堀 勝 (〒17 愛知県日進市藤塚6-176 Aichi, 4700117, JP)
NUエコ・エンジニアリング株式会社 (〒01 愛知県西加茂郡三好町大字黒笹字馬堤1238-87 Aichi, 4700201, JP)
HORI, Masaru (6-176, Fujitsuka Nisshin-sh, Aichi 17, 4700117, JP)
| 大気圧プラズマ発生装置において、 長手方向を有する柱状のプラズマ化領域を形成する絶縁体から成る筐体部と、 前記筐体部に内包される前記プラズマ化領域に、長手方向に離間して配設された1対の電極と、 前記プラズマ化領域の長手方向とは垂直な方向からプラズマ発生用ガスを前記プラズマ化領域に導入するプラズマ発生用ガスの導入口と、 前記プラズマ化領域の長手方向とは垂直な方向へ、前記少なくとも一部がプラズマ化したガスを噴出し、前記プラズマ化領域の長手方向に沿って配設された噴出口と を有することを特徴とするプラズマ発生装置。 |
| 大気圧プラズマ発生装置において、 長手方向を有する柱状のプラズマ化領域を形成する絶縁体から成る筐体部と、 前記筐体部に内包される前記プラズマ化領域に、長手方向に離間して配設された1対の電極と、 前記筐体部の両端に設けられた、前記プラズマ化領域の長手方向にガスを流入させるプラズマ発生用ガスの導入口と、少なくともその一部がプラズマ化したガスを前記プラズマ化領域の長手方向に沿って流出させる噴出口と、 を有することを特徴とするプラズマ発生装置。 |
| 前記噴射口は、前記プラズマ化領域の長手方向に沿って複数、配設されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記プラズマ化領域は、長手方向の長さが、1cm以上50cm以下であり、長手方向に垂直な断面積は、3mm 2 以上25mm 2 以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記プラズマ化領域の長手方向及びガス流方向に垂直な幅は、2mm以上5mm以下であることを特徴とする請求項1、請求項3、又は請求項4の何れか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記筐体内部を、実質的に加圧も減圧もしない、大気圧プラズマ発生源とすることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記1対の電極が、1cm以上50cm以下の距離で離間して配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記1対の電極の少なくとも一方には、他方の電極と対向する表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記柱状のプラズマ化領域の長手方向の長さLcmと、長手方向に垂直な断面積σmm 2 の関係は、2≦Lσ≦100且つ3≦σ≦25であることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
本発明は、プラズマ発生装置に関する。 に、いわゆる大気圧プラズマ発生装置に関 る。
本発明者らは、特許文献1及び2に記載され
大気圧プラズマ発生装置を出願している。
かい合う電極面にマイクロサイズの凹凸形
を施すことで、ホローカソード放電を生じ
せてプラズマを発生させるものである。当
プラズマ発生領域(プラズマ化領域)を通過す
るようにプラズマ発生用ガスを導入すれば、
少なくともその一部がプラズマ化したガスを
噴出させることができる。これにより、単相
の商用100V電源から昇圧機で数kV程度の高周波
を発生させて、簡便に高密度な大気圧プラズ
マを発生させることができる。
特許文献1及び2の技術では、電極間隔を くすると放電が不安定となり、逆に間隔を1c m以上とした場合は放電維持が不可能となる そこで特許文献1及び2においては、例えば長 手方向を有する領域をプラズマ化領域とする 場合、当該長手方向に幅を有した電極を用い ていた。しかし、そのような広い幅の電極を 互いに向き合わせた場合、プラズマ化の均一 化に問題があった。すなわち、電極面におい て、一様に均一な放電を発生させることがで きず、電極面上に点状に放電の起点が形成さ れ、この放電起点が、変動して、放電が安定 しないという問題があった。このために例え ば液晶パネル等の表面の一部のような、比較 的幅の広い領域へのプラズマ処理に十分には 有効利用できなかった。さらに、プラズマ発 生領域の体積自体を大きくすることも困難で あった。このため、高密度な大気圧プラズマ を発生しうるものでありながら、その有効利 用範囲が限定されたものとなっていた。
本発明は上記課題を解決するためのもの あり、その目的は、プラズマ発生領域の体 を大きくした大気圧プラズマ発生装置を提 することである。
請求項1に係る発明は、大気圧プラズマ発 生装置において、長手方向を有する柱状のプ ラズマ化領域を形成する絶縁体から成る筐体 部と、筐体部に内包されるプラズマ化領域に 、長手方向に離間して配設された1対の電極 、プラズマ化領域の長手方向とは垂直な方 からプラズマ発生用ガスをプラズマ化領域 導入するプラズマ発生用ガスの導入口と、 ラズマ化領域の長手方向とは垂直な方向へ 少なくとも一部がプラズマ化したガスを噴 し、プラズマ化領域の長手方向に沿って配 された噴出口とを有することを特徴とする ラズマ発生装置である。
請求項2に係る発明は、大気圧プラズマ発 生装置において、長手方向を有する柱状のプ ラズマ化領域を形成する絶縁体から成る筐体 部と、筐体部に内包されるプラズマ化領域に 、長手方向に離間して配設された1対の電極 、筐体部の両端に設けられた、プラズマ化 域の長手方向にガスを流入させるプラズマ 生用ガスの導入口と、少なくともその一部 プラズマ化したガスをプラズマ化領域の長 方向に沿って流出させる噴出口と、を有す ことを特徴とするプラズマ発生装置である
請求項3に係る発明は、噴射口は、前記プラ
ズマ化領域の長手方向に沿って複数、配設さ
れていることを特徴とする。
請求項4に係る発明は、プラズマ化領域を、
長手方向の長さが、1cm以上50cm以下であり、
手方向に垂直な断面積は、3mm 2
以上25mm 2
以下としたことを特徴とする。
請求項5に係る発明は、プラズマ化領域の長
手方向及びガス流方向に垂直な幅を、2mm以上
5mm以下としたことを特徴とする。
請求項6に係る発明は、筐体内部を、実質的
に加圧も減圧もしない、大気圧プラズマ発生
源とすることを特徴とする。尚、本発明にお
いて大気圧プラズマとは、0.5気圧乃至2気圧
範囲内での圧力下を言うものとする。
請求項7に係る発明は、1対の電極が、1cm以
50cm以下の距離で離間して配置されているこ
を特徴とする。
請求項8に係る発明は、1対の電極の少なく
も一方には、他方の電極と対向する表面に
凸が形成されていることを特徴とする。
請求項9に係る発明は、柱状のプラズマ化領
域の長手方向の長さLcmと、長手方向に垂直な
断面積σmm 2
の関係は、2≦Lσ≦200且つ3≦σ≦25であること
を特徴とする。
絶縁体から成る筐体部に囲まれた、或い 挟まれた空間に大気圧プラズマが形成され 。この絶縁体に囲まれた、或いは挟まれた 状の空間でプラズマの長尺化が図られてい 。ここで絶縁体の役割は、その内面が帯電 ることで、長手方向を有する体積の大きな ラズマ化領域全体のプラズマ化を安定させ ものであると考えられる。この構成による 、長手方向に線状に放電が安定して形成さ る。そして、第1の発明では、この線状の放 電に対して、垂直方向に放電ガスを流すこと により、そのプラズマ化領域の長手方向の幅 のプラズマ流が生成される。これにより、広 い幅の線状プラズマを得ることができる。こ の装置を被処理体に対して、相対的に、プラ ズマ化領域の長手方向とガス流の方向に垂直 な方向に移動させることで、被処理体の広い 範囲に渡ってプラズマ処理をすることが可能 となる。
第2の発明では、プラズマ発生用ガスの流 路は、プラズマ化領域の長手方向に沿った流 路としている。この場合には、例えば、被処 理物体がガスである場合は、その被処理物体 ガスとプラズマ発生用ガスとを混合して導入 口からプラズマ化領域に導入し、処理後のガ スを噴出口から流出させることができる。ま た、スポット状のプラズマビームを噴射口か ら出力させることができるため、被処理体に 対して微細加工を施すことが可能となる。
特許文献1及び2に記載された凹凸面を有す
電極を用いたホローカソード放電を利用す
と、容易に大気圧プラズマを生成できる。
本発明の柱状のプラズマ化領域の長手方向
長さL(cm)は1以上50以下であり、長手方向に
直な断面積σ(mm 2
)は3以上25以下である。柱状のプラズマ化領
は、断面積σが小さいほど長さLを長くでき
。
また、プラズマ化領域の長手方向及びガス
方向に垂直な幅は、2mm以上5mm以下とするこ
により、プラズマ化領域の長手方向に沿っ
線状の安定したプラズマを形成することが
きる。
また、筐体部が実質的に筒状である方が、
さLを長くできる。Lとσの関係は2≦Lσ≦200
あればプラズマを安定して生成できること
実験で確かめられた。
100、110:プラズマ発生装置
10、11:筐体部
10i、11i:ガス導入口
10o、11o:ガス噴出口
2a、2b:各々向き合った表面に凹部(ホロー)を
有する一対の電極
P:プラズマ化領域
H:一対の電極2a及び2bの互いに向き合った表
に形成された凹部(ホロー)
筐体部は、内部で発生するプラズマに対 て耐性の強い材料を用いることが必要であ 、例えば焼結窒化ホウ素(PBN)のようなセラ ックスが好ましい。
電極の材料としては、ステンレス、モリ デン、タンタル、ニッケル、銅、タングス ン、又は、これらの合金などを使用するこ ができる。ホローカソード放電を生じせし る凹部を形成する面は、1~30mm程度の厚さと るのが望ましい。厚くすることで、凹部を 段に形成することができ、ガスの流速を向 させてプラズマの生成密度を向上させるこ ができる。ホローカソード放電を生じせし る凹部は、例えば深さを0.5mm程度とすると い。凹部はドット状に不連続に形成されて 、溝状に連続して形成されても良いが、連 していた方が望ましい。凹部の形状は、円 面状、半球面状、角柱面状、角錐状、その 任意に形成できる。
プラズマを発生させるためのガスは、大 圧で、空気、酸素、例えばHe、Ne、Arその他 希ガス、窒素、水素などを用いることがで る。空気や酸素を用いることにより、活性 酸素ラジカルが得られ、有機汚染物質の効 的な除去が可能となる。また、空気を用い ば経済的である。たとえば、希ガスであるA rを用いた場合には、Arプラズマが被処理物体 に照射される時、周囲の酸素分子がArプラズ により酸素ラジカルになる。この酸素ラジ ルにより、被処理物体物表面の有機汚染物 を効果的に除去することができる。また、 スとしてArガス以外に使用しないので、経 的でもある。以上の理由から、空気とArとの 混合ガスを用いても良い。ガスの流速、供給 量、或いは真空度は任意に設定できる。また 、本発明は高周波によりプラズマを発生させ るものではなく、電極に接続する電源は、直 流、交流、その他任意であって、周波数に制 限はない。
また、噴出口から被処理物体にプラズマ スを噴射する場合、噴射口と被処理物体と 望ましい距離は、ガスの流速とも関係する 、例えば2mm~20mmである。さらに望ましくは 3mm~12mmであり、最も望ましくは、4mm~8mmであ 。酸素ラジカルを発生させる場合、被処理 体の表面において酸素ラジカルの密度が最 高く、電子密度が最も低くなるように、噴 口と被処理物体との距離を設定するのが良 。これにより、被処理物体のチャージアッ 損傷を防止でき、最も、効率の良い被処理 体の洗浄が可能となる。さらに、被処理物 に対して斜め方向からプラズマを照射して 良い。斜め方向からプラズマを照射するこ で、例えば偏光フィルムや液晶封止剤にプ ズマが照射されて製品に対する悪影響を防 することができる。また、プラズマを照射 たくない部分には、プラズマを含まない空 などのガスを吹き付けて、プラズマが拡散 ないようにすることができる。
また、電極の酸化防止には、窒素やAr、 は、還元作用のある水素を含むガスを用い 酸素濃度を低くすると良い。また、複数種 のプラズマを発生させることで、有機汚染 質のみ除去し、他の領域には反応しないよ にすることも可能である。また、被処理物 へのプラズマの照射部分から反応後のガス 吸引しておくのが望ましい。これにより有 汚染物質と反応した分子が他の領域に付着 ることが防止される。さらに、プラズマの 度と密度をレーザ光の吸収分光分析などを いて測定し、所定の温度と密度になるよう 、印加電圧の大きさ、パルス印加であれば デューティ比、照射時間、ガス流速などを ィードバック制御することが望ましい。こ により、品質の高い洗浄と洗浄時間の短縮 実現することができる。また、第1発明にお ては、噴出口は、プラズマ化領域の長手方 に沿って、直線状のスリットに形成しても く、長手方向にそって、複数個の噴出口を 線状に配列しても良い。この複数の噴射口 断面形状は、円、直方体、スリット、多角 など、任意である。噴出口の断面の大きさ 、配列した全体の長さを適正に設定するこ により、必要な部分にのみプラズマを照射 ることが可能となる。また、プラズマ化領 から噴出口までの長さを適切に設定するこ により、電子を捕獲して、ラジカル密度の いプラズマを噴射口から流出させることが きる。この結果、被処理物体には電荷が蓄 されることが防止されて、プラズマ処理の 度を向上させることができる。また、ガス 冷却しておいて、本装置に供給してプラズ 化するのが望ましい。これにより、プラズ の温度が必要以上に上昇することが防止さ 、例えば液晶表示装置等に対する影響、た えば、偏光フィルムへの損傷を防止するこ が可能となる。
本発明は、非常に小型にすることができる
共に、ガスの供給方向とプラズマの吹き出
方向や、吹き出しプラズマの形状などを任
に自由に設計することができる。よって、
れらのプラズマを吹き出す開口部を複数設
、それぞに、任意の方向からガスを供給さ
ることも可能となる。したがって、基板に
いてACFの貼付部分にのみプラズマを高密度
照射することが可能となると共に、液晶表
器組付装置の空いている狭い空間であって
、有効に本洗浄装置を有効に取り付けるこ
が可能となる。
以上の全ての発明において、大気圧が望ま
いが、減圧でも、加圧でも良く、大気圧に
、0.5~2気圧程度も大気圧とする。
図1.Aは本発明の具体的な一実施例に係る ラズマ発生装置100の構成を示す断面図であ 。図1.Bは、図1.Aのプラズマ発生装置100の電 2a及び2bの形状の詳細を示す図である。
図1.Aのプラズマ発生装置100は、アルミナ(Al 2
O 3
)を原料とする焼結体から成る筒状の筐体部10
を有し、その両端の開口が、ガス導入口10i及
びガス噴出口10oである。筐体部10内部のガス
入口10iの近傍に電極2a、筐体部10内部のガス
噴出口10oの近傍に電極2bが配置されている。
極2a及び2bの互いに対向する面は、図1.Bに示
すように、深さ0.5mm程度の凹部(ホロー)Hを多
有した凹凸面となっている。筐体部10は、
径2~5mm、厚さ0.2~0.3mm、長さ25cmの管状であり
電極2a及び2bの筐体10の長手方向に垂直な断
は、直径1mm程度である。電源は、商用交流
圧である60Hz、100Vを約9kVに昇圧した電源を用
い、電極2a、2b間に90kVの電圧が印加される。
極2a、2b間を流れる電流は、20mAである。、
ルゴンをガス導入口10iから導入すると、電
2a及び2bを、筐体部10の長手方向に、最大24cm
で離間してもプラズマ(図1.Aで符号Pを付し
斜線領域)が発生した。
電極2a及び2b間を長さ24cmとして、筒状の筐
部10の内径を変化させたところ、内径3mm以下
で安定して放電した。また、筒状の筐体部10
内径を3mmとして、電極2a及び2b間の長さを変
化させたところ、距離24cm以下で安定して放
した。
図1.Aのプラズマ発生装置100において、酸素( O 2 )を導入しプラズマ化することで、例えば煤 分解可能である。即ち、プラズマ発生装置10 0をディーゼル排気ガスの浄化に用いうるこ がわかる。即ち、図1.Aのプラズマ発生装置10 0において、酸素(O 2 )及び処理前排気ガス(S)をガス導入口10iから 入し、電極2a、2b間に交流電圧を印加するこ で、ガス噴出口10oからは酸素(O 2 )と、二酸化炭素(CO 2 )及び水(H 2 O)を含んだ処理済み排気ガス(S’)が得られる
図2.Aは本発明の具体的な他の実施例に係 プラズマ発生装置110の構成を示す断面図で る。図2.Bは、図2.Aのプラズマ発生装置110の ラズマ化領域Pの長手方向に垂直な断面図( 分図)である。
図2.Aのプラズマ発生装置110は、アルミナ(Al 2 O 3 )を原料とする焼結体から成る筐体部11を有す る。筐体部11は、直方体形状で構成している 筐体部11の上部には、図2.Aに示すように、 ラズマ化領域Pの長さ方向に伸びたスリット のガス導入口11iが形成されている。また、 体部11の下部には、ガスを流れの方向に沿 て噴射する噴出口11oが、複数、筐体部11の長 手方向に沿って配列されている。ガス噴出口 11oのガス流に垂直な断面は、内径1~2mmの円形 ある。したがって、噴射口11oは、プラズマ 領域Pから、プラズマを外部に噴射する口ま での部分を意味し、多数の円筒状に形成され ている。
ガス導入口11iからプラズマ化領域Pの直上 まで、スリット状のガス案内通路13が形成さ ている。ガス案内通路13のガス流及びプラ マ化領域Pの長手方向に垂直な方向の幅は(図 2.A紙面に対して前後方向、図2Bの左右方向)は 、1mmである。内径1~2mmの筒状から成るガス噴 口11oはプラズマ化領域Pの長手方向に沿って 一直線状に形成されている。
プラズマ化領域Pは、筐体部11の内部に形 された、直方体の内部空間であり、その直 体の両端部に、電極2a、2bが配設されている 。プラズマ化領域Pは、長手方向に垂直な断 の一辺を2~5mmの正方形とし、長さを4cmとした 。しかし、ガス流及びプラズマ化領域Pの長 方向に垂直な幅を2~5mmとする断面長方形に、 プラズマ化領域Pを形成しても良い。
電極2a及び2bは実施例1で用いたものと同 形状のものを用いた。電源は、商用交流電 である60Hz、100Vを約9kVに昇圧し、通電電流を 20mAとした。電極2a、2b間に、この電圧を印加 て、電極2a、2b間に20mAの電流を供給した。 して、アルゴンをガス導入口11iから導入し ところ、電極2a及び2b間において、線状の安 した放電が観測され、プラズマが発生して ることが確認された。電極2a及び2bを、4cm迄 離間しても、安定した線状のプラズマが確認 された。
プラズマ発生装置110は、液晶表示器のガラ
基板において、異方性導電フィルム(ACF)を
付する部分を、ACFを貼付する前に洗浄する
とで、ACFの基板に対する接着度を向上させ
ことができる。
また、電極2a及び2bの間隔を4cmとして、プラ
ズマ化領域Pの長手方向に垂直な正方形の断
の一辺の長さを変化させたところ、一辺が5m
m以下において、安定した線状のプラズマが
成された。また、プラズマ化領域Pの正方形
面の一辺の長さを5mmとして、電極2a及び2bの
間隔を変化させたところ、距離4cm以下におい
て、安定した直線状のプラズマが生成された
。
このように、本実施例によると、電極2a 2b間で、安定して線状の放電が実現でき、こ の線状放電に垂直な方向からガスを流すこと により、線状に発生したプラズマを板状の層 流として、連続てき供給することができる。 したがって、プラズマ化領域Pの長手方向に って、多数配列された噴射口11oからは、線 のプラズマが連続して供給されることにな 。このプラズマ発生装置を、被処理物体に して、相対的に、ガス流及び長手方向に垂 に移動させることで、被処理物体を広範囲 渡って、プラズマ処理することが可能とな 。
噴射口11oのガス流に垂直な断面形状は、 形の他、スリット形状、長方形、多角形、 円など任意である。また、プラズマ化領域P の長手方向に伸びた単一のスリットで構成し ても良い。また、プラズマ化領域Pからガス 噴射する口までの長さ、すなわち、噴射口11 oの経路長は、噴射口11oの壁面で電子を捕獲 るのに必要な長さとすることができる。こ により、被処理物体に対して電子が照射さ ることが防止される。
Next Patent: POLYMER ALLOY AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME
