[go: up one dir, main page]

JP4746804B2 - プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置 - Google Patents

プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4746804B2
JP4746804B2 JP2001302893A JP2001302893A JP4746804B2 JP 4746804 B2 JP4746804 B2 JP 4746804B2 JP 2001302893 A JP2001302893 A JP 2001302893A JP 2001302893 A JP2001302893 A JP 2001302893A JP 4746804 B2 JP4746804 B2 JP 4746804B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pair
positive
wave
electrodes
plasma
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001302893A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2003109794A (ja
Inventor
浩一 松永
康志 澤田
昇 田中
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.)
Panasonic Corp
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Works Ltd
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 Panasonic Corp, Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2001302893A priority Critical patent/JP4746804B2/ja
Publication of JP2003109794A publication Critical patent/JP2003109794A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4746804B2 publication Critical patent/JP4746804B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物の改質や洗浄や殺菌・消毒や切断等の各種の処理をプラズマにより大気圧下で行えるようにするプラズマ発生方法及びプラズマ発生装置に関する。更に詳しくは、対向する一対の電極間に高電圧を印加して強制的にアーク放電させ、これら電極間にガスを送入してその風力によって放電を拡張させるプラズマ発生方法及びプラズマ発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、基材の改質、例えば濡れ性改善のために使用されているこの種のプラズマ発生装置では、商用周波数の電圧又は高周波(約30KHz)の電圧を、高圧トランスで昇圧し、対向する電極間に同時に印加して行っている。しかし、その印加電圧が、商用周波数の場合も、また高周波の場合も正弦波状の連続波で、放電開始電圧以降に上昇する電圧波分も継続してそのまま電極に印加するため、連続して使用すると電極が加熱されて高温プラズマとなるので、間欠動作(例えば、低周波信号を使ってON/OFFしてバースト動作させる)で使用し、更に昇圧トランスをリーケージ化して使用しているので、トランスの容量が非常に大きくなり、また大重量になる欠点と、間欠動作のため基材の濡れ性改善に1秒間以上の時間がかかる欠点があり、実用上、高速処理ができないので改質時間に限界があった。
【0003】
また、特に金属や半導体などの導電性や半導電性を有するものを処理する場合は、被処理物に向かって異常放電が生じ、これら被処理物にダメージを与えるという欠点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、連続使用しても電極が加熱されて高温プラズマになるようなことはなく、処理時間を短縮できるとともに、安定した低温プラズマにより処理品質を向上させることができ、また異常放電により被処理物にダメージを与えることもなく、更にプラズマ発生の制御が容易であるのに加え装置規模も小さくできるプラズマ発生方法及びプラズマ発生装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ発生方法は、対向する一対の電極間に高電圧を印加して強制的にアーク放電させ、これら電極間にガスを送入してその風力によって放電を拡張させる方法であって、一対の電極間に印加する高電圧を減衰振動波が間欠的に繰り返し生ずる減衰振動波形周期波として各減衰振動波ごとに共振させ、その各減衰振動波ごとに、アーク放電発生に伴い共振ズレを生じさせてアーク放電を中断させることにより、間欠的アーク放電とする。
【0006】
すなわち、本発明では、一対の電極間に印加する電圧を正弦波状の連続波ではなく、減衰振動波の間欠的繰り返しによる減衰振動波形周期波とし、しかも各減衰振動波ごとに共振させる。そして、各減衰振動波ごとに、高圧トランスが持つLC成分等を利用してアーク放電発生に伴い共振ズレを生じさせることで、一対の電極間に印加される減衰振動波の残部を相殺する(リーケージ化する)ことにより、アーク放電を瞬時に中断する。このような動作を減衰振動波の繰り返し周期で間欠的に繰り返すことにより、電極の加熱を抑制しながら安定した低温プラズマを発生させることができる。
【0007】
その具体的手段として、次のような形態がある。
請求項2に係る発明では、一対の電極間に印加する高電圧の減衰振動波は正負が逆位相とする。
【0008】
すなわち、一対の電極間に印加する高電圧の減衰振動波は、片方を接地せずに正負が逆位相となるようにすることで、対接地間と無関係にすることができる。
これは、基材を改質する場合、プラズマが基材に照射されるときに、対接地間とは無関係であるため、感電することなく電極間で電流が流れて改質できるからである。また、逆位相の電圧を同時に印加するのは、電極間の電位差が放電開始電圧以上となれば良いので、0点を中心とした正負の繰り返し信号にする必要はない。高圧トランスの二次側を接地から浮かすことで、一対の電極間に印加する電圧を逆位相とすることができる。
【0009】
請求項3に係る発明では、ある時間間隔をおいた正負一対のパルスをある繰り返し周波数で高圧トランスの一次側に供給し、該高圧トランスの二次側から各減衰振動波ごとに共振した減衰振動波形周期波を出力して一対の電極間に印加する。
【0010】
一対の電極間に印加する電圧波形を、正弦波のような整然とした連続波とすると、前述のように、放電開始後も印加電圧が残って放電電流が持続するため、電極が加熱されて高温プラズマになってしまう。そこで、高圧トランスが持つLC成分を利用して、正負一対のパルスを高圧トランスの一次側で共振した減衰振動波とし、二次側でアーク放電発生に伴い共振ズレを生じさせれば、共振した減衰振動波は放電開始後に瞬時に消滅する。これを各減衰振動波ごとに行って、連続波にせずに間欠的に繰り返せば、安定した低温プラズマを発生できる。
【0011】
請求項4に係る発明では、正負一対のパルスのパルス幅を調整して減衰振動波の周波数を可変する。
上記のように高圧トランスのLC成分によって正負一対のパルスを減衰振動波とするが、調整要素が無いと高圧トランスのLC成分にマッチングした共振周波数に調整することができない。そのため、正負一対のパルスのパルス幅を調整することで、共振した減衰振動波とする。
【0012】
請求項5に係る発明では、共振した各減衰振動波の電圧立ち上がり時間を1μs以下とする。
アーク放電を利用して低温プラズマを生成するには、上述のように、アーク放電した後の印加電圧を即0にしてしまわないと、低温プラズマにはならない。また、商用周波数を用いて行うと、立上り時間が緩やかなため瞬時に強い電界を発生することができないので、プラズマの生成効率が悪く、必要以上の電圧を印加しなければならない。この欠点をクリアーするため、立上り時間はできるだけ短くした方が良いが、正負一対のパルスを生成するための半導体スイッチング素子のスイッチング特性などに鑑み、減衰振動波の電圧立ち上がり時間は1μs以下とするのが好ましい。
【0013】
請求項6に係る発明では、減衰振動波の繰り返し周期を10〜50KHzとする。
減衰振動波の繰り返し周波数は、改質する基材の材質によって異なるが、繰り返し周波数を10〜50KHzにしているのは、改質時間が短縮できるからで、実験によれば最も良い条件は10〜20KHzである。
【0014】
請求項7に係る発明では、一対の電極間の距離を1〜15mmとする。
電極間の距離を大きくすると、プラズマ照射範囲が長く伸びて広がるが、改質に時間がかかる。しかし、照射範囲が広がるので基材の改質面積を大きく確保できる。一方、電極間の距離を小さくすると、プラズマは広がらず狭い範囲に集中する。この場合の利点は、改質する基材の改質時間を短縮させ、短時間で改質が可能となる。従って、改質する基材の条件によって電極間の距離を調整すれば良いが、1〜15mmの範囲が実用的である。
【0015】
請求項8に係る発明では、減衰振動波を、その繰り返し周波数よりも低い周波数で一対の電極間に間欠的に印加する。
改質する材質が金属の場合、繰り返し生じる減衰振動波のみで行うと、アーク放電が金属の一部分に集中してしまい、改質できないが、その繰り返し周期よりも更に低い周期で間欠的に発生させることによって、金属等に照射しても均一にプラズマを照射することができる。
【0016】
また、本発明のプラズマ発生装置は、対向する一対の電極間に高電圧を印加して強制的にアーク放電させ、これら電極間にガスを送入してその風力によって放電を拡張させるものであって、ある時間間隔をおいた正負一対のパルスをある繰り返し周波数で発生させる正負パルス波発生回路と、その正負パルス波を一次側に入力され、各減衰振動波ごとに、共振した正負逆位相の減衰振動波形周期波を二次側から出力して一対の電極間に印加する高圧トランスとを備え、その各減衰振動波ごとに、アーク放電発生に伴い共振ズレを生じさせてアーク放電を中断させることにより、間欠的アーク放電とする。
【0017】
狭いパルス幅で高速にスイッチングするスイッチング回路を用いた高周波の正負パルス波発生回路と、その信号を使って容易に昇圧することができる高圧トランスとにより、従来のように商用周波数を利用して昇圧する大型のリーケージ型高圧トランスを使用する必要が無く、軽量・小型で効率の高いプラズマ発生用電源とすることができる。
【0018】
その具体的手段として、次のような形態がある。
請求項10に係る発明では、正負パルス波発生回路は、第1と第4を上アーム、第2を第1に対する下アーム、第3を第4に対する下アームとして第1〜第4の4個の半導体スイッチング素子をHブリッジ接続するとともに、各半導体スイッチング素子にそれぞれダイオードを並列接続したHブリッジスイッチング回路を用いて、正負パルス波を生成する。
【0019】
従って、インバータ部であるHブリッジスイッチング回路では、歪の無いスイッチング動作が可能となり、幅の狭いパルス幅調整ができるので、立上り時間が1μs以下の減衰振動波を容易に発生できる。
【0020】
請求項11に係る発明では、正負パルス波発生回路が、Hブリッジスイッチング回路の4個の半導体スイッチング素子のためのゲートパルスのパルス幅を調整することにより、Hブリッジスイッチング回路から出力される正負一対のパルスのパルス幅を調整して減衰振動波の周波数を可変するパルス幅設定手段を備えている。
【0021】
従って、高圧トランスのLC成分にマッチングし、しかもアーク放電開始直後に瞬時に共振ズレを生じさせることができる共振周波数に正確に調整することができる。
【0022】
請求項12に係る発明では、正負パルス波発生回路が、Hブリッジスイッチング回路の4個の半導体スイッチング素子のためのゲートパルスの周期を調整することにより、Hブリッジスイッチング回路から出力される正負一対のパルスの繰り返し周波数を調整して減衰振動波の繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定手段を備えている。
【0023】
従って、減衰振動波の繰り返し周波数を容易に調整できるので、改質する基材の材質に適合したプラズマ処理ができる。
【0024】
請求項13に係る発明では、更に、Hブリッジスイッチング回路の4個の半導体スイッチング素子のためのゲートパルスを、その周波数より低い周期で間欠的にHブリッジスイッチング回路のゲートドライブ回路へ入力させるバースト周波数設定手段を備えている。
【0025】
従って、改質する材質が金属であっても、均一した処理が可能となる。
【0026】
本発明によれば、低温のプラズマ処理が可能であるため、プラスチックやセラミックや金属やガラスなどの被処理物の表面改質(濡れ性を改善して接着剤やインクなどの密着性を良くする)の他、表面に付着した有機物や汚れの洗浄、殺菌や消毒、プラスチック基板の切断などに広範囲に適用できる。
【0027】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0028】
本発明の実施例では、図1に示すように、J字形の一対の電極1・2を互いの折り曲げ部を内側にして対向させ、これら電極1・2間に、図2に示すような回路の最終段の高圧トランス3の二次側から、後述するような高電圧を印加して強制的にアーク放電させてプラズマ4を生成し、これら電極1・2間にファン5により空気を送風してその風力によって放電を拡張、つまり電極1・2を冷却しながらプラズマ4を拡張させ、被処理物である基材6にプラズマ4を照射して基材6の表面を改質する。
【0029】
送入するガスは特に限定しないが、好ましくは空気、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素の単独又は組み合わせたものが使用される。例えば、水素やアンモニア、亜酸化窒素、水蒸気などの反応性を有するガスを少量添加することも可能である。添加量は特に限定しないが、通常は0.1体積%から10体積%が有効である。また、電極1・2の材質としては、タングステン、ステンレス、真鍮等の錆びにくい材質であれば良い。
【0030】
図2に示す回路において、先ず高圧トランス3の一次側に印加する正負パルス波を生成するためのHブリッジスイッチング回路(インバータ)7について説明する。図2に示すように、このHブリッジスイッチング回路7は、第1、第2、第3、第4の4個の半導体スイッチング素子SW1、SW2、SW3、SW4を、SW1とSW4を上アーム、SW2をSW1に対する下アーム、SW3をSW4に対する下アームとしてHブリッジ接続する(MOS−FET等の2個入り半導体モジュールをHブリッジとする)とともに、各半導体スイッチング素子にダイオードD1、D2、D3、D4をそれぞれ並列接続したものである。このHブリッジスイッチング回路7の電源として、商用周波数の電圧を整流する整流回路8と直流安定化電源回路9による直流電源が使用されている。直流安定化電源回路9の出力電圧は出力設定器10により調整できる。
【0031】
このHブリッジスイッチング回路7を、ゲートドライブ回路11とその前段の回路により、次の表1に示す▲1▼、▲2▼、▲3▼、▲4▼、▲5▼の5つのON/OFFの組み合わせ態様で順次繰り返しスイッチング動作させる。図3は、このようなスイッチング動作によって、第1と第2の半導体スイッチング素子SW1・SW2の中点と、第3と第4の半導体スイッチング素子SW3・SW4の中点との間から出力される正負交互のパルスのタイミングチャートである。
【0032】
【表1】
Figure 0004746804
【0033】
図4は、Hブリッジスイッチング回路7の等価回路を示す。図3に示すように、第2の半導体スイッチング素子SW2をOFFにするときの時間幅は、第1の半導体スイッチング素子SW1をONにするときの時間幅よりも前後に長く、また第3の半導体スイッチング素子SW3をOFFにするときの時間幅は、第4の半導体スイッチング素子SW4をONにするときの時間幅よりも前後に長くする。
【0034】
図4において、まず、SW1がOFFになってからSW1がONになると、I1の方向に電流が流れ、負荷が正に充電される。次に、SW1がOFFになってからSW2がONになると、SW2とD3を通ってI2の方向に電流が流れるので、負荷のリーケージインダクタンス及び浮遊容量分がSW2とD3で強制的にリセットされる。
【0035】
この後、SW3がOFFになってからSW4がONになると、I3の方向に電流が流れ、負荷が負に充電される。次に、SW3がOFFになってからSW4がONになると、I4の方向に電流が流れ、負荷のリーケージインダクタンス及び浮遊容量分がSW2とD3で強制的にリセットされる。
【0036】
このような動作を表1に従って説明すると、次のとおりである。
▲1▼では、SW2とSW3はゲート信号を入力されてONとなり、負荷の両端はショートされた状態となる。
【0037】
▲2▼では、SW2のゲート信号がONされ、少し遅れてSW1にゲート信号が入力されてこれがONになると、SW3はOFFのままであるため、SW1から負荷を通ってI1方向に電流が流れ、負荷を正に充電する。
【0038】
▲3▼では、SW1へのゲート信号入力が終わってこれがOFFとなってから、SW2へ再びゲート信号が入力されてこれが再びONになるので、負荷に充電された電荷分は、SW2とD3を通ってディスチャージする。その結果、▲1▼と同じ状態に戻ることになる。
【0039】
▲4▼では、SW3がOFFとなり、少し遅れてSW4にゲート信号が入力されてこれがONになると、SW2はONのままであるため、SW4から負荷を通ってI3方向に電流が流れ、負荷を負に充電する。
【0040】
▲5▼では、SW4へのゲート信号入力が終わってこれがOFFとなってから、SW3へ再びゲート信号が入力されてこれが再びONになるので、負荷に充電された電荷分は、SW3とD2を通ってディスチャージする。その結果、▲3▼と同じ状態に戻ることになる。
【0041】
このようにSW1とSW2との組、SW3とSW4の組がそれぞれ同時にONにならないように、デッドタイムを与えて▲1▼〜▲5▼と順番にスイッチングすることにより、入力信号(ゲート信号)に比例した波形の出力信号(ある時間間隔をおいた正負一対のパルス)が得られる。その場合、負荷側の浮遊容量及びリーケージインダクタンスは、上記のようなスイッチング動作によってリセットされるので、歪みの無い出力波形が得られる。
【0042】
上記のようなスイッチング動作をするHブリッジスイッチング回路7の出力は、図2において、第1と第2の半導体スイッチング素子SW1・SW2の中点を一方の極、第3と第4の半導体スイッチング素子SW3・SW4の中点を他方の極として取り出され、コンデンサCを介して高圧トランス3の一次側に印加される。
【0043】
次に、ゲートドライブ回路11を制御してHブリッジスイッチング回路7から正負一対のパルスを繰り返し出力させるとともに、その周期及びパルス幅を調整する前段の回路について、図5のタイミングチャートを参照して説明する。
【0044】
電圧制御発振器(VCO)12は、図5(1)に示すような矩形波を繰り返し出力する。その繰り返し周波数は繰り返し周波数設定器13にて調整できる。
【0045】
第1のワンショットマルチバイブレータ14は、図5(2)に示すように、電圧制御発振器12の出力(VC0出力)の立ち上がりで立ち上がるパルスを出力する。そのパルス幅は第1のパルス幅設定器15にて調整できる。
【0046】
遅延回路16は、図5(3)に示すように、第1のワンショットマルチバイブレータ14のパルスの立ち下がりにより立ち上がる一定時間幅(デッドタイム)のパルスを出力する。
【0047】
第2のワンショットマルチバイブレータ17は、図5(4)に示すように、遅延回路16の出力の立ち上がりで立ち上がるパルスを出力する。そのパルス幅は第2のパルス幅設定器18にて調整できる。
【0048】
第1のワンショットマルチバイブレータ14からのパルスは第1のANDゲート19、第2のワンショットマルチバイブレータ17からのパルスは第2のANDゲート20にそれぞれ入力される。これらANDゲート19・20には、起動スイッチ21にてオン・オフされる起動・停止回路22からの出力が入力されており、それがオンになっているときに、第1・第2のワンショットマルチバイブレータ14・17のパルスが、第3・第4のANDゲート23・24にそれぞれ入力される。
【0049】
第3のANDゲート23の出力は、第1の遅延用AND回路25及び第1の遅延用NAND回路26へ入力され、第4のANDゲート24の出力は、第2の遅延用AND回路27及び第2の遅延用NAND回路28へ入力される。図5の(5)、(6)、(7)、(8)にこれらAND回路25、NAND回路26、AND回路27、NAND回路28の出力波形を示し、その出力に従い、ゲートドライブ回路11がHブリッジスイッチング回路7の4個の半導体スイッチング素子SW1・SW2・SW3・SW4のためのゲートパルスを出力して、これらが前述のようにスイッチングする。
【0050】
従って、図5(9)に示すように、Hブリッジスイッチング回路7から、ある時間間隔をおいた正負一対のパルスがある繰り返し周波数で正負のパルス波として出力されることになる。その繰り返し周波数は繰り返し周波数設定器13にて調整でき、またパルス幅は、パルス幅設定器15・18にて正負それぞれ調整できる。
【0051】
この正負のパルス波は、コンデンサCを介して高圧トランス3の一次側に印加され、高圧トランス3が持つLC成分により、共振した減衰振動波が間欠的に繰り返す高圧の減衰振動波形周期波となる。高圧トランス3の二次側は、接地から浮かしてあるので、一対の電極1・2にそれぞれ印加される高圧の電圧は、図5(10)、(11)に示すように、高圧トランス3の二次側の中点に対して正負が完全に逆位相となる。これら図5(10)、(11)に示す波形は、電極1・2間が放電しない状態での波形である。パルス幅設定器15・18にてパルス幅を調整することにより、高圧トランス3のLC成分にマッチングする共振条件にすることができる。
【0052】
電極1・2間でアーク放電が開始して、図5(14)に示すように放電電流が流れると、その放電電流の最大波高値又はその付近で共振ズレが生じ、電極1・2間に印加される以降の減衰振動波が相殺して消滅するため、アーク放電は瞬時に中断する。その際の電極1・2にそれぞれ印加される電圧波形を図5(12)、(13)にそれぞれ示す。
【0053】
上記のように、電極1・2には、共振した減衰振動波が間欠的に繰り返す逆位相の高圧の減衰振動波形周期波が印加されるが、その印加と休止を次のように間欠的に行えるようにもなっており、次にはその動作について図6のタイミングチャートを参照して説明する。
【0054】
バースト波発振器29は、図6(2)に示すように、電圧制御発振器12による同図(1)に示すような繰り返し周波数よりもはるかに低い周波数の矩形波を出力し、それが連続・間欠動作切替スイッチ30をオンにしたときに、NANDゲート31を介して第3及び第4のANDゲート23・24に入力される。例えば、前者の繰り返し周波数を100KHzとすると、後者の周期は1KHzで、バースト波発振器29の出力がHIGHのときに、図6(3)、(4)に示すように、第3及び第4のANDゲート23・24から繰り返し周波数に応じた前述のようなパルスが出力される。そして、その間だけHブリッジスイッチング回路7から正負のパルス波が図6(5)のように出力され、図6(6)、(7)のように一対の電極1・2に、共振した減衰振動波が間欠的に繰り返す逆位相の高圧の減衰振動波形周期波が印加され、アーク放電開始直後に図6(8)のように急峻に上昇する放電電流が流れることにより、共振ズレが生じてアーク放電が瞬時に中断する。このような動作が電圧制御発振器12による繰り返し周波数で繰り返され、またその周期よりはるかに低い周期で運転・休止が反復される。
【0055】
一対の電極1・2間に送風するファン5は、商用周波数で動作するシーケンス回路32により駆動される。
【0056】
次に、本発明者らが行った本発明の実験例について説明する。
基材に対する濡れ性の改善テストを行い、濡れ性を接触角計(エルマ製G−1/2MG型)で測定した。印加電圧の測定は、ソニーテクトロニクス製高電圧プローブP−6015型、電流の測定にはヒアソン製4100型を用いた。基材としてはPETフィルム、金属の場合は銅、アルミニウム、ステンレスを用いた。
【0057】
[実験例1]
電極1・2間の距離を13mmとし、処理する基材6としてPETフィルムを使って濡れ性改善を行った。送風するガスは空気を用いた。表2は、繰り返し周波数を変化させたときの接触角のデータで、20KHz以上で改質され、35〜40KHzで改質が飽和している。処理時間は30KHz以上で改質し、時間を1秒かけても改質は良くならず飽和していることが判る。表3は、周波数を20KHzに固定し、出力を上げインバータであるHブリッジスイッチング回路7の電力に対する接触角のデータで、電力を上げれば良くなることが判った。表4は、周波数を20KHzに固定、電力を497Wに固定のもとで、プラズマ中に基材を照射する距離を変えたときのデータ、つまり電極から基材までの距離(処理距離)に対する接触角のデータで、20mmのときが一番良い結果となっている。
【0058】
【表2】
Figure 0004746804
【0059】
【表3】
Figure 0004746804
【0060】
【表4】
Figure 0004746804
【0061】
[実験例2]
電極間距離を4mmとし、PETフィルムに対して濡れ性改善を行った。送風するガスは空気を用いた。表5は、繰り返し周波数を変化させたときの接触角のデータで、20KHz以上で改善され、35〜40KHzで改質が飽和している。実験例1の表と比較すると、実験例2の電極の方が改質性能が良く、プラズマ照射電力密度が高い電極が効果的である。表6は、周波数を20KHzに固定し、出力を段階的に上げた場合のインバータの電力に対する接触角のデータで、電力を上げれば良くなることが判った。
また、電極間の距離を4mmとした場合、照射電力500W印加が限度であったので、照射電力を上げるには電極間距離を広げることが必要となることが判る。
【0062】
【表5】
Figure 0004746804
【0063】
【表6】
Figure 0004746804
【0064】
[実験例3]
同様の方法において、処理する金属として銅、アルミニウム、ステンレスを用い、電極間距離を5mmと10mmにした場合の濡れ性データを表7に示す。
【0065】
【表7】
Figure 0004746804
【0066】
[実験例4]
ITO透明電極接続端子を端部に設けた液晶ディスプレイ用パネル(大きさ50mm×30mm)において、その電極接続端子を実験例1と同一条件で、空気を用いてプラズマ処理を行った。次いで、異方導電性フィルムを介してポリイミドフィルム(50ミクロン厚)で構成される駆動回路を熱圧着した。この熱圧着の条件は、温度170℃、圧力3MPa、時間20秒とした。そして、上記のよにして接合されたパネルと回路体とを互いに逆方向に引っ張って剥離強度を測定した結果、プラズマ処理を行わない場合に比べて約2倍の剥離強度が得られた。
【0067】
以上の結果から、発振周波数は繰り返し周波数を高く(40KHz以上)すると、接触角は飽和し、プラスチック基材が熱によって溶けてしまう結果となり、最適繰り返し周波数は10〜20KHzが最も良いと言うことが判った。また、金属を改質するには、繰り返し周波数の持つ連続信号で行うと、金属の一部に集中してしまうので、バースト動作させる必要が有るということが判った。電極間距離に対しては、距離を離せばプラズマの広がりは大きく広がるが、処理するには1秒以上かかり、均一な処理ができにくいことが判った。電極間距離を狭くするとプラズマの広がりは狭くなるが、処理時間が短縮でき、0.1〜0.2秒間で即改質されることが判った。
【0068】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、連続使用しても電極が加熱されて高温プラズマになるようなことはなく、処理時間を短縮できるとともに、安定した低温プラズマにより処理品質を向上させることができ、また異常放電により被処理物にダメージを与えることもなく、更にプラズマ発生の制御が容易であるのに加え装置規模も小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマ発生装置によるプラズマ処理例を示す図である。
【図2】本発明のプラズマ発生装置の一例のブロック図である。
【図3】同プラズマ発生装置中のHブリッジスイッチング回路の等価回路図である。
【図4】同回路のスイッチング動作のタイミングチャートである。
【図5】図2の回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図6】同じくバースト動作のタイミングチャートである。
【符号の説明】
1・2 電極
3 高圧トランス
4 プラズマ
5 ファン
6 基材
7 Hブリッジスイッチング回路(インバータ)
SW1、SW2、SW3、SW4 半導体スイッチング素子
D1、D2、D3、D4 ダイオード
C コンデンサ
8 整流回路
9 直流安定化電源回路
10 出力設定器
11 ゲートドライブ回路
12 電圧制御発振器(VC0)
13 繰り返し周波数設定器
14 ワンショットマルチバイブレータ
15 パルス幅設定器
16 遅延回路
17 ワンショットマルチバイブレータ
18 パルス幅設定器
19・20 ANDゲート
21 起動スイッチ
22 起動・停止回路
23・24 ANDゲート
25 遅延用AND回路
26 遅延用NAND回路
27 遅延用AND回路
28 遅延用NAND回路
29 バースト波発振器
30 連続・間欠動作切替スイッチ
31 NANDゲート
32 シーケンス回路

Claims (14)

  1. 対向する一対の電極間に高電圧を印加して強制的にアーク放電させ、これら電極間にガスを送入してその風力によって放電を拡張させるプラズマ発生方法において、前記一対の電極間に印加する高電圧を減衰振動波が間欠的に繰り返し生ずる減衰振動波形周期波として各減衰振動波ごとに共振させ、その各減衰振動波ごとに、アーク放電発生に伴い共振ズレを生じさせてアーク放電を中断させることにより、間欠的アーク放電とすることを特徴とするプラズマ発生方法。
  2. 一対の電極間に印加する高電圧の減衰振動波は正負が逆位相であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ発生方法。
  3. ある時間間隔をおいた正負一対のパルスをある繰り返し周波数で高圧トランスの一次側に供給し、該高圧トランスの二次側から各減衰振動波ごとに共振した減衰振動波形周期波を出力して一対の電極間に印加することを特徴とする請求項2に記載のプラズマ発生方法。
  4. 正負一対のパルスのパルス幅を調整して減衰振動波の周波数を可変することを特徴とする請求項3に記載のプラズマ発生方法。
  5. 共振した各減衰振動波の電圧立ち上がり時間が1μs以下であることを特徴とする請求項1、2、3又は4に記載のプラズマ発生方法。
  6. 減衰振動波の繰り返し周期が10〜50KHzであることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5に記載のプラズマ発生方法。
  7. 減衰振動波を、その繰り返し周波数よりも低い周波数で一対の電極間に間欠的に印加することを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6に記載のプラズマ発生方法。
  8. 一対の電極間の距離を1〜15mmとすることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6又は7に記載のプラズマ発生方法。
  9. 対向する一対の電極間に高電圧を印加して強制的にアーク放電させ、これら電極間にガスを送入してその風力によって放電を拡張させるプラズマ発生装置において、ある時間間隔をおいた正負一対のパルスをある繰り返し周波数で発生させる正負パルス波発生回路と、その正負パルス波を一次側に入力され、各減衰振動波ごとに、共振した正負逆位相の減衰振動波形周期波を二次側から出力して一対の電極間に印加する高圧トランスとを備え、その各減衰振動波ごとに、アーク放電発生に伴い共振ズレを生じさせてアーク放電を中断させることにより、間欠的アーク放電とすることを特徴とするプラズマ発生装置。
  10. 正負パルス波発生回路は、第1と第4を上アーム、第2を第1に対する下アーム、第3を第4に対する下アームとして第1〜第4の4個の半導体スイッチング素子をHブリッジ接続するとともに、各半導体スイッチング素子にそれぞれダイオードを並列接続したHブリッジスイッチング回路を用いて、正負パルス波を生成することを特徴とする請求項9に記載プラズマ発生装置。
  11. 正負パルス波発生回路が、Hブリッジスイッチング回路の4個の半導体スイッチング素子のためのゲートパルスのパルス幅を調整することにより、Hブリッジスイッチング回路から出力される正負一対のパルスのパルス幅を調整して減衰振動波の周波数を可変するパルス幅設定手段を備えていることを特徴とする請求項10に記載プラズマ発生装置。
  12. 正負パルス波発生回路が、Hブリッジスイッチング回路の4個の半導体スイッチング素子のためのゲートパルスの周期を調整することにより、Hブリッジスイッチング回路から出力される正負一対のパルスの繰り返し周波数を調整して減衰振動波の繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定手段を備えていることを特徴とする請求項10又は11に記載のプラズマ発生装置。
  13. Hブリッジスイッチング回路の4個の半導体スイッチング素子のためのゲートパルスを、その周波数より低い周期で間欠的にHブリッジスイッチング回路のゲートドライブ回路へ入力させるバースト周波数設定手段を備えたことを特徴とする請求項10、11又は12に記載のプラズマ発生装置。
  14. 一対の電極間の距離を1〜15mmとしたことを特徴とする請求項10、11、12又は13に記載のプラズマ発生装置。
JP2001302893A 2001-09-28 2001-09-28 プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置 Expired - Fee Related JP4746804B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001302893A JP4746804B2 (ja) 2001-09-28 2001-09-28 プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001302893A JP4746804B2 (ja) 2001-09-28 2001-09-28 プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003109794A JP2003109794A (ja) 2003-04-11
JP4746804B2 true JP4746804B2 (ja) 2011-08-10

Family

ID=19123065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001302893A Expired - Fee Related JP4746804B2 (ja) 2001-09-28 2001-09-28 プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4746804B2 (ja)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2004244900B2 (en) * 2003-06-05 2007-04-05 Daikin Industries, Ltd. Discharge apparatus and air purifying apparatus
JP3871055B2 (ja) * 2003-08-01 2007-01-24 株式会社ハイデン研究所 プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置
US7226819B2 (en) 2003-10-28 2007-06-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Methods for forming wiring and manufacturing thin film transistor and droplet discharging method
WO2005041286A1 (en) 2003-10-28 2005-05-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for forming wiring, method for manufacturing thin film transistor and droplet discharging method
TWI366701B (en) 2004-01-26 2012-06-21 Semiconductor Energy Lab Method of manufacturing display and television
CN100565307C (zh) 2004-02-13 2009-12-02 株式会社半导体能源研究所 半导体器件及其制备方法,液晶电视系统,和el电视系统
JP2006277953A (ja) * 2005-03-25 2006-10-12 Toyohashi Univ Of Technology プラズマ生成装置、プラズマ処理装置、プラズマ生成方法及びプラズマ処理方法
JP5235301B2 (ja) * 2006-12-28 2013-07-10 澤藤電機株式会社 高電圧印加装置
JP4908286B2 (ja) * 2007-03-29 2012-04-04 株式会社西部技研 ガス処理装置
JPWO2009119845A1 (ja) * 2008-03-28 2011-07-28 三井造船株式会社 排ガス浄化装置
JP2018088819A (ja) * 2018-02-28 2018-06-07 株式会社ダイヘン 高周波電源
KR102141684B1 (ko) * 2018-08-24 2020-09-14 한국원자력연구원 전류 펄스를 제어하는 모듈레이터 및 그 방법
JP7627907B2 (ja) 2021-03-03 2025-02-07 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 流動性食品の加熱処理方法
WO2024202412A1 (ja) * 2023-03-31 2024-10-03 株式会社日立製作所 プラズマ処理装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0559198A (ja) * 1991-02-02 1993-03-09 Softal Elektron Gmbh 種々な形状及び厚さをもつた導電性及び非導電性材料の間接的コロナ処理装置
JP3232511B2 (ja) * 1999-03-23 2001-11-26 株式会社ハイデン研究所 高周波高圧電源
JP4312877B2 (ja) * 1999-04-22 2009-08-12 芝浦メカトロニクス株式会社 マイクロ波放電装置
JP2001293363A (ja) * 2000-04-14 2001-10-23 Keyence Corp コロナ放電装置及びその一部を構成する放電電極組立体

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003109794A (ja) 2003-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4746804B2 (ja) プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置
RU2005108355A (ru) Способ косметического ухода за кожей, предотвращающий старение
Shao et al. A compact repetitive unipolar nanosecond-pulse generator for dielectric barrier discharge application
US6433458B2 (en) Method and unit for driving piezoelectric transformer used for controlling luminance of cold-cathode tube
US8098472B2 (en) System and method for controlling an electromagnetic field generator
CN101500368A (zh) 微波激励放电灯的点亮方法
CN110496779B (zh) 超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法及超声筛分换能器电源电路
JPS61260915A (ja) 放電加工用電源
JP2013086059A (ja) 超音波洗浄装置
JP2009165947A (ja) 超音波洗浄装置
JP6762002B2 (ja) 電力回生型パルス電源
JP3871055B2 (ja) プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置
JP4141803B2 (ja) プラズマ処理装置
JP2002017090A (ja) 圧電トランスの駆動方法および駆動装置
CN100399692C (zh) 一种高压矩形脉冲电源
Buasri et al. Comparison of switching strategies for an ultrasonic cleaner
TW423967B (en) Ultrasonic beauty culture apparatus
JPS58500107A (ja) 音響振動の発生方法およびこれを実現するための音響振動源
TWI292985B (en) System and method of dynamically adjusting a rf generator to an instantaneous resonant frequency of a transducer,a transducer rf source and an rf generator
Niyomthai et al. Operation region of class E resonant inverter for ultrasonic transducer
Ebrahimi et al. Real-time Control of resonance point of piezoelectric transducers based on class D power converter
JP2008219420A (ja) 超音波発振器
KR100791952B1 (ko) 준펄스의 특성을 가진 상압 플라즈마 발생용 전원장치 및그 제어방법
JP7298098B2 (ja) 超音波振動子駆動回路及び超音波溶着装置
Asemi et al. Using a High frequency LC Resonant Inverter for Ultrasonic Cleaning Applications

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20080411

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20080411

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20080415

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20080411

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080825

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110214

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110419

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110516

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140520

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140520

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140520

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees