等离子发生装置的制作方法

本发明涉及一种在反应室的内部使处理气体等离子化的等离子发生装置。

背景技术

在等离子发生装置中，例如下述专利文献所记载的那样，在反应室配置有多个电极，通过向该多个电极间施加电压而将处理气体等离子化。

专利文献1：日本特开2012-14927号公报

专利文献2：日本特开平3-290928号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

在处理气体被等离子化时，需要施加较高的电压，由于是通过该施加来产生放电，因此存在反应室的壁面碳化的隐患。另外，为了高效地产生等离子，需要在被供给处理气体的反应室的内部恰当地放电。这样，在等离子发生装置中存在各种问题，通过解决该各种问题来提高等离子发生装置的实用性。本发明就是鉴于这样的实际情况而作成的，本发明的课题在于提供一种实用性高的等离子发生装置。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本申请所记载的等离子发生装置的特征在于，具备：第一块，具有反应室；一对电极，插入于所述反应室，用于使处理气体在所述反应室内等离子化；及喷嘴，用于将在所述反应室内等离子化后的气体向被处理体喷出，所述反应室被划分为：一对第一插入部，用于供所述一对电极插入；及第一连结部，连结所述一对第一插入部，并且宽度比所述一对第一插入部的宽度窄，所述一对第一插入部各自与所述第一连结部的连结部位分别为圆滑面。

发明效果

在本申请所记载的等离子发生装置中，一对插入部各自与连结部的连结部位分别被设为圆滑面。由此，因放电产生的热量在整个圆滑的面上分散，因放电产生的碳化被抑制。

附图说明

图1是表示大气压等离子发生装置的立体图。

图2是表示分解状态下的大气压等离子发生装置的立体图。

图3是表示分解状态下的大气压等离子发生装置的立体图。

图4是图1的aa线的剖视图。

图5是图1的bb线的剖视图。

图6是缓冲部件的俯视图。

图7是第一连结块的俯视图。

图8是反应室块的俯视图。

图9是第二连结块的俯视图。

图10是喷嘴块的俯视图。

图11是表示喷嘴块层叠于反应室块的下表面的状态的剖视图。

图12是比较例的反应室块的俯视图。

具体实施方式

以下，作为用于实施本发明的方式，参照附图详细地说明本发明的实施例。

＜大气压等离子发生装置的结构＞

在图1～图5中示出本发明的实施例的大气压等离子发生装置10。大气压等离子发生装置10是用于在大气压下产生等离子的装置。大气压等离子发生装置10具备主体块20、一对电极22、缓冲部件26、第一连结块28、反应室块30、第二连结块32及喷嘴块34。

此外，图1是在从斜上方观察的视角下表示大气压等离子发生装置10的立体图。图2是在从斜上方观察的视角下表示分解状态下的大气压等离子发生装置10的立体图。图3是在从斜下方观察的视角下表示分解状态下的大气压等离子发生装置10的立体图。图4是图1的aa线的剖视图。图5是图1的bb线的剖视图。另外，将大气压等离子发生装置10的宽度方向称为x方向，将大气压等离子发生装置10的进深方向称为y方向，将与x方向和y方向正交的方向、即上下方向称为z方向。

主体块20形成为大致立方体形状，由耐热树脂制的材料制成。在主体块20形成有四个螺栓孔50，该四个螺栓孔50沿上下方向贯通，并在上表面及下表面的大致四个角开口。另外，在主体块20形成有两个插入孔52，该两个插入孔52形成为，沿上下方向贯通，且分别位于四个螺栓孔50中的沿y轴方向并排形成的两个螺栓孔50之间及剩余的两个螺栓孔50之间。圆筒状的上部支架54以从主体块20的上表面延伸出的状态固定地嵌合于各插入孔52的上端部。另一方面，圆筒状的下部支架56以从主体块20的下表面延伸出的状态固定地嵌合于各插入孔52的下端部。

棒状的导电部58插入于圆筒形状的上部支架54，并被上部支架54固定地保持。导电部58的上端部从上部支架54的上端延伸出，导电部58的下端插通插入孔52并延伸至圆筒状的下部支架56的内部。另外，棒状的电极22与导电部58同轴地固定于导电部58的下端，电极22从下部支架56的下端向下方延伸出。

此外，在插入孔52的上下方向上的中央部形成有直径较小的小径部60，小径部60的内径被设为与导电部58的外径大致相同。插入孔52的上部在小径部60被导电部58封闭，在比插入孔52的小径部60靠下方的部分，在插入孔52的内周面与导电部58的外周面之间存在间隙。另外，导电部58的外径及电极22的外径比下部支架56的内径小。因此，下部支架56的内周面与导电部58及电极22的外周面之间也存在间隙。

另外，在主体块20，以沿x方向延伸的方式形成有两条第一气体流路(在图1及图4中仅示出一条第一气体流路)62。两条第一气体流路62中的一方在一端部在主体块20的沿x方向相对的一对侧面中的一方开口，在另一端部在两条插入孔52中的一方的小径部60的下方开口。另外，两条第一气体流路62中的另一方在一端部在主体块20的沿x方向相对的一对侧面中的另一方开口，在另一端部在两条插入孔52中的另一方的小径部60的下方开口。

而且，在主体块20形成有第二气体流路66，该第二气体流路66沿上下方向贯通，在从上表面及下表面的大致中央沿y轴方向偏离的位置开口。并且，在主体块20的下表面形成有连结槽68，该连结槽68形成为从第二气体流路66的开口沿y方向延伸至主体块20的下表面的大致中央。

另外，缓冲部件26形成为大致板状，由硅树脂制的材料制成。如图6所示，在缓冲部件26，沿缓冲部件26的厚度方向贯通的四个螺栓孔70形成于大致四个角。此外，图6是在从上方观察的视角下表示缓冲部件26的俯视图。另外，四个螺栓孔70的形成间距被设为与主体块20的四个螺栓孔50的形成间距相同的间距。

而且，在缓冲部件26形成有被切除为大致哑铃形状的切除部72。切除部72沿缓冲部件26的厚度方向贯通，并被划分为一对插入部76和连结部78。插入部76被切除为大致圆形，且插入部76的内径与下部支架56的外径大致相同。此外，一对插入部76以彼此分离的状态沿x方向并排形成。另外，连结部78被切除为大致矩形，连结一对插入部76。此外，连结部78被设为宽度比插入部76的宽度窄，连结部78的y方向上的长度尺寸被设为插入部76的内径的大致1/4。顺带一提，插入部76与连结部78的连结部位并未圆滑地连续，而是形成角部79。此外，角部79是插入部76与连结部78的连结部位形成线而未形成面的部分。

如图4所示，这样的形状的缓冲部件26以使四个螺栓孔70与主体块20的四个螺栓孔50重叠的方式层叠于主体块20的下表面。另外，主体块20的两个下部支架56插通层叠于主体块20的下表面的缓冲部件26的一对插入部76，并在缓冲部件26的下表面侧延伸出。而且，如图5所示，层叠于主体块20的下表面的缓冲部件26的连结部78与主体块20的连结槽68连通。

另外，第一连结块28形成为大致板厚形状，由陶瓷制的材料制成。此外，第一连结块28的厚度为大致10mm左右。如图7所示，在第一连结块28形成有四个螺纹孔80，该四个螺纹孔80沿上下方向延伸，并且在上表面的大致四个角开口。此外，图7是在从上方的视角下表示第一连结块28的俯视图。另外，四个螺纹孔80的形成间距被设为与缓冲部件26的四个螺栓孔70的形成间距相同的间距。而且，在第一连结块28形成有四个螺纹孔82，该四个螺纹孔82在与上述四个螺纹孔80不同的位置处沿上下方向延伸，并且在下表面的大致四个角开口。

另外，在第一连结块28形成有被切除为大致哑铃形状的切除部84。切除部84沿第一连结块28的厚度方向贯通，且被划分为一对插入部86和连结部88。插入部86被切除为大致圆柱形状，插入部86的内径与下部支架56的外径大致相同。此外，一对插入部86以彼此分离的状态沿x方向并排形成。另外，连结部88被切除为大致立方体形状，且连结一对插入部86。此外，连结部88被设为宽度比插入部86的宽度窄，连结部88的y方向上的长度尺寸被设为插入部86的内径的大致1/8。顺带一提，插入部86与连结部88的连结部位并未圆滑地连续，而是形成角部90。

如图4所示，这样的形状的第一连结块28以使四个螺纹孔80与缓冲部件26的四个螺栓孔70重叠的方式层叠于缓冲部件26的下表面。并且，螺栓(省略图示)从主体块20的上表面插入于各螺栓孔50，从而插通缓冲部件26的螺栓孔70并在第一连结块28的螺纹孔80被紧固。由此，主体块20、缓冲部件26及第一连结块28被一体化。

另外，主体块20的两个下部支架56插入于层叠于缓冲部件26的下表面的第一连结块28的一对插入部86，下部支架56的下端与第一连结块28的下端在上下方向上大致一致。但是，插入于下部支架56的内部的电极22在第一连结块28的下表面侧延伸出。而且，如图5所示，层叠于缓冲部件26的下表面的第一连结块28的连结部88与缓冲部件26的连结部78连通。

另外，反应室块30形成为大致板厚形状，由陶瓷制的材料制成。此外，反应室块30的厚度为大致10mm左右。如图8所示，在反应室块30形成有四个螺栓孔100，该四个螺栓孔100沿上下方向贯通，并在上表面及下表面的大致四个角开口。此外，图8是在从上方的视角下表示反应室块30的俯视图。另外，四个螺栓孔100的形成间距被设为与第一连结块28的四个螺纹孔82的形成间距相同的间距。

而且，在反应室块30形成有被切除为哑铃形状的切除部102。切除部102沿反应室块30的厚度方向贯通，且被划分为一对插入部106和连结部108。插入部106被切除为大致圆柱形状，插入部106的内径比下部支架56的外径小，比电极22的外形大。此外，一对插入部106以彼此分离的状态沿x方向并排形成。另一方面，连结部108被切除为大致立方体形状，连结一对插入部106。此外，连结部108被设为宽度比插入部106的宽度窄，连结部108的y方向上的长度尺寸被设为插入部106的内径的大致1/3。另外，连结部108的y方向上的长度尺寸比电极22的外径短。

顺带一提，插入部106与连结部108的连结部位形成圆滑的面110。即，在插入部106与连结部108的连结部位不存在角部，不存在尖的部位。详细地说，插入部106在从连结部108分离的部位以与插入部的内径r相应的曲率r(＝1/r)弯曲，越靠近连结部108，则曲率r(＜1/r)越小。并且，插入部106与连结部108以较小的曲率r(＜1/r)连结。因此，连结插入部106与连结部108的圆滑的面110的曲率成为1/r以下。但是，本发明的圆滑的面的曲率r也可以比1/r大，但是为了去除单纯的倒角，优选本发明的圆滑的面的曲率r为1/(0.1r～0.5r)以下。另外，为了确保插入部106与连结部108的连结部位的圆滑性，优选插入部106的内壁面与连结部108的内壁面所形成的角度(钝角)α的最小值为110度～130度以上。

这样的形状的反应室块30以使四个螺栓孔100与第一连结块28的四个螺纹孔82重叠的方式层叠于第一连结块28的下表面。另外，如图4所示，从第一连结块28的下表面延伸出的电极22插通层叠于第一连结块28的下表面的反应室块30的一对插入部106。而且，如图5所示，层叠于第一连结块28的下表面的反应室块30的连结部108与第一连结块28的连结部88连通。

另外，第二连结块32形成为大致板厚形状，由陶瓷制的材料制成。此外，第二连结块32的厚度为大致5mm左右。如图9所示，在第二连结块32形成有四个螺栓孔120，该四个螺栓孔120沿上下方向贯通，且在上表面及下表面的大致四个角开口。此外，图9是在从上方的视角下表示第二连结块32的俯视图。另外，四个螺栓孔120的形成间距被设为与反应室块30的四个螺栓孔100的形成间距相同的间距。

而且，在第二连结块32形成有沿上下方向贯通的多个连通孔122。多个连通孔122形成为在y方向上的中央部沿x方向并排。另外，各连通孔122的内径被设为0.5mm～1mm，在上边缘部及下边缘部被倒角。

这样的形状的第二连结块32以使四个螺栓孔120与反应室块30的四个螺栓孔100重叠的方式层叠于反应室块30的下表面。另外，如图4及图5所示，层叠于反应室块30的下表面的第二连结块32的多个连通孔122与反应室块30的一对插入部106及连结部108连通。

另外，喷嘴块34形成为大致板状，由陶瓷制的材料制成。如图10所示，在喷嘴块34形成有四个螺栓孔130，该四个螺栓孔130沿上下方向贯通，且在上表面及下表面的大致四个角开口。此外，图10是在从上方的视角下表示喷嘴块34的俯视图。另外，四个螺栓孔130的形成间距被设为与第二连结块32的四个螺栓孔120的形成间距相同的间距。

而且，在喷嘴块34形成有沿上下方向贯通的狭缝状的喷嘴孔132。喷嘴孔132形成为在y方向中的中央部沿x方向延伸。另外，喷嘴孔132的y方向上的宽度尺寸被设为大致0.5mm，喷嘴孔132的x方向上的长度尺寸被设为与从第二连结块32的多个连通孔122的x方向上的一端至另一端的长度尺寸大致相等。此外，喷嘴孔132在上边缘部被倒角。

这样的形状的喷嘴块34以使四个螺栓孔130与第二连结块32的四个螺栓孔120重叠的方式层叠于第二连结块32的下表面。并且，螺栓(图示省略)从喷嘴块34的下表面插入于各螺栓孔130，从而插通第二连结块32的螺栓孔120及反应室块30的螺栓孔100并在第一连结块28的螺纹孔82被紧固。由此，第一连结块28、反应室块30、第二连结块32及喷嘴块34被一体化。

另外，如图4及图5所示，层叠于第二连结块32的下表面的喷嘴块34的喷嘴孔132与第二连结块32的多个连通孔122连通。此外，在第一连结块28、反应室块30、第二连结块32及喷嘴块34被一体化时，插入于反应室块30的插入部106的电极22的下端面与第二连结块32的上表面之间的距离被设为大致2mm～3mm。

＜大气压等离子发生装置的等离子照射＞

大气压等离子发生装置10是向液体照射等离子的装置，在被反应室块30的切除部102、第一连结块28的下表面及第二连结块32的上表面划分而成的反应室140中对处理气体进行等离子化，并从喷嘴块34的喷嘴孔132照射等离子。以下，详细地说明大气压等离子发生装置10的等离子照射。

在大气压等离子发生装置10中，氮气等非活性气体作为处理气体被向在主体块20的侧面开口的第一气体流路62供给。被供给至第一气体流路62的非活性气体流入到插入孔52并经由下部支架56与导电部58之间及下部支架56与电极22之间而被向反应室块30的插入部106、即反应室140供给。另外，包含氧等在内的活性气体作为处理气体被向在主体块20的上表面开口的第二气体流路66供给。被供给至第二气体流路66的活性气体经由连结槽68、连结部78及连结部88而被向反应室块30的连结部108、即反应室140供给。此外，非活性气体向第一气体流路62的供给量及活性气体向第二气体流路66的供给量被设为大致2l/分。

另外，在反应室140中，向一对电极22施加电压，电流在一对电极22间流动。由此，在一对电极22间产生模拟电弧放电，处理气体通过该放电而被等离子化。此外，模拟电弧放电是利用等离子电源限制电流并且进行放电的方式，以使得不会像通常的电弧放电那样流过大电流。此时，由于模拟电弧放电主要在反应室140的连结部108产生，因此处理气体被高效地等离子化。详细地说，如上所述，连结部108的y方向上的长度尺寸比电极22的外径短。而且，向与连结部108的两端连续的一对插入部106插入一对电极22。因此，沿连结部108的全部区域及从插入部106与连结部108连续的壁面产生模拟电弧放电。另外，连结部108被设为宽度比插入部106的宽度窄，从而连结部108的容积较小。因此，较小容积的处理气体沿连结部108的全部区域及从插入部106与连结部108连续的壁面被等离子化，从而处理气体被高效地等离子化。进一步而言，电极22延伸至靠近反应室140的底部的位置、即靠近等离子被从反应室140排出的第二连结块32的连通孔122的部位，并在该位置被放电。因此，等离子化后的气体能够在不使其所含有的自由基的活性降低的情况下从反应室140排出。

在反应室140产生的等离子流入到第二连结块32的多个连通孔122。并且，等离子从喷嘴块34的喷嘴孔132喷出而向作为被处理体的液体照射等离子。此外，在通常的大气压等离子发生装置中，处理气体的供给量被设为30l/分，但是在大气压等离子发生装置10中，处理气体的供给量、即非活性气体向第一气体流路62的供给量及活性气体向第二气体流路66的供给量被设为大致2l/分。由此，在大气压等离子发生装置10中，从喷嘴孔132喷出的等离子的风量被抑制，从而能够抑制被等离子照射的液体的波动、即波纹的产生。而且，在大气压等离子发生装置10中，喷出等离子的喷嘴孔132被设为狭缝形状。由此，能抑制从喷嘴孔132宽幅地照射等离子而使气流紊乱的情况，从而能够进一步抑制被等离子照射的液体的波动。

这样，由于在大气压等离子发生装置10中，从狭缝状的喷嘴孔132喷出等离子，因此通过第二连结块32来防止模拟电弧放电的飞出。详细地说，例如，如图11所示，存在如下情况：在反应室块30的下表面层叠有喷嘴块34的大气压等离子发生装置中，当向一对电极22施加电压时，产生于一对电极22之间的模拟电弧放电146从反应室140飞出至喷嘴孔132的内部，进而飞出至喷嘴块34的下端面。即，模拟电弧放电146有可能飞出至大气压等离子发生装置的外部。

这样，当在反应室140的外部、特别是大气压等离子发生装置10的外部产生模拟电弧放电146时，较高的能量被分散，无法恰当地将处理气体等离子化。另外，由于在反应室140的外部，处理气体的浓度较低，因此无法恰当地将处理气体等离子化。进一步而言，即使在反应室140的外部通过模拟电弧放电146将处理气体等离子化，等离子所含有的自由基也与氧发生反应而形成臭氧，从而导致等离子照射的效果降低。

鉴于这样的情况，在大气压等离子发生装置10中，在反应室块30与喷嘴块34之间配设有第二连结块32，在第二连结块32形成有多个连通孔122。因此，通过向电极22的施加而产生的模拟电弧放电146被存在于连通孔122与连通孔122之间的壁防止向反应室140的外部飞出。特别是由于连通孔122的内径为较小的0.5mm～1mm左右，因此模拟电弧放电146向反应室140的外部的飞出被恰当地防止。由此，能够在反应室140的内部产生模拟电弧放电146，能够高效地将处理气体等离子化。

另外，在大气压等离子发生装置10中，如上所述，反应室140的连结部108较窄，沿连结部108的全部区域及从插入部106与连结部108连续的壁面产生放电，处理气体被高效地等离子化。此时，陶瓷制的反应室块30的反应室140的壁面有可能碳化。特别是，例如，当在从插入部106与连结部108连续的壁面存在角部时，在该角部集中因放电产生的热量，有可能显著地碳化。

具体地说，例如，在图12所示的反应室块150形成有与反应室块30的切除部102大致相同形状的切除部152。该反应室块150与反应室块30的切除部102相同，被划分为一对插入部154和连结部156，但是插入部154与连结部156的连结部位不同于反应室块30的切除部102，并未圆滑地连续，而是形成角部158。此外，由于插入部154与连结部156经由角部158连续，因此插入部154的内壁面与连结部156的内壁面所形成的角度(钝角)β的最小值为90度～100度左右。

在这样的形状的切除部152、即反应室160中，在一对电极22插入于一对插入部154并向该一对电极22施加了电压的情况下，沿从插入部154与连结部156连续的壁面产生放电。此时，在角部158集中因放电产生的热量，角部158碳化。图中的附图标记162表示碳化的位置。这样，当角部158碳化时，碳化后的位置成为碳化导电路，存在无法产生恰当的放电的隐患。因此，需要更换反应室块150，但是存在运转成本升高的隐患。

鉴于这样的情况，在大气压等离子发生装置10中，如图8所示，在反应室块30的切除部102，插入部106与连结部108的连结部位被设为圆滑的面110。因此，因放电产生的热量在整个圆滑的面110上分散，因放电产生的碳化被抑制。由此，反应室块30的耐久性提高，能够降低运转成本。

此外，由于在缓冲部件26及第一连结块28不产生放电，因此插入部76与连结部78的连结部位被设为角部79，插入部86与连结部88的连结部位也被设为角部90。即，由于在缓冲部件26及第一连结块28无需考虑因放电产生的碳化，因此插入部76与连结部78的连结部位及插入部86与连结部88的连结部位并未被设为圆滑的面。由此，能够降低缓冲部件26及第一连结块28的制作成本。

进一步而言，包含氧的活性气体作为处理气体被向反应室140的连结部108供给，从而能够适当地产生包含自由基的等离子。另一方面，不包含氧的非活性气体作为处理气体被向反应室140的插入部106供给。因此，电极22被非活性气体覆盖，从而防止电极22的氧化，也提高了电极22的耐久性。

顺带一提，在上述实施例中，大气压等离子发生装置10是等离子发生装置的一个例子。电极22是电极的一个例子。第一连结块28是第二块的一个例子。反应室块30是第一块的一个例子。第二连结块32是板状部件的一个例子。喷嘴块34是喷嘴的一个例子。插入部86是第二插入部的一个例子。连结部88是第二连结部的一个例子。角部90是角部的一个例子。插入部106是第一插入部的一个例子。连结部108是第一连结部的一个例子。圆滑的面110是圆滑的面的一个例子。连通孔122是连通孔的一个例子。喷嘴孔132是喷嘴口的一个例子。反应室140是反应室的一个例子。

此外，本发明并不局限于上述实施例，能够基于本领域技术人员的知识而以进行了各种变更、改进的各种方式来实施。具体地说，例如，在上述实施例中，作为大气压等离子发生装置10的被处理体，列举了液体，但是也能够向液体以外的各种材质照射等离子。此外，在被处理体为电子元件等的情况下，期望在第二连结块32与喷嘴块34之间配设接地板。

另外，在上述实施例中，第二连结块32的厚度被设为大致5mm，但是也能够形成为任意的厚度。但是，若第二连结块32过薄，则有可能无法恰当地防止模拟电弧放电146的飞出。另一方面，若第二连结块32过厚，则等离子所含有的自由基有可能失活。因此，第二连结块32的厚度优选为2mm～20mm左右。

另外，在上述实施例中，经由多条路线，具体地说，经由第一气体流路62和一对第二气体流路66向反应室140供给处理气体，但是也可以经由一条路线向反应室140供给处理气体。

另外，在上述实施例中，本发明被应用于大气压等离子发生装置10，但是本发明也能够被应用于在减压下产生等离子的等离子发生装置。另外，在上述实施例中，作为等离子的放电方式，采用了模拟电弧放电，但是也能够采用通常的电弧放电、即通过流过大电流而进行放电的方式的放电。此外，电弧放电是从阴极释放电子的放电，具有因大电流而温度高的特征。因此，被用于焊接、熔融炉等。另外，也能够采用空心阴极放电。空心阴极放电是使用了筒状(空心)的阴极(cathode)的放电，通过将阴极设为筒状的中空形状，易于捕集电子，能够生成高密度的等离子。进一步而言，也能够采用电介质势垒放电。在电介质势垒放电中，在一对电极之间载置有电介质(玻璃、陶瓷等不导电的材料)而进行势垒，以使得电子不会如电弧放电那样在电极间跳跃。并且，向电极间施加高频电压，当电极间的电压成为气体的放电破坏电压以上时，产生放电。但是，由于电极间被电介质势垒，因此放电立刻结束。因此，通过增加高频电压的放电次数来实现等离子的高密度化。另外，由于不会如电弧放电那样从电极释放出电子，因此不会对电极造成损伤。

附图标记说明

10：大气压等离子发生装置(等离子发生装置)22：电极28：第一连结块(第二块)30：反应室块(第一块)32：第二连结块(板状部件)34：喷嘴块(喷嘴)86：插入部(第二插入部)88：连结部(第二连结部)90：角部106：插入部(第一插入部)108：连结部(第一连结部)110：圆滑的面122：连通孔(连结孔)132：喷嘴孔(喷嘴口)140：反应室。