(57)【要約】【課題】処理体の表面を効率的に処理することができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】この発明に係るプラズマ処理装置は、接地電極２と、この接地電極２と空隙７を介して対向して配置されているとともに、導電層を有する高圧電極３と、を備え、空隙７に放電用のガスを供給し、高圧電極３に高電圧を印加することで空隙７に大気圧近傍で放電を発生させ、放電で生じた原子状酸素を含む放電ガスを接地電極２に形成されたスリット１１ａ、１１ｂから噴出させ、原子状酸素をハニカム構造体１３に接触させることで、ハニカム構造体１３の表面を処理するプラズマ処理装置であって、一対のスリット１１ａ、１１ｂは、放電ガスが接地電極２とハニカム構造体１３との間で互いに交差するように指向している。【選択図】図２
2014154248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地電極と、この接地電極と空隙を介して対向して配置されているとともに、少なくとも前記空隙側の表面が誘電体で覆われた導電層を有する高圧電極と、を備え、前記空隙に放電に供されるガスを供給し、前記高圧電極に高電圧を印加することで前記空隙に大気圧近傍で放電を発生させ、前記放電で生じた活性粒子を含む放電ガスを前記接地電極に形成されたガス噴出し穴から噴出させ、前記活性粒子を前記接地電極に対向した処理体に接触させることで、前記処理体の表面を処理するプラズマ処理装置であって、
少なくとも一対の前記ガス噴出し穴は、前記放電ガスが前記接地電極と前記処理体との間で互いに交差するように指向しているプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記導電層は、面方向に離間して複数の導電層部で構成され、各前記導電層部は、前記ガス噴出し穴の前記放電ガスの入口部に対向する位置から、前記放電ガスの流れの上流方向に向けて形成されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記導電層は、面方向に離間して複数の導電層部で構成され、各前記導電層部は、各一対の前記ガス噴出し穴の一方のガス噴出し穴の前記放電ガスの入口部にそれぞれ対向しており、前記処理体では、処理体、前記ガス噴出し口の相対移動により前記ガスが他方の前記ガス噴出し穴から噴出されて供給された部位に、引き続き一方の前記ガス噴出し穴から噴出された前記放電ガスが供給される請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記接地電極の前記処理体を介した反対側に、前記ガス噴出し穴を通過した前記放電ガスにより形成されるガス交差点に向けて、ガスを供給するガス供給源を設けた請求項１〜３の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記接地電極、前記高圧電極、及び前記接地電極と協同して前記高圧電極を収納した筐体からなる大気圧プラズマユニットに設けられ、前記接地電極と前記処理体との距離を測定する位置センサーと、
前記大気圧プラズマユニットに設けられ、この大気圧プラズマユニットを移動させる駆動機構と、を備え、
この駆動機構は、前記大気圧プラズマユニットを前記処理体に沿って移動させるようになっているとともに、前記大気圧プラズマユニットを前記処理体に対向する方向に移動させる調節機構を有している請求項１〜４の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
一対の前記ガス噴出し穴は、前記放電ガスの下流に沿ってそれぞれの距離が接近したスリットである請求項１〜５の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記接地電極は、中間部が貫通した貫通穴を有する第１の接地電極部と、第２の接地電極部とから構成され、
前記スリットは、前記第１の接地電極部の前記貫通穴に前記第２の接地電極部が嵌着されて、前記貫通穴の壁面及び前記第２の接地電極の側面により画成されている請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記放電ガスは、前記活性粒子である原子状酸素を含む請求項１〜７の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記処理体の被処理面と、前記接地電極との距離Ｄ（ｍ）を、前記噴出し穴からの前記放電ガスの噴出した速度ｖ（ｍ／ｓ）で除して得られる放電ガス輸送時間ｔ（ｓ）が１ミリ秒以下である請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば接着の前処理や表面洗浄を目的とし、大気圧近傍放電で生じた活性粒子を処理体に照射するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アルミなどの金属ハニカムを複合材料製シートでサンドイッチ状に接着して形成される、ハニカムサンドイッチパネルの利用が拡がっている。ハニカムサンドイッチパネルは、軽量でありながら高い強度を有するため、航空宇宙分野、電鉄分野、建材分野などで用いられている。ハニカムサンドイッチパネル構造では、金属ハニカムと複合材料製シートの接着強度は主要な特性の一つであり、接着強度を向上させるプラズマ処理の適用が期待されている。
従来、プラズマ処理装置として、高周波電圧が印加される電極を、セラミック製の内側板と外側板で覆い、電極の先端にマイクロプラズマを発生させると共に、セラミック板の間のガス流路から被処理物の処理を施す線、あるいは点に向かってガスを噴出するエッチング装置が示されている。この構成によれば、例えば不活性ガスとしてヘリウムを、反応ガスとして六フッ化硫黄を用いることで、被処理物の表面の微小部分に対してエッチング加工を施したものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、電界印加電極と板状の接地電極の間でプラズマを発生させ、接地電極に形成された吹き出し口から処理体に対して処理ガスを照射するプラズマ処理装置が知られている（特許文献２参照）。ここでは、吹き出し口は、接地電極の厚さ方向に一定方向に傾斜して貫通している。
このプラズマ処理装置によれば、処理ガスを斜めに方向性をつけて吹き出すことができ、乱流化を防止でき、排ガスを接地電極と被処理体との間からスムーズに排出することができ、滞留を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２７９７号公報（２頁、図１）
【特許文献２】特許第４０７７７０４号（１、１６−１７頁、図１８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示されるプラズマ処理装置は、被処理物に対して垂直な面に高圧電極と内側板、外側板が並んでおり、かつ、高圧電極の被処理物側の先端は尖った構造をしている。このため、例えば金属ハニカムのような中空構造を持つ部材の、狭小な端面を処理しようとした場合、電極とハニカム構造体の端面間でアーク放電が発生し、ハニカム構造体を破損させる恐れがある。
また、被処理物の表面の処理を施す点、あるいは線に向かってガスを吹き出すことで、狭い領域を選択的に処理することができるが、逆に大型の被処理物を高速で処理しようとした場合、電極を複数用意するなど、装置構成部品の増加や装置自身の大型化が不可避となる。
【０００６】
また、上記特許文献２に示されるプラズマ処理装置は、接地電極に形成された吹き出し口が一定方向に傾斜を有することで、平板状の処理体に対しては排気がスムーズになる効果が得られるが、ハニカム構造体など、プラズマの吹き出し方向と処理面のなす角度が一定とならない面に対して処理をする場合には、プラズマ処理が方向によって不均一になる課題がある。
【０００７】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、ハニカム構造体などの中空構造を有する部材の表面を効率的に処理することができるプラズマ処理装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るプラズマ処理装置は、接地電極と、この接地電極と空隙を介して対向して配置されているとともに、少なくとも前記空隙側の表面が誘電体で覆われた導電層を有する高圧電極と、を備え、前記空隙に放電に供されるガスを供給し、前記高圧電極に高電圧を印加することで前記空隙に大気圧近傍で放電を発生させ、前記放電で生じた活性粒子を含む放電ガスを前記接地電極に形成されたガス噴出し穴から噴出させ、前記活性粒子を前記接地電極に対向した処理体に接触させることで、前記処理体の表面を処理するプラズマ処理装置であって、
少なくとも一対の前記ガス噴出し穴は、前記放電ガスが前記接地電極と前記処理体との間で互いに交差するように指向している。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係るプラズマ処理装置によれば、少なくとも一対のガス噴出し穴は、放電ガスが接地電極と処理体との間で互いに交差するように指向しているので、前記接地電極と前記処理体との間で放電ガスのガス流が交差して乱流が発生して、処理体の表面近傍に活性粒子が滞留し、表面は効率良く処理される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図２】図１の要部を示す模式図である。
【図３】原子状酸素の消滅速度の酸素濃度依存性の計算結果を示す図である。
【図４】図４（ａ）、図４（ｂ）はそれぞれ従来技術によるハニカム構造体端面の表面処理の課題を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）はこの発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置の接地電極を示す分解斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）の正面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）の正断面図である。
【図６】図６（ａ）、図（ｂ）はそれぞれこの発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置のスリットにおけるガス流れを示す模式図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係るプラズマ処理装置の放電ガス噴出し部とガス流を示す模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
このプラズマ処理装置は、大気圧プラズマユニット１と、この大気圧プラズマユニット１に接続され、大気圧プラズマユニット１を水平方向に往復動させる駆動機構１２と、を備えている。
大気圧プラズマユニット１は、接地電極２と、この接地電極２と空隙７を介して対向した高圧電極３と、高圧電極３を覆った筐体４と、この筐体４のガス供給口１０に先端部が接続された配管２３と、この配管２３の第１の配管部２３ａに取り付けられた第１の流量調節器９ａと、配管２３の第２の配管部２３ｂに取り付けられた第２の流量調節器９ｂと、高圧電極３に電気的に接続された高圧電源８と、を備えている。
高圧電極３は、誘電体５と、その内部に埋設された導電層６とから構成されている。導電層６は、高圧電源８と接続されており、接地電極２は、電気的に接地されている。
接地電極２の空隙７の反対側には処理体であるハニカム構造体１３が置かれている。
このハニカム構造体１３は、例えばアルミニウム等で構成され、このハニカム構造体１３を複合材料製シートでサンドイッチ状に接着することでハニカムサンドイッチパネルとして製造される。
【００１３】
不活性ガスである窒素ガスは、第１の配管部２３ａを通過し、また乾燥空気は、第２の配管部２３ｂを通過して、窒素ガス及び乾燥空気が合流して混合ガスとし、筐体４に形成されたガス供給口１０から筐体４の内部に供給される。
接地電極２には、ガス噴出し穴である対のスリット１１ａ、１１ｂが接地電極２を厚さ方向に貫通して形成されている。スリット１１ａ、１１ｂは、その一部が、ガス流の下流に向かうにつれて、互いの距離が近接するような下側に突出した湾曲面９０ａ、９０ｂを有しており、スリット１１ａ、１１ｂを通過した放電ガス（空隙７で放電により生じた原子状酸素を含むガス）のガス流は、接地電極２とハニカム構造体１３との間において交差する。
【００１４】
次に、上記実施の形態１のプラズマ処理装置の動作について説明する。
先ず、窒素ガスが第１の配管部２３ａを通じて、乾燥空気が第２の配管部２３ｂを通じてそれぞれ筐体４の内部に供給される。
このとき、第１の流量調節器９ａ及び第２の流量調節器９ｂにより、放電に供されるガスである混合ガス中の酸素濃度が１００ｐｐｍ程度となるように、窒素ガス及び乾燥空気のガス流量を調節する。
筐体４の内部に供給された混合ガスは、高圧電極３の外周から中心に向けて空隙７を通り、スリット１１ａ、１１ｂを通って筐体４の外部に噴出される。
ここで、接地電極２とハニカム構造体１３の表面であるハニカム端面２８の間の距離Ｄ（ｍ）を、噴出したガス３１の速度ｖ（ｍ／ｓ）で除して得られる輸送時間ｔ（ｓ）が１ミリ秒以下となるように、混合ガスの供給量と、スリット１１ａ、１１ｂの開口面積が決められている。
そして、高圧電源８を動作させ、導電層６に交流の高電圧を印加することにより空隙７において大気圧近傍でプラズマ２５が形成される。
プラズマ場では様々な反応が生じるが、特に（１）式の反応が起こり、活性粒子である原子状酸素を含む放電ガスが生成される。
【００１５】
Ｏ２＋e  →  Ｏ＋Ｏ＋e‥‥‥‥‥‥（１）
【００１６】
図２は、接地電極２及びその近傍を示す模式図である。
図２に示す様に、（１）の反応で生じた原子状酸素を含む放電ガスは、スリット１１ａ、１１ｂを通過した後、接地電極２とハニカム構造体１３の表面であるハニカム端面２８との間のガス交差点２６において交差する。
これにより、ガス交差点２６の近傍で乱流が発生し、原子状酸素を含む放電ガスは、ハニカム構造体１３の深さ方向に流れるのではなく、ハニカム構造体１３のハニカム端面２８に沿ったラジカル滞留場２７に滞留する。
そして、駆動機構１２により大気圧プラズマユニット１を、水平な方向に移動させることで、ハニカム端面２８の全域が効率的に処理される。
【００１７】
次に、この実施の形態のプラズマ処理装置を用いた場合に、ハニカム構造体１３のハニカム端面２８が効率的に処理される理由について説明する。
プラズマ２５中で生成された原子状酸素は、プラズマ場を出てからハニカム構造体１３に到達するまでの輸送場において、通常雰囲気中の酸素との（２）式の反応により高速度で消滅する。
【００１８】
Ｏ＋Ｏ２＋Ｍ  →  Ｏ３＋Ｍ‥‥‥‥‥‥（２）
ここでＯ３はオゾンであり、Ｍは雰囲気に存在するあらゆる原子、分子を示す。
（２）式の反応で原子状酸素が消滅しオゾンが生成されるが、オゾンは原子状酸素と比べて活性が低く、表面処理効果が著しく小さい。また（２）式の反応頻度は、輸送場の酸素濃度に比例する。平面状処理体の大気圧プラズマ処理を行う場合には、輸送場から外気が迅速に排除され低酸素濃度雰囲気となる。
このため、（２）式の反応が抑制され、原子状酸素が処理体に届きやすく、従来装置でも効果的な処理が達成できた。
一方、処理体がハニカム構造体や箱型部材など、中空構造を持つ部材の場合、輸送場に低酸素濃度雰囲気が形成され難いため、（２）の反応が顕著に発生し、原子状酸素の多くが処理体に届く前に消滅する。このため、従来装置では、十分な処理効果が得られなかった。
【００１９】
ここで、輸送場の酸素濃度をパラメータとして、原子状酸素数密度の消滅速度を計算した結果を図３に示す。
なお、（２）式の反応速度係数は、非特許文献(Ｉ A Kossyi, A Yu Kostinsky, A A Maveyev and V P Silakov, “Kinetic scheme of the non-equiliｂrium dischａrge in nitrogen  oxygen mixtures”, Plasma Sources Sci. Technol, １ (１９９２) ２０７-２２０)から６.７×１０-３４ (cm６/s)を用い、時間ゼロにおける原子状酸素数密度を１×１０１５（cm-３)とした。
【００２０】
図３より、輸送場の酸素濃度の増加に伴い、原子状酸素の消滅速度が著しく増加することが分かる。
本願の発明者は、大気圧プラズマユニット１に０.０１〜０.１％の酸素濃度のガスを供給し、処理対象に金属のハニカム構造体１３を用いた際の、輸送場の酸素濃度を酸素濃度計により測定した。
その結果、放電ガスの流量や金属ハニカム構造体１３の形状などによって多少異なるものの、おおよそ０．１〜１％との結果を得た。
従って、図３より、プラズマ場を通過した原子状酸素を、1ミリ秒以内にハニカム構造体１３にまで到達させれば、その数密度低下は１桁程度以内に収まり、高い効率で処理がなされると予想された。
一方、接地電極２とハニカム構造体１３との接触を避けるために、一般に、両者の間には数ミリメートル程度のクリアランスが必要となる。
従って、接地電極２とハニカム端面２８の間の距離Ｄ（ｍ）を、噴出したガス３１の速度ｖ（ｍ／ｓ）で除して得られる輸送時間ｔ（ｓ）が１ミリ秒以下となるように設定する必要がある。
【００２１】
一方、図３より分かるように、輸送時間が短いほど、即ち放電ガス噴出し速度が高いほど、原子状酸素が高い数密度のまま処理対象に供給することができる。
噴出し速度を高くするには、放電に供される混合ガスの供給量を増やす方法と、スリット１１ａ、１１ｂの開口面積を狭くする方法がある。
前者は、混合ガス使用量の増加に伴うランニングコストの増大や、大流量ガスをプラズマ化するための電力の増加、装置の大型化を引き起こすことから、好ましくない。
一方、後者でも、以下の理由により効率的にハニカム構造体１３の処理を行うことはできない。
【００２２】
図４（ａ）は、幅広鉛直スリット３０を有する場合を示す模式図、図４（ｂ）は、幅狭鉛直スリット３２を有する場合の模式的に示す。
図４（ａ）の場合、ガス噴出し部の開口面積が大きいため、プラズマ２５からの噴出したガス３１の速度が遅い。このため、輸送時間が長く、原子状酸素の多くはハニカム構造体１３に到達する前に消滅し、効果的な表面処理がなされない。
一方、図４（ｂ）の場合、ガス噴出し部の開口面積が小さいため、プラズマ２５からの噴出したガス３３の速度が速い。このため、輸送時間が短く、原子状酸素の多くがハニカム構造体１３に到達する。
しかしながら、プラズマ処理装置をハニカム構造体１３と水平な方向に駆動させて処理する際、噴出したガス３３の幅が狭いため、極めて短時間でハニカム構造体１３の隔壁を通過する一方、ハニカム構造体１３の深さ方向にまで原子状酸素が到達することになる。
一般に、ハニカムサンドイッチパネルの製造において、ハニカム構造体１３の接着部は端面のごく近傍であり、この部分のみをプラズマ処理できればよい。接着されない部分にまで原子状酸素が到達すると、プラズマ処理の効率が低下することから、ハニカム構造体１３の端面近傍に集中して供給することが望ましい。
【００２３】
以上のことから、ハニカム構造体１３のような中空構造を持つハニカム端面２８の効率的な処理を実現するには、放電ガスのスリット１１ａ、１１ｂからの噴出し速度を極力高くし、原子状酸素の輸送時間を短くすると共に、表面改質が必要なハニカム端面２８近傍に原子状酸素の分布を集中させる必要がある。
従来のプラズマ処理装置では、スリット開口面積を狭くして原子状酸素を短時間で輸送しようとすると、ハニカム構造体１３の処理効率が非常に悪くなり、逆にスリット開口面積を広くしてガスの噴出し幅を広げると、原子状酸素がハニカム構造体１３のハニカム端面２８に到達する前に消滅してしまうというジレンマがあった。
【００２４】
この実施の形態のプラズマ処理装置によれば、接地電極２とハニカム端面２８の間の距離Ｄ（ｍ）を、スリット１１ａ、１１ｂからの放電ガスの噴出し速度ｖ（ｍ／ｓ）で除して得られる放電ガス輸送時間ｔ（ｓ）が１ミリ秒以下となるように設定することで、原子状酸素数密度の低下が１桁程度以内に収まり、高い効率で表面処理がなされる。
さらに、図１のスリット１１ａ、１１ｂに湾曲面を形成し、接地電極２とハニカム構造体１３との間でガス流を交差させることで乱流が発生し、ハニカム構造体１３のハニカム端面２８近傍に原子状酸素の分布を集中させることができる。
これにより、従来装置では叶わなかったハニカム構造体１３のハニカム端面２８の効率的な処理が実現される。
【００２５】
なお、この発明において、大気圧近傍とは絶対圧が１/１０気圧から５気圧の間を意味する。圧力が１/１０気圧以下の場合、（２）式の反応レートは低くなり、原子状酸素の輸送は容易となる。このためこの発明に示される方法及び装置を適用するメリットはない。
また、圧力が５気圧を超えると、プラズマの形成に非常に高い電圧が必要となり、電源の大型化や絶縁設計の困難化に伴いコストが著しく増加し、実用に適さなくなる。
【００２６】
この実施の形態のスリット１１ａ、１１ｂの長さと幅は、放電ガス流量、接地電極２と処理体の距離、処理体の形状などを考慮し、放電ガス輸送時間ｔが１ミリ秒以下の範囲において適宜設定することができる。一般にスリット１１ａ、１１ｂの幅を０.０５ｍｍ〜１０ｍｍとすることが望ましい。
スリット１１ａ、１１ｂの幅を０.０５mm以下にしようとすると、加工が極めて困難となり製造コストが著しく増加するだけでなく、スリット幅が長さ方向に僅かにばらつくだけで、噴出したガスが不均一化し、均一なプラズマ処理ができなくなる。
また、スリット１１ａ、１１ｂの幅を１０mm以上にすると、接地電極２の開口面積が大きくなり、放電ガス輸送時間ｔを１ミリ秒以下にするためには非常に多くの放電ガスが必要となりランニングコストが著しく増加する。
【００２７】
実施の形態２．
図５（ａ）は、この発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置の接地電極２２の分解斜視図、図５（ｂ）は、接地電極２２の平面図、図５（ｃ）は、接地電極２２の正断面図である。
接地電極２２は、第１の接地電極部である上部接地電極部１４と第２の接地電極部である下部接地電極部１５から構成されている。下部接地電極部１５は直方体であり、中心付近に貫通穴１８が形成されている。貫通穴１８の長手側の側面は、厚さ方向に対して下流側の一部が下側に突出した湾曲面１９を有している。
上部接地電極部１４は、直方体型であり、その外周に複数の突起１６が形成されており、長手側の側面は、厚さ方向に対して下流側の一部が下側に突出した湾曲面１７を有している。下部接地電極部１５の貫通穴１８の形状と、上部接地電極部１４の突起１６を含めた外寸は略同一となっており、両者を嵌め合わせることにより、接地電極２２が形成される。
嵌め合わせ時に、上部接地電極部１４及び下部接地電極部１５の少なくとも上の面は略同一面となり、また上部接地電極部１４の突起１６及び側面、貫通穴１８の壁面により画成されたスリット開口部２０ａ、２０ｂを有するスリット１１ａ、１１ｂが形成される。
【００２８】
図６は、この発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置の接地電極２２に形成されたスリット１１ａと放電ガスのガス流の模式図である。
図６(ａ)及び図６(ｂ)は、下部接地電極部１５は同一形状であるが、上部接地電極部１４の上湾曲面４０の形状が異なる。
図６(ａ)の上湾曲面４０は、曲率半径が図６（ｂ）のものと比較して大きくなっており、スリット１１ａを通過したガス流は、上部接地電極部１４の比較的上流側に剥離点４２が形成され、放電ガスのガス流は、比較的下方向に向かう。
一方、図６(ｂ)の上部接地電極部１４では、剥離点４２が図６(ａ)のものと比較して下流側に移動するため、ガス流はより横方向に向かう。結果的には図６(ａ)では接地電極２２から垂直方向に離れた位置でガス流が交差し、(ｂ)では接地電極２２の近くで放電ガスのガス流が交差する。
【００２９】
このように、この実施の形態のプラズマ処理装置によれば、上部接地電極部１４の上湾曲面４０の形状を変えることにより、放電ガスのガス流の交差位置を変えることができる。
これにより、プラズマ処理装置と処理対象の距離や、要求される改質深さが変わった場合でも、容易に最適な条件でのプラズマ処理が可能となる。
また、スリット形状を図６(ｂ)のようにすることで、対のスリット１１ａ、１１ｂから噴出される放電ガスが正面衝突に近い流路を辿るため、原子状酸素を処理体の表層付近により集中させることができる。
【００３０】
なお、この実施の形態では、上部接地電極部１４のみを変えたが、下部接地電極部１５のみを変える、あるいは双方を変えることでも同様の効果が得られる。
また、剥離点４２は、接地電極２２の曲面形状のみでなく、レイノルズ数やスリット１１ａ、１１ｂの表面粗さなどにも影響される。実際の装置では、これらの影響を踏まえ湾曲面形状を決定する必要がある。
また、この実施の形態では、上部接地電極部１４、下部接地電極部１５とも、厚さ方向の下流側の一部に上湾曲面４０、下湾曲面４１を形成しているが、湾曲面は厚さ方向全体にわたっていても構わない。また、湾曲面４０，４１を形成させる替わりに、直線状の傾斜面を形成しても構わない。
また、本実施の形態では上部接地電極部１４に突起１６が形成されているが、突起は下部接地電極部１５に形成しても構わない。また、突起１６を形成せずに、上部接地電極部１４と下部接地電極１５をロウ付けなどの方法により接合し、スリット１１a、１１bを形成することもできる。
【００３１】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
この実施の形態では、導電層は、面方向離間した第１の導電層部５０ａ及び第２の導電層部５０ｂで構成されている。離間した第１の導電層部５０ａ及び第２の導電層部５０ｂは、共通の高圧電源８に接続されており、またスリット１１ａ、１１ｂの入り口部であるスリット開口部２０ａ、２０ｂと対向している。
筐体４内に供給された混合ガスは、高圧電極３の外周側から空隙７を通るが、このとき、高圧電極３に交流高電圧を印加することで、導電層部５０ａ、５０ｂと接地電極２との間の領域においてプラズマ５１ａ、５１ｂが形成され、その後原子状酸素を含む放電ガスがスリット１１ａ、１１ｂを通じて外部に噴出される。
他の構成は、実施の形態１のプラズマ処理装置と同じである。
【００３２】
図１に示した実施の形態１のプラズマ処理装置では、スリット１１ａとスリット１１ｂとの間の領域でもプラズマが形成されるが、供給ガスは空隙７の外周側からスリット１１ａ、１１ｂに向けて流れることから、スリット１１ａとスリット１１ｂの間の領域はガスが澱むことになる。たとえこの領域でプラズマを発生させ原子状酸素が発生したとしても、接地電極２からはほとんど引き出されず、実質的に電力の無効消費となる。
また、ガスが澱む領域でプラズマを発生させると、その部分の温度が局所的に上昇し高圧電極３、接地電極２の破損に繋がることがある。
【００３３】
これに対して、この実施の形態によれば、導電層部５０ａと導電層部５０ｂとの間でのプラズマ発生をなくし、無駄な電力消費を抑制するとともに高圧電極３、接地電極２の破損を低減させることができる。
【００３４】
なお、この実施の形態ではスリット対は１つであるが、これを複数対としても構わない。その場合、各スリット対の中間に対向する部分で導電層部を形成しなければよい。
また、この実施の形態では、放電ガスのガス流は空隙７の外周からスリット１１ａ、１１ａが形成された中心側に向かっているが、逆に中心から外周方向に流すこともできる。この場合も、スリット１１ａ、１１ａに対して法線ガスのガス流の上流に位置する部分でプラズマを発生させるようにすればよい。
また、導電層５０ａ、５０ｂは、必ずしも誘電体５の内部に埋設する必要はなく、例えば誘電体板の空隙７と反対側面に蒸着等により導電層である導電膜を形成しても構わない。
【００３５】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
この実施の形態では、大気圧プラズマユニット１は、固定されたハニカム構造体１３に対して水平に左方向に移動し、かつ接地電極６５には二対のスリット６０ａ、６０ｂ及びスリット６１ａ、６１ｂが形成されている。
高圧電極３は、誘電体５の内部に離間した導電層部６３ａ、６３ｂを有し、一方の導電層部６３ａはスリット６１ｂの対向面から右方向に、他方の導電層部６３ｂはスリット６０ｂの対向面から左方向に延設されている。
他の構成は、実施の形態１のプラズマ処理装置と同じである。
【００３６】
この実施の形態では、高圧電源８から導電層部６３ａ、６３ｂに交流の高電圧を印加することでプラズマ６２ａ、６２ｂが形成される。放電ガスは、空隙７では高圧電極３の外周から中心方向に流れ、スリット６０ｂ、６１ｂを通って外部に噴出される。
このとき、スリット６０ａからは原子状酸素をあまり含まないガスが噴出され、スリット６０ｂからは原子状酸素を含むガスが噴出される。
同様に、スリット６１ｂからは原子状酸素を含む放電ガスが噴出され、スリット６１ａからは原子状酸素をあまり含まないガスが噴出される。
大気圧プラズマユニット１がハニカム構造体１３に対して左向きに駆動しているため、ハニカム構造体１３では、スリット６０ａ、６１ａから低酸素濃度ガスが供給された後に、スリット６０ｂ、６１ｂを通じて活性粒子である原子状酸素を含む放電ガスが供給されることになる。
これにより原子状酸素噴出し時には、外気が排除され、低酸素雰囲気が形成されており、上記（２）式の反応が抑制される。
【００３７】
この実施の形態によれば、輸送場を低酸素雰囲気にすることができ、これにより、原子状酸素を効率的にハニカム構造体１３にまで輸送することができ、処理効率が向上する。  また、プラズマ２５形成領域が限定されているため、空隙７全体にプラズマ２５を形成させる場合と比べて、電力の消費量を削減できる。
【００３８】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５に係るプラズマ処理装置の放電ガス噴出し部を示す模式図である。
この実施の形態では、図２に示した実施の形態１のプラズマ処理装置にガス供給源７０が付設されている。
対のスリット１１ａ、１１ｂを通って噴出される原子状酸素を含む放電ガスのガス流はガス交差点７１において交差する。
この実施の形態では、ハニカム構造体１３の下方にガス供給源７０を備え、ガス交差点７１に向けて拡散用ガスを供給する。このとき、大気圧プラズマユニット１とガス供給源７０の位置関係は固定されており、ハニカム構造体１３がその間を水平方向に移動する。
【００３９】
この実施の形態によれば、ガス供給源７０がない場合と比較して、ラジカル滞在場７２はさらに横方向に広がり、結果的にハニカム構造体１３のハニカム端面２８近傍により多くの原子状酸素を集中分布させることができる。これにより、ハニカム構造体１３の表面処理速度が向上する。
【００４０】
なお、この実施の形態において、ガス供給源７０から供給される拡散用ガスとして、例えば窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを使用してもよい。この場合には輸送場を低酸素雰囲気にする効果がある。また空気を供給した場合、ハニカム構造体１３の深さ方向への原子状酸素の拡散が抑制され、材料の劣化を抑制できる。また、これ以外のガスを用いてもよいし、混合ガスを用いてもよい。
また、この実施の形態では、大気圧プラズマユニット１とガス供給源７０との位置関係を固定してハニカム構造体１３を水平方向に移動させているが、ハニカム構造体１３を固定し、大気圧プラズマユニット１とガス供給源７０を同一の速度で水平方向に駆動させてもよい。
【００４１】
実施の形態６．
図１０は、この発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
この実施の形態では、筐体４に接地電極２とハニカム構造体１３との間の距離を検出する位置センサー８０が設けられている。また、駆動機構１２は、大気圧プラズマユニット１を垂直方向に移動させる調整機構であるアクチュエータ８１を有している。
他の構成は、実施の形態１のプラズマ処理装置と同じである。
【００４２】
この実施の形態では、大気圧プラズマユニット１を水平方向に駆動させてハニカム構造体１３のハニカム端面２８を処理する際、位置センサー８０により、ハニカム構造体１３のハニカム端面２８と大気圧プラズマユニット１との距離を監視し、そのデータをもとに接地電極２とハニカム構造体１３のハニカム端面２８との距離が略一定となるように、アクチュエータ８１を駆動させる。
【００４３】
この発明に係るプラズマ処理装置では、対のスリット１１ａ、１１ｂから噴出される原子状酸素を含む放電ガスを、接地電極２とハニカム構造体１３との間で交差させるため、大気圧プラズマユニット１とハニカム構造体１３のハニカム端面２８との距離を所定値に保つ必要がある。
一方、大型のハニカム構造体１３を処理する際、ハニカム構造体１３によってはハニカム端面２８にうねりや微小な段差が存在することがある。この場合、均一なプラズマ処理を達成するには、大気圧プラズマユニット１の高さを随時調節する必要がある。
この実施の形態によれば、位置センサー８０及びアクチュエータ８１を備えることによって、うねりや段差がある処理対象であるハニカム構造体１３においても、大気圧プラズマユニット１とハニカム構造体１３との距離を一定に保持でき、ハニカム端面２８の均一な処理が実現できる。
【００４４】
なお、上記各実施の形態のプラズマ処理装置では、処理体として中空構造を持つハニカム構造体について説明したが、勿論処理体としてハニカム構造体に限定されるものではなく、例えば箱型ケーシングの外周壁表面、筒状構造体の端面等の表面処理に適用することができる。
また、供給ガスに不活性ガスである窒素と乾燥空気の混合ガスを用いたが、ガス種はこれに限定されるものではない。
例えば、不活性ガスとして、アルゴンやヘリウムなどの希ガスを用いることができる。また、空気の代わりに酸素を用いても同様に原子状酸素を発生できる。
また、混合ガス中の酸素濃度は１００ｐｐｍ程度に限定されものではない。酸素濃度が高まれば、プラズマ中で生成される原子状酸素の数密度が向上するが輸送場での消滅速度が増加する。
従って、混合ガス中の酸素濃度は、放電ガスの流量、輸送時間、処理体の構造、放電電力などを考慮し、適宜設定する必要がある。
また、放電ガス種は必ずしも不活性ガスと酸素との混合ガスである必要はない。
例えば、放電ガスに水蒸気を用いれば、活性粒子であるＯＨラジカルが、水素を用いれば活性粒子である原子状水素が生成される。これらのラジカル種の減衰速度も、おおむね原子状酸素と同様であるため、この発明を適用することができる。
【００４５】
また、上記各実施の形態では、高圧電極３は、導電層６を埋設した誘電体５を用いているが、少なくとも空隙７側の表面が誘電体５で覆われた導体であればよい。誘電体材料は、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックや、ガラス、樹脂材料を用いることができる。
また、接地電極２にはステンレス、アルミ、チタンなどの金属材料を用いることができる。
また、接地電極２の空隙７側表面をセラミックなどの誘電体で覆っても構わない。こうすることで、プラズマ発生に伴う金属材料の腐食を抑制する効果や、スパッタリングによる金属コンタミネーションの発生を抑制する効果が得られる。
また、印加電圧は、交流の高電圧に限らず、時間的に極性が変化する波形であればよい。例えば両極性のパルス電圧や、鋸波電圧などを用いることができる。
【００４６】
また、上記各実施の形態では、接地電極２に一対のスリット１１ａ、１１ｂが形成されているが、スリット対は複数あっても構わない。特に大型の処理対象を処理する際には、高圧電極３と接地電極２を共に大きくし、複数の対のスリット１１ａ、１１ｂを形成することにより高速で処理がなされる。
また、対のスリット１１ａ、１１ｂの形状は、必ずしも同一である必要はない。例えば一方の開口面積を他方より大きくすることができるし、また例えば湾曲面の形状を互いに異ならせることができる。
また、ガス噴出し穴は必ずしもスリットである必要はなく、放電ガスのガス流が互いに交差するように形成された複数の細孔であってもよい。
また、接地電極２の厚さ方向の一部が直線的であり、他の部分が湾曲したスリット形状は必須ではなく、厚さ方向にわたって全体が湾曲していても構わない。また、厚さ方向の少なくとも一部が傾斜した直線状のスリットを形成しても構わない。
要は、少なくとも一対のガス噴出し穴は、ガス噴出し穴から噴出する放電ガスが接地電極２と処理体であるハニカム構造体１３との間で互いに交差するように先端部が指向していればよい。
【００４７】
また、上記各実施の形態では、処理対象であるハニカム構造体１３を固定配置し、大気圧プラズマユニット１を水平方向に駆動させているが、表面処理は両者が相対動作することで実現されることは言うまでもない。
従って、大気圧プラズマユニット１を固定し、ハニカム構造体１３を駆動させてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  大気圧プラズマユニット、２，２２，６５  接地電極、３  高圧電極、４  筐体、５  誘電体、６  導電層、７  空隙、８  高圧電源、９ａ  第１の流量調節器、９ｂ  第２の流量調節器、１０  ガス供給口、１１ａ，６０ａ，６１ａ，１１ｂ，６０ｂ，６１ｂ  スリット（ガス噴出し穴）、１２  駆動機構、１３  ハニカム構造体（処理体）、１４  上部接地電極部（第１の接地電極部）、１５  下部接地電極部（第２の接地電極部）、１６  突起、１７  湾曲面、１８  貫通穴、１９  湾曲面、２０ａ，２０ｂ  スリット開口部（入口部）、２３  配管、２３ａ  第１の配管部、２３ｂ  第２の配管部、４０  上湾曲面、４１  下湾曲面、４２  剥離点、２５  プラズマ、２６  ガス交差点、２７，７２  ラジカル滞留場、２８  ハニカム端面、３０  幅広鉛直スリット、３１  ガス、３２  幅狭鉛直スリット、３３  ガス、５０ａ，６３ａ  第１の導電層部、５０ｂ，６３ｂ  第２の導電層部、５１ａ，５１ｂ，６２ａ，６２ｂ  プラズマ、７０  ガス供給源、７１  ガス交差点、８０  位置センサー、８１アクチュエータ（調整機構）、９０ａ  湾曲面、９０ｂ  湾曲面。
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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