等离子体处理装置和使用该装置的等离子体产生方法制造方法及图纸

一种等离子体处理装置，利用点火电极方便地启动装置而不使用昂贵的阻抗匹配设备，能可靠地产生大气压力等离子体。该装置包括：具有孔的产生等离子体的室，等离子体从该孔吹出；气体供应单元，用于将产生等离子体的气体送入室中；一对电极；电源，用于在电极之间施加交流电场以维持室内的等离子体；用于提供脉冲电压的脉冲发生器；以及点火电极，用于对室内所送入的气体施加脉冲电压以产生等离子体。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用大气压力等离子体来处理对象的等离子体处理装置以及使用该装置的等离子体产生方法。过去，使用大气压力等离子体进行各种表面处理。例如，日本专利早期公开2-15171、3-241739和1-306569每篇公开了通过包括一对电极和在反应室中置于其间的介电材料的等离子体处理设备来进行等离子体处理。在这些方法中，将含有以惰性气体如氦或氩为主要成分的产生等离子体的气体输送到室内，通过在电极间提供AC(交流)电场以产生的等离子体来处理对象。另外，日本专利早期公开4-358076、3-219082、4-212253、6-108257和11-260597公开了等离子体处理设备，每个都使用在大气压力附近的压力下产生的等离子流。例如，如图8所示，典型的现有技术等离子体处理设备包括反应管2P、供气单元8P、围绕反应管设置的一对第一与第二电极3P，4P、以及通过阻抗匹配单元12P连接到第一电极3P的AC电源11P。第二电极4P接地。反应管2P在其顶部开口形成气体入口10P、在其底部开口形成等离子体吹放喷嘴1P。标记12P表示阻抗匹配单元12P，它具有可变电容器14P和电感器(未显示)，用于在电源11P和第一与第二电极3P，4P之间的反应管2P中的等离子体产生区域13P之间获得阻抗匹配。通过使用上述装置，如下进行等离子体处理。首先，从供气单元8P经气体入口10P将产生等离子体的气体送入反应管2P，然后在第一与第二电极3P，4P之间提供AC电场以便在反应管中产生大气压力等离子体。通过从反应管2P喷射的气流状等离子体经吹放喷嘴1P来处理对象。在这种等离子体处理中，由于使用大气压力等离子体，需要对第一电极3P提供1kV以上的高压以产生等离子体。另外，当电极3P，4P位于反应管2P外侧时，如图8所示，大部分所提供的AC电场释放到周围空间而非反应管的内部，从而需要在放电初始电压中提高电压大小。而且，由于AC电场的典型频率为13．56MHz，从而需要在电源11P和等离子体产生区域13P之间取得阻抗匹配。所以，当对第一电极3P提供这样的高压以便在反应管2P中产生大气压力的等离子体时，在阻抗匹配单元12P的可变电容器14P如传统的空气电容器中可能出现弧光放电。这种情况下，存在反应管中不能产生等离子体且等离子体处理装置的工作因此中止的缺点。为了解决这个问题，提出使用一种昂贵的阻抗匹配单元，它带有具备高耐受电压的真空电容器。但是，这又出现另一问题，装置的价格性能变差。鉴于上述观点，本专利技术的主要目的是提供一种等离子体处理装置，特征是，通过利用点火电极易于启动装置而不使用昂贵的阻抗匹配设备，可在大气压力附近的压力下可靠地产生等离子体。即，本专利技术的等离子体处理装置包括具有孔的产生等离子体的室，等离子体从该孔吹出；气体供应，用于将产生等离子体的气体送入室；一对电极；电源，用于在电极之间施加AC电场以维持室内的等离子体；用于提供脉冲电压的脉冲发生器；以及用于对室内所送入的气体施加脉冲电压以产生等离子体的点火电极。优选地，一对电极接触室的外表面。此时，由于这些电极不曝露于等离子体，可防止等离子体污染电极表面。优选地，点火电极置于孔的附近。在本专利技术的一个优选实施例中，等离子体处理装置包括电极移动单元，用于在第一位置与第二位置之间移动点火电极，在第一位置处点火电极位于孔附近以便对气体提供脉冲电压，在第二位置处点火电极离开孔。此时，由于在等离子体产生之后点火电极可从第一位置移动到第二位置，所以具有点火电极不妨碍等离子体处理的优点。优选地，点火电极位于室的外侧且邻近由一对电极在室中提供的放电区域。此时，由于点火不曝露于等离子体，所以可防止等离子体污染电极表面。优选地，点火电极接触室的外表面。在本专利技术的另一优选实施例中，孔的内侧尺寸在1mm至20mm的范围内。此时，可提高等离子体处理的效率。本专利技术的另一目的是提供一种使用上述等离子体处理装置的等离子体产生方法，包括步骤利用点火电极向大气压力附近的压力下的用于产生等离子体的气体供给脉冲电压，以便在室中产生等离子体。在等离子体产生方法中，当脉冲发生器提供的脉冲电压大小是加在一对电极之间的电压值的三倍或以上时，可稳定地产生大气压力等离子体。通过下面对本专利技术的详细描述和例子，上述和其它目的与优点将变得明显。附图说明图1是按照本专利技术优选实施例的等离子体处理装置的示意图；图2是等离子体处理装置的电极移动单元的示意图；图3是等离子体处理装置中使用的模块化振荡器的示意电路图；图4是显示等离子体处理装置的修改的示意性透视图；图5是按照本专利技术另一优选实施例的等离子体处理装置的示意图；图6A至6C是按照本专利技术再一优选实施例的等离子体处理装置的示意性正视、侧视和顶视图；图7A和7B是显示电极布置的修改的示意性截面图；以及图8是按照现有技术的等离子体处理装置的示意图。参照附图，详细说明按照本专利技术的优选实施例。本专利技术等离子体处理装置的优选实施例表示于图1和2。该装置包括用作产生等离子体的室的、绝缘(介电)材料的圆筒管2；一对第一与第二电极3、4，每个具有环形形状；用于在这些电极之间提供AC电场的电源11；用于将产生等离子体的气体送入室内的气体供应单元8；用于提供脉冲电压的脉冲发生器5；用于将脉冲电压施加室中所提供的气体的点火电极6；以及用于点火电极的电极移动单元7。作为用于圆筒管2的绝缘材料，例如，可使用基于玻璃的材料或陶瓷材料，如石英，氧化铝，钇-部分-稳定化氧化锆(Y-PSZ)(yttrium-partially-stabilized zirconia)。圆筒管2的顶部开口用作气体入口10，通过它供给用于产生等离子体的气体。圆筒管2的底部开口用作等离子体吹放喷嘴1。优选地，圆筒管2的底部开口的内部尺寸在1mm至20mm的范围内。设置第一与第二电极3，4使圆筒管2穿过这些具有环形形状的电极且第一电极3离开第二电极4所需的距离。优选地，所需的距离在3至20mm的范围内以稳定地获取等离子体。而且，每个第一和第二电极3，4接触圆筒管2的外表面。第一与第二电极3，4之间的圆筒管2的内侧空间称为辉光放电区域13。作为电极材料，例如，可使用具有导电性的金属材料如铜、铝、黄铜和不锈钢。第一电极3通过阻抗匹配设备12连接到电源11。第二电极4接地。脉冲发生器5可提供高压脉冲电压。例如，脉冲发生器5具有图3中所示的电路。该电路由逆变器部分50和放电部分52构成。逆变器部分50通常被称为模块化振荡器，它是由单个晶体管和变压器构成的正反馈电路，以产生具有窄脉冲宽度的极陡的脉冲。在图3中，当开关SW接通时，小电流流过晶体管Q，于是，由于互感在晶体管的基极绕组N1出现感应电压。该感应电压极性以正向偏压晶体管Q的基极。随着基极电流按该感应电压流动，集电极电流增大。由于基极绕组N1的感应电压随集电极电流的增大而增大，于是集电极电流进一步增大。但是，当集电极电流的增大因绕组电阻和晶体管Q的饱和电阻而饱和时，基极绕组N1的感应电压开始下降。随着基极绕组N1的感应电压下降，集电极电流也减少。所以，晶体管Q迅速转换至OFF(关断)位置。于是，在基极绕组N1中出现大的电动势，于是基极绕组N1的分布电容Cs被充电。作为分布电容充电的结果，在基极绕组N1中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体处理装置，用于以大气压力附近的压力下产生的等离子体来处理对象，所述装置包括： 具有孔的产生等离子体的室，所述等离子体从该孔吹出； 气体供应，用于将产生等离子体的气体送入所述室； 一对电极； 电源，用于在所述电极之间施加交流电场以维持所述室内的所述等离子体； 用于提供脉冲电压的脉冲发生器；以及 点火电极，用于对所述室内所送入的所述气体施加所述脉冲电压以产生等离子体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田口典幸，泽田康志，山崎圭一，中园佳幸，猪冈结希子，喜多山和也，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]