(57)【要約】  本願発明は、プラズマ（６０）を発生させる複数のプラズマモジュール（１）を含むプラズマ発生機（１００）に関する。各プラズマモジュール（１）は、プロセスガス（１８G）を供給する少なくとも一つのガス供給口（１７）を有するモジュール筺体（５）を備える。さらに、プロセスガス（１８Ｇ）からプラズマ（６０）を発生させる放電デバイス（４，２）とプラズマ射出口（３）とを備える。プラズマ発生機（１００）は、プラズマ（６０）を発生させる少なくとも２機のプラズマモジュール（１）を有する。各プラズマモジュール（１）は、一部のプロセスガス（１８Ｇ）を流出させる少なくとも一つのガス流出口（１９）を有し、少なくとも１機のプラズマモジュール（１）のこの少なくとも一つのガス流出口（１９）は、他のプラズマモジュール（１）のガス流入口（１７）と連通する。  【代表図】図２
2015522901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ（６０）を発生させるプラズマ発生機（１００）であって、
少なくとも２機のプラズマモジュール（１）を備え、前記プラズマモジュール（１）の各々は、プロセスガスを供給する少なくとも一つのガス流入口（１７）を有するモジュール筺体（５）と、前記モジュール筺体（５）内に設置され前記プロセスガス（１８Ｇ）から前記プラズマ（６０）を発生させる放電手段（４，２）と、プラズマ射出口（３）とを有し、
前記プラズマモジュール（１）の各々は、一部の前記プロセスガス（１８Ｇ）を流出させるガス流出口（１９）を少なくとも一つさらに有し、
少なくとも一機の前記プラズマモジュール（１）の前記少なくとも一つのガス流出口（１９）のそれぞれは他の前記プラズマモジュール（１）の前記ガス流入口（１７）内に開口しており、
前記プラズマモジュール（１）のすべては、互いにはめ込み可能であり、嵌入および／または係入により結合することを特徴とするプラズマ発生機（１００）。
【請求項２】
前記放電手段は制御可能な電気駆動モジュール（４）を有し、前記電気駆動モジュール（４）は圧電変圧器（２）と接続され、常圧の範囲での放電によって前記プラズマ（６０）を発生させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生機（１００）。
【請求項３】
前記プラズマモジュール（１）の各々は、制御モジュール（２０）を有し、前記制御モジュールの各々は制御線（８）と電気駆動モジュール（４）に電気的に接続された少なくとも１本の電圧供給線（６，７）と、を有し、前記制御モジュール（２０）は少なくとも一つの入力端子（６ｅ、７ｅ、８ｅ）と少なくとも一つの出力端子（６ａ、７ａ、８ａ）とを備え、
少なくとも２機の前記プラズマモジュール（１）は互いに結合し、前記少なくとも２機の前記プラズマモジュール（１）各々の制御モジュール（２０）の出力端子（６ａ、７ａ、８ａ）の少なくとも一つは、該プラズマモジュール（１）と接続された前記プラズマモジュール（１）の制御モジュール（２０）の入力端子（６ｅ、７ｅ、８ｅ）の少なくとも一つと電気的に接続され、前記複数の制御モジュール（２０）の前記接続された複数の制御線（８）は、前記互いに結合した複数のプラズマモジュール（１）の共通の制御バス（２４）となることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生機（１００）。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマ発生機（１００）であって、前記プラズマ発生機（１００）の前記複数のプラズマモジュール（１）は、それらの制御線（２０）を介して互いに電気的に接続されており、前記プラズマモジュール（１）のガス流入口（１７）の少なくとも一つは、該プラズマモジュールが結合する前記プラズマモジュール（１）のガス流出口（１９）と連通していることを特徴とするプラズマ発生機（１００）。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマ発生機（１００）であって、前記プラズマ発生機（１００）は間隔形成用ブリッジ（１１）を備え、
前記間隔形成用ブリッジ（１１）は、コネクタ（２０Ａ）と、少なくとも一つのガス流入口（１７）と、少なくとも一つのガス流出口（１９）とを有し、さらに、少なくとも２機の連続する前記プラズマモジュール（１）を互いに接続し、
前記間隔形成用ブリッジ（１１）の前記コネクタ（２０Ａ）がこれらの連続する前記プラズマモジュール（１）の前記複数の制御モジュール（２０）を電気的に接続し、前記プラズマモジュール（１）の前記ガス流出口（１９）の少なくとも一つは前記間隔形成用ブリッジ（１１）の前記ガス流入口（１７）と連通し、前記間隔形成用ブリッジ（１１）の前記ガス流出口（１９）は、他の前記プラズマモジュール（１）のガス流入口（１７）と連通していることを特徴とするプラズマ発生機（１００）。
【請求項６】
前記プラズマモジュール（１）と前記間隔形成用ブリッジ（１１）とは、はめ込みにより互いに結合し、嵌入または係入により結合されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ発生機（１００）。
【請求項７】
他の前記プラズマモジュール（１）または前記間隔形成用ブリッジ（１１）のガス流入口（１７）またはガス流出口（１９）と接続していない、前記プラズマモジュール（１）のガス流出口（１９）またはガス流入口（１７）の少なくとも一つは閉塞部材により塞がれていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のプラズマ発生機（１００）。
【請求項８】
前記接続された複数のプラズマモジュール（１）は、一次元、二次元または三次元配列されていることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ発生機（１００）。
【請求項９】
前記プラズマモジュール（１）または前記複数のプラズマモジュール（１）と前記複数の間隔形成用ブリッジ（１１）とは、取り外し可能に共通の組み付け用補強板上に搭載されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のプラズマ発生機（１００）。
【請求項１０】
前記複数のプラズマモジュール（１）はすべて、共通の筺体（１０５）に囲まれていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のプラズマ発生機（１００）。
【請求項１１】
前記プラズマモジュール（１）の前記プラズマ射出口（３）は、共通のプラズマ射出口（１０３）を介して前記筺体（１０５）の外部と連通している、または該プラズマモジュール（１）と接続する前記プラズマモジュール（１）の内部と連通することを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ発生機（１００）。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載のプラズマ発生機（１００）であって、前記プラズマ発生機（１００）の各々の前記プラズマモジュール（１）は、モジュール筺体（５）と、プロセスガス（１８Ｇ）を供給する少なくとも一つのガス流入口（１７）と、前記プロセスガス（１８Ｇ）から前記プラズマ（６０）を発生させる前記モジュール筺体（５）内にある放電手段（４、２）と、プラズマ射出口（３）と、前記供給されたプロセスガス（１８Ｇ）の一部を排出させる少なくとも一つのガス流出口（１９）と、を有することを特徴とするプラズマ発生機（１００）。
【請求項１３】
前記放電手段（４，２）は、前記常圧の範囲での前記プラズマ放電を発生させる制御可能な電気駆動モジュール（４）を有し、前記電気駆動モジュール（４）は前記圧電変圧器（２）と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生機（１００）。
【請求項１４】
制御モジュール（２０）は、前記電気駆動モジュール（４）と電気的に接続された前記制御線（８）および少なくとも１本の電圧供給線（６，７）を有する前記モジュール筺体（５）と結合し、前記制御モジュール（２０）は少なくとも一つの入力端子（６ｅ、７ｅ、８ｅ）と少なくとも一つの出力端子（６ａ、７ａ、８ａ）を構成することを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ発生機（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、少なくとも２つのプラズマモジュールを有する、プラズマを発生させるプラズマ発生機に関する。これらのプラズマモジュールの各々は、プロセスガス流入口と、プロセスガスからプラズマを発生させる放電デバイスと、プラズマ射出口とを少なくとも有する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理は広く用いられている。例えば、表面を活性化させて接着を改良したり、食品、傷および手術用刃物を殺菌したり、コーティングしたり、または前駆体ガスからオゾンをその場生成したりする目的で用いられる。特に工業分野でのプラズマ処理の応用は、新規な特殊な応用にまで拡がっている。プラズマを用いない標準プロセスがプラズマプロセスに置き換えられることが多くなっている。プラズマ特性（プラズマ圧力、プラズマ電力、プラズマ密度、プラズマ温度またはイオン化の程度のような）またはプラズマ発生機の構造に関して、プラズマに対する要求は、応用ごとに異なる。費用効率と同時に様々に変更可能な応用についての考え方が、標準化されたプラズマ発生機を作る推進力になっている。求められる特徴は、特にコンパクトで変更可能な構造のプラズマ発生機、大気圧において低電圧駆動およびプラズマ発生時の過大な発生熱の低減である。ノズル形構造を有するプラズマ源は、比較的高いイオン密度のプラズマビームを発生させることができる。しかし、部品の広い範囲の表面を加工することは、プラズマビームを加工される表面全体にわたって走査することによってのみ可能である。与えられたプラズマ発生機のパワー密度に対して、処理される面積とともにプロセス時間が長くなる。多くのプラズマ発生機を同時に用いることもできるが、電気配線およびプロセスガスの供給の費用がかさむ。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７３３４９２号公報は、電力駆動されるプラズマ発生機を有する装置を開示する。二つの電極間に間隙が形成され、その間隙を通るガス流がイオン化する。
【０００４】
英国特許出願公開第１４１２３００号公報は、ガスからプラズマビームを点火し、点火したプラズマビームを接地電位の加工材の上に向けるのに用いる、少なくとも三相の交流電圧が印加される複数の電極を有するアーク発生機プラズマを開示する。一実施形態によれば、三つの電極がノズルを有する筺体を通って流れるガスの中にまで延設され、それぞれの電極が制御線を介して電流調整機に接続されている。別の実施形態によれば、三つの電極からなる複数の組が、電源に接続された一つの電流調整機に接続されている。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０２４０９０号は、数台のプラズマ発生機を含むプラズマ処理装置を提案している。各プラズマ発生機の筺体の中にあり、外部電極として作用し、内部電極を収納するノズル開口が提案されている。この装置の共通のガス供給ラインの支線を介して、ガス流が各プラズマ源に供給される。
【０００６】
例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０３２８９０号公報を見ればわかるように、圧電高電圧発生機は電極としてプラズマ源に用いられ、大気圧に近いガスでプラズマ放電を開始させるのに適している。しかし、圧電高電圧発生機の性能は、熱損失および電気機械結合の上限によって制限される。熱損失による電力制限は、周囲環境へ効率的に熱伝達することにより克服できるが、圧電高電圧発生機の全体性能の低さは変わらない。そのため、他のプラズマ発生機と比べた場合にプラズマ電力が低くなる。このようなプラズマ発生機をいくつか集めて一緒に用いることは可能であり、そのようなプラズマ発生機を用いれば、より大きな面積にわたって十分に高いプラズマ電力を得ることができる。
【０００７】
ノズル形構造を用いると、発生する比較的高いイオン密度を有する２次プラズマビームによって、局所的にプラズマ密度を高めることができる。しかし、プラズマビームにより被処理表面を格子状に走査することによって、大規模な表面処理をすることができる。機械的に複雑な走査部を追加するだけでなく、表面処理の時間が相当長くなる。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０３２８９０号公報に記載されているプラズマ発生機をいくつか集める構造の場合、システムの構成が限定され変形させることもほとんどできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願発明の目的は、組み立て、維持し、操作することが簡単なプラズマ発生機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題は、請求項１にしたがうプラズマ発生機により解決する。
【００１０】
本願発明のプラズマを発生させるプラズマ発生機は少なくとも２つのプラズマモジュールを含む。これらのプラズマモジュールは独立に駆動されるか、または他の同一または類似したプラズマモジュールと同時に駆動される。各プラズマモジュールの筺体内には、プロセスガス供給用の少なくとも一つのガス流入口とプラズマ化しなかったプロセスガスを流出させる少なくとも一つの流出口が形成されている。ガス流入口とガス流出口とはモジュール筺体内にあり、ガス供給経路を介して連通している。放電手段がモジュール筺体中に備えられ、プロセスガスからプラズマを発生させる。
【００１１】
前記プラズマモジュールの前記放電手段は、好ましくは制御線を介して制御可能な電気駆動モジュールと圧電変圧器とを有する。前記電気駆動モジュールは前記圧電変圧器の一次側に少なくとも２本の電気ケーブルを介して接続されている。圧電変圧器はコンパクトな構成であり、比較的低い一次側電圧（例えば、ＡＣ２４Ｖ）から、常圧（大気圧）の気体を点火してプラズマにするのに十分に高い二次側電圧を発生する。前記プラズマモジュールのプラズマ射出口は、所定の方向に向かうプラズマビームを作るノズルとなるように形成されている。特に、前記圧電変圧器の二次側をノズル内に設置することができる。
【００１２】
本願発明の一実施形態によれば、前記プラズマモジュールの制御モジュールはモジュール筺体を備えている。前記制御モジュールはこのモジュール筺体と一体の部品とすることもできる。また、前記制御モジュールは前記モジュール筺体と取り外し可能に結合させることもできる。前記制御モジュールは制御線と少なくとも１本の電圧供給線を介して前記放電手段と電気的に接続される。前記制御モジュールは前記少なくとも１本の電圧供給線と前記制御線用の少なくとも一つの出力端子と少なくとも一つの入力端子とを支持する。
【００１３】
前記制御モジュールは制御線と前記駆動モジュールと電気的に接続された少なくとも１本の電圧供給線とを有する。さらに、前記制御モジュールは少なくとも一つの出力端子と少なくとも一つの入力端子とを有する。
【００１４】
プラズマを発生させる本願発明のプラズマ発生機は、少なくとも２つのプラズマモジュールを含む。各プラズマモジュールは、プロセスガスを供給する少なくとも一つのガス流入口と一つのプラズマ射出口とを有するプラズマ筺体を備える。プロセスガスからプラズマを発生させる放電手段が前記モジュール筺体内に備えられている。さらに、前記プラズマモジュールには前記プロセスガスの一部を排出させるガス流出口が形成されている。このプラズマ発生手段は、前記少なくとも一つのプラズマモジュールの前記少なくとも一つのガス流出口が別のプラズマモジュールのガス流入口の中に入った構造になっている。この構造によって、前記プラズマ発生機のすべてのプラズマモジュールを連通させる上位のガス供給経路が形成される。例えば、外部の単一のガス供給管を通してプラズマ発生機全体にプロセスガスが供給される。
【００１５】
前記プラズマ発生機の前記放電手段は特に制御可能な電気駆動モジュールを有する。同電気駆動モジュールは常圧範囲での放電によりプラズマを発生させる圧電変圧器に電気的に接続されている。
【００１６】
本願発明のプラズマ発生機のある実施形態では、プラズマモジュールの各々が制御モジュールを含むものでよい。各制御モジュールは制御線と少なくとも１本の電圧供給線とを介して、対応するプラズマモジュールの放電手段と電気的に接続される。その前記制御モジュールは前記電圧供給線の各々と前記制御線とを接続させる、少なくとも一つの入力端子と少なくとも一つの出力端子とを備える。プラズマモジュールはすべて互いに接続され、各プラズマモジュールの制御モジュールの少なくとも一つの出力端子が別のプラズマモジュールの制御モジュールの少なくとも一つの入力端子に電気的に接続されている。このように制御線は接続されているので、これらの接続線が共通の制御バスとなって、結合したプラズマモジュールのすべて、および、それぞれを制御するように形成されている。
【００１７】
前記プラズマ発生機の前記プラズマモジュールはすべて制御モジュールを介して互いに接続されるのが好ましい。その結果、一つのプラズマモジュールの少なくとも一つのガス流入口は、同プラズマモジュールと接続されたプラズマモジュールのガス流出口と連通する。
【００１８】
前記プラズマモジュールはすべて直接的または間隙形成用ブリッジを介して間接的に接続されている。本願発明の間隙形成用ブリッジは、コネクタと少なくとも一つのガス流入口および少なくとも一つのガス流出口を備えるガス供給経路とを有する。単一の間隙形成用ブリッジは、少なくとも２つの隣り合うプラズマモジュールを接続するので、前記間隙形成用ブリッジのコネクタが２つの隣り合うプラズマモジュールを電気的に接続し、一方のプラズマモジュールの少なくとも一つのガス流出口がもう一つのプラズマモジュールのガス流入口と連通する。
【００１９】
複数のプラズマモジュール同士の結合は、嵌入または係入によるものであり、取り外し可能な構造になっている。したがって、複数のプラズマモジュール、または間隔形成用ブリッジとプラズマモジュールとは互いにはめ込み可能であり、嵌入または係入により接続できる。本願発明の好ましい実施形態では、これらの接続はコネクタ組立品を用いるものである。これらの接続は、さらに係合フック、ねじ、ボルト、ケーブルストラップでの締め付け等を用いることにより確実なものにできる。例えば、ガス流入口とガス流出口とを一対のはめ込み部材からなる圧入対部材とする構造とし、ガス漏れのない結合にすることが可能である。封止剤やシール用グリースのようなシール材をはめ込み接続の密閉用にさらに加えることも可能である。同様に、前記制御モジュールの前記入力端子と前記出力端子とをはめ込み部材からなる圧入対部材とする構造とすることができる。
【００２０】
前記したプラズマ発生機は、一つのプラズマモジュールのプラズマ流入口および／またはプラズマ流出口の少なくとも一つが、他のプラズマモジュールのガス流出口または間隔形成用ブリッジのガス流出口と接続されていない構造とすることができる。
【００２１】
本願発明の一実施形態によれば、これらの接続されていないガス流入口およびガス流出口は開口したままとし、必要ならば前記プラズマ発生機がガスで冷却されるようにすることができる。本願発明の別の実施形態によれば、これらの接続されていないガス流入口およびガス流出口は、ガスが漏れないように閉塞部材でシールされる。この閉塞部材は、例えば、シール材を有する目隠しフランジである。また、これらの接続されていないガス流入口およびガス流出口は、すべてのプラズマモジュールを収納しているプラズマ発生機の筺体によって密閉することもできる。特に、すべてのガス流出口を閉塞部材でシールしてガスが前記プラズマモジュールの筺体モジュールのプラズマ射出口からのみ流出するようにすることもできる。
【００２２】
プラズマモジュールはすべて互いに直接または間隔形成用ブリッジを介して連接される。本願発明の各間隔形成用ブリッジは、前記プラズマモジュールすべての制御モジュール同士を電気的に接続させるコネクタである。さらに、または代わりに、間隔形成用ブリッジはいずれも少なくとも一つのガス流入口と一つのガス流出口とを有するものとすることができる。本願発明によれば、各間隔形成用ブリッジの少なくとも一つのガス流入口と少なくとも一つのガス流出口とは、同ブリッジが接続されたプラズマモジュールのガス流入口もしくはガス流出口と、または同ブリッジが接続された間隔形成用ブリッジと繋がる。
【００２３】
前記プラズマ発生機の接続された複数のプラズマモジュールは、一次元、二次元または三次元配列になるように配置可能である。例えば、前記プラズマ発生機のプラズマモジュールおよび／または間隔形成用ブリッジは、直線的な列または円のような閉じた輪郭のような一次元配置で接続される。別の可能性は、二次元的なマトリックス配置である。例えば、もしも溝を有する被処理材のように所定の深さプロファイルを有する被処理材をプラズマ処理しなければならない場合、一つの間隔形成用ブリッジの側面と下方に複数のプラズマモジュールが接続される。この実施形態の利点は、被処理材の上方にプラズマ発生機を配置しさえすれば、一次元、二次元または三次元のいかなる形状に対しても、複数のプラズマモジュールのマトリックスによって処理可能である点である。この複数のプラズマモジュールのマトリックスによる処理は、ロボットまたはユーザが被処理材の表面または輪郭に対して走査するよりも、迅速であり、容易であり、しかもコストが低くなることが多い。プロセス時間は、前記プラズマ発生機により処理される領域の固定パワー密度とともに増大する。間隔形成用ブリッジを適切に配置するか、または前記複数のプラズマモジュールを選択的に駆動することにより、輪郭または表面の領域の一部を未処理のままにすることが可能である。
【００２４】
本願発明の特定の実施形態によれば、前記プラズマ発生機の複数のプラズマモジュールと複数の間隔形成用ブリッジとは、共通の組み付け用補強板に取り付けることが可能である。共通の組み付け用補強板に取り付けは、例えば、取り外し可能な差し込み式にするのが有利である。この組み付け用補強板は、例えば、端子レール、空気圧レール、または保護レールの構造とすることができる。
【００２５】
本願発明の特定の実施形態のプラズマ発生機によれば、プラズマモジュールはすべて、一つの共通の筺体で囲まれている。特に、これらのプラズマモジュールの前記共通の筺体からのプラズマ射出口を一つの共通のプラズマ射出口とすることが可能である。プラズマ射出口を接続されたプラズマモジュール内に入れることも可能である。
【００２６】
本願が提案するプラズマ発生機の有利な点は、モジュール単位で拡張可能であり、容易に変形できる点である。供給電圧は低電圧の範囲（例、２４Ｖバス）内である。また、前記プラズマモジュールのプロセスガスが流れる部分の総表面積が大きいので、部品の冷却をプロセスガスで行うことができる。さらに、取り付けが簡単にでき、メンテナンスが可能であり、個々の部品交換が簡単にできる。加えて、制御線により、個々のプラズマモジュールが制御される。
【００２７】
モジュール単位でプラズマ発生機の性能を拡張できる一方、基本的な部品の種類を増やす非経済的なことは概ね避けることが可能である。
【００２８】
電源、ブロワーまたは減圧弁付きガスタンク（例、マスフローコントローラ）のようなガス供給源、制御線を介してプラズマ源を制御するコントローラ、支持フレーム、被処理材ホルダといった周辺機器が前記プラズマ発生機に取り付けられる。これらの周辺機器は適切なケーブルにより前記プラズマ発生機に接続可能である。本願の制御モジュール、入力端子、出力端子、ガス流入口およびガス流出口にそれぞれ、このようなケーブルを備える。本願発明のプラズマ発生器を、同じく複数のプラズマ発生機からなる一つのシステム中の一つのモジュールとすることも可能である。
【００２９】
プラズマ発生機のすべてのプラズマモジュールは制御され均一なプラズマ状態となっていなければならない。そのため、プロセスガスが点火されてプラズマとなるすべてのプラズマモジュール中の動的および静的な状態が均一でなければならない。このためには、ガス供給源の上位流路内における圧力または背圧が均一であることが必要である。すべてのプラズマモジュールのプラズマ流出口の自由断面積の合計が、ガス供給源の上位流路の自由断面積よりも小さければ、背圧は十分均一である。この条件より、例えば直列に接続可能なプラズマモジュールの数が制限される。こで、「自由」断面積とはガスが流れ、流れ抵抗が無視できる面積である。流れ抵抗は、例えば、プラズマ射出口中に配置された電極である。すべてのプラズマモジュールにおいてプラズマ状態を均一にするには、プラズマモジュール内でのガス流速を最低（例、レイノルズ数が１０００より小さい）にし、層流にすることが効果的である。さらに、モジュール筺体の構造またはプラズマ発生機の筺体の構造により、流れ抵抗または乱流を生じさせる要素を除くべきである。
【００３０】
制御線はデータ線として機能し、プラズマ処理プロセスを電子データの組により記録し、記録した電子データの組を、例えば不揮発性記録媒体に保存する。この機能により、例えば、どの被処理材がいつ、どんなプラズマ処理をされたかというようなトレーサビリティが増し、プロセスの保存に役立つ。
【００３１】
本願発明の他の利点および他の有利な実施形態は、添付した図面および発明を実施するための形態の対応する部分に記載の主題である。同一または同一の機能を有する特徴は、同じ符号を付されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図1は、本願発明のプラズマモジュールの概略図である。
【図２】図２は、図1に示す本願発明のプラズマモジュールを複数個直列に接続してできたプラズマ発生機の概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本願発明のモジュール連結部の一つの実施形態の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本願発明のモジュール連結部の別の実施形態の概略図である。
【図４】図３Ａのモジュール連結部と図１にかかる複数のプラズマモジュールとを有するプラズマ発生機の概略図である。
【図５】図３Ｂのモジュール連結部と図１にかかる複数のプラズマモジュールとを有するプラズマ発生機の概略図である。
【図６】本願発明にかかる発明共通の筺体を有するプラズマ発生機の概略図である。
【図７Ａ】三角形の断面プロファイルを有する本願発明にかかるプラズマモジュールの概略図である。
【図７Ｂ】四角形の断面プロファイルを有する本願発明にかかるプラズマモジュールの概略図である。
【図７Ｃ】六角形の断面プロファイルを有する本願発明にかかるプラズマモジュールの概略図である。
【図８Ａ】本願発明の一実施形態による、固定用補強材を備えるプラズマ発生機の概略図である。
【図８Ｂ】本願発明の別の実施形態による、三次元マトリックスを構成する複数のプラズマモジュールからなるプラズマ発生機の概略側面図である。
【図８Ｃ】本願発明の別の実施形態による、二次元マトリックスを構成する複数のプラズマモジュールからなるプラズマ発生機の概略平面図である。
【図８Ｄ】本願発明の別の実施形態による、複数のプラズマモジュールが閉じた輪郭の形に複数のプラズマモジュールが配置されたプラズマ発生機の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本願発明のプラズマモジュール１は、プラズマ発生機１００の一つの部品であり、図１にその概略図を示す。プラズマモジュール１はモジュール筺体５を有し、モジュール筺体５の中には、圧電変圧器２と電気駆動モジュール４が収納されている。圧電変圧器２は基本的に２つの一次側電極２１、２２と一つの二次側電極２３とを備える圧電結晶棒である。交流電圧を一次側電極２１、２２に印加することにより、圧電結晶棒が機械的振動をおこす。この機械的振動の周波数は、共鳴器として働く圧電結晶棒の形状と圧電変圧器２の機械的構造とに依存する。圧電効果により、この機械的振動から圧電結晶棒の二次側電極２３に出力電圧が発生する。用いる圧電結晶棒の形状と電極２１、２２の位置によって、出力電圧が入力電圧よりも高くなったり、低くなったりする。変圧比を高くすれば、低入力電圧を高出力電圧に高い変換効率で変圧できる。単一の圧電変圧器２の電力範囲は比較的小さく、数１０ｋＨｚから数１００ｋＨｚの共振周波数では１０ワットまでである。したがって、高サイン波交流電圧      を容易に発生させることができ、プラズマ６０を生成させるのに好適である。 
【００３４】
ガス流入口１７を通して、プロセスガス１８Ｇがモジュール筺体５の中に流入する。流入するプロセスガス１８Ｇの一部はガス供給経路１８を通って、モジュール筺体５のガス流出口から筺体外に流れる。流入するプロセスガス１８Ｇの残りは、プラズマ６０からなる所定の方向へのビームとして、プラズマ射出口３を通って筺体外に流れる。  圧電変圧器２の二次側２３では、プロセスガス１８Ｇが筺体外に流出する前に、プラズマ６０に変化する。プラズマ射出口３はノズルにすることができるし、またはノズルを変化させた形状の流出口とすることもできる。
【００３５】
モジュール筺体５は、制御モジュール２０を備える。２つの電圧供給線６、７と制御線８とが電気駆動モジュール４に接続されている。電気駆動モジュール４は、圧電変圧器２の一次側電極２１、２２に電気的に接続されている。圧電変圧器２に印加される電力は、電力制御線８を介して送信される制御信号にしたがって制御される。制御モジュール２０は、ガス流入口１７の側に電圧供給線６、７と制御線８と接続される個別の入力端子６ｅ、７ｅおよび８ｅを有する。ガス流出口１９の側には、対応する個別の出力端子６ａ、７ａおよび８ａが形成されている。これらの入力端子６ｅ、７ｅおよび８ｅと出力端子６ａ、７ａおよび８ａとは、一つのプラズマモジュール１の入力端子６ｅ、７ｅおよび８ｅが別のプラズマモジュール１の出力端子６ａ、７ａおよび８ａと接続できるように形成されている。同様に、プラズマモジュール１の筺体に設けられるガス流出口１９とガス流入口１７とは、一つのプラズマモジュール１のガス流出口１９が別のプラズマモジュール１のガス流入口１７と接続できるようになっている。
【００３６】
プラズマモジュール１は、ガス供給経路１８の断面積１８Ｄがプラズマ射出流出口３の断面積３Ｄよりも大きい構造になっている。いくつかのプラズマモジュール１からなるプラズマ発生機１００（図2または図４参照）のガス供給経路１８の断面積１８Ｄは、すべてのプラズマモジュール１の断面積３Ｄを合算したものよりも大きい。この条件によって、各プラズマモジュール１におけるプラズマガス１８Ｇの背圧が概ね同一となり、各プラズマモジュール１におけるプラズマの状態は、同一であり制御されたものとなる。
【００３７】
図２は、第１の実施形態によるプラズマ発生機１００の概略を示す図である。プラズマ発生機１００は、互いに結合して水平列に組み合わされた、いくつかのプラズマモジュール１から構成されている。直列に接続された隣り合うすべてのプラズマモジュール１の制御モジュール２０とガス供給経路１８とは、すべてプラグソケットコネクタによって直接繋がっている。そのため、各プラズマモジュール１の電圧供給線６、７は、上位の電圧供給線６、７に接続しており、各プラズマモジュール１の制御線８は、上位の制御線８に接続しており、さらに各プラズマモジュール１のガス供給経路１８は、上位のガス供給経路１８に連通している。制御モジュール２０すべての制御線８は制御バス２４を構成しており、各プラズマモジュール１が独立に制御される。
【００３８】
本願発明の好ましい実施形態では、ガス流入口１７とガス流出口１９とはプラグソケットコネクタのインタロック用の対となる部材である。このプラグソケットコネクタのガス封止性を高めるには、ガス流入口１７とガス流出口１９との間に適切なシール体（図示せず）を入れることもできる。
【００３９】
図３Ａと図３Ｂは、本願発明の間隙形成用ブリッジ１１の２つの実施形態である。本願発明によれば、図３Ａに示す間隙形成用ブリッジ１１はコネクタ２０Ａと電圧供給線６、７と制御線８とを備える。電圧供給線６、７と制御線８とは、コネクタ２０Ａ上に設けられた入力端子６ｅ、７ｅ、８ｅと出力端子６ａ、７ａ、８ａとを備える。さらに、間隙形成用ブリッジ１１は、ガス供給経路１８を介して連通するガス流入口１７とガス流出口１９とを有している。
【００４０】
図３Ａに示す実施形態によれば、プラズマモジュールｓ１の間隙形成用ブリッジ１１の入力端子６ｅ、７ｅ、８ｅと出力端子６ａ、７ａ、８ａと同様に、ガス流入口１７とガス流出口１９はすべて、それぞれオス形およびメス形として形成されている。したがって、この実施形態による間隙形成用ブリッジ１１は一つ以上のプラズマモジュール１と結合できる。この実施形態の複数の間隙形成用ブリッジ１１は互いに結合でき、および／または複数のプラズマモジュール１と結合できる。
【００４１】
図３Ｂに示す間隙形成用ブリッジ１１の別の実施形態によれば、プラズマモジュールｓ１の間隙形成用ブリッジ１１の入力端子６ｅ、７ｅ、８ｅと出力端子６ａ、７ａ、８ａと同様に、ガス流入口１７とガス流出口１９はすべて、オスとして形成され、プラズマモジュール１はメスとして形成されている。
【００４２】
図４は、本願発明のプラズマ発生機１００の別の実施形態の概略図である。このプラズマ発生機１００は図３Ａにしたがう間隙形成用ブリッジ１１と図１にしたがうプラズマモジュール１とから形成される。図２に示す例のプラズマ発生機１００の場合、いくつかのプラズマモジュール１が直接結合させて構成されているのに対し、図４に示す複数のプラズマモジュール１は間隙形成用ブリッジ１１によって間接的に結合している。本発明のプラズマ発生機１００においては、複数のプラズマモジュール１が基本的に直接的にまたは間隔形成用ブリッジ１１により間接的に結合されている。間隙の大きいプラズマモジュール１を結合させるには、間隙内で２つ以上の間隙形成用ブリッジ１１を結合させる。
【００４３】
図５は、本願発明のプラズマ発生機１００の別の実施形態の概略図である。この実施形態は、図３Ｂにしたがう複数の間隙形成用ブリッジ１１とメス形のコネクタで形成されているガス流入口１７、ガス流出口１９、入力端子６ｅ、７ｅ、８ｅおよび出力端子６ａ、７ａ、８ａを有する複数のプラズマモジュール１とを含む。この構成を用いれば、複数のプラズマモジュール１と複数の間隙形成用ブリッジ１１から様々な幾何形状を有するプラズマ発生機１００を組み立てることができる。しかし、本実施形態の複数のプラズマモジュール１または複数の間隙形成用ブリッジ１１は、互いに接続することはできない。本発明によれば、図４および図５にしたがう実施形態の複数の間隙形成用ブリッジ１１および／または複数のプラズマモジュール１の組み合わせから作製することもできる。
【００４４】
図６には、別の実施形態のプラズマ発生機１００の概要が示されている。この実施形態では、すべてのプラズマモジュール１は一つの共通の筺体１０５中に収納されている。筺体１０５は、一つの共通ガス供給部１１７を有し、共通ガス供給部１１７を通してプロセスガス１８Ｇが筺体１０５中に入り、さらに第１プラズマモジュール１のガス流入口１７内に流入する。本実施形態のプラズマモジュール１のモジュール筺体５は、筺体５の複数の壁と筺体５内部の複数の隔壁から形成されている。複数の隔壁１０６の上端部１０６Ｕと筺体５の間には開口部があり、開口部のそれぞれは隣り合うプラズマモジュール１のガス流出口１９とガス流入口１７になっている。また、複数の隔壁１０６の下端部１０６Ｌと筺体１０５の間は複数の開口になっていて、これらの開口は横方向に配置され、隣のプラズマモジュール１内にまで入るプラズマ射出口３として作用する。少なくとも一つのプラズマモジュール１のプラズマ射出口３は、共通プラズマ射出口１０３を介して筺体１０５の外部と連通している。この共通プラズマ射出口１０３を通ってプラズマ６０のビームが筺体１０５から流出する。この流出するプラズマ６０のビームは、単一のプラズマモジュール１から発生するプラズマ６０よりも高い強度、イオン密度またはパワー密度を有する。すべてのプラズマモジュール１は制御モジュール（図示せず）を介して結合している。
【００４５】
図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、本願発明の複数のプラズマモジュール１からなる代表的な可能な多角形の断面プロファイルの概略図である。本願発明の間隙形成用ブリッジ１１は、適宜形成することができる。モジュール組立性を柔軟にするという点では、断面形状を等辺多角形として設計するのが好ましい。プラズマモジュール１の各側面領域にガス流入口１７またはガス流出口１９を配置することができる。また、ガス流入口１７またはガス流出口１９のない側面領域を設けることもできる。さらに、プラズマモジュール１の各側面に制御モジュール２０の入力端子６ｅ、７ｅ、８ｅまたは出力端子６ａ、７ａ、８ａおよびコネクタ２０Ａ（図示せず）を備えることもできる。プラズマモジュール１の断面領域が小さいほど、プラズマモジュール１をよりコンパクトに配置したプラズマ発生機にし、パワーモジュール１の最大電力があたえられたときの面積あたりのプラズマパワー密度を高くすることができる。様々な断面プロファイルの複数のプラズマモジュール１と複数の間隙形成用ブリッジ１１とを本願発明のプラズマ発生機１００中で組み合わせることもできる。
【００４６】
図７Ａは、２個のガス流入口１７と１個のガス流出口１９とを有する三角形の断面プロファイルを示す。図７Ｂは隣接する２つの側面に２個のガス流入口１７と別の隣り合う２つの側面に２個のガス流出口１９とを有する四角形の断面プロファイルを示す。図７Ｃは、六角形の断面プロファイルを有し、互いに結合した３個のプラズマモジュール１を示す。これらのプラズマモジュール１は、隣接する３つの側面に３個のガス流入口１７と別の隣接する３つの側面に３個のガス流出口１９とを有する。
【００４７】
図８Ａから図８Ｄは、いくつかの単純な例に基づき、複数のプラズマモジュール１がどのように本願発明のプラズマ発生機１００と結合するかを説明する概略図である。説明を簡潔にするため、プラズマモジュール１のみを示している。原則として、プラズマモジュール１同士は少なくとも一つの本願発明の間隙形成用ブリッジ１１で接続される。図８Ａから図８Ｄに示される実施形態は、本願発明にしたがうかぎり、組み合わせてさらに複雑なプラズマ発生機１００さらに／または特定の応用に適したプラズマ発生機１００を形成することも可能である。
【００４８】
図８Ａは組み付け用補強板１０１を有する本願発明のプラズマ発生機の一実施形態の概略平面図を示し、組み付け用補強板１０１には互いに直列に結合した３個のプラズマモジュール１が取り付けられている。組み付け用補強板１０１上では、プラズマモジュール１と間隙形成用ブリッジ１１とを押し付けたり、合わせたりすることが容易である。また、故障したプラズマモジュール１を迅速かつ容易に交換することができる。複数のプラズマモジュール１を用いるシステムの稼働停止時間を最小に抑えられる。同様に、本実施形態のプラズマ発生機１００は、プラズマで処理される様々な形状の物品に適合させることができる。
【００４９】
図８Ｂは、三次元的構成の本願発明のプラズマ発生機１００の一実施形態の概略側面図である。２個のプラズマモジュール１が間隔形成用ブリッジ１１により互いに結合している。３個目のプラズマモジュール１が間隔形成用ブリッジ１１の下側に結合し、他の２機のプラズマモジュール１と比べて、下側に配置される。この実施例を用いれば、切欠き部３１を有する被処理材３０とプラズマ射出口３の被処理材距離６Ｄ（通常約１．５ｃｍ）を一定にして、被処理材３０の表面すべてを１回のプロセスステップで処理できる。プラズマモジュール１の寸法は、間隔形成用ブリッジ１１の寸法と相違させることができる。本願発明によれば、間隔形成用ブリッジ１１の側面プロファイルを三角形にすることが可能であり、この場合間隔形成用ブリッジ１１の側面に結合した２つのプラズマモジュール１と異なる角度で、下方で間隔形成用ブリッジ１１と結合するプラズマモジュール１を被処理材３０に向け、切欠き部３１の垂直な面をより均一にプラズマ処理できる。
【００５０】
図８Ｃは、本願発明のプラズマ発生機１００の別の実施形態の概略平面図である。この実施形態のプラズマ発生機１００は、３機の同一のプラズマモジュール１の列を２列有している。本実施形態において上の列と下の列を接続させるために、左から３機目のプラズマモジュール１は時計まわりと逆方向に９０°回転している。多角形の断面を有する本実施形態のプラズマモジュール１は、他のプラズマモジュール１または間隔形成用ブリッジ１１と、該多角形のコーナーの数で３６０°を割った角度の倍数に対応する所定の角度で接続される。この代表的な実施形態では、接続されていないガス流入口１７とガス流出口１９はすべて閉止材１５で塞がれていて、隣合うプラズマモジュール１はすべて互いに直接連通している。
【００５１】
図８Ｄは、本願発明のプラズマ発生機１００の別の実施形態の概略平面図である。同一のプラズマモジュール１または同一の向きのプラズマモジュール１が、互いに他の２機のプラズマモジュール１と閉じた輪郭にそって接続されている。ガス流入口１７は外部のガス供給源４０と接続されている。接続されていないガス流入口１７とガス流出口１９はすべて閉止材１５で塞がれていて、プロセスガス１８Ｇはプラズマモジュール１のプラズマ射出口３からプラズマ６０としてのみ流出する。
【００５２】
代表的かつ好ましい実施形態を参照して、本願発明について説明した。本願発明の開示内容から考えて、特許請求の範囲の請求項の技術的範囲から逸脱しないで、様々な本願発明を実施する形態や様々な本願発明の特徴を組み合わせることができることは、当業者には自明である。
【符号の説明】
【００５３】
１      プラズマモジュール
２      圧電変圧器
３      プラズマ射出口
３Ｄ      断面
４      電気駆動モジュール
５      モジュール筺体
６      プラズマ
６      電圧供給線
６ｅ      入力端子
６ａ      出力端子
６Ｄ      被処理材距離
７      電圧供給線
７ｅ      入力端子
７ａ      出力端子
８      制御線
８ｅ      入力端子
８ａ      出力端子
１１      間隔形成用ブリッジ
１５      閉塞部材
１７      ガス流入口
１８      ガス供給経路
１８Ｄ      断面
１８Ｇ      プロセスガス
１９      ガス流出口
２０      制御モジュール
２０Ａ      コネクタ
２１、２２      一次側電極
２３      二次側電極
２４      制御バス   
３０      被処理材
３１      切欠き部
４０      外部ガス供給源    
６０      プラズマ
１００      プラズマ発生機
１０１      組み付け用補強板
１０３      共通プラズマ射出口
１０５      筺体
１０６      隔壁
１０６Ｕ      上端部
１０６Ｌ      下端部
１１７      共通ガス供給部
【図１】
2015522901.tif 000003
【図２】
2015522901.tif 000004
【図３Ａ】
2015522901.tif 000005
【図３Ｂ】
2015522901.tif 000006
【図４】
2015522901.tif 000007
【図５】
2015522901.tif 000008
【図６】
2015522901.tif 000009
【図７Ａ】
2015522901.tif 000010
【図７Ｂ】
2015522901.tif 000011
【図７Ｃ】
2015522901.tif 000012
【図８Ａ】
2015522901.tif 000013
【図８Ｂ】
2015522901.tif 000014
【図８Ｃ】
2015522901.tif 000015
【図８Ｄ】
2015522901.tif 000016
【国際調査報告】
2015522901.tif 000017
2015522901.tif 000018
2015522901.tif 000019
2015522901.tif 000020