(57)【要約】【課題】プラズマの生成効率に優れた回転電極型のプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】プラズマ処理装置１は、誘電体で構成された反応容器１０と、反応容器１０に設けられた固定電極２１、２２と、反応容器１０の内面との間に空隙を保って回転可能なＮ枚（Ｎは自然数）の羽根を有する回転電極３０と、回転電極３０を回転させる回転器としての直流モータ４１および直流電源４２と、固定電極２１、２２と回転電極３０との間に交流電界を形成する交流電源５０と、を備え、前記交流電界の半周期を前記回転電極の回転周期のＮ分の１で除した値が、１以上かつ２．５以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体で構成された反応容器と、
前記反応容器に設けられた固定電極と、
前記反応容器の内面との間に空隙を保って回転可能なＮ枚（Ｎは自然数）の羽根を有する回転電極と、
前記回転電極を回転させる回転器と、
前記固定電極と前記回転電極との間に交流電界を形成する交流電源と、を備え、
前記交流電界の半周期を前記回転電極の回転周期のＮ分の１で除した値である掃引率が１以上かつ２．５以下である、
プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記交流電源の出力波形が正弦波であり、
前記掃引率が１．５以上かつ２．５以下である、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記掃引率が２である、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記回転器は、直流モータおよび前記直流モータを駆動する直流電源である、
請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記回転器は、前記反応容器内に媒質の流れを形成するポンプであり、
前記回転電極は前記媒質の流れを受けて回転する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記固定電極は、第１固定電極と第２固定電極とからなり、
前記交流電源は、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間に半周期が前記交流電界の半周期と等しい交流電圧を印加する、
請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記回転電極と接触して設けられたブラシ電極をさらに備え、
前記交流電源は、前記固定電極と前記ブラシ電極との間に半周期が前記交流電界の半周期と等しい交流電圧を印加する、
請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
Ｎ枚（Ｎは自然数）の羽根を有する回転電極を、誘電体で構成された反応容器内で、前記反応容器の内面との間に空隙を保って回転させながら、
前記反応容器に設けられた固定電極と前記回転電極との間に交流電界を形成し、
前記交流電界の半周期を前記回転電極の回転周期のＮ分の１で除した値である掃引率が、１以上かつ２．５以下である、
プラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関し、特には、回転電極型のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、粉粒体材料の表面処理や汚染ガスの分解を均一に行うことを目的としたプラズマ処理装置について検討している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示されるプラズマ処理装置は、誘電体で構成された反応容器と、反応容器に設けられた第１電極および第２電極と、反応容器内に設けられた羽根状の回転電極と、を有している。第１電極と第２電極との間に交流の高電圧を印加しながら回転電極を回転させることで、反応容器内に旋回気流が形成されるとともに、羽根の軌跡に沿った広い領域でプラズマが生成される。これにより、粉粒体やガス体などの反応容器内の対象物は、旋回気流により均一に攪拌され、プラズマにより処理される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１９２３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラズマ処理装置では、対象物を効率的に処理するため、プラズマの高い生成効率が求められる。そこで、本発明は、プラズマの生成効率に優れた回転電極型のプラズマ処理装置およびプラズマ処理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】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明の１つの態様に係るプラズマ処理装置は、誘電体で構成された反応容器と、前記反応容器に設けられた固定電極と、前記反応容器の内面との間に空隙を保って回転可能なＮ枚（Ｎは自然数）の羽根を有する回転電極と、前記回転電極を回転させる回転器と、前記固定電極と前記回転電極との間に交流電界を形成する交流電源と、を備え、前記交流電界の半周期を前記回転電極の回転周期のＮ分の１で除した値である掃引率が、１以上かつ２．５以下である。
【０００７】
また、本発明の１つの態様に係るプラズマ処理方法は、Ｎ枚（Ｎは自然数）の羽根を有する回転電極を、誘電体で構成された反応容器内で、前記反応容器の内面との間に空隙を保って回転させながら、前記反応容器に設けられた固定電極と前記回転電極との間に交流電界を形成し、前記交流電界の半周期を前記回転電極の回転周期のＮ分の１で除した値である掃引率が、１以上かつ２．５以下である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の態様に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、プラズマの生成効率に優れた回転電極型のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す模式図
【図２】実施の形態に係るプラズマ生成部の形状の一例を示す斜視図
【図３】実施の形態に係るプラズマ処理装置の放電特性の一例を示すグラフ
【図４】実施の形態に係るプラズマ処理装置の放電特性の他の一例を示すグラフ
【図５】実施の形態に係るプラズマ処理装置の動作原理を説明するための模式図
【図６Ａ】実施の形態に係るプラズマ処理装置の電極回転数に対するオゾン濃度の一例を示すグラフ
【図６Ｂ】実施の形態に係るプラズマ処理装置の電極回転数に対する消費電力の一例を示すグラフ
【図６Ｃ】実施の形態に係るプラズマ処理装置の電極回転数に対する放電電圧の一例を示すグラフ
【図７Ａ】実施の形態に係るプラズマ処理装置の掃引率に対するオゾン濃度の一例を示すグラフ
【図７Ｂ】実施の形態に係るプラズマ処理装置の掃引率に対する消費電力の一例を示すグラフ
【図７Ｃ】実施の形態に係るプラズマ処理装置の掃引率に対する放電電圧の一例を示すグラフ
【図８】実施の形態に係るプラズマ処理装置の掃引率に対するオゾン濃度の他の一例を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。
【００１１】
（実施の形態）
図１は、実施の形態１に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示されるように、プラズマ処理装置１は、反応容器１０、固定電極２１、２２、回転電極３０、直流モータ４１、直流電源４２、および交流電源５０を備える。
【００１２】
反応容器１０は、誘電体で構成される有蓋有底の円筒体であり、例えば、ポリアセタールまたはアクリルなどの樹脂で構成されてもよい。本明細書では、円筒体を、中心軸に直交する断面が円環である筒体と定義し、軸方向の全長にわたって径が一定であることは限定しない。したがって、反応容器１０の形状には、側面にテーパーが付いた円錐状の筒体や、側面の中ほどが膨らみまたは縮んだドラム状の筒体が含まれる。
【００１３】
固定電極２１、２２は、反応容器１０の外面に設けられている。固定電極２１、２２は、例えば、アルミニウムなどの金属の箔体で構成されてもよい。
【００１４】
回転電極３０は、Ｎ（Ｎは自然数）枚の羽根３１、３２を有している。羽根３１、３２および回転軸３３は、例えば、アルミニウム合金などの金属で構成されてもよい。回転軸３３は、反応容器１０の底部および蓋部に嵌め込まれたベアリング４４、４５で支持されている。
【００１５】
反応容器１０、固定電極２１、２２、および回転電極３０は、プラズマの生成に関与するプラズマ生成部５１を構成する。プラズマ生成部５１は、固定電極２１、２２間に誘電体ギャップ容量ＣＤとガスギャップ容量ＣＧとが直列に接続された等価回路によって表され、トータル容量Ｃｔｏｔを有する。
【００１６】
直流モータ４１は、直流電源４２から供給される直流電圧により、回転電極３０を回転させる。直流モータ４１の出力軸と回転電極３０の回転軸３３とは、絶縁性のジョイント４３で連結されている。直流モータ４１によって回転軸３３が駆動されると、羽根３１、３２の先端部は、反応容器１０の内面との間に空隙を保って回転する。直流モータ４１および直流電源４２は、回転電極３０を回転させる回転器の一例である。
【００１７】
なお、回転器は、直流モータ４１および直流電源４２の例には限られない。回転器は、他の一例として、反応容器１０内に媒質の流れを形成するポンプであり、回転電極３０は前記媒質の流れを受けて回転してもよい（図示せず）。例えば、回転器は、プラズマ原料ガスや処理対象となるガス体を反応容器１０内へ導入し、また、処理対象となる粉粒体を反応容器１０内へ空気輸送するためのエアポンプであり、回転電極３０は、エアポンプによって形成される気流によって回転してもよい。
【００１８】
交流電源５０は、交流電圧を生成する高電圧生成器である。本明細書において、交流電圧とは、極性が周期的に交替する電圧であり、波形は限定されない。交流電圧は、一例として、正弦波、三角波、矩形波、およびこれらを近似する階段波のいずれであってもよい。交流電圧の周波数は、正負一対の極性の電圧が現れる頻度に対応する。
【００１９】
交流電源５０によって生成された交流電圧は、固定電極２１、２２間に印加される。固定電極２１、２２間に印加された電圧によって回転電極３０に静電誘導が生じ、固定電極２１と羽根３１との間および固定電極２２と羽根３２との間に電界が集中する。電界の集中により、反応容器１０を誘電体として誘電体バリア放電が生じ、プラズマが生成される。生成されるプラズマは、高い電子温度と常温程度の気体温度とを併せ持つ熱的に非平衡のプラズマであり、対象物を常温で処理するために適している。
【００２０】
図２は、プラズマ生成部５１における、反応容器１０、固定電極２１、２２、および回転電極３０の形状の一例を示す斜視図である。図２の例では、反応容器１０は径が一定の円筒体である。固定電極２１、２２は、反応容器１０の外面の全周に、軸方向に互いに離間して設けられている。回転電極３０は、回転軸３３を反応容器１０の中心軸に合わせて設けられ、４枚の羽根３１および４枚の羽根３２を有している。
【００２１】
４枚の羽根３１は、回転軸３３の周りに略均等な角度間隔で設けられ、径方向に伸び、先端部が固定電極２１に対向する。同様に、４枚の羽根３２は、回転軸３３の周りに略均等な角度間隔で設けられ、径方向に伸び、先端部が固定電極２２に対向する。簡明のため、羽根３１、３２の数は同一とし、回転電極３０が有する羽根の数Ｎを、羽根３１の数または羽根３２の数で表す。したがって、図２の例では、回転電極３０が有する羽根の数Ｎは４である。
【００２２】
なお、羽根３１、３２の数は、４には限られず、任意の自然数であればよい。例えば、羽根３１、３２の各々は、１枚の羽根で構成されてもよく、また回転軸３３から互いに反対方向に伸びる２枚の羽根で構成されてもよく、その他の枚数の羽根で構成されてもよい。
【００２３】
また、羽根３１、３２の各々は、図２に示されるような回転軸３３と平行な平面形状には限られない。羽根３１、３２の各々は、例えば、回転軸３３に対し傾いた平面形状であってもよく、ねじりのある曲面形状であってもよい（図示せず）。羽根３１、３２は、全体として、スクリューまたはプロペラの形状をしていてもよい（図示せず）。
【００２４】
本発明者らは、上述のように構成されたプラズマ処理装置１におけるプラズマの生成効率を確認するための第１の実験を行った。第１の実験では、回転電極３０を回転させた状態および停止させた状態で、固定電極２１、２２間に交流電圧を印加しながら導入管６１から反応容器１０内に空気を導入し、排気管６３から排気されるガス中のオゾンの濃度を測定した。導入する空気の流量は、マスフローコントローラ６２で一定量に調整し、オゾン濃度は、オゾンモニタ７２で測定した（図１）。
【００２５】
第１の実験では、回転電極３０を回転させた場合、回転電極３０を回転させない場合と比べて、より高いオゾン濃度が測定された。オゾンは、プラズマによって空気中の酸素から生成される活性種であり、オゾンの濃度はプラズマの生成効率に対応する。つまり、回転電極３０を高速で回転させることで、プラズマの生成効率が向上することが分かった。これは、羽根の軌跡に沿った広い領域でプラズマが生成され、プラズマの生成効率が高まったためと考えられる。しかしながら、回転電極３０をさらに高速で回転させると、排気中のオゾン濃度は減少した。
【００２６】
そこで、本発明者らは、第２の実験を行い、回転電極３０をより低速で回転させた場合に生じる現象を詳細に観測することにより、回転電極型のプラズマ処理装置において生じる放電現象の原理を考察した。
【００２７】
第２の実験では、羽根３１、３２がいずれも２枚であるプラズマ処理装置１を用い、回転電極３０を０〜１５０００ｒｐｍの範囲で回転させながら、周波数が６０Ｈｚ、Ｖｐｐが３０ｋＶの交流電圧を固定電極２１、２２間に印加し、このときに流れる電流を測定した。回転電極３０の回転数は、直流電源４２から直流モータ４１へ供給する直流電圧に基づいて調整し、交流電圧および電流は、オシロスコープ７１（図１）で測定した。
【００２８】
図３は、プラズマ処理装置１の放電特性の一例を示すグラフであり、正弦波状の波形およびパルス状の波形は、固定電極２１、２２間の電圧および電流の測定値をそれぞれ表している。図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、回転電極３０の回転数が１０００、３６００、７２００、１５０００ｒｐｍである場合の測定値をそれぞれ示している。
【００２９】
図４は、プラズマ処理装置の放電特性の他の一例を示すグラフである。図４は、コンデンサＣ０（図１）に蓄積された電荷と固定電極２１、２２間の電圧とから描かれるリサージュ図形である。リサージュ図形における傾きＡは、図１に示されるプラズマ生成部５１の等価回路におけるトータル容量Ｃｔｏｔに対応し、傾きＢは誘電体ギャップ容量ＣＤに対応する。また、リサージュ図形の内部の面積は、消費電力に対応する。
【００３０】
図３および図４に示される実験結果から、本発明者らは、回転電極型のプラズマ処理装置において生じる放電現象の原理を、次のように考察する。
【００３１】
以下では、回転電極３０の回転周期である電極回転周期を羽根３１、３２の数Ｎで除した期間と、交流電圧の半周期である電圧半周期と、の比較に基づく４つの条件を設定し、各条件下で生じる誘電体バリア放電の特徴を説明する。ここで、電極回転周期を羽根３１、３２の数Ｎで除した期間は、回転電極３０のＮ枚の羽根３１、３２のうちの１枚の羽根によって、反応容器１０の内面のＮ分の１周部分が掃引される時間である。言い換えれば、回転電極３０のすべての羽根３１、３２によって、反応容器１０の内面が１周長にわたって掃引される時間である。
【００３２】
図５は、４つの条件の各々の下で生じる誘電体バリア放電の特徴を説明する模式図である。図５に示されるように、４つの条件は、具体的に、（条件１）電極回転周期／Ｎ＞電圧半周期、（条件２）電極回転周期／Ｎ＝電圧半周期、（条件３）電極回転周期／Ｎ＜電圧半周期、および（条件４）電極回転周期／Ｎ＜＜電圧半周期、である。また、簡明のため、交流電圧の波形を正弦波とする。
【００３３】
図３および図４の例では、交流電圧の周波数が６０Ｈｚであることから、電圧半周期は８．３３ｍＳである。また、羽根３１、３２の数Ｎが２であることから、電極回転周期／Ｎは、回転電極３０の回転数が１０００、３６００、７２００、１５０００ｒｐｍの場合に、それぞれ３０、８．３３、４．１７、２ｍＳである。したがって、交流電圧の周波数が６０Ｈｚである場合に、回転電極３０の回転数１０００、３６００、７２００、１５０００ｒｐｍが、上述の条件１〜４にそれぞれ当てはまる。
【００３４】
図５では、回転電極３０のＮ枚の羽根３１、３２のうちの１枚、反応容器１０の内面のＮ分の１周部分、および反応容器１０の内面に蓄積される電荷の極性を、灰色の板、白色の帯、および＋、−の符号でそれぞれ示している。以下で説明する動作は、Ｎ枚の羽根によって、反応容器１０の内面の全周で同時に進行する。
【００３５】
（条件１）電極回転周期／Ｎ＞電圧半周期
１つの羽根が反応容器１０の内面のＮ分の１周部分を掃引している間に、交流電圧の極性が入れ替わる。そのため、当該部分には正負両方の電荷が蓄積される。後続の羽根が当該部分を掃引するとき、当該部分に蓄積された電荷と後続の羽根の電荷との間に十分な電位差が生じれば放電が発生する。したがって、放電はランダムなタイミングで発生する（図３の（ａ））。
【００３６】
（条件２）電極回転周期／Ｎ＝電圧半周期
交流電圧が正負いずれか一方の極性を保っている間に、回転電極３０の内面のＮ分の１周部分が、羽根によってちょうど１回掃引される。そのため、当該部分には正負いずれか一方（図５の例では正）の電荷が蓄積される。後続の羽根が当該部分を掃引するとき、当該部分に蓄積された電荷と後続の羽根の電荷とは必ず逆極性となるので、放電回数が増加する。ここで、交流電圧は正弦波であるので、電圧半周期の両端部分で蓄積される電荷は大きくない。したがって、放電は電圧半周期の中央部分で主に発生する（図３の（ｂ））。
【００３７】
（条件３）電極回転周期／Ｎ＜電圧半周期
交流電圧が正負いずれか一方の極性を保っている間に、回転電極３０の内面のＮ分の１周部分が、羽根によって１回よりも多く掃引される。そのため、当該部分には正負いずれか一方（図５の例では正）の電荷が蓄積される。掃引回数の増加に伴い、当該部分に蓄積される電荷は増加する。誘電体ギャップ容量ＣＤ＝εＳ／ｄの面積Ｓが実効的に増加して、ＣＤが増加する（図４）。また、蓄積した電荷のメモリー効果によって、放電のタイミングは電圧半周期の開始側へシフトする（図３の（ｃ））。
【００３８】
（条件４）電極回転周期／Ｎ＜＜電圧半周期
交流電圧が正負いずれか一方の極性を保っている間に、回転電極３０の内面のＮ分の１周部分が、羽根によってさらに多数回掃引される。このとき、誘電体ギャップ容量ＣＤは飽和する（図４）。均一に蓄積された電荷によるメモリー効果の増加で放電のタイミングが電圧半周期の開始側へさらにシフトする（図３の（ｄ））。したがって、放電電圧が減少し、当該部分に蓄積される電荷と消費電力は減少する（図４）。
【００３９】
この考察から、上述した（条件３）の中に、プラズマの生成効率に関する最適条件が存在すると考えられる。
【００４０】
そこで、本発明者らは、第３の実験を行い、さらに多数の条件下で、オゾン濃度、消費電力、放電電圧を測定した。実験条件を表１に示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
羽根３１、３２が２枚のプラズマ処理装置を用いた実験では、Ｖｐｐが３０ｋＶ、周波数が６０、８０、１００Ｈｚの交流電圧を印加しながら、３ｓｌｍの空気を導入してプラズマを生成させ、排気中のオゾン濃度、消費電力、および放電電圧を測定した。
【００４３】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、測定されたオゾン濃度、消費電力、および放電電圧の一例をそれぞれ示すグラフである。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃでは、電極回転数に対するオゾン濃度、消費電力、および放電電圧が示されている。
【００４４】
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃのグラフの電極回転数を、電極回転周期のＮ分の１で電圧半周期を除した値で正規化したグラフである。本明細書では、この値を掃引率と呼ぶことにする。掃引率は、電源半周期において（つまり、交流電圧が正負いずれか一方の極性を保っている間に）、反応容器１０の内面が、羽根３１、３２によって掃引される回数を表す。図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃでの掃引率は、電圧半周期／（電極回転周期／２）で表される。
【００４５】
図７Ａから、オゾン濃度のピークは掃引率２の付近にあり、掃引率１．５以上かつ２．５以下の範囲で、ピーク濃度の９０％以上の濃度のオゾンが生成されている。つまり、プラズマが効率よく生成されていることが分かる。
【００４６】
図７Ｂから、消費電力のピークは掃引率２．３の付近にあり、掃引率１．５以上かつ２．５以下の範囲で、プラズマを生成するための十分な電力が消費されていることが分かる。
【００４７】
図７Ｃから、掃引率２．５以下の範囲で、掃引率がさらに大きい場合と比べて、より高い放電電圧が示されている。
【００４８】
図７Ｂ、図７Ｃのいずれの結果も、掃引率が１．５以上かつ２．５以下の範囲でプラズマが効率よく生成されるという、図７Ａの結果と整合する。
【００４９】
また、羽根３１、３２が４枚のプラズマ処理装置を用いた別の実験では、Ｖｐｐが３０ｋＶ、周波数が４０Ｈｚの交流電圧を印加しながら、３ｓｌｍの空気を導入してプラズマを生成させ、排気中のオゾン濃度を測定した。
【００５０】
図８は、測定されたオゾン濃度の一例を示すグラフである。図８では、掃引率に対するオゾン濃度が示されている。図８での掃引率は、電圧半周期／（電極回転周期／４）で表される。図８の上部の横軸には、電極回転数が示されている。
【００５１】
図８から、オゾン濃度のピークは掃引率２の付近にあり、掃引率１．５以上かつ２．５以下の範囲で、ピーク濃度の９０％以上の濃度のオゾンが生成されている。つまり、羽根３１、３２が４枚のプラズマ処理装置によっても、羽根３１、３２が２枚のプラズマ処理装置と同様に、掃引率１．５以上かつ２．５以下の範囲で、プラズマが効率よく生成されていることが分かる。
【００５２】
これらの結果から、羽根の数をＮと表記するとき、電圧半周期／（電極回転周期／Ｎ）で表される掃引率を、１．５以上かつ２．５以下とすることで、プラズマの生成効率に優れた回転電極型のプラズマ生成装置およびプラズマ生成方法が得られる。より好ましくは、掃引率を２としてもよい。
【００５３】
以上、本発明の１つまたは複数の態様に係るプラズマ処理装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【００５４】
例えば、実施の形態では、交流電圧の波形が正弦波の場合の実験結果を示したが、交流電圧には、例えば、矩形波を用いてもよい。矩形波を用いた場合、正弦波とは異なり、電圧の立ち上がりおよび立ち下がりが速いことから、円周方向に対する印加電圧が電圧半周期内でほぼ一定となり、電圧半周期の端部近傍においても放電が発生する。そのため、プラズマの生成効率は、正弦波を用いる場合と比べてより小さい（例えば１の）掃引率で最大になると考えられる。
【００５５】
このように、プラズマの優れた生成効率を得るための掃引率は、正弦波を用いる場合の１．５以上かつ２．５以下の範囲には限られない。掃引率には、例えば１以上で、かつ交流電圧の波形に応じた好適な値を用いることができる。
【００５６】
また、実施の形態では、有蓋有底の円筒体である反応容器１０の例を用いて説明したが、この例には限定されない。反応容器は、少なくとも一部が円筒体であればよく、反応容器の他の部分の構成は、特には限定されない。反応容器の少なくとも一部が円筒体であれば、反応容器１０の他の部分の構成にかかわらず、回転電極を、反応容器の内面に沿って前記内面との間に空隙を保って回転させることができるので、プラズマを広い領域で生成させ、対象物を効率よく処理することができる。
【００５７】
また、反応容器が蓋板と底板とを有していることも必須ではない。例えば、反応容器が両端開放の円筒体であってもよく、そのような反応容器を備えるプラズマ処理装置では、円筒の一方端から円筒内に対象物を導入し、円筒内でプラズマ処理を行った後、処理済みの対象物を円筒の他方端から取り出す連続処理が可能である。
【００５８】
また、実施の形態では、反応容器１０に固定電極２１、２２を設け、交流電源５０は固定電極２１、２２間に交流電圧を印加することにより、回転電極３０を浮遊電極としているが、回転電極３０を浮遊電極とすることは必須ではない。
【００５９】
例えば、反応容器１０に１つの固定電極を設けるとともに、回転電極３０と接触してブラシ電極を設け、交流電源５０は、固定電極とブラシ電極との間に交流電圧を印加してもよい。この場合でも、電圧半周期／（電極回転周期／Ｎ）で表される掃引率を、１以上かつ２．５以下とすることで、プラズマの生成効率に優れた回転電極型のプラズマ生成装置が得られる。
【００６０】
（まとめ）
上述の目的を達成するために、本発明の１つの態様に係るプラズマ処理装置は、誘電体で構成された反応容器と、前記反応容器に設けられた固定電極と、前記反応容器の内面との間に空隙を保って回転可能なＮ枚（Ｎは自然数）の羽根を有する回転電極と、前記回転電極を回転させる回転器と、前記固定電極と前記回転電極との間に交流電界を形成する交流電源と、を備え、前記交流電界の半周期を前記回転電極の回転周期のＮ分の１で除した値である掃引率が、１以上かつ２．５以下である。
【００６１】
また、前記交流電源の出力波形が正弦波であり、前記掃引率が１．５以上かつ２．５以下であるとしてもよく、具体的には前記掃引率が２であってもよい。
【００６２】
回転電極型のプラズマ処理装置では、掃引率が小さければ反応容器の内面に蓄積される電荷が減りやすく、掃引率が大きければ放電電圧が下がりやすく、いずれの場合もプラズマの生成効率が損なわれる。その点、掃引率を１以上かつ２．５以下とすることで、反応容器の内面に蓄積される電荷量と放電電圧とが最適化されるので、プラズマの生成効率に優れた回転電極型のプラズマ処理装置が得られる。
【００６３】
特に、交流電源の出力波形が正弦波である場合、掃引率を１．５以上かつ２．５以下とし、好ましくは２とすることで、プラズマの優れた生成効率が得られることが、発明者らが行った実験によって確かめられている。
【００６４】
また、前記回転器は、直流モータおよび前記直流モータを駆動する直流電源であってもよい。
【００６５】
これにより、直流電源の電圧に基づいて回転電極の回転数が調整できるので、回転数の調整が容易になる。
【００６６】
また、前記回転器は、前記反応容器内に媒質の流れを形成するポンプであり、前記回転電極は前記媒質の流れを受けて回転してもよい。
【００６７】
これにより、追加的な構成要素を用いずに回転電極を回転させることができるので、プラズマ処理装置の構成が簡素化される。例えば、商用電源と同等の５０〜６０Ｈｚの交流電源を利用する場合、媒質の流れで制御できる程度の低い回転数で回転電極を回転させれば１．５以上かつ２．５以下の掃引率が得られるので、このような構成は有効と言える。
【００６８】
また、前記固定電極は、第１固定電極と第２固定電極とからなり、前記交流電源は、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間に半周期が前記交流電界の半周期と等しい交流電圧を印加してもよい。
【００６９】
これにより、回転電極を、交流電源と電気的に接続されていない浮遊電極として構成できるので、回転電極の回転数をより高速域まで広い範囲で調整することが容易になる。
【００７０】
また、前記プラズマ処理装置は、前記回転電極と接触して設けられたブラシ電極をさらに備え、前記交流電源は、前記固定電極と前記ブラシ電極との間に半周期が前記交流電界の半周期と等しい交流電圧を印加してもよい。
【００７１】
これにより、反応容器に大きな面積の固定電極を設けてプラズマの発生領域を拡大できるので、プラズマの生成効率をさらに向上することができる。
【００７２】
また、本発明の１つの態様に係るプラズマ処理方法は、Ｎ枚（Ｎは自然数）の羽根を有する回転電極を、誘電体で構成された反応容器内で、前記反応容器の内面との間に空隙を保って回転させながら、前記反応容器に設けられた固定電極と前記回転電極との間に交流電界を形成し、前記交流電界の半周期を前記回転電極の回転周期のＮ分の１で除した値である掃引率が、１．５以上かつ２．５以下である。
【００７３】
回転電極型のプラズマ処理方法では、掃引率が小さければ反応容器の内面に蓄積される電荷が減りやすく、掃引率が大きければ放電電圧が下がりやすく、いずれの場合もプラズマの生成効率が損なわれる。その点、掃引率を１．５以上かつ２．５以下とし、好ましくは２とすることで、反応容器の内面に蓄積される電荷量と放電電圧とが最適化されるので、プラズマの生成効率に優れた回転電極型のプラズマ処理方法が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、プラズマにより粉粒体やガス体を処理するプラズマ処理装置として広く利用できる。
【符号の説明】
【００７５】
１  プラズマ処理装置
１０  反応容器
２１、２２  固定電極
３０  回転電極
３１、３２  羽
３３  回転軸
４１  直流モータ
４２  直流電源
４３  ジョイント
４４  ベアリング
５０  交流電源
５１  プラズマ生成部
６１  導入管
６２  マスフローコントローラ
６３  排気管
７１  オシロスコープ
７２  オゾンモニタ
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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