(57)【要約】  プラズマ投入パワーを高くした場合においても、異常放電を抑制し、大気圧プラズマを安定して発生できる大気圧プラズマ発生装置、大気圧プラズマ発生回路、及び、大気圧プラズマ発生方法を提供する。  大気圧プラズマ発生装置（１０）は、交流電源（１１）と、プラズマ発生部（１２）と、放電電流分散回路（１３）と、を備える。放電電流分散回路（１３）は、交流電源（１１）とプラズマ発生部（１２）との間に接続され、交流電圧（１１ａ）よりも高周波である放電電流パルス（３１）を低減し、かつ、低減分を用いて別のパルス（第２次放電電流パルス（４３））を生成することにより、放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を発生する交流電源と、
１対の電極を有し、大気圧下で前記１対の電極間に前記交流電圧を印加した場合にプラズマを発生するプラズマ発生部と、
前記交流電源と前記プラズマ発生部との間に接続され、前記交流電圧よりも高周波である放電電流のパルスを低減し、かつ、低減分を用いて別のパルスを生成することにより、前記放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する放電電流分散回路と、
を備える大気圧プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記放電電流分散回路は、前記プラズマ発生部が前記プラズマを繰り返し発生する場合に、前記放電電流のパルスを同じ波形の２以上のパルスに分散する請求項１に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項３】
前記放電電流分散回路が分散した２以上のパルスは、時間的に後に発生するパルスほど周波数が低い請求項１または２に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項４】
前記放電電流分散回路は、前記交流電圧の周波数成分を透過し、かつ、前記放電電流の周波数成分を低減するインピーダンスを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項５】
前記放電電流分散回路は、インダクタとキャパシタとを有するＬＣ回路である請求項１〜４のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項６】
前記放電電流分散回路は、前記交流電源と前記プラズマ発生部との間に、並列に接続する請求項５に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項７】
前記放電電流分散回路は、１つのパルスで形成する分散前の前記放電電流の周波数を共振周波数とする請求項６に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項８】
前記放電電流分散回路は、前記交流電源と前記ラズマ発生部との間に、直列に接続する請求項５に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項９】
前記放電電流分散回路は、前記交流電圧の周波数を共振周波数とする請求項８に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記交流電圧は、１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の低周波である請求項１〜９のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ発生装置。
【請求項１１】
交流電源が、プラズマ発生部が有する１対の電極に大気圧下において交流電圧を印加することにより、前記プラズマ発生部がプラズマを発生する大気圧プラズマ発生装置に用いる大気圧プラズマ発生回路であって、
前記交流電源と前記プラズマ発生部との間に接続され、前記交流電圧よりも高周波である放電電流のパルスを低減し、かつ、低減分を用いて別のパルスを生成することにより、前記放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する放電電流分散回路を備える大気圧プラズマ発生回路。
【請求項１２】
プラズマ発生部の一対の電極に交流電圧を印加し、
前記交流電圧よりも高周波である放電電流のパルスを低減し、かつ、低減分を用いて別のパルスを生成することにより、前記放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する大気圧プラズマ発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧下においてプラズマを発生する大気圧プラズマ発生装置、大気圧プラズマ発生回路、及び、大気圧プラズマ発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルムまたは半導体基板等の表面処理（洗浄、活性化、または物質の積層等）をするために、分子性ガス等のプラズマを用いる場合がある。大気圧プラズマ発生装置は、交流電源と、交流電源に接続した１対の電極を有するプラズマ発生部と、を備え、大気圧下においてこれらの電極間に交流の高電圧をかけることにより、電極間に導入した分子性ガス等をプラズマ化する。【０００３】
大気圧プラズマ発生装置は、プラズマ投入パワー（電力）を増やすと、いわゆる異常放電（ストリーマ電流）が発生する場合がある。このため、大気圧プラズマ発生装置には、プラズマ発生部が有する電極の表面に誘電体を配置することにより、プラズマの発生時に誘電体が形成する逆電場を利用して、異常放電の発生を抑える工夫がなされる。【０００４】
近年においては、プラズマ発生部にチョークコイルを接続し、変位電流を抑制することによって、結果的に異常放電を抑制する大気圧プラズマ発生装置が知られている（特許文献１及び特許文献２）。また、プラズマ発生部に、チョークコイルと、電源の周波数を共振周波数とするＬＣ回路と、を接続することで、異常放電を抑制する大気圧プラズマ発生装置が知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５２０８７８号公報（特許第４６６８２０８号）
【特許文献２】特開２００６−０８００６０号公報（特許第５４５９９２３号）
【特許文献３】特表２００９−５０６４９６号公報（特許第５３６７３６９号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
大気圧プラズマ発生装置において、プラズマ発生部を構成する電極に誘電体を配置する場合、プラズマ投入パワーを増大した場合、誘電体の特性及び厚さによっては、異常放電の抑制作用が不足し、異常放電が生じる。【０００７】
本発明は、異常放電を抑制し、プラズマ投入パワーを高くした場合においても、異常放電を抑制し、大気圧プラズマを安定して発生できる大気圧プラズマ発生装置、大気圧プラズマ発生回路、及び、大気圧プラズマ発生方法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】
【０００８】
本発明の大気圧プラズマ発生装置は、交流電源と、プラズマ発生部と、放電電流分散回路と、を備える。交流電源は、交流電圧を発生する。プラズマ発生部は、１対の電極を有し、大気圧下で１対の電極間に交流電圧を印加した場合にプラズマを発生する。放電電流分散回路は、交流電源とプラズマ発生部との間に接続され、交流電圧よりも高周波である放電電流のパルスを低減し、かつ、低減分を用いて別のパルスを生成することにより、放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する。【０００９】
放電電流分散回路は、プラズマ発生部がプラズマを繰り返し発生する場合に、放電電流のパルスを同じ波形の２以上のパルスに分散することが好ましい。【００１０】
放電電流分散回路が分散した２以上のパルスは、時間的に後に発生するパルスほど周波数が低いことが好ましい。【００１１】
放電電流分散回路は、交流電圧の周波数成分を透過し、かつ、放電電流の周波数成分を低減するインピーダンスを有することが好ましい。【００１２】
放電電流分散回路は、インダクタとキャパシタとを有するＬＣ回路であることが好ましい。【００１３】
放電電流分散回路は、交流電源とプラズマ発生部との間に、並列に接続することが好ましい。【００１４】
放電電流分散回路は、１つのパルスで形成する分散前の放電電流の周波数を共振周波数とすることが好ましい。【００１５】
放電電流分散回路は、交流電源とプラズマ発生部との間に、直列に接続することが好ましい。【００１６】
放電電流分散回路は、交流電圧の周波数を共振周波数とすることが好ましい。【００１７】
交流電圧は、１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の低周波であることが好ましい。【００１８】
本発明の大気圧プラズマ発生回路は、交流電源が、プラズマ発生部が有する１対の電極に大気圧下において交流電圧を印加することにより、プラズマ発生部がプラズマを発生する大気圧プラズマ発生装置に用いる大気圧プラズマ発生回路であり、放電電流分散回路を備える。放電電流分散回路は、交流電源とプラズマ発生部との間に接続される。放電電流分散回路は、交流電圧よりも高周波である放電電流のパルスを低減し、かつ、低減分を用いて別のパルスを生成することにより、放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する。【００１９】
本発明の大気圧プラズマ発生方法は、プラズマ発生部の一対の電極に交流電圧を印加し、交流電圧よりも高周波である放電電流のパルスを低減し、かつ、低減分を用いて別のパルスを生成することにより、放電電流のパルスを２つ以上のパルスに分散する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の大気圧プラズマ発生装置、大気圧プラズマ発生回路、及び、大気圧プラズマ発生方法によれば、プラズマ投入パワーを高くした場合においても、異常放電を抑制し、大気圧プラズマを安定して発生できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】大気圧プラズマ発生装置の回路図（大気圧プラズマ発生回路）である。
【図２】交流電源が発生する電圧のグラフである。
【図３】プラズマ発生部の構成を示す説明図である。
【図４】プラズマの発生にともなう理想的な放電電流のグラフである。
【図５】異常放電をともなう放電電流のグラフである。
【図６】放電電流分散回路のインピーダンスを示すグラフである。
【図７】放電電流分散回路を導入した場合における放電電流のグラフである。
【図８】分散した放電電流のパルスを示すグラフである。
【図９】変形例の放電電流分散回路を有する大気圧プラズマ発生回路である。
【図１０】変形例の放電電流分散回路を有する大気圧プラズマ発生回路である。
【図１１】変形例の放電電流分散回路を有する大気圧プラズマ発生回路である。
【図１２】変形例の放電電流分散回路を有する大気圧プラズマ発生回路である。
【図１３】変形例の放電電流分散回路のインピーダンスを示すグラフである。
【図１４】変形例の放電電流分散回路を有する大気圧プラズマ発生回路である。
【図１５】分散した放電電流のパルスを示すグラフである。
【図１６】分散した放電電流のパルスを示すグラフである。
【図１７】分散した放電電流のパルスを示すグラフである。
【図１８】高調波を抑制するキャパシタを有する放電電流分散回路である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示すように、大気圧プラズマ発生装置１０は、大気圧下においてプラズマを発生する装置であり、特定の振幅を有する交流電圧を発生する交流電源１１と、１対の電極を有し、大気圧下でプラズマを発生するプラズマ発生部１２と、プラズマの発生時に生じる放電電流のパルスを分散する放電電流分散回路１３と、を備える。
【００２３】
交流電源１１は、特定の周波数及び特定の振幅を有する交流電圧を発生し、プラズマ発生部１２に供給する。交流電源１１は、所定電圧を発生する電源本体のほか、電源本体が発生する電圧を特定の電圧に昇圧または降圧する変圧部（図示しない）、及び／または、インピーダンスを整合するためのマッチングコイル（図示しない）等を含む。図２に示すように、交流電源１１は、例えば正弦波形の交流電圧１１ａを発生する。交流電圧１１ａの振幅Ｖ１は、例えば、約２０００ボルト（［Ｖ］）である。また、交流電源１１が発生する交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃは、例えば、約１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下である。すなわち、交流電源１１が発生する交流電圧１１ａはいわゆる低周波である。このため、プラズマ発生部１２においては、希ガス等の動きやすい分子からなるガスだけでなく、希ガス等よりも動き難い、窒素、酸素、または、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ：Tetraethyl orthosilicate）等の分子性ガスを電離し、プラズマを発生できる。
【００２４】
プラズマ発生部１２は、１つの電極を有し、大気圧下でこれら１対の電極間に交流電圧１１ａを印加した場合にプラズマを発生する。具体的には、図３に示すように、プラズマ発生部１２は、１対の電極を有する。本実施形態においては、１対の電極は、第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂである。プラズマ発生部１２は、第１電極１４Ａと第２電極１４Ｂとの間に、プラズマを発生する放電空間１５を形成する。大気圧プラズマ発生装置１０は、表面処理等において必要なガスを放電空間１５に導入するガス導入部（図示しない）を有しており、プラズマ発生部１２は放電空間１５に導入したＴＥＯＳ等のガスを電離することにより、プラズマを発生する。また、プラズマ発生部１２は、第１電極１４Ａの放電空間１５側の表面に、及び、第２電極１４Ｂの放電空間１５側の表面に、誘電体１６を備える。誘電体１６は、放電空間に発生するプラズマに起因した電場の偏極とは逆向きに偏極した電場（いわゆる逆電場）を形成する。これにより、誘電体１６は、プラズマの発生時に局所的な放電電流の発生等のいわゆる異常放電を抑制する。
【００２５】
プラズマ発生部１２には、表面処理をする対象を、第１電極１４Ａまたは第２電極１４Ｂに当接して導入する。本実施形態においては、表面処理をする対象は樹脂製のフィルム１９であり、大気圧プラズマ発生装置１０は搬送ローラ（図示しない）等を用いてフィルム１９を第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂに当接しながらＸ１方向（搬送方向）に搬送する。この間に、プラズマ発生部１２は、放電空間１５にプラズマを発生することにより、プラズマを用いてフィルム１９の放電空間１５側に露呈した表面を処理する。
【００２６】
プラズマの発生時には、第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂの間に放電電流が流れる。図４に示すように、理想的には、第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂに印加する交流電圧１１ａ（図４においては交流電圧１１ａの位相３２を破線で示す）に応じて、概ね交流電圧１１ａが０Ｖを通過する毎に、交互に極性を変えながら所定の時間間隔で放電電流パルス３１が生じる。交流電源１１が第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂに印加する交流電圧１１ａは低周波であるため、放電電流パルス３１は交流電圧１１ａよりも高周波である。すなわち、放電電流パルス３１は交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃよりも高い周波数Ｆｄを有する。放電電流パルス３１の周波数Ｆｄとは、任意の１つの放電電流パルス３１が連続的に発生したと仮定した場合に、この連続した放電電流パルス３１が有する周波数であり、１つの放電電流パルス３１の立ち上がり形状（傾き）に概ね比例する量である。したがって、放電電流パルス３１の立ち上がり形状（傾き）は、交流電圧１１ａの波形の立ち上がり形状（傾き）よりも急峻である。本実施形態においては、放電電流パルス３１は、振幅がＡ１アンペア（［Ａ］）の三角波形であり、第１電極１４Ａから第２電極１４Ｂに流れる放電電流を正方向とする。
【００２７】
一方、実際的には、プラズマの発生に起因して生じる正常な放電電流に加えて、異常放電が生じる場合がある。例えば、図５に示すように、正常な放電電流に起因する放電電流パルス３１の前及び／または後に付随して、異常放電に起因した放電電流のパルス（以下、異常放電電流パルスという）３３が生じる場合がある。正常な放電電流は、放電空間１５のほぼ全体においてほぼ一様に生じる。これに対し、異常放電は、例えば、放電空間１５のうちの一部において局所的に生じる放電電流である。したがって、異常放電電流パルス３３は、異常放電が発生した位置、範囲、発生数、及び／または各個の発生タイミング等の発生時の具体的な状況に起因して１または複数のパルスで形成され、異常放電電流パルス３３の形状（振幅及びまたは周波数（パルスの立ち上がり形状））等も発生時の状況に起因して変化する。また、異常放電電流パルス３３をともなわず、正常な放電電流に起因した放電電流パルス３１のみが生じることもある。すなわち、異常放電電流パルス３３は発生するか否かが不定であり、かつ、異常放電電流パルス３３が発生した場合においても、発生時の状況に応じて異常放電電流パルス３３の振幅、周波数、及び／または頻度等は不定である。異常放電電流パルス３３として現れる異常放電が生じると、フィルム１９に施す表面処理が一様でなくなるという不具合が生じる。
【００２８】
そこで、本発明においては、交流電源１１とプラズマ発生部１２との間に、放電電流分散回路１３を接続する（図１参照）。放電電流分散回路１３は、例えば、インダクタとキャパシタとを有するＬＣ回路である。本実施形態においては、放電電流分散回路１３は、インダクタンスが「Ｌ」のインダクタ２１と、キャパシタンス（静電容量）が「Ｃ」のキャパシタ（コンデンサ）２２と、を並列に接続した、いわゆるＬＣ並列回路であり、交流電源１１とプラズマ発生部１２との間に並列に接続する（図１参照）。放電電流分散回路１３は、１つのパルスで形成する分散前の放電電流の周波数（放電電流パルス３１の周波数Ｆｄ）を共振周波数ωとする。具体的には、インダクタンス「Ｌ」とキャパシタンス「Ｃ」は、放電電流分散回路１３の共振周波数ω＝１／（２π√ＬＣ）が、放電電流パルス３１の周波数Ｆｄにほぼ等しく（ω≒Ｆｄ）、かつ、交流電源１１が発生する交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃからはできる限り離す（Ｆａｃ≪ω）バランスにしている。
【００２９】
このため、放電電流分散回路１３は、図６に示すように、周波数Ｆｄの放電電流パルス３１に対しては概ね極大のインピーダンスＺ１を有し、かつ、周波数Ｆａｃの交流電圧１１ａに対しては相対的にごく小さいインピーダンスＺ２を有する。すなわち、放電電流分散回路１３は、交流電圧１１ａの周波数成分を透過し、かつ、放電電流の周波数成分を低減するインピーダンスを有する。したがって、放電電流分散回路１３は、選択的に放電電流パルス３１の振幅Ａ１を低減する、いわゆるバンドストップフィルタとして機能する。なお、本実施形態においては、共振周波数ω及び放電電流パルス３１の周波数Ｆｄは約１．７ＭＨｚである。
【００３０】
さらに、大気圧プラズマ発生装置１０（大気圧プラズマ発生回路）においては、放電電流分散回路１３は、単に放電電流パルス３１の振幅Ａ１を低減するのみならず、放電電流パルス３１の振幅Ａ１を低減した低減分のエネルギーを用いて、別のパルス（以下、第２次放電電流パルスという）を安定的に生成する。また、安定的とは、プラズマ発生部１２がプラズマを繰り返し発生する場合に、放電電流分散回路１３が、放電電流分散回路１３を用いない場合の元の放電電流のパルス３１を、毎回ほぼ同じ波形の２以上のパルスに分散することをいう。これにより、放電電流分散回路１３は、交流電圧１１ａが高電圧にし、プラズマ投入パワーが高い場合においても、プラズマ発生部１２におけるプラズマの発生を安定化する。
【００３１】
より具体的には、図７に示すように、放電電流分散回路１３は、放電電流分散回路１３を用いない場合の振幅Ａ１を有する放電電流パルス３１（二点鎖線で示す）を、振幅Ａ２（Ａ２＜Ａ１）を有する放電電流パルス４１（実線で示す）に低減する。低減後の放電電流パルス４１は、元の放電電流パルス３１と同様に、プラズマの発生時に放電空間１５のほぼ全体においてほぼ一様に生じる正常な放電電流に起因するパルスである。
【００３２】
放電電流分散回路１３は、低減後の放電電流パルス４１の生成時には、次のように過渡的動作をする。まず、交流電源１１が生成する交流電圧１１ａは、その周波数特性（Ｆａｃ≪ω）により、放電電流分散回路１３中のインダクタ２１をほぼ透過する。このため、プラズマ発生部１２の第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂには、高電圧が印加される。この高電圧の印加によって、プラズマ発生部１２においては、プラズマが発生し、放電量（電流量）に応じた放電電流パルス４１が生成される。この際、放電電流分散回路１３中では、インダクタ２１ははじめから飽和しているのではなく（いわゆるチョークコイルではなく）、概ね低減前のプラズマ放電電流３１の波形の変化に応じてインダクタ２１のインピーダンスは最大化される。また、インダクタ２１のインピーダンスの最大化と同時に、キャパシタ２２におけるインピーダンスも最大化する。すなわち、インダクタ２１とキャパシタ２２はインピーダンスの共振状態となり、放電電流分散回路１３の合成インピーダンスが最大化する。その結果、プラズマ投入エネルギーに応じてプラズマ発生部１２で発生する予定の放電電流パルス３１（振幅Ａ１）は、放電電流分散回路１３の合成インピーダンスによって弱まり、振幅Ａ２の放電電流パルス４１に低減される。放電電流パルス４１の発生後、プラズマ発生部１２には、低減分のプラズマ投入エネルギーが蓄積された状態のまま、プラズマは弱まる（もしくは停止する）。
【００３３】
さらに、放電電流分散回路１３は、放電電流パルス４１の前及び／または後に、第２次放電電流パルス４３を生成する。プラズマ発生部１２がプラズマを繰り返し発生する場合、すなわち極性の反転を含めて放電電流パルス４１が繰り返し発生する場合、第２次放電電流パルス４３は、放電電流パルス４１の発生毎に、各放電電流パルス４１にそれぞれ付随して発生する。放電電流パルス４１は、第２次放電電流パルス４３との対比において第１次放電電流パルスである。本実施形態においては、第２次放電電流パルス４３は、放電電流パルス４１の後に付随して発生する。
【００３４】
第２次放電電流パルス４３の生成の際に、放電電流分散回路１３は、次のように過渡的動作をする。放電電流パルス４１（第１次放電電流パルス）の発生後においても変わらず、交流電圧１１ａは放電電流分散回路１３中のインダクタ２１をほぼ透過するので、放電電流パルス４１の発生後においても、プラズマ発生部１２の第１電極１４Ａ及び第２電極１４Ｂには継続して高電圧が印加される。このため、プラズマ発生部１２には、元の放電電流パルス３１を放電電流パルス４１に低減した分のエネルギー（プラズマ発生部１２に残留（蓄積）しているエネルギー）に加え、継続した高電圧の印加によってさらにエネルギーが蓄積する。そして、これらの合計エネルギーが、プラズマの発生に足りる臨界エネルギーを超えると、プラズマ発生部１２で再びプラズマが発生し、放電量（電流量）に応じた第２次放電電流パルス４３が生成される。
【００３５】
第２次放電電流パルス４３は、異常放電電流パルス３３とは異なり、プラズマの発生時に放電空間１５のほぼ全体においてほぼ一様に生じる正常な放電電流に起因するパルスである。また、第２次放電電流パルス４３は、発生時の状況によらずほぼ同じ波形を有する。同じ波形の第２次放電電流パルス４３の発生は、元の放電パルス３１を放電パルス４１に低減した低減分のプラズマの発生を補償する。「同じ波形を有する」とは、周波数（波形の立ち上がりまたは立ち下がりの形状（傾き））、ピークの高さ（振幅）、パルス内におけるピークの位置、及び／または、エネルギー量（図７における面積等）が、極性（正負）の変化を除き、ほぼ一定であることをいう。本実施形態においては、第２次放電電流パルス４３の周波数、振幅、ピークの位置、及び、エネルギー量は、極性の変化を除き、各第２次放電電流パルス４３においてほぼ一定である。なお、放電電流パルス４１の周波数、振幅、ピークの位置、及び、エネルギー量も、極性の変化を除き、各放電電流パルス４１においてほぼ一定である。
【００３６】
元の放電電流パルス３１と、低減後の放電電流パルス４１と、第２次放電電流パルス４３と、を比較すると、例えば、低減後の放電電流パルス４１の周波数Ｆ１は、元の放電電流パルス３１の周波数Ｆｄよりも小さく、かつ、第２次放電電流パルス４３の周波数Ｆ２よりも大きい（Ｆ２＜Ｆ１＜Ｆｄ）。すなわち、放電電流分散回路１３が分散した２以上のパルスは、時間的に後に発生するパルスほど周波数が低い。また、低減後の放電電流パルス４１の立ち上がり時の傾きＧ１は、元の放電電流パルス３１の立ち上がり時の傾きＧｄよりも小さく、かつ、第２次放電電流パルス４３の立ち上がり時の傾きＧ２よりも大きい（Ｇ２＜Ｇ１＜Ｇｄ）。
【００３７】
また、第２次放電電流パルス４３のエネルギー量（第２次放電電流パルス４３の原因であるプラズマが有するエネルギー量。以下同様である。）は、元の放電電流パルス３１を放電電流パルス４１に低減した分のエネルギー量に相当する。例えば、図８に示すように、元の放電電流パルス３１の振幅を「Ａ１」、低減後の放電電流パルス４１の振幅を「Ａ２」、第２次放電電流パルス４３の振幅を「Ａ３」、元の放電電流パルス３１及び低減後の放電電流パルス４１が発生している時間を「Ｔ１」、第２次放電電流パルス４３が発生している時間を「Ｔ２」とし、かつ、放電電流パルス４１及び第２次放電電流パルス４３の発生している間（Ｔ１＋Ｔ２）の交流電圧１１ａの変化がごく小さいとみなすとする。この場合、放電電流パルス４１の面積（（Ａ２×Ｔ１）／２）と、第２次放電電流４３の面積（Ａ３×Ｔ２／２））と、の合計は、元の放電電流パルス３１の面積（（Ａ１×Ｔ１）／２）に等しい。
【００３８】
交流電圧１１ａの周期毎にプラズマ発生部１２に供給するエネルギー（プラズマ投入パワー）は一定であるから、放電電流分散回路１３が、元の放電電流パルス３１を、放電電流パルス４１と第２次放電電流パルス４３に分散しても、プラズマ発生部１２において発生するプラズマが有するエネルギーは変わらない。このため、放電電流分散回路１３が、元の放電電流パルス３１を、放電電流パルス４１と第２次放電電流パルス４３に分散した場合でも、フィルム１９の表面処理における作用量（洗浄力または物質の堆積量等）は維持できる。
【００３９】
上記のように、大気圧プラズマ発生装置１０は、その回路内に、放電電流分散回路１３を備える。そして、放電電流分散回路１３は、放電電流パルス４１に低減し、かつ、低減分のエネルギーを用いて第２次放電電流パルス４３を生成することにより、放電電流分散回路１３を用いない場合の元の放電電流パルス３１を分散する。
【００４０】
通常、プラズマ投入パワーが大きいほど（交流電圧１１ａの振幅Ｖ１が大きいほど）、異常放電は発生しやすい。プラズマ投入パワーが大きいほど、放電電流パルス３１の振幅Ａ１が大きくなるからである。また、異常放電の発生を抑制するために、放電電流パルス３１の振幅Ａ１を低減すれば、その分、発生したプラズマが有するエネルギーが低下するので、フィルム１９の表面処理における作用量も下がる。
【００４１】
これに対し、本発明の大気圧プラズマ発生装置１０は、放電電流パルス３１を放電電流パルス４１に低減するので、異常放電の発生を抑制できる。その上、放電電流パルス３１の低減分のエネルギーを用いて第２次放電電流パルス４３を生成する。これにより、プラズマ発生部１２においては、放電電流パルス３１に対応するプラズマ（第１次プラズマ）に加えて、第２次放電電流パルス４３に対応する安定かつ一様な第２次プラズマが発生する。このため、これらの各プラズマに起因する総作用量は、放電電流パルス３１に対応するプラズマに起因する作用量とほぼ等しい。プラズマ投入パワーを増大することを考えると、大気圧プラズマ発生装置１０は、放電電流分散回路１３を備えることによって、異常放電を抑制しつつ、かつ、プラズマの発生を安定化でき、その結果、プラズマ投入パワーの増大分に相当する分、作用量を増大できる。
【００４２】
なお、上記実施形態においては、放電電流分散回路１３は、インダクタ２１とキャパシタ２２とで構成するＬＣ並列回路であるが、図９に示すように、放電電流分散回路１３は、さらに所定の抵抗（Ｒ［Ω］）を有するレジスタ（抵抗器）１０１を有するＲＬＣ並列回路とすることができる。放電電流分散回路１３をＲＬＣ並列回路にした場合も、作用は上記実施形態と同様である。放電電流分散回路１３がＬＣ並列回路に加えてレジスタ１０１を備える場合、図１０に示すように、レジスタ１０１は、キャパシタ２２に直列に接続してもよい。また、図１１に示すように、レジスタ１０１は、インダクタ２１に直列に接続してもよい。すなわち、レジスタ１０１は、放電電流分散回路１３内の任意の位置に追加できる。
【００４３】
上記実施形態においては、放電電流分散回路１３は、インダクタ２１とキャパシタ２２とを並列に接続するＬＣ並列回路であるが、図１２に示すように、放電電流分散回路１３は、インダクタ２１とキャパシタ２２を直列に接続したＬＣ直列回路にすることができる。ＬＣ直列回路で構成する放電電流分散回路１３は、交流電源１１とプラズマ発生部１２との間に、直列に接続する。そして、ＬＣ直列回路で構成する放電電流分散回路１３は、交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃを共振周波数ωとする。具体的には、放電電流分散回路１３は、共振周波数ωを、交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃにほぼ等しくし（ω≒Ｆａｃ）、かつ、放電電流パルス３１の周波数Ｆｄからはできる限り離す（ω≪Ｆｄ）バランスとする。これにより、図１３に示すように、放電電流分散回路１３は、周波数Ｆａｃの交流電圧１１ａに対して概ね極小のインピーダンスＺ４を有し、かつ、周波数Ｆｄの放電電流パルス３１に対しては相対的に大きいインピーダンスＺ３を有する。したがって、ＬＣ直列回路で構成する放電電流分散回路１３は、周波数Ｆａｃの交流電圧１１ａを選択的に通す、いわゆるバンドパスフィルタとして機能する。なお、本変形例においては、共振周波数ω及び交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃは約２００ｋＨｚである。
【００４４】
上記のように、放電電流分散回路１３をＬＣ直列回路にした場合においても、放電電流分散回路１３は単にバンドパスフィルタとして機能するだけでなく、ＬＣ並列回路で構成する場合と同様に、放電電流パルス３１の振幅Ａ１を低減するのみならず、放電電流パルス３１の振幅Ａ１を低減した低減分のエネルギーを用いて、第２次放電電流パルス４３等の別のパルスを安定的に生成する。その結果、ＬＣ直列回路で構成する放電電流分散回路１３も、交流電圧１１ａが高電圧にし、プラズマ投入パワーが高い場合においても、プラズマ発生部１２におけるプラズマの発生を安定化する。放電電流分散回路１３を、ＬＣ直列回路を基本構成とする場合、図１４に示すように、レジスタ１０１を放電電流分散回路１３内の任意の位置に追加できる。すなわち、放電電流分散回路１３は、いわゆるＲＬＣ直列回路にすることができる。
【００４５】
上記実施形態及び変形例においては、第２次放電電流パルス４３の振幅Ａ３は、第１次放電電流パルスである放電電流パルス４１の振幅Ａ２よりも小さいが、インダクタ２１のインダクタンス「Ｌ」及びキャパシタ２２のキャパシタンス「Ｃ」の調節等により、振幅の大小関係を変更することができる。例えば、図１５に示すように、第１次放電電流パルスである放電電流パルス４１と第２次放電電流パルス４３の各振幅をほぼ等しい振幅Ａ４にすることができる。また、例えば、図１６に示すように、とし、第２次放電電流パルス４３の振幅を、第１次放電電流パルスである放電電流パルス４１の振幅Ａ６よりも大きい振幅Ａ５にすることもできる（Ａ６＜Ａ５）。
【００４６】
上記実施形態及び変形例においては、放電電流分散回路１３を用いない場合の元の放電電流パルス３１を、放電電流パルス４１と第２次放電電流パルス４３の２つのパルスに分散しているが、インダクタ２１のインダクタンス「Ｌ」及びキャパシタ２２のキャパシタンス「Ｃ」の調節等により、放電電流分散回路１３は、図１７に示すように、元の放電電流パルス３１を、放電電流パルス４１と、第２次放電電流パルス４３と、第３次放電電流パルス１０６と、の３つのパルスに分散することもできる。同様に、放電電流分散回路１３は、元の放電電流パルス３１を４以上のパルスに分散できる。
【００４７】
上記の他、図１８に示すように、放電電流分散回路１３には、ＬＣ並列回路またはＬＣ直列回路等、放電電流パルス３１を分散する機能を有する回路の他に、キャパシタ１２２等を含むことができる。キャパシタ１２２は、プラズマ発生部１２及び放電電流分散回路１３のＬＣ回路部分と並列に接続され、高調波を抑制する。
【００４８】
上記実施形態及び変形例において示す通り、本発明は、プラズマ発生部１２に印加する交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃと、プラズマの発生に起因した放電電流パルス３１の周波数Ｆｄと、の差が大きい場合、すなわち、低周波の交流電圧１１ａを用いる場合に特に有用である。しかし、周波数が１ＭＨｚよりも大きい交流電圧１１ａを使用する場合においても、交流電圧１１ａの周波数Ｆａｃと、放電電流パルス３１の周波数Ｆｄと、に差がある場合（Ｆａｃ≠Ｆｄ）には、本発明を好適に利用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  大気圧プラズマ発生装置
１１  交流電源
１１ａ  交流電圧
１２  プラズマ発生部
１３  放電電流分散回路
１４Ａ  第１電極
１４Ｂ  第２電極
１５  放電空間
１６  誘電体
１９  フィルム
２１  インダクタ
２２、１２２  キャパシタ
３１  放電電流パルス
３２  交流電圧の位相
３３  異常放電電流パルス
４１  低減後の放電電流パルス
４３  第２次放電電流パルス
１０１  レジスタ（抵抗器）
１０６  第３次放電電流パルス
Ａ１〜Ａ６  放電電流パルスの振幅
Ｆ１  低減後の放電電流パルスの周波数
Ｆ２  第２次放電電流パルスの周波数
Ｆａｃ  交流電圧の周波数
Ｆｄ  放電電流パルスの周波数
Ｖ１  交流電圧の振幅
Ｘ１  フィルムの搬送方向
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４  インピーダンス
【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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【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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【国際調査報告】
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