(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波発生装置に、筒状の外部導体の軸心部に内部導体を同軸に嵌合させてなる同軸導波管を設け、前記内部導体に導体性のアンテナを接続するとともに、該アンテナを前記外部導体から外部に露出させ、ガス供給装置によって供給されるプラズマ発生用のガスを前記アンテナの露出端部に向けて吐出し、前記アンテナは前記内部導体の軸線方向に延長させて前記外部導体から外部に露出させるとともに、その露出量をマイクロ波の波長の１／４以下とし、前記マイクロ波発生装置の電力を２．５Ｗ〜１０Ｗとしたことを特徴とする大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置。
【請求項２】
ガスの吐出方向は、アンテナの軸心と直交する方向としたことを特徴とする請求項１記載の大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置。
【請求項３】
ガスの吐出量を調整するガス調整部と、マイクロ波発生装置の出力を調整する電力調整部とを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波プラズマニードル発生装置、殊に小形かつ簡素な大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、特許文献１があった。即ち、円柱状の外側導体に、マイクロ波発振器に接続される同軸ケーブルの外部導体を接続し、該外側導体に円筒状の放電管を導電可能に嵌合させ、放電管の軸心部にアンテナを所定の間隙を保持して同軸に配置するとともに、該アンテナを前記同軸ケーブルの内部導体に接続し、前記放電管の基部にガス導入管路を接続する。
【０００３】
そして、ガス導入管路から放電管とアンテナとの間隙部にプラズマ発生用のガスを供給するとともに、前記同軸ケーブルにマイクロ波発振器から所定のマイクロ波を出力し、アンテナの先端と放電管の内面との間でプラズマを発生させ、放電管の先端開口からプラズマを照射するようにしたものがあった。
【０００４】
前記従来のものは、放電管の内部でプラズマが発生するため、高温のプラズマを発生させると、放電管が熱によって損傷し、保守に手数を要することになる。また、放電管にガス導入管路を接続したり、放電管とアンテナとの間にガスが流通する間隙部を形成したりしていたため、構造が複雑になる。また、同軸管インピーダンスの整合が行なわれる放電管とアンテナとの間隙部にガスを流通させるようにしていたので、ガスの流量が制限され、プラズマの温度調整幅が制限されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２９３９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、プラズマを同軸導波管の外側で発生させることにより、変換器のプラズマによる熱損傷を防止するとともに、プラズマの温度調整幅が大きくとれる大気中マイクロ波プラズマニードル発生装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、マイクロ波発生装置に、筒状の外部導体の軸心部に内部導体を同軸に嵌合させてなる同軸導波管を設け、前記内部導体に導体性のアンテナを接続するとともに、該アンテナを前記外部導体から外部に露出させ、ガス供給装置によって供給されるプラズマ発生用のガスを前記アンテナの露出端部に向けて吐出し、前記アンテナは前記内部導体の軸線方向に延長させて前記外部導体から外部に露出させるとともに、その露出量をマイクロ波の波長の１／４以下とし、前記マイクロ波発生装置の電力を２．５Ｗ〜１０Ｗとする構成にしたものである。
請求項２に係る発明は、ガスの吐出方向は、アンテナの軸心と直交する方向としたものである。
請求項３に係る発明は、ガスの吐出量を調整するガス調整部と、マイクロ波発生装置の出力を調整する電力調整部とを設けたものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明は、アンテナの先端を外部導体から外部に露出させ、該露出したアンテナの先端部に向けてプラズマ発生用のガスを吐出するようにしたので、ガスの吐出流路の形成が容易になる。また、ガスの流量を大きく変化させることができ、これによりプラズマニードルの温度範囲が拡大し、多用途化が可能となる。また、外部導体の外側でプラズマニードルが発生するため、高温のプラズマニードルを発生させても、外部導体、及び内部導体が熱によって損傷し難くなる。また、アンテナを内部導体の軸線方向に延長させて外部導体から外部に露出させたので、ガスの混合が容易に行なえることになる。
請求項２に係る発明は、ガスの吐出方向をアンテナの軸心と直交する方向としたので、プラズマニードルをアンテナの先端部で効率よく生成させることができる。
請求項３に係る発明は、ガスの吐出量、及びマイクロ波発生装置の出力を調整することにより、プラズマニードルの温度及び長さを広範囲で調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例を示す装置全体の概略図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】プラズマニードルの流れ方向の温度分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図面において、図１は本発明の実施例を示す装置全体の概略図、図２は図１の要部拡大断面図である。
【００１１】
図１において、１はマイクロ波発生装置であり、固体マイクロ波発振器２によって発生されるマイクロ波電力を同軸ケーブル３で矩形導波管４に導くようになっている。前記固体マイクロ波発振器２は、本例では２．４５ＧＨｚのマイクロ波が発振されるものを使用している。５は固体マイクロ波発振器２の出力を調整する電力調整部、６は電力計である。
【００１２】
前記矩形導波管４は、矩形の導波管本体４ａ、ダブルスラグチューナ４ｂ、可動短絡板４ｃを有し、導波管本体４ａの壁に同軸導波管（ランチャー）１０を取り付ける。該同軸導波管１０は導体性資材、本例では銅により形成され、図２に示すように、外径Ｄ１が１３．９ｍｍとなる円筒状の外部導体１１を矩形導波管４の壁に起立固定し、該外部導体１１の軸心部に外径Ｄ２が４．８ｍｍとなる円筒状の内部導体１２を嵌合させ、両者間に絶縁体１５を充填して両者を同軸に保持する。
【００１３】
また、前記内部導体１２の上端は外部導体１１の上端に一致させ、内部導体１２の下端は外部導体１１の下端から下方に突出させる。このとき、前記外部導体１１の長さＬ１はマイクロ波の波長λに対し、λ/2/ √εr（εr：絶縁体１５の比誘電率）を満足する長さ、本例では５４ｍｍとし、内部導体１２の下部１２ａは外部導体１１から下方に突出させる。この突出量Ｌ２はマイクロ波の波長λに対し、λ/4を満足する長さ、本例では３０ｍｍとし、これにより、同軸導波管１０のインピーダンスの整合をとる。なお、前記同軸導波管１０は固体マイクロ波発振器２の同軸ケーブル３に接続するようにしてもよい。
【００１４】
前記内部導体１２の上端部に導体性のアンテナ１３を取り付ける。該アンテナ１３はタングステン、あるいはモリブデン等の耐熱性の線材からなり、直径（線径）は０．５ｍｍとなっている。該アンテナ１３を前記外部導体１１から上方（外部）に露出させる。この露出量Ｈ１はマイクロ波の波長の１／４以下とし、本例では１５ｍｍとする。１４はアンテナ１３を内部導体１２に導電可能に固定するストッパーである。
【００１５】
前記同軸導波管１０の上方にＡr、Ｈe、Ｎ2などのプラズマ発生用のガスを前記アンテナ１３の上端部に向けて吐出する吐出管（管体）２１を配置する。該吐出管２１は絶縁資材、本例では発砲テフロン（登録商標）により直径Ｄ３が６ｍｍ、内径Ｄ４が４．５ｍｍとなる管体とし、アンテナ１３の軸線に対して直交する横向きにするとともに、その吐出端がアンテナ１３の上端部に対し５ｍｍの間隔Ｓ１を保持する如く配置する。２０は前記吐出管２１にガスを供給するガス供給装置、２２はガスの供給量を調整するガス調整部である。
【００１６】
前記実施例によれば、吐出管２１からアンテナ１３の先端部に向けてガスを吐出し、この状態でマイクロ波発生装置１からマイクロ波が出力されると、該マイクロ波が同軸導波管（ランチャー）１０部で同軸モードに変換され、アンテナ１３の先端でマイクロ波の電磁波が集中し、該アンテナ１３の先端からニードルプラズマ２５が発生することになる。
【００１７】
この場合、前記アンテナ１３の先端が外部導体１１及び内部導体１２から外部に露出しているので、高温のプラズマニードルを発生させても、外部導体１１、及び内部導体１２がプラズマニードルの熱によって損傷し難くなる。また、アンテナ１３が熱損傷した際には、これを新規なものと容易に取り替えることができる。
【００１８】
また、同軸導波管１０の外側でガスをアンテナ１３の先端部に向けて吐出するようにしたので、ガスの流量を大きく変化させることができ、これによりプラズマニードルの温度範囲が拡大し、多用途化が可能となる。さらに、ガスの吐出管２１を同軸導波管１０の外側に配置したので、ガス流路の形成が容易になる。
【００１９】
表１はガスの流量−固体マイクロ波発振器２の電力に対するプラズマニードル２５の長さを示す。
【００２０】
【表１】
0005475902.tif 000002
【００２１】
表１によれば、固体マイクロ波発振器２の電力（Ｗ）が一定の場合、ガスの流量を４Ｌ／ｍｉｍ、６Ｌ／ｍｉｍ、８Ｌ／ｍｉｍと増すことによってプラズマニードル２５の長さが順次長くなり、また、ガスの流量が一定の場合、固体マイクロ波発振器２の電力を２．５Ｗ、５Ｗ、７．５Ｗ、１０Ｗ、２０Ｗ、３０Ｗ、４０Ｗ、５０Ｗと大きくすることによってプラズマニードル２５の長さが長くなることが判る。
【００２２】
プラズマニードル２５の流れ方向の温度分布は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示すように、固体マイクロ波発振器２の電力が２．５Ｗ、５Ｗ、７．５Ｗ、１０Ｗにおいて、ガスの流量を４Ｌ／ｍｉｍ、６Ｌ／ｍｉｍ、８Ｌ／ｍｉｍと増すことによってプラズマニードルの温度が下がり、ガスの流量が８Ｌ／ｍｉｍ、電力が２．５Ｗにおいては、プラズマニードルの先端部の温度が約４０℃となって人体に触れることができ、歯部、皮膚部の殺菌、消毒等、医療用に活用することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１    マイクロ波発生装置
２    固体マイクロ波発振器
３    同軸ケーブル
４    矩形導波管
４ａ  導波管本体
４ｂ  ダブルスラグチューナ
４ｃ  可変短絡板
５    電力調整部
６    電力計
１０    同軸導波管（ランチャー）
１１    外部導体
１２    内部導体
１２ａ  下部
１３    アンテナ
１４    ストッパー
１５    絶縁体
２０    ガス供給装置
２１    吐出管（管体）
２２    ガス調整部
２５    プラズマトーチ
【図１】
0005475902.tif 000003
【図２】
0005475902.tif 000004
【図３】
0005475902.tif 000005