等离子体发生装置的制作方法

本发明涉及一种通过一对电极的端部之间的放电来产生等离子体的等离子体发生装置。

背景技术：

在等离子体发生装置中，如下述专利文献所记载的那样，向反应室供给处理气体，向配设于反应室的多个电极供给电力。由此，在反应室中产生放电，处理气体被等离子体化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-038940号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

由于在等离子体发生装置中，通过电极间的放电来产生等离子体，因此构成等离子体发生装置的部件因放电而劣化。为此，将防止构成等离子体发生装置的部件的劣化作为课题。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本说明书公开一种等离子体发生装置，所述等离子体发生装置具备：一对电极；一对保持架，以使所述一对电极的端部突出的状态保持所述一对电极；及壳体，与所述一对保持架组合，组合后的所述壳体与所述一对保持架仅在与从所述一对保持架突出的所述一对电极的端部之间相反的一侧接触。

发明效果

根据本公开，能够抑制等离子体的进入，防止构成等离子体发生装置的部件的劣化。

附图说明

图1是表示大气压等离子体发生装置的立体图。

图2是表示大气压等离子体发生装置的分解图。

图3是表示大气压等离子体发生装置的剖视图。

图4是表示内部块的立体图。

图5是表示内部块的主视图、俯视图、侧视图。

图6是表示保持部件的立体图。

图7是表示保持部件的主视图、俯视图、仰视图、侧视图。

图8是表示内部块的俯视图。

图9是表示以往的大气压等离子体发生装置的分解图。

图10是表示以往的大气压等离子体发生装置的内部块的俯视图。

图11是表示变形例的大气压等离子体发生装置的剖视图。

具体实施方式

以下，作为用于实施本发明的方式，参照附图详细地说明本发明的实施例。

(a)大气压等离子体发生装置的结构

在图1～图3中示出本发明的实施例的大气压等离子体发生装置10。大气压等离子体发生装置10是用于在大气压下产生等离子体的装置。大气压等离子体发生装置10具备内部块12、下部块14、照射嘴18、保持部件20、一对电极24、26、连接部件28及上部块30。此外，图1是大气压等离子体发生装置10的立体图，图2是除上部块30以外的大气压等离子体发生装置10的分解立体图，图3是大气压等离子体发生装置10的剖视图。

内部块12由陶瓷制成，如图4及图5所示，由大致长方体形状的主体部32和形成于主体部32的上缘的凸缘部34构成。此外，图4是内部块12的立体图，图5是内部块12a的主视图、内部块12b的俯视图及内部块12c的侧视图。

在内部块12的凸缘部34的上表面形成有一对圆柱形的圆柱凹部36、38。进而，以连接一对圆柱凹部36、38的方式形成有从一对圆柱凹部36、38的底面朝向主体部32的内部的连接凹部40。此外，由于连接凹部40的宽度比圆柱凹部36、38的直径小，因此圆柱凹部36、38的底面被设为大致u字型的台阶面46、48。另外，连接凹部40被设为越是朝向底面则宽度越窄的带台阶的形状，在连接凹部40的底面以沿上下方向延伸的方式形成有6条第一流路50。并且，上述6条第一流路50在内部块12的下表面开口。此外，在本说明书中的构成要素为大致矩形的情况下，该构成要素的宽度方向意味着短边方向、即与长边方向正交的方向。另外，将长边方向记载为长度方向。

如图2所示，下部块14形成为大致长方体形状，由陶瓷制成。在下部块14的上表面形成有用于收纳内部块12的收纳部60。收纳部60是在下部块14的上表面开口的有底孔，如图3所示，由位于底面侧的第一收纳部62和位于开口侧的第二收纳部64构成。

第一收纳部62的深度尺寸与内部块12的主体部32的高度尺寸大致相同，第一收纳部62的宽度尺寸及长度尺寸比内部块12的主体部32的宽度尺寸及长度尺寸略长。另外，第二收纳部64的深度尺寸比内部块12的凸缘部34的高度尺寸略长，第二收纳部64的宽度尺寸及长度尺寸比内部块12的凸缘部34的宽度尺寸及长度尺寸略长。因此，将内部块12从收纳部60的开口插入，将内部块12的主体部32收纳在第一收纳部62，将内部块12的凸缘部34收纳在第二收纳部64。此外，由于第二收纳部64的深度尺寸比凸缘部34的高度尺寸长，因此凸缘部34的上表面、即内部块12的上表面在收纳部60的内部位于比下部块14的上表面靠下方处。即，内部块12整体以被掩埋的状态进入到下部块14的收纳部60的内部。

另外，在收纳部60的底面、即第一收纳部62的底面以沿上下方向延伸的方式形成有6条第二流路66，上述6条第二流路66在下部块14的下表面开口。并且，通过将内部块12收纳在收纳部60内而使得第二流路66与内部块12的第一流路50连通。

照射嘴18固定于下部块14的下表面。在照射嘴18以沿上下方向延伸的方式形成有6条第三流路70，上述6条第三流路70在照射嘴18的上表面及下表面开口。并且，各第三流路70与内部块12的各第二流路66连通。

保持部件20由陶瓷制成，如图6及图7所示，由一对保持架72、74和连接部76构成。一对保持架72、74以彼此的侧面相向的状态分离地配设，且由连接部76连接。上述一对保持架72、74各自由主体部78和突出部80构成。主体部78被设为大致有底圆筒形状。另外，突出部80被设为直径比主体部78小的短圆筒形状，从主体部78的底面向下方稍微突出。该突出部80的上端在主体部78的底面开口。

此外，主体部78的外径被设为与内部块12的凸缘部34的宽度尺寸大致相同，突出部80的外径被设为比内部块12的圆柱凹部36、38的内径略小的尺寸。另外，一对保持架72、74的突出部80的轴心从主体部78的轴心向彼此靠近的方向偏移，一对突出部80的分离距离被设为与内部块12的一对圆柱凹部36、38的分离距离相同。

另外，一对保持架72、74各自的主体部78的底面被设为台阶面，由第一底面82和第二底面84构成。第二底面84从第一底面82向下方突出。第二底面84形成为，朝向从一对保持架72、74的突出部80的彼此相对的侧面86的相反侧的侧面88分离的方向而呈大致扇型扩展。即，第一底面82形成于突出部80的侧面86侧，第二底面84形成于突出部80的侧面88侧。此外，第二底面84从第一底面82向下方突出，位于比突出部80的下端靠上方处。

另外，连接部76在一对保持架72、74的彼此相向的侧面连接上述一对保持架72、74。连接部76的宽度尺寸被设为与保持架72、74的主体部78的外径大致相同，连接部76的外壁面与主体部78的外周面圆滑地连续。此外，如上所述，保持架72、74的主体部78的外径被设为与内部块12的凸缘部34的宽度尺寸大致相同。另外，连接部76的长度尺寸被设计为使保持部件20的长度尺寸与内部块12的凸缘部34的长度尺寸一致。由此，保持部件20的宽度尺寸及长度尺寸被设为与内部块12的凸缘部34的宽度尺寸及长度尺寸大致相同。

另外，连接部76的底面90与保持架72、74的主体部78的第一底面82共面，连接部76的底面90和主体部78的第一底面82被设为圆滑的平坦面。此外，在连接部76，在一对保持架72、74之间形成有沿上下方向延伸的贯通孔96，贯通孔96的上端在连接部76的上表面开口，下端在连接部76的下表面开口。

如图3所示，将这样的构造的保持部件20与内部块12组合。详细地说，将保持部件20的一对保持架72、74的突出部80插入于内部块12的一对圆柱凹部36、38。由此，突出部80的下端与圆柱凹部36、38的台阶面46、48相向。但是，圆柱凹部36、38的深度尺寸比突出部80自第二底面84起的突出量大。因此，保持部件20的第二底面84与内部块12的上表面接触，突出部80的下端与圆柱凹部36、38的台阶面46、48以具有间隙的状态相向。这样，通过将保持部件20与内部块12组合，内部块12的连接凹部40被保持部件20堵塞，通过连接凹部40和保持部件20而对反应室100进行划分。

另外，如上所述，保持部件20的宽度尺寸及长度尺寸被设为与内部块12的凸缘部34的宽度尺寸及长度尺寸大致相同。因此，与内部块12组合后的保持部件20的下端部与内部块12的凸缘部34一并地收纳在下部块14的第二收纳部64。

一对电极24、26各自形成为大致圆柱形，电极24、26的外径比保持部件20的保持架72、74的内径小。并且，电极24、26在保持架72、74的内部被插座102保持为沿上下方向延伸的姿态。电极24、26的下端部从保持架72的下端部、即突出部80的下端突出，并插入于反应室100的内部。

另外，插入于反应室100的内部的电极24、26的下端部被设为彼此的端面相对的楔状。详细地说，一对电极24、26的下端部被从一对电极24、26的彼此相对的侧面106朝向与该侧面106相反的一侧的侧面108地向下方进行切除。即，一对电极24、26的下端面110被切成彼此相对。另外，作为另一种表达方式，侧面106与下端面110所形成的角度被设为钝角，侧面108与下端面110所形成的角度被设为锐角。进而作为另一种表达方式，电极24、26的下端面110被设为越是从侧面106朝向侧面108则越是朝向下方倾斜的锥面。

另外，连接部件28形成为板状，在连接部件28形成有沿上下方向延伸的插通孔120。插通孔120的上端在连接部件28的上表面开口，下端在连接部件28的下表面开口。插通孔120的内尺寸比保持部件20的宽度方向及长度方向上的尺寸略大。并且，连接部件28在使保持部件20插通于插通孔120的状态下固定于下部块14的上表面。此外，连接部件28的上表面和保持部件20的连接部76的上表面被设为大致相同的高度，保持部件20的保持架72、74的上端部、即主体部78从连接部件28的上表面朝向上方延伸。

另外，上部块30形成为大致长方体形状，形成有在上部块30的下表面开口的一对凹部126。凹部126的内尺寸比保持架72、74的主体部78的外尺寸略大。并且，在保持架72、74的主体部78嵌入于凹部126的状态下，上部块30的下表面固定于连接部件28的上表面。此外，凹部126的深度尺寸比主体部78自连接部件28的上表面起的延伸量大。因此，在凹部126的底面与主体部78之间具有间隙。环状的弹性体128以压缩的状态插入于该间隙。由此，保持部件20被弹性体128的弹力朝向下方施力，在下部块14的收纳部60的内部，使内部块12与保持部件20紧贴。

另外，在上部块30形成有与一对凹部126连通的一对第一系列通路130。该第一系列通路130与供给仅由氮等非活性气体构成的处理气体的供给装置(省略图示)连接。进而，在上部块30还形成有与保持部件20的贯通孔96连通的第二连通路132。该第二连通路132与供给以任意比例混合空气中的氧等活性气体与氮等非活性气体而成的处理气体的供给装置(省略图示)连接。

(b)基于大气压等离子体发生装置的等离子体的产生

在大气压等离子体发生装置10中，通过上述结构，在反应室100的内部，处理气体被等离子体化，从照射嘴18的第三流路70照射等离子体。以下，详细地说明基于大气压等离子体发生装置10的等离子体的产生。

在大气压等离子体发生装置10中，将仅由非活性气体构成的处理气体从第一系列通路130经由保持部件20的保持架72、74的内部向反应室100供给。另外，将由非活性气体和活性气体构成的处理气体从第二连通路132经由保持部件20的贯通孔96向反应室100供给。此时，在反应室100中，对一对电极24、26施加电压，在一对电极24、26之间流动有电流。由此，在一对电极24、26之间产生放电，通过该放电而将处理气体等离子体化。另外，由于在反应室100中，电极24、26配设于内部块12的靠近连接凹部40的壁面的位置，因此通过朝向电极24、26施加电压而使电流沿连接凹部40的壁面流动。由此，不仅是一对电极24、26之间，沿连接凹部40的壁面也产生放电，通过该放电而将处理气体等离子体化。并且，在反应室100中产生的等离子体经由内部块12的第一流路50向下部块14的第二流路66流动。进而，等离子体向照射嘴18的第三流路70流动，从该第三流路70的下端向被处理体照射等离子体。

(c)大气压等离子体发生装置的耐久性提高

这样，在大气压等离子体发生装置10中，通过在反应室100的内部产生放电而将处理气体等离子体化，从照射嘴18的第三流路70照射等离子体。此外，等离子体是指对构成气体的分子进行电离而分成阳离子与电子的状态，相当于电离后的气体。这样的等离子体在反应室100内产生，并从反应室100向第一流路50喷出。

但是，在反应室100的内部电离后的气体依次从反应室100向第一流路50喷出，但是当进入到非常窄的区域时，存在有该电离后的气体滞留在该狭窄的区域的情况。例如，由于在对反应室100进行划分的部件彼此的接触面中，面彼此接触，因此考虑为无间隙。然而，当考虑为以构成气体的分子的大小为基准时，即使是接触面，电离后的气体也会进入到部件彼此的接触面。当电离后的气体进入到这样的非常狭窄的区域的接触面时，电离后的气体滞留在该接触面的内部，通过对该电离后的气体集中放电而存在有在接触面产生焦糊的隐患。特别是在反应室100内，由于在一对电极24、26之间产生放电，因此当在一对电极24、26之间存在有接触面时，易于在该接触面产生焦糊，对反应室100进行划分的部件、即内部块12、保持部件20等易于劣化。另外，因朝向接触面的放电的集中而存在有放电不稳定的隐患。

鉴于这样的情况，在大气压等离子体发生装置10中构成为，在反应室100内，仅在与一对电极24、26之间相反的一侧存在有接触面。详细地说，如上所述，通过保持部件20和内部块12而对反应室100进行划分，保持部件20的一对保持架72、74的突出部80插入于内部块12的一对圆柱凹部36、38。由此，突出部80的下端与圆柱凹部36、38的台阶面46、48相向。只不过，圆柱凹部36、38的深度尺寸比突出部80自第二底面84起的突出量大。因此，保持部件20的第二底面84与内部块12的上表面接触，突出部80的下端与圆柱凹部36、38的台阶面46、48以具有间隙的状态相向。即，在保持部件20中，仅第二底面84与内部块12接触。换言之，如图8所示，在内部块12的凸缘部34的上表面，仅与保持部件20的第二底面84的形状对应的部位(图中斜线)形成为朝向保持部件20的接触面140。

该接触面140位于插入于内部块12的连接凹部40的一对电极24、26之间的相反的一侧。即，在大气压等离子体发生装置10中构成为，在反应室100内，仅在与一对电极24、26之间相反的一侧存在有内部块12与保持部件20的接触面、即第二底面84及接触面140。

此外，一对电极24、26之间不仅表示以相当于电极24、26的直径的宽度连接一对电极24、26的区域，还表示与连接一对电极24、26的直线正交而通过一对电极24、26的两条直线之间的区域。详细地说，以相当于电极24、26的直径的宽度连接一对电极24、26的区域是指在图8中由单点划线146围起的区域。另一方面，与连接一对电极24、26的直线正交而通过一对电极24、26的两条直线是图8中的双点划线148。因此，一对电极24、26之间意味着两条双点划线148之间。即，在大气压等离子体发生装置10中，在反应室100内，仅在与一对双点划线148之间相反的一侧存在有内部块12与保持部件20的接触面。

另一方面，如图9所示，以往的大气压等离子体发生装置150由一对保持架152、内部块154、连接部件156、下部块158、照射嘴(省略图示)及上部块(省略图示)构成。在此，在大气压等离子体发生装置150中，通过向内部块154的上表面组装一对保持架152的下表面而使内部块154的内部作为反应室发挥功能。因此，仅说明保持架152及内部块154。

一对保持架152形成为圆筒形状，其下端面被设为平坦面。另外，内部块154由大致长方体形状的主体部166和形成于主体部166的上端的凸缘部168构成。在内部块154形成有凹部170，凹部170在凸缘部168的上表面开口，并到达主体部166的内部。凸缘部168的上表面除凹部170以外被设为平坦面，凸缘部168的宽度尺寸被设为与保持架152的直径大致相同尺寸。并且，以使保持架152的下表面与内部块154的上表面、即凸缘部168的上表面接触的方式组合保持架152和内部块154。由此，内部块154的凹部170被保持架152划分为反应室。并且，通过向一对保持架152的内部插入一对电极(参照图10)176、178而使一对电极176、178的下端部进入到凹部170的内部。

在大气压等离子体发生装置150中，如上所述，以使平坦的保持架152的下端面与平坦的内部块154的上端面接触的方式组合保持架152和内部块154。因此，在内部块154的上表面中，如图10所示，与保持架152的下端面的形状对应的部位(图中斜线)形成为朝向保持架152的接触面180。该接触面180延伸至一对电极176、178之间。即，接触面180延伸至与连接一对电极176、178的直线正交而通过一对电极176、178的两条直线182之间的区域。

这样，当在一对电极176、178之间存在有对反应室进行划分的保持架152与内部块154的接触面时，因在电极176、178之间产生的放电而被电离的气体易于进入到接触面180。特别是在沿对反应室进行划分的壁面产生放电的情况下，电离后的气体易于进入到接触面180。并且，当电离后的气体进入到接触面180并滞留时，放电集中在接触面180。由此，接触面180焦糊而劣化。这样，在以往的大气压等离子体发生装置150中，对反应室进行划分的保持架152及内部块154易于劣化，耐久性较低。另外，为了提高耐久性，作为保持架152等的材料，考虑使用耐热性较高的材料，但是成本升高。

另一方面，在大气压等离子体发生装置10中，如图8所示，在反应室100内，仅在与一对电极24、26之间相反的一侧存在有内部块12与保持部件20的接触面140。即，在一对电极24、26之间不存在内部块12与保持部件20的接触面140。因此，即使在一对电极24、26之间产生放电，电离后的气体也难以进入到内部块12与保持部件20的接触面140。另外，即使在从一对电极24、26沿对反应室100进行划分的壁面产生了放电的情况下，也难以进入到接触面140。由此，能够防止由于内部块12与保持部件20的接触面140的焦糊而产生的劣化，能够提高内部块12及保持部件20的耐久性。这样，在大气压等离子体发生装置10中，通过不变更内部块12等的材料而改良内部块12等的形状，能够防止由于材料变更而产生的成本升高，能够实现内部块12等的耐久性的提高。另外，通过抑制朝向接触面的放电的集中，能够确保稳定的放电。

进而言之，如图3所示，在保持部件20的第二底面84与电极24、26之间形成有从第二底面84向下方突出的突出部80，在内部块12的接触面140与电极24、26之间形成有向下方凹陷的台阶面46、48。并且，突出部80与台阶面46、48以具有间隙的状态相向。通过这样的构造，内部块12与保持部件20的接触面位于比电极24、26的下端靠上方处。另外，突出部80以堵塞内部块12与保持部件20的接触面的方式延伸。由此，因电极24、26中的放电而被电离的气体更加难以进入到内部块12与保持部件20的接触面，进一步提高了内部块12等的耐久性。

此外，保持部件20仅在一对保持架72、74的第二底面84由内部块12的上表面支撑。即，保持架72、74仅在大致圆环状的底面的直径方向上的两端部的一方的端部由内部块12的上表面支撑，稳定性较低。因此，一对保持架72、74由连接部76连接，确保了保持部件20的稳定性。

(d)基于电极的放电的稳定的等离子体的产生

另外，在大气压等离子体发生装置10中，如上所述，通过在电极24、26之间产生放电而产生等离子体。因此，在大气压等离子体发生装置10中，为了在电极间稳定地进行放电，电极24、26的下端部被设为楔形。

详细地说，在以往的大气压等离子体发生装置中，电极被设为圆柱形状，电极的侧面与电极的下端面所形成的角度被设为直角。即，在一对电极的下端部，侧面与下端面形成为90度的角部彼此相对，下端面朝向正下方，几乎不相对。并且，通过对上述一对电极供给电力而在一对电极的下端部之间产生放电。此时，由于一对电极的下端面几乎不相对，考虑难以在一对电极的一方的下端面与另一方的下端面之间产生放电而在一对电极的一方的90度的角部与另一方的90度的角部之间产生放电。

当放电像这样地集中于电极的角部时，存在有在朝向电极的供给电力中产生有轻微的紊乱的情况。详细地说，在稳定地向电极供给电流时，电流周期性地发生变化。另一方面，在以往的大气压等离子体发生装置中，在数百～数千周期中的数个周期中，存在有振幅降低的情况。在这样的情况下，虽然是一瞬间，但是存在有放电停止的隐患，并不被期望。

鉴于这样的情况，在大气压等离子体发生装置10中，电极24、26的下端部被设为楔形，一对电极24、26的下端面110彼此相对。即，在一对电极24、26的下端部，侧面106与下端面110形成钝角的角部彼此相对，下端面110也彼此相对。并且，通过向上述一对电极24、26供给电力而考虑在一对电极24、26的一方的钝角的角部与另一方的钝角的角部之间产生放电，在一对电极24、26的一方的下端面110与另一方的下端面110之间也产生放电。此时，与放电集中在一对电极的一方的90度的角部与另一方的90度的角部之间的情况相比，能够稳定地向电极供给电力。即，即使在数百～数千周期中的数个周期中，振幅也不会降低。由此，能够在电极间稳定地进行放电，能够确保稳定的等离子体的产生。

顺便说一下，在上述实施例中，大气压等离子体发生装置10是等离子体发生装置的一例。内部块12是壳体的一例。电极24、26是电极的一例。上部块30是块的一例。连接凹部40是第一凹部的一例。台阶面46、48是台阶面的一例。保持架72、74是保持架的一例。连接部76是连接部的一例。突出部80是突出部的一例。凹部126是第二凹部的一例。弹性体128是弹性体的一例。

此外，本发明并不局限于上述实施例，能够以基于本领域技术人员的知识实施了各种变更、改良的各种方式来进行实施。具体地说，例如，在上述实施例中，如图3所示，在保持架72、74的底面形成有从第二底面84向下方突出的突出部80，在下部块14的上表面形成有从接触面140向下方凹陷的台阶面46、48。并且，第二底面84与接触面140接触，突出部80与台阶面46、48以具有间隙的状态相向。另一方面，也可以如图11所示，在保持架72、74的底面形成有从第二底面84向上方凹陷的台阶面200，在下部块14的上表面形成有从接触面140向上方突出的突出部210。并且，第二底面84与接触面140接触，台阶面200与突出部210以具有间隙的状态相向。

另外，在上述实施例中，将本发明应用于大气压等离子体发生装置10，但是也能够将本发明应用于在减压下产生等离子体的等离子体发生装置。

另外，在上述实施例中，如图8所示，将一对电极24、26之间定义为与连接一对电极24、26的直线正交且通过一对电极24、26的两条直线(双点划线148)之间，但是并不局限于该定义，能够以各种方式来进行定义。例如，能够将一对电极24、26之间定义为与连接一对电极24、26的直线正交且通过一对电极24、26的进行放电的一侧的侧面106的两条直线之间。

另外，在上述实施例中也可以将干燥空气用作处理气体。

附图标记说明

10：大气压等离子体发生装置(等离子体发生装置)12：内部块(壳体)24：电极26：电极30：上部块(块)40：连接凹部(第一凹部)46：台阶面48：台阶面72：保持架74：保持架76：连接部80：突出部126：凹部(第二凹部)128：弹性体