(57)【要約】【課題】周期構造体近傍に電磁界分布が集中して放射しない表面波モードを使用した高周波電力供給手段を媒質ガスの供給位置と被処理物の間に配置して、被加熱物の近傍でプラズマを発生させることで、狙った狭い範囲に限定して、プラズマを発生させることができ、プラズマ処理の位置や強度の制御精度を高めた高周波プラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】ガス供給手段７と被加熱物２の間の空間に表面波維持手段５を配置して、被加熱物２近傍の狭い範囲で、プラズマ１０を発生することができ、被加熱物２の狙った範囲に少量のプラズマ１０を当てることができ、応答が速く、効率的で、処理する位置および強度を精度よく制御したプラズマ処理ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を収納する処理室と、
前記処理室外に設けられ高周波電力を発振する高周波発振器と、
前記高周波発振器から供給された前記高周波電力を表面波に変換し表面波モードで維持する表面波維持手段と、
媒質ガスを前記処理室内へ供給するガス供給手段と、
前記高周波発振器および前記ガス供給手段を制御する制御手段と、を有し、
前記ガス供給手段と前記被処理物の間の前記処理室内空間に前記表面波維持手段を配置したことを特徴とする高周波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記表面波維持手段は、その外郭部分の少なくとも一部を樹脂などの絶縁体で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記高周波発振器の高周波電力を調整する請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項４】
処理動作を停止する場合、前記媒質ガスを停止する前に、前記制御手段は前記高周波発振器の高周波電力供給を停止する構成とした請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記ガス供給手段は、前記媒質ガスの放出方向や放出の広がりを変えられる構成とした請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記表面波維持手段は、前記被処理物および／または前記ガス供給手段との間の距離を変えられる構成とした請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記高周波発振器は、前記表面波維持手段の複数個所へ高周波電力を供給する構成とした請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記高周波発振器は、前記表面波維持手段へ供給する複数の高周波電力間の位相差を制御して、前記表面波維持手段内で発生する定在波の位置を移動させる構成とした請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項９】
前記表面波維持手段は、インターディジタル線路方式および／またはスタブ線路方式とする構成とした請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記表面波維持手段により前記媒質ガスの流路を変える構成とした請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期構造体を用いた表面波伝送線路およびガス供給手段を備えた高周波プラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の高周波プラズマ処理装置は、
プラズマ発生装置にマイクロ波とガスを導入してプラズマを発生させて、吹き出し型プラズマとして、飲食品の表面を直接加熱するものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、迅速に食品表面を焼き上げることができ、マイクロ波の電力とガスの流量とプラズマと飲食品との間の距離などを制御して、プラズマの温度を制御できる。
【０００３】
誘電損失の小さい耐熱性板により、上部室と下部室に仕切られた金属製容器において、導波管と導波路を経由して、上部屋へ伝送してきたマイクロ波が、上下部室を仕切る誘電体層により、下部屋上部に均一に広がり、下部室へ導入されたガスに作用して、広い面積にわたって、均一な分布のプラズマが、形成できるものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、網状の電線にガスを吹き付けて、プラズマを発生させる一般文献もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２９５９０９号公報
【特許文献２】特公平５−４４７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の給電方式における構成では、プラズマ発生装置内でプラズマを発生させる構成のため、下記説明のように不具合を有していた。
【０００７】
加熱を切っても、プラズマ発生装置内のプラズマがなくなるまで加熱が続き、制御の応答が遅く、焼き加減の調整が困難だった。また、弱い加熱をしたい場合、プラズマ発生装置内のプラズマが減り、プラズマ吹き出し流速も遅くなるので、飲食品に当たりにくくなり、焼き加減の調整が困難だった。また、プラズマ発生装置自体が高温になる危険性や、構造が複雑になる課題も有していた。
【０００８】
別の従来の給電方式における構成では、被加熱物の形状や大きさに関係なく、下部屋全体にプラズマが広がり、被処理物以外でプラズマの損失が生じるため、効率が悪くなる課題を有していた。また、下部屋全体を使用してプラズマを発生させるので、多くのガスが必要になっていた。更に下部屋全体に広がったプラズマが消失するまで処理が続くので、処理の強弱や停止などの制御が難しい課題も有していた。
【０００９】
別の従来の給電方式における構成では、プラズマの制御が難しく、実用化が困難で、プラズマのムラが生じた場合、分布を修正する手段がない課題も有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、周期構造体近傍に電磁界分布が集中して放射しない表面波モードを使用した高周波電力供給手段を媒質ガスの供給位置と被処理物の間に配置して、被加熱物の近傍でプラズマを発生させることで、狙った狭い範囲に限定
して、プラズマを発生させることができ、プラズマ処理の位置や強度の制御精度を高めた高周波プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の高周波プラズマ処理装置は、
高周波電力を供給する高周波発振器と、
供給された高周波電力を表面波に変換し、維持する表面波維持手段と、
媒質ガスを供給するガス供給手段とを有し、
前記ガス供給手段と被処理物の間の空間に前記表面波維持手段を配置したものである。
【００１２】
これによって、被処理物近傍の狭い範囲で、プラズマを発生することができ、被処理物の狙った範囲に少量のプラズマをあてることができ、応答が速く、効率的で、処理する位置および強度を精度よく制御したプラズマ処理ができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高周波プラズマ処理装置は、効率的で、処理する範囲や位置および強度や仕上がりを精度よく制御でき、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に焦げ目付することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における高周波プラズマ処理装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における表面波維持手段の構成図
【図３】本発明の実施の形態１における表面波維持手段の構成図
【図４】本発明の実施の形態２における表面波維持手段の構成図
【図５】本発明の実施の形態３における高周波プラズマ処理装置の構成図
【図６】本発明の実施の形態４における高周波プラズマ処理装置の構成図
【図７】本発明の実施の形態５における表面波維持手段の動作説明図
【図８】本発明の実施の形態５における表面波維持手段の動作説明図
【図９】本発明の実施の形態６における高周波プラズマ処理装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、
高周波電力を供給する高周波発振器と、
供給された高周波電力を表面波に変換し、維持する表面波維持手段と、
媒質ガスを供給するガス供給手段とを有し、
前記ガス供給手段と被処理物の間の空間に前記表面波維持手段を配置したものであり、
被処理物の近傍で少量のプラズマを発生させて、狭い範囲で処理を行うことができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に焦げ目付ができる。
【００１６】
第２の発明は、特に第１の発明の高周波プラズマ処理装置を、
前記表面波維持手段は、外郭部分の少なくとも一部を樹脂などの絶縁体で覆うものであり、
発生したプラズマが、表面波維持手段の金属部で消失したり、放電したりする不具合を防止して、プラズマ発生効率を高め、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に焦げ目付ができる。
【００１７】
第３の発明は、特に第１の発明の高周波プラズマ処理装置を、
前記高周波発振器の供給電力を調整する制御手段を備えたものであり、
プラズマの発生や強弱を供給電力で制御することで、応答を早くして、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物に合わせて所望の状態に加熱ができる。
【００１８】
第４の発明は、特に第１の発明の高周波プラズマ処理装置を、
処理動作を停止する場合、前記媒質ガスを停止する前に、前記制御手段により前記高周波発振器の供給電力を停止するものであり、
供給電力を止めることで、周囲に残留ガスがあっても確実にプラズマを消失することができ、また、ガス欠乏による処理不足を未然に防止でき、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物に合わせて所望の状態に加熱ができる。
【００１９】
第５の発明は、特に第１の発明の高周波プラズマ処理装置を、
前記ガス供給手段は、媒質ガスの放出方向や放出の広がりを変えられる構成としたものであり、
ガスの放出方向や広がりを変えることで、プラズマの発生する位置や範囲を制御することができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物に合わせて所望の状態に加熱処理ができる。
【００２０】
第６の発明は、特に第１の発明の高周波プラズマ処理装置を、
前記表面波維持手段は、前記被処理物および／または、前記ガス供給手段との間の距離を変えられる構成としたものであり、
被処理物とプラズマ発生位置の間隔を変えることで、プラズマ処理範囲や強度を調整でき、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に焦げ目付ができる。
【００２１】
第７の発明は、特に第１の発明の高周波プラズマ処理装置を、
前記高周波発振器は、前記表面波維持手段の複数個所へ高周波電力を供給する構成としたものであり、
表面波維持手段上に定在波を発生させて、電界強度が強い位置を作ることができ、プラズマ発生を容易とし、また、意図的な範囲に強いプラズマを作り出すことができ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に焦げ目付ができる。
【００２２】
第８の発明は、特に第１の発明の高周波プラズマ処理装置を、
前記高周波発振器は、前記表面波維持手段へ供給する複数の高周波間の位相差を制御して、前記表面波維持手段内で発生する定在波の位置を移動させる構成としたものであり、
表面波維持手段上の定在波位置を移動させて、強いプラズマの発生位置を移動して、処理する範囲を制御でき、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に焦げ目付ができる。
【００２３】
第９の発明は、特に第１の発明の高周波プラズマ処理装置を、
前記表面波維持手段は、ＩＤ線路方式および／または、スタブ線路方式とする構成としたものであり、
集中度の高い表面波維持手段を使用することにより、プラズマ発生や制御を容易にでき、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に焦げ目付ができる。
【００２４】
第１０の発明は、特に第１の発明の高周波プラズマ処理装置を、
前記表面波維持手段により前記媒質ガスの流路を変える構成としたものであり、
プラズマの流れを調整して、処理する範囲を制御でき、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に焦げ目付ができる。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における高周波プラズマ処理装置の構成図、図２は同実施の形態における表面波維持手段の構成図、図３は同実施の形態における表面波維持手段の構成図である。
【００２７】
同図において、処理室１内に収納した被加熱物２を載置する設置台３が、設けられている。２つの高周波発振器４は、処理室１の対向する側壁の外側にそれぞれ取り付けられている。そして、高周波発振器４はマイクロ波を発振し、処理室１の側壁を通して給電線６を伝送し、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波を表面波維持手段５へ供給して、表面波として維持する。表面波維持手段５は、例えば図２に示されるように、金属製板に切込みを一定間隔で周期的に形成した周期構造を構成している。
【００２８】
なお、高周波発振器４は、発振器と半導体素子製の増幅器で構成してもよいし、マグネトロンで構成してもよい。
【００２９】
表面波維持手段５は、インターディジタル線路（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｎｅ）方式の周期構造体であり、金属製板に切込みが一定間隔で周期的に形成された周期構造を構成している。そして、表面波維持手段５は、切込み線路の端部近傍に設置した給電線６より供給されたマイクロ波を、表面波モードで維持する。表面波維持手段５は、マイカ板などの絶縁体１１により挟まれ、全体としては平板状であり、媒質ガス９に直接触れない構成になっている。絶縁体１１は、電磁界を透過するので、絶縁体１１外部近傍に電磁界が存在し、近傍の媒質ガス９にエネルギーを供給して、プラズマ１０を生じる。
【００３０】
また、表面波維持手段５は、ガス供給手段７およびガス吹き出し部８と設置台３との間の空間に、配置されている。媒質ガス９は、ガス供給手段７により、ガス吹き出し部８を介して処理室１内へ供給され、表面波維持手段５を通過して、設置台３上に載置された被加熱物２に吹き付けられるよう送られる。
制御手段１２は、図示しない操作部からの処理開始の制御信号を入力して、高周波発振器４からのマイクロ波供給および、ガス供給手段７からの媒質ガス供給を制御する。
【００３１】
以上のように構成された高周波プラズマ処理装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３２】
媒質ガス９は、表面波維持手段５近傍でマイクロ波電力を受け取り、プラズマ１０を発生させる。発生したプラズマ１０は、媒質ガス９の流路に沿って流れて、被加熱物２に吹き付けられ、被加熱物２を加熱処理する。
【００３３】
表面波維持手段５の表面波は放射されないので、マイクロ波電力が表面波維持手段５近傍に留まり、表面波維持手段５近傍に到達した媒質ガス９にのみエネルギーを供給する。したがって、プラズマ１０の発生範囲は、広がらず限定的になる。
そしてプラズマ１０は、発生範囲が限定的で発生位置が被加熱物２に近いので、被加熱物２の狭い範囲を少量のプラズマ１０で加熱処理することになる。
【００３４】
そして、被加熱物２を少量のプラズマ１０で加熱処理するので、表面波維持手段５の供給電力に対して、加熱処理のレスポンスを早くでき、処理強度の調整も精度よく行える。さらに、発生したプラズマ１０のほぼ全てを被加熱物２に当てることができ、媒質ガス９も被加熱物２近傍に到達する量で足りるので、電力面とガス使用量面で効率的な加熱処理になる。
【００３５】
また、被加熱物２の加熱処理において、まだらな（濃淡のある）焦げ目が付いても、焦げ目が弱くなった位置や焦げ目がつきにくい位置のような、被加熱物２の薄い焦げ目位置
を狙って、加熱処理ができる。したがって、被加熱物２に一様な焦げ目付けができる。
【００３６】
また、プラズマ処理終了時において、従来、ガス供給手段７を制御してガス供給を停止しても、処理室１内の残留ガスにより、プラズマ１０の消失が遅れたり、終了際でガス欠乏による処理不足を生じたりする不具合やレスポンスの遅れが発生していた。しかしながら、本実施の形態によれば、高周波発振器４を停止することにより、表面波維持手段５上の表面波も消え、エネルギー源がなくなるのでプラズマ１０も瞬時に消失し、確実に加熱処理を制御できる。
【００３７】
絶縁体１１は、プラズマ１０が金属部に触れて消失することと、表面波維持手段５表面の絶縁抵抗低下による放電を防止する。
【００３８】
図４は、本発明の第２の実施の形態における高周波プラズマ処理装置の表面波維持手段の構成図である。
【００３９】
図４において、表面波維持手段５は、スタブ線路方式の周期構造体で、複数の金属製板が一定間隔で周期的に配置された周期構造を構成している。表面波維持手段５は、周期構造体の端部近傍に配置したアンテナ１４より供給されたマイクロ波を、表面波モードで維持する。
【００４０】
また、表面波維持手段５は、マイカ板などの絶縁体１１により少なくとも周期構造の開放側が覆われて、媒質ガス９に直接触れない構成になっている。絶縁体１１は、電磁界を透過するので、絶縁体１１外部近傍に電磁界が存在し、近傍の媒質ガス９にエネルギーを供給して、プラズマ１０を生じる。絶縁体１１は、プラズマ１０が金属部に触れて消失することと、表面波維持手段５表面の絶縁抵抗低下により放電することを防止する。
【００４１】
図５は、本発明の第３の実施の形態における高周波プラズマ処理装置の構成図である。
【００４２】
図５において、ガス吹き出し部８は、制御手段１２からの制御信号を受信した吹き出し部駆動部（図示せず）により、媒質ガス９の放出方向を変えることができ、プラズマ１０の発生位置を移動させることができる。例えば、図５における被加熱物２の右側部分を加熱する場合は、図５の実線で示すようにガス吹き出し部８を右側に向けることで、被加熱物２の右側部分の近傍に、プラズマ１０を発生させることができ、加熱処理できる。被加熱物２の左側部分を加熱する場合は、図５の点線で示すようにガス吹き出し部８を左側に向けることで、被加熱物２の左側部分の近傍に、プラズマ１０を発生させることができ、加熱処理できる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態においては、媒質ガス９の放出方向変えることで、プラズマ１０の発生位置や流れ込む方向を変えることができ、狙った範囲をプラズマ処理することができる。
【００４４】
図６は、本発明の第４の実施の形態における高周波プラズマ処理装置の構成図である。
【００４５】
図６において、表面波維持手段５は、制御手段１２からの制御信号を受信した上下駆動部（図示せず）により、上下方向に移動することができる。表面波維持手段５を下げるとプラズマ発生位置が被加熱物２に近くなり、発生したプラズマ１０が拡散する前に被加熱物２に当り、強いエネルギー密度で処理範囲をより絞り込むことができる。また、被加熱物２の近くでプラズマ１０を発生させることで、効率的で、加熱処理する範囲や、位置および、強度やおよび仕上がりを精度よく効率的に制御できる。
【００４６】
逆に、表面波維持手段５を上げるとプラズマ発生位置が被加熱物２から遠くなり、発生したプラズマ１０が拡散するので、被加熱物２を広範囲に弱く加熱処理できる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態においては、表面波維持手段５を上下に移動することで、プラズマ処理範囲や強度を調整できる。
【００４８】
図７は本発明の第５の実施の形態における高周波プラズマ処理装置の表面波維持手段の動作説明図、図８は本発明の第５の実施の形態における表面波維持手段の動作説明図である。
【００４９】
図７、図８において、表面波維持手段５は、インターディジタル線路（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｎｅ）方式の周期構造体で、給電線６より供給されたマイクロ波を表面波モードで維持する。給電線６は２ヶ所あり、それぞれから供給されたマイクロ波により、表面波維持手段５上に定在波を生じて、図中点線で囲われた強電界領域１３が現れる。供給された媒質ガス９は、強電界領域１３近傍では、より多くの電力を受け取り強いプラズマ１０となるが、他の位置では弱いプラズマ１０となったり、プラズマ１０が発生しなくなったりするので、プラズマ１０の発生範囲をより限定できる。
【００５０】
２つの給電線６から供給されるマイクロ波の位相差を調整することで、表面波維持手段５上の定在波の位置を動かすことができるので、図７、図８に示すように強電界領域１３を所望する位置へ移動させることができ、プラズマ処理の位置を制御することができる。
【００５１】
以上のように、本実施の形態においては、表面波維持手段５上の定在波の位置を変えることで、プラズマ１０の発生位置や流れ込む方向を変えることができ、狙った範囲をプラズマ処理することができる。
【００５２】
図９は、本発明の第６の実施の形態における高周波プラズマ処理装置の構成図である。
【００５３】
図９において、媒質ガス９は、表面波維持手段５を覆う絶縁体１１に沿って流路を形成して（図中における白矢印）、被加熱物２に到達する。制御手段１２からの制御信号を受信した絶縁体駆動部（図示せず）により絶縁体１１を回動させ、絶縁体１１の表面の向きを変えることで、媒質ガス９の流路を変え、プラズマが当たる被加熱物２の位置が変わり、加熱処理の位置を制御することができる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態においては、絶縁体１１の表面の向きを変えることで、プラズマ１０の発生位置や流れ込む方向を変えることができ、狙った範囲をプラズマ処理することができる。
【００５５】
また、表面波維持手段５を絶縁体１１で覆うことで、プラズマ発生効率を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明にかかる高周波プラズマ処理装置は種々の被加熱物を意図した加熱を行える装置を提供できるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱装置や生ゴミ処理機にも適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１  処理室
２  被加熱物
３  設置台
４  高周波発振器
５  表面波維持手段
６  給電線
７  ガス供給手段
８  ガス吹き出し部
９  媒質ガス
１０  プラズマ
１１  絶縁体
１２  制御手段
１３  強電界領域
１４  アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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