(57)【要約】 【課題】本発明においては、プラズマ生成部において生成されたプラズマを極めて高速に対象物まで輸送可能なプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置を提供することを目的とする。【解決手段】プラズマ生成手段２において生成される大気圧プラズマＰを対象物Ｗの表面へ輸送するプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置１であって、前記プラズマ生成手段２に対して、加圧ガスＧを瞬間的に導入して前記加圧ガスＧの一部をプラズマ化させるとともに前記加圧ガスＧの圧力によって前記対象物Ｗの表面へ高速に前記大気圧プラズマＰを輸送することを特徴とするプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置１。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成手段において生成される大気圧プラズマを対象物の表面へ輸送するプラズマ輸送方法であって、
前記プラズマ生成手段から輸送される前記大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させて前記対象物の表面へ高速に前記大気圧プラズマを輸送することを特徴とするプラズマ輸送方法。
【請求項２】
前記プラズマ生成手段に対して、加圧ガスを瞬間的に導入することにより前記大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させるとともに、前記加圧ガスの圧力によって前記大気圧プラズマの流速を増大させて、前記対象物の表面へ高速に前記大気圧プラズマを輸送することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ輸送方法。
【請求項３】
前記プラズマ生成手段には、予め、補助プラズマが生成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ輸送方法。
【請求項４】
前記プラズマ生成手段に対する前記加圧ガスの導入の瞬間に同調して、前記プラズマ生成手段に印加する電力を増大させることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラズマ輸送方法。                      
【請求項５】
導入されるガスに対して電力を印加して大気圧プラズマを生成するプラズマ生成手段と、
前記プラズマ生成手段に対して導入されるガスの流量を瞬間的に増大させるプラズマ輸送手段と
を備えることを特徴とするプラズマ輸送装置。
【請求項６】
前記プラズマ輸送手段が、前記プラズマ生成手段に対して瞬間的に加圧ガスを導入する加圧ガス供給部からなることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ輸送装置。
【請求項７】
前記プラズマ生成手段に対してプラズマ生成用ガスを供給するプラズマ生成用ガス供給部
を備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプラズマ輸送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧プラズマをより高密度な状態で対象物まで搬送するプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマは様々な加工の前処理や殺菌処理などに用いられている。これらの前処理や殺菌処理においては、プラズマ中の活性種が対象物に接触して化学反応を生じさせることによる化学処理が主である。活性種は、極めて反応性が高く処理効果が高いものの、プラズマ生成手段から送出されて電力供給が絶たれると、途端に活性を失いはじめて寿命を迎え指数対数的スピードで減少する。つまり、プラズマ生成手段と対象物との間の距離が増加するのに応じてプラズマ中の活性種の割合は急激に少なくなり、処理効果が低下する。対象物が平坦な形状であったり、極めて小さなモノである場合には、プラズマ生成手段を対象物の表面の極近傍まで近接させて配置することで、活性種が失われる前に対象物の表面にプラズマを接触させることが可能であった。しかし、プラズマ処理の適用が望まれる分野は多岐に渡るため、様々な形状の対象物が想定されることを考慮すると、単にプラズマ生成手段を対象物の極近傍に近接させて配置し処理効果の向上を図る方法は汎用性に乏しい。
【０００３】
このため、活性種の寿命が極めて短いことを考慮して、より多くの活性種を対処物まで到達させるべく、プラズマ生成手段からより多くの活性種を一度に出して処理効果を向上させる方法が試みられている。
【０００４】
例えば、特許文献１の実施例には、プラズマ生成手段に導入するプラズマ生成用ガスのガス流量を増大させることによって、プラズマ処理の効果が向上することが記載されている。これは、プラズマ生成用ガスの単位体積当たりに印加される電力が一定であれば、生成されるプラズマ中に存在する活性種の割合は一定になることを利用して処理効果を向上させているものである。つまり、単位時間当たりに生成するプラズマの体積を増大させることで、結果的にプラズマ生成手段から一度に出す活性種の量を増大させて、より多くの活性種を対象物へ到達させて処理効果を向上させている。
【０００５】
また、特許文献１の実施例に記載の方法においては、プラズマ生成手段に導入するプラズマ生成用ガスのガス流量を増大させることによって、プラズマ生成手段から輸送される大気圧プラズマの流速が速くなる。この作用によって、対象物に到達する活性種が増加し、処理効果が向上するという効果も期待できる。
【０００６】
その他の方法としては、プラズマ生成用ガスの単位体積当たりに印加される電力を増大させると、生成されるプラズマ中に存在する活性種の割合が増大することを利用して、プラズマ生成手段からより多くの活性種を一度に出す方法が挙げられる。具体的には、プラズマ生成手段において印加する電圧を高くすることで、プラズマ生成用ガス中のプラズマの密度を高くし、プラズマ中に含まれる活性種の割合を増大させて処理効果を向上させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−１２９１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ガス流量を増大させてプラズマの体積を増大させる方法においては、プラズマ生成用ガスとして、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの高価な物質からなるガスを用いた場合にはコストの高騰が問題となる。さらに、ガス流量が増大すると単位体積当たりのガスに印加される電力量が少なくなるので、プラズマ生成用ガス中に生成される大気圧プラズマの密度が低下し、活性種の数も減少してしまう。
【０００９】
また、印加する電力を増大させてプラズマの密度を高くする方法においては、生成されるプラズマの温度が高くなるという課題を有していた。
【００１０】
そこで、本発明者等は、鋭意研究の結果、プラズマ処理効果の低下の原因として、プラズマ中の活性種が指数関数的速さで減少することが問題であることに着目し、プラズマを極めて高速に対象物へ到達させることで処理効果が大きく向上することを見出し、本発明を完成させた。
【００１１】
本発明においては、プラズマ生成部において生成されたプラズマを極めて高速に対象物まで輸送可能なプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送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】
【００１２】
上記目的を達成するべく、本発明のプラズマ輸送方法は、プラズマ生成手段において生成される大気圧プラズマを対象物の表面へ輸送するプラズマ輸送方法であって、前記プラズマ生成手段から輸送される前記大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させて前記対象物の表面へ高速に前記大気圧プラズマを輸送することを特徴とする。
【００１３】
このような、本発明のプラズマ輸送方法によれば、対象物の表面までより多くの活性種を到達させることができるので、効果の高い大気圧プラズマ処理を従来の方法と比較して低コストで行うことを可能とする。
【００１４】
また、本発明のプラズマ輸送方法は、前記プラズマ生成手段に対して、加圧ガスを瞬間的に導入することにより前記大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させるとともに、前記加圧ガスの圧力によって前記大気圧プラズマの流速を増大させて、前記対象物の表面へ高速に前記大気圧プラズマを輸送することを特徴とする。
【００１５】
このような、本発明のプラズマ輸送方法によれば、加圧ガスを瞬間的に導入することにより、大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させて流速を増大させるとともに、当該加圧ガスの圧力によって大気圧プラズマの流速を増大させるので、対象物の表面へ大気圧プラズマを極めて高速に輸送することができる。
【００１６】
また、本発明のプラズマ輸送方法は、前記プラズマ生成手段には、予め、補助プラズマが生成されていることを特徴とする。
【００１７】
このような、本発明のプラズマ輸送方法によれば、予めプラズマ生成手段において補助プラズマが生成されているため、瞬間的にガスの流量が増大した際にも、僅かなエネルギーでプラズマ化することができる。さらに、予め補助プラズマが生成されているために、より高密度に活性種を含む大気圧プラズマを生成することができる。その結果、対象物まで高密度に活性種を含む当該大気圧プラズマを高速に輸送することが可能となり、対象物の表面に対してより多くの活性種を到達させて高い処理効果を得ることができる。
【００１８】
またさらに、本発明のプラズマ輸送方法は、前記プラズマ生成手段に対する前記加圧ガスの導入の瞬間に同調して、前記プラズマ生成手段に印加する電力を増大させることを特著とする。
【００１９】
このような、本発明のプラズマ輸送方法によれば、従来の方法と比較して無駄な電力消費を抑制し、効率よく高密度に活性種を含む大気圧プラズマを生成して、多量の活性種を対象物に接触させることが可能となる。
【００２０】
本発明の第１の態様のプラズマ輸送装置は、導入されるガスに対して電力を印加してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、前記プラズマ生成手段に対して導入されるガスの流量を瞬間的に増大させるプラズマ輸送手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
このような、第１の態様のプラズマ輸送装置によれば、プラズマ生成手段で生成された大気圧プラズマを対象物まで極めて高速に輸送することができる。
【００２２】
本発明の第２の態様のプラズマ輸送装置は、前記プラズマ輸送手段が、前記プラズマ生成手段に対して瞬間的に加圧ガスを導入する加圧ガス供給部からなることを特徴とする。
【００２３】
このような、第２の態様のプラズマ輸送装置によれば、プラズマ輸送手段が加圧ガス供給部からなるので、プラズマ生成手段に導入するガスの流量を増大させて大気圧プラズマの流速を増大させるとともに、加圧ガスの圧力によって大気圧プラズマの流速を増大させることができる。その結果、大気圧プラズマを対象物に対して高速に輸送することを可能とする。
【００２４】
また、本発明の第３の態様のプラズマ輸送装置は、プラズマ生成手段に対してプラズマ生成用ガスを供給するプラズマ生成用ガス供給部を備えることを特徴とする。
【００２５】
このような、第３の態様のプラズマ輸送装置によれば、より高密度なプラズマをプラズマ生成手段から輸送して、プラズマ処理の効果を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、プラズマ生成部において生成されたプラズマを極めて高速に対象物まで輸送可能なプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置を提供することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のプラズマ輸送装置の第１実施形態を示す図
【図２】本発明のプラズマ輸送装置の第２実施形態を示す図
【図３】本発明のプラズマ輸送装置におけるガス形状変更手段の態様を示す要部拡大図
【図４】本発明のプラズマ輸送装置にスロート部を設けた態様を示す図
【図５】本発明のプラズマ輸送装置におけるガス拡散抑制手段の態様を示す図
【図６】本発明の実施例に用いたプラズマ輸送装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明のプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置の実施形態については図１乃至図５を、実施例については図６を用いて説明する。
【００２９】
まず、本発明のプラズマ輸送方法は、プラズマ生成手段において生成される大気圧プラズマを対象物の表面へ輸送する方法であって、当該プラズマ生成手段から輸送される大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させて対象物の表面へ高速に大気圧プラズマを輸送するものである。
【００３０】
プラズマ生成手段から輸送される大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させる方法としては、プラズマ生成手段に対して導入するプラズマ生成用ガスを瞬間的に増大させることが重要である。
【００３１】
プラズマ生成手段に対して導入するプラズマ生成用ガスの流量を瞬間的に増大させる方法としては、下記の（１）乃至（６）が挙げられる。
（１）加圧したプラズマ生成用ガスまたは当該プラズマ生成用ガスを搬送する搬送ガスをパルス的に導入することにより瞬間的に流量を増大させる
（２）加熱・爆発などによって瞬間的にプラズマ生成用ガスまたは当該プラズマ生成用ガスを搬送する搬送ガスを膨張させて瞬間的に流量を増大させる
（３）化学反応によってプラズマ生成用ガスまたは当該プラズマ生成用ガスを搬送する搬送ガスを発生させて瞬間的にガスの流量を増大させる
（４）プラズマ生成用ガスまたは当該プラズマ生成用ガスを搬送する搬送ガスを機械的に圧縮して瞬間的にガスの流量を増大させる
（５）プラズマ生成用ガスまたは当該プラズマ生成用ガスを搬送する搬送ガスを気体の疎密波である音波や衝撃波とすることにより瞬間的にガスの流量を増大させる
（６）プラズマ生成手段のガス排出口からガスを吸引することによってプラズマ生成手段に導入する単位時間当たりのガスの流量を瞬間的に増大させる
【００３２】
特に、本発明のプラズマ輸送方法においては、上記（１）において述べた、当該プラズマ生成手段に対して、加圧ガスをパルス的に導入することにより瞬間的にガス流量を増大させる方法を用いた実施形態について説明する。この方法においては、プラズマ生成手段に対して瞬間的に加圧ガスを導入することにより、大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させて大気圧プラズマの流速を増大させるとともに、当該加圧ガスの圧力によってさらに大気圧プラズマの流速を増大させて、対象物の表面へ大気圧プラズマを高速に輸送するものである。
【００３３】
プラズマ生成手段においては、予め、補助プラズマが生成されていてもよい。プラズマは、ガスに電力を印加し放電を開始して点灯させる際に最もエネルギーを必要とするが、プラズマ生成手段に予め補助プラズマを生成しておくことにより、後から導入される加圧ガスのプラズマ化をより素早く実行することができる。その結果、プラズマ化される加圧ガスの割合が増大し、より高密度に大気圧プラズマを含んだ状態でプラズマ生成手段から輸送することができる。この時、補助プラズマは、ごく少量生成されていれば上述のような効果を得ることができる。
【００３４】
また、プラズマ生成手段に対するガスの流量を瞬間的に増大させるのに同調させて供給する電力を増大させてもよい。これにより、活性種をより多量に含んだ大気圧プラズマを輸送して処理効果を向上させることができる。また、瞬間的に電力供給を増大させるので、従来の方法と比較して電力消費量を抑えることができる。
【００３５】
このような本発明のプラズマ輸送方法によれば、ガスの流量を瞬間的に増大させることによってプラズマ生成手段から輸送される大気圧プラズマの流速を極めて高速としているので、より多くの活性種を保持した状態で大気圧プラズマを対象物まで輸送することができる。その結果、プラズマ生成手段を対象物の表面の極近傍まで近接させることなく、高い処理効果を得ることができる。
【００３６】
そして、本発明のプラズマ輸送方法によれば、プラズマ生成手段に対して加圧ガスを瞬間的に導入することによって流量を増大させて流速を増大させているとともに、加圧ガスの圧力によっても大気圧プラズマの流速を増大させているので、容易に大気圧プラズマの流速を高速とすることを可能としている。
【００３７】
また、本発明のプラズマ輸送方法によれば、予め、プラズマ生成手段において補助プラズマが生成されているので、高速により多くのプラズマ生成用ガスをプラズマ化することが可能となり、印加する電力を増大させることなく高密度な大気圧プラズマを生成することができる。その結果、従来の方法と比較して、より多くの活性種を対象物まで輸送して効果の高いプラズマ処理を行うことができる。
【００３８】
このような、本発明のプラズマ輸送方法を実施するためのプラズマ輸送装置の実施形態について図１乃至図５を用いて説明する。
【００３９】
本発明のプラズマ輸送装置１の第１実施形態は、図１に示すように、導入されるガスに対して電力を印加して大気圧プラズマＰを生成するプラズマ生成手段２と、当該プラズマ生成手段２に対して瞬間的に加圧ガスＧを導入して当該加圧ガスＧの噴射力によって大気圧プラズマＰを高速に対象物Ｗの表面へ輸送するプラズマ輸送手段３とを備えている。
【００４０】
プラズマ生成手段２は、大気圧下においてガスに電圧を印加してプラズマを生成することができるプラズマ源であればよく、公知のプラズマ源を用いることができる。また、プラズマ源において採用するプラズマ化方法についても、高周波放電法、誘電体放電法、アーク放電法など公知の方法を適宜選択して用いることができる。ただし、プラズマ生成手段２は、導入される加圧ガスＧの流速が減速するのを防ぐために、図１に示すように、加圧ガスＧが導入されるガス導入口２ａ、ガスをプラズマ化するプラズマ生成部２ｂおよび生成された大気圧プラズマＰを含むガスが排出されるガス排出口２ｃが一直線上に配置されており、加圧ガスＧが一直線状に通過できる流路２ｄが形成されていることが好ましい。
【００４１】
また、プラズマ生成手段２のガス排出口２ｃの開口面積Ａは、プラズマ生成部２ｂ内部のせん断面積Ａ’よりも小さく形成されていることが好ましい。これにより、ガス排出口２ｃ付近で加圧ガスＧが更に圧縮されてベルヌーイ効果が生じ、プラズマ生成手段２から排出する大気圧プラズマＰの初速をより増大させることができる。
【００４２】
プラズマ輸送手段３は、プラズマ生成用ガスを加圧するためのガス加圧部３ａと、プラズマ生成手段２のガス導入口２ａまで加圧ガスＧを搬送するためのガス搬送路３ｂと、ガス搬送路３ｂを開閉するための開閉弁３ｃとを備えている。
【００４３】
ガス加圧部３ａとしては、コンプレッサーや昇圧ブースターなどを用いることができる。また、ガス加圧部３ａは、すでに加圧されたガスが充填されているガスボンベにレギュレータを組み合わせた構成とし、当該ガスボンベから所定圧力にて加圧ガスＧを排出するようにしてもよい。
【００４４】
ガス搬送路３ｂについても、ガス加圧部３ａからの加圧ガスＧの流速が減速するのを防ぐために、図１に示すように、ガス加圧部３ａからプラズマ生成手段２のガス導入口２ａまでが一直線状となるように形成されていることが重要である。
【００４５】
つまり、第１実施形態のプラズマ輸送装置１においては、ガス加圧部３ａ、ガス導入口２ａ、プラズマ生成部２ｂ、ガス排出口２ｃが一直線上に配置されており、ガス加圧部３ａを出た加圧ガスＧを対象物まで一直線状に進ませることができるので、加圧ガスＧの流速が減速されることがなく、プラズマ生成部２ｂにおいて生成された大気圧プラズマＰを高速に対象物Ｗまで搬送することを可能とする。このため、プラズマ生成手段２を対象部Ｗに近接させることなく、効果の高いプラズマ処理を行うことができる。
【００４６】
また、ガス搬送路３ｂ上には、ガスの流れ方向における開閉弁３ｃの上流側において、加圧ガスＧが流れる際に管内の圧力が低下するのを防止するためのバッファータンクを設けてもよい。これにより、加圧ガスＧの流速を損なわずにプラズマ生成手段２に対して安定して導入することを可能とする。
【００４７】
第１実施形態のプラズマ輸送装置１の動作について簡単に説明する。プラズマ輸送装置１に対して、プラズマ照射を開始する信号が入力されると、まず、プラズマ生成手段２のプラズマ生成部２ｂに電力供給が開始されプラズマ化が可能な状態となる。次に、プラズマ輸送手段３のガス加圧部３ａにおいて、対象物Ｗに行うプラズマ処理の種類（加工前処理、殺菌処理など）や照射強度を考慮した所定の圧力にプラズマ生成用ガスへの加圧が開始される。ガス加圧部３ａにおいてガスの加圧が完了すると、開閉弁３ｃが一瞬間開いて加圧ガスＧがプラズマ生成手段２へ導入される。すると、プラズマ化が可能な状態とされたプラズマ生成部２ｂに加圧ガスＧが導入され、当該加圧ガスＧの一部がプラズマ化される。プラズマ生成部２ｂにおいて生成された大気圧プラズマＰはガス排出口２ｃから排出され、加圧ガスＧが保持している流速にて対象物Ｗまで大気圧プラズマＰを高速に輸送する。
【００４８】
このような、本発明の第１実施形態のプラズマ輸送装置１によれば、従来の装置と比較して、プラズマ照射時にのみプラズマ生成用ガスを流すように構成されているのでコストパフォーマンスに優れ、高速に大気圧プラズマＰを対象物Ｗまで輸送していることで効果の高いプラズマ照射処理を行うことを可能とする。さらに、大気圧プラズマＰを高速に対象物Ｗまで輸送することを可能とした結果、より長い距離を活性種を保持したまま輸送することができるので、対象物Ｗの設置位置の制限が少なくなり、プラズマ処理装置の汎用性を向上させることができる。
【００４９】
本発明のプラズマ輸送装置１の第２実施形態は、図２に示すように、導入されるガスに対して電圧を印加して大気圧プラズマＰを生成するプラズマ生成手段２と、当該プラズマ生成手段２に対して補助プラズマＰ’を生成するためのプラズマ生成用ガスを導入するガス供給手段４と、プラズマ生成手段２に対して瞬間的に加圧ガスＧ導入して当該加圧ガスＧの噴射力によって大気圧プラズマＰを高速に対象物Ｗの表面へ輸送するプラズマ輸送手段３とを備えている。なお、プラズマ生成手段２およびプラズマ輸送手段３については、第１実施形態と同じ構成であるため説明を省略する。
【００５０】
ガス供給手段４は、プラズマ生成用ガスが充填されたガスボンベ４ａと、当該ガスボンベ４ａからプラズマ生成手段２のガス導入口２ａまでプラズマ生成用ガスを搬送するためのガス搬送路４ｂと、ガス搬送路４ｂ上においてガスボンベ４ａからのプラズマ生成用ガスの流れを出止するための開閉弁４ｃとを備えている。
【００５１】
第２実施形態のプラズマ輸送装置１の動作について簡単に説明する。プラズマ輸送装置１に対して、プラズマ照射を開始する信号が入力されると、まず、プラズマ生成手段２のプラズマ生成部２ｂに電力供給が開始され大気圧下におけるプラズマ化が可能な状態となる。次に、プラズマ輸送手段３のガス加圧部３ａにおいて、対象物Ｗに行うプラズマ処理の種類や照射強度を考慮した所定の圧力にプラズマ生成用ガスへの加圧が開始される。それと同時に、ガス供給手段４の開閉弁４ｃ開かれてプラズマ生成手段２へのプラズマ生成用ガスの供給が開始され、プラズマ生成部２ｂにおいて補助プラズマＰ’の生成が開始される。ガス加圧部３ａにおいてガスの加圧が完了すると、開閉弁３ｃが一瞬間開いて加圧ガスＧがプラズマ生成手段２へ導入される。すると、予め、補助プラズマＰ’が生成されているプラズマ生成部２ｂに加圧ガスＧが導入され、当該加圧ガスＧの一部がプラズマ化されて大気圧プラズマＰが生成される。プラズマ生成部２ｂにおいて生成された大気圧プラズマＰはガス排出口２ｃから排出され、加圧ガスＧが保持している流速にて対象物Ｗまで大気圧プラズマＰを高速に輸送する。
【００５２】
このような、本発明の第２実施形態のプラズマ輸送装置１によれば、プラズマ生成手段２において、予め、補助プラズマＰ’が生成されているので、後から導入されてくる加圧ガスＧをより簡単に高速により多量にプラズマ化することができるので、プラズマ生成部２ｂを高速に通過する加圧ガスＧ中により多くの活性種を生成した状態でプラズマ生成手段２から輸送することを可能とする。その結果、対象物Ｗに対してより多くの活性種を到達させることができるので、効果の高いプラズマ処理を実現することが可能となる。
【００５３】
上述の本発明の第１実施形態および第２実施形態のプラズマ輸送装置１においては、図３に示すように、プラズマ生成手段２のガス排出口２ｃから排出されるガスの形状を変更するためのガス形状変更手段５を設けることができる。ガス形状変更手段５は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す態様を採用することが可能である。各形状におけるガス形状変更手段５の特徴と効果を以下にまとめる。
【００５４】
図３（ａ）に示すガス形状変更手段５は、ガスの流れ方向に向かって次第に小径とされたテーパー状の断面形状を有しており、ガスの排出径を極細径に変更する。ガス径を極細径に変更することにより、ガスの流速が加速されて、より遠くまで高速に大気圧プラズマＰを輸送することができるとともに、位置分解能に優れたプラズマ照射処理を行うことが可能となる。
【００５５】
図３（ｂ）に示すガス形状変更手段５は、ガスの流れ方向に向かって次第に大径とされたテーパー状の断面形状を有しており、ガスの排出径を大径に変更する。ガス径を大径に変更することにより、排出されたガスを拡散させることができるので、容易に広範囲にわたるプラズマ照射処理を行うことが可能となる。
【００５６】
図３（ｃ）に示すガス形状変更手段５は、複数の貫通孔が形成された整流面を有しており、ガスの排出形状をシャワー状へ変更する。ガスの排出形状をシャワー状へ変更することにより、ガスの流速を損なわずに、比較的広い範囲にプラズマ照射処理を行うことが可能となる。
【００５７】
また、本発明の第１実施形態および第２実施形態のプラズマ輸送装置１には、図４に示すように、大気圧プラズマＰの流速をより効果的に増大させるためのスロート部Ｓを設けることができる。スロート部Ｓは、図４に示すように、プラズマ生成手段２のガス排出口２ｃの直下において最もせん断面積が小さく、その後、ガスの流れ方向に向かって次第にせん断面積が大きくなるように滑らかに繋がる連続的な曲面形状を有している。このようなスロート部Ｓによれば、ガス排出口２ｃ直下において圧縮波を生じさせるとともに、曲面部Ｓ１において膨張波を生じさせるので、効果的にガスの流速を増大させることを可能とする。
【００５８】
また、本発明の第１実施形態および第２実施形態のプラズマ輸送装置１には、図５（ａ）に示すように、プラズマ生成手段２のガス排出口２ｃから排出されるガスの拡散を抑制するためのガス拡散抑制手段６を設けることができる。
【００５９】
ガス拡散抑制手段６は、図５（ｂ）に示すように、ガス排出口２ｃの周囲にプラズマ生成用ガスを排出する複数の細孔６ａを備えている。このような、ガス拡散抑制手段６は、ガス排出口２ｃの周囲に設けられた複数の細孔６ａからそれぞれプラズマ生成用ガスを噴射することによって、ガス排出口２ｃから輸送される大気圧プラズマＰの周囲を囲うようにガスカーテンを形成し、大気圧プラズマＰの拡散を抑制するものでる。また、プラズマは、空気に接触すると活性種が失われてしまうが、ガス拡散抑制手段６によってガスカーテンを形成することにより、大気圧プラズマＰが空気に接触することをも防止することができる。
【００６０】
この他にも、ガス拡散抑制手段６の態様としては、図５（ｂ）に示すように、円筒形の開口部６ｂを備えている。このような開口部６ｂからプラズマ生成用ガスを噴射することによって、ガス排出口２ｃから輸送される大気圧プラズマＰの周囲を囲うようにガスカーテンを形成するようにしてもよい。
【００６１】
以下に、本発明のプラズマ輸送装置１を用いた実施例について説明する。
【００６２】
＜実施例１＞
実施例１においては、上述の第２実施形態の態様のプラズマ輸送装置１０を用いて行った。本実施例で用いたプラズマ輸送装置１０のより具体的な構成を図６を参照して説明する。本実施例におけるプラズマ輸送装置１０のプラズマ生成手段２０は、図６に示すように、ガラス板２１の対向する両面にそれぞれ金属箔からなる電極２２ａ，２２ｂを貼り付け、当該各電極２２ａ，２２ｂとガラス板２１とを貫通する様に直径１ｍｍの貫通孔２３を形成したものを用いた。当該貫通孔２３に対してガス供給手段４０およびプラズマ輸送手段３０からそれぞれガスが導入されるように形成されている。なお、本実施例においては、ガス供給手段４０としてはレギュレータを０．２ＭＰａに調整した窒素ガスボンベを用い、プラズマ輸送手段３０としてはレギュレータを１．２ＭＰａに調整した窒素ガスボンベを用いた。プラズマ輸送手段３０からのガスの供給時間は電子バルブ３２のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって調整することができる。プラズマを生成する際には、まず、プラズマ供給手段４０からプラズマ生成用ガスとしての窒素ガスを導入し、各電極２２ａ，２２ｂに電圧を印加することによって貫通孔２３内に補助プラズマＰ’を生成しておく。そして、対象物Ｗに対してプラズマ照射を行う際に、プラズマ輸送手段３０の電子バルブ３２を０．１秒間ＯＮにして窒素ガスボンベから加圧ガスＧを前記貫通孔２３に導入して大気圧プラズマＰを生成し、同時に加圧ガスＧの圧力によって大気圧プラズマＰの輸送を行う。
【００６３】
加圧ガスＧは、０．３、０．６および０．９ＭＰａに加圧した窒素ガスを用いた。各加圧ガスＧについて、１回０．１秒で５，１０および２０回の照射を対象物Ｗに対して行い、照射処理後の対象物Ｗの表面の水滴の接触角を測定した。対象物Ｗとしては、銅板を用い、ガス排出口２４と対象物Ｗとの距離は３０ｍｍとしている。なお、プラズマ照射前の対象物Ｗの表面の水滴の接触角は、７８．７°であった。得られた測定結果を表１に示す。
【００６４】
＜比較例１＞
比較例１においては、大気圧下において、流量１Ｌ／ｍｉｎにて導入するプラズマ生成用ガスとしての窒素ガスに電圧を印加して生成した大気圧プラズマを用いた。銅板に対して、連続で５秒間プラズマ照射を行い、処理後の銅板の表面の水滴の接触角の測定を行った。なお、比較例１においては、プラズマ生成手段のガス排出口と銅板との距離を、１０，２０および３０ｍｍとして行った。得られた測定結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
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【００６６】
実施例１の結果は、表１に示すように、加圧ガスＧの圧力が高くなるほど水滴の接触角は小さい値を示した。これは、加圧ガスＧの圧力が高いほど、プラズマ生成手段２０から輸送される大気圧プラズマＰの流速が速くなるため、より多くの活性種が対象物Ｗの表面に到達して処理効果が向上したと考えられる。
【００６７】
また、実施例１および比較例１の結果において、本発明のプラズマ輸送方法を実施した実施例１の照射回数５回のサンプルの方が比較例１の照射距離３０ｍｍのサンプルよりも水滴の接触角が小さい値を示した。この結果から、トータルの照射時間が同じ５秒であっても、加圧ガスＧによって大気圧プラズマＰを高速に輸送することで、対象物Ｗまで到達する活性種の量を増大させることが可能であることが明らかとなった。
【００６８】
さらに、実施例１の０．３ＭＰａ照射回数５回（照射距離３０ｍｍ）の測定結果および比較例１の照射距離１０ｍｍ，２０ｍｍの測定結果から、実施例１のサンプルの方が水滴の接触角が小さい値を示しており、本発明のプラズマ輸送方法を用いることにより、ガス排出口２４と対象物Ｗとの距離を離しても、より多くの活性種を到達させることが可能であることが明らかとなった。
【００６９】
＜実施例２＞
実施例２においては、大気圧プラズマＰを音速（３４０ｍ／ｓ）で輸送することを実現するためのプラズマ輸送装置のガス排出口２４の口径および加圧ガスＧの流量について検討を行った。なお、プラズマ輸送装置１０は実施例１において説明した構成のものを用いた。プラズマ生成用ガスとして窒素ガスを用いた。
【００７０】
まず、音速（３４０ｍ／ｓ）の大気圧プラズマＰの輸送速度を実現するための流量（Ｌ／ｍｉｎ）は、流速（３４０ｍ／ｓ）×ガス排出口２４の開口面積（ｍ２）×６０（ｓ／ｍｉｎ）にて求められる。下記に、ガス排出口２４の口径を直径０．５ｍｍ，１ｍｍ，２ｍｍおよび３ｍｍとした場合の流量をそれぞれ算出する。
【００７１】
（１）ガス排出口２４の口径を直径０．５ｍｍとした場合は、３４０（ｍ／ｓ）×（３．１４×（０．２５×１０−３）２）（ｍ２）×６０（ｓ／ｍｉｎ）＝４．０×１０−３（ｍ３／ｍｉｎ）＝４（Ｌ／ｍｉｎ）となる。
【００７２】
（２）ガス排出口２４の口径を直径１ｍｍとした場合は、３４０（ｍ／ｓ）×（３．１４×（０．５×１０−３）２）（ｍ２）×６０（ｓ／ｍｉｎ）＝０．０１６（ｍ３／ｍｉｎ）＝１６（Ｌ／ｍｉｎ）となる。
【００７３】
（３）ガス排出口２４の口径を直径２ｍｍとした場合は、３４０（ｍ／ｓ）×（３．１４×（１×１０−３）２）（ｍ２）×６０（ｓ／ｍｉｎ）＝０．０６４（ｍ３／ｍｉｎ）＝６４（Ｌ／ｍｉｎ）となる。
【００７４】
（４）ガス排出口２４の口径を直径３ｍｍとした場合は、３４０（ｍ／ｓ）×（３．１４×（１．５×１０−３）２）（ｍ２）×６０（ｓ／ｍｉｎ）＝０．１４４（ｍ３／ｍｉｎ）＝１４４（Ｌ／ｍｉｎ）となる。
【００７５】
本実施例のプラズマ輸送装置１０を適用して大気圧プラズマＰを音速にて輸送することにより、極めて高速で効果の高いプラズマ処理を施すことを可能とする。また、大気圧プラズマＰの流速が音速を超えると、衝撃波が発生するため、音速の壁で気体の膨張が抑制されて大気圧プラズマＰを高密度な状態で対象物Ｗに衝突させることができる。さらに、音速を超えると気体がビーム状となり、気体中の粒子の運動がガスの流れ方向に制限されて粒子同士の衝突が減少するので、より多くの活性種を消滅させずに対象物Ｗまで到達させることが可能となる。
【００７６】
さらに、本実施例のプラズマ処理方法を適用することにより、極めて短い照射時間でプラズマ照射処理を完了させることができるので、従来の連続してプラズマを照射する照射処理と比較して処理時間の短縮および排出ガスの削減による低コスト化を実現することができる。
【００７７】
本発明のプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置は、上述の実施形態および実施例に限定するものではなく、発明の範囲内において、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１、１０  プラズマ輸送装置
２、２０  プラズマ生成手段
２ａ  ガス導入口
２ｂ  プラズマ生成部
２ｃ、２４  ガス排出口
２ｄ  流路
３、３０  プラズマ輸送手段
３ａ、３１  ガス加圧部
３ｂ  ガス搬送路
３ｃ  開閉弁
４、４０  ガス供給手段
４ａ  ガスボンベ
４ｂ  ガス搬送路
４ｃ  開閉弁
５  ガス形状変更手段
６  ガス拡散抑制手段
６ａ  細孔
２１  ガラス板
２２ａ，２２ｂ  電極
２３  貫通孔
３２  電磁バルブ
Ｐ  大気圧プラズマ
Ｐ’  補助プラズマ
Ｇ  加圧ガス
Ｗ  対象物
【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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