JPS6168900A - プラズマト−チの着火方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はプラズマトーチの着火方法に関する。

（従来技術） チャンバーに一方端面が開口する管体の他方端面側から
管内に所定のコアガスを注入し、チャンパーに近接する
管体の外周に巻回した誘導コイルに高周波電源からの電
流を通電して高周波エネルギーを発生させ、当該高周波
エネルギーによって管内のコアガスを高温度の電離ガス
、即ちプラズマファイヤとし、当該プラズマファイヤを
チャンバー内に導いて各種の作用を行わせるようにした
プラズマトーチは公知である。

上記プラズマトーチの１例とその着火方法として従来か
ら広く行われている接地炭素棒方式とを第３図に従って
説明する。

第３図において、１′はプラズマトーチであって、例え
ば耐熱性のある石英管等を用いた大径の外管１０１と小
径ρ内管１０２とからなる二重管および高周波誘導コイ
ルＣ（以下コイルと称す）で構成されている。上記外管
１０１は一方端面を閉端面に、他方端面を開端面に形成
されていて、開端面が例えばチャ／パーａｈ内に開口す
る。上記内管１０２は一方端面を閉端面に、他方端面を
開端面に形成されていて、上記外管１０１の閉端面を貫
通して閉端面方向一部が外管１０１外にあシ、開端面方
向所定長ざが外管１０１内にあって、管内の所定中間位
置に開口する如く同心状に配設されている。上記コイル
Ｃは上記内管１０２が外管１０１内で開口する位置に近
接した外管１０１外周に巻回されていて、図示しない高
周波電源に接続されている。外管１０１および内管１０
２それぞれの閉端面近傍には導管が開口しており、内管
１０２へは所定のコアガスａｍを、また外管１０１へは
例えば上記コアガスＧ！と同質の管壁冷却用ガスＧ！を
注入可能に設定されている。

図中の２および２０１はプラズマトーチ１′の従来着火
装置を構成する炭素棒および炭素棒保持管である。炭素
棒２は上記内管１０２の閉端面を貫通する保持管２０１
に−１側部分を嵌入され、他方側部分を内管１０２の軸
線にそって伸延してその先端がほぼ開口端面にまで達す
るように装着される。また炭素棒２の保持管２０１内の
端面には導電線２０２が接続されていて接地となってい
る。

上記接地炭素棒方式の着火理論では、コアガスＧｌが内
管１０２に注入されつつある状態でコイルＣに高周波電
流の通電を開始すると、コイルＣから発生する磁束によ
って炭素棒２に渦電流が誘起されて発熱し、加熱された
炭素棒２がこれにそって流れるコアガスＧ１の電離を促
進するとともに、接地されて低電位の炭素棒２と高電位
のコイルＣとの間に生ずる半径方向の電界によって火花
電圧・・・無声放電開始電圧を生じコアガスＧ１が着火
されるとする。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記従来接地炭素棒方式では炭素棒２は保持
管２０１に嵌着固定されていて、着火後も先端が高周波
エネルギー領域内に定置状態を維持しているため、プラ
ズマファイヤＰのヘッドと常に接触を保つので炭素成分
がプラズマ中に溶出混入して、コアガスＧｌ成分のみか
らなる純度の高いプラズマファイヤＰを得ることが困難
であった。

（発明の目的） 本発明は純度の高いプラズマファイヤを得ることを目的
としてなされた研究実験から得られた成果であって、従
来接地炭素棒方式とは異る新規なプラズマトーチの着火
方法を提供するものである。

（発明の技術思想） 本願第１発明は発明の基本的技術思想を開示するもので
あって、 （ｌ−１）　管体の所定領域外周に巻回した高周波誘導
コイルから発生する高周波エネルギーを管体内へ注入さ
れるコアガスに付与して高温プラズマファイヤを得るプ
ラズマトーチを着火するに際し、 （１−２）　　最初に管体内を所定の減圧状態として付
与される高周波エネルギーによりグロー放電を発生せし
め、 （１−３）　　ついで管体内へコアガスを序々に注入し
て上記グロー放電を高温プラズマファイヤに変換するよ
うにした ことを特徴とするプラズマトーチの着火方法である。

而して、上記第１発明の技術思想を実現する具体的な着
火方法を示す本願第２発明の要旨は、（２−１）　　一
方端を閉端面とし他方端をチャンバー内に開口する開端
面とした管体の所定領域外周に巻回した高周波コイルか
ら発生する高周波エネルギーを管体内へ注入されるコア
ガスに付与して高温プラズマファイヤを得るプラズマト
ーチにおいて、 （２−２）　　上記管体内に管路を接続する真空排気装
置を設けるとともに、 （２−３）　　管体の開端面に当接してこれを閉成可能
な蓋部材を常時常圧を維持するチャンバー内に設け、 （２−４）　　当該蓋部材がチャンノ９−内と管体内と
の圧力差によって開端面に吸着またはこれから解離可能
に構成し、 （２−５）　　着火時にはコアガスの注入が停止されて
いる管体の閉端面に蓋部材を当接のうえ真空排気装置を
駆動させて所定減圧状態となった管体内に高周波エネル
ギーによってグロー放電を発生せしめ、 （２−６）　　ついで管内へコアガスを序々に注入して
上記グロー放電を高温プラズマファイヤに変換し、 （２−７）　　同時に常圧に近づいた管体の開端面から
蓋部材が自重によシ解離するようにした ことを特徴とするプラズマトーチの着火方法におる。

（実施例の構成） 上記本願第２発明を第１図〜第２図（ｄ）に示す実施例
に従ってさらに詳述する。

第１図において、１Ｖｉプラズマト一チ全体を示し、１
０１および１０２は耐熱性のある石英管等を用いた大径
の外管および小径の内管であって、上記外管１０１の１
方端は閉端面としてチャンバーａｈ外に、他方端は開端
面としてチャンバー内ｈ内に開口し、上記内管１０２の
一方端は閉端面として外管１０１外に、他方端は開端面
として外管１０１の閉端面を貫通して管内所定位置まで
伸延した二重管体となってお）、また上記外管１０１の
チャンバーｃｈに近接した所定領域外周にはコイルＣが
巻回されており、外管１０１および内管１０２それぞれ
の閉端面近傍にはコアガスＧ１および例えばコアガスＧ
。

と同質の管壁冷却用ガスＧ、をそれぞれの管内に注入可
能に設定されているのは前記従来着火方法の説明で述べ
たプラズマトーチ１／と同様である。

しかし本発明では第３図に２として示す着火用の接地炭
素棒は用いない。

図において、３はコアガスＧ１の供給源であって、例え
ば可変流量弁Ｖ！を介して内管１０２ヘコアガスＧ、を
注入可能に管路３１が、また上記可変流量弁Ｖｔおよび
同じく可変流量弁であるＶ２を介して外管１０１へ管壁
冷却用ガスＧ２を注入可能に管路３２がそれぞれ配設さ
れている。４は例えば油回転ポンプからなる真空排気装
置であって、当該真空排気装［４は弁Ｖｓを介して管路
３１に接続されている。５はチャンバー内ｈ内に設けら
れている蓋部材であって、例えばセラミックあるいは耐
熱金属等を使用した、外管１０１の開口端面よシ大なる
板材で、その表面が平坦鏡面仕上げとされ、同じく平坦
鏡面仕上げとされた外管１０１の開端面管線に当接して
これを閉成可能である。当該蓋部材５は例えばチャンバ
ーａｈの側壁を貫通して図示矢印＠　４４１）の如く水
平移動可能で、その先端がａ方向へ変位すると外管１０
１の開端面近傍まで到達する可動板５１の先端面と、第
２図（＆）に示される如く、その所定辺を蝶番接続５２
されている。可動板５１の裏面には保持愈５３１および
５３２が設けられていて、当該保持鎖５３１．５３２に
保持される蓋支承棒５４がチャンバーａｈの内外にわた
シ可動板５１にそって配置される。当該蓋支承棒５４は
可動板５１とは個別に矢印ａ’４−＋ｂ’として示す如
く可動板５１の裏面を摺動可能であり、３′方向への変
位によってその先端部が可動板５１の先端よυ突出して
、その前方に蝶番接続５２された蓋部材５を第１図およ
び第２図（、）の如く水平に支承して外管１０１の開端
面に当接可能、またｂ′方向への変位によってその先端
部が可動板５１の先端よシ引込み、その前方に蝶番接続
５２された蓋部材５を第２図（Ｃ）に示す如く下垂せし
めることが可能である。また可動板５１のｂ方向への変
位により上記下垂状態の蓋部材５を第２図（ｄ）に示す
如くチャンバー側壁まで退避せしめることができる。同
５１１は可動板５１上に設けられた位置決め兼用ストッ
パー、また５４１は蓋支承棒５４の先端に設けたストッ
パーである。

（実施例の作用） 上記の構成からなる本発明実施例によってプラズマトー
チ１を着火する場合を第２図（、）〜（ｄ）に従って以
下に述べる。

まず、可変流量弁ｖ１およびｖ２それぞれを閉成とし、
プラズマトーチ１内にはコアガスＧ。

および管壁冷却用ガスＧ２が注入されない状態となし、
可動板５１および蓋支承棒５４をそれぞれａおよびａ′
方向へ変位せしめる。これによりチャンバーａｈ内の蓋
部材５は第２図（、）に示される如く当該チャンバーａ
ｈ内に開口する外管１０１の開端面に当妥した状態とな
る。次に弁ｖ３を開成して真空排気装置４を駆動する。

これによりプラズマトーチ１の管体内のガス（この場合
のガスはコアガスＧ１であっても、あるいは空気であっ
ても同等支障はない）は急速に排出され、常圧を維持し
ているチャンバーａｈ内よシも減圧されるので、蓋部材
５は当接している外管１０１の開端面に吸着状態となる
。

次に蓋支承棒５４をｂ′方向へ変位せしめる。

蓋部材５は上記したとおシ外管１０１の開端面に吸着さ
れているので第２図（ｂ）に示す状態が維持される。プ
ラズマトーチ１内の排気が進み所定減圧状態、例えば１
０　ｔｏｒｒ以下となった時点でコイルＣへの通電を開
始する。外管１０１内の所定領域・・・高周波エネルギ
ー領域には直ちにグロー放電が発生する。この状態にお
いて弁ｖｓの閉成と真空排気装置４の駆動停止を行い、
替つてコアガス供給源３に接続する可変流量弁７里を流
量が序々に犬となる如く操作しつつ開成とする。コアガ
スＧ１は管路３１を介して内管１０２へ流入し、その開
端面から外管１０１内に発生しているグロー放電領域へ
序々に注入される。低温のグロー放電領域では注入され
るコアガスＧＫによって序々に増加する分子が付与され
る高周波エネルギによシ励起されて活発に運動し、衝突
が次第に激しくなシミ離状態へ突入するためと思われる
が、順次温度が高まってゆき、グロー放電は高温のプラ
ズマＰ！へと変換される。高温プラズマＰ１への移行圧
力は定かではないが５００　ｔｏｒｒ前後と推定される
。グロー放電が高温プラズマ化すると間もなく、プラズ
マトーチ１内のガス圧が常圧に近づくので、これまで外
管１０１の開端面に吸着状態を維持していた蓋部材５は
自重によって解離し、第２図（Ｃ）に示される状態とな
る。この状態となったら直ちに可動板５１および蓋支承
棒５４をそれぞれｂ−ｂ’方向へ移動して第２図（ｄ）
に示す如く蓋部材５をチャンバーｃｈの側壁へと退避さ
せ、同時に可変流量弁ｖ２を開成かつｖＩを所定全開流
量に調整して適正なプラズマ７アイヤＰとなし、プラズ
マトーチ１の着火操作を終夛、チャンバーａｈ内での処
理工程の実行が可能となる。

上記着火操作はプラズマトーチ１の大きさやコイルｃｏ
整合状態によって多少の差は生ずるが極めて短時間で完
了する。殊にグロー放電の開始から高温プラズマへの変
換までに要する時間は、整合が良好でコアガスＧ１の流
量調整が最適ならば、数秒ですむ。また外管１０１の開
端面を閉成する蓋部材５と初期高温プラズマＰＫ発生位
置との間隔を所定の如く設定しておけば、蓋部材５には
高温プラズマＰ１が直接当らないので、加熱昇温温度が
余り高温にはならず、コアガスＧｌのみによる高温プラ
ズマＰ１が保持され、ついで蓋部材５の落下と退避とに
よってプラズマファイヤＰの純度も保証される。

（他の実施例） 上記実施例では蓋部材５としてセラミック板や耐熱性の
ある金属板材を挙げ、かつ可動板５１や蓋支承棒５４を
使用した場合として説明したが、これに限らず、例えば
ゴム様弾力性があり、かつ耐熱性もある蓋部材（ゴムは
２５０℃前後で変質するので好ましくないが）のみを用
い、プラズマトーチ１内の減圧で吸着させ、コアガスＧ
ｌの注入による増圧でチャンバーｃｈの底に自然落下せ
しめるようにしてもよい。

また、上記実施例では真空排気装置４をコアガスＧｌの
内管１０２への供給用管路３１に接続としたが、例えば
別個に直接内管１０２もしくは外管１０１へ接続するも
よく、管路設計は自由である。

以上のほかにも種々の構成によって本願と同一の作用を
行わせることが可能であるが、少くともプラズマトーチ
を減圧状態下において、高周波エネルギーによってグロ
ー放電を発生せしめ、コアーガスをグロー放電領域に序
々に注入してこれを高温プラズマに変換するという本願
の基本技術思想に則る限９本願第１発明の適用とされる
ところであり、またチャンバーに限らず、プラズマトー
チ内外の気圧差を利用してプラズマトーチの開口部の開
閉を自動的に行う限り本願第２発明の適用とされるとこ
ろである。

（発明の効果） 本発明を実施することにより、コアガスのみかららな高
純度の高温プラズマファイヤが得られ、当該プラズマフ
ァイヤを使用して行われる各種処理に効果的な作用を及
ぼすこととなシ、また実施に要する設備も極めてありふ
れたもので足り、かつ安価に設備しうるので、蒼らされ
る効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願第２発明の実施例装置の一部断面正面図、
第２図（、）は第１図の部分斜視図、第２図（ｂ）、（
ｅ）および（ｄ）は第１図に示す実施例装置の作用を示
す部分正面図である。 １・・・プラズマトーチ、１０１．１０２・・・外管お
よび内管からなる管体、３・・・コアガス供給源、３１
・・・管路、４・・・真空排気装置、５・・・蓋部材、
Ｃ・・・高周波誘導コイル、ＧＩ・・・コアガス、ｃｈ
　・・・チャンバー、Ｐ・・・高温プラズマファイヤ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）管体の所定領域外周に巻回した高周波誘導コイルか
   ら発生する高周波エネルギーを管体内へ注入されるコア
   ガスに付与して高温プラズマファイヤを得るプラズマト
   ーチを着火するに際し、最初に管体内を所定の減圧状態
   として付与される高周波エネルギーによりグロー放電を
   発生せしめ、ついで管体内へコアガスを序々に注入して
   上記グロー放電を高温プラズマファイヤに変換するよう
   にしたことを特徴とするプラズマトーチの着火方法。 ２）一方端を閉端面とし他方端をチャンバー内に開口す
   る開端面とした管体の所定領域外周に巻回した高周波誘
   導コイルから発生する高周波エネルギーを管体内へ注入
   されるコアガスに付与して高温プラズマファイヤを得る
   プラズマトーチにおいて、上記管体内に管路を接続する
   真空排気装置を設けるとともに、管体の開端面に当接し
   てこれを閉成可能な蓋部材を常時常圧を維持するチャン
   バー内に設け、当該蓋部材がチャンバー内と管体内との
   圧力差によつて開端面に吸着またはこれから解離可能に
   構成し、着火時にはコアガスの注入が停止されている管
   体の開端面に蓋部材を当接のうえ真空排気装置を駆動さ
   せて所定減圧状態となつた管体内に高周波エネルギーに
   よつてグロー放電を発生せしめ、ついで管体内へコアガ
   スを序々に注入して上記グロー放電を高温プラズマファ
   イヤに変換し、同時に常圧に近づいた管体の開端面から
   蓋部材が自重により解離するようにしたことを特徴とす
   るプラズマトーチの着火方法。