[go: up one dir, main page]

WO2021181879A1 - 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

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 Download PDF

Info

Publication number
WO2021181879A1
WO2021181879A1 PCT/JP2021/001448 JP2021001448W WO2021181879A1 WO 2021181879 A1 WO2021181879 A1 WO 2021181879A1 JP 2021001448 W JP2021001448 W JP 2021001448W WO 2021181879 A1 WO2021181879 A1 WO 2021181879A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
side electrode
voltage side
dielectric substrate
plasma generator
dielectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2021/001448
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
平岡　尊宏
中村　謙介
貴紀 鮫島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ushio Denki KK
Original Assignee
Ushio Denki KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ushio Denki KK filed Critical Ushio Denki KK
Priority to US17/800,881 priority Critical patent/US12219688B2/en
Priority to EP21768415.8A priority patent/EP4120803A4/en
Priority to CN202180007023.3A priority patent/CN114788416B/zh
Priority to KR1020227020879A priority patent/KR102757232B1/ko
Publication of WO2021181879A1 publication Critical patent/WO2021181879A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32348—Dielectric barrier discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/513—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32541—Shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/3255—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H05H1/2437—Multilayer systems
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H05H1/2443—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the plasma fluid flowing through a dielectric tube
    • H05H1/245—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the plasma fluid flowing through a dielectric tube the plasma being activated using internal electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2245/00—Applications of plasma devices
    • H05H2245/40—Surface treatments
    • H05H2245/42—Coating or etching of large items

Definitions

  • the present invention relates to a dielectric barrier type plasma generator and a method for starting plasma discharge of the dielectric barrier type plasma generator.
  • Plasma generators are used in the manufacturing process of plastics, paper, fibers, semiconductors, liquid crystals, films, etc. For example, by irradiating plasma generated by a plasma generator, surface treatment is performed to improve the hydrophilicity, adhesiveness, print adhesion, etc. of the surface to be irradiated, and organic substances on the surface to be irradiated are removed and cleaned. Or an oxide film can be formed on the surface of the irradiation target.
  • FIG. 18 is a perspective view schematically showing a conventional plasma generator.
  • Patent Document 1 includes a pair of electrodes 201 and 201 facing each other, and plasma generation in which the facing surface 202 of one electrode 201 and the facing surface 202 of the other electrode 201 are inclined in opposite directions.
  • the device 200 is disclosed.
  • a large number of streamer discharges S are generated in the opposite region 202 by applying a voltage between the electrodes 201 and 201 while introducing the plasma generation gas G from the upper surface opening.
  • the plasma generation gas G is introduced from the gas introduction hole 223 through the orifice 225 of the injection plate 224 into the facing region 202, it is accelerated by the orifice 225 and injected into the facing region 202 at high speed.
  • the injection causes a turbulent flow of the plasma generation gas G, and the streamer discharge S is diffused and dispersed in the facing region 202.
  • Patent Document 1 discloses that a uniform plasma can be generated by adopting the above configuration.
  • the electrode layer is designed to be thick in order to hold the dielectric by the electrode portion and secure the overall strength.
  • the dielectric is affected by the difference in the coefficient of linear expansion between the dielectric and the electrode metal, and the dielectric is very fragile, which poses a problem from the viewpoint of life. Ceramic materials are generally used for the dielectric, and metal is used for the electrodes.
  • the plasma generator 200 disclosed in Patent Document 1 attempts to generate plasma P substantially uniformly over the entire facing region 202 by generating turbulent flow.
  • the plasma blown out from the outlet is sufficiently uniform.
  • the plasma generated at a position far from the outlet of the opposite region 202 disappears while moving to the outlet. Therefore, it cannot be said that the plasma is uniformly ejected from the entire region of the outlet.
  • the lifetime of the active species generated by plasma is short, and the plasma generated at a position far from the outlet of the opposite region 202, that is, at a position far from the object to be processed, disappears while moving to the outlet, and is efficient. It is not possible to inject plasma.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to efficiently generate plasma in the vicinity of the air outlet, and to uniformly inject plasma from the entire region of the air outlet. It is an object of the present invention to provide a dielectric barrier type plasma generator. Another object of the present invention is to provide a method for starting plasma discharge of the dielectric barrier type plasma generator.
  • the dielectric barrier type plasma generator according to the present invention is Dielectric substrate and The high voltage side electrode provided on the first surface side of the dielectric substrate and The low voltage side electrode provided on the second surface side of the dielectric substrate and It is provided with an electric introduction section provided at one end of the high voltage side electrode.
  • a gas flow path for flowing gas from one end side to the other end side is formed between the dielectric substrate and the low voltage side electrode.
  • an outlet for blowing out the gas flowing through the gas flow path and the plasma generated in the gas flow path is formed.
  • the dielectric substrate is characterized by having a portion that becomes thinner as the thickness approaches the outlet.
  • the dielectric barrier type plasma generator of the present invention since the dielectric substrate has a portion that becomes thinner as it approaches the outlet, the capacitance increases as the thickness approaches the outlet. Then, a discharge occurs at a place where the voltage applied to the gas exceeds the dielectric breakdown voltage. Therefore, by setting the inclination of the thickness of the dielectric substrate so as to exceed the dielectric breakdown voltage in the vicinity of the air outlet, plasma can be generated in the vicinity of the air outlet. As a result, plasma can be uniformly ejected from the entire region of the air outlet. Moreover, since plasma is generated in the vicinity of the air outlet, the plasma generation efficiency is excellent.
  • the dielectric barrier type plasma generator of the present invention does not use microwaves, it is not necessary to perform impedance matching or the like for microwave transmission. Therefore, the shapes of the dielectric substrate, the high voltage side electrode, and the air outlet are not particularly limited. Moreover, since microwaves are not used, it is not necessary to take measures against leakage of electromagnetic waves. Further, the plasma generated by the microwave is generated at a high density in the antinode portion of the standing wave having a strong electric field strength. The standing wave is generated not only in the input direction of the microwave but also in the direction orthogonal to the input direction. Therefore, when the air outlet is viewed from the front, places where the plasma density is high and places where the plasma density is low are alternately generated.
  • the dielectric barrier type plasma generator of the present invention is a dielectric barrier type, and since discharge is generated at a place where the voltage applied to the gas exceeds the dielectric breakdown voltage, the dielectric breakdown occurs in the vicinity of the air outlet. By setting the inclination of the thickness of the dielectric substrate so as to exceed the voltage, plasma can be uniformly ejected from the entire region of the outlet.
  • a power supply device having an applied voltage of 3 kV to 20 kV and a frequency of 20 kHz to 150 kHz.
  • plasma can be suitably generated by the dielectric barrier method.
  • the reason why the upper limit is set to 150 kHz is that the wavelength takes into consideration the plasma irradiation length, and the frequency detected by the noise terminal voltage in the EMC standard is 150 kHz or more.
  • the gas flow path may have a portion where the gap between the dielectric substrate and the low voltage side electrode becomes narrower as it approaches the outlet.
  • the gap between the dielectric substrate and the low voltage side electrode has a portion that becomes narrower as it approaches the outlet, the amount of change in capacitance can be further increased.
  • a protective layer is provided in the vicinity of the outlet and on the low voltage side electrode to prevent the material constituting the low voltage side electrode from scattering.
  • a protective layer is provided in the vicinity of the location where plasma is generated, that is, in the vicinity of the outlet and on the low voltage side electrode, it is possible to suppress the material constituting the low voltage side electrode from evaporating and diffusing. It is possible to prevent the irradiated object from being contaminated.
  • the dielectric substrate is preferably made of alumina or aluminum nitride.
  • Alumina and aluminum nitride have a relatively low relative permittivity and relatively high strength and hardness. Therefore, if the dielectric substrate is made of alumina or aluminum nitride, the amount of plasma generated per unit electric power can be increased. Further, even if the dielectric substrate is made thinner, the risk of damage can be reduced.
  • aluminum nitride has good thermal conductivity and can efficiently dissipate heat from the dielectric substrate. As a result, the temperature of the high-voltage side electrode can also be reduced, and the stress at the interface due to the thermal expansion of the aluminum nitride and the high-voltage side electrode can be reduced. As a result, the life of the present device can be extended.
  • the high voltage side electrode may be a foil-shaped metal.
  • the high voltage side electrode may be a sintered body containing a conductive metal.
  • the sintered body containing the conductive metal can be formed by printing a metal paste. In this configuration, it is not necessary to use an adhesive when forming the high voltage side electrode on the dielectric substrate.
  • the high voltage side electrode may be formed by plating, vapor deposition, sputtering, or thermal spraying. In this configuration, it is not necessary to use an adhesive when forming the high voltage side electrode on the dielectric substrate.
  • the starting auxiliary member may be arranged in the vicinity of the outlet and on the second surface of the dielectric substrate.
  • the starting auxiliary member is arranged near the outlet, which is a place where plasma is generated, and on the second surface of the dielectric substrate, the initial electrons are near the outlet and the space on the dielectric substrate at the initial stage of starting. Will be supplied to. This eliminates the need for a power supply device and a starter circuit device having a large power supply capacity, and can provide a compact and inexpensive plasma generator.
  • gas is introduced into the gas flow path from two or more places, so that the gas flow flowing through the gas flow path is more likely to be a laminar flow.
  • a light shielding member may be provided at the outlet.
  • the air outlet is provided with a light-shielding member, it is possible to prevent the light generated by the electric discharge from hitting the object to be irradiated.
  • the gas buffer substrate having a cavity inside may be laminated on the surface of the low voltage side electrode opposite to the dielectric substrate.
  • the gas sent from the gas delivery device is stored in the cavity of the gas buffer substrate, and then flows into the gas flow path through a plurality of gas introduction paths. As a result, the gas that has flowed into the gas flow path can be evenly discharged from the outlet without disturbing the flow.
  • the portion of the dielectric substrate that becomes thinner as the thickness approaches the outlet may be stepped.
  • Ceramics are fragile and have the problem of insufficient mechanical strength. Therefore, the strength can be maintained by forming the portion of the dielectric substrate that becomes thinner as the thickness approaches the outlet in a stepped shape.
  • the method for starting plasma discharge according to the present invention is It is a method of starting plasma discharge of a dielectric barrier type plasma generator.
  • the dielectric barrier type plasma generator is Dielectric substrate and The high voltage side electrode provided on the first surface side of the dielectric substrate and The low voltage side electrode provided on the second surface side of the dielectric substrate and It is provided with an electric introduction section provided at one end of the high voltage side electrode.
  • a gas flow path for flowing gas from one end side to the other end side is formed between the dielectric substrate and the low voltage side electrode.
  • an outlet for blowing out the gas flowing through the gas flow path and the plasma generated in the gas flow path is formed.
  • the dielectric substrate has a portion that becomes thinner as the thickness approaches the outlet.
  • the plasma discharge starting method includes a step A of introducing one or more starting gases selected from the group consisting of He, Ne, and Ar into the gas flow path to generate plasma at the time of starting.
  • the gas flow path includes a step B for introducing a plasma generating gas.
  • the plasma discharge starting method of the present invention at the time of starting, one or more kinds of starting gases selected from the group consisting of He, Ne, and Ar are introduced into the gas flow path to generate plasma. After the start-up, the plasma-generated gas is introduced into the gas flow path. As a result, even if the plasma generating gas is a gas that is difficult to discharge plasma, the discharge can be started.
  • the present invention it is possible to provide a dielectric barrier type plasma generator capable of efficiently injecting plasma uniformly from the entire region of the air outlet. Further, it is possible to provide a method for starting plasma discharge of the dielectric barrier type plasma generator.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA of the dielectric barrier type plasma generator shown in FIG. It is sectional drawing which is orthogonal to AA of the dielectric barrier type plasma generator shown in FIG. It is a top view of the low voltage side electrode of the dielectric barrier type plasma generator shown in FIG. It is a top view which shows the appearance that the polypropylene (PP) film as an object to be irradiated is arranged on the stage at a predetermined interval. It is a graph which shows the measurement result of the water contact angle.
  • PP polypropylene
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA of the dielectric barrier type plasma generator shown in FIG. It is sectional drawing of the dielectric barrier type plasma generator which concerns on 5th Embodiment. It is sectional drawing of the dielectric barrier type plasma generator which concerns on 6th Embodiment. It is a perspective view which shows typically the conventional dielectric barrier type plasma generator.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the dielectric barrier type plasma generator according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the dielectric barrier type plasma generator shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view orthogonal to AA of the dielectric barrier type plasma generator shown in FIG. 1
  • FIG. 4 is a low voltage side of the dielectric barrier type plasma generator shown in FIG. It is a top view of the electrode.
  • the dielectric barrier type plasma generator (hereinafter, also referred to as “plasma generator 10”) includes a dielectric substrate 12, a high voltage side electrode 14, a low voltage side electrode 20, and a gas buffer.
  • a board 26 is provided.
  • the dielectric substrate 12 has a flat plate shape and has a portion that becomes thinner as the thickness approaches the outlet 30. Specifically, the dielectric substrate 12 has a flat portion 12a having a constant thickness and an inclined portion 12b which is continuously formed from the flat portion 12a and whose thickness decreases as it approaches the air outlet 30. In the inclined portion 12b, the first surface 13a (the upper surface in FIG. 1) is inclined in the direction approaching the low voltage side electrode 20.
  • the dielectric substrate 12 is preferably made of a material having a low relative permittivity from the viewpoint of increasing the amount of plasma generated per unit electric power.
  • the relative permittivity of the material is preferably 10 or less.
  • the lower limit of the relative permittivity of the material is preferably as low as possible, but may be, for example, 4 or more.
  • the material of the dielectric substrate 12 is not particularly limited, but a material having a dielectric constant as small as possible is preferable. Ceramics are preferable from the viewpoint of durability. Examples of the ceramics include alumina, aluminum nitride, and steatite. Alumina, aluminum nitride, and steatite have a relatively low relative permittivity, relatively high strength, and excellent durability. Therefore, if the dielectric substrate 12 is made of alumina, aluminum nitride, or steatite, the amount of plasma generated per unit power can be increased. Further, even if the dielectric substrate 12 is made thinner, the risk of damage can be reduced.
  • the dielectric substrate 12 may use the above-mentioned dielectric material as a base material and contain a substance that assists electron generation.
  • the substance that assists electron generation include silver, platinum, copper, carbon, and a transition metal compound.
  • the content of the substance that assists electron generation is preferably 1% by weight or less with respect to the entire dielectric substrate 12 (when the dielectric substrate 12 is 100% by weight).
  • the content of the substance that assists electron generation is set to 1% by weight or less because the material evaporates and scatters with discharge, and this becomes fine particles together with plasma. The reason is to reduce as much as possible because it pollutes the blowout and the irradiation target.
  • the content is preferably 0.05% by weight or more experimentally.
  • the high voltage side electrode 14 is provided on the first surface 13a of the dielectric substrate 12.
  • the left-right direction in FIG. 2 will be referred to as a “length direction”, and the direction orthogonal to the length direction will be referred to as a “width direction”.
  • the high-voltage side electrode 14 has substantially the same width as the width of the dielectric substrate 12, and is continuously formed from the middle of the flat portion 12a of the dielectric substrate 12 to the vicinity of the other end (right end in FIG. 2). ..
  • the width of the high-voltage side electrode 14 is not particularly limited, but since plasma is generated on the lower side where the high-voltage side electrode 14 is provided, it should be as wide as possible from the viewpoint of injecting plasma widely from the outlet 30. It is preferable to form.
  • the width of the high voltage side electrode 14 is preferably the same as the width of the outlet 30 or wider than the width of the outlet 30.
  • the high voltage side electrode 14 does not need to be formed on the flat portion 12a, but the power supply device as in the present embodiment. It is preferably formed on the flat portion 12a to such an extent that it is suitable for connection with 42 and the like.
  • the other end of the high voltage side electrode 14 (the right end in FIG. 2) does not reach the surface on which the outlet 30 is formed. That is, a constant gap 15 is provided between the other end of the high voltage side electrode 14 and the surface on which the air outlet 30 is formed.
  • the plasma generator 10 is configured to provide a constant gap 15 between the other end of the high voltage side electrode 14 and the surface on which the outlet 30 is formed.
  • the direct discharge between the high voltage side electrode 14 and the low voltage side electrode 20 is suppressed, and the discharge occurs between the high voltage side electrode 14 and the low voltage side electrode 20 via the dielectric substrate 12. It is possible to suppress damage to the high voltage side electrode 14, the dielectric substrate 12, and the low voltage side electrode 20.
  • the gap 15 is preferably in the range of, for example, 1 to 5 mm.
  • the material of the high voltage side electrode 14 is not particularly limited, but a material having high conductivity is preferable, and examples thereof include compounds using copper, silver, aluminum, and gold.
  • the high voltage side electrode 14 can be made of foil-shaped metal.
  • An example of the high voltage side electrode 14 is a metal foil such as a copper foil or an aluminum foil whose one side is adhesively processed.
  • the high voltage side electrode 14 may be a sintered body containing a conductive metal.
  • the sintered body containing the conductive metal can be formed by printing a metal paste on the surface of the dielectric substrate 12. In the case of this configuration, it is not necessary to use an adhesive when forming the high voltage side electrode 14 on the dielectric substrate 12. Further, the high voltage side electrode 14 may be formed by plating, vapor deposition, sputtering, or thermal spraying. In this configuration, it is not necessary to use an adhesive when forming the high voltage side electrode on the dielectric substrate.
  • the high voltage side electrode 14 and the dielectric substrate 12 are in close contact with each other as much as possible, and there is no air layer at the connection interface thereof. If there is a layer of air, an electric discharge will occur inside the space, and the generated radicals may deteriorate the electrodes. Therefore, it is preferable that the high voltage side electrode 14 and the dielectric substrate 12 are formed so as to be in close contact with each other at the connection interface in the order of a micrometer. Further, the thickness of the high voltage side electrode 14 is extremely thin as compared with the dielectric substrate 12. Since the high-voltage side electrode 14 is thin, even if the metal expands, the thin metal absorbs the expansion, and the influence of the expansion coefficient becomes minor for the dielectric substrate 12.
  • the dielectric substrate 12 in the conventional method, it was necessary to increase the thickness of the ceramics in order to avoid damage to the ceramics. Dielectric loss can be reduced, the effect of introducing energy into the gas is enhanced, and efficient plasma generation is possible. As a whole, it is possible to provide an efficient device with a small amount of material, which is also beneficial in terms of resource environment.
  • the high voltage side electrode 14 is connected to the power supply device 42 at one end side.
  • one end side of the high voltage side electrode 14 is an electric introduction unit 34 for connecting to the power supply device 42.
  • the method of connecting the power supply device 42 and the high voltage side electrode 14 in the electric introduction unit 34 is not particularly limited as long as it is electrically connected and can withstand the applied voltage.
  • a connection using solder or a connection using various connectors for example, a coaxial connector or the like
  • microwaves since microwaves are not used, it is not necessary to use a coaxial connector or a coaxial cable having a predetermined characteristic impedance.
  • the applied voltage and frequency supplied from the power supply device 42 may be within a range in which the plasma generator 10 can cause a dielectric barrier discharge.
  • the applied voltage supplied from the power supply device 42 is preferably in the range of 3 kV to 20 kV, and more preferably 10 kV or less.
  • the frequency of the applied voltage supplied from the power supply device 42 is preferably in the range of 20 kHz to 1000 kHz, and more preferably in the range of 100 kHz to 150 kHz.
  • the reason why the upper limit is preferably 150 kHz is that the wavelength takes into consideration the plasma irradiation length, and the frequency detected by the noise terminal voltage in the EMC standard is 150 kHz or more.
  • the low-voltage side electrode 20 has a plate shape and is provided on the second surface 13b (lower surface in FIG. 2) side of the dielectric substrate 12.
  • the low voltage side electrode 20 may be connected to the ground potential (ground potential) directly or via a resistor. Further, it may be connected to the output on the low voltage side of the power supply device 42.
  • the surface of the low voltage side electrode 20 on the dielectric substrate 12 side is from one end side (left end side in FIG. 2) to the other end side (in FIG. 2) in the length direction (left-right direction in FIG. 2).
  • the groove portion 22 is formed up to the right end side).
  • the groove portion 22 has a groove portion other than the outer peripheral portions 23a on both sides of the low voltage side electrode 20 in the width direction and the outer peripheral portion 23b on one end side.
  • the dielectric substrate 12 and the low voltage side electrode 20 are laminated so as to be in contact with each other at the outer peripheral portions 23a and 23b.
  • a space is formed between the portion where the groove portion 22 is formed, that is, between the groove portion 22 and the second surface 13b of the dielectric substrate 12. This space forms a gas flow path 25 for flowing gas from one end side to the other end side.
  • a gas introduction path 24 composed of a plurality of through holes at equal intervals in the width direction is provided on one end side of the groove portion 22.
  • the number of gas introduction paths 24 is not particularly limited, but is preferably 2 or more as in the present embodiment.
  • gas is introduced into the gas flow path 25 from two or more places, so that the gas flow flowing through the gas flow path 25 is more likely to be a laminar flow.
  • a plurality of gas introduction paths 24 are provided in the width direction so that the gas is introduced into a wide range at the time when the gas is introduced into the gas flow path 25.
  • the gas introduction path 24 may be a hole that is wide open in one width direction.
  • a gas buffer substrate 26 having a cavity 27 inside is laminated on the lower side of the low voltage side electrode 20 (the surface opposite to the dielectric substrate 12).
  • a gas delivery device 40 (see FIG. 2) is connected to the cavity 27 of the gas buffer substrate 26. When the gas is delivered from the gas delivery device 40, the gas is stored in the cavity 27 and then flows into the gas flow path 25 through the plurality of gas introduction paths 24.
  • an outlet 30 for blowing out the gas flowing through the gas flow path 25 and the plasma generated in the gas flow path 25 is formed.
  • the width of the groove 22 (gas flow path 25) is made uniform from one end side to the other end side, and the width of the outlet 30 is also the same as the width of the groove 22 (gas flow path 25). There is. As a result, the gas flowing into the gas flow path 25 is not disturbed, and the gas flows out evenly from the outlet 30. This has been confirmed by simulations by the present inventors. However, the present invention is not limited to this example, and the width of the outlet 30 may be adjusted as necessary.
  • the width of the outlet 30 is narrowed as compared with the width of the other end side of the gas flow path 25, plasma can be injected with a high voltage force.
  • a high-density and uniform plasma can be generated.
  • the width of the outlet 30 is widened as compared with the width of the other end side of the gas flow path 25, it is possible to inject plasma having a wide injection width.
  • Examples of the gas supplied to the gas flow path 25 include one or more selected from the group consisting of He, Ne, and Ar as the starting gas at the time of starting.
  • a gas capable of producing a desired active species specifically, one or more selected from the group consisting of hydrogen, oxygen, water, nitrogen and the like can be mentioned.
  • the gas flow flowing through the gas flow path 25 is a laminar flow.
  • the plasma can be ejected more uniformly.
  • the Reynolds number is a parameter that distinguishes between laminar flow and turbulent flow.
  • the Reynolds number Re has a fluid density of ⁇ (kg / m 3 ), a flow velocity of U (m / s), a characteristic length of L (m), and a liquid viscosity coefficient of ⁇ (Pa ⁇ s).
  • Re ⁇ ⁇ U ⁇ L / ⁇ It is a dimensionless quantity represented by.
  • the Reynolds number which is the boundary between laminar flow and turbulent flow, is called the critical Reynolds number, and its value is said to be 2000 to 4000.
  • a discharge occurs in the gas flow path 25 at a place where the voltage applied to the gas exceeds the dielectric breakdown voltage.
  • the plasma generator 10 has a portion where the thickness of the dielectric substrate 12 becomes thinner as it approaches the outlet 30, the capacitance increases as the thickness approaches the outlet 30. Therefore, by setting the inclination of the thickness of the dielectric substrate 12 and the applied voltage so as to exceed the dielectric breakdown voltage in the vicinity of the outlet 30, plasma can be widely spread in the width direction in the vicinity of the outlet 30. Can be generated. Then, the plasma is blown out from the outlet 30 together with the flow of gas. As described above, the plasma generator 10 can uniformly inject plasma from the entire region of the outlet 30. Further, since plasma is generated in the vicinity of the outlet 30, the plasma generation efficiency is excellent.
  • a groove 22 is formed in the low voltage side electrode 20, and a portion surrounded by the groove 22 and the second surface 13b of the dielectric substrate 12 is used as a gas flow path 25, and the dielectric substrate 12 itself. No grooves or holes are formed in the surface, and it is flat. It is easier to process the low-voltage side electrode 20 generally made of metal (formation of the groove 22 in the first embodiment) than to process a dielectric substrate made of ceramic or the like. Therefore, the plasma generator 10 can be easily manufactured. Further, in the plasma generator 10, since the dielectric substrate 12 has a flat plate shape, it can be made thin. As a result, the amount of plasma generated per unit power can be increased, and plasma can be generated efficiently.
  • the width of the groove 22 (gas flow path 25) is made uniform from one end side to the other end side, but the present invention is not limited to this example.
  • the width of the groove (gas flow path) does not have to be uniform from one end side to the other end side.
  • the width of the groove portion (gas flow path) may be narrowed from one end side to the other end side.
  • the width of the groove portion (gas flow path) may be widened from one end side to the other end side.
  • the gas introduction path 24 is provided in the groove 22 of the low voltage side electrode 20 and the gas is introduced into the gas flow path 25 from the lower side of the low voltage side electrode 20 has been described.
  • the position of the gas introduction path is not limited to this example.
  • the gas introduction path may be arranged at a position where gas can flow in from the outside on one end side of the gas flow path, and may be provided on one end side side surface of the low voltage side electrode 20, for example. good.
  • the size of the plasma generator 10 is not particularly limited, but as an example, it can be as follows. External dimensions: Width 750 mm, length 40 mm, thickness (thickest part) 20 mm External dimensions of the dielectric substrate 12: width 750 mm, flat portion 12a length 20 mm, flat portion 12a thickness 4 mm, inclined portion 12b length 20 mm, inclined portion 12b just above the outlet 30 thickness 0.1 mm External dimensions of the low voltage side electrode 20: width 750 mm, length 20 mm, thickness 0.1 mm Approximate dimensions of gas flow path 25: width 700 mm, length 35 mm, thickness 1.5 mm Dimensions of air outlet 30: opening width 700 mm, opening height 0.2 mm
  • a plasma generator that adopts the above dimensions and size, adopts alumina as the material of the dielectric substrate 12, the conductive material mainly made of copper as the material of the high voltage side electrode 14, and copper as the material of the low voltage side electrode 20.
  • plasma was generated by applying a voltage and flowing a gas to the “plasma generator according to the first embodiment” under the following conditions. Applied voltage: 7.6kVpp, frequency 38kHz Gas type: Nitrogen Gas flow rate: 300 L / min
  • FIG. 5 is a plan view showing a state in which polypropylene (PP) films as irradiated objects are arranged on the stage at predetermined intervals.
  • polypropylene (PP) films were placed on the stage at predetermined intervals as objects to be irradiated, and plasma was irradiated from above using the plasma generator according to Example 1.
  • a PP film was fixed on a uniaxial stage at a position of 2 mm (irradiation distance) from the air outlet, and the air outlet was reciprocated at 100 mm / sec to irradiate plasma.
  • the water contact angle on the surface of each PP film is measured after irradiating twice (after reciprocating twice), irradiating 10 times (after reciprocating 10 times), and irradiating 200 times (reciprocating 200 times). After that) went to.
  • the water contact angle was measured under the following conditions.
  • Contact angle meter DMs-401 (Kyowa Interface Science)
  • Liquid volume 2 ⁇ L Approximate with elliptical fitting.
  • FIG. 6 is a graph showing the measurement result of the water contact angle. As can be seen from FIG. 6, the water contact angle was within ⁇ 10% of the average value in the width direction under all irradiation conditions. Separately, polypropylene (PP) films were also placed at 10 mm, 30 mm, and 50 mm in FIG. 6 and the same test was performed, but the values were within ⁇ 10% of the average value shown in FIG. From the above results, it can be seen that the plasma is uniformly ejected from the entire region of the outlet.
  • PP polypropylene
  • the plasma generator 10 according to the first embodiment has been described above.
  • [Modification example] 7 to 11 are partial cross-sectional views for explaining a modification of the dielectric barrier type plasma generator according to the first embodiment.
  • the configuration of the portion (not shown) is the same as that of the plasma generator 10 according to the first embodiment.
  • the points different from the above-mentioned plasma generator 10 will be mainly described, and the common points will be omitted or simplified. Further, the same reference numerals are given to the configurations common to the plasma generator 10.
  • protrusions are formed on the dielectric substrate 12 between the high voltage side electrode 14 and the outlet 30 (projections 92 in the modified example 1 and protrusions in the modified example 2).
  • 94 is provided to form a dielectric substrate having a protrusion that separates the high voltage side electrode 14 and the low voltage side electrode 20.
  • the protrusion 92 is provided at the end of the dielectric substrate 12 (immediately above the air outlet 30).
  • the protrusion 94 is provided so as to come into contact with the end of the high voltage side electrode 14 on the side closest to the outlet 30.
  • the protrusion 94 may be provided and the protrusion 92 may be provided.
  • Examples of the materials of the protrusions 92 and 94 include those exemplified as the material of the dielectric substrate 12.
  • the materials of the protrusions 92 and 94 may be the same as or different from those of the dielectric substrate.
  • the protrusions 92 and 94 may be integrally formed on the dielectric substrate 12, or may be attached as separate members.
  • the creepage distance is secured while the distance between the high voltage side electrode and the low voltage side electrode is reduced.
  • unnecessary discharge such as short circuit between both electrodes and occurrence of creepage discharge occurs. Can be more suppressed.
  • unevenness 96 is provided on the dielectric substrate 12 from the end of the high voltage side electrode 14 closest to the air outlet 30 to just above the air outlet 30 to secure the creepage distance.
  • the structure is such that The unevenness 96 increases the distance on the creepage surface, and the resistance value increases, so that the risk of creepage discharge can be reduced.
  • a tapered portion 98 is provided in the groove portion 22 of the low voltage side electrode 20 so that the opening height increases as the air outlet 30 approaches. The distance between the high-voltage side electrode 14 and the low-voltage side electrode 20 on the creeping surface is secured.
  • an insulating film 99 covering the high voltage side electrode 14 is formed at the end of the high voltage side electrode 14 on the outlet 30 side.
  • the insulating film 99 By covering the end of the high voltage side electrode 14 with the insulating film 99, unnecessary discharge such as the occurrence of corona discharge can be suppressed.
  • the insulating film 99 include glass and a sintered body containing glass, and a resin material such as silicon and epoxy.
  • a constant distance can be secured with respect to the creepage distance and / or the spatial distance between the high voltage side electrode 14 and the low voltage side electrode 20.
  • the wear of the electrodes and the damage of the power supply device are prevented, which contributes to the extension of the life of the device.
  • the end portion of the high voltage side electrode 14 on the side closer to the outlet 30 can be arranged closer to the outlet 30, and highly efficient plasma generation can be achieved. Can be done.
  • the distance between the high voltage side electrode and the low voltage side electrode is short from the viewpoint of electrical energy. That is, it is advantageous to extend the high voltage side electrode to the tip of the air outlet and arrange it. However, when both electrodes are arranged in this way, the distance between the high voltage side electrode and the low voltage side electrode becomes extremely short, which may cause creeping discharge on the dielectric substrate. Therefore, it is preferable to arrange the high-voltage side electrode at a location far from directly above the outlet so that creepage discharge does not occur, and to secure an appropriate creepage distance. As described above, it is ideally desirable to arrange the high voltage side electrode to the tip of the outlet in order to reduce the distance between the high voltage side electrode and the low voltage side electrode.
  • a protrusion is provided on the dielectric substrate between the high voltage side electrode and the outlet, and the protrusion separates the high voltage side electrode and the low voltage side electrode side. It is possible to use a method of forming a dielectric substrate with a certain shape. Further, as a measure for securing the creepage distance, as in the modified example 3, there is a method of providing unevenness on the dielectric substrate between the high voltage side electrode and the tip of the air outlet to form a structure for securing the creepage distance. can give.
  • the end of the low voltage side electrode near the outlet is shaved to widen the outlet, and the high voltage side electrode and the low voltage side electrode side and the creepage surface are formed. There is a way to secure the above distance.
  • there is a method of forcibly protecting the generation of direct discharge on the creeping surface by attaching an insulator covering the end portion on the high voltage side electrode outlet side. Be done.
  • the plasma generator 50 according to the second embodiment is different in the shape of the dielectric substrate, the high voltage side electrode, and the low voltage side electrode from the plasma generator 10, and is common in other points. Therefore, in the following, the differences will be mainly explained, and the common points will be omitted or simplified. Further, the same reference numerals are given to the configurations common to the plasma generator 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the dielectric barrier type plasma generator according to the second embodiment.
  • the plasma generator 50 includes a dielectric substrate 52, a high voltage side electrode 54, and a low voltage side electrode 56.
  • the dielectric substrate 52 has a flat portion 52a having a constant thickness and an inclined portion 52b which is continuously formed from the flat portion 52a and whose thickness decreases as it approaches the air outlet 30. ..
  • the length of the flat portion 52a is shorter than that of the flat portion 12a, and the inclination of the inclined portion 52b is gentler than that of the inclined portion 12b, as compared with the dielectric substrate 12.
  • the high voltage side electrode 54 has substantially the same width as the width of the dielectric substrate 52, and is provided on the inclined portion 52b of the dielectric substrate 52. In the second embodiment, the high voltage side electrode 54 is not provided on the flat portion 52a. The other end of the high voltage side electrode 54 (the right end in FIG. 12) does not reach the surface on which the air outlet 30 is formed, as in the first embodiment. That is, a constant gap 55 is provided between the other end of the high voltage side electrode 54 and the surface on which the air outlet 30 is formed.
  • the low-voltage side electrode 56 has a plate shape and is provided on the second surface 53b (lower surface in FIG. 2) side of the dielectric substrate 52.
  • the low-voltage side electrode 56 is formed with a groove 22 similar to that of the low-voltage side electrode 20 according to the first embodiment, and the groove 22 has an inclined portion 56b that becomes thicker as the thickness approaches the outlet 30. It is formed.
  • the gas flow path 25 is provided with a portion 58 in which the gap between the dielectric substrate 52 and the low voltage side electrode 56 becomes narrower as it approaches the outlet 30.
  • the gap between the dielectric substrate 52 and the low voltage side electrode 56 has a portion that becomes narrower as it approaches the outlet 30, the amount of change in capacitance can be further increased.
  • the probability of starting discharge can be improved by having a portion where the gap between the high voltage side electrode and the low voltage side electrode becomes narrower as it approaches the outlet 30. Since the discharge start voltage is proportional to the product of the pressure and the distance, the discharge is started from the vicinity of the tip where the distance between the high voltage side electrode and the low voltage side electrode is short at the beginning of the start, and then the portion where the dielectric layer at the rear is thick. The discharge will spread to. By having a portion where the gap between the dielectric substrate 52 and the low voltage side electrode 56 becomes narrower as it approaches the outlet 30, the plasma generator can be reliably started and stable discharge can be performed.
  • the portion where the high voltage side electrode and the low voltage side electrode are close to each other is provided over the longitudinal direction of the outlet, plasma is generated near the tip of the outlet even if the plasma is discharged with low power. Can be generated evenly, and uniform processing becomes possible. As a result, the power input to the plasma generator can be adjusted, and the application range of plasma processing can be expanded.
  • the plasma generator 50 according to the second embodiment has been described above.
  • the plasma generator 60 according to the third embodiment is different from the plasma generator 50 in that it is provided with a protective layer in the vicinity of the outlet and on the low voltage side electrode, and is common in other respects. Therefore, in the following, the differences will be mainly explained, and the common points will be omitted or simplified. Further, the same reference numerals are given to the configurations common to the plasma generator 50 according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing the dielectric barrier type plasma generator according to the third embodiment.
  • the plasma generator 60 includes a dielectric substrate 52, a high voltage side electrode 54, and a low voltage side electrode 56.
  • a protective layer 64 is formed in the vicinity of the outlet 30 and on the low voltage side electrode 56 to prevent the material constituting the low voltage side electrode 56 from scattering.
  • the protective layer 64 is formed so as to cover at least the inclined portion 56b.
  • the protective layer 64 is preferably a dielectric.
  • the material of the protective layer 64 the same substance as the material of the dielectric substrate 52 is preferable.
  • Specific examples of the material of the protective layer 64 include alumina, aluminum nitride, steatite, and the like.
  • the method of forming the protective layer 64 on the low voltage side electrode 56 is not particularly limited, and examples thereof include a method of spraying and applying a material to be the protective layer 64.
  • the formation of the protective layer 64 by thermal spraying is excellent in that it is easy to manufacture.
  • the thickness of the protective layer 64 can be appropriately set from the viewpoint of preventing contamination, and for example, 100 ⁇ m or less can be adopted.
  • the low voltage side electrode 56 is provided in the vicinity of the location where the plasma is generated, that is, in the vicinity of the outlet 30, and the protective layer 64 is provided on the low voltage side electrode 56. It is possible to suppress the evaporation and diffusion of the materials constituting the above, and it is possible to prevent the irradiated object from being contaminated.
  • the plasma generator 60 according to the third embodiment has been described above.
  • the plasma generator 70 according to the fourth embodiment is different from the plasma generator 10 according to the first embodiment in that a starting auxiliary member is arranged near the outlet and on the second surface of the dielectric substrate. , In other respects. Therefore, in the following, the differences will be mainly explained, and the common points will be omitted or simplified. Further, the same reference numerals are given to the configurations common to the plasma generator 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a perspective view schematically showing the dielectric barrier type plasma generator according to the fourth embodiment
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line AA of the dielectric barrier type plasma generator shown in FIG. be.
  • the gas buffer substrate is omitted.
  • the plasma generator 70 includes a dielectric substrate 12, a high voltage side electrode 14, a low voltage side electrode 20, and a gas buffer substrate 26.
  • the starting auxiliary member 72 is arranged in the vicinity of the air outlet 30 and on the second surface 13b of the dielectric substrate 12.
  • Examples of the material of the starting auxiliary member 72 include carbon, a transition metal compound, and the like. Further, as a material of the starting auxiliary member 72, a substance having a higher relative permittivity than the dielectric substrate 12 can be mentioned. When a substance having a relative permittivity higher than that of the dielectric substrate 12 is used as the material of the starting auxiliary member 72, the substance is heated by the dielectric loss and initial electrons are supplied to the space. Among them, carbon is preferable as the material of the starting auxiliary member 72. Since carbon has high thermal stability, it is possible to suppress evaporation of the starting auxiliary member 72 after attachment due to heating or the like, and it is possible to improve the reliability of the plasma generator 70. Further, as the material of the starting auxiliary member 72, a material having a low work function in which an electron emission action is recognized with a smaller applied voltage may be used.
  • the starting auxiliary member 72 is arranged in the vicinity of the air outlet 30 where plasma is generated and on the second surface 13b of the dielectric substrate 12, the initial electrons are in the vicinity of the air outlet 30 and , It will be supplied to the space on the second surface 13b of the dielectric substrate 12. This eliminates the need for a microwave oscillator and a starter circuit device having a large power supply capacity, and can provide a compact and inexpensive plasma generator.
  • the configuration may include the starting auxiliary member 72 and the protective layer 64.
  • the plasma generator 70 according to the fourth embodiment has been described above.
  • the plasma generator 80 according to the fifth embodiment is different from the plasma generator 10 according to the first embodiment in that a light-shielding member is provided at the outlet, and is common in other respects. Therefore, in the following, the differences will be mainly explained, and the common points will be omitted or simplified. Further, the same reference numerals are given to the configurations common to the plasma generator 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing the dielectric barrier type plasma generator according to the fifth embodiment.
  • the plasma generator 80 includes a dielectric substrate 12, a high voltage side electrode 14, and a low voltage side electrode 20.
  • the air outlet 30 is provided with a light-shielding member 82.
  • the light-shielding member 82 has a cavity 83 through which the gas flowing through the gas flow path 25 can flow, and the cavity 83 communicates with the gas flow path 25. Further, the cavity 83 of the light-shielding member 82 is provided at a right angle to the gas flow direction of the gas flow path 25. As a result, the light generated by the electric discharge in the gas flow path 25 can be prevented from hitting the irradiation target object.
  • the plasma generator 80 according to the fifth embodiment has been described above.
  • the dielectric substrate may not have a flat portion and may have only an inclined portion.
  • the "portion that becomes thinner as the thickness approaches the outlet” in the present invention is an inclined portion, that is, the thickness becomes linearly thinner as the thickness approaches the outlet 30 from the flat portion 12a.
  • the "portion where the thickness becomes thinner as it approaches the outlet” in the present invention is not limited to this example, and is a portion which becomes thinner polynomially or exponentially such as a quadratic curve or a cubic curve. Teyomoi. Further, it may be a discontinuous, for example, a stepwise thinning portion.
  • the plasma generator 100 according to the sixth embodiment is different from the plasma generator 10 according to the first embodiment in the shape of the grooves formed on the dielectric substrate, the high voltage side electrode, and the low voltage side electrode, in other respects. Common. Therefore, in the following, the differences will be mainly explained, and the common points will be omitted or simplified. Further, the same reference numerals are given to the configurations common to the plasma generator 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the dielectric barrier type plasma generator according to the sixth embodiment.
  • the plasma generator 100 includes a dielectric substrate 102, a high voltage side electrode 104, and a low voltage side electrode 110.
  • the dielectric substrate 102 has a flat portion 102a having a constant thickness, and a stepped portion 102b formed on the stairs from the flat portion 102a and gradually becoming thinner as it approaches the air outlet 30. Ceramics are fragile and have a problem of insufficient mechanical strength. Therefore, the strength can be maintained by increasing the number of stages such as two stages and three stages.
  • the low-voltage side electrode 110 has a plate shape and is provided on the second surface 103b (lower surface in FIG. 17) of the dielectric substrate 102.
  • the low-voltage side electrode 110 is formed with a groove portion 22 similar to the low-voltage side electrode 20 according to the first embodiment, and the groove portion 22 has a stepped portion 123 whose thickness increases as the air outlet 30 approaches. Is formed.
  • the gas flow path 25 is provided with a portion 124 in which the gap between the dielectric substrate 102 and the low voltage side electrode 110 becomes narrower as it approaches the outlet 30.
  • the gap between the dielectric substrate 102 and the low voltage side electrode 110 since the gap between the dielectric substrate 102 and the low voltage side electrode 110 has a portion that becomes narrower as it approaches the outlet 30, the amount of change in capacitance can be further increased.
  • the plasma generators 50, 60, 70, 80, 100 according to the second to sixth embodiments have the same effects as the plasma generator 10 according to the first embodiment, in addition to the effects described above. Also plays.
  • the plasma discharge starting method includes a step A of introducing one or more starting gases selected from the group consisting of He, Ne, and Ar into the gas flow path to generate plasma at the time of starting. After the step A, there is a step B of introducing a plasma generating gas into the gas flow path. According to the method for starting plasma discharge of the dielectric barrier type plasma generator according to the present embodiment, at the time of starting, one or more starting gases selected from the group consisting of He, Ne, and Ar are introduced into the gas flow path.
  • the plasma generation gas (a gas capable of generating a desired active species such as hydrogen, oxygen, water, nitrogen) is introduced into the gas flow path, so that the plasma generation gas is a plasma. Even a gas that is difficult to discharge can start discharging.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned examples, and the design can be appropriately changed within a range that satisfies the configuration of the present invention.
  • Dielectric barrier type plasma generator (plasma generator) 12, 52, 102 Dielectric substrates 12a, 52a, 102a Flat portions 12b, 52b Inclined portions 13a First surface 13b, 53b, 103b Second surface 14, 54, 104 High voltage side electrode 15 Gap 20, 56, 110 Low voltage Side electrodes 22 Grooves 23a, 23b Outer circumference 24 Gas introduction path 25 Gas flow path 26 Gas buffer substrate 27 Cavity 30 Air outlet 34 Electric introduction 40 Gas delivery device 42 Power supply 56b (of high voltage side electrode) Inclined portion 64 Protection Layer 72 Starting auxiliary member 82 Light-shielding member 83 Cavity 102b Stepped portion 123 Stepped portion

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

誘電体基板と、誘電体基板の第１面側に設けられた高電圧側電極と、誘電体基板の第２面側に設けられた低電圧側電極と、高電圧側電極の一端に設けられた電気導入部とを備え、誘電体基板と低電圧側電極との間には、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、ガス流路の他端側には、ガス流路を流れてきたガス、及び、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、誘電体基板は、厚さが吹出口に近づくにつれて薄くなる部分を有する誘電体バリア式プラズマ発生装置。

Description

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
　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／ｍ３）、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：０．００５ｍ３／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／ｍ３）、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、前記誘電体基板の前記第２面上に、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、前記高電圧側電極上に、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。
PCT/JP2021/001448 2020-03-13 2021-01-18 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 Ceased WO2021181879A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/800,881 US12219688B2 (en) 2020-03-13 2021-01-18 Dielectric barrier plasma generator and plasma discharge starting method for dielectric barrier plasma generator
EP21768415.8A EP4120803A4 (en) 2020-03-13 2021-01-18 DIELECTRIC BARRIER PLASMA GENERATION DEVICE AND PLASMA DISCHARGE INTRODUCTION METHOD FOR PLASMA GENERATION DEVICE WITH DIELECTRIC BARRIER
CN202180007023.3A CN114788416B (zh) 2020-03-13 2021-01-18 电介质阻挡式等离子体产生装置及等离子体放电开始方法
KR1020227020879A KR102757232B1 (ko) 2020-03-13 2021-01-18 유전체 배리어식 플라즈마 발생 장치, 및, 유전체 배리어식 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 방전 개시 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-043777 2020-03-13
JP2020043777A JP7351245B2 (ja) 2020-03-13 2020-03-13 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

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021181879A1 true WO2021181879A1 (ja) 2021-09-16

Family

ID=77670606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/001448 Ceased WO2021181879A1 (ja) 2020-03-13 2021-01-18 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

Country Status (7)

Country Link
US (1) US12219688B2 (ja)
EP (1) EP4120803A4 (ja)
JP (1) JP7351245B2 (ja)
KR (1) KR102757232B1 (ja)
CN (1) CN114788416B (ja)
TW (1) TWI870532B (ja)
WO (1) WO2021181879A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115142255A (zh) * 2022-06-24 2022-10-04 青岛华世洁环保科技有限公司 碳纤维表面处理装置及对碳纤维进行表面处理的方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7589661B2 (ja) * 2021-09-10 2024-11-26 ウシオ電機株式会社 誘電体バリア放電式プラズマ発生装置
JP7733879B2 (ja) * 2021-10-21 2025-09-04 ウシオ電機株式会社 誘電体バリア放電式プラズマ発生装置
CN117426143A (zh) * 2022-05-18 2024-01-19 东芝三菱电机产业系统株式会社 活性气体生成装置
US20240314915A1 (en) * 2023-03-14 2024-09-19 TellaPure, LLC Methods and apparatus for generating atmospheric pressure, low temperature plasma with changing parameters

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003303814A (ja) * 2002-04-11 2003-10-24 Matsushita Electric Works Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2008282784A (ja) * 2007-05-09 2008-11-20 Makoto Katsurai マイクロ波励起プラズマ処理装置
WO2009069204A1 (ja) * 2007-11-28 2009-06-04 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation 誘電体バリア放電装置
JP2010009890A (ja) 2008-06-25 2010-01-14 Panasonic Electric Works Co Ltd プラズマ処理装置
US20140225502A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Korea Institute Of Machinery & Materials Remote plasma generation apparatus
WO2015030191A1 (ja) * 2013-08-30 2015-03-05 独立行政法人産業技術総合研究所 マイクロ波プラズマ処理装置
WO2016136669A1 (ja) * 2015-02-27 2016-09-01 国立研究開発法人産業技術総合研究所 マイクロ波プラズマ処理装置
JP2020017419A (ja) * 2018-07-26 2020-01-30 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス プラズマ発生装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7640887B2 (en) * 2005-04-26 2010-01-05 Shimadzu Corporation Surface wave excitation plasma generator and surface wave excitation plasma processing apparatus
JP4916776B2 (ja) * 2006-05-01 2012-04-18 国立大学法人 東京大学 吹き出し形マイクロ波励起プラズマ処理装置
US20110089834A1 (en) * 2009-10-20 2011-04-21 Plex Llc Z-pinch plasma generator and plasma target
US8736174B2 (en) * 2010-01-15 2014-05-27 Agilent Technologies, Inc. Plasma generation device with split-ring resonator and electrode extensions
EP2635095B1 (en) * 2010-10-27 2020-11-25 Kyocera Corporation Ion wind generator and ion wind generating device
JP5948053B2 (ja) * 2011-12-26 2016-07-06 株式会社日立ハイテクノロジーズ 質量分析装置及び質量分析方法
US20140224643A1 (en) * 2013-02-11 2014-08-14 Colorado State University Research Foundation Homogenous plasma chemical reaction device
US10256076B2 (en) * 2015-10-22 2019-04-09 Applied Materials, Inc. Substrate processing apparatus and methods
KR101843770B1 (ko) * 2017-05-12 2018-03-30 주식회사 플라즈맵 선택적 표면처리가 가능한 선형 플라즈마 발생 장치
KR101880852B1 (ko) * 2017-05-16 2018-07-20 (주)어플라이드플라즈마 대기압 플라즈마 장치
WO2020100761A1 (ja) * 2018-11-16 2020-05-22 国立研究開発法人産業技術総合研究所 プラズマトーチ、プラズマ発生装置および分析装置
WO2021095120A1 (ja) * 2019-11-12 2021-05-20 東芝三菱電機産業システム株式会社 活性ガス生成装置
EP4258822B1 (en) * 2020-12-07 2025-07-16 Tmeic Corporation Active gas generation device
JP7589661B2 (ja) * 2021-09-10 2024-11-26 ウシオ電機株式会社 誘電体バリア放電式プラズマ発生装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003303814A (ja) * 2002-04-11 2003-10-24 Matsushita Electric Works Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2008282784A (ja) * 2007-05-09 2008-11-20 Makoto Katsurai マイクロ波励起プラズマ処理装置
WO2009069204A1 (ja) * 2007-11-28 2009-06-04 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation 誘電体バリア放電装置
JP2010009890A (ja) 2008-06-25 2010-01-14 Panasonic Electric Works Co Ltd プラズマ処理装置
US20140225502A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Korea Institute Of Machinery & Materials Remote plasma generation apparatus
WO2015030191A1 (ja) * 2013-08-30 2015-03-05 独立行政法人産業技術総合研究所 マイクロ波プラズマ処理装置
WO2016136669A1 (ja) * 2015-02-27 2016-09-01 国立研究開発法人産業技術総合研究所 マイクロ波プラズマ処理装置
JP2020017419A (ja) * 2018-07-26 2020-01-30 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス プラズマ発生装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4120803A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115142255A (zh) * 2022-06-24 2022-10-04 青岛华世洁环保科技有限公司 碳纤维表面处理装置及对碳纤维进行表面处理的方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7351245B2 (ja) 2023-09-27
CN114788416B (zh) 2025-09-12
CN114788416A (zh) 2022-07-22
TWI870532B (zh) 2025-01-21
EP4120803A1 (en) 2023-01-18
US20230100544A1 (en) 2023-03-30
KR20220103165A (ko) 2022-07-21
TW202135601A (zh) 2021-09-16
KR102757232B1 (ko) 2025-01-21
JP2021144890A (ja) 2021-09-24
US12219688B2 (en) 2025-02-04
EP4120803A4 (en) 2023-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021181879A1 (ja) 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
JP4092937B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
TWI376987B (ja)
JP6873588B1 (ja) 活性ガス生成装置
JP4035916B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2009529772A (ja) プラズマジェットを生成するための装置
US12432841B2 (en) Dielectric barrier discharge plasma generator
CN108781499B (zh) 等离子发生装置
JP2010009890A (ja) プラズマ処理装置
JPS5812755B2 (ja) 電気励起式レ−ザ装置
TW202522534A (zh) Ｘ射線產生裝置及ｘ射線攝像裝置
JPWO2011099247A1 (ja) 液中プラズマ用電極、液中プラズマ発生装置およびプラズマ発生方法
JP7733879B2 (ja) 誘電体バリア放電式プラズマ発生装置
KR20100098594A (ko) 고압 절연체 배열 및 이를 구비한 이온 가속기 배열
JP2020181752A (ja) マイクロ波プラズマ発生装置
JP2001006897A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP4154838B2 (ja) プラズマ処理方法
US20230269859A1 (en) Electrode arrangement
JP2021044194A (ja) マイクロ波プラズマ発生装置、及び、マイクロ波プラズマ発生装置のプラズマ放電開始方法
CN115087184B (zh) 一种等离子体射流发生装置
JP2004253768A (ja) 静電チャックおよび誘電体薄膜形成方法
JP2013033603A (ja) 沿面放電型プラズマジェット生成装置
KR100460601B1 (ko) 플라즈마 발생용 복합소재 전극 및 그 제조방법
KR200248600Y1 (ko) 오존발생기용 유전체
JP2024128948A (ja) 表面処理装置および表面処理方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21768415

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20227020879

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2021768415

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021768415

Country of ref document: EP

Effective date: 20221013

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 202180007023.3

Country of ref document: CN