部８９の内部にノズル７３のノズル本体７７が位置し、ノズルカバー７５の貫通孔９３の内部にノズル７３のノズル先端７９が位置する。このような状態において、凹部８９とノズル本体７７との間及び、貫通孔９３とノズル先端７９との間に隙間が存在し、その隙間がヒートガス出力通路９５として機能する。ヒートガス出力通路９５には、ヒートガス通路５６を経てヒートガスが供給される。
　このような構造により、反応室５１で発生したプラズマガスは、キャリアガスとともに、本体側プラズマ通路７１及びノズル側プラズマ通路８１を経由して、ノズル側プラズマ通路８１の下端の開口８１Ａから噴出される。また、ガス管５２からヒートガス通路５６へ供給されたヒートガスは、ヒートガス出力通路９５を流れる。このヒートガスは、プラズマガスを保護するシールドガスとして機能するものである。ヒートガスは、ヒートガス出力通路９５を流れ、ヒートガス出力通路９５の下端の開口９５Ａからプラズマガスの噴出方向に沿って噴出される。この際、ヒートガスは、ノズル側プラズマ通路８１の開口８１Ａから噴出されるプラズマガスの周囲を取り巻くように噴出される。このように、加熱したヒートガスをプラズマガスの周囲に噴出することで、プラズマガスの効能（濡れ性など）を高めることができる。
　このように、プラズマヘッド１１では、反応室５１において放電が生じ、プラズマが発生することで、そのプラズマガスがノズル７３の先端から噴出され、被処理物Ｗに対してプラズマ処理が施される。この際、反応室５１は高温となるため、反応室５１が形成されているハウジング３１のセラミック部材３８は耐熱性の高いセラミック製とされている。ただし、セラミックは、耐熱性が高い素材であるが、ヤング率は低い素材である。なお、ヤング率は、弾性範囲における歪量と応力との比例定数であり、歪量に対する応力の比率である。このため、ヤング率が高い物体とヤング率の低い物体とを同じ応力で変形させた場合に、ヤング率の低い物体がヤング率の高い物体よりも大きく変形する。つまり、ヤング率が低い物体は変形し易く、ヤング率の高い物体は変形し難い。このため、ヤング率の低いセラミック製のセラミック部材３８は変形し易い。一方、ハウジング３１においてセラミック部材３８の上面に密着する第２ベース３７は、耐熱性の高い樹脂製であるが、セラミック部材３８より耐熱性は低い。また、第２ベース３７の素材である樹脂は、セラミックより低いヤング率の素材である。つまり、第２ベース３７のヤング率はセラミック部材３８より高く、第２ベース３７はセラミック部材３８より変形し易い。また、セラミック部材３８の下面にヘッド４６を密着させた状態でセラミック部材３８を締結するボルト４０は、鋼材製であり、鋼材のヤング率は、樹脂，セラミックより高い。つまり、セラミック部材３８を締結するボルト４０のヤング率はセラミック部材３８より高く、ボルト４０はセラミック部材３８より変形し難い。
　つまり、セラミック部材３８の上面は、セラミック部材３８よりヤング率の低い第２ベース３７に密着しており、セラミック部材３８の下面は、セラミック部材３８のヤング率より高いボルト４０のヘッド４６に密着している。そして、プラズマヘッド１１が繰り返して使用されることで、ハウジング３１の温度は高温と常温との間で繰り返して変化する。この際、セラミック部材３８が熱膨張と収縮とを繰り返すが、熱膨張と収縮とが繰り返される際に、変形し易いセラミック部材３８は大きく変形する。つまり、熱応力が繰り返しセラミック部材３８に生じて、セラミック部材３８が大きく変形する。また、ボルト４０の締め付けトルクはボルト４０のヘッド４６に密着しているセラミック部材３８に生じる。このように、熱応力が生じた際のセラミック部材３８の変形，ボルト４０の締め付けトルク等に起因して、ボルト４０のヘッド４６に密着するセラミック部材３８が破損する虞がある。特に、セラミック部材３８は、切欠き部４１においてボルト締結されているため、ボルト４０のヘッド４６へのセラミック部材３８の密着面と、その密着面と交差する切欠き部４１の側面との境界線に応力が集中し、その境界線において破損する可能性が高い。また、ハウジング３１の温度が高温と常温との間で繰り返して変化する際に、第２ベース３７も熱膨張と収縮とを繰り返すが、第２ベース３７のヤング率はセラミック部材３８のヤング率より低いため、第２ベース３７の熱膨張に伴って、変形し易い第２ベース３７が大きく変形する。このため、第２ベース３７の変形により、セラミック部材３８がボルト４０のヘッド４６に向って付勢されることでも、ボルト４０のヘッド４６に密着するセラミック部材３８が破損する虞がある。
　このようなことに鑑みて、プラズマヘッド１１では、図６に示すように、ボルト４０のヘッド４６とセラミック部材３８との間にワッシャ１００が配設され、第２ベース３７とセラミック部材３８との間に中間部材１０２が配設されている。詳しくは、ワッシャ１００は、円環形状をなし、ワッシャ１００の内径はボルト４０の軸４５の外径より大きく、ワッシャ１００の外径はボルト４０のヘッド４６の外径と略同じ、若しくはヘッド４６の外径より大きい。そして、ワッシャ１００は、４本のボルト４０のヘッド４６の各々とセラミック部材３８との間に配設されている。また、中間部材１０２は、薄板形状をなし、セラミック部材３８の上面と略同じ寸法である。そして、中間部材１０２は、セラミック部材３８の上面と第２ベース３７の下面との間に配設されている。
　また、ワッシャ１００及び中間部材１０２は、耐熱性の高い樹脂材料やゴム系材料により成形されており、ワッシャ１００及び中間部材１０２は同じ材料により成形されていてもよく、異なる材料により成形されていてもよい。なお、耐熱性の高い樹脂材料やゴム系材料として、例えば、ＰＥＥＫ，ＰＰＳ，ＰＥＳ，フッ素系ゴム，シリコン系ゴム等が挙げられる。また、ワッシャ１００のヤング率は、ボルト４０、つまり、ヘッド４６のヤング率及びセラミック部材３８のヤング率より低く、中間部材１０２のヤング率は、第２ベース３７のヤング率及びセラミック部材３８のヤング率より低い。
　このように、ボルト４０のヘッド４６及びセラミック部材３８より低いヤング率のワッシャ１００が、ヘッド４６とセラミック部材３８との間に配設されることで、セラミック部材３８の変形に伴う破損を防止することができる。詳しくは、セラミック部材３８が熱膨張した際に、セラミック部材３８とヘッド４６との間にワッシャ１００が配設されていない場合には、ヘッド４６よりヤング率の低いセラミック部材３８が変形していた。一方で、セラミック部材３８とヘッド４６との間にワッシャ１００が配設されている場合には、セラミック部材３８が熱膨張すると、ボルト４０のヘッド４６及びセラミック部材３８より低いヤング率のワッシャ１００が変形する。また、ボルト４０の締め付けトルクは、セラミック部材３８とヘッド４６との間にワッシャ１００が配設されていない場合には、セラミック部材３８に生じていたが、セラミック部材３８とヘッド４６との間にワッシャ１００が配設されている場合には、ワッシャ１００に生じる。そして、ボルト４０の締め付けトルクにより、ヘッド４６及びセラミック部材３８より低いヤング率のワッシャ１００が変形する。つまり、熱応力が生じた際にセラミック部材３８の代わりにワッシャ１００が変形し，ボルト４０の締め付けトルク等により、セラミック部材３８の代わりにワッシャ１００が変形する。これにより、セラミック部材３８の変形を抑制し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。
　また、第２ベース３７及びセラミック部材３８より低いヤング率の中間部材１０２が、第２ベース３７とセラミック部材３８との間に配設されることで、セラミック部材３８の変形に伴う破損を防止することができる。詳しくは、第２ベース３７が熱膨張した際に、第２ベース３７とセラミック部材３８との間に中間部材１０２が配設されていない場合には、第２ベース３７が変形し、セラミック部材３８がボルト４０のヘッド４６に向って付勢されていた。一方で、第２ベース３７とセラミック部材３８との間に中間部材１０２が配設されている場合には、第２ベース３７が熱膨張すると、第２ベース３７及びセラミック部材３８より低いヤング率の中間部材１０２が変形する。つまり、熱応力が生じた際にセラミック部材３８の代わりに中間部材１０２が変形する。これにより、セラミック部材３８のボルト４０のヘッド４６への付勢を抑制し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。
　因みに、プラズマヘッド１１は、プラズマ発生装置の一例である。ハウジング３１は、締結構造体の一例である。電極３３は、電極の一例である。第１ベース３６は、ベース及び１以上の部材の一例である。第２ベース３７は、ベース及び１以上の部材の一例である。セラミック部材３８は、セラミック部材の一例である。ボルト４０は、螺合部材の一例である。挿通穴４３は、挿通穴の一例である。軸４５は、軸の一例である。ヘッド４６は、ヘッドの一例である。ネジ山４７は、ネジ山の一例である。ネジ穴４８は、ネジ穴の一例である。反応室５１は、反応室の一例である。反応ガス流路６１は、ガス流路の一例である。ノズル７３は、ノズルの一例である。ワッシャ１００は、ワッシャの一例である。中間部材１０２は、中間部材の一例である。
　以上、上記した本実施形態では、以下の効果を奏する。
　プラズマヘッド１１では、ボルト４０のヘッド４６及びセラミック部材３８より低いヤング率のワッシャ１００が、ヘッド４６とセラミック部材３８との間に配設される。これにより、上述したように、セラミック部材３８の変形を抑制し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。また、第２ベース３７及びセラミック部材３８より低いヤング率の中間部材１０２が、第２ベース３７とセラミック部材３８との間に配設される。これにより、上述したように、セラミック部材３８のボルト４０のヘッド４６への付勢を抑制し、セラミック部材３８の破損を防止することができる。
　また、プラズマヘッド１１は、反応室５１において放電を生じさせることでプラズマを発生させる装置である。そして、そのプラズマヘッド１１において、ボルト４０のヘッド４６とセラミック部材３８との間にワッシャ１００を配設し、第２ベース３７とセラミック部材３８との間に中間部材１０２を配設することで、セラミック部材３８の破損が防止されている。これにより、プラズマヘッド１１が繰り返して使用される際のハウジング３１の温度変化に伴うセラミック部材３８へのダメージを適切に抑制することができる。特に、セラミック部材３８の内部に反応室５１が形成されているため、温度変化の影響を受けやすいセラミック部材３８を好適に保護することができる。
　さらに言えば、セラミック部材３８には、電圧の印加により放電する１対の電極３３が配設され、反応ガスを反応室５１に供給するための反応ガス流路６１が形成されている。また、反応室５１において発生したプラズマを噴出するためのノズル７３が、セラミック部材３８の下面側に取り付けられている。このため、セラミック部材３８を保護することで、電極３３，反応ガス流路６１，ノズル７３等をも保護することができる。
　尚、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。具体的には、例えば、プラズマヘッド１１では、ワッシャ１００と中間部材１０２との両方が配設されているが、ワッシャ１００と中間部材１０２との一方のみが配設されてもよい。つまり、図７に示すように、ボルト４０のヘッド４６とセラミック部材３８との間にワッシャ１００を配設して、第２ベース３７とセラミック部材３８との間に中間部材１０２を配設しなくてもよい。一方、図８に示すように、第２ベース３７とセラミック部材３８との間に中間部材１０２を配設して、ボルト４０のヘッド４６とセラミック部材３８との間にワッシャ１００を配設しなくてもよい。このように、ワッシャ１００と中間部材１０２との一方のみが配設されても、セラミック部材３８の破損を防止することができる。
　また、上記実施例では、第１ベース３６及び第２ベース３７、つまり、複数の部材により構成されるベースにセラミック部材３８がボルト締結されているが、１の部材により構成されるベースにセラミック部材がボルトにより締結されてもよい。詳しくは、図９に示すように、セラミック部材１１０に形成されている挿通穴１１２に、ボルト４０の軸４５が挿通され、そのボルト４０のネジ山４７が、ベース１２０に形成されているネジ穴１２２に螺合することで、セラミック部材１１０がベース１２０にボルト締結されてもよい。そして、ボルト４０のヘッド４６とセラミック部材１１０との間にワッシャ１００が配設され、ベース１２０とセラミック部材１１０との間に中間部材１０２が配設されることで、セラミック部材１１０の破損を防止することができる。
　また、上記実施例では、セラミック部材３８がボルト締結される際にワッシャ１００及び中間部材１０２が用いられているが、セラミック製のノズル７３等がボルト締結される際にワッシャ１００及び中間部材１０２が用いられてもよい。つまり、セラミック部材３８とノズル７３との間に中間部材１０２を配設し、ノズル７３とボルト８０のヘッドとの間にワッシャ１００を配設して、ノズル７３をセラミック部材３８にボルト８０により締結してもよい。
　また、上記実施例では、プラズマヘッド１１においてワッシャ１００及び中間部材１０２を用いた締結構造体が採用されているが、セラミック製の部材をベースにボルト締結する種々の装置，機構，システムなどにおいて、ワッシャ１００及び中間部材１０２を用いた締結構造体を採用することが可能である。
　また、上記実施例では、ボルト４０によりセラミック製の部材を締結する構造が採用されているが、ネジ穴にネジ山を螺合することで締結する構造であれば、種々の構造を採用することが可能である。
　１１：プラズマヘッド（プラズマ発生装置）、３１：ハウジング（締結構造体）、３３：電極、３６：第１ベース（ベース）（１以上の部材）、３７：第２ベース（ベース）（１以上の部材）、３８：セラミック部材、４０：ボルト（螺合部材）、４３：挿通穴、４５：軸、４６：ヘッド、４７：ネジ山、４８：ネジ穴、５１：反応室、６１：反応ガス流路（ガス流路）、７３：ノズル、１００：ワッシャ、１０２：中間部材

Claims (5)

  1. 　１以上の部材により構成され、ネジ穴が形成されたベースと、
    　前記ネジ穴に螺合するネジ山が形成された軸と、軸の端部に形成されたヘッドとを有する螺合部材と、
    　前記螺合部材の軸が挿通される挿通穴が形成されたセラミック製のセラミック部材と、
    　前記ヘッドと前記セラミック部材との間に配置され、前記ヘッドのヤング率及び前記セラミック部材のヤング率より低いヤング率のワッシャと、前記ベースと前記セラミック部材との間に配置され、前記ベースの１以上の部材のうちの前記セラミック部材の側に位置する部材のヤング率及び前記セラミック部材のヤング率より低いヤング率の中間部材との少なくとも一方を備える締結構造体。
  2. 　前記ワッシャと前記中間部材との両方を備える請求項１に記載の締結構造体。
  3. 　反応室において処理ガスをプラズマ化させるプラズマ発生装置において用いられる請求項１または請求項２に記載の締結構造体。
  4. 　前記セラミック部材の内部に前記反応室が形成された請求項３に記載の締結構造体。
  5. 　１以上の部材により構成され、ネジ穴が形成されたベースと、
    　前記ネジ穴に螺合するネジ山が形成された軸と、軸の端部に形成されたヘッドとを有する螺合部材と、
    　前記螺合部材の軸が挿通される挿通穴が形成されたセラミック製のセラミック部材と、
    　前記セラミック部材の内部に形成された反応室と、
    　前記セラミック部材の内部に配設され、前記反応室において電圧の印加により処理ガスをプラズマ化させる１対の電極と、
    　前記セラミック部材の内部に形成され、前記反応室に処理ガスを供給するためのガス流路と、
    　前記セラミック部材に取り付けられ、前記反応室においてプラズマ化されたガスを噴出するためのノズルと、
    　前記ヘッドと前記セラミック部材との間に配置され、前記ヘッドのヤング率及び前記セラミック部材のヤング率より低いヤング率のワッシャと、前記ベースと前記セラミック部材との間に配置され、前記ベースの１以上の部材のうちの前記セラミック部材の側に位置する部材のヤング率及び前記セラミック部材のヤング率より低いヤング率の中間部材との少なくとも一方を備えるプラズマ発生装置。
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