(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1電極と第２電極とからなる放電発生用電極に交番高電圧を印加することによってパルスアーク放電を前記電極間に発生させてプラズマを生成するパルスアークプラズマ生成用電源回路であって、２個以上の第１電極と１個以上の第２電極からなる放電発生用電極と、前記放電発生用電極の第1電極と第２電極間に印加する交番高電圧を発生させるパルス電圧用高周波トランスからなる交番高電圧発生回路と、前記パルス電圧用高周波トランスの二次側コイルの一端側から並列分岐して前記第１電極に接続されるｎ個（ｎは２以上の整数）の出力回路から構成され、前記交番高電圧がパルス状電圧であり、前記各出力回路は、コンデンサ（キャパシタ）と前記二次側コイルの一端側の電圧低下を抑制するコイル（インダクタ）が直列接続されたＬＣ直列回路からなり、前記二次側コイルの他端側に前記第２電極が接続され、ｎ箇所の電極間でプラズマが生成されるように構成されることを特徴とするパルスアークプラズマ生成用電源回路。
【請求項２】
第1電極と第２電極とからなる放電発生用電極に交番高電圧を印加することによってパルスアーク放電を前記電極間に発生させてプラズマを生成するパルスアークプラズマ生成用電源回路であって、２個以上の第１電極と１個以上の第２電極からなる放電発生用電極と、前記放電発生用電極の第1電極と第２電極間に印加する交番高電圧を発生させるパルス電圧用高周波トランスからなる交番高電圧発生回路と、前記パルス電圧用高周波トランスの二次側に設けられたｍ個（ｍは２以上の整数）の二次側コイルの各一端側から第１電極に接続される又は並列分岐して第１電極に接続されるｎ個（ｎは１以上の整数）の出力回路から構成され、前記交番高電圧がパルス状電圧であり、前記各出力回路は、コンデンサ（キャパシタ）と前記二次側コイルの一端側の電圧低下を抑制するコイル（インダクタ）とを直列接続したＬＣ直列回路からなり、前記二次側コイルの他端側に前記第２電極が接続され、最大ｍ×ｎ箇所の電極間でプラズマが生成されるように構成されることを特徴とするパルスアークプラズマ生成用電源回路。
【請求項３】
第1電極と第２電極とからなる放電発生用電極に交番高電圧を印加することによってパルスアーク放電を前記電極間に発生させてプラズマを生成し、このプラズマを被処理物に照射するパルスアークプラズマ処理装置であって、２個以上の第１電極と１個以上の第２電極からなる放電発生用電極と、前記放電発生用電極の第1電極と第２電極間に印加する交番高電圧を発生させるパルス電圧用高周波トランスからなる交番高電圧発生回路と、前記パルス電圧用高周波トランスの二次側コイルの一端側から並列分岐して前記第１電極に接続されるｎ個（ｎは２以上の整数）の出力回路と、前記電極間で発生したプラズマの生成領域に粉体及び／又は流体からなる被処理物を供給する被処理物供給手段から構成され、前記交番高電圧がパルス状電圧であり、前記各出力回路は、コンデンサ（キャパシタ）と前記二次側コイルの一端側の電圧低下を抑制するコイル（インダクタ）とを直列接続したＬＣ直列回路からなり、前記二次側コイルの他端側に前記第２電極が接続され、ｎ箇所の電極間でプラズマが生成されるように構成されることを特徴とするパルスアークプラズマ処理装置。
【請求項４】
第1電極と第２電極とからなる放電発生用電極に交番高電圧を印加することによってパルスアーク放電を前記電極間に発生させてプラズマを生成し、このプラズマを被処理物に照射するパルスアークプラズマ処理装置であって、２個以上の第１電極と１個以上の第２電極からなる放電発生用電極と、前記放電発生用電極の第1電極と第２電極間に印加する交番高電圧を発生させるパルス電圧用高周波トランスからなる交番高電圧発生回路と、前記パルス電圧用高周波トランスの二次側に設けられたｍ個（ｍは２以上の整数）の二次側コイルの各一端側から第１電極に接続される又は並列分岐して第１電極に接続されるｎ個（ｎは１以上の整数）の出力回路と、前記電極間で発生したプラズマの生成領域に粉体及び／又は流体からなる被処理物を供給する被処理物供給手段から構成され、前記交番高電圧がパルス状電圧であり、前記各出力回路は、コンデンサ（キャパシタ）と前記二次側コイルの一端側の電圧低下を抑制するコイル（インダクタ）とを直列接続したＬＣ直列回路からなり、前記二次側コイルの他端側に前記第２電極が接続され、最大ｍ×ｎ箇所の電極間でプラズマが生成されるように構成されることを特徴とするパルスアークプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第１電極又は第２電極の一方の電極が他方の電極周囲を取り囲む形状を備え、かつその先端部を、前記電極間で発生したプラズマを出力するノズル形状とした請求項３又は４に記載のパルスアークプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１電極と第２電極が対向し、前記電極間で発生したプラズマをその開放端側で出力するようにした請求項３又は４に記載のパルスアークプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記電極間で発生したプラズマの生成領域に流体を供給する流体供給手段を備えた請求項３〜６のいずれかに記載のパルスアークプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記各電極間に生成されたプラズマの出力方向が対向するように前記各電極を配置した請求項３〜７のいずれかに記載のパルスアークプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記各電極間に生成されたプラズマの出力位置が螺旋状に変位するように前記各電極を配置した請求項３〜７のいずれかに記載のパルスアークプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記各電極間に生成されたプラズマの出力部が束状に集合された前記電極の集合体を形成してなる請求項３〜７のいずれかに記載のパルスアークプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記各電極間からから放射されるプラズマの前記被処理物に対する照射間隔を制御する制御手段を設けた請求項３〜１０のいずれかに記載のパルスアークプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記各電極間からから放射されるプラズマの前記被処理物に対する照射方向を制御する制御手段を設けた請求項３〜１１のいずれかに記載のパルスアークプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記各電極の近傍に前記被処理物を流通させる被処理物流通路を備えた請求項３〜１２のいずれかに記載のパルスアークプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記各電極の集合体の中央部に前記被処理物を流通させる被処理物流通路を設けた請求項１３に記載のパルスアークプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間に交番高電圧を印加するプラズマ生成用電源回路、この電源回路に基づく放電によってプラズマを生成するプラズマ生成装置、そのプラズマ生成装置を用いて、被処理物から目的物質を生成したり、被処理物の表面処理、殺菌、消毒、洗浄、改質、濡れ性改善、切断等の処理を行うプラズマ処理装置及び製造された目的物に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の放電によるプラズマ生成装置では、商用周波数の電圧又は高周波電圧を高周波トランスで昇圧し、対向する電圧間に印加することによりプラズマを生成している。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１の特開２００１−２９７８９８号公報に示されるプラズマ表面処理装置には図１８のようなプラズマ生成装置が開示されている。このプラズマ生成装置は電源回路１００、高周波トランス１０３、一対の電極１０４、１０５からなる。電源回路１００は高周波トランス１０３の一次コイル１０１に高周波電圧を印加する。高周波トランス１０３の二次コイル１０２には、約数千〜１万ボルトに昇圧された高周波電圧が発生し、この高周波電圧が一対の電極１０４、１０５間に印加される。この結果、一対の電極１０４、１０５間に発生する放電によってプラズマが生成される。エアポンプＰは電源回路１００から電力供給を受けて空気流を発生させる。この空気流は一対の電極１０４、１０５間に供給され、電極間で生成されたプラズマを被処理物１０６の表面に吹き付ける。このプラズマの照射によって、被処理物１０６の表面処理が行われる。なお、二次コイル１０２と各電極１０４、１０５間には放電電流制限用コンデンサ１０７、１１０が挿入されている。コンデンサ１０７、１１０と並列接続された抵抗１０９は放電を停止した後、コンデンサ１０７、１１０に残留する充電電圧を速やかに放電させ、残留電荷による感電等を防ぐためのものである。
【０００４】
上記のプラズマ生成装置は被処理物のプラズマ表面処理装置に適用されるが、単一の電極対による表面処理装置ではプラズマ処理可能範囲が自ずと限られるため、より広範囲に、あるいは効率的に処理を行う場合には複数個のプラズマ表面処理装置が必要となる。しかし、プラズマ処理装置単体を複数使用するのはコストアップになり、また処理装置が大規模化する問題を生じる。この問題の対応策の一つとして、プラズマ生成装置の電源回路や高周波トランスなどの電源供給回路部を共用して、複数対の電極間に電力を供給することによって、広範囲あるいは大量のプラズマを生成させる装置の小型化と低コスト化を図ることが考えられる。
【０００５】
図１７は電源供給回路部の共用例を示す。図１８と同様の構成部分には同じ符号を付している。二次コイル１０２の接地側に共通電極１１２を設け、これに対向して２つの電極１１１、１１３が配設されている。各電極と二次コイル１０２との間にはコンデンサ１１４、１１５が挿入されている。このような構成によれば、２つの電極対に対して電源回路１００や高周波トランス１０３などを共用することができるが、実際のプラズマ生成に関して以下の問題があった。
【０００６】
例えば、電極１１１と共通電極１１２間で放電が発生すると、それに伴いコンデンサ１１４の放電が進む。この放電により、コンデンサ１１４が接続された、二次コイル１０２の一方の出力端の電位Ａが数１０〜１０Ｖ程度まで低下する電圧低下が生じる。この電圧低下の結果、もう一つの電極１１３側のコンデンサ１１５の充電電荷が電極１１１側に流がれて失われるため、電極１１１と共通電極１１２間での放電が誘発されないという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−２９７８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の課題に鑑み、本発明の目的の一つは、装置を大型化することなく、多量の生成プラズマを円滑に得ることができるプラズマ生成用電源回路及びプラズマ生成装置の提供である。そして、本発明の別の目的は、かかるプラズマ生成装置を用いて、多量の被処理物を低コストでプラズマ処理することのできるプラズマ処理装置の提供である。本発明の更なる目的は、このプラズマ処理装置を用いて被処理物を処理することにより粉体や成膜物などの所望の目的物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、本発明の第１の形態は、第1電極と第２電極からなる放電発生用電極に交番高電圧を印加することによって放電を前記電極間に発生させてプラズマを生成するプラズマ生成用電源回路であって、２個以上の第１電極と１個以上の第２電極からなる放電発生用電極と、前記放電発生用電極の第1電極と第２電極間に印加する交番高電圧を発生させる交番高電圧発生回路と、この交番高電圧発生回路の一方の出力と前記第１電極との間に、コンデンサ（キャパシタ）とコイル（インダクタ）とを直列接続したプラズマ生成用電源回路である。
【０００９】
本発明の第２の形態は、前記交番高電圧発生回路が高周波トランスからなり、前記高周波トランスの二次側コイルの一端側から２つ以上の出力回路を並列分岐させて第１電極に接続し、前記各出力回路は前記コンデンサと前記コイルとを直列接続して構成され、かつ前記二次側コイルの他端側に前記第２電極を接続してなるプラズマ生成用電源回路である。
【００１０】
本発明の第３の形態は、前記交番高電圧発生回路が高周波トランスからなり、前記高周波トランスの二次側に複数の二次側コイルを設け、この各二次側コイルの一端側から１つ以上の出力回路を並列分岐させて第１電極に接続し、前記各出力回路は前記コンデンサと前記コイルとを直列接続して構成され、かつ前記二次側コイルの他端側に前記第２電極を接続してなるプラズマ生成用電源回路である。
【００１１】
本発明の第４の形態は、第1電極と第２電極からなる放電発生用電極に交番高電圧を印加することによって放電を前記電極間に発生させてプラズマを生成するプラズマ生成装置であって、２個以上の第１電極と１個以上の第２電極からなる放電発生用電極と、前記放電発生用電極の第1電極と第２電極間に印加する交番高電圧を発生させる交番高電圧発生回路と、この交番高電圧発生回路の一方の出力と前記第１電極との間に、コンデンサ（キャパシタ）とコイル（インダクタ）とを直列接続したプラズマ生成装置である。
【００１２】
本発明の第５の形態は、前記交番高電圧発生回路が高周波トランスからなり、前記高周波トランスの二次側コイルの一端側から２つ以上の出力回路を並列分岐させて第１電極に接続し、前記各出力回路は前記コンデンサと前記コイルとを直列接続して構成され、かつ前記二次側コイルの他端側に前記第２電極を接続してなるプラズマ生成装置である。
【００１３】
本発明の第６の形態は、前記交番高電圧発生回路が高周波トランスからなり、前記高周波トランスの二次側に複数の二次側コイルを設け、この各二次側コイルの一端側から１つ以上の出力回路を並列分岐させて第１電極に接続し、前記各出力回路は前記コンデンサと前記コイルとを直列接続して構成され、かつ前記二次側コイルの他端側に前記第２電極を接続してなるプラズマ生成装置である。
【００１４】
本発明の第７の形態は、前記第１電極又は第２電極の一方の電極が他方の電極周囲を取り囲む形状を備え、かつその先端部を、前記電極間で発生したプラズマを出力するノズル形状としたプラズマ生成装置である。
【００１５】
本発明の第８の形態は、前記第１電極と第２電極が対向し、前記電極間で発生したプラズマをその開放端側で出力するようにしたプラズマ生成装置である。
【００１６】
本発明の第９の形態は、前記電極間で発生したプラズマの生成領域に流体を供給する流体供給手段を備えたプラズマ生成装置である。
【００１７】
本発明の第１０の形態は、前記各電極対を所定方向に配設したプラズマ生成装置である。
【００１８】
本発明の第１１の形態は、第４〜第１０形態のいずれかに記載のプラズマ生成装置を用い、前記電極間に生成されたプラズマを被処理物に照射するプラズマ処理装置である。
【００１９】
本発明の第１２の形態は、第４〜第１０形態のいずれかに記載のプラズマ生成装置を用い、前記各電極間に生成されたプラズマを被処理物に照射するプラズマ処理装置であって、前記各電極間に生成されたプラズマの出力方向が対向するように前記各電極を配置したプラズマ処理装置である。
【００２０】
本発明の第１３の形態は、第４〜第１０形態のいずれかに記載のプラズマ生成装置を用い、前記各電極間に生成されたプラズマを被処理物に照射するプラズマ処理装置であって、各電極間に生成されたプラズマの出力位置が螺旋状に変位するように前記各電極を配置したプラズマ処理装置である。
【００２１】
本発明の第１４の形態は、第４〜第１０形態のいずれかに記載のプラズマ生成装置を用い、前記各電極間に生成されたプラズマを被処理物に照射するプラズマ処理装置であって、各電極間に生成されたプラズマの出力部が束状に集合された前記電極の集合体を形成してなるプラズマ処理装置である。
【００２２】
本発明の第１５の形態は、第４〜第１０形態のいずれかに記載のプラズマ生成装置を用い、前記各電極間に生成されたプラズマを被処理物に照射するプラズマ処理装置であって、各電極間からから放射されるプラズマの前記被処理物に対する照射間隔を制御する制御手段を設けたプラズマ処理装置である。
【００２３】
本発明の第１６の形態は、第４〜第１０形態のいずれかに記載のプラズマ生成装置を用い、前記各電極間に生成されたプラズマを被処理物に照射するプラズマ処理装置であって、各電極間からから放射されるプラズマの前記被処理物に対する照射方向を制御する制御手段を設けたプラズマ処理装置である。
【００２４】
本発明の第１７の形態は、第１１〜第１４形態において、前記各電極の近傍に前記被処理物を流通させる被処理物流通路を備えたプラズマ処理装置である。
【００２５】
本発明の第１８の形態は、前記第１４形態において、前記各電極の集合体の中央部に前記被処理物を流通させる被処理物流通路を設けたプラズマ処理装置である。
【００２６】
本発明の第１９の形態は、第１１〜第１８形態のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いて被処理物をプラズマ処理することにより製造される目的物である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の第１の形態によれば、前記交番高電圧発生回路の一方の出力と、前記第１電極との間に、キャパシタンスＣのコンデンサとインダクタンスＬのコイルとを直列接続したＬＣ直列回路を設けているので、いずれか一つの電極対において放電が起きたとき、当該電極において放電が進んでも、前記コイルによって、高周波トランスの二次側出力の電圧低下が抑制される。このＬＣ直列回路による電圧低下の抑制作用によって、他の放電発生用電極へ印加される電圧の維持が行われるので、複数の放電が確実にしかも同時的に発生する。従って、本形態にかかるプラズマ生成用電源回路においては、前記複数対の放電発生用電極に対して前記交番高電圧発生回路を共用し、装置を大型化させることなく、複数の電極対を同時放電させ、その結果多量の生成プラズマを円滑に得ることができる。また前記複数対の放電発生用電極に対して前記交番高電圧発生回路の共用によって、複合電極対搭載のプラズマ生成装置の低価格化を実現できる。
本発明の交番高電圧とは、連続交流のほか、断続的・間欠的交流でもよく、パルス状電圧でもよい。このパルス状電圧は、両極性でも、正極性でも、負極性でもよい。また、連続的繰り返しパルスでも、断続的・間欠的繰り返しパルスでもよい。更に、両極性の場合、正負の波高値が同一でなくてもよく、交流電圧やパルス状電圧に直流成分が重畳していても構わない。換言すれば、高電圧と低電圧若しくは接地電圧とが繰り返し生じている電圧、又は高電圧と逆極性の高電圧が繰り返し生じている電圧でもよい。正負に振れる電圧の場合、正負の波高値が異なっていても差し支えない。
【００２８】
本発明の第２の形態によれば、前記交番高電圧発生回路が高周波トランス（からなり、前記高周波トランスの二次側コイルの一端側から２つ以上の出力回路を並列分岐させて第１電極に接続し、前記各出力回路は前記コンデンサと前記コイルとを直列接続して構成され、かつ前記二次側コイルの他端側に前記第２電極を接続してなるプラズマ生成用電源回路である。一つの二次側コイルに２以上の放電用出力回路を接続できるから、一つの二次側コイルで大プラズマを生成制御でき、回路構成が簡単で、回路コストを低減できる。なお，本発明の高周波トランスは、パルストランスと呼ばれることもある。
【００２９】
本発明の第３の形態によれば、前記交番高電圧発生回路が高周波トランスからなり、前記高周波トランスの二次側に複数の二次側コイルを設け、この各二次側コイルの一端側から１つ以上の出力回路を並列分岐させて第１電極に接続し、前記各出力回路は前記コンデンサと前記コイルとを直列接続して構成され、かつ前記二次側コイルの他端側に前記第２電極を接続してなるプラズマ生成用電源回路である。二次側コイルを複数設けるから、放電用の出力回路数を自在に増減でき、放電電極数を所望数だけセットすることが可能になる。従って、１台の高周波トランスを用いて二次側コイル数を増加するだけで、放電の大面積化が可能になり、大プラズマの生成が容易になる。
【００３０】
本発明の第４形態によれば、第１形態と同様に、コイルが電圧維持作用を奏し、複数の放電電極を同時放電させることが可能になる。コンデンサにコイルを直列接続するだけであるから、放電数が増加してもコスト高にならず、比較的安価にプラズマ生成装置を構成できる利点がある。また、複数の放電電極は任意形態に配置できるから、生成されるプラズマ形状を自在に調整できる。
【００３１】
本発明の第５形態によれば、第２形態と同様に、１台の高周波トランスの二次側において、一つの二次側コイルに２つ以上の放電用出力回路を接続できるから、一つの二次側コイルだけで放電電極数を自在に調整でき、簡単安価な回路構成で大プラズマを生成できる利点がある。
【００３２】
本発明の第６形態によれば、１台の高周波トランスの二次側において、二次側コイルを複数設けるから、放電用の出力回路数を自在に増減でき、放電電極数を所望数だけセットすることが可能になる。従って、１台の高周波トランスを用いて二次側コイル数を増加するだけで、放電の大面積化が可能になり、大プラズマの生成が容易になる。
【００３３】
本発明の第７の形態によれば、前記第１電極又は第２電極の一方の電極が他方の電極周囲を取り囲む形状を備え、かつその先端部を、前記電極間で発生したプラズマを出力するノズル形状としたので、例えば、同軸円筒型のプラズマ出力部を複数備えて、多量のプラズマジェット照射が可能であり、このような複合プラズマ生成装置を前記交番高電圧発生回路の共用によって、装置を大型化させることなく安価に実現することができる。
【００３４】
本発明の第８の形態によれば、前記第１電極と第２電極が対向し、前記電極間で発生したプラズマをその開放端側で出力するようにしたので任意形状の大量プラズマを生成できる。例えば、各電極対を平面配置すれば平面状プラズマを放射でき、又は各電極対を立体配置すれば立体状プラズマを大量に出力することができる。このような複合プラズマ生成装置を前記交番高電圧発生回路の共用によって、装置を大型化させることなく安価に実現することができる。
【００３５】
本発明の第９の形態によれば、前記電極間で発生したプラズマの生成領域に流体を供給する流体供給手段を備えているので、前記流体供給手段によって、例えば空気などの気体流を発生させ、前記プラズマの生成領域に流すことによってプラズマを被処理物に吹き付け、生成プラズマを効率よく利用することができる。この場合には送流する気体をプラズマ化できるから、任意気体のプラズマを生成でき、任意気体のプラズマを被処理物に照射できる。前記流体は水などの液体でもよく、電極を液体中に浸漬しておき、電極間に液体を送流させれば、任意液体のプラズマ化が可能になる。前記供給手段は、気体では気体ブロア等、液体ではポンプ・スクリュー・プロペラなどが利用できる。また、この流体中に被処理物の粉体、液体を混在させて、前記供給手段により前記プラズマの生成領域に被処理物を搬送供給してもよい。
【００３６】
本発明の第１０の形態によれば、前記各電極対を所定方向に配設したので、例えば平面状・立体状にプラズマを出力させる出力部を複数備えることができ、平面状又は立体状にプラズマ照射が可能な複合プラズマ生成装置を実現することができる。大平面状の第２電極を配置し、この第２電極に対向するように複数の小面積状の第１電極を配置すれば、その間隙間で隙間状の大プラズマを形成できる。このとき、電極の対向面側に誘電体を配置することもできる。また、容器を第２電極とし、この容器内にロッド状の複数の第１電極を同軸構成すれば、容器内全体に広がったプラズマを生成できる。
【００３７】
本発明の第１１の形態によれば、前記各電極対によって生成されたプラズマを被処理物に照射するプラズマ処理装置が提供されるから、複数の電極対から同時放射される大量のプラズマを被処理物に照射でき、被処理物の形状や量に応じて効率よくプラズマ処理することが可能になる。この処理には、被処理物から目的物質を生成したり、被処理物の表面処理、殺菌、消毒、洗浄、改質、濡れ性改善、切断等の広範囲の処理が含まれる。
【００３８】
本発明の第１２の形態によれば、前記第１〜６のいずれかの形態にかかるプラズマ生成装置を用いたプラズマ処理装置であって、前記各電極対によって生成されたプラズマの出力方向が対向するように前記各電極対を配置したので、前記各電極対による生成プラズマからなるプラズマ処理領域に被処理物を導入したとき、より多くの生成プラズマを一度に照射でき、処理能力の向上を図ることができる。例えば、複数の電極対を放射状に配置して、プラズマを中心領域に照射すれば、中心領域のプラズマ密度が急激に増大し、このプラズマ中に被処理物となる原料ガスを導入すると、目的粉体を効率よく生成できる。また、この中心領域に任意形状の被処理物を通過させれば、被処理物の周囲表面を同時的にプラズマ処理でき、表面の成膜や改質などの処理が効率的に実行される。
【００３９】
本発明の第１３の形態によれば、前記各電極対によって発生されたプラズマの出力位置が螺旋状に変位するように前記各電極対を配置したので、前記各電極対による生成プラズマからなるプラズマ処理領域を立体的に拡大したプラズマ処理装置を実現することができる。この螺旋状には、各電極対から放射されるプラズマを中心点から偏心させる場合を含み、この場合にはプラズマ流がプラズマ処理領域を旋回し、原料ガスなどの被処理物を均一に処理することが可能になる。また、偏心させた状態で、プラズマを斜め上方に放射すれば、前記プラズマ旋回流が螺旋状に上昇し、プラズマ処理領域の大容量化を実現でき、被処理物の大量処理が可能になる。
【００４０】
本発明の第１４の形態によれば、前記各電極対によって生成されるプラズマの出力部が束状に集合された前記各電極対の集合体を形成してなるので、前記集合体によって多量のプラズマを束状に出力可能なプラズマ処理装置を実現できる。即ち、電極対を筒状電極状に構成すれば、各電極対から放射されるプラズマジェットが束状になり、大プラズマジェット流を放射でき、この大面積プラズマジェット流により被処理物を処理すれば、被処理物の形状や量に応じてプラズマ処理の効率化を図ることができる。筒状電極で無い場合には、電極対を重ねたり、放射状配置したり、これらを複数段束ねることにより、大容量プラズマ流を形成でき、この大容量プラズマ流により被処理物の効率処理が実現できる。
【００４１】
本発明の第１５の形態によれば、前記電極対から放射されるプラズマの被処理物に対する照射間隔を制御する制御手段を設けているから、照射間隔を調整することにより被処理物に対する処理効率を自在に調整できる。被処理物が原料ガスなら、原料ガスに対するプラズマ照射効率を調整し、目的物の製造効率を最適調整できる。また、被処理物が固体物なら、固体物の表面処理を調整でき、例えば成膜効率を増大することが可能となる。
【００４２】
本発明の第１６の形態によれば、電極対から放射されるプラズマの被処理物に対する照射方向を自在に制御調整できる。例えば、筒状反応部に電極を放射状に配設した場合、プラズマの照射方向を自在に変えることにより、筒状反応部に送流される原料ガスに対し、目的粉体を生成する反応効率を最適調整することが可能になる。また、被処理物が固体物なら、固体物表面の処理状態を可変でき、プラズマ処理の目的に応じた最適設計を実現できる。
【００４３】
本発明の第１７の形態によれば、前記各電極対の近傍に前記被処理物を流通させる被処理物流通路を備えているので、例えば、燃料ガス、触媒、粉体等を前記被処理物流通路を通じて生成プラズマに接触させ、目的物の生成効率を調整できる。被処理物流通路は単にガスや液体などの流体を流通させるだけでなく、固体物を搬送する経路でもよい。従って、被処理物が、ガス、液体、固体のどのような形態を有していても、被処理物流通路を適宜に設計することによって、プラズマ処理を最適に実現することが可能になる。
【００４４】
本発明の第１８の形態によれば、前記第１３の形態において、各電極対の集合体の中央部に前記被処理物を流通させる被処理物流通路を設けたので、前記集合体によって束状に多量に出力されたプラズマ中に前記被処理物流通路を通じて前記被処理物を流通させることにより、効率よく生成プラズマに接触させ処理効率の向上を図ることができる。
前記第１１〜１８の形態のプラズマ処理装置は、トナー、ガラス、セラミックス、金属、半導体、プラスチックス、ゴム、エラストマーなどの固体物質の形状変換、球形化、面取り、表面粗面化、突起除去などに適用することができる。
【００４５】
本発明の第１９の形態によれば、前記第７〜１４のいずれかの形態のプラズマ処理装置を用い、被処理物をプラズマ処理して所定の目的物を製造することができる。例えば、プラズマ処理により、表面改質、濡れ性改善、クリーニング、エッチング、アッシング、塗装・印字・印刷前処理、コーティング・蒸着・塗布・成膜前処理、シール・封止・接合・接着前処理、耐酸化性強化、耐還元性強化、などの表面処理を受けた目的物を製造できる。更に、固体表面に、金属膜、導電性・絶縁性・半導体性セラミックス膜（酸化膜、窒化膜，炭化膜など：例えば、酸化アルミ膜、酸化シリコン膜、酸化亜鉛膜、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化膜）、ＡＴＯ（アンチモン・スズ酸化膜）、誘電体膜（チタン酸バリウムなど）、圧電体膜（ＰＺＴ、ＡｌＮ、ＺｎＯ等）、磁性体膜、超電導体膜、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ、非晶質炭素膜、ダイヤモンド様炭素膜とも呼ばれる）、ポリマー・樹脂・プラスチック膜，フッ化膜などを形成された固体を目的物として提供できる。その他に、ＮＯxやＳＯｘなどの排ガス処理、殺菌、滅菌、洗浄、脱臭、廃油処理、ダイオキシン等の汚染物処理、オゾン処理を受けた目的物を製造でき、またプラズマ処理により合成されたカーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、カーボンナノツイスト、カーボンナノホーン、フラーレンなどの炭素系ナノ粒子や、酸化チタン、チタン酸バリウム、マンガン酸リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、酸化亜鉛、酸化シリコンなどの機能性微粒子を目的物として製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下に、本発明に係るプラズマ生成用電源回路、プラズマ生成装置及びプラズマ処理装置の実施形態を添付する図面に従って詳細に説明する。
【００４７】
図１は本実施形態のプラズマ生成装置の概略構成図である。このプラズマ生成装置は２対の電極を含み、接地側の共通電極３に対向する電極１、２を有する。各電極１、２には、電源回路１１と高周波トランス８からなる交番高電圧発生回路によって発生された交番高電圧が印加される。電源回路１１は商用電源を約３０ｋＨｚの高周波パルス電圧に変換するインバータ回路を含む。このインバータ回路による高周波パルス電圧は高周波トランス８の一次コイル９に導入され、約数千〜１万ボルトに昇圧され、二次コイル１０より交番高電圧として出力される。二次コイル１０の一方の出力側に電極１、２が共通接続され、他方の出力側は接地されている。電極１、２の共通接続点Ｂと各電極間にはそれぞれ、コンデンサ４及びコイル５からなるＬＣ直列回路、コンデンサ６及びコイル７からなるＬＣ直列回路が挿入されている。各コンデンサの電気容量（キャパシタンス）及び各コイルのインダクタンスの値は、高周波トランス８側からの印加電圧値や放電量、あるいは電極１、２と電極３間の空間容量等の条件を考慮して選択され、例えば各電気容量は１００ｐＦ、各コイルの値は１００ｍＨに設定される。各コンデンサは各電極の放電開放端側に接続され、各コイルは共通接続点Ｂ側に接続されている。各電極１・２と共通電極３間で発生したプラズマに対して空気ブロアを供給するときに用いるエアブロア発生装置１２は各電極近傍に配設される。
【００４８】
上記構成のプラズマ生成装置において、例えば、電極１と共通電極３間で放電が発生すると、電極１側のコンデンサ４の放電が起きる。このときの放電現象を図２の波形模式図の（Ａ−１）に示す。コンデンサ４の充電電圧２０は放電ポイントａから、図中２１で示すように、急激に低下していく。このとき、共通接続点Ｂの手前に挿入されているコイル５によって、共通接続点Ｂでの電圧低下が抑制される。コンデンサ４の放電時における他方の電極２側のコンデンサ６の様子を図２の（Ａ−２）に示す。放電時にコイル５によって共通接続点Ｂでの電圧低下が抑制される結果、コンデンサ６の充電電圧２２は上記放電ポイントａからのコンデンサ４の放電中、図中２３で示すように、若干低下するものの放電可能電位に保持され、図中２４で示すように放電ポイントｂで放電が起きる。したがって、電極１と共通電極３間での放電に引き続いて、電極２と共通電極３間での放電も誘発される。その後電圧が反転して、このような充放電を繰り返すことによって、電極１と共通電極３及び電極２と共通電極３による連続的なプラズマ生成が可能となる。なお、未使用時等における各コンデンサの残留電荷による感電防止用のバイパス抵抗をコンデンサ４及び６に対して並列接続してもよい。
【００４９】
以上のように、上記構成のプラズマ生成装置によれば、２つの電極対によるプラズマ生成を単一の交番高電圧発生回路を用いて円滑に行うことができる。したがって、多量のプラズマ生成に適したプラズマ生成装置を大型化させることなく、安価に構成することができる。
【００５０】
図３は４対の電極対を連設した複合プラズマ生成装置の概略構成図である。電源回路５８の高周波パルス電圧は高周波トランス５５の一次コイル５６に導入され、昇圧電圧が二次コイル５７より交番高電圧として出力される。二次コイル５７の一方の出力側に４個の電極４０〜４３が共通接続され、他方の出力側は接地されている。電極４０、４３は、それぞれ接地側電極４４、４６と対向配置されている。電極４１、４２は接地側共通電極４５と対向配置されている。各電極４０〜４３と二次コイル５７との間にはそれぞれ、コンデンサ４７及びコイル５１、コンデンサ４８及びコイル５２、コンデンサ４９及びコイル５３、コンデンサ５０及びコイル５４からなるＬＣ直列回路が挿入されている。
【００５１】
上記ＬＣ直列回路の挿入によって、図１の実施形態と同様に、プラズマを円滑に生成させることができる。例えば、電極４０と接地側電極４４間で放電が発生すると、電極４０側のコンデンサ４７の放電が起きる。このときの放電現象を図２の波形模式図の（Ｂ−１）に示す。コンデンサ４７の充電電圧２５は放電ポイントｃから、図中２６で示すように、急激に低下していく。このとき、コイル５１によって電圧低下が抑制される。コンデンサ４７の放電時における他方の一つの電極４１側のコンデンサ４８の様子を図２の（Ｂ−２）に示す。コイル５２によって電圧低下が抑制される結果、コンデンサ４８の充電電圧２７は上記放電ポイントｃからのコンデンサ４７の放電中、図中２８で示すように、若干低下するものの放電可能電位に保持され、図中２９で示すように放電ポイントｄで放電が起きる。したがって、電極４０による放電に引き続いて、電極４１での放電も誘発される。さらに同様に、電極４２側のコンデンサ４９においても図中３０〜３３に示す波形変化によって、放電ポイントｄから若干遅れた放電ポイントｅにおいて放電が起きる。また、同様に、電極４３側のコンデンサ５０においても図中３４〜３８に示す波形変化によって、放電ポイントｅから若干遅れた放電ポイントｆにおいて放電が起きる。このような充放電を繰り返すことによって、４対の電極対における放電が連鎖的に起き、プラズマ生成を円滑に行うことができる。
図１では２対の電極，図２では４対の電極の例を示したが、電極対は偶数個である必要は無く、また基本的に数の制限はない。更にまた、一つの電極に複数の電極が対応していてよい。例えば、図１では、２対の電極と云っても、２つの高電圧電極と一つの接地電極から構成されている。
【００５２】
上記構成のプラズマ生成装置においては、４つの電極対によるプラズマ生成を電源回路５８及び高周波トランス５５からなる単一の交番高電圧発生回路を用いて円滑に行うことができ、４対の電極対を使用して多量のプラズマ生成に適したプラズマ生成装置を大型化させることなく、安価に構成することができる。しかも、二次コイル５７側に電極４０〜４３を共通接続しているため二次コイル５７側の電力供給構成を簡素化でき、コストダウンに一層寄与する。
【００５３】
図４は図１又は図３の実施形態に使用する各電極対の具体的構成の一例を示す。図４の（Ａ）は横断面形状を、同図の（Ｂ）は縦断面形状を示す。１対の電極は同軸円筒の外周部６０と、中心部６１に配設されている。外周部６０と中心部６１の各電極間に形成された円筒状の空間は空気流等の流体流通路６２である。流体流通路６２には空気や処理ガスなどが送流装置６４によって導入される。流体は層流でも乱流でもよいが、層流化する場合には整流器を介して流体を導入する。この電極対の同軸状形態によって、ノズル噴射形状を備えさせることができ、プラズマ生成装置における、ノズル型又はトーチ型のノズル部を構成することができる。放電は中心部６１に配設された電極先端付近から生起され、外方に放射される。しかし、中心部６１の中間部から放電するように構成してもよい。図１又は図３の複数の電極対の各電極対にこのノズル部を適用して各ノズル部を所定形態で併設することによって、プラズマ生成範囲を拡大したり、又は所望のプラズマ生成範囲を形成することができる。
【００５４】
図５は図１又は図３の実施形態に使用可能な電極対の具体的構成の別の例を示す。図５の（Ａ）は横断面形状を、同図の（Ｂ）は縦断面形状を示す。１対の電極は互いに対向配置され、先端側で拡幅された線材６５、６６からなり、上下開放された絶縁性箱体６７に収納されている。箱体６７の中空部は、空気流等の流体流通路６２となり、送流装置６４によって空気や処理ガスなどが導入される。電極対の線材６５、６６は互いの間隔が箱体６７内部で狭くなっており、その幅狭部分６８が放電開始個所になる。生成されたプラズマは送流装置６４からの流体ブロアを受けて先端出口から平面的に放射される。このように構成された平面型のノズル部を図１又は図３の複数の電極対の各電極対に適用し、各ノズル部を所定形態で併設することによって、プラズマ生成範囲を拡大したり、又は所望のプラズマ生成範囲を形成することができる。
【００５５】
図６は本発明にかかる複数の電極対を備えた複合プラズマ生成装置の具体的形状例を示す。図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、図４の同軸状ノズル形状の電極対７０を７個束ねて集合させて電極対の集合体を形成した実施形態を示す。各電極対７０は円筒状外周部の電極７１と中心部の電極７２からなり、７対の電極対はそれぞれ、図１又は図３の実施形態と同様にして、各電極対の一方の電極側と電源用トランスとの間にＬＣ直列回路を挿入した構成にすることによって、前述のように、ＬＣ直列回路の電圧低下抑制作用により円滑にプラズマ生成を行うことができる。したがって、かかる電極対の集合体により強力なプラズマ照射能力を備えたプラズマ生成装置を提供することができる。図６の（Ｃ）及び（Ｄ）は図４の同軸状ノズル形状の電極対７０を６個束ねて集合させて電極対の集合体を形成し、その中心部に空気や被処理物等の流体供給路７３を設けた実施形態を示す。この場合、かかる電極対の集合体により強力なプラズマ照射能力を備えるとともに、流体供給路７３を介して流体又は被処理物の供給により処理用途を拡大できるプラズマ生成装置を提供することができる。
【００５６】
次に、本発明をトナー材等の粉体のプラズマ表面処理に適用したプラズマ表面処理装置の実施形態を説明する。
図７は、本発明にかかる粉体用プラズマ処理装置の全体構成を示す図である。この粉体用プラズマ処理装置は、粉体プラズマ処理部８０と粉体回収部９０からなる。被処理用粉体材は材料吹込部８１に投入され、エアー口８３からのエアー供給を受けて粉体プラズマ処理部８０の上部にノズル８２より導入される。導入された被処理用粉体材は粉体プラズマ処理部８０を落下しながらプラズマ表面処理を受けた後、粉体プラズマ処理部８０の下部ダクト８７を経て粉体回収部９０の回収槽９１に向け、粉体回収部９０上部からのブロア９３による排気作用を受けて運ばれていく。粉体プラズマ処理部８０においてプラズマ処理された粉体は回収口８８から粉体回収部９０上部に導入され、ブロア９３によって不要ガス等が排気されながら、回収槽９１に落下し回収される。ポンプ９３の吸入口手前にはヘパフィルタ装置９２が配置されている。粉体プラズマ処理部８０の処理部８０ａには上下に２層のプラズマ生成部８４、８５が設けられている。各プラズマ生成部８４、８５には図４で示したノズル型でかつ円筒形状のプラズマ生成装置を６個設置する導入口８６が設けられている。図１０及び図１１に示すように、上層のプラズマ生成装置の６個のノズル部８６ｃと下層のプラズマ生成装置の６個のノズル部８６ｄが平面視交互に、かつ放射状に均一に対向配置され、粉体プラズマ処理部８０の槽内で均一に照射できるプラズマ処理領域を立体的に形成している。粉体プラズマ処理部８０にはプラズマ流を下方に向けて発生させるキャリアガス供給機構（図示せず）が設けられている。このキャリアガスとしては、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ２などの不活性ガスが好適であるが、空気でも良く、プラズマ処理に影響の無いガスが選ばれる。大気中でこのプラズマ処理を行う場合には、キャリアガスとして空気が最も単純である。このプラズマ表面処理装置を使用例として、例えば、トナー原材料を粉体プラズマ処理部８０に搬入すると、各プラズマ生成部８４、８５によって生成されたプラズマ中を落下し通過していくことによってトナー原材料の微細球形化処理を施すことができる。
【００５７】
図８は図７の粉体用プラズマ処理装置におけるプラズマ生成用電源回路およびプラズマ生成装置の概略構成を示す図である。もちろん，この概略構成は粉体用プラズマ処理装置だけで無く、様々な用途に利用可能である。この構成では、高周波トランスの二次側コイル（巻線）が複数個あり、それぞれのコイル（巻線）に複数個の電極対が接続されている。つまり、この構成では、ｎ個の二次側コイル（巻線）とそれに接続されるそれぞれｍ個の電極対により、ｎ×ｍ個のプラズマの発生が可能である。そのため、プラズマの大面積化・大体積化が可能となる。図８では、ｎ＝６，ｍ＝２であるが、これらの数値の制限はない。
【００５８】
図９は、この粉体用プラズマ処理装置に使用可能なノズル部の取付状態を示す断面図である。図１０は、前記粉体用プラズマ処理装置のノズル部の配置状態を示す概略斜視図である。図１１は、前記粉体用プラズマ処理装置のノズル部の配置状態を示す概略平面図である。また、図１２は、前記粉体用プラズマ処理装置のノズル部の別の配置状態を示す概略平面図である。
【００５９】
図８〜図１２では、各プラズマ生成部８４、８５のそれぞれ設置された上層のノズル部８６ｃと下層のノズル部８６ｄからなる粉体用プラズマ生成装置の概略構成が示されている。上層のノズル部８６ｃと下層のノズル部８６ｄはそれぞれ電源トランス側電極８６ａと接地側電極８６ｂの電極対からなる。電源回路２００と、電源回路２００と一次側コイル２０２で接続された高周波トランス２０１からなる交番高電圧発生回路によって発生された交番高電圧が各電極８６ａに印加される。また、図１又は図３の実施形態と同様に、各電極８６ａには高周波トランス２０１の二次側コイル２０３との間にコンデンサＣ１とコイルＬ１からなるＬＣ直列回路が挿入されている。
【００６０】
上記構成の粉体プラズマ処理装置は合計１２個の電極対を備えているが、上記各電極８６ａ側にコンデンサＣ１とコイルＬ１からなるＬＣ直列回路を挿入することによって、図１又は図３の実施形態と同様に、円滑に各電極対における放電を発生させ、多量のプラズマを粉体プラズマ処理部８０内部に生成させることができる。したがって、電源回路２００と高周波トランス２０１からなる交番高電圧発生回路の共用によって、安価にかつ高出力のプラズマによる表面処理を行えるプラズマ表面処理装置を実現することができる。しかも、２層に分けた各プラズマ生成部８４、８５を粉体プラズマ処理部８０内に設置でき、粉体処理容量の拡大を図ることができる。なお、図１０及び図１１に示したように、上層のノズル部８６ｃと下層のノズル部８６ｄはそれぞれ互いに対向配置されているが、図１２に示すように、螺旋状にプラズマ放射されるように各ノズル部８６ｃ、８６ｄを配置すれば、粉体プラズマ処理部８０内に渦流状のプラズマ旋回流を形成することができ、攪拌効果や均一照射に適したプラズマ表面処理を行うことができる。また、図９に示すように、各ノズル部の向きを変更可能に支持すれば、図１０及び図１１の対向照射又は図１２の螺旋状照射形態に自在に変更可能にでき、多くの用途に対応可能となる。図９に示すように、各ノズル部部８６ｃ、８６ｄのプラズマ出力部近傍にリンクボール８０ｃを嵌着し、粉体プラズマ処理部８０内壁部８０ｂに取り付けたボール受部８０ｄに取り付けることによって、リンクボール８０ｃを中心に約５０°の角度で方向変更自在に設置できる。リンクボール８０ｃに代えてユニバーサルジョイント部材を使用しても同様に方向自在構造を得ることができる。
【００６１】
さらに、表面的処理に適した本発明の実施形態を説明する。
図１３は被処理物（ワーク）に対してライン状にプラズマを照射するライン状プラズマ表面処理装置を示す。図１３の（Ａ）は要部の外観斜視図である。各プラズマ生成装置３００は例えば、図４又は図５のプラズマ生成装置であり、このライン状プラズマ表面処理装置は複数のプラズマ生成装置３００を１列に並設したものを２列、互いにワーク３０１の移動方向に照射プラズマが密になるように少し変位させて配置している。これによって、同図の（Ｂ）に示すように、各列のプラズマ照射域３０２がワーク３０１の移動方向に対して互いに重なり合っているため、その移動方向に照射ムラがなく均一にプラズマ処理することができる。ワーク３０１を移動させずに、ライン状プラズマ表面処理装置全体を所定方向に移動させてもよく、相対的にいずれかが移動すればよい。なお、複数のプラズマ生成装置３００は図１、図３又は図７の実施形態と同様に、各電極対に印加する交番高電圧の交番高電圧発生回路を共用する構成にあり、低コストに構成し、またプラズマ表面処理コストの低減に寄与する。
【００６２】
図１４は凹凸の激しい物質や曲面等の起伏のあるワーク表面にプラズマ照射する場合に適した本発明の実施形態を示す。この実施形態は、図１３の場合と比較して、併設した複数のプラズマ生成装置４００を個々独立して上下及び左右に移動可能にした可動式プラズマ処理装置である。各プラズマ生成装置４００は制御装置４０２による制御下で駆動される移動駆動機構４０１によって上下又は左右に移動可能である。ＣＣＤカメラ、反射型赤外センサ、触針センサ等のワーク４０３の表面検知装置（図示せず）によってワーク表面が観察され、その検知情報が制御装置４０２に供給されることにより、制御装置４０２がワーク表面に対する最適な照射間隔と位置を判別し、各プラズマ生成装置４００を移動させるので、平坦でない表面のワークに対するプラズマ表面処理を高精度に行うことができる。しかも、図１３の実施形態と同様に、複数のプラズマ生成装置４００は各電極対に印加する交番高電圧の交番高電圧発生回路を共用する構成にあり、低コストに構成し、またプラズマ表面処理コストの低減に寄与する。
【００６３】
本発明におけるプラズマ処理装置は、トナー、ガラス、セラミックス、金属、半導体、プラスチックス、ゴム、エラストマーなどの固体物質の形状変換、球形化、面取り、表面粗面化、突起除去などに適用することができる。
【００６４】
また、本発明におけるプラズマ処理装置は、表面改質、濡れ性改善、クリーニング、エッチング、アッシング、塗装・印字・印刷前処理、コーティング・蒸着・塗布・成膜前処理、シール・封止・接合・接着前処理、耐酸化性強化、耐還元性強化、などの表面処理を受けた目的物を製造できる。更に、固体表面に、金属膜、導電性・絶縁性・半導体性セラミックス膜（酸化膜、窒化膜，炭化膜など：例えば、酸化アルミ膜、酸化シリコン膜、酸化亜鉛膜、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化膜）、ＡＴＯ（アンチモン・スズ酸化膜）、誘電体膜（チタン酸バリウムなど）、圧電体膜（ＰＺＴ、ＡｌＮ、ＺｎＯ等）、磁性体膜、超電導体膜、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ、非晶質炭素膜、ダイヤモンド様炭素膜とも呼ばれる）、ポリマー・樹脂・プラスチック膜，フッ化膜などを形成された固体を目的物として提供できる。その他に、ＮＯxやＳＯｘなどの排ガス処理、殺菌、滅菌、洗浄、脱臭、廃油処理、ダイオキシン等の汚染物処理、オゾン処理を受けた目的物を製造でき、またプラズマ処理により合成されたカーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、カーボンナノツイスト、カーボンナノホーン、フラーレンなどの炭素系ナノ粒子や、酸化チタン、チタン酸バリウム、マンガン酸リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、酸化亜鉛、酸化シリコンなどの機能性微粒子を目的物として製造することができる。
【００６５】
以上のプラズマ装置は、大気圧のパルスアーク（一般にはグライディングアークと呼ばれる）放電を生成するための装置として述べたが、本発明における電源回路を、電極間に誘電体を挿入して放電するバリア放電（誘電体放電、サイレント放電とも呼ばれる）および真空放電にも利用でき、それらを用いた表面処理・排ガス処理など様々な応用に使用できることは云うまでもない。例えば、バリア放電の場合、接地電極に対し、高圧電極を複数個設けた放電装置を一台の電源で発生できる。また、真空放電の場合でも、真空装置を一つの接地陽極とし、真空容器内に複数の高圧電極を配置することで、大体積のグロー放電が発生でき、大型の被処理物の処理や大面積基板の処理などに利用可能である。
【００６６】
図１５は真空放電（グロー状放電）の一例を示した電極配置図である。真空容器は第２電極５０２を構成し、この第２電極５０２の中に複数のロッド状の第１電極５００が同軸状に配置されている。従って、グロー放電により容器内全体に広がる大容積のプラズマ５０４が形成される。
【００６７】
図１６は誘電体放電（バリア放電）の一例を示した電極配置図である。大面積の第２電極５０２と、これに対向する多数の小面積の第１電極５００が配置されている。第１電極５００と第２電極５０２の対向面側には誘電体５０６、５０６が配置され、この隙間にバリア放電が生起する。従って、バリア放電により大面積のプラズマ５０４が形成される。
【００６８】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例及び設計変更をその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の第１形態及び第４形態を用いると、２以上の第１電極と１以上の第２電極からなる放電発生用電極に対して前記交番高電圧発生回路を共用し、装置を大型化させることなく、多量の生成プラズマを円滑に得ることができるプラズマ生成用電源回路及びプラズマ生成装置を安価に実現できる。
【００７０】
本発明の第２形態及び第５形態を用いると、交番高電圧発生回路に高周波トランスを用い、１個の２次側コイルで複数の第１電極を同時放電させることができ、装置を大型化させることなく、複数の電極対による多量の生成プラズマを円滑に得ることができるプラズマ生成用電源回路及びプラズマ生成装置を安価に実現できる。
【００７１】
本発明の第３形態及び第６形態を用いると、前記第１の形態又は第２の形態において、ｎ（整数）対の放電が可能であり、かつ二次側コイル（巻線）がｍ（整数）個の場合、ｎ×ｍ個のプラズマが生成可能となり、電源装置の小型化・コストダウンが実現できる。
【００７２】
本発明の第７の形態を用いると、前記第１又は第２の形態において、ノズル形状のプラズマ出力部を複数備え、多量のプラズマ照射が可能な複合プラズマ生成装置を前記交番高電圧発生回路の共用によって、装置を大型化させることなく実現することができる。
【００７３】
本発明の第８の形態を用いると、例えば、プラズマを平面状に拡散出力させる出力部を複数備え、多量のプラズマ照射が可能な複合プラズマ生成装置を前記交番高電圧発生回路の共用によって、装置を大型化させることなく実現することができる。
【００７４】
本発明の第９の形態を用いると、前記流体供給手段によって、例えば空気流を発生させ、前記プラズマの生成領域に流すことによって被処理物に吹き付け、生成プラズマを効率よく利用することができる。
【００７５】
本発明の第１０の形態を用いると、例えばライン状にプラズマを出力させる出力部を複数備えることができ、ライン状にプラズマ照射が可能な複合プラズマ生成装置を実現することができる。
【００７６】
本発明の第１１の形態を用いると、複数の電極対から同時放射される大量のプラズマを被処理物に照射でき、被処理物の形状や量に応じて効率よくプラズマ処理することが可能になる。この処理には、被処理物から目的物質を生成したり、被処理物の表面処理、殺菌、消毒、洗浄、改質、濡れ性改善、切断等の広範囲の処理が含まれる。
【００７７】
本発明の第１２の形態を用いると、前記各電極対による生成プラズマからなるプラズマ処理領域に被処理物を導入したとき、より多くの生成プラズマを一度に照射でき、処理能力の向上を図ることができる。例えば、複数の電極対を放射状に配置して、プラズマを中心領域に照射すれば、中心領域のプラズマ密度が急激に増大し、このプラズマ中に被処理物となる原料ガスを導入すると、目的粉体を効率よく生成できる。また、この中心領域に任意形状の被処理物を通過させれば、被処理物の周囲表面を同時的にプラズマ処理でき、表面の成膜や改質などの処理が効率的に実行される。
【００７８】
本発明の第１３の形態を用いると、前記各電極対による生成プラズマからなるプラズマ処理領域を立体的に拡大したプラズマ処理装置を実現することができる。この螺旋状には、各電極対から放射されるプラズマを中心点から偏心させる場合を含み、この場合にはプラズマ流がプラズマ処理領域を旋回し、原料ガスなどの被処理物を均一に処理することが可能になる。また、偏心させた状態で、プラズマを斜め上方に放射すれば、前記プラズマ旋回流が螺旋状に上昇し、プラズマ処理領域の大容量化を実現でき、被処理物の大量処理が可能になる。
【００７９】
本発明の第１４の形態を用いると、集合体によって多量のプラズマを束状に出力可能なプラズマ処理装置を実現できる。即ち、電極対を筒状電極状に構成すれば、各電極対から放射されるプラズマジェットが束状になり、大プラズマジェット流を放射でき、この大面積プラズマジェット流により被処理物を処理すれば、被処理物の形状や量に応じてプラズマ処理の効率化を図ることができる。筒状電極で無い場合には、電極対を重ねたり、放射状配置したり、これらを複数段束ねることにより、大容量プラズマ流を形成でき、この大容量プラズマ流により被処理物の効率処理が実現できる。
【００８０】
本発明の第１５の形態を用いると、被処理物に対する処理効率を照射間隔を調整することにより自在に調整できる。被処理物が原料ガスなら、原料ガスに対するプラズマ照射効率を調整し、目的物の製造効率を最適調整できる。また、被処理物が固体物なら、固体物の表面処理を調整でき、例えば成膜効率を増大することが可能となる。
【００８１】
本発明の第１６の形態を用いると、電極対から放射されるプラズマの被処理物に対する照射方向を自在に制御調整できる。例えば、筒状反応部に電極を放射状に配設した場合、プラズマの照射方向を自在に変えることにより、筒状反応部に送流される原料ガスに対し、目的粉体を生成する反応効率を最適調整することが可能になる。また、被処理物が固体物なら、固体物表面の処理状態を可変でき、プラズマ処理の目的に応じた最適設計を実現できる。
【００８２】
本発明の第１７の形態を用いると、例えば、燃料ガス、触媒、粉体等を前記被処理物流通路を通じて生成プラズマに接触させ、目的物の生成効率を調整できる。被処理物流通路は単にガスや液体などの流体を流通させるだけでなく、固体物を搬送する経路でもよい。従って、被処理物が、ガス、液体、固体のどのような形態を有していても、被処理物流通路を適宜に設計することによって、プラズマ処理を最適に実現することが可能になる。
【００８３】
本発明の第１８の形態を用いると、前記集合体によって束状に多量に出力されたプラズマ中に前記被処理物流通路を通じて前記被処理物を流通させることにより、効率よく生成プラズマに接触させ処理効率の向上を図ることができる。
前記第１１〜１８形態のプラズマ処理装置は、トナー、ガラス、セラミックス、金属、半導体、プラスチックス、ゴム、エラストマーなどの固体物質の形状変換、球形化、面取り、表面粗面化、突起除去などに適用することができる。
【００８４】
本発明の第１９の形態を用いると、前記第７〜１４のいずれかの形態のプラズマ処理装置を用い、被処理物をプラズマ処理して所定の目的物を製造することができる。例えば、プラズマ処理により、表面改質、濡れ性改善、クリーニング、エッチング、アッシング、塗装・印字・印刷前処理、コーティング・蒸着・塗布・成膜前処理、シール・封止・接合・接着前処理、耐酸化性強化、耐還元性強化、などの表面処理を受けた目的物を製造できる。更に、固体表面に、金属膜、導電性・絶縁性・半導体性セラミックス膜（酸化膜、窒化膜，炭化膜など：例えば、酸化アルミ膜、酸化シリコン膜、酸化亜鉛膜、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化膜）、ＡＴＯ（アンチモン・スズ酸化膜）、誘電体膜（チタン酸バリウムなど）、圧電体膜（ＰＺＴ、ＡｌＮ、ＺｎＯ等）、磁性体膜、超電導体膜、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ、非晶質炭素膜、ダイヤモンド様炭素膜とも呼ばれる）、ポリマー・樹脂・プラスチック膜，フッ化膜などを形成された固体を目的物として提供できる。その他に、ＮＯxやＳＯｘなどの排ガス処理、殺菌、滅菌、洗浄、脱臭、廃油処理、ダイオキシン等の汚染物処理、オゾン処理を受けた目的物を製造でき、またプラズマ処理により合成されたカーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、カーボンナノツイスト、カーボンナノホーン、フラーレンなどの炭素系ナノ粒子や、酸化チタン、チタン酸バリウム、マンガン酸リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、酸化亜鉛、酸化シリコンなどの機能性微粒子を目的物として製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施形態のプラズマ生成装置の概略構成図である。
【図２】本発明におけるコンデンサの充放電状態を説明するための波形模式図である。
【図３】本発明の別の実施形態のプラズマ生成装置の概略構成図である。
【図４】図１又は図２の実施形態に使用する各電極対の一例を示す断面図である。
【図５】図１又は図２の実施形態に使用する各電極対の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明にかかる複合プラズマ生成装置を示す断面図である。
【図７】本発明にかかる粉体用プラズマ処理装置の全体構成を示す図である。
【図８】図７の粉体用プラズマ処理装置におけるプラズマ生成装置の概略構成を示す図である。
【図９】図７の粉体用プラズマ処理装置に使用可能なノズル部の取付状態を示す断面図である。
【図１０】図７の粉体用プラズマ処理装置のノズル部の配置状態を示す概略斜視図である。
【図１１】図７の粉体用プラズマ処理装置のノズル部の配置状態を示す概略平面図である。
【図１２】図７の粉体用プラズマ処理装置のノズル部の別の配置状態を示す概略平面図である。
【図１３】本発明を適用したライン状プラズマ処理装置を示す図である。
【図１４】本発明を適用した可動式プラズマ処理装置を示す図である。
【図１５】真空放電（グロー状放電）の一例を示した電極配置図である。
【図１６】誘電体放電（バリア放電）の一例を示した電極配置図である。
【図１７】本発明の背景技術となるプラズマ生成装置の概略構成図である。
【図１８】従来のプラズマ生成装置のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８６】
１        電極
２        電極
３        共通電極
４        コンデンサ
５        コイル
６        コンデンサ
７        コイル
８        高周波トランス
９        一次コイル
１０      二次コイル
１１      電源回路
４０      電極
４１      電極
４２      電極
４３      電極
４４      接地側電極
４６      接地側電極
５５      高周波トランス
５６      一次コイル
５７      二次コイル
６０      外周部
６１      中心部
６２      流体流通路
６４      送流装置
６５      線材
６６      線材
６７      箱体
７０      電極対
７１      電極
７２      電極
８０      粉体プラズマ処理部
８１      材料吹込部
８２      ノズル
８３      エアー口
８４      プラズマ生成部
８５      プラズマ生成部
８６ａ    電極
８６ｂ    接地側電極
８６ｃ    ノズル部
８６ｄ    ノズル部
８７      下部ダクト
９０      粉体回収部
９３      ブロワ
１００    電源回路
１０１    1次コイル
１０２    ２次コイル
１０３    高周波トランス
１０４    電極
１０５    電極
１０６    被処理物
１０７    コンデンサ
１１０    コンデンサ
１１１    電極
１１２    共通電極
１１３    電極
１１４    コンデンサ
１１５    コンデンサ
２００    電源回路
２０１    高周波トランス
２０２    一次側コイル
２０３    二次側コイル
３００    プラズマ生成装置
３０１    ワーク
３０２    プラズマ照射域
４００    プラズマ生成装置
４０１    移動駆動機構
４０２    制御装置
４０３    ワーク
５００    第１電極
５０２    第２電極
５０４    プラズマ
５０６    誘電体
【図１】
0004658506.tif 000002
【図２】
0004658506.tif 000003
【図３】
0004658506.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004658506.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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