(57)【要約】【課題】大気中で広い面積を一括してプラズマ処理することが可能であり、装置構成が簡単で使いやすいプラズマ発生装置を提供する。【解決手段】本発明のプラズマ発生装置は、誘電体により形成され一の主面がプラズマ発生面５１ａとなる隔離部材５１と、プラズマ発生面に沿って二次元配置されかつプラズマ発生面から突設された線状導体１１１を有する第１電極１１と、線状導体２１１を、隔離部材５１を介して第１電極１１の線状導体１１１と対向させて二次元配置した第２電極２１と、第１電極１１と第２電極２１との間に交流電圧を印加する電源３１とを備える。プラズマ発生面５１ａの法線方向に見た平面視において、第１電極１１の線状導体１１１と第２電極２１の線状導体２１１とが重ならない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体により形成され一の主面がプラズマ発生面となる隔離部材と、
前記プラズマ発生面に沿って二次元配置されかつ前記プラズマ発生面から突設された線状導体を有する第１電極と、
線状導体を、前記隔離部材を介して前記第１電極の線状導体と対向させて二次元配置した第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に交流電圧を印加する電源と
を備え、
前記プラズマ発生面の法線方向に見た平面視において、前記第１電極の線状導体と前記第２電極の線状導体とが重ならないプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記第１電極の前記線状導体は第１平面に沿って二次元配置され、前記第２電極の前記線状導体は前記第１平面と平行な第２平面に沿って二次元配置された請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記第１平面と前記第２平面とが前記第１平面の法線方向に所定距離だけ離れた請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生面が平面である請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
平板状の前記隔離部材の一方主面に前記第１電極が設けられ、前記一方主面と反対の他方主面に前記第２電極が設けられ、前記一方主面が前記プラズマ発生面である請求項４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記第１電極および前記第２電極の各々では、複数の直線状の前記線状導体が互いに平行かつ等間隔に配列された請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記線状導体の延設方向および配列ピッチが前記第１電極と前記第２電極との間で互いに同一であり、前記プラズマ発生面の法線方向から見た平面視における前記線状導体の配設位置が、前記第１電極と前記第２電極との間で前記配列ピッチの半分だけ異なる請求項６に記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記プラズマ発生面から突設された前記線状導体が誘電体により被覆された請求項１ないし７のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記プラズマ発生面から突設された前記線状導体が電気的に接地された請求項１ないし８のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
誘電体により形成され一の主面がプラズマ発生面となる隔離部材と、
前記プラズマ発生面に沿って二次元配置されかつ前記プラズマ発生面から突設された線状導体を有する第１電極と、
線状導体を、前記隔離部材を介して前記第１電極の線状導体と対向させて二次元配置した第２電極と
を備え、
前記プラズマ発生面の法線方向に見た平面視において、前記第１電極の線状導体と前記第２電極の線状導体とが重ならないプラズマ発生用電極体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマを発生させて処理対象物の表面に作用させその表面処理を行う技術に関するものであり、特に大気中で使用可能なプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
処理対象物の表面加工や改質等を目的として、処理対象物の表面にプラズマを照射する技術が知られている。中でも、真空チャンバーを必要としない大気圧プラズマを利用するものでは、農作物や生体などの動植物を処理対象物とすることも検討されている。例えば特許文献１に記載の技術では、誘電体であるセラミックチューブで覆われた電極を複数並べ、隣り合う電極間に高周波電圧を印加することにより、それらの電極の間の空間に誘電体バリア放電に起因するプラズマを発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１５２７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においてプラズマが発生するのは電極と電極との間の狭い空間に限られている。そのため、特許文献１にも記載されているように、有効に処理を行うことのできる処理対象物の大きさや電極と処理対象物との好適な距離が限定される。また、処理対象物の表面を広く二次元的に処理するためには、電極と処理対象物とを相対移動させるといった対応が必要となる。このため、上記従来技術は、専門知識を持たない一般ユーザでも簡単に使用することのできるものとは言えない。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、大気中で広い面積を一括してプラズマ処理することが可能であり、装置構成が簡単で使いやすい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】
【０００６】
この発明に係るプラズマ発生装置の一の態様は、上記目的を達成するため、誘電体により形成され一の主面がプラズマ発生面となる隔離部材と、前記プラズマ発生面に沿って二次元配置されかつ前記プラズマ発生面から突設された線状導体を有する第１電極と、線状導体を、前記隔離部材を介して前記第１電極の線状導体と対向させて二次元配置した第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に交流電圧を印加する電源とを備え、前記プラズマ発生面の法線方向に見た平面視において、前記第１電極の線状導体と前記第２電極の線状導体とが重ならない。
【０００７】
このように構成された発明では、第１電極を構成する線状導体と、第２電極を構成する線状導体とが隔離部材を構成する誘電体を介して対向している。第１電極と第２電極との間に交流電圧が印加されて両電極の間で放電が生じるとき、プラズマ発生面の法線方向に見たときに両者の位置がプラズマ発生面に沿って異なっているため、プラズマ発生面に沿った沿面放電となる。すなわち、第１電極の線状導体がプラズマ発生面に突設されているため、第１電極からプラズマ発生面に沿って大気中を通る放電経路が形成される。この放電経路の周囲でプラズマが発生する。第１電極がプラズマ発生面に沿って二次元配置されているため、プラズマはプラズマ発生面に沿って二次元的に発生することとなる。
【０００８】
こうしてプラズマ発生面に沿って二次元的に発生するプラズマを用いることで、大気中で広い面積を一括してプラズマ処理することが可能であり、装置構成が簡単で使いやすいプラズマ発生装置を構成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように、本発明によれば、プラズマ発生面に突出して線状導体が二次元配置されているので、プラズマ発生面に沿って二次元的にプラズマを発生させることができる。これにより、大気中で広い面積を一括してプラズマ処理することが可能で、装置構成が簡単で使いやすいプラズマ発生装置を構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るプラズマ発生装置の原理を説明するための図である。
【図２】本発明に係るプラズマ発生装置の一実施形態の基本構成を示す側面図である。
【図３】面の法線方向から見た電極の平面配置を示す図である。
【図４】電極の他の配置例を示す図である。
【図５】側面から見たときの電極体の構成例を示す図である。
【図６】プラズマ発生装置の他の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係るプラズマ発生装置の実施形態について説明する。このプラズマ発生装置は、例えば食品の殺菌や農作物の成長促進等への適用を目的として、大気圧中でプラズマを発生させる装置である。このような装置においては、処理対象物の表面を広く一様に処理することが求められる。そのため、狭い領域に集中的に高密度のプラズマを発生させるものより、二次元的な広がりを有するプラズマ空間を形成するものが望ましい。以下、そのような目的に好適なプラズマ発生装置の構成および動作について説明するが、最初にその動作原理について説明する。
【００１２】
図１は本発明に係るプラズマ発生装置の原理を説明するための図である。図１（ａ）に示すように、平板状の誘電体Ｄの一方主面Ｓａ側に第１電極Ｅ１、反対側の他方主面Ｓｂ側に第２電極Ｅ２を設け、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に電源ＰＳから交流電圧を印加する場合を考える。ここで、各図における方向を統一的に示すために、図１に示すようにＸＹＺ直交座標系を設定する。例えばＸＹ平面を水平面と考えることができるがこれに限定されない。誘電体ＤはＸＹ平面に沿った主面Ｓａ，Ｓｂを有する平板体である。また、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、誘電体Ｄの主面に沿ってＸ方向に互いに平行に延びる線状の導体である。第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とのＹ方向位置は同一であるとする。
【００１３】
図１（ｂ）において、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２への電圧印加により形成される電界を表す電気力線の例を点線により示す。第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とは誘電体Ｄを介して対向しており、一種のキャパシタを構成している。これらの間に電源ＰＳから交流高電圧が印加されたとき。誘電体Ｄの絶縁耐力が十分に高ければ、第１電極Ｅ１と誘電体Ｄとの間、および第２電極Ｅ２と誘電体Ｄとの間の空間において誘電体バリア放電が生じ、大気中の気体によるプラズマが発生する。第１導体Ｅ１の周囲空間と第２導体Ｅ２の周囲空間とは誘電体Ｄにより隔絶されているため、第１導体Ｅ１の周囲に発生するプラズマと、第２導体Ｅ２の周囲に発生するプラズマとは互いに独立している。
【００１４】
図１（ｂ）にハッチングを付して示すように、電気力線の密度が高く電界強度の高い第１電極Ｅ１と誘電体Ｄとに挟まれた領域、および第２電極Ｅ２と誘電体Ｄとに挟まれた領域において、特にプラズマが発生しやすい。第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とを結ぶ最短経路（図において太い点線で示す）がほぼ誘電体により満たされた状態であれば、プラズマはこの経路を取り巻く周辺の空間で発生する。
【００１５】
第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２はＸ方向に延設されているから、プラズマの発生する空間領域（以下、「プラズマ発生空間」という）も、Ｘ方向に沿って細長く延びた空間となる。ただし、強い電界の形成は第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の近傍に限定されるため、プラズマ発生空間のＹ方向への広がりは小さい。
【００１６】
ここで、図１（ｃ）に示すように、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間でＹ方向位置を少し異ならせることで、プラズマ発生空間をＹ方向に広げることができる。具体的には、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間で大気および誘電体を介して生じる放電が誘電体Ｄ表面に沿った沿面放電となることで、第１電極Ｅ１の周囲に形成されるプラズマ空間は第２電極Ｅ２に近づく側、つまりこの例では（＋Ｙ）方向に広がる。一方、第２電極Ｅ２の周囲に形成されるプラズマ空間は第１電極Ｅ１に近づく方向である（−Ｙ）方向に広がる。図において実線矢印は沿面放電における放電経路を例示している。一般に誘電体として用いられる電気材料の誘電率は空気よりも大きいから、点線で示される誘電体で満たされた電極間の最短経路よりも、より薄い誘電体層および誘電体表面の大気を介した導電経路の方が電流が流れやすくなることがある。この現象を利用して、誘電体の主面に沿って薄く二次元的に広がるプラズマ発生空間を形成することが可能である。
【００１７】
Ｙ方向における第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との距離に関しては、誘電体および周囲雰囲気（大気）それぞれの誘電率の大きさ、および誘電体層の厚さ等に応じて適宜設定することが可能である。Ｙ方向において第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とが近すぎるとプラズマ発生空間の広がりが小さく、また大きすぎると沿面放電が発生しにくくなり、より大きな電圧が必要となる。これらの点を考慮して、適度な印加電圧で沿面放電が生じるように第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の位置設定を行えばよい。
【００１８】
図２は本発明に係るプラズマ発生装置の一実施形態の基本構成を示す側面図である。このプラズマ発生装置１は、例えば石英ガラスのような絶縁耐力が十分に高い誘電体により平板状に形成された隔離部材５１と、隔離部材５１の平坦な一方主面５１ａに沿って設けられた複数の線状導体１１１を含む第１電極１１と、隔離部材５１の他方主面５１ｂに沿って設けられた複数の線状導体２１１を含む第２電極２１とが一体化された電極体１０、および第１電極１１と第２電極２１との間に電圧を印加する電源３１を備えている。なお、ここでは線状導体１１１，２１１の断面形状は円形であるが、これに限定されるものではなく任意である。また、線状導体１１１，２１１と隔離部材５１との間に小さな隙間があってもよい。
【００１９】
第１電極１１は、Ｙ方向に延びる複数の線状導体１１１を互いに平行かつ等間隔に配列した構造を有しており、線状導体１１１は隔離部材５１の（−Ｚ）側主面５１ａに沿って設けられている。一方、第２電極２１は、Ｙ方向に延びる複数の線状導体２１１を互いに平行かつ等間隔に配列した構造を有しており、線状導体２１１は隔離部材５１の（＋Ｚ）側主面５１ｂに沿って設けられている。
【００２０】
したがって、複数の線状導体１１１各々の中心軸を含む面を第１面、複数の線状導体２１１各々の中心軸を含む面を第２面と称するとき、第１面および第２面は互いに平行な平面である。また、第１面と第２面とは、面の法線方向において隔離部材５１の厚さによって決まる所定距離だけ離れている。より厳密には、第１面と第２面との距離は、隔離部材５１の厚さと線状導体１１１，２１１の太さによって決まる。
【００２１】
第１電極１１における線状導体１１１の配列ピッチＰと第２電極２１における線状導体２１１の配列ピッチＰとは等しく、かつ、Ｙ方向において線状導体１１１と線状導体２１１とは配列ピッチＰの（１／２）だけずれた位置に設けられる。すなわち、Ｚ方向に見た平面視においては、第１電極１１の線状導体１１１と第２電極２１の線状導体２１１とが一定ピッチ（Ｐ／２）で交互に配列されている。このため、第１電極１１の線状導体１１１と、これと最も近い位置にある第２電極２１の線状導体２１１との距離は、場所によらず一定である。
【００２２】
電源３１は、第１電極１１と第２電極２１との間に、所定の交流電圧を印加する。電源３１が出力する電圧波形としては種々のものを利用可能であるが、例えば正弦波、矩形波、パルス等の高周波電圧またはこれらに適宜の直流電圧が重畳されたものとすることができる。電源３１の出力端子のうち第１電極１１と接続される側は接地されている。したがって、第１電極１１の接地電位を基準として、上記電圧が第２電極２１に印加される。
【００２３】
前記した原理により線状導体１１１と線状導体２１１との間で大気を介した沿面放電が生じると、図２（ｂ）に矢印で例示する放電経路が形成され、その周囲の大気がプラズマ化する。第１電極１１および第２電極２１はそれぞれ二次元配列された線状導体を有しているため、図２（ｃ）にハッチングを付して示すように、隔離部材５１の主面５１ａ，５１ｂそれぞれに沿って、二次元的に広がる薄いプラズマ発生空間ＰＬが生じる。
【００２４】
複数の線状導体１１１間の距離、および複数の線状導体２１１間の距離をそれぞれ一定にしておくことで、隔離部材５１の両主面に沿って略一様なプラズマを発生させることができる。また、第１電極１１の線状導体１１１と第２電極２１の線状導体２１１との距離を一定としておくことにより、両者の距離が最も近い箇所での電界の集中に起因する局所的な放電を抑制し、各部においてほぼ一様なプラズマを発生させることができる。
【００２５】
隔離部材５１の主面の法線方向に沿って見た平面視において第１電極１１と第２電極１２とが互いに重なっていることは好ましくない。このような場合、当該重なり部分において電界の集中が生じ、図１（ｂ）に示したように二次元的な広がりの小さいプラズマ空間が形成される一方、その他の部分ではプラズマが発生しない。したがって、平面視においては両電極が互いに重ならないことが好ましく、主要部において電極間の距離が一定であることがより好ましい。
【００２６】
図２（ｄ）は上記構成のプラズマ発生装置１における大気中でのプラズマ発光を撮像した画像の例である。透明な石英ガラスである隔離部材の像は画像に明瞭には現れていないが、平行に配列された直線状の導体に対応する暗い像の周囲およびそれらの間を埋めるように明るい領域が二次元的に広がっており、隔離部材の表面に沿って発生するプラズマによる発光が確認できる。
【００２７】
図３は面の法線方向から見た電極の平面配置を示す図である。図２（ａ）に示したプラズマ発生装置１の電極体１０における電極の配置は、例えば図３（ａ）に示す通りである。すなわち、第１電極１１をなす複数の線状導体１１１は、隔離部材５１の（−Ｚ）側主面に互いに平行かつ独立して一定ピッチＰで配列されている。また、第２電極２１をなす複数の線状導体２１１は、隔離部材５１の（＋Ｚ）側主面に互いに平行かつ独立して一定ピッチＰで配列されている。線状導体１１１は外部配線により互いに電気的に接続されて第１電極１１をなしており、電源３１の接地極に接続されている。また、線状導体２１１は外部配線により互いに電気的に接続されて第２電極２１をなしており、電源３１の他方極に接続されている。
【００２８】
プラズマ発生装置１が処理対象物の表面処理に適用されるとき、隔離部材５１のうち第１電極１１が配設された主面５１ａが、処理対象物に対向配置される。主面５１ａに沿って発生したプラズマが処理対象物に作用することで、殺菌、成長促進等の目的が達成される。この意味において、主面５１ａが「プラズマ発生面」としての機能を有する。主面５１ａから突設された第１電極１１の線状導体１１１が電気的に接地されることで、処理対象物やユーザに接触するおそれがある場合でも、短絡事故等の発生を防止することができる。
【００２９】
なお、電極の平面配置は上記に限定されず、以下に例示するように種々の配置パターンとすることが可能である。例えば図３（ｂ）に示す例では、第１電極１２は、一定ピッチで配列された線状導体１２１が、隔離部材５２の（−Ｚ）側主面に設けられた接続部１２２により相互に電気的に接続された構造を有している。また、第２電極２２は、一定ピッチで配列された線状導体２２１が、隔離部材５２の（＋Ｚ）側主面上で接続部２２２により相互に電気的に接続された構造を有している。
【００３０】
この場合にも、第１電極１２を構成する各部と第２電極２２を構成する各部とが一定の距離を保つような配置とすることで、隔離部材５２の主面に沿って一様なプラズマを発生させることができる。なお、第１電極１２と第２電極２２との距離が全ての箇所において同一であることを要するものではない。例えば、第１電極１２の接続部１２２と第２電極２２の線状導体２２１との間、および第２電極２２の接続部２２２と第１電極１２の線状導体１２１との間については、これらの箇所で放電を生じさせる必要がなければ、第１電極１２の線状導体１２１と第２電極２２の線状導体２２１との間よりも距離が大きくてもよい。要するに、一様なプラズマを得たい領域において電極間の距離を一定とし、それ以外の領域では電極間距離がより大きくなるようにしておけばよい。
【００３１】
図４は電極の他の配置例を示す図である。図４（ａ）に示す電極体の例では、第１電極１３をなす複数の線状導体１３１は隔離部材５３の（−Ｚ）側主面上で蛇腹状に相互に接続されている。一方、第２電極２３では、図３（ａ）に示した例と同様に、互いに独立した複数の線状導体２３１が外部で電気的に接続されている。第１電極および第２電極の形状が上記とは逆の関係であってもよい。また、図４（ｂ）に示すように、第１電極１４と第２電極２４とが隔離部材５４の両主面においてそれぞれ単一面内で巻回された渦状に形成された構成でもよい。これらの場合においても、第１電極を構成する各部と第２電極を構成する各部とが一定の距離を保つような配置とすることで、隔離部材５３，５４の主面に沿って一様なプラズマを発生させることができる。
【００３２】
これらの例に示すように、第１電極および第２電極は複数の線状導体からなるものに限定されず、単一の線状導体が分岐または屈曲されて二次元的な形状を示すものであってもよい。また、第１電極と第２電極との間で線状導体の形状が同じである必要はない。
【００３３】
図５は側面から見たときの電極体の構成例を示す図である。図２（ａ）に示すプラズマ発生装置１では、誘電体により形成された隔離部材５１の両主面に線状導体１１１，１２１が露出した状態で配置されている。これに対し、図５（ａ）に示す例では、第１電極１５は、隔離部材５５の（−Ｚ）側主面５５ａに設けられた線状導体１５１の表面が薄い誘電体層１５２により被覆された構造を有する。また、第２電極２５は、隔離部材５５の（＋Ｚ）側主面５５ｂに設けられた線状導体２５１の表面が薄い誘電体層２５２により被覆された構造となっている。
【００３４】
このような構成によっても、図５（ａ）に矢印で例示するように、隔離部材５５の主面に沿った沿面放電の経路が形成されることで、該経路の周囲に大気のプラズマを発生させることができる。また、線状導体１５１，２５１がその周囲に発生するプラズマに曝されることがないため、導体材料（例えば金属）がプラズマ中に混入し処理対象物を汚染することが防止される。
【００３５】
図５（ｂ）に示す例では、第１電極１６を構成する線状導体１６１の表面を覆う誘電体層５６１、第２電極２６を構成する線状導体２６１の表面を覆う誘電体層５６２が隔離部材５６と一体化されている。このような構成によっても、線状導体１６１，２６１のプラズマによる曝露が防止される。ただし、線状導体１６１，２６１が隔離部材５６の主面から十分に突出していないと、強い電界は隔離部材５６を構成する誘電体の内部のみに形成されて沿面放電の経路が形成されにくくなり、主面に沿った大気中でのプラズマが発生しなくなる。
【００３６】
図５（ｃ）に示す例では、隔離部材５７の主面が平坦ではなく規則的に波打った形状となっている。具体的には、隔離部材５７の両主面が、第１電極１７の線状導体１７１および第２電極２７の線状導体２７１の配列ピッチと同一周期の凹凸を有している。そして、両主面の凹部に線状導体１７１，２７１が配置されている。このような構成によっても、線状導体１７１，２７１それぞれの周囲にプラズマを発生させることが可能である。すなわち、隔離部材の主面は必ずしも平面でなくてもよい。
【００３７】
ここで、隔離部材５７の凹凸をさらに大きくして、線状導体１７１，２７１を同一平面に配置することも可能である。ただし、隣り合う線状導体１７１，１７１間、および線状導体２７１，２７１間に入り込む隔離部材５７の凸部が各線状導体の周囲に形成されるプラズマ空間を相互に隔絶させ、結果として二次元的に大きな広がりを有する連続的なプラズマを発生させることができなくなる場合があり得る。
【００３８】
なお、図３および図４に示した電極の平面配置と、図２（ａ）および図５に示した隔離部材への線状導体の設置態様とについては、任意の組み合わせで実施することが可能である。また、図５（ａ）、図５（ｂ）に例示した誘電体による導体の被覆については、隔離部材の一方主面側のみで実施されてもよい。
【００３９】
ここで、上記のように構成されたプラズマ発生装置１が処理対象物の表面処理に用いられる状況について検討する。上記した各構成例では、隔離部材の一方主面側と他方主面側とで電極配置が概ね同じであり、隔離部材の両面それぞれにおいて発生するプラズマの分布は隔離部材に対して一定の対称性を有するものと考えられる。しかしながら、処理対象物にプラズマを作用させるのに際しては、プラズマが発生しているいずれか一方の主面を処理対象物に近づければよい。そのため、プラズマが隔離部材の両主面に沿って発生する必要は必ずしもなく、またプラズマの分布についても対称性を必須としない。また、上記構成例では、一方主面側で発生するプラズマと他方主面側で発生するプラズマとは隔離部材により隔離されており互いに混じり合うことがない。これらのことから、プラズマの対称性を求めず、以下のようにプラズマ発生装置を構成することも可能である。
【００４０】
図６はプラズマ発生装置の他の構成を示す図である。なお、図を見やすくするために、ここでは電源および電源と電極とを接続する配線の図示を省略し、隔壁部材、第１電極および第２電極を含む電極体のみを図示している。図６（ａ）に示す電極体の例では、第１電極１８を構成する線状導体１８１が誘電体により形成された隔壁部材５８の下面に突設される一方、第２電極２８を構成する線状導体２８１は隔壁部材５８の誘電体中に完全に埋め込まれた構成となっている。このような構成では、第２電極２８の周囲でのプラズマ発生は生じないが、前記したように一方主面側のプラズマのみを利用する態様において実用上は何ら問題ない。むしろ、処理に用いられないプラズマの発生を抑制することで、装置としての取り扱いは容易になる。
【００４１】
また、図６（ｂ）に示す電極体の例では、第１電極１９を構成する線状導体１９１が誘電体により形成された隔壁部材５９の下面に突設される一方、第２電極２９を構成する線状導体２９１が設けられた隔壁部材５９の上面側は中空のハウジング６９で覆われている。このような構成によれば、隔壁部材５９の上面側と下面側とが空間的に完全に隔離されている。このため、第１電極１９と第２電極２９とで周囲雰囲気を独立したものとすることができる。例えば第１電極１９を大気中に置く一方、第２電極２９については例えば不活性ガスのような異なる雰囲気中に置くことが可能である。またハウジング６９を設けたことにより、例えば電極部分をユーザから隔離し、取り扱いを容易なものにすることができる。
【００４２】
図６（ｃ）に示す電極体の例では、図６（ｂ）に示すハウジング６９に、外部からハウジング６９内に気体を流入させるための流入口６９１と、ハウジング６９内の気体を外部へ流出させるための流出口６９２とがさらに設けられている。このような構成によれば、ハウジング６９内で発生させたプラズマの活性種を含んだ気体を外部へ取り出すことが可能であり、このような気体を他の処理に利用することが可能となる。この場合、ハウジング内に導入される気体を大気とは異なるものとすることができる。
【００４３】
図６に示した各構成例においても、電極の平面配置については図３および図４に例示したものを利用することが可能である。また、図５に示した隔離部材に対する線状導体の各種設置態様についても、図６に記載されたものと適宜組み合わせることが可能である。
【００４４】
なお、上記各構成例のプラズマ発生装置１が処理対象物の処理に用いられるとき、前記したように、面に沿って一様なプラズマが発生している隔離部材の一の主面が処理対象物に近づけられればよい。図６の各例では下側主面がこれに該当し、当該主面がプラズマ発生面として機能する。処理対象物に対向配置される方の主面に配置された電極については、電気的に接地されていることが望ましい。
【００４５】
上記のような構成を有するプラズマ発生装置１は、例えば食用キノコの栽培用の菌床を処理対象物として、その成長促進効果を得るためにプラズマによる表面処理を行う目的に適用可能である。ただし、このプラズマ発生装置１の処理対象物はこれに限定されるものではない。例えば、これまでにも種々の材料に対して、表面の粗面化、接着性や撥水性等の改善、表面積の拡大、清浄化、殺菌等を目的としてプラズマによる表面処理が実施されているが、これらについても、このプラズマ発生装置１を用いた処理の対象とすることが可能である。
【００４６】
特に、大気中で処理が可能であることから、真空状態に耐えない各種の材料、例えば水分などの液体や他の揮発性の成分を含むもの、内部に気泡を含むもの、動植物の組織等に対しても表面処理を実施することが可能である。また、処理対象物の導電性の有無に関わらず、表面処理を実施可能である。
【００４７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の説明では、第１電極が隔離部材の下面に、第２電極が隔離部材の上面または内部にそれぞれ設けられている。しかしながら、実使用状態においては隔離部材がどのような姿勢で用いられても構わない。例えば、鉛直方向に支持された隔離部材に対して第１および第２電極が設けられた構成であってもよい。
【００４８】
また例えば、上記実施形態では第１電極がプラズマ発生面から突出した状態に設けられる一方、第２電極はプラズマ発生面から後退した位置に設けられているが、第２電極もプラズマ発生面から突出した状態であってもよい。
【００４９】
また、上記実施形態のプラズマ発生装置１は大気雰囲気中で使用されることを前提とするものである。このため、電極体の周囲に存在する気体は空気である。しかしながら、より確実にプラズマを発生させるために、あるいはプラズマ中の活性種の種類をより積極的に制御するために、例えば電極体の周囲にヘリウムガスやアルゴンガスなどの不活性ガスが吹き込まれてもよい。この場合のガス供給源はプラズマ発生装置に組み込まれてもよいが、外部の供給源からガスが供給されてもよい。またこの場合、隔離部材の一方主面側に供給される気体と他方主面側に供給される気体とが異なっていてもよい。また、処理は大気圧下に限定されず、例えば軽度の減圧または加圧状態で上記処理が行われてもよい。
【００５０】
また例えば、上記実施形態は、隔離部材に第１電極および第２電極が設けられた電極体と、これに電圧を与える電源とを備えるプラズマ発生装置であるが、他の電源と組み合わせて使用することを前提として、上記した構成の隔離部材と、第１電極と、第２電極とを備える電極体として本発明が実施されてもよい。
【００５１】
以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明のプラズマ発生装置においては、例えば、第１電極の線状導体は第１平面に沿って二次元配置され、第２電極の線状導体は第１平面と平行な第２平面に沿って二次元配置されてもよい。この場合、第１平面と第２平面とが第１平面の法線方向に所定距離だけ離れていてもよい。このような構成によれば、第１平面に平行な方向に沿って広がるプラズマを発生させることができる。
【００５２】
また例えば、プラズマ発生面は平面であってもよい。このような構成によれば、平面状のプラズマ発生面に沿って二次元的にプラズマを発生させることができる。このため、種々の処理対象物にプラズマ発生面を対向させて処理を行うことが可能となる。
【００５３】
この場合、例えば、平板状の隔離部材の一方主面に第１電極が設けられ、一方主面と反対の他方主面に第２電極が設けられてもよい。このような構成によれば、第１電極が設けられた一方主面をプラズマ発生面として機能させることができる。
【００５４】
また例えば、第１電極および第２電極の各々では、複数の直線状の線状導体が互いに平行かつ等間隔に配列されていてもよい。このような構成によれば、第１電極内および第２電極内のそれぞれで線状導体間の位置関係を良好に保つことができ、さらに第１電極と第２電極との間でも線状導体間の位置関係を良好に保つことができる。これにより、電極間の放電に起因するプラズマを安定的に発生させることが可能になる。
【００５５】
この場合、さらに、線状導体の延設方向および配列ピッチが第１電極と第２電極との間で互いに同一であり、プラズマ発生面の法線方向から見た平面視における線状導体の配設位置が、第１電極と第２電極との間で配列ピッチの半分だけ異なっていてもよい。このような構成によれば、第１電極と第２電極との間で線状導体間の距離が一定となるので、広い範囲にわたり一様にプラズマを発生させることができる。
【００５６】
また例えば、プラズマ発生面から突設された線状導体が誘電体により被覆された構造であってもよい。このような構成によれば、線状導体がプラズマに曝されることがなく、例えば線状導体の組成成分が処理中に処理対象物に付着するのを防止することができる。また、例えば導電性を有する処理対象物と接触することで生じ得る短絡事故を防止することができる。
【００５７】
また例えば、プラズマ発生面から突設された線状導体が電気的に接地されていてもよい。このような構成によれば、プラズマ発生面から突設された線状導体に高電圧が印加されることがないので、ユーザによる取り扱いにおける利便性を向上させることができる。また、導電性を有する処理対象物と線状導体との間で放電が生じるのを防止することができる。特に、第２電極がプラズマ発生面よりも後退した構成においては、プラズマ発生面から突出し処理対象物との距離が近くなる第１電極が接地されることで、上記効果は顕著なものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この発明は、各種の処理対象物の表面にプラズマにより処理する技術分野に好適に適用可能である。特に、簡単な構成で大気雰囲気中での処理が可能となっているので、農業、漁業、食品産業等の分野において一般ユーザが手軽に利用可能な装置を実現することが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１  プラズマ発生装置
１０  電極体
１１〜１９  第１電極
２１〜２９  第２電極
３１  電源
５１  隔離部材
１１１  （第１電極の）線状導体
２１１  （第２電極の）線状導体
【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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