特許 7268932 プラズマ噴射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-25

(45)【発行日】2023-05-08

(54)【発明の名称】プラズマ噴射装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/34 20060101AFI20230426BHJP

【ＦＩ】

H05H1/34

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023015184

(22)【出願日】2023-02-03

【審査請求日】2023-02-06

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000183738

【氏名又は名称】春日電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002446

【氏名又は名称】弁理士法人アイリンク国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】小木曽 智

(72)【発明者】

【氏名】會澤 賢二

(72)【発明者】

【氏名】杉村 智

(72)【発明者】

【氏名】松浦 慶

【審査官】鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０８１８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１０－００４９３２２（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開平１０－２９６４４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／２４

Ｂ０１Ｊ １９／０８

Ｂ２３Ｋ １０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ噴出口と、
このプラズマ噴出口の開口内で対向する一対の放電電極と、
上記一対の放電電極間にガスを供給するガス通路と、
上記放電電極に電圧を印加する電圧印加手段と
を本体に備え、
上記ガス通路は、
上記本体内で、直線状の第１通路と、
上記第１通路の先端付近の側面に開口した流通口と、
上記流通口から上記第１通路に交差する方向に伸びて、上記プラズマ噴出口まで達する第２通路とからなり、
上記第２通路内には、
上記流通口から流出するガス流を、上記プラズマ噴出口の中心点で開口面に直交する軸線に沿った流れに方向修正しながら上記プラズマ噴出口に導くガスガイド手段を備えたプラズマ噴射装置。

【請求項2】

上記ガスガイド手段は、
上記流通口に連続して設けられ、内部が上記第１通路と連通するとともに、上記プラズマ噴出口に向く先端が閉鎖された筒部材と、
上記筒部材の側面に形成され、上記筒部材の内部と外部とを連通させる複数の連通小孔とを備え、
上記連通小孔は、
上記筒部材の側面を、上記軸線を通る平面で、上記第１通路の上流側と対向する側の面と対向しない側の面とに二分したとき、上記対向する側の面が上記対向しない側の面より、開口面積が大きくなるように配置された請求項１に記載のプラズマ噴射装置。

【請求項3】

上記筒部材の外側に、上記第２通路の内壁に沿った筒状のケース部材を設け、
上記筒部材の外壁と上記ケース部材の内壁との間に、上記連通小孔から流出したガス流を導く構成にするとともに、
上記筒部材とケース部材とを異種素材で形成した請求項２に記載のプラズマ噴射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、表面改質などに利用されるプラズマ噴射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、装置本体内で生成されたプラズマを照射して、処理対象物の濡れ性など、表面特性を改質する表面改質装置が知られている。
例えば、特許文献１の装置は、筒状の装置本体に設けた一対の電極間で放電を発生させ、この放電によって生成されたプラズマを、ガス流によって、本体の先端の噴出口から処理対象物に向かって噴出させ、上記噴出口と処理対象物の表面とを相対移動させて必要個所を処理する装置である。

【0003】

また、処理対象面が筒体などの環状物体の内側面の場合に、処理対象物の中に本体を挿入して、本体の側面に形成された噴出口からプラズマを噴射させる装置も知られている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－２７７９５３号公報

【文献】特開平１０－２９６４４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のように、環状物体の内側にプラズマを照射する装置では、例えば図５に示すように、処理対象物ｗ内に挿入した本体１を矢印ｙ方向に沿って移動させながら、噴出口２からプラズマを噴射させる。プラズマを噴出させるガスは、その流れ方向が本体１内でｙ方向からｘ方向に変更されてから噴出口２に達する。
また、上記本体１は、狭い場所に挿入できるようにするため、ｙ方向に沿ったガス通路３に対してｘ方向に沿ったガス通路４の長さを短く設定しなければならない。

【0006】

このように、本体１に供給されたガスは、相対的に長いガス通路３から短いガス通路４に流れ込んで方向転換するので、噴出口２から噴出するまでｙ方向の流れの勢いが残ったままになる傾向がある。
そのため、噴出口２から噴出されて一対の放電電極５，６に向かうガス流は全体として図６に示すように太線の矢印のようになり、プラズマｐの広がりは偏ったものとなる。すなわち、プラズマｐの流れの中心が処理対象面に斜めに当たって、処理対象面に照射されるプラズマ濃度に大きな偏りができてしまう。その結果、プラズマ処理の効果が不均一となってしまうという問題があった。なお、図６において、符号７は電源を示している。

【0007】

この発明の目的は、環状物体の内側など、狭いところの処理対象面を均一にプラズマ処理できる、プラズマ噴射装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１の発明は、プラズマ噴出口と、このプラズマ噴出口の開口内で対向する一対の放電電極と、上記一対の放電電極間にガスを供給するガス通路と、上記放電電極に電圧を印加する電圧印加手段とを本体に備え、上記ガス通路は、上記本体内で、直線状の第１通路と、上記第１通路の先端付近の側面に開口した流通口と、上記流通口から上記第１通路に交差する方向に伸びて、上記プラズマ噴出口まで達する第２通路とからなり、上記第２通路内には、上記流通口から流出するガス流を、上記プラズマ噴出口の中心点で開口面に直交する軸線に沿った流れに方向修正しながら上記プラズマ噴出口に導くガスガイド手段を備えている。

【0009】

第２の発明は、上記ガスガイド手段が、上記流通口に連続して設けられ、内部が上記第１通路と連通するとともに、上記プラズマ噴出口に向く先端が閉鎖された筒部材と、上記筒部材の側面に形成され、上記筒部材の内部と外部とを連通させる複数の連通小孔とを備え、上記連通小孔は、上記筒部材の側面を、上記軸線を通る平面で、上記第１通路の上流側と対向する側の面と対向しない側の面とに二分したとき、上記対向する側の面が上記対向しない側の面より、開口面積が大きくなるように配置されている。

【0010】

第３の発明は、上記筒部材の外側に、上記第２通路の内壁に沿った筒状のケース部材を設け、上記筒部材の外壁と上記ケース部材の内壁との間に、上記連通小孔から流出したガス流を導く構成にするとともに、上記筒部材とケース部材とを異種素材で形成している。

【発明の効果】

【0011】

第１の発明によれば、第２通路に比べて第１通路を長くして、第１通路の流通口から第２通路に流出したガス流に第１通路に沿った方向の癖がついていたとしても、それを修正することができる。第２通路中でガス流の方向が修正されて、プラズマが噴出口の開口の中心点を中心とした分布を形成することで、均一な処理を実現できる。
また、第２通路に比べて第１通路を十分に長くし、狭い箇所に本体をより挿入しやすくできる。

【0012】

第２の発明によれば、筒部材の連通小孔の配置によって、第１通路に沿った勢いを修正して、ガス流の方向をプラズマ噴出口の中心点で開口面に直交する軸線に沿った流れに修正できる。

【0013】

第３の発明によれば、素材を変えることで、ガスガイド手段を構成する筒部材の固有振動数とケース部材の固有振動数とを異ならせ、ガス流による両部材の共振を起こりにくくできる。そのため、ガス流によって発生する騒音を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態の本体の断面図である。

【図2】図２は、実施形態のプラズマ噴出口の正面図である。

【図3】図３は、実施形態のガスガイド手段の断面図である。

【図4】図４は、実施形態のプラズマ噴出口から噴射されるプラズマの広がりのイメージ図である。

【図5】図５は、従来のプラズマ噴射装置のガスの流れを説明する概略図である。

【図6】図６は、従来のプラズマ装置から噴射されるプラズマの広がりのイメージ図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

［実施形態］
以下にこの発明の一実施形態を説明する。図１は、実施形態におけるプラズマ噴射装置の本体の断面図である。図２は、実施形態のプラズマ噴出口の正面図、図３は、ガスガイド手段の拡大断面図、図４は実施形態のプラズマ噴出口から噴射されるプラズマの広がりのイメージ図である。

【0016】

この実施形態のプラズマ噴射装置は、内部に第１通路１１を備えた第１筒部材１３と、その先端に結合され、上記第１通路１１の方向を変更して第２通路１２に連通させる継手部材１４と、この継手部材１４に結合された第２筒部材１５と、その先端に結合された電極ホルダー１６と、電極ホルダー１６の先端面を覆うカバー１７とを備えている。
上記部材によって、この実施形態のプラズマ噴射装置の本体１０が構成される。そして、各部材の材質は、樹脂や金属などを用いることができ、特に限定されない。また、複数の部材を一体的に形成してもよい。

【0017】

上記第１筒部材１３は、内部に直線状の第１通路１１を備え、ｙ方向に十分な長さを備えている。
なお、ここでは、上記第１通路１１の長さ方向をｙ方向、第２通路１２の長さ方向をｘ方向、ｘｙ平面と直交する方向をｚ方向とする。

【0018】

上記継手部材１４は上記第１筒部材１３の先端側に連続した筒状部分の側壁、すなわち第１通路１１の先端付近の側面に流通口１４ａを開口させた形状で、上記第１通路１１と第２筒部材１５内の第２通路１２とを連通させるための部材である。
第２通路１２は、ガスの流れにおいて流通口１４ａより下流側の部分で、第２筒部材１５及び電極ホルダー１６内を通り、上記第１通路１１と直交するガス通路である。

【0019】

第２筒部材１５は、その基端が、上記継手部材１４の流通口１４ａ側に結合され、先端側に電極ホルダー１６が結合される部材である。この第２筒部材１５は、第２通路１２の内壁に沿って設けられた筒状のケース部材であり、後で説明するガイド筒１９と相まってガスガイド手段を構成する。

【0020】

また、電極ホルダー１６は、中心に第２通路１２が形成された筒状の部材で、先端側の側壁には第２通路１２を挟んでｙ方向で対向する一対の板状の放電電極５，６が取り付けられている。放電電極５，６は、電極ホルダー１６の側壁に形成された凹部内に挿し込まれるとともに、図示しない固定手段によって電極ホルダー１６に固定されている。そして、放電電極５，６は、電極ホルダー１６の側壁を介して図示していない連結手段によって、電圧印加手段である電源７（図４参照）に電気的に接続されている。

【0021】

電極ホルダー１６の先端面を覆うカバー１７には、プラズマ噴出口１８が形成されている。このプラズマ噴出口１８は、図２に示すように上記ｙ方向に長さを有するスリット状の開口であり、その長さ方向両端側では、放電電極５，６の厚みに開口幅を合わせて放電電極５，６を挟持するようにしている。

【0022】

また、このプラズマ噴出口１８の中心点である開口中心Ｏで、当該プラズマ噴出口１８の開口面に直交する軸線Ｌは、第２通路１２の中心軸線と一致している。
なお、この実施形態では、プラズマ噴出口１８をｙ方向に伸びるスリット状にしているが、開口形状はこれに限らない。例えば、ｚ方向に長さを有するスリット状でも良いし、スリット状でなく円形などでもかまわない。

【0023】

上記第２筒部材１５内には、ガスガイド手段を構成する筒部材であるガイド筒１９が設けられている。このガイド筒１９は、筒部１９ａとフランジ部１９ｂとからなり、フランジ部１９ｂが、第２筒部材１５の端部で上記流通口１４ａの周囲に固定されている。このガイド筒１９は合成樹脂などで形成されているが、第２筒部材１５とは異種素材にしている。

【0024】

上記筒部１９ａは、フランジ部１９ｂとは反対側で上記プラズマ噴出口１８に向く先端が閉鎖され、側面には複数の連通小孔１９ｃが形成されている。ガイド筒１９は、上記筒部１９ａの外周面と上記第２筒部材１５の内周面との間に隙間ができるように当該第２筒部材１５内に設けられている。
したがって、流通口１４ａから流出して筒部１９ａ内に流入したガスは、上記連通小孔１９ｃから流出し、筒部１９ａと第２筒部材１５との間へ導かれる。この実施形態では、ガイド筒１９と第２筒部材１５とでガスガイド手段を構成している。

【0025】

上記連通小孔１９ｃは、筒部１９ａの軸方向に複数、円周方向にも複数、設けられているが、図３に示すように、筒部１９ａの側面を、上記軸線Ｌを通る平面Ｓで第１通路１１の上流側と対向するＡ側の面と対向しないＢ側の面とに二分割したとき、上記対向するＡ側の側面の方が、Ｂ側の側面より、当該連通小孔１９ｃの開口面積が大きくなるように配置されている。この実施形態では、個々の連通小孔１９ｃの開口面積を等しくし、図３において平面Ｓより上であるＡ側の側面に、円周方向に４５°ずつ位相をずらして３列に連通小孔１９ｃを形成し、平面Ｓより下であるＢ側の側面には、互いに９０°位相をずらした２列の連通小孔１９ｃを形成している。このようにＡ側の側面に形成する連通小孔１９ｃの数を、Ｂ側の側面に形成する連通小孔１９ｃより多くしている。なお、上記平面Ｓは、上記ｙ方向の軸と直交するｘｚ平面である。

【0026】

［作用・効果等］
この実施形態のプラズマ噴射装置では、第１通路１１にガスを供給しながら、放電電極５，６に電圧を印加してプラズマを生成させる。プラズマは、第１通路１１及び第２通路１２を通過したガスによってプラズマ噴出口１８から噴出するが、このガスの流れは、次のように制御されている。

【0027】

プラズマを噴出させるガスは、上記第１筒部材１３の一端側である第１通路１１の上流側から供給され、第１通路１１内でｙ方向に流れる。このガス流は、継手部材１４の流通口１４ａからガイド筒１９内に流れ込み、ｘ方向に方向転換する。しかし、ガス流は、第１通路１１のｙ方向の流れの癖がついているため（ｙ方向への慣性があるため）、流通口１４ａから流出した直後には、第２通路１２の中心を通る軸線Ｌに沿った流れとはならず、ｙ方向の成分が多く残っている。すなわち、ガス流は、ガイド筒１９の筒部１９ａ内で、第１通路１１の上流側と対向するＡ側の面よりも、Ｂ側の面に向かう傾向が強い流れになっている。このような流れが、ガイド筒１９の筒部１９ａの連通小孔１９ｃからその外側へ流れ出る。

【0028】

上記したように、筒部１９ａの側面において、第１通路１１の上流側と対向するＡ側の面には、Ｂ側の面と比べて多くの連通小孔１９ｃが形成されている。そのため、全ての連通小孔１９ｃから流出して筒部１９ａと第２筒部材１５との間を通過するガス流は、全体として第１通路１１に沿った矢印ｙ方向の成分が上記Ａ側に向かうように修正されることになり、結果として第２通路１２の軸線Ｌに沿った流れとなる。

【0029】

このように、第２通路の軸線Ｌに沿ったガス流はプラズマ噴出口１８の開口中心Ｏを中心とする流れとなるため、このガスによって噴射されるプラズマは、例えば図４に示すプラズマｐのようにプラズマ噴出口１８の中心から外方に向かってｙ方向で均等に広がる。
そのため、このようなプラズマによる処理は、図６のように偏ったプラズマを照射する場合と比べて、均一な処理効果を得ることができる。

【0030】

また、第２通路１２内に上記ガイド筒１９を設けているので、ガイド筒１９の筒部１９ａと第２筒部材１５との間の流路が狭くなり、高速のガス流によって周囲の部材が振動して騒音を発生することがある。しかし、ガイド筒１９と第２筒部材１５とを適宜選択した異素材で形成することによって共振を抑制でき、騒音を低減できる。

【0031】

なお、上記ガイド筒１９の筒部１９ａの側面において、Ａ側の側面に形成される連通小孔１９ｃの開口面積を、Ｂ側の側面に形成される連通小孔１９ｃの開口面積より大きくするためには、上記のように連通小孔１９ｃの数を調整するほか、個々の連通小孔１９ｃの大きさに差を設けてもよい。
また、第２通路１２内で、ガス流の方向が軸線Ｌに沿うように方向修正することができれば、ガイド筒１９の形状も上記実施形態に限定されない。
ただし、ガス流の方向が自然に整うほど、第２通路１２の長さを十分に長く設定できないことが前提である。

【産業上の利用可能性】

【0032】

本発明のプラズマ噴射装置は、狭所のプラズマ処理に適用できる。

【符号の説明】

【0033】

５，６ 放電電極
７ （電圧印加手段）電源
１０ 本体
１１ 第１通路
１２ 第２通路
１３ 第１筒部材
１４ 継手部材
１４ａ 流通口
１５ （ケース部材）第２筒部材
１６ 電極ホルダー
１７ カバー
１８ プラズマ噴出口
１９ （ガスガイド手段）ガイド筒
１９ｃ 連通小孔
Ａ 第１通路の上流側と対向する側
Ｂ 第１通路の上流側と対向しない側
Ｏ （プラズマ噴出口の）開口中心
Ｌ 軸線
Ｓ 軸線を通る平面

【要約】

【課題】 狭いところの処理対象面を、均一にプラズマ処理できるプラズマ噴射装置を提供する。
【解決手段】 プラズマ噴出口１８と、プラズマ噴出口１８の開口内で対向する一対の放電電極５，６と、放電電極間５，６にガスを供給するガス通路１１，１２と、放電電極５，６に電圧を印加する電圧印加手段７とを本体１０に備え、上記ガス通路は、直線状の第１通路と、上記第１通路の先端付近の側面に開口した流通口１４ａと、上記流通口１４ａから第１通路１１に交差する方向に伸びて、プラズマ噴出口１８まで達する第２通路１２とからなり、上記第２通路内には、流通口１４ａから流出するガス流を、上記プラズマ噴出口の中心点Ｏで開口面に直交する軸線Ｌに沿った流れに方向修正しながらプラズマ噴出口１８に導くガスガイド手段１９，１５を備えた。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】