(57)【要約】製造ラインにおいて、複数の加工物にプラズマ支援処理を行うための方法及び装置を提供する。一実施形態として、移動可能なキャリアに加工物を配置し、該配置されキャリアを照射ゾーンまでコンベアで搬送し、照射ゾーンにガスを流し、（例えば、プラズマ触媒が存在する電磁放射にこのガスを晒すなど）プラズマを形成すべく照射ゾーン内でガスを点火し、照射ゾーン内で前記加工物の少なくとも１つを少なくとも部分的にプラズマ処理するのに十分な時間、前記プラズマを維持し、コンベアを前方に進めて、照射ゾーンの外に前記少なくとも１つのプラズマ処理された加工物を移動させる。また、多様な種類のプラズマ触媒も提供される。
2005526359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加工物をプラズマ支援処理する方法であって、
前記複数の加工物をそれぞれ複数の移動可能なキャリア内に配置することと、
前記移動可能なキャリアをそれぞれコンベア上で照射ゾーン内に順次移動させることと、
前記照射ゾーン内にガスを流すことと、
前記照射ゾーン内で前記ガスを点火してプラズマを形成することと、
前記照射ゾーン内で前記加工物の少なくとも１つを少なくとも部分的にプラズマ処理するのに十分な時間、前記プラズマを維持することと、
前記コンベアを前方に進めて、前記照射ゾーンの外に前記少なくとも１つのプラズマ処理された加工物を移動させることと、を含む、ことを特徴とするプラズマ支援処理方法。
【請求項２】
前記プラズマ処理が、焼結、焼なまし、焼きならし、球状化、焼もどし、時効硬化、表面硬化、結合、ドープ、窒化、浸炭、非結晶化、浸炭窒化、清浄化、滅菌、蒸発、被覆、およびアッシングの少なくとも１つである、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加工物の少なくとも１つが、結合すべき複数の部品を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記コンベアが、ベルト、トラック、ロボット、回転台、ローラ、ホイール、チェーン、バケット、トレイ、案内レール、リフト、ねじ、押し棒、リボン・スクリュー、レール・システム、床下システム、ローラ・システム、スライダ・システム、スラット・システム、重力送りシステム、チェーン・オン・エッジ・システム、ケーブル・システム、磁気コンベア、プーリ・システム、往復コンベア、および前記加工物を１つの位置から他の位置に移動し得る任意の他の機構の少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記加工物が、金属、非金属、セラミック、ガラス、有機材料、および非有機材料の少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記照射ゾーンが、前記キャリアに隣接するハウジングを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ハウジングおよび前記キャリアが協働してキャビティを形成する、ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ハウジングが少なくとも上側部分を含む、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ハウジングが、前記キャビティにガスを搬送するための注入口を含む、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ハウジングに隣接する位置に前記キャリアを移動させることをさらに含む、ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記キャリアに隣接する位置に前記ハウジングを移動させることをさらに含む、ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
プラズマ触媒を使用して前記プラズマを点火することをさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記触媒が、能動型触媒および受動型触媒の少なくとも１つである、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記触媒が、金属、無機材料、炭素、炭素系合金、炭素系複合物、導電性ポリマー、導電性シリコン・エラストマ、ポリマー・ナノコンポジット、および有機-無機複合物の少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記触媒が、ナノ粒子、ナノチューブ、粉体、粉塵、フレーク、ファイバ、シート、針、糸、撚り糸、フィラメント、織り糸、縫い糸、削りくず、スライバ、チップ、織布、テープ、およびウィスカの少なくとも１つの形態をとる、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記触媒が炭素繊維を含む、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記触媒が、ナノ粒子、ナノチューブ、粉体、粉塵、フレーク、ファイバ、シート、針、糸、撚り糸、フィラメント、織り糸、縫い糸、削りくず、スライバ、チップ、織布、テープ、およびウィスカの少なくとも１つの形態をとる、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記プラズマ触媒が、少なくとも１種類のイオン化粒子を含む能動型プラズマ触媒を含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１種類のイオン化粒子が粒子ビームを含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記粒子が、X線粒子、ガンマ線粒子、アルファ粒子、ベータ粒子、中性子、および陽子の少なくとも１つである、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１種類のイオン化粒子が荷電粒子である、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記イオン化粒子が放射性核分裂生成物を含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
ハウジングが導波管を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記複数の加工物の少なくとも１つが晒されるプラズマの量が、前記複数の加工物の他のものが晒されるプラズマの量よりも多い、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記ゾーンが、前記複数の加工物の少なくとも１つと協働してキャビティを形成するハウジングを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記順次移動させることが、前記移動可能なキャリアの少なくとも１つを連続的に移動させることを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記順次移動させることが、前記移動可能なキャリアの複数をバッチ単位で前記ゾーン内に移動させることを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記維持することが、約３３３GHz未満の周波数を有する電磁放射量を前記ゾーン内に送ることを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
複数の加工物をプラズマ支援処理する装置であって、
電磁放射供給源と、
ガスからプラズマを形成するために前記供給源から放射が通過する放射ハウジングと、
前記加工物を順次移動させて前記ハウジングに隣接した照射ゾーンに入れ、そこから出すコンベアと、を備える、ことを特徴とするプラズマ支援処理装置。
【請求項３０】
前記プラズマを点火するために、前記照射ゾーン内に収容されるプラズマ触媒をさらに備える、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記触媒が、能動型触媒および受動型触媒の少なくとも１つである、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
前記触媒が、金属、無機材料、炭素、炭素系合金、炭素系複合物、導電性ポリマー、導電性シリコン・エラストマ、ポリマー・ナノコンポジット、および有機-無機複合物の少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記触媒が、ナノ粒子、ナノチューブ、粉体、粉塵、フレーク、ファイバ、シート、針、糸、撚り糸、フィラメント、織り糸、縫い糸、削りくず、スライバ、チップ、織布、テープ、およびウィスカの少なくとも１つの形態をとる、ことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記触媒が炭素繊維を含む、ことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記触媒が、ナノ粒子、ナノチューブ、粉体、粉塵、フレーク、ファイバ、シート、針、糸、撚り糸、フィラメント、織り糸、縫い糸、削りくず、スライバ、チップ、織布、テープ、およびウィスカの少なくとも１つの形態をとる、ことを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３６】
前記プラズマ触媒が、少なくとも１種類のイオン化粒子を含む能動型プラズマ触媒を含む、ことを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３７】
前記少なくとも１種類のイオン化粒子が粒子ビームを含む、ことを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記粒子が、X線粒子、ガンマ線粒子、アルファ粒子、ベータ粒子、中性子、および陽子の少なくとも１つである、ことを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
前記少なくとも１種類のイオン化粒子が荷電粒子である、ことを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項４０】
前記イオン化粒子が放射性核分裂生成物を含む、ことを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項４１】
前記コンベアが、前記複数の加工物を搬送する少なくとも１つのキャリア部分を含み、前記ハウジングと前記少なくとも１つのキャリア部分が協働して、前記ガスを少なくとも部分的に収容するキャビティを形成する、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項４２】
前記キャリア部分が、前記ハウジングに対して相対的に移動可能である、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項４３】
前記ハウジングが、前記放射供給源に前記放射ゾーンを結合する導波管を含む、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項４４】
前記コンベアが、ベルト、トラック、ロボット、回転台、ローラ、ホイール、チェーン、バケット、トレイ、案内レール、リフト、ねじ、押し棒、リボン・スクリュー、レール・システム、床下システム、ローラ・システム、スライダ・システム、スラット・システム、重力送りシステム、チェーン・オン・エッジ・システム、ケーブル・システム、磁気コンベア、プーリ・システム、往復コンベア、および前記加工物を１つの位置から他の位置に移動し得る任意の他の機構の少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項４５】
前記コンベアが、前記コンベアと一体化された少なくとも１つの移動可能なキャリア部分を含む、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項４６】
前記コンベアが少なくとも１つの移動可能なキャリア部分を備え、前記照射ゾーンが、前記キャリア部分に一時的に隣接するハウジングを含む、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項４７】
前記ハウジングと前記少なくとも１つの移動可能なキャリア部分が協働して一時的なキャビティを形成する、ことを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項４８】
少なくとも上側部分を有し、前記プラズマが形成された後で前記プラズマを少なくとも部分的に収容するハウジングをさらに備える、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項４９】
前記コンベアが少なくとも１つのキャリア部分を備え、前記少なくとも１つのキャリア部分に対して相対的に移動し得るハウジングをさらに備える、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項５０】
前記ゾーン内で前記プラズマを点火するためのプラズマ触媒をさらに備える、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項５１】
前記ゾーンへの導波管によって前記放射供給源に結合されたハウジングをさらに備える、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項５２】
前記ゾーンが、前記複数の加工物の少なくとも１つと協働してキャビティを形成するハウジングを含む、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項５３】
前記照射ゾーン内でプラズマを形成し得るように前記照射ゾーン内に前記ガスを搬送するガス注入口をさらに備える、ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項５４】
複数の加工物をプラズマ支援処理する方法であって、
照射ゾーン内に複数の加工物を順次搬送することと、
前記照射ゾーン内にガスを流すことと、
前記照射ゾーン内で前記ガスを点火してプラズマを形成することと、
前記照射ゾーン内で前記加工物の少なくとも１つを少なくとも部分的にプラズマ処理するのに十分な時間、前記プラズマを維持することと、
前記照射ゾーンの外に前記複数の加工物を順次搬送することと、を含む、ことを特徴とするプラズマ支援処理方法。
【請求項５５】
前記照射ゾーン内に前記複数の加工物を順次搬送する前に、前記複数の加工物を複数の移動可能なキャリア上に配置することをさらに含む、ことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記照射ゾーンが、前記複数のキャリアの少なくとも１つに隣接するように構成されたハウジングを含み、前記ハウジングと前記複数のキャリアの前記少なくとも１つを互いに近づけて移動させることによって、前記照射ゾーン内にプラズマ・キャビティを形成することをさらに含む、ことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記ハウジングが少なくとも上側部分を含み、前記移動させることが、前記複数のキャリアの前記少なくとも１つを前記上側部分に向かって移動させることを含む、ことを特徴とする請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記ハウジングが少なくとも上側部分を含み、前記移動させることが、前記上側部分を前記複数のキャリアの前記少なくとも１つに向かって移動させることを含む、ことを特徴とする請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
前記ガスを点火することが、ガス圧が少なくともほぼ大気圧であり、プラズマ触媒が存在する状態で、前記ガスを約３３３GHz未満の周波数の電磁放射に晒すことを含む、ことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項６０】
前記プラズマ触媒が、能動型プラズマ触媒および受動型プラズマ触媒の少なくとも１つである、ことを特徴とする請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記ハウジングが導波管を含む、ことを特徴とする請求項５６に記載の方法。
【請求項６２】
前記照射ゾーン内に順次搬送することが、連続的またはバッチ単位の少なくとも１つで行われる、ことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項６３】
前記搬送することが、製造ラインに沿って前記加工物を移動させることを含む、ことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項６４】
前記維持している間に、前記加工物に電気的なバイアスを印加することをさらに含む、ことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項６５】
前記印加することが、直流バイアス、交流バイアス、パルス・バイアス、および連続バイアスの少なくとも１つを印加することを含む、ことを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造ラインで加工物をプラズマ支援処理する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２００２年５月８日出願の米国仮特許出願第６０/３７８,６９３号、２００２年１２月４日出願の第６０/４３０,６７７号、および２００２年１２月２３日出願の第６０/４３５,２７８号の優先権を主張する。参照によりこれらすべての出願全体を本明細書に組み込む。
【０００３】
材料の結合および熱処理を含めていくつかの処理を支援するのにプラズマを利用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような目的のためにプラズマを点火し、調節し、維持することは、いくつかの理由から難しいことがある。
【０００５】
例えば、ガスを含むキャビティ内に大量のマイクロ波放射を送ることによって、このキャビティ内でプラズマを点火し得ることが知られている。この放射強度が十分に高い場合、プラズマは瞬時に点火し得る。しかし、このような高い強度を供給し得る放射供給源は、高価であり、重く、かさばり、かつ多くのエネルギーを消費し得るといういくつかの欠点を有することがある。さらに、これらの大型の放射供給源は通常、上記と類似の欠点を有することがある大型の電源を必要とする。
【０００６】
低放射強度でプラズマを点火する一方法は、キャビティ内の圧力を下げることである。しかし、この圧力を下げるのに使用し得る真空機器は、特にプラズマ・チャンバが大型になると、また特に製造ラインの状況では、製造の適応性を制限することがある。
【０００７】
火花発生機器を使用して、低放射強度でプラズマを点火することもできる。しかし、このような機器では周期的にしか火花が発生せず、したがって、周期的にしかプラズマを点火することができず、そのため点火遅れが生じることがある。さらに、従来型の火花発生機器は通常、電気エネルギーによって電力が供給されるので、多くの製造環境においてそれらの使用および位置が制限される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
複数の加工物をプラズマ支援処理する方法を提供し得る。一実施形態では、複数の加工物をプラズマ支援処理する方法が提供される。この方法は、照射ゾーン内に複数の加工物を順次搬送することと、この照射ゾーン内にガスを流すことと、照射ゾーン内でこのガスを点火してプラズマを形成することと、照射ゾーン内で加工物の少なくとも１つを少なくとも部分的にプラズマ処理するのに十分な時間、このプラズマを維持することと、この照射ゾーンの外に複数の加工物を順次搬送することとを含み得る。
【０００９】
別の実施形態では、この方法は、複数の移動可能なキャリア内に複数の加工物をそれぞれ配置することと、これらの移動可能なキャリアをそれぞれコンベア上で照射ゾーン内に順次移動させることと、この照射ゾーン内にガスを流すことと、照射ゾーン内でこのガスを点火してプラズマを形成することと、照射ゾーン内で加工物の少なくとも１つを少なくとも部分的にプラズマ処理するのに十分な時間、このプラズマを維持することと、コンベアを前方に進めて、照射ゾーンの外に少なくとも１つのプラズマ処理された加工物を移動させることとを含み得る。
【００１０】
複数の加工物をプラズマ支援処理する装置も提供し得る。一実施形態では、装置は、放射供給源と、この供給源からの放射が通過する放射ハウジングと、プラズマの存在下で、加工物を順次移動させてハウジングに隣接した照射ゾーンに入れ、そこから出すコンベアとを含み得る。この装置は、照射ゾーン内でプラズマを形成し得るように、照射ゾーン内にガスを搬送するガス注入口も含み得る。
【００１１】
プラズマを開始し、調節し、維持するためのプラズマ触媒も提供される。この触媒は、受動型または能動型とすることができる。受動型プラズマ触媒は、必ずしも追加のエネルギーを付加することなく、本発明に適合して局所的な電界(例えば、電磁界)を歪ませることによってプラズマを誘起し得る任意の物体を含み得る。一方、能動型プラズマ触媒は、電磁放射の存在下で、気体原子または気体分子に十分な量のエネルギーを伝達して、この気体原子または気体分子から少なくとも１つの電子を分離し得る任意の粒子または高エネルギー波束である。いずれの場合も、プラズマ触媒は、プラズマを点火するのに必要とされる環境条件を改善または緩和することができる。
【００１２】
追加のプラズマ触媒、ならびに本発明に適合してガスを生成するために、プラズマを点火し、調節し、維持する方法および装置も提供される。
【００１３】
本発明のさらなる態様は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せ読めば明らかになろう。これらの図面を通して、同じ参照文字は同じ部分を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、製造ラインでプラズマ支援処理を行う方法および装置に関連し、本発明を用いて、エネルギー・コストを下げ、製造適応性を向上させることができる。
【００１５】
本願と同じ権利者が所有する同時出願の米国特許出願第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.０００８)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.０００９)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００１０)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００１１)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００１２)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００１３)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００１５)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００１６)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００１７)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００１８)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００２０)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００２１)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００２３)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００２４)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００２５)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００２６)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００２７)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００２８)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００３０)、第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００３２)、および第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００３３)の全体を、ここに参照により組み込む。
【００１６】
プラズマ・システムの例
図１に、本発明の一態様に適合するプラズマ・システムの例１０を示す。この実施形態では、キャビティ１２は、放射チャンバ(すなわち、アプリケータ)１４内に配置された容器内で形成される。(図示しない)別の実施形態では、容器１２と放射チャンバ１４は同じであり、そのため、２つの別々のコンポーネントが不要になる。キャビティ１２が形成される容器は、放射からキャビティ１２を大幅に遮蔽することなくその熱絶縁特性を改善するために、１つまたは複数の放射透過性絶縁層を含み得る。下記により詳しく説明するように、システム１０は、プラズマを生成することができるようになっており、本発明に係る製造ラインに含むことができる。
【００１７】
一実施形態では、キャビティ１２はセラミック製の容器内に形成される。本発明に適合してプラズマにより実現し得る温度が極めて高いために、華氏約３,０００度で動作し得るセラミックを使用することがある。このセラミック材料は、重量でシリカ２９.８%、アルミナ６８.２%、酸化第２鉄０.４%、チタニア１%、石灰０.１%、マグネシア０.１%、アルカリ０.４%を含み得る。このセラミック材料は、米国ペンシルバニア州New Castle所在のNew Castle Refractories社からLW-３０の型名で販売されている。ただし、石英などの他の材料および上記のものとは異なるものも本発明に適合して使用し得ることが当業者には理解されよう。
【００１８】
１つの成功した実験では、第１レンガ内部にあり、第２レンガで上を覆った部分的に開いたキャビティ内でプラズマを形成した。このキャビティの寸法は、約２インチ×約２インチ×約１.５インチであった。このレンガ内にはこのキャビティと連通する少なくとも２つの穴も設けた。１つはプラズマを観察するためであり、少なくとも１つの穴はガスを供給するためである。このキャビティのサイズは、実施する所望のプラズマ・プロセスに依存し得る。また、このキャビティは少なくとも、プラズマが主処理領域の上に出たり、この領域から流出したりしないように構成することができる。
【００１９】
キャビティ１２は、ライン２０と、電源２８によって電力が供給される制御弁２２によって１つまたは複数のガス供給源２４(例えば、アルゴン、窒素、水素、キセノン、クリプトンの供給源)に連結し得る。ライン２０は、(例えば、約１/１６インチ〜約１/４インチで、約１/８インチなどの)管としてもよく、ガスを搬送することができる装置を含んでも良い。また、所望の場合には、このチャンバに真空ポンプを連結して、プラズマ処理中に発生し得る煙霧を除去することができる。一実施形態では、複数部分からなる容器内の１つまたは複数の隙間を介して、キャビティ１２にガスを流入させ、かつ/またはそれから流出させることができる。こうすると、本発明に適合するガス・ポートを別の穴にする必要がない。本発明に適合するガス・ポートは、分散して配置された多数の小さな穴など、他の形態もとることができる。
【００２０】
供給源２６および導波管３０の近くに(図示しない)放射漏れ検出器を設置し、FCCおよび/またはOSHAで指定される値(例えば、５mW/cm２)など、所定の安全制限値よりも大きい漏れが検出された場合に、放射(例えば、マイクロ波)用電源を自動的に止めるように、この検出器を安全保護システムに接続した。
【００２１】
電源２８によって電力を供給し得る放射供給源２６は、１つまたは複数の導波管３０、又は同軸ケーブルを介して放射エネルギーをチャンバ１４内に送ることができる。供給源２６を直接キャビティ１２又はチャンバ１４に連結して導波管３０を不要にし得ることが当業者には理解されよう。キャビティ１２に入る放射エネルギーを利用して、キャビティ内のプラズマを点火する。触媒とともに追加の放射を加えることによって、このプラズマを実質的に維持し、キャビティに閉じ込めることができる。
【００２２】
放射エネルギーは、サーキュレータ３２およびチューナ３４(例えば、３スタブ式チューナ)によって供給し得る。チューナ３４を使用して、特にプラズマが形成される前に、変化する点火または処理の条件の関数としての反射電力を最小限に抑えることができる。というのは、例えばマイクロ波電力はプラズマによって強く吸収されることになるからである。
【００２３】
以下でより詳細に説明するように、チャンバ１４がマルチモードに対応し、かつ特にこれらのモードが連続的または周期的に混合される場合には、チャンバ１４内での放射透過性キャビティ１２の位置は重要ではないことがある。やはり以下により詳細に説明するように、モード混合器３８にモータ３６を連結して、チャンバ１４全体を通じてほぼ均一な時間平均された放射エネルギー分布を生成し得る。さらに、チャンバ１４内でキャビティ１２に隣接する壁の１つに窓４０(例えば、石英製の窓)を配設し、温度センサ４２(例えば、光学式高温計)を使用して、キャビティ１２内部のプロセスを観測し得る。一実施形態では、この光学式高温計の出力は、温度の上昇とともにゼロ・ボルトから追跡範囲内に増加し得る。
【００２４】
センサ４２は、キャビティ１２内の(図示しない)加工物に関連する温度その他の任意の監視可能な状態の関数として出力信号を生成し、コントローラ４４にこれらの信号を提供し得る。二重の温度感知および加熱、ならびに冷却速度およびガス流量の自動制御も利用し得る。コントローラ４４を使用して、上記で説明したように供給源２６に接続される１つの出力と、キャビティ１２へのガス流量を制御する弁２２に接続される別の出力とを含み得る電源２８の動作を制御することができる。
【００２５】
本発明は、約３３３GHz未満の任意の周波数を有する放射を使用することができるが、CPI(Communications and Power Industries)から得られる９１５MHzおよび２.４５GHzのマイクロ波供給源を使用し実施してもよい。２.４５GHzのシステムにより、約０.５キロワット〜５キロワットの連続可変マイクロ波電力が得られた。３スタブ式チューナにより、インピーダンス整合を行って電力伝送を最大にすることができた。また、双方向性結合器（図示せず）を使用して、順方向電力および反射電力を測定した。また、光学式高温計を使用して試料温度を遠隔的に検出した。
【００２６】
上記で述べたように、約３３３GHz未満の任意の周波数を有する放射を本発明に適合して使用することができる。例えば、電力線周波数(約５０Hz〜約６０Hz)などの周波数を用いることができるが、プラズマを形成するガスの圧力は、プラズマの点火を助けるために低くすることがある。また、約１００kHzよりも高い周波数を含めて、任意の無線周波数またはマイクロ波周波数を本発明に適合して用いることができる。ほとんどの場合、このような比較的高い周波数では、プラズマを点火し、調節し、または維持するためにガス圧を低くする必要はなく、そのため、あらゆる製造環境において、大気圧以上で多くのプラズマ支援処理を行うことができる。
【００２７】
リアルタイムで温度を監視し、マイクロ波の電力を制御するLabView ６iソフトウエアを利用して、この装置をコンピュータ制御した。ノイズは、適切な数のデータ点を移動平均して低減させた。また、スピードおよび計算効率を向上させるために、シフト・レジスタおよびバッファ・サイジングを利用してバッファ・アレイ内に記憶させるデータ点数を制限した。高温計により約１cm２の感受性区域の温度を測定し、それを用いて平均温度を計算した。この高温計により、２つの波長で放射強度を検出し、プランク（Planck）の法則を利用してこれらの強度を適合させて温度を求めた。ただし、温度を監視し制御する他の装置および方法も利用可能であり、本発明に適合して使用し得ることを理解されたい。本発明に適合して使用し得る制御ソフトウエアが、例えば、本願と同じ権利者が所有する同時出願の米国特許出願第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００３３)に記載されている。この特許出願全体をここに参照により組み込む。
【００２８】
チャンバ１４は、ガラスで覆われ、放射シールドを備えたいくつかの観察ポートおよび高温計にアクセスするための１つの石英製の窓を有するものとした。真空ポンプおよびガス供給源に連結するためのいくつかのポートも設けたが、これらは必ずしも使用しない。
【００２９】
システム１０には、水道水冷却式の外部熱交換器を備えた閉ループ型の脱イオン水式冷却システム(図示せず)も含めた。動作中、脱イオン水により、まずマグネトロンが冷却され、次いで、(このマグネトロンを保護するのに使用する)サーキュレータ内の負荷放出部が冷却され、最後に、チャンバの外面上に溶接された水チャネルを介して放射チャンバが冷却される。
【００３０】
プラズマ触媒
本発明に適合するプラズマ触媒は、１種または複数種の異なる材料を含み、受動型または能動型のいずれかとし得る。とりわけ、プラズマ触媒を使用して、ガス圧が大気圧未満、または大気圧に等しい、あるいは大気圧よりも高い状態でプラズマを点火し、調節し、かつ/または維持することができる。
【００３１】
本発明に適合する１つのプラズマ形成方法は、受動型プラズマ触媒の存在下で、キャビティ内のガスに約３３３GHz未満の周波数の電磁放射を当てることを含み得る。本発明に適合する受動型プラズマ触媒は、電圧を印加して火花を発生させることなどによってこの触媒を介して必ずしも追加のエネルギーを付加することなく、本発明に適合して局所的な電界(例えば、電磁界)を歪ませることによってプラズマを誘導し得る任意の物体を含み得る。
【００３２】
本発明に適合する受動型プラズマ触媒は、ナノ粒子またはナノチューブとすることもできる。本明細書では、「ナノ粒子」という用語は、最大物理寸法が約１００nm未満の、少なくとも電気的に伝導性（半導体）の任意の粒子を含み得る。また、単層および多層のカーボン・ナノチューブはいずれも、ドープの有無にかかわらず、導電率が極めて高く、かつ形状が細長いので、本発明に適合してプラズマを点火するのに特に効果的なことがある。これらのナノチューブは、任意の好都合な長さのものとすることができ、かつ基質に固定された粉体とすることができる。固定されている場合、これらのナノチューブは、プラズマが点火または維持されている間、基質表面上でランダムな向きとすることもできるし、基質に(例えば、なんらかの所定の向きで)固定することもできる。
【００３３】
受動型プラズマ触媒は、本発明に適合する粉体とすることもでき、ナノ粒子またはナノチューブを含む必要はない。この粉体は、例えば、ファイバ、粉塵粒子、フレーク、シートなどから形成することができる。粉体の形態をとる場合、この触媒は、少なくとも一時的にガス中で浮遊させることができる。所望の場合には、ガス中で粉体を浮遊させることによって、この粉体がキャビティ全体を通じて迅速に分散し、より容易に消費され得る。
【００３４】
一実施形態では、粉体触媒をキャビティに運び入れ、担体ガスによって少なくとも一時的に浮遊させることができる。この担体ガスは、プラズマを形成するガスと同じにすることもできるし、異なるものでもよい。また、この粉体をキャビティ内に導入する前にガスに加えることができる。例えば、図１Aに示すように、放射供給源５２から、プラズマ・キャビティ６０を配置する放射キャビティ５５に放射を供給することができる。粉体供給源６５は、ガス流７５中に触媒粉体７０を供給する。代替実施形態では、まずキャビティ６０に粉体７０をバルクの形(すなわち、パイルの形)で加え、次いで、このバルクの粉体を通して、またはその上にガスを流すことを含めていくつかの方法で、キャビティ内で粉体を分散させることができる。さらに、この粉体をガスに加えて、移動、搬送、噴霧、散布、吹込み、あるいはその他の方法でキャビティ内に、あるいはキャビティ内でこの粉体を供給することによって、プラズマを点火し、調節し、維持することができる。
【００３５】
１つの実験では、キャビティ内で、このキャビティ内に延びる銅製のパイプ中に炭素繊維の粉体のパイルを配置することによってプラズマを点火した。キャビティ内に十分な量の放射を送ったが、この銅製のパイプにより、粉体が放射から遮蔽され、プラズマの点火は起こらなかった。しかし、このパイプを通して担体ガスが流れ始めると、それによって粉体がパイプから押し出され、キャビティ内に入り、その結果、粉体に放射が当たり、キャビティ内でプラズマがほぼ瞬時に点火された。
【００３６】
本発明に適合する粉体プラズマ触媒は、実質的に不燃性とすることができ、そのため、酸素を含める必要もないし、酸素の存在下で燃焼させる必要もない。すなわち、上記で述べたように、この触媒は、金属、炭素、炭素系合金、炭素系複合物、導電性ポリマー、導電性シリコン・エラストマ、ポリマー・ナノコンポジット、有機-無機複合物、およびこれらの任意の組合せを含み得る。
【００３７】
また、プラズマ・キャビティ内で粉体触媒を(例えば、ガス中に浮遊させたときに)ほぼ均一に分散させることができ、キャビティ内でプラズマの点火を精確に制御し得る。１回または複数回のバーストの形態などで、プラズマにより晒される時間を短くすることが求められる応用例を含めて、ある種の応用例では均一に点火することが重要なことがある。キャビティ全体を通じて粉体触媒がそれ自体で分散するには、特に複雑な複数チャンバ式キャビティでは、依然としてある長さの時間を必要とし得る。したがって、本発明の別の態様と適合して複数の点火ポートを介してキャビティ内に粉体触媒を導入し、それによってキャビティ内でより迅速により均一な触媒の分布を得ることができる(以下を参照されたい)。
【００３８】
粉体に加えて、本発明に適合する受動型プラズマ触媒は、例えば、１種または複数種の、微視的または巨視的なファイバ、シート、針、糸、撚り糸、フィラメント、織り糸、縫い糸、削りくず、スライバ、チップ、織布、テープ、ウィスカ、またはこれらの任意の組合せを含み得る。このような場合、プラズマ触媒は、ある１つの物理的な寸法が別の物理的な寸法よりもかなり大きい少なくとも１つの部分を含み得る。例えば、少なくとも２つの直交する寸法の比を少なくとも約１:２とすべきであるが、約１:５よりも大きく、さらには約１:１０よりも大きくすることができる。
【００３９】
すなわち、受動型プラズマ触媒は、材料の少なくとも一部がその長さに比べて比較的薄い部分を含み得る。触媒の束(例えば、ファイバ)を使用することもでき、この触媒の束は、例えば一区画のグラファイト・テープを含み得る。１つの実験では、それぞれ直径約２〜３ミクロンの約３万本のグラファイト・ファイバの撚り糸を有する一区画のテープをうまく使用した。束の中のファイバの数および束の長さは、プラズマを点火し、調節し、または維持するのに決定的な影響を及ぼさない。例えば、長さ約１/４インチの一区画のグラファイト・テープを使用して満足な結果が得られた。本発明に適合してうまく用いられた１つのタイプの炭素繊維は、米国サウス・カロライナ州Anderson所在のHexcel社から、商標Magnamite(登録商標)、AS４C-GP３Kの型名で販売されている。また、シリコン・カーバイド・ファイバもうまく用いられた。
【００４０】
本発明の別の態様に適合する受動型プラズマ触媒は、例えば、ほぼ球形、環状、ピラミッド形、立方体、平面、円筒形、矩形、または細長い部分など、１つまたは複数の部分を含み得る。
【００４１】
上記で論じた受動型プラズマ触媒は、少なくとも電気的に半伝導性（半導体）の少なくとも１種類の材料を含むことができる。一実施形態では、この材料の導電率を極めて高くし得る。例えば、本発明に適合する受動型プラズマ触媒は、金属、無機材料、炭素、炭素系合金、炭素系複合物、導電性ポリマー、導電性シリコン・エラストマ、ポリマー・ナノコンポジット、有機-無機複合物、またはこれらの任意の組合せを含み得る。このプラズマ触媒に含めることができる一部の可能な無機材料の例には、炭素、シリコン・カーバイド、モリブデン、白金、タンタル、タングステン、窒化炭素、およびアルミニウムが含まれるが、他の導電性無機材料も全く同様に機能してもよい。
【００４２】
１種または複数種の導電材料に加えて、本発明に適合する受動型プラズマ触媒は、(導電性を必要としない)１種または複数種の添加物を含み得る。本明細書では、この添加物は、使用者がプラズマに添加したい任意の材料を含み得る。それゆえに、この触媒は、添加剤自体を含むこともできるし、あるいは、分解された後でドーパントを形成し得る前駆体材料を含むこともできる。そのため、このプラズマ触媒は、１種または複数種の添加物および１種または複数種の導電材料を、プラズマの最終的な所望の組成およびこのプラズマを使用するプロセスに応じて任意の所望の比で含み得る。
【００４３】
受動型プラズマ触媒中の添加物に対する導電成分の比は、消費されると同時に、時間がたつにつれ変化し得る。例えば、点火中では点火条件が改善されるように、プラズマ触媒は導電成分を比較的大きな割合で含み得ることが望ましい。一方、プラズマを維持しながら使用する場合、この触媒は、添加物を比較的大きな割合で含むことができるはずである。プラズマを点火し維持するために用いられるプラズマ触媒の成分比は同じにし得るはずであることが当業者には理解されよう。
【００４４】
所定の比のプロフィールを用いて、多くのプラズマ・プロセスを簡略化し得る。多くの従来方式のプラズマ・プロセスでは、プラズマ中の成分は必要に応じて添加されるが、このような添加を行うには通常、所定の計画に従ってこれらの成分を添加するためのプログラム可能な機器を必要とする。しかし、本発明に適合して、触媒中の成分比を変えることができ、そのため、プラズマ自体の中で、この成分比が自動的に変わり得る。すなわち、任意の個々の時点でのプラズマ中の成分比は、触媒のどの部分がプラズマによって現在消費されているかに依存し得る。そのため、この触媒の成分比は、触媒中の異なる位置で異なるものとし得る。また、プラズマ中の現在の成分比は、特にプラズマ・チャンバ中を通過するガスの流速が比較的遅いときには、現在消費されている触媒部分、および/または以前に消費された触媒部分に依存し得る。
【００４５】
本発明に適合する受動型プラズマ触媒は、均質なもの、または不均質なもの、あるいは徐々に変化するものとし得る。また、プラズマ触媒の成分比は、触媒全体を通して連続的または不連続に変化し得る。例えば、図２では、この比を滑らかに変化させることができ、そのため触媒１００の長さに沿って勾配が形成される。触媒１００は、区画１０５では成分の濃度が比較的低く、区画１１０に向かって濃度が連続的に増加する撚り糸材料を含み得る。
【００４６】
あるいは、図３に示すように、例えば、異なる濃度の区画１２５と区画１３０を交互に含む触媒１２０の各部分においてこの比を不連続に変化させることができる。触媒１２０に含まれる区画タイプは、３つ以上とし得ることを理解されたい。このように、プラズマによって消費される触媒の成分比は、任意の所定の方式で変化し得る。一実施形態では、プラズマを監視し、特定の添加物が検出されたときに、別の処理を自動的に開始または終了させることができる。
【００４７】
維持されるプラズマ中の成分比を変える別の方法は、異なる時点または異なる速度で異なる成分比の複数の触媒を導入することである。例えば、キャビティ内のほぼ同じ位置または異なる位置で複数の触媒を導入し得る。異なる位置で導入する場合、キャビティ内で形成されるプラズマは、様々な触媒の位置によって決まる成分濃度勾配を有し得る。そのため、自動化システムは、プラズマを点火し、調節し、かつ/または維持する前に、かつ/またはそれらを行う間に消費可能なプラズマ触媒を機械的に挿入する装置を含み得る。
【００４８】
本発明に適合する受動型プラズマ触媒は被覆することもできる。一実施形態では、触媒は、実質的に導電性の材料の表面上に被着させた実質的に非導電性の被覆を含み得る。あるいは、この触媒は、実質的に非導電性の材料の表面上に被着させた実質的に導電性の被覆を含み得る。図４および図５に、例えば、下層１４５および被覆１５０を含むファイバ１４０を示す。一実施形態では、カーボン・コアを含むプラズマ触媒にニッケルを被覆して、カーボンの酸化を防止する。
【００４９】
単一のプラズマ触媒が複数の被覆を含むこともできる。プラズマとの接触中にこれらの被覆が消費される場合、これらの被覆を、外側の被覆から最も内側の被覆まで順次プラズマ中に導入することができるはずであり、それによって持続放出機構が形成される。このように、被覆したプラズマ触媒は、この触媒の一部が少なくとも電気的に半伝導性（半導体）である限り、任意の数の材料を含み得る。
【００５０】
本発明の別の実施形態に適合して、プラズマ触媒は、放射エネルギーの漏れをかなり少なくするか、あるいはなくすために放射キャビティ内に完全に入るように配置し得る。こうすると、このプラズマ触媒は、キャビティを収容する容器とも、キャビティの外側のいかなる導電性の物体とも電気的または磁気的に結合されない。こうすると、点火中、およびプラズマが維持される場合にはおそらくは点火後、点火ポートでの火花の発生が防止され、キャビティの外側に放射が漏れることが防止される。一実施形態では、この触媒は、点火ポートを通って延びる実質的に非導電性の延長部材の先端に配置し得る。
【００５１】
図６に、例えば、プラズマ・キャビティ１６５を配置する放射チャンバ１６０を示す。プラズマ触媒１７０は細長く、点火ポート１７５を通って延びる。図７に示すように、本発明に適合して、触媒１７０は、(チャンバ１６０内に配置される)導電性の遠位部分１８０および(チャンバ１６０のほぼ外側に配置されるが、チャンバ１６０内に、幾分か延出してもよい)非導電性の部分１８５を含み得る。この構成により、遠位部分１８０とチャンバ１６０が電気的に接続されない(例えば、火花が発生しない)。
【００５２】
別の実施形態では、図８に示すように、この触媒は、複数の非導電部分１９５によって分離され、かつそれらに機械的に結合された複数の導電部分１９０から形成し得る。この実施形態では、この触媒は、キャビティ内部のポイントとキャビティの外側の別のポイントの間で点火ポートを通って延びることができるが、この電気的に不連続なプロフィールにより、火花発生およびエネルギーの漏れが実質的に防止される。
【００５３】
本発明に適合するプラズマを形成する別の方法は、少なくとも１種類のイオン化粒子（電離粒子：ionizing particle）を生成する能動型プラズマ触媒、または少なくとも１種類のイオン化粒子を含む能動型プラズマ触媒の存在下で、キャビティ内のガスに約３３３GHz未満の周波数の電磁放射を当てることを含む。
【００５４】
本発明に適合する能動型プラズマ触媒は、電磁放射の存在下で、気体原子または気体分子に十分な量のエネルギーを伝達して、この気体原子または気体分子から少なくとも１つの電子を分離し得る任意の粒子または高エネルギー波束とし得る。供給源に応じて、これらのイオン化粒子を収束ビームまたは平行ビームの形態でキャビティ内に送り込むこともできるし、あるいは、これらのイオン化粒子を、吹付け、吐出、スパッタリング、あるいはその他の方法で導入することもできる。
【００５５】
例えば、図９に、放射チャンバ２０５に放射を送る放射供給源２００を示す。プラズマ・キャビティ２１０はチャンバ２０５の内部に配置され、ポート２１５および２１６を介してキャビティを貫通してガスを流すことができる。供給源２２０から、イオン化粒子２２５がキャビティ２１０に送り込まれる。供給源２２０は、例えば、イオン化粒子を通すことはできるが、放射から供給源２２０を遮蔽する金属スクリーンによって保護することができる。必要な場合には、供給源２２０を水で冷却し得る。
【００５６】
本発明に適合するイオン化粒子の例は、X線粒子、ガンマ線粒子、アルファ粒子、ベータ粒子、中性子、陽子、およびこれらの任意の組合せを含み得る。そのため、イオン化粒子触媒は、帯電させることもできるし(例えば、イオン供給源からのイオン)、帯電させなくてもよい。また、放射性核分裂プロセスの生成物とすることもできる。一実施形態では、プラズマ・キャビティが形成される容器は、イオン化粒子触媒に対して完全にまたは部分的に透過性とし得るはずである。そのため、放射性核分裂源がキャビティの外側に配置される場合、この供給源からこの容器を貫通して核分裂生成物が送られ、それによってプラズマを点火することができる。この放射性核分裂源は、核分裂生成物(すなわち、イオン化粒子触媒)により実質的に安全上の問題が生じないように放射チャンバ内部に配置し得る。
【００５７】
別の実施形態では、このイオン化粒子を自由電子とすることができるが、この自由電子が放射性崩壊プロセスで放出される必要はない。例えば、(金属などの)電子供給源からこれらの電子を飛び出させるのに十分なエネルギーが得られるようにこの供給源を励起することによって、キャビティ内に電子を導入することができる。この電子供給源は、キャビティ内部に配置することもできるし、あるいはキャビティに隣接して、さらにはキャビティの壁の中にも配置し得る。任意の組合せの電子供給源が可能なことが当業者には理解されよう。電子を生成する一般の方法は金属を加熱することであり、電界を印加することによってこれらの電子をさらに加速し得る。
【００５８】
電子に加えて、自由エネルギー陽子を使用して、プラズマに触媒作用を及ぼすこともできる。一実施形態では、自由陽子は、水素をイオン化することによって生成することができ、任意選択で、電界によって加速し得る。
【００５９】
マルチモード放射キャビティ
放射導波管、キャビティ、またはチャンバは、少なくとも１つの電磁放射モードの伝播に対応またはそれを促進するように設計し得る。本明細書では、「モード」という用語は、マックスウェルの式および適用可能な(例えば、キャビティの)境界条件を満足する任意の定在電磁波または伝播電磁波の特定のパターンを指す。導波管またはキャビティでは、このモードは、伝播電磁界または定在電磁界の様々な可能なパターンのいずれか１つとし得る。各モードは、その周波数ならびに電界ベクトルおよび/または磁界ベクトルの偏光によって特徴づけられる。モードの電磁界パターンは、周波数、屈折率または誘電率、および導波管またはキャビティの幾何形状によって決まる。
【００６０】
TE(横方向電界)モードは、その電界ベクトルが伝播方向に直交するモードである。同様に、TM(横方向磁界)モードは、その磁界ベクトルが伝播方向に直交するモードである。TEM(横方向電磁界)モードは、その電磁界ベクトルがともに伝播方向に直交するモードである。一般に、中空の金属導波管は、通常のTEMモードの放射伝播に対応しない。放射が導波管の長さに沿って進むように見えても、それは導波管の内壁からある角度で反射しているだけのことがある。したがって、この放射(例えば、マイクロ波)は、伝播モードによっては、(しばしばz軸と称する)導波管の軸に沿ったなんらかの電界成分またはなんらかの磁界成分のいずれかを有し得る。
【００６１】
キャビティまたは導波管内部の実際の場の分布は、キャビティまたは導波管内のモードの重ね合わせである。各モードは、１つまたは複数の添え字(例えば、TE１０(ティー・イー・イチ・ゼロ))で識別し得る。通常、これらの添え字により、管内波長の「半波」がx方向およびy方向にそれぞれいくつ含まれるかが指定される。この管内波長は、自由空間波長とは異なることがあることが当業者には理解されよう。というのは、放射は、導波管の内壁からある角度で反射することによって導波管内部を伝播するからである。場合によっては、第３の添え字を追加して、z軸に沿った定在波パターン中の半波の数を定義し得る。
【００６２】
所与の放射周波数に対して、導波管が単一の伝播モードに対応し得るのに十分に小さくなるように導波管のサイズを選択し得る。このような場合、この系をシングルモード系(すなわち、シングルモード・アプリケータ)と呼ぶ。TE１０モードは通常、矩形のシングルモード導波管で支配的なモードである。導波管(または、導波管が連結されるキャビティ)のサイズが大きくなると、この導波管すなわちアプリケータは、マルチモード系を形成する追加の高次モードに対応し得ることがある。多くのモードを同時に対応することができる場合、しばしばその系を高次モードに対応していると称する。
【００６３】
簡単なシングルモード系の場の分布は、少なくとも１つの最大値および/または最小値を含む。最大値の大きさは、この系に供給される放射の量によって概ね決まる。そのため、シングルモード系の場の分布は、大きく変化し、かつかなり不均一である。
【００６４】
シングルモード・キャビティと異なり、マルチモード・キャビティは、同時にいくつかの伝播モードに対応し得る。これらが重ね合わせられると、複雑な場の分布パターンが生じる。このようなパターンでは、これらの場は空間的に不鮮明になる傾向があり、そのため、この場の分布は通常、キャビティ内で同じタイプの顕著な、場の最小値および最大値を示さない。さらに、以下により詳細に説明するように、モード混合器を使用して(例えば、放射反射体を機械的に移動させることによって)モードを「かき混ぜ」、また「分布し直す」ことができる。この再分布により、キャビティ内でより均一な時間平均された場の分布が得られることが望ましい。
【００６５】
本発明に適合するマルチモード・キャビティは、少なくとも２つのモードに対応することができ、２つよりもはるかに多くのモードに対応し得る。各モードは、最大電界ベクトルを有する。２つ以上のモードが存在し得るが、１つのモードが支配的であり、他のモードよりも最大電界ベクトルの大きさが大きい。本明細書では、マルチモード・キャビティは、第１モードと第２モードの大きさの比が約１:１０未満、または約１:５未満、さらには約１:２未満の任意のキャビティとし得る。この比が小さいほど、モード間で電界エネルギーがより分散し、したがって、キャビティ内で放射エネルギーがより分散することが当業者には理解されよう。
【００６６】
プラズマ・キャビティ内でのプラズマの分布は、加えられた放射の分布に強く依存し得る。例えば、純粋なシングルモード系では、電界が最大になる位置が１つしか存在し得ない。したがって、その単一の位置でしか強いプラズマが形成されないことがある。多くの応用例では、このように強く局在化したプラズマにより、プラズマによる処理または加熱が不均一になる(すなわち、加熱の過剰および不足が局所的に生じる)と望ましくないはずである。
【００６７】
本発明に適合してシングルモードまたはマルチモードのキャビティを使用するかどうかにかかわらず、プラズマが形成されるキャビティは、完全に閉じた状態または部分的に開いた状態にし得ることが当業者には理解されよう。例えば、プラズマ支援炉などのある種の応用例では、キャビティを完全に閉じることができるはずである。例えば、本願と同じ権利者が所有する同時出願の米国特許出願第１０/   ,   (弁理士整理番号１８３７.００２０)を参照されたい。この特許出願全体を参照により本明細書に組み込む。ただし、他の応用例では、キャビティを通してガスを流すことが望ましいことがあり、したがって、このキャビティはある程度開いた状態にしなければならない。こうすると、流れるガスの流量、タイプ、および圧力を経時的に変化させることができる。このことは、プラズマの形成を促進するアルゴンなどのある種のガスは比較的容易に点火することができるが、このようなガスは後続のプラズマ処理中では必要とされないことがあるので望ましいことがある。
【００６８】
モード混合
多くのプラズマ支援の応用例では、均一なプラズマを含むキャビティが望ましい。しかし、放射の波長は比較的長く(例えば、数十センチメートル)なり得るので、均一な分布を実現するのが難しいことがある。そのため、本発明の一態様に適合して、長期間にわたってマルチモード・キャビティ内の放射モードを混合し、また分布し直すことができる。このキャビティ内の場の分布は、このキャビティの内面によって設定される境界条件をすべて満足しなければならないので、この内面の任意の部分の位置を変更することによってこれらの場の分布を変更することができる。
【００６９】
本発明に適合する一実施形態では、放射キャビティ内部に移動可能な反射面を配置し得る。この反射面の形状および動きが組み合わさると、動く間にこのキャビティの内面が変化するはずである。例えば、「L」形の金属物体(すなわち、モード混合器)を任意の軸の周りで回転させると、キャビティ内の反射面の位置または向きが変わることになり、したがって、キャビティ内の放射分布が変化する。任意の他の非対称な形状の物体を(回転させて)使用することもできるが、対称な形状の物体も、その相対的な動き(例えば、回転、並進移動、またはその両方の組合せ)により反射面の位置または向きのなんらかの変化が生じる限り機能し得る。一実施形態では、モード混合器を、円筒の長手方向軸以外の軸の周りで回転可能な円筒とし得る。
【００７０】
マルチモード・キャビティの各モードは、少なくとも１つの最大電界ベクトルを有し得るが、これらのベクトルはそれぞれ、キャビティの内部寸法全体にわたって周期的に生じ得るはずである。通常、これらの最大値は、放射周波数が変化しないと仮定すると固定されている。しかし、モード混合器が放射と相互作用するようにこのモード混合器を移動させることによって、これらの最大値の位置を移動させることが可能である。例えば、モード混合器３８を使用して、プラズマの点火条件および/またはプラズマの維持条件が最適化されるように、キャビティ１４内の場の分布を最適化することができる。そのため、プラズマを励起した後で、このモード混合器の位置を変更して最大値の位置を移動させ、それによって均一な時間平均されたプラズマ・プロセス(例えば、加熱)を行うことができる。
【００７１】
そのため、本発明に適合して、モード混合はプラズマ点火中に有用となり得る。例えば、プラズマ触媒として導電性ファイバを使用するとき、このファイバの向きはプラズマ点火の最低条件に大きな影響を及ぼすことが知られている。例えば、このようなファイバの電界に対する向きを６０°よりも大きくしたときに、この触媒によりこれらの条件がほとんど改善または緩和されないことが報告されている。しかし、このキャビティ内に、あるいはこのキャビティの近くに反射面を移動させることによって、電界分布はかなり変化し得る。
【００７２】
モード混合は、アプリケータ・チャンバ内に、例えばこのアプリケータ・チャンバ内部に取り付けることができる回転式導波管継ぎ手を介して放射を送り込むことによっても実現し得る。この回転式継ぎ手は、放射チャンバ内で様々な方向に放射を効果的に送り込むために機械的に移動(例えば、回転)することができる。その結果、アプリケータ・チャンバ内部で変化する場のパターンを生成し得る。
【００７３】
モード混合は、放射チャンバ内に、可撓性の導波管を介して放射を送り込むことによっても実現し得る。一実施形態では、この導波管はチャンバ内部に取り付けることができる。別の実施形態では、この導波管はチャンバ内に延在し得る。この可撓性導波管の端部の位置は、チャンバ内に放射(例えば、マイクロ波放射)を、様々な方向および/または位置で送り込むために任意の適切な方式で連続的または周期的に移動させる(例えば、曲げる)ことができる。この動きによってもモード混合が可能になり、時間平均されたより均一なプラズマ処理(例えば、加熱)が促進される。あるいは、この動きを利用してプラズマの位置を最適化し、それによって点火その他のプラズマ支援処理を行うことができる。
【００７４】
可撓性導波管が矩形の場合、この導波管の開口端を単にねじるだけで、アプリケータ・チャンバ内部で放射の電界ベクトルおよび磁界ベクトルの向きが回転することになる。次いで、この導波管を周期的にねじると、電界が回転するだけでなくモード混合が行われ、これを利用して、プラズマを点火し、調節し、または維持する助けとし得る。
【００７５】
そのため、触媒の初期の向きが電界に直交していたとしても、電界ベクトルを方向変更すると、この効果的でない向きをより効果的な向きに変更することができる。モード混合は、連続的または周期的に行うこともできるし、あるいはあらかじめプログラムし得ることも当業者には理解されよう。
【００７６】
モード混合は、プラズマの点火に加えて、チャンバ内の「ホット・スポット」を低減または生成(例えば、調節)する後続のプラズマ処理中に有用になることがある。マイクロ波キャビティが少数(例えば、５未満)のモードにしか対応しないとき、１つまたは複数の局所電界最大値により、(例えば、キャビティ１２内で)「ホット・スポット」が生じ得る。一実施形態では、これらのホット・スポットは、１つまたは複数の別々だが同時に行われるプラズマの点火または処理のイベントと一致するように構成し得るはずである。こうすると、これらの点火位置または後続の処理位置の１つまたは複数の位置にプラズマ触媒を配置し得る。
【００７７】
複数位置での点火
異なる位置で複数のプラズマ触媒を使用してプラズマを点火することができる。一実施形態では、複数のファイバを使用して、キャビティ内の異なるポイントでプラズマを点火し得る。このような複数ポイントでの点火は、均一なプラズマ点火が望まれるときに特に有益なことがある。例えば、高周波数(すなわち、数十ヘルツ以上)でプラズマを調節するか、または比較的大きなボリューム内でプラズマを点火するとき、あるいはその両方の場合、プラズマの瞬間的な点火および再点火の実質的な均一性を改善し得る。あるいは、プラズマ触媒を複数のポイントで使用すると、触媒を異なるポイントで選択的に導入することによって、これらの触媒を使用してプラズマ・チャンバ内のこれらの異なるポイントでプラズマを順次点火することができる。こうすると、所望の場合には、キャビティ内でプラズマ点火勾配を制御可能な形で形成することができる。
【００７８】
また、マルチモード・キャビティでは、キャビティ内の複数の位置全体を通じて触媒をランダムに分布させると、これらのファイバの少なくとも１つ、または本発明に適合する任意の他の受動型プラズマ触媒が、電界の向きの線に最適に向けられる可能性が増す。依然として、この触媒が最適な向きにならない(電界の向きの線に実質的に整列しない)場合でも、点火条件は改善される。
【００７９】
さらに、ガス中で触媒粉体を浮遊させることができるので、各粉体粒子がキャビティ内の異なる物理的な位置に配置される効果があり、それによって、キャビティ内での点火の均一性を改善することができる。
【００８０】
複式キャビティによるプラズマの点火/維持
複式キャビティ構成を利用して、本発明に適合してプラズマを点火し維持することができる。一実施形態では、システムは、少なくとも第１点火キャビティと、この第１キャビティに流体連通する第２キャビティとを含む。プラズマに点火するために、任意選択でプラズマ触媒の存在下で、第１点火キャビティ内のガスに約３３３GHz未満の周波数の電磁放射を当てることができる。こうすると、第１キャビティと第２キャビティが近くにあることにより、第１キャビティ内で形成されたプラズマにより、第２キャビティ内のプラズマを点火することができ、これを追加の電磁放射で維持することができる。
【００８１】
本発明の一実施形態では、第１キャビティは、極めて小型にすることができ、主にプラズマ点火に用いるために、あるいはプラズマ点火専用に設計する。こうすると、プラズマを点火するのに極めてわずかな放射エネルギーしか必要とせず、それによって、特に本発明に適合してプラズマ触媒を使用したときに、点火がより容易になり得る。
【００８２】
一実施形態では、第１キャビティを実質的にシングルモード・キャビティにすることができ、第２キャビティをマルチモード・キャビティにする。第１点火キャビティがシングルモードにしか対応しない場合、電界分布はキャビティ内で大きく変化することがあり、そのため、１つまたは複数の精確に配置された電界最大部が形成される。このような最大部は通常、プラズマが点火される第１位置であり、そのため、これらの位置はプラズマ触媒を配置するのに理想的なポイントである。ただし、プラズマ触媒を使用するときには、それを電界の最大部に配置する必要はなく、多くの場合、いかなる特定の方向に向ける必要もないことを理解されたい。
【００８３】
製造ラインでのプラズマ支援処理の例
製造ラインで加工物をプラズマ支援処理する方法および装置を提供し得る。プラズマ支援処理は、プラズマの使用を伴う任意の動作または動作の組合せを含み得る。これらの加工物は、連続的に、周期的に、バッチ単位で、次々に、またはこれらの任意の組合せでプラズマ処理することができる。
【００８４】
本発明に適合するプラズマ支援処理は、例えば、焼結、焼なまし、焼きならし、球状化、焼もどし、時効硬化、表面硬化その他の任意タイプの硬化処理、または熱処理を伴うプロセスを含み得る。プラズマ支援処理は、互いに同じまたは互いに異なる材料の結合も含み得る。例えば、プラズマ支援処理は、ろう付け、溶接、接着、ハンダ付けその他のタイプの結合プロセスを含み得る。ドープ、窒化、浸炭、非結晶化、浸炭窒化、清浄化、滅菌、蒸発、被覆、およびアッシングなどの追加のプラズマ支援処理も本発明に適合して含めることができる。
【００８５】
図１０〜図１３に、プラズマ支援焼結用の装置３００の例の様々な図を示す。ただし、装置３００を使用して、本発明に適合して任意の他のプラズマ支援処理を実施することもできることを理解されたい。
【００８６】
図１０に、本発明に適合して１つまたは複数の加工物をプラズマ支援処理する装置３００の例の斜視図を示す。装置３００は、例えば、放射供給源３０５と、供給源３０５から照射ゾーン３２５に向かって放射が通過する放射導波管３０７と、加工物３２０を順次移動させて導波管３０７に隣接する照射ゾーン３２５に入れ、そこから出すコンベア３１０とを含み得る。装置３００は、ゾーン３２５でプラズマを形成することができるように、ガスを搬送してゾーン３２５に入れ、ゾーン３２５を通過させ、ゾーン３２５から出す１つまたは複数の(図示しない)ガス・ポートも含み得る。
【００８７】
図１１に、図１０の線１１-１１に沿って見た装置３００の別の斜視図を示す。放射供給源３０５と、供給源３０５に電力を供給する(図示しない)電源３３５のいずれもハウジング３３０内に配置し得る。ただし、供給源３０５および電源３３５は、プラズマ支援処理装置３００の床配置に関連して、あるいは他の物理的または寸法上の要件を満足するように、任意の場所に配置し得ることを理解されたい。これには、電源３３５から供給源３０５を、ハウジング３３０内で分離するか、あるいはハウジング３３０の外に出して分離することが含まれる。
【００８８】
供給源３０５は、任意の方向からゾーン３２５を照射し得る。例えば、放射供給源３０５は、ゾーン３２５よりも上に、またはゾーン３２５よりも下に、あるいはゾーン３２５と同じ水平面内に配置することができ、導波管３０７を使用して供給源３０５からゾーン３２５に放射を送ることができる。放射供給源３０５がビーム(例えば、発散ビーム、収束ビーム、または平行ビーム)の形態で放射を送ることができる場合、導波管３０７を不要にすることができ、単にゾーン３２５に向かって放射ビームを送ることによってこのゾーンを照射することができる。別の実施形態では、供給源３０５は、(図示しない)１本または複数本の同軸ケーブルを介してゾーン３２５に放射を供給し得る。別の実施形態では、供給源３０５の放射出力をゾーン３２５に直接照射し得る。
【００８９】
装置３００が導波管３０７を含む場合、導波管の断面を任意の形状にして、１つ(または複数)の任意の特定の放射モードを選択的に伝播させることができる。例えば、図１０に示すように、導波管３０７の断面を矩形にし得るが、円形、楕円形、または放射を伝播し得る他の形状にすることもできるはずである。また、導波管３０７は、直線形、アーチ形、らせん形、蛇行形その他の任意の好都合な形態にし得る。一般に、導波管３０７を使用して、放射ゾーン(例えば、キャビティ)に放射供給源３０５を結合し、それによって、プラズマを形成し、いかなるタイプのプラズマ支援処理も実施することができる。
【００９０】
コンベアは、加工物を搬送する少なくとも１つのキャリア部分を含み得る。本明細書では、キャリア部分は、１つまたは複数の加工物を担持、支持、保持またはその他の方法で装着するように適合された、コンベアの任意の部分とし得る。図１１に示すように、例えば、キャリア部分３４０および３４２は、１つまたは複数の加工物を配置し搬送し得る円形プレートとし得る。図１２に、例えば、キャリア部分３４０および３４２を配置し得る６つの穴３５０を含むコンベア３１０の上面図を示す。コンベア３１０は、最大６つのキャリア部分を保持するように構成されているが、所望の場合には、コンベア３１０が保持するキャリア部分の数をこれよりも多く、あるいは少なくして構成することができる。本発明に適合するキャリア部分は、コンベアまたは加工物と一体化することもできることを理解されたい。
【００９１】
コンベア３１０に、本発明に適合する穴３５０を含める必要はない。例えば、図１４に示すように、コンベア３６２の上面３６０は、コンベア３６２が回転その他の方法で移動する間、１つまたは複数の加工物３６６を配置し得る１つまたは複数の陥凹部３６４を含み得る。あるいは、本発明に適合するコンベアは、突起部分を有することもできるし、表面フィーチャを全く含まないことさえ可能である(図示せず)。すなわち、このコンベアの支持表面をほぼ平坦にし、１つまたは複数の加工物をこの表面上で任意の好都合な向きに配置し得る。こうすると、異なる形状の加工物を、本発明に適合する同一のコンベアとともに使用することができる。
【００９２】
本発明に適合するキャリア部分によって任意の数の加工物を担持することができる。図１１および図１３に、例えば、キャリア部分３４０および３４２がそれぞれ単一の加工物を担持するところを示す。この場合、この加工物は、プラズマを使用して焼結する粉体金属部品とし得る。また、図１３に示すように、キャリア部分３４０および３４２は、コンベア３１０内に嵌合するように、あるいはその他の方法でコンベア３１０に装着される構成または形状にすることができる。例えば、キャリア部分３４０および３４２が精確に穴３５０内に嵌合するように、キャリア部分３４０および３４２の側面にテーパをつけることができる。さらに、１つまたは複数の加工物が所定の位置で担持または支持されるように、これらのキャリア部分の上面をカスタマイズするか、その他の方法で適合させることができる。こうするために、同一のキャリア部分とともに１つまたは複数のアダプタを使用して、この同一のキャリア部分を異なる形状の加工物および様々なプラズマ支援処理に使用することができる。
【００９３】
導波管および少なくとも１つのキャリア部分は協働して本発明に適合するプラズマ処理キャビティを形成し得る。例えば、図１１に、キャリア部分３４２上に配置された加工物３２０に対して下向きに面している導波管３０７の先端部分３７０を示す。このように、加工物３２０は、先端部分３７０とキャリア部分３４２の間に配置し得る。先端部分３７０とキャリア部分３４２は、合わせて(図１３に示す)キャビティ３６９を形成し、この中にプラズマが形成される。キャビティ３６９は開いても閉じてもよく、このキャビティの「開放度」は、キャリア部分３４２に対する先端部分３７０の相対位置によって決まることを理解されたい。
【００９４】
図１１および図１３に示すように、例えば、キャリア部分３４２により加工物３２０を、アクチュエータ３７２により先端部分３７０に向かって持ち上げて、キャビティ３６９のサイズを小さくし、その開放度を少なくし得る。一実施形態では、プラズマが点火される前にキャビティ３６９が本質的に閉じるように先端部分３７０とキャリア部分３４２の隙間を狭くしてガスを本質的に閉じ込め、このガスによってプラズマを形成する。本発明に適合する別の実施形態では、プラズマ処理の前に、またはプラズマ処理の間、あるいはプラズマ処理の後で隙間をそのままにし、それによってキャビティを貫通してガスが流れ得る。
【００９５】
いずれにしても、キャビティ３６９は、プラズマを実質的に閉じ込め、キャビティ３６９の外側でのプラズマの形成を妨げるために適切な寸法を有し得る。こうすると、モータ３７４でコンベア３１０を回転させることによって、キャリア部分３４０および３４２によって担持し得る加工物３２０を先端３７０の下のプラズマ処理ステーション内に順次搬送することができる。
【００９６】
ガスおよびプラズマが導波管３７０を通って移動するのを妨げるために、図１３に示すように、(例えば、石英またはセラミック製の)放射透過性プレート３７３を使用し得る。この場合、プレート３７３は、プラズマ・キャビティ３６９の上面として働き得る。導波管の先端３７０は、円筒形、円錐形、または適切なプラズマ・キャビティを形成するように構成された任意の他の形状とし得るリップ３７１を含み得る。動作中、リップ３７１は、キャビティ３６９の側面を形成するように部品３２０の周りに配置し得る。最後に、キャリア部分３４２、部品３２０、またはコンベア３１０を使用して、キャビティ３６９の下側部分を形成し得る。図１１に、導波管の先端３７０から放射３４５を部品３２０に向かってキャビティ３６９内に送り得るやり方を示す。しかし、実際には、プラズマ処理を実施するために先端３７０と部品３２０の距離を狭くし、それによってキャビティ３６９の開放度をより少なくし得るはずである。
【００９７】
(図示しない)別の実施形態では、キャリア部分を利用してプラズマ処理ステーションのところで加工物を降ろすか、その他の方法で配置し得る。この場合も、加工物またはキャリア部分のいずれかと導波管の先端の間に処理キャビティを形成し得る。あるいは、図１に示すように、実質的に放射透過性の容器内にプラズマ処理キャビティを形成し得る。この場合には、キャリア部分も導波管も必ずしもプラズマ・キャビティの一部を形成しない。別の実施形態では、導波管ハウジングを放射透過性ハウジングで置き換え、導波管ハウジングを使用して、例えば図１Aに示すキャビティに類似のプラズマ・キャビティを形成し得る。すなわち、導波管をプラズマ処理キャビティに直接結合する必要はない。この導波管は、プラズマ・キャビティが配置されるより大型の放射キャビティに結合することができる。
【００９８】
キャリア部分によって加工物を定位置に担持することができるが、処理中に、これらの加工物が加工物を担持その他の方法で支持する必要はない。すなわち、キャリア部分により、プラズマ・キャビティ内にこれらの加工物を配置し、次いで、処理後、このキャビティからこれらの加工物を取り出すことができる。同一または異なるキャリア部分を使用して、加工物がプラズマ処理された後でこれらの加工物を取り出すこともできる。
【００９９】
本明細書では、コンベアは、１つの位置から別の位置に、具体的には、プラズマ処理ステーション入れ、そこから出して加工物を移動させることができる任意の機器とし得る。そのため、図１０〜図１４に示す回転可能なテーブル・タイプのコンベアに加えて、あるいはその代替形態として、本発明に適合するコンベアは、例えば、ベルト、トラック（track)、ロボット、回転台、ローラ、ホイール、チェーン、バケット、トレイ、案内レール、リフト、ねじ、押し棒、リボン・スクリュー、レール・システム、床下システム、ローラ・システム、スライダ・システム、スラット・システム、重力送りシステム、チェーン・オン・エッジ・システム（chain on edge system）、ケーブル・システム、磁気コンベア、プーリ・システム、往復コンベア、または任意の他の移動/位置決め機構を含み得る。
【０１００】
コンベア３１０ならびにプラズマ処理キャビティ３２５を放射チャンバ３０４内に配置して、潜在的に危険な放射が処理ステーションから漏れないようにし得る。放射チャンバ３０４は、供給源３０５から供給され、かつプラズマを形成するのに利用する放射に対して実質的に反射させるか、その他の方法で不透過にし得る。チャンバ３０４は、キャビティ３２５を形成する構成要素の１つまたは複数が、供給源３０５から供給される放射に対して実質的に透過であるとき、あるいは、キャビティ３２５が少なくとも部分的に開いているときに特に有用なことがある。しかし、(例えば、導波管の先端３７０およびキャリア部分３２０によって)キャビティ３２５が密封される場合、潜在的に危険な放射は、プラズマ支援処理中にキャビティ３２５から漏れる恐れがなく、チャンバ３０４は余計なことがあることを理解されたい。そうではあってもチャンバ３０４を使用して処理用のガスを閉じ込めることができる。
【０１０１】
装置３００は、加工物を移動させて装置３００に入れ、そこから出すための１つまたは複数のポートを含み得る。例えば、装置３００は、装置３００内に部品３２０を移動させてプラズマ支援処理を行うための入口ポート３８０を含み得る。入口ポート３８０は、チャンバ３０４の外側のガス(例えば、空気)から、チャンバ３０４内の処理用のガス(例えば、アルゴン、ヘリウム、窒素など)を実質的に分離するガス・ロック３８４の一部とし得る。同様に、装置３００は、プラズマ支援処理が完了した後で、装置３００から部品３２０を取り出すための出口ポート３８２を含み得る。出口ポート３８２は、チャンバ３０４の外側ガスから処理用のガスを実質的に分離するガス・ロック３８６の一部とし得る。所望の場合には、(図示しない)機械的なアームまたは案内を使用して、コンベア３１０上に部品を載せ、コンベア３１０から部品を取り出す助けとし得る。
【０１０２】
上記でより詳細に説明したように、本発明に適合して、能動型または受動型のプラズマ触媒を使用して、圧力が大気圧未満、または大気圧と同じ、あるいは大気圧よりも高い状態でプラズマを点火し、調節し、また維持することができる。これらの触媒は上記において、すでに詳細に説明したので、ここではそれらを再度説明しない。さらに、本発明に適合して、火花発生機器、またはプラズマを誘起する他の機器を使用することもできる。いずれにしても、このプラズマ触媒を動作可能な位置に配置して、プラズマ点火要件を緩和または改善し得る。一実施形態では、プラズマ触媒をキャリア部分または加工物自体の上に配置し、それによって担持することができる。別の実施形態では、導波管の先端３７０に隣接してプラズマ触媒を装着するか、その他の方法で配置し得る。
【０１０３】
図１５に、本発明に適合して複数の加工物をプラズマ処理する方法の例４００の流れ図を示す。この方法は、ステップ４０５で、複数の移動可能なキャリア内に複数の加工物をそれぞれ配置することと、ステップ４１０で、これら移動可能なキャリアをそれぞれコンベア上で照射ゾーン内に順次移動させることと、ステップ４１５で、このゾーン内にガスを流すことと、ステップ４２０で、このガスに放射を当てることによってこのゾーン内でガスを点火してプラズマを形成することと、ステップ４２５で、このゾーン内で加工物の少なくとも１つをプラズマ処理するのに十分な時間、このプラズマを維持することと、ステップ４３０で、コンベアを前方に進めて、このゾーンの外に少なくとも１つの処理された加工物を移動させることと、を含み得る。
【０１０４】
本発明に適合するプラズマ処理方法では、加工物の１つまたは複数をプラズマに選択的に晒し得る。これには、１つまたは複数の加工物を、他の加工物に比べて比較的長い時間晒すか、または他の加工物よりも高温のプラズマに他の加工物と同じ時間晒す、あるいはこれらの組合せを行うことが含まれる。例えば、図１０に示すように、放射ゾーン３２５内に配置された加工物はプラズマに晒されることになるが、チャンバ３０４内にあってもゾーン３２５にはない他の加工物はそれほど晒されない。さらに、コンベア３１０の回転速度を変更することもできるし、加工物がゾーン３２５内に留まる時間の長さを変更することもできる。さらに、図１１に示すように、キャリア３４２および先端３７０の高さを変えて、ゾーン３２５内の放射強度、したがってその中のプラズマ強度を変化させることができる。
【０１０５】
一実施形態では、照射ゾーン内の加工物の１つまたは複数に電気的なバイアスを印加して、より均一で迅速なプラズマ支援処理を行い得る。例えば、(例えば、プラズマ・キャビティ内に浮遊させた)電極と加工物の間に電位差を与えることができる。この加工物は、電源に直接接続することもできるし、移動可能なキャリアの１つを介して電源に接続することもできる。この電源は、アプリケータまたは照射ゾーンの外側に置くことができ、例えばマイクロ波エネルギーが漏れないようにマイクロ波フィルタを介して電圧を印加することができる。印加される電圧は、例えば、連続的な、またはパルス化した直流または交流バイアスの形態を取り得る。プラズマ支援被覆プロセスの場合、印加電圧により荷電粒子が引きつけられてそれらが励起され、被覆の付着性および品質の向上に役立つ。
【０１０６】
上記で説明した実施形態では、この開示を簡素化するために１つの実施形態に様々な特徴が合わせてグループ化されている。この開示方法を、特許請求する本発明が、各特許請求の範囲に明示的に記載されているものよりも多くの特徴を必要とするという意図を示すものと解釈すべきではない。そうではなくて、添付の特許請求の範囲に示すように、発明の態様は、上記で開示した１つの実施形態のすべての特徴の中に完全に含まれる。そのため、ここに添付の特許請求の範囲をこの実施形態の詳細な説明に組み込む。特許請求の範囲はそれぞれ、本発明の別個の好ましい実施形態として独立している。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明に適合するプラズマ支援ガス生成システムの例を示す概略図である。
【図１Ａ】キャビティ内でプラズマを点火し、調節し、維持するためにプラズマ・キャビティに粉体プラズマ触媒を添加するための、本発明に適合するプラズマ・システムの一部の実施形態の例を示す図である。
【図２】長さに沿って濃度勾配を有する少なくとも１種類の成分を含む、本発明に適合するプラズマ触媒ファイバの例を示す図である。
【図３】長さに沿って比が変化する形で複数の成分を含む、本発明に適合するプラズマ触媒ファイバの例を示す図である。
【図４】コア下層および被覆を含む、本発明に適合するプラズマ触媒ファイバの別の例を示す図である。
【図５】図４の線５-５で切断した、本発明に適合する図４のプラズマ触媒ファイバを示す断面図である。
【図６】点火ポートを通して延びる細長いプラズマ触媒を含む、本発明に適合するプラズマ・システムの別の部分の実施形態の例を示す図である。
【図７】図６のシステムで使用し得る、本発明に適合する細長いプラズマ触媒の実施形態の例を示す図である。
【図８】図６のシステムで使用し得る、本発明に適合する細長いプラズマ触媒の実施形態の別の例を示す図である。
【図９】本発明に適合する、放射チャンバ内にイオン化放射を送るプラズマ支援処理システムの一部の実施形態の例を示す図である。
【図１０】本発明に適合する、複数の加工物をプラズマ支援処理する装置の例を示す斜視図である。
【図１１】本発明に適合する図１０の装置の例を示す別の斜視図である。
【図１２】本発明に適合する図１０の装置とともに使用し得るコンベアの例を示す上面図である。
【図１３】本発明に適合する、図１２の線１３-１３に沿って切断した図１２のコンベアの例を、様々な追加の構成要素および加工物とともに示す断面図である。
【図１４】本発明に適合する、加工物を配置し得る陥凹部を備えたコンベアの別の例を示す断面図である。
【図１５】本発明に適合する、複数の加工物をプラズマ処理する方法の例を示す流れ図である。
【図１】
2005526359.tif 000003
【図１Ａ】
2005526359.tif 000004
【図２】
2005526359.tif 000005
【図３】
2005526359.tif 000006
【図４】
2005526359.tif 000007
【図５】
2005526359.tif 000008
【図６】
2005526359.tif 000009
【図７】
2005526359.tif 000010
【図８】
2005526359.tif 000011
【図９】
2005526359.tif 000012
【図１０】
2005526359.tif 000013
【図１１】
2005526359.tif 000014
【図１２】
2005526359.tif 000015
【図１３】
2005526359.tif 000016
【図１４】
2005526359.tif 000017
【図１５】
2005526359.tif 000018
【国際調査報告】
2005526359.tif 000019