(57)【要約】【課題】基材に対してプラズマ処理前に洗浄を行う場合に、洗浄時間を削減することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】基材１にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置１０において、前記基材１にプラズマ５を吹き付けるプラズマノズル１４と、前記基材１にエア６を吹き付けるエアノズル１５と、前記プラズマノズル１４及び前記エアノズル１５を一体保持して前記基材１に対して相対移動させる送り部材１６とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記基材にプラズマを吹き付けるプラズマノズルと、
前記基材にエアを吹き付けるエアノズルと、
前記プラズマノズル及び前記エアノズルを一体保持して前記基材に対して相対移動させる送り部材とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記エアノズルより前記基材へ吹き付けられるエアと、前記送り部材を駆動するエアとを供給するエア供給部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記エアノズルは、前記基材に対する相対移動方向の前方に、前記プラズマノズルは、前記基材に対する相対移動方向の後方にそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記プラズマノズル及び前記エアノズルを一体的に前記基材に対して相対移動させながら、前記エアノズルにより前記基材にエアを吹き付け、前記プラズマノズルにより前記基材にプラズマを吹き付けることを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被処理物（以下、基材ともいう）表面の異物や汚れを除去し、かつ被処理物表面の親水性を向上させることによって接着力を高めるために被処理物表面に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置がある。このようなプラズマ処理装置を用いて、被処理物表面をプラズマ処理する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、塗膜形成前の基板上を、大気圧プラズマ装置で大気圧プラズマ処理した後、塗液を塗布する塗膜の形成方法が記載されている。
【０００４】
このようなプラズマ処理技術では、プラズマ処理を施す被処理物表面に少量の汚れが付着している場合であれば、プラズマ処理だけで汚れを落とす洗浄能力を有するが、被処理物表面に多量の汚れが付着している場合、プラズマ処理だけでは汚れを除去しきれず、プラズマ処理による被処理物表面の親水性を向上させる能力も低下してしまう。そのため、プラズマ処理で汚れを除去しきれない場合、図３に示すように、プラズマ処理工程の前工程として被処理物表面を洗浄する洗浄工程を追加して設けることが考えられる。これに関しては、特許文献１の段落００３７においても、洗浄液での洗浄後の基板を大気圧プラズマ処理する旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７９３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようにプラズマ処理工程の前工程として洗浄工程を設けた場合、洗浄工程とプラズマ処理工程との間に被処理物表面に汚れが再付着するリスクが考えられるため、この間における汚れ付着防止の手段を講じる必要があり、工数を増やしてしまうことになる。さらに、プラズマ処理工程の前工程として洗浄工程を別途設け、該洗浄工程とプラズマ処理工程とを２つに分けて順次実行する場合、洗浄工程を別途設けたことにより、余計な費用や時間がかかることになる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基材に対してプラズマ処理前に洗浄を行う場合に、洗浄時間を削減することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法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】
【０００８】
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。
【０００９】
即ち、請求項１においては、
基材にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記基材にプラズマを吹き付けるプラズマノズルと、
前記基材にエアを吹き付けるエアノズルと、
前記プラズマノズル及び前記エアノズルを一体保持して前記基材に対して相対移動させる送り部材とを備えたプラズマ処理装置である。
【００１０】
請求項２においては、
前記エアノズルより前記基材へ吹き付けられるエアと、前記送り部材を駆動するエアとを供給するエア供給部材を備えたプラズマ処理装置である。
【００１１】
請求項３においては、
前記エアノズルは、前記基材に対する相対移動方向の前方に、前記プラズマノズルは、前記基材に対する相対移動方向の後方にそれぞれ配置されたプラズマ処理装置である。
【００１２】
請求項４においては、
請求項３に記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記プラズマノズル及び前記エアノズルを一体的に前記基材に対して相対移動させながら、前記エアノズルにより前記基材にエアを吹き付け、前記プラズマノズルにより前記基材にプラズマを吹き付けるプラズマ処理方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１４】
請求項１においては、基材に対してエアによる洗浄とプラズマ処理を一工程で実現でき、洗浄工程の時間を削減できる。
【００１５】
請求項２においては、ノズル搬送の際の送り部材の駆動源をエアとし、エアの供給源を洗浄エアと同じとすることで、設備の簡素化を実現できる。
【００１６】
請求項３においては、請求項１または請求項２の発明の効果に加え、基材をエアにより洗浄した直後に、基材にプラズマを吹き付けてプラズマ処理をすることができる。
【００１７】
請求項４においては、基材に対してエアによる洗浄とプラズマ処理を一工程で実現でき、洗浄工程の時間を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す模式図。
【図２】本実施形態のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理工程を含む部品の組付工程のフローを示す図。
【図３】従来のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理工程を含む部品の組付工程のフローを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の一実施形態であるプラズマ処理装置１０について図１を用いて説明する。プラズマ処理装置１０は、例えば、被シール面の接着力を高めるために、被シール面に対してプラズマ処理を行い、被シール面の親水性を向上させる際に用いることができる。プラズマ処理装置１０の具体的な適用例については後述する。
【００２０】
本実施形態に係るプラズマ処理装置１０は、基材１にプラズマ５を照射することにより基材１にプラズマ処理を行う装置である。プラズマ処理装置１０は、大気圧（常圧）でプラズマ処理を行う装置である。プラズマ処理装置１０は、図１に示すように、ガス供給手段１１と、高周波電源１２と、反応容器１３と、プラズマノズル１４と、エアノズル１５と、送り部材１６と、エア供給部材１７と、制御手段２０と、を主に備える。
なお、本実施形態においては、図１における上下方向をプラズマ処理装置１０の上下方向とし、図１における右方向をプラズマ処理装置１０の前方とし、基材１に対してプラズマノズル１４及びエアノズル１５が相対移動する方向とする。
【００２１】
基材１は、その表面１ａがプラズマ処理装置１０によりプラズマ処理される被処理物であり、アルミニウム合金製の金属部材である。基材１は、プラズマ処理装置１０によりプラズマ処理されるに際し、プラズマノズル１４及びエアノズル１５の可動範囲の下部の所定位置に搬入して載置されるとともに位置決めされて固定される。基材１は、プラズマ処理にて基材１の表面１ａの表面改質による親水性向上やクリーニングがなされるものである。
なお、基材１は、その材質をアルミニウム合金等の金属部材に特に限定するものではなく、他の金属や合金、樹脂部材等であってもよい。
【００２２】
ガス供給手段１１は、プラズマ処理に必要なプラズマ処理用のガス（以下、処理ガスという）を生成し、反応容器１３に供給する手段である。
なお、前記処理ガスは、アルゴンガス、酸素、空気、窒素、ヘリウムガス、フッ素系ガス、アンモニア等から選ばれる１種以上のガスであって、単独または混合したガスを用いることができるが、特に限定するものではない。また、前記処理ガスとしては、例えば、アルゴンガスと酸素を混合してアルゴンガスを主体とした混合ガスを用いることができる。
【００２３】
高周波電源１２は、反応容器１３が有する図示せぬ電圧印加手段に高周波電圧を印加するための電源である。
【００２４】
反応容器１３は、その内部に処理ガスに電圧を印加する対向電極等の電圧印加手段（図示せず）を備え、該電圧印加手段に高周波電源１２から所定の周波数の高周波電圧を印加できるように構成される。反応容器１３は、反応容器１３の一端を介して前記ガス供給手段１１から処理ガスが供給できるように構成される。こうして、反応容器１３においては、ガス供給手段１１から処理ガスが供給され、該処理ガスに電圧印加手段により高周波電圧が印加されることで、処理ガスを反応させてプラズマ５が生成される。該プラズマ５は、大気圧雰囲気下で反応容器１３他端に設けたプラズマノズル１４から所定方向（本実施形態では、下方）に噴出させることで、プラズマノズル１４に対向する基材１の表面１ａにプラズマ５が吹き付けられて、該表面１ａがプラズマ処理される。
なお、本発明に係るプラズマ処理は、本実施形態の如く大気圧（常圧）プラズマ処理に限らず、減圧（真空）プラズマ処理により行うこともできる。これは、真空に排気した反応容器に、アルゴンガス等の処理ガスを導入し、反応容器内に設けた対向電極等の電圧印加手段に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマを吹き出してプラズマ処理を行うものである。
【００２５】
プラズマノズル１４は、基材１にプラズマ５を吹き付けるノズルである。具体的には、プラズマノズル１４は、角筒形状であり、反応容器１３の下端に配設され、該反応容器１３内で生成したプラズマ５を下端開口から所定方向（本実施形態では、下方）に吹き付けるためのノズルである。プラズマノズル１４は、基材１へのプラズマ５照射の際において、所定間隔を有して基材１の上方に配置される。
【００２６】
エアノズル１５は、基材１にエア６を吹き付けるノズルである。具体的には、エアノズル１５は、下方に向かうに従って漸次拡径するテーパ状筒部であり、エアノズル１５にエア６を供給するエア分岐部材１９の下端に配設され、該エア分岐部材１９を介して供給されるエア６を下端開口から所定方向（本実施形態では、前方斜め下方向）に吹き付けるためのノズルである。エアノズル１５は、基材１へのエア６噴射の際において、所定間隔を有して基材１の上方に配置される。エアノズル１５から吹き付けるエア６としては、所定の高圧エアー（本実施形態では、０．５ＭＰａ程度）を用いると好適な洗浄効果を得ることができる。
【００２７】
エアノズル１５は、基材１に対する相対移動方向の前方に、プラズマノズル１４は、基材１に対する相対移動方向の後方にそれぞれ配置されている。すなわち、エアノズル１５は、プラズマノズル１４の前側に隣接して配置されている。エアノズル１５から吹き付けるエア６の吹き付け方向は、本実施形態のようにエアノズル１５から前方斜め下方向であることが好ましい。このように、エアノズル１５から吹き付けるエア６の吹き付け方向をエアノズル１５から前方斜め下方向にすることにより、基材１の表面１ａに付着した汚れを前方や左右斜め前方向に吹き飛ばして除去し、エアノズル１５より後方でプラズマ５吹き付け面となる基材１の表面１ａに汚れを飛散させない効果がある。
【００２８】
送り部材１６は、図１に示すように、プラズマノズル１４及びエアノズル１５を一体保持して基材１に対して相対移動させる手段である。すなわち、送り部材１６は、プラズマノズル１４及びエアノズル１５を一体保持して基材１に対して前後方向に移動及び位置決め可能な送り手段である。送り部材１６は、支持案内部材１６ａと、移動部材１６ｂと、保持部１６ｃと、送り部材駆動手段２３と、エア供給部材１７とから主に構成される。支持案内部材１６ａは、前後方向に延設され、移動部材１６ｂを支持案内部材１６ａの下部において前後方向に案内して移動自在に支持するための部材である。移動部材１６ｂは、支持案内部材１６ａの下部に支持され、支持案内部材１６ａに対して前後方向に移動及び位置決め可能な部材である。保持部１６ｃは、移動部材１６ｂの下部に配置され、反応容器１３を介してプラズマノズル１４及びエア分岐部材１９を介してエアノズル１５を一体保持している。送り部材駆動手段２３は、移動部材１６ｂ内の前部に配置される送り部材１６を前方に駆動するための駆動手段であり、該送り部材駆動手段２３にエア６が供給されることで送り部材１６を前方に進めるための送り動力を得ることができるものである。本実施形態では送り部材駆動手段２３として、エアモータが用いられる。
【００２９】
エア供給部材１７は、エアノズル１５より基材１へ吹き付けられるエア６と、送り部材１６を駆動するエア６とを供給する手段である。エア供給部材１７は、エア供給主部材１８、エア分岐部材１９、エア供給部２１から構成される。エア供給主部材１８は、エア供給部２１の一端から移動部材１６ｂの内部に亘って、相対移動方向に延出される配管である。エア供給主部材１８は、移動部材１６ｂを所定方向（本実施形態では、前方）に移動させる際に送り動力を得るためにエア６が供給される配管であり、エア供給主部材１８の前部に送り部材駆動手段２３（本実施形態では、エアモータ）が接続されている。エア分岐部材１９は、エア供給主部材１８の略中央部から下方に分岐される配管であり、エア供給主部材１８及びエアノズル１５のそれぞれに連通して接続される。エア供給部２１は、エア供給主部材１８にエア６を供給するためのエア供給手段である。このように、本実施形態では、エア供給部２１から延出される１系統の配管であるエア供給主部材１８を図１に示す点線丸印部分の分岐部２２において２系統へ分岐し、分岐された一方の配管であるエア供給主部材１８の前側部分を送り部材１６の動力用（送り部材駆動手段２３であるエアモータの駆動用）のエア供給配管とし、分岐された他方の配管であるエア分岐部材１９をエアノズル１５から吹き出すエア６用のエア供給配管とし、エア供給部２１側（一次側）を一つに集約して構成している。エア供給部２１により、該エア供給部２１に接続されたエア供給主部材１８に所定のエア圧のエア６を供給することで、分岐部２２からエア供給主部材１８の前側部分に供給されたエア６は、移動部材１６ｂ内の前部のエアモータを駆動して移動部材１６ｂを前方に送り出し、一方、分岐部２２から下側のエア分岐部材１９に供給されたエア６は、エアノズル１５を介して前方斜め下方向に吹き出すエア６となる。この際、当該移動部材１６ｂが前方に送り出されるのに伴ってプラズマノズル１４及びエアノズル１５が一体的に前方に送り出される。エア供給部２１は、制御手段２０によりエア圧及びエア供給量が制御される。制御手段２０は、エア供給部２１を制御して、プラズマノズル１４及びエアノズル１５を基材１に対して一体的に前後方向に移動及び位置決めすることが可能である。
なお、本実施形態では、基材１に対してプラズマノズル１４及びエアノズル１５を相対移動させる移動手段として、プラズマノズル１４及びエアノズル１５を一体的に具備した送り部材１６を用いたが、特に限定するものではない。例えば、基材１を搬送する搬送手段を移動手段とし、プラズマノズル１４及びエアノズル１５は固定位置とした構成とすることもできる。また、基材１と、プラズマノズル１４及びエアノズル１５とをそれぞれ移動させる手段を設けてもよい。
また、本実施形態では、送り部材１６の送り動力としてエアを利用したものであるが、特に限定するものではない。もちろん、送り部材を電動で駆動させることも可能である。
【００３０】
制御手段２０は、プラズマ処理装置１０の各部を制御するための制御プログラム等の種々のプログラムを格納することができ、これらのプログラムを展開して実行することができる。制御手段２０は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで相互に接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。本実施形態の制御手段２０は、パーソナルコンピュータに上記プログラムを格納したものである。制御手段２０は、予め記憶された制御プログラム等に基づいて、プラズマノズル１４及びエアノズル１５の移動手段としての送り部材１６、高周波電源１２、エア供給部２１、及び反応容器１３へのガス供給を制御するガス供給手段１１を動作制御することができる。
【００３１】
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０の具体的な適用例を、図２を用いて説明する。後述する適用例では、図２に示すように、エンジン用部品の加工工程後におけるエンジン部品の組付工程として、エンジンのシール構造を形成する際に、基材１のシール面を予めプラズマ処理した後、当該基材１のシール面にＦＩＰＧ（Ｆｏｒｍｅｄ  Ｉｎ  Ｐｌａｃｅ  Ｇａｓｋｅｔ）を塗布し、該ＦＩＰＧを介して部品（ワーク）を組付ける。この組付工程におけるプラズマ処理工程に、プラズマ処理装置１０を導入した例を説明する。
【００３２】
（適用例）
一般的に、エンジンにおけるエンジンオイル漏れの原因の一つとして、シール面のＦＩＰＧ（シール材）接着不良がある。これは、シール面の親水性が不足していることが原因と考えられ、この対策としてシール面の親水性を向上させるプラズマ処理を行う方法がある。このプラズマ処理においては、少量のエンジンオイル等の汚れであれば、これを除去する洗浄能力を有するが、飛散等の影響で滴下した多量のエンジンオイル等の汚れがシール面に付着した場合では、汚れを除去しきれず且つ親水性の向上能力も低下してしまう。そのため、現状、図３に示すように従来のプラズマ処理装置を用いた場合は、プラズマ処理工程の前に手拭き洗浄工程を設けている。また、手拭き洗浄工程とプラズマ処理工程間において汚れが付着するリスクがあるため、汚れ付着防止手段（例えば、汚れ付着防止のためのカバー等）を用いている。このように従来のプラズマ処理装置を用いた場合は、手拭き洗浄工程や汚れ防止手段が必要であった。本適用例では、従来のプラズマ処理装置の代わりに、本実施形態のプラズマ処理装置１０を導入した例について説明する。
【００３３】
プラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理工程を含む組付工程において、図示しない部品（ワーク）の基材１への組み付けが、以下のように行われる。
【００３４】
組付工程は、図２に示すように、プラズマ処理工程、ＦＩＰＧ塗布工程、部品組付工程から構成される。組付工程では、先ず、プラズマ処理工程として基材１の表面１ａのシール面、すなわちＦＩＰＧの塗布面となる部分を、プラズマ処理する。このプラズマ処理は、大気中・大気圧付近で行う表面改質のための親水性向上処理である。この処理を行うことにより、その表面１ａの親水性や接着性を向上させ、この後にＦＩＰＧ塗布工程としてＦＩＰＧを基材１の表面１ａのシール面に塗布して、ＦＩＰＧを基材１の表面１ａのシール面に強固に接着させることができる。
【００３５】
プラズマ処理工程は、プラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理工程である。プラズマ処理工程では、プラズマ処理装置１０により基材１をプラズマ処理するに際し、先ず、基材１がプラズマノズル１４及びエアノズル１５の可動範囲の下部の所定位置に搬入されるとともに位置決めされて固定される。その後、プラズマ処理工程では、プラズマノズル１４及びエアノズル１５を送り部材１６により一体的に基材１に対して相対移動させながら（送り工程）、エアノズル１５により基材１の表面１ａにエア６を吹き付けて洗浄し（エア洗浄工程）、プラズマノズル１４により基材１の表面１ａにプラズマ５を吹き付けてプラズマ処理する（プラズマ吹付工程）。
【００３６】
前記エア洗浄工程では、送り部材１６によりエアノズル１５を基材１に対して相対移動方向前方（図１では、右方向）に相対移動させながら（送り工程）、該エアノズル１５からエア６を前方斜め下方向に吹き付けて、該エアノズル１５に対向する基材１の表面１ａの汚れ（例えば、図１に示すエンジンオイル）を吹き飛ばして洗浄する。
【００３７】
前記プラズマ吹付工程では、送り部材１６によりプラズマノズル１４を基材１に対して相対移動方向前方（図１では、右方向）に相対移動させながら（送り工程）、該プラズマノズル１４からプラズマ５を大気圧雰囲気下で下方に吹き付けて、該プラズマノズル１４に対向する基材１の表面１ａにプラズマ５を照射し、該表面１ａをプラズマ処理する。以上でプラズマ処理工程が終了し、ＦＩＰＧ塗布工程に進む。
【００３８】
ＦＩＰＧ塗布工程は、プラズマ処理工程によりプラズマ処理された基材１の表面１ａのシール面に対して、図示せぬＦＩＰＧ塗布手段により所定量のＦＩＰＧを塗布する工程である。ＦＩＰＧ塗布工程終了後、部品組付工程に進む。
【００３９】
部品組付工程は、ＦＩＰＧ塗布工程によりＦＩＰＧが塗布された基材１の表面１ａのシール面に、ＦＩＰＧを介して図示せぬ部品を接着固定し、部品を組み付ける工程である。こうして、部品組付工程によりエンジン用部品が組み付けられて、組付工程が終了する。
【００４０】
本適用例のように、プラズマノズル１４の前側にエアノズル１５を設け、基材１に対して相対移動可能に構成することで、図３に示した従来のプラズマ処理装置を用いた工程のように洗浄工程とプラズマ処理工程とを個別に行う必要がなく、洗浄工程とプラズマ処理工程とを集約して一工程で実行でき、従来の工程にあった洗浄工程とプラズマ処理工程間のタイムラグもなくすことができる。また、従来のプラズマ処理工程を行う際に必要であった、手拭き洗浄工程及び汚れ付着防止手段を廃止することができる。
【００４１】
本実施形態に係るプラズマ処理装置１０及び該プラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理方法によれば、基材１に対してエア６による洗浄とプラズマ処理を一工程で実現でき、従来のプラズマ処理装置を使用する場合に必要であった洗浄工程（手拭き洗浄）を省略でき、該洗浄工程の時間を削減できる。
【００４２】
本実施形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、プラズマノズル１４及びエアノズル１５を一体的に搬送する際の送り部材１６の駆動源をエア６とし、エア６の供給源をエアノズル１５に供給する洗浄用エア６と同じとするエア供給部材１７を備えたことで、設備の簡素化を実現できる。また、送り部材１６の駆動源として、エアのみを用いて電気を使用しないため、安価な設備で送り部材１６の搬送機構を構成することができ、装置のランニングコストも削減することができる。
【００４３】
本実施形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、エアノズル１５を基材１に対する相対移動方向の前方に、かつプラズマノズル１４を基材１に対する相対移動方向の後方にそれぞれ配置したことで、基材１をエア６により洗浄処理した直後に、基材１にプラズマ５を吹き付けてプラズマ処理をすることができる。これにより、洗浄処理とプラズマ処理間で汚れが再付着することを防ぐことができる。
【００４４】
本発明によれば、プラズマノズルの前方にエアノズルを追加することで多量の汚れの荒処理を行い、プラズマ処理可能なレベルに汚れを取り除く処理することが可能となり、従来必要であったプラズマ処理工程の前工程である洗浄工程（手拭き洗浄工程等）を廃止することができ、簡素化された装置構成を提供できる。また、本発明では、エアノズル追加に伴うコストアップを最小限に抑える構成として、電気を使用せずエアのみを用いて、汚れを飛ばすためのエアブローとして機能するエアノズルと、ノズル送り装置として機能する送り部材とを合わせて可動させ、且つエアを装置の２次側で２系統に分岐することで１次側エアを一つに集約した装置構成を提供できる。
【符号の説明】
【００４５】
１    基材
５    プラズマ
６    エア
１０  プラズマ処理装置
１４  プラズマノズル
１５  エアノズル
１６  送り部材
１７  エア供給部材
【図１】
2014107010.tif 000003
【図２】
2014107010.tif 000004
【図３】
2014107010.tif 000005