(57)【要約】【課題】長期に亘り安定的にプラズマを点灯させることができるプラズマ発生装置を提供する。【解決手段】プラズマ発生装置は、導波管の機能とプラズマ発生ノズルの機能とを具備する導波ブロック３０が、通常の導波管２０の下流端に接続された構造を有する。導波ブロック３０は、内部に矩形の第２導波空間３０Ａを備え、第２導波空間３０Ａを区画する下側壁３１１、上側壁３１２、左側壁３１３及び右側壁３１４を有している。下側壁３１１は厚肉の側壁であり、当該下側壁３１１にプラズマ発生ノズル部４０が装備されている。プラズマ発生ノズル部４０は、外側電極面４１及び内側電極４２と、外側電極面４１に対して電気絶縁性を確保した状態で内側電極４２を保持する保持部材とを含む。保持部材は、保持筒４３と袋ナット４４とで構成されている。導波ブロック３０を導波管２０から取り外し、袋ナット４４を外すことで、内側電極４２の交換が行える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発生するマイクロ波発生部と、
導電性の部材からなり、マイクロ波伝送のための第１導波空間を備え、一端側において前記マイクロ波発生部からマイクロ波が入射され、前記第１導波空間を通して前記マイクロ波を他端側に伝送する導波管と、
導電性の部材からなり、マイクロ波伝送のための第２導波空間と、マイクロ波のエネルギーに基づきガスをプラズマ化して放出するプラズマ発生ノズル部とを備え、前記第２導波空間と前記第１導波空間とが連通するように、前記導波管の他端側に接続される導波ブロックと、を備え、
前記導波ブロックは、前記第２導波空間を区画する１の側壁であって前記プラズマ発生ノズル部が装備される厚肉のノズル側壁を有し、
前記プラズマ発生ノズル部は、
前記ノズル側壁の厚さ方向に延び、前記第２導波空間と外部とを連通させる貫通孔によって形成された、筒状の外側電極面と、
基端と先端とを有する棒状の導電体であって、前記基端側が前記第２導波空間に突出し、前記先端側が前記筒状の外側電極面の内部に配置される内側電極と、
前記外側電極面に対して電気絶縁性を確保した状態で前記内側電極を保持する保持部材と、を含む、プラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ発生装置において、
前記導波管は、導電性に優れた金属で形成され、
前記導波ブロックは、前記ガスへの耐腐食性に優れた金属を含んで形成されている、プラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプラズマ発生装置において、
前記貫通孔は、前記第２導波空間側の端部近傍に内径が他の部分よりも大きい大径部を有し、前記保持部材は前記大径部に配置されるものであって、
前記保持部材は、
前記貫通孔の前記大径部に係合する外周面と、前記貫通孔の他の部分の内径よりも小さい内径を有する受容孔とを有する外側保持片と、
前記内側電極を保持し、前記受容孔にフィットする外周面を有する内側保持片と、
前記第２導波空間の側から前記内側保持片に係合され、前記内側保持片を前記外側保持片に対して固定する固定片と、
を備えるプラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のプラズマ発生装置において、
前記保持部材は、
前記内側電極を保持し、その一部が前記第２導波空間に突出する突出部を備えた保持片と、
前記突出部と係合すると共に、前記ノズル側壁の内面と係合することで、前記保持片を固定する固定片と、
を備えるプラズマ発生装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のプラズマ発生装置において、
前記ノズル側壁が、前記導波ブロックの前記第２導波空間を区画する側壁であって互いに対向する２つの側壁に備えられ、
これら２つのノズル側壁に、前記プラズマ発生ノズル部が各々装備されている、プラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを生成して対象物に照射するプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマ化された処理ガスを用いて、対象物の滅菌、有機汚染物の除去、表面改質、エッチング、薄膜形成または薄膜除去等を行う処理装置が実用化されている。上記プラズマ化された処理ガスを生成する装置として、特許文献１には、マイクロ波のエネルギーを用いたプラズマ発生装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１のプラズマ発生装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波を伝搬する導波管と、該導波管に取り付けられ前記マイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して放出するプラズマ発生ノズルとを備えている。このプラズマ発生ノズルは、前記導波管の外壁面に取り付けられる円筒状の外側電極と、該外側電極の内部に配置され且つ前記導波管の内部に一部が突出して配置され、前記マイクロ波を受信する内側電極とを備えている。前記導波管は、導電性に優れたアルミニウムによって形成され、前記外側電極（ノズル）は、ステンレスのような処理ガスに対する耐性を有する金属にて形成される。前記導波管と前記外側電極とは同電位にするため接続されるが、異種金属であるため溶接等が困難であり、導電性スプリング等を介在させて両者を圧接接続することで、両者間の電気的接続を確保している。
【０００４】
前記内側電極は、交換を要する消耗品である。特許文献２には、前記導波管を貫通するように前記内側電極を配置したプラズマ発生装置が開示されている。この装置では、前記導波管の前記外側電極が取り付けられた壁面とは反対側の壁面側から、前記内側電極を抜き出し、交換することが可能である。すなわち、外側電極を導波管から取り外すことなく、換言すると外側電極と導波管との電気的接続状態を変えることなく、内側電極だけを交換することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５２５５６６号公報
【特許文献２】特開２００９−１１０８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２の装置のように、導波管に対して外側電極（ノズル）を後付けする構成では、外側電極と導波管との電気的接続状態を長期的に安定的に保つことが難しい。両者の電気的接続状態が安定しないと、プラズマの点灯条件等が変化する不具合が生じる。特許文献２の装置のような工夫を施すことで、内側電極の交換時に前記電気的接続状態が変動することを抑止することはできるが、本質的には当該問題を解決することはできない。
【０００７】
さらに、特許文献２の装置では、導波管の２つの壁面のうち、一方が外側電極の取り付け用、他方が内側電極の交換用に占有される。このため、プラズマ発生ノズルを実質的に導波管の１の壁面にしか配置できず、プラズマ化されたガスを放出するノズルの配置密度を高めることができないという問題もある。
【０００８】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであって、長期に亘り安定的にプラズマを点灯させることができるプラズマ発生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】
【０００９】
本発明の一局面に係るプラズマ発生装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生部と、導電性の部材からなり、マイクロ波伝送のための第１導波空間を備え、一端側において前記マイクロ波発生部からマイクロ波が入射され、前記第１導波空間を通して前記マイクロ波を他端側に伝送する導波管と、導電性の部材からなり、マイクロ波伝送のための第２導波空間と、マイクロ波のエネルギーに基づきガスをプラズマ化して放出するプラズマ発生ノズル部とを備え、前記第２導波空間と前記第１導波空間とが連通するように、前記導波管の他端側に接続される導波ブロックと、を備え、前記導波ブロックは、前記第２導波空間を区画する１の側壁であって前記プラズマ発生ノズル部が装備される厚肉のノズル側壁を有し、前記プラズマ発生ノズル部は、前記ノズル側壁の厚さ方向に延び、前記第２導波空間と外部とを連通させる貫通孔によって形成された、筒状の外側電極面と、基端と先端とを有する棒状の導電体であって、前記基端側が前記第２導波空間に突出し、前記先端側が前記筒状の外側電極面の内部に配置される内側電極と、前記外側電極面に対して電気絶縁性を確保した状態で前記内側電極を保持する保持部材と、を含む。
【００１０】
この構成によれば、プラズマ発生ノズル部を一体的に備えた導波ブロックが、マイクロ波を伝送する導波管に接続される。つまり、導波管にプラズマ発生ノズルを外付けするという概念を払拭し、プラズマ発生ノズルの機能を具備する導波ブロックを、通常の導波管に接続する構成を採用している。従って、導波管とプラズマ発生ノズルとの電気的接続状態の変動は生じ得ないこととなり、これにより長期に亘り安定的にプラズマを点灯させることが可能となる。
【００１１】
上記構成において、前記導波管は、導電性に優れた金属で形成され、前記導波ブロックは、前記ガスへの耐腐食性に優れた金属を含んで形成されていることが望ましい。
【００１２】
この構成によれば、前記導波ブロックに適した部材が比較的導電性が低い部材であっても、マイクロ波の導波経路上における前記導波ブロックが占める割合を小さくすることができるため、マイクロ波の伝送ロスを抑止することができる。一方で、導波ブロックが耐腐食性に優れる金属で形成されるので、プラズマ発生装置の長寿命化に寄与する。
【００１３】
上記構成において、前記貫通孔は、前記第２導波空間側の端部近傍に内径が他の部分よりも大きい大径部を有し、前記保持部材は前記大径部に配置されるものであって、前記保持部材は、前記貫通孔の前記大径部に係合する外周面と、前記貫通孔の他の部分の内径よりも小さい内径を有する受容孔とを有する外側保持片と、前記内側電極を保持し、前記受容孔にフィットする外周面を有する内側保持片と、前記第２導波空間の側から前記内側保持片に係合され、前記内側保持片を前記外側保持片に対して固定する固定片と、を備えることが望ましい。
【００１４】
この構成によれば、前記固定片を取り外すことで、前記内側電極を保持した状態の内側保持片を、前記外側保持片の受容孔から外側へ抜き出すことが可能となる。従って、電気的特性を担保するために前記保持部の径を貫通孔の必要径よりも大径とせねばならない場合でも、前記内側電極の組み付け性を良好にすることができる。
【００１５】
或いは、前記保持部材は、前記内側電極を保持し、その一部が前記第２導波空間に突出する突出部を備えた保持片と、前記突出部と係合すると共に、前記ノズル側壁の内面と係合することで、前記保持片を固定する固定片と、を備えることが望ましい。
【００１６】
この構成によれば、前記内側電極の前記ノズル側壁への取り付け及び取り外しを、ユーザーは容易に行うことができるようになる。
【００１７】
上記構成において、前記ノズル側壁が、前記導波ブロックの前記第２導波空間を区画する側壁であって互いに対向する２つの側壁に備えられ、これら２つのノズル側壁に、前記プラズマ発生ノズル部が各々装備されていることが望ましい。
【００１８】
この構成によれば、第２導波空間を区画する２つの側壁が前記ノズル側壁として利用されるので、プラズマ発生ノズル部の配置密度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、プラズマ発生ノズルの機能を一体的に備える導波ブロックを、通常の導波管に接続するので、導波管とプラズマ発生ノズルとの電気的接続状態の変動は生じ得ない。従って、長期に亘り安定的にプラズマを点灯させることが可能なプラズマ発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ発生装置、及びその用途を模式的に示す図である。
【図２】第１実施形態に係る導波ブロックを示す断面図であり、（Ａ）は内側電極が取り付けられた状態、（Ｂ）は内側電極が取り外された状態を示す図である。
【図３】第２実施形態に係るプラズマ発生装置を示す側面図である。
【図４】第２実施形態に係る導波ブロックを示す断面図である。
【図５】図４の導波ブロックにおける１つのノズルユニット部を拡大して示す断面図である。
【図６】保持部材の外側保持片を示す図であって、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。
【図７】内側電極を保持した状態の、保持部材の内側保持片を示す図であって、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。
【図８】保持部材の固定片を示す図であって、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ発生装置ＰＵを模式的に示す図である。プラズマ発生装置ＰＵは、プラズマ化されたガスを発生するユニットである。図１においては、プラズマ発生装置ＰＵにより生成されたガスを、滅菌ガスとして滅菌チャンバーＴ内へ導入するように構成された、滅菌装置としての使用態様を例示している。
【００２２】
プラズマ発生装置ＰＵは、マイクロ波を利用し常温常圧でのプラズマ発生が可能な装置であって、所定波長のマイクロ波μを発生するマイクロ波発生部１０、このマイクロ波発生部１０に接続され前記マイクロ波μを伝搬させる導波管２０、マイクロ波μの伝送方向（図中の矢印参照）で見て導波管２０の下流側に配置された導波ブロック３０、及び、該導波ブロック３０の下流に配置された導波管のエンドピース２５を備えて構成されている。導波ブロック３０には、プラズマ化されたガスを生成して放出するプラズマ発生ノズル部４０が一体的に備えられている。
【００２３】
マイクロ波発生部１０は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波μを発生し、該マイクロ波μを導波管２０の内部へ伝搬させる。マイクロ波発生部１０は、マイクロ波を発生するマグネトロン等のマイクロ波発生源と、このマイクロ波発生源にて発生されたマイクロ波の強度を所定の出力強度に調整する機能と、マイクロ波を導波管２０の内部へ放出するマイクロ波送信アンテナとを備える。本実施形態に係るプラズマ発生装置ＰＵでは、例えば１Ｗ〜３ｋＷのマイクロ波エネルギーを出力できる連続可変型のマイクロ波発生器が好適に用いられる。
【００２４】
導波管２０は、導電性に優れ、且つ、非磁性の金属で形成された、断面矩形の管状部材である。上記の金属としては、例えばアルミニウムが好適である。導波管２０の内部には、マイクロ波μの伝送のための第１導波空間２０Ａが備えられている。第１導波空間２０Ａの、マイクロ波伝送方向と直交する方向の断面形状は、水平方向が比較的長い矩形形状である。導波管２０の一端２１側には、マイクロ波発生部１０が接続されている。図示は省略しているが、マイクロ波発生部１０の上記マイクロ波送信アンテナが、第１導波空間２０Ａに突出している。導波管２０の一端２１側において入射されたマイクロ波μは、導波管２０の他端２２側へ伝送される。導波管２０は、例えばアルミニウムの平板からなる上面板、下面板及び２枚の側面板を用いた角筒状の組み立て体にて構成することができる。このような平板の組み立てによらず、アルミニウム材の押し出し成形や板状部材の折り曲げ加工等により形成しても良い。
【００２５】
導波ブロック３０は、導電性を有し、且つ、プラズマ化されるガスへの耐腐食性に優れた非磁性の金属から形成され、導波管２０に比べてマイクロ波伝送方向の長さが短い矩形の部材である。上記の金属としては、例えばオーステナイト系ステンレスが好適である。導波ブロック３０は、マイクロ波伝送のための第２導波空間３０Ａと、マイクロ波μのエネルギーに基づきガスをプラズマ化して放出するプラズマ発生ノズル部４０とを備え、導波管２０の第１導波空間２０Ａと第２導波空間３０Ａとが連通するように、導波管２０の他端２２側に接続されている。第２導波空間３０Ａは、第１導波空間２０Ａと同サイズの断面矩形形状を有する。導波管２０の他端２２にはフランジ部が設けられており、該フランジ部が導波ブロック３０の上流側壁面に突き当てられた状態でボルト締めされることで、導波管２０と導波ブロック３０とが連結されている。なお、他の実施形態では、このようなフランジ接続を用いない接続態様を採用しても良く、例えば導波管２０と導波ブロックとを突き合わせ、その突き合わせ部分の周囲を金属帯で覆うような接続態様を採用してもよい。また、第２導波空間３０Ａ及び第１導波空間２０Ａの断面サイズは、同一サイズでなくとも良く、一方が他方よりやや大きいサイズを有していても良い。
【００２６】
プラズマ発生ノズル部４０は、該ノズル部４０に対して供給される適宜な処理ガスＧＡにマイクロ波μのエネルギーを与え、前記処理ガスをプラズマ化して放出する機能を有し、導波ブロック３０の側壁に一体的に組み込まれている。プラズマ発生ノズル部４０は、導波ブロック３０の側壁に穿孔された貫通孔の内壁面からなる円筒状の外側電極面４１と、外側電極面４１の内部に同軸状に配置され、マイクロ波μを受信する棒状の導電体（アンテナ）からなる内側電極４２とを備える。内側電極４２の上端４２１（基端）の側が導波ブロック３０の第２導波空間３０Ａに突出し、下端４２２（先端）の側が外側電極面４１内に延在するように配置されている。
【００２７】
エンドピース２５は、導波管２０と同一の金属材料（例えばアルミニウム）で形成された、断面矩形の管状部材である。エンドピース２５は、内部に第３導波空間２５Ａを備え、この第３導波空間２５Ａと第２導波空間３０Ａとが連通するように、一端２６が導波ブロック３０に接続されている。一端２６にはフランジ部が設けられており、該フランジ部が導波ブロック３０の下流側壁面に突き当てられた状態でボルト締めされることで、エンドピース２５と導波ブロック３０とが連結されている。エンドピース２５の他端側は閉止壁面であり、プラズマ発生ノズル部４０で費消されなかったマイクロ波μは、前記閉止壁面で反射され、導波管２０側に向かう。上記と同様に、エンドピース２５と導波ブロック３０とをフランジ接続以外の態様で接続しても良い。
【００２８】
このようなプラズマ発生装置ＰＵには、上記の構成要素の他、エンドピース２５の前記閉止壁面側に、マイクロ波μの反射位相を調整するスライディングショート、導波管２０に放出されたマイクロ波μのうち反射マイクロ波がマイクロ波発生部１０に戻らないよう分離するサーキュレータ、このサーキュレータで分離された反射マイクロ波を吸収するダミーロード、及びインピーダンス整合を行うスタブチューナ等を具備させるようにしても良い。
【００２９】
滅菌チャンバーＴは、ワークＷに対する滅菌処理を行うためのチャンバーである。滅菌チャンバーＴは、チャンバー本体５０と、チャンバー本体５０の内部に収納されワークＷを載置するためのワークトレイ５１とを備えている。チャンバー本体５０には、ガス導入孔５２と、換気用のインレット５４及びアウトレット５５とが備えられている。ガス導入孔５２には、プラズマ発生ノズル部４０で発生されたプラズマ化されたガスＧＢをチャンバー本体５０の内部へ導くためのステンレスチューブ５３が接続されている。ワークトレイ５１は、例えばメッシュ状の金属トレイからなる。
【００３０】
上記の通り構成された滅菌装置の使用態様の一例は次の通りである。例えば医療用器具などのワークＷを、ワークトレイ５１に載置してチャンバー本体５０内に収納する。その後、マイクロ波発生部１０を起動してマイクロ波μを発生させると共に、プラズマ発生ノズル部４０へ処理ガスＧＡを供給する。ここでの処理ガスとしては、酸素、水素、窒素、アルゴン、フロンなどの励起ガスに、過酸化水素水、アンモニア水、水などの水素成分を有するミストを混合させたものを用いることができる。
【００３１】
前記マイクロ波μは、導波管２０の第１導波空間２０Ａに突出した内側電極４２により受信される。受信されたマイクロ波μのエネルギーは、処理ガスＧＡのプラズマ化のために費消され、これによりプラズマ発生ノズル部４０でプラズマ化されたガスＧＢが生成される。このガスＧＢは、ステンレスチューブ５３を介してチャンバー本体５０内に導入される。プラズマ化によりガスＧＢは例えば高い反応性をもつ水酸基ラジカルや酸素ラジカル等を含み、ワークＷに付着している微生物に作用してこれを死滅させる。
【００３２】
続いて、導波ブロック３０及びプラズマ発生ノズル部４０の詳細構造について、図２に基づいて説明する。図２は、第１実施形態に係る導波ブロック３０の、マイクロ波伝送方向と直交する方向の断面を示す図であり、図２（Ａ）は内側電極４２が取り付けられた状態、図２（Ｂ）は内側電極４２が取り外された状態をそれぞれ示す図である。
【００３３】
導波ブロック３０は、概ね正方形の外形形状を有し、内部に矩形の第２導波空間３０Ａを備えている。導波ブロック３０は、第２導波空間３０Ａを区画する４つの側壁、下側壁３１１（ノズル側壁）、上側壁３１２、左側壁３１３及び右側壁３１４を有している。上側壁３１２、左側壁３１３及び右側壁３１４は、比較的薄肉の側壁である。これに対し、下側壁３１１は厚肉の側壁であり、本実施形態では当該下側壁３１１にプラズマ発生ノズル部４０が装備されている。
【００３４】
プラズマ発生ノズル部４０は、上述の外側電極面４１及び内側電極４２と、外側電極面４１に対して電気絶縁性を確保した状態で内側電極４２を保持する保持部材とを含む。保持部材は電気絶縁性を有する部材であり、本実施形態では、保持筒４３（保持片）と袋ナット４４（固定片）とで構成されている。
【００３５】
外側電極面４１は、下側壁３１１の厚さ方向に延び、第２導波空間３０Ａと外部とを連通させる貫通孔によって形成されている。前記貫通孔は、第２導波空間３０Ａの内壁面３２１に上端が開口し、導波ブロック３０の下面３０Ｂに下端が開口する、円筒状の直線孔である。外側電極面４１の上端付近には、内径が他の部分よりも小さい係止孔部４１１が設けられている。この外側電極面４１は、導波ブロック３０を構成する金属部材に孔開け加工を施すことによって形成される。
【００３６】
内側電極４２は、銅、アルミニウム、チタン又は真鍮等の導電性の金属から構成された棒状部材からなる。好ましい内側電極４２の一例は、棒状のチタン基材の表面に金メッキ層を設けた棒状部材である。内側電極４２の下端４２２側には、プラズマ化されたガスに対する耐性を高めるためのコーティング層４２３が設けられている。このコーティング層４２３としては、例えばアルミナの溶射層が好適である。
【００３７】
保持筒４３及び袋ナット４４は、マイクロ波透過性の材料であって、ポリプロピレン樹脂やフッ素樹脂等の耐熱性樹脂、セラミック等の低誘電率の電気絶縁性の材料から形成され、外側電極面４１に対して内側電極４２を、電気的に絶縁した状態で位置決め固定するための部材である。例えば、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）は、保持筒４３及び袋ナット４４の形成材料としては好適である。保持筒４３は、内側電極４２の上端４２１付近を一体的に保持する円筒型の部材であり、大径部４３１と小径部４３２（突出部）とを備えている。
【００３８】
大径部４３１は、外側電極面４１を構成する貫通孔本体の内径よりも僅かに小さく、一方で係止孔部４１１よりも大きい外径を有している。小径部４３２は、係止孔部４１１よりも小さい外径を有し、先端領域にはネジ山４３３が刻設されている。小径部４３２は、内側電極４２の装着時（図２（Ａ））において係止孔部４１１を貫通し、ネジ山４３３の部分が第２導波空間３０Ａに突出する。袋ナット４４は、保持筒４３が外側電極面４１の貫通孔に装着された状態で、小径部４３２のネジ山４３３に締結される。当該締結によって、大径部４３１の上縁部が係止孔部４１１の下縁の段差部に当止し、袋ナット４４の下面が第２導波空間３０Ａの内壁面３２１（ノズル側壁の内面）に当止されることで係合状態が形成され、内側電極４２を保持する保持筒４３は導波ブロック３０に対して電気絶縁性を確保した状態で固定される。また、この固定によって、内側電極４２の上端４２１が、第２導波空間３０Ａ内に所定長だけ突出した状態となる。
【００３９】
図２（Ａ）に示すように、保持筒４３の固定状態において内側電極４２の下端４２２は、導波ブロック３０の下面３０Ｂから突出した状態となる。この内側電極４２の突出した部分には、アーク放電を防止するためのアルミナ筒４５によって覆われる。また、図示は省略しているが、外側電極面４１の貫通孔には、処理ガスＧＡを供給するためのガス供給孔が設けられる。このガス供給孔から、前記貫通孔と内側電極４２との間に形成される筒状空間へ処理ガスＧＡが供給される。さらに、アルミナ筒４５の周囲は、プラズマ化されたガスをステンレスチューブ５３へ導入させるアダプタ（図略）によって保持される。
【００４０】
内側電極４２は消耗部品であるので、適宜交換する必要がある。以下、図１及び図２を参照して交換手順を説明する。先ずユーザーは、導波管２０の他端２２及びエンドピース２５の一端２６の各フランジ部のボルトを外し、導波ブロック３０を取り出す。このとき、導波ブロック３０は図２（Ａ）の状態である。その後、ユーザーは、アルミナ筒４５を外すと共に、第２導波空間３０Ａから手を差し入れて袋ナット４４を外し、内側電極４２を保持した状態の保持筒４３を外側方向に押し出す。これにより、内側電極４２は導波ブロック３０から取り外された状態となる。
【００４１】
次いで、ユーザーは、図２（Ｂ）に示すように、新たな内側電極４２を保持している保持筒４３を、下側壁３１１の外側電極面４１（貫通孔）に差し込む。そして、保持筒４３のネジ山４３３を第２導波空間３０Ａに突出させ、該ネジ山４３３に袋ナット４４を螺合する。袋ナット４４の締結により、保持筒４３にガタが生じていないことが確認できたら、ユーザーは、導波ブロック３０を導波管２０とエンドピース２５との間に割り入れ、前記ボルトを締結し、さらにアルミナ筒４５を取り付ける。以上の通り、ユーザーは、内側電極４２の交換作業を容易に行うことができる。
【００４２】
従来のプラズマ発生装置では、アルミニウム製の導波管にステンレス製のプラズマ発生ノズルを外付けするという構成が一般的に採用されている。この場合、先に説明した通り、導波管とプラズマ発生ノズルとの電気的接続状態の安定性が問題となる。しかしながら、本実施形態のプラズマ発生装置ＰＵでは、プラズマ発生ノズルの機能を下側壁３１１（ノズル側壁）に具備する導波ブロック３０を、通常の導波管２０に接続する構成を採用している。従って、導波管とプラズマ発生ノズルとの電気的接続状態の変動は生じ得ない。このため、何らかの目的のメンテナンス作業の際に、導波管からプラズマ発生ノズルを一旦外し（電気的接続状態を解除し）、再度取り付ける（電気的接続状態を復元する）という、電気的接続状態の不安定さをもたらすような作業は不必要となる。
【００４３】
また、上記プラズマ発生装置ＰＵでは、導波管２０及びエンドピース２５は、アルミニウムのような導電性に優れた金属で形成され、導波ブロック３０は、ステンレスのような、処理ガスＧＡ及びプラズマ化されたガスＧＢへの耐腐食性に優れた金属で形成されている。マイクロ波の伝送ロスを可及的に小さくするという観点からは、導波ブロック３０もアルミニウムで形成することが望ましい。しかし、プラズマ化されたガスを発生させる部分がアルミニウムであると、腐食の問題が顕著となる。そこで、本実施形態のように、導波ブロック３０のみを耐腐食性に優れるステンレスで形成することで、マイクロ波の伝送ロスを抑制しつつ、プラズマ発生装置ＰＵの長寿命化に寄与することができる。
【００４４】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係るプラズマ発生装置ＰＵＡを模式的に示す図である。第１実施形態では、プラズマ発生ノズル部が１つの側壁にのみに設けられたプラズマ発生装置ＰＵを例示したが、この第２実施形態に係るプラズマ発生装置ＰＵＡでは、プラズマ発生ノズル部が互いに対向する２つの側壁に設けられている例を示す。
【００４５】
プラズマ発生装置ＰＵＡは、マイクロ波発生部１０、導波管２０、エンドピース２５及び導波ブロック６０を備えている。導波ブロック６０以外の構成要素は第１実施形態と同じであるので、ここでは説明を省略する。導波ブロック６０は、その下面側及び上面側に、第１プラズマ発生ノズル部７０Ａ及び第２プラズマ発生ノズル部７０Ｂを備えている。また、各ノズル部７０Ａ、７０Ｂの先端には、プラズマ化されたガスをステンレスチューブ５３に導く第１アダプタ８０Ａ及び第２アダプタ８０Ｂが取り付けられている。
【００４６】
図４は、第２実施形態に係る導波ブロック６０を示す断面図である。導波ブロック６０は、導電性を有し、且つ、プラズマ化されるガスへの耐腐食性に優れた金属、例えばステンレスによって形成されている。導波ブロック６０は、断面視において上下方向に長い長方形の形状を有し、その内部に水平方向に長い長方形の第２導波空間６００を備える。この導波ブロック６０は、２つのブロックピースの接合体、具体的には、下ブロックピース６０Ａと上ブロックピース６０Ｂとが、溶接部６Ｗにおいて互いに溶着されてなる構造体である。
【００４７】
下ブロックピース６０Ａは、断面方向に厚肉の基材部６１（ノズル側壁）と、基材部６１の右側端から上方に立設された右側壁６２と、基材部６１の左側端から上方に立設された左側壁６３とを備え、右側壁６２及び左側壁６３によってＵ字状の凹溝を上面に有している。上ブロックピース６０Ｂも、下ブロックピース６０Ａと同じ形状を備えている。上下ブロックピース６０Ａ、６０Ｂの右側壁６２の先端縁同士、及び、左側壁６３の先端縁同士が突き合わせられ、この状態でＴｉｇ溶接等による溶接処理が施され、両者が溶接部６Ｗによって一体化されている。これにより、右側壁６２と左側壁６３との間の前記凹溝同士が向き合い、断面で見て１つの閉じた空間を作っている。該空間が第２導波空間６００である。つまり、上下ブロックピース６０Ａ、６０Ｂの各基材部６１が下側壁及び上側壁となり、溶接された右側壁６２及び左側壁６３が左右の側壁となって、第２導波空間６００を区画している。
【００４８】
下ブロックピース６０Ａの基材部６１には、第１プラズマ発生ノズル部７０Ａが装備されている。また、上ブロックピース６０Ｂの基材部６１には、第２プラズマ発生ノズル部７０Ｂが装備されている。第１プラズマ発生ノズル部７０Ａは導波ブロック６０の下面側から、第２プラズマ発生ノズル部７０Ｂは導波ブロック６０の上面側から、それぞれプラズマ化されたガスを放出させるために設けられている。
【００４９】
第１プラズマ発生ノズル部７０Ａは、外側電極面７１、内側電極７２、保持部材７３及びアルミナ筒７４を含むノズルユニット７０１を備えている。本実施形態では、２つのノズルユニット７０１が、基材部６１の断面方向中央付近に並んで配置されている例を示している。この２つのノズルユニット７０１を間に挟んで、基材部６１の断面方向端部付近には、冷却水通路６１１となる貫通孔が１対で設けられている。冷却水通路６１１には、図略の冷却水循環装置によって冷却水が流通され、ノズルユニット７０１において発生する熱が回収される。第２プラズマ発生ノズル部７０Ｂも同様に、２つのノズルユニット７０１と、これらを挟んで配置された１対の冷却水通路６１１とを有している。
【００５０】
第１アダプタ８０Ａは、いずれもステンレスから形成された、連結片８１とノズル蓋部８２とを含む。連結片８１は、アルミナ筒７４が挿通される貫通孔を備え、アルミナ筒７４を保持した状態で基材部６１の下面に取り付けられている。ノズル蓋部８２は、先端に向けて先細りとなるキャビティを有し、Ｏリング８３を介して連結片８１の下面にフランジ接続されている。アルミナ筒７４の下縁から放出されるプラズマ化されたガス（プルーム）は、ノズル蓋部８２によって拡散が規制され、ステンレスチューブ５３に導かれる。なお、ノズル蓋部８２の下端には、ステンレスチューブ５３の終端が接続されるコネクタ部８２Ｅが設けられている。第２アダプタ８０Ｂも、同様の構成を備えている。
【００５１】
このようなプラズマ発生装置ＰＵＡによれば、導波ブロック６０の第２導波空間６００を区画する側壁であって互いに対向する２つの側壁（基材部６１）に、プラズマ発生ノズル部７０Ａ、７０Ｂが各々装備されている。従って、プラズマ発生ノズル部の配置密度を高めることができる。このため、プラズマガスを生成するための装置の小型化を図ることができる。また、別の効果として、１つの導波ブロック６０から、２方向へプラズマ化されたガスを放出でき、例えば１台のプラズマ発生装置ＰＵＡで、図１の示す如き滅菌チャンバーＴの２台に、プラズマ化されたガスを供給することができる。このため、複数台の滅菌チャンバーＴを擁する滅菌装置を製作する場合に、大幅にコストダウンを図ることができる。
【００５２】
続いて、ノズルユニット７０１の詳細構造につき、図５〜図８に基づいて説明する。図５は、１つのノズルユニット７０１を拡大して示す断面図である。ここでは、第１プラズマ発生ノズル部７０Ａのノズルユニット７０１の一つを示している。第２プラズマ発生ノズル部７０Ｂのノズルユニット７０１も、上下方向が逆となる点、第２導波空間６００の下内壁面６０１ではなく上内壁面６０２からノズルユニット７０１が延び出す点を除いては、同一である。
【００５３】
外側電極面７１は、基材部６１の厚さ方向（上下方向）に延び、第２導波空間６００と外部とを連通させる貫通孔７１１の内周面によって形成されている。貫通孔７１１は、第２導波空間６００の下内壁面６０１に上端が開口し、導波ブロック６０の下面に下端が開口する、円筒状の直線孔である。貫通孔７１１の上端付近には、内径が他の部分よりも大きい係止孔部７１２（大径部）が設けられている。この係止孔部７１２の内周面にはネジ溝が設けられ、保持部材７３を係止する部分となる。貫通孔７１１の内周面には、処理ガスを供給するためのガス供給孔７１３が穿孔されている。図略の処理ガス供給源から、このガス供給孔７１３を通して、貫通孔７１１の内部空間７１Ｈに処理ガスが供給される。なお、本実施形態では、導波ブロック６０及び導波管２０はアース電位とされる。このため、外側電極面７１もアース電位となる。
【００５４】
内側電極７２は、棒状のチタン基材の表面に金メッキ層を設けた棒状部材からなる。内側電極７２の上端７２１が下内壁面６０１を超過して第２導波空間３０Ａに突出し、下端７２２（先端）が外側電極面７１の下端付近に位置するように、内側電極７２は保持部材７３に保持されて、外側電極面７１内に上下方向に延在している。内側電極７２の下端７２２側には、プラズマ化されたガスに対する耐性を高めるために、アルミナの溶射層７２３が設けられている。
【００５５】
保持部材７３は、ＰＴＦＥからなる電気絶縁性の部材であって、外側電極面７１に対して内側電極７２を、電気的に絶縁した状態で位置決め固定するための部材である。保持部材７３は、係止孔部７１２に係止された状態で、内側電極７２を保持する。一方、内側電極７２の非保持部分は、貫通孔７１１の内周面（外側電極面７１）と空気層を介して対峙する。ＰＴＦＥは空気よりも誘電率が大きい。従って、保持部材７３による保持部分と非保持部分とのインピーダンスバランスを取るため、保持部材７３が配置される部分の貫通孔７１１の内径を大きくし、つまり、保持部材７３の層厚を空気層の層厚よりも大きくし、インピーダンスを増加できるようにすることが望ましい。このような観点から、保持部材７３は、内径が大きい係止孔部７１２に係止されている。
【００５６】
アルミナ筒７４は、外側電極面７１と内側電極７２との間でアーク放電が発生することを防止する部材であり、その上端部が貫通孔７１１の下端部に入り込むように、配置されている。アルミナ筒７４の外周には環状突起７４１が設けられており、この環状突起７４１が導波ブロック６０及び連結片８１に各々設けられた切り欠き部で挟み込まれることで、アルミナ筒７４は貫通孔７１１に対して位置決め固定されている。アルミナ筒７４の筒状空間７４Ｈは、貫通孔７１１の内部空間７１Ｈに連通している。
【００５７】
上述の通り構成されたノズルユニット７０１によれば、マイクロ波発生部１０から発生されたマイクロ波が導波管２０を通して導波ブロック６０に伝送されると、このマイクロ波は内側電極７２の上端７２１で受信される。その結果、内側電極７２の下端７２２と外側電極面７１との間に電界集中部が形成されるようになる。この状態で、貫通孔７１１のガス供給孔７１３から内部空間７１Ｈに空気等の処理ガスが供給されると、下端７２２の近傍で処理ガスが励起されてプラズマ（電離気体）が発生する。このようにしてプラズマ化された処理ガスは、ガス供給孔７１３から与えられるガス流によりプルームとして、アルミナ筒７４の下端から放射される。そして、前記プルームは、例えば、ノズル蓋部８２及びステンレスチューブ５３を介して、滅菌チャンバーＴに供給されるものである。
【００５８】
続いて、保持部材７３の詳細構造を説明する。上述の通り、保持部材７３の外径は、貫通孔７１１の大径部（係止孔部７１２）において保持される。係止孔部７１２は下内壁面６０１に隣接しているため、通常では内側電極７２の交換を導波ブロック６０の外部側から行うことができない。しかし、本実施形態では、導波ブロック６０の外部側から内側電極７２の交換が行えるよう、保持部材７３に工夫を施している。保持部材７３は、外側保持片７５、内側保持片７６及び袋ナット７７（固定片）を含んでいる。
【００５９】
図６は、外側保持片７５を示す図であって、図６（Ａ）は上面図、図６（Ｂ）は側面図である。外側保持片７５は、貫通孔７１１の大径部である係止孔部７１２の位置に配置される本体部７５１と、下内壁面６０１の上に配置されるフランジ部７５２と、本体部７５１とフランジ部７５２との間に位置するシール溝部７５３とを備えている。本体部７５１は円柱体であり、その外周面にはネジ山７５Ａが刻設されている。このネジ山７５Ａが、上述の係止孔部７１２のネジ溝に螺合（係合）されることで、外側保持片７５は導波ブロック６０の基材部６１に固定される。なお、シール溝部７５３は円柱体の形状を、フランジ部７５２は六角ナットの形状を備えている。本体部７５１の前記螺合の際、フランジ部７５２が工具による操作箇所となる。
【００６０】
外側保持片７５は、上下方向に貫通する受容孔７５４を備えている。受容孔７５４は、最も外側（下側）に位置し所定の内径を有する第１受容部７５５と、第１受容部７５５に隣接し第１受容部７５５よりも内径が小さい第２受容部７５６と、最も内側（上側）に位置し内径が最も大きい第３受容部７５７とから構成されている。この受容孔７５４には、内側保持片７６及び袋ナット７７の一部が収容される。
【００６１】
図７は、内側電極７２を保持した状態の内側保持片７６を示す図であって、図７（Ａ）は上面図、図７（Ｂ）は側面図である。内側保持片７６は、外側保持片７５の第２受容部７５６の内径にフィットする外径を有する第１筒部７６１と、第１受容部７５５の内周面に略等しい外周面を有する第２筒部７６２とを備えている。第２筒部７６２は、その周面にＤカット面を有し、第１受容部７５５は前記Ｄカット面に対応した孔形状を有している。従って、第２筒部７６２が第１受容部７５５に挿入されることで、内側保持片７６の回り止めが図られる。第１筒部７６１の概ね上半分の外周面には、ネジ山７６Ａが刻設されている。また、内側保持片７６の内部には、内側電極７２と密に接合する保持孔７６３が備えられている。また、内側電極７２の上端７２１の側は、第１筒部７６１の上端面から短尺長ではあるが突出している。一方、内側電極７２の下端７２２の側は、第２筒部７６２の下端面から長く突出している。
【００６２】
図８は、袋ナット７７を示す図であって、図８（Ａ）は上面図、図８（Ｂ）は側面図である。袋ナット７７は、筒状部７７１と、筒状部７７１の上に一体に形成された六角ナット部７７２とを備えている。筒状部７７１の外径は、外側保持片７５の第３受容部７５７の内径と略等しい。また、筒状部７７１の内部には孔７７３が備えられており、孔７７３の内周面には、内側保持片７６のネジ山７６Ａに螺合されるネジ溝７７Ａが刻設されている。
【００６３】
内側保持片７６は、外側保持片７５の受容孔７５４に対して、導波ブロック６０の外側（下側）から挿入される。第１筒部７６１と第２筒部７６２との間の段差部が、第１受容部７５５と第２受容部７５６との段差部に接するように、内側保持片７６が外側保持片７５の受容孔７５４に挿通される。そうすると、第１筒部７６１のネジ山７６Ａの部分が、外側保持片７５のフランジ部７５２を越え、第２導波空間６００に突出した状態となる。この状態で、第２導波空間６００の側から袋ナット７７がネジ山７６Ａに螺合される。筒状部７７１の下端部分が第３受容部７５７に収容されるまで袋ナット７７は締結されることにより、内側保持片７６は外側保持片７５に対して位置決めされ、且つ固定される。
【００６４】
袋ナット７７の下面と内側保持片７６の上面（第３受容部７５７と第２受容部７５６との段差面）には、第１シール部材７８が介在されている。第１シール部材７８は、外側保持片７５の受容孔７５４と内側保持片７６の外周面との間の隙間を通して、内部空間７１Ｈに供給される処理ガスが第２導波空間６００へ漏洩することを防止する。また、外側保持片７５のシール溝部７５３には、フランジ部７５２の下縁部と下内壁面６０１との間をシールする第２シール部材７９が介在されている。第２シール部材７９は、外側保持片７５の外周面と係止孔部７１２の内周面との間の隙間を通して、処理ガスが第２導波空間６００へ漏洩することを防止する。
【００６５】
なお、従来のプラズマ発生装置においても、この種のシール部材は備えられている。しかし、従来装置では、導波管と、これに外付けされるプラズマ発生ノズルとの間をシールする部材とならざるを得ない。このため、電気絶縁性のシール部材が、導波管とプラズマ発生ノズルとの間における電気的な不連続部位となり、電気特性上、好ましくない影響を与えることがあった。しかしながら、本実施形態では、第１シール部材７８及び第２シール部材７９は、ノズルユニット７０１に何ら電気的な不連続部を形成しない利点がある。
【００６６】
内側電極７２の交換手順を説明する。先ずユーザーは、導波管２０とエンドピース２５との間から導波ブロック６０を取り出す。その後、ユーザーは、アダプタ８０Ａ、８０Ｂ及びアルミナ筒７４を導波ブロック６０から取り外す。そして、第２導波空間６００からスパナ等の工具を使って袋ナット７７を緩めて取り外し、内側電極７２を保持した状態の内側保持片７６を外側方向に押し出す。これにより、内側保持片７６は、内側電極７２と共に外側保持片７５から離脱し、導波ブロック６０から取り外された状態となる。なお、外側保持片７５は、係止孔部７１２に固定された状態を維持している。この際、第１シール部材７８を必要に応じて新品に交換する。
【００６７】
次いで、ユーザーは、新たな内側電極７２を保持している内側保持片７６を、貫通孔７１１に差し込み、さらに外側保持片７５の受容孔７５４に押し込んで、内側保持片７６のネジ山７６Ａを第２導波空間６００に突出させる。その後、第１シール部材７８を介在させた状態で、該ネジ山７６Ａに袋ナット７７を螺合する。袋ナット７７の締結により、内側保持片７６にガタが生じていないことが確認できたら、ユーザーは、アルミナ筒７４及びアダプタ８０Ａ、８０Ｂを導波ブロック６０に取り付ける。しかる後、導波ブロック６０を導波管２０とエンドピース２５との間に割り入れ、フランジボルトを締結して作業を終える。
【００６８】
以上説明した本実施形態に係るプラズマ発生装置ＰＵ、ＰＵＡによれば、プラズマ発生ノズルの機能を一体的に備える導波ブロック３０、６０を、通常の導波管２０に接続するので、導波管とプラズマ発生ノズル部との電気的接続状態の変動は生じ得ない。また、製品毎の電気的接続状態のバラツキも生じない。従って、長期に亘り安定的にプラズマを点灯させることが可能なプラズマ発生装置を提供することができる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態に係るプラズマ発生装置ＰＵ、ＰＵＡについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下記の実施形態を取ることができる。
【００７０】
（１）上記実施形態では、導波管２０に一つの導波ブロック３０、６０を取り付ける例を示したが、複数個の導波ブロックを直列に、導波管２０の下流端へ取り付けるようにしても良い。この場合、複数個の導波ブロック間に通常の導波管を介在させて配列しても良いし、導波ブロック同士を直接隣接させて配列しても良い。
【００７１】
（２）上記実施形態では、１つのノズル側壁（下側壁３１１、基材部６１）に１つ又は２つのプラズマ発生ノズル部を装備させる例を示した。プラズマ発生ノズル部の装備数は任意であり、３つ以上を断面方向に配列しても良い。或いは、マイクロ波の伝搬方向に沿って、複数のプラズマ発生ノズル部を装備させても良い。
【００７２】
（３）上記実施形態では、プラズマ発生装置ＰＵの使用例として、滅菌チャンバーＴへ滅菌ガスとしてプラズマ化されたガスを導入する例を示した。この他、プラズマ発生装置ＰＵは、他のワーク処理装置、例えば半導体ウェハ等の半導体基板に対するエッチング処理装置や成膜装置、プラズマディスプレイパネル等のガラス基板やプリント基板の清浄化処理装置、タンパク質の分解装置等にも好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
ＰＵ、ＰＵＡ  プラズマ発生装置
１０  マイクロ波発生部
２０  導波管
２０Ａ  第１導波空間
３０  導波ブロック
３０Ａ  第２導波空間
３１１  下側壁（ノズル側壁）
４０  プラズマ発生ノズル部
４１  外側電極面
４２  内側電極
４３  保持筒（保持部材／保持片）
４３２  小径部（突出部）
４４  袋ナット（保持部材／固定片）
６０  導波ブロック
６００  第２導波空間
６１  基材部（ノズル側壁）
７０Ａ、７０Ｂ  プラズマ発生ノズル部
７１  外側電極面
７１２  係止孔部（大径部）
７２  内側電極
７３  保持部材
７５  外側保持片
７５４  受容孔
７６  内側保持片
７７  袋ナット（固定片）
【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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