(57)【要約】【課題】  放電エネルギーによって表面改質する際に、処理対象物を帯電させないようにする。【解決手段】  放電電極５と対向電極Ｒとを交流電源４に接続し、これら放電電極５と対向電極Ｒとの間で放電させ、その放電エネルギーで、上記電極間の処理対象物Ｆの表面を改質する表面改質装置を前提とする。そして、放電電極５及び対向電極Ｒの少なくとも一方が、他方と対向する側を誘電体で覆われるとともに、交流電源４の回路に直流のバイアス電圧を出力する可変直流電源８が設けられ、交流電圧にバイアス電圧を重畳して放電電極５及び対向電極Ｒに印加する。【選択図】  図１
2020053281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極とこれに対向する対向電極とを交流電源に接続し、
これら放電電極と対向電極との間で放電させ、その放電エネルギーで、上記電極間の処理対象物の表面を改質する表面改質装置であって、
上記放電電極及び対向電極のうち少なくとも一方の電極が、他方の電極と対向する側を誘電体で覆われるとともに、
上記交流電源の回路に直流のバイアス電圧を出力する可変直流電源が設けられた表面改質装置。
【請求項２】
上記放電電極及び対向電極の双方の、互いに対向する側が誘電体で覆われた請求項１に記載の表面改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、処理対象物の表面を、放電エネルギーを利用して改質するための表面改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、樹脂フィルムなどの表面を、放電を利用して改質する表面改質装置が知られている。例えば、図３に示す装置は、金属製のローラ芯１にシリコーンゴムなどの誘電体層２を設けた処理ローラＲと、この処理ローラＲに対応する金属製の棒状電極３とを備え、上記処理ローラＲに接触するフィルムＦの表面を改質処理するものである。
そして、ローラ芯１と棒状電極３との間に交流電源４を接続し、ローラ芯１側を接地させている。
【０００３】
このように、金属製のローラ芯１と金属製の棒状電極３との間に交流電源４が接続された装置では、棒状電極３に正負に変化する交流電圧が印加され、この電圧に基づいた放電エネルギーによってフィルムＦの表面が改質処理されることになる。
なお、処理ローラＲが誘電体層２を備えているのは、棒状電極３との間で、安定した放電状態を持続させるためである。もし、処理ローラＲが金属製のローラ芯１のみで形成されていた場合には、金属製の棒状電極３との間で、最短距離位置で短絡回路が形成されやすく、放電状態を持続できなくなってしまうからである。そのため、処理ローラＲまたは棒状電極３の少なくともいずれか一方を誘電体で覆うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９６２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような表面改質装置によってフィルムＦの表面が改質処理される際には、上記棒状電極３と接地されたローラ芯１との間には、フィルムＦを通過して電流が流れる。そして、上記棒状電極３とローラ芯１との間には交流電源４が接続されているので、フィルムＦを通過する電流の方向が変化する。
そして、上記電流を、棒状電極３からローラ芯１に向かって流れる電流と考えれば、棒状電極３に正の電圧が印加されたときには、棒状電極３からローラ芯１に向かって正の電流が流れ、棒状電極３に負の電圧が印加されたときには、棒状電極からローラ芯１に向かって負の電流が流れることになる。このように、フィルムＦには正の電流と負の電流とが交互に、すなわち交流電流が通過することになる。
【０００６】
一方、処理対象物であるフィルムＦは処理ローラＲの誘電体層２に接触して搬送される。
そのため、接地されたローラ芯１とフィルムＦとの間には誘電体層２のインピーダンスＺ１が介在する。また、フィルムＦと棒状電極３との間には空気層のインピーダンスＺ２が介在している。
このように、フィルムＦを挟んだ両側に、インピーダンスＺ１とＺ２とが介在するが、これらのインピーダンスＺ１とＺ２とは通常大きさが異なる。
【０００７】
上記フィルムＦを挟んだ両側のインピーダンスに差があれば、棒状電極３に交流電圧を印加したとき、フィルムＦの表面電位に差ができる。そのため、フィルムＦを通過する正負の電流の大きさに差ができてしまう。つまり、フィルムＦを通過する交流電流の正負のバランスが崩れてしまう。
そして、例えば、フィルムＦを通過する正の電流が、負の電流よりも大きい場合には、フィルムＦの内に正の電荷が多くたまり、フィルムＦが正に帯電してしまう。
反対に、フィルムＦを通過する負の電流が、正の電流よりも大きい場合には、フィルムＦの内に負の電荷が多くたまり、フィルムＦが負に帯電してしまう。
【０００８】
上記のようにフィルムＦが、正または負に帯電してしまえば、周囲の塵などの異物を静電気によって引き寄せたり、重ね合わせたフィルム同士が静電付着したりしてしまい、後工程の作業性を悪くしたり、製品の品質に悪影響を与えたりしてしまう。例えば、強力に静電付着したフィルム同士を剥がす際に、フィルムを損傷してしまうこともある。
そこで、フィルムＦを挟んだ両側のインピーダンスを等しくするように、金属製の棒状電極３を誘電体で被覆し、そのインピーダンスを調整してフィルムＦの両側のインピーダンスをバランスさせることが考えられる。しかし、棒状電極３を被覆するのに適した誘電体と、処理ローラＲの誘電体層２として適した材料が同じとは限らず、両誘電体の材質や厚みを調整して、インピーダンスを等しくすることは容易ではない。
【０００９】
したがって、従来の表面処理装置では、表面改質処理によってフィルムなどの処理対象物の表面が帯電してしまうことを避けることはできなかった。そのため、表面改質処理を行なった後に、処理対象物の表面を除電するための除電装置を設けなければならず、工程全体が大型化してしまうという問題があった。
この発明の課題は、放電エネルギーを利用して表面改質する過程で、処理対象物を帯電させることがない表面改質装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、放電電極とこれに対向する対向電極とを交流電源に接続し、これら放電電極と対向電極との間で放電させ、その放電エネルギーで、上記電極間の処理対象物の表面を改質する表面改質装置であって、上記放電電極及び対向電極のうち少なくとも一方の電極が、他方の電極と対向する側を誘電体で覆われるとともに、上記交流電源の回路に直流のバイアス電圧を出力する可変直流電源が設けられている。
第２の発明は、上記放電電極及び対向電極双方の、互いに対向する側が誘電体で覆われている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、可変直流電源の出力値を調整し、その直流電圧を交流電圧にバイアス電圧として重畳させることで、放電電極と対向電極との間に配置された処理対象物を通過して帯電作用する交流電流の正負のバランスを保つことができる。交流電流の正負のバランスが保たれれば、改質処理によって処理対象物の表面が正または負に帯電してしまうことがない。したがって、除電工程を省略したり簡略化したりすることができる。
また、帯電によって処理対象物に塵などの異物が付着したり、静電付着した物体を剥がす際に処理対象物の表面を傷つけたりするようなこともない。
【００１２】
第２の発明では、放電電極及び対向電極の双方の、互いに対向する側が誘電体で覆われているので、両放電電極の誘電体の材質や厚みを調整することができる。そのため、処理対象物を挟んだ両側のインピーダンスを近づけるようにするための調整範囲が大きくでき、インピーダンスのバランスの崩れを小さくすることができる。そのうえで、バイアス電圧で微調整して電圧の正負のバランスを保ち、結果として交流電流のバランスを保つことができる。
また、誘電体間で放電が形成されるため、より安定した放電を持続できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の表面改質装置の概略図である。
【図２】第２実施形態の概略図である。
【図３】従来の表面改質装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に示す第１実施形態は、回転する処理ローラＲに接触して搬送される樹脂製のフィルムＦを処理対象物とした表面改質装置である。処理ローラＲは、図３に示す従来と同様に、金属製のローラ芯１の表面に誘電体層２が設けられたものである。そして、この第１実施形態において、従来装置と同様の構成要素に、図３と同じ符号を用いている。
【００１５】
また、この第１実施形態は、上記処理ローラＲに対向する放電電極５を備えているが、この放電電極５は、金属製の棒状電極部材６を誘電体パイプ７に挿入して構成されている。この誘電体パイプ７は例えばセラミック製や石英ガラス製などである。
あるいは、棒状電極部材６の代わりに金属ロールを用い、その外周をシリコーンゴムなどの誘電体で被覆して放電電極とすることもできる。
【００１６】
そして、棒状電極部材６と上記ローラ芯１との間に、交流電源４と可変直流電源８とを直列に接続している。これら交流電源４から出力される交流電圧に可変直流電源８の直流電圧が重畳され、処理ローラＲと放電電極５との間に印加される。なお、上記可変直流電源８には、交流電流を流すためのコンデンサが備えられている。
上記可変直流電源８は、出力電圧の正負の切り換えと大きさを調整できるものである。
また、この第１実施形態では、上記処理ローラＲがこの発明の対向電極である。
【００１７】
この第１実施形態では、放電電極５の誘電体パイプ７のインピーダンスをＺ３とすると、フィルムＦを挟んで処理ローラＲ側のインピーダンスはＺ１、放電電極７側のインピーダンスはＺ２＋Ｚ３となる。そして、インピーダンスＺ１と、Ｚ２＋Ｚ３とが異なれば、すなわちフィルムＦを挟んだ両側のインピーダンスに差があると、フィルムＦを通過する交流電流の正負のバランスが崩れてしまう。しかし、この第１実施形態では、交流電源４にバイアス電圧を出力する可変直流電源８を接続しているので、このバイアス電圧を調整して交流電圧に重畳させれば、交流電圧の中心をずらすことができる。すなわち、バイアス電圧を出力することによって、交流電圧の中心をずらして交流電流の正負のバランスを保つことができる。
【００１８】
このように、フィルムＦの表面への印加電圧の正負がバランスすれば、フィルムＦを通過する交流電流の正負もバランスし、フィルムＦを帯電させてしまうことを防止できる。
このように、バイアス電圧を印加することによって、改質処理後のフィルムＦが帯電していないことは、表面電位計による測定値で確認することができる。または、正または負に帯電したカラートナーを付着させて、フィルムＦ表面の帯電状態を可視化することもできる。また、固体誘電体内の空間電荷分布を測定するパルス静電応力法（ＰＥＡ法）でフィルムＦの内部の帯電状態を確認することもできる。
なお、可変直流電源８から出力するバイアス電圧の適正値は、処理ローラＲの誘電体層２の材質や厚み、放電電極５の誘電体パイプ７の材質や厚みなどによって異なるが、予め、バイアス値を変化させながら改質処理を行ない、表面電位が略ゼロになるバイアス値を求めるようにする。
【００１９】
このように、第１実施形態の表面改質装置では、処理対象物であるフィルムＦの表面を帯電させることなく改質処理することができるので、改質処理後に設ける除電装置を簡略にしたり、省略したりすることができる。
そのため、静電気帯電に起因する様々なトラブルを防止できるとともに、工程が大型化することも防止できる。
【００２０】
なお、図１に示す第１実施形態では、放電電極５が、金属製の棒状電極部材６を誘電体パイプ７に挿入して構成されているが、放電電極５の全周が誘電体で覆われていなくても良い。放電電極５において、処理ローラＲと対応する側が誘電体で覆われていれば、安定した放電を持続させることができる。
また、第１実施形態では、処理ローラＲ及び放電電極５の両方を誘電体で覆っているが、放電電極及び対向電極のうち、いずれか一方の電極の誘電体を省略してもよい。ただし、対向する両方の電極が誘電体で覆われれば、放電が誘電体間で発生するので、一方の電極のみが誘電体で覆われた場合と比べて、より均一な放電を継続しやすいというメリットがある。
【００２１】
さらに、第１実施形態のように、フィルムＦを接触させる処理ローラＲの表面をシリコーンゴムなどで被覆すれば、フィルムＦが滑ったとしても、フィルムＦを傷つけることなく搬送することができるというメリットもある。また、処理ローラＲの表面の材質によって、フィルムＦが滑らないようにすることもできる。
【００２２】
また、放電電極及び対向電極の形状は、上記第１実施形態に限定されない。例えば、図２に示す第２実施形態は、板状の放電電極９と対向電極１０とを備えた表面改質装置である。
上記電極の形態以外は、第１実施形態と同じであり、第１実施形態と同様の構成要素には、図１と同じ符号を用いている。
上記放電電極９は金属製の電極板１１の表面に誘電体層１２を備え、この放電電極９に対向する対向電極１０も金属製の電極板１３の表面に誘電体層１４を備えたものである。
【００２３】
そして、上記電極板１１，１３間に交流電源４及び可変直流電源８を接続している。
なお、図２では、一方の放電電極９の誘電体層１２のインピーダンスをＺ４、他方の対向電極１０の誘電体層１４のインピーダンスをＺ５、放電空間のインピーダンスをＺ２と表わしている。
この第２実施形態では、一方の対向電極１０の誘電体層１４上に処理対象物Ｘを載せて放電電極９と対向電極１０との間に電圧を印加して処理対象物Ｘの表面を改質処理することができる。
【００２４】
この第２実施形態でも、処理対象物Ｘを挟んだ両側にインピーダンスＺ４＋Ｚ２と、インピーダンスＺ５とのアンバランスが原因で、交流電圧及び交流電流の正負のバランスがずれてしまうことを、可変直流電源８のバイアス電圧値を調整することによって防止することができる。そのため、改質処理によって処理対象物Ｘを帯電させてしまうことがない。
なお、この第２実施形態においても、可変直流電源８から出力するバイアス電圧の極性や大きさは、放電電極９，１０の構成や処理対象物Ｘの表面位置などによって設定する必要がある。
【００２５】
また、図２に示す第２実施形態では、放電電極９及び対向電極１０において互いに対向する側のみを誘電体層１２，１４で覆っているが、このように対向する側のみを覆う場合には、金属製の電極板１１，１３間に印加した電圧がリークしないように、誘電体層１２，１４の大きさや形状を設定する必要がある。
ただし、金属製の電極板１１，１３の全周を誘電体層１２，１４で覆うようにしても構わない。
【００２６】
なお、上記第１，２実施形態では、棒状もしくは板状の放電電極を用いたが、放電電極の形状はパイプや角柱などでもよく、特に限定されない。さらに、誘電体を備えた放電電極の場合には、誘電体部分の形状もパイプや板状だけでなく、ブロック状や膜状など様々な形状が可能である。
また、対向電極も、ローラや板状に限らず、どのような形状でも構わない。
さらにまた、放電電極及び対向電極を覆う誘電体の材質も問わない。
【００２７】
また、上記放電電極と対向電極とは、いずれも１つに限らず、１または複数の電極を集合体として用いてもよい。例えば、複数の放電電極を対向電極である１つの処理ローラに対向させてもよい。
さらに、上記第１，２実施形態の装置では、放電電極と対向電極との間の雰囲気は特に問題にしない。雰囲気は、大気のほか、表面改質の目的に応じて選択されたガスで置換されてもよい。そして、雰囲気の圧力は、大気圧だけでなく、大気圧を加圧もしくは減圧した圧力でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
樹脂製フィルムや、樹脂製フィルムに導体を貼り合わせたり、蒸着したりしたものなど、帯電しやすい処理対象物の表面改質処理に適している。
【符号の説明】
【００２９】
Ｆ    （処理対象物）フィルム
Ｒ    （対向電極）処理ローラ
１    （金属製）ローラ芯
２    誘電体層
５，９    放電電極
１０    対向電極
６    棒状電極部材
７    誘電体パイプ
８    可変直流電源
１１，１３    金属板
１２，１４    誘電体層
Ｘ    処理対象物
【図１】
2020053281.tif 000003
【図２】
2020053281.tif 000004
【図３】
2020053281.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月20日(2019.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極とこれに対向する対向電極とを交流電源に接続し、
これら放電電極と対向電極との間で放電させ、その放電エネルギーで、上記電極間の処理対象物の表面を改質する表面改質装置であって、
上記放電電極及び対向電極のうち少なくとも一方の電極が、他方の電極と対向する側を誘電体で覆われるとともに、
上記交流電源と対向電極との間に直流のバイアス電圧を調整可能にした可変直流電源が設けられ、上記放電電極、上記交流電源、上記可変直流電源及び上記対向電極が直列接続されて回路を構成し、
上記交流電源から出力される交流電圧に上記可変直流電源から出力される直流電圧を重畳させて上記処理対象物に導かれる交流電流の正負をバランスさせる表面改質装置。
【請求項２】
上記可変直流電源が、
正の直流電圧の出力を可変にする正の直流電源回路とコンデンサとが並列に接続された正側電源部と、負の直流電圧の出力を可変にする負の直流電源回路とコンデンサとが並列に接続された負側電源部とを備え、これら正側電源部と負側電源部とが並列に接続されるとともに、上記正側電源部と負側電源部とを選択するスイッチを備えた請求項１に記載の表面改質装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第１の発明は、放電電極とこれに対向する対向電極とを交流電源に接続し、これら放電電極と対向電極との間で放電させ、その放電エネルギーで、上記電極間の処理対象物の表面を改質する表面改質装置であって、上記放電電極及び対向電極のうち少なくとも一方の電極が、他方の電極と対向する側を誘電体で覆われるとともに、上記交流電源と対向電極との間に直流のバイアス電圧を調整可能にした可変直流電源が設けられ、上記放電電極、上記交流電源、上記可変直流電源及び上記対向電極が直列接続されて回路を構成し、上記交流電源から出力される交流電圧に上記可変直流電源から出力される直流電圧を重畳させて上記処理対象物に導かれる交流電流の正負をバランスさせるようにしている。
第２の発明は、上記可変直流電源が、正の直流電圧の出力を可変にする正の直流電源回路とコンデンサとが並列に接続された正側電源部と、負の直流電圧の出力を可変にする負の直流電源回路とコンデンサとが並列に接続された負側電源部とを備え、これら正側電源部と負側電源部とが並列に接続されるとともに、上記正側電源部と負側電源部とを選択するスイッチを備えている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】