(57)【要約】【課題】充分な排気機能を有しかつ装置を小型化できるプラズマ表面処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ発生ノズル２にて発生されたプラズマ励起ガスをプラズマ噴出口２２より照射してワークＳをプラズマ処理するプラズマ表面処理装置１において、プラズマ噴出口２２の外周方向からガスを吸引するガス吸引口３３が開口されたガス回収路３と、ガス吸引口３３よりガスをガス回収路３内へと負圧吸引し、ガスを排出するエジェクタ機構４とを有してなる。また、ガス吸引口３３は、プラズマ噴出口２２の外周に平面視円周状に開口される。【選択図】図１
2014132540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生ノズルにて発生されたプラズマ励起ガスをプラズマ噴出口より照射してワークをプラズマ処理するプラズマ表面処理装置において、
前記プラズマ噴出口の外周方向からガスを吸引するガス吸引口が開口されたガス回収路と、
前記ガス吸引口よりガスを前記ガス回収路内へと負圧吸引し、ガスを排出するエジェクタ機構と、
を有してなることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項２】
前記ガス吸引口は、前記プラズマ噴出口の外周に開口される請求項１に記載のプラズマ表面処理装置。
【請求項３】
前記ガス吸引口は、前記プラズマ噴出口の外周に平面視円周状に開口される請求項１に記載のプラズマ表面処理装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生ノズルのノズルヘッド部の全周に離間を有して配設される断面円形状の排気筒部を有してなり、前記ノズルヘッド部と排気筒部との離間に前記ガス回収路が形成される請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ表面処理装置に関し、より詳細には、プラズマ発生ノズルにて発生されたプラズマ励起ガスをプラズマ噴出口より照射してワークをプラズマ処理するプラズマ表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ発生ノズルにて発生されたプラズマ励起ガスをプラズマ噴出口より照射し、ワーク表面に対して表面洗浄や表面改質や等のプラズマ処理するプラズマ表面処理装置が公知となっている。具体的には、かかるプラズマ表面処理装置では、プラズマ化したガス気流（プラズマ励起ガス）の照射が可能なプラズマ発生ノズルが設けられており、プラズマ発生ノズルがワーク表面から離れた位置にあり、プラズマ発生ノズルにて発生されたプラズマ励起ガスによりプラズマ中に生成した活性種がワーク表面に輸送され、所要の領域部分に照射されることでプラズマ処理される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、処理ガス（不活性ガスと反応性ガスとの混合ガス）を反応管の一端から導入し、反応管の周囲又は近傍に配置されたアンテナ又は電極に高周波電圧を印加することで、反応管内でプラズマ励起ガスを発生させ、反応管の他端に開口されたプラズマ噴出口よりプラズマ励起ガスを噴き出すプラズマ発生ノズルを具備してなるプラズマ表面処理装置が開示されている。かかる構成によれば、プラズマ発生ノズルをコンパクトに構成できるため、プラズマ発生ノズルをワーク表面に近接させて、プラズマ励起ガスをワークの所要の領域部分にピンポイントで照射することができ処理効率を向上できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４８７０号公報
【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、上述した特許文献１に開示される従来のプラズマ表面処理装置では、短時間に大量の処理ガスがプラズマ化され、発生されたプラズマ励起ガスが大気中に放出されるとオゾンや窒素酸化物等の有害ガスが生成されるため、有害ガスが周囲に飛散してプラズマ処理を手作業にて行うのが困難であった。また、従来の構成では、有害ガスを回収するために大型チャンバーなどの排気装置が必要であったが、かかる排気装置に大型の真空ポンプやファンが用いられていたため、上述したようにプラズマ発生ノズルをコンパクトに構成しても、装置全体を小型化することができないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明においては、プラズマ表面処理装置に関し、前記従来の課題を解決するもので、充分な排気機能を有しかつ装置を小型化できるプラズマ表面処理装置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】
【０００７】
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。
【０００８】
すなわち、請求項１においては、プラズマ発生ノズルにて発生されたプラズマ励起ガスをプラズマ噴出口より照射してワークをプラズマ処理するプラズマ表面処理装置において、前記プラズマ噴出口の外周方向からガスを吸引するガス吸引口が開口されたガス回収路と、前記ガス吸引口よりガスを前記ガス回収路内へと負圧吸引し、ガスを排出するエジェクタ機構と、を有してなるものである。
【０００９】
請求項２においては、前記ガス吸引口は、前記プラズマ噴出口の外周に開口されるものである。
【００１０】
請求項３においては、前記ガス吸引口は、前記プラズマ噴出口の外周に平面視円周状に開口されるものである。
【００１１】
請求項４においては、前記プラズマ発生ノズルのノズルヘッド部の全周に離間を有して配設される断面円形状の排気筒部を有してなり、前記ノズルヘッド部と排気筒部との離間に前記ガス回収路が形成されるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、充分な排気機能を有しかつ装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係るプラズマ表面処理装置１の全体的な構成を示した図である。
【図２】プラズマ発生ノズルの一部断面側面図である。
【図３】図１におけるプラズマ発生ノズルのＡ−Ａ矢視図である。
【図４】エジェクタを模式的に表した断面図である。
【図５】別実施例のプラズマ発生ノズルの一部断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、発明を実施するための形態を説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施例のプラズマ表面処理装置１は、プラズマ発生ノズル２にて発生されたプラズマ励起ガスをプラズマ噴出口２２より照射してワークＳをプラズマ処理するプラズマ表面処理装置１として構成され、具体的には、処理ガスをプラズマ化してガス気流（プラズマ励起ガス）を発生させるプラズマ発生ノズル２と、プラズマ発生ノズル２に開口されたプラズマ噴出口２２の外周方向からガスを吸引するガス吸引口３３が開口されたガス回収路３と、ガス吸引口３３よりガスをガス回収路３内へと負圧吸引し、ガスを排出するエジェクタ機構４等とで構成されている。
【００１６】
図１及び図２に示すように、プラズマ発生ノズル２は、ノズル本体２０より断面円形状のノズルヘッド部２１が突出され、ノズルヘッド部２１の端面に断面円形状のプラズマ噴出口２２が開口されている。ノズル本体２０及びノズルヘッド部２１の内部には、内部中空の処理ガス経路２３が形成され、処理ガス経路２３の一端が処理ガス供給装置２４と接続され、他端がノズルヘッド部２１の端面にてプラズマ噴出口２２として開口されている。
【００１７】
プラズマ発生ノズル２は、内部に公知のプラズマ発生機構が配設されており、例えば、高周波放電によるプラズマ発生機構が配置される場合には、内部に放電発生用の印加電極等が配置され、図示せぬ高周波電源により印加電極に高周波電圧が印加されることで処理ガス経路２３に高周波放電が生成される。そして、処理ガス経路２３内に処理ガスが供給されることで、処理ガスがプラズマ化されてプラズマ励起ガスが発生され、このプラズマ励起ガスがプラズマ噴出口２２より大気中の開放空間へと噴出される。
【００１８】
処理ガス経路２３に供給される処理ガスとしては、不活性ガスとしてアルゴン、キセノン、ヘリウム、窒素などから選択される単独ガス又は複数の混合ガスなどが用いられ、一方、反応性ガスとして酸素、空気、二酸化炭素などの酸化性ガスの他、水素、アンモニアなどの還元性ガスやフロン系ガスなどが用いられる。
【００１９】
図１乃至図３に示すように、ガス回収路３は、プラズマ発生ノズル２のノズルヘッド部２１の側方を覆うようにして配置される排気筒部３０と、排気筒部３０の側面に接続される排気管３１・３２等とにより形成されている。排気筒部３０は、断面円形の筒状に形成され、ノズルヘッド部２１の側面に対して所定の離間を有するようにして配設され、一端がノズル本体２０に当接して閉止され、他端がノズルヘッド部２１の端面側にて開口されている。
【００２０】
このように排気筒部３０が配設されることで、ノズルヘッド部２１と排気筒部３０との離間にガス回収路３が形成され、ガス回収路３がノズルヘッド部２１の端面側にてガス吸引口３３として開口される。ガス吸引口３３は、プラズマ噴出口２２の外側位置に開口され、本実施例では、断面円形状のプラズマ噴出口２２の外周に沿って平面視円周状に開口されており、後述するように、このガス吸引口３３を介してガス回収路３内にガスが負圧吸引される。
【００２１】
排気管３１・３２は、内部中空のホース状に形成されて、排気管３１の一端が排気筒部３０の側壁に接続され、ノズルヘッド部２１及び排気筒部３０の離間と排気管３１の内部とが連通されている。排気管３１の他端は、ガス吸引口３３よりガス回収路３内にガスを誘引して、排気管３１・３２の下流端側へと圧送するエジェクタ機構４（エジェクタ４０）と接続されている。また、排気管３２は、一端がエジェクタ機構４（エジェクタ４０）と接続され、他端が機外（屋外）へと延出されるか又は図示せぬガス回収装置に接続されている。
【００２２】
図１及び図４に示すように、エジェクタ機構４は、ガス回収路３の途中に設けられ、排気管３１・３２と接続されるエジェクタ４０と、エジェクタ４０に圧縮空気を供給するエアコンプレッサ４１等とで構成されている。エジェクタ機構４では、エアコンプレッサ４１よりエジェクタ４０に送り込まれた圧縮空気が駆動流として供給されることで、ガス吸引口３３よりガス回収路３内にガスが誘引（負圧吸引）され、吸引流としてガス回収路３の下流側へと圧送されて排出される。
【００２３】
エジェクタ４０は、公知の構成を採用することができ、本実施例では一例として、吸入口４０ａと、ノズル部４０ｂと、ディフューザ４０ｃと、及び吐出口４０ｄ等とで構成されている。吸入口４０ａ及び吐出口４０ｄは、排気管３１・３２にそれぞれ接続され、ノズル部４０ｂにはエアコンプレッサ４１より圧縮空気が供給される。ノズル部４０ｂに供給された圧縮空気がディフューザ４０ｃに向けて導入されることで、いわゆるエジェクタ効果によって吸入口４０ａが負圧となり、排気管３１内の空気が吸入口４０ａからエジェクタ４０内部に吸引され、吐出口４０ｄから排気管３２の下流側へと圧送されて排出される。
【００２４】
エジェクタ機構４の作動は、エジェクタ４０に駆動流としての圧力空気を供給するエアコンプレッサ４１の供給弁が開閉されることで切り換えられる。すなわち、エジェクタ４０にエアコンプレッサ４１からの圧縮空気が供給されている状態で、エジェクタ効果によってガス吸引口３３よりガスがガス回収路３内へと負圧吸引されてガス回収路３の下流側、具体的には、ガス吸引口３３→ノズルヘッド部２１及び排気筒部３０の離間→排気管３１→エジェクタ４０→排気管３２へと圧送されて排出される。一方、エジェクタ４０にエアコンプレッサ４１らの圧縮空気が供給されない状態では、エジェクタ効果が発揮されない。
【００２５】
本実施例のプラズマ表面処理装置１は、プラズマ発生ノズル２（ノズル本体２０）が作業者にて把持されるか又はロボットアームに取り付けられ、プラズマ噴出口２２がワークＳ表面に近接された状態でプラズマ励起ガスが照射されることで、所要の領域部分がプラズマ処理される。
【００２６】
具体的には、プラズマ表面処理装置１を用いてワークＳに対してプラズマ処理する場合には、プラズマ発生ノズル２にてプラズマ励起ガスを発生させつつ、エジェクタ機構４を作動させ、ガス吸引口３３よりガス回収路３内にガスを負圧吸引可能な状態で、プラズマ噴出口２２をワークＳ表面に近接させて、プラズマ励起ガスを照射させる。そして、プラズマ発生ノズル２にて発生されたプラズマ励起ガスによりプラズマ中に生成した活性種がワークＳ表面に輸送されることで、ワークＳの所要の領域部分がプラズマ処理される。
【００２７】
以上のように、本実施例のプラズマ表面処理装置１は、プラズマ発生ノズル２にて発生されたプラズマ励起ガスをプラズマ噴出口２２より照射してワークＳをプラズマ処理するプラズマ表面処理装置１において、プラズマ噴出口２２の外周方向からガスを吸引するガス吸引口３３が開口されたガス回収路３と、ガス吸引口３３よりガスをガス回収路３内へと負圧吸引し、ガスを排出するエジェクタ機構４とを有してなるため、充分な排気機能を有しかつ装置を小型化することができるのである。
【００２８】
すなわち、本実施例のプラズマ表面処理装置１では、上述したようにエジェクタ機構４を作動させておくことで、プラズマ処理の間にプラズマ噴出口２２よりプラズマ励起ガスが大気中に放出されることで生成するオゾンや窒素酸化物等の有害ガスを、プラズマ噴出口２２の外側位置に開口されたガス吸引口３３よりガス回収路３内へと負圧吸引して排気することができるため、かかる有害ガスが周囲に飛散するのを防止することができ、プラズマ発生ノズル２を把持してプラズマ処理を手作業にて安全に行うことが可能となる。
【００２９】
そして、本実施例のプラズマ表面処理装置１では、上述したようにプラズマ処理を手作業にて行うためにプラズマ発生ノズル２をコンパクト（軽量・小型）に形成した場合であっても、エジェクタ機構４にて小さなガス吸引口３３から大流量のガスを吸引して排気することができるので、充分な排気機能を実現することができ、従来のプラズマ表面処理装置のように排気装置に大型のファン等が不要となって装置全体を小型化できる。
【００３０】
また、本実施例のプラズマ表面処理装置１は、ガス吸引口３３がプラズマ噴出口２２の外周に開口され、特に、ガス吸引口３３がプラズマ噴出口２２の外周に平面視円周状に開口されるため、プラズマ発生ノズル２より照射されてプラズマ噴出口２２を中心に円周状に飛散したプラズマ励起ガス及び有害ガスをより効率的に吸引することができ、周囲に飛散するガス濃度を低減することができる。
【００３１】
また、本実施例のプラズマ表面処理装置１は、プラズマ発生ノズル２のノズルヘッド部２１の全周に離間を有して配設される断面円形状の排気筒部３０を有してなり、ノズルヘッド部２１と排気筒部３０との離間にガス回収路３が形成されるように構成されるため、公知のプラズマ発生ノズル２（ノズルヘッド部２１）に対して排気筒部３０を容易に取り付けることができ、簡易に構成することができる。
【００３２】
なお、プラズマ表面処理装置１の構成としては、上述した実施例に限定されず、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３３】
すなわち、上述した実施例のプラズマ表面処理装置１の構成では、排気筒部３０がノズルヘッド部２１の全周に離間を有して配設されるように構成されるが、かかる排気筒部３０の配置構成はこれに限定されず、例えば、ノズルヘッド部２１の全周だけでなくノズル本体２０の側方を覆うようにして配置されるように構成されてもよい。また、排気筒部３０の形状は、断面円形状に限定されず、ノズルヘッド部２１の形状に応じて適宜変更することができる。
【００３４】
また、上述した実施例のプラズマ表面処理装置１の構成では、ガス吸引口３３がプラズマ噴出口２２の外周に平面視円周状に開口されるが、ガス吸引口３３の位置はプラズマ噴出口２２の外周方向からガスを吸引するように開口されればよく、例えば、プラズマ噴出口２２の外周の一部に開口されてもよく、さらにかかる場合に一カ所又は複数個所に開口されてもよい。
【００３５】
また、図５に示す別実施例のプラズマ表面処理装置１のように、排気筒部３０にワークＳ表面に対して摺動可能な可動筒部３４がさらに設けられてもよい。かかる構成では、ノズルヘッド部２１と排気筒部３０との離間であって、排気筒部３０の内壁面に沿って摺動される可動筒部３４が配設される。可動筒部３４は、断面円形の筒状に形成され、外壁面が排気筒部３０の内壁面に密接摺動可能に当接されている。可動筒部３４は、排気筒部３０の内壁面に固定された環状固定部３５にプリングガイド３６を介して連結されており、プリングガイド３６により排気筒部３０に対して摺動伸縮される。
【００３６】
そして、上述した別実施例のプラズマ表面処理装置１を用いてワークＳに対してプラズマ処理する場合には、可動筒部３４の先端をプリングガイド３６の付勢力に抗してワークＳの表面に押圧させて摺動させた状態で、プラズマ発生ノズル２（プラズマ噴出口２２）をワークＳ表面に近接させてプラズマ励起ガスを照射させる。このように構成することで、可動筒部３４によりプラズマ処理中の生成する有害ガスが周囲に飛散するのを効果的に防止することができる。なお、かかる構成において、可動筒部３４の摺動に連動してプラズマ発生機構やエジェクタ機構４等が自動的に作動切替されるスイッチ機構が設けられてもよい。
【００３７】
また、上述した実施例のプラズマ表面処理装置１の構成では、プラズマ発生機構として高周波放電による構成について説明したが、その他に、パルス放電や交流放電によりプラズマを発生する構成を採用してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１    プラズマ表面処理装置
２    プラズマ発生ノズル
３    ガス回収路
４    エジェクタ機構
２０  ノズル本体
２１  ノズルヘッド部
２２  プラズマ噴出口
２３  処理ガス経路
２４  処理ガス供給装置
３０  排気筒部
３１  排気管
３２  排気管
３３  ガス吸引口
４０  エジェクタ
４１  エアコンプレッサ
【図１】
2014132540.tif 000003
【図２】
2014132540.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014132540.tif 000006
【図５】
2014132540.tif 000007