(57)【要約】【課題】筒状電極の外周に発生する放電プラズマ、および、筒状電極より下方に発生する放電プラズマの、互いの放電強度を相対的に調整する。【解決手段】筒状電極１２０は、筒状電極１２０の少なくとも一部が導電性液体１１０に間隔をあけつつ導電性液体１１０の内部に位置することが可能に構成されている。第１誘電体１３０は、筒状電極１２０の外周面１２１を覆うように外周面１２１上に設けられている。第２誘電体１４０は、第１誘電体１３０より下方に位置して筒状電極１２０の下端面１２２を覆うように下端面１２２上に設けられている。第２誘電体１４０には、筒状電極１２０の内側と筒状電極１２０の外側とを互いに連通させる連通孔１４１が形成されている。第１誘電体１３０を構成する第１の材料と第２誘電体１４０を構成する第２の材料とは、互いに異なっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性液体と、
少なくとも一部が、前記導電性液体に間隔をあけつつ前記導電性液体の内部に位置することが可能に構成された筒状電極と、
前記筒状電極の外周面を覆うように該外周面上に設けられた第１誘電体と、
前記第１誘電体より下方に位置して前記筒状電極の下端面を覆うように該下端面上に設けられており、前記筒状電極の内側と前記筒状電極の外側とを互いに連通させる連通孔が形成された第２誘電体と、
前記筒状電極の内側を下方に向かって前記連通孔を通過した後、前記第１誘電体の外側を上方に向けて通流するプラズマガスを供給するガス供給部と、
前記筒状電極の少なくとも一部が前記導電性液体に前記間隔をあけつつ前記導電性液体の内部に位置している状態において、前記筒状電極と前記導電性液体との間に高周波電圧を印加して放電プラズマを発生させる高周波電源とを備え、
前記第１誘電体を構成する第１の材料と前記第２誘電体を構成する第２の材料とは、互いに異なる、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第２の材料の比誘電率は、前記第１の材料の比誘電率より低い、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記筒状電極の軸方向における前記第２誘電体の厚さは、前記筒状電極の径方向における前記第１誘電体の厚さより厚い、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記筒状電極の少なくとも一部が前記導電性液体と前記間隔をあけつつ前記導電性液体の内部に位置している状態において、前記筒状電極の径方向における前記筒状電極の前記外周面と前記導電性液体との間の合成容量と、前記筒状電極の軸方向における前記筒状電極の前記下端面と前記導電性液体との間の合成容量とは、互いに略同一である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記筒状電極、前記第１誘電体および前記第２誘電体は、有底筒状の外形を有する被処理物の内側に配置可能に構成されており、
前記被処理物は、外表面、内周面および内底面を有し、
前記筒状電極の少なくとも一部が前記導電性液体に前記間隔をあけつつ前記導電性液体の内部に位置している状態において、前記導電性液体は前記被処理物の前記外表面と接しており、前記筒状電極の前記外周面と前記被処理物の前記内周面との間に前記第１誘電体が位置しており、前記筒状電極の前記下端面と前記被処理物の前記内底面との間に前記第２誘電体が位置している、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記筒状電極の軸方向からみたときに、前記筒状電極の前記外周面は、前記被処理物の前記内周面と略相似形である、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
底面部と、該底面部と接続する多角筒状部とを含む有底多角筒状の外形を有しており、
前記多角筒状部の内周面、および、前記底面部の内底面の各々が、複数の突起部を有し、
前記内周面および前記内底面の各々は、前記複数の突起部のうち、３μｍ四方の正方形内における相対的な高さのヒストグラムにおいて最も頻度の高い高さである基準高さに対して突起高さが１．５ｎｍ以上である複数の選定突起部を、前記正方形内において１００個以上１５００個以下含んでいる第１領域、および、表面粗さ(Ｒｚ)が７ｎｍ以上１８ｎｍ以下である第２領域の、少なくとも一方を有している、プラズマ処理物。
【請求項８】
樹脂材料で構成されている、請求項７に記載のプラズマ処理物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理物に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理物を放電プラズマによって処理するプラズマ処理方法を開示した先行文献として、特開平９−２０８７２７号公報がある(特許文献１)。特許文献１に記載された被処理物を放電プラズマによって処理するプラズマ処理方法は、容器体外表面を導電性を有する液体に接触させ、容器体内表面と間隔を置いて電極を配置し、電極と導電性を有する液体の間に交流電界を印加することによって放電プラズマを発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２０８７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１においては、筒状電極の外周に発生する放電プラズマ、および、筒状電極より下方に発生する放電プラズマの、互いの放電強度を相対的に調整することについては考慮されていない。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、筒状電極の外周に発生する放電プラズマ、および、筒状電極より下方に発生する放電プラズマの、互いの放電強度を相対的に調整することができる、プラズマ処理装置およびこれにより処理されたプラズマ処理物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に基づくプラズマ処理装置は、導電性液体と、筒状電極と、第１誘電体と、第２誘電体と、ガス供給部と、高周波電源とを備えている。筒状電極は、筒状電極の少なくとも一部が導電性液体に間隔をあけつつ導電性液体の内部に位置することが可能に構成されている。第１誘電体は、筒状電極の外周面を覆うように外周面上に設けられている。第２誘電体は、第１誘電体より下方に位置して筒状電極の下端面を覆うように下端面上に設けられている。第２誘電体には、筒状電極の内側と筒状電極の外側とを互いに連通させる連通孔が形成されている。ガス供給部は、筒状電極の内側を下方に向かって連通孔を通過した後、第１誘電体の外側を上方に向けて通流するプラズマガスを供給している。高周波電源は、筒状電極の少なくとも一部が導電性液体に間隔をあけつつ導電性液体の内部に位置している状態において、筒状電極と導電性液体との間に高周波電圧を印加して放電プラズマを発生させる。第１誘電体を構成する第１の材料と第２誘電体を構成する第２の材料とは、互いに異なっている。
【０００７】
本発明の一形態においては、第２の材料の比誘電率は、第１の材料の比誘電率より低い。
【０００８】
本発明の一形態においては、筒状電極の軸方向における第２誘電体の厚さは、筒状電極の径方向における第１誘電体の厚さより厚い。
【０００９】
本発明の一形態においては、筒状電極の少なくとも一部が導電性液体と間隔をあけつつ導電性液体の内部に位置している状態において、筒状電極の径方向における筒状電極の外周面と導電性液体との間の合成容量と、筒状電極の軸方向における筒状電極の下端面と導電性液体との間の合成容量とは、互いに略同一である。
【００１０】
本発明の一形態においては、筒状電極、第１誘電体および第２誘電体は、有底筒状の外形を有する被処理物の内側に配置可能に構成されている。被処理物は、外表面、内周面および内底面を有している。筒状電極の少なくとも一部が導電性液体に間隔をあけつつ導電性液体の内部に位置している状態において、導電性液体は被処理物の外表面と接しており、筒状電極の外周面と被処理物の内周面との間に第１誘電体が位置しており、筒状電極の下端面と被処理物の内底面との間に第２誘電体が位置している。
【００１１】
本発明の一形態においては、筒状電極の軸方向からみたときに、筒状電極の外周面は、被処理物の内周面と略相似形である。
【００１２】
本発明に基づくプラズマ処理物は、底面部と、底面部と接続する多角筒状部とを含む有底多角筒状の外形を有している。多角筒状部の内周面、および、底面部の内底面の各々は、複数の突起部を有している。内周面および内底面の各々は、複数の突起部のうち、３μｍ四方の正方形内における相対的な高さのヒストグラムにおいて最も頻度の高い高さである基準高さに対して突起高さが１．５ｎｍ以上である複数の選定突起部を、上記正方形内において１００個以上１５００個以下含んでいる第１領域、および、表面粗さ(Ｒｚ)が７ｎｍ以上１８ｎｍ以下である第２領域の、少なくとも一方を有している。
【００１３】
本発明の一形態においては、プラズマ処理物は、樹脂材料で構成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プラズマ処理装置において、筒状電極の外周に発生する放電プラズマ、および、筒状電極より下方に発生する放電プラズマの、互いの放電強度を相対的に調整することができる。また、このプラズマ処理装置によって処理されたプラズマ処理物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理の実施中における、本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置および被処理物の各々の構成を示す図である。
【図２】図１に示したプラズマ処理装置の一部および被処理物の各々をＩＩ-ＩＩ線矢印方向から見た一部断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置において、筒状電極の少なくとも一部が導電性液体に間隔をあけつつ導電性液体の内部に位置している状態における、筒状電極から導電性液体までの電流経路を模式的に示した等価回路図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るプラズマ処理物について、内周面の表面構成を３μｍ四方の正方形の範囲でマッピングした結果の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るプラズマ処理物について、内周面の表面の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施例に係るプラズマ処理物の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るプラズマ処理装置の一部および被処理物の各々の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の各実施形態に係るプラズマ処理装置について図面を参照して説明する。以下の各実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１７】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理の実施中における、本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置および被処理物の各々の構成を示す図である。図２は、図１に示したプラズマ処理装置の一部および被処理物の各々ＩＩ-ＩＩ線矢印方向から見た一部断面図である。
【００１８】
図１および図２に示すように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、被処理物１０を放電プラズマによって処理することができる。
【００１９】
まず、被処理物１０の構成について説明する。図１および図２に示すように、本実施形態に係る被処理物１０は、底面部１１と、底面部１１と接続する多角筒状部１２とを含む有底多角筒状の外形を有している。被処理物１０は、外表面１３、内周面１４および内底面１５を有している。本実施形態においては、内周面１４および内底面１５の各々が放電プラズマによって処理される。
【００２０】
本実施形態において、被処理物１０の底面部１１は錐面状であるが、底面部１１は、平面状であってもよい。本実施形態において、底面部１１は、多角錐面状であるが、底面部１１は、円錐面状であってもよい。底面部１１は、具体的には六角錐面状であるが、四角錐面状または八角錐面状であってもよい。
【００２１】
被処理物１０の多角筒状部１２は、六角筒状であるが、多角筒状部１２の形状は特に限定されない。多角筒状部１２は、四角筒状または八角筒状などであってもよい。本実施形態において、多角筒状部１２は、多角筒状部１２の中心軸と、底面部１１の中心軸とが互いに略同一となるように配置されている。
【００２２】
被処理物１０は、多角筒状部１２に対して底面部１１とは反対側に位置する開口部１６をさらに有している。開口部１６は筒状であり、本実施形態において開口部１６は円筒状である。開口部１６は多角筒状であってもよい。
【００２３】
開口部１６は、開口部１６の中心軸と、多角筒状部１２の中心軸とが互いに略同一となるように配置されている。開口部１６の最大内径は、多角筒状部１２の最小内径より小さい。
【００２４】
被処理物１０は、多角筒状部１２と開口部１６とを互いに接続する絞り部１７をさらに有している。絞り部１７は、錐台状の外形を有しており、具体的には、角錐台状の外形を有している。絞り部１７は円錐台状の外形を有していてもよい。
【００２５】
本実施形態において、被処理物１０は、樹脂材料で構成されている。樹脂材料としては、たとえば、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ(Acrylonitrile butadiene styrene)樹脂、ナイロン、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、または、塩化ビニル樹脂などを用いることができる。内周面１４および内底面１５の各々を効率的にプラズマ処理するため、被処理物１０は、ポリエチレンテレフタラート樹脂またはポリスチレン樹脂で構成されていることが好ましい。本実施形態において、被処理物１０は、ポリエチレンテレフタラート樹脂で構成されている。
【００２６】
被処理物１０の成形方法は、特に限定されない。被処理物１０は公知の方法で成形することができる。本実施形態において、被処理物１０は、ブロー成形により成形される。
【００２７】
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００の構成について説明する。図１および図２に示すように、プラズマ処理装置１００は、導電性液体１１０と、筒状電極１２０と、第１誘電体１３０と、第２誘電体１４０と、ガス供給部１５０と、高周波電源１６０とを備えている。
【００２８】
図１および図２に示すように、導電性液体１１０は、被処理物１０の外表面１３と接することができるように構成されている。導電性液体１１０は、貯液槽１１１に貯液されている。貯液槽１１１に貯液された導電性液体１１０の深さは、底面部１１を下にして被処理物１０を導電性液体１１０に押し入れたときに、底面部１１および多角筒状部１２の各々が導電性液体１１０の液面より下方に位置することができる深さであればよい。
【００２９】
導電性液体１１０は、導電性を有する液体であれば、特に限定されない。本実施形態において、導電性液体１１０は、水である。導電性液体１１０は、電解質水溶液であってもよい。
【００３０】
本実施形態において、貯液槽１１１は、導電性液体１１０に被処理物１０を押し入れるために、固定された被処理物１０に対して貯液槽１１１を相対的に上下方向に動かすことができるように構成されている。
【００３１】
図１および図２に示すように、筒状電極１２０は、有底筒状の外形を有する被処理物１０の内側に、配置可能に構成されている。具体的には、筒状電極１２０は、被処理物１０の開口部１６および絞り部１７の各々を通過させて、底面部１１および多角筒状部１２の内側に配置可能に構成されている。
【００３２】
本実施形態においては、導電性液体１１０が上述のように構成されているため、筒状電極１２０が、筒状電極１２０の少なくとも一部が導電性液体１１０に間隔をあけつつ導電性液体１１０の内部に位置することが可能に構成されている。筒状電極１２０の少なくとも一部が導電性液体１１０に間隔をあけつつ導電性液体１１０の内部に位置している状態において、導電性液体１１０は、被処理物１０の外表面１３と接している。
【００３３】
筒状電極１２０は、筒状電極１２０の中心軸と被処理物１０の多角筒状部１２の中心軸とが互いに平行となるように配置可能に構成されている。本実施形態においては、筒状電極１２０の中心軸と被処理物１０の多角筒状部１２の中心軸とは、略同一直線上に位置している。
【００３４】
筒状電極１２０を構成する材料は、導電性材料であれば特に限定されない。筒状電極１２０は、銅またはステンレス鋼などの金属で構成されている。
【００３５】
図１および図２に示すように、第１誘電体１３０は、筒状電極１２０の外周面１２１を覆うように外周面１２１上に設けられている。このため、第１誘電体１３０は、被処理物１０の内側に配置可能に構成される。
【００３６】
すなわち、筒状電極１２０の少なくとも一部が導電性液体１１０に間隔をあけつつ導電性液体１１０の内部に位置している状態において、筒状電極１２０の外周面１２１と被処理物１０の内周面１４との間には、第１誘電体１３０が位置している。
【００３７】
第１誘電体１３０は、筒状電極１２０の外周面１２１上に沿って延在する筒状の外形を有している。本実施形態において、第１誘電体１３０の下端１３１は、筒状電極１２０の下端面１２２と連続するように構成されている。
【００３８】
第１誘電体１３０は、筒状電極１２０の軸方向から見たときに円形状の外形を有している。本実施形態において、第１誘電体１３０は、筒状電極１２０の軸方向からみたときに筒状電極１２０の外形と略相似形の外形を有している。
【００３９】
本実施形態において、第１誘電体１３０は、筒状電極１２０の径方向において被処理物１０と離間して配置されるように構成されている。筒状電極１２０の径方向における第１誘電体１３０の厚さｔ１は、たとえば１．０ｍｍである。また、第１誘電体１３０の外周面１３２と被処理物１０の内周面１４との最大離間距離は、後述する放電プラズマの強度を高めるため、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１８ｍｍ以下であることがより好ましい。第１誘電体１３０と被処理物１０の内周面１４との最小離間距離は、最小離間距離と上記最大離間距離との差を相対的に小さくするため、１７．５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００４０】
なお、図２に示すように、本実施形態において、上記最大離間距離とは、筒状電極１２０の軸方向から見たときに、筒状電極１２０の中心軸と、被処理物１０の多角筒状部１２の角部とを結ぶ直線上における、第１誘電体１３０と被処理物１０との離間距離である。上記最小離間距離は、筒状電極１２０の軸方向から見たときに、筒状電極１２０の中心軸から、被処理物１０の多角筒状部１２の辺部へ下ろした垂線上における、第１誘電体１３０と被処理物１０との離間距離である。
【００４１】
図１に示すように、第１誘電体１３０は、被処理物１０の開口部１６と離間している。本実施形態において、第１誘電体１３０と、被処理物１０の開口部１６との離間距離は、０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。当該離間距離が０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下であれば、被処理物１０内において後述するプラズマガスの滞留時間が長くなり、放電プラズマのエネルギー密度を高めることができる。
【００４２】
第１誘電体１３０を構成する第１の材料としては、たとえば、ガラス、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン、チタン酸バリウムもしくはマイカなど含む誘電体セラミックス、または、ポリプロピレンもしくはポリエチレンテレフタラートなどを含む樹脂材料を用いることができる。本実施形態において、上記第１の材料は、たとえば、比誘電率が８．５の酸化アルミニウムを用いることができる。
【００４３】
図１および図２に示すように第２誘電体１４０は、第１誘電体１３０より下方に位置して、筒状電極１２０の下端面１２２を覆うように下端面１２２上に設けられている。このため、第２誘電体１４０は、被処理物１０の内側に配置可能に構成される。本実施形態において、第２誘電体１４０は、下端面１２２の全面を覆っている。なお、第２誘電体１４０は、第１誘電体１３０の下端１３１を覆うように、下端１３１上に設けられていてもよい。
【００４４】
すなわち、筒状電極１２０の少なくとも一部が導電性液体１１０に間隔をあけつつ導電性液体１１０の内部に位置している状態において、筒状電極１２０の下端面１２２と被処理物１０の内底面１５との間には、第２誘電体１４０が位置している。
【００４５】
本実施形態において、第２誘電体１４０は、筒状電極１２０の軸方向から見たときに円形状の外形を有している。筒状電極１２０の軸方向からみたときに、第２誘電体１４０は、筒状電極１２０の外形と略相似形の外形を有している。
【００４６】
第２誘電体１４０には、筒状電極１２０の内側と筒状電極１２０の外側とを互いに連通させる連通孔１４１が形成されている。本実施形態においては、連通孔１４１の一方端が、第２誘電体１４０のうち筒状電極１２０の内側１２３を向いている部分に形成されている。連通孔１４１の他方端は、第２誘電体１４０のうち筒状電極１２０の径方向における端面に形成されている。
【００４７】
なお、上記連通孔１４１の他方端が設けられる位置は、連通孔１４１が筒状電極１２０の内側１２３と筒状電極１２０の外側とを連通させるものであれば、特に限定されない。また、第２誘電体１４０には、上記のように連通させる複数の連通孔１４１が形成されていてもよい。
【００４８】
第２誘電体１４０は、筒状電極１２０の軸方向において被処理物１０と離間して配置されるように構成されていてもよいし、筒状電極１２０の軸方向において被処理物１０と接触するように配置されていてもよい。第２誘電体１４０の下端面が全面にわたって被処理物１０の底面部１１と接触するように配置される場合は、連通孔１４１の他方端は、第２誘電体１４０のうち筒状電極１２０の径方向における上記端面に形成される。
【００４９】
本実施形態においては、第２誘電体１４０は、第２誘電体１４０の下端角部１４２において、被処理物１０の多角錐面状の底面部１１を構成する複数の平面部の各々と、互いに点接触するように構成されていてもよい。このように、本実施形態において、第２誘電体１４０と底面部１１とが接触している状態においては、第１誘電体１３０と被処理物１０とが互いに点接触している部分を除き、第１誘電体１３０と被処理物１０の底面部１１との間には、隙間が形成されている。
【００５０】
本実施形態において、第２誘電体１４０と被処理物１０とが離間して配置される場合、第２誘電体１４０と被処理物１０の底面部１１を構成する複数の平面部の各々との最短離間距離は、たとえば５ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるように構成される。
【００５１】
本実施形態において、筒状電極１２０の軸方向における第２誘電体１４０の厚さｔ２は、たとえば１０ｍｍである。このように、筒状電極１２０の軸方向における第２誘電体１４０の厚さｔ２は、筒状電極１２０の径方向における第１誘電体１３０の厚さｔ１より厚い。
【００５２】
第２誘電体１４０を構成する第２の材料としては、たとえば、ガラス、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン、チタン酸バリウムもしくはマイカなどを含む誘電体セラミックス、または、ポリプロピレンもしくはポリエチレンテレフタラートなどを含む樹脂材料を用いることができる。本実施形態において、上記第２の材料は、たとえば、比誘電率が２．４のポリプロピレンを用いることができる。
【００５３】
本実施形態において、第１誘電体１３０を構成する第１の材料と第２誘電体１４０を構成する第２の材料とは、互いに異なっている。また、第２の材料の比誘電率は、第１の材料の比誘電率より低い。
【００５４】
ガス供給部１５０は、筒状電極１２０の内側を下方に向かって連通孔を通過した後、第１誘電体１３０の外側を上方に向けて通流するプラズマガス１を供給している。本実施形態においては、プラズマガス１は、筒状電極１２０の少なくとも一部が導電性液体１１０に間隔をあけつつ導電性液体１１０の内部に位置している状態において、被処理物１０と第１誘電体１３０との間を上方に向けて通流する。プラズマガス１は、第１誘電体１３０と、被処理物１０の開口部１６との隙間から、外部に放出される。
【００５５】
プラズマガス１は、処理用ガスおよび不活性ガスを含む混合ガスである。処理用ガスとしては、有機化合物、酸素、水素、水蒸気、または、アンモニアなどが挙げられる。不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスまたは窒素などが挙げられる。本実施形態において、プラズマガス１は、酸素およびヘリウムを含む混合ガスである。酸素の流量は、たとえば０．０３Ｌ／ｍｉｎであり、ヘリウムの流量は、たとえば５Ｌ／ｍｉｎである。
【００５６】
ガス供給部１５０は、被処理物１０の上方において筒状電極１２０の内側１２３にプラズマガス１を供給するように、筒状電極１２０に接続されている。
【００５７】
図１に示すように、高周波電源１６０は、筒状電極１２０と電気的に接続されている。高周波電源１６０は、導電性液体１１０と電気的に接続されている。高周波電源１６０は、筒状電極１２０と導電性液体１１０との間に高周波電圧を印加する。このようにして、高周波電源１６０は、筒状電極１２０の少なくとも一部が導電性液体１１０に間隔をあけつつ導電性液体１１０の内部に位置している状態において、筒状電極１２０と導電性液体１１０との間に高周波電圧を印加して放電プラズマを発生させる。具体的には、筒状電極１２０に設けられた第１誘電体１３０の外周面１３２と、被処理物１０の内周面１４との間に位置するプラズマガス１、および、筒状電極１２０に設けられた第２誘電体１４０と、被処理物１０の内底面１５との間に位置するプラズマガス１の各々において、放電プラズマを発生させる。
【００５８】
本実施形態においては、筒状電極１２０の少なくとも一部が導電性液体１１０と間隔をあけつつ導電性液体１１０の内部に位置している状態において、筒状電極１２０の径方向における筒状電極１２０の外周面１２１と導電性液体１１０との間の合成容量Ｃ1と、筒状電極１２０の軸方向における筒状電極１２０の下端面と導電性液体１１０との間の合成容量Ｃ2とが、互いに略同一である。
【００５９】
ここで、上述した合成容量Ｃ1および合成容量Ｃ2について説明する。図３は、本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置において、筒状電極の少なくとも一部が導電性液体に間隔をあけつつ導電性液体の内部に位置している状態における、筒状電極から導電性液体までの電流経路を模式的に示した等価回路図である。
【００６０】
図３に示すように、本実施形態においては、筒状電極１２０から導電性液体１１０までの電流経路が、互いに並列に接続された２つの経路を有している。これらの２つの経路のうちの一方の経路には、高周波電源１６０から流れる電流のうち電流Ｉ1が流れる。
【００６１】
電流Ｉ1が流れる上記一方の経路は、第１誘電体１３０と、プラズマガス１と、被処理物１０の多角筒状部１２とで構成されている。図３に示すように、第１誘電体１３０、プラズマガス１および被処理物１０の多角筒状部１２は、筒状電極１２０の径方向において、それぞれ、静電容量Ｃｄ1、静電容量Ｃｇ1および静電容量Ｃｂ1を有している。合成容量Ｃ1は、これら静電容量Ｃｄ1、静電容量Ｃｇ1および静電容量Ｃｂ1を直列的に合成したものである。
【００６２】
また、本実施形態において、上記２つの経路のうちの他方の経路においては、高周波電源１６０から流れる電流のうち電流Ｉ1成分を除いた、電流Ｉ2が流れる。
【００６３】
電流Ｉ2が流れる上記他方の経路は、第２誘電体１４０と、プラズマガス１と、被処理物１０の底面部１１とで構成されている。図３に示すように、第２誘電体１４０、プラズマガス１および被処理物１０の底面部１１は、筒状電極１２０の軸方向において、それぞれ、静電容量Ｃｄ2、静電容量Ｃｇ2および静電容量Ｃｂ2を有している。合成容量Ｃ2は、これら静電容量Ｃｄ2、静電容量Ｃｇ2および静電容量Ｃｂ2を直列的に合成したものである。
【００６４】
合成容量Ｃ1と合成容量Ｃ2とが互いに略同一であれば、第１誘電体１３０と被処理物１０の内周面１４との間を放電プラズマとして流れる電流Ｉ1の大きさと、第２誘電体１４０と被処理物１０の内底面１５との間を放電プラズマとして流れる電流Ｉ2とが、互いに略同一となる。このため、被処理物１０の内周面１４上における放電プラズマの強さと、被処理物１０の内底面１５上における放電プラズマの放電強度とが、略同一となる。これにより、被処理物１０の内周面１４および内底面１５の両方を略同一の放電強度の放電プラズマによって処理することができる。
【００６５】
合成容量Ｃ1および合成容量Ｃ2の各々は、第１誘電体１３０、第２誘電体１４０および被処理物１０の各々の材料および厚さ、プラズマガス１のガス種、第１誘電体１３０および第２誘電体１４０の各々と被処理物１０との離間距離を変更することにより、適宜調整することができる。
【００６６】
以下、本発明の実施形態１に係るプラズマ処理物２０について説明する。プラズマ処理物２０は、被処理物１０の内周面１４および内底面１５の各々をプラズマ処理装置１００で処理することにより製造される。このため、プラズマ処理物２０は、内周面１４および内底面１５の各々の表面構成以外の点については、被処理物１０と同一の構成を有している。
【００６７】
本発明の実施形態１に係るプラズマ処理物２０において、内周面１４および内底面１５の各々は、第１領域を有している。まず、この第１領域について説明する。
【００６８】
図４は、本発明の実施形態１に係るプラズマ処理物について、内周面の表面構成を３μｍ四方の正方形の範囲でマッピングした結果の一例を示す図である。このマッピングにおいては、上記正方形の範囲を、さらに横方向に２５６分割かつ縦方向に２５６分割して得られた各地点における、相対的な高さを測定している。当該高さの方向は、内周面１４の法線方向である。
【００６９】
図４に示した画像においては、各地点における相対的な高さを濃淡で示している。また、図４に示したヒストグラムにおいては、この相対的な高さを横軸とし、当該相対的な高さに対応する地点の数を頻度として、縦軸で示している。なお、当該画像および当該ヒストグラムにおいては、上記正方形の範囲における、相対的な高さの平均となる面を平均面とし、当該平均面に対する相対的な高さを単に、各地点の高さとして示している。
【００７０】
本実施形態において、図４に示したマッピングは、原子間力顕微鏡を用いたＡＦＭ(Atomic Force Microscope)測定により行うことができる。原子間力顕微鏡としては、たとえばPark System社製の商品名XE-100-ASNなどを用いることができる。XE-100-ASNを用いる場合において、当該マッピングは、たとえば、上記ＡＦＭ測定において、スキャンレートを１Ｈｚとし、解析ソフトを上記XE-100-ASNに付属のＸＥＩとした上で、シリコンカンチレバーにて非接触状態で行うことができる。
【００７１】
図４の画像に示すように、本実施形態に係るプラズマ処理物２０においては、多角筒状部１２の内周面１４が、複数の突起部２８を有している。なお、本実施形態においては、底面部１１の内底面１５も、同様に複数の突起部２８を有している。
【００７２】
本実施形態においては、図４に示したヒストグラムにおいて、最も頻度の高い高さを基準高さとし、この基準高さに対して、突起高さが特定の高さＨ以上となる突起部２８を、選定突起部２９という。
【００７３】
図５は、本発明の実施形態１に係るプラズマ処理物について、内周面の表面の構成を模式的に示す断面図である。図５に示すように、選定突起部２９は、突起高さが特定の高さＨ以上となっている。本実施形態における第１領域においては、特定の高さＨを１．５ｎｍとしたときに、選定突起部２９を、３μｍ四方の正方形の範囲において１００個以上１５００個以下計測することができる。
【００７４】
すなわち、本発明の実施形態１に係るプラズマ処理物２０の第１領域は、選定突起部２９を、３μｍ四方の正方形内において１００個以上１５００個以下含んでいる。選定突起部２９は、複数の突起部２８のうち、基準高さに対して突起高さが１．５ｎｍ以上である突起部である。基準高さとは、３μｍ四方の上記正方形内における相対的な高さのヒストグラムにおいて最も頻度の高い高さである。
【００７５】
また、プラズマ処理物２０の第１領域は、選定突起部２９を、３μｍ四方の正方形内において、２００個以上１２００個以下含んでいることが好ましい。これにより、第１領域の水接触角を、さらに均一かつ小さくすることができる。
【００７６】
なお、選定突起部２９は、複数の突起部２８のうち、基準高さに対して突起高さが２．０ｎｍ以上である突起部としてもよい。基準高さに対して突起高さが２．０ｎｍ以上である突起部を選定突起部２９とすることで、表面処理が十分に行われているか否かを判定することが容易になる。選定突起部２９を、基準高さに対して突起高さが２．０ｎｍ以上である突起部とした場合においても、本実施形態に係るプラズマ処理物２０の第１領域は、選定突起部２９を、３μｍ四方の正方形内において１００個以上１５００個以上含んでいる。また、選定突起部２９を、基準高さに対して突起高さが２．０ｎｍ以上である突起部とした場合においても、本実施形態に係るプラズマ処理物２０の第１領域は、選定突起部２９を上記範囲内において２００個以上１２００個以下含んでいることが好ましい。これにより、第１領域の水接触角を、さらに均一かつ小さくすることができる。
【００７７】
本実施形態においては、内周面１４および内底面１５の各々は、第２領域をさらに有している。第２領域においては、表面粗さ(Ｒｚ)が７ｎｍ以上１８ｎｍ以下である。当該表面粗さ（Ｒｚ）も、第２領域中の３μｍ四方の正方形の範囲において上記ＡＦＭ測定によって同じ条件により測定することができる。なお、表面粗さ(Ｒｚ)は、十点平均粗さである。
【００７８】
本実施形態においては、内周面１４および内底面１５の各々が、上記第１領域かつ上記第２領域となる領域を有している。
【００７９】
(実験例)
以下、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００を用いて、プラズマ処理物２０を作製した実験例について説明する。
【００８０】
図６は、本発明の実施例に係るプラズマ処理物の構成を示す断面図である。図６においては、図１に示す本実施形態に係る被処理物１０の断面図と同一の断面視にて図示している。
【００８１】
本実験例においては、実施例１〜１０に係る複数のプラズマ処理物を作製した。図６に示すように、実施例１〜１０に係るプラズマ処理物２０ａは、本実施形態に係るプラズマ処理物２０における六角筒状の多角筒状部１２を八角筒状に変更したものである。
【００８２】
まず、実施例１〜１０に係る複数のプラズマ処理物２０ａを製造するための、本実験例におけるプラズマ処理条件について説明する。実施例１〜１０に係るプラズマ処理物２０ａを作製するために、被処理物１０ａをそれぞれ準備した。当該被処理物１０ａは、本実施形態に係る被処理物１０に対して、多角筒状部１２を八角筒状に変更したものである。図１および図６に示すように、実施例１〜１０の処理前である被処理物１０ａは、筒状電極１２０を被処理物１０ａの内側に配置したときに、筒状電極１２０の軸方向から見たときに、筒状電極１２０と被処理物の内周面１４ａとの最小離間距離が１７．５ｍｍ、筒状電極１２０と被処理物の内周面１４ａとの最大離間距離が２０ｍｍとなるように構成した。
【００８３】
実施例１〜１０に係るプラズマ処理物２０ａを作製する際には、プラズマ処理装置１００のプラズマガス１として、酸素およびヘリウムからなる混合ガスを用いた。各ガス種の流量については、酸素の流量を０．０３Ｌ／ｍｉｎとし、ヘリウムの流量を５Ｌ／ｍｉｎとした。すなわち、混合ガス中のヘリウムに対する酸素の体積は０．６％とした。
【００８４】
高周波電源１６０の出力容量、出力電圧、および、出力周波数は、それぞれ、０．０８ｋＷ、７．６ｋＶ以上８．０ｋＶ以下、および、５．３１ｋＨｚとした。
【００８５】
次に、本実験例におけるプラズマ処理の手順について説明する。図１および図６に示すように、筒状電極１２０を本実施例における被処理物１０ａの内側に配置する。被処理物１０ａは、被処理物１０ａの筒状電極１２０に対する相対的な位置が固定されるように、固定する。そして、貯液槽１１１を固定された被処理物１０ａに対して相対的に上方へ動かすことにより、筒状電極１２０が内側に配置された被処理物１０ａを、底面部１１ａを下にして、導電性液体１１０に押し入れる。
【００８６】
筒状電極１２０が被処理物１０ａの内側に配置され、かつ、被処理物１０ａが導電性液体１１０に押し入れられている状態において、プラズマガス１を供給する。被処理物１０ａへのプラズマガス１の供給開始から３分経過後、高周波電源１６０によって電圧を印加することで、放電プラズマによる被処理物１０ａの内周面１４ａおよび内底面１５ａの処理を開始した。
【００８７】
上記の処理を開始してから１分が経過した後、高周波電源１６０による電圧の印加を停止して、上記処理を停止した。このようにして、実施例１〜１０に係る複数のプラズマ処理物を作製した。
【００８８】
一方、比較例１〜６として、プラズマ処理される前の被処理物１０ａを準備した。すなわち、各比較例に係る被処理物１０ａは、本実施形態に係る被処理物１０における六角筒状の多角筒状部１２を八角筒状に変更したものである。また、比較例７として、コーニング社製の３５ｍｍディッシュ、比較例８および比較例９として、住友ベークライト社製の１０ｃｍディッシュ、比較例１０および比較例１１として、住友ベークライト社製のＴ−２５フラスコを準備した。比較例８〜１１においては、予めプラズマ処理がなされている。
【００８９】
これらの実験例および比較例に係るプラズマ処理物について、ＡＦＭ測定によりマッピングを行った。当該マッピングは、原子間力顕微鏡としてPark Systems社製の商品名XE-100-ASNを用いた上で、スキャンレートを１Ｈｚとし、解析ソフトをXE-100-ASNｂ付属のＸＥＩとした上で、シリコンカンチレバーにて非接触状態で行った。
【００９０】
なお、各実施例においては、プラズマ処理を行ってからＡＦＭ測定を行うまで、所定の日数が経過している。なお、比較例８〜１１において、当該経過日数は不明である。実施例および一部の比較例においては、内周面１４ａおよび内底面１５ａにおいてγ線滅菌を行っている。γ線滅菌は、プラズマ処理の後、ＡＦＭ測定の前に行っている。
【００９１】
各実施例および各比較例におけるＡＦＭの測定領域について説明する。実施例１〜３、５〜１０、比較例１〜３においては、図６に示すように、内周面１４ａの中央領域１９Ａにて、ＡＦＭによるマッピングを行った。中央領域１９Ａは、内周面１４ａを構成する複数の平面のうちの１つにおいて、多角筒状部１２ａの中心軸方向の中央、かつ、内周面１４ａの周方向の中央に位置している。
【００９２】
実施例４、６、７、比較例４〜６においては、図６に示すように、内底面１５ａを構成する複数の平面のうちの１つの中央に位置する底中央領域１９Ｂにて、ＡＦＭによるマッピングを行った。
【００９３】
実施例６、７においては、図６に示すように、内周面１４の上側領域１９Ｃおよび下側領域１９Ｄに各々にて，ＡＦＭによるマッピングを行った。上側領域１９Ｃは、内周面１４ａを構成する複数の平面のうちの１つにおいて、多角筒状部１２ａの中心軸方向の上側の端部、かつ、内周面１４ａの周方向の一方側の端部に位置している。下側領域１９Ｄは、内周面１４を構成する複数の平面のうちの１つにおいて、中心軸方向の上側の端部、かつ、内周面１４の周方向の他方側の端部に位置している。
【００９４】
比較例７〜１１においては、各比較例に係る容器を用いて細胞を培養するときに使用される内面について、マッピングを行った。
【００９５】
上記ＡＦＭによるマッピングの測定結果として、各実施例および各比較例における、選定突起部の数、および、Ｒｚを下記表１に示す。なお、選定突起部の数の測定において、測定突起部の高さは、基準高さに対して突起高さが１．５ｎｍ以上の突起部である。
【００９６】
【表１】
2020155373.tif 000003
【００９７】
表１に示すように、実施例１〜１０においては，選定突起部の数が、１００個以上１５００個以下である。実施例１〜１０においては、Ｒｚの値が、７ｎｍ以上１８ｎｍ以下である。
【００９８】
また、選定突起部の数および表面粗さ(Ｒｚ)の値について、実施例６および実施例７においては、内周面１４の中央領域１９Ａと、上側領域１９Ｃと、下側領域１９Ｄとで、互いに比較的値が近いことが示されている。すなわち、実施例６および実施例７においては、内周面１４ａが略均一に処理されている。
【００９９】
また、選定突起部の数およびＲｚの値について、内周面１４ａにおける各測定領域と、内底面１５ａにおける底中央領域１９Ｂとでは、互いに、比較的値が近いことが示されている。すなわち、実施例６および実施例７においては、内周面１４ａと内底面１５ａとが、略均一に処理されている。
【０１００】
一方、比較例４から比較例１１は、選定突起部の数が１００個未満である。比較例１から６は、表面粗さ(Ｒｚ)が７ｎｍ未満である。
【０１０１】
以上より、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００で製造したプラズマ処理部は、その内面形状にもかかわらず、全体が略均一に処理されていることがわかる。
【０１０２】
上記のように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、導電性液体１１０と、筒状電極１２０と、第１誘電体１３０と、第２誘電体１４０と、ガス供給部１５０と、高周波電源１６０とを備えている。筒状電極１２０は、筒状電極１２０の少なくとも一部が導電性液体１１０に間隔をあけつつ導電性液体１１０の内部に位置することが可能に構成されている。第１誘電体１３０は、筒状電極１２０の外周面１２１を覆うように外周面１２１上に設けられている。第２誘電体１４０は、第１誘電体１３０より下方に位置して筒状電極１２０の下端面１２２を覆うように下端面１２２上に設けられている。第２誘電体１４０には、筒状電極１２０の内側と筒状電極１２０の外側とを互いに連通させる連通孔１４１が形成されている。ガス供給部１５０は、筒状電極１２０の内側を下方に向かって連通孔を通過した後、第１誘電体１３０の外側を上方に向けて通流するプラズマガス１を供給している。高周波電源１６０は、筒状電極１２０の少なくとも一部が導電性液体１１０に間隔をあけつつ導電性液体１１０の内部に位置している状態において、筒状電極１２０と導電性液体１１０との間に高周波電圧を印加して放電プラズマを発生させる。第１誘電体１３０を構成する第１の材料と第２誘電体１４０を構成する第２の材料とは、互いに異なっている。
【０１０３】
これにより、プラズマ処理装置において、筒状電極１２０の外周に発生する放電プラズマ、および、筒状電極１２０より下方に発生する放電プラズマの、互いの放電強度を相対的に調整することができる。また、このプラズマ処理装置によって処理されたプラズマ処理物を得ることができる。
【０１０４】
本実施形態においては、第２の材料の比誘電率は、第１の材料の比誘電率より低い。
これにより、筒状電極１２０の径方向における筒状電極１２０の外周面１２１と導電性液体１１０との間の合成容量Ｃ1と、筒状電極１２０の軸方向における筒状電極１２０の下端面１２２と導電性液体１１０との間の合成容量Ｃ2とを、互いに近づけることができる。ひいては、内周面１４および内底面１５の両方を同様の条件で処理することができる。
【０１０５】
本実施形態においては、筒状電極１２０の軸方向における第２誘電体の厚さｔ２は、筒状電極１２０の径方向における第１誘電体１３０の厚さｔ１より厚い。
【０１０６】
これにより、筒状電極１２０の径方向における筒状電極１２０の外周面１２１と導電性液体１１０との間の合成容量Ｃ1と、筒状電極１２０の軸方向における筒状電極１２０の下端面１２２と導電性液体１１０との間の合成容量Ｃ2とを、互いに近づけることができる。ひいては、内周面１４および内底面１５の両方を同様の条件で処理することができる。
【０１０７】
本実施形態においては、筒状電極１２０の少なくとも一部が導電性液体１１０と間隔をあけつつ導電性液体１１０の内部に位置している状態において、筒状電極１２０の径方向における筒状電極１２０の外周面１２１と導電性液体１１０との間の合成容量Ｃ1と、筒状電極１２０の軸方向における筒状電極１２０の下端面と導電性液体１１０との間の合成容量とは、互いに略同一である。
【０１０８】
これにより、筒状電極１２０の径方向における筒状電極１２０の径方向における筒状電極１２０の外周面１２１と導電性液体１１０との間のプラズマ放電の強さと、筒状電極１２０の軸方向における筒状電極１２０の下端面１２２と導電性液体１１０との間のプラズマ放電の強さとを、互いに略同一とすることができる。ひいては、内周面１４および内底面１５の両方を略同一の条件で処理することができる。
【０１０９】
本実施形態においては、筒状電極１２０、第１誘電体１３０および第２誘電体は、有底筒状の外形を有する被処理物１０の内側に配置可能に構成されている。被処理物１０は、外表面１３、内周面１４および内底面１５を有している。筒状電極１２０の少なくとも一部が導電性液体１１０に間隔をあけつつ導電性液体１１０の内部に位置している状態において、導電性液体１１０は被処理物１０の外表面１３と接しており、筒状電極１２０の外周面１２１と被処理物１０の内周面１４との間に第１誘電体１３０が位置しており、筒状電極１２０の下端面１２２と被処理物１０の内底面１５との間に第２誘電体１４０が位置している。
【０１１０】
これにより、被処理物１０を、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００にて処理することができる。
【０１１１】
本実施形態に係るプラズマ処理物２０は、底面部１１と、底面部１１と接続する多角筒状部１２とを含む有底多角筒状の外形を有している。多角筒状部１２の内周面１４、および、底面部１１の内底面１５の各々は、複数の突起部２８を有している。内周面および内底面の各々は、３μｍ四方の正方形内における複数の突起部２８の高さのヒストグラムにおいて最も頻度の高い高さである基準高さに対して突起高さが１．５ｎｍ以上である複数の選定突起部２９を１００個以上１５００個以下含んでいる第１領域、および、表面粗さ(Ｒｚ)が７ｎｍ以上１８ｎｍ以下である第２領域の、少なくとも一方を有している。
【０１１２】
上記第１領域または上記第２領域が形成されていることにより、プラズマ処理物２０の内周面１４および内底面１５の各々の水接触角を均一かつ小さくすることができ、ひいては、内周面１４および内底面１５の各々の親水性を向上させることができる。
【０１１３】
本実施形態においては、プラズマ処理物２０は、樹脂材料で構成されている。これにより、内周面１４および内底面１５の各々の水接触角が小さいプラズマ処理物２０を、プラズマ処理によって得ることができる。
【０１１４】
(実施形態２)
以下、本発明の実施形態２に係るプラズマ処理装置について説明する。本実施形態に係るプラズマ処理装置は、筒状電極の軸方向からみたときに、筒状電極および第１誘電体の各々が有する外形のみが、本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置と異なる。このため、本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置と同様である構成については説明を繰り返さない。
【０１１５】
図７は、本発明の実施形態２に係るプラズマ処理装置の一部および被処理物の各々の構成を示す断面図である。図７に示すプラズマ処理装置の一部および被処理物１０の各々の断面図は、図２に示すプラズマ処理装置１００の一部および被処理物１０の断面図と同一の断面視にて図示している。
【０１１６】
本発明の実施形態２においては、筒状電極２２０の軸方向からみたときに、筒状電極２２０および第１誘電体２３０の各々が、多角形状の外形を有している。本実施形態において、上記軸方向からみたときに、筒状電極２２０および第１誘電体２３０の各々の有する外形は、六角形状であるが、四角形状であってもよいし、八角形状であってもよい。
【０１１７】
このように、本発明の実施形態２においては、筒状電極１２０の軸方向からみたときに、筒状電極２２０の外周面２２１は、被処理物１０の内周面１４と略相似形である。これにより、筒状電極２２０の軸方向から見たときに、被処理物１０の内周面１４と、第１誘電体１３０の外周面との離間距離が略一定となるため、被処理物１０の内周面１４においてさらに均一にプラズマ処理することができ、均一な粗面領域を形成することができる。
【０１１８】
上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。
【０１１９】
なお、今回開示した上記実施形態および上記実施例はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態および実施例のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【０１２０】
１  プラズマガス、１０，１０ａ  被処理物、１１，１１ａ  底面部、１２，１２ａ  多角筒状部、１３  外表面、１４，１４ａ  内周面、１５，１５ａ  内底面、１６  開口部、１７  絞り部、１９Ａ  中央領域、１９Ｂ  底中央領域、１９Ｃ  上側領域、１９Ｄ  下側領域、２０，２０ａ  プラズマ処理物、２８  突起部、２９  選定突起部、１００  プラズマ処理装置、１１０  導電性液体、１１１  貯液槽、１２０，２２０  筒状電極、１２１，１３２，２２１  外周面、１２２  下端面、１２３  内側、１３０，２３０  第１誘電体、１３１  下端、１４０  第２誘電体、１４１  連通孔、１４２  下端角部、１５０  ガス供給部、１６０  高周波電源。
【図１】
2020155373.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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