プラズマ発生装置
【課題】電極棒を空気によって効率よく冷却することができ、電極棒に印加する電圧が低下した場合であっても、十分な量の放電が行え、電極棒の放電が行われる面を適宜変更することができる発生装置を提供する。
【解決手段】第一電極棒１１と第二電極棒１２との間に電圧を印加して放電を起してプラズマを発生させるプラズマ発生装置１であって、第一電極棒１１及び第二電極棒１２を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成して、互いの外周面が対向するように配置し、第一支持部材１３及び第二支持部材１４を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成し、反応容器１５の軸線回りに移動させて、反応容器１５に対して所定の位置に保持可能とする。
【解決手段】第一電極棒１１と第二電極棒１２との間に電圧を印加して放電を起してプラズマを発生させるプラズマ発生装置１であって、第一電極棒１１及び第二電極棒１２を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成して、互いの外周面が対向するように配置し、第一支持部材１３及び第二支持部材１４を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成し、反応容器１５の軸線回りに移動させて、反応容器１５に対して所定の位置に保持可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電を起して、プラズマを発生させるプラズマ発生装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無声放電によりプラズマを発生させる方法が知られている（例えば特許文献１参照）。無声放電法は、一対の電極間にガラス板、マイカ又はセラミックス等の誘電体を挟み、酸素含有気体（例えば空気）を前記電極間に平行して流しながら、前記一対の電極に交流高電圧を供給して、対電極間で垂直に放電する方法である。
【０００３】
この無声放電によるプラズマ発生方法は、過酸化水素、ヒドロキシラジカル、又はオゾン等の活性酸素を発生させる方法として使用される。無声放電によって発生したプラズマ中の自由電子は、酸素分子と衝突して酸素を原子へ解離し、又は励起酸素分子を生成させる。酸素分子及び生成された励起酸素分子は、他の酸素分子と反応して活性酸素を発生させる。
【０００４】
また、前記電極としてステンレス等の金属によって構成された電極棒からなる電極ユニットを備えるプラズマ発生装置が知られている（例えば特許文献２参照）。このプラズマ発生装置は、互いに平行で等間隔に配設して電極棒間で放電を行うことにより、放電領域を広範囲とし、温度が上昇するのを防止している。
【特許文献１】特開２００８−２５１５２１号公報
【特許文献２】特開平７−１５７３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無声放電によりプラズマを発生させる方法を使用した場合、電極間での放電によって電極が非常に高温となるため、電極を冷却しなければ、電極が溶融してしまう可能性があった。しかし、電極を空気により冷却する場合には、冷却効率が悪かった。また、冷却水による冷却では、漏電による電力のロスが問題となっていた。
【０００６】
また、電極棒を使用した場合、従来の実施形態のように、電極棒を固定したときには、電極棒間の距離を調整することができない。そのため、電極棒に印加する電圧が低下した場合には、電極間で十分な量の放電が行われず、プラズマを発生させることができなかった。
【０００７】
また、電極棒の放電が行われる面では、高温により溶融が激しくなる。そのため、放電が行われる面が常に一定の方向を向いている場合には、電極棒の寿命が短くなっていた。
【０００８】
そこで、本発明は係る課題に鑑み、電極棒を空気によって効率よく冷却して、電極棒の長寿命化を図ることができ、電極棒に印加する電圧が低下した場合であっても、十分な量の放電を行い、プラズマを発生させることができるプラズマ発生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、一対又は複数対の電極棒と、前記各一対の電極棒のうち、一方の電極棒を取り付ける第一支持部材と、前記各一対の電極棒のうち、他方の電極棒を取り付ける第二支持部材と、両開口部をそれぞれ前記第一支持部材と前記第二支持部材とにより閉塞し、前記電極棒を収容する筒状の容器と、前記各一対の電極棒に電圧を印加する電圧供給装置と、を備え、電圧を前記各一対の電極棒間に印加して放電を起してプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、各一対の電極棒を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成して、互いの外周面が対向するように配置し、前記第一支持部材及び前記第二支持部材を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成し、前記容器の軸線回りに移動させて、前記容器に対して任意の位置に保持可能とするものである。
【００１１】
請求項２においては、前記容器を円筒状に構成し、前記第一支持部材及び第二支持部材の本体部を断面視円状に構成し、前記電極棒を、第一支持部材又は第二支持部材の軸心を中心とした同心円状に配置するものである。
【００１２】
請求項３においては、前記各電極棒、前記第一支持部材及び前記第二支持部材を、炭素を含む高密度複合体で構成するものである。
【００１３】
請求項４においては、前記各一対の電極棒に印加する電圧を交流電圧から直流電圧に変換する機能を、前記電圧供給装置に備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１５】
即ち、請求項１においては、プラズマ発生時に生じる電極棒の熱が第一支持部材及び第二支持部材を介して外部へ放散されることとなる。したがって、電極棒を効率良く冷却することができるとともに、電極棒の長寿命化を図ることができる。また、第一支持部材及び第二支持部材を移動させて、各一対の電極棒間の距離を調節することが可能となる。したがって、電極棒に印加する電圧が低下した場合であっても、各一対の電極棒間の距離を調節することによって、各一対の電極棒間で放電を十分に行い、プラズマを安定して発生させることができる。
【００１６】
請求項２においては、第一支持部材又は第二支持部材を前記容器の軸線周りに回動させることにより、電極棒の放電が行われる面をそれまで放電が行われていた面と異なる面にすることができ、電極棒の長寿命化を図ることができる。
【００１７】
請求項３においては、各一対の電極棒、第一支持部材及び第二支持部材が高い熱伝導性を有することとなり、プラズマ発生時に生じる電極棒の熱が第一支持部材及び第二支持部材を介して外部へ放散されることとなる。したがって、電極棒をさらに効率良く冷却することができるとともに、電極棒の耐久性を向上させることができる。しかも、電極棒の耐腐蝕性を、電極棒を金属で構成した場合よりも向上させることができる。
【００１８】
請求項４においては、交流電圧を直流電圧に変換したのち、一方の電極棒に印加し、他方の電極棒を接地することが可能となる。したがって、プラズマ発生装置の安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置の全体的な構成を示した右側面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置の右側面一部断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置の図２におけるＡ−Ａ矢視断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置の第一支持部材の構成を示した図。（ａ）正面図。（ｂ）右側面図。（ｃ）背面図。
【図５】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置の容器内の状態を示す図２におけるＡ−Ａ矢視断面図。（ａ）第一支持部材を容器に対して任意の回動位置で保持した状態を示す図。（ｂ）第一支持部材を（ａ）の状態から一方向に回動させたときの状態を示す図。（ｃ）第一支持部材を（ａ）の状態から逆方向に回動させたときの状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、プラズマ発生装置１の全体構成について図１から図３を用いて説明する。
ここで、図１において、紙面左方向を後方向とし、紙面右方向を前方向とし、また、紙面手前方向を右方向とし、紙面奥方向を左方向とする。また、紙面上下方向を上下方向とする。
【００２１】
図１から図３に示すように、プラズマ発生装置１は、複数対の電極棒を備える。本実施形態においては、プラズマ発生装置１は、二つの一対の電極棒１１・１２を備える。プラズマ発生装置１は、さらに軸心方向を前後方向とする円柱状の第一支持部材１３と、軸心方向を前後方向とする円柱状の第二支持部材１４と、軸心方向を前後方向とする円筒状の反応容器１５と、各一対の電極棒１１・１２に電圧を印加する電圧供給装置１６と、を備える。
【００２２】
各一対の電極棒１１・１２は、それぞれ円柱状に形成されている。
一方の電極棒である第一電極棒１１は、その長手方向を前後方向として、第一支持部材１３及び反応容器１５の軸心方向と平行に配置され、その基端部、即ち後端部で第一支持部材１３に取り付けられる。
他方の電極棒である第二電極棒１２は、その長手方向を前後方向として、第二支持部材１４及び反応容器１５の軸心方向と平行に配置され、その基端部、即ち前端部で第二支持部材１４に取り付けられている。
【００２３】
第一電極棒１１・１１は、図３に示すように、正面視で第一支持部材１３の軸心を中心とした同心円上に位置するように、第一支持部材１３の前方に設けられている。二つの第一電極棒１１と第一電極棒１１とは、互いの間の角度が１８０度となるように、言い換えれば互いの位置が正面視で第一支持部材１３の軸心を中心として点対称となるように配置されている。
また、第二電極棒１２・１２は、図３に示すように、正面視で第二支持部材１４の軸心を中心とした同心円上に位置するように、第二支持部材１４の後方に設けられている。二つの第二電極棒１２と第二電極棒１２とは、互いの間の角度が１８０度となるように、言い換えれば互いの位置が背面視で第二支持部材１４の軸心を中心として点対称となるように配置されている。
【００２４】
そして、各対における第一電極棒１１と第二電極棒１２とが隣り合って配置され、互いの外周面の一部が対向するように、反応容器１５内に収容されている。
ここで、第一電極棒１１は、その先端部、即ち前端部が第二電極棒１２の前後中途部付近に位置するように、第一支持部材１３から前方へ向かって延出されている。
第二電極棒１２は、その先端部、即ち後端部が第一電極棒１１の前後中途部付近に位置するように、第二支持部材１４から後方へ向かって延出されている。
【００２５】
なお、一対の電極棒１１・１２の数は、特に限定するものではなく、一つ以上であればよい。例えば、一対の電極棒１１・１２の数が三つである場合、第一電極棒１１・１１・１１は正面視で第一支持部材１３の軸心を中心とした同心円上に位置するように設けられ、隣り合う第一電極棒１１と第一電極棒１１との間の角度が１２０度となるように配置される。
【００２６】
第一電極棒１１及び第二電極棒１２は、高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成している。これにより、第一電極棒１１及び第二電極棒１２をタングステンなどの材料で構成する場合と比較して、熱伝導性が高くなっている。また、高密度複合体は加工が容易なので、電極棒の太さや長さを自由に構成することができる。
また、前記高密度複合体は、炭素を含む材質である。そのため、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の過酸化水素、ヒドロキシラジカル、又はオゾン等の活性酸素に対する耐腐蝕性を、電極棒を金属で構成した場合よりも向上させることができる。
【００２７】
各第一電極棒１１には、図２に示すように、誘電筒２１が外嵌されている。誘電筒２１は、内径が第一電極棒１１の直径とほぼ同一の筒状に形成されている。誘電筒２１は、絶縁体である物質によって構成されており、本実施形態においては石英ガラスによって構成されている。
【００２８】
第一支持部材１３は、図２及び図４に示すように、円柱状に構成された本体部１３ａと、本体部１３ａの長手方向中途部に設けられた鍔部１３ｂとから構成されている。鍔部１３ｂは、円環状に形成されて、本体部１３ａの外周面から径方向へ突出されている。
また、第一支持部材１３の軸心部には、反応容器１５内から外部へ気体を排出するための気体排出孔１３ｃが前後方向に貫通して設けられている。また、本体部１３ａの鍔部１３ｂよりも前側、即ち反応容器１５に差し入れる側の外周面には、溝１３ｄが環状に形成されている。溝１３ｄには、ゴム等で構成されたＯリング２２が外嵌可能とされている。
また、第一支持部材１３には、第一電極棒１１の直径とほぼ同一の直径を有する挿入孔１３ｆ・１３ｆが軸心方向と平行に第一電極棒１１と同数形成されている。挿入孔１３ｆ・１３ｆは、正面視で第一支持部材１３の軸心を中心とした同心円上に配置される。さらに、図４に示すように、第一支持部材１３には、固定螺子２８を挿入するための固定螺子孔１３ｇが、各挿入孔１３ｆと連通するように、各挿入孔１３ｆと直交する方向、即ち第一支持部材１３の半径方向に形成されている。第一電極棒１１は、基端部側から挿入孔１３ｆ・１３ｆに差し込まれて、固定螺子孔１３ｇに螺合された固定螺子２８によって固定される。これにより、第一電極棒１１が第一支持部材１３に取り付けられて支持される。
【００２９】
また、図２に示すように、第二支持部材１４は、第一支持部材１３と同様に円柱状に構成された本体部１４ａと、本体部１４ａの長手方向中途部に設けられた鍔部１４ｂとから構成されている。鍔部１４ｂは、円環状に形成されて、本体部１４ａの外周面から径方向へ突出されている。
また、第一支持部材１４の軸心部には、反応容器１５内から外部へ気体を排出するための気体導入孔１４ｃが前後方向に貫通して設けられている。
また、第二支持部材１４の溝１４ｄ、挿入孔１４ｆ、及び固定螺子孔（図示せず）はそれぞれ第一支持部材の溝１３ｄ、挿入孔１３ｆ、及び固定螺子孔１３ｇと同様の構成であるため説明を省略する。
【００３０】
第一支持部材１３及び第二支持部材１４は、高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成されている。これにより、タングステンなどの材料で構成する場合と比較して、熱伝導性が高くなっている。また、第一電極棒１１及び第二電極棒１２も同種の高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成しているので、プラズマ発生時に第一電極棒１１及び第二電極棒１２が放電により高温となったときには、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の熱が第一支持部材１３及び第二支持部材１４を介して外部へ放散されることとなる。
また、高密度複合体は加工が容易なので、第一支持部材１３及び第二支持部材１４の太さや長さを自由に構成することができる。
【００３１】
また、前記高密度複合体は、炭素を含む材質である。そのため、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の活性酸素に対する耐腐蝕性を、電極棒を金属で構成した場合よりも向上させることができる。
【００３２】
反応容器１５は、図１、図２、及び図３に示すように、円筒状に形成され、高い絶縁耐力を有する部材、例えば石英ガラスによって構成されている。反応容器１５の内径は、第一支持部材１３及び第二支持部材１４の本体部１３ａ・１４ａの直径とほぼ同一に設定されている。また、反応容器１５の外径は、第一支持部材１３及び第二支持部材１４の本体部１３ａ・１４ａの直径と鍔部１３ｂ・１４ｂの突出幅とを足し合わしたものとほぼ同一に設定されている。
反応容器は、その軸心方向を前後方向として配置されている。反応容器１５の後側開口部に第一支持部材１３における本体部１３ａの鍔部１３ｂよりも前側部分が軸心を一致させて後方から差し込まれて、後側開口部の端面に第一支持部材１３の鍔部１３ｂの前面が当接される。反応容器１５の前側開口部に第一支持部材１３における本体部１４ａの鍔部１４ｂよりも後側部分が軸心を一致させて前方から差し込まれて、前側開口部の端面に第二支持部材１４の鍔部１４ｂの後面が当接される。これにより、反応容器１５の両開口部が第一支持部材１３及び第二支持部材１４にて閉塞される。
また、反応容器１５の軸心方向の長さは、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の長さよりも長く構成されている。第一支持部材１３及び第二支持部材１４がそれぞれ反応容器１５の開口部を閉塞した状態において、第一電極棒１１及び第二電極棒１２が反応容器１５内にその内周面と接しないように収容される。
【００３３】
電圧供給装置１６は、図２に示すように、第一電極棒及び第二電極棒１２に電圧を印加する装置であり、交流電圧から直流パルス電圧に変換する交流／直流変換部１６ａを有する。
【００３４】
プラズマ発生装置１は、図１、図２、及び図３に示すように、プラズマ発生装置支持部材３０に固定されている。
プラズマ発生装置支持部材３０は、地面等に載置される載置板部３１と、載置板部３１から略垂直に立設された一対の立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒとから構成されている。
【００３５】
載置板部３１は、平面視長方形状の板で構成されており、長方形の四角部分において、地面等と螺子３５・３５によって連結固定されている。また、載置板部３１は導電体で構成されている。
【００３６】
各立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒは、四角柱状に形成されており、立ち上がり部３２Ｆは絶縁体で構成されており、立ち上がり部３２Ｒは、導電体で構成されている。
【００３７】
電圧供給装置１６は第一電極棒１１及び第二電極棒１２へ電圧を印加するための導線２５を有しており、該導線２５は第一電極棒１１を支持する第一支持部材１３に接続されている。また、第二電極棒１２を支持する第二支持部材１４は、導電体である立ち上がり部３２Ｆと接しており、さらに、立ち上がり部３２Ｆは導電体である載置板部３１と接触しており、載置板部３１は接地されている。
このように構成することにより、電圧供給装置１６は、直流パルス電圧を第一電極棒１１に印加し、印加された第一電極棒１１と接地された第二電極棒１２との間で放電を起させ。プラズマを発生させる。このように構成することにより、プラズマ発生装置１の安全性を向上させることができる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、導線２５を第一支持部材１３に接続し、第二支持部材１４を接地させたが、これに限定するものではない。導線２５を第二支持部材１４に接続し、第一支持部材１３を接地させる場合には、立ち上がり部３２Ｒを絶縁体で構成し、立ち上がり部３２Ｆを、導電体で構成する。
【００３９】
一対の立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒは、載置板部３１に対して略垂直に立設されている。一対の立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒは、載置板部３１と螺子３６・３６・・によって連結固定されている。一対の立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒの間の距離は、反応容器１５の長手方向の長さに第一支持部材１３の鍔部１３ｂの厚さ（前後幅）及び第二支持部材１４の鍔部１４ｂの厚さ（前後幅）を足し合わせた長さと略等しい。
一対の立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒの長手方向中途部であって短手方向中心部に、支持孔３２ａ・３２ａが設けられている。支持孔３２ａ・３２ａは、第一支持部材１３及び第二支持部材１４の本体部１３ａ・１４ａの外形と略同一に構成されている。
【００４０】
第一支持部材１３における本体部１３ａの鍔部１３ｂよりも後側部分が、立ち上がり部３２Ｒに設けられた支持孔３２ａに差し込まれる。支持孔３２ａは、立ち上がり部３２の上端の螺子３７・３７を締結することにより、孔径を小さくすることができるよう構成されている。
また、第二支持部材１４における本体部１４ａの鍔部１４ｂよりも前側部分が、立ち上がり部３２Ｆに設けられた支持孔３２ａに差し込まれる。
【００４１】
立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒの左右中心上部には、図３に示すように、締付け調整用の切込み３２ｂが設けられており、切込み３２ｂの下端は支持孔３２ａと連続している。また、立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒの上部であって切込み３２ｂの右側には螺子３７を挿入するための挿入孔３２ｃが設けられており、前記挿入孔３２ｃと同一軸心上であって切込み３２ｂの左側には螺子３７と螺合するための螺子孔３２ｄが設けられている。
このように構成することで、螺子３７・３７を正面視右側の挿入孔３２ｃから挿入して、螺子孔３２ｄに締結することにより、切込み３２ｂの左右方向の幅が狭まる。そして、この切込み３２ｂの幅の狭まりに伴って、支持孔３２ａの孔径が小さくなる。
【００４２】
立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒの上端の螺子３７・３７を締結することにより、本体部１３ａ・１４ａが締付けられて、第一支持部材１３が立ち上がり部３２Ｒに、第二支持部材１４が立ち上がり部３２Ｆにそれぞれ固定支持される。また、立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒの上端の螺子３７・３７を緩めることにより、第一支持部材１３または第二支持部材１４のいずれか一方を、反応容器１５の軸線回りに回動させることができる。
【００４３】
第二支持部材１４の気体導入孔１４ｃには、コンプレッサ４０からの気体を導入するための導入管４１が前側から接続されている。ここで、気体は酸素を含有する気体であり、本実施形態においては、気体は空気である。導入管４１の先端は螺子部を有するソケット４１ａとなっており、第二支持部材１４の気体導入孔１４ｃ端部にも対応する螺子部１４ｅが設けられている。ソケット４１ａが気体導入孔１４ｃ側の螺子部１４ｅに螺合されて、導入管４１が気体導入孔１４ｃに接続される。
【００４４】
また、第一支持部材１３の気体排出孔１３ｃには、気体を排出するための排出管４２が後側から接続されている。排出管４２の先端は螺子部を有するソケット４２ａとなっており、第二支持部材１４の気体排出孔１３ｃ端部にも対応する螺子部１３ｅが設けられている。ソケット４２ａが気体排出孔１３ｃ側の螺子部１３ｅに螺合されて、排出管４２が気体排出孔１３ｃに接続される。
【００４５】
次にプラズマ発生装置１におけるプラズマ発生過程、およびこのプラズマの発生により活性酸素を発生させる過程について説明する。ここで、前記活性酸素は強い酸化力を示す化学種であり、例えば、過酸化水素、ヒドロキシラジカル、又はオゾン等を指す。
まず、図２に示すコンプレッサ４０から送り出された圧縮された空気は、導入管４１を介して第二支持部材１４の気体導入孔１４ｃに至り、ここから反応容器１５内へと導かれる。反応容器１５内において、空気は第一電極棒１１及び第二電極棒１２の周囲を通過して、前から後へ流れる。
また、隣り合う第一電極棒１１と第二電極棒１２との間には、第一電極棒１１に外嵌された誘電筒２１の壁面が誘電体として位置していることから、第一電極棒１１に直流電圧を印加することで、一対の電極間において第一電極棒１１の長手方向に対して直交する方向に放電が行われる。この放電により、反応容器１５内にプラズマが発生する。
【００４６】
この放電により発生したプラズマ中の電子は、反応容器１５内を流れている空気に含まれる酸素分子と衝突して、酸素を原子へ解離し、又は励起酸素分子を生成させる。
そして、酸素分子及び励起酸素分子は他の酸素分子と反応して活性酸素を生成する。
【００４７】
このようなプラズマ発生方法において、放電に最適な第一電極棒１１及び第二電極棒１２の間の距離は、印加する直流電圧によって異なる。すなわち、印加する直流電圧が低ければ低いほど、放電に最適な第一電極棒１１及び第二電極棒１２の間の距離は短くなる。
【００４８】
そこで、本実施形態では、第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離を調整可能に構成している。ここで、距離を調整する方法とは、第一支持部材１３または第二支持部材１４のいずれか一方を反応容器１５の軸線回りに回動させて、反応容器１５に対して任意の回動位置に保持可能とする方法である。以下、図５を用いて第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離の調整方法について説明する。なお、以下では、第一支持部材１３を反応容器１５の軸線周りに回動させて、反応容器１５に対して所定の回動位置に保持可能とする方法について説明する。
【００４９】
図５（ａ）に示すように、第一支持部材１３を反応容器１５に対して任意の回動位置で保持した状態において、各対における第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離を、それぞれの軸心間の距離Ｄ１で表す。第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離Ｄ１は、第一電極棒１１に嵌設された誘電筒２１が第二電極棒１２に接したときに最も短くなって、この誘電筒２１の厚さとなる。
【００５０】
第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離Ｄ１が最適な距離より長くなったとき、言い換えれば、第一電極棒１１に印加する直流電圧が図５（ａ）の状態で最適となる直流電圧と比較して低くなったときには、螺子３７・３７を緩めて、図５（ｂ）に示すように、第一支持部材１３をその軸心を中心として軸線周りに図５（ｂ）の矢印方向（正面視時計回り方向）に回動させる。
第一支持部材１３の回動に伴い、第一電極棒１１も第一支持部材１３の軸心を中心として図５（ｂ）の矢印方向へ回動する。そして、螺子３７・３７を締付けて、第一支持部材１３を所望の回動位置で保持する。これにより、第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離を、放電に最適な距離である距離Ｄ２に調整することができる。
この際、正面視同一円周上に第一電極棒１１及び第二電極棒１２を配置したことから、第一支持部材１３の回動により、全対の第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離Ｄ１を一度に距離Ｄ２に変更調整することが可能となる。
【００５１】
また、放電を継続して行った場合には、第一電極棒１１、誘電筒２１または第二電極棒１２が高温により消耗する。主に消耗する部分は放電が行われる部分であり、言い換えれば、互いに向かい合う面が主に消耗する。
そこで、放電を一定時間継続して行った後には、螺子３７・３７を緩めて、図５（ｃ）に示すように、第一支持部材１３をその軸心を中心として軸線周りに図５（ｃ）の矢印方向（正面視反時計回り方向）に回動させる。
第一支持部材１３の回動に伴い、一方の対における第一電極棒１１も第一支持部材１３の軸心を中心として図５（ｃ）の矢印方向へ回動する。そして、螺子３７・３７を締付けて、第一支持部材１３を所望の回動位置で保持する。これにより、この第一電極棒１１はこれまで放電を行っていた同対の第二電極棒１２とは別の、他方の対における第二電極棒１２との間で放電を行う。ここで、第一電極棒１１と別の第二電極棒１２との間の距離はＤ３となる。このように構成することにより、第一電極棒１１及び誘電筒２１は、一定期間の間に同対の第二電極棒１２と向かい合っていた面と反対側の面を、別対の第二電極棒１２と向かい合わせることが可能となって、面の消耗を抑制しつつ放電を継続して行うことができ、電極棒１１・１２の長寿命化を図ることができる。
【００５２】
なお、本実施形態においては、反応容器１５を円筒で構成し、第一支持部材１３の本体部１３ａ及び第二支持部材１４の本体部１４ａを円柱状で形成したが、例えば、反応容器１５を断面視多角形の筒で形成し、第一支持部材１３の本体部１３ａ及び第二支持部材１４の本体部１４ａを反応容器１５の断面内周面と同一形状の多角形で構成することも可能である。このように構成した場合、第一支持部材１３及び第二支持部材１４は、多角形の頂点に対応する角度（例えば、四角形であれば９０度、五角形であれば７２度）ずつ、反応容器１５の軸線回りに移動させる。
【００５３】
以上のように、プラズマ発生装置１は、第一電極棒１１及び第二電極棒１２と、第一電極棒１１を取り付ける第一支持部材１３と、第二電極棒１２を取り付ける第二支持部材１４と、両開口部をそれぞれ第一支持部材１３と第二支持部材１４とにより閉塞し、第一電極棒１１及び第二電極棒１２を収容する筒状の反応容器１５と、第一電極棒１１及び第二電極棒１２に電圧を印加する電圧供給装置１６と、を備え、電圧を第一電極棒１１と第二電極棒１２との間に印加して放電を起してプラズマを発生させるプラズマ発生装置１であって、第一電極棒１１及び第二電極棒１２を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成して、互いの外周面が対向するように配置し、第一支持部材１３及び第二支持部材１４を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成して、反応容器１５の軸線回りに移動させて、反応容器１５に対して所定の回動位置に保持可能とするものである。
このように構成することにより、プラズマ発生時に生じる第一電極棒１１及び第二電極棒１２の熱が第一支持部材１３及び第二支持部材１４を介して外部へ放散されることとなる。したがって、第一電極棒１１及び第二電極棒１２を効率良く冷却することができるとともに、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の耐久性を向上させることができる。また、第一支持部材１３及び第二支持部材１４の回動位置を変更して、第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離を調節することが可能となる。したがって、第一電極棒１１及び第二電極棒１２に印加する電圧が低下した場合であっても、第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離を調節することによって、第一電極棒１１と第二電極棒１２との間で放電を十分に行い、プラズマを安定して発生させることができる。
【００５４】
また、反応容器１５を円筒状に構成し、第一支持部材１３及び第二支持部材１４の本体部１３ａ・１３ｂを断面視円状に構成し、電極棒１１・１２を、第一支持部材１３又は第二支持部材１４の軸心を中心とした同心円状に配置するものである。
このように構成することにより、第一支持部材１３又は第二支持部材１４を反応容器１５の軸線周りに回動させることにより、電極棒１１・１２の放電が行われる面をそれまで放電が行われていた面と異なる面にすることができ、電極棒１１・１２の長寿命化を図ることができる。
【００５５】
また、第一電極棒１１、第二電極棒１２、第一支持部材１３及び第二支持部材１４を、炭素を含む高密度複合体で構成するものである。
このように構成することにより、第一電極棒１１、第二電極棒１２、第一支持部材１３及び第二支持部材１４が高い熱伝導性を有することとなり、プラズマ発生時に生じる第一電極棒１１及び第二電極棒１２の熱が第一支持部材１３及び第二支持部材１４を介して外部へ放散されることとなる。したがって、第一電極棒１１及び第二電極棒１２をさらに効率良く冷却することができるとともに、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の耐久性を向上させることができる。しかも、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の耐腐蝕性を、第一電極棒１１及び第二電極棒１２を金属で構成した場合よりも向上させることができる。
【００５６】
また、第一電極棒１１及び第二電極棒１２に印加する電圧を交流電圧から直流電圧に変換する機能を、電圧供給装置１６に備えるものである。
このように構成することにより、交流電圧を直流電圧に変換したのち、第二電極棒１２に印加し、第一電極棒１１を接地することが可能となる。したがって、プラズマ発生装置１の安全性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ プラズマ発生装置
１１ 第一電極棒
１２ 第二電極棒
１３ 第一支持部材
１４ 第二支持部材
１５ 反応容器
１６ 電圧供給装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電を起して、プラズマを発生させるプラズマ発生装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無声放電によりプラズマを発生させる方法が知られている（例えば特許文献１参照）。無声放電法は、一対の電極間にガラス板、マイカ又はセラミックス等の誘電体を挟み、酸素含有気体（例えば空気）を前記電極間に平行して流しながら、前記一対の電極に交流高電圧を供給して、対電極間で垂直に放電する方法である。
【０００３】
この無声放電によるプラズマ発生方法は、過酸化水素、ヒドロキシラジカル、又はオゾン等の活性酸素を発生させる方法として使用される。無声放電によって発生したプラズマ中の自由電子は、酸素分子と衝突して酸素を原子へ解離し、又は励起酸素分子を生成させる。酸素分子及び生成された励起酸素分子は、他の酸素分子と反応して活性酸素を発生させる。
【０００４】
また、前記電極としてステンレス等の金属によって構成された電極棒からなる電極ユニットを備えるプラズマ発生装置が知られている（例えば特許文献２参照）。このプラズマ発生装置は、互いに平行で等間隔に配設して電極棒間で放電を行うことにより、放電領域を広範囲とし、温度が上昇するのを防止している。
【特許文献１】特開２００８−２５１５２１号公報
【特許文献２】特開平７−１５７３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無声放電によりプラズマを発生させる方法を使用した場合、電極間での放電によって電極が非常に高温となるため、電極を冷却しなければ、電極が溶融してしまう可能性があった。しかし、電極を空気により冷却する場合には、冷却効率が悪かった。また、冷却水による冷却では、漏電による電力のロスが問題となっていた。
【０００６】
また、電極棒を使用した場合、従来の実施形態のように、電極棒を固定したときには、電極棒間の距離を調整することができない。そのため、電極棒に印加する電圧が低下した場合には、電極間で十分な量の放電が行われず、プラズマを発生させることができなかった。
【０００７】
また、電極棒の放電が行われる面では、高温により溶融が激しくなる。そのため、放電が行われる面が常に一定の方向を向いている場合には、電極棒の寿命が短くなっていた。
【０００８】
そこで、本発明は係る課題に鑑み、電極棒を空気によって効率よく冷却して、電極棒の長寿命化を図ることができ、電極棒に印加する電圧が低下した場合であっても、十分な量の放電を行い、プラズマを発生させることができるプラズマ発生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、一対又は複数対の電極棒と、前記各一対の電極棒のうち、一方の電極棒を取り付ける第一支持部材と、前記各一対の電極棒のうち、他方の電極棒を取り付ける第二支持部材と、両開口部をそれぞれ前記第一支持部材と前記第二支持部材とにより閉塞し、前記電極棒を収容する筒状の容器と、前記各一対の電極棒に電圧を印加する電圧供給装置と、を備え、電圧を前記各一対の電極棒間に印加して放電を起してプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、各一対の電極棒を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成して、互いの外周面が対向するように配置し、前記第一支持部材及び前記第二支持部材を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成し、前記容器の軸線回りに移動させて、前記容器に対して任意の位置に保持可能とするものである。
【００１１】
請求項２においては、前記容器を円筒状に構成し、前記第一支持部材及び第二支持部材の本体部を断面視円状に構成し、前記電極棒を、第一支持部材又は第二支持部材の軸心を中心とした同心円状に配置するものである。
【００１２】
請求項３においては、前記各電極棒、前記第一支持部材及び前記第二支持部材を、炭素を含む高密度複合体で構成するものである。
【００１３】
請求項４においては、前記各一対の電極棒に印加する電圧を交流電圧から直流電圧に変換する機能を、前記電圧供給装置に備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１５】
即ち、請求項１においては、プラズマ発生時に生じる電極棒の熱が第一支持部材及び第二支持部材を介して外部へ放散されることとなる。したがって、電極棒を効率良く冷却することができるとともに、電極棒の長寿命化を図ることができる。また、第一支持部材及び第二支持部材を移動させて、各一対の電極棒間の距離を調節することが可能となる。したがって、電極棒に印加する電圧が低下した場合であっても、各一対の電極棒間の距離を調節することによって、各一対の電極棒間で放電を十分に行い、プラズマを安定して発生させることができる。
【００１６】
請求項２においては、第一支持部材又は第二支持部材を前記容器の軸線周りに回動させることにより、電極棒の放電が行われる面をそれまで放電が行われていた面と異なる面にすることができ、電極棒の長寿命化を図ることができる。
【００１７】
請求項３においては、各一対の電極棒、第一支持部材及び第二支持部材が高い熱伝導性を有することとなり、プラズマ発生時に生じる電極棒の熱が第一支持部材及び第二支持部材を介して外部へ放散されることとなる。したがって、電極棒をさらに効率良く冷却することができるとともに、電極棒の耐久性を向上させることができる。しかも、電極棒の耐腐蝕性を、電極棒を金属で構成した場合よりも向上させることができる。
【００１８】
請求項４においては、交流電圧を直流電圧に変換したのち、一方の電極棒に印加し、他方の電極棒を接地することが可能となる。したがって、プラズマ発生装置の安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置の全体的な構成を示した右側面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置の右側面一部断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置の図２におけるＡ−Ａ矢視断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置の第一支持部材の構成を示した図。（ａ）正面図。（ｂ）右側面図。（ｃ）背面図。
【図５】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置の容器内の状態を示す図２におけるＡ−Ａ矢視断面図。（ａ）第一支持部材を容器に対して任意の回動位置で保持した状態を示す図。（ｂ）第一支持部材を（ａ）の状態から一方向に回動させたときの状態を示す図。（ｃ）第一支持部材を（ａ）の状態から逆方向に回動させたときの状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、プラズマ発生装置１の全体構成について図１から図３を用いて説明する。
ここで、図１において、紙面左方向を後方向とし、紙面右方向を前方向とし、また、紙面手前方向を右方向とし、紙面奥方向を左方向とする。また、紙面上下方向を上下方向とする。
【００２１】
図１から図３に示すように、プラズマ発生装置１は、複数対の電極棒を備える。本実施形態においては、プラズマ発生装置１は、二つの一対の電極棒１１・１２を備える。プラズマ発生装置１は、さらに軸心方向を前後方向とする円柱状の第一支持部材１３と、軸心方向を前後方向とする円柱状の第二支持部材１４と、軸心方向を前後方向とする円筒状の反応容器１５と、各一対の電極棒１１・１２に電圧を印加する電圧供給装置１６と、を備える。
【００２２】
各一対の電極棒１１・１２は、それぞれ円柱状に形成されている。
一方の電極棒である第一電極棒１１は、その長手方向を前後方向として、第一支持部材１３及び反応容器１５の軸心方向と平行に配置され、その基端部、即ち後端部で第一支持部材１３に取り付けられる。
他方の電極棒である第二電極棒１２は、その長手方向を前後方向として、第二支持部材１４及び反応容器１５の軸心方向と平行に配置され、その基端部、即ち前端部で第二支持部材１４に取り付けられている。
【００２３】
第一電極棒１１・１１は、図３に示すように、正面視で第一支持部材１３の軸心を中心とした同心円上に位置するように、第一支持部材１３の前方に設けられている。二つの第一電極棒１１と第一電極棒１１とは、互いの間の角度が１８０度となるように、言い換えれば互いの位置が正面視で第一支持部材１３の軸心を中心として点対称となるように配置されている。
また、第二電極棒１２・１２は、図３に示すように、正面視で第二支持部材１４の軸心を中心とした同心円上に位置するように、第二支持部材１４の後方に設けられている。二つの第二電極棒１２と第二電極棒１２とは、互いの間の角度が１８０度となるように、言い換えれば互いの位置が背面視で第二支持部材１４の軸心を中心として点対称となるように配置されている。
【００２４】
そして、各対における第一電極棒１１と第二電極棒１２とが隣り合って配置され、互いの外周面の一部が対向するように、反応容器１５内に収容されている。
ここで、第一電極棒１１は、その先端部、即ち前端部が第二電極棒１２の前後中途部付近に位置するように、第一支持部材１３から前方へ向かって延出されている。
第二電極棒１２は、その先端部、即ち後端部が第一電極棒１１の前後中途部付近に位置するように、第二支持部材１４から後方へ向かって延出されている。
【００２５】
なお、一対の電極棒１１・１２の数は、特に限定するものではなく、一つ以上であればよい。例えば、一対の電極棒１１・１２の数が三つである場合、第一電極棒１１・１１・１１は正面視で第一支持部材１３の軸心を中心とした同心円上に位置するように設けられ、隣り合う第一電極棒１１と第一電極棒１１との間の角度が１２０度となるように配置される。
【００２６】
第一電極棒１１及び第二電極棒１２は、高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成している。これにより、第一電極棒１１及び第二電極棒１２をタングステンなどの材料で構成する場合と比較して、熱伝導性が高くなっている。また、高密度複合体は加工が容易なので、電極棒の太さや長さを自由に構成することができる。
また、前記高密度複合体は、炭素を含む材質である。そのため、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の過酸化水素、ヒドロキシラジカル、又はオゾン等の活性酸素に対する耐腐蝕性を、電極棒を金属で構成した場合よりも向上させることができる。
【００２７】
各第一電極棒１１には、図２に示すように、誘電筒２１が外嵌されている。誘電筒２１は、内径が第一電極棒１１の直径とほぼ同一の筒状に形成されている。誘電筒２１は、絶縁体である物質によって構成されており、本実施形態においては石英ガラスによって構成されている。
【００２８】
第一支持部材１３は、図２及び図４に示すように、円柱状に構成された本体部１３ａと、本体部１３ａの長手方向中途部に設けられた鍔部１３ｂとから構成されている。鍔部１３ｂは、円環状に形成されて、本体部１３ａの外周面から径方向へ突出されている。
また、第一支持部材１３の軸心部には、反応容器１５内から外部へ気体を排出するための気体排出孔１３ｃが前後方向に貫通して設けられている。また、本体部１３ａの鍔部１３ｂよりも前側、即ち反応容器１５に差し入れる側の外周面には、溝１３ｄが環状に形成されている。溝１３ｄには、ゴム等で構成されたＯリング２２が外嵌可能とされている。
また、第一支持部材１３には、第一電極棒１１の直径とほぼ同一の直径を有する挿入孔１３ｆ・１３ｆが軸心方向と平行に第一電極棒１１と同数形成されている。挿入孔１３ｆ・１３ｆは、正面視で第一支持部材１３の軸心を中心とした同心円上に配置される。さらに、図４に示すように、第一支持部材１３には、固定螺子２８を挿入するための固定螺子孔１３ｇが、各挿入孔１３ｆと連通するように、各挿入孔１３ｆと直交する方向、即ち第一支持部材１３の半径方向に形成されている。第一電極棒１１は、基端部側から挿入孔１３ｆ・１３ｆに差し込まれて、固定螺子孔１３ｇに螺合された固定螺子２８によって固定される。これにより、第一電極棒１１が第一支持部材１３に取り付けられて支持される。
【００２９】
また、図２に示すように、第二支持部材１４は、第一支持部材１３と同様に円柱状に構成された本体部１４ａと、本体部１４ａの長手方向中途部に設けられた鍔部１４ｂとから構成されている。鍔部１４ｂは、円環状に形成されて、本体部１４ａの外周面から径方向へ突出されている。
また、第一支持部材１４の軸心部には、反応容器１５内から外部へ気体を排出するための気体導入孔１４ｃが前後方向に貫通して設けられている。
また、第二支持部材１４の溝１４ｄ、挿入孔１４ｆ、及び固定螺子孔（図示せず）はそれぞれ第一支持部材の溝１３ｄ、挿入孔１３ｆ、及び固定螺子孔１３ｇと同様の構成であるため説明を省略する。
【００３０】
第一支持部材１３及び第二支持部材１４は、高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成されている。これにより、タングステンなどの材料で構成する場合と比較して、熱伝導性が高くなっている。また、第一電極棒１１及び第二電極棒１２も同種の高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成しているので、プラズマ発生時に第一電極棒１１及び第二電極棒１２が放電により高温となったときには、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の熱が第一支持部材１３及び第二支持部材１４を介して外部へ放散されることとなる。
また、高密度複合体は加工が容易なので、第一支持部材１３及び第二支持部材１４の太さや長さを自由に構成することができる。
【００３１】
また、前記高密度複合体は、炭素を含む材質である。そのため、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の活性酸素に対する耐腐蝕性を、電極棒を金属で構成した場合よりも向上させることができる。
【００３２】
反応容器１５は、図１、図２、及び図３に示すように、円筒状に形成され、高い絶縁耐力を有する部材、例えば石英ガラスによって構成されている。反応容器１５の内径は、第一支持部材１３及び第二支持部材１４の本体部１３ａ・１４ａの直径とほぼ同一に設定されている。また、反応容器１５の外径は、第一支持部材１３及び第二支持部材１４の本体部１３ａ・１４ａの直径と鍔部１３ｂ・１４ｂの突出幅とを足し合わしたものとほぼ同一に設定されている。
反応容器は、その軸心方向を前後方向として配置されている。反応容器１５の後側開口部に第一支持部材１３における本体部１３ａの鍔部１３ｂよりも前側部分が軸心を一致させて後方から差し込まれて、後側開口部の端面に第一支持部材１３の鍔部１３ｂの前面が当接される。反応容器１５の前側開口部に第一支持部材１３における本体部１４ａの鍔部１４ｂよりも後側部分が軸心を一致させて前方から差し込まれて、前側開口部の端面に第二支持部材１４の鍔部１４ｂの後面が当接される。これにより、反応容器１５の両開口部が第一支持部材１３及び第二支持部材１４にて閉塞される。
また、反応容器１５の軸心方向の長さは、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の長さよりも長く構成されている。第一支持部材１３及び第二支持部材１４がそれぞれ反応容器１５の開口部を閉塞した状態において、第一電極棒１１及び第二電極棒１２が反応容器１５内にその内周面と接しないように収容される。
【００３３】
電圧供給装置１６は、図２に示すように、第一電極棒及び第二電極棒１２に電圧を印加する装置であり、交流電圧から直流パルス電圧に変換する交流／直流変換部１６ａを有する。
【００３４】
プラズマ発生装置１は、図１、図２、及び図３に示すように、プラズマ発生装置支持部材３０に固定されている。
プラズマ発生装置支持部材３０は、地面等に載置される載置板部３１と、載置板部３１から略垂直に立設された一対の立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒとから構成されている。
【００３５】
載置板部３１は、平面視長方形状の板で構成されており、長方形の四角部分において、地面等と螺子３５・３５によって連結固定されている。また、載置板部３１は導電体で構成されている。
【００３６】
各立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒは、四角柱状に形成されており、立ち上がり部３２Ｆは絶縁体で構成されており、立ち上がり部３２Ｒは、導電体で構成されている。
【００３７】
電圧供給装置１６は第一電極棒１１及び第二電極棒１２へ電圧を印加するための導線２５を有しており、該導線２５は第一電極棒１１を支持する第一支持部材１３に接続されている。また、第二電極棒１２を支持する第二支持部材１４は、導電体である立ち上がり部３２Ｆと接しており、さらに、立ち上がり部３２Ｆは導電体である載置板部３１と接触しており、載置板部３１は接地されている。
このように構成することにより、電圧供給装置１６は、直流パルス電圧を第一電極棒１１に印加し、印加された第一電極棒１１と接地された第二電極棒１２との間で放電を起させ。プラズマを発生させる。このように構成することにより、プラズマ発生装置１の安全性を向上させることができる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、導線２５を第一支持部材１３に接続し、第二支持部材１４を接地させたが、これに限定するものではない。導線２５を第二支持部材１４に接続し、第一支持部材１３を接地させる場合には、立ち上がり部３２Ｒを絶縁体で構成し、立ち上がり部３２Ｆを、導電体で構成する。
【００３９】
一対の立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒは、載置板部３１に対して略垂直に立設されている。一対の立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒは、載置板部３１と螺子３６・３６・・によって連結固定されている。一対の立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒの間の距離は、反応容器１５の長手方向の長さに第一支持部材１３の鍔部１３ｂの厚さ（前後幅）及び第二支持部材１４の鍔部１４ｂの厚さ（前後幅）を足し合わせた長さと略等しい。
一対の立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒの長手方向中途部であって短手方向中心部に、支持孔３２ａ・３２ａが設けられている。支持孔３２ａ・３２ａは、第一支持部材１３及び第二支持部材１４の本体部１３ａ・１４ａの外形と略同一に構成されている。
【００４０】
第一支持部材１３における本体部１３ａの鍔部１３ｂよりも後側部分が、立ち上がり部３２Ｒに設けられた支持孔３２ａに差し込まれる。支持孔３２ａは、立ち上がり部３２の上端の螺子３７・３７を締結することにより、孔径を小さくすることができるよう構成されている。
また、第二支持部材１４における本体部１４ａの鍔部１４ｂよりも前側部分が、立ち上がり部３２Ｆに設けられた支持孔３２ａに差し込まれる。
【００４１】
立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒの左右中心上部には、図３に示すように、締付け調整用の切込み３２ｂが設けられており、切込み３２ｂの下端は支持孔３２ａと連続している。また、立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒの上部であって切込み３２ｂの右側には螺子３７を挿入するための挿入孔３２ｃが設けられており、前記挿入孔３２ｃと同一軸心上であって切込み３２ｂの左側には螺子３７と螺合するための螺子孔３２ｄが設けられている。
このように構成することで、螺子３７・３７を正面視右側の挿入孔３２ｃから挿入して、螺子孔３２ｄに締結することにより、切込み３２ｂの左右方向の幅が狭まる。そして、この切込み３２ｂの幅の狭まりに伴って、支持孔３２ａの孔径が小さくなる。
【００４２】
立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒの上端の螺子３７・３７を締結することにより、本体部１３ａ・１４ａが締付けられて、第一支持部材１３が立ち上がり部３２Ｒに、第二支持部材１４が立ち上がり部３２Ｆにそれぞれ固定支持される。また、立ち上がり部３２Ｆ・３２Ｒの上端の螺子３７・３７を緩めることにより、第一支持部材１３または第二支持部材１４のいずれか一方を、反応容器１５の軸線回りに回動させることができる。
【００４３】
第二支持部材１４の気体導入孔１４ｃには、コンプレッサ４０からの気体を導入するための導入管４１が前側から接続されている。ここで、気体は酸素を含有する気体であり、本実施形態においては、気体は空気である。導入管４１の先端は螺子部を有するソケット４１ａとなっており、第二支持部材１４の気体導入孔１４ｃ端部にも対応する螺子部１４ｅが設けられている。ソケット４１ａが気体導入孔１４ｃ側の螺子部１４ｅに螺合されて、導入管４１が気体導入孔１４ｃに接続される。
【００４４】
また、第一支持部材１３の気体排出孔１３ｃには、気体を排出するための排出管４２が後側から接続されている。排出管４２の先端は螺子部を有するソケット４２ａとなっており、第二支持部材１４の気体排出孔１３ｃ端部にも対応する螺子部１３ｅが設けられている。ソケット４２ａが気体排出孔１３ｃ側の螺子部１３ｅに螺合されて、排出管４２が気体排出孔１３ｃに接続される。
【００４５】
次にプラズマ発生装置１におけるプラズマ発生過程、およびこのプラズマの発生により活性酸素を発生させる過程について説明する。ここで、前記活性酸素は強い酸化力を示す化学種であり、例えば、過酸化水素、ヒドロキシラジカル、又はオゾン等を指す。
まず、図２に示すコンプレッサ４０から送り出された圧縮された空気は、導入管４１を介して第二支持部材１４の気体導入孔１４ｃに至り、ここから反応容器１５内へと導かれる。反応容器１５内において、空気は第一電極棒１１及び第二電極棒１２の周囲を通過して、前から後へ流れる。
また、隣り合う第一電極棒１１と第二電極棒１２との間には、第一電極棒１１に外嵌された誘電筒２１の壁面が誘電体として位置していることから、第一電極棒１１に直流電圧を印加することで、一対の電極間において第一電極棒１１の長手方向に対して直交する方向に放電が行われる。この放電により、反応容器１５内にプラズマが発生する。
【００４６】
この放電により発生したプラズマ中の電子は、反応容器１５内を流れている空気に含まれる酸素分子と衝突して、酸素を原子へ解離し、又は励起酸素分子を生成させる。
そして、酸素分子及び励起酸素分子は他の酸素分子と反応して活性酸素を生成する。
【００４７】
このようなプラズマ発生方法において、放電に最適な第一電極棒１１及び第二電極棒１２の間の距離は、印加する直流電圧によって異なる。すなわち、印加する直流電圧が低ければ低いほど、放電に最適な第一電極棒１１及び第二電極棒１２の間の距離は短くなる。
【００４８】
そこで、本実施形態では、第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離を調整可能に構成している。ここで、距離を調整する方法とは、第一支持部材１３または第二支持部材１４のいずれか一方を反応容器１５の軸線回りに回動させて、反応容器１５に対して任意の回動位置に保持可能とする方法である。以下、図５を用いて第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離の調整方法について説明する。なお、以下では、第一支持部材１３を反応容器１５の軸線周りに回動させて、反応容器１５に対して所定の回動位置に保持可能とする方法について説明する。
【００４９】
図５（ａ）に示すように、第一支持部材１３を反応容器１５に対して任意の回動位置で保持した状態において、各対における第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離を、それぞれの軸心間の距離Ｄ１で表す。第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離Ｄ１は、第一電極棒１１に嵌設された誘電筒２１が第二電極棒１２に接したときに最も短くなって、この誘電筒２１の厚さとなる。
【００５０】
第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離Ｄ１が最適な距離より長くなったとき、言い換えれば、第一電極棒１１に印加する直流電圧が図５（ａ）の状態で最適となる直流電圧と比較して低くなったときには、螺子３７・３７を緩めて、図５（ｂ）に示すように、第一支持部材１３をその軸心を中心として軸線周りに図５（ｂ）の矢印方向（正面視時計回り方向）に回動させる。
第一支持部材１３の回動に伴い、第一電極棒１１も第一支持部材１３の軸心を中心として図５（ｂ）の矢印方向へ回動する。そして、螺子３７・３７を締付けて、第一支持部材１３を所望の回動位置で保持する。これにより、第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離を、放電に最適な距離である距離Ｄ２に調整することができる。
この際、正面視同一円周上に第一電極棒１１及び第二電極棒１２を配置したことから、第一支持部材１３の回動により、全対の第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離Ｄ１を一度に距離Ｄ２に変更調整することが可能となる。
【００５１】
また、放電を継続して行った場合には、第一電極棒１１、誘電筒２１または第二電極棒１２が高温により消耗する。主に消耗する部分は放電が行われる部分であり、言い換えれば、互いに向かい合う面が主に消耗する。
そこで、放電を一定時間継続して行った後には、螺子３７・３７を緩めて、図５（ｃ）に示すように、第一支持部材１３をその軸心を中心として軸線周りに図５（ｃ）の矢印方向（正面視反時計回り方向）に回動させる。
第一支持部材１３の回動に伴い、一方の対における第一電極棒１１も第一支持部材１３の軸心を中心として図５（ｃ）の矢印方向へ回動する。そして、螺子３７・３７を締付けて、第一支持部材１３を所望の回動位置で保持する。これにより、この第一電極棒１１はこれまで放電を行っていた同対の第二電極棒１２とは別の、他方の対における第二電極棒１２との間で放電を行う。ここで、第一電極棒１１と別の第二電極棒１２との間の距離はＤ３となる。このように構成することにより、第一電極棒１１及び誘電筒２１は、一定期間の間に同対の第二電極棒１２と向かい合っていた面と反対側の面を、別対の第二電極棒１２と向かい合わせることが可能となって、面の消耗を抑制しつつ放電を継続して行うことができ、電極棒１１・１２の長寿命化を図ることができる。
【００５２】
なお、本実施形態においては、反応容器１５を円筒で構成し、第一支持部材１３の本体部１３ａ及び第二支持部材１４の本体部１４ａを円柱状で形成したが、例えば、反応容器１５を断面視多角形の筒で形成し、第一支持部材１３の本体部１３ａ及び第二支持部材１４の本体部１４ａを反応容器１５の断面内周面と同一形状の多角形で構成することも可能である。このように構成した場合、第一支持部材１３及び第二支持部材１４は、多角形の頂点に対応する角度（例えば、四角形であれば９０度、五角形であれば７２度）ずつ、反応容器１５の軸線回りに移動させる。
【００５３】
以上のように、プラズマ発生装置１は、第一電極棒１１及び第二電極棒１２と、第一電極棒１１を取り付ける第一支持部材１３と、第二電極棒１２を取り付ける第二支持部材１４と、両開口部をそれぞれ第一支持部材１３と第二支持部材１４とにより閉塞し、第一電極棒１１及び第二電極棒１２を収容する筒状の反応容器１５と、第一電極棒１１及び第二電極棒１２に電圧を印加する電圧供給装置１６と、を備え、電圧を第一電極棒１１と第二電極棒１２との間に印加して放電を起してプラズマを発生させるプラズマ発生装置１であって、第一電極棒１１及び第二電極棒１２を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成して、互いの外周面が対向するように配置し、第一支持部材１３及び第二支持部材１４を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成して、反応容器１５の軸線回りに移動させて、反応容器１５に対して所定の回動位置に保持可能とするものである。
このように構成することにより、プラズマ発生時に生じる第一電極棒１１及び第二電極棒１２の熱が第一支持部材１３及び第二支持部材１４を介して外部へ放散されることとなる。したがって、第一電極棒１１及び第二電極棒１２を効率良く冷却することができるとともに、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の耐久性を向上させることができる。また、第一支持部材１３及び第二支持部材１４の回動位置を変更して、第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離を調節することが可能となる。したがって、第一電極棒１１及び第二電極棒１２に印加する電圧が低下した場合であっても、第一電極棒１１と第二電極棒１２との間の距離を調節することによって、第一電極棒１１と第二電極棒１２との間で放電を十分に行い、プラズマを安定して発生させることができる。
【００５４】
また、反応容器１５を円筒状に構成し、第一支持部材１３及び第二支持部材１４の本体部１３ａ・１３ｂを断面視円状に構成し、電極棒１１・１２を、第一支持部材１３又は第二支持部材１４の軸心を中心とした同心円状に配置するものである。
このように構成することにより、第一支持部材１３又は第二支持部材１４を反応容器１５の軸線周りに回動させることにより、電極棒１１・１２の放電が行われる面をそれまで放電が行われていた面と異なる面にすることができ、電極棒１１・１２の長寿命化を図ることができる。
【００５５】
また、第一電極棒１１、第二電極棒１２、第一支持部材１３及び第二支持部材１４を、炭素を含む高密度複合体で構成するものである。
このように構成することにより、第一電極棒１１、第二電極棒１２、第一支持部材１３及び第二支持部材１４が高い熱伝導性を有することとなり、プラズマ発生時に生じる第一電極棒１１及び第二電極棒１２の熱が第一支持部材１３及び第二支持部材１４を介して外部へ放散されることとなる。したがって、第一電極棒１１及び第二電極棒１２をさらに効率良く冷却することができるとともに、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の耐久性を向上させることができる。しかも、第一電極棒１１及び第二電極棒１２の耐腐蝕性を、第一電極棒１１及び第二電極棒１２を金属で構成した場合よりも向上させることができる。
【００５６】
また、第一電極棒１１及び第二電極棒１２に印加する電圧を交流電圧から直流電圧に変換する機能を、電圧供給装置１６に備えるものである。
このように構成することにより、交流電圧を直流電圧に変換したのち、第二電極棒１２に印加し、第一電極棒１１を接地することが可能となる。したがって、プラズマ発生装置１の安全性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ プラズマ発生装置
１１ 第一電極棒
１２ 第二電極棒
１３ 第一支持部材
１４ 第二支持部材
１５ 反応容器
１６ 電圧供給装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対又は複数対の電極棒と、
前記各一対の電極棒のうち、一方の電極棒を取り付ける第一支持部材と、
前記各一対の電極棒のうち、他方の電極棒を取り付ける第二支持部材と、
両開口部をそれぞれ前記第一支持部材と前記第二支持部材とにより閉塞し、前記電極棒を収容する筒状の容器と、
前記各一対の電極棒に電圧を印加する電圧供給装置と、を備え、
電圧を前記各一対の電極棒間に印加して放電を起してプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
各一対の電極棒を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成して、互いの外周面が対向するように配置し、
前記第一支持部材及び前記第二支持部材を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成し、前記容器の軸線回りに移動させて、前記容器に対して任意の位置に保持可能とすることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記容器を円筒状に構成し、前記第一支持部材及び第二支持部材の本体部を断面視円状に構成し、前記電極棒を、第一支持部材又は第二支持部材の軸心を中心とした同心円状に配置することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記各電極棒、前記第一支持部材及び前記第二支持部材を、炭素を含む高密度複合体で構成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記各一対の電極棒に印加する電圧を交流電圧から直流電圧に変換する機能を、前記電圧供給装置に備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１】
一対又は複数対の電極棒と、
前記各一対の電極棒のうち、一方の電極棒を取り付ける第一支持部材と、
前記各一対の電極棒のうち、他方の電極棒を取り付ける第二支持部材と、
両開口部をそれぞれ前記第一支持部材と前記第二支持部材とにより閉塞し、前記電極棒を収容する筒状の容器と、
前記各一対の電極棒に電圧を印加する電圧供給装置と、を備え、
電圧を前記各一対の電極棒間に印加して放電を起してプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
各一対の電極棒を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成して、互いの外周面が対向するように配置し、
前記第一支持部材及び前記第二支持部材を、それぞれ高い熱伝導性を有する高密度複合体で構成し、前記容器の軸線回りに移動させて、前記容器に対して任意の位置に保持可能とすることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記容器を円筒状に構成し、前記第一支持部材及び第二支持部材の本体部を断面視円状に構成し、前記電極棒を、第一支持部材又は第二支持部材の軸心を中心とした同心円状に配置することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記各電極棒、前記第一支持部材及び前記第二支持部材を、炭素を含む高密度複合体で構成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記各一対の電極棒に印加する電圧を交流電圧から直流電圧に変換する機能を、前記電圧供給装置に備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−８２０７３（Ｐ２０１１−８２０７３Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３４５７１（Ｐ２００９−２３４５７１）
【出願日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【出願人】（５０４０７７３０８）
【出願人】（５０８２３１２５６）株式会社西研デバイズ (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【出願人】（５０４０７７３０８）
【出願人】（５０８２３１２５６）株式会社西研デバイズ (8)
【Ｆターム（参考）】
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