(57)【要約】【課題】任意の大きさの低温プラズマジェットを安定して生成することを可能とする、プラズマジェット生成装置およびプラズマジェット生成方法をを提供する。【解決手段】本発明のプラズマジェット生成装置１００は、ガス流路となる細孔を複数備えた通気性誘電体部材１０１と、通気性誘電体部材１０１の少なくとも一部を内包する絶縁体チューブ１０２と、通気性誘電体部材１０１の少なくとも一部に電場を発生させる電極と、を有し、絶縁体チューブ１０２に、通気性誘電体部材１０１の延在方向に希ガスを含むガスを流すガス供給口が設けられ、通気性誘電体部材１０１のガス流路の出口側にプラズマジェットの放出口が設けられ、通気性誘電体部材１０１のガス流路に希ガスを含むガスを流しながら、２つの電極間にプラズマ発生のための電圧を印加し、プラズマジェット放出口からプラズマジェット放出するように構成される。【選択図】図１
2020068180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路となる細孔を複数備えた通気性誘電体部材と、
前記通気性誘電体部材の少なくとも一部を内包する絶縁体チューブと、
前記通気性誘電体部材の少なくとも一部に電場を発生させる電極と、を有し、
前記絶縁体チューブに、
前記通気性誘電体部材の延在方向において希ガスを含むガスを流すためのガス供給口が設けられ、前記通気性誘電体部材のガス流路の出口側にプラズマジェットの放出口が設けられ、
前記通気性誘電体部材のガス流路に希ガスを含むガスを流しながら、２つの前記電極間にプラズマ発生のための電圧を印加し、前記プラズマジェット放出口からプラズマジェット放出されるように構成されていることを特徴とするプラズマジェット生成装置。
【請求項２】
前記通気性誘電体部材が、複数の前記細孔を有する多孔質板状部材であり、
前記細孔が、前記板状部材の両方の主面の間を連通しており、
前記板状部材の側面が、前記絶縁体チューブの内壁面に接着されていることを特徴とする
とする請求項１に記載のプラズマジェット生成装置。
【請求項３】
前記板状部材が、多孔質セラミック板であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のプラズマジェット生成装置。
【請求項４】
前記通気性誘電体部材が、複数の前記細孔を有するハニカム型断面を有する部材であり、
前記細孔が、前記柱状部材を長さ方向に貫通しており、
前記柱状部材の側面が、前記絶縁体チューブの内壁面に接着されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマジェット生成装置。
【請求項５】
前記通気性誘電体部材が、複数の棒状部材を束ねてなり、
前記棒状部材同士の間の空隙が、前記細孔を構成しており、
最外周に位置する前記棒状部材の側面が、前記絶縁体チューブの内壁面に接着されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマジェット生成装置。
【請求項６】
前記絶縁体チューブの延在方向において、前記通気性誘電体部材の一端と他端のうち一方または両方が、２つの前記電極の間に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマジェット生成装置。
【請求項７】
前記絶縁体チューブの延在方向において、２つの前記電極のうち一方または両方が、前記通気性誘電体部材の一端と他端との間に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマジェット生成装置。
【請求項８】
前記通気性誘電体部材が、シリカ、アルミナ、チタニア、セリア、ゼオライトのうち、一つまたは二つ以上の元素からなる絶縁体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマジェット生成装置。
【請求項９】
前記多孔質板状部材の細孔の孔径が、０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマジェット生成装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマジェット生成装置を用い、
前記絶縁体チューブ内に希ガス元素を含むガスを供給し、
前記電圧印加手段を用い、前記絶縁体チューブの延在方向において、前記通気性誘電体部材の少なくとも一部を挟む二箇所の間に、振動電圧を印加することを特徴とするプラズマジェット生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマジェット生成装置およびプラズマジェット生成方法に関し、より詳しくは、任意の大きさの低温プラズマジェットを安定して生成することを可能とするプラズマジェット生成装置およびプラズマジェット生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低温プラズマジェットは、様々な用途に適用されている。低温プラズマジェットは、ヘリウム、アルゴンなどの希ガスを主成分とする原料ガスに対し、交流あるいはパルス高電圧を印加することにより生成され、ビュレットと呼ばれるプラズマの球としてジェット状に噴射されるものである。原料ガスには、場合によっては数％以下の希ガス以外のガスが添加されることもある。
【０００３】
低温プラズマジェットの用途の一例として、表面処理、殺菌、止血、スキンケア、がん治療、発芽及び成長促進などへの応用が知られている。用途によって必要な照射面積が異なるため、様々な大きさの低温プラズマジェットの生成を可能とする技術が求められている。低温プラズマジェットを小さく生成することは容易であり、これまで数百ミクロンのサイズまで微細化したものが、研究例として報告されている（例えば、非特許文献１を参照。）
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ryota Kakei、他3名、「Production of ultrafine atmospheric pressure plasma jet with nano-capillary」、Thin Solid Films、2010年、第518巻、第13号、pp.3457-3460
【非特許文献２】XinPei Lu、他5名、「An 11 cm long atmospheric pressure cold plasma plume for applications of plasma medicine」、Applied Physics Letters、（米国）、2008年、第92巻、第8号、p.081502
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の低温プラズマジェットの生成装置では、チューブ内に供給されたガスを、所定の振動電圧を印加してプラズマ化し、チューブの一端側からプラズマジェットを発生させるように構成されている。低温プラズマジェットを生成し得るチューブ内径の上限は８ｍｍであり、内径８ｍｍを超える低温プラズマジェットを生成することができていない。（例えば、非特許文献２を参照）。これは、プラズマ励起用の電極が設置されたチューブ側壁近傍において、局所的にプラズマ密度が高くなり、チューブ内径が大きくなるほど、チューブ中央とのプラズマ密度差が大きくなり、チューブ内のプラズマ分布が不均一となるためである。
【０００６】
なお、直径８ｍｍ以下のチューブを複数並べて（束ねて）照射することにより、直径８ｍｍを超える広い領域に同時に照射する方法が知られている。しかしながら、この場合、隣接するチューブ同士を可能な限り近づけたとしても、両者のプラズマジェットを射出するチューブ開口部同士の距離を完全になくすことが難しく、その距離の分、プラズマジェットが照射されない領域が発生する。したがって、この方法では、所定の大面積領域に対して、プラズマジェットを均一に照射することが難しい。
【０００７】
そこで、並べた直径８ｍｍ以下の複数のチューブを走査することにより、所定の大面積領域において、プラズマジェットが照射されない領域をなくすことができ、その結果として、直径８ｍｍを超える広い領域全体に、プラズマジェットを照射することができる。ただし、この場合、チューブの走査に伴う手間が発生し、また、プラズマジェットの照射は、大面積領域の全体に同時に行われるわけではないので、この大面積領域の被照射状態が均一にならない虞がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、任意の大きさの低温プラズマジェットを安定して生成することを可能とする、プラズマジェット生成装置およびプラズマジェット生成方法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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
【００１０】
（１）本発明の一態様に係るプラズマジェット生成装置は、ガス流路となる細孔を複数備えた通気性誘電体部材と、前記通気性誘電体部材の少なくとも一部を内包する絶縁体チューブと、前記通気性誘電体部材の少なくとも一部に電場を発生させる電極と、を有し、前記絶縁体チューブに、前記通気性誘電体部材の延在方向において希ガスを含むガスを流すためのガス供給口が設けられ、前記通気性誘電体部材のガス流路の出口側にプラズマジェットの放出口が設けられ、前記通気性誘電体部材のガス流路に希ガスを含むガスを流しながら、２つの前記電極間にプラズマ発生のための電圧を印加し、前記プラズマジェット放出口からプラズマジェット放出されるように構成されている。
【００１１】
（２）前記（１）に記載のプラズマジェット生成装置において、前記通気性誘電体部材が、複数の前記細孔を有する多孔質板状部材であり、前記細孔が、前記多孔質板状部材の両方の主面の間を連通しており、前記多孔質板状部材の側面が、前記絶縁体チューブの内壁面に接着されていてもよい。
【００１２】
（３）前記（１）または（２）のいずれかに記載のプラズマジェット生成装置において、前記多孔質板状部材が、多孔質セラミック板であってもよい。
【００１３】
（４）前記（１）に記載のプラズマジェット生成装置において、前記通気性誘電体部材が、複数の前記細孔を有するハニカム型断面を有する部材であり、前記細孔が、前記ハニカム型断面を有する部材を長さ方向に貫通しており、前記ハニカム型断面を有する部材の側面が、前記絶縁体チューブの内壁面に接着されていてもよい。
【００１４】
（５）前記（１）に記載のプラズマジェット生成装置において、前記通気性誘電体部材が、複数の棒状部材を束ねてなり、前記棒状部材同士の間の空隙が、前記細孔を構成しており、最外周に位置する前記棒状部材の側面が、前記絶縁体チューブの内壁面に接着されていてもよい。
【００１５】
（６）前記（１）〜（５）のいずれか一つに記載のプラズマジェット生成装置において、前記電圧印加手段が、前記絶縁体チューブの延在方向において、前記通気性誘電体部材の少なくとも一部を挟むように設置された２つの電極と、２つの前記電極間に振動電圧を印加する電源と、で構成され、前記絶縁体チューブの延在方向において、前記通気性誘電体部材の一端と他端のうち一方または両方が、２つの前記電極の間に配置されていてもよい。
【００１６】
（７）前記（１）〜（５）のいずれか一つに記載のプラズマジェット生成装置において、前記電圧印加手段が、前記絶縁体チューブの延在方向において、前記通気性誘電体部材の少なくとも一部を挟むように設置された２つの電極と、２つの前記電極間に振動電圧を印加する電源と、で構成され、前記絶縁体チューブの延在方向において、２つの前記電極のうち一方または両方が、前記通気性誘電体部材の一端と他端との間に配置されていてもよい。
【００１７】
（８）前記（１）〜（７）のいずれか一つに記載のプラズマジェット生成装置において、前記通気性誘電体部材が、シリカ、アルミナ、チタニア、セリア、ゼオライトのうち、一つまたは二つ以上の元素からなる絶縁体であってもよい。
【００１８】
（９）前記（１）〜（８）のいずれか一つに記載のプラズマジェット生成装置において、前記多孔質板状部材の細孔の孔径が、０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
（１０）本発明の一態様に係るプラズマジェット生成方法は、前記（１）〜（９）のいずれか一つに記載のプラズマジェット生成装置を用い、前記絶縁体チューブ内に希ガス元素を含むガスを供給し、前記電圧印加手段を用い、前記絶縁体チューブの延在方向において、前記通気性誘電体部材の少なくとも一部を挟む二箇所の間に、振動電圧を印加する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のプラズマジェット生成装置では、プラズマを発生させる絶縁体チューブ内に、通気性誘電体部材が設置されている。通気性誘電体部材は、絶縁体チューブに設置された電極間に印加する電圧が低くても、サイズによらず全体が同電位となり、その周囲にわたって一様な密度のプラズマを発生させることができる。絶縁体チューブの内径を大きくしても、その分大きい通気性誘電体部材を設置することにより、同様に、一様な密度のプラズマを発生させることができる。したがって、絶縁体チューブの内径および通気性誘電体部材のサイズを変えることにより、任意の大きさの低温ビュレット、ひいては低温プラズマジェットを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）本発明の第一実施形態に係る、プラズマジェット生成装置の構成を模式的に示す斜視図である。（ｂ）（ａ）のプラズマジェット生成装置が有する、通気性誘電体部材の構成を拡大して示す斜視図である。
【図２】第一実施形態の変形例に係る、プラズマジェット生成装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】（ａ）本発明の第二実施形態に係る、プラズマジェット生成装置の構成を模式的に示す斜視図である。（ｂ）（ａ）のプラズマジェット生成装置が有する、通気性誘電体部材の構成を拡大して示す斜視図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）第二実施形態の変形例に係る、プラズマジェット生成装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係るプラズマジェット生成装置が有する、通気性誘電体部材の構成を模式的に示す斜視図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）本発明の実施例１−１に係るプラズマジェット生成装置において、プラズマジェットの発生前、発生後の状態を示す写真である。（ｃ）、（ｄ）本発明の実施例１−２に係るプラズマジェット生成装置において、プラズマジェットの発生前、発生後の状態を示す写真である。
【図７】（ａ）〜（ｉ）本発明の実施例２−１〜２−９に係るプラズマジェット生成装置において、印加電圧、ガス流量を変えたときのプラズマジェットの発生状態を比較する写真である。
【図８】（ａ）、（ｂ）本発明の実施例３−１、３−２に係るプラズマジェット生成装置における、プラズマジェットの発生状態を示す写真である。
【図９】（ａ）従来のプラズマジェット生成装置において、プラズマジェット発生前の状態を示す写真である。（ｂ）、（ｃ）従来のプラズマジェット生成装置において、比較例１−１、１−２として、ガス流量を変えたときのプラズマジェットの発生状態を比較する写真である。
【図１０】（ａ）本発明の実施例４に係るプラズマジェット生成装置において、プラズマジェット発生前の状態を示す写真である。（ｂ）〜（ｅ）本発明の実施例４−１〜４−４に係るプラズマジェット生成装置において、ガス流量を変えたときのプラズマジェットの発生状態を比較する写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を適用した実施形態に係るプラズマジェット生成装置、プラズマジェット生成方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００２３】
＜第一実施形態＞
［プラズマジェット生成装置の構成］
図１（ａ）は、本発明の第一実施形態に係るプラズマジェット生成装置１００の構成を、模式的に示す斜視図である。プラズマジェット生成装置１００は、主に、通気性誘電体部材（多孔体）１０１と、絶縁体チューブ１０２と、電圧印加手段１０３と、ガス供給手段１０４と、を有する。絶縁体チューブ１０２には、通気性誘電体部材１０１の延在方向において、希ガスを含むガスを流すためのガス供給口が設けられ、通気性誘電体部材１０１のガス流路の出口側にプラズマジェットの放出口が設けられている。絶縁体チューブ１０２は、通気性誘電体部材１０１のガス流路に希ガスを含むガスを流しながら、２つの電極間にプラズマ発生のための電圧を印加し、プラズマジェット放出口からプラズマジェットが放出されるように構成されている。
【００２４】
絶縁体チューブ１０２は、例えば、ガラス、石英、プラスティック、セラミックス等の絶縁体からなる管状（筒状）部材である。低温プラズマジェットを発生させる上で、絶縁体チューブ１０２の内径（直径）が限定されることはないが、５ｍｍ以下であれば、より理想的な形状のプラズマジェットが得られるため好ましい。絶縁体チューブの軸１０２ｃに垂直な断面は、径方向においてプラズマを均一に発生させるために、略円形であることが好ましい。
【００２５】
絶縁体チューブ１０２は、通気性誘電体部材１０１の少なくとも一部を内包している。つまり、通気性誘電体部材１０１の他の一部（残部）が、絶縁体チューブ１０２外に突出していてもよい。絶縁体チューブ１０２内の通気性誘電体部材１０１の位置について、限定されることはないが、所定の位置に固定されるものとする。
【００２６】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の通気性誘電体部材１０１を拡大して示す斜視図である。通気性誘電体部材１０１は、ガス流路となる細孔（通気孔）を複数備えている。通気性誘電体部材１０１は、例えばシリカ、アルミナ、チタニア、セリア、ゼオライト等のうち、一つまたは二つ以上の元素からなる絶縁体である。多孔質板状部材の細孔の孔径は、０．１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であればより好ましい。本実施形態では、この通気性誘電体部材１０１が、ガス流路となる複数の細孔１０１ｃを有する多孔質板状部材１０１Ａである場合について例示している。
【００２７】
複数の細孔１０１ｃは、それぞれランダムな方向に延在していてもよいが、少なくとも、多孔質板状部材１０１Ａの両方の主面１０１ａ、１０１ｂの間を連通しているものとする。ガスを円滑に流す観点から、細孔１０１ｃは、多孔質板状部材１０１Ａの厚み方向Ｔに対し、略平行に延在していることが好ましい。このような多孔質板状部材１０１Ａとしては、例えば、誘電体からなり、耐熱性に優れた多孔質セラミック板等が挙げられる。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、絶縁体チューブ１０２の一端１０２ａからプラズマジェットＰを発生させるためには、絶縁体チューブの軸１０２ｃに対称な形状のプラズマビュレットを生成する必要がある。そうした観点から、多孔質板状部材１０１Ａの一方の主面１０１ａと、他方の主面１０１ｂとは略平行であり、多孔質板状部材１０１Ａの全体にわたって、厚みが略一定であることが好ましい。また、同じ観点から、一方の主面１０１ａと、他方の主面１０１ｂの面内方向において、細孔の分布は一様であることが好ましい。
【００２９】
多孔質板状部材の側面１０１ｄは、絶縁体チューブの内壁面１０２ｄに接着（固定）されている。接着方法について限定されることはないが、多孔質板状部材１０１Ａの主面に沿って発生するプラズマ密度の面内均一性を損ねないようにするため、接着剤を用いないで接着することが好ましい。接着剤を用いるとしても、多孔質板状部材１０１Ａに近い材質のものを用いることが好ましい。例えば、圧縮した状態の多孔質板状部材１０１Ａを絶縁体チューブ１０２内に挿入し、絶縁体チューブ１０２内で膨張させることにより、内壁面１０２ｄに接着させることができる。
【００３０】
電圧印加手段１０３は、通気性誘電体部材１０１の少なくとも一部に電場を発生させる電極を含み、絶縁体チューブ１０２の延在方向Ｓにおいて、通気性誘電体部材１０１の少なくとも一部を挟む二箇所の間に、振動電圧を印加するものである。本実施形態の電圧印加手段１０３は、多孔質板状部材１０１Ａを挟む二箇所に設置された電極１０５、１０６と、それらを電気的に接続された電源１０７と、で構成されている。絶縁体チューブ１０２の延在方向Ｓにおいて、通気性誘電体部材の一端（一方の主面１０１ａ）と他端（他方の主面１０１ｂ）のうち一方または両方が、２つの電極１０５、１０６の間に配置されている。
【００３１】
ここでは、絶縁体チューブ１０２の延在方向Ｓにおいて、通気性誘電体部材１０１の全体が、２つの電極１０５、１０６に挟まれている場合について例示している。つまり、通気性誘電体部材１０１から見て、２つ電極１０５、１０６のうち一方の電極１０５が、第一ガスＧが供給される側（図１では下側）に設置され、他方の電極１０６が、プラズマジェットＰが発生する側（図１では上側）に設置されている。
【００３２】
電源１０７は、２つの電極１０５、１０６の間に、ラジオ波、マイクロ波等による交流電圧、パルス高電圧等の振動電圧を印加するように設置されている。電源１０７の２端子１０７ａ、１０７ｂのうち、接地端子Ｅに接続される端子１０７ａの電位が、基準電位（固定電位）となり、反対側の端子１０７ｂの電位が、電源動作に伴った変動電位となる。したがって、端子１０７ａに接続された電極１０５は基準電位となり、端子１０７ｂに接続された電極１０６は変動電位となる。低温プラズマを発生させるため、電源１０７としては、印加電圧を１ｋＶ〜３０ｋＶとし、印加電圧の周波数を常用周波数〜１３ＭＨｚ程度とすることができるものが用いられる。
【００３３】
図２は、本実施形態の変形例に係る、プラズマジェット生成装置１００Ａの構成を模式的に示す斜視図である。図１（ａ）に示すプラズマジェット生成装置１００では、電極１０５、１０６として、絶縁体チューブ１０２の周りを囲む環状タイプの導電部材が用いられているが、本実施形態の電極１０５、１０６がこのタイプのものに限定されることはない。電極１０５、１０６は、例えば、棒状タイプのものが用いられていてもよい。図２では、ガス供給手段１０４側の電極が環状タイプ、その反対側の電極が棒状タイプのものが用いられている場合について例示されている。
【００３４】
プラズマジェット生成装置１００Ａの電極の形状以外の構成については、図１（ａ）のプラズマジェット生成装置１００の構成と同様であり、プラズマジェット生成装置１００と対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。
【００３５】
ガス供給手段１０４は、絶縁体チューブ１０２内に、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガス元素を含む第一ガスＧを供給するものである。ガス供給手段１０４は、絶縁体チューブ１０２の一端側（図１（ａ）では下側）に、所定の形状、長さ、材質の流路を介して接続されている。
【００３６】
さらに、絶縁体チューブ１０２の外に別のガス供給手段（不図示）を設置し、そこから二重構造の流路を介して、絶縁体チューブ１０２内に、反応を制御するための第二ガス（例えば、酸素、窒素、アンモニア、空気等）を供給することもできる。酸化を担う反応を行う場合には酸素を供給する。窒化処理を必要とする場合には、窒素またはアンモニアガスを供給することがある。
【００３７】
なお、第一ガスＧの流路の下流側に、第一ガスＧの流れを調整する整流器（不図示）を設けてもよい。整流器を用いることにより、通気性誘電体部材１０１の周囲に発生するプラズマの密度の均一化を、補助的に高めることができる。
【００３８】
［プラズマジェット生成方法］
本実施形態のプラズマジェット生成装置１００、１００Ａを用い、次の手順により、低温プラズマジェットを生成することができる。ここでいう「低温プラズマジェット」は、０．１〜３気圧の圧力範囲で生成することができる放電プラズマであって、高温の電子と、低温のイオンおよび中性ガスを含み、非熱平衡状態になっているプラズマを意味している。
【００３９】
まず、ガス供給手段１０４を用いて、絶縁体チューブ１０２内に、他端１０２ｂ側から希ガス元素を含むガスを供給し、絶縁体チューブ１０２内を０．１〜３気圧に減圧する。
【００４０】
次に、電源１０７を用いて、電極１０５、１０６の間に、１ｋＶ〜３０ｋＶ、常用周波数〜１３ＭＨｚ程度の振動電圧を印加し、絶縁体チューブ１０２内のガスをイオン化した低温プラズマを発生させる。
【００４１】
低温プラズマは、主に多孔質板状部材の他方の主面１０１ｂ側近傍において、面内方向に略均一な密度で発生し、細孔を通り抜けたプラズマ粒子が、絶縁体チューブ１０２の一端１０２ａから、低温プラズマの塊（低温プラズマビュレット）となって放出される。この低温プラズマの塊が連続的に放出される結果として、低温プラズマジェットが形成されることになる。
【００４２】
本実施形態に係るプラズマジェット生成装置１００、１００Ａでは、プラズマＰを発生させる絶縁体チューブ１０２内に、通気性誘電体部材１０１（多孔質板状部材１０１Ａ）が設置されている。通気性誘電体部材１０１は、絶縁体チューブ１０２に設置された電極１０５、１０６の間に印加する電圧が低くても、通気性誘電体部材１０１は、サイズによらず全体が同電位となり、その周囲にわたって一様な密度のプラズマを発生させることができる。絶縁体チューブ１０２の内径を大きくしても、その分大きい通気性誘電体部材１０１を設置することにより、同様に、一様な密度のプラズマを発生させることができる。したがって、絶縁体チューブ１０２の内径および通気性誘電体部材１０１のサイズを変えることにより、任意の大きさの低温ビュレット、ひいては低温プラズマジェットＰを形成することができる。
【００４３】
＜第二実施形態＞
図３（ａ）は、本発明の第二実施形態に係るプラズマジェット生成装置２００の構成を、模式的に示す斜視図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の通気性誘電体部材１０１を拡大して示す斜視図である。プラズマジェット生成装置２００では、通気性誘電体部材１０１が、複数の細孔１０１ｃを有する一体の柱状多孔部材１０１Ｂとなっている。全ての細孔１０１ｃが、柱状多孔部材１０１Ｂを長さ方向Ｌに貫通しており、互いに結合しないように構成されている。また、通気性誘電体部材１０１は、絶縁体チューブ１０２の内部空間と同程度の体積を有しており、その両端部が、２つの電極１０５、１０６で挟まれている部分の外側に突出している。
【００４４】
本実施形態でも、電圧印加手段１０３が、絶縁体チューブ１０２の延在方向Ｓにおいて、通気性誘電体部材１０１の少なくとも一部を挟むように設置された２つの電極１０５、１０６と、２つの電極１０５、１０６の間に振動電圧を印加する電源１０７と、で構成されている場合について例示している。絶縁体チューブ１０２の延在方向Ｓにおいて、２つの電極１０５、１０６のうち一方または両方が、通気性誘電体部材１０１の一端と他端との間に配置されている。
【００４５】
通気性誘電体部材１０１以外の構成については、第一実施形態のプラズマジェット生成装置１００の構成と同様であり、プラズマジェット生成装置１００と対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。
【００４６】
柱状多孔部材１０１Ｂは、例えばガラス、石英、セラミックス等からなる柱状の多孔部材に対し、所定の形状の金型による押出成形法等を用いて、多孔部材の軸方向に打ち抜くことによって得られる。
【００４７】
柱状多孔部材１０１Ｂの側面は、絶縁体チューブの内壁面１０１ｄに接着されている。固定の方法については、第一実施形態の多孔質板状部材１０１Ａの場合と同様である。
【００４８】
細孔１０１ｃの形状について限定されることはないが、プラズマ粒子の流通を円滑にするため、細孔１０１ｃは、その全長にわたって断面の形状および大きさが同じであることが好ましい。さらに、細孔１０１ｃが、その全長にわたってハニカム型の断面を有していれば、柱状部材１０１Ｂ内に多くに細孔を含めることができ、その結果として細孔による開口面積を大きくすることができるため、より好ましい。図３では、柱状多孔部材１０１Ｂが、ハニカム型断面を有する部材である場合について例示している。
【００４９】
図４（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の変形例に係る、プラズマジェット生成装置２００Ａ、２００Ｂの構成を模式的に示す斜視図である。電極１０６以外の構成については、図３（ａ）のプラズマジェット生成装置１００の構成と同様であり、プラズマジェット生成装置１００と対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。
【００５０】
図３（ａ）のプラズマジェット生成装置２００では、絶縁体チューブ１０２の基準電位側が、電極１０６を介して接地端子Ｇに接続されていたが、図４（ａ）に示すように、基準電位側は、接地端子Ｇに接続されず、電気的にフローティングの状態であってもよい。
【００５１】
図３（ａ）のプラズマジェット生成装置２００では、２つの電極１０５、１０６が、いずれも絶縁体チューブ１０２を外側から囲む環状電極であったが、図４（ｂ）に示すように、基準電位側に接続する電極１０６は、棒状電極であってもよい。
【００５２】
本実施形態に係るプラズマジェット生成装置２００、２００Ａ、２００Ｂでも、プラズマＰを発生させる絶縁体チューブ１０２内に、通気性誘電体部材１０１（柱状多孔部材１０１Ａ）が設置されている。そのため、第一実施形態のプラズマジェット生成装置１００と同様のメカニズムにより、任意の大きさの低温プラズマジェットＰを形成することができる。
【００５３】
＜第三実施形態＞
図５は、本発明の第三実施形態に係るプラズマジェット生成装置が有する通気性誘電体部材１０１の構成を、模式的に示す斜視図である。本実施形態のプラズマジェット生成装置では、通気性誘電体部材１０１が、誘電体からなる複数の棒状部材１０１Ｄを束ねてなる。本実施形態では、棒状部材１０１Ｄ同士の間の空隙が、細孔１０１ｃを構成しており、最外周に位置する棒状部材１０１Ｄの側面が、絶縁体チューブの内壁面１０２ｄに接着されている。
【００５４】
通気性誘電体部材１０１以外の構成については、第一、第二実施形態のプラズマジェット生成装置１００、２００の構成と同様であり、プラズマジェット生成装置１００、２００と対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。
【００５５】
プラズマ粒子を偏りなく効率よく流通させるため、細孔（空隙）１０１Ｅは大きいほど好ましく、また大きさが均一であることが好ましい。したがって、複数の棒状部材１０１Ｄの形状について限定されることはないが、いずれも同程度の大きさの円柱状であることが好ましい。
【００５６】
本実施形態においても、プラズマＰを発生させる絶縁体チューブ１０２内に、通気性誘電体部材１０１を構成する複数の棒状部材１０１Ｄが、設置されることになる。そのため、第一実施形態、第二実施形態のプラズマジェット生成装置１００、２００と同様のメカニズムにより、任意の大きさの低温プラズマジェットＰを形成することができる。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００５８】
（実施例１）
図１のプラズマジェット生成装置１００を用いて、低温のプラズマジェットを発生させる実験を行った。通気性誘電体部材１０１としては、多孔質セラミック板を用いた。
【００５９】
図６（ａ）は、実施例１−１として、プラズマジェット生成装置１００のプラズマジェットの発生前の状態を示す写真である。絶縁体チューブ１０２として、内径が１０ｍｍのものを用いた。絶縁体チューブ１０２内に供給するガスを、流量３Ｌ／ｍｉｎのヘリウムガスとした。２つの電極間に印加する電圧を９ｋＶとし、印加電圧の周波数を１５ｋＨｚとした。
【００６０】
図６（ｂ）は、実施例１−１として、プラズマジェット生成装置１００のプラズマジェットの発生後の状態を示す写真である。この写真から、絶縁体チューブ１０２の内径を、従来構造における上限値を超える１０ｍｍとしているが、プラズマジェットＰが発生していることが確認できる。これは、多孔質板状部材１０１Ａ（通気性誘電体部材１０１）の全体が一様に激しく光っていることから分かるように、多孔質板状部材１０１Ａの全体が同電位となり、その周囲にわたって一様な密度のプラズマを発生させることができており、低温ビュレット生成の条件を満たしているためである。
【００６１】
（実施例１−２）
図６（ｃ）は、実施例１−２として、プラズマジェット生成装置１００のプラズマジェットの発生前の状態を示す写真である。絶縁体チューブ１０２として、内径が２０ｍｍのものを用いた。絶縁体チューブ１０２内に供給するガスを、流量１０Ｌ／ｍｉｎのヘリウムガスとした。２つの電極間に印加する電圧を１５ｋＶとし、印加電圧の周波数を１５ｋＨｚとした。
【００６２】
図６（ｄ）は、実施例１−２として、プラズマジェット生成装置１００のプラズマジェットの発生後の状態を示す写真である。この写真から、絶縁体チューブ１０２の内径を、従来構造における上限値をはるかに超える２０ｍｍとしているが、プラズマジェットＰが発生していることが確認できる。プラズマジェットＰの発生は、実施例１−１と同様の理由によるが、実施例１−１に比べて発生するプラズマジェットＰが大きくなっているのは、ガス流量、印加電圧を大きくしたことに起因している。
【００６３】
（実施例２）
図３のプラズマジェット生成装置２００を用いて、低温のプラズマジェットを発生させる実験を行った。通気性誘電体部材１０１としては、ハニカム型の複数の細孔を有する柱状多孔部材を用いた。
【００６４】
図７（ａ）〜（ｉ）は、それぞれ実施例２−１〜２−９に係る、プラズマジェット生成装置１００のプラズマジェットの発生後の状態を示す写真である。絶縁体チューブ１０２として、いずれも内径が６．２ｍｍのものを用いた。実施例２−１〜２−９では、それぞれヘリウムガスの流量、印加電圧、印加電圧の周波数について、次のように設定した。
実施例２−１（図７（ａ））：２Ｌ／ｍｉｎ、８ｋＶ、１５ｋＨｚ
実施例２−２（図７（ｂ））：４Ｌ／ｍｉｎ、９ｋＶ、１５ｋＨｚ
実施例２−３（図７（ｃ））：６Ｌ／ｍｉｎ、１０ｋＶ、１５ｋＨｚ
実施例２−４（図７（ｄ））：２Ｌ／ｍｉｎ、８ｋＶ、１５ｋＨｚ
実施例２−５（図７（ｅ））：４Ｌ／ｍｉｎ、９ｋＶ、１５ｋＨｚ
実施例２−６（図７（ｆ））：６Ｌ／ｍｉｎ、１０ｋＶ、１５ｋＨｚ
実施例２−７（図７（ｇ））：２Ｌ／ｍｉｎ、８ｋＶ、１５ｋＨｚ
実施例２−８（図７（ｈ））：４Ｌ／ｍｉｎ、９ｋＶ、１５ｋＨｚ
実施例２−９（図７（ｉ））：６Ｌ／ｍｉｎ、１０ｋＶ、１５ｋＨｚ
【００６５】
図７（ａ）〜（ｉ）から、いずれの場合にもプラズマジェットが生成されており、生成されるプラズマジェットは、ガス流量、印加電圧に比例して大きくなっていることが分かる。
【００６６】
（実施例３）
図１のプラズマジェット生成装置１００を用いて、低温のプラズマジェットを発生させる実験を行った。通気性誘電体部材１０１としては、多孔質セラミック板を用いた。図８（ａ）、（ｂ）は、絶縁体チューブ１０２の内径を、それぞれ３０ｍｍ、４０ｍｍとした場合に、プラズマジェットを発生させた状態を示す写真である。絶縁体チューブ１０２の内径以外の条件については、実施例１−２と同様とした。
【００６７】
これらの写真から、絶縁体チューブ１０２の内径を、従来構造における上限値の５〜６倍の大きさとしているが、プラズマジェットＰが発生していることが確認できる。そして、上述した通気性誘電体部材１０１を有するプラズマジェット生成装置であれば、実用上のどのサイズのプラズマジェットも生成可能であることが分かる。
【００６８】
（実施例４）
図３のプラズマジェット生成装置２００を用いて、低温のプラズマジェットを発生させる実験を行った。通気性誘電体部材１０１としては、ハニカム型の複数の細孔を有する柱状多孔部材を用いた。絶縁体チューブ１０２としては、内径が２５ｍｍのものを用いた。２つの電極間に印加する電圧を１３ｋＶとし、印加電圧の周波数を１５ｋＨｚとした。
【００６９】
図９（ａ）は、プラズマジェット生成装置２００のプラズマジェットの発生前の状態を示す写真である。上側にプラズマジェットの射出面側の写真を示し、下側に絶縁体チューブの側面の写真を示している。
【００７０】
図９（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ実施例４−１〜４−４に係る、プラズマジェット生成装置１００のプラズマジェットの発生後の状態を示す写真である。実施例４−１〜４−４では、ヘリウムガスの流量をそれぞれ１０Ｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎ、１３Ｌ／ｍｉｎ、１４．１Ｌ／ｍｉｎとした。
【００７１】
図９（ｂ）〜（ｅ）の写真から、絶縁体チューブ１０２の内径を、従来構造における上限値を超える２５ｍｍとしているが、プラズマジェットＰが発生していることが確認できる。これは、柱状多孔部材１０１Ｂ（通気性誘電体部材１０１）の全体が一様に激しく光っていることから分かるように、柱状多孔部材１０１Ｂの全体が同電位となり、その周囲にわたって一様な密度のプラズマを発生させることができており、低温ビュレット生成の条件を満たしているためである。なお、図９（ｂ）〜（ｅ）の写真から、発生するプラズマジェットＰは、供給するガスの流量に比例して大きくなっていることも分かる。
【００７２】
（比較例１）
図１のプラズマジェット生成装置１００において、通気性誘電体部材１０１を除いたものを用い、低温のプラズマジェットを発生させる実験を行った。絶縁体チューブ１０２として、内径が１０ｍｍのものを用いた。
【００７３】
図１０（ａ）は、通気性誘電体部材を備えていないプラズマジェット生成装置における、プラズマジェットの発生前の状態を示す写真である。図１０（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ比較例１−１、１−２に係るプラズマジェット生成装置における、プラズマジェットの発生後の状態を示す写真である。比較例１−１では、ヘリウムガスの流量を５．３Ｌ／ｍｉｎとし、２つの電極間に印加する電圧を１２ｋＶとし、その周波数を１５ｋＨｚとした。比較例１−２では、ヘリウムガスの流量を１１．４Ｌ／ｍｉｎとし、２つの電極間に印加する電圧を１２ｋＶとし、その周波数を１５ｋＨｚとした。
【００７４】
図１０（ｂ）、（ｃ）の写真から、比較例１、２のいずれにおいても、プラズマジェットＰが発生していないことが確認できる。これは、通気性誘電体部材がないため、プラズマ発生用の電極が設置された絶縁体チューブ側壁近傍において、局所的にプラズマ密度が高くなり、絶縁体チューブ中央とのプラズマ密度差が大きくなり、チューブ内のプラズマ分布の均一性が大きく崩れているためである。
【符号の説明】
【００７５】
１００、１００Ａ、２００、２００Ａ、２００Ｂ・・・プラズマジェット生成装置
１０１・・・通気性誘電体部材
１０１Ａ・・・多孔質板状部材
１０１Ｂ・・・柱状多孔部材
１０１Ｄ・・・棒状部材
１０１ａ・・・多孔質板状部材の一方の主面
１０１ｂ・・・多孔質板状部材の他方の主面
１０１ｃ・・・細孔
１０１ｄ・・・多孔質板状部材の側面
１０２・・・絶縁体チューブ
１０２ａ・・・絶縁体チューブの一端
１０２ｂ・・・絶縁体チューブの他端
１０２ｃ・・・絶縁体チューブの軸
１０２ｄ・・・絶縁体チューブの内壁面
１０３・・・電圧印加手段
１０４・・・ガス供給手段
１０５、１０６・・・電極
１０７・・・電源
１０７ａ、１０７ｂ・・・電源の端子
Ｅ・・・接地端子
Ｇ・・・第一ガス
Ｌ・・・柱状多孔部材の長さ方向
Ｐ・・・プラズマジェット
Ｓ・・・絶縁体チューブの延在方向
Ｔ・・・多孔質板状部材の厚み方向
【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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【図１０】
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