JP7351245B2 - 誘電体バリア式プラズマ発生装置、及び、誘電体バリア式プラズマ発生装置のプラズマ放電開始方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体バリア式プラズマ発生装置、及び、誘電体バリア式プラズマ発生装置のプラズマ放電開始方法に関する。

プラズマ発生装置は、プラスチック、紙、繊維、半導体、液晶、フィルム等の製造工程で用いられている。例えば、プラズマ発生装置により発生させたプラズマを照射することにより、照射対象の表面の親水性、接着性、印刷密着性等を向上させる表面処理を行ったり、照射対象の表面の有機物を除去・洗浄したり、照射対象の表面に酸化膜を生成したりすることができる。

図１８は、従来のプラズマ発生装置を模式的に示す斜視図である。特許文献１には、図１８に示すように、対向する一対の電極２０１、２０１を備え、一方の電極２０１の対向面２０２と他方の電極２０１の対向面２０２とが逆向きに傾斜したプラズマ発生装置２００が開示されている。

プラズマ発生装置２００では、プラズマ生成用ガスＧを上面開口から導入しながら電極２０１、２０１の間に電圧を印加することによって対向領域２０２に多数本のストリーマ放電Ｓを発生させる。ここで、プラズマ生成用ガスＧはガス導入孔２２３から噴射板２２４のオリフィス２２５を通じて対向領域２０２に導入されるため、オリフィス２２５により加速されて高速で対向領域２０２に噴射されることになり、この噴射によりプラズマ生成用ガスＧの乱流が生じてストリーマ放電Ｓが対向領域２０２内で拡散されて分散される。この後、分散されたストリーマ放電Ｓにより対向領域２０２の全体にわたって略均一にプラズマＰが生成され、このプラズマＰが対向領域２０２の下面開口から処理空間２０５にプラズマジェットとして吹き出され、被処理物Ｈに吹き付けられる。特許文献１には、上記構成を採用することにより、均一なプラズマを生成することができると開示されている。
また、電極部により誘電体を保持し、全体の強度を確保するため、電極層が厚く設計がされている。このような場合、誘電体と電極金属との線膨張率の相違の影響を受け、誘電体は非常に割れやすいことから、寿命の観点から課題があった。誘電体には概してセラミックス材料が採用され、電極は金属が採用される。肉厚の薄い誘電体を用いれば、金属とセラミックスとの線膨張の違いにより、機械的なひずみが発生する。その結果、薄いセラミックスが破損する。
この欠点を補う方法としては、セラミックスの厚みを増加させて強度を図る方法が考えられる。しかしながら、誘電体の層の厚みの増加に伴い、誘電損失も増加するため、プラズマの生成の効率を犠牲にしなければならない課題があった。

特開２０１０－００９８９０号公報

特許文献１に開示されているプラズマ発生装置２００では、乱流を発生させることにより対向領域２０２の全体にわたって略均一にプラズマＰを生成しようとしている。しかしながら、このような電極の構成による、対向領域２０２の全体にわたってプラズマを生成させる手法では、吹出口から吹き出されるプラズマが充分に均一であるとはいえない。例えば、対向領域２０２の吹出口から遠い位置で生成したプラズマは、吹出口まで移動する間に消失する。そのため、吹出口の全領域から、プラズマが均一に噴射されているとはいえない。また、プラズマで生成した活性種の寿命は短く、対向領域２０２の吹出口から遠い位置、すなわち、被処理物から遠い位置で生成したプラズマは、吹出口まで移動する間に消失し、効率のよくプラズマを噴射することはできない。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、効率よく、吹出口の近傍でプラズマを発生させることができ、吹出口の全領域からプラズマを均一に噴射することが可能な誘電体バリア式プラズマ発生装置を提供することにある。また、当該誘電体バリア式プラズマ発生装置のプラズマ放電開始方法を提供することにある。

本発明に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の第１面側に設けられた高電圧側電極と、
前記誘電体基板の第２面側に設けられた低電圧側電極と、
前記高電圧側電極の一端に設けられた電気導入部と
を備え、
前記誘電体基板と前記低電圧側電極との間には、前記一端側から他端側にガスを流すためのガス流路が形成されており、
前記ガス流路の前記他端側には、前記ガス流路を流れてきたガス、及び、前記ガス流路にて発生したプラズマを吹き出すための吹出口が形成されており、
前記誘電体基板は、厚さが前記吹出口に近づくにつれて薄くなる部分を有することを特徴とする。

本発明の誘電体バリア式プラズマ発生装置によれば、誘電体基板の厚さが吹出口に近づくにつれて薄くなる部分を有するため、吹出口に近づくにつれて静電容量は大きくなる。そして、ガスに印加される電圧が絶縁破壊電圧を超えた場所で放電が発生する。従って、吹出口の近傍にて絶縁破壊電圧を超えるように誘電体基板の厚さの傾斜を設定することにより、吹出口の近傍にてプラズマを発生させることができる。その結果、吹出口の全領域からプラズマを均一に噴射させることができる。
また、吹出口の近傍にてプラズマを発生させるため、プラズマの発生効率に優れる。

また、本発明の誘電体バリア式プラズマ発生装置は、マイクロ波を用いないため、マイクロ波の伝送のためのインピーダンス整合等を行う必要がない。そのため、誘電体基板、高電圧側電極、吹出口の形状は特に制限を受けない。また、マイクロ波を用いないため、電磁波の漏えい対策を必要としない。
また、マイクロ波によるプラズマは、電界強度が強い定在波の腹の部分において高い密度で発生する。前記定常波は、マイクロ波の入力方向だけではなく、入力方向と直交する方向にも発生する。そのため、吹出口を正面から見たときに、プラズマの密度の高い箇所と低い箇所とが交互に発生することになる。そのため、マイクロ波によるプラズマでは、吹出口の全領域から、プラズマを均一に噴射させることは容易ではない。
一方、本発明の誘電体バリア式プラズマ発生装置は、誘電体バリア式であり、ガスに印加される電圧が絶縁破壊電圧を超えた場所で放電が発生するため、吹出口の近傍にて絶縁破壊電圧を超えるように誘電体基板の厚さの傾斜を設定することにより、吹出口の全領域からプラズマを均一に噴射させることができる。

前記構成においては、印加電圧が３ｋＶ～２０ｋＶであり、周波数が２０ｋＨｚ～１５０ｋＨｚである電源装置を備えることが好ましい。

上記のような電源装置を備えると、誘電体バリア方式にてプラズマを好適に発生させることができる。上限を１５０ｋＨｚとした理由は、その波長はプラズマ照射長を考慮したこと、また、ＥＭＣ規格での雑音端子電圧で検出される周波数が１５０ｋＨｚ～であることによる。

前記構成において、前記ガス流路は、前記誘電体基板と前記低電圧側電極との間隙が前記吹出口に近づくにつれて狭くなる部分を有していても構わない。

前記誘電体基板と前記低電圧側電極との間隙が前記吹出口に近づくにつれて狭くなる部分を有すると、静電容量の変化量をさらに大きくすることができる。

前記構成においては、前記吹出口近傍、且つ、前記低電圧側電極上に、前記低電圧側電極を構成する材料が飛散することを防止するための保護層を備える。

プラズマが発生する箇所の近傍、すなわち、吹出口近傍、且つ、低電圧側電極上に保護層を備えることとすれば、低電圧側電極を構成する材料が蒸発、拡散することを抑制することができ、照射対象物が汚染されることを防止することができる。

前記構成において、前記誘電体基板は、アルミナ、又は、窒化アルミニウムで構成されていることが好ましい。

アルミナ、窒化アルミニウムは、比誘電率が比較的低く、且つ、比較的高い強度、硬度を有する。従って、前記誘電体基板をアルミナ、又は、窒化アルミニウムで構成すれば、単位電力当たりのプラズマの生成量をより多くすることができる。また、誘電体基板をより薄くしても破損のおそれを低減することができる。
この中でも、窒化アルミニウムは熱伝導性がよく、誘電体基板の熱を効率よく放熱することができる。これにより高電圧側電極の温度も低減させることができ、窒化アルミニウムと高電圧側電極の熱膨張による界面のストレスを低減できる。その結果、本装置の寿命を延ばすことができる。

前記構成において、前記高電圧側電極は、箔状の金属であっても構わない。

前記構成において、前記高電圧側電極は、導電金属を含有した焼結体であっても構わない。前記導電金属を含有した焼結体は、金属ペーストを印刷して形成することができる。この構成の場合、高電圧側電極を誘電体基板上に形成する際に、接着剤を用いる必要がない。

前記構成において、前記高電圧側電極は、メッキ、蒸着、又は、スパッタリング、溶射により形成されていても構わない。この構成の場合、高電圧側電極を誘電体基板上に形成する際に、接着剤を用いる必要がない。

前記構成において、前記吹出口近傍、且つ、前記誘電体基板の前記第２面上に、始動補助部材が配置されていてもよい。

誘電体バリア方式を用いた放電においては、その放電開始時には高い電力が必要であり、点灯後はより低い電力にしても放電を維持することができる特性がある。したがって、点灯始動時は高い電力を投入する方法を採用するのが一般的である。しかしながら、このような方法では、高い電力を出力できる電源装置を用意する、あるいは、装置とは別に、外部にトリガ電極を放電空間近くに設置するなどの方法を採用する必要があり、装置の大型化を招く可能性があった。
プラズマ放電の開始には、プラズマを発生させる箇所に初期電子がある程度存在する必要がある。そこで、プラズマを発生させる箇所である吹出口近傍、且つ、誘電体基板の第２面上に始動補助部材を配置すれば、始動初期に初期電子が吹出口近傍、且つ、誘電体基板上の空間に供給されることとなる。これにより、電源容量の大きい電源装置やスタータ回路装置が不要となり、小型で安価なプラズマ発生装置を提供することができる。

前記構成においては、前記ガス流路へガスを導入するガス導入路を有し、前記ガス導入路が２つ以上であることが好ましい。

前記ガス導入路が２つ以上であると、前記ガス流路に２つ以上の箇所からガスが導入されるため、前記ガス流路を流れるガス流をより層流とし易い。

前記構成においては、前記吹出口に遮光部材が設けられていてもよい。

前記吹出口に遮光部材が設けられていると、放電による光が照射対象物にあたらないようにすることができる。

前記構成においては、内部に空洞を有するガスバッファ用基板が、前記低電圧側電極の、前記誘電体基板とは反対側の面に積層されていてもよい。

ガス送出装置から送出されたガスは、ガスバッファ用基板の空洞にガスが貯留され、その後、複数のガス導入路を介してガス流路に流入することとなる。これにより、ガス流路に流入したガスを、その流れを乱すことなく、吹出口から均等に流出させることができる。

前記構成においては、前記高電圧側電極の他端と前記吹出口が形成されている面との間に一定の隙間が設けられていることが好ましい。

吹出口近辺では、誘電体基板を介さずに、高電圧側電極と低電圧側電極との間で直接放電するおそれがある。このような放電は、高電圧側電極、誘電体基板、低電圧側電極を損傷させることになり、これらを構成する材料が不純物として、プラズマに混入することとなる。
放電効率の観点から見れば、高電圧側電極を吹き出し口の最先端まで配置した方が有利である。しかしながら、高電圧側電極と低電圧側電極との距離が著しく短くなり、誘電体基板上で沿面放電を引き起こすこととなる。一旦、放電が起きると誘電体バリア放電ではなく、直接放電となり、過剰な放電電流が流れ、電極の破損、ひいては電源供給装置への破損に至る。
そこで、高電圧側電極の他端と吹出口が形成されている面との間に一定の隙間を設ける構成とすれば、高電圧側電極と低電圧側電極との間での直接放電を抑制し、誘電体基板を介した高電圧側電極と低電圧側電極との間での放電となり、高電圧側電極、誘電体基板、低電圧側電極の損傷を抑制することができる。その結果、これらを構成する材料が不純物として、プラズマに混入することを防止することができる。

前記構成においては、前記誘電体基板の、厚さが前記吹出口に近づくにつれて薄くなる部分が、階段状であっても構わない。

セラミックスは割れやすく、機械強度が不足する課題がある。そこで、前記誘電体基板の、厚さが前記吹出口に近づくにつれて薄くなる部分を階段状とすれば、強度を保つことができる。

また、本発明に係るプラズマ放電開始方法は、
誘電体バリア式プラズマ発生装置のプラズマ放電開始方法であって、
前記誘電体バリア式プラズマ発生装置は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の第１面側に設けられた高電圧側電極と、
前記誘電体基板の第２面側に設けられた低電圧側電極と、
前記高電圧側電極の一端に設けられた電気導入部と
を備え、
前記誘電体基板と前記低電圧側電極との間には、前記一端側から他端側にガスを流すためのガス流路が形成されており、
前記ガス流路の前記他端側には、前記ガス流路を流れてきたガス、及び、前記ガス流路にて発生したプラズマを吹き出すための吹出口が形成されており、
前記誘電体基板は、厚さが前記吹出口に近づくにつれて薄くなる部分を有しており、
前記プラズマ放電開始方法は、始動時には、Ｈｅ、Ｎｅ、及び、Ａｒからなる群から選ばれる１種以上の始動用ガスを前記ガス流路に導入してプラズマを発生させる工程Ａと、
前記工程Ａの後、前記ガス流路に、プラズマ生成ガスを導入する工程Ｂと
を含むことを特徴とする。

本発明のプラズマ放電開始方法によれば、始動時には、Ｈｅ、Ｎｅ、及び、Ａｒからなる群から選ばれる１種以上の始動用ガスを前記ガス流路に導入してプラズマを発生させる。始動後は、前記ガス流路に、プラズマ生成ガスを導入する。その結果、プラズマ生成ガスが、プラズマ放電しにくいガスであっても、放電を開始することができる。

本発明によれば、効率よく、吹出口の全領域からプラズマを均一に噴射することが可能な誘電体バリア式プラズマ発生装置を提供することができる。また、当該誘電体バリア式プラズマ発生装置のプラズマ放電開始方法を提供することができる。

第１実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置を模式的に示す斜視図である。 図１に示した誘電体バリア式プラズマ発生装置のＡ－Ａ断面図である。 図１に示した誘電体バリア式プラズマ発生装置のＡ－Ａに直交する断面図である。 図１に示した誘電体バリア式プラズマ発生装置の低電圧側電極の平面図である。 ステージ上に所定の間隔で被照射物としてのポリプロピレン（ＰＰ）フィルムを配置した様子を示す平面図である。 水接触角の測定結果を示すグラフである。 第１実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置の変形例１を説明するための部分断面図である。 第１実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置の変形例２を説明するための部分断面図である。 第１実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置の変形例３を説明するための部分断面図である。 第１実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置の変形例４を説明するための部分断面図である。 第１実施形態に係る変形例５を説明するための断面図である。 第２実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置の断面図である。 第３実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置の断面図である。 第４実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置の斜視図である。 図１４に示した誘電体バリア式プラズマ発生装置のＡ－Ａ断面図である。 第５実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置の断面図である。 第６実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置の断面図である。 従来の誘電体バリア式プラズマ発生装置を模式的に示す斜視図である。

以下、本実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置について、図面を参酌しつつ、説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１に示した誘電体バリア式プラズマ発生装置のＡ－Ａ断面図であり、図３は、図１に示した誘電体バリア式プラズマ発生装置のＡ－Ａに直交する断面図であり、図４は、図１に示した誘電体バリア式プラズマ発生装置の低電圧側電極の平面図である。
図１に示すように、誘電体バリア式プラズマ発生装置（以下、「プラズマ発生装置１０」ともいう）は、誘電体基板１２と、高電圧側電極１４と、低電圧側電極２０と、ガスバッファ用基板２６とを備える。

誘電体基板１２は、平板状であり、厚さが吹出口３０に近づくにつれて薄くなる部分を有する。具体的に、誘電体基板１２は、厚さが一定の平坦部１２ａと、平坦部１２ａから連続的に形成され、吹出口３０に近づくにつれて厚さが薄くなる傾斜部１２ｂとを有する。傾斜部１２ｂにおいては、第１面１３ａ（図１では、上側の面）が低電圧側電極２０に近づく方向に傾斜している。

誘電体基板１２は、単位電力当たりのプラズマの生成量をより多くする観点から、比誘電率の低い材料で構成されていることが好ましい。前記材料の比誘電率は、１０以下であることが好ましい。前記材料の比誘電率の下限値としては、低いほど好ましいが、例えば、４以上等とすることができる。

誘電体基板１２の材質としては、特に限定されないが、可能な限り誘電率の小さい材料が好ましい。耐久性の観点から、セラミックスが好ましい。前記セラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、ステアタイト等が挙げられる。アルミナ、窒化アルミニウム、ステアタイトは、比誘電率が比較的低い、且つ、比較的高い強度を有し、耐久性に優れる。従って、誘電体基板１２をアルミナ、窒化アルミニウム、又は、ステアタイトで構成すれば、単位電力当たりのプラズマの生成量をより多くすることができる。また、誘電体基板１２をより薄くしても破損のおそれを低減することができる。
さらに、誘電体基板１２は、上記誘電体の材料を母材として、電子生成を補助する物質を含有したものであってもよい。前記電子生成を補助する物質としては、銀、白金、銅、炭素（カーボン）、遷移金属化合物等が挙げられる。前記電子生成を補助する物質に電界が印加されることにより初期電子が生成され、放電空間に放出される。このことから始動性に有利に働かせる利点がある。
前記電子生成を補助する物質の含有量は、誘電体基板１２全体に対して（誘電体基板１２を１００重量％としたときに）、１重量％以下で含有することが好ましい。前記電子生成を補助する物質を含有させる場合、前記電子生成を補助する物質の含有量を１重量％以下とするのは、放電に伴い本材料が蒸発、飛散し、これが微粒子となってプラズマとともに吹き出し、照射対象物を汚染することから可能な限り低減する理由による。
また、前記電子生成を補助する物質を含有させる場合、含有量は、実験的に０．０５重量％以上とすることが好ましい。

高電圧側電極１４は、誘電体基板１２の第１面１３ａ上に設けられている。ここで、本明細書では、図２における左右方向を「長さ方向」、長さ方向に対して直交する方向を、「幅方向」と説明する。

高電圧側電極１４は、誘電体基板１２の幅とほぼ同じ幅を有し、誘電体基板１２の平坦部１２ａの途中から他端（図２では、右端）近傍まで連続して形成されている。高電圧側電極１４の幅は特に制限されないが、高電圧側電極１４が設けられている下側にてプラズマを発生させるため、吹出口３０から幅広にプラズマを噴射させる観点からは、なるべく幅広に形成することが好ましい。高電圧側電極１４の幅は、吹出口３０の幅と同じか、吹出口３０の幅よりも広いことが好ましい。
また、プラズマ発生装置１０では、傾斜部１２ｂの下側にてプラズマを発生させるため、高電圧側電極１４が平坦部１２ａ上に形成される必要はないが、本実施形態のように、電源装置４２との接続等に好適となる程度に平坦部１２ａ上に形成されていることが好ましい。

高電圧側電極１４の他端（図２では、右端）は、吹出口３０が形成されている面までは達していない。つまり、高電圧側電極１４の他端と吹出口３０が形成されている面との間に一定の隙間１５が設けられている。

吹出口３０近辺では、誘電体基板１２を介さずに、高電圧側電極１４と低電圧側電極２０との間で直接放電するおそれがある。このような放電は、高電圧側電極１４、誘電体基板１２、低電圧側電極２０を損傷させることになり、これらを構成する材料が不純物として、プラズマに混入することとなる。
放電効率の観点から見れば、高電圧側電極を吹き出し口の最先端まで配置した方が有利であるが、高電圧側電極と低電圧側電極との距離が著しく短くなり、誘電体基板上で沿面放電を引き起こすこととなる。一旦、放電が起きると誘電体バリア放電ではなく、直接放電となり、過剰な放電電流が流れ、電極の破損、ひいては電源供給装置への破損に至る。
そこで、プラズマ発生装置１０では、高電圧側電極１４の他端と吹出口３０が形成されている面との間に一定の隙間１５を設ける構成とした。これにより、高電圧側電極１４と低電圧側電極２０との間での直接放電を抑制し、誘電体基板１２を介した高電圧側電極１４と低電圧側電極２０との間での放電となり、高電圧側電極１４、誘電体基板１２、低電圧側電極２０の損傷を抑制することができる。隙間１５は、例えば、１～５ｍｍの範囲内であることが好ましい。

高電圧側電極１４の材質としては、特に限定されないが、導電性の高いものが好ましく、例えば、銅、銀、アルミニウム、金を用いた化合物等が挙げられる。

高電圧側電極１４は、箔状の金属とすることができる。高電圧側電極１４の一例として、例えば、片面に粘着加工が施されている銅箔、アルミニウム箔などの金属箔が挙げられる。
また、高電圧側電極１４は、導電金属を含有した焼結体であっても構わない。前記導電金属を含有した焼結体は、誘電体基板１２の表面に、金属ペーストを印刷して形成することができる。この構成の場合、高電圧側電極１４を誘電体基板１２上に形成する際に、接着剤を用いる必要がない。
また、高電圧側電極１４は、メッキ、蒸着、又は、スパッタリング、溶射により形成されていても構わない。この構成の場合、高電圧側電極を誘電体基板上に形成する際に、接着剤を用いる必要がない。
高電圧側電極１４と誘電体基板１２とは、極力、密着されており、その接続界面において、空気の層がないことが好ましい。空気の層があると、その空間の内部で放電が生じ、発生したラジカルにより、電極が劣化する可能性がある。
そのため、高電圧側電極１４と誘電体基板１２とは、その接続界面において、マイクロメーターのオーダーで密着するように形成されていることが好ましい。
また、高電圧側電極１４の厚みは、誘電体基板１２に比べて極めて薄い構造である。高電圧側電極１４が薄いため、金属の膨張があったとしても薄い金属にて膨張を吸収し、膨張率の影響は誘電体基板１２にとって軽微なものとなる。
さらに、誘電体基板１２において、従来の方式では、セラミックスの破損を免れるべく、その厚みを増加させる必要があったが、本実施形態では、誘電体基板の肉厚が薄く、誘電層の中での誘電損失を低減でき、ガスへのエネルギーの導入効果が高まり、効率の良いプラズマ生成が可能である。総じて、少ない材料の量で効率の良い装置を提供することができ、資源環境的な側面においても有益である。

高電圧側電極１４は、一端側において電源装置４２に接続される。第１実施形態では、高電圧側電極１４の一端側が電源装置４２に接続するための電気導入部３４となっている。電気導入部３４における電源装置４２と高電圧側電極１４との接続方法については、電気的に接続され、印加電圧に耐え得る方法であれば特に制限されない。例えば、半田による接続や、各種のコネクタ（例えば、同軸コネクタ等）を用いた接続が挙げられる。ただし、本実施形態では、マイクロ波を用いないため、所定の特性インピーダンスを有する同軸コネクタ、同軸ケーブルを用いる必要はない。

電源装置４２から供給される印加電圧、及び、周波数としては、プラズマ発生装置１０において誘電体バリア放電を起こさせることが可能な範囲であればよい。具体的に、電源装置４２から供給される印加電圧としては、３ｋＶ～２０ｋＶの範囲内であることが好ましく、１０ｋＶ以下であることがより好ましい。また、電源装置４２から供給される印加電圧の周波数としては、２０ｋＨｚ～１０００ｋＨｚの範囲内であることが好ましく、１００ｋＨｚ～１５０ｋＨｚの範囲内であることがより好ましい。上限が１５０ｋＨｚであることが好ましいとした理由は、その波長はプラズマ照射長を考慮したこと、また、ＥＭＣ規格での雑音端子電圧で検出される周波数が１５０ｋＨｚ～であることによる。

低電圧側電極２０は、板状であり、誘電体基板１２の第２面１３ｂ（図２では、下側の面）側に設けられている。
低電圧側電極２０は、直接に、または、抵抗を介して、接地電位（グランド電位）に接続されていてもよい。また、電源装置４２の低電圧側の出力に接続されていてもよい。

図２に示すように、低電圧側電極２０の誘電体基板１２側の面には、長さ方向（図２における左右方向）の一端側（図２では、左端側）から他端側（図２では、右端側）までにわたって溝部２２が形成されている。具体的に溝部２２は、図４に示すように、低電圧側電極２０の幅方向両側の外周部２３ａ、及び、一端側の外周部２３ｂ以外の箇所を溝部としている。

誘電体基板１２と低電圧側電極２０とは、外周部２３ａ、２３ｂで接するように積層されている。溝部２２が形成されている部分、すなわち、溝部２２と誘電体基板１２の第２面１３ｂとの間には空間が形成されている。この空間により、一端側から他端側にガスを流すためのガス流路２５が形成されている。

図４に示すように、溝部２２の一端側には、幅方向に等間隔で複数の貫通孔からなるガス導入路２４が設けられている。ガス導入路２４の数は特に制限されないが、本実施形態のように２以上であることが好ましい。ガス導入路２４が２つ以上であると、ガス流路２５に２つ以上の箇所からガスが導入されるため、ガス流路２５を流れるガス流をより層流とし易い。ガス導入路２４は、ガス流路２５にガスが導入される時点で幅広い範囲に導入されるように幅方向に複数設けられていることが好ましい。
なお、ガス導入路２４は、１つの幅方向に広く開口した孔であってもよい。

図２、図３に示すように、低電圧側電極２０の下側（誘電体基板１２とは反対側の面）には内部に空洞２７を有するガスバッファ用基板２６が積層されている。

ガスバッファ用基板２６の空洞２７には、ガス送出装置４０（図２参照）が接続される。ガス送出装置４０からガスが送出されると、ガスは空洞２７内に貯留され、その後、複数のガス導入路２４を介してガス流路２５に流入することとなる。

ガス流路２５の他端側には、ガス流路２５を流れてきたガス、及び、ガス流路２５にて発生したプラズマを吹き出すための吹出口３０が形成されている。第１実施形態では、溝部２２（ガス流路２５）の幅が、一端側から他端側まで均一とし、さらに、吹出口３０の幅も、溝部２２（ガス流路２５）の幅と同じとしている。これにより、ガス流路２５に流入したガスの流れが乱れることなく、吹出口３０から均等に流れ出ることとなる。なお、このことは本発明者らによるシミュレーションにより確認されている。
ただし、本発明においてはこの例に限定されず、吹出口３０の幅は、必要に応じて調整してもよい。例えば、ガス流路２５の他端側の幅と比較して吹出口３０の幅を狭くすれば、高電圧力でプラズマを噴射することが可能となる。放電部分に合わせて吹出口３０の幅を狭くすることにより、高密度で均一なプラズマを生成することができる。また、ガス流路２５の他端側の幅と比較して吹出口３０の幅を広くすれば、噴射幅の広いプラズマを噴射することが可能となる。

ガス流路２５に供給するガス（ガス送出装置４０から送出されるガス）としては、始動時の始動用ガスとして、Ｈｅ、Ｎｅ、及び、Ａｒからなる群から選ばれる１種以上が挙げられる。また、プラズマが発生した後のプラズマ生成ガスとして、所望の活性種を生成できるガス、具体的には、水素、酸素、水、窒素などからなる群から選ばれる１種以上が挙げられる。

本実施形態では、ガス流路２５を流れるガス流が層流であることが好ましい。ガス流が層流であると、プラズマをより均一に噴射させることができる。
ここで、層流と乱流とを区別するパラメータとして、レイノルズ数がある。
レイノルズ数Ｒｅは、流体の密度をρ（ｋｇ／ｍ^３）、流速をＵ（ｍ／ｓ）、特性長さをＬ（ｍ）、液体の粘性係数をμ（Ｐａ・ｓ）をとして、
Ｒｅ＝ρ・Ｕ・Ｌ／μ
であらわされる無次元量である。
層流と乱流との境目となるレイノルズ数は、限界レイノルズ数と呼ばれ、その値は、２０００～４０００と言われている。
下記実施例１で用いたプラズマ発生装置において、流量：０．００５ｍ^３／ｓｅｃ（３００Ｌ／ｍｉｎ）、短辺：０．５ｍｍ、長辺：７００ｍｍとすると、Ｕ＝１４．３（ｍ／ｓ）、Ｌ＝９．９９×１０^－４（ｍ）、流体を標準大気圧における乾燥空気として、ρ＝１．２０５（ｋｇ／ｍ^３）、μ＝１．８２２×１０^－５（Ｐａ・ｓ）とすればレイノルズ数は９４５程度となり、限界レイノルズ数以下の値であり、層流と判断できる。

電気導入部３４から高電圧側電極１４に電圧が印加されると、ガス流路２５内において、ガスに印加される電圧が絶縁破壊電圧を超えた場所で放電が発生する。具体的に、プラズマ発生装置１０では、誘電体基板１２の厚さが吹出口３０に近づくにつれて薄くなる部分を有するため、吹出口３０に近づくにつれて静電容量は大きくなる。従って、吹出口３０の近傍にて絶縁破壊電圧を超えるように誘電体基板１２の厚さの傾斜、及び、印加電圧等を設定することにより、吹出口３０の近傍にて幅方向に広くプラズマを発生させることができる。そして、そのプラズマはガスの流れと共に吹出口３０から吹き出ることとなる。以上により、プラズマ発生装置１０は、吹出口３０の全領域からプラズマを均一に噴射させることができる。また、吹出口３０の近傍にてプラズマを発生させるため、プラズマの発生効率に優れる。

プラズマ発生装置１０においては、低電圧側電極２０に溝部２２を形成し、溝部２２と誘電体基板１２の第２面１３ｂとにより取り囲まれた部分をガス流路２５としており、誘電体基板１２自体に溝や穴は形成されておらず、平板状である。一般的に金属で形成される低電圧側電極２０に加工（第１実施形態では溝部２２の形成）を施す方が、セラミック等で形成される誘電体基板に加工を施すよりも容易である。従って、プラズマ発生装置１０は、容易に製造することができる。
またプラズマ発生装置１０においては、誘電体基板１２が平板状であるため、薄型とすることができる。その結果、単位電力当たりのプラズマの生成量を多くすることができ、効率よくプラズマを発生させることが可能となる。

第１実施形態では、溝部２２（ガス流路２５）の幅が、一端側から他端側まで均一としたが、本発明はこの例に限定されない。溝部（ガス流路）の幅は、一端側から他端側まで均一でなくてもよい。例えば、溝部（ガス流路）の幅は、一端側から他端側向かうにつれて狭くなる構成であってもよい。また、溝部（ガス流路）の幅は、一端側から他端側向かうにつれて広くなる構成であってもよい。

第１実施形態では、低電圧側電極２０の溝部２２にガス導入路２４が設けられており、低電圧側電極２０の下側からガス流路２５内にガスを導入する場合について説明したが、本発明においてガス導入路の位置は、この例に限定されない。本発明においてガス導入路は、ガス流路の一端側に外部からガスを流入させることができる位置に配置されていればよく、例えば、低電圧側電極２０の一端側側面に設けられていてもよい。

プラズマ発生装置１０の大きさは、特に制限されないが、一例として下記のようにすることができる。
外観寸法：幅７５０ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ（最も厚い箇所）２０ｍｍ
誘電体基板１２の外形寸法：幅７５０ｍｍ、平坦部１２ａの長さ２０ｍｍ、平坦部１２ａの厚さ４ｍｍ、傾斜部１２ｂの長さ２０ｍｍ、傾斜部１２ｂの吹出口３０直上の厚さ０．１ｍｍ
低電圧側電極２０の外形寸法：幅７５０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ
ガス流路２５の概略寸法：幅７００ｍｍ、長さ３５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ
吹出口３０の寸法：開口幅７００ｍｍ、開口高さ０．２ｍｍ

上記寸法サイズを採用し、誘電体基板１２の材質としてアルミナ、高電圧側電極１４の材質として銅を主材料とした導電性材料、低電圧側電極２０の材質として銅を採用したプラズマ発生装置（以下、「実施例１に係るプラズマ発生装置」ともいう）に、下記条件にて電圧を印加するとともにガスを流してプラズマを発生させた。
印加電圧：７．６ｋＶｐｐ、周波数３８ｋＨｚ
ガス種：窒素
ガス流量：３００Ｌ／ｍｉｎ

［プラズマ均一噴射の確認］
図５は、ステージ上に所定の間隔で被照射物としてのポリプロピレン（ＰＰ）フィルムを配置した様子を示す平面図である。
図５に示すように、ステージ上に所定の間隔で被照射物としてポリプロピレン（ＰＰ）フィルムを配置し、実施例１に係るプラズマ発生装置を用いて上方からプラズマを照射した。吹出口から２ｍｍ（照射距離）の位置に、ＰＰフィルムを１軸ステージ上に固定し、１００ｍｍ／秒として吹出口を往復運動させ、プラズマの照射を行った。各ＰＰフィルム表面の水接触角を測定は、２回照射した後（２回往復運動した後）、１０回照射した後（１０回往復運動した後）、２００回照射した後（２００回往復運動した後）に行った。
水接触角の測定は、下記の条件とした。
接触角計：ＤＭｓ－４０１（協和界面科学）
液量：２μＬ
楕円フィッティングで近似。

図６は、水接触角の測定結果を示すグラフである。図６から分かるように、水接触角は、いずれの照射条件においても、幅方向において平均値から±１０％以内となった。
また、別途、図６の１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍの箇所にもポリプロピレン（ＰＰ）フィルムを配置し、同様の試験を行ったが、図６に示す平均値の±１０％以内となった。
以上の結果から、吹出口の全領域からプラズマが均一に噴射されていることがわかる。

以上、第１実施形態に係るプラズマ発生装置１０について説明した。

［変形例］
図７～図１１は、第１実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置の変形例を説明するための部分断面図である。なお、図示していない箇所の構成は、第１実施形態に係るプラズマ発生装置１０と同様である。以下では、上述したプラズマ発生装置１０とは異なる点について主に説明し、共通する点については、説明を省略又は簡単にすることとする。また、プラズマ発生装置１０と共通する構成については、同一の符号を付することとする。

図７に示す変形例１、図８に示す変形例２では、高電圧側電極１４と吹出口３０との間の誘電体基板１２上に突起（変形例１では突起９２、変形例２では突起９４）を設け、高電圧側電極１４と低電圧側電極２０とを離隔する突起部のある誘電体基板としている。
具体的に、変形例１では、突起９２が誘電体基板１２の端部（吹出口３０の直上）に設けられている。変形例２では、突起９４が高電圧側電極１４の吹出口３０に最も近い側の端部に接触するように設けられている。なお、突起９４を設けるとともに突起９２を設けることとしてもよい。

突起９２、９４の材質としては、誘電体基板１２の材質として例示したものが挙げられる。突起９２、９４の材質は、誘電体基板と同一の材質であっても異なる材質であってもよい。突起９２、９４は、誘電体基板１２に一体的に形成されていてもよく、別部材として取り付けられていてもよい。

変形例１、変形例２は、高電圧側電極と低電圧側電極との距離を近づけつつ、沿面距離を確保したものである。変形例１、変形例２では、高電圧側電極と低電圧側電極との間の沿面距離、及び、空間距離を確保することにより、両電極間の短絡、沿面放電の発生などの不要な放電をより抑止することができる。

図９に示す変形例３では、高電圧側電極１４の吹出口３０に最も近い側の端部から吹出口３０の直上までの間の誘電体基板１２上に凹凸９６を設け、沿面距離を確保する構造としている。凹凸９６により沿面上の距離が増加し、抵抗値が増加することで沿面放電のリスクを低減することができる。

図１０に示す変形例４では、低電圧側電極２０の溝部２２に、吹出口３０に近づくにつれて開口高さが拡がるように、テーパ部９８が設けられた構造としている。高電圧側電極１４と低電圧側電極２０側と沿面上の距離を確保したものである。

図１１に示す変形例５では、高電圧側電極１４の吹出口３０側の端部に、高電圧側電極１４を覆う絶縁膜９９を形成した構造としている。高電圧側電極１４の端部を絶縁膜９９で覆うことにより、コロナ放電の発生などの不要な放電を抑止することができる。絶縁膜９９としては、ガラスおよびガラスを含む焼結体、シリコン、エポキシなどの樹脂素材が挙げられる。

変形例１～変形例５では、高電圧側電極１４と低電圧側電極２０との間の沿面距離、及び／又は、空間距離について、一定の距離を確保することができる。その結果、これらを構成する材料が不純物として、プラズマに混入することを防止することができる。また電極の損耗や電源装置の破損を防止し、装置の寿命の延長に利することとなる。
これらの沿面距離を確保する方策により、高電圧側電極１４の吹出口３０に近い側の端部をより吹出口３０の近くにまで配置することができ、効率の高いプラズマの生成を達成することができる。

放電においては、高電圧側電極と低電圧側電極との距離が短いことは、電気エネルギーの観点から好ましい。すなわち、高電圧側電極を吹出口の最先端まで伸設して配置した方が有利である。しかしながら、このように両電極を配置すると、高電圧側電極と低電圧側電極との距離が著しく短くなり、誘電体基板上で沿面放電を引き起こすことがある。
そこで、高電圧側電極を、吹出口の直上から沿面放電が発生しない程度に離れた箇所に配置し、適切な沿面距離を確保することが好ましい。
上述のように、高電圧側電極と低電圧側電極との距離を近くするために、より吹出口の先端まで高電圧側電極を配置することが、理想的には望ましい。そのため沿面距離を確保しつつ、高電圧側電極と低電圧側電極との距離を低減する方策が必要となる。
そこで、変形例１、変形例２のように、高電圧側電極と吹出口との間の誘電体基板に、突起部を設け、高電圧側電極と低電圧側電極側とを離隔する突起部のある誘電体基板とする方法を用いることができる。
さらに、沿面距離を確保する方策として、変形例３のように、高電圧側電極から吹出口の最先端までの間の誘電体基板上の凹凸を設け、沿面距離を確保する構造にする方法があげられる。
さらに、沿面距離を確保する方策として、変形例４のように、吹出口近傍の低電圧側電極の端部を削り、吹出口を広げる構造とし、高電圧側電極と低電圧側電極側と沿面上の距離を確保する方法があげられる。
さらに、変形例５のように、高電圧側電極吹出口側の端部を覆う絶縁体を被着させることで、沿面上の直接的放電の発生を強制的に防護する構造とする方法があげられる。
これらの沿面距離を確保する方策により、高電圧側電極の吹出口に近い側の端部をより吹出口の近くにまで配置することができ、効率の高いプラズマの生成を達成することができる。
このように、高電圧側電極と低電圧側電極との間の沿面距離、及び、空間距離を確保することにより、両電極間の短絡、沿面放電の発生などの不要な放電を抑止することができる。

［第２実施形態］
以下、第２実施形態に係るプラズマ発生装置５０について説明する。第２実施形態に係るプラズマ発生装置５０は、誘電体基板と高電圧側電極と低電圧側電極との形状がプラズマ発生装置１０と異なり、その他の点で共通する。そこで、以下では、異なる点について主に説明し、共通する点については、説明を省略又は簡単にすることとする。また、第１実施形態に係るプラズマ発生装置１０と共通する構成については、同一の符号を付することとする。

図１２は、第２実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置の断面図である。図１２に示すように、プラズマ発生装置５０は、誘電体基板５２と、高電圧側電極５４と、低電圧側電極５６とを備える。

誘電体基板５２は、誘電体基板１２と同様、厚さが一定の平坦部５２ａと、平坦部５２ａから連続的に形成され、吹出口３０に近づくにつれて厚さが薄くなる傾斜部５２ｂとを有する。ただし、誘電体基板５２においては、誘電体基板１２と比較して、平坦部５２ａの長さは平坦部１２ａよりも短く、傾斜部５２ｂの傾斜は傾斜部１２ｂよりも緩やかである。

高電圧側電極５４は、誘電体基板５２の幅とほぼ同じ幅を有し、誘電体基板５２の傾斜部５２ｂ上に設けられている。第２実施形態では、高電圧側電極５４は、平坦部５２ａ上には設けられていない。
高電圧側電極５４の他端（図１２では、右端）は、第１実施形態と同様、吹出口３０が形成されている面までは達していない。つまり、高電圧側電極５４の他端と吹出口３０が形成されている面との間に一定の隙間５５が設けられている。

低電圧側電極５６は、板状であり、誘電体基板５２の第２面５３ｂ（図２では、下側の面）側に設けられている。
低電圧側電極５６には、第１実施形態に係る低電圧側電極２０と同様の溝部２２が形成されており、溝部２２には、厚さが吹出口３０に近づくにつれて厚くなる傾斜部５６ｂが形成されている。これにより、ガス流路２５は、誘電体基板５２と低電圧側電極５６との間隙が吹出口３０に近づくにつれて狭くなる部分５８が設けられている。
第２実施形態では、誘電体基板５２と低電圧側電極５６との間隙が吹出口３０に近づくにつれて狭くなる部分を有するため、静電容量の変化量をさらに大きくすることができる。
また、高電圧側電極と低電圧側電極との間隙が、吹出口３０に近づくにつれて狭くなる部分を有することにより、放電開始の確率を向上させることができる。放電開始電圧は、圧力と距離の積に比例することから、始動初期は高電圧側電極と低電圧側電極との距離が近い先端付近から放電を開始し、その後は後部の誘電層が厚い部分へ放電が広がることになる。誘電体基板５２と低電圧側電極５６との間隙が吹出口３０に近づくにつれて狭くなる部分を有することにより、プラズマ発生装置を確実に始動させ、安定して放電を行うことができる。
また、高電圧側電極と低電圧側電極との距離が近い部分が、吹出口の長手方向にわたって設けられていることにより、低い電力でのプラズマ放電であっても、吹出口の先端付近でプラズマを均等に発生させることができ、均一な処理が可能となる。
その結果、プラズマ発生装置への投入電力を調整できることになり、プラズマ処理の応用範囲を広げることができる。

以上、第２実施形態に係るプラズマ発生装置５０について説明した。

［第３実施形態］
以下、第３実施形態に係るプラズマ発生装置６０について説明する。第３実施形態に係るプラズマ発生装置６０は、吹出口近傍、且つ、低電圧側電極上に保護層を備える点でプラズマ発生装置５０と異なり、その他の点で共通する。そこで、以下では、異なる点について主に説明し、共通する点については、説明を省略又は簡単にすることとする。また、第２実施形態に係るプラズマ発生装置５０と共通する構成については、同一の符号を付することとする。

図１３は、第３実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置を模式的に示す断面図である。図１３に示すように、プラズマ発生装置６０は、誘電体基板５２と、高電圧側電極５４と、低電圧側電極５６とを備える。

吹出口３０近傍、且つ、低電圧側電極５６上には、低電圧側電極５６を構成する材料が飛散することを防止するための保護層６４が形成されている。本実施形態では、少なくとも傾斜部５６ｂを覆うように保護層６４が形成されている。保護層６４は、誘電体であることが好ましい。保護層６４の材質としては、誘電体基板５２の材質と同一の物質が好ましい。保護層６４の材質の具体例としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、ステアタイト等が挙げられる。

低電圧側電極５６への保護層６４の形成方法としては、特に制限されないが、保護層６４となる材料を溶射して塗布する方法が挙げられる。溶射による保護層６４の形成は、製造が容易である点で優れる。保護層６４の厚さとしては、汚染防止の観点から適宜設定できるが、例えば、１００μｍ以下を採用することができる。

第３実施形態に係るプラズマ発生装置６０によれば、プラズマが発生する箇所の近傍、すなわち、吹出口３０近傍、且つ、低電圧側電極５６上に保護層６４を備えるため、低電圧側電極５６を構成する材料が蒸発、拡散することを抑制することができ、照射対象物が汚染されることを防止することができる。

以上、第３実施形態に係るプラズマ発生装置６０について説明した。

［第４実施形態］
以下、第４実施形態に係るプラズマ発生装置７０について説明する。第４実施形態に係るプラズマ発生装置７０は、吹出口近傍、且つ、誘電体基板の第２面上に、始動補助部材が配置されている点で第１実施形態に係るプラズマ発生装置１０と異なり、その他の点で共通する。そこで、以下では、異なる点について主に説明し、共通する点については、説明を省略又は簡単にすることとする。また、第１実施形態に係るプラズマ発生装置１０と共通する構成については、同一の符号を付することとする。

図１４は、第４実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置を模式的に示す斜視図であり、図１５は、図１４に示した誘電体バリア式プラズマ発生装置のＡ－Ａ断面図である。なお、図１５では、ガスバッファ用基板を省略している。図１４、図１５に示すように、プラズマ発生装置７０は、誘電体基板１２と、高電圧側電極１４と、低電圧側電極２０と、ガスバッファ用基板２６とを備える。

吹出口３０近傍、且つ、誘電体基板１２の第２面１３ｂ上には、始動補助部材７２が配置されている。

始動補助部材７２の材料としては、炭素（カーボン）、遷移金属化合物等が挙げられる。また、始動補助部材７２の材料として誘電体基板１２よりも比誘電率の高い物質が挙げられる。始動補助部材７２の材料として誘電体基板１２よりも比誘電率の高い物質を用いる場合、誘電損失により、前記物質が加熱されて初期電子が前記空間に供給されることとなる。始動補助部材７２の材料は、なかでも、カーボンが好ましい。カーボンは熱安定性が高いため、加熱等により付設後に始動補助部材７２が蒸発すること等を抑制することができ、プラズマ発生装置７０としての信頼性を高めることができる。
また、始動補助部材７２の材料として、より少ない印加電圧で電子放出作用が認められる仕事関数の低い材料でもよい。

プラズマ発生装置７０では、プラズマを発生させる箇所である吹出口３０近傍、且つ、誘電体基板１２の第２面１３ｂ上に、始動補助部材７２を配置するため、初期電子が吹出口３０近傍、且つ、誘電体基板１２の第２面１３ｂ上の空間に供給されることとなる。これにより、電源容量の大きいマイクロ波発振装置やスタータ回路装置が不要となり、小型で安価なプラズマ発生装置を提供することができる。

第４実施形態では、保護層６４を備えない場合について説明したが、始動補助部材７２を備え、且つ、保護層６４を備えた構成であってもよい。

以上、第４実施形態に係るプラズマ発生装置７０について説明した。

［第５実施形態］
以下、第５実施形態に係るプラズマ発生装置８０について説明する。第５実施形態に係るプラズマ発生装置８０は、吹出口に遮光部材が設けられている点で第１実施形態に係るプラズマ発生装置１０と異なり、その他の点で共通する。そこで、以下では、異なる点について主に説明し、共通する点については、説明を省略又は簡単にすることとする。また、第１実施形態に係るプラズマ発生装置１０と共通する構成については、同一の符号を付することとする。

図１６は、第５実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置を模式的に示す断面図である。図１６に示すように、プラズマ発生装置８０は、誘電体基板１２と、高電圧側電極１４と、低電圧側電極２０とを備える。

図１６に示すように、吹出口３０には、遮光部材８２が設けられている。遮光部材８２は、ガス流路２５を流れてきたガスが流通可能な空洞８３を有しており、空洞８３は、ガス流路２５と連通している。また、遮光部材８２の空洞８３は、ガス流路２５のガスの流れる方向に対して直角に設けられている。これによりガス流路２５内での放電による光が照射対象物にあたらないようにすることができる。

以上、第５実施形態に係るプラズマ発生装置８０について説明した。

上述した実施形態では、誘電体基板が平坦部を有する場合について説明したが、本発明において誘電体基板は平坦部を有さず、傾斜部のみであってもよい。

上述した実施形態では、本発明における「厚さが吹出口に近づくにつれて薄くなる部分」が、傾斜部である場合、すなわち、厚さが平坦部１２ａから吹出口３０に近づくにつれて直線的に薄くなる場合について説明した。しかしながら、本発明における「厚さが吹出口に近づくにつれて薄くなる部分」は、この例に限定されず、二次曲線、三次曲線などの多項式的に、又は、指数関数的に薄くなる部分であってよもい。また、非連続的、例えば、階段状に薄くなる部分であってもよい。

［第６実施形態］
以下、第６実施形態に係るプラズマ発生装置１００について説明する。第６実施形態に係るプラズマ発生装置１００は、誘電体基板、高電圧側電極、低電圧側電極に形成された溝の形状が第１実施形態に係るプラズマ発生装置１０と異なり、その他の点で共通する。そこで、以下では、異なる点について主に説明し、共通する点については、説明を省略又は簡単にすることとする。また、第１実施形態に係るプラズマ発生装置１０と共通する構成については、同一の符号を付することとする。

図１７は、第６実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置の断面図である。図１７に示すように、プラズマ発生装置１００は、誘電体基板１０２と、高電圧側電極１０４と、低電圧側電極１１０とを備える。

誘電体基板１０２は、厚さが一定の平坦部１０２ａと、平坦部１０２ａから階段上に形成され、吹出口３０に近づくにつれて階段状に薄くなる階段状部１０２ｂとを有する。
セラミックスは割れやすく、機械強度が不足する課題がある。そこで、２段階、３段階等、多段にすることで強度を保つことができる。

低電圧側電極１１０は、板状であり、誘電体基板１０２の第２面１０３ｂ（図１７では、下側の面）側に設けられている。
低電圧側電極１１０には、第１実施形態に係る低電圧側電極２０と同様の溝部２２が形成されており、溝部２２には、厚さが吹出口３０に近づくにつれて厚くなる階段状部１２３が形成されている。これにより、ガス流路２５は、誘電体基板１０２と低電圧側電極１１０との間隙が吹出口３０に近づくにつれて狭くなる部分１２４が設けられている。
第６実施形態では、誘電体基板１０２と低電圧側電極１１０との間隙が吹出口３０に近づくにつれて狭くなる部分を有するため、静電容量の変化量をさらに大きくすることができる。

なお、第２実施形態～第６実施形態に係るプラズマ発生装置５０、６０、７０、８０、１００は、上記で説明した効果に加えて、第１実施形態に係るプラズマ発生装置１０と同様の効果も奏する。

次に、本実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置のプラズマ放電開始方法について説明する。
本実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置のプラズマ放電開始方法は、プラズマ発生装置１０、５０、６０、７０、８０を用いる。
前記プラズマ放電開始方法は、始動時には、Ｈｅ、Ｎｅ、及び、Ａｒからなる群から選ばれる１種以上の始動用ガスを前記ガス流路に導入してプラズマを発生させる工程Ａと、
前記工程Ａの後、前記ガス流路に、プラズマ生成ガスを導入する工程Ｂとを有する。
本実施形態に係る誘電体バリア式プラズマ発生装置のプラズマ放電開始方法によれば、始動時には、Ｈｅ、Ｎｅ、及び、Ａｒからなる群から選ばれる１種以上の始動用ガスを前記ガス流路に導入してプラズマを発生させ、始動後は、前記ガス流路にプラズマ生成ガス（水素、酸素、水、窒素など、所望の活性種を生成できるガス）を導入するため、プラズマ生成ガスが、プラズマ放電しにくいガスであっても、放電を開始することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した例に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。

１０、５０、６０、７０、８０、１００ 誘電体バリア式プラズマ発生装置（プラズマ発生装置）
１２、５２、１０２ 誘電体基板
１２ａ、５２ａ、１０２ａ 平坦部
１２ｂ、５２ｂ 傾斜部
１３ａ 第１面
１３ｂ、５３ｂ、１０３ｂ 第２面
１４、５４、１０４ 高電圧側電極
１５ 隙間
２０、５６、１１０ 低電圧側電極
２２ 溝部
２３ａ、２３ｂ 外周部
２４ ガス導入路
２５ ガス流路
２６ ガスバッファ用基板
２７ 空洞
３０ 吹出口
３４ 電気導入部
４０ ガス送出装置
４２ 電源装置
５６ｂ （高電圧側電極の）傾斜部
６４ 保護層
７２ 始動補助部材
８２ 遮光部材
８３ 空洞
１０２ｂ 階段状部
１２３ 階段状部

Claims (15)

1. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板の第１面側に設けられた高電圧側電極と、
   前記誘電体基板の第２面側に設けられた低電圧側電極と、
   前記高電圧側電極の一端に設けられた電気導入部と
   を備え、
   前記誘電体基板と前記低電圧側電極との間には、前記一端側から他端側にガスを流すためのガス流路が形成されており、
   前記ガス流路の前記他端側には、前記ガス流路を流れてきたガス、及び、前記ガス流路にて発生したプラズマを吹き出すための吹出口が形成されており、
   前記誘電体基板は、厚さが前記吹出口に近づくにつれて薄くなる部分を有することを特徴とする誘電体バリア式プラズマ発生装置。
2. 印加電圧が３ｋＶ～２０ｋＶであり、周波数が２０ｋＨｚ～１５０ｋＨｚである電源装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
3. 前記ガス流路は、前記誘電体基板と前記低電圧側電極との間隙が前記吹出口に近づくにつれて狭くなる部分を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
4. 前記吹出口近傍、且つ、前記低電圧側電極上に、前記低電圧側電極を構成する材料が飛散することを防止するための保護層を備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
5. 前記誘電体基板は、アルミナ、又は、窒化アルミニウムで構成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
6. 前記高電圧側電極は、箔状の金属であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
7. 前記高電圧側電極は、導電金属を含有した焼結体であることを特徴とする請求項６に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
8. 前記高電圧側電極は、メッキ、蒸着、又は、スパッタリングにより形成されていることを特徴とする請求項６に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
9. 前記吹出口近傍、且つ、前記誘電体基板の前記第２面上に、始動補助部材が配置されていることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
10. 前記ガス流路へガスを導入するガス導入路を有し、
    前記ガス導入路が２つ以上であることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
11. 前記吹出口に遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
12. 内部に空洞を有するガスバッファ用基板が、前記低電圧側電極の、前記誘電体基板とは反対側の面に積層されていることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
13. 前記高電圧側電極の他端と前記吹出口が形成されている面との間に一定の隙間が設けられていることを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
14. 前記誘電体基板の、厚さが前記吹出口に近づくにつれて薄くなる部分が、階段状であることを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の誘電体バリア式プラズマ発生装置。
15. 誘電体バリア式プラズマ発生装置のプラズマ放電開始方法であって、
    前記誘電体バリア式プラズマ発生装置は、
    誘電体基板と、
    前記誘電体基板の第１面側に設けられた高電圧側電極と、
    前記誘電体基板の第２面側に設けられた低電圧側電極と、
    前記高電圧側電極の一端に設けられた電気導入部と
    を備え、
    前記誘電体基板と前記低電圧側電極との間には、前記一端側から他端側にガスを流すためのガス流路が形成されており、
    前記ガス流路の前記他端側には、前記ガス流路を流れてきたガス、及び、前記ガス流路にて発生したプラズマを吹き出すための吹出口が形成されており、
    前記誘電体基板は、厚さが前記吹出口に近づくにつれて薄くなる部分を有しており、
    前記プラズマ放電開始方法は、始動時には、Ｈｅ、Ｎｅ、及び、Ａｒからなる群から選ばれる１種以上の始動用ガスを前記ガス流路に導入してプラズマを発生させる工程Ａと、
    前記工程Ａの後、前記ガス流路に、プラズマ生成ガスを導入する工程Ｂと
    を含むことを特徴とするプラズマ放電開始方法。

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