特許 6587689 大気圧プラズマ発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6587689

(24)【登録日】2019年9月20日

(45)【発行日】2019年10月9日

(54)【発明の名称】大気圧プラズマ発生装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/24 20060101AFI20191001BHJP

   A61N 1/44 20060101ALI20191001BHJP

   A61B 18/12 20060101ALI20191001BHJP

   B01J 19/08 20060101ALI20191001BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/24

   A61N1/44

   A61B18/12

   B01J19/08 E

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-537133(P2017-537133)

(86)(22)【出願日】2015年9月2日

(86)【国際出願番号】JP2015074919

(87)【国際公開番号】WO2017037885

(87)【国際公開日】20170309

【審査請求日】2018年7月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000992

【氏名又は名称】特許業務法人ネクスト

(74)【代理人】

【識別番号】100162237

【弁理士】

【氏名又は名称】深津 泰隆

(74)【代理人】

【識別番号】100191433

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 友希

(72)【発明者】

【氏名】神藤 高広

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特表2010-536123（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開2011-154951（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第2014/188195（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／２４

Ａ６１Ｂ １８／１２

Ａ６１Ｎ １／４４

Ｂ０１Ｊ １９／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマを噴出する噴出口と、
前記噴出口からプラズマの噴出方向に、少なくとも可視領域の波長を含む光を照射する照射装置と
を備え、
前記照射装置により照射された光によって前記プラズマの照射位置が確認された後に該プラズマの噴出が行われることを特徴とする大気圧プラズマ発生装置。

【請求項2】

前記大気圧プラズマ発生装置が、
処理ガスを供給する供給装置と、
前記供給装置から供給された処理ガスを前記噴出口に向かって流すための流路と、
前記流路において処理ガスに電圧を印加してプラズマ化させる電極と
を備え、
前記照射装置が、前記流路の前記電極により処理ガスがプラズマ化される箇所より上流側に配設されることを特徴とする請求項１に記載の大気圧プラズマ発生装置。

【請求項3】

前記大気圧プラズマ発生装置が、異なる周波数の光を照射する複数の前記照射装置を備えており、
それら複数の照射装置のうちの任意の照射装置が、前記大気圧プラズマ発生装置に着脱可能に装着されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の大気圧プラズマ発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマを噴出口から噴出させる大気圧プラズマ発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

大気圧プラズマ発生装置では、噴出口からプラズマが、被処理体に向かって噴出されることで、被処理体にプラズマが照射され、プラズマ処理が行われる。下記特許文献には、プラズマ発生装置の一例が記載されている。

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−０５９５４８号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献に記載の大気圧プラズマ発生装置によれば、被処理体に対してプラズマ処理を行うことが可能となる。しかしながら、プラズマは目視にて確認することができないため、被処理体に適切にプラズマを照射できない虞がある。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、プラズマを適切に被処理体に照射することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本願に記載の大気圧プラズマ発生装置は、プラズマを噴出する噴出口と、前記噴出口からプラズマの噴出方向に、少なくとも可視領域の波長を含む光を照射する照射装置とを備え、前記照射装置により照射された光によって前記プラズマの照射位置が確認された後に該プラズマの噴出が行われることを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本願に記載の大気圧プラズマ発生装置では、プラズマを噴出する噴出口から、プラズマの噴出方向に光が照射される。これにより、プラズマの照射位置を光によって目視にて確認することが可能となり、プラズマを適切に被処理体に照射することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施例のプラズマ照射装置を示す斜視図である。

【図2】図１のプラズマ照射装置を示す分解図である。

【図3】第２実施例のプラズマ照射装置を示す斜視図である。

【図4】図３のＡＡ線における断面図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0008】

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。

【0009】

［第１実施例］
＜プラズマ照射装置の構成＞
図１に、本発明の実施例のプラズマ照射装置１０を示す。プラズマ照射装置１０は、被処理体にプラズマを照射するための装置である。プラズマ照射装置１０は、本体部１２と、１対の電極１４，１６と、ガラス管１８と、ガス供給装置２０と、レーザ照射装置２２とを備えている。

【0010】

本体部１２は、サファイアガラスにより成形されており、円筒部２３と屈曲部２４とから構成されている。円筒部２３は、概して円筒状をなしている。また、屈曲部２４は、Ｌ字型に屈曲された管状をなし、それの一端部が、円筒部２３の端部に近い外周面に立設された状態で連結されている。なお、円筒部２３の内部と屈曲部２４の内部とは連通している。

【0011】

また、本体部１２の円筒部２３の外周面には、１対の電極１４，１６の複数の放電部２６，２８が、円筒部２３の軸方向に交互に並ぶようにして、蒸着されている。詳しくは、電極１４は、図２に示すように、複数の放電部２６と複数の連結部３０とを有しており、電極１６は、複数の放電部２８と複数の連結部３２とを有している。なお、図２は、電極１４，１６を円筒部２３から取り外した状態を示す仮想図である。

【0012】

電極１４の複数の放電部２６は、円筒部２３の外周面に、周方向に延びるように蒸着されており、所定の間隔をおいて、円筒部２３の軸方向に並んで配設されている。また、電極１４の連結部３０は、円筒部２３の外周面に、円筒部２３の軸方向に延びるように線状に蒸着されており、複数の放電部２６を連結している。なお、電極１４の複数の放電部２６のうちの一端に位置する放電部２６は、円筒部２３の周方向の全周に渡って蒸着されており、他の放電部２６は、連結部３０と反対側の部分を除いて、円筒部２３の周方向に延びるように蒸着されている。また、円筒部２３の周方向の全周に渡って蒸着されている放電部２６には、円筒部２３の端部に延び出すようにして、通電部３６が形成されている。

【0013】

また、電極１６の複数の放電部２８は、円筒部２３の外周面に、周方向に延びるように蒸着されており、電極１４の複数の放電部２６の間に位置するように、円筒部２３の軸方向に並んで配設されている。なお、電極１６の複数の放電部２８のうちの電極１４の２つの放電部２６の間に位置する放電部２８は、電極１４の連結部３０を除いて、円筒部２３の周方向に延びるように蒸着されており、残りの端に位置する放電部２８は、円筒部２３の周方向の全周に渡って蒸着されている。その円筒部２３の周方向の全周に渡って蒸着されている放電部２８には、円筒部２３の端部に延び出すようにして、通電部３８が形成されている。また、電極１６の連結部３２は、円筒部２３の外周面において、電極１４の放電部２６が蒸着されていない箇所に、円筒部２３の軸方向に延びるように線状に蒸着されており、複数の放電部２８を連結している。このように、１対の電極１４，１６は、電極１４の放電部２６と電極１６の放電部２８とが、所定の間隔をおいて交互に並ぶように、円筒部２３の外周面に蒸着されている。

【0014】

ガラス管１８は、図１に示すように、本体部１２の円筒部２３の外周面に配設されており、円筒部２３の外周面に蒸着された１対の電極１４，１６全体を被覆している。これにより、高電圧が印加される電極１４，１６の露出を防止することが可能となり、安全が担保される。なお、電極１４，１６は、ガラス管１８により封止されているため、電極１４の放電部２６と電極１６の放電部２８との間にまで、ガラス管１８が入り込んでいる。

【0015】

ガス供給装置２０は、処理ガスを供給する装置であり、屈曲部２４の円筒部２３に連結されている側の端部と反対側の端部に接続されている。これにより、屈曲部２４を介して、円筒部２３の内部に処理ガスが供給される。なお、処理ガスは、窒素等の不活性ガスと、空気中の酸素等の活性ガスとを任意の割合で混合させたガスであってもよく、不活性ガス若しくは空気のみであってもよい。また、ガス供給装置２０は、処理ガスを加温、若しくは、冷却する機能を有しており、任意の温度の処理ガスを供給することが可能である。

【0016】

レーザ照射装置２２は、レーザ光を照射する装置であり、概して短円筒状をなしている。レーザ照射装置２２は、端面において、円筒部２３の屈曲部２４が配設されている側の端面に、同軸的に連結されている。なお、レーザ照射装置２２は、円筒部２３に着脱可能とされている。また、レーザ照射装置２２の円筒部２３に連結されている端面の中央部には、照射口（図２参照）４０が形成されており、レーザ照射装置２２は、照射口４０からレーザ光を円筒部２３の軸方向に照射する。なお、レーザ光は、紫外線領域および、可視領域の波長のレーザ光である。

【0017】

また、図２に示すように、レーザ照射装置２２と異なるレーザ照射装置５０が用意されている。レーザ照射装置５０は、レーザ照射装置２２と同寸法であり、円筒部２３からレーザ照射装置２２を取り外し、レーザ照射装置５０を、レーザ照射装置２２の代わりに円筒部２３に連結することが可能である。なお、レーザ照射装置５０も、レーザ照射装置２２と同様にレーザ光を照射するが、レーザ照射装置５０が照射するレーザ光は、紫外線領域を含まず、可視領域の波長のレーザ光である。

【0018】

＜プラズマ照射装置によるプラズマ照射＞
プラズマ照射装置１０は、上述した構成により、円筒部２３の端部からプラズマを噴出し、被処理体にプラズマを照射する。詳しくは、ガス供給装置２０によって処理ガスが、屈曲部２４を介して、円筒部２３の内部に供給される。円筒部２３の屈曲部２４が配設されている側の端面はレーザ照射装置２２によって塞がれているため、円筒部２３に供給された処理ガスは、その端面と反対側の端面に向かって流れる。つまり、電極１４，１６が蒸着されている円筒部２３の内部に向かって、処理ガスが流れる。

【0019】

そして、電極１４，１６の通電部３６，３８に電圧が印加され、電極１４，１６に電流が流れる。これにより、１対の電極１４，１６の放電部２６，２８の間に放電が生じる。この際、電極１４，１６は、絶縁体であるガラス管１８によって封止されているため、円筒部２３の内部において放電が生じ、円筒部２３の内部を流れる処理ガスがプラズマ化される。そして、円筒部２３のレーザ照射装置２２が連結された側の端面と反対側の端面の開口（以下、「噴出口」と記載する場合がある）からプラズマが、円筒部２３の軸方向に噴出される。これにより、プラズマの噴出方向の延長線上に設置された被処理体にプラズマが照射される。

【0020】

ただし、プラズマの波長は、真空紫外線領域の波長であるため、目視により確認することができない。このため、被処理体にプラズマを適切に照射できない虞がある。このようなことに鑑みて、プラズマ照射装置１０には、レーザ照射装置２２が設けられており、レーザ照射装置２２によって照射されたレーザ光によって、プラズマの照射位置を確認することが可能となっている。

【0021】

詳しくは、レーザ照射装置２２は、上述したように、円筒部２３の端面に連結されており、円筒部２３の軸方向にレーザ光を照射する。つまり、レーザ照射装置２２は、プラズマの噴出方向と同軸的に、レーザ光を照射する。また、レーザ光は、直進性があり、平行光である。このため、レーザ照射装置２２から照射されたレーザ光は、円筒部２３内を通過して、円筒部２３の噴出口から、プラズマの噴出方向と同軸的に照射される。そして、そのレーザ光は、被処理体のプラズマが照射されている個所に照射される。被処理体に照射されるレーザ光の波長は、可視領域の波長を含んでいるため、作業者は、レーザ光を目視にて確認することが可能である。これにより、作業者は、レーザ光により、プラズマの照射位置を確認することが可能となり、被処理体にプラズマを適切に照射することが可能となる。

【0022】

また、プラズマ照射装置１０では、レーザ照射装置２２が、処理ガスがプラズマ化される箇所の上流側に配設されている。詳しくは、処理ガスは、ガス供給装置２０によって、屈曲部２４を介して、円筒部２３の内部に供給される。そして、円筒部２３の内部に供給された処理ガスは、噴出口に向かって流れる。この際、処理ガスは、円筒部２３の屈曲部２４が連結されている個所と噴出口との間において、プラズマ化される。一方、レーザ照射装置２２は、円筒部２３の噴出口と反対側の端面に連結されている。このように、レーザ照射装置２２は、処理ガスがプラズマ化される箇所の上流側に配設されている。このため、レーザ照射装置２２は、処理ガスに曝されるが、プラズマには曝されない。これにより、レーザ照射装置２２へのプラズマ照射を防止することが可能となる。

【0023】

なお、プラズマ照射装置１０によるプラズマ照射は、レーザ光によって照射位置を確認した後に行われる。詳しくは、まず、レーザ照射装置２２によってレーザ光が照射される。この際、ガス供給装置２０による処理ガスの供給および、電極１４，１６への電圧の印加は行われていない。そして、作業者は、円筒部２３の噴出口を被処理体に向けることで、レーザ光をプラズマ照射予定位置に一致させる。レーザ光がプラズマ照射予定位置に一致したら、ガス供給装置２０により処理ガスが供給され、電極１４，１６に電圧が印加される。これにより、プラズマ照射予定位置に適切にプラズマを照射すること可能となる。

【0024】

また、プラズマは、活性酸素ラジカルを含んでおり、プラズマ照射された被処理体は、表面において活性化するため、種々の目的で被処理体にプラズマが照射される。具体的には、例えば、医療分野では、皮膚にプラズマを照射することで皮膚が活性化するため、皮膚の再生を目的として、プラズマ照射が行われる。また、例えば、骨にプラズマを照射することで、骨の表面の親水性が高くなり、接着剤の接合強度が高くなる。このため、骨の接合を目的として、プラズマ照射が行われる。また、例えば、工業分野では、金属等の表面処理，表面改質等を目的として、プラズマ照射が行われる。このように、様々な分野において、プラズマ照射の技術が用いられている。

【0025】

このため、プラズマ照射の目的に応じて、プラズマの照射温度が調整される。具体的には、例えば、皮膚の再生を目的として皮膚にプラズマが照射される場合には、ガス供給装置２０によって比較的低い温度の処理ガスが供給される。これにより、プラズマの照射温度を、皮膚に照射するために適した温度にすることが可能となる。また、例えば、骨，金属等にプラズマが照射される場合には、ガス供給装置２０によって比較的高い温度の処理ガスが供給される。これにより、プラズマの照射温度を高温とし、効果的にプラズマ処理を行うことが可能となる。

【0026】

また、レーザ照射装置２２は、上述したように、紫外線領域および、可視領域の波長のレーザ光を照射する。このため、レーザ光が照射された被処理体の表面は、紫外線により活性化する。つまり、プラズマの照射位置を確認するためのレーザ光によっても、被処理体の表面が活性化する。これにより、レーザ光の照射および、プラズマの照射によって、被処理体の表面が活性化され、効果的に被処理体の表面処理を行うことが可能となる。ただし、被処理体には、紫外線の照射が好ましくないものがある。このため、プラズマ照射装置１０では、上述したように、レーザ照射装置２２の代わりに、レーザ照射装置５０をプラズマ照射装置１０に装着することが可能である。レーザ照射装置５０は、紫外線領域を含まず、可視領域の波長のレーザ光を照射する。これにより、紫外線の照射が好ましくない被処理体に対しても、レーザ光を照射し、プラズマの照射位置を確認することが可能となる。

【0027】

［第２実施例］
第２実施例のプラズマ照射装置７０を、図３および図４に示す。プラズマ照射装置７０は、本体部７２と、アース板７４と、照射ノズル７６と、１対の電極７８，８０と、レーザ照射装置８２とを備えている。ちなみに、図３は、プラズマ照射装置７０の要部の透過図であり、図４は、図３のＡＡ線における断面図である。なお、図３には、図が雑然となることを避けるべく、レーザ照射装置８２は図示されていない。

【0028】

本体部７２は、概して直方体形状をなし、セラミックにより成形されている。本体部７２の内部には、反応室８６が形成されている。反応室８６の底面には、下方向に延びるように、４本の第１流路８８が形成されている。なお、第１流路８８は、本体部７２の下面側に貫通していない。また、本体部７２には、第１流路８８の下端部から本体部７２の前面に貫通する第２流路９０が、形成されている。その第２流路９０の本体部７２の前面側の端部は、封止栓９６によって塞がれている。さらに、本体部７２には、第２流路９０の両端部の間を上下方向に貫通する第３流路９８が、形成されている。なお、第３流路９８の上端部は、本体部７２の上面側に貫通していないが、第３流路９８の下端部は、本体部７２の下面側に貫通している。

【0029】

アース板７４は、金属により成形されており、本体部７２の下面に固定されている。アース板７４には、上下方向に貫通する４本の貫通穴１００が形成されており、貫通穴１００は、本体部７２の第３流路９８と同軸的に連通している。

【0030】

照射ノズル７６は、アース板７４の下面に固定されている。照射ノズル７６には、上下方向に貫通する４本のノズル穴１０２が形成されており、ノズル穴１０２は、アース板７４の貫通穴１００と同軸的に連通している。

【0031】

１対の電極７８，８０は、棒状をなし、離間した状態で反応室８６の内部に挿入されている。また、レーザ照射装置８２は、本体部７２の内部に配設されており、第３流路９８の上端に連結されている。レーザ照射装置８２は、レーザ光を照射する装置であり、第３流路９８の軸方向に沿ってレーザ光を照射する。

【0032】

このような構造により、プラズマ照射装置７０は、照射ノズル７６のノズル穴１０２の下端の開口（以下、「噴出口」と記載する場合がある）から、レーザ光を照射し、そのレーザ光を利用して、プラズマの照射予定位置にプラズマを照射する。詳しくは、まず、レーザ照射装置８２によって、第３流路９８の軸方向に沿ってレーザ光が照射される。これにより、レーザ光は、第３流路９８，貫通穴１００，ノズル穴１０２を通過し、噴射口から照射される。そして、作業者は、噴出口を被処理体に向けることで、レーザ光をプラズマ照射予定位置に一致させる。

【0033】

続いて、反応室８６に処理ガスが供給され、１対の電極７８，８０に電圧が印加される。これにより、１対の電極７８，８０間に電流が流れ、放電が生じることで、処理ガスがプラズマ化される。そして、そのプラズマが、第１流路８８，第２流路９０，貫通穴１００，ノズル穴１０２を介して、噴出口から噴出される。この際のプラズマの噴出方向は、第２流路９０，貫通穴１００，ノズル穴１０２の軸方向となる。このため、被処理体に照射されているレーザ光に向かって、プラズマが照射される。このように、第２実施例のプラズマ照射装置７０においても、第１実施例のプラズマ照射装置１０と同様に、プラズマの照射位置をレーザ光により確認し、プラズマの照射予定位置に適切にプラズマを照射することが可能となる。

【0034】

ちなみに、プラズマ照射装置１０は、大気圧プラズマ発生装置の一例である。本体部１２は、流路の一例である。電極１４，１６は、電極の一例である。ガス供給装置２０は、供給装置の一例である。レーザ照射装置２２は、照射装置の一例である。レーザ照射装置５０は、照射装置の一例である。プラズマ照射装置７０は、大気圧プラズマ発生装置の一例である。電極７８，８０は、電極の一例である。レーザ照射装置８２は、照射装置の一例である。第１流路８８，第２流路９０，貫通穴１００，ノズル穴１０２は、流路の一例である。

【0035】

なお、本発明は、上記実施例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、上記実施例では、被処理体に照射される光としてレーザ光が採用されているが、可視光であれば、種々の光を採用することが可能である。ただし、プラズマの照射位置を適切に確認するべく、直進性，収束性に優れた光、所謂、平行光を採用することが好ましい。

【符号の説明】

【0036】

１０：プラズマ照射装置（大気圧プラズマ発生装置） １２：本体部（流路） １４：電極 １６：電極 ２０：ガス供給装置（供給装置） ２２：レーザ照射装置（照射装置） ５０：レーザ照射装置（照射装置） ７０：プラズマ照射装置（大気圧プラズマ発生装置） ７８：電極 ８０：電極 ８２：レーザ照射装置（照射装置） ８８：第１流路（流路） ９０：第２流路（流路） １００：貫通穴（流路） １０２：ノズル穴（流路）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】