(57)【要約】【課題】電極剥がれや電極内での放電等を防止し、耐熱性に優れた放電電極および放電装置を提供することを目的とする。【解決手段】従来の電極の部分を導電性の粉体５に替えることで、温度影響による電極剥がれを防止することができる。また、従来の誘電体バリアの部分を、セラミックあるいは石英で形成され、粉体５を収容可能に構成した筒６に替えることで、筒６と粉体５との間に隙間が生じにくいので、放電電圧が上昇しにくく、発熱しにくくなる。また、筒６がセラミックあるいは石英で形成されているので、耐熱性に優れ、ピンホールもなく、非常に長寿命が期待できる。その結果、電極剥がれや電極内での放電等を防止し、耐熱性に優れたプラズマ用電極１を実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極であって、
前記放電電極は、
導電性の粉体と、
セラミックあるいは石英で形成され、前記粉体を収容可能に構成した収容部と
を備えることを特徴とする放電電極。
【請求項２】
放電電極と、前記放電電極に電圧を印加する電源とを備えた放電装置であって、
前記放電電極は、
導電性の粉体と、
セラミックあるいは石英で形成され、前記粉体を収容可能に構成した収容部と
を備えることを特徴とする放電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ用電極（大気圧成膜、プラズマ応用処理）、ガス分解、オゾン発生用電極等に用いられる放電電極および放電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電電極として、大気圧成膜などに用いられるプラズマ用電極を例に採って説明する。プラズマ用電極として誘電体バリア電極を用いる。誘電体バリア電極を用いることで誘電体バリアが容量結合されて、２極の電極間で放電させることが可能になる。このような誘電体バリア電極を用いた場合には、大気圧下でプラズマ放電させてプラズマ処理を行うことが可能である。したがって、真空装置が不要で、電源も高圧パルス電源でよく、コスト的にも有利である特徴がある。
【０００３】
一般的に、１枚のセラミック基板の片面に金属電極を設け、セラミック側でプラズマ放電させる。電極をセラミック基板に接合させるには、接着や溶剤などで接合されている場合が多い（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１の方法ではゾルゲル法によりセラミックの薄膜コーティングを金属電極に施し、特許文献２の方法では誘電体シートを金属電極に貼り付ける。このような方法により誘電体バリア電極を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１３２０６７号公報
【特許文献２】特開平７−１１１１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のコーティングによる方法や誘電体シートを貼りつける方法の場合には、電極に対する誘電体の剥がれ、ピンホールの発生があり、長寿命が期待できないという問題がある。また、電極と誘電体との間に微小な隙間ができ、これが放電電圧の上昇、発熱の増加につながってしまうという問題もある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電極剥がれや電極内での放電等を防止し、耐熱性に優れた放電電極および放電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】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放電電極は、導電性の粉体と、セラミックあるいは石英で形成され、前記粉体を収容可能に構成した収容部とを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
［作用・効果］本発明に係る放電電極によれば、従来の電極の部分を導電性の粉体に替えることで、温度影響による電極剥がれを防止することができる。また、従来の誘電体バリアの部分を、セラミックあるいは石英で形成され、粉体を収容可能に構成した収容部に替えることで、収容部と粉体との間に隙間が生じにくいので、放電電圧が上昇しにくく、発熱しにくくなる。また、収容部がセラミックあるいは石英で形成されているので、耐熱性に優れ、ピンホールもなく、非常に長寿命が期待できる。その結果、電極剥がれや電極内での放電等を防止し、耐熱性に優れた放電電極を実現することができる。
【０００９】
また、本発明に係る放電装置は、放電電極と、前記放電電極に電圧を印加する電源とを備えた放電装置であって、前記放電電極は、導電性の粉体と、セラミックあるいは石英で形成され、前記粉体を収容可能に構成した収容部とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
［作用・効果］本発明に係る放電装置によれば、電源の他に、上述のように構成された放電電極を備えている。すなわち、放電電極は、導電性の粉体と、セラミックあるいは石英で形成され、粉体を収容可能に構成した収容部とを備えることにより、電極剥がれや電極内での放電等を防止し、耐熱性に優れた放電電極を有した放電装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る放電電極および放電装置によれば、放電電極は、導電性の粉体と、セラミックあるいは石英で形成され、粉体を収容可能に構成した収容部とを備えることにより、電極剥がれや電極内での放電等を防止し、耐熱性に優れた放電電極、およびそれを有した放電装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１に係るプラズマ用電極を有したプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、図１とは別の実施形態の実施例１に係るプラズマ用電極の概略断面図である。
【図３】図１および図２とは別の実施形態の実施例１に係るプラズマ用電極の概略断面図である。
【図４】図１〜図３とは別の実施形態の実施例１に係るプラズマ用電極の概略断面図である。
【図５】図２に示すチューブ状電極のプラズマ用電極を応用したプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図６】（ａ）は実施例２に係るガス分解装置の概略平面図、（ｂ）は（ａ）の概略断面図である。
【図７】図２に示すチューブ状電極のプラズマ用電極の変形実施の概略断面図である。
【実施例１】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例１に係るプラズマ用電極を有したプラズマ処理装置の概略断面図であり、図２（ａ）、図２（ｂ）は、図１とは別の実施形態の実施例１に係るプラズマ用電極の概略断面図であり、図３は、図１および図２とは別の実施形態の実施例１に係るプラズマ用電極の概略断面図であり、図４は、図１〜図３とは別の実施形態の実施例１に係るプラズマ用電極の概略断面図である。本実施例１では、放電電極として、プラズマ用電極を例に採って説明するとともに、放電装置として大気圧成膜に用いられるプラズマ処理装置を例に採って説明する。
【００１４】
図１に示すように、プラズマ用電極１はドラム状ローラー電極であり、フィルムなどに代表される長尺状のワークＷを図１の矢印の方向に送り出すローラーと、ワークＷの表面に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理部とを兼用している。プラズマ用電極１は、本発明における放電電極に相当する。
【００１５】
図１の場合には、プラズマ用電極１に対向して対向電極２を設けている。図１のプラズマ処理装置１０はパルス電源３を備え、各電極１，２とパルス電源３とを電気的に接続し、パルス電源３から各電極１，２に電圧を印加する。本実施例１のパルス電源３は、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の交流電源を使用する。パルス電源３から各電極１，２に電圧を印加することにより、各電極１，２間にプラズマＰＭが生成される。パルス電源３は、本発明における電源に相当し、プラズマ処理装置１０は、本発明における放電装置に相当する。
【００１６】
図１に示すように、プラズマ用電極１は、内部電極４と粉体５と筒６とを備えている。筒６は中空になっており、この中空の部分に内部電極４を収容し、内部電極４と筒６との間にある隙間に粉体５を収容して隙間を埋める。内部電極４は、ステンレス鋼や銅等に代表される金属で形成されている。粉体５は炭素粉末で形成されている。なお、粉体５は導電性の粉体であれば、炭素に限定されず、銅粉などに代表される金属粉末であればよい。粉体５は粒径０．１ｍｍ程度のものが好ましい。筒６は、セラミックあるいは石英で形成されている。セラミック単体あるいは石英単体で筒６を形成してもよいし、セラミックと石英とを両方組み合わせて筒６を形成してもよい。粉体５は、本発明における粉体に相当し、筒６は、本発明における収容部に相当する。
【００１７】
図１の正面および背面には、粉体５が外部に出ないように、セラミック接着剤などからなるセラミック封止材（図示省略）によって、内部電極４と筒６との間にある隙間を封止する。図１の構造の場合には、内部電極４および粉体５が電極の部分となる。粉体５のみならず、内部電極４をも備えたのは、粉体のみでは抵抗率が高くなって発熱しやすくなってしまうのを防止するためである。このように、内部電極４を有することで、より一層発熱を抑え、放電効率が良くなる。もちろん、内部電極４を必ずしも備える必要はなく、筒６の中空部分に導電性の粉体のみを充填して収容してもよい。
【００１８】
なお、対向電極２については、必ずしも誘電体バリア電極である必要はなく、金属電極のみであってもよい。もちろん、対向電極２を従来のような誘電体バリア電極で形成してもよいし、図１に示すようなプラズマ用電極１と同様にドラム状電極で形成してもよい。また、対向電極２は、後述する図２、図３あるいは図４に示すような形態であってもよい。
【００１９】
図１では、プラズマ用電極１をドラム状ローラー電極で形成したが、このような形態に限定されない。図２、図３あるいは図４に示すような形態であってもよい。それぞれの具体的な形態について詳しく説明する。
【００２０】
図２に示すように、プラズマ用電極１１はチューブ状電極である。プラズマ用電極１１は、内部電極１４と粉体１５と石英ガラス管１６とを備えている。石英ガラス管１６は他端が開放端となっており、この開放端の部分から内部電極１４を収容し、内部電極１４と石英ガラス管１６との間にある隙間に粉体１５を収容して隙間を埋める。図１と同様に、内部電極１４は、ステンレス鋼や銅等に代表される金属で形成され、粉体１５は、炭素粉末あるいは金属粉末で形成されている。石英ガラス管１６は石英で形成されているが、セラミックで形成されたセラミック管に替えてもよいし、セラミックと石英とを両方組み合わせた管に替えてもよい。プラズマ用電極１１は、本発明における放電電極に相当し、粉体１５は、本発明における粉体に相当し、石英ガラス管１６は、本発明における収容部に相当する。
【００２１】
その他に、粉体１５が熱による膨張で、石英ガラス管１６の開放端を介して外部に出ないように、スプリング機構１７を石英ガラス管１６の開放端から挿入して、石英ガラス管１６とスプリング機構１７との間にある隙間を、セラミック接着剤などからなるセラミック封止材１８によって封止する。図１と同様に、内部電極１４を有することで、より一層発熱を抑え、放電効率が良くなる。図２の場合においても、内部電極１４を必ずしも備える必要はなく、石英ガラス管１６内に導電性の粉体のみを充填して収容してもよい。
【００２２】
スプリング機構１７は、図２（ｂ）の拡大図に示すように、バネ１７ａとボール１７ｂと金属棒１７ｃと金属筒１７ｄと抑え蓋１７ｅとを備えている。金属筒１７ｄは中空になっており、この中空の部分にバネ１７ａ，ボール１７ｂ，金属棒１７ｃを順に収容することで、石英ガラス管１６の開放端側から、バネ１７ａ，ボール１７ｂ，金属棒１７ｃが順に配置される。また、バネ１７ａの一端は、金属筒１７ｄの開放端側よりも外部に出ないように固定されている。金属棒１７ｃの一端は抑え蓋１７ｅを支持している。金属棒１７ｃおよび金属筒１７ｄは、金メッキした真鍮で形成されている。また、抑え蓋１７ｅはステンレス鋼で形成されている。
【００２３】
このように、スプリング機構１７を構成することで、粉体１５が熱によって膨張して抑え蓋１７ｅ，さらには金属棒１７ｃ，ボール１７ｂ，バネ１７ａの他端が図２（ｂ）中の矢印の方向に移動しても、バネ１７ａの弾性力およびセラミック封止材１８により粉体１５が外部に出ることはない。
【００２４】
図２に示すプラズマ用電極１１を複数個互いに対向して並べて配置し、パルス電源３（図１を参照）から各プラズマ用電極１１に電圧を印加することにより、各プラズマ用電極１１間にプラズマＰＭ（図１を参照）が生成される。プラズマ用電極１１に対向する電極については、同じプラズマ用電極１１である必要はなく、図１に示す対向電極２であってもよいし、後述する図３あるいは図４に示すような形態であってもよい。
【００２５】
また、図３に示すように、プラズマ用電極２１はＬ型電極であってもよい。プラズマ用電極２１は、粉体２５と２つのＬ型板２６とを備えている。各Ｌ型板２６は互いに対向配置されており、各Ｌ型板２６間において、セラミック接着剤などからなるセラミック封止材２７によっていずれかの面で封止した後に、各Ｌ型板２６間の隙間に粉体２５を収容して隙間を埋める。その後で、セラミック封止材２７によって残りの面（図３の正面および背面については図示省略）で封止する。図１や図２と同様に、粉体２５は、炭素粉末あるいは金属粉末で形成され、各Ｌ型板２６は、セラミック単体、石英単体あるいはセラミックと石英とを両方組み合わせて形成されている。プラズマ用電極２１は、本発明における放電電極に相当し、粉体２５は、本発明における粉体に相当し、２つのＬ型板２６は、本発明における収容部に相当する。
【００２６】
なお、２つのＬ型板２６に限定されず、２つのＬ型板２６をつなげて、開口面を少なくとも１つ有した収容板に替えて使用してもよい。この場合には、開口面から粉体２５を収容して隙間を埋める。その後で、セラミック封止材２７によって当該開口面で封止する。また、図１や図２のように内部電極（図１では内部電極４、図２では内部電極１４）を有してもよい。
【００２７】
図３に示すプラズマ用電極２１を互いに対向して並べて配置し、パルス電源３（図１を参照）から各プラズマ用電極２１に電圧を印加することにより、各プラズマ用電極２１間にプラズマＰＭが生成される。プラズマ用電極２１に対向する電極については、同じプラズマ用電極２１である必要はなく、図１に示す対向電極２であってもよいし、上述した図２に示すプラズマ用電極１１であってもよいし、後述する図４に示すような形態であってもよい。
【００２８】
また、図４に示すように、プラズマ用電極３１はプレート状電極であってもよい。プラズマ用電極３１は、粉体３５と２つの平板３６とを備えている。各平板３６は互いに対向配置されており、各平板３６間において、セラミック接着剤などからなるセラミック封止材３７によっていずれかの面で封止した後に、各平板３６によって残りの面（図４の正面および背面については図示省略）で封止する。図１〜図３と同様に、粉体３５は、炭素粉末あるいは金属粉末で形成され、各平板３６は、セラミック単体、石英単体あるいはセラミックと石英とを両方組み合わせて形成されている。プラズマ用電極３１は、本発明における放電電極に相当し、粉体３５は、本発明における粉体に相当し、２つの平板３６は、本発明における収容部に相当する。
【００２９】
なお、２つの平板３６に限定されず、２つの平板３６をつなげて、開口面を少なくとも１つ有した収容板に替えて使用してもよい。この場合には、開口面から粉体３５を収容して隙間を埋める。その後で、セラミック封止材３７によって当該開口面で封止する。また、図１や図２のように内部電極（図１では内部電極４、図２では内部電極１４）を有してもよい。
【００３０】
図４に示すプラズマ用電極３１を互いに対向して並べて配置し、パルス電源３（図１を参照）から各プラズマ用電極３１に電圧を印加することにより、各プラズマ用電極３１間にプラズマＰＭが生成される。プラズマ用電極３１に対向する電極については、同じプラズマ用電極３１である必要はなく、図１に示す対向電極２であってもよいし、上述した図２に示すプラズマ用電極１１であってもよいし、上述した図３に示すプラズマ用電極２１であってもよい。
【００３１】
本実施例１に係る放電電極（本実施例１ではプラズマ用電極）によれば、従来の電極の部分を導電性の粉体に替えることで、温度影響による電極剥がれを防止することができる。また、従来の誘電体バリアの部分を、セラミックあるいは石英で形成され、粉体を収容可能に構成した収容部（図１では筒６、図２では石英ガラス管１６、図３では２つのＬ型板２６、図４では２つの平板３６）に替えることで、収容部と粉体との間に隙間が生じにくいので、放電電圧が上昇しにくく、発熱しにくくなる。実際に、図１〜図４に示す各プラズマ用電極では、従来と比較すると、放電電圧が１割以上低減され、電極の発熱が抑えられる。
【００３２】
また、収容部がセラミックあるいは石英で形成されているので、耐熱性に優れ、ピンホールもなく、非常に長寿命が期待できる。その結果、電極剥がれや電極内での放電等を防止し、耐熱性に優れた放電電極（本実施例１ではプラズマ用電極）を実現することができる。
【００３３】
また、本実施例１に係る放電装置（図１ではプラズマ処理装置１０）によれば、電源（図１ではパルス電源３）の他に、上述のように構成された放電電極（本実施例１ではプラズマ用電極）を備えている。すなわち、放電電極（プラズマ用電極）は、導電性の粉体と、セラミックあるいは石英で形成され、粉体を収容可能に構成した収容部とを備えることにより、電極剥がれや電極内での放電等を防止し、耐熱性に優れた放電電極（プラズマ用電極）を有した放電装置（プラズマ処理装置１０）を実現することができる。
【００３４】
また、図２に示すチューブ状電極のプラズマ用電極１１の応用として、例えば図５に示すように、プラズマ処理装置１０を構成してもよい。すなわち、図５に示すように、複数のプラズマ用電極１１を並べて配置し、シリコンなどからなるモールド材７によって封止する。これらのプラズマ用電極１１に対向して対向電極２を設ける。なお、各々のプラズマ用電極１１を同電位にし、パルス電源３から各電極２，１１に電圧を印加することにより、各電極２，１１間にプラズマＰＭが生成される。この図５の構造においても、対向電極２については、金属電極のみであってもよいし、従来のような誘電体バリア電極であってもよいし、図２に示すプラズマ用電極１１あるいは図５に示すモールド封止された複数のプラズマ用電極１１であってもよいし、図３や図４に示すプラズマ用電極であってもよい。
【実施例２】
【００３５】
次に、図面を参照して本発明の実施例２を説明する。
図６（ａ）は、実施例２に係るガス分解装置の概略平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の概略断面図である。本実施例２では、放電装置としてガス分解装置を例に採って説明する。
【００３６】
図６では、図２に示すチューブ状電極のプラズマ用電極１１をガス分解のための電極に応用している。図６のガス分解装置４０は、開口部４１ａを上下に有した金属ケース４１を備えている。プラズマ用電極１１は、本発明における放電電極に相当し、ガス分解装置４０は、本発明における放電装置に相当する。
【００３７】
図６（ａ）の平面図に示すように、金属ケース４１の開口部４１ａに複数のプラズマ用電極１１を並べて配置している。また、図６（ｂ）の断面図に示すように、上下段のプラズマ用電極１１を千鳥状に対向して配置している。上段に配置された複数のプラズマ用電極１１を上段プラズマ用電極１１Ａとし、下段に配置された複数のプラズマ用電極１１を下段プラズマ用電極１１Ｂとする。
【００３８】
図示を省略する端子が上段プラズマ用電極１１Ａを支持し、当該端子にそれぞれ電気的に接続し、各々の上段プラズマ用電極１１Ａを同電位にする。同様に、図示を省略する端子が下段プラズマ用電極１１Ｂを支持し、当該端子にそれぞれ電気的に接続し、各々の下段プラズマ用電極１１Ｂを同電位にする。パルス電源３（図１を参照）から各電極電極１１Ａ，１１Ｂに電圧を印加することにより、各電極１１Ａ，１１Ｂ間にプラズマＰＭ（図１を参照）が生成される。
【００３９】
プラズマが生成された状態で、開口部４１ａを通して、ダクト（図示省略）からガス（図６（ｂ）では「Ｇａｓ」で表記）を通すと、ガスが分解される。ガス分解装置としては、消臭用の装置に適用され、例えばガスとして硫化水素（Ｈ２Ｓ）が挙げられる。５０ｐｐｍの硫化水素のガスを分解するのに有用である。
【００４０】
本実施例２に係る放電装置（本実施例２ではガス分解装置４０）によれば、電源（図１ではパルス電源３）の他に、上述のように構成された放電電極（図６ではプラズマ用電極１１）を備えている。すなわち、放電電極（プラズマ用電極１１）は、上述した実施例１と同様に、導電性の粉体と、セラミックあるいは石英で形成され、粉体を収容可能に構成した収容部とを備えることにより、電極剥がれや電極内での放電等を防止し、耐熱性に優れた放電電極（プラズマ用電極１１）を有した放電装置（ガス分解装置４０）を実現することができる。
【００４１】
なお、本実施例２の図６では、図２に示すチューブ状電極のプラズマ用電極１１をガス分解のための電極に応用したが、これに限定されない。図１、図３、図４に示す各プラズマ用電極をガス分解のための電極に応用してもよい。
【００４２】
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００４３】
（１）上述した各実施例では、放電装置は、プラズマ放電によってプラズマを発生させるタイプであったが、酸素中の放電によってオゾン（Ｏ３）を発生させるタイプでもよい。したがって、放電装置として、酸素中の放電によってオゾンを発生させるオゾン発生装置（オゾン発生用リアクタ）や、酸素中の放電によって発生したオゾンを利用したオゾン処理を行うオゾン処理装置に適用することができる。その他にも、通常に用いられるオゾン処理であれば、例えば殺菌や漂白や酸化などにも適用することができる。なお、プラズマ放電や酸素中の放電以外にも、放電を利用した所定の処理を行う装置などに適用することができる。
【００４４】
（２）上述した各実施例では、大気圧下で処理を行ったが、真空中あるいは減圧下で処理を行ってもよい。また、必要に応じてガスを送り込んでプラズマ処理（プラズマエッチング、プラズマによる成膜処理など）を行ってもよい。
【００４５】
（３）図２に示すチューブ状電極のプラズマ用電極１１を、例えば図７に示すように、変形して実施することができる。図２と共通する箇所については同じ符号を付してその説明を省略する。図２のセラミック封止材１８の替わりに図７では石英の繊維からなるグラスウールなどに代表される断熱材１９を石英ガラス管１６に挿入する。また、開放端側とは逆側にも断熱材１９を石英ガラス管１６に挿入するとともに、スプリング機構１７における抑え蓋１７ｅと同じ（ステンレス鋼で形成された）抑え蓋１７ｅを開放端側とは逆側にも挿入する。両抑え蓋１７ｅ，断熱材１９間に粉体１５を収容する。粉体１５を含めた両抑え蓋１７ｅ間の領域（図７では「Ａ」で表記）で発熱し、当該領域の外に該当する領域では断熱材１９によって発熱しないので、当該領域のみがプラズマ放電する領域となる。したがって、断熱材１７を挿入することでプラズマ放電する領域の箇所や長さを調節することができる。また、図２のように内部電極１４を有してもよいし、図２のようにセラミック封止材１８でさらに封止してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１、１１、２１、３１  …  プラズマ用電極
３  …  パルス電源
５，１５、２５、３５  …  粉体
６  …  筒
１０  …  プラズマ処理装置
１６  …  石英ガラス管
２６  …  Ｌ型板
３６  …  平板
４０  …  ガス分解装置
【図１】
2013058349.tif 000003
【図２】
2013058349.tif 000004
【図３】
2013058349.tif 000005
【図４】
2013058349.tif 000006
【図５】
2013058349.tif 000007
【図６】
2013058349.tif 000008
【図７】
2013058349.tif 000009