JP2018032488A - Plasma transport method and plasma transport device - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明においては、プラズマ生成部において生成されたプラズマを極めて高速に対象物まで輸送可能なプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置を提供することを目的とする。【解決手段】プラズマ生成手段２において生成される大気圧プラズマＰを対象物Ｗの表面へ輸送するプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置１であって、前記プラズマ生成手段２に対して、加圧ガスＧを瞬間的に導入して前記加圧ガスＧの一部をプラズマ化させるとともに前記加圧ガスＧの圧力によって前記対象物Ｗの表面へ高速に前記大気圧プラズマＰを輸送することを特徴とするプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置１。【選択図】 図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma transport method and a plasma transport device capable of transporting plasma generated in a plasma generation unit to an object at extremely high speed. SOLUTION: The plasma transport method and the plasma transport device 1 for transporting the atmospheric pressure plasma P generated by the plasma generation means 2 to the surface of the object W, and the pressurized gas G with respect to the plasma generation means 2. Is instantaneously introduced to turn a part of the pressurized gas G into plasma, and the atmospheric pressure plasma P is transported to the surface of the object W at high speed by the pressure of the pressurized gas G. Plasma transport method and plasma transport device 1. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、大気圧プラズマをより高密度な状態で対象物まで搬送するプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置に関する。 The present invention relates to a plasma transport method and a plasma transport apparatus for transporting atmospheric pressure plasma to an object in a higher density state.
近年、プラズマは様々な加工の前処理や殺菌処理などに用いられている。これらの前処理や殺菌処理においては、プラズマ中の活性種が対象物に接触して化学反応を生じさせることによる化学処理が主である。活性種は、極めて反応性が高く処理効果が高いものの、プラズマ生成手段から送出されて電力供給が絶たれると、途端に活性を失いはじめて寿命を迎え指数対数的スピードで減少する。つまり、プラズマ生成手段と対象物との間の距離が増加するのに応じてプラズマ中の活性種の割合は急激に少なくなり、処理効果が低下する。対象物が平坦な形状であったり、極めて小さなモノである場合には、プラズマ生成手段を対象物の表面の極近傍まで近接させて配置することで、活性種が失われる前に対象物の表面にプラズマを接触させることが可能であった。しかし、プラズマ処理の適用が望まれる分野は多岐に渡るため、様々な形状の対象物が想定されることを考慮すると、単にプラズマ生成手段を対象物の極近傍に近接させて配置し処理効果の向上を図る方法は汎用性に乏しい。 In recent years, plasma has been used for various processing pretreatments and sterilization treatments. In these pretreatments and sterilization treatments, chemical treatment is mainly performed by causing an active species in plasma to contact an object to cause a chemical reaction. Although the active species is extremely reactive and has a high treatment effect, when it is delivered from the plasma generating means and power supply is cut off, the active species begins to lose its activity and reaches its lifetime and decreases at an exponential logarithmic speed. That is, as the distance between the plasma generating means and the object increases, the proportion of active species in the plasma decreases rapidly, and the processing effect decreases. If the object is flat or very small, the plasma generating means is placed close to the surface of the object so that the active species is lost before the active species is lost. It was possible to contact with the plasma. However, since there are many fields in which application of plasma treatment is desired, considering that various shapes of objects are assumed, the plasma generating means is simply placed in close proximity to the object to achieve the processing effect. The method of improving is not versatile.
このため、活性種の寿命が極めて短いことを考慮して、より多くの活性種を対処物まで到達させるべく、プラズマ生成手段からより多くの活性種を一度に出して処理効果を向上させる方法が試みられている。 For this reason, in consideration of the extremely short life of the active species, there is a method for improving the treatment effect by extracting more active species from the plasma generating means at a time so that more active species can reach the countermeasure. Has been tried.
例えば、特許文献１の実施例には、プラズマ生成手段に導入するプラズマ生成用ガスのガス流量を増大させることによって、プラズマ処理の効果が向上することが記載されている。これは、プラズマ生成用ガスの単位体積当たりに印加される電力が一定であれば、生成されるプラズマ中に存在する活性種の割合は一定になることを利用して処理効果を向上させているものである。つまり、単位時間当たりに生成するプラズマの体積を増大させることで、結果的にプラズマ生成手段から一度に出す活性種の量を増大させて、より多くの活性種を対象物へ到達させて処理効果を向上させている。 For example, in the example of Patent Document 1, it is described that the effect of the plasma treatment is improved by increasing the gas flow rate of the plasma generating gas introduced into the plasma generating means. This improves the treatment effect by utilizing the fact that the ratio of the active species present in the generated plasma is constant if the power applied per unit volume of the plasma generating gas is constant. Is. In other words, increasing the volume of plasma generated per unit time results in an increase in the amount of active species that can be emitted from the plasma generating means at one time, resulting in a treatment effect that allows more active species to reach the object. Has improved.
また、特許文献１の実施例に記載の方法においては、プラズマ生成手段に導入するプラズマ生成用ガスのガス流量を増大させることによって、プラズマ生成手段から輸送される大気圧プラズマの流速が速くなる。この作用によって、対象物に到達する活性種が増加し、処理効果が向上するという効果も期待できる。 Moreover, in the method described in the Example of patent document 1, the flow rate of the atmospheric pressure plasma conveyed from a plasma production | generation means becomes quick by increasing the gas flow rate of the gas for plasma production introduced into a plasma production | generation means. The effect | action that the active species which reach | attain a target object increases by this effect | action, and a process effect improves can also be anticipated.
その他の方法としては、プラズマ生成用ガスの単位体積当たりに印加される電力を増大させると、生成されるプラズマ中に存在する活性種の割合が増大することを利用して、プラズマ生成手段からより多くの活性種を一度に出す方法が挙げられる。具体的には、プラズマ生成手段において印加する電圧を高くすることで、プラズマ生成用ガス中のプラズマの密度を高くし、プラズマ中に含まれる活性種の割合を増大させて処理効果を向上させるものである。 As another method, by increasing the electric power applied per unit volume of the plasma generating gas, the ratio of the active species present in the generated plasma is increased. There is a method for producing many active species at once. Specifically, by increasing the voltage applied in the plasma generating means, the plasma density in the plasma generating gas is increased, and the treatment effect is improved by increasing the proportion of active species contained in the plasma. It is.
しかしながら、ガス流量を増大させてプラズマの体積を増大させる方法においては、プラズマ生成用ガスとして、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの高価な物質からなるガスを用いた場合にはコストの高騰が問題となる。さらに、ガス流量が増大すると単位体積当たりのガスに印加される電力量が少なくなるので、プラズマ生成用ガス中に生成される大気圧プラズマの密度が低下し、活性種の数も減少してしまう。 However, in the method of increasing the volume of plasma by increasing the gas flow rate, when a gas made of an expensive substance such as helium gas or argon gas is used as the plasma generation gas, a rise in cost becomes a problem. . Furthermore, since the amount of electric power applied to the gas per unit volume decreases as the gas flow rate increases, the density of atmospheric pressure plasma generated in the plasma generating gas decreases and the number of active species also decreases. .
また、印加する電力を増大させてプラズマの密度を高くする方法においては、生成されるプラズマの温度が高くなるという課題を有していた。 Further, the method of increasing the plasma density by increasing the power to be applied has a problem that the temperature of the generated plasma becomes high.
そこで、本発明者等は、鋭意研究の結果、プラズマ処理効果の低下の原因として、プラズマ中の活性種が指数関数的速さで減少することが問題であることに着目し、プラズマを極めて高速に対象物へ到達させることで処理効果が大きく向上することを見出し、本発明を完成させた。 Therefore, as a result of diligent research, the present inventors have paid attention to the fact that the active species in the plasma decrease at an exponential rate as a cause of the decrease in the plasma treatment effect. The present invention has been completed by finding that the treatment effect is greatly improved by reaching the object.
本発明においては、プラズマ生成部において生成されたプラズマを極めて高速に対象物まで輸送可能なプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a plasma transport method and a plasma transport apparatus capable of transporting plasma generated in a plasma generator to an object at a very high speed.
上記目的を達成するべく、本発明のプラズマ輸送方法は、プラズマ生成手段において生成される大気圧プラズマを対象物の表面へ輸送するプラズマ輸送方法であって、前記プラズマ生成手段から輸送される前記大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させて前記対象物の表面へ高速に前記大気圧プラズマを輸送することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a plasma transport method of the present invention is a plasma transport method for transporting atmospheric pressure plasma generated in a plasma generating means to the surface of an object, wherein the large plasma transported from the plasma generating means is used. The atmospheric pressure plasma is transported at a high speed to the surface of the object by instantaneously increasing the flow rate of the atmospheric pressure plasma.
このような、本発明のプラズマ輸送方法によれば、対象物の表面までより多くの活性種を到達させることができるので、効果の高い大気圧プラズマ処理を従来の方法と比較して低コストで行うことを可能とする。 According to the plasma transport method of the present invention, since more active species can reach the surface of the object, a high-efficiency atmospheric pressure plasma treatment can be performed at a lower cost than the conventional method. Make it possible to do.
また、本発明のプラズマ輸送方法は、前記プラズマ生成手段に対して、加圧ガスを瞬間的に導入することにより前記大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させるとともに、前記加圧ガスの圧力によって前記大気圧プラズマの流速を増大させて、前記対象物の表面へ高速に前記大気圧プラズマを輸送することを特徴とする。 In the plasma transport method of the present invention, the flow rate of the atmospheric pressure plasma is instantaneously increased by instantaneously introducing a pressurized gas into the plasma generating means, and the pressure of the pressurized gas is increased. The atmospheric pressure plasma is transported at a high speed to the surface of the object by increasing the flow rate of the atmospheric pressure plasma.
このような、本発明のプラズマ輸送方法によれば、加圧ガスを瞬間的に導入することにより、大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させて流速を増大させるとともに、当該加圧ガスの圧力によって大気圧プラズマの流速を増大させるので、対象物の表面へ大気圧プラズマを極めて高速に輸送することができる。 According to the plasma transport method of the present invention, by introducing the pressurized gas instantaneously, the flow rate of the atmospheric pressure plasma is instantaneously increased to increase the flow velocity, and the pressure of the pressurized gas is increased. Increases the flow rate of the atmospheric pressure plasma, so that the atmospheric pressure plasma can be transported to the surface of the object at a very high speed.
また、本発明のプラズマ輸送方法は、前記プラズマ生成手段には、予め、補助プラズマが生成されていることを特徴とする。 Moreover, the plasma transport method of the present invention is characterized in that auxiliary plasma is generated in advance in the plasma generating means.
このような、本発明のプラズマ輸送方法によれば、予めプラズマ生成手段において補助プラズマが生成されているため、瞬間的にガスの流量が増大した際にも、僅かなエネルギーでプラズマ化することができる。さらに、予め補助プラズマが生成されているために、より高密度に活性種を含む大気圧プラズマを生成することができる。その結果、対象物まで高密度に活性種を含む当該大気圧プラズマを高速に輸送することが可能となり、対象物の表面に対してより多くの活性種を到達させて高い処理効果を得ることができる。 According to the plasma transport method of the present invention, since the auxiliary plasma is generated in advance in the plasma generating means, even when the gas flow rate increases momentarily, it can be converted into plasma with a little energy. it can. Furthermore, since the auxiliary plasma is generated in advance, it is possible to generate atmospheric pressure plasma containing active species at a higher density. As a result, it becomes possible to transport the atmospheric pressure plasma containing the active species at a high density to the object at high speed, and to obtain a high treatment effect by reaching more active species to the surface of the object. it can.
またさらに、本発明のプラズマ輸送方法は、前記プラズマ生成手段に対する前記加圧ガスの導入の瞬間に同調して、前記プラズマ生成手段に印加する電力を増大させることを特著とする。 Still further, the plasma transport method of the present invention is characterized in that the electric power applied to the plasma generating means is increased in synchronization with the introduction of the pressurized gas to the plasma generating means.
このような、本発明のプラズマ輸送方法によれば、従来の方法と比較して無駄な電力消費を抑制し、効率よく高密度に活性種を含む大気圧プラズマを生成して、多量の活性種を対象物に接触させることが可能となる。 According to such a plasma transport method of the present invention, wasteful power consumption is suppressed as compared with the conventional method, and atmospheric pressure plasma including active species is efficiently generated at high density. Can be brought into contact with the object.
本発明の第１の態様のプラズマ輸送装置は、導入されるガスに対して電力を印加してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、前記プラズマ生成手段に対して導入されるガスの流量を瞬間的に増大させるプラズマ輸送手段とを備えることを特徴とする。 The plasma transport apparatus according to the first aspect of the present invention includes a plasma generation unit that generates plasma by applying electric power to an introduced gas, and an instantaneous flow rate of the gas introduced into the plasma generation unit. And a plasma transport means for increasing.
このような、第１の態様のプラズマ輸送装置によれば、プラズマ生成手段で生成された大気圧プラズマを対象物まで極めて高速に輸送することができる。 According to the plasma transport apparatus of the first aspect as described above, the atmospheric pressure plasma generated by the plasma generating means can be transported to the target at a very high speed.
本発明の第２の態様のプラズマ輸送装置は、前記プラズマ輸送手段が、前記プラズマ生成手段に対して瞬間的に加圧ガスを導入する加圧ガス供給部からなることを特徴とする。 The plasma transport apparatus according to the second aspect of the present invention is characterized in that the plasma transport means comprises a pressurized gas supply section that instantaneously introduces pressurized gas to the plasma generating means.
このような、第２の態様のプラズマ輸送装置によれば、プラズマ輸送手段が加圧ガス供給部からなるので、プラズマ生成手段に導入するガスの流量を増大させて大気圧プラズマの流速を増大させるとともに、加圧ガスの圧力によって大気圧プラズマの流速を増大させることができる。その結果、大気圧プラズマを対象物に対して高速に輸送することを可能とする。 According to the plasma transport apparatus of the second aspect, since the plasma transport means includes the pressurized gas supply unit, the flow rate of the atmospheric pressure plasma is increased by increasing the flow rate of the gas introduced into the plasma generation means. At the same time, the flow rate of the atmospheric pressure plasma can be increased by the pressure of the pressurized gas. As a result, the atmospheric pressure plasma can be transported to the object at high speed.
また、本発明の第３の態様のプラズマ輸送装置は、プラズマ生成手段に対してプラズマ生成用ガスを供給するプラズマ生成用ガス供給部を備えることを特徴とする。 Moreover, the plasma transport apparatus according to the third aspect of the present invention includes a plasma generation gas supply unit that supplies a plasma generation gas to the plasma generation means.
このような、第３の態様のプラズマ輸送装置によれば、より高密度なプラズマをプラズマ生成手段から輸送して、プラズマ処理の効果を向上させることができる。 According to the plasma transport apparatus of the third aspect as described above, it is possible to improve the plasma processing effect by transporting a higher density plasma from the plasma generating means.
本発明によれば、プラズマ生成部において生成されたプラズマを極めて高速に対象物まで輸送可能なプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置を提供することを可能とする。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the plasma transport method and plasma transport apparatus which can transport the plasma produced | generated in the plasma production | generation part to a target object very rapidly.
以下に、本発明のプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置の実施形態については図１乃至図５を、実施例については図６を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the plasma transport method and the plasma transport apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5, and the embodiments will be described with reference to FIG. 6.
まず、本発明のプラズマ輸送方法は、プラズマ生成手段において生成される大気圧プラズマを対象物の表面へ輸送する方法であって、当該プラズマ生成手段から輸送される大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させて対象物の表面へ高速に大気圧プラズマを輸送するものである。 First, a plasma transport method of the present invention is a method for transporting atmospheric pressure plasma generated in a plasma generation means to the surface of an object, and instantaneously changes the flow rate of atmospheric pressure plasma transported from the plasma generation means. The atmospheric pressure plasma is transported at a high speed to the surface of the object by increasing the pressure.
プラズマ生成手段から輸送される大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させる方法としては、プラズマ生成手段に対して導入するプラズマ生成用ガスを瞬間的に増大させることが重要である。 As a method of instantaneously increasing the flow rate of the atmospheric pressure plasma transported from the plasma generating means, it is important to instantaneously increase the plasma generating gas introduced into the plasma generating means.
プラズマ生成手段に対して導入するプラズマ生成用ガスの流量を瞬間的に増大させる方法としては、下記の（１）乃至（６）が挙げられる。
（１）加圧したプラズマ生成用ガスまたは当該プラズマ生成用ガスを搬送する搬送ガスをパルス的に導入することにより瞬間的に流量を増大させる
（２）加熱・爆発などによって瞬間的にプラズマ生成用ガスまたは当該プラズマ生成用ガスを搬送する搬送ガスを膨張させて瞬間的に流量を増大させる
（３）化学反応によってプラズマ生成用ガスまたは当該プラズマ生成用ガスを搬送する搬送ガスを発生させて瞬間的にガスの流量を増大させる
（４）プラズマ生成用ガスまたは当該プラズマ生成用ガスを搬送する搬送ガスを機械的に圧縮して瞬間的にガスの流量を増大させる
（５）プラズマ生成用ガスまたは当該プラズマ生成用ガスを搬送する搬送ガスを気体の疎密波である音波や衝撃波とすることにより瞬間的にガスの流量を増大させる
（６）プラズマ生成手段のガス排出口からガスを吸引することによってプラズマ生成手段に導入する単位時間当たりのガスの流量を瞬間的に増大させる
As a method for instantaneously increasing the flow rate of the plasma generating gas introduced into the plasma generating means, the following (1) to (6) may be mentioned.
(1) The flow rate is instantaneously increased by introducing a pressurized plasma generating gas or a carrier gas for transporting the plasma generating gas in a pulsed manner. (2) For instantaneous plasma generation by heating or explosion. The gas or the carrier gas carrying the plasma generating gas is expanded and the flow rate is instantaneously increased. (3) The plasma generating gas or the carrier gas carrying the plasma generating gas is generated by a chemical reaction to instantaneously increase the flow rate. (4) The gas for plasma generation or the carrier gas for conveying the plasma generation gas is mechanically compressed to instantaneously increase the gas flow rate. (5) The gas for gas generation or The flow rate of gas is instantaneously increased by using a sound wave or shock wave, which is a dense wave of gas, as the carrier gas that transports the plasma generating gas. 6) is instantaneously increase the flow rate of gas per unit time introduced into the plasma generating means by sucking gas from the gas outlet of the plasma generation means
特に、本発明のプラズマ輸送方法においては、上記（１）において述べた、当該プラズマ生成手段に対して、加圧ガスをパルス的に導入することにより瞬間的にガス流量を増大させる方法を用いた実施形態について説明する。この方法においては、プラズマ生成手段に対して瞬間的に加圧ガスを導入することにより、大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させて大気圧プラズマの流速を増大させるとともに、当該加圧ガスの圧力によってさらに大気圧プラズマの流速を増大させて、対象物の表面へ大気圧プラズマを高速に輸送するものである。 In particular, in the plasma transport method of the present invention, the method described in (1) above, in which the gas flow rate is instantaneously increased by introducing a pressurized gas in pulses to the plasma generating means, was used. Embodiments will be described. In this method, by introducing the pressurized gas instantaneously into the plasma generating means, the flow rate of the atmospheric pressure plasma is instantaneously increased to increase the flow rate of the atmospheric pressure plasma, and The pressure of the atmospheric pressure plasma is further increased by the pressure, and the atmospheric pressure plasma is transported to the surface of the object at a high speed.
プラズマ生成手段においては、予め、補助プラズマが生成されていてもよい。プラズマは、ガスに電力を印加し放電を開始して点灯させる際に最もエネルギーを必要とするが、プラズマ生成手段に予め補助プラズマを生成しておくことにより、後から導入される加圧ガスのプラズマ化をより素早く実行することができる。その結果、プラズマ化される加圧ガスの割合が増大し、より高密度に大気圧プラズマを含んだ状態でプラズマ生成手段から輸送することができる。この時、補助プラズマは、ごく少量生成されていれば上述のような効果を得ることができる。 In the plasma generating means, auxiliary plasma may be generated in advance. Plasma requires the most energy when it is turned on by applying electric power to the gas and starting to discharge, but by generating auxiliary plasma in advance in the plasma generation means, Plasmaization can be performed more quickly. As a result, the ratio of the pressurized gas that is converted into plasma increases, and it can be transported from the plasma generating means in a state of containing atmospheric pressure plasma at a higher density. At this time, if the auxiliary plasma is generated in a very small amount, the above-described effects can be obtained.
また、プラズマ生成手段に対するガスの流量を瞬間的に増大させるのに同調させて供給する電力を増大させてもよい。これにより、活性種をより多量に含んだ大気圧プラズマを輸送して処理効果を向上させることができる。また、瞬間的に電力供給を増大させるので、従来の方法と比較して電力消費量を抑えることができる。 Further, the electric power supplied in synchronism with the instantaneous increase of the gas flow rate to the plasma generating means may be increased. Thereby, atmospheric pressure plasma containing a larger amount of active species can be transported to improve the treatment effect. In addition, since the power supply is instantaneously increased, the power consumption can be suppressed as compared with the conventional method.
このような本発明のプラズマ輸送方法によれば、ガスの流量を瞬間的に増大させることによってプラズマ生成手段から輸送される大気圧プラズマの流速を極めて高速としているので、より多くの活性種を保持した状態で大気圧プラズマを対象物まで輸送することができる。その結果、プラズマ生成手段を対象物の表面の極近傍まで近接させることなく、高い処理効果を得ることができる。 According to the plasma transport method of the present invention, the flow rate of the atmospheric pressure plasma transported from the plasma generating means is extremely high by instantaneously increasing the gas flow rate, so that more active species are retained. In this state, atmospheric pressure plasma can be transported to the object. As a result, a high processing effect can be obtained without bringing the plasma generating means close to the vicinity of the surface of the object.
そして、本発明のプラズマ輸送方法によれば、プラズマ生成手段に対して加圧ガスを瞬間的に導入することによって流量を増大させて流速を増大させているとともに、加圧ガスの圧力によっても大気圧プラズマの流速を増大させているので、容易に大気圧プラズマの流速を高速とすることを可能としている。 According to the plasma transport method of the present invention, the flow rate is increased by instantaneously introducing the pressurized gas into the plasma generating means to increase the flow velocity, and the pressure is also increased by the pressure of the pressurized gas. Since the flow rate of the atmospheric pressure plasma is increased, it is possible to easily increase the flow rate of the atmospheric pressure plasma.
また、本発明のプラズマ輸送方法によれば、予め、プラズマ生成手段において補助プラズマが生成されているので、高速により多くのプラズマ生成用ガスをプラズマ化することが可能となり、印加する電力を増大させることなく高密度な大気圧プラズマを生成することができる。その結果、従来の方法と比較して、より多くの活性種を対象物まで輸送して効果の高いプラズマ処理を行うことができる。 Further, according to the plasma transport method of the present invention, since the auxiliary plasma is generated in advance in the plasma generating means, it becomes possible to convert a large amount of plasma generating gas into plasma at a high speed and increase the power to be applied. A high-density atmospheric pressure plasma can be generated without any problems. As a result, as compared with the conventional method, more active species can be transported to the target and a highly effective plasma treatment can be performed.
このような、本発明のプラズマ輸送方法を実施するためのプラズマ輸送装置の実施形態について図１乃至図５を用いて説明する。 Such a plasma transport apparatus for carrying out the plasma transport method of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
本発明のプラズマ輸送装置１の第１実施形態は、図１に示すように、導入されるガスに対して電力を印加して大気圧プラズマＰを生成するプラズマ生成手段２と、当該プラズマ生成手段２に対して瞬間的に加圧ガスＧを導入して当該加圧ガスＧの噴射力によって大気圧プラズマＰを高速に対象物Ｗの表面へ輸送するプラズマ輸送手段３とを備えている。 As shown in FIG. 1, the first embodiment of the plasma transport apparatus 1 of the present invention includes a plasma generation unit 2 that generates an atmospheric pressure plasma P by applying electric power to an introduced gas, and the plasma generation unit. 2 is provided with a plasma transporting means 3 that instantaneously introduces the pressurized gas G to 2 and transports the atmospheric pressure plasma P to the surface of the object W at high speed by the injection force of the pressurized gas G.
プラズマ生成手段２は、大気圧下においてガスに電圧を印加してプラズマを生成することができるプラズマ源であればよく、公知のプラズマ源を用いることができる。また、プラズマ源において採用するプラズマ化方法についても、高周波放電法、誘電体放電法、アーク放電法など公知の方法を適宜選択して用いることができる。ただし、プラズマ生成手段２は、導入される加圧ガスＧの流速が減速するのを防ぐために、図１に示すように、加圧ガスＧが導入されるガス導入口２ａ、ガスをプラズマ化するプラズマ生成部２ｂおよび生成された大気圧プラズマＰを含むガスが排出されるガス排出口２ｃが一直線上に配置されており、加圧ガスＧが一直線状に通過できる流路２ｄが形成されていることが好ましい。 The plasma generation means 2 may be any plasma source that can generate a plasma by applying a voltage to a gas under atmospheric pressure, and a known plasma source can be used. Also, as a plasma generation method employed in the plasma source, a known method such as a high frequency discharge method, a dielectric discharge method, or an arc discharge method can be appropriately selected and used. However, in order to prevent the flow rate of the pressurized gas G to be introduced from decelerating, the plasma generating means 2 converts the gas into a plasma, as shown in FIG. The gas generating port 2c through which the gas including the plasma generating unit 2b and the generated atmospheric pressure plasma P is discharged is arranged in a straight line, and a flow path 2d through which the pressurized gas G can pass in a straight line is formed. It is preferable.
また、プラズマ生成手段２のガス排出口２ｃの開口面積Ａは、プラズマ生成部２ｂ内部のせん断面積Ａ’よりも小さく形成されていることが好ましい。これにより、ガス排出口２ｃ付近で加圧ガスＧが更に圧縮されてベルヌーイ効果が生じ、プラズマ生成手段２から排出する大気圧プラズマＰの初速をより増大させることができる。 In addition, the opening area A of the gas discharge port 2c of the plasma generating means 2 is preferably formed smaller than the shear area A 'inside the plasma generating unit 2b. Thereby, the pressurized gas G is further compressed in the vicinity of the gas discharge port 2c, the Bernoulli effect is generated, and the initial velocity of the atmospheric pressure plasma P discharged from the plasma generating means 2 can be further increased.
プラズマ輸送手段３は、プラズマ生成用ガスを加圧するためのガス加圧部３ａと、プラズマ生成手段２のガス導入口２ａまで加圧ガスＧを搬送するためのガス搬送路３ｂと、ガス搬送路３ｂを開閉するための開閉弁３ｃとを備えている。 The plasma transport means 3 includes a gas pressurizing unit 3a for pressurizing the plasma generating gas, a gas transport path 3b for transporting the pressurized gas G to the gas inlet 2a of the plasma generating means 2, and a gas transport path. And an on-off valve 3c for opening and closing 3b.
ガス加圧部３ａとしては、コンプレッサーや昇圧ブースターなどを用いることができる。また、ガス加圧部３ａは、すでに加圧されたガスが充填されているガスボンベにレギュレータを組み合わせた構成とし、当該ガスボンベから所定圧力にて加圧ガスＧを排出するようにしてもよい。 A compressor, a booster booster, etc. can be used as the gas pressurizing unit 3a. Further, the gas pressurizing unit 3a may be configured such that a regulator is combined with a gas cylinder filled with a pressurized gas, and the pressurized gas G may be discharged from the gas cylinder at a predetermined pressure.
ガス搬送路３ｂについても、ガス加圧部３ａからの加圧ガスＧの流速が減速するのを防ぐために、図１に示すように、ガス加圧部３ａからプラズマ生成手段２のガス導入口２ａまでが一直線状となるように形成されていることが重要である。 In order to prevent the flow rate of the pressurized gas G from the gas pressurizing unit 3a from decelerating also in the gas transport path 3b, as shown in FIG. It is important that the length is formed in a straight line.
つまり、第１実施形態のプラズマ輸送装置１においては、ガス加圧部３ａ、ガス導入口２ａ、プラズマ生成部２ｂ、ガス排出口２ｃが一直線上に配置されており、ガス加圧部３ａを出た加圧ガスＧを対象物まで一直線状に進ませることができるので、加圧ガスＧの流速が減速されることがなく、プラズマ生成部２ｂにおいて生成された大気圧プラズマＰを高速に対象物Ｗまで搬送することを可能とする。このため、プラズマ生成手段２を対象部Ｗに近接させることなく、効果の高いプラズマ処理を行うことができる。 In other words, in the plasma transport apparatus 1 of the first embodiment, the gas pressurization unit 3a, the gas introduction port 2a, the plasma generation unit 2b, and the gas discharge port 2c are arranged in a straight line, and are discharged from the gas pressurization unit 3a. Since the pressurized gas G can be advanced straight to the object, the flow rate of the pressurized gas G is not slowed down, and the atmospheric pressure plasma P generated in the plasma generator 2b is moved at high speed. It is possible to transport to W. For this reason, it is possible to perform highly effective plasma processing without bringing the plasma generating means 2 close to the target portion W.
また、ガス搬送路３ｂ上には、ガスの流れ方向における開閉弁３ｃの上流側において、加圧ガスＧが流れる際に管内の圧力が低下するのを防止するためのバッファータンクを設けてもよい。これにより、加圧ガスＧの流速を損なわずにプラズマ生成手段２に対して安定して導入することを可能とする。 Further, a buffer tank for preventing the pressure in the pipe from decreasing when the pressurized gas G flows may be provided on the gas conveyance path 3b on the upstream side of the on-off valve 3c in the gas flow direction. . Thereby, it is possible to stably introduce the pressurized gas G into the plasma generating means 2 without impairing the flow rate of the pressurized gas G.
第１実施形態のプラズマ輸送装置１の動作について簡単に説明する。プラズマ輸送装置１に対して、プラズマ照射を開始する信号が入力されると、まず、プラズマ生成手段２のプラズマ生成部２ｂに電力供給が開始されプラズマ化が可能な状態となる。次に、プラズマ輸送手段３のガス加圧部３ａにおいて、対象物Ｗに行うプラズマ処理の種類（加工前処理、殺菌処理など）や照射強度を考慮した所定の圧力にプラズマ生成用ガスへの加圧が開始される。ガス加圧部３ａにおいてガスの加圧が完了すると、開閉弁３ｃが一瞬間開いて加圧ガスＧがプラズマ生成手段２へ導入される。すると、プラズマ化が可能な状態とされたプラズマ生成部２ｂに加圧ガスＧが導入され、当該加圧ガスＧの一部がプラズマ化される。プラズマ生成部２ｂにおいて生成された大気圧プラズマＰはガス排出口２ｃから排出され、加圧ガスＧが保持している流速にて対象物Ｗまで大気圧プラズマＰを高速に輸送する。 The operation of the plasma transport apparatus 1 according to the first embodiment will be briefly described. When a signal for starting plasma irradiation is input to the plasma transport device 1, first, power supply is started to the plasma generation unit 2 b of the plasma generation means 2, and a state in which plasma generation is possible. Next, in the gas pressurizing unit 3a of the plasma transport means 3, the plasma generating gas is added to a predetermined pressure in consideration of the type of plasma processing performed on the object W (processing before processing, sterilization processing, etc.) and irradiation intensity. Pressure is started. When the gas pressurization in the gas pressurization unit 3a is completed, the on-off valve 3c is opened for a moment and the pressurized gas G is introduced into the plasma generating means 2. Then, the pressurized gas G is introduced into the plasma generating unit 2b that is in a state capable of being turned into plasma, and a part of the pressurized gas G is turned into plasma. The atmospheric pressure plasma P generated in the plasma generator 2b is discharged from the gas discharge port 2c, and transports the atmospheric pressure plasma P to the object W at a high speed at a flow rate held by the pressurized gas G.
このような、本発明の第１実施形態のプラズマ輸送装置１によれば、従来の装置と比較して、プラズマ照射時にのみプラズマ生成用ガスを流すように構成されているのでコストパフォーマンスに優れ、高速に大気圧プラズマＰを対象物Ｗまで輸送していることで効果の高いプラズマ照射処理を行うことを可能とする。さらに、大気圧プラズマＰを高速に対象物Ｗまで輸送することを可能とした結果、より長い距離を活性種を保持したまま輸送することができるので、対象物Ｗの設置位置の制限が少なくなり、プラズマ処理装置の汎用性を向上させることができる。 According to the plasma transport apparatus 1 of the first embodiment of the present invention, compared with the conventional apparatus, since it is configured to flow the plasma generating gas only at the time of plasma irradiation, the cost performance is excellent. By transporting the atmospheric pressure plasma P to the object W at a high speed, it is possible to perform a highly effective plasma irradiation process. Furthermore, since the atmospheric pressure plasma P can be transported to the object W at high speed, the active species can be transported for a longer distance while holding the active species, so that the restriction on the installation position of the object W is reduced. The versatility of the plasma processing apparatus can be improved.
本発明のプラズマ輸送装置１の第２実施形態は、図２に示すように、導入されるガスに対して電圧を印加して大気圧プラズマＰを生成するプラズマ生成手段２と、当該プラズマ生成手段２に対して補助プラズマＰ’を生成するためのプラズマ生成用ガスを導入するガス供給手段４と、プラズマ生成手段２に対して瞬間的に加圧ガスＧ導入して当該加圧ガスＧの噴射力によって大気圧プラズマＰを高速に対象物Ｗの表面へ輸送するプラズマ輸送手段３とを備えている。なお、プラズマ生成手段２およびプラズマ輸送手段３については、第１実施形態と同じ構成であるため説明を省略する。 As shown in FIG. 2, the second embodiment of the plasma transport apparatus 1 of the present invention includes a plasma generating means 2 that generates an atmospheric pressure plasma P by applying a voltage to an introduced gas, and the plasma generating means. Gas supply means 4 for introducing a plasma generating gas for generating auxiliary plasma P ′ with respect to 2, and a pressurized gas G is instantaneously introduced into the plasma generating means 2 to inject the pressurized gas G Plasma transport means 3 for transporting atmospheric pressure plasma P to the surface of the object W at high speed by force. Note that the plasma generation means 2 and the plasma transport means 3 have the same configurations as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
ガス供給手段４は、プラズマ生成用ガスが充填されたガスボンベ４ａと、当該ガスボンベ４ａからプラズマ生成手段２のガス導入口２ａまでプラズマ生成用ガスを搬送するためのガス搬送路４ｂと、ガス搬送路４ｂ上においてガスボンベ４ａからのプラズマ生成用ガスの流れを出止するための開閉弁４ｃとを備えている。 The gas supply means 4 includes a gas cylinder 4a filled with a plasma generation gas, a gas transfer path 4b for transferring the plasma generation gas from the gas cylinder 4a to the gas inlet 2a of the plasma generation means 2, and a gas transfer path On-off valve 4c for stopping the flow of the plasma generating gas from gas cylinder 4a is provided on 4b.
第２実施形態のプラズマ輸送装置１の動作について簡単に説明する。プラズマ輸送装置１に対して、プラズマ照射を開始する信号が入力されると、まず、プラズマ生成手段２のプラズマ生成部２ｂに電力供給が開始され大気圧下におけるプラズマ化が可能な状態となる。次に、プラズマ輸送手段３のガス加圧部３ａにおいて、対象物Ｗに行うプラズマ処理の種類や照射強度を考慮した所定の圧力にプラズマ生成用ガスへの加圧が開始される。それと同時に、ガス供給手段４の開閉弁４ｃ開かれてプラズマ生成手段２へのプラズマ生成用ガスの供給が開始され、プラズマ生成部２ｂにおいて補助プラズマＰ’の生成が開始される。ガス加圧部３ａにおいてガスの加圧が完了すると、開閉弁３ｃが一瞬間開いて加圧ガスＧがプラズマ生成手段２へ導入される。すると、予め、補助プラズマＰ’が生成されているプラズマ生成部２ｂに加圧ガスＧが導入され、当該加圧ガスＧの一部がプラズマ化されて大気圧プラズマＰが生成される。プラズマ生成部２ｂにおいて生成された大気圧プラズマＰはガス排出口２ｃから排出され、加圧ガスＧが保持している流速にて対象物Ｗまで大気圧プラズマＰを高速に輸送する。 The operation of the plasma transport device 1 of the second embodiment will be briefly described. When a signal for starting plasma irradiation is input to the plasma transport device 1, first, power supply is started to the plasma generation unit 2 b of the plasma generation unit 2, and a plasma can be generated under atmospheric pressure. Next, in the gas pressurizing unit 3a of the plasma transport means 3, pressurization to the plasma generating gas is started to a predetermined pressure in consideration of the type of plasma processing performed on the object W and the irradiation intensity. At the same time, the on-off valve 4c of the gas supply means 4 is opened to start the supply of the plasma generating gas to the plasma generating means 2, and the generation of the auxiliary plasma P 'is started in the plasma generating section 2b. When the gas pressurization in the gas pressurization unit 3a is completed, the on-off valve 3c is opened for a moment and the pressurized gas G is introduced into the plasma generating means 2. Then, the pressurized gas G is introduced into the plasma generating unit 2b in which the auxiliary plasma P ′ is generated in advance, and a part of the pressurized gas G is converted into plasma to generate the atmospheric pressure plasma P. The atmospheric pressure plasma P generated in the plasma generator 2b is discharged from the gas discharge port 2c, and transports the atmospheric pressure plasma P to the object W at a high speed at a flow rate held by the pressurized gas G.
このような、本発明の第２実施形態のプラズマ輸送装置１によれば、プラズマ生成手段２において、予め、補助プラズマＰ’が生成されているので、後から導入されてくる加圧ガスＧをより簡単に高速により多量にプラズマ化することができるので、プラズマ生成部２ｂを高速に通過する加圧ガスＧ中により多くの活性種を生成した状態でプラズマ生成手段２から輸送することを可能とする。その結果、対象物Ｗに対してより多くの活性種を到達させることができるので、効果の高いプラズマ処理を実現することが可能となる。 According to the plasma transport apparatus 1 of the second embodiment of the present invention, since the auxiliary plasma P ′ is generated in advance in the plasma generating means 2, the pressurized gas G introduced later is Since a large amount of plasma can be formed more easily at a high speed, it is possible to transport from the plasma generation means 2 in a state where more active species are generated in the pressurized gas G passing through the plasma generation section 2b at a high speed. To do. As a result, since more active species can reach the target W, it is possible to realize a highly effective plasma treatment.
上述の本発明の第１実施形態および第２実施形態のプラズマ輸送装置１においては、図３に示すように、プラズマ生成手段２のガス排出口２ｃから排出されるガスの形状を変更するためのガス形状変更手段５を設けることができる。ガス形状変更手段５は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す態様を採用することが可能である。各形状におけるガス形状変更手段５の特徴と効果を以下にまとめる。 In the plasma transport apparatus 1 of the first and second embodiments of the present invention described above, as shown in FIG. 3, the shape of the gas discharged from the gas discharge port 2c of the plasma generating means 2 is changed. A gas shape changing means 5 can be provided. The gas shape changing means 5 can adopt the mode shown in FIGS. The characteristics and effects of the gas shape changing means 5 in each shape are summarized below.
図３（ａ）に示すガス形状変更手段５は、ガスの流れ方向に向かって次第に小径とされたテーパー状の断面形状を有しており、ガスの排出径を極細径に変更する。ガス径を極細径に変更することにより、ガスの流速が加速されて、より遠くまで高速に大気圧プラズマＰを輸送することができるとともに、位置分解能に優れたプラズマ照射処理を行うことが可能となる。 The gas shape changing means 5 shown in FIG. 3 (a) has a tapered cross-sectional shape that is gradually reduced in diameter in the gas flow direction, and changes the gas discharge diameter to an extremely small diameter. By changing the gas diameter to a very small diameter, the gas flow rate is accelerated, and the atmospheric pressure plasma P can be transported to a farther high speed, and plasma irradiation processing with excellent position resolution can be performed. Become.
図３（ｂ）に示すガス形状変更手段５は、ガスの流れ方向に向かって次第に大径とされたテーパー状の断面形状を有しており、ガスの排出径を大径に変更する。ガス径を大径に変更することにより、排出されたガスを拡散させることができるので、容易に広範囲にわたるプラズマ照射処理を行うことが可能となる。 The gas shape changing means 5 shown in FIG. 3B has a tapered cross-sectional shape that is gradually increased in diameter in the gas flow direction, and changes the gas discharge diameter to a larger diameter. By changing the gas diameter to a large diameter, the exhausted gas can be diffused, so that it is possible to easily perform plasma irradiation processing over a wide range.
図３（ｃ）に示すガス形状変更手段５は、複数の貫通孔が形成された整流面を有しており、ガスの排出形状をシャワー状へ変更する。ガスの排出形状をシャワー状へ変更することにより、ガスの流速を損なわずに、比較的広い範囲にプラズマ照射処理を行うことが可能となる。 The gas shape changing means 5 shown in FIG. 3C has a rectifying surface in which a plurality of through holes are formed, and changes the gas discharge shape to a shower shape. By changing the gas discharge shape to a shower shape, it is possible to perform the plasma irradiation process over a relatively wide range without impairing the gas flow rate.
また、本発明の第１実施形態および第２実施形態のプラズマ輸送装置１には、図４に示すように、大気圧プラズマＰの流速をより効果的に増大させるためのスロート部Ｓを設けることができる。スロート部Ｓは、図４に示すように、プラズマ生成手段２のガス排出口２ｃの直下において最もせん断面積が小さく、その後、ガスの流れ方向に向かって次第にせん断面積が大きくなるように滑らかに繋がる連続的な曲面形状を有している。このようなスロート部Ｓによれば、ガス排出口２ｃ直下において圧縮波を生じさせるとともに、曲面部Ｓ１において膨張波を生じさせるので、効果的にガスの流速を増大させることを可能とする。 Further, as shown in FIG. 4, the plasma transport apparatus 1 according to the first and second embodiments of the present invention is provided with a throat portion S for more effectively increasing the flow rate of the atmospheric pressure plasma P. Can do. As shown in FIG. 4, the throat portion S is smoothly connected so that the shear area is the smallest immediately below the gas discharge port 2c of the plasma generating means 2, and then the shear area gradually increases in the gas flow direction. It has a continuous curved shape. According to such a throat portion S, a compression wave is generated immediately below the gas discharge port 2c and an expansion wave is generated in the curved surface portion S1, so that the gas flow velocity can be effectively increased.
また、本発明の第１実施形態および第２実施形態のプラズマ輸送装置１には、図５（ａ）に示すように、プラズマ生成手段２のガス排出口２ｃから排出されるガスの拡散を抑制するためのガス拡散抑制手段６を設けることができる。 Further, in the plasma transport apparatus 1 according to the first and second embodiments of the present invention, as shown in FIG. 5A, diffusion of gas discharged from the gas discharge port 2c of the plasma generating means 2 is suppressed. The gas diffusion suppression means 6 for doing this can be provided.
ガス拡散抑制手段６は、図５（ｂ）に示すように、ガス排出口２ｃの周囲にプラズマ生成用ガスを排出する複数の細孔６ａを備えている。このような、ガス拡散抑制手段６は、ガス排出口２ｃの周囲に設けられた複数の細孔６ａからそれぞれプラズマ生成用ガスを噴射することによって、ガス排出口２ｃから輸送される大気圧プラズマＰの周囲を囲うようにガスカーテンを形成し、大気圧プラズマＰの拡散を抑制するものでる。また、プラズマは、空気に接触すると活性種が失われてしまうが、ガス拡散抑制手段６によってガスカーテンを形成することにより、大気圧プラズマＰが空気に接触することをも防止することができる。 As shown in FIG. 5B, the gas diffusion suppression means 6 includes a plurality of pores 6a for discharging the plasma generating gas around the gas discharge port 2c. Such gas diffusion suppressing means 6 is configured to eject atmospheric pressure plasma P transported from the gas discharge port 2c by injecting plasma generation gas from the plurality of pores 6a provided around the gas discharge port 2c. A gas curtain is formed so as to surround the periphery of the gas and suppresses the diffusion of the atmospheric pressure plasma P. Moreover, although active species are lost when the plasma comes into contact with air, the atmospheric pressure plasma P can also be prevented from coming into contact with the air by forming a gas curtain with the gas diffusion suppressing means 6.
この他にも、ガス拡散抑制手段６の態様としては、図５（ｂ）に示すように、円筒形の開口部６ｂを備えている。このような開口部６ｂからプラズマ生成用ガスを噴射することによって、ガス排出口２ｃから輸送される大気圧プラズマＰの周囲を囲うようにガスカーテンを形成するようにしてもよい。 In addition, as an aspect of the gas diffusion suppressing means 6, as shown in FIG. 5B, a cylindrical opening 6b is provided. A gas curtain may be formed so as to surround the atmospheric pressure plasma P transported from the gas discharge port 2c by injecting the plasma generating gas from the opening 6b.
以下に、本発明のプラズマ輸送装置１を用いた実施例について説明する。 Below, the Example using the plasma transport apparatus 1 of this invention is described.
＜実施例１＞
実施例１においては、上述の第２実施形態の態様のプラズマ輸送装置１０を用いて行った。本実施例で用いたプラズマ輸送装置１０のより具体的な構成を図６を参照して説明する。本実施例におけるプラズマ輸送装置１０のプラズマ生成手段２０は、図６に示すように、ガラス板２１の対向する両面にそれぞれ金属箔からなる電極２２ａ，２２ｂを貼り付け、当該各電極２２ａ，２２ｂとガラス板２１とを貫通する様に直径１ｍｍの貫通孔２３を形成したものを用いた。当該貫通孔２３に対してガス供給手段４０およびプラズマ輸送手段３０からそれぞれガスが導入されるように形成されている。なお、本実施例においては、ガス供給手段４０としてはレギュレータを０．２ＭＰａに調整した窒素ガスボンベを用い、プラズマ輸送手段３０としてはレギュレータを１．２ＭＰａに調整した窒素ガスボンベを用いた。プラズマ輸送手段３０からのガスの供給時間は電子バルブ３２のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって調整することができる。プラズマを生成する際には、まず、プラズマ供給手段４０からプラズマ生成用ガスとしての窒素ガスを導入し、各電極２２ａ，２２ｂに電圧を印加することによって貫通孔２３内に補助プラズマＰ’を生成しておく。そして、対象物Ｗに対してプラズマ照射を行う際に、プラズマ輸送手段３０の電子バルブ３２を０．１秒間ＯＮにして窒素ガスボンベから加圧ガスＧを前記貫通孔２３に導入して大気圧プラズマＰを生成し、同時に加圧ガスＧの圧力によって大気圧プラズマＰの輸送を行う。
<Example 1>
In Example 1, it performed using the plasma transport apparatus 10 of the aspect of 2nd Embodiment mentioned above. A more specific configuration of the plasma transport apparatus 10 used in this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the plasma generating means 20 of the plasma transport apparatus 10 in the present embodiment attaches electrodes 22 a and 22 b made of metal foil to both opposing surfaces of the glass plate 21, and each of the electrodes 22 a and 22 b What formed the through-hole 23 with a diameter of 1 mm so that the glass plate 21 might be penetrated was used. Gas is introduced into the through-hole 23 from the gas supply means 40 and the plasma transport means 30. In this embodiment, a nitrogen gas cylinder whose regulator is adjusted to 0.2 MPa is used as the gas supply means 40, and a nitrogen gas cylinder whose regulator is adjusted to 1.2 MPa is used as the plasma transport means 30. The gas supply time from the plasma transport means 30 can be adjusted by controlling ON / OFF of the electronic valve 32. When generating plasma, first, nitrogen gas as plasma generating gas is introduced from the plasma supply means 40, and voltage is applied to the electrodes 22a and 22b to generate auxiliary plasma P 'in the through hole 23. Keep it. Then, when performing plasma irradiation on the object W, the electronic valve 32 of the plasma transport means 30 is turned on for 0.1 second to introduce the pressurized gas G from the nitrogen gas cylinder into the through hole 23 to generate atmospheric pressure plasma. At the same time, the atmospheric pressure plasma P is transported by the pressure of the pressurized gas G.
加圧ガスＧは、０．３、０．６および０．９ＭＰａに加圧した窒素ガスを用いた。各加圧ガスＧについて、１回０．１秒で５，１０および２０回の照射を対象物Ｗに対して行い、照射処理後の対象物Ｗの表面の水滴の接触角を測定した。対象物Ｗとしては、銅板を用い、ガス排出口２４と対象物Ｗとの距離は３０ｍｍとしている。なお、プラズマ照射前の対象物Ｗの表面の水滴の接触角は、７８．７°であった。得られた測定結果を表１に示す。 As the pressurized gas G, nitrogen gas pressurized to 0.3, 0.6 and 0.9 MPa was used. For each pressurized gas G, the object W was irradiated once for 5, 10 and 20 times in 0.1 seconds, and the contact angle of water droplets on the surface of the object W after the irradiation treatment was measured. A copper plate is used as the object W, and the distance between the gas outlet 24 and the object W is 30 mm. In addition, the contact angle of the water droplet on the surface of the target object W before plasma irradiation was 78.7 °. The obtained measurement results are shown in Table 1.
＜比較例１＞
比較例１においては、大気圧下において、流量１Ｌ／ｍｉｎにて導入するプラズマ生成用ガスとしての窒素ガスに電圧を印加して生成した大気圧プラズマを用いた。銅板に対して、連続で５秒間プラズマ照射を行い、処理後の銅板の表面の水滴の接触角の測定を行った。なお、比較例１においては、プラズマ生成手段のガス排出口と銅板との距離を、１０，２０および３０ｍｍとして行った。得られた測定結果を表１に示す。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, atmospheric pressure plasma generated by applying a voltage to nitrogen gas as a plasma generating gas introduced at a flow rate of 1 L / min under atmospheric pressure was used. The copper plate was continuously irradiated with plasma for 5 seconds, and the contact angle of water droplets on the surface of the treated copper plate was measured. In Comparative Example 1, the distance between the gas discharge port of the plasma generating means and the copper plate was set to 10, 20 and 30 mm. The obtained measurement results are shown in Table 1.
実施例１の結果は、表１に示すように、加圧ガスＧの圧力が高くなるほど水滴の接触角は小さい値を示した。これは、加圧ガスＧの圧力が高いほど、プラズマ生成手段２０から輸送される大気圧プラズマＰの流速が速くなるため、より多くの活性種が対象物Ｗの表面に到達して処理効果が向上したと考えられる。 As shown in Table 1, the results of Example 1 showed that the contact angle of water droplets was smaller as the pressure of the pressurized gas G was higher. This is because, as the pressure of the pressurized gas G is higher, the flow rate of the atmospheric pressure plasma P transported from the plasma generating means 20 becomes faster, so that more active species reach the surface of the object W and the treatment effect is improved. It is thought that it improved.
また、実施例１および比較例１の結果において、本発明のプラズマ輸送方法を実施した実施例１の照射回数５回のサンプルの方が比較例１の照射距離３０ｍｍのサンプルよりも水滴の接触角が小さい値を示した。この結果から、トータルの照射時間が同じ５秒であっても、加圧ガスＧによって大気圧プラズマＰを高速に輸送することで、対象物Ｗまで到達する活性種の量を増大させることが可能であることが明らかとなった。 In addition, in the results of Example 1 and Comparative Example 1, the contact angle of water droplets in the sample with the number of irradiations of 5 times of Example 1 in which the plasma transport method of the present invention was performed was larger than that of the sample of Comparative Example 1 with an irradiation distance of 30 mm. Showed a small value. From this result, even if the total irradiation time is the same 5 seconds, it is possible to increase the amount of active species reaching the object W by transporting the atmospheric pressure plasma P at high speed by the pressurized gas G. It became clear that.
さらに、実施例１の０．３ＭＰａ照射回数５回（照射距離３０ｍｍ）の測定結果および比較例１の照射距離１０ｍｍ，２０ｍｍの測定結果から、実施例１のサンプルの方が水滴の接触角が小さい値を示しており、本発明のプラズマ輸送方法を用いることにより、ガス排出口２４と対象物Ｗとの距離を離しても、より多くの活性種を到達させることが可能であることが明らかとなった。 Furthermore, from the measurement result of the number of irradiation times of 0.3 MPa of Example 1 (irradiation distance 30 mm) and the measurement result of irradiation distances 10 mm and 20 mm of Comparative Example 1, the sample of Example 1 has a smaller contact angle of water droplets. By using the plasma transport method of the present invention, it is clear that more active species can be reached even if the distance between the gas outlet 24 and the object W is increased. became.
＜実施例２＞
実施例２においては、大気圧プラズマＰを音速（３４０ｍ／ｓ）で輸送することを実現するためのプラズマ輸送装置のガス排出口２４の口径および加圧ガスＧの流量について検討を行った。なお、プラズマ輸送装置１０は実施例１において説明した構成のものを用いた。プラズマ生成用ガスとして窒素ガスを用いた。
<Example 2>
In Example 2, the diameter of the gas discharge port 24 and the flow rate of the pressurized gas G of the plasma transport device for realizing the transport of the atmospheric pressure plasma P at the speed of sound (340 m / s) were examined. In addition, the thing of the structure demonstrated in Example 1 was used for the plasma transport apparatus 10. FIG. Nitrogen gas was used as the plasma generating gas.
まず、音速（３４０ｍ／ｓ）の大気圧プラズマＰの輸送速度を実現するための流量（Ｌ／ｍｉｎ）は、流速（３４０ｍ／ｓ）×ガス排出口２４の開口面積（ｍ２）×６０（ｓ／ｍｉｎ）にて求められる。下記に、ガス排出口２４の口径を直径０．５ｍｍ，１ｍｍ，２ｍｍおよび３ｍｍとした場合の流量をそれぞれ算出する。 First, the flow rate (L / min) for realizing the transport speed of the atmospheric pressure plasma P at the speed of sound (340 m / s) is: flow velocity (340 m / s) × opening area (m 2 ) of the gas outlet 24 × 60 ( s / min). Below, the flow rates when the diameter of the gas discharge port 24 is 0.5 mm, 1 mm, 2 mm, and 3 mm are calculated.
（１）ガス排出口２４の口径を直径０．５ｍｍとした場合は、３４０（ｍ／ｓ）×（３．１４×（０．２５×１０−３）２）（ｍ２）×６０（ｓ／ｍｉｎ）＝４．０×１０−３（ｍ３／ｍｉｎ）＝４（Ｌ／ｍｉｎ）となる。 (1) When the diameter of the gas discharge port 24 is 0.5 mm, 340 (m / s) × (3.14 × (0.25 × 10 −3 ) 2 ) (m 2 ) × 60 (s /Min)=4.0×10 −3 (m 3 / min) = 4 (L / min).
（２）ガス排出口２４の口径を直径１ｍｍとした場合は、３４０（ｍ／ｓ）×（３．１４×（０．５×１０−３）２）（ｍ２）×６０（ｓ／ｍｉｎ）＝０．０１６（ｍ３／ｍｉｎ）＝１６（Ｌ／ｍｉｎ）となる。 (2) When the diameter of the gas discharge port 24 is 1 mm, 340 (m / s) × (3.14 × (0.5 × 10 −3 ) 2 ) (m 2 ) × 60 (s / min ) = 0.016 (m 3 / min) = 16 (L / min).
（３）ガス排出口２４の口径を直径２ｍｍとした場合は、３４０（ｍ／ｓ）×（３．１４×（１×１０−３）２）（ｍ２）×６０（ｓ／ｍｉｎ）＝０．０６４（ｍ３／ｍｉｎ）＝６４（Ｌ／ｍｉｎ）となる。 (3) When the diameter of the gas outlet 24 is 2 mm, 340 (m / s) × (3.14 × (1 × 10 −3 ) 2 ) (m 2 ) × 60 (s / min) = 0.064 (m 3 / min) = 64 (L / min).
（４）ガス排出口２４の口径を直径３ｍｍとした場合は、３４０（ｍ／ｓ）×（３．１４×（１．５×１０−３）２）（ｍ２）×６０（ｓ／ｍｉｎ）＝０．１４４（ｍ３／ｍｉｎ）＝１４４（Ｌ／ｍｉｎ）となる。 (4) When the diameter of the gas outlet 24 is 3 mm, 340 (m / s) × (3.14 × (1.5 × 10 −3 ) 2 ) (m 2 ) × 60 (s / min ) = 0.144 (m 3 / min) = 144 (L / min).
本実施例のプラズマ輸送装置１０を適用して大気圧プラズマＰを音速にて輸送することにより、極めて高速で効果の高いプラズマ処理を施すことを可能とする。また、大気圧プラズマＰの流速が音速を超えると、衝撃波が発生するため、音速の壁で気体の膨張が抑制されて大気圧プラズマＰを高密度な状態で対象物Ｗに衝突させることができる。さらに、音速を超えると気体がビーム状となり、気体中の粒子の運動がガスの流れ方向に制限されて粒子同士の衝突が減少するので、より多くの活性種を消滅させずに対象物Ｗまで到達させることが可能となる。 By applying the plasma transport apparatus 10 of the present embodiment and transporting the atmospheric pressure plasma P at the speed of sound, it is possible to perform an extremely high-efficiency plasma treatment. In addition, since the shock wave is generated when the flow velocity of the atmospheric pressure plasma P exceeds the sound velocity, the expansion of the gas is suppressed by the sound velocity wall, and the atmospheric pressure plasma P can collide with the object W in a high density state. . Furthermore, if the speed of sound is exceeded, the gas becomes beam-like, and the movement of particles in the gas is restricted in the gas flow direction and the collision between the particles is reduced. Therefore, the target W can be obtained without annihilating more active species. Can be reached.
さらに、本実施例のプラズマ処理方法を適用することにより、極めて短い照射時間でプラズマ照射処理を完了させることができるので、従来の連続してプラズマを照射する照射処理と比較して処理時間の短縮および排出ガスの削減による低コスト化を実現することができる。 Furthermore, by applying the plasma processing method of this embodiment, the plasma irradiation processing can be completed in an extremely short irradiation time, so that the processing time is shortened compared with the conventional irradiation processing in which plasma is continuously irradiated. In addition, the cost can be reduced by reducing the exhaust gas.
本発明のプラズマ輸送方法およびプラズマ輸送装置は、上述の実施形態および実施例に限定するものではなく、発明の範囲内において、種々の変更が可能である。 The plasma transport method and the plasma transport apparatus of the present invention are not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications are possible within the scope of the invention.
１、１０ プラズマ輸送装置
２、２０ プラズマ生成手段
２ａ ガス導入口
２ｂ プラズマ生成部
２ｃ、２４ ガス排出口
２ｄ 流路
３、３０ プラズマ輸送手段
３ａ、３１ ガス加圧部
３ｂ ガス搬送路
３ｃ 開閉弁
４、４０ ガス供給手段
４ａ ガスボンベ
４ｂ ガス搬送路
４ｃ 開閉弁
５ ガス形状変更手段
６ ガス拡散抑制手段
６ａ 細孔
２１ ガラス板
２２ａ，２２ｂ 電極
２３ 貫通孔
３２ 電磁バルブ
Ｐ 大気圧プラズマ
Ｐ’ 補助プラズマ
Ｇ 加圧ガス
Ｗ 対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 10 Plasma transport apparatus 2, 20 Plasma production | generation means 2a Gas inlet 2b Plasma production | generation part 2c, 24 Gas discharge port 2d Flow path 3, 30 Plasma transport means 3a, 31 Gas pressurization part 3b Gas conveyance path 3c On-off valve 4 40 Gas supply means 4a Gas cylinder 4b Gas transfer path 4c On-off valve 5 Gas shape changing means 6 Gas diffusion suppressing means 6a Pore 21 Glass plates 22a and 22b Electrode 23 Through-hole 32 Electromagnetic valve P Atmospheric pressure plasma P 'Auxiliary plasma G Addition Pressurized gas W
Claims (7)
前記プラズマ生成手段から輸送される前記大気圧プラズマの流量を瞬間的に増大させて前記対象物の表面へ高速に前記大気圧プラズマを輸送することを特徴とするプラズマ輸送方法。 A plasma transport method for transporting atmospheric pressure plasma generated in a plasma generating means to the surface of an object,
A plasma transport method comprising transporting the atmospheric pressure plasma at a high speed to the surface of the object by instantaneously increasing the flow rate of the atmospheric pressure plasma transported from the plasma generating means.
前記プラズマ生成手段に対して導入されるガスの流量を瞬間的に増大させるプラズマ輸送手段と
を備えることを特徴とするプラズマ輸送装置。 Plasma generating means for generating atmospheric pressure plasma by applying electric power to the introduced gas;
And a plasma transport unit that instantaneously increases a flow rate of a gas introduced into the plasma generation unit.
を備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプラズマ輸送装置。 The plasma transport apparatus according to claim 5, further comprising a plasma generation gas supply unit configured to supply a plasma generation gas to the plasma generation unit.
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