JP2012089314A - Electric field generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電界発生装置に関し、好ましくは、発生した電界によりプラズマ領域が生成されるものに関する。 The present invention relates to an electric field generator, and preferably relates to an apparatus in which a plasma region is generated by a generated electric field.
従来より、第2電極(例えば、陰極)と対向する位置に配置される第1電極(例えば、陽極)と、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加して前記第1、第2電極の間の空間に電界を形成する電源と、を備えた電界発生装置が広く知られている(例えば、特許文献1〜3を参照)。 Conventionally, a voltage is applied between a first electrode (for example, an anode) disposed at a position facing a second electrode (for example, a cathode), the first electrode, and the second electrode, and the first electrode An electric field generator including a power source that forms an electric field in a space between second electrodes is widely known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
この電界発生装置により電界が形成される空間(第1、第2電極の間の空間)において、電界の強さ(電界強度)が或るレベルを超える部分ではプラズマ(電離状態)が生成され得る。プラズマは、内部にて電荷を有する粒子(陽イオンと電子等)を有しつつ全体としては電気的に中性な状態を維持するという特性を有する。 In the space where the electric field is generated by the electric field generator (the space between the first and second electrodes), plasma (ionized state) can be generated at a portion where the electric field strength (electric field strength) exceeds a certain level. . Plasma has the characteristic of maintaining an electrically neutral state as a whole while having particles (cations, electrons, etc.) having a charge inside.
近年、内燃機関用の点火装置、殺菌装置、オゾン生成装置、表面改質装置、空気清浄装置、気相反応促進装置等の種々の装置(これらは全て電界発生装置でもある)において、上記のプラズマの特性が利用されることにより、それらの性能向上が図られてきている。 In recent years, in various devices (all of which are also electric field generators) such as an ignition device for an internal combustion engine, a sterilizer, an ozone generator, a surface reformer, an air cleaner, and a gas phase reaction accelerator, the above plasma is used. These characteristics have been utilized to improve their performance.
上記プラズマの特性を利用した種々の装置では、性能の更なる向上のため、多数の箇所にて同時に略均一なプラズマを生成することが要求されている。このためには、多数の箇所にて同時に略均一な強い電界を発生することが必要である。 Various apparatuses using the characteristics of the plasma are required to generate substantially uniform plasma at a number of locations at the same time in order to further improve performance. For this purpose, it is necessary to generate a substantially uniform strong electric field simultaneously at a number of locations.
本発明者は、電界発生装置において、多数の箇所にて同時に略均一な強い電界を発生するのに好適な第1電極の表面の形状を見出した。 The inventor has found the shape of the surface of the first electrode suitable for generating a substantially uniform strong electric field simultaneously at a number of locations in an electric field generator.
本発明に係る電界発生装置は、上述と同様、第2電極に対して所定位置に配置される第1電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加して、前記第1、第2電極の間の空間に電界を形成する電源と、を備える。 The electric field generator according to the present invention applies a voltage between the first electrode disposed at a predetermined position with respect to the second electrode, the first electrode, and the second electrode, as described above, and And a power source for forming an electric field in a space between the first and second electrodes.
本発明に係る電界発生装置の特徴は、前記第1電極の表面の少なくとも一部の領域に複数の尖頭部が形成され、前記尖頭部の高さをHとし、前記隣り合う尖頭部の先端間のピッチをPとしたとき、H/P≧0.5の関係が成立することにある。この場合、H≧50μmの関係が成立することが好適である。 The electric field generator according to the present invention is characterized in that a plurality of pointed heads are formed in at least a part of the surface of the first electrode, the height of the pointed heads is H, and the adjacent pointed heads When the pitch between the tips of P is P, the relationship of H / P ≧ 0.5 is established. In this case, it is preferable that the relationship of H ≧ 50 μm is established.
なお、係る2つの関係は、前記領域内における全ての部位で成立することが最も好ましいが、前記領域内における一部の部位のみで成立していてもよい。また、前記領域に対応する表面(前記複数の尖頭部が形成される基面)は、平面であっても曲面であってもよい。また、前記第1電極は棒形状、円柱形状、錐形状、又は、針形状などを呈し、前記第1電極の前記第2電極と対向する側の端面である平面の上に前記複数の尖頭部が形成されることが好適である。 It is most preferable that the two relations are established at all the sites in the region, but the relationship may be established only at some sites in the region. The surface corresponding to the region (the base surface on which the plurality of pointed heads are formed) may be a flat surface or a curved surface. The first electrode has a rod shape, a columnar shape, a cone shape, a needle shape, or the like, and the plurality of cusps are formed on a plane that is an end surface of the first electrode facing the second electrode. It is preferable that the part is formed.
本発明者は、上記構成に係る第1電極の表面の形状は、複数の尖頭部のそれぞれの先端近傍の空間において急激な電位の変化(従って、強い電界)を同時に得るのに好適な形状であることを見出した。この点についての詳細は後述する。即ち、上記構成によれば、多数の箇所にて同時に略均一な強い電界を発生させることができる。この結果、多数の箇所にて同時に略均一なプラズマを生成することが可能となる。 The inventor has a shape of the surface of the first electrode according to the above configuration that is suitable for simultaneously obtaining an abrupt potential change (and hence a strong electric field) in the space near the tips of each of the plurality of cusps. I found out. Details of this point will be described later. That is, according to the above configuration, a substantially uniform strong electric field can be generated simultaneously at a number of locations. As a result, it is possible to generate substantially uniform plasma at a number of locations simultaneously.
上記本発明に係る電界発生装置においては、前記複数の尖頭部の高さは、対応する前記尖頭部の位置が前記領域の中央部から前記領域の外縁部に移動するにつれて小さくなるように構成されることが好適である。 In the electric field generator according to the present invention, the height of the plurality of cusps is reduced as the position of the corresponding cusp moves from the center of the region to the outer edge of the region. It is preferable to be configured.
後に詳述するが、大略的には、「尖頭部の高さが小さいほど尖頭部先端近傍の電界が弱くなる」、且つ、「尖頭部の位置が前記領域における外縁部に近いほど尖頭部先端近傍の電界が強くなる」という傾向がある。これらの点を鑑みると、尖頭部の位置が前記領域の中央部から前記領域の外縁部に移動するにつれて尖頭部の高さを小さくすると、複数の尖頭部の高さが一定の場合と比べて、複数の尖頭部のそれぞれの先端近傍の電界の強さをより均一化することができる。上記構成は係る知見に基づく。 As will be described in detail later, generally, “the smaller the height of the cusp, the weaker the electric field near the tip of the cusp”, and “the closer the position of the cusp is to the outer edge in the region, There is a tendency that the electric field near the tip of the pointed head becomes stronger. In view of these points, when the height of the cusp is reduced as the position of the cusp moves from the center of the region to the outer edge of the region, the height of the plurality of cusps is constant As compared with, the strength of the electric field in the vicinity of the tip of each of the plurality of cusps can be made more uniform. The above configuration is based on such knowledge.
この場合、前記複数の隣り合う尖頭部の先端間のピッチも、対応する前記ピッチの位置が前記領域の中央部から前記領域の外縁部に移動するにつれて小さくなるように構成されることが好適である。これによれば、前記領域内における尖頭部の数を増やすことができる。即ち、略均一な強い電界が得られる箇所を増やすことができる。 In this case, it is preferable that the pitch between the tips of the plurality of adjacent cusps is also configured to decrease as the position of the corresponding pitch moves from the central portion of the region to the outer edge portion of the region. It is. According to this, the number of pointed heads in the region can be increased. That is, the number of places where a substantially uniform strong electric field can be obtained can be increased.
上記のように対応する前記尖頭部の位置及び対応する前記ピッチの位置が前記領域の中央部から前記領域の外縁部に移動するにつれて前記複数の尖頭部の高さ及び前記ピッチが小さくなるように構成される場合であって、且つ、棒形状を呈する前記第1電極の端面(平面)の上に前記複数の尖頭部が形成されている場合について考える。この場合、前記尖頭部の高さ及び前記ピッチは、対応する前記尖頭部の位置及び対応する前記ピッチの位置が前記領域の外縁部側の隣りの位置に移動する毎に5〜50%の割合、好ましくは5〜25%の割合で減少していくように構成されることが好適である。 As described above, the height of the plurality of cusps and the pitch become smaller as the position of the corresponding cusp and the corresponding position of the pitch move from the center of the region to the outer edge of the region. Consider the case where the plurality of pointed heads are formed on the end surface (plane) of the first electrode having a rod shape. In this case, the height and the pitch of the cusp are 5% to 50% each time the position of the corresponding cusp and the corresponding position of the pitch move to an adjacent position on the outer edge side of the region. It is suitable that it is configured to decrease at a rate of 5%, preferably 5 to 25%.
加えて、この場合、前記複数の尖頭部が形成される前記領域が前記平面の中央部に存在し且つ前記平面の外縁部には存在せず、前記平面の中央から前記平面の外縁までの距離をLとし、前記平面の中央から前記領域の外縁までの距離をBとしたとき、0.3≦B/L≦0.9の関係が成立することが好適である。これは、平面の中央部から平面の外縁部に亘って尖頭部が形成されると、平面の外縁部の尖頭部先端近傍の電界が、平面の中央部の尖頭部先端近傍の電界と比べて極端に強くなることに基づく。即ち、尖頭部の高さを小さくすることによる上述した「電界の強さの低減効果」を利用して平面の外縁部の尖頭部先端近傍の電界の強さを低減しようとしても、平面の中央部の尖頭部先端近傍の電界の強さと同程度まで低減することができない。 In addition, in this case, the region where the plurality of pointed heads are formed exists in the center of the plane and does not exist in the outer edge of the plane, and extends from the center of the plane to the outer edge of the plane. When the distance is L and the distance from the center of the plane to the outer edge of the region is B, it is preferable that the relationship of 0.3 ≦ B / L ≦ 0.9 is established. This is because when an apex is formed from the center of the plane to the outer edge of the plane, the electric field near the apex of the apex of the outer edge of the plane becomes an electric field near the apex of the apex of the center of the plane. Based on becoming extremely strong compared to. That is, even if an attempt is made to reduce the strength of the electric field in the vicinity of the tip of the cusp at the outer edge of the plane by utilizing the above-mentioned “electric field strength reducing effect” by reducing the height of the cusp, Cannot be reduced to the same level as the electric field strength in the vicinity of the tip of the cusp at the central portion.
以上、第1電極の表面の形状に着目しながら、多数の箇所にて同時に略均一な強い電界を発生させるために好適な条件について述べてきた。この条件に加えて、以下の条件が成立するように第2電極が第1電極に対して配置・構成されると更に好適である。その条件とは、「前記複数の尖頭部のそれぞれの先端と前記第2電極との間のそれぞれの最短距離のうち最大値・最小値をそれぞれDmax,Dminとしたとき、1≦Dmax/Dmin≦1.3の関係が成立すること」である。 As described above, while focusing on the shape of the surface of the first electrode, conditions suitable for generating a substantially uniform strong electric field at a number of locations simultaneously have been described. In addition to this condition, it is more preferable that the second electrode is arranged and configured with respect to the first electrode so that the following condition is satisfied. The condition is “1 ≦ Dmax / Dmin, where Dmax and Dmin are the maximum value and the minimum value, respectively, of the shortest distances between the tips of the plurality of cusps and the second electrode. The relationship of ≦ 1.3 is established ”.
各尖頭部の先端近傍の電界の強さは、その尖頭部先端と第2電極との間の最短距離に大きく依存する。従って、上記構成のように、複数の尖頭部のそれぞれの先端と第2電極との間のそれぞれの最短距離に大きな差異がない状態では、大きな差異がある状態と比べて、複数の尖頭部のそれぞれの先端近傍の電界の強さをより均一化することができる。 The strength of the electric field in the vicinity of the tip of each cusp depends greatly on the shortest distance between the tip of the cusp and the second electrode. Therefore, as in the above configuration, in the state where there is no large difference in the shortest distances between the respective tips of the plurality of peak portions and the second electrode, the plurality of peak points is compared with the state where there is a large difference. The strength of the electric field in the vicinity of each tip of the part can be made more uniform.
ところで、前記第1電極の前記複数の尖頭部の材質は単結晶からなる導電性セラミックスであることが好適である。この場合、前記単結晶からなる導電性セラミックスとして、例えば、単結晶からなる炭化ケイ素SiCが使用され得る。 By the way, it is preferable that the material of the plurality of pointed portions of the first electrode is a conductive ceramic made of a single crystal. In this case, for example, silicon carbide SiC made of a single crystal can be used as the conductive ceramic made of the single crystal.
複数の尖頭部の材質が金属(例えば、SUS材)の場合、装置の長時間使用後において、尖頭部の先端部のみが消耗して尖頭部先端の尖度が大きく低下する傾向がある。尖頭部先端の尖度が低下すると、尖頭部先端近傍の電界の強さが低下する。これに対し、複数の尖頭部の材質が単結晶からなる導電性セラミックスである場合、金属(例えば、SUS材)の場合と比較して、装置の長時間使用後においても尖頭部先端の尖度が低下し難い。これは、装置の長時間使用後において、単結晶に基づく異方性エッチング作用によって尖頭部の全体形状が相似的に小さくなっていくことに基づく。従って、複数の尖頭部の材質として単結晶からなる導電性セラミックスを使用することにより、装置の長時間使用後における尖頭部先端近傍の電界の強さの低下を抑制することができる。 When the material of the plurality of cusps is metal (for example, SUS material), after using the device for a long time, only the tip of the cusp tends to be consumed, and the kurtosis at the tip of the cusp tends to decrease greatly. is there. When the kurtosis at the tip of the cusp decreases, the strength of the electric field near the tip of the cusp decreases. On the other hand, when the material of the plurality of cusps is a conductive ceramic made of a single crystal, compared to the case of metal (for example, SUS material), the tip of the cusp tip is also used after a long period of use of the device. The kurtosis is difficult to decrease. This is based on the fact that the overall shape of the pointed head is similarly reduced by an anisotropic etching action based on a single crystal after the device has been used for a long time. Therefore, by using conductive ceramics made of a single crystal as the material of the plurality of pointed heads, it is possible to suppress a reduction in the strength of the electric field near the tip of the pointed head after the device has been used for a long time.
(構成)
図1は、本発明の実施形態に係る電界発生装置又はプラズマ生成装置の全体構成を示す。この装置は、取付部10と、電源20とを備える。取付部10は、本体11と、本体11に固定された第1電極12(例えば、陽極)とを備える。本体11は、例えば、略円筒状を呈する。第1電極12は、例えば、棒状を呈するとともに本体11に同軸的に固定される。
(Constitution)
FIG. 1 shows an overall configuration of an electric field generator or a plasma generator according to an embodiment of the present invention. This apparatus includes a mounting portion 10 and a power source 20. The attachment portion 10 includes a main body 11 and a first electrode 12 (for example, an anode) fixed to the main body 11. The main body 11 has a substantially cylindrical shape, for example. The first electrode 12 has, for example, a rod shape and is coaxially fixed to the main body 11.
本体11は、例えば、気相反応器の壁面からの突出部(図示せず)に固設される。この場合、第2電極30(例えば、陰極)として、前記気相反応器の内壁が使用され得る。 The main body 11 is fixed to, for example, a protrusion (not shown) from the wall surface of the gas phase reactor. In this case, the inner wall of the gas phase reactor can be used as the second electrode 30 (for example, the cathode).
第1電極12は、本体11に固定された棒状の基部12aと、基部12aの先端に貼り付けられたチップ12bと、から構成される。基部12aは金属により構成される。チップ12bは、金属により構成されてもよいが、後述するように「単結晶からなる導電性セラミックス」により構成されると好適である。 The first electrode 12 includes a rod-like base portion 12a fixed to the main body 11 and a chip 12b attached to the tip of the base portion 12a. The base 12a is made of metal. The chip 12b may be made of metal, but is preferably made of “conductive ceramic made of a single crystal” as described later.
図2〜図4に示すように、チップ12bの平面(貼り付け面と反対の面、第1電極12の第2電極30と対向する側の端面に相当する)には、多数の尖頭部が形成されている。本例では、チップ12bの平面形状(図3を参照)は正方形(一辺:3mm)である。チップ12bの平面の全領域に亘って15×15本の同形の尖頭部が、中心Oを通り且つ互いに直交する対称線C1−C1、C2−C2のそれぞれに対して線対称にマトリクス状に整列・配置されている。本例では、各尖頭部は、チップ12bの平面と垂直の方向に突出する四角錐状を呈している。 As shown in FIGS. 2 to 4, a large number of cusps are formed on the plane of the chip 12 b (the surface opposite to the attachment surface, corresponding to the end surface of the first electrode 12 facing the second electrode 30). Is formed. In this example, the planar shape (see FIG. 3) of the chip 12b is a square (one side: 3 mm). Over the entire area of the plane of the chip 12b, 15 × 15 identical cusp portions pass through the center O and are symmetrical with respect to each of the symmetry lines C1-C1 and C2-C2 in a matrix. Aligned and arranged. In this example, each pointed head has a quadrangular pyramid shape protruding in a direction perpendicular to the plane of the chip 12b.
電源20は、周知のパルス電源、或いは、周知のRF電源である。電源20は、第1電極12と電気的に接続されている。電源20によって第1電極12に電圧を印加することにより、第1電極12の先端部に位置するチップ12bと第2電極30との間に電位差が与えられる。この結果、チップ12bと第2電極30との間の空間に電界が形成される。 The power source 20 is a well-known pulse power source or a well-known RF power source. The power source 20 is electrically connected to the first electrode 12. By applying a voltage to the first electrode 12 by the power supply 20, a potential difference is applied between the chip 12 b located at the tip of the first electrode 12 and the second electrode 30. As a result, an electric field is formed in the space between the chip 12b and the second electrode 30.
本例のようにチップ12bの平面に多数の尖頭部が形成されている場合、多数の尖頭部のそれぞれの先端近傍の空間において急激な電位の変化が得られる。電界の強さ(電界強度)は電位の勾配と等しい。従って、チップ12bと第2電極30との間の空間においては、多数の尖頭部のそれぞれの先端近傍にて特に強い電界が得られる。即ち、多数の箇所にて同時に略均一な強い電界を発生させることができる。 When a large number of pointed heads are formed on the plane of the chip 12b as in this example, an abrupt change in potential is obtained in the space near the tips of the number of pointed heads. The strength of the electric field (electric field strength) is equal to the potential gradient. Therefore, in the space between the tip 12b and the second electrode 30, a particularly strong electric field can be obtained in the vicinity of the tips of the many cusps. That is, a substantially uniform strong electric field can be generated simultaneously at a number of locations.
電界の強さが或るレベルを超える部分ではプラズマ(電離状態)が生成され得る。従って、本例では、多数の尖頭部のそれぞれの先端近傍にて同時に略均一なプラズマ領域が生成され得る。換言すれば、多数の箇所にて同時に略均一なプラズマ領域を生成することができる。各尖頭部の先端近傍にてプラズマ領域がそれぞれ生成されると、各プラズマ領域はそれぞれ第2電極30に向けて成長していく。この成長過程におけるプラズマ領域の集合体をストリーマとも呼ぶ。各ストリーマが第2電極に達すると、広範囲に放電が生じる。この放電をストリーマ放電と呼ぶ。 A plasma (ionization state) can be generated in a portion where the strength of the electric field exceeds a certain level. Therefore, in this example, a substantially uniform plasma region can be generated at the same time in the vicinity of the tips of a large number of pointed heads. In other words, a substantially uniform plasma region can be generated simultaneously at a number of locations. When a plasma region is generated in the vicinity of the tip of each cusp, each plasma region grows toward the second electrode 30. An aggregate of plasma regions in this growth process is also called a streamer. When each streamer reaches the second electrode, discharge occurs over a wide area. This discharge is called streamer discharge.
このように、多数の箇所にてストリーマ放電が略同時に発生する。そして、これら多数のストリーマ放電を起点として、気相反応器に供給される原料となる化学種の活性化が促進される。このことは、反応速度の増加、生成物の収率の向上、反応雰囲気の制御性向上など、種々の有益な作用・効果をもたらす。 In this way, streamer discharges occur almost simultaneously at a number of locations. Then, starting from these many streamer discharges, activation of chemical species that are raw materials supplied to the gas phase reactor is promoted. This brings about various beneficial effects such as an increase in reaction rate, an improvement in product yield, and an improvement in controllability of the reaction atmosphere.
(尖頭部の高さとピッチとの間の好ましい関係)
本例のように、第2電極30と対向する第1電極12の先端部(本例では、チップ12b)の端面(平面)に多数の尖頭部が形成される場合を想定する。以下、図5に示すように、チップ12bの平面(基面)から尖頭部の先端までの距離をHとし、隣り合う尖頭部の先端間の距離(ピッチ)をPとする。
(Preferred relationship between the height of the cusp and the pitch)
As in this example, a case is assumed in which a large number of pointed heads are formed on the end surface (plane) of the distal end portion (in this example, the chip 12b) of the first electrode 12 facing the second electrode 30. Hereinafter, as shown in FIG. 5, the distance from the plane (base surface) of the chip 12b to the tip of the cusp is H, and the distance (pitch) between the tips of adjacent cusps is P.
本発明者は、多数の尖頭部のそれぞれの先端近傍にて同時に略均一なプラズマを発生するのに好適な第1電極12の表面の形状を探るため、即ち、多数の尖頭部のそれぞれの先端近傍にて同時に略均一な強い電界を発生するのに好適な第1電極12の表面の形状を探るため、尖頭部の高さHとピッチPとの関係に着目した。 The present inventor searches for the shape of the surface of the first electrode 12 suitable for generating substantially uniform plasma at the same time in the vicinity of the tips of each of a large number of cusps, that is, In order to find the shape of the surface of the first electrode 12 suitable for generating a substantially uniform strong electric field at the same time in the vicinity of the tip of the head, attention was paid to the relationship between the height H of the apex and the pitch P.
値「H/P」が異なる複数のチップ12b(ピッチPが同じで高さHが異なる)のそれぞれの場合について、尖頭部の先端近傍の電界をシミュレーションにより計算した。このシミュレーションでは、第1電極12の各尖頭部は、細長い円柱状とされた。ピッチPは188μmで一定とした。第1電極12には20kVの一定電圧が印加された。即ち、第1電極12の表面(チップ12bの基面及び尖頭部)は全て20kVの等電位である(第1電極12と第2電極30との電位差は20kVである)。第2電極30としては、図9に示すように、回転対称形状のものが使用された。チップ12bと第2電極30との配置関係は図9に示す通りである。 For each of a plurality of chips 12b having different values “H / P” (the pitch P is the same and the height H is different), the electric field in the vicinity of the tip of the pointed head was calculated by simulation. In this simulation, each cusp of the first electrode 12 has an elongated cylindrical shape. The pitch P was constant at 188 μm. A constant voltage of 20 kV was applied to the first electrode 12. That is, the surface of the first electrode 12 (the base surface and the tip of the tip 12b) are all at an equipotential of 20 kV (the potential difference between the first electrode 12 and the second electrode 30 is 20 kV). As the second electrode 30, as shown in FIG. 9, a rotationally symmetric one was used. The arrangement relationship between the chip 12b and the second electrode 30 is as shown in FIG.
図6は、尖頭部の高さHと、尖頭部先端近傍の電界強度との関係を示す。図6から理解できるように、高さHが100μm(H/P=0.53)以上の場合、電界強度が十分に高い。このことから、H/Pの下限として「0.5」を採用した。 FIG. 6 shows the relationship between the height H of the cusp and the electric field strength near the tip of the cusp. As can be understood from FIG. 6, when the height H is 100 μm (H / P = 0.53) or more, the electric field strength is sufficiently high. Therefore, “0.5” was adopted as the lower limit of H / P.
また、前記モデルにて隣り合う尖頭間の電位分布をシミュレーションにより計算した。図7は、尖頭部の高さHと、等電位面窪み深さとの関係を示す。「等電位面窪み深さ」とは、隣り合う尖頭間の中点を通り且つチップの底面(基面)に垂直な線分上にて電位が印加電圧の99%になる位置と、尖頭部の先端と、の高低差である。換言すれば、「等電位面窪み深さ」は、「等電位面の下方への窪み度合」を表すものである。後述するように、この値は尖頭部の先端近傍の電界の強さを表す指標となる。 In addition, the potential distribution between adjacent peaks in the model was calculated by simulation. FIG. 7 shows the relationship between the height H of the cusp and the equipotential surface depression depth. “Equipotential surface recess depth” means a position where the potential becomes 99% of the applied voltage on a line segment passing through the midpoint between adjacent cusps and perpendicular to the bottom surface (base surface) of the chip. This is the difference in height from the tip of the head. In other words, “equipotential surface depression depth” represents “the degree of depression below the equipotential surface”. As will be described later, this value is an index representing the strength of the electric field in the vicinity of the tip of the cusp.
図7から理解できるように、尖頭部の高さHの増加に対する「等電位面窪み深さ」の増加の割合、即ち、尖頭部の高さHの増加に対する「尖頭部の先端近傍の電界の強さの増加度合」は、高さHが300μm(H/P=1.60)付近にて大きく減少する。このことから、H/Pに上限を設けることが好ましい、と考えられる。 As can be understood from FIG. 7, the ratio of the increase in the “equipotential surface recess depth” to the increase in the height H of the cusp, that is, “near the tip of the cusp relative to the increase in the height H of the cusp The degree of increase in the electric field strength ”greatly decreases when the height H is around 300 μm (H / P = 1.60). From this, it is considered preferable to provide an upper limit for H / P.
上述した「H/P≧0.5」の根拠を他の観点から検証する。値「H/P」が異なる4種類のチップ12b(ピッチPが同じで高さHが異なる)のそれぞれの場合について、尖頭部の先端近傍の電位分布をシミュレーションにより計算した。図8はその結果を示す。 The grounds of “H / P ≧ 0.5” described above are verified from other viewpoints. For each of the four types of chips 12b having different values “H / P” (the pitch P is the same and the height H is different), the potential distribution in the vicinity of the tip of the cusp is calculated by simulation. FIG. 8 shows the result.
図8(a)〜(d)から理解できるように、各尖頭部の先端近傍の空間において急激な電位の変化がみられる。即ち、各尖頭部の先端近傍の空間において強い電界が発生している。ここで、尖頭部の先端近傍の電界の強さを表わす指標として、隣り合う尖頭部先端の間の空間に形成される「等電位面の下方への窪み度合」が採用され得る。即ち、「等電位面の下方への窪み度合」が大きいほど、尖頭部の先端近傍の空間の電位の変化が急激である、即ち、尖頭部の先端近傍の空間の電界の強さが大きい、と考えることができる。 As can be understood from FIGS. 8A to 8D, a rapid change in potential is observed in the space near the tip of each pointed head. That is, a strong electric field is generated in the space near the tip of each cusp. Here, as an index representing the strength of the electric field in the vicinity of the tip of the cusp, “the degree of depression below the equipotential surface” formed in the space between the tips of adjacent cusps can be employed. That is, the greater the “degree of depression below the equipotential surface”, the more sudden the potential change in the space near the tip of the cusp, that is, the stronger the electric field strength in the space near the tip of the cusp. It can be considered large.
図8(a)〜(d)から理解できるように、図8(c)より図8(b)、図8(b)より図8(a)の方が「等電位面の下方への窪み度合」が小さい。従って、大略的には、「尖頭部の高さが小さいほど(即ち、H/Pが小さいほど)、等電位面の下方への窪み度合いが小さくなる」、即ち、「尖頭部の高さが小さいほど(即ち、H/Pが小さいほど)、尖頭部の先端近傍の電界が弱くなる」ということができる。これは、尖頭部の高さが小さいほど(即ち、H/Pが小さいほど)、隣り合う尖頭部先端の間の空間が「高電位であるチップ12bの基面」に近くなることによって隣り合う尖頭部先端の間の等電位面が上方へ押し上げられることに基づく、と考えられる。 As can be understood from FIGS. 8A to 8D, FIG. 8B shows a lower dent below the equipotential surface than FIG. 8B and FIG. 8B shows FIG. "Degree" is small. Accordingly, generally speaking, “the smaller the height of the peak (ie, the smaller H / P), the smaller the degree of depression below the equipotential surface”, that is, “the height of the peak. It can be said that the smaller the value is (that is, the smaller the H / P is), the weaker the electric field near the tip of the pointed head is. This is because the smaller the height of the cusp (ie, the smaller H / P), the closer the space between the tips of adjacent cusps is closer to the “base surface of the chip 12b having a high potential”. It is considered that the equipotential surface between adjacent tips is pushed upward.
図8(a)から理解できるように、H/Pが0.27程度まで小さくなると、隣り合う尖頭部先端の間の空間に形成される等電位面が水平に近づく。このことは、H/Pの下限として「0.5」を採用した第2の根拠となり得る。 As can be understood from FIG. 8A, when the H / P is reduced to about 0.27, the equipotential surface formed in the space between the adjacent tips of the cusps approaches horizontal. This can be a second basis for adopting “0.5” as the lower limit of H / P.
一方、図8(c)と図8(d)との比較から理解できるように、H/Pが1.6程度より大きい範囲では、尖頭部の高さを増大しても(即ち、H/Pを増大しても)、「等電位面の下方への窪み度合」が増大しない。換言すれば、H/Pが1.6程度より大きい範囲では、尖頭部の高さを増大すると(即ち、H/Pを増大すると)、隣り合う尖頭部の間の空間(特に、隣り合う尖頭部根元部側の間の空間)において尖頭部先端近傍での強電界の発生に寄与しない無駄な領域が増える。加えて、尖頭部の高さが大きくなるほど、振動等に対して尖頭部が弱い構造となり得る。このことは、H/Pに上限を設けることが好ましいことの第2の根拠となり得る。 On the other hand, as can be understood from the comparison between FIG. 8C and FIG. 8D, in the range where H / P is larger than about 1.6, the height of the apex is increased (that is, H / P is increased). Even if / P is increased), “the degree of depression below the equipotential surface” does not increase. In other words, in the range where H / P is larger than about 1.6, when the height of the cusp is increased (that is, when H / P is increased), the space between adjacent cusps (especially adjacent In the space between the matching apex root portions), useless areas that do not contribute to the generation of a strong electric field near the apex of the apex increase. In addition, as the height of the pointed head increases, a structure in which the pointed head is weak against vibration or the like can be obtained. This can be a second basis that it is preferable to set an upper limit for H / P.
本発明者は、原則的には、Hの大小にかかわらず、H/P≧0.5の関係が成立する限りにおいて、多数の尖頭部のそれぞれの先端近傍にて同時に略均一な強い電界が発生することを確認している。ただし、H≦50μmでは、H/P≧0.5の関係が成立していても、隣り合う尖頭部先端の間の空間に形成される等電位面が水平に近づくことも確認している。これは、H≦50μmでは、H/Pの値にかかわらず、上述した「高電位であるチップ12bの基面による等電位面の押し上げ効果」が強く作用することに基づく、と考えられる。 In principle, the present inventor, regardless of the magnitude of H, as long as the relationship of H / P ≧ 0.5 is established, a strong electric field that is substantially uniform at the same time in the vicinity of the tips of a large number of cusps. Has been confirmed to occur. However, when H ≦ 50 μm, even if the relationship of H / P ≧ 0.5 is established, it has been confirmed that the equipotential surface formed in the space between the adjacent tips of the cusps approaches horizontal. . This is considered to be based on the fact that, when H ≦ 50 μm, the above-described “effect of pushing up the equipotential surface by the base surface of the chip 12b having a high potential” acts strongly regardless of the value of H / P.
以上、整理すると、H≧50μm、且つ、H/P≧0.5という関係が成立するとき、多数の尖頭部のそれぞれの先端近傍にて同時に略均一な強い電界を発生するのに(即ち、略均一なプラズマを生成するのに)好適な第1電極12の表面の形状が得られる。なお、上記関係は、チップ12bの平面(基面)における全ての部位で成立することが最も好ましいが、同平面(基面)における一部の部位のみで成立していてもよい。 As described above, when the relationship of H ≧ 50 μm and H / P ≧ 0.5 is established, a substantially uniform strong electric field is generated near the tips of each of a large number of pointed heads (that is, A suitable surface shape of the first electrode 12 can be obtained (to generate a substantially uniform plasma). The above relationship is most preferably established in all the parts on the plane (base surface) of the chip 12b, but may be established only in a part of the parts on the plane (base surface).
(尖頭部の先端近傍の電界の強さの分布)
次に、チップ12bの平面の中心Oから外縁までの区間(図5に示す区間、図3の5−5線を参照)に存在するそれぞれの尖頭部の先端近傍の電界の強さの分布をシミュレーションにより計算した。先ずは、チップの実施例Aとして、図2〜図5に示すように、チップ12bの平面の全領域に亘って15×15本の尖頭部が対称線C1−C1、C2−C2(図3を参照)のそれぞれに対して線対称にマトリクス状に整列・配置され、且つ、チップ12bの平面の中心Oから外縁までの区間内においてHとPが全て等しいチップ(平面形状が一辺3mmの正方形)が採用された。チップ12bの平面上の全ての尖頭部に対して、H≧50μm、且つ、H/P≧0.5という関係が成立している。
(Electric field strength distribution near the tip of the cusp)
Next, the electric field strength distribution in the vicinity of the tip of each pointed head existing in the section from the center O of the plane of the chip 12b to the outer edge (section shown in FIG. 5, see line 5-5 in FIG. 3). Was calculated by simulation. First, as Example A of the chip, as shown in FIGS. 2 to 5, 15 × 15 pointed heads are symmetrical lines C1-C1, C2-C2 (see FIG. Chips that are aligned and arranged in a matrix in line symmetry with respect to each of the two chips (see 3), and H and P are all equal in the section from the center O of the plane of the chip 12b to the outer edge (the plane shape is 3 mm on a side) Square). The relationship of H ≧ 50 μm and H / P ≧ 0.5 holds for all the cusps on the plane of the chip 12b.
第2電極30としては、上述と同様、図9に示すように、回転対称形状のものが使用された。チップ12bと第2電極30との配置関係は図9に示す通りである。チップ12b(第1電極12、陽極)には20kVの一定電圧が印加された。即ち、チップ12b(第1電極12)と第2電極30(陰極)との電位差は20kVである。 As the second electrode 30, as shown in FIG. 9, one having a rotationally symmetric shape was used. The arrangement relationship between the chip 12b and the second electrode 30 is as shown in FIG. A constant voltage of 20 kV was applied to the chip 12b (first electrode 12, anode). That is, the potential difference between the chip 12b (first electrode 12) and the second electrode 30 (cathode) is 20 kV.
実施例Aについてのシミュレーション結果を図10にて丸いドットで示す。図10から理解できるように、チップ12bの平面の中心Oから外縁までの区間内において尖頭部の高さHとピッチPが全て等しい場合、「尖頭部の位置がチップ12bの中心Oから外縁に近づくほど尖頭部先端近傍の電界が強くなる」という傾向がみられる。これは、尖頭部先端の位置がチップ12bの外縁に近いほど、その尖頭部の先端の周囲に存在する「高電位である尖頭部先端」の数(即ち、その尖頭部の先端近傍の電界を弱める方向に影響を与える物体の数)が相対的に減少することにより、その尖頭部から発生する電気力線が第2電極30の最も近い部位に向けて直線的に延び易くなり、この結果、その尖頭部の先端近傍の空間の電位の勾配が大きくなることに基づく、と考えられる。 The simulation results for Example A are indicated by round dots in FIG. As can be understood from FIG. 10, when the height H and the pitch P of the cusp are all equal in the section from the center O of the plane of the chip 12b to the outer edge, “the position of the cusp is from the center O of the chip 12b. There is a tendency that the electric field near the tip of the cusp becomes stronger as it approaches the outer edge. This is because the closer the tip of the tip 12b is to the outer edge of the chip 12b, the number of “tips with high potential” existing around the tip of the tip (ie, the tip of the tip). (The number of objects that affect the direction in which the electric field in the vicinity is weakened) relatively decreases, so that the electric lines of force generated from the pointed head easily extend linearly toward the closest part of the second electrode 30. As a result, it is considered that the gradient of the potential in the space near the tip of the pointed head is increased.
以下、チップ12bの平面の中心Oから外縁までの区間に存在する尖頭部のそれぞれの先端近傍の電界の強さの分布を実施例Aよりも均一にすることを考える。このためには、チップ12bの平面の外縁側に存在する尖頭部の先端近傍の電界を弱める必要がある。ここで、上述したように、「尖頭部の高さが小さいほど、尖頭部の先端近傍の電界が弱くなる」という傾向がある。この傾向を鑑みると、尖頭部の位置がチップ12bの平面の中心Oから外縁に移動するにつれて尖頭部の高さを小さくすると、実施例Aと比べて、複数の尖頭部のそれぞれの先端近傍の電界の強さをより均一化することができる、と考えられる。 In the following, it is considered that the electric field strength distribution in the vicinity of the tip of each pointed head existing in the section from the center O of the plane of the chip 12b to the outer edge is made more uniform than in the embodiment A. For this purpose, it is necessary to weaken the electric field in the vicinity of the tip of the pointed head existing on the outer edge side of the flat surface of the chip 12b. Here, as described above, there is a tendency that “the smaller the height of the peak, the weaker the electric field near the tip of the peak is”. In view of this tendency, when the height of the cusp is reduced as the position of the cusp moves from the center O of the plane of the chip 12b to the outer edge, each of the plurality of cusps is compared with Example A. It is considered that the electric field strength near the tip can be made more uniform.
加えて、図10の丸いドットの分布から理解できるように、チップ12bの平面の外縁部近傍の尖頭部先端近傍の電界は、チップ12bの平面の中央部の尖頭部先端近傍の電界と比べて極端に強くなる。この傾向を鑑みると、尖頭部の高さを小さくすることによる上述した「電界の強さの低減効果」を利用してチップ12bの平面の外縁部の尖頭部先端近傍の電界の強さを低減しようとしても、チップ12bの平面の中央部の尖頭部先端近傍の電界の強さと同程度まで低減することができない、と考えられる。換言すれば、尖頭部のそれぞれの先端近傍の電界の強さの分布を極めて均一にするためには、チップ12bの平面の外縁部近傍には尖頭部を敢えて形成しないことが好ましい、と考えられる。 In addition, as can be understood from the distribution of round dots in FIG. 10, the electric field in the vicinity of the tip of the tip near the outer edge of the plane of the chip 12b is the electric field in the vicinity of the tip of the tip in the center of the plane of the chip 12b. Compared to extreme strength. In view of this tendency, the strength of the electric field in the vicinity of the tip of the tip of the outer edge of the plane of the chip 12b using the above-mentioned “effect of reducing the strength of the electric field” by reducing the height of the tip. Even if it is going to reduce, it is thought that it cannot reduce to the same level as the strength of the electric field in the vicinity of the tip of the tip of the center of the chip 12b. In other words, in order to make the distribution of the electric field strength in the vicinity of each tip of the pointed head extremely uniform, it is preferable not to form the pointed head in the vicinity of the outer edge of the plane of the chip 12b. Conceivable.
以上のことから、チップの実施例Bとして、図5に対応する図11に示すように、チップ12bの平面の外縁部を除く領域(以下、「尖頭部形成領域」と呼ぶ)に亘って15×15本の尖頭部がC1−C1、C2−C2(図3を参照)のそれぞれに対して線対称にマトリクス状に整列・配置され、且つ、HとPの位置が外縁部側の隣りの位置に移動する毎にHとPが所定の割合で減少していくチップ(平面形状が一辺3mmの正方形)が採用された。チップ12bの平面上の尖頭部形成領域内の全ての尖頭部に対して、H≧50μm、且つ、H/P≧0.5という関係が成立している。 From the above, as Example B of the chip, as shown in FIG. 11 corresponding to FIG. 5, it covers the area excluding the outer edge of the plane of the chip 12b (hereinafter referred to as “pointed head forming area”). 15 × 15 pointed heads are arranged and arranged in a matrix symmetrically with respect to C1-C1 and C2-C2 (see FIG. 3), and the positions of H and P are on the outer edge side. A chip (a square whose planar shape is 3 mm on a side) in which H and P are decreased at a predetermined rate each time it moves to an adjacent position was adopted. The relationship of H ≧ 50 μm and H / P ≧ 0.5 is established for all the cusps in the cusp formation region on the plane of the chip 12b.
実施例Bについてのシミュレーション結果を図10にて四角のドットで示す。第2電極30の形状、チップ12bと第2電極30との配置関係、並びに、チップ12bに印加された電圧の条件等は、実施例Aの場合と同じである。図10から理解できるように、実施例Bでは、チップ12bの平面上に存在する尖頭部のそれぞれの先端近傍の電界の強さの分布が極めて均一となる。 The simulation results for Example B are shown by square dots in FIG. The shape of the second electrode 30, the positional relationship between the chip 12b and the second electrode 30, the condition of the voltage applied to the chip 12b, and the like are the same as in the case of Example A. As can be understood from FIG. 10, in Example B, the distribution of the electric field strength in the vicinity of the tip of each pointed head existing on the plane of the chip 12b is extremely uniform.
本発明者は、この実施例Bについて、HとPの位置が外縁部側の隣りの位置に移動する毎にHとPが減少していく際のHとPの減少割合の好ましい範囲について考察した。この結果、尖頭部のそれぞれの先端近傍の電界の強さの分布を均一とするためには、この減少割合が5〜50%であると好ましいことが判明している。チップ12bに多数の尖頭部(例えば、10×10本以上の尖頭部)が形成される場合、前記減少割合が5〜25%であると更に好適である。 The present inventor considers a preferable range of the reduction ratio of H and P when H and P decrease each time the position of H and P moves to the adjacent position on the outer edge side. did. As a result, it has been found that this reduction ratio is preferably 5 to 50% in order to make the distribution of the electric field strength in the vicinity of each tip of the pointed head uniform. When a large number of cusps (for example, 10 × 10 or more cusps) are formed on the chip 12b, it is more preferable that the reduction ratio is 5 to 25%.
また、本発明者は、この実施例Bについて、12bの平面上における尖頭部形成領域の好ましい範囲について考察した。図11に示すように、チップ12bの平面の中心Oから前記平面の外縁までの距離をLとし、前記平面の中心Oから尖頭部形成領域の外縁までの距離をBとする。この結果、尖頭部のそれぞれの先端近傍の電界の強さの分布を均一とするためには、「0.3≦B/L≦0.9」という関係が成立することが好ましいことが判明している。 In addition, the inventor considered a preferable range of the apex formation region on the plane of 12b in Example B. As shown in FIG. 11, the distance from the center O of the plane of the chip 12b to the outer edge of the plane is L, and the distance from the center O of the plane to the outer edge of the pointed head forming region is B. As a result, it has been found that it is preferable that the relationship of “0.3 ≦ B / L ≦ 0.9” is satisfied in order to make the distribution of the electric field strength in the vicinity of the tip of each pointed head uniform. is doing.
(第2電極の配置・構成)
以上、チップ12b上の尖頭部のそれぞれの先端近傍の電界の強さの分布を均一とするために必要な条件について、「尖頭部の配置・形状」の観点から説明してきた。次に、このために必要な条件について、「第2電極30の配置・構成」の観点から簡単に説明する。一般に、チップ12bの平面上の各尖頭部の先端近傍の電界の強さは、その尖頭部先端と第2電極30との間の最短距離に大きく依存する。従って、複数の尖頭部のそれぞれの先端と第2電極との間のそれぞれの最短距離に大きな差異があることは好ましくない、と考えられる。
(Arrangement and configuration of second electrode)
As described above, the conditions necessary for making the distribution of the electric field strength in the vicinity of each tip of the tip on the tip 12b uniform have been described from the viewpoint of “arrangement / shape of the tip”. Next, conditions necessary for this will be briefly described from the viewpoint of “arrangement / configuration of second electrode 30”. In general, the strength of the electric field in the vicinity of the tip of each peak on the plane of the chip 12 b largely depends on the shortest distance between the tip of the peak and the second electrode 30. Therefore, it is considered that it is not preferable that there is a large difference in the shortest distances between the tips of the plurality of cusps and the second electrode.
以上のことから、複数の尖頭部のそれぞれの先端と第2電極30との間のそれぞれの最短距離のうち最大値・最小値をそれぞれDmax,Dminとすると、本発明者は、チップ12b上の尖頭部のそれぞれの先端近傍の電界の強さの分布を均一とするためには、「1≦Dmax/Dmin≦1.3」という関係が成立することが好ましい、と考えている。 From the above, assuming that the maximum value and the minimum value of the shortest distances between the tips of the plurality of pointed heads and the second electrode 30 are Dmax and Dmin, respectively, the present inventor In order to make the distribution of the electric field strength in the vicinity of the tip of each of the cusps of the head uniform, it is preferable that the relationship “1 ≦ Dmax / Dmin ≦ 1.3” is satisfied.
また、図12にて斜線領域で示すように、チップ12b(第1電極12の先端)の平面をチップ12bの平面に垂直の方向からみたとき、チップ12bの平面の外側の領域に第2電極30の少なくとも一部が存在していることが好適である。これにより、上述したストリーマ放電が形成される領域が広くなり、ストリーマ放電を広い範囲にて略同時に発生させることが可能となる。 In addition, as indicated by the hatched area in FIG. 12, when the plane of the chip 12b (tip of the first electrode 12) is viewed from the direction perpendicular to the plane of the chip 12b, the second electrode is formed in the area outside the plane of the chip 12b. It is preferred that at least a portion of 30 is present. Thereby, the region where the above-described streamer discharge is formed is widened, and streamer discharge can be generated substantially simultaneously in a wide range.
(尖頭部の材質)
以下、チップ12bの材質(即ち、尖頭部の材質)について付言する。チップ12bは、金属により構成され得る。しかしながら、尖頭部の材質が金属(例えば、SUS材)の場合、図13に示すように、装置の長時間使用後において、尖頭部の先端部のみが消耗して尖頭部先端の尖度が大きく低下する傾向がある。尖頭部先端の尖度が低下すると、尖頭部先端近傍の電界の強さが低下する。
(Pointed head material)
Hereinafter, the material of the chip 12b (that is, the material of the pointed head) will be additionally described. The chip 12b can be made of metal. However, when the material of the cusp is metal (for example, SUS material), as shown in FIG. 13, after the device has been used for a long time, only the tip of the cusp is consumed and the tip of the cusp The degree tends to decrease greatly. When the kurtosis at the tip of the cusp decreases, the strength of the electric field near the tip of the cusp decreases.
これに対し、チップ12bの材質が「単結晶からなる導電性セラミックス」であることが好ましい。「単結晶からなる導電性セラミックス」の一例としては、単結晶からなる炭化ケイ素SiCが使用され得る。 On the other hand, the material of the chip 12b is preferably “conductive ceramic made of a single crystal”. As an example of “conductive ceramic made of single crystal”, silicon carbide SiC made of single crystal can be used.
この場合、金属(例えば、SUS材)の場合と比べて、装置の長時間使用後においても尖頭部先端の尖度が低下し難い。これは、図14に示すように、装置の長時間使用後において、単結晶に基づく異方性エッチング作用によって尖頭部の全体形状が相似的に小さくなっていくからである。以上より、尖頭部の材質(チップ12bの材質)として「単結晶からなる導電性セラミックス」を使用することにより、装置の長時間使用後における尖頭部先端近傍の電界の強さの低下を抑制することができる。 In this case, compared with the case of metal (for example, SUS material), the kurtosis at the tip of the cusp is less likely to be lowered even after the device is used for a long time. This is because, as shown in FIG. 14, the overall shape of the pointed head is similarly reduced by the anisotropic etching action based on the single crystal after the device is used for a long time. From the above, by using “conductive ceramics made of single crystal” as the material of the pointed tip (material of the chip 12b), the strength of the electric field near the tip of the pointed tip after a long period of use of the device is reduced. Can be suppressed.
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、各尖頭部は、チップ12bの平面と垂直の方向に突出する四角錐状を呈しているが(図2〜図4等を参照)、各尖頭部は、円錐状であってもよいし、円柱形状、針形状、棒形状であってもよい。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, each pointed head has a quadrangular pyramid shape protruding in a direction perpendicular to the plane of the chip 12b (see FIGS. 2 to 4 and the like). It may be in the shape of a cylinder, a cylinder, a needle, or a bar.
また、上記実施形態では、チップ12bにおける複数の尖頭部が形成される基面は平面であるが、曲面(例えば、球面)等であってもよい。また、第1、第2電極12、30がそれぞれ陽極、陰極であるが、第1、第2電極12、30がそれぞれ陰極、陽極であってもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the base surface in which the some pointed head in the chip | tip 12b is formed is a plane, a curved surface (for example, spherical surface) etc. may be sufficient. In addition, although the first and second electrodes 12 and 30 are an anode and a cathode, respectively, the first and second electrodes 12 and 30 may be a cathode and an anode, respectively.
また、本発明は上記実施形態に限定されることなく、内燃機関用の点火装置、殺菌装置、オゾン発生装置、表面改質装置、空気清浄装置、気相反応促進装置等の電界発生に係る種々の装置に適用され得る。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various types relating to the generation of electric fields such as an ignition device for an internal combustion engine, a sterilizer, an ozone generator, a surface reformer, an air purifier, and a gas phase reaction accelerator. It can be applied to other devices.
また、上記実施形態のように、本発明に係る電界発生装置としては、プラズマ領域を生成するための強い電界を広範囲に亘って発生させる態様が主として想定されているが、プラズマ領域が生成されない程度に強い電界を広範囲に亘って発生させる態様も本発明に係る電界発生装置に含まれる。 Further, as in the above embodiment, the electric field generator according to the present invention is mainly assumed to generate a strong electric field for generating a plasma region over a wide range. However, the plasma region is not generated. A mode in which a strong electric field is generated over a wide range is also included in the electric field generator according to the present invention.
10…取付部、11…本体、12…第1電極、12a…基部、12b…チップ、20…電源、30…第2電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Attachment part, 11 ... Main body, 12 ... 1st electrode, 12a ... Base part, 12b ... Chip | tip, 20 ... Power supply, 30 ... 2nd electrode
Claims (9)
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加して、前記第1、第2電極の間の空間に電界を形成する電源と、
を備えた電界発生装置であって、
前記第1電極の表面の少なくとも一部の領域に複数の尖頭部が形成され、前記尖頭部の高さをHとし、前記隣り合う尖頭部の先端間のピッチをPとしたとき、H/P≧0.5の関係が成立する、電界発生装置。 A first electrode disposed at a predetermined position with respect to the second electrode;
A power source that applies a voltage between the first electrode and the second electrode to form an electric field in a space between the first and second electrodes;
An electric field generator comprising:
When a plurality of cusps are formed in at least a partial region of the surface of the first electrode, the height of the cusps is H, and the pitch between the tips of the adjacent cusps is P, An electric field generator in which the relationship of H / P ≧ 0.5 is established.
H≧50μmの関係が成立する、電界発生装置。 The electric field generator according to claim 1,
An electric field generator in which the relationship of H ≧ 50 μm is established.
前記複数の尖頭部の高さは、対応する前記尖頭部の位置が前記領域の中央部から前記領域の外縁部に移動するにつれて小さくなるように構成された、電界発生装置。 In the electric field generator according to claim 1 or 2,
The electric field generator configured to reduce the heights of the plurality of cusps as the positions of the corresponding cusps move from the center of the region to the outer edge of the region.
前記複数の隣り合う尖頭部の先端間のピッチは、対応する前記ピッチの位置が前記領域の中央部から前記領域の外縁部に移動するにつれて小さくなるように構成された、電界発生装置。 The electric field generator according to claim 3,
The electric field generator configured to reduce a pitch between tips of the plurality of adjacent cusps as the position of the corresponding pitch moves from a central portion of the region to an outer edge portion of the region.
前記第1電極は棒形状又は円柱形状又は錐形状又は針形状を呈し、前記第1電極の前記第2電極と対向する側の端面である平面の上に前記複数の尖頭部が形成され、
前記複数の尖頭部の高さ及び前記複数の隣り合う尖頭部の先端間のピッチは、対応する前記尖頭部の位置及び対応する前記ピッチの位置が前記領域の外縁部側の隣りの位置に移動する毎に5〜50%の割合で減少していくように構成された、電界発生装置。 The electric field generator according to claim 4,
The first electrode has a rod shape, a cylindrical shape, a cone shape, or a needle shape, and the plurality of pointed heads are formed on a plane that is an end surface of the first electrode facing the second electrode,
The height of the plurality of cusps and the pitch between the tips of the adjacent cusps are such that the position of the corresponding cusp and the position of the corresponding pitch are adjacent to the outer edge side of the region. An electric field generator configured to decrease at a rate of 5 to 50% every time it moves to a position.
前記複数の尖頭部が形成される前記領域が前記平面の中央部に存在し且つ前記平面の外縁部には存在せず、前記平面の中央から前記平面の外縁までの距離をLとし、前記平面の中央から前記領域の外縁までの距離をBとしたとき、0.3≦B/L≦0.9の関係が成立する、電界発生装置。 The electric field generator according to claim 5,
The region where the plurality of cusps are formed is present at the center of the plane and not at the outer edge of the plane, and the distance from the center of the plane to the outer edge of the plane is L, An electric field generation device in which a relationship of 0.3 ≦ B / L ≦ 0.9 is established, where B is a distance from the center of the plane to the outer edge of the region.
前記第2電極は、前記第1電極に対して、
前記複数の尖頭部のそれぞれの先端と前記第2電極との間のそれぞれの最短距離のうち最大値・最小値をそれぞれDmax,Dminとしたとき、1≦Dmax/Dmin≦1.3の関係が成立するように配置・構成された、電界発生装置。 In the electric field generator according to any one of claims 1 to 6,
The second electrode is relative to the first electrode.
The relationship of 1 ≦ Dmax / Dmin ≦ 1.3, where Dmax and Dmin are the maximum and minimum values, respectively, of the shortest distances between the tips of the plurality of cusps and the second electrode, respectively. An electric field generator arranged and configured so that
前記第1電極の前記複数の尖頭部の材質は単結晶からなる導電性セラミックスである、電界発生装置。 In the electric field generator according to any one of claims 1 to 7,
The electric field generator, wherein a material of the plurality of pointed heads of the first electrode is a conductive ceramic made of a single crystal.
前記単結晶からなる導電性セラミックスは単結晶からなる炭化ケイ素SiCである、電界発生装置。 The electric field generator according to claim 8,
The electric field generator, wherein the conductive ceramic made of a single crystal is silicon carbide SiC made of a single crystal.
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| JP2010233982A JP2012089314A (en) | 2010-10-18 | 2010-10-18 | Electric field generator |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017504954A (en) * | 2013-11-08 | 2017-02-09 | エプコス アクチエンゲゼルシャフトEpcos Ag | Piezoelectric transformer and counter electrode |
| JP2019534531A (en) * | 2016-09-02 | 2019-11-28 | ソムニオ グローバル ホールディングス,エルエルシー | Apparatus and method for free radical generation |
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| US12040164B2 (en) | 2016-09-02 | 2024-07-16 | Somnio Global Holdings, Llc | Free radical generation device and methods thereof |
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