(57)【要約】【課題】電極へ印加する電圧の立ち上がり時間を改善でき、大気圧近傍の圧力下でのグロー放電により、ストリーマにならない安定したプラズマ発生を実現できるようにする。【解決手段】両電極間で誘電体バリア放電によりプラズマを発生させる場合、両電極Ａ・Ｂに、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となるパルス波又は正弦波の高電圧を同時に印加する。一方の電極又は両方の電極の高電圧を可変して、プラズマ中のイオンと電子のバランスを調整する【選択図】　図５
2004055362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両電極間で誘電体バリア放電によりプラズマを発生させる方法であって、前記両電極に、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となるパルス波又は正弦波の高電圧を同時に印加することを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項２】
両電極に同時に印加する高電圧をパルスとして、その立ち上がり時点を両電極間でずらすことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生方法。
【請求項３】
一方の電極又は両方の電極の高電圧を可変して、プラズマ中のイオンと電子のバランスを調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ発生方法。
【請求項４】
印加する電圧の正負両方の極性又は片方の極性を可変することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生方法。
【請求項５】
大気圧近傍の圧力下でグロー放電させることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のプラズマ発生方法。
【請求項６】
両電極に電源装置から高電圧を印加して、両電極間で誘電体バリア放電によりプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、前記電源装置が、前記両電極に、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となるパルス波又は正弦波の高電圧を同時に印加することを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項７】
両電極に同時に印加される高電圧がパルスであって、その立ち上がり時点が両電極間でずれていることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
一方の電極又は両方の電極への印加電圧を可変する電圧可変手段を電源装置に備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
電圧可変手段は、印加する電圧の正負両方の極性又は片方の極性を可変することを特徴とする請求項８に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
電源装置は、正極性の直流高電圧を発生する正極性直流高電圧電源、負極性の直流高電圧を発生する負極性直流高電圧電源、これら正負の直流高電圧を、トーテムポール形に接続した半導体スイッチング素子のオン・オフにより、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となる一対の高電圧のパルスとして両電極に印加するインバータ回路とを備えていることを特徴とする請求項６、７、８又は９に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
正極性直流高電圧電源及び負極性直流高電圧電源の少なくとも一方の高電圧を調整する電圧調整器を備えたことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】
インバータ回路は、正直流電源から上アームＳＷ１、中間アームＳＷ２、下アームＳＷ３を経てアースに至るとともに、これら中間アームＳＷ２と下アームＳＷ３の中点から分岐アームＳＷ４を介して負直流電源へ至る第１の組と、これとは並列に正直流電源から上アームＳＷ５、中間アームＳＷ６、下アームＳＷ７を経てアースに至るとともに、これら中間アームＳＷ６と下アームＳＷ７の中点から分岐アームＳＷ８を介して負直流電源へ至る第２の組とで構成され、各アームの半導体スイッチング素子が次の表１に示す繰り返し順序でオン・オフすることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のプラズマ発生装置。
【表１】
2004055362.tif 000004
【請求項１３】
電源装置は、直流電圧を発生する直流電源、その直流電圧を、トーテムポール形に接続した半導体スイッチング素子のオン・オフにより、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となる一対のパルスとするインバータ回路と、該一対のパルスを高電圧に昇圧して両電極に印加する一対のパルストランスとを備えていることを特徴とする請求項６、７又は８に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１４】
インバータ回路は、第１の直流電源から上アームＳＷ１、下アームＳＷ２を経てアースに至る第１組と、第２の直流電源から上アームＳＷ３、下アームＳＷ４を経てアースに至る第２組と、第１組とは並列で、第１の直流電源から上アームＳＷ５、下アームＳＷ６を経てアースに至る第２組と、第３組とは並列で、第２の直流電源から上アームＳＷ７、下アームＳＷ８を経てアースに至る第４組とで構成され、第１組の上下のアームＳＷ１・ＳＷ２の中点と第２組の上下のアームＳＷ３・ＳＷ４の中点が第１のパルストランスの一次側に接続され、第３組の上下のアームＳＷ５・ＳＷ６の中点と第４組の上下のアームＳＷ７・ＳＷ８の中点が第２のパルストランスの一次側に接続され、各アームの半導体スイッチング素子が次の表２に示す繰り返し順序でオン・オフすることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ発生装置。
【表２】
2004055362.tif 000005
【請求項１５】
第１の直流電源及び第２の直流電源の少なくとも一方の電圧を調整する電圧調整手段を備えたことを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１６】
各アームの半導体スイッチング素子へのゲートパルスの幅を調整するパルス幅調整手段を備えたことを特徴とする請求項１２又は１４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１７】
ゲートパルスの繰り返し周波数を調整する繰り返し周波数調整手段を備えたことを特徴とする請求項１２又は１４に記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体バリア放電によりプラズマを発生させるプラズマ発生方法及びプラズマ発生装置に関し、プラズマを利用した、表面改質（濡れ性、接着性、親水性、撥水性等の改善）やイオンプレーティング、洗浄、エッチング、アッシング、殺菌、スパッタリング、水の分解・分析、光の分解・分析、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、コロナ処理、帯電、除電、人工ダイヤモンド膜形成、オゾン処理等に広範囲に適用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大気圧中でプラズマを発生させる場合、２極の誘電体電極間に正弦波状の高周波高電圧又は高周波パルス高電圧を印加して行っていた。
特許第３０４０３５８号公報には、大気圧近傍の圧力下で、両電極間で誘電体バリア放電によりグロー放電プラズマを発生させる場合、片方の電極を接地電位として基準に取り、他方の電極に正、負が交互に連続的に繰り返す高電圧パルスを印加し、そのパルスの立ち上がりを急峻にすることで、プラズマ処理効率を向上させる技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように印加電圧パルスの立ち上がりを急峻にしても、印加する発振周波数を高くすると、どうしてもストリーマを含んだ放電となり、発振周波数を下げ気味（１〜３ＫＨｚ）にして使用しているのが現状であった。
【０００４】
その原因を究明し、改善するために、本発明者は次のような種々の実験を試みた。
＜テスト１＞
先ず、図１に示すように、対向面が誘電体で覆われた両電極Ａ・Ｂに印加する高電圧を、一方の電極Ａには正極性のパルス波（矩形波）、他方の電極Ｂには負極性のパルス波として同時に印加することで、放電開始電圧の改善ができると想ったが、ストリーマを多く含んだバラバラの放電となり、パルスの立ち上がり時間を極力短くしても改善できず、印加電圧を通常の倍近く（空気中の場合、通常７ＫＶで放電、これに対して１５ＫＶ）印加してもなかなか放電しなかった。この現象は、誘電体間でチャージアップが起こり、印加電圧を上げても放電できず、ストリーマを多く含んだバラバラの放電となったと考えられる。
【０００５】
＜テスト２＞
次に、図２に示すように、片側の電極Ｂを接地し、反対側の電極Ａに片極性の高電圧パルスを印加してみた。この場合もやはりテスト１と同様に、印加電圧を高くしてもグロー放電にはならず、バラバラの放電であった。やはりこれも、誘電体が介在している電極Ａ・Ｂ間でチャージアップが起こり、プラズマ電流が流れなくなるためと考えられる。
＜テスト３＞
次に、図３に示すように、片方の電極Ｂをアースして両電極Ａ・Ｂ間に正負に繰り返すバイポーラの高電圧パルス波を印加してみた。この場合は、１３ＫＶ（空気中）で放電開始となり、繰り返し周波数が３ＫＨｚ以下で比較的きれいなグロー放電となった。しかし、繰り返し周波数を高くして１０ＫＨｚ以上にすると、やはりストリーマ放電となってしまった。
【０００６】
何故、繰り返し周波数を高くするとストリーマ放電になるのかを考察すると、片側が接地電極なため、電極ギャップ中を仮想の接地と考えると、次のように電荷の分布が違うのではないかと推定される。
【０００７】
図４の等価回路で示すように、電極間に誘電体が介在している電極Ａの表面と仮想接地間、及び電極Ｂの表面と仮想接地間には、それぞれ浮遊容量ＣＳ１とＣＳ２が存在しており、これらの静電容量値は異なっていると考えられ、静電容量ＣＡ、Ｃｇ、ＣＢはチャージ、ディスチャージが行われるが、静電容量値が異なるＣＳ１とＣＳ２は、的確にディスチャージが行われないために、残留電荷が残り、繰り返し周波数を高くするとチャージ、ディスチャージが正常に行われなくなり、バラバラの放電（ストリーマ放電）になってしまうと考えられる。
【０００８】
そこで、図５に示すように、両電極Ａ・Ｂに、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となる高電圧のパルス波（矩形波）を同時に印加してみた。この場合は、繰り返し周波数（２０ＫＨｚ）を高くしても、グロー状の明るい良好な放電が安定して得られた。
【０００９】
この場合の等価回路を図６に示す。図５に示すような対称パルス波を両電極Ａ・Ｂに同時に印加すると、電極Ａと仮想接地間、電極Ｂと仮想接地間の浮遊容量ＣＳ１、ＣＳ２は同じ値となる。そのため、繰り返し周波数を高くしても、両電極Ａ・Ｂ間でチャージ、ディスチャージが規則的に的確に行われて残留電荷が残らず、電極ギャップ空間では、グロー状のプラズマを安定して発生できることになる。また、図３に示したような零点を基準として正負の電圧が繰り返す高電圧に比べ、放電開始電圧は１／２以下となり、立ち上がり時間が改善できる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような試行錯誤と実験を経て、誘電体の介在により両電極Ａ・Ｂ間で残留電荷が生じ、これがストリーマ放電を生じさせる要因になっているとの考えから、図５及び図６に示したようにすればそれを解消できるとの知見を見出し、これを根拠とした本発明に到達したものである。
【００１１】
すなわち、本発明のプラズマ発生方法は、両電極間で誘電体バリア放電によりプラズマを発生させるに当たり、両電極に、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となるパルス波又は正弦波の高電圧を同時に印加することを要旨とする。
【００１２】
大気圧中でプラズマを発生させるためには、両電極に印加する電圧の時間幅を極力短くすることが好ましいが、半導体スイッチング素子を使用して生成する高電圧のパルス幅は、最小が１．５μｓ〜２．０μｓ程度で、ｎｓレベルの幅を得るのは非常に困難である。また、サイン波状の高電圧では、どうしても周期が長く、放電開始までの印加時間が必然的に長くなってしまう。放電開始後に必要以上に高電圧の印加時間を長くするのは、電力浪費などの観点から無駄なことで、短ければ短いほど良い。
【００１３】
そこで、図７に示すように、両電極に同時に印加する高電圧をパルスとして、その立ち上がり時点を両電極間で少しずらせば、放電電流波形は、そのずれ時間で極性が瞬時に反転するインパルスとなるので、放電に要する電圧印加時間を必要最低限まで短縮できる。
【００１４】
このようなことから、本発明において「位相が重複している」とは、図５に示したように、両電極に同時に印加される高電圧の位相が両電極間で完全に一致して、両電極間での波形の立ち上がり時点が時間軸上で同期している場合に限らず、図７に示したように、逆極性のパルスの立ち上がり時点は両電極間でずれてはいるが、一方の電極側で例えば正の電圧が印加されているとき、他方の電極側では負の電圧が同時に印加されて、その電圧持続時間が時間軸上で部分的に重複している場合も含めた意味である。
【００１５】
一方の電極又は両方の電極の高電圧を可変すれば、プラズマ中のイオンと電子のバランスを調整して、プラズマを安定化できる。その場合、印加する電圧の正負両方の極性を可変しても、片方の極性を可変してもよい。
【００１６】
本発明は、大気圧近傍の圧力下でグロー放電させるのに好適である。
【００１７】
本発明のプラズマ発生装置では、電源装置が、両電極に対し、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となるパルス波又は正弦波の高電圧を同時に印加する。
【００１８】
電源装置として半導体高圧スイッチング方式とパルストランス方式とがあり、前者の方式の場合には、正極性の直流高電圧を発生する正極性直流高電圧電源、負極性の直流高電圧を発生する負極性直流高電圧電源、これら正負の直流高電圧を、トーテムポール形に接続した半導体スイッチング素子のオン・オフにより、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となる一対の高電圧のパルスとして両電極に印加するインバータ回路とを備えている。
【００１９】
半導体高圧スイッチング方式の場合、インバータ回路の好ましい具体的回路は、図８に示すように、正極性直流高電圧電源＋ＨＶから上アームＳＷ１、中間アームＳＷ２、下アームＳＷ３を経てアースに至るとともに、これら中間アームＳＷ２と下アームＳＷ３の中点から分岐アームＳＷ４を介して負極性直流高電圧電源−ＨＶへ至る第１の組と、これとは並列に正極性直流高電圧電源＋ＨＶから上アームＳＷ５、中間アームＳＷ６、下アームＳＷ７を経てアースに至るとともに、これら中間アームＳＷ６と下アームＳＷ７の中点から分岐アームＳＷ８を介して負極性直流高電圧電源−ＨＶへ至る第２の組とで構成される。
【００２０】
各アームは、図９に示すように、ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を耐圧のために多段接続し、各半導体スイッチング素子につきダイオードを並列接続したもので、誘電体が介在している両電極Ａ・Ｂの一方の電極Ａには、上アームＳＷ１と中間アームＳＷ２との中点での電圧が印加され、他方の電極Ｂには、上アームＳＷ５と中間アームＳＷ６との中点での電圧が印加される。６つのアームの半導体スイッチング素子は、次の表３に示す１番目から４番目の繰り返し順序でオン・オフされる。これにより図１０のタイミングチャートに示すように、両電極Ａ・Ｂには、極性が正負対称で位相が一致して正負がそれぞれ交互となる高電圧のパルス波が印加されることになる。
【表３】
2004055362.tif 000003
【００２１】
表３の２番目のとき、電極Ａと電極Ｂには、同位相で極性が逆のパルス高電圧が同時に印加されるため、電極の片方を接地電極としてもう一方の電極に高電圧を印加した場合に比べ、２倍の電圧が両電極Ａ・Ｂ間に印加され、これらの空間ギャップに２倍の電界が発生する。また、電圧が立ち上がった瞬間、正、負の電圧が同時に立ち上がるため、電極の片方を接地電極としてもう一方の電極に印加した場合に比べ、放電開始電圧が２倍ほど速くなり、立ち上がり時間が改善される。表３の２番目が完了した後、今度は４番目になると、一方の電極Ａとアース間、他方の電極Ｂとアース間は逆極性の電圧が同時に加わる。図１１及び図１２にこのような作用を示す。
【００２２】
かかる作用により、電極Ａとアース間、両電極Ａ・Ｂ間、電極Ｂとアース間において、先に正又は負のパルス高電圧でチャージした電荷分はディスチャージされ、電極Ａ・Ｂ間にはチャージが残らず無チャージ状態に繰り返し戻る。従って、正、負逆極性のしかも同位相で交互に反転するパルス高電圧の印加により、両電極Ａ・Ｂ間にプラズマ電流がスムーズに流れ、ストリーマ放電にはならない。電極Ａ・Ｂに印加するパルス高電圧の繰り返し周波数を高くすると、電極Ａ・Ｂ間で発生するプラズマの残留電荷が残る場合もあるが、正極性直流高電圧電源＋ＨＶと負極性高電圧直流電源−ＨＶの双方又はいずれか一方の印加電圧を調整すれば、両電極Ａ・Ｂ間の空間に存在する電子とイオンのバランスをとることができるので、大気圧下でプラズマを安定して発生できる。
【００２３】
後者のパルストランス方式の電源装置の場合には、直流電圧を発生する直流電源、その直流電圧を、トーテムポール形に接続した半導体スイッチング素子のオン・オフにより、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となる一対のパルスとするインバータ回路と、該一対のパルスを高電圧に昇圧して両電極に印加する一対のパルストランスとを備えている。
【００２４】
パルストランス方式の場合、インバータ回路の好ましい具体的回路は、図１３に示すように、第１の直流電源＋Ｅ１から上アームＳＷ１、下アームＳＷ２を経てアースに至る第１組と、第２の直流電源＋Ｅ２から上アームＳＷ３、下アームＳＷ４を経てアースに至る第２組と、第１組とは並列で、第１の直流電源＋Ｅ１から上アームＳＷ５、下アームＳＷ６を経てアースに至る第２組と、第３組とは並列で、第２の直流電源＋Ｅ２から上アームＳＷ７、下アームＳＷ８を経てアースに至る第４組とで構成され、第１組の上下のアームＳＷ１・ＳＷ２の中点と第２組の上下のアームＳＷ３・ＳＷ４の中点が第１のパルストランスＴ１の一次側に接続され、第３組の上下のアームＳＷ５・ＳＷ６の中点と第４組の上下のアームＳＷ７・ＳＷ８の中点が第２のパルストランスＴ２の一次側に接続され、全体として２組のフルブリッジ回路構成となっている。
【００２５】
そして、ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を図９に示すように多段に積み重ねた各アームの半導体スイッチング素子が、前記の表３に示す繰り返し順序でオン・オフされ、誘電体が介在している両電極Ａ・Ｂの一方の電極Ａには、第１のパルストランスＴ１の二次電圧が印加され、他方の電極Ｂには、第２のパルストランスＴ２の二次電圧が印加される。
【００２６】
図１３に示すように、第１及び第２のアームＳＷ１・ＳＷ２、第５及び第６のアームＳＷ５・ＳＷ６は、第１の直流電源＋Ｅ１から電源供給される。また、第３及び第４のアームＳＷ３・ＳＷ４、第７及び第８のアームＳＷ７・ＳＷ８は、第２の直流電源＋Ｅ２から電源供給される。
【００２７】
第１のアームＳＷ１の半導体スイッチング素子がオフとなると、第２のパルストランスＴ２に正の半サイクル分が入力され、２次側に出力する。このとき、第７のアームＳＷ７の半導体スイッチング素子はオン、第８のアームＳＷ８の半導体スイッチング素子がオフとなり、第２のパルストランスＴ２に負の半サイクルが入力され、２次側に出力する。第１のアームＳＷ１による正の電圧は、第１の直流電源＋Ｅによって得られ、第７のアームＳＷ７による負の電圧は、第２の直流電源＋Ｅ２によって得られるため、出力側の正負の電圧値は波高値の違った出力となる。そして、第１のアームＳＷ１の半導体スイッチング素子がオフ、第２のアームＳＷ２の半導体スイッチング素子がオン、第７のアームの半導体スイッチング素子ＳＷ７がオフ、第８のアームＳＷ８の半導体スイッチング素子がオンとなり、ワンサイクル分が完了する。
【００２８】
次に、第３のアームＳＷ３の半導体スイッチング素子がオン、第４のアームＳＷ４の半導体スイッチング素子がオフとなり、第１のパルストランスＴ１に負の半サイクル分が入力され、２次側に出力する。第３のＳＷ３は、第２の直流電源＋Ｅ２により得られた電圧となる。同時に、第５のアームＳＷ５の半導体スイッチング素子がオン、第６のアームＳＷ６の半導体スイッチング素子がオフとなり、第２のパルストランスＴ２に正の半サイクル分が入力され、２次側に出力する。第５のアームＳＷ５の電圧は第１の直流電源＋Ｅ１によって得られるため、出力側の正負の電圧値はやはり波高値の違った出力となる。このような構成にすることで、図１４に示すように、正負の各々の電圧を調整できる。
【００２９】
半導体高圧スイッチング方式とパルストランス方式のいずれの場合にも、各アームの半導体スイッチング素子へのゲートパルスの幅を調整、又は、ゲートパルスの繰り返し周波数を調整することにより、プラズマ発生条件を調整できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
図１５は、電源装置が半導体高圧スイッチング方式の場合の全体の回路構成を示す。外部電源（商用交流電源）からの電圧は、起動スイッチ１をオンにすることにより、シーケンス回路２を介して正極性直流高電圧電源３及び負極性直流高電圧電源４に入力され、正極性直流高電圧電源３からは正極性の直流高電圧、負極性直流高電圧電源４からは負極性の直流高電圧が同時に出力され、インバータ回路５に印加される。正極性直流高電圧電源３及び負極性直流高電圧電源４は、それぞれの出力設定器３ａ・４ａにて出力電圧を個別に調整できるようになっている。
【００３２】
インバータ回路５は、図８に示した回路構成と同じであって、正極性直流高電圧電源３側から上アームＳＷ１、中間アームＳＷ２、下アームＳＷ３を経てアースに至るとともに、これら中間アームＳＷ２と下アームＳＷ３の中点から分岐アームＳＷ４を介して負極性直流高電圧電源４へ至る第１の組と、これとは並列に正極性直流高電圧電源４側から上アームＳＷ５、中間アームＳＷ６、下アームＳＷ７を経てアースに至るとともに、これら中間アームＳＷ６と下アームＳＷ７の中点から分岐アームＳＷ８を介して負極性直流高電圧電源４へ至る第２の組とで構成される。
【００３３】
各アームは、図９に示したように、ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を耐圧のために多段接続し、各半導体スイッチング素子につきダイオードを並列接続したもので、誘電体が介在している両電極Ａ・Ｂの一方の電極Ａには、上アームＳＷ１と中間アームＳＷ２との中点での電圧が印加され、他方の電極Ｂには、上アームＳＷ５と中間アームＳＷ６との中点での電圧が印加される。
【００３４】
上アームＳＷ１の半導体スイッチング素子と分岐アームＳＷ８の半導体スイッチング素子とは、第１の高耐圧ゲートドライブ回路６からの第１のゲートパルスＳＧ１により駆動され、中間アームＳＷ２の半導体スイッチング素子と下アームＳＷ７の半導体スイッチング素子とは、第１の高耐圧ゲートドライブ回路６からの第２のゲートパルスＳＧ２により駆動され、上アームＳＷ５の半導体スイッチング素子と分岐アームＳＷ４の半導体スイッチング素子とは、第２の高耐圧ゲートドライブ回路７からの第３のゲートパルスＳＧ３により駆動され、下アームＳＷ４の半導体スイッチング素子と中間アームＳＷ６の半導体スイッチング素子とは、第２の高耐圧ゲートドライブ回路７からの第４のゲートパルスＳＧ４により駆動されて、これら６つのアームの半導体スイッチング素子は、前記の表３に示す１番目から４番目の繰り返し順序でオン・オフされる。これにより図１０のタイミングチャートに示したように、両電極Ａ・Ｂには、極性が正負対称で位相が一致して正負がそれぞれ交互となる高電圧のパルス波が印加され、大気圧近傍の圧力下でのグロー放電により、ストリーマにならない安定したプラズマ発生を実現できる。
【００３５】
第１〜第４のゲートパルスＳＧ１〜ＳＧ４の繰り返し周波数は、ＶＣＯ回路８の出力周波数を繰り返し周波数設定器８ａにて設定することにより、またパルス幅は、コンパレータ９の出力パルス幅をパルス幅設定器１０にて設定することにより任意に調整できるようになっている。これにより、両電極Ａ・Ｂに印加される図１０に示すような高電圧のパルス波は、その繰り返し周波数及びパルス幅を任意に調整可能である。
【００３６】
電極Ａへの負荷電流及び電極Ｂへの負荷電流は、それぞれ電流検出器ＣＴ１・ＣＴ２にて検出され、それが過電流になると、過電流トリップ回路１１からの信号に基づきシーケンス回路２が起動スイッチ１をオフにして電極Ａ・Ｂへの電圧印加が自動停止するようになっている。
【００３７】
なお、図７に示したように、逆極性のパルスの立ち上がり時点を両電極Ａ・Ｂ間で少しずらせば、放電電流波形は、そのずれ時間で極性が瞬時に反転するインパルスとなるので、放電に要する電圧印加時間を必要最低限まで短縮できること、前述のとおりである。
【００３８】
図１６は、パルストランス方式の場合の全体の回路構成を示す。この場合のインバータ回路１２は、図１３に示した回路構成と同じであって、第１の直流電源１３から上アームＳＷ１、下アームＳＷ２を経てアースに至る第１組と、第２の直流電源１４から上アームＳＷ３、下アームＳＷ４を経てアースに至る第２組と、第１組とは並列で、第１の直流電源１３から上アームＳＷ５、下アームＳＷ６を経てアースに至る第２組と、第３組とは並列で、第２の直流電源１４から上アームＳＷ７、下アームＳＷ８を経てアースに至る第４組とで構成され、第１組の上下のアームＳＷ１・ＳＷ２の中点と第２組の上下のアームＳＷ３・ＳＷ４の中点が第１のパルストランスＴ１の一次側に接続され、第３組の上下のアームＳＷ５・ＳＷ６の中点と第４組の上下のアームＳＷ７・ＳＷ８の中点が第２のパルストランスＴ２の一次側に接続されている。
【００３９】
第１及び第２の直流電源１３・１４は、それぞれの出力設定器１３ａ・１４ａにて出力電圧を個別に調整できるようになっている。
【００４０】
上アームＳＷ１及びＳＷ５の半導体スイッチング素子は、第１のゲートドライブ回路１５からの第１のゲートパルスＳＧ１により駆動され、下アームＳＷ２及びＳＷ６の半導体スイッチング素子は、第１のゲートドライブ回路１５からの第２のゲートパルスＳＧ２により駆動され、上アームＳＷ３及びＳＷ７の半導体スイッチング素子は、第２のゲートドライブ回路１６からの第３のゲートパルスＳＧ３により駆動され、下アームＳＷ４及びＳＷ８の半導体スイッチング素子は、第２のゲートドライブ回路１６からの第４のゲートパルスＳＧ４により駆動されて、これら６つのアームの半導体スイッチング素子は、前記の表３に示す１番目から４番目の繰り返し順序でオン・オフされる。
【００４１】
両電極Ａ・Ｂの一方の電極Ａには、第１のパルストランスＴ１の二次電圧が印加され、他方の電極Ｂには、第２のパルストランスＴ２の二次電圧が印加されるので、両電極Ａ・Ｂには、極性が正負対称で位相が一致して正負がそれぞれ交互となる高電圧のパルス波が印加されることになる。
【００４２】
図１５の場合と同様に、第１〜第４のゲートパルスＳＧ１〜ＳＧ４の繰り返し周波数は、ＶＣＯ回路８の出力周波数を繰り返し周波数設定器８ａにて設定することにより、またパルス幅は、コンパレータ９の出力パルス幅をパルス幅設定器１０にて設定することにより任意に調整できるようになっている。
【００４３】
なお、前述の実施例では、両電極Ａ・Ｂに印加される高電圧を、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となるパルス波としたが、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となる正弦波としてもよいこと勿論である。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、誘電体バリア放電をさせる両電極に、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となるパルス波又は正弦波の高電圧を同時に印加するので、繰り返し周波数を高くしても、両電極間でチャージ、ディスチャージが規則的に的確に行われて残留電荷が残らず、また、零点を基準として正負の電圧が繰り返す高電圧に比べ、放電開始電圧は１／２以下となり、立ち上がり時間が改善できるので、大気圧近傍の圧力下でのグロー放電により、ストリーマにならない安定したプラズマ発生を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】対向面が誘電体で覆われた両電極に印加する高電圧を、一方の電極には正極性のパルス波、他方の電極には負極性のパルス波として同時に印加した場合のテスト解説図で、（Ａ）はタイミングチャート、（Ｂ）は回路図である。
【図２】片側の電極を接地し、反対側の電極に片極性の高電圧パルスを印加した場合のテスト解説図で、（Ａ）はタイミングチャート、（Ｂ）は回路図である。
【図３】片方の電極をアースして両電極間に正負に繰り返すバイポーラの高電圧パルス波を印加した場合のテスト解説図で、（Ａ）はタイミングチャート、（Ｂ）は回路図である。
【図４】図３の場合において、両電極間での誘電体バリア放電時の等価回路図である。
【図５】両電極に、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となる高電圧のパルス波を同時に印加した本発明の場合の解説図で、（Ａ）はタイミングチャート、（Ｂ）は回路図である。
【図６】図５の場合において、両電極間での誘電体バリア放電時の等価回路図である。
【図７】逆極性のパルスの立ち上がり時点を両電極間で少しずらす場合のタイミングチャートである。
【図８】本発明において、電源装置を半導体高圧スイッチング方式とした場合のインバータ回路の回路図である。
【図９】図８中における各アームの回路構成図である。
【図１０】図８の回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】一方の電極とアース間、他方の電極とアース間に逆極性の電圧が同時に加わることと、負荷電流波形を示すタイミングチャートである。
【図１２】放電開始電圧と立ち上がり時間の関係を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明において、電源装置をパルストランス方式とした場合のインバータ回路の回路図である。
【図１４】図１３の回路において、正負の各々の電圧を調整できることを示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明の第１実施例のブロック図で、電源装置が半導体高圧スイッチング方式の場合の全体の回路構成を示す。
【図１６】本発明の第２実施例のブロック図で、電源装置がパルストランス方式の場合の全体の回路構成を示す。
【符号の説明】
Ａ・Ｂ　電極
ＳＷ１〜ＳＷ６　インバータ回路を構成するトーテムポールのアーム
＋ＨＶ　正極性直流高電圧電源
−ＨＶ　負極性高電圧直流電源
＋Ｅ１　第１の直流電源
＋Ｅ２　第２の直流電源
Ｔ１　第１のパルストランス
Ｔ２　第２のパルストランス
１　起動スイッチ
２　シーケンス回路
３　正極性直流高電圧電源
４　負極性直流高電圧電源
３ａ・４ａ　出力設定器
５　インバータ回路
６　第１の高耐圧ゲートドライブ回路
７　第２の高耐圧ゲートドライブ回路
８　ＶＣＯ回路
８ａ　繰り返し周波数設定器
９　コンパレータ
１０　パルス幅設定器
１１　過電流トリップ回路
ＣＴ１・ＣＴ２　電流検出器
１２　インバータ回路
１３　第１の直流電源
１４　第２の直流電源
１５　第１のゲートドライブ回路
１６　第２のゲートドライブ回路
【図１】
2004055362.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004055362.tif 000010
【図６】
2004055362.tif 000011
【図７】
2004055362.tif 000012
【図８】
2004055362.tif 000013
【図９】
2004055362.tif 000014
【図１０】
2004055362.tif 000015
【図１１】
2004055362.tif 000016
【図１２】
2004055362.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年9月5日(2002.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体バリア放電によりプラズマを発生させるプラズマ発生方法及びプラズマ発生装置に関し、プラズマを利用した、表面改質（濡れ性、接着性、親水性、撥水性等の改善）やイオンプレーティング、洗浄、エッチング、アッシング、殺菌、スパッタリング、ガス分解、水の分解・分析、光の分解・分析、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、コロナ処理、帯電、除電、人工ダイヤモンド膜形成、オゾン処理等に広範囲に適用できるものである。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
なお、前述の実施例では、両電極Ａ・Ｂに印加される高電圧を、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となるパルス波としたが、極性が正負対称で位相が重複して正負がそれぞれ交互となる正弦波（連続波又は断続波）としてもよいこと勿論である。




【手続補正書】
【提出日】平成14年9月11日(2002.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
表３の第１番目では、第１のアームＳＷ１はオフ、第２のアームＳＷ２はオン、第３のアームＳＷ３はオン、第４のアームＳＷ４はオフになっている。また、第５のアームＳＷ５はオフ、第６のアームＳＷ６はオン、第７のアームＳＷ７はオン、第８のアームＳＷ８はオフになっている。この状態から表３の第２番目のように、第１のアームＳＷ１がオン、第２のアームＳＷ２がオフになると、第３のアームＳＷ３はオンになっているので、第１のパルストランスＴ１には正の半サイクル分が入力され、２次側に出力する。同様に、第７のアームＳＷ７がオフ、第８のアームＳＷ８がオンになると、第６のアームＳＷ６がオンになっているので、第２のパルストランスＴ２に正の半サイクルが入力され、２次側に出力する。次に、表３の第３番目に示すように、第１のアームＳＷ１が再びオフ、第２のアームＳＷ２がオン、第３のアームＳＷ３がオン、第４のアームＳＷ４がオフ、第５のアームＳＷ５がオフ、第６のアームＳＷ６がオン、第７のアームＳＷ７がオン、第８のアームＳＷ８がオフとなり、元に戻る。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
次に、表３の第４番目に示すように、第４のアームＳＷ４がオン、第３のアームＳＷ３がオフになると、第２のアームＳＷ２がオンになっているので、今度は第１のパルストランスＴ１には負の半サイクル分が入力され、２次側に出力する。同様に、第５のアームＳＷ５がオンになり、第６のアームＳＷ６がオフになると、第７のアームＳＷ７がオンになっているので、第２のパルストランスＴ２には同様に負の半サイクル分が入力され、２次側に出力する。図１３において、第１のインバータ部ＩＮＶ１には第１の直流電源＋Ｅから電源供給され、第２のインバータ部ＩＮＶ２には第２の直流電源＋Ｅ２から電源供給されるため、両パルストランスＴ１・Ｔ２に入力する正負の電圧値を異なった値にできるので、二次側の出力を、正負逆極性で電圧の波高値が異なったものにすることができる。従って、図１４に示すように、電極Ａ・Ｂに印加される電圧もそのようになる。


【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2004055362.tif 000022
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2004055362.tif 000023
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１６】
2004055362.tif 000024