プラズマ処理装置
【課題】プラズマ発生前後において整合状態を維持し得るプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】グランド電位が付与されると共に一方の端部が閉塞板１１ｂで閉塞され、かつ他方の端部が開放端に形成された筒状の筐体１１と、閉塞板１１ｂの内面に筐体１１の筒長方向に沿って延出するように立設された棒状の放射器１４とを備え、放射器１４における開放端側の先端近傍に放電用ガスＧが供給された状態において、放射器１４が供給された高周波信号Ｓ１を放射することによって先端近傍にプラズマＰを発生させるプラズマ処理装置１であって、放射器１４における閉塞板１１ｂに固定された基端部から所定距離Ｌ２だけ離間した給電位置Ａに接続されて高周波信号Ｓ１を放射器１４に供給する給電導体１３を備えている。
【解決手段】グランド電位が付与されると共に一方の端部が閉塞板１１ｂで閉塞され、かつ他方の端部が開放端に形成された筒状の筐体１１と、閉塞板１１ｂの内面に筐体１１の筒長方向に沿って延出するように立設された棒状の放射器１４とを備え、放射器１４における開放端側の先端近傍に放電用ガスＧが供給された状態において、放射器１４が供給された高周波信号Ｓ１を放射することによって先端近傍にプラズマＰを発生させるプラズマ処理装置１であって、放射器１４における閉塞板１１ｂに固定された基端部から所定距離Ｌ２だけ離間した給電位置Ａに接続されて高周波信号Ｓ１を放射器１４に供給する給電導体１３を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の端部が閉塞板で閉塞された筒状の筐体、および閉塞板の内面に筐体の筒長方向に沿って延出するように立設された放射導体を備えて、放射導体の先端近傍にプラズマを発生させるプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のプラズマ処理装置として、下記特許文献１に開示されたプラズマ処理装置（マイクロ波プラズマ発生器）が知られている。このプラズマ処理装置は、円筒状の外管の上端に蓋体を固定して構成された共振器と、外管の上端寄りに配設された同軸線路と、蓋体の中央に固着された内部導体とを備えている。また、同軸線路の導体（中心導体）は、外管内で蓋体方向に屈折して先端が蓋体に接続されている。また、内部導体は、その長さが（λ／２）×ｎ＋（λ／４）に設定されている。また、外管には、ガス導入口が形成されている。このプラズマ処理装置では、共振器に同軸モードに変換したマイクロ波を同軸線路を経由して内部導体に伝送して、内部導体の先端部分に高電界を生じさせることにより、プラズマを発生させる。このため、このプラズマ処理装置では、インピーダンス整合器の必要がなくなると共に、反射板等も不必要となるため、装置全体の小形化が可能となっている。
【特許文献１】特開平６−１８８０９４号公報（第２−３頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、本願発明者等が上記した従来のプラズマ処理装置について鋭意研究した結果、このプラズマ処理装置には以下の問題点が存在していることを見出した。すなわち、このプラズマ処理装置では、発生するプラズマ自体が導電性を持つため、内部導体の見かけ上の長さ（電気長）がプラズマ発生前とプラズマ発生後とで変化し、これによってプラズマの発生前後での内部導体の共振周波数が変化する。したがって、このプラズマ処理装置では、プラズマ発生前の共振周波数を基準として内部導体の長さを規定した場合には、プラズマ発生後において不整合状態となる。したがって、このプラズマ処理装置には、高周波信号の反射が増大することに起因して、プラズマの発生を維持させるために大きな電力の高周波信号を供給する必要がある結果、電力効率が低下しているという問題点が存在している。
【０００４】
本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、プラズマ発生前後において整合状態を維持し得るプラズマ処理装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく請求項１記載のプラズマ処理装置は、グランド電位が付与されると共に一方の端部が閉塞板で閉塞され、かつ他方の端部が開放端に形成された筒状の筐体と、前記閉塞板の内面に前記筐体の筒長方向に沿って延出するように立設された棒状の放射導体とを備え、当該放射導体における前記開放端側の先端近傍にプラズマ放電用ガスが供給された状態において、当該放射導体が供給された高周波信号を放射することによって前記先端近傍にプラズマを発生させるプラズマ処理装置であって、前記放射導体における前記閉塞板に固定された基端部から所定距離だけ離間した給電位置に接続されて前記高周波信号を当該放射導体に供給する給電導体を備えている。
【０００６】
また、請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記放射導体は筒状に形成され、前記放射導体の前記先端から突出する状態で当該放射導体内に配設された絶縁管を備え、前記プラズマ放電用ガスは前記絶縁管によって前記放射導体の前記先端近傍に供給されて、前記プラズマは当該絶縁管内における当該先端近傍に発生させられる。
【０００７】
また、請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記放射導体は筒状に形成され、前記閉塞板には、当該放射導体の内部に連通する貫通孔が形成され、前記プラズマ放電用ガスは前記貫通孔内および前記放射導体内に挿通された処理対象管によって前記放射導体の前記先端近傍に供給されて、前記プラズマは当該処理対象管内における当該先端近傍に発生させられる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載のプラズマ処理装置によれば、放射器における閉塞板に固定された基端部から所定距離だけ離間した給電位置に給電導体を介して高周波信号を供給する構成としたことにより、プラズマ発生前後において整合状態（良好でほぼ一定のＶＳＷＲ状態）に維持することができる。したがって、プラズマ発生時の電力効率およびプラズマ発生後（プラズマの発生状態を維持する際）の電力効率の双方を良好な状態にできる結果、プラズマ処理の電力効率を十分に向上させることができる。
【０００９】
請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、放射導体を筒状に形成すると共に、この放射導体の先端から突出する状態で放射導体内に絶縁管を配設し、かつプラズマ放電用ガスを絶縁管によって放射導体の先端近傍に供給して、プラズマを絶縁管内における放射導体の先端近傍に発生させることにより、プラズマ処理の電力効率を十分に向上させつつ、プラズマの直径を絶縁管の内径で規定することができる。このため、例えば、絶縁管の内径を小さくすることにより、処理対象体の表面における狭い範囲のみを表面処理することができる。
【００１０】
請求項３記載のプラズマ処理装置によれば、放射導体を筒状に形成し、閉塞板に放射導体の内部に連通する貫通孔を形成すると共に、プラズマ放電用ガスを貫通孔内および放射導体内に挿通された処理対象管によって放射導体の先端近傍に供給して、プラズマを処理対象管内における先端近傍に発生させるようにしたことにより、プラズマ処理の電力効率を十分に向上させつつ、処理対象管の内面を表面処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るプラズマ処理装置の最良の形態について説明する。
【００１２】
図１に示すプラズマ処理装置１は、高周波電源２、プラズマ発生部３およびテーブル４を備えている。また、このプラズマ処理装置１は、高周波電源２において生成された高周波信号Ｓ１をプラズマ発生部３に同軸ケーブル５を介して供給することによってプラズマ発生部３内にプラズマを発生させると共に、発生させたプラズマをテーブル４に載置された処理対象体６に放射してその表面をプラズマ処理可能に構成されている。一例として、このプラズマ処理装置１は、樹脂などの有機材料で形成された部材（例えば、シート状や板状の部材）を処理対象体６として、その表面の殺菌処理、洗浄処理、および親水性の向上処理などを実行する。
【００１３】
高周波電源２は、準マイクロ波帯（１ＧＨｚ〜３ＧＨｚ）またはマイクロ波帯（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）の高周波信号（一例として、２．４５ＧＨｚ程度の準マイクロ波）Ｓ１を所定の電力で生成して、プラズマ発生部３に出力する高周波信号生成部として機能する。なお、本例では、高周波電源２が、準マイクロ波を高周波信号Ｓ１として出力する構成を採用しているが、マイクロ波を高周波信号Ｓ１として出力する構成を採用することもできる。また、高周波電源２からプラズマ発生部３に対する高周波信号Ｓ１の供給効率を高めるため、高周波電源２とプラズマ発生部３との間に整合器を配設することもできる。
【００１４】
プラズマ発生部３は、一例として図１に示すように、筐体１１、同軸コネクタ１２、給電導体１３、および本発明における放射導体としての放射器（アンテナ）１４を備えている。筐体１１は、一例として、両端が開口する導電性の筒体１１ａ、導電性の閉塞板１１ｂおよび絶縁管１１ｃを備え、一方の端部（図１中の上端部）が閉塞され、かつ他方の端部（図１中の下端部）が開放端に形成されてトーチ型筐体に構成されると共に、グランド電位が付与されている。
【００１５】
具体的には、図１に示すように、筐体１１は、その筒体１１ａにおける一方の端部（図１中の上端部）が、この一方の端部に密着して配設された閉塞板１１ｂによって閉塞されて、他方の端部が開口端となるトーチ型筐体として構成されている。また、筒体１１ａは、図２に示すように、中心軸Ｘと直交する平面に沿った外周面の断面形状が四角形（つまり、外形が四角筒体）であるが、この平面に沿った内周面の断面形状が円形であるため、実質的には円筒体として機能する。また、筒体１１ａは、図１に示すように、その長さ（筒長）が放射器１４の長さＬ１よりも長く規定されて、放射器１４の先端が筒体１１ａの開放端から突出しない構成となっている。絶縁管１１ｃは、図１に示すように、筒体１１ａの内周面に配設されて、高周波信号Ｓ１の出力電力を高めたときに、放射器１４から筐体１１への不要な放電を発生させないように機能する。
【００１６】
また本例では、図１に示すように、筒体１１ａには、筐体１１内に高周波信号Ｓ１を導入するための貫通孔２１が形成されている。また、一例として、閉塞板１１ｂには、プラズマ放電用ガスＧ（以下、「放電用ガスＧ」ともいう）を筒体１１ａ内に供給する供給管７を接続するための貫通孔２２が形成されている。この場合、貫通孔２２の位置は、図１，２に示すように、筒体１１ａの中心軸Ｘから外れた位置（具体的には、後述するように中心軸Ｘに配設された放射器１４と干渉しない位置）に規定されている。なお、供給管７を接続するための貫通孔２２は、閉塞板１１ｂに代えて、筒体１１ａに形成することもできる。また、本例では一例として、電離電圧が低くプラズマが発生し易いガス（例えば、アルゴンガスやヘリウムガスなど）を放電用ガスＧとして使用する。
【００１７】
同軸コネクタ１２は、図１に示すように、高周波電源２に接続された同軸ケーブル５の先端に装着された状態で、筒体１１ａの外周面に、貫通孔２１を閉塞するようにして取り付けられている。給電導体１３は、高導電性の線材を用いて、一例として、図１，２に示すように、棒状（ほぼ真っ直ぐな棒状）に形成されて、一端側が同軸コネクタ１２の芯線１２ａに接続されると共に、他端側が放射器１４の給電位置Ａに接続されている。この場合、給電位置Ａは、放射器１４における閉塞板１１ｂに固定された基端部から所定距離Ｌ２だけ離間した位置に規定されている。ここで、所定距離Ｌ２は、高周波信号Ｓ１の波長をλとしたときに、λ／１０≧Ｌ２＞０の範囲に規定するのが好ましい。これにより、放射器１４と、これに接続される閉塞板１１ｂおよび給電導体１３とで逆Ｆ形のアンテナが構成されて、後述するように、プラズマ発生（着火）前後でのＶＳＷＲの変化を低減し得る構成となる。なお、所定距離Ｌ２がλ／１０を超える構成では、後述するようにプラズマ発生前のＶＳＷＲが悪化し始める（つまり、プラズマの着火性が低下し始める）。このため、Ｌ２はλ／１０以下とするのが好ましい。
【００１８】
放射器１４は、導電性材料を用いて１本の棒状に形成されている。具体的には、放射器１４は、長さＬ１が（（１／４＋ｎ／２）×λ）に規定された１本の導電性の柱状体（本例では円柱体）で構成されている。ここで、ｎは、０以上の整数であり、本例では一例としてｎ＝０に設定されて、放射器１４の長さＬ１は（λ／４。高周波信号Ｓ１の周波数が一例として２．４５ＧＨｚであるため、１２２．４５ｍｍ／４＝３０．６ｍｍ）に規定されている。なお、放射器１４は、柱状体に限定されず、直方体や樋状体（ハーフパイプ状体）などの板状体で構成することもできる。また、放射器１４は、図１に示すように、筐体１１の内部に筐体１１の筒長（長手）方向に沿って配設されている。本例では、一例として、放射器１４は、筒体１１ａの内部に筒体１１ａの中心軸Ｘ上に位置した状態で（筐体１１の筒長方向に沿って延出した状態で）、閉塞板１１ｂの内面に立設（電気的に接続された状態で立設）されている。
【００１９】
テーブル４は、図１に示すように、筐体１１における他方の端部（開口端）に対向して配設されて、その筐体１１側の表面（載置面）に処理対象体６を載置可能に構成されている。本例では、一例としてテーブル４の載置面は、筒体１１ａの中心軸Ｘと直交する平面に形成されている。
【００２０】
次に、プラズマ処理装置１の動作について説明する。なお、テーブル４上には処理対象体６が載置されているものとする。
【００２１】
プラズマ処理装置１では、処理対象体６に対するプラズマ処理の実行に際して、まず、不図示のガス供給部から供給管７を介して筐体１１内に放電用ガスＧが供給される。次いで、この放電用ガスＧの供給状態において、高周波電源２が高周波信号Ｓ１のプラズマ発生部３への出力を開始する。高周波電源２から出力された高周波信号Ｓ１は、同軸ケーブル５、同軸コネクタ１２および給電導体１３を介して、放射器１４にその給電位置Ａから供給される。これにより、λ／４の長さＬ１に規定されている放射器１４が、高周波信号Ｓ１によって共振する。共振状態の放射器１４は共振モノポールとして作動して、筐体１１の開口端側に位置する先端（図１中の下端であって、本発明における先端）側で電圧が最大となる。このため、プラズマ発生部３内における放射器１４の先端近傍（先端付近）で電界強度が最大となり、プラズマの発生し易い放電用ガスＧが存在するプラズマ発生部３内（すなわち筐体１１内）では、この先端近傍においてプラズマＰが発生する。この場合、高周波電源２が高周波信号Ｓ１として準マイクロ波またはマイクロ波をプラズマ発生部３に供給するため、プラズマＰは高密度な状態で発生する。また、供給管７から供給された放電用ガスＧは筒体１１ａ内を筒長方向に沿って流れて筐体１１の開口端から外部に流出するため、発生したプラズマＰは、図１に示すように、放射器１４の先端から筒長方向に沿って（筒体１１ａの中心軸Ｘに沿って）延びて、筒体１１ａの開放端から処理対象体６に放射される。これにより、筐体１１から放射されるプラズマＰにより、処理対象体６が表面処理される。
【００２２】
この際に、プラズマＰ自体が導電性を持つことに起因して、放射器１４の見かけ上の長さ（電気長）が、プラズマ発生前（放射器１４のみの長さ）とプラズマ発生後（放射器１４の長さとプラズマＰの長さの合計長）とで変化する。したがって、従来のプラズマ処理装置では、プラズマＰの発生前後でのプラズマ発生部３の共振周波数が大きく変化する。このため、発明者による実験（高周波信号Ｓ１の周波数を２．４５ＧＨｚ、放射器１４の長さＬ１をλ／４（＝３０．６ｍｍ）としたときの実験）によれば、図７に示すように、プラズマ発生前（着火前）の共振周波数を基準として放射器１４の長さＬ１を規定した場合には、プラズマ発生後（着火後）において不整合状態となり、プラズマ発生前のＶＳＷＲ（同図中の□印を付した値：１２．４）と比較してプラズマ発生後のＶＳＷＲ（同図中の○印を付した値：６１．５）が大きく悪化することが確認された。
【００２３】
これに対して本発明に係るプラズマ処理装置１では、上記したように放射器１４における閉塞板１１ｂから所定距離Ｌ２だけ離間した位置に高周波信号Ｓ１の給電位置Ａが規定されている。このため、図７に示すように、一例として所定距離Ｌ２を２ｍｍ（＝λ／６１．２），３ｍｍ（＝λ／４０．８），４ｍｍ（＝λ／３０．６）と変えてプラズマ発生前後でのＶＳＷＲの変化を測定した場合、測定された各所定距離Ｌ２でのプラズマ発生前のＶＳＷＲおよびプラズマ発生後のＶＳＷＲは、それぞれ（１１．１，１８．６）、（１３．１，１７．４）、（１８．５，１７）となり、少なくともλ／３０．６≧Ｌ２≧λ／６１．２の範囲においては、従来のプラズマ処理装置における整合状態でのＶＳＷＲ（プラズマ発生前のＶＳＷＲ）とほぼ同じ値（すべてのＶＳＷＲが２０未満）であった。この結果、従来のプラズマ処理装置と比較して、プラズマ発生前後でのＶＳＷＲの変化がほぼ変化しないと言えるレベルまで、プラズマ発生前後でのＶＳＷＲの変化が大幅に低減されることが確認された。つまり、プラズマ処理装置１では、プラズマ発生前後で良好な整合状態が維持されることが確認された。この理由としては、給電位置Ａから給電された高周波信号Ｓ１により、放射器１４の基端部から放射器１４の先端部への経路と、給電位置Ａから放射器１４の先端部へ伝わる経路の２つの経路で共振が発生しているため、放射器１４のＱがブロード（広帯域）となるのが原因の１つと考えられる。
【００２４】
なお、図７に示す実験の結果から、所定距離Ｌ２を２ｍｍ，３ｍｍ，４ｍｍと長くするに従い、プラズマ発生後のＶＳＷＲは１８．６から、１７．４、１７とほぼ一定に維持される（若干減少する）が、プラズマ発生前のＶＳＷＲは１１．１から、１３．１、１８．５と次第に大きくなる（プラズマの着火性が低下する）傾向となる。このため、給電位置Ａまでの所定距離Ｌ２を長くし過ぎると、プラズマ発生前のＶＳＷＲが一層大きくなって、プラズマの着火性が低下すると考えられる。このため、所定距離Ｌ２は、最長でもλ／１０以下とするのが好ましいと考えられる。
【００２５】
このように、このプラズマ処理装置１によれば、放射器１４における閉塞板１１ｂに固定された基端部から所定距離Ｌ２だけ離間した給電位置Ａに給電導体１３を介して高周波信号Ｓ１を供給する構成としたことにより、プラズマ発生前後においてプラズマ発生部３を整合状態（良好でほぼ一定のＶＳＷＲ状態）に維持することができる。したがって、プラズマ発生時の電力効率およびプラズマ発生後（プラズマの発生状態を維持する際）の電力効率の双方を良好な状態にできる結果、プラズマ処理装置１でのプラズマ処理の電力効率を十分に向上させることができる。
【００２６】
なお、本発明は、上記した実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、筒体１１ａの内周面に絶縁管１１ｃを配設し、筒体１１ａの内部全体に供給管７から放電用ガスＧを供給してプラズマＰを筒体１１ａの内部で発生させる構成としたが、図３，４に示すプラズマ処理装置１Ａのように、放射器１４を筒状に形成すると共に放射器１４の内部に絶縁管１１ｃを配設して、この絶縁管１１ｃを介して放電用ガスＧを供給すると共に絶縁管１１ｃ内にプラズマＰを発生させて、絶縁管１１ｃから処理対象体６にプラズマＰを放射する構成とすることもできる。以下、このプラズマ処理装置１Ａについて説明する。
【００２７】
まず、プラズマ処理装置１Ａの構成について説明する。なお、プラズマ処理装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。
【００２８】
図３に示すプラズマ処理装置１Ａは、高周波電源２、プラズマ発生部３Ａおよびテーブル４を備え、プラズマ発生部３Ａがプラズマ処理装置１のプラズマ発生部３と相違している。また、本例では、プラズマ処理装置１における絶縁管１１ｃ同じ機能を有する絶縁管１１ｃを放電用ガスＧの供給管としても機能させることにより、供給管７が無い点においてもプラズマ処理装置１と相違している。
【００２９】
プラズマ発生部３Ａは、図３，４に示すように、筐体１１、同軸コネクタ１２、給電導体１３、および放射器（アンテナ）１４を備えている。筐体１１は、筒体１１ａ、閉塞板１１ｂおよび絶縁管１１ｃを備え、一方の端部（図３中の上端部）が閉塞され、かつ他方の端部（図３中の下端部）が開放端に形成されてトーチ型筐体に構成されると共に、グランド電位が付与されている。具体的には、図３に示すように、筐体１１は、その筒体１１ａにおける一方の端部（図１中の上端部）が、この一方の端部に密着して配設された閉塞板１１ｂによって閉塞されて、他方の端部が開口端となるトーチ型筐体として構成されている。また、放電用ガスＧの供給用として閉塞板１１ｂに形成される貫通孔２２は、本例では、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと同軸となるように（つまり、閉塞板１１ｂの中心に）形成されている。放射器１４は、その内径が貫通孔２２の内径以上に規定された筒状に形成されて、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと同軸となるように閉塞板１１ｂの内面に立設されている。これにより、放射器１４の内部が貫通孔２２と連通した状態となる。絶縁管１１ｃは、その外径が貫通孔２２の内径よりも小径に形成されて、図３，４に示すように、貫通孔２２および放射器１４に挿通され、かつ閉塞板１１ｂの内面からの突出長が筒体１１ａの全長とほぼ同じ長さに規定されている。これにより、絶縁管１１ｃにおける放射器１４から突出した端部（筒体１１ａの開口端側の端部）は、この開口端と面一の状態となっている。
【００３０】
次に、プラズマ処理装置１Ａの動作について説明する。
【００３１】
プラズマ処理装置１Ａでは、処理対象体６に対するプラズマ処理の実行に際して、まず、不図示のガス供給部から絶縁管１１ｃ内に放電用ガスＧが供給される。次いで、この放電用ガスＧの供給状態において、高周波電源２が高周波信号Ｓ１のプラズマ発生部３Ａへの出力を開始する。高周波電源２から出力された高周波信号Ｓ１は、給電導体１３等を介して、放射器１４にその給電位置Ａから供給される。これにより、高周波信号Ｓ１の波長λに対して（（１／４＋ｎ／２）×λ）の長さＬ１（一例としてλ／４）に規定されている放射器１４が、共振モノポールとして作動して、その先端近傍で電界強度が最大となり、プラズマの発生し易い放電用ガスＧが存在する絶縁管１１ｃの内部では、放射器１４の先端近傍に位置する領域においてプラズマＰが発生する。また、このプラズマＰは、放電用ガスＧの流れに沿って延び、絶縁管１１ｃの端部（図３の下端部）から処理対象体６に放射される。これにより、筐体１１から放射されるプラズマＰにより、処理対象体６が表面処理される。
【００３２】
このプラズマ処理装置１Ａにおいても、筐体１１、放射器１４および給電導体１３についての基本的な構成（逆Ｆ形のアンテナとなる構成）はプラズマ処理装置１と同じであるため、発生するプラズマＰによって放射器１４の見かけ上の長さ（電気長）がプラズマ発生前後で変化したとしても、プラズマＰの発生前およびプラズマＰの発生後の双方において整合状態を維持することができる。また、プラズマＰの直径を絶縁管１１ｃの内径で規定することができるため、絶縁管１１ｃの内径を小さくすることにより、処理対象体６の表面における狭い範囲のみを表面処理することもできる。
【００３３】
なお、このプラズマ処理装置１Ａでは、貫通孔２２および筒状の放射器１４に絶縁管１１ｃを挿通させることにより、絶縁管１１ｃを放電用ガスＧの供給管としても機能させたが、図５に示すように、プラズマ処理装置１Ｂのように、供給管７を別途設け、この供給管７から筒状の放射器１４内に放電用ガスＧを供給し、放射器１４の先端近傍に絶縁管１１ｃを取り付けてプラズマ発生部３Ｂを構成することもできる。この場合、絶縁管１１ｃは、放射器１４の先端近傍の内周面に取り付けてもよいし、外周面に取り付けることもできる。本例では一例として、放射器１４の内周面に絶縁管１１ｃの外周面を密着させて絶縁管１１ｃを取り付けている。このプラズマ処理装置１Ｂによって、絶縁管１１ｃ内における放射器１４の先端近傍にプラズマＰを発生させて、絶縁管１１ｃの端部（筒体１１ａの開放端側の端部であって、この開放端と面一の状態となっている端部）からプラズマＰを処理対象体６に放射することができ、プラズマ処理装置１Ａと同様の作用効果を奏することができる。なお、プラズマ処理装置１Ａと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略した。
【００３４】
また、上記した各プラズマ処理装置１，１Ａ，１Ｂでは、絶縁管１１ｃを筒体１１ａ内に配設して、絶縁管１１ｃの内部における放射器１４の先端近傍でプラズマＰを発生させると共に、発生させたプラズマＰをテーブル４上に載置された処理対象体６に放射させる構成を採用したが、処理対象体６が管状の形状であり、かつその内周面がプラズマ処理の対象部位となる場合には、図６に示すプラズマ処理装置１Ｃのように、閉塞板１１ｂおよび筒状の放射器１４内に管状の処理対象体６を挿通させ、かつ処理対象体６を放電用ガスＧの供給管としても機能させることで、このプラズマ処理装置１Ｃによって処理対象体６の内周面を絶縁管１１ｃをプラズマＰで処理することが可能となる。
【００３５】
以下、このプラズマ処理装置１Ｃについて、図６を参照して説明する。なお、プラズマ処理装置１Ａと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３６】
このプラズマ処理装置１Ｃは、プラズマ処理装置１Ａとほぼ同じ構成を備えており、プラズマ発生部３Ｃのみが相違している。プラズマ処理装置１Ｃのプラズマ発生部３Ｃは、図６に示すように、プラズマ処理装置１Ａのプラズマ発生部３Ａから絶縁管１１ｃのみを省いた構成となっている。
【００３７】
次に、プラズマ処理装置１Ｃの動作について説明すると、プラズマ処理装置１Ｃでは、管状の処理対象体６に対するプラズマ処理の実行に際して、まず、処理対象体６を貫通孔２２および筒状の放射器１４に挿通させる。次いで、不図示のガス供給部から処理対象体６内への放電用ガスＧの供給を開始させる。次いで、この放電用ガスＧの供給状態において、高周波電源２が高周波信号Ｓ１のプラズマ発生部３への出力を開始する。これにより、プラズマ処理装置１Ａと同様にして、放射器１４が共振モノポールとして作動して、その先端近傍で電界強度が最大となり、プラズマの発生し易い放電用ガスＧが存在する処理対象体６の内部では、放射器１４の先端近傍に位置する領域においてプラズマＰが発生する。この状態において、処理対象体６は一例として貫通孔２２側から放射器１４方向に移送される。これにより、処理対象体６の内周面が、処理対象体６内に発生しているプラズマＰによって順次プラズマ処理される。
【００３８】
このプラズマ処理装置１Ｃにおいても、筐体１１、放射器１４および給電導体１３についての基本的な構成（逆Ｆ形のアンテナとなる構成）は上記のプラズマ処理装置１，１Ａ，１Ｂと同じであるため、上記した各プラズマ処理装置１等と同様にして、発生するプラズマＰによって放射器１４の見かけ上の長さ（電気長）がプラズマ発生前後で変化したとしても、プラズマの発生前およびプラズマの発生後の双方において整合状態を維持することができる。したがって、プラズマ処理の電力効率を十分に向上させつつ、処理対象管の内面を表面処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】プラズマ処理装置１の構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図２】図１におけるＷ１−Ｗ１線断面図（同軸コネクタ１２を除く断面図）である。
【図３】プラズマ処理装置１Ａの構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図４】図３におけるＷ２−Ｗ２線断面図（同軸コネクタ１２を除く断面図）である。
【図５】プラズマ処理装置１Ｂの構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図６】プラズマ処理装置１Ｃの構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図７】プラズマ処理装置１および従来のプラズマ処理装置について測定したプラズマ発生前後でのＶＳＷＲの特性図である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ プラズマ処理装置
２ 高周波電源
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ プラズマ発生部
６ 処理対象体
１１ 筐体
１１ｂ 閉塞板
１３ 給電導体
１４ 放射器
Ａ 給電位置
Ｇ 放電用ガス
Ｌ２ 給電位置Ａまでの所定距離
Ｐ プラズマ
Ｓ１ 高周波信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の端部が閉塞板で閉塞された筒状の筐体、および閉塞板の内面に筐体の筒長方向に沿って延出するように立設された放射導体を備えて、放射導体の先端近傍にプラズマを発生させるプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のプラズマ処理装置として、下記特許文献１に開示されたプラズマ処理装置（マイクロ波プラズマ発生器）が知られている。このプラズマ処理装置は、円筒状の外管の上端に蓋体を固定して構成された共振器と、外管の上端寄りに配設された同軸線路と、蓋体の中央に固着された内部導体とを備えている。また、同軸線路の導体（中心導体）は、外管内で蓋体方向に屈折して先端が蓋体に接続されている。また、内部導体は、その長さが（λ／２）×ｎ＋（λ／４）に設定されている。また、外管には、ガス導入口が形成されている。このプラズマ処理装置では、共振器に同軸モードに変換したマイクロ波を同軸線路を経由して内部導体に伝送して、内部導体の先端部分に高電界を生じさせることにより、プラズマを発生させる。このため、このプラズマ処理装置では、インピーダンス整合器の必要がなくなると共に、反射板等も不必要となるため、装置全体の小形化が可能となっている。
【特許文献１】特開平６−１８８０９４号公報（第２−３頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、本願発明者等が上記した従来のプラズマ処理装置について鋭意研究した結果、このプラズマ処理装置には以下の問題点が存在していることを見出した。すなわち、このプラズマ処理装置では、発生するプラズマ自体が導電性を持つため、内部導体の見かけ上の長さ（電気長）がプラズマ発生前とプラズマ発生後とで変化し、これによってプラズマの発生前後での内部導体の共振周波数が変化する。したがって、このプラズマ処理装置では、プラズマ発生前の共振周波数を基準として内部導体の長さを規定した場合には、プラズマ発生後において不整合状態となる。したがって、このプラズマ処理装置には、高周波信号の反射が増大することに起因して、プラズマの発生を維持させるために大きな電力の高周波信号を供給する必要がある結果、電力効率が低下しているという問題点が存在している。
【０００４】
本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、プラズマ発生前後において整合状態を維持し得るプラズマ処理装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく請求項１記載のプラズマ処理装置は、グランド電位が付与されると共に一方の端部が閉塞板で閉塞され、かつ他方の端部が開放端に形成された筒状の筐体と、前記閉塞板の内面に前記筐体の筒長方向に沿って延出するように立設された棒状の放射導体とを備え、当該放射導体における前記開放端側の先端近傍にプラズマ放電用ガスが供給された状態において、当該放射導体が供給された高周波信号を放射することによって前記先端近傍にプラズマを発生させるプラズマ処理装置であって、前記放射導体における前記閉塞板に固定された基端部から所定距離だけ離間した給電位置に接続されて前記高周波信号を当該放射導体に供給する給電導体を備えている。
【０００６】
また、請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記放射導体は筒状に形成され、前記放射導体の前記先端から突出する状態で当該放射導体内に配設された絶縁管を備え、前記プラズマ放電用ガスは前記絶縁管によって前記放射導体の前記先端近傍に供給されて、前記プラズマは当該絶縁管内における当該先端近傍に発生させられる。
【０００７】
また、請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記放射導体は筒状に形成され、前記閉塞板には、当該放射導体の内部に連通する貫通孔が形成され、前記プラズマ放電用ガスは前記貫通孔内および前記放射導体内に挿通された処理対象管によって前記放射導体の前記先端近傍に供給されて、前記プラズマは当該処理対象管内における当該先端近傍に発生させられる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載のプラズマ処理装置によれば、放射器における閉塞板に固定された基端部から所定距離だけ離間した給電位置に給電導体を介して高周波信号を供給する構成としたことにより、プラズマ発生前後において整合状態（良好でほぼ一定のＶＳＷＲ状態）に維持することができる。したがって、プラズマ発生時の電力効率およびプラズマ発生後（プラズマの発生状態を維持する際）の電力効率の双方を良好な状態にできる結果、プラズマ処理の電力効率を十分に向上させることができる。
【０００９】
請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、放射導体を筒状に形成すると共に、この放射導体の先端から突出する状態で放射導体内に絶縁管を配設し、かつプラズマ放電用ガスを絶縁管によって放射導体の先端近傍に供給して、プラズマを絶縁管内における放射導体の先端近傍に発生させることにより、プラズマ処理の電力効率を十分に向上させつつ、プラズマの直径を絶縁管の内径で規定することができる。このため、例えば、絶縁管の内径を小さくすることにより、処理対象体の表面における狭い範囲のみを表面処理することができる。
【００１０】
請求項３記載のプラズマ処理装置によれば、放射導体を筒状に形成し、閉塞板に放射導体の内部に連通する貫通孔を形成すると共に、プラズマ放電用ガスを貫通孔内および放射導体内に挿通された処理対象管によって放射導体の先端近傍に供給して、プラズマを処理対象管内における先端近傍に発生させるようにしたことにより、プラズマ処理の電力効率を十分に向上させつつ、処理対象管の内面を表面処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るプラズマ処理装置の最良の形態について説明する。
【００１２】
図１に示すプラズマ処理装置１は、高周波電源２、プラズマ発生部３およびテーブル４を備えている。また、このプラズマ処理装置１は、高周波電源２において生成された高周波信号Ｓ１をプラズマ発生部３に同軸ケーブル５を介して供給することによってプラズマ発生部３内にプラズマを発生させると共に、発生させたプラズマをテーブル４に載置された処理対象体６に放射してその表面をプラズマ処理可能に構成されている。一例として、このプラズマ処理装置１は、樹脂などの有機材料で形成された部材（例えば、シート状や板状の部材）を処理対象体６として、その表面の殺菌処理、洗浄処理、および親水性の向上処理などを実行する。
【００１３】
高周波電源２は、準マイクロ波帯（１ＧＨｚ〜３ＧＨｚ）またはマイクロ波帯（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）の高周波信号（一例として、２．４５ＧＨｚ程度の準マイクロ波）Ｓ１を所定の電力で生成して、プラズマ発生部３に出力する高周波信号生成部として機能する。なお、本例では、高周波電源２が、準マイクロ波を高周波信号Ｓ１として出力する構成を採用しているが、マイクロ波を高周波信号Ｓ１として出力する構成を採用することもできる。また、高周波電源２からプラズマ発生部３に対する高周波信号Ｓ１の供給効率を高めるため、高周波電源２とプラズマ発生部３との間に整合器を配設することもできる。
【００１４】
プラズマ発生部３は、一例として図１に示すように、筐体１１、同軸コネクタ１２、給電導体１３、および本発明における放射導体としての放射器（アンテナ）１４を備えている。筐体１１は、一例として、両端が開口する導電性の筒体１１ａ、導電性の閉塞板１１ｂおよび絶縁管１１ｃを備え、一方の端部（図１中の上端部）が閉塞され、かつ他方の端部（図１中の下端部）が開放端に形成されてトーチ型筐体に構成されると共に、グランド電位が付与されている。
【００１５】
具体的には、図１に示すように、筐体１１は、その筒体１１ａにおける一方の端部（図１中の上端部）が、この一方の端部に密着して配設された閉塞板１１ｂによって閉塞されて、他方の端部が開口端となるトーチ型筐体として構成されている。また、筒体１１ａは、図２に示すように、中心軸Ｘと直交する平面に沿った外周面の断面形状が四角形（つまり、外形が四角筒体）であるが、この平面に沿った内周面の断面形状が円形であるため、実質的には円筒体として機能する。また、筒体１１ａは、図１に示すように、その長さ（筒長）が放射器１４の長さＬ１よりも長く規定されて、放射器１４の先端が筒体１１ａの開放端から突出しない構成となっている。絶縁管１１ｃは、図１に示すように、筒体１１ａの内周面に配設されて、高周波信号Ｓ１の出力電力を高めたときに、放射器１４から筐体１１への不要な放電を発生させないように機能する。
【００１６】
また本例では、図１に示すように、筒体１１ａには、筐体１１内に高周波信号Ｓ１を導入するための貫通孔２１が形成されている。また、一例として、閉塞板１１ｂには、プラズマ放電用ガスＧ（以下、「放電用ガスＧ」ともいう）を筒体１１ａ内に供給する供給管７を接続するための貫通孔２２が形成されている。この場合、貫通孔２２の位置は、図１，２に示すように、筒体１１ａの中心軸Ｘから外れた位置（具体的には、後述するように中心軸Ｘに配設された放射器１４と干渉しない位置）に規定されている。なお、供給管７を接続するための貫通孔２２は、閉塞板１１ｂに代えて、筒体１１ａに形成することもできる。また、本例では一例として、電離電圧が低くプラズマが発生し易いガス（例えば、アルゴンガスやヘリウムガスなど）を放電用ガスＧとして使用する。
【００１７】
同軸コネクタ１２は、図１に示すように、高周波電源２に接続された同軸ケーブル５の先端に装着された状態で、筒体１１ａの外周面に、貫通孔２１を閉塞するようにして取り付けられている。給電導体１３は、高導電性の線材を用いて、一例として、図１，２に示すように、棒状（ほぼ真っ直ぐな棒状）に形成されて、一端側が同軸コネクタ１２の芯線１２ａに接続されると共に、他端側が放射器１４の給電位置Ａに接続されている。この場合、給電位置Ａは、放射器１４における閉塞板１１ｂに固定された基端部から所定距離Ｌ２だけ離間した位置に規定されている。ここで、所定距離Ｌ２は、高周波信号Ｓ１の波長をλとしたときに、λ／１０≧Ｌ２＞０の範囲に規定するのが好ましい。これにより、放射器１４と、これに接続される閉塞板１１ｂおよび給電導体１３とで逆Ｆ形のアンテナが構成されて、後述するように、プラズマ発生（着火）前後でのＶＳＷＲの変化を低減し得る構成となる。なお、所定距離Ｌ２がλ／１０を超える構成では、後述するようにプラズマ発生前のＶＳＷＲが悪化し始める（つまり、プラズマの着火性が低下し始める）。このため、Ｌ２はλ／１０以下とするのが好ましい。
【００１８】
放射器１４は、導電性材料を用いて１本の棒状に形成されている。具体的には、放射器１４は、長さＬ１が（（１／４＋ｎ／２）×λ）に規定された１本の導電性の柱状体（本例では円柱体）で構成されている。ここで、ｎは、０以上の整数であり、本例では一例としてｎ＝０に設定されて、放射器１４の長さＬ１は（λ／４。高周波信号Ｓ１の周波数が一例として２．４５ＧＨｚであるため、１２２．４５ｍｍ／４＝３０．６ｍｍ）に規定されている。なお、放射器１４は、柱状体に限定されず、直方体や樋状体（ハーフパイプ状体）などの板状体で構成することもできる。また、放射器１４は、図１に示すように、筐体１１の内部に筐体１１の筒長（長手）方向に沿って配設されている。本例では、一例として、放射器１４は、筒体１１ａの内部に筒体１１ａの中心軸Ｘ上に位置した状態で（筐体１１の筒長方向に沿って延出した状態で）、閉塞板１１ｂの内面に立設（電気的に接続された状態で立設）されている。
【００１９】
テーブル４は、図１に示すように、筐体１１における他方の端部（開口端）に対向して配設されて、その筐体１１側の表面（載置面）に処理対象体６を載置可能に構成されている。本例では、一例としてテーブル４の載置面は、筒体１１ａの中心軸Ｘと直交する平面に形成されている。
【００２０】
次に、プラズマ処理装置１の動作について説明する。なお、テーブル４上には処理対象体６が載置されているものとする。
【００２１】
プラズマ処理装置１では、処理対象体６に対するプラズマ処理の実行に際して、まず、不図示のガス供給部から供給管７を介して筐体１１内に放電用ガスＧが供給される。次いで、この放電用ガスＧの供給状態において、高周波電源２が高周波信号Ｓ１のプラズマ発生部３への出力を開始する。高周波電源２から出力された高周波信号Ｓ１は、同軸ケーブル５、同軸コネクタ１２および給電導体１３を介して、放射器１４にその給電位置Ａから供給される。これにより、λ／４の長さＬ１に規定されている放射器１４が、高周波信号Ｓ１によって共振する。共振状態の放射器１４は共振モノポールとして作動して、筐体１１の開口端側に位置する先端（図１中の下端であって、本発明における先端）側で電圧が最大となる。このため、プラズマ発生部３内における放射器１４の先端近傍（先端付近）で電界強度が最大となり、プラズマの発生し易い放電用ガスＧが存在するプラズマ発生部３内（すなわち筐体１１内）では、この先端近傍においてプラズマＰが発生する。この場合、高周波電源２が高周波信号Ｓ１として準マイクロ波またはマイクロ波をプラズマ発生部３に供給するため、プラズマＰは高密度な状態で発生する。また、供給管７から供給された放電用ガスＧは筒体１１ａ内を筒長方向に沿って流れて筐体１１の開口端から外部に流出するため、発生したプラズマＰは、図１に示すように、放射器１４の先端から筒長方向に沿って（筒体１１ａの中心軸Ｘに沿って）延びて、筒体１１ａの開放端から処理対象体６に放射される。これにより、筐体１１から放射されるプラズマＰにより、処理対象体６が表面処理される。
【００２２】
この際に、プラズマＰ自体が導電性を持つことに起因して、放射器１４の見かけ上の長さ（電気長）が、プラズマ発生前（放射器１４のみの長さ）とプラズマ発生後（放射器１４の長さとプラズマＰの長さの合計長）とで変化する。したがって、従来のプラズマ処理装置では、プラズマＰの発生前後でのプラズマ発生部３の共振周波数が大きく変化する。このため、発明者による実験（高周波信号Ｓ１の周波数を２．４５ＧＨｚ、放射器１４の長さＬ１をλ／４（＝３０．６ｍｍ）としたときの実験）によれば、図７に示すように、プラズマ発生前（着火前）の共振周波数を基準として放射器１４の長さＬ１を規定した場合には、プラズマ発生後（着火後）において不整合状態となり、プラズマ発生前のＶＳＷＲ（同図中の□印を付した値：１２．４）と比較してプラズマ発生後のＶＳＷＲ（同図中の○印を付した値：６１．５）が大きく悪化することが確認された。
【００２３】
これに対して本発明に係るプラズマ処理装置１では、上記したように放射器１４における閉塞板１１ｂから所定距離Ｌ２だけ離間した位置に高周波信号Ｓ１の給電位置Ａが規定されている。このため、図７に示すように、一例として所定距離Ｌ２を２ｍｍ（＝λ／６１．２），３ｍｍ（＝λ／４０．８），４ｍｍ（＝λ／３０．６）と変えてプラズマ発生前後でのＶＳＷＲの変化を測定した場合、測定された各所定距離Ｌ２でのプラズマ発生前のＶＳＷＲおよびプラズマ発生後のＶＳＷＲは、それぞれ（１１．１，１８．６）、（１３．１，１７．４）、（１８．５，１７）となり、少なくともλ／３０．６≧Ｌ２≧λ／６１．２の範囲においては、従来のプラズマ処理装置における整合状態でのＶＳＷＲ（プラズマ発生前のＶＳＷＲ）とほぼ同じ値（すべてのＶＳＷＲが２０未満）であった。この結果、従来のプラズマ処理装置と比較して、プラズマ発生前後でのＶＳＷＲの変化がほぼ変化しないと言えるレベルまで、プラズマ発生前後でのＶＳＷＲの変化が大幅に低減されることが確認された。つまり、プラズマ処理装置１では、プラズマ発生前後で良好な整合状態が維持されることが確認された。この理由としては、給電位置Ａから給電された高周波信号Ｓ１により、放射器１４の基端部から放射器１４の先端部への経路と、給電位置Ａから放射器１４の先端部へ伝わる経路の２つの経路で共振が発生しているため、放射器１４のＱがブロード（広帯域）となるのが原因の１つと考えられる。
【００２４】
なお、図７に示す実験の結果から、所定距離Ｌ２を２ｍｍ，３ｍｍ，４ｍｍと長くするに従い、プラズマ発生後のＶＳＷＲは１８．６から、１７．４、１７とほぼ一定に維持される（若干減少する）が、プラズマ発生前のＶＳＷＲは１１．１から、１３．１、１８．５と次第に大きくなる（プラズマの着火性が低下する）傾向となる。このため、給電位置Ａまでの所定距離Ｌ２を長くし過ぎると、プラズマ発生前のＶＳＷＲが一層大きくなって、プラズマの着火性が低下すると考えられる。このため、所定距離Ｌ２は、最長でもλ／１０以下とするのが好ましいと考えられる。
【００２５】
このように、このプラズマ処理装置１によれば、放射器１４における閉塞板１１ｂに固定された基端部から所定距離Ｌ２だけ離間した給電位置Ａに給電導体１３を介して高周波信号Ｓ１を供給する構成としたことにより、プラズマ発生前後においてプラズマ発生部３を整合状態（良好でほぼ一定のＶＳＷＲ状態）に維持することができる。したがって、プラズマ発生時の電力効率およびプラズマ発生後（プラズマの発生状態を維持する際）の電力効率の双方を良好な状態にできる結果、プラズマ処理装置１でのプラズマ処理の電力効率を十分に向上させることができる。
【００２６】
なお、本発明は、上記した実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、筒体１１ａの内周面に絶縁管１１ｃを配設し、筒体１１ａの内部全体に供給管７から放電用ガスＧを供給してプラズマＰを筒体１１ａの内部で発生させる構成としたが、図３，４に示すプラズマ処理装置１Ａのように、放射器１４を筒状に形成すると共に放射器１４の内部に絶縁管１１ｃを配設して、この絶縁管１１ｃを介して放電用ガスＧを供給すると共に絶縁管１１ｃ内にプラズマＰを発生させて、絶縁管１１ｃから処理対象体６にプラズマＰを放射する構成とすることもできる。以下、このプラズマ処理装置１Ａについて説明する。
【００２７】
まず、プラズマ処理装置１Ａの構成について説明する。なお、プラズマ処理装置１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。
【００２８】
図３に示すプラズマ処理装置１Ａは、高周波電源２、プラズマ発生部３Ａおよびテーブル４を備え、プラズマ発生部３Ａがプラズマ処理装置１のプラズマ発生部３と相違している。また、本例では、プラズマ処理装置１における絶縁管１１ｃ同じ機能を有する絶縁管１１ｃを放電用ガスＧの供給管としても機能させることにより、供給管７が無い点においてもプラズマ処理装置１と相違している。
【００２９】
プラズマ発生部３Ａは、図３，４に示すように、筐体１１、同軸コネクタ１２、給電導体１３、および放射器（アンテナ）１４を備えている。筐体１１は、筒体１１ａ、閉塞板１１ｂおよび絶縁管１１ｃを備え、一方の端部（図３中の上端部）が閉塞され、かつ他方の端部（図３中の下端部）が開放端に形成されてトーチ型筐体に構成されると共に、グランド電位が付与されている。具体的には、図３に示すように、筐体１１は、その筒体１１ａにおける一方の端部（図１中の上端部）が、この一方の端部に密着して配設された閉塞板１１ｂによって閉塞されて、他方の端部が開口端となるトーチ型筐体として構成されている。また、放電用ガスＧの供給用として閉塞板１１ｂに形成される貫通孔２２は、本例では、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと同軸となるように（つまり、閉塞板１１ｂの中心に）形成されている。放射器１４は、その内径が貫通孔２２の内径以上に規定された筒状に形成されて、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと同軸となるように閉塞板１１ｂの内面に立設されている。これにより、放射器１４の内部が貫通孔２２と連通した状態となる。絶縁管１１ｃは、その外径が貫通孔２２の内径よりも小径に形成されて、図３，４に示すように、貫通孔２２および放射器１４に挿通され、かつ閉塞板１１ｂの内面からの突出長が筒体１１ａの全長とほぼ同じ長さに規定されている。これにより、絶縁管１１ｃにおける放射器１４から突出した端部（筒体１１ａの開口端側の端部）は、この開口端と面一の状態となっている。
【００３０】
次に、プラズマ処理装置１Ａの動作について説明する。
【００３１】
プラズマ処理装置１Ａでは、処理対象体６に対するプラズマ処理の実行に際して、まず、不図示のガス供給部から絶縁管１１ｃ内に放電用ガスＧが供給される。次いで、この放電用ガスＧの供給状態において、高周波電源２が高周波信号Ｓ１のプラズマ発生部３Ａへの出力を開始する。高周波電源２から出力された高周波信号Ｓ１は、給電導体１３等を介して、放射器１４にその給電位置Ａから供給される。これにより、高周波信号Ｓ１の波長λに対して（（１／４＋ｎ／２）×λ）の長さＬ１（一例としてλ／４）に規定されている放射器１４が、共振モノポールとして作動して、その先端近傍で電界強度が最大となり、プラズマの発生し易い放電用ガスＧが存在する絶縁管１１ｃの内部では、放射器１４の先端近傍に位置する領域においてプラズマＰが発生する。また、このプラズマＰは、放電用ガスＧの流れに沿って延び、絶縁管１１ｃの端部（図３の下端部）から処理対象体６に放射される。これにより、筐体１１から放射されるプラズマＰにより、処理対象体６が表面処理される。
【００３２】
このプラズマ処理装置１Ａにおいても、筐体１１、放射器１４および給電導体１３についての基本的な構成（逆Ｆ形のアンテナとなる構成）はプラズマ処理装置１と同じであるため、発生するプラズマＰによって放射器１４の見かけ上の長さ（電気長）がプラズマ発生前後で変化したとしても、プラズマＰの発生前およびプラズマＰの発生後の双方において整合状態を維持することができる。また、プラズマＰの直径を絶縁管１１ｃの内径で規定することができるため、絶縁管１１ｃの内径を小さくすることにより、処理対象体６の表面における狭い範囲のみを表面処理することもできる。
【００３３】
なお、このプラズマ処理装置１Ａでは、貫通孔２２および筒状の放射器１４に絶縁管１１ｃを挿通させることにより、絶縁管１１ｃを放電用ガスＧの供給管としても機能させたが、図５に示すように、プラズマ処理装置１Ｂのように、供給管７を別途設け、この供給管７から筒状の放射器１４内に放電用ガスＧを供給し、放射器１４の先端近傍に絶縁管１１ｃを取り付けてプラズマ発生部３Ｂを構成することもできる。この場合、絶縁管１１ｃは、放射器１４の先端近傍の内周面に取り付けてもよいし、外周面に取り付けることもできる。本例では一例として、放射器１４の内周面に絶縁管１１ｃの外周面を密着させて絶縁管１１ｃを取り付けている。このプラズマ処理装置１Ｂによって、絶縁管１１ｃ内における放射器１４の先端近傍にプラズマＰを発生させて、絶縁管１１ｃの端部（筒体１１ａの開放端側の端部であって、この開放端と面一の状態となっている端部）からプラズマＰを処理対象体６に放射することができ、プラズマ処理装置１Ａと同様の作用効果を奏することができる。なお、プラズマ処理装置１Ａと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略した。
【００３４】
また、上記した各プラズマ処理装置１，１Ａ，１Ｂでは、絶縁管１１ｃを筒体１１ａ内に配設して、絶縁管１１ｃの内部における放射器１４の先端近傍でプラズマＰを発生させると共に、発生させたプラズマＰをテーブル４上に載置された処理対象体６に放射させる構成を採用したが、処理対象体６が管状の形状であり、かつその内周面がプラズマ処理の対象部位となる場合には、図６に示すプラズマ処理装置１Ｃのように、閉塞板１１ｂおよび筒状の放射器１４内に管状の処理対象体６を挿通させ、かつ処理対象体６を放電用ガスＧの供給管としても機能させることで、このプラズマ処理装置１Ｃによって処理対象体６の内周面を絶縁管１１ｃをプラズマＰで処理することが可能となる。
【００３５】
以下、このプラズマ処理装置１Ｃについて、図６を参照して説明する。なお、プラズマ処理装置１Ａと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３６】
このプラズマ処理装置１Ｃは、プラズマ処理装置１Ａとほぼ同じ構成を備えており、プラズマ発生部３Ｃのみが相違している。プラズマ処理装置１Ｃのプラズマ発生部３Ｃは、図６に示すように、プラズマ処理装置１Ａのプラズマ発生部３Ａから絶縁管１１ｃのみを省いた構成となっている。
【００３７】
次に、プラズマ処理装置１Ｃの動作について説明すると、プラズマ処理装置１Ｃでは、管状の処理対象体６に対するプラズマ処理の実行に際して、まず、処理対象体６を貫通孔２２および筒状の放射器１４に挿通させる。次いで、不図示のガス供給部から処理対象体６内への放電用ガスＧの供給を開始させる。次いで、この放電用ガスＧの供給状態において、高周波電源２が高周波信号Ｓ１のプラズマ発生部３への出力を開始する。これにより、プラズマ処理装置１Ａと同様にして、放射器１４が共振モノポールとして作動して、その先端近傍で電界強度が最大となり、プラズマの発生し易い放電用ガスＧが存在する処理対象体６の内部では、放射器１４の先端近傍に位置する領域においてプラズマＰが発生する。この状態において、処理対象体６は一例として貫通孔２２側から放射器１４方向に移送される。これにより、処理対象体６の内周面が、処理対象体６内に発生しているプラズマＰによって順次プラズマ処理される。
【００３８】
このプラズマ処理装置１Ｃにおいても、筐体１１、放射器１４および給電導体１３についての基本的な構成（逆Ｆ形のアンテナとなる構成）は上記のプラズマ処理装置１，１Ａ，１Ｂと同じであるため、上記した各プラズマ処理装置１等と同様にして、発生するプラズマＰによって放射器１４の見かけ上の長さ（電気長）がプラズマ発生前後で変化したとしても、プラズマの発生前およびプラズマの発生後の双方において整合状態を維持することができる。したがって、プラズマ処理の電力効率を十分に向上させつつ、処理対象管の内面を表面処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】プラズマ処理装置１の構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図２】図１におけるＷ１−Ｗ１線断面図（同軸コネクタ１２を除く断面図）である。
【図３】プラズマ処理装置１Ａの構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図４】図３におけるＷ２−Ｗ２線断面図（同軸コネクタ１２を除く断面図）である。
【図５】プラズマ処理装置１Ｂの構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図６】プラズマ処理装置１Ｃの構成図（筐体１１については中心軸Ｘに沿った断面図）である。
【図７】プラズマ処理装置１および従来のプラズマ処理装置について測定したプラズマ発生前後でのＶＳＷＲの特性図である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ プラズマ処理装置
２ 高周波電源
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ プラズマ発生部
６ 処理対象体
１１ 筐体
１１ｂ 閉塞板
１３ 給電導体
１４ 放射器
Ａ 給電位置
Ｇ 放電用ガス
Ｌ２ 給電位置Ａまでの所定距離
Ｐ プラズマ
Ｓ１ 高周波信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランド電位が付与されると共に一方の端部が閉塞板で閉塞され、かつ他方の端部が開放端に形成された筒状の筐体と、前記閉塞板の内面に前記筐体の筒長方向に沿って延出するように立設された棒状の放射導体とを備え、当該放射導体における前記開放端側の先端近傍にプラズマ放電用ガスが供給された状態において、当該放射導体が供給された高周波信号を放射することによって前記先端近傍にプラズマを発生させるプラズマ処理装置であって、
前記放射導体における前記閉塞板に固定された基端部から所定距離だけ離間した給電位置に接続されて前記高周波信号を当該放射導体に供給する給電導体を備えているプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記放射導体は筒状に形成され、
前記放射導体の前記先端から突出する状態で当該放射導体内に配設された絶縁管を備え、
前記プラズマ放電用ガスは前記絶縁管によって前記放射導体の前記先端近傍に供給されて、前記プラズマは当該絶縁管内における当該先端近傍に発生させられる請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記放射導体は筒状に形成され、
前記閉塞板には、当該放射導体の内部に連通する貫通孔が形成され、
前記プラズマ放電用ガスは前記貫通孔内および前記放射導体内に挿通された処理対象管によって前記放射導体の前記先端近傍に供給されて、前記プラズマは当該処理対象管内における当該先端近傍に発生させられる請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
グランド電位が付与されると共に一方の端部が閉塞板で閉塞され、かつ他方の端部が開放端に形成された筒状の筐体と、前記閉塞板の内面に前記筐体の筒長方向に沿って延出するように立設された棒状の放射導体とを備え、当該放射導体における前記開放端側の先端近傍にプラズマ放電用ガスが供給された状態において、当該放射導体が供給された高周波信号を放射することによって前記先端近傍にプラズマを発生させるプラズマ処理装置であって、
前記放射導体における前記閉塞板に固定された基端部から所定距離だけ離間した給電位置に接続されて前記高周波信号を当該放射導体に供給する給電導体を備えているプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記放射導体は筒状に形成され、
前記放射導体の前記先端から突出する状態で当該放射導体内に配設された絶縁管を備え、
前記プラズマ放電用ガスは前記絶縁管によって前記放射導体の前記先端近傍に供給されて、前記プラズマは当該絶縁管内における当該先端近傍に発生させられる請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記放射導体は筒状に形成され、
前記閉塞板には、当該放射導体の内部に連通する貫通孔が形成され、
前記プラズマ放電用ガスは前記貫通孔内および前記放射導体内に挿通された処理対象管によって前記放射導体の前記先端近傍に供給されて、前記プラズマは当該処理対象管内における当該先端近傍に発生させられる請求項１記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−８６６８５（Ｐ２０１０−８６６８５Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５２０２０（Ｐ２００８−２５２０２０）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００２１４８３６）長野日本無線株式会社 (140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００２１４８３６）長野日本無線株式会社 (140)
【Ｆターム（参考）】
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