(57)【要約】低温プラズマ生成器用の電極の絶縁に使用される高絶縁耐力絶縁体であって、前記高絶縁耐力絶縁体は、少なくとも７０ｋＶ／ｍｍの高絶縁耐力を有する基材と、前記基材上に形成されたコーティング層と、を含み、前記コーティング層は、前記基材と同等又はそれより大きい絶縁耐力を有する材料から形成される、前記基材の表面硬度より大きい表面硬度を有する材料から形成される、非多孔質である、の少なくとも１つである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温プラズマ生成器用の電極の絶縁に使用される高絶縁耐力絶縁体であって、
少なくとも７０ｋＶ／ｍｍの高絶縁耐力を有する基材と、
前記基材上に形成されたコーティング層と、を含み、
前記コーティング層は、
（ｉ）前記基材と同等又はそれより大きい絶縁耐力を有する材料から形成される、
（ｉｉ）前記基材の表面硬度より大きい表面硬度を有する材料から形成される、
（ｉｉｉ）非多孔質である、
の少なくとも１つである、ことを特徴とする高絶縁耐力絶縁体。
【請求項２】
前記コーティング層は、水に対して不浸透性である、ことを特徴とする請求項１に記載の高絶縁耐力絶縁体。
【請求項３】
前記コーティング層は、６０ＧＰａより大きい、例えば１００ＧＰａより大きい又はそれと同等の表面硬度を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高絶縁耐力絶縁体。
【請求項４】
前記基材は、４０ＧＰａより小さい、例えば１ＧＰａより小さい、例えば０．１５ＧＰａより小さい又はそれと同等の表面硬度を有する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高絶縁耐力絶縁体。
【請求項５】
前記基材は、７０ｋＶより大きい、例えば９５ｋＶ／ｍｍより大きい又はそれと同等の絶縁耐力を有する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高絶縁耐力絶縁体。
【請求項６】
前記基材は窒化ホウ素を含み、前記窒化ホウ素の基材はグレードＢＯの窒化ホウ素であり、任意選択で、前記窒化ホウ素の基材は平行圧縮されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高絶縁耐力絶縁体。
【請求項７】
前記コーティング層は、天然ダイヤモンド及び／又は合成ダイヤモンドを含む、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高絶縁耐力絶縁体。
【請求項８】
前記コーティング層は二酸化ケイ素を含み、前記二酸化ケイ素は９９．９９９９％より大きい純度を有し、任意選択で、前記二酸化ケイ素は９９．９９９９９％と同等又はそれより大きい純度を有する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高絶縁耐力絶縁体。
【請求項９】
前記コーティング層は、例えば少なくとも２μｍの厚さ、任意選択で１０〜３０μｍの間の厚さの薄膜層として形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の高絶縁耐力絶縁体。
【請求項１０】
前記高絶縁耐力絶縁体は、前記コーティング層上に形成されたシールド層を更に含み、前記表面層は、（ｉ）酸素に対して非多孔性である、（ｉｉ）前記基材及び／又は前記コーティング層より大きい硬度を有する、（ｉｉｉ）前記基材及び／又は前記コーティング層と同等又はそれより大きい絶縁耐力を有する、の少なくとも１つである、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の高絶縁耐力絶縁体。
【請求項１１】
前記シールド層は二酸化ケイ素を含み、任意選択で、前記シールド層の前記二酸化ケイ素は９９．９９９９％より大きい純度を有し、任意選択で、前記シールド層の前記二酸化ケイ素は９９．９９９９９％と同等又はそれより大きい純度を有する、ことを特徴とする請求項１０に記載の高絶縁耐力絶縁体。
【請求項１２】
前記シールド層は、少なくとも２μｍの厚さ、任意選択で１０〜３０μｍの間の厚さである、ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の高絶縁耐力絶縁体。
【請求項１３】
前記絶縁体の前記表面上の任意の直線トラッキング線の前記経路を長くするように成形された（ｉ）複数の表面リップルおよび（ｉｉ）複数の表面起伏のうち少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の高絶縁耐力絶縁体。
【請求項１４】
高絶縁耐力絶縁体を製造する方法であって、
窒化ホウ素から基材を形成する工程と、
吸湿を防ぐために前記基材を高温で保持しながら前記基材をコーティング層でコーティングする工程と、を含み、
前記コーティング層は、
（ｉ）前記基材と同等又はそれより大きい絶縁耐力を有する材料から形成される、
（ｉｉ）前記基材の表面硬度より大きい表面硬度を有する材料から形成される、
（ｉｉｉ）非多孔質である、
の少なくとも１つである、ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記コーティング層は、水に対して不浸透性である、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基材は、
（ａ）高電圧条件下で材料に高応力点を生じさせる高電磁界の形成を防ぐために、前記基材における鋭い角部および縁部を除去すること、および
（ｂ）前記基材の前記表面上の任意の直線トラッキング線の前記経路を長くするように成形された（ｉ）複数の表面リップルおよび（ｉｉ）複数の表面起伏のうち少なくとも１つを形成すること、
のうち少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記基材を形成した後に表面汚染を除去するために、非水性流体で前記基材を洗浄する工程を更に含み、任意選択で、前記基材を洗浄する工程は、超音波浴槽内で前記基材を洗浄することを更に含む、ことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
コーティング層で前記基材をコーティングする前に、前記基材から水を除去するために前記基材をベーキングする工程を更に含み、任意選択で、前記基材をベーキングする工程は、（ｉ）前記基材を少なくとも１３０℃の温度で少なくとも３０分間ベーキングすること、および（ｉｉ）前記基材を少なくとも１５０℃の温度で少なくとも３０分間ベーキングすること、のうち少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記窒化ホウ素の基材は、（ｉ）グレードＢＯの窒化ホウ素、および（ｉｉ）平行圧縮のうち少なくとも１である、ことを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記コーティング層は、（ｉ）天然ダイヤモンド、（ｉｉ）合成ダイヤモンド、および（ｉｉｉ）二酸化ケイ素のうち少なくとも１つを含み、任意選択で、前記コーティング層は、例えば少なくとも２μｍの厚さ、任意選択で１０〜３０μｍの間の厚さの薄膜層である、ことを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記コーティング層上に形成されたシールド層で前記コーティング層をコーティングする工程を更に含み、前記表面層は、（ｉ）非多孔性である、（ｉｉ）前記基材及び／又は前記コーティング層より大きい硬度を有する、（ｉｉｉ）前記基材及び／又は前記コーティング層と同等又はそれより大きい絶縁耐力を有する、の少なくとも１つである、ことを特徴とする請求項１４乃至２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記シールド層は、少なくとも２μｍの厚さ、任意選択で１０〜３０μｍの間の厚さである、ことを特徴とする請求項１４乃至２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
低温プラズマ生成のためのシステムであって、
（ａ）電極と、
（ｂ）少なくとも７０ｋＶ／ｍｍの高絶縁耐力を有する基材と、前記基材上に形成されたコーティング層とを含む絶縁体と、を含み、
前記コーティング層は、
（ｉ）前記基材と同等又はそれより大きい絶縁耐力を有する材料から形成される、
（ｉｉ）前記基材の表面硬度より大きい表面硬度を有する材料から形成される、
（ｉｉｉ）非多孔質である、
の少なくとも１つである、ことを特徴とするシステム。
【請求項２４】
前記電極は、複数の電極をそれぞれ含む第１の組の電極と第２の組の電極とを含み、１つの組の各電極は、その組の他の電極と同じ面内に配置されている、ことを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第１の組の電極の前記電極は、前記第２の組の電極の前記電極と相互に嵌合されている、ことを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に低温プラズマの分野に限定されるものではないが、高電圧用途のための高絶縁耐力絶縁体を製造する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧用途では、使用される任意の絶縁体が長期間にわたって印加電圧に耐えることが必須であり、これは低温プラズマ用途では特に重要である。低温プラズマ中の電圧は、一般に非常に高く、高周波と結合して電極ホルダ絶縁体に大きな電気的応力を発生させる。低温プラズマからの絶縁体の腐食は、絶縁体の問題をさらに複雑にする。
【０００３】
潜在的に多く存在する空気中での低温プラズマの用途では、３５ｋＶ〜４５ｋＶおよび２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ以上の周波数で動作することがしばしば望ましく、適切な絶縁体の選択を非常に困難にするか、時には不可能にする。
【０００４】
これらの問題の結果として、技術としての低温プラズマの適用はしばしば、より低い電圧の適用に制限されてきた。
【０００５】
いくつかの材料が低温プラズマ用途に対するそれらの適合性について研究されてきたが、全てが、様々な問題のために不足していることが見出されてきた；例えば、
【０００６】
石英−この材料は、経時応力亀裂およびそれによる電極絶縁体の破壊につながりうる微小亀裂を引き起こさずに機械加工することが非常に困難である。石英はまた、所望の交流絶縁耐力を満たさない。
【０００７】
雲母（マイカ）−この材料は、複雑な形状に機械加工するのが困難であり、ほとんどの用途にとって機械的に十分に堅牢（robust）ではない。また、低温プラズマ生成の目的のために十分に高い交流絶縁耐力を有していない。
【発明の概要】
【０００８】
信頼性のある低温プラズマ絶縁体のための望ましい基準は、
１）非常に高い交流絶縁耐力を含む、好ましくは７０ｋＶ／ｍｍを超える。
２）高周波誘電加熱を防止するための低誘電率および低損失率を含む。
３）複雑な形状に機械加工することができる。
４）高電圧条件下では高いトラッキング抵抗を有する。
５）高湿度用途のために非多孔質で耐水性でなければならない。
６）低温プラズマからの侵食に抵抗しなければならない。
７）繰り返し使用する電極ヘッドの場合、耐摩耗性が必要である。
【０００９】
窒化ホウ素は、特に処理方向に平行にホットプレスされる場合に、ほとんどの基準を満たす。残念ながら、それを不適切にする２つの主要な問題に悩まされている。これらの問題は次の通りである:
（１）その材料は柔らかく、多孔質であり、水を吸収し、その交流絶縁耐力を経時的に許容できないレベルまで低下させる。
（２）その材料は容易に機械的に研磨される。窒化ホウ素は、優れた特徴を有するが、工学および科学での使用を大幅に削減した重大な欠点も有する材料の１つである。
【００１０】
絶縁耐力は、材料が破壊することなく（即ち、その絶縁特性の破壊を経験することなく）理想的な条件下で耐えることができる最大電界であることが理解されるのであろう。また、低誘電率は、３．９の誘電率を有する二酸化ケイ素ＳｉＯ２に対して小さい誘電率を有することができ、一方、高誘電率は、二酸化ケイ素に対して大きい誘電率を有することができることも理解されよう。誘電損失（損失係数）は、誘電材料の電磁エネルギ（熱など）の固有の消散を定量化する。これは、損失角度δまたは対応する損失正接ｔａｎδのいずれかに関してパラメータ化することができる。両方とも、実数部および虚数部が電磁場の抵抗性（損失性）成分およびその無効性（無損失性）対応物である複素平面内のフェーザ（phasor）を指す。
【００１１】
集中的な研究の後、本発明者は、信頼性のある低温プラズマ絶縁体のための所望の基準を満たす単一の材料は存在せず、したがって、材料と特定の製造プロセスとの組み合わせを含む複合ソリューションが所望されると結論付けた。
【００１２】
本発明は、材料と、所望の厳しい基準を満たすために相乗的な方法で材料を製造するプロセス（処理）との組み合わせからなる。
【００１３】
窒化ホウ素などの基材は最終成形基材に機械加工され、そして、最終成形基材は、薄膜層としてのコーティング層（例えば、ナノメートルの端数から数マイクロメートルまでの範囲の厚さを有する）を形成するために別のコーティング材料でコーティングされる。これは、窒化ホウ素の欠点を解決することができ、同時に、窒化ホウ素がその高い絶縁耐力および被削性などの有利な仕様を維持することを可能にする。材料の組み合わせは、最終製品が所望の基準を完全に満たすことを可能にしうる。
【００１４】
高電圧条件下では、コーティング層が以下のコーティングプロセス基準を満たさなければならない:
１）コーティング層は、ベース−コーティング界面での高電圧下でのトラッキングをもたらす窒化ホウ素の表面抵抗率を低下させないように、窒化ホウ素基材と同じ交流絶縁耐力を少なくとも有するべきである。
２）コーティングプロセスは、応力がなく且つ経時亀裂が生じないようにコーティングを適用しなければならない。
３）コーティングプロセスは、コーティングが滑らかで一定の厚さであり、高電圧のためのトラッキング経路を引き起こすいかなる包含物も含まないように、コーティングを配置しなければならない。
【００１５】
コーティング層は、単層として、または多層として適用されうることが理解されよう。
【００１６】
窒化ホウ素、例えば六方晶窒化ホウ素、例えば、平行方位に圧縮されたホウ素酸化物バインダ（グレードＢＯ）を有する、例えばAccuratus Corporation（35 Howard Street,Phillipsburg, New Jersey, 08865, USA）から入手可能であり、以下の近似値（例えば、http://accuratus.com/pdf/BNBOprops.pdfで見ることができる）を有する機械的、熱的および電気的特性を有しうる。
【００１７】
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【００１８】
窒化ホウ素のこれ又は同等／同様の形態は、基材に望まれる基準の大部分を満たすことができる:
１）非常に高い交流絶縁耐力（９５ｋＶ／ｍｍ)。
２）低い誘電率および散逸率。
３）複雑な形状に機械加工することができる。
４）高電圧下での高いトラッキング抵抗を有する。
５）特別な切削工具を必要としない。
【００１９】
窒化ホウ素（グレードＢＯ）はまた、圧縮方向に平行な方位（配向）で４．６の誘電率（８．８ＧＨｚ）を有し、圧縮方向に平行な方位で０．００１７の散逸率（８．８ＧＨｚ）を有する。これらの値および絶縁耐力の値は、室温および室圧でのものであることも理解されよう。
【００２０】
残念ながら、前述のように、窒化ホウ素は多孔質であり（例えば、「ＢＯグレード」窒化ホウ素の加工方向に平行な方位で２．８％）、水を吸収し、結果として、その絶縁耐力は許容できないレベルに低下する。しかしながら、軟質材料（加工方向と平行な方位に室温で１５〜２４ｋｇ／ｍｍ２または０．１５ＧＰａの硬度）であり、従って、摩耗量の影響を非常に受けやすい。
【００２１】
製造業者は、窒化ホウ素にシリカを添加し、次いで材料をホットプレスすることによって、多孔性の問題を解決しようと試みてきた。しかしながら、気孔率の問題は、約５８ｋＶ／ｍｍに低下する交流絶縁耐力を犠牲にして解決され、この材料を信頼性のある低温プラズマ絶縁体として使用するのに適さないものにしている。
【００２２】
立方晶窒化ホウ素
この材料は、基材についての所望の基準の大部分を満たすが、科学的に知られている２番目に硬い材料である（ダイヤモンドの１００ＧＰａのヌープ硬度と比較して４５ＧＰａのヌープ硬度を有し、且つ、約９．５〜１０のモース硬度を有する）ので、この材料を加工するのに時間がかかり、複雑な形態に機械加工するのが困難であり、特別な機械加工工具を必要とする。
【００２３】
好ましくは、平行方位で圧縮された酸化ホウ素バインダを有する窒化ホウ素が基材である。
【００２４】
本発明者によって実施された研究開発は、平行に圧縮された窒化ホウ素をコーティングするための以下の潜在的な材料を特定した。
【００２５】
超高純度ＳｉＯ２（純度９９．９９９９９％）
この材料は、１００ｋＶ／ｍｍの非常に高い交流絶縁耐力を有するコーティング基準を満たし、多くのコーティングプロセスを用いて材料上にコーティングすることができる。この材料は、窒化ホウ素をコーティングするために使用することができ、この材料の組み合わせは、上述した信頼性のある低温プラズマ絶縁体として使用するための所望の基準を満たす。そのセラミックス形態のＳｉＯ２は、光学面に平行であれば６．９２ＧＰａのヌープ硬度を有し、光学面に垂直であれば７．７５ＧＰａのヌープ硬度を有し、（ダイヤモンドのモース硬度１０と比較して）７のモース硬度を有し、傷（スクラッチ）に耐えることができることを示す。
【００２６】
実際には、この純度のＳｉＯ２を得ることは困難であり、したがって費用がかかる。ＳｉＯ２は、コーティングプロセスを完了するために不活性雰囲気中で１６００℃〜１９００℃で焼成されなければならず、次いで、応力を除去するためにファーネス内で冷却されなければならない。
【００２７】
コーティングプロセスを通してこのレベルの純度を維持することは、最小量の汚染が絶縁耐力を著しく低下させてそれを不適切にするため、非常に困難である。
【００２８】
ダイヤモンドおよび合成ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドを含む
この材料は、コーティングのための所望の基準の全てを満たし、基材としての窒化ホウ素と共に使用される場合、上述した信頼性のある低温プラズマ絶縁体として使用するための所望の基準を満たす。これは、３３０ｋＶ／ｍｍの極めて高い交流絶縁耐力を与える。それは、耐水性（＞２μｍコーティング）であり、高電圧トラッキングに対して非常に耐性があり、ダイヤモンドは化学気相堆積（ＣＶＤ）などの多くのコーティングプロセスを使用して、より詳細には例えば、ＵＳ６２０３８６５、ＵＳ５６２０７５４（Ａ）およびＵＳ５７３１０４６（Ａ）に記載されるように、QQC Inc.によって開発された最新のレーザ堆積プロセスを使用して、経済的に適用することができる。ダイヤモンドはまた、低損失材料であり、摩耗基準の全てを満たし、且つ低温プラズマ浸食に耐性である。
【００２９】
好ましくは、ダイヤモンドまたは合成ダイヤモンドは、信頼性のある低温プラズマ絶縁体を提供するために、平行圧縮窒化ホウ素をコーティングするためのコーティング層として使用される。
【００３０】
ダイヤモンドコーティングでコーティングされた平行圧縮窒化ホウ素の組み合わせの非常に高い交流絶縁耐力（９５ｋＶ／ｍｍ）のため、絶縁体、つまり電極をはるかに小さくすることを可能にする。本発明の適用は、窒化ホウ素の新しい用途を大幅に広げる。
【００３１】
本発明の態様は独立請求項に記載されており、任意の特徴は、従属請求項に記載されている。
【００３２】
一態様では、低温プラズマ生成器用の電極の絶縁に使用される高絶縁耐力絶縁体であって、少なくとも７０ｋＶ／ｍｍの高絶縁耐力を有する基材と、前記基材上に形成されたコーティング層と、を含み、前記コーティング層は、前記基材と同等又はそれより大きい絶縁耐力を有する材料から形成される、前記基材の表面硬度より大きい表面硬度を有する材料から形成される、非多孔質である、の少なくとも１つである、ことを特徴とする高絶縁耐力絶縁体が提供される。
【００３３】
一態様では、高絶縁耐力絶縁体を製造する方法であって、窒化ホウ素から基材を形成する工程と、吸湿を防ぐために前記基材を高温に保ちながら前記基材をコーティング層でコーティングする工程と、を含み、前記コーティング層は、前記基材と同等又はそれより大きい絶縁耐力を有する材料から形成される、前記基材の表面硬度より大きい表面硬度を有する材料から形成される、非多孔質である、の少なくとも１つである、ことを特徴とする方法が提供される。
【００３４】
一態様では、低温プラズマ生成のためのシステムであって、電極と、少なくとも７０ｋＶ／ｍｍの高絶縁耐力を有する基材と、前記基材上に形成されたコーティング層とを含む絶縁体と、を含み、前記コーティング層は、前記基材と同等又はそれより大きい絶縁耐力を有する材料から形成される、前記基材の表面硬度より大きい表面硬度を有する材料から形成される、非多孔質である、の少なくとも１つである、ことを特徴とするシステムが提供される。
【００３５】
本発明の態様は互いに関連して提供されてもよく、１つの態様の特徴は他の態様に適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】低温プラズマ発生で使用するための高電圧誘電絶縁体の使用に適したコーティングされた窒化ホウ素材料を製造するためのプロセスの概略図を示す。
【図２】コーティングされた窒化ホウ素材料から作製された典型的な高電圧絶縁体の断面を示す。
【図３】コーティングされた窒化ホウ素材料から作製された典型的な低温プラズマ電極ホルダの断面を示す。
【図４Ａ】絶縁体を含む例示的な低温プラズマ生成電極ホルダを示す。
【図４Ｂ】絶縁体を含む例示的な低温プラズマ生成電極ホルダを示す。
【図４Ｃ】絶縁体を含む例示的な低温プラズマ生成電極ホルダを示す。
【図４Ｄ】絶縁体を含む例示的な低温プラズマ生成電極ホルダを示す。
【図４Ｅ】絶縁体を含む例示的な低温プラズマ生成電極ホルダを示す。
【図４Ｆ】絶縁体を含む例示的な低温プラズマ生成電極ホルダを示す。
【図５】シールド層を有する例示的な絶縁体の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
ここで、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して単なる例として説明する。
【００３８】
図１
図１を参照すると、低温プラズマ生成で使用するのに適した高電圧誘電絶縁体を製造するプロセスが記載されている。
【００３９】
機械加工作業７
窒化ホウ素原料６、例えば、グレードＢＯの窒化ホウ素などの六方晶窒化ホウ素は、通常の工具鋼切削工具を使用して、その最終ベース形状３に機械加工される。
【００４０】
好ましくは、高電圧条件下で材料に高応力点を生じさせる高電磁界の形成を防ぐために、全ての鋭い角部が除去される。
【００４１】
好ましくは、絶縁体の表面にリップルおよび起伏を含めることによって、直線トラッキング経路が長くされる。
【００４２】
洗浄作業８
窒化ホウ素で仕上げられたベース３は、窒化ホウ素の表面から全ての汚染物質が確実に除去されるように、徹底的に洗浄されて脱脂される。
【００４３】
好ましくは、洗浄流体は、窒化ホウ素による水分吸収を最小限に抑えるために組成で非水性である。
【００４４】
好ましくは、洗浄流体は、完全に揮発し乾燥後に残留物を残さない化学ベースである。
【００４５】
好ましくは、完成した最終形状は、超音波浴槽内で完全に洗浄される。
【００４６】
ベーキング作業９
窒化ホウ素からすべての微量の水分を除去する必要があり、そのため、完成品は高温である期間ベーキングされる（焼き付けられる）。
【００４７】
好ましくは、窒化ホウ素で仕上げられたベース３は、１３０℃で３０分間ベーキングされる。
【００４８】
好ましくは、窒化ホウ素で仕上げられたベース３は、１５０℃で３０分間ベーキングされる。
【００４９】
完成品は、次の段階に移るまで高温に維持され、完成品が水を再吸収しないようにする。
【００５０】
好ましくは、保持温度は最低１１０℃である。
【００５１】
コーティング作業１０
完成品は、QQC Inc.により開発されたレーザ蒸着プロセスなど、上記のコーティングプロセスの所望の基準を満たす独自の商用コーティングプロセスを使用して、選択されたコーティングでコーティングされる。
【００５２】
好ましくは、コーティングプロセスは化学気相堆積（ＣＶＤ）である。ＣＶＤでは、コーティングされる物体は、メタン、またはその他の炭素系ガスと水素との高圧高温混合物を含むチャンバ内に置かれる。ガスは、熱いフィラメントまたは電波によって加熱され、メタンをその組成の炭素原子と水素原子とに分解する。電荷を帯びた炭素原子はコーティング対象物に定着し、それらの大部分は、グラファイトとしてではなく、炭素の別の結晶形態である結晶ダイヤモンドとして配列する。そのコーティングは、一定の厚さであり、包含物がない。
【００５３】
好ましくは、コーティングプロセスは、必要に応じて室温および空気中で非常に迅速にダイヤモンドコーティングを堆積することができる（上記のように）QQC Inc.により開発されたレーザ堆積プロセスである。このプロセスは、多重化されたときに空気中の二酸化炭素を炭素と酸素との構成部分に分解する多くのレーザを使用する。コーティングされる基板は、レーザによって生成された蒸気中に置かれ、蒸気中の炭素原子は、基板の表面を走査するレーザを使用して基板の表面上に堆積される。結果として堆積された表面コーティングは、純粋なダイヤモンドである。コーティングは、一定の厚さであり、包含物がない。このプロセスの堆積速度は、毎秒１ミクロンであり、ＣＶＤプロセスよりも約１０００〜３０００倍速い。窒化ホウ素の防水性を維持するために、材料の表面全体が、穴や溝などを含むダイヤモンドコーティングでコーティングされることが重要である。このプロセスは、原子レベルで窒化ホウ素と化学結合を形成し、コーティングへの高い接着を与える。
【００５４】
発明者が行った研究によると、フィルムの厚さは最低２μｍであることが好ましいことが示されている。硬い耐摩耗性表面を実現するために、フィルムの厚さは１０〜３０μｍであることが好ましい。
【００５５】
テスト作業１１
完成した絶縁体は、上述した所望の基準に準拠しているかについてテストされる。
【００５６】
図２は、図１に関して上述したプロセスによって製造されうるコーティングされた絶縁体２０Ａ〜Ｃの選択部分の断面図を示す。図２に示す例は単なる例示であり、他の絶縁体の形状が想定されることが理解されよう。図２に示す例では、絶縁体２０Ａ〜Ｃは、窒化ホウ素、例えばＢＯグレード窒化ホウ素またはその等価物などの基材３を含む。
【００５７】
高絶縁耐力絶縁体２０Ａ〜Ｃの基材３は、図１に関連して説明したプロセスなどの精密セラミック技術に従って機械加工されていてもよい。このようにして、対称で実質的に円筒形の絶縁体は、その表面上にリップルまたは起伏（うねり）などの複数の溝を備えて形成されうる。表面の溝は、例えば、絶縁体の表面上の線形トラッキング線（線形追跡線）の経路を長くすることにより、トラッキングを防ぐことができる。
【００５８】
絶縁体２０Ａ〜Ｃは、基材３、例えばダイヤモンドまたは合成ダイヤモンドをコーティングするコーティング層４を含む。コーティング層４は、例えば図１に関連して本明細書に記載されたプロセスに従って、基材３をコーティングするための薄膜層を形成する。好ましい例では、コーティング層４の膜厚は最小２μｍであり、好ましくは膜厚は１０〜３０μｍである。コーティング層４のそのような膜厚は、コーティング層の表面が硬くおよび／または耐摩耗性であることを保証しうる。
【００５９】
コーティング層４は、少なくともベース材料３と同じ高さの交流絶縁耐力を有し、例えば、窒化ホウ素の表面抵抗率を低下させないことを保証しうる。コーティング層４は、例えば、高湿度用途等において基材の交流絶縁耐力を低下させうる、基材３による空気中の水および／または酸素の吸収を抑制するために、非多孔性および／または防水性であってもよい。コーティング層は、例えば６０ＧＰａより大きい、例えば１００ＧＰａより大きい又はそれと同等の高い表面硬度を有する。これにより、低温プラズマ生成中に発生する可能性のあるベース層の摩耗および/または侵食を防止することができる。
【００６０】
絶縁体２０Ａ〜Ｃのそれぞれは、低温プラズマ生成器用の電極など、電極が挿入されうるキャビティ２１（空洞、凹部）を、その中心軸に沿って備える。それにより、絶縁体２０Ａ〜Ｃのそれぞれは、電極用の絶縁電極ヘッドを形成し、その動作中に電極を電気的に絶縁することができる。
【００６１】
図２に見られるように、絶縁体２０Ａ〜Ｃは、鋭い縁部または角部のない滑らかな表面を有する。これは、電極の動作中の高電圧条件下で材料に高応力点を引き起こす高電磁界の形成を抑制しうる。
【００６２】
図３は、基材３およびコーティング層４を含む例示的な低温プラズマ絶縁体３００の部分断面側面図を示す。例えば、絶縁体３００は、本明細書に記載のプロセス、例えば図１に関連して説明したプロセスによって製造されたダイヤモンドコーティングされた窒化ホウ素の低温プラズマ電極絶縁体３００でありうる。図３に示す例では、窒化ホウ素基材３はダイヤモンドコーティング層４でコーティングされ、複数の電極５が絶縁体に埋め込まれている。特に、電極５ａおよび５ｂの２つの互いに嵌合した組が絶縁体３００内に配置される。第１の組の電極５ａは、絶縁体５ａの一部が大気に開放されるように、絶縁体３００の上面における一連の平行なチャネルに配置される。第２の組の絶縁体５ｂは、絶縁体３００の底面における一連の平行なキャビティ内の絶縁体３００内の中央に配置される。各組の電極は、共通の電力線に接続される。各組の電極は実質的に円筒形であり、それぞれの電力線から、それらの組の他の電極と同じ面内で平行に延びる。第１の組の電極は、それらの共通の電力線から第２の組の共通の電力線に向かって延びてもよく、逆もまた同様である。第１および第２の組の電極は、絶縁体３００の面内で互いにオフセットされてもよく、例えば、第１および第２の組は、絶縁体３００の上面と底面との間でそれらに垂直に走る軸Ｌに沿ってオフセットされてもよい。他の例では、第１および第２の組の電極は、第１および第２の組の電極が同じ面内で互いに嵌合し合うように絶縁体の軸Ｌにおいて整列される。
【００６３】
２組の電極が図３に示されているが、他の例では、絶縁体は、より多いまたはより少ない数の電極の組を収容できることが理解されよう。
【００６４】
図３の電極５ａ、５ｂはそれぞれ、コネクタ（図示せず）を介して高電圧ＡＣ電源に接続される。動作中、電極５に電圧が印加される。この電圧が閾値電圧を超えると、電極間で低温プラズマ生成が起こりうる。例えば、プラズマは、第１の電極組５ａにおける第１の電極と第２の電極組５ｂにおけるその隣り合う電極との間に生成されうる。
【００６５】
図４Ａは、本明細書に記載の絶縁体などの絶縁体を含む電極ホルダ４００の一例の上面の平面図を示す。例えば、図３に示されるような絶縁体は、図４Ａ〜Ｆに示される電極ホルダの一部を形成してもよい。複数の電極（図示せず）は、ホルダ４００に挿入されてもよく、ホルダは、低温プラズマ生成中などのそれらの動作中に電極に電気絶縁を提供することができる。電極ホルダ４００の対応する等角図が図４Ｂに示されている。ホルダ４００の上面は、実質的に長方形であり、以下に説明するように、歯、チャネル、およびキャビティを含む。ホルダの３つの軸は、ホルダの上面から底面に延びる第１軸と、第１端部Ｃから第２端部Ｄに延びる第２軸と、第１側部Ｅから第２側部Ｆに延びる第３軸とで定義されうる。
【００６６】
電極ホルダ４００の上面は、ホルダ４００の第２（ＣＤ）軸に沿って等間隔に配置された一連の平行なチャネル４０１を含む。チャネル４０１は、ＥＦ軸の中央部に沿って第１電極の上部が露出されるように、第３（ＥＦ）軸に沿って互いに平行に延びる。チャネル４０１は、第１の組の電極がその中に配置されうるように配置される。この第１の組の電極は、チャネル４０１と位置合わせされたホルダの第１の組の歯４０２内に配置されたコネクタを介して高電圧ＡＣ電源に接続される。例えば、各コネクタは、第１の電極を共通の第１の電力線に接続することができる。
【００６７】
電極ホルダ４００は、ホルダ４００の第２（ＣＤ）軸に沿って等間隔に配置された一連の平行なキャビティ４０３を更に含む。キャビティ４０１は、ホルダ４００の第３（ＥＦ）軸に沿って互いに平行に延びる。キャビティ４０１は、ホルダ４００の上面と底面との間の中央に、例えば図４Ｂに示される長さＬ’に沿った中央に配置される。キャビティ４０３は、第２の組の電極がその中に配置されることができるように配置される。この第２の組の電極は、キャビティと位置合わせされたホルダの第２の組の歯４０４内に配置されたコネクタを介して高電圧ＡＣ電源に接続される。例えば、各コネクタは、第２の電極を共通の第２の電力線に接続することができる。
【００６８】
第２の組の電極は、第１の組の電極と交互に配置または交互に嵌合するように、例えば線Ｂ−Ｂに沿って、ホルダ４００内において等間隔で離間した一連の平行なキャビティ４０３内に配置されうる。第２の組の電極は、キャビティ４０３と位置合わせされた第２の組の歯４０４内に配置されたコネクタを介してＡＣ電源に接続される。各組の電極は、それらのコネクタを介して共通の電力線に接続される。各組の電極は実質的に円筒形であり、それらのそれぞれの電力線から、その組の他の電極と同じ面内で平行に延びる。例えば、第１の組における電極は、それらの共通の電力線から第２の組の共通の電力線に向かって延びてもよく、逆も同様である。第１および第２の組の電極は、ホルダの面内で互いにオフセットされてもよく、例えば、第１および第２の組は、ホルダ４００の上面および底面に垂直に走る軸Ｌ’に沿ってオフセットされてもよい。
【００６９】
他の例では、第１および第２の組の電極は、例えば、同じ平面で互いに嵌合し合うように、互いに平行であり、ホルダの軸Ｌ’において整列されうる。例えば、第２の組の電極は、ホルダの上面のチャネル内に配置されてもよいし、第１の組の電極は、ホルダの上面と底面の間の中央に配置されたキャビティ内に配置されてもよい。
【００７０】
図４Ｃは、ホルダ４００の側面図（Ｅ）を示し、第１の組の電極が配置されうるチャネル４０１に通じる開口部４０５をそれぞれ含む第１の組の歯４０２を示す。第１の組の歯４０２は、第１の電気コネクタが第１の組の電極を第１の電力線に結合することができるように配置される。第１の組の歯は、第１の電気コネクタを絶縁するように、および／またはコネクタが外力によって損傷を受けるのを防ぐように配置されてもよい。
【００７１】
図４Ｄは、ホルダ４００の別の側面図（Ｆ）を示し、第２の組の電極が配置されうるキャビティ４０３の１つへの開口部をそれぞれ含む第２の組の歯４０４を示す。第２の組の歯４０４は、第２の電気コネクタが第２の組の電極を第２の電力線に結合することができるように配置される。第２の組の歯は、第２の電気コネクタを絶縁し、および／またはコネクタが外力によって損傷するのを防ぐように配置されてもよい。
【００７２】
図４Ｅは、図４Ａに示される線Ａ−Ａに沿ったホルダ４００の断面図を示し、第１の組の電極が配置されうるチャネル４０１を示す。チャネル４０１は、ホルダ４００の上面で大気に開放されており、絶縁体、例えば本明細書に記載の高絶縁耐力絶縁体によって他のすべての側面が囲まれている。電極のそのような配置は、生成された電界および/またはプラズマを特定の方向に向けるのに役立ちうる。
【００７３】
図４Ｆは、図４Ａに示された線Ｂ−Ｂに沿ったホルダ４００の断面図を示しており、第２の組の電極が配置されうるキャビティ４０３を示している。キャビティ４０３は、ホルダの側面Ｆに開口部を有し、絶縁体、例えば本明細書に記載の高絶縁耐力絶縁体によって他のすべての側面が囲まれている。
【００７４】
第１および第２の組の歯４０２、４０４は、それぞれホルダ４００の側面Ｅ、Ｆから突出する。いくつかのシステムでは、例えば、１つのホルダの第１の組の歯４０２を別のホルダの第２の組の歯４０４と交互に嵌合させることにより、複数のホルダが互いに結合され、より大きな絶縁体/電極システムを形成することができる。
【００７５】
図２および３／４に示されている例は２つの可能な用途を示しているが、多くの用途がある。実際、信頼性の高い高電圧が望ましいあらゆる用途向けの絶縁体は、本明細書に記載のプロセスを使用して製造することができる。
【００７６】
ダイヤモンドでコーティングされた窒化ホウ素の組み合わせの別の望ましい特徴は、最終的な絶縁体が、絶縁体が高電圧、高温条件（アーク炉、原子力産業、プラズマ物理学など）で動作することが望まれる用途に対して、７５０℃を超えるような非常に高い温度で動作できることである。高温で動作するこの能力は、窒化ホウ素基材から製造され、ダイヤモンドでコーティングされた誘電絶縁体の用途をさらに拡大する。
【００７７】
窒化ホウ素（ＢＯグレード）は、不活性雰囲気で１２００℃、空気中で８５０℃の動作温度を有する。ダイヤモンドは、合成ダイヤモンドと同様に、空気中で９５０℃の動作温度を有するため、本発明のプロセスに従って作製された絶縁体は空気中で９５０℃で動作するであろう。
【００７８】
いくつかのオゾン生成器では、高濃度の酸素が発見されていることに注意されたい。コーティング層（例えば、ダイヤモンドおよび/または合成ダイヤモンド）は、このような高濃度の酸素による攻撃および侵食を受けやすい可能性がある。これらの問題に対処するため、いくつかの例では、絶縁体は、ＳｉＯ２の層など、純粋ＳｉＯ２（例えば、純度９９．９９９９９％）など、コーティング層および／または基材の絶縁耐力を維持しながら酸素からコーティング層を保護するように作用しうるシールド層でコーティングされうる。シールド層は、例えばゾルゲルプロセスおよび/またはＣＶＤプロセスを使用して、コーティング層の上に適用されてもよい。シールド層は、例えば、ナノメートルの端数から数マイクロメートルまでの範囲の厚さを有する薄膜層として適用されてもよい。いくつかの例では、シールド層は、少なくとも２μｍの厚さであり、いくつかの例では１０〜３０μｍの間の厚さであってもよい。シールド層は、材料の単層を含んでもよいし、材料の複数の層を含んでもよい。本発明者は、例えばゾルゲルプロセスおよび／またはＣＶＤプロセスを使用して、ＳｉＯ２がダイヤモンドまたは合成ダイヤモンド上にコーティングされる場合、絶縁体の絶縁耐力が損なわれないようにＳｉＯ２が十分な純度であることを発見した。シールド層材料は、コーティング層材料とは異なる材料であってもよい。
【００７９】
図５は、基材５０１、コーティング層５０２、およびシールド層５０３を含む絶縁体５００の概略図を示す。基材５０１は、窒化ホウ素、例えばＢＯグレードの窒化ホウ素を含みうる。コーティング層５０２は、ダイヤモンドまたは合成ダイヤモンドを含みうる。コーティング層５０２は、例えば図１に関連して上述したプロセスにより、基材３の表面上に薄膜層を形成しうる。シールド層５０３は、純粋ＳｉＯ２（例えば、純度９９．９９９９９％）など、記載されたプロセスに従ってコーティング層４の上に適用されうるＳｉＯ２の層を含みうる。
【００８０】
コーティング層５０２は、例えば本明細書に記載されたプロセスに従って、基材５０１をコーティングするための薄膜層を形成する。いくつかの例では、コーティング層５０２は、ダイヤモンドまたは合成ダイヤモンドである。コーティング層５０２は、例えば、ナノメートルの端数から数マイクロメートルの範囲の厚さを有する薄膜層として適用されうる。いくつかの例では、シールド層は少なくとも２μｍの厚さであり、いくつかの例では１０〜３０μｍの間の厚さであってもよい。コーティング層５０２は、材料の単層を含んでもよいし、または材料の複数の層を含んでもよい。コーティング層４のそのような膜厚は、コーティング層の表面が硬くおよび／または耐摩耗性であることを保証しうる。コーティング層５０１はまた、例えば、高湿度用途等において基材の交流絶縁耐力を低下させうる基材３による空気中の水および／または酸素の吸収を抑制するため、非多孔性および／または防水性である。
【００８１】
絶縁体５００は、シールド層５０３でさらにコーティングされてもよい。シールド層５０３は、純粋なＳｉＯ２（例えば、純度９９．９９９９９％）など、ＳｉＯ２の層でありうる。シールド層５０３は、コーティング層５０２の上に適用される。これは、ゾルゲルプロセスおよび／またはＣＶＤプロセスを使用して達成されうる。シールド層５０３は、例えば、ナノメートルの端数から数マイクロメートルの範囲の厚さを有する薄膜層として適用されてもよい。いくつかの例ではシールド層５０３は少なくとも２μｍの厚さであり、いくつかの例では１０〜３０μｍの厚さでありうる。シールド層５０３は、材料の単層を含んでもよく、または材料の複数の層を含んでもよい。
【００８２】
シールド層５０３は、コーティング層５０２および／または基材５０１の絶縁耐力を維持しながら、コーティング層を酸素から保護するように配置されてもよい。例えば、シールド層５０３は、オゾン生成中など、高濃度の酸素を含む環境で絶縁体が影響を受けやすい酸素による攻撃および浸食を抑制することにより、コーティング層５０２および／または基材５０１を保護することができる。
【００８３】
シールド層５０３は、コーティング層５０２および／または基材５０１への水の浸透を抑制するために、非多孔性および／または水不透過性、例えば防水であってもよい。このようにして、シールド層は、絶縁体５００の浸食などの水によって引き起こされる悪影響を防止し、または、例えば高湿度用途で起こりうる絶縁耐力の損失を抑制しうる。
【００８４】
図５は、コーティング層およびシールド層の厚さが互いに同じであることを示しているが、これは単なる例示であり、コーティング層およびシールド層は互いに異なっていてもよく、それぞれ異なる厚さの範囲、例えば上記の厚さの範囲内の厚さを有していてもよいことが理解されよう。
【００８５】
図面には示されていないが、そのようなシールド層は、説明されたプロセスによって、図２〜４に示されている例示的な絶縁体に適用されてもよい。
一般に図面を参照すると、概略機能ブロック図は、本明細書で説明するシステムおよび装置の機能を示すために使用されることが理解されよう。ただし、機能をこのように分割する必要はなく、以下で説明および請求するもの以外のハードウェアのいずれかの特定の構造を意味するものと解釈すべきではないことを理解されたい。図面に示される１以上の要素の機能は、さらに細分化され、および／または本開示の装置全体に分散されうる。いくつかの実施形態では、図面に示される１以上の要素の機能は、単一の機能ユニットに統合されてもよい。
【００８６】
本明細書に記載される電極および絶縁体は、パッケージ（包装）された製品を滅菌するための装置の一部を形成してもよい。例えば、装置は、ガス充填電極などの一対の電極と、電極間に高電磁界を生成して低温プラズマを生成するのに十分な高電圧を電極間に生成する手段とを含んでもよい。装置は、当該製品を含むパッケージを当該電界で照射するように配置されてもよい。
【００８７】
電磁界は、空気中の酸素をオゾンおよび他の活性酸素ベースの種に変換するのに十分なエネルギである低温プラズマを生成することができる。生成された電磁界を滅菌すべき製品に向けるための手段が提供されてもよい。
【００８８】
さらに、プラズマの使用は、オゾンよりも高い酸化能力を有する酸化種を生成することができ、したがって微生物を殺すのにより効率的である。
【００８９】
パッケージされた物品の内部にオゾンを生成するための装置は、典型的に、同一面上の電極が接触面に沿って支持される電極アセンブリを含む。電極は、固体導電性電極および/またはガス充填電極であってもよい。これらの電極は、それらの長さの一部に沿って、それらの間に均一な間隔で互いに嵌合されおよび/または配置されてもよい。電極が真っ直ぐな場合、それらは平行であってもよいが、他の形状も均等に間隔をあけることができる。いくつかの例では、電極は部分的に絶縁され、部分的に露出される。
【００９０】
各電極は細長くてもよく、例えば、各電極は、その長さに沿って湾曲、コイル状、屈曲または非直線状であってもよい。各電極は、相互接続された複数の線形セクションを含んでもよい。各電極は一般的な平面であってもよく、当該電界方向付け手段は、当該平面に垂直な電磁界を滅菌すべき製品に向けるように配置される。電極は、それらの長さに沿って並んで延びていてもよく、実質的に均一なギャップによって分離されていてもよい。電界方向付け手段は、電極の片側に延びていてもよく、強磁性材料を含んでいてもよい。電界方向付け手段は、電極間で少なくとも部分的に延びることができる。電界方向付け手段は、当該電極を受け入れるようにプロファイルされた表面を含んでもよい。
【００９１】
電極は、前面が開いたキャビティ内に含まれていてもよい。キャビティは、当該電界方向付け手段によって画定されてもよい。電極は、キャビティの前面に平行な平面に延びていてもよい。キャビティは、電極の周りに延び、滅菌すべき製品のパッケージに対して密閉するように配置されうる側壁または壁群を含んでもよい。殺菌すべき製品のパッケージに対してキャビティが密閉されているとき、キャビティから空気または他の気体を排出するための手段が提供されてもよい。
【００９２】
高電圧生成手段は、１ｋＶから５０ｋＶの範囲内で電圧パルスを生成しうる。高電圧生成手段は、電極内のガスをイオン化し続けるのに十分な大きさの定電圧成分を有してもよい。高電圧生成手段は、持続時間が５ｎｓから１００ｍｓの範囲内で高電圧のパルスを生成してもよい。高電圧生成手段は、可変の大きさ、可変の幅および/または可変の繰り返し率のパルスを生成するように配置されてもよい。
【００９３】
いくつかの例では、装置は、電磁界を監視するためのセンサを含み、センサは、当該高電圧生成手段の出力パラメータを変化させるように配置された手段に接続されている。このようにして、高電圧生成手段は、電磁界を調整して一定レベルに維持するため、電磁界センサからのフィードバック信号を受け取り、高電圧パルスおよび他のパルスパラメータの大きさを自動的に調整することができる。これは、パッケージ化する一定のオゾン生成パッケージを保証する。いくつかの例では、当該高電圧生成手段は、反対の極性の電圧パルスを生成し、当該パルスをそれぞれの電極に印加するように配置される。いくつかの例では、装置は、滅菌すべき製品を攪拌または移動する手段を含み、製品は、当該攪拌の前、後、および/または間に当該電磁界で照射されてもよい。いくつかの例では、攪拌手段は、パッケージを少なくとも部分的に回転させるように配置される。このアプローチは、消毒ガスがパッケージをすばやく透過してすべての表面に到達することを促進する。いくつかの例では、装置は、連続した製品を照射するように配置される。いくつかの例では、装置は、同じ製品を連続的に照射するように配置される。
【００９４】
本明細書に記載の絶縁体および電極は、パッケージ消毒の一部を形成してもよい。いくつかの例では、電極は、図１〜図５に関連して上述した絶縁体などの絶縁材料で実質的に覆われる。いくつかの例では、一方の電極は絶縁材料で覆われ、他方は露出した導電性領域を含む。一例では、電極は分布インピーダンスを含み、電極はその長さに沿って分布する複数の隆起領域を含んでもよい。例えば、電極は、コイル状の導体を含んでもよく、隆起領域はコイルの巻きによって提供される。隆起領域は隆起部（リッジ）を含んでもよい。隣接する隆起領域は、直列インピーダンスによって結合されてもよい。典型的には、電極の横断面は正方形であるが、断面で円形または長方形であってもよい。
【００９５】
電極は、使用時に各電極が電流を受け取るための給電端と第２の端とを含むように配置されてもよく、電極は、２つの電極のそれぞれの給電端が２つの電極の他方の第２の端に並置されるように、典型的に互いに並んで対向して配置される。いくつかの例では、装置は、電極をパッケージと接触させることができるように電極を支持する電極支持体を含む。いくつかの例では、装置は、消毒すべきパッケージに接触させるように電極を付勢するための手段を含む。付勢するための手段および／または支持体は、吸引源を当該電極支持体の接触面に結合するための吸引カップリングを含みうる。支持体は、例えば図１〜図５に関連して上述したような絶縁体であってもよい。
【００９６】
装置はまた、圧力に基づく電流の制御を可能にするように、電極支持体の接触面で圧力を検知するためのセンサを含んでもよい。電極支持体は、当該接触面の上または周囲に配置されたシールまたはシール部材を含んでもよい。いくつかの例では、電極は実質的に同一平面構造で配置され、実質的に平行であってもよい。図１〜図５に関連して上述した絶縁体などの絶縁シースに１以上の電極が配置されてもよい。電極は、電極の周囲からエアギャップ（空隙）を排除するために絶縁材料に埋め込まれ／入れられる。絶縁材料は、液体形態でシース内に導入される硬化材料を含んでもよい。
【００９７】
典型的には、装置は、プラズマを生成することにより酸素をオゾンに変換するように構成される。装置は、電極間の容量性結合が、当該電極間の電界の手段によって当該パッケージ内での酸素からオゾンへの変換を促進するように構成されてもよい。パッケージ消毒装置は、低電圧ＡＣ電源と、２つの電極の第１の電極に結合された第１の昇圧変圧器と、当該２つの電極の他方に結合された第２の昇圧変圧器とを含んでもよく、当該変圧器は、当該低電圧ＡＣ電源よりも比較的高い電圧の当該電極に電源を提供する。いくつかの例では、各変圧器は、電力を供給する電極に近接して配置される。変圧器は、シールドケーブルによって電極に結合されてもよい。
【００９８】
パッケージ消毒装置は、過電流状態を検出するために当該電極間の電流を感知する電流センサと、過電流状態が検出された場合にパケット消毒装置の動作を防止する制御手段とを含んでもよい。
【００９９】
いくつかの例では、装置は、複数のパッケージされた物品を処理するために適合され、物品のタイプに基づいて、当該電極に印加される電圧および/または当該電圧が印加される時間の長さを調整するための手段を含む。電極は、５ｍｍ未満の間隔で、例えば３ｍｍ未満の間隔で、例えば実質的に２ｍｍの間隔で、場合によってはそれ以下で配置されうる。
【０１００】
また、本明細書では、パッケージ化された物品および空気空間を含むパッケージ内にプラズマを生成するためのパケット消毒電極アセンブリが記載されており、電極アセンブリは、当該パッケージに接触する接触面を有し、図１〜図５に関連して上述した絶縁体を含みうる誘電体ヘッドと、接触面について分布する少なくとも２つの導電性電極とを含み、２つの電極のうち第１の一方は、例えば上記の絶縁体によって絶縁され、第２の当該電極の導電性領域は接触面の近くに露出される。露出した電極と絶縁された電極の両方を使用することで、実質的に低い電力を用いてパッケージを消毒できることが見出された。場合によっては、露出した電極は接地されうる。
【０１０１】
いくつかの例では、第１および第２の電極の隣り合う縁部間の間隔は、縁部の長さの少なくとも一部に沿って均一である。これには、接触面に隣り合う明確な領域でのプラズマの再現性のある安定した生成を可能にするという利点がある。いくつかの可能性では、当該一部に沿って隣り合う縁部間の間隔は、縁部の最も近いアプローチの距離を含み、この/これらの部分は、範囲が連続的であるか、または電極に沿った多くの部分で破損または不連続および／または拡がってもよい。いくつかの可能性において、第１および第２の電極の隣り合う縁部間の間隔は、２０ｍｍ未満、例えば１５ｍｍ未満、例えば１０ｍｍ未満である。場合によっては、間隔は５ｍｍ未満であり、１ｍｍから４ｍｍの間であってもよい。場合によっては、電極は細長く、主寸法と副寸法（小径）を有する。いくつかの例では、電極は主寸法に沿って整列し、副寸法に沿った幅は１５ｍｍ未満である。いくつかの例では、それらは１０ｍｍ未満、例えば５ｍｍ幅未満である。これには、幅の広い電極を使用する場合よりも多くのプラズマ生成領域を固定サイズのパッケージで提供できるという利点がある。
【０１０２】
いくつかの可能性において、第１の電極は、第１の複数の電極によって提供され、第２の電極は、第２の複数の電極によって提供される。例えば図１〜図５に関連して上述した絶縁体により交互の電極が絶縁され、それぞれの他の交互の電極は露出導電領域を含むように、第１の複数の電極は、第２の複数の電極と交互に配置されうる。これには、電極アセンブリのサイズを低減するという利点があり、さらには、パッケージされた物品の内部にプラズマを確立するのに要求される電力をさらに低減することができる。
【０１０３】
電極アセンブリは、選択された力で当該パッケージに対して接触面を付勢するように適合された機械的バイアスを含む装置で使用されてもよい。場合によっては、装置は、パッケージを接触面に対して付勢することによって発生する背圧を感知するように構成されたセンサと、感知された背圧に基づいて機械的バイアスを制御するように構成されたコントローラとを含む。これには、パッケージを損傷するリスクなしに、パッケージをアセンブリに密着させるように付勢することができるという利点がある。いくつかの例では、選択された力は、コントローラの設定によって決定され、例えばこの設定はプログラム可能であってもよい。
【０１０４】
電極は細長くてもよく、反応性および/または抵抗性インピーダンスを含んでもよい。いくつかの可能性において、電極は、それらのインピーダンスが接触面の領域にわたって空間的に分布するように配置されてもよい。例えば、電極はコイルを含んでもよい。
【０１０５】
いくつかの可能性では、コイルはヘッドに埋め込まれ、第２の電極の導電性領域は接触面で又は接触面の近くで露出される。いくつかの可能性では、第２の電極は接触面からリセスされており（凹んでおり）、いくつかの可能性では、第２の電極は接触面と同一平面にある。コイルは、丸い断面を含んでもよいが、少なくとも１つの真っ直ぐな側面を含んでもよく、或いは、正方形または長方形であってもよい。
【０１０６】
電極は、接触面に沿って互いに嵌合された細長い指として配置されてもよい。いくつかの例では、第１の電極は接触面の下にあり、ヘッドの誘電体によって、例えば図１〜図５に関連して上述した絶縁体によって表面から絶縁されている。第１の電極は、少なくとも０．１ｍｍ、例えば少なくとも０．２ｍｍまたは０．３ｍｍの誘電体の厚さによって接触面から絶縁されうる。いくつかの可能性において、第１の電極は、２ｍｍ未満、例えば１．５ｍｍ未満、例えば１ｍｍ未満の誘電体の厚さにより接触面から絶縁されている。誘電体は、セラミックを含むことが好ましく、場合によってはシェイパル（shapal）を含み、場合によっては、図１〜図５に関連して上述した絶縁体であってもよい。
【０１０７】
電極は、真っ直ぐであってもよいが、場合によっては、接触面に沿った蛇行構成または螺旋などの他の形状で配置されてもよい。いくつかの例では、電極は、同心の薄層の境界を定義するように接触面に沿って配置される。薄層は、円形、楕円形、正方形、多角形の矩形、不規則のうちいずれかを含むリストから選択されてもよく、電極は、閉じた境界を定義してもよいし、または非連続的な開いた境界を定義してもよい。
【０１０８】
上記の実施形態は、例示的な例として理解されるべきである。更なる実施形態が想定される。任意の1つの実施形態に関して説明された任意の特徴は、単独で、または説明された他の特徴と組み合わせて使用でき、また、任意の他の実施形態の１つまたは複数の特徴、または任意の他の実施形態の任意の組み合わせと組み合わせて使用できることを理解されたい。さらに、添付の特許請求の範囲に定義されている本発明の範囲から逸脱することなく、上記に記載されていない同等物および変形物を使用することもできる。
【０１０９】
いくつかの例では、1つまたは複数のメモリ要素は、本明細書で説明される動作を実装するために使用されるデータおよび/またはプログラム命令を格納できる。本開示の実施形態は、本明細書に記載および/または特許請求される方法のいずれか1つまたは複数を実行するようにプロセッサをプログラムし、および/または本明細書に記載および/または特許請求されるデータ処理装置を提供するプログラム命令を含む有形の非一時的記憶媒体を提供する。
【図１】
2020506523.tif 000004
【図２】
2020506523.tif 000005
【図３】
2020506523.tif 000006
【図４Ａ】
2020506523.tif 000007
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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