特許 7200451 液中プラズマ発生装置

(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】

(24)【登録日】2022-12-26

(45)【発行日】2023-01-10

(54)【発明の名称】液中プラズマ発生装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/24 20060101AFI20221227BHJP

【ＦＩ】

H05H1/24

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019032596

(22)【出願日】2019-02-26

(65)【公開番号】P2020136242

(43)【公開日】2020-08-31

【審査請求日】2022-02-01

(73)【特許権者】

【識別番号】519067552

【氏名又は名称】小林テック株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】309019408

【氏名又は名称】株式会社 ケーエンジニアリング

(73)【特許権者】

【識別番号】591108178

【氏名又は名称】秋田県

(73)【特許権者】

【識別番号】504409543

【氏名又は名称】国立大学法人秋田大学

(74)【代理人】

【識別番号】100155882

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100154678

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 博子

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 晃喜

(72)【発明者】

【氏名】金野 正史

(72)【発明者】

【氏名】丹 健二

(72)【発明者】

【氏名】大川 浩一

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１６７８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２５８１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－５８０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１２７９２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置本体と、前記装置本体内に位置し液体を保持可能な容器と、前記容器内に保持されＸ軸方向に対向離間する一対の電極と、前記電極を覆うとともに前記電極に対して前記Ｘ軸方向に相対移動可能な絶縁部材と、前記電極及び前記絶縁部材を前記Ｘ軸方向に移動させる第１移動手段と、前記絶縁部材を前記Ｘ軸方向に移動させる第２移動手段と、を備えることを特徴とする液中プラズマ発生装置。

【請求項2】

前記電極の上方に位置し前記液体の流動の一部を阻害するカバー部材と、
前記カバー部材を前記Ｘ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させる第３移動手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の液中プラズマ発生装置。

【請求項3】

前記電極の一部は、前記絶縁部材の先端から突出することを特徴とする請求項１記載の液中プラズマ発生装置。

【請求項4】

前記装置本体は、筐体部と蓋部とを備え、
前記第１移動手段及び前記第２移動手段は、前記蓋部に設けられることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液中プラズマ発生装置。

【請求項5】

前記装置本体は、筐体部と蓋部とを備え、
前記第３移動手段は、前記蓋部に設けられることを特徴とする請求項２記載の液中プラズマ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、液中プラズマ発生装置に関し、より詳細には一対の電極における離間寸法を調整可能である液中プラズマ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、一対の電極間でプラズマを発生させる液中プラズマ装置は知られている。例えば特許文献１によれば、液中プラズマ発生装置は液体を入れる容器と、容器の液体中に配置された液中プラズマ用電極と、これに対向するように配置された対向電極と、液中プラズマ用電極及び対向電極に接続された高周波電源と、アクチュエータとを備える。液中プラズマ用電極及び対向電極は、導電線とその外周を覆う管状の絶縁部材とを備える。絶縁部材の内周面と導電線の外周面との間には、導電線が絶縁部材に対して摺動可能な間隔が設けられる。アクチュエータを用いることによって、液中プラズマ用電極の導電線を対向電極に向かって摺動させ、対向電極の導電線を液中プラズマ用電極に向かって摺動させることができる。

【0003】

導電線の材料として金属製のものを用いることができ、導電線はプラズマの発生によって溶解する性質を有する。導電線が溶解することによって液中プラズマ用電極と対向電極との導電線の離間寸法が大きくなるが、絶縁部材に対して導電線を摺動可能としたことにより、導電線を互いに近づけるように移動させることができ、良好なプラズマ発生を実現することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－１６７８８０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら従来の液中プラズマ発生装置では、容器に対して相対的に移動できるのは電極の導電線だけであり、絶縁部材は移動することができない。例えば、絶縁部材と電極との位置関係がプラズマの発生に影響を及ぼす場合、絶縁部材と電極との両者を移動させて最適な位置を確立しなければならない。また、電極の特性や容器に保持される液体の特性によって、絶縁部材と電極との位置関係が変わってくる場合もある。従来のプラズマ発生装置では、これらの場合において、効率的にプラズマを発生させることができないという問題があった。

【0006】

この発明は、電極を軸方向に移動可能なだけでなく、絶縁部材も移動可能な液中プラズマ発生装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明は、装置本体と、前記装置本体内に位置し液体を保持可能な容器と、前記容器内に保持されＸ軸方向に対向離間する一対の電極と、前記電極を覆うとともに前記電極に対して前記Ｘ軸方向に相対移動可能な絶縁部材と、前記電極及び前記絶縁部材を前記Ｘ軸方向に移動させる第１移動手段と、前記絶縁部材を前記Ｘ軸方向に移動させる第２移動手段と、を備えることを特徴とする。
したがって、第１移動手段によって対向する電極をＸ軸方向に移動可能であるとともに、第２移動手段によって絶縁部材と電極とを相対移動させることもでき、電極の特性や液体の特性に応じたプラズマを発生させることができる。

【0008】

前記電極の上方に位置し前記液体の流動の一部を阻害するカバー部材と、前記カバー部材を前記Ｘ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させる第３移動手段と、をさらに備えることを特徴とする。

【0009】

カバー部材を設けることによって、拡散するジュール熱を保持することができ、より効率的にプラズマを発生させることができる。さらに、第３移動手段によってカバー部材を移動可能であるので、さらにプラズマ発生の効率を向上させることができる。

【0010】

前記電極の一部は、前記絶縁部材の先端から突出することを特徴とする。
電極を絶縁部材から突出させることによって、露出した電極間においてプラズマを発生させることができ、さらに露出量を調整することによってプラズマの発生量を調整することができる。

【0011】

前記装置本体は、筐体部と蓋部とを備え、前記第１移動手段及び前記第２移動手段は、前記蓋部に設けられることを特徴とする。
第１移動手段及び第２移動手段を蓋部に設けることによって、装置本体の外部から電極及び絶縁部材の移動操作を行うことができる。

【0012】

前記装置本体は、筐体部と蓋部とを備え、前記第３移動手段は、前記蓋部に設けられることを特徴とする。
第３移動手段を蓋部に設けることによって、装置本体の外部から絶縁部材の移動操作を行うことができる。

【発明の効果】

【0013】

この発明に係る液中プラズマ発生装置によれば、電極及び絶縁部材を移動可能な第１移動手段と、絶縁部材のみを移動可能な第２移動手段とを備えるので、電極及び絶縁部材のいずれも調節可能となり、使用される電極や液体の特性に応じた所望のプラズマを発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】液中プラズマ発生装置の正面図。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線断面図。

【図3】図２の部分拡大図。

【図4】カバー部材の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１～４を参照し、この発明の液中プラズマ発生装置の一実施形態を説明する。

【0016】

＜液中プラズマ発生装置１＞
特に図１及び図２を参照すれば、液中プラズマ発生装置１は、装置本体２と、装置本体２内に位置し液体を保持可能な容器３と、容器３内に保持されＸ軸方向１１に対向離間する一対の電極４と、電極４の周囲を覆う絶縁部材５と、を備える。電極４及び絶縁部材５は第１移動手段６によってＸ軸方向に移動可能であるとともに、第２移動手段７によって絶縁部材５のみもＸ軸方向に移動可能である。

【0017】

＜装置本体２＞
装置本体２は、その内部に容器３を保持可能な筐体部２１と、筐体部２１の上部に位置する蓋部２２とを備える。蓋部２２には、第１移動手段６及び第２移動手段７が固定される。

【0018】

＜電極４＞
特に図３を参照すれば、電極４は一方の電極４１と他方の電極４２とを備える。一方の電極４１及び他方の電極４２は、図面の横方向、すなわち電極４の軸方向に一致するＸ軸方向１１に延びるとともに、それらの先端は離間対向する。一方の電極４１及び他方の電極４２として、導電性を有する導電線を用いることができ、例えば金属材料又は炭素材料等を用いることができる。一方の電極４１及び他方の電極４２には、図示しない高周波電源が接続され、これら電極４１，４２に電力が供給されることによって電極４１及び電極４２間でプラズマを発生させることができる。

【0019】

＜絶縁部材５＞
電極４の外周は絶縁部材５で覆われる。すなわち、一方の電極４１及び他方の電極４２の周囲を一方の絶縁部材５１及び他方の絶縁部材５２で覆う。一方の電極４１と一方の絶縁部材５１との間、他方の電極４２と他方の絶縁部材５２との間には、互いが摺動可能な程度な空隙が保持される。一方の絶縁部材５１と他方の絶縁部材５２とは、Ｘ軸方向１１にそれぞれ延びるとともに、それぞれの先端５１Ａ及び先端５２Ａが互いに対向する。一方の絶縁部材５１の先端５１Ａからは一方の電極４１の一部が突出し、他方の絶縁部材５２の先端５２Ａからは他方の電極４２の一部が突出する。一方の絶縁部材５１及び他方の絶縁部材５２としては、高い絶縁性を有するとともに、プラズマ発生に伴う発熱も耐えうる耐熱性を有する材料を用いることが望ましく、例えばセラミックス材料を用いることができる。

【0020】

＜第１移動手段６＞
第１移動手段６は、一方の電極４１側及び他方の電極４２側のそれぞれに設けられる。第１移動手段６は、一方の電極４１及び他方の電極４２をそれぞれ挟持するとともにＸ軸方向１１に交差するＺ軸方向１２に延びる電極挟持部６１と、一方の絶縁部材５１及び他方の絶縁部材５２に支持部材６５を介してそれぞれ接合される絶縁部材挟持部６２とを備える。支持部材６５は一方の絶縁部材５１及び他方の絶縁部材５２の周囲に固定される。絶縁部材挟持部６２はＺ軸方向１２に延びる中空の筒状であり、その中空部分に電極挟持部６１が挿入される。特に図２を参照すれば、電極挟持部６１及び絶縁部材挟持部６２は、第１固定部材６３にそれぞれ固定され、第１固定部材６３は第１マイクロメータ６４によってＸ軸方向１１に移動可能とされている。第１固定部材６３の一部及び第１マイクロメータ６４は、蓋部２２の外側に配置、固定される。第１マイクロメータ６４のダイヤルを操作すると、第１固定部材６３がＸ軸方向１１の左右いずれかに移動する。第１固定部材６３が移動すると、これに固定された電極挟持部６１及び絶縁部材挟持部６２も移動し、これらに挟持された電極４及び絶縁部材５も一緒にＸ軸方向１１に移動する。このようにして第１移動手段６によって電極４及び絶縁部材５を同時にＸ軸方向１１に移動させることができる。

【0021】

＜第２移動手段７＞
第２移動手段７は、一方の絶縁部材５１及び他方の絶縁部材５２のそれぞれに固定される第２固定部材７１と、第２固定部材７１をＸ軸方向１１に移動可能な第２マイクロメータ７２とを備える。第２固定部材７１の一部及び第２マイクロメータ７２は蓋部２２の外側に配置、固定される。第２マイクロメータ７２のダイヤルを操作すると、第２固定部材７１がＸ軸方向１１の左右いずれかに移動する。第２固定部材７１が移動すると、これに固定された一方の絶縁部材５１又は他方の絶縁部材５２も移動する。なお、第２固定部材７１には電極４は固定されていない。したがって、第２移動手段７によって絶縁部材５だけをＸ軸方向１１に移動させることができる。

【0022】

＜カバー部材８＞
一方の電極４１と他方の電極４２とのＺ軸方向１２上方には、流体の移動の一部を阻害するカバー部材８を備える。特に図４を参照すれば、カバー部材８は一方の電極４１及び他方の電極４２に向かって開口する凹部８１を備える。より詳細には、凹部８１は一方の電極４１と他方の電極４２との間であって、その上方に位置する。一方の電極４１と他方の電極４２との間ではジュール熱が発生し液体を気化させることによりプラズマが発生するが、その際プラズマ発生による温度上昇と気泡発生により、電極４１及び電極４２間には上昇気流が発生しジュール熱が拡散してしまう。カバー部材８が配置されることによってこの上昇気流の少なくとも一部が阻害され、発生したジュール熱が電極４１と電極４２との間に留まりやすくなる。ジュール熱を電極付近に保持することによって連続した安定的なプラズマの発生が可能となる。カバー部材８は、耐熱性を有することが望ましく、例えば石英ガラスやセラミックスなどを用いることができる。

【0023】

＜第３移動手段９＞
カバー部材８は、第３移動手段９によってＺ軸方向１２に移動可能とされる。第３移動手段９は、カバー部材８に固定された第３固定部材９１と、第３固定部材９１をＺ軸方向１２に移動可能な第３マイクロメータ９２とを備える。第３固定部材９１の一部及び第３マイクロメータ９２は、蓋部２２の外側に配置、固定される。第３マイクロメータ９２のダイヤルを操作すると、第３固定部材９１がＺ軸方向１２の上下いずれかに移動する。第３固定部材９１が移動すると、これに固定されたカバー部材８も移動する。したがって、第３移動手段９によってカバー部材８をＺ軸方向１２に移動させることができる。

【0024】

上記のような構成において、一方の電極４１と他方の電極４２との間の液体に通電することにより、液体の持つ抵抗に応じてジュール熱が発生する。ジュール熱により液体が気化され提出プラズマを発生させることができる。液体の持つ抵抗がプラズマ発生に影響を及ぼすところ、液体の伝導率を変更することでプラズマ発生に最適なジュール熱となるように調整することができる。この実施形態では、第２移動手段７を用いることによって、絶縁部材５から露出する電極の量を可変とすることができ、これによりジュール熱の調整をすることができる。すなわち電極の露出する表面積を変えることにより、ジュール熱を調整することができるから、液体の伝導率を変えることなく、ジュール熱の調整ができるとともに、伝導率を変えることができない液体も用いることができる。

【0025】

伝導率の低い液体の場合は、液体へ通電される電流が少なくなるため、ジュール熱の発生も小さくなり、液中プラズマの発生が困難となる。このような場合に電極の露出する表面積を増やすことにより、液体の電気的通電経路を並列に増やすことができ、発生ジュール熱が増え、プラズマを発生させることができる。また、電極の離間寸法、露出する表面積を変えることによって発生するプラズマ玉のサイズ調整も期待できる。

【0026】

第１移動手段６、第２移動手段７、及び第３移動手段９としてマイクロメータをそれぞれ用いているが、このようにマイクロメータを用いることによって、微細な調整が可能となり、プラズマ発生に最適な条件を見つけることができる。このような液中プラズマ発生装置は、種々の条件でのプラズマ発生を試行錯誤することができるから、実験装置としての用途に好適である。ただし、実験装置としての用途に限定するものではなく、広くプラズマ発生装置として用いることができる。

【0027】

第１移動手段６、第２移動手段７、及び第３移動手段９は、蓋部２２に取り付けられるとともに、第１マイクロメータ６４，第２マイクロメータ７２，及び第３マイクロメータ９２はそれぞれ蓋部２２の外側に配置される。したがって、装置本体２の外部から電極４、絶縁部材５及びカバー部８の移動操作をすることができ、操作者の操作性を向上させることができるとともに安全を確保することができる。

【0028】

この実施形態において第１移動手段６、第２移動手段７及び第３移動手段９は、手動で操作することとしているが、制御装置を用いた電子制御をすることもできる。また、第１移動手段６、第２移動手段７及び第３移動手段９としては、この分野において通常用いられる種々の部材を組み合わせて使用することができる。

【符号の説明】

【0029】

１ 液中プラズマ発生装置
２ 装置本体
３ 容器
４ 電極
５ 絶縁部材
６ 第１移動手段
７ 第２移動手段
８ カバー部材
９ 第３移動手段
１１ Ｘ軸方向
１２ Ｚ軸方向
２１ 筐体部
２２ 蓋部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】