(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の電極間に高電圧を印加して強制的にアーク放電させ、これら電極間にガスを送入してその風力によって放電を拡張させるプラズマ発生方法において、前記一対の電極間に印加する高電圧を減衰振動波が間欠的に繰り返し生ずる減衰振動波形周期波として各減衰振動波ごとに共振させ、その各減衰振動波ごとに、アーク放電発生に伴い共振ズレを生じさせてアーク放電を中断させることにより、間欠的アーク放電とすることを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項２】
一対の電極間に印加する高電圧の減衰振動波は正負が逆位相である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】
ある時間間隔をおいた正負一対のパルスをある繰り返し周波数で高圧トランスの一次側に供給し、該高圧トランスの二次側から各減衰振動波ごとに共振した減衰振動波形周期波を出力して一対の電極間に印加することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生方法。
【請求項４】
正負一対のパルスのパルス幅を調整して減衰振動波の周波数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】
共振した各減衰振動波の電圧立ち上がり時間が１μs以下であ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】
減衰振動波の繰り返し周期が１０〜５０ＫＨｚであることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載のプラズマ発生方法。
【請求項７】
減衰振動波を、その繰り返し周波数よりも低い周波数で一対の電極間に間欠的に印加することを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載のプラズマ発生方法。
【請求項８】
一対の電極間の距離を１〜１５ｍｍとすることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載のプラズマ発生方法。
【請求項９】
対向する一対の電極間に高電圧を印加して強制的にアーク放電させ、これら電極間にガスを送入してその風力によって放電を拡張させるプラズマ発生装置において、ある時間間隔をおいた正負一対のパルスをある繰り返し周波数で発生させる正負パルス波発生回路と、その正負パルス波を一次側に入力され、各減衰振動波ごとに、共振した正負逆位相の減衰振動波形周期波を二次側から出力して一対の電極間に印加する高圧トランスとを備え、その各減衰振動波ごとに、アーク放電発生に伴い共振ズレを生じさせてアーク放電を中断させることにより、間欠的アーク放電とすることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項１０】
正負パルス波発生回路は、第１と第４を上アーム、第２を第１に対する下アーム、第３を第４に対する下アームとして第１〜第４の４個の半導体スイッチング素子をＨブリッジ接続するとともに、各半導体スイッチング素子にそれぞれダイオードを並列接続したＨブリッジスイッチング回路を用いて、正負パルス波を生成することを特徴とする請求項９に記載プラズマ発生装置。
【請求項１１】
正負パルス波発生回路が、Ｈブリッジスイッチング回路の４個の半導体スイッチング素子のためのゲートパルスのパルス幅を調整することにより、Ｈブリッジスイッチング回路から出力される正負一対のパルスのパルス幅を調整して減衰振動波の周波数を可変するパルス幅設定手段を備えていることを特徴とする請求項１０に記載プラズマ発生装置。
【請求項１２】
正負パルス波発生回路が、Ｈブリッジスイッチング回路の４個の半導体スイッチング素子のためのゲートパルスの周期を調整することにより、Ｈブリッジスイッチング回路から出力される正負一対のパルスの繰り返し周波数を調整して減衰振動波の繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定手段を備えてい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。
【請求項１３】
Ｈブリッジスイッチング回路の４個の半導体スイッチング素子のためのゲートパルスを、その周波数より低い周期で間欠的にＨブリッジスイッチング回路のゲートドライブ回路へ入力させるバースト周波数設定手段を備えたことを特徴とする請求項１０、１１又は１２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１４】
一対の電極間の距離を１〜１５ｍｍとしたことを特徴とする請求項１０、１１、１２又は１３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、被処理物の改質や洗浄や殺菌・消毒や切断等の各種の処理をプラズマにより大気圧下で行えるようにするプラズマ発生方法及びプラズマ発生装置に関する。更に詳しくは、対向する一対の電極間に高電圧を印加して強制的にアーク放電させ、これら電極間にガスを送入してその風力によって放電を拡張させるプラズマ発生方法及びプラズマ発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基材の改質、例えば濡れ性改善のために使用されているこの種のプラズマ発生装置では、商用周波数の電圧又は高周波（約３０ＫＨｚ）の電圧を、高圧トランスで昇圧し、対向する電極間に同時に印加して行っている。しかし、その印加電圧が、商用周波数の場合も、また高周波の場合も正弦波状の連続波で、放電開始電圧以降に上昇する電圧波分も継続してそのまま電極に印加するため、連続して使用すると電極が加熱されて高温プラズマとなるので、間欠動作（例えば、低周波信号を使ってＯＮ／ＯＦＦしてバースト動作させる）で使用し、更に昇圧トランスをリーケージ化して使用しているので、トランスの容量が非常に大きくなり、また大重量になる欠点と、間欠動作のため基材の濡れ性改善に１秒間以上の時間がかかる欠点があり、実用上、高速処理ができないので改質時間に限界があった。
【０００３】
また、特に金属や半導体などの導電性や半導電性を有するものを処理する場合は、被処理物に向かって異常放電が生じ、これら被処理物にダメージを与えるという欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、連続使用しても電極が加熱されて高温プラズマになるようなことはなく、処理時間を短縮できるとともに、安定した低温プラズマにより処理品質を向上させることができ、また異常放電により被処理物にダメージを与えることもなく、更にプラズマ発生の制御が容易であるのに加え装置規模も小さくできるプラズマ発生方法及びプラズマ発生装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ発生方法は、対向する一対の電極間に高電圧を印加して強制的にアーク放電させ、これら電極間にガスを送入してその風力によって放電を拡張させる方法であって、一対の電極間に印加する高電圧を減衰振動波が間欠的に繰り返し生ずる減衰振動波形周期波として各減衰振動波ごとに共振させ、その各減衰振動波ごとに、アーク放電発生に伴い共振ズレを生じさせてアーク放電を中断させることにより、間欠的アーク放電とする。
【０００６】
すなわち、本発明では、一対の電極間に印加する電圧を正弦波状の連続波ではなく、減衰振動波の間欠的繰り返しによる減衰振動波形周期波とし、しかも各減衰振動波ごとに共振させる。そして、各減衰振動波ごとに、高圧トランスが持つＬＣ成分等を利用してアーク放電発生に伴い共振ズレを生じさせることで、一対の電極間に印加される減衰振動波の残部を相殺する（リーケージ化する）ことにより、アーク放電を瞬時に中断する。このような動作を減衰振動波の繰り返し周期で間欠的に繰り返すことにより、電極の加熱を抑制しながら安定した低温プラズマを発生させることができる。
【０００７】
その具体的手段として、次のような形態がある。
請求項２に係る発明では、一対の電極間に印加する高電圧の減衰振動波は正負が逆位相とする。
【０００８】
すなわち、一対の電極間に印加する高電圧の減衰振動波は、片方を接地せずに正負が逆位相となるようにすることで、対接地間と無関係にすることができる。
これは、基材を改質する場合、プラズマが基材に照射されるときに、対接地間とは無関係であるため、感電することなく電極間で電流が流れて改質できるからである。また、逆位相の電圧を同時に印加するのは、電極間の電位差が放電開始電圧以上となれば良いので、０点を中心とした正負の繰り返し信号にする必要はない。高圧トランスの二次側を接地から浮かすことで、一対の電極間に印加する電圧を逆位相とすることができる。
【０００９】
請求項３に係る発明では、ある時間間隔をおいた正負一対のパルスをある繰り返し周波数で高圧トランスの一次側に供給し、該高圧トランスの二次側から各減衰振動波ごとに共振した減衰振動波形周期波を出力して一対の電極間に印加する。
【００１０】
一対の電極間に印加する電圧波形を、正弦波のような整然とした連続波とすると、前述のように、放電開始後も印加電圧が残って放電電流が持続するため、電極が加熱されて高温プラズマになってしまう。そこで、高圧トランスが持つＬＣ成分を利用して、正負一対のパルスを高圧トランスの一次側で共振した減衰振動波とし、二次側でアーク放電発生に伴い共振ズレを生じさせれば、共振した減衰振動波は放電開始後に瞬時に消滅する。これを各減衰振動波ごとに行って、連続波にせずに間欠的に繰り返せば、安定した低温プラズマを発生できる。
【００１１】
請求項４に係る発明では、正負一対のパルスのパルス幅を調整して減衰振動波の周波数を可変する。
上記のように高圧トランスのＬＣ成分によって正負一対のパルスを減衰振動波とするが、調整要素が無いと高圧トランスのＬＣ成分にマッチングした共振周波数に調整することができない。そのため、正負一対のパルスのパルス幅を調整することで、共振した減衰振動波とする。
【００１２】
請求項５に係る発明では、共振した各減衰振動波の電圧立ち上がり時間を１μs以下とする。
アーク放電を利用して低温プラズマを生成するには、上述のように、アーク放電した後の印加電圧を即０にしてしまわないと、低温プラズマにはならない。また、商用周波数を用いて行うと、立上り時間が緩やかなため瞬時に強い電界を発生することができないので、プラズマの生成効率が悪く、必要以上の電圧を印加しなければならない。この欠点をクリアーするため、立上り時間はできるだけ短くした方が良いが、正負一対のパルスを生成するための半導体スイッチング素子のスイッチング特性などに鑑み、減衰振動波の電圧立ち上がり時間は１μs以下とするのが好ましい。
【００１３】
請求項６に係る発明では、減衰振動波の繰り返し周期を１０〜５０ＫＨｚとする。
減衰振動波の繰り返し周波数は、改質する基材の材質によって異なるが、繰り返し周波数を１０〜５０ＫＨｚにしているのは、改質時間が短縮できるからで、実験によれば最も良い条件は１０〜２０ＫＨｚである。
【００１４】
請求項７に係る発明では、一対の電極間の距離を１〜１５ｍｍとする。
電極間の距離を大きくすると、プラズマ照射範囲が長く伸びて広がるが、改質に時間がかかる。しかし、照射範囲が広がるので基材の改質面積を大きく確保できる。一方、電極間の距離を小さくすると、プラズマは広がらず狭い範囲に集中する。この場合の利点は、改質する基材の改質時間を短縮させ、短時間で改質が可能となる。従って、改質する基材の条件によって電極間の距離を調整すれば良いが、１〜１５ｍｍの範囲が実用的である。
【００１５】
請求項８に係る発明では、減衰振動波を、その繰り返し周波数よりも低い周波数で一対の電極間に間欠的に印加する。
改質する材質が金属の場合、繰り返し生じる減衰振動波のみで行うと、アーク放電が金属の一部分に集中してしまい、改質できないが、その繰り返し周期よりも更に低い周期で間欠的に発生させることによって、金属等に照射しても均一にプラズマを照射することができる。
【００１６】
また、本発明のプラズマ発生装置は、対向する一対の電極間に高電圧を印加して強制的にアーク放電させ、これら電極間にガスを送入してその風力によって放電を拡張させるものであって、ある時間間隔をおいた正負一対のパルスをある繰り返し周波数で発生させる正負パルス波発生回路と、その正負パルス波を一次側に入力され、各減衰振動波ごとに、共振した正負逆位相の減衰振動波形周期波を二次側から出力して一対の電極間に印加する高圧トランスとを備え、その各減衰振動波ごとに、アーク放電発生に伴い共振ズレを生じさせてアーク放電を中断させることにより、間欠的アーク放電とする。
【００１７】
狭いパルス幅で高速にスイッチングするスイッチング回路を用いた高周波の正負パルス波発生回路と、その信号を使って容易に昇圧することができる高圧トランスとにより、従来のように商用周波数を利用して昇圧する大型のリーケージ型高圧トランスを使用する必要が無く、軽量・小型で効率の高いプラズマ発生用電源とすることができる。
【００１８】
その具体的手段として、次のような形態がある。
請求項１０に係る発明では、正負パルス波発生回路は、第１と第４を上アーム、第２を第１に対する下アーム、第３を第４に対する下アームとして第１〜第４の４個の半導体スイッチング素子をＨブリッジ接続するとともに、各半導体スイッチング素子にそれぞれダイオードを並列接続したＨブリッジスイッチング回路を用いて、正負パルス波を生成する。
【００１９】
従って、インバータ部であるＨブリッジスイッチング回路では、歪の無いスイッチング動作が可能となり、幅の狭いパルス幅調整ができるので、立上り時間が１μｓ以下の減衰振動波を容易に発生できる。
【００２０】
請求項１１に係る発明では、正負パルス波発生回路が、Ｈブリッジスイッチング回路の４個の半導体スイッチング素子のためのゲートパルスのパルス幅を調整することにより、Ｈブリッジスイッチング回路から出力される正負一対のパルスのパルス幅を調整して減衰振動波の周波数を可変するパルス幅設定手段を備えている。
【００２１】
従って、高圧トランスのＬＣ成分にマッチングし、しかもアーク放電開始直後に瞬時に共振ズレを生じさせることができる共振周波数に正確に調整することができる。
【００２２】
請求項１２に係る発明では、正負パルス波発生回路が、Ｈブリッジスイッチング回路の４個の半導体スイッチング素子のためのゲートパルスの周期を調整することにより、Ｈブリッジスイッチング回路から出力される正負一対のパルスの繰り返し周波数を調整して減衰振動波の繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定手段を備えている。
【００２３】
従って、減衰振動波の繰り返し周波数を容易に調整できるので、改質する基材の材質に適合したプラズマ処理ができる。
【００２４】
請求項１３に係る発明では、更に、Ｈブリッジスイッチング回路の４個の半導体スイッチング素子のためのゲートパルスを、その周波数より低い周期で間欠的にＨブリッジスイッチング回路のゲートドライブ回路へ入力させるバースト周波数設定手段を備えている。
【００２５】
従って、改質する材質が金属であっても、均一した処理が可能となる。
【００２６】
本発明によれば、低温のプラズマ処理が可能であるため、プラスチックやセラミックや金属やガラスなどの被処理物の表面改質（濡れ性を改善して接着剤やインクなどの密着性を良くする）の他、表面に付着した有機物や汚れの洗浄、殺菌や消毒、プラスチック基板の切断などに広範囲に適用できる。
【００２７】
【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。
【００２８】
本発明の実施例では、図１に示すように、Ｊ字形の一対の電極１・２を互いの折り曲げ部を内側にして対向させ、これら電極１・２間に、図２に示すような回路の最終段の高圧トランス３の二次側から、後述するような高電圧を印加して強制的にアーク放電させてプラズマ４を生成し、これら電極１・２間にファン５により空気を送風してその風力によって放電を拡張、つまり電極１・２を冷却しながらプラズマ４を拡張させ、被処理物である基材６にプラズマ４を照射して基材６の表面を改質する。
【００２９】
送入するガスは特に限定しないが、好ましくは空気、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素の単独又は組み合わせたものが使用される。例えば、水素やアンモニア、亜酸化窒素、水蒸気などの反応性を有するガスを少量添加することも可能である。添加量は特に限定しないが、通常は０．１体積％から１０体積％が有効である。また、電極１・２の材質としては、タングステン、ステンレス、真鍮等の錆びにくい材質であれば良い。
【００３０】
図２に示す回路において、先ず高圧トランス３の一次側に印加する正負パルス波を生成するためのＨブリッジスイッチング回路（インバータ）７について説明する。図２に示すように、このＨブリッジスイッチング回路７は、第１、第２、第３、第４の４個の半導体スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を、ＳＷ１とＳＷ４を上アーム、ＳＷ２をＳＷ１に対する下アーム、ＳＷ３をＳＷ４に対する下アームとしてＨブリッジ接続する（ＭＯＳ−ＦＥＴ等の２個入り半導体モジュールをＨブリッジとする）とともに、各半導体スイッチング素子にダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４をそれぞれ並列接続したものである。このＨブリッジスイッチング回路７の電源として、商用周波数の電圧を整流する整流回路８と直流安定化電源回路９による直流電源が使用されている。直流安定化電源回路９の出力電圧は出力設定器１０により調整できる。
【００３１】
このＨブリッジスイッチング回路７を、ゲートドライブ回路１１とその前段の回路により、次の表１に示す▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼、▲５▼の５つのＯＮ／ＯＦＦの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング動作させる。図３は、このようなスイッチング動作によって、第１と第２の半導体スイッチング素子ＳＷ１・ＳＷ２の中点と、第３と第４の半導体スイッチング素子ＳＷ３・ＳＷ４の中点との間から出力される正負交互のパルスのタイミングチャートである。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
図４は、Ｈブリッジスイッチング回路７の等価回路を示す。図３に示すように、第２の半導体スイッチング素子ＳＷ２をＯＦＦにするときの時間幅は、第１の半導体スイッチング素子ＳＷ１をＯＮにするときの時間幅よりも前後に長く、また第３の半導体スイッチング素子ＳＷ３をＯＦＦにするときの時間幅は、第４の半導体スイッチング素子ＳＷ４をＯＮにするときの時間幅よりも前後に長くする。
【００３４】
図４において、まず、ＳＷ１がＯＦＦになってからＳＷ１がＯＮになると、Ｉ１の方向に電流が流れ、負荷が正に充電される。次に、ＳＷ１がＯＦＦになってからＳＷ２がＯＮになると、ＳＷ２とＤ３を通ってＩ２の方向に電流が流れるので、負荷のリーケージインダクタンス及び浮遊容量分がＳＷ２とＤ３で強制的にリセットされる。
【００３５】
この後、ＳＷ３がＯＦＦになってからＳＷ４がＯＮになると、Ｉ３の方向に電流が流れ、負荷が負に充電される。次に、ＳＷ３がＯＦＦになってからＳＷ４がＯＮになると、Ｉ４の方向に電流が流れ、負荷のリーケージインダクタンス及び浮遊容量分がＳＷ２とＤ３で強制的にリセットされる。
【００３６】
このような動作を表１に従って説明すると、次のとおりである。
▲１▼では、ＳＷ２とＳＷ３はゲート信号を入力されてＯＮとなり、負荷の両端はショートされた状態となる。
【００３７】
▲２▼では、ＳＷ２のゲート信号がＯＮされ、少し遅れてＳＷ１にゲート信号が入力されてこれがＯＮになると、ＳＷ３はＯＦＦのままであるため、ＳＷ１から負荷を通ってＩ１方向に電流が流れ、負荷を正に充電する。
【００３８】
▲３▼では、ＳＷ１へのゲート信号入力が終わってこれがＯＦＦとなってから、ＳＷ２へ再びゲート信号が入力されてこれが再びＯＮになるので、負荷に充電された電荷分は、ＳＷ２とＤ３を通ってディスチャージする。その結果、▲１▼と同じ状態に戻ることになる。
【００３９】
▲４▼では、ＳＷ３がＯＦＦとなり、少し遅れてＳＷ４にゲート信号が入力されてこれがＯＮになると、ＳＷ２はＯＮのままであるため、ＳＷ４から負荷を通ってＩ３方向に電流が流れ、負荷を負に充電する。
【００４０】
▲５▼では、ＳＷ４へのゲート信号入力が終わってこれがＯＦＦとなってから、ＳＷ３へ再びゲート信号が入力されてこれが再びＯＮになるので、負荷に充電された電荷分は、ＳＷ３とＤ２を通ってディスチャージする。その結果、▲３▼と同じ状態に戻ることになる。
【００４１】
このようにＳＷ１とＳＷ２との組、ＳＷ３とＳＷ４の組がそれぞれ同時にＯＮにならないように、デッドタイムを与えて▲１▼〜▲５▼と順番にスイッチングすることにより、入力信号（ゲート信号）に比例した波形の出力信号（ある時間間隔をおいた正負一対のパルス）が得られる。その場合、負荷側の浮遊容量及びリーケージインダクタンスは、上記のようなスイッチング動作によってリセットされるので、歪みの無い出力波形が得られる。
【００４２】
上記のようなスイッチング動作をするＨブリッジスイッチング回路７の出力は、図２において、第１と第２の半導体スイッチング素子ＳＷ１・ＳＷ２の中点を一方の極、第３と第４の半導体スイッチング素子ＳＷ３・ＳＷ４の中点を他方の極として取り出され、コンデンサＣを介して高圧トランス３の一次側に印加される。
【００４３】
次に、ゲートドライブ回路１１を制御してＨブリッジスイッチング回路７から正負一対のパルスを繰り返し出力させるとともに、その周期及びパルス幅を調整する前段の回路について、図５のタイミングチャートを参照して説明する。
【００４４】
電圧制御発振器（ＶＣＯ）１２は、図５（１）に示すような矩形波を繰り返し出力する。その繰り返し周波数は繰り返し周波数設定器１３にて調整できる。
【００４５】
第１のワンショットマルチバイブレータ１４は、図５（２）に示すように、電圧制御発振器１２の出力（ＶＣ０出力）の立ち上がりで立ち上がるパルスを出力する。そのパルス幅は第１のパルス幅設定器１５にて調整できる。
【００４６】
遅延回路１６は、図５（３）に示すように、第１のワンショットマルチバイブレータ１４のパルスの立ち下がりにより立ち上がる一定時間幅（デッドタイム）のパルスを出力する。
【００４７】
第２のワンショットマルチバイブレータ１７は、図５（４）に示すように、遅延回路１６の出力の立ち上がりで立ち上がるパルスを出力する。そのパルス幅は第２のパルス幅設定器１８にて調整できる。
【００４８】
第１のワンショットマルチバイブレータ１４からのパルスは第１のＡＮＤゲート１９、第２のワンショットマルチバイブレータ１７からのパルスは第２のＡＮＤゲート２０にそれぞれ入力される。これらＡＮＤゲート１９・２０には、起動スイッチ２１にてオン・オフされる起動・停止回路２２からの出力が入力されており、それがオンになっているときに、第１・第２のワンショットマルチバイブレータ１４・１７のパルスが、第３・第４のＡＮＤゲート２３・２４にそれぞれ入力される。
【００４９】
第３のＡＮＤゲート２３の出力は、第１の遅延用ＡＮＤ回路２５及び第１の遅延用ＮＡＮＤ回路２６へ入力され、第４のＡＮＤゲート２４の出力は、第２の遅延用ＡＮＤ回路２７及び第２の遅延用ＮＡＮＤ回路２８へ入力される。図５の（５）、（６）、（７）、（８）にこれらＡＮＤ回路２５、ＮＡＮＤ回路２６、ＡＮＤ回路２７、ＮＡＮＤ回路２８の出力波形を示し、その出力に従い、ゲートドライブ回路１１がＨブリッジスイッチング回路７の４個の半導体スイッチング素子ＳＷ１・ＳＷ２・ＳＷ３・ＳＷ４のためのゲートパルスを出力して、これらが前述のようにスイッチングする。
【００５０】
従って、図５（９）に示すように、Ｈブリッジスイッチング回路７から、ある時間間隔をおいた正負一対のパルスがある繰り返し周波数で正負のパルス波として出力されることになる。その繰り返し周波数は繰り返し周波数設定器１３にて調整でき、またパルス幅は、パルス幅設定器１５・１８にて正負それぞれ調整できる。
【００５１】
この正負のパルス波は、コンデンサＣを介して高圧トランス３の一次側に印加され、高圧トランス３が持つＬＣ成分により、共振した減衰振動波が間欠的に繰り返す高圧の減衰振動波形周期波となる。高圧トランス３の二次側は、接地から浮かしてあるので、一対の電極１・２にそれぞれ印加される高圧の電圧は、図５（１０）、（１１）に示すように、高圧トランス３の二次側の中点に対して正負が完全に逆位相となる。これら図５（１０）、（１１）に示す波形は、電極１・２間が放電しない状態での波形である。パルス幅設定器１５・１８にてパルス幅を調整することにより、高圧トランス３のＬＣ成分にマッチングする共振条件にすることができる。
【００５２】
電極１・２間でアーク放電が開始して、図５（１４）に示すように放電電流が流れると、その放電電流の最大波高値又はその付近で共振ズレが生じ、電極１・２間に印加される以降の減衰振動波が相殺して消滅するため、アーク放電は瞬時に中断する。その際の電極１・２にそれぞれ印加される電圧波形を図５（１２）、（１３）にそれぞれ示す。
【００５３】
上記のように、電極１・２には、共振した減衰振動波が間欠的に繰り返す逆位相の高圧の減衰振動波形周期波が印加されるが、その印加と休止を次のように間欠的に行えるようにもなっており、次にはその動作について図６のタイミングチャートを参照して説明する。
【００５４】
バースト波発振器２９は、図６（２）に示すように、電圧制御発振器１２による同図（１）に示すような繰り返し周波数よりもはるかに低い周波数の矩形波を出力し、それが連続・間欠動作切替スイッチ３０をオンにしたときに、ＮＡＮＤゲート３１を介して第３及び第４のＡＮＤゲート２３・２４に入力される。例えば、前者の繰り返し周波数を１００ＫＨｚとすると、後者の周期は１ＫＨｚで、バースト波発振器２９の出力がＨＩＧＨのときに、図６（３）、（４）に示すように、第３及び第４のＡＮＤゲート２３・２４から繰り返し周波数に応じた前述のようなパルスが出力される。そして、その間だけＨブリッジスイッチング回路７から正負のパルス波が図６（５）のように出力され、図６（６）、（７）のように一対の電極１・２に、共振した減衰振動波が間欠的に繰り返す逆位相の高圧の減衰振動波形周期波が印加され、アーク放電開始直後に図６（８）のように急峻に上昇する放電電流が流れることにより、共振ズレが生じてアーク放電が瞬時に中断する。このような動作が電圧制御発振器１２による繰り返し周波数で繰り返され、またその周期よりはるかに低い周期で運転・休止が反復される。
【００５５】
一対の電極１・２間に送風するファン５は、商用周波数で動作するシーケンス回路３２により駆動される。
【００５６】
次に、本発明者らが行った本発明の実験例について説明する。
基材に対する濡れ性の改善テストを行い、濡れ性を接触角計（エルマ製Ｇ−１／２ＭＧ型）で測定した。印加電圧の測定は、ソニーテクトロニクス製高電圧プローブＰ−６０１５型、電流の測定にはヒアソン製４１００型を用いた。基材としてはＰＥＴフィルム、金属の場合は銅、アルミニウム、ステンレスを用いた。
【００５７】
［実験例１］
電極１・２間の距離を１３ｍｍとし、処理する基材６としてＰＥＴフィルムを使って濡れ性改善を行った。送風するガスは空気を用いた。表２は、繰り返し周波数を変化させたときの接触角のデータで、２０ＫＨｚ以上で改質され、３５〜４０ＫＨｚで改質が飽和している。処理時間は３０ＫＨｚ以上で改質し、時間を１秒かけても改質は良くならず飽和していることが判る。表３は、周波数を２０ＫＨｚに固定し、出力を上げインバータであるＨブリッジスイッチング回路７の電力に対する接触角のデータで、電力を上げれば良くなることが判った。表４は、周波数を２０ＫＨｚに固定、電力を４９７Ｗに固定のもとで、プラズマ中に基材を照射する距離を変えたときのデータ、つまり電極から基材までの距離（処理距離）に対する接触角のデータで、２０ｍｍのときが一番良い結果となっている。
【００５８】
【表２】
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【００５９】
【表３】
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【００６０】
【表４】
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【００６１】
［実験例２］
電極間距離を４ｍｍとし、ＰＥＴフィルムに対して濡れ性改善を行った。送風するガスは空気を用いた。表５は、繰り返し周波数を変化させたときの接触角のデータで、２０ＫＨｚ以上で改善され、３５〜４０ＫＨｚで改質が飽和している。実験例１の表と比較すると、実験例２の電極の方が改質性能が良く、プラズマ照射電力密度が高い電極が効果的である。表６は、周波数を２０ＫＨｚに固定し、出力を段階的に上げた場合のインバータの電力に対する接触角のデータで、電力を上げれば良くなることが判った。
また、電極間の距離を４ｍｍとした場合、照射電力５００Ｗ印加が限度であったので、照射電力を上げるには電極間距離を広げることが必要となることが判る。
【００６２】
【表５】
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【００６３】
【表６】
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【００６４】
［実験例３］
同様の方法において、処理する金属として銅、アルミニウム、ステンレスを用い、電極間距離を５ｍｍと１０ｍｍにした場合の濡れ性データを表７に示す。
【００６５】
【表７】
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【００６６】
［実験例４］
ＩＴＯ透明電極接続端子を端部に設けた液晶ディスプレイ用パネル（大きさ５０ｍｍ×３０ｍｍ）において、その電極接続端子を実験例１と同一条件で、空気を用いてプラズマ処理を行った。次いで、異方導電性フィルムを介してポリイミドフィルム（５０ミクロン厚）で構成される駆動回路を熱圧着した。この熱圧着の条件は、温度１７０℃、圧力３ＭＰａ、時間２０秒とした。そして、上記のよにして接合されたパネルと回路体とを互いに逆方向に引っ張って剥離強度を測定した結果、プラズマ処理を行わない場合に比べて約２倍の剥離強度が得られた。
【００６７】
以上の結果から、発振周波数は繰り返し周波数を高く（４０ＫＨｚ以上）すると、接触角は飽和し、プラスチック基材が熱によって溶けてしまう結果となり、最適繰り返し周波数は１０〜２０ＫＨｚが最も良いと言うことが判った。また、金属を改質するには、繰り返し周波数の持つ連続信号で行うと、金属の一部に集中してしまうので、バースト動作させる必要が有るということが判った。電極間距離に対しては、距離を離せばプラズマの広がりは大きく広がるが、処理するには１秒以上かかり、均一な処理ができにくいことが判った。電極間距離を狭くするとプラズマの広がりは狭くなるが、処理時間が短縮でき、０．１〜０．２秒間で即改質されることが判った。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、連続使用しても電極が加熱されて高温プラズマになるようなことはなく、処理時間を短縮できるとともに、安定した低温プラズマにより処理品質を向上させることができ、また異常放電により被処理物にダメージを与えることもなく、更にプラズマ発生の制御が容易であるのに加え装置規模も小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ発生装置によるプラズマ処理例を示す図である。
【図２】本発明のプラズマ発生装置の一例のブロック図である。
【図３】同プラズマ発生装置中のＨブリッジスイッチング回路の等価回路図である。
【図４】同回路のスイッチング動作のタイミングチャートである。
【図５】図２の回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】同じくバースト動作のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１・２  電極
３  高圧トランス
４  プラズマ
５  ファン
６  基材
７  Ｈブリッジスイッチング回路（インバータ）
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４  半導体スイッチング素子
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４  ダイオード
Ｃ  コンデンサ
８  整流回路
９  直流安定化電源回路
１０  出力設定器
１１  ゲートドライブ回路
１２  電圧制御発振器（ＶＣ０）
１３  繰り返し周波数設定器
１４  ワンショットマルチバイブレータ
１５  パルス幅設定器
１６  遅延回路
１７  ワンショットマルチバイブレータ
１８  パルス幅設定器
１９・２０  ＡＮＤゲート
２１  起動スイッチ
２２  起動・停止回路
２３・２４  ＡＮＤゲート
２５  遅延用ＡＮＤ回路
２６  遅延用ＮＡＮＤ回路
２７  遅延用ＡＮＤ回路
２８  遅延用ＮＡＮＤ回路
２９  バースト波発振器
３０  連続・間欠動作切替スイッチ
３１  ＮＡＮＤゲート
３２  シーケンス回路
【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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