(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜状の透明導電体を一方の面（外表面）に配設した基準石英板と、
前記基準石英板の他方の面（内表面）の外縁に配設される基準スペーサと、
前記基準スペーサとの間に被検査体であるプラズマ発生電極を挟み固定するための基準クランパと、
前記透明導電体と被検査体であるプラズマ発生電極との間に電圧を変化させながらパルス電圧を印加することができるパルス電源と、
前記パルス電圧の印加による前記プラズマ発生電極のプラズマ発光強度の面内分布を解析するための、前記透明導電体を通してプラズマの発生状態を外部から観察することが可能なＣＣＤカメラを備えるプラズマ発生電極検査装置。
【請求項２】
前記基準石英板の、膜状の透明導電体が配設される一方の面（外表面）と基準スペーサが外縁に配設される他方の面（内表面）が形成する面の平行度が１００λ以下であり、前記一方の面（外表面）及び前記他方の面（内表面）の平面度がそれぞれ１０λ以下である（ここで、λは６３３ｎｍである）請求項１に記載のプラズマ発生電極検査装置。
【請求項３】
前記基準スペーサが、前記基準石英板と前記被検査体であるプラズマ発生電極とにより空間が形成されるように、前記基準石英板の内表面の外縁を取り囲むように形成される枠状部材であり、前記基準石英板に接触する面と前記被検査体であるプラズマ発生電極に接触する面との平行度が１００λ以下であり、前記基準石英板に接触する面及び前記被検査体であるプラズマ発生電極に接触する面のそれぞれの平面度が１０λ以下である（ここで、λは６３３ｎｍである）請求項１又は２に記載のプラズマ発生電極検査装置。
【請求項４】
前記基準クランパの、前記被検査体であるプラズマ発生電極に接触する面の平面度が１０λ以下である（ここで、λは６３３ｎｍである）請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ発生電極検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生電極検査装置に関し、さらに詳しくは、プラズマ発生電極の平行度、平面度、表面粗度及び絶縁耐圧を効率的に検査することが可能なプラズマ発生電極検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二枚の電極間に誘電体を配置し高電圧の交流、あるいは周期パルス電圧をかけることにより、無声放電が発生し、これによりできるプラズマ場では活性種、ラジカル、イオンが生成され、気体の反応、分解を促進することが知られており、これをエンジン排気ガスや各種の焼却炉排気ガスに含まれる有害成分の除去に利用できることが知られている。そのため、エンジン排ガス等の処理のため、このようなプラズマを発生させる装置が開発されている。
【０００３】
このようなプラズマを発生させる装置においては、プラズマを発生させるための電極（プラズマ発生電極）の状態が異なると、発生するプラズマの状態が異なってくるため、製造時に、プラズマ発生電極の個体差をなくす必要がある。
【０００４】
プラズマ発生電極の状態を決める要素としては、平行度、平面度、表面粗度及び絶縁耐圧等を挙げることができる。従来、平行度は例えばマイクロメータで測定し、平面度は例えば三次元形状測定器で測定し、表面粗度は表面粗さ計で測定し、絶縁耐性は例えば絶縁耐圧測定装置で測定していた。すなわち、別々の測定方法で、別々に評価が行われていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の測定方法では、複数の測定を別々に行うことにより評価時間が過大にかかり、評価コストが増大するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、プラズマ発生電極の平行度、平面度、表面粗度及び絶縁耐圧を効率的に検査することが可能なプラズマ発生電極検査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】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下のプラズマ発生電極検査装置を提供するものである。
【０００８】
[１]  膜状の透明導電体を一方の面（外表面）に配設した基準石英板と、前記基準石英板の他方の面（内表面）の外縁に配設される基準スペーサと、前記基準スペーサとの間に被検査体であるプラズマ発生電極を挟み固定するための基準クランパと、前記透明導電体と被検査体であるプラズマ発生電極との間に電圧を変化させながらパルス電圧を印加することができるパルス電源と、前記パルス電圧の印加による前記プラズマ発生電極のプラズマ発光強度の面内分布を解析するための、前記透明導電体を通してプラズマの発生状態を外部から観察することが可能なＣＣＤカメラを備えるプラズマ発生電極検査装置。
【００１０】
[２]  前記基準石英板の、膜状の透明導電体が配設される一方の面（外表面）と基準スペーサが外縁に配設される他方の面（内表面）が形成する面の平行度が１００λ以下であり、前記一方の面（外表面）及び前記他方の面（内表面）の平面度がそれぞれ１０λ以下である（ここで、λは６３３ｎｍである）[１]に記載のプラズマ発生電極検査装置。
【００１１】
[３]  前記基準スペーサが、前記基準石英板と前記被検査体であるプラズマ発生電極とにより空間が形成されるように、前記基準石英板の内表面の外縁を取り囲むように形成される枠状部材であり、前記基準石英板に接触する面と前記被検査体であるプラズマ発生電極に接触する面との平行度が１００λ以下であり、前記基準石英板に接触する面及び前記被検査体であるプラズマ発生電極に接触する面のそれぞれの平面度が１０λ以下である（ここで、λは６３３ｎｍである）[１]又は[２]に記載のプラズマ発生電極検査装置。
【００１２】
[４]  前記基準クランパの、前記被検査体であるプラズマ発生電極に接触する面の平面度が１０λ以下である（ここで、λは６３３ｎｍである）[１]〜[３]のいずれかに記載のプラズマ発生電極検査装置。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明のプラズマ発生電極検査装置は、膜状の透明導電体を一方の面（外表面）に配設した基準石英板と、基準石英板の他方の面（内表面）の外縁に配設される基準スペーサと、基準スペーサとの間に被検査体であるプラズマ発生電極を挟む基準クランパと、透明導電体と被検査体であるプラズマ発生電極との間に電圧を変化させながらパルス電圧を印加することができるパルス電源とを備えるため、基準石英板と基準クランパとの間にプラズマ発生電極を挟んでパルス電源の電圧を変化させながら印加し、透明導電体から見えるプラズマの発光強度の分布を観察することにより、短時間で、プラズマ発生電極の平行度、平面度、表面粗度及び絶縁耐圧を検査することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００１５】
図１に示すように、本発明のプラズマ発生電極検査装置の一の実施形態は、膜状の透明導電体１を一方の面（外表面２ａ）に配設した基準石英板２と、基準石英板２の他方の面（内表面２ｂ）の外縁に配設される基準スペーサ３と、基準スペーサ３との間に被検査体であるプラズマ発生電極１１を挟む基準クランパ４と、透明導電体１と被検査体であるプラズマ発生電極１１との間に電圧を変化させながらパルス電圧を印加することができるパルス電源５とを備えるものである。図１は、本発明のプラズマ発生電極検査装置の一の実施形態を模式的に示す、基準石英板２に垂直な平面で切断した断面図である。
【００１６】
本実施形態のプラズマ発生電極検査装置１００を使用して、プラズマ発生電極の検査を行うときは、基準スペーサ３と基準クランパ４との間に被検査体であるプラズマ発生電極１１を挟む。このとき、基準石英板２、プラズマ発生電極１１及び基準スペーサ３により空間Ｖが形成される。そして、パルス電源５により、透明導電体１と被検査体であるプラズマ発生電極１１との間にパルス電圧を印加すると、空間Ｖにプラズマが発生し、プラズマによる発光を透明導電体１を通して観測することができる。このとき、電圧を変化させながらパルス電圧を印加すると、例えば、パルス電圧を弱い電圧から強い電圧に上昇させるときに、プラズマが発生し易い部分からプラズマが発生し始め、プラズマ発生電極１１上の、プラズマが発生し易い箇所と発生し難い箇所との違いが、プラズマの発光状態として観測される。すなわち、平行度、平面度又は表面粗度に劣るプラズマ発生電極１１の場合には、部分的にプラズマの発生し易さが異なり、プラズマ発生電極１１の面上において部分的に異なる発光強度となって現れる。これにより、平行度、平面度及び表面粗度に優れるプラズマ発生電極１１の場合には、プラズマ発生電極１１の面上において均一な発光強度として観測されるが、上記平行度等に劣る場合には、発光強度に分布が発生し、その分布の大きさにより検査における合否を判定することができる。
【００１７】
本実施形態のプラズマ発生電極検査装置１００を構成する基準石英板２は、内表面２ｂと外表面２ａとの平行度が１００λ以下であることが好ましく、５０λ以下であることが更に好ましい。ここで、λは６３３ｎｍである。平行度が１００λより大きいと、プラズマ発生電極１１が平行度等に優れたものであっても、均一なプラズマによる発光を発生させることが難しくなることがある。平行度は、マイクロメータ等により測定することができる。また、基準石英板２は、内表面２ｂ及び外表面２ａの平面度がそれぞれ１０λ以下であることが好ましく、５λ以下であることが更に好ましい。平面度が１０λを超えると、プラズマ発生電極１１が平行度等に優れたものであっても、その平行度等を正確に測定できない。ここで、平面度は、面精度（反射波面精度）で示した値であり、有効範囲表面全体の中で最も高い点と最も低い点との差を表し、面精度の測定に使用されるレーザー干渉計の光源の波長をλとした値である。λは６３３ｎｍである。面精度は、富士フィルム社製、商品名レーザー干渉計Ｇ１０２等により測定することができる。
【００１８】
基準石英板２の大きさは特に限定されるものではないが、３０ｍｍ×３０ｍｍ〜３００ｍｍ×３００ｍｍ程度の大きさが好ましい。また、厚さも特に限定されるものではないが、３〜２０ｍｍの厚さであることが好ましい。
【００１９】
本実施形態のプラズマ発生電極検査装置１００を構成する透明導電体１は、基準石英板２の外表面２ａに配設されている。透明導電体１は、プラズマ発生電極検査装置１００におけるプラズマ発生電極として使用され、透明導電体１が配設される範囲でプラズマが発生する。従って、空間Ｖ全体にプラズマを発生させて被検査体であるプラズマ発生電極１１を検査する場合には、図１に示すように、空間Ｖの全面を覆う大きさであることが好ましい。また、透明導電体１の厚さは１〜１０００μｍであることが好ましく、３〜５０μｍであることが更に好ましい。１μｍより薄いと、電極の導体抵抗が大きくなり透明導電体が加熱、損傷して穴があくことがあり、１０００μｍより厚いと、均質な透明導電膜が得られずにプラズマの発生にむらが出ることがある。透明導電体１の材質としは、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、等を挙げることができる。また、膜厚分布は、±５％以内が好ましく、±３％以内が更に好ましい。膜厚分布が大きいと、均一なプラズマが発生し難くなることがある。膜厚分布とは、有効面内の（膜厚最大値−膜厚最小値）÷（膜厚最大値＋膜厚最小値）×１００をいう。
【００２０】
本実施形態のプラズマ発生電極検査装置１００を構成する基準スペーサ３は、基準石英板２に接触する面３ａと被検査体であるプラズマ発生電極１１に接触する面３ｂとの平行度が１００λ以下であることが好ましく、５０λ以下であることが更に好ましい。平行度が１００λより大きいと、プラズマ発生電極１１が平行度等に優れたものであっても、均一なプラズマによる発光を発生させることが難しくなることがある。また、基準石英板２に接触する面３ａ及び被検査体であるプラズマ発生電極１１に接触する面３ｂのそれぞれの平面度が１０λ以下であることが好ましく、５λ以下であることが更に好ましい。平面度が１０λを超えると、プラズマ発生電極１１が平行度等に優れたものであっても、均一なプラズマによる発光を発生させることが難しくなることがある。
【００２１】
基準スペーサ３は、基準石英板２の内表面２ｂの外縁を囲むように形成される枠状の部材であることが好ましい。これにより、基準石英板２、基準スペーサ３及びプラズマ発生電極１１により空間Ｖを形成することができる。基準スペーサ３の厚さは特に限定されるものではないが、この厚さは、プラズマが発生する空間Ｖの厚さにもなるため、発生するプラズマを検査用に適した状態とするために０．５〜５ｍｍの厚さであることが好ましい。
【００２２】
基準スペーサ３の材質は絶縁性であれば特に限定されるものではないが、石英、アルミナ等が好ましい。
【００２３】
本実施形態のプラズマ発生電極検査装置１００を構成する基準クランパ４は、被検査体であるプラズマ発生電極１１に接触する面（クランパ表面）４ａの平面度が１０λ以下であることが好ましく、５λ以下であることが更に好ましい。平面度が１０λを超えると、プラズマ発生電極１１が平行度等に優れたものであっても、均一なプラズマによる発光を発生させることが難しくなることがある。
【００２４】
基準クランパ４の形状は、プラズマ発生電極１１を安定的に固定することができれば特に限定はないが、基準スペーサ３に沿うように、基準石英板２の外縁を囲むように形成される枠状の部材であることが好ましい。また、四方を囲む枠状でなくても、三方（三辺）を固定するものであってもよいし、対向する二辺を固定する２本の棒状の部材であってもよい。これにより、プラズマ発生電極１１を基準スペーサ３との間に挟み、プラズマ発生電極１１を固定することが可能となる。基準クランパ４の厚さは特に限定されるものではないが、０．５〜１０ｍｍの厚さであることが好ましい。基準クランパ４は、基準石英板２を水平に配置し、その上にプラズマ発生電極１１を配置する場合には、プラズマ発生電極１１の上に乗せるだけでよい。
【００２５】
基準クランパ４の材質は絶縁性であれば特に限定されるものではないが、石英、アルミナ等が好ましい。
【００２６】
本実施形態のプラズマ発生電極検査装置１００を構成するパルス電源５は、プラズマ発生電極１１と透明導電体１とを電極として、これらに電圧を変化させながら（スイープしながら）パルス電圧を印加して空間Ｖ内にプラズマを発生させることができれば特に限定されるものではない。パルス電圧を変化させながら印加するときの、投入エネルギーとしては０〜３００（ｍＪ）まで変化させることが好ましい。また、パルス数としては、０．１〜１０（ｋＨｚ）とすることが好ましい。
【００２７】
本実施形態のプラズマ発生電極検査装置１００は、透明導電体１を通してプラズマの発光状態を外部から観察することが可能なＣＣＤカメラ６を、更に備えることが好ましい。ＣＣＤカメラ６でプラズマによる発光を観察することにより、得られたデータを画像解析等の種々の解析に使用することができ、効率的な検査を行うことが可能となる。図１において、矢印Ｐは、プラズマによる発光が透明導電体１を通って外部に出てきた状態を示す。
【００２８】
本実施形態のプラズマ発生電極検査装置１００を製造する方法について説明する。
【００２９】
基準石英板２は、石英を所定の大きさの板状に切り出し、両表面を所定の平行度及び平面度となるように光学研磨することにより得ることが好ましい。
【００３０】
得られた基準石英板２の一方の面（外表面２ａ）に金属シャドーマスク等を配置して、透明導電体を配設すべき領域を特定し、所定の金属を膜状に配設する。例えば、ＩＴＯ膜を電子ビーム蒸着法を用いて製膜する方法を挙げることができる。
【００３１】
基準スペーサ３は、まず、所定の材料を、基準石英板２の内表面２ｂの外縁に沿うように枠状に形成する。そして、基準石英板２に接触する面３ａと被検査体であるプラズマ発生電極１１に接触する面３ｂとの平行度、及び、面３ａと面３ｂの平面度が、所定の範囲に入るように、面３ａと面３ｂとを光学研磨することにより得ることが好ましい。そして、得られた基準スペーサ３を非常に粘性の低い接着剤を用いて基準石英板２の内表面２ｂの外縁に接着層が薄く均一になるように配設する。
【００３２】
基準クランパ４は、所定の材料を所定形状に形成し、クランパ表面４ａの平面度が所定の範囲内に入るように、光学研磨することにより得ることが好ましい。
【００３３】
パルス電源５としては、ＳＩサイリスタを用いたもの、ＩＧＢＴ等を使用することが好ましい。パルス電源５は、一方の端子が透明導電体１に電気的に接続し、他方の端子を検査時にプラズマ発生電極１１に電気的に接続できるように形成する。
【００３４】
ＣＣＤカメラ６としては、一般に使用されているＣＣＤカメラを使用することができる。
【００３５】
本実施形態のプラズマ発生電極検査装置１００を用いて、プラズマ発生電極１１の検査を行う方法は以下の通りである。例えば、セラミックスからなる板状の誘電体１１ａの内部に導電膜１１ｂが埋設されたプラズマ発生電極１１を検査する場合には、プラズマ発生電極検査装置１００を基準石英板２が水平になるように設置し、基準スペーサ３の上にプラズマ発生電極１１を乗せ、その上に基準クランパ４を乗せる。そして、パルス電源５を透明導電膜１とプラズマ発生電極１１の導電膜１１ｂとに接続する。そして、パルス電源５により、電圧を変化させながらパルス電圧を印加し、プラズマの発生状態を目視、ＣＣＤカメラ等により観察する。そして、そのときの、発光強度の面内分布を解析することにより、プラズマ発生電極の良否を判断する。発光強度の面内分布が、電圧の上昇、下降中に１０％未満であれば、そのプラズマ発生電極は平行度、平面度及び表面粗さが良好である。また、電圧上昇、下降中に、アーク放電等の異常放電を起こした場合は、絶縁耐圧不良ということがいえる。検査をおこなうときには、空間Ｖには空気で満たされていてもよいが、窒素を充填することが好ましい。また、窒素の露点は、−５０〜０℃であることが好ましい。検査時の空間Ｖの温度は、２５〜２００℃であることが好ましい。パルス電圧の変化のさせ方は、特に限定されないが、例えば、電圧を印加していない状態から、除々に電圧を上昇させ、所定の電圧になったところで電圧を除々に下降させ、最後に電圧の印加を終了させる等の方法が挙げられる。ここで、電圧を上昇させたときに到達させる最高値としては、４〜４０ｋＶが好ましい。また、電圧の上昇速度、及び、下降速度は特に限定されないが、いずれも、０．５〜２０ｋＶ／ｍｉｎであることが好ましい。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
図１に示すような、プラズマ発生電極検査装置１００を作成した。基準石英板２は両面が平面度（面精度）λ仕上げの光学研磨品を用いた（λ＝６３３ｎｍ）。大きさは１５０×１５０×７ｍｍｔである。この基準石英板２の片面に金属シャドーマスクを用いて８０×５０ｍｍの透明導電体１となるＩＴＯ膜を電子ビーム蒸着法を用いて成膜した。膜厚は電極エリア内で３μｍで、膜厚分布は±３％以内であった。基準スペーサ３は石英製の両面がλ仕上げの０．７ｍｍｔの光学研磨品を用いた。クランパも石英製の両面がλ仕上げの７ｍｍｔのものを準備した。クランプの圧力は毎回同じになるようにゲージで調節した。パルス電源５としては、ＳＩサイリスタを用いたものを使用した。また、プラズマ発生状態の観察には、ＣＣＤカメラを使用した。
【００３８】
得られたプラズマ発生装置にタングステン導電膜を埋設するアルミナ誘電体電極（プラズマ発生電極）を配置し、クランプし、プラズマを発生させる空間を形成した。アルミナ誘電体電極の大きさは９０×６０×１ｍｍｔで内部に８０×５０ｍｍの導電膜を持ち、導電膜の厚さは１０ミクロンである。アルミナ誘電体電極の導体部分は、石英のＩＴＯ膜とアライメントし平行空間を形成させた。
【００３９】
空間には露点が−２０℃以下の純窒素を，６０℃±１℃に温調をかけつつ充填した。これにパルス電圧（周期１００Ｈｚ、パルス幅３μｓ）を０ｋＶから徐々に１５ｋＶ／ｍｉｎの速度で１５ｋＶまで上げ−１５ｋＶ／ｍｉｎの速度で０ｋＶまで下げた。この時ＩＴＯ膜を通してプラズマ発光（主に紫外領域の発光）をＣＣＤカメラで撮影し、発光強度を画像解析する。画像解析の結果、電圧上下中に１０％以上の発光強度の面内分布が発生したものは不良とし、また、電圧上昇下降中にアーク放電等の異常放電を起こすものは絶縁耐圧不良として、プラズマ発生電極を評価した。上記プラズマ発生電極には、異常は観られなかった。
【００４０】
このように、電極間にパルス電圧をスイープしながら上昇させて印加し、そのときのプラズマ発光の状況をＣＣＤカメラで撮影して検査することで、プラズマ電極として要求される平行度、平面度、表面粗度等の要求性能を放電発光の均一性の評価、すなわち、発光強度の面内分布の評価で代用できる。また誘電体の絶縁耐圧も同時に測定できるために、検査タクトが大幅に減少できコストダウンが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のプラズマ発生電極検査装置は、プラズマ発生電極の性能評価に利用でき、平行度、平面度、表面粗度及び絶縁耐圧を効率的に検査することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のプラズマ発生電極検査装置の一の実施の形態を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：透明導電体、２：基準石英板、２ａ：外表面、２ｂ：内表面、３：基準スペーサ、３ａ：基準石英板に接触する面、３ｂ：プラズマ発生電極に接触する面、４：基準クランパ、４ａ：クランパ表面、５：パルス電源、６：ＣＣＤカメラ、１１：プラズマ発生電極、１１ａ：誘電体、１１ｂ：導電膜、Ｖ：空間、Ｐ：プラズマによる発光、１００：プラズマ発生電極検査装置。
【図１】
0004699928.tif 000002