(57)【要約】      （修正有）【課題】被処理物体の表面を親水性処理する表面改質装置の提供。【解決手段】電極１１０Ａ及び１１０Ｂは、互いに対峙する面に各々一連の溝部１１を有する。電極１１０Ａ及び１１０Ｂと、プラズマを発生させるガスの流路２０２を有する絶縁物から成る治具２０とを組み合わせて開口部１０１を形成する。電極１１０Ａ及び１１０Ｂに交流電位を印加すると、陰極側となった電極の溝部１１にホローカソードプラズマが発生し、プラズマを発生させるガスの流れと共に図面上方に位置する被処理物体に照射される。被処理物体の形状に合わせて、開口部１０１の形状を設計する。【選択図】図５
2006302653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の表面を改質する装置において、
空洞の外殻部を形成する中空の筒状の金属製の外導体と、
少なくとも一部が前記外導体の内部に配置された、前記外導体と同軸の筒状の絶縁体と、
一部が前記絶縁体の内部に配置され、前記外導体と導通された、前記外導体と同軸の筒状の金属製のプラズマ材料ガス導入管と、
前記外導体の内部でかつ前記絶縁体の外周に配置され、前記空洞へ前記マイクロ波を放射する、前記外導体と同軸のループを有する同軸結合アンテナと、
前記絶縁体の内部でかつ前記プラズマ材料ガス導入管のガス吹き出し口の前方に配置された金属製の放電アンテナと
を有し、
前記絶縁体の前方開口端から前記物体に対して大気圧プラズマを放出することにより、前記物体の表面を改質することを特徴とする改質装置。
【請求項２】
前記外導体の前部は、
前記絶縁体を貫通させる貫通口を軸上に有する略円錐台形の側壁部から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の改質装置。
【請求項３】
前記同軸結合アンテナの前記ループは、
前記空洞の軸方向の全長の３等分点上に配置されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の改質装置。
【請求項４】
前記放電アンテナは、前記大気圧プラズマを放出する向きに突き出した突起を有し、
前記突起は、前記絶縁体の軸上に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の改質装置。
【請求項５】
前記放電アンテナは、螺旋状のフィラメントであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の改質装置。
【請求項６】
前記放電アンテナは、トリウムが混合されたタングステンから成ることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の改質装置。
【請求項７】
前記同軸結合アンテナは、同軸ケーブルによって給電されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の改質装置。
【請求項８】
前記プラズマ材料ガス導入管は、軸方向の位置が調節可能な可変機構を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の改質装置。
【請求項９】
物体の表面を改質する装置において、
所望の形状の開口部を形成するように、間隙を挟んで用いられる２つの電極を有し、
少なくとも片方の前記電極の前記間隙に面する部分に、少なくとも１箇所の凹部が形成されており、
前記開口部とは逆側から前記間隙にプラズマを発生させるガスを注入することで、前記凹部においてホローカソード放電によるプラズマを発生可能とし、前記開口部からプラズマを前記物体に対して放出可能としたことを特徴とする改質装置。
【請求項１０】
物体の表面を改質する装置において、
所望の形状の開口部を形成するように、間隙を挟んで用いられる２つの電極を有し、
少なくとも片方の前記電極の前記間隙に面する部分に、前記開口部の形状に対応した一連の溝部が形成されており、
前記開口部とは逆側から前記間隙にプラズマを発生させるガスを注入することで、前記溝部においてホローカソード放電によるプラズマを発生可能とし、前記開口部の形状の範囲にプラズマを前記物体に対して放出可能としたことを特徴とする改質装置。
【請求項１１】
前記プラズマを発生させるガスは、窒素、酸素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、大気の少なくとも１種から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧プラズマ源から発生されるイオンやラジカルを用いた表面改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマを用いて物質の表面を処理する装置として、下記特許文献１、２が知られている。この装置は、電極間でプラズマを発生させて、プラズマをガス流に乗せて外部に出力して、物体の表面に照射する装置である。また、眼用レンズの表面改質方法として、下記特許文献３に記載の方法が知られている。この装置では、電極間にガスを導入すると共に、この電極間に１０ｋＶ〜２０ｋＶで、２０〜３０ｋＨｚの電圧を印加して、プラズマを発生させるものである。
【０００３】
【特許文献１】特公平１−４２７４３号公報
【特許文献２】特開平５−２３５７８号公報
【特許文献３】特許第３４９４９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、これらの装置においては、単に、平行に置かれた電極に交流高圧の電圧を印加する方式であるので、大気圧状態において、安定してプラズマを発生することが困難であり、大気圧プラズマの発生効率が悪く、所望量のラジカルを被対象物に照射することができず、表面改質の効果が大きくはなかった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、大気圧プラズマの発生効率を向上させることにより、被処理物体に対してイオン、ラジカルを高濃度で照射できるようにすることである。
また、改質装置自体を小型化することで、プラズマ照射トーチの姿勢や位置制御を容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、物体の表面を改質する装置において、空洞の外殻部を形成する中空の筒状の金属製の外導体と、少なくとも一部が上記の外導体の内部に配置された、外導体と同軸の筒状の絶縁体と、一部が上記の絶縁体の内部に配置され、外導体と導通された、外導体と同軸の筒状の金属製のプラズマ材料ガス導入管と、外導体の内部でかつ上記の絶縁体の外周に配置され、空洞へマイクロ波を放射する、外導体と同軸のループを有する同軸結合アンテナと、上記の絶縁体の内部でかつプラズマ材料ガス導入管のガス吹き出し口の前方に配置された金属製の放電アンテナとを備え、これにより、上記の絶縁体の前方開口端から大気圧プラズマを物体に対して放出するようにしたことを特徴とする改質装置である。
【０００７】
ただし、上記の絶縁体としては、例えば、石英、石英ガラス、セラミックスなどを用いることができる。
以下、本明細書においては、上記の大気圧プラズマが放出される側を本発明のプラズマ発生装置の前方とする。したがって、上記のプラズマ材料ガス導入管においてプラズマ材料ガスが導入される導入口は、本発明の改質装置の後方に位置する。
【０００８】
また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、上記の絶縁体を貫通させる貫通口を軸上に有する略円錐台形の側壁部から、上記の外導体の前部を形成することである。
【０００９】
また、本発明の第３の手段は、上記の第１または第２の手段において、上記の空洞の軸方向の全長の３等分点上に、上記の同軸結合アンテナのループを配置することである。ただし、この３等分点は上記の全長の内分点とする。
【００１０】
この内分点は２点存在するが、何れか一方に上記の同軸結合アンテナのループを配置しても良いし、両方の３等分点上に上記の同軸結合アンテナを配置しても良い。ただし、両方の３等分点上に上記の同軸結合アンテナを配置する場合、双方のマイクロ波の位相をπ／２ずらさなくてはならないので、遅延回路が必要となる。したがって、構造の簡易化や小型化や軽量化などの点では、上記の同軸結合アンテナは１カ所に設けることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段において、大気圧プラズマを放出する向きに突き出した突起を上記の放電アンテナに設け、かつ、この突起を上記の絶縁体の軸上に配置することである。
【００１２】
また、本発明の第５の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段において、放電アンテナは、螺旋状のフィラメントであることを特徴とする改質装置である。
また、本発明の第６の手段は、上記の第１乃至第５の何れか１つの手段において、放電アンテナは、トリウムが混合されたタングステンから成ることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第７の手段は、上記の第１乃至第６の何れか１つの手段において、同軸ケーブルによって上記の同軸結合アンテナに給電するようにしたことである。
【００１４】
また、本発明の第８の手段は、上記の第１乃至第７の何れか１つの手段において、上記のプラズマ材料ガス導入管に、その軸方向の位置が調節可能な可変機構を設けることである。
【００１５】
また、本発明の第９の手段は、物体の表面を改質する装置であって、所望の形状の開口部を形成するように、間隙を挟んで用いられる２つの電極を有し、少なくとも片方の電極の間隙に面する部分に、少なくとも１箇所の凹部が形成されており、開口部とは逆側から間隙にプラズマを発生させるガスを注入することで、凹部においてホローカソード放電によるプラズマを発生可能とし、開口部からプラズマを物体に対して放出可能としたことを特徴とする改質装置である。
【００１６】
また、本発明の第１０の手段は、物体の表面を改質する装置であって、所望の形状の開口部を形成するように、間隙を挟んで用いられる２つの電極を有し、少なくとも片方の電極の間隙に面する部分に、開口部の形状に対応した一連の溝部が形成されており、開口部とは逆側から間隙にプラズマを発生させるガスを注入することで、溝部においてホローカソード放電によるプラズマを発生可能とし、開口部の形状の範囲にプラズマを物体に対して放出可能としたことを特徴とする改質装置である。
また、本発明の第１１の手段は、プラズマを発生させるガスは、窒素、酸素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、大気の少なくとも１種から成ることを特徴とする改質装置である。
【発明の効果】
【００１７】
以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、マイクロ波により上記の空洞内に高電界が発生し、上記の放電アンテナに電界が集中するので、プラズマ材料ガス導入管から導入されたプラズマ材料ガスは、効率よくプラズマ状態となる。この時、プラズマ材料ガス導入管や上記の絶縁体の管内は何れも略大気圧であるので、プラズマ材料ガスの注入流量を最適化することにより、本装置の前方に純度の良好なプラズマガスを放出することができる。同軸結合アンテナを用いたので、導波管を用いることなく、同軸ケーブルを用いて同軸結合アンテナに、マイクロ波を供給することができるので、装置を小型に構成することができる。この構成により、物体に対して、プラズマ、イオン、ラジカルを、効率良く照射することができ、物体の表面を改質することが可能となる。特に、コンタクトレンズに対して親水性処理をするのに効果がある。すなわち、ＯＨ、ＣＯＯＨ、ＮＨ2 、ＣＯ、ＳＯ3Ｈ基などに分解できるガスを用いることで、親水性基を被処理物質の表面原子に結合させて親水性処理を行うことができる。一般的には、酸素、窒素、イオンなどの原子を含む基は、親水性基となることができる。純水をバブリングした水素、窒素、不活性ガスなどのキャリアガスを用いることで、ＯＨ基を物質の表面に形成することができる。また、過酸化水素水などの殺菌作用を有する液体にプラズマ源となるガスを接触させるか、殺菌性作用を有するガスをプラズマ中に流すようにしても良い。この場合には、コンタクトレンズの表面が殺菌されることになる。
逆に、フッ素や塩素を含むガスを含むガスを用いることで、物質表面を撥水性処理したり、表面を加工することができる。
【００１８】
また、本発明の第２の手段によれば、上記の貫通口付近に電界が良好に集中するので、上記の放電アンテナに、より効率良く電界が集中する。このため、プラズマ発生のために消費される電力を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の第３の手段によれば、軸方向の装置の全長を短く確保しつつ、効率良くマイクロ波を放電アンテナへ供給することができる。したがって、本発明の第３の手段によれば、装置の小型化と省電力化の双方を合理的に両立させることができる。
【００２０】
また、本発明の第４の手段によれば、プラズマが発生する向きとプラズマを放出させるべき向きとが一致するので、生成されたプラズマの消滅、減衰などの無駄を極力排除しつつ即座に放出することができる。また、第５の手段によれば、放電アンテナを螺旋状のフィラメントとしたことから、この部分にマイクロ波を集中させて、プラズマを容易に発生させることができる。また、第６の手段によれば、放電アンテナを、トリウムが混合されたタングステンにより構成したので、マイクロ波による加熱により電子が放出され易くなるので、この部分に容易にプラズマを発生させることができる。
【００２１】
同軸ケーブルは、柔軟性があり小型にまとめることもでき、取り扱いが便利である。したがって、本発明の第７の手段によれば、装置に対して同軸ケーブルでマイクロ波を入力することが可能となり、取り扱いが容易でかつ、導波管などでマイクロ波を導入する場合よりも遥かにコンパクトな装置を構成することができる。同軸結合アンテナにより容易にマイクロ波を空洞に供給することができる。  また、Ｎ型同軸コネクタなどを利用すれば、着脱操作も容易となり、更に、これらの部品は規格化されたり市販されたりしているので、装置の設計や製造も簡単になる。
【００２２】
また、本発明の第８の手段によれば、上記のプラズマ材料ガス導入管の軸方向の位置を調整することによって、上記の同軸結合アンテナの空洞に対するマイクロ波の反射率を最小化することができる。
通常、プラズマが発生している場合とそうでない場合とでは、空洞と同軸結合アンテナとの間のインピーダンスマッチングの最適条件は異なる。しかしながら、上記の可変機構を随時利用すれば、容易にインピーダンス整合の最適化を図ることができるため、常時、電力の使用効率の高い改質装置を実現することも可能となる。
【００２３】
また、第９、１０の手段によれば、電極を直流電源または交流電源に接続すると、負電位の印加された電極側の凹部又は溝部にホローカソード放電が生じ、当該凹部又は溝部に高密度のプラズマが発生する。本発明は当該プラズマがガス流に沿って放出され、開口部の形状で照射されるものである。このように本願発明により、２つの電極の間隙を所望の形状とすることで、微小な又は特殊な形状の領域に、プラズマを特に効率良く照射することが容易に達成できる。この際、直流電源を用いる場合は陰極側に、交流電源を用いる場合は少なくとも一方に、望ましくは両方に、凹部又は一連の溝部を形成すると良い。尚、本発明のプラズマ発生装置をプラズマを用いた処理装置又は加工装置の一部として組み込むことも本願発明に包含される。この構成により、物体に対して、プラズマ、イオン、ラジカルを、効率良く照射することができ、物体の表面を改質することが可能となる。特に、コンタクトレンズに対して親水性処理をするのに効果がある。すなわち、ＯＨ、ＣＯＯＨ、ＮＨ2 、ＣＯ、ＳＯ3Ｈ基などに分解できるガスを用いることで、親水性基を被処理物質の表面原子に結合させて親水性処理を行うことができる。一般的には、酸素、窒素、イオンなどの原子を含む基は、親水性基となることができる。純水をバブリングした水素、窒素、不活性ガスなどのキャリアガスを用いることで、ＯＨ基を物質の表面に形成することができる。また、過酸化水素水などの殺菌作用を有する液体にプラズマ源となるガスを接触させるか、殺菌性作用を有するガスをプラズマ中に流すようにしても良い。この場合には、コンタクトレンズの表面が殺菌されることになる。逆に、フッ素や塩素を含むガスを含むガスを用いることで、物質表面を撥水性処理したり、表面を加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
【００２５】
表面を改質する物体としては任意であり、例えば、眼用レンズ、コンタクトレンズ、眼鏡レンズ、光学レンズなどである。眼用レンズ、コンタクトレンズには、シリコン含有含水性ソフトコンタクトレンズ、シリコン含有非含水性ソフトコンタクトレンズ、シリコン含有ガス透過性ハードコンタクトレンズ、エチルメタクリレートを主成分としたポリマーから成る眼内レンズ等を挙げることができる。改質は表面に親水性基を形成して、表面を親水性処理することや、フッ素ラジカルを用いたプラズマＣＶＭ（Chemical Vaporization Machining)法により表面を物体の表面原子と化学反応させて揮発性のフッ化物に変えて蒸発させることで、表面を加工することや、洗浄処理することを意味する。
本発明は絶縁体の前方開口端付近においてプラズマを発生させ、開口端の開口部付近に配置された非処理物体に当該プラズマを照射させるので、他の大きなプラズマ発生領域は必要ではない。開口部の形状は、非処理物体に合わせて形成すれば良い。開口部は物体の表面形状に合せて、線状や、曲線状のスリットに形成するのが良い。勿論、円形であってもかまわない。放電アンテナやプラズマガス導入管は、ステンレス、モリブデン、タンタル、ニッケル、銅、タングステン、又は、これらの合金などを使用することができる。絶縁体の前方開口端の長さは、ガスの流路方向に２０〜５０ｍｍ程度の長さとするのが望ましい。開口部を線状とする場合に、円形から線状への形状変化を滑らかに行うことができる。プラズマを発生させるためのガスは、大気圧で、空気、酸素、例えばＨｅ、Ｎｅ、Ａｒその他の希ガス、窒素、水素などを用いることができる。ガスの流速、供給量、或いは真空度は任意に設定できる。
【００２６】
また、絶縁体の前方開口端と物体との距離は、ガスの流速とも関係するが、２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲が望ましい。さらに望ましくは、３ｍｍ〜１２ｍｍであり、最も望ましくは、４ｍｍ〜８ｍｍである。要するに、物体の表面において、親水性処理をするのであれば、親水性ラジカルの密度が最も高く、電子密度が最も低くなるような距離に、表面をＣＶＭ加工するのであればフッ素ラジカルの密度が最も高く、電子密度が最も低くなるような距離に、設定するのが良い。これにより、基板に対するチャージアップ損傷を防止でき、最も、効率の良い親水性処理や、研削加工が可能となる。
【００２７】
また、電極の酸化防止には、窒素やＡｒ、又は、還元作用のある水素を含むガスを用いると良い。また、複数種類のプラズマを発生させることで、物体表面の構成原子だけに反応し、他の原子には反応しないようにすることが可能である。物体へのプラズマの照射部分から反応後のガスを吸引しておくのが望ましい。これにより物体と反応した分子が他の領域に付着することが防止される。さらに、プラズマの温度と密度をレーザ光の吸収分光分析などを用いて測定し、所定の温度と密度になるように、印加電圧の大きさ、パルス印加であれば、デューティ比、照射時間、ガス流速などをフィードバック制御することが望ましい。これにより、品質の高い親水性処理や研削加工の短縮を実現することができる。
【００２８】
また、絶縁体の前方開口端の開放部の形状を直線状に形成したとして、開口部の幅と長さを適正に設定することにより、物体の全体や所望の領域にのみプラズマを照射することが可能となる。さらに、ガスを冷却しておいて、本装置に供給してプラズマ化するのが望ましい。これにより、プラズマの温度が上昇することが防止され、被処理物体に対する影響、たとえば、ソフトコンタクトレンズへの損傷を防止することが可能となる。この改質装置は、ガスを通過させる筒状の胴体部分とその先端に設けられた開口端とから成るので、非常に小型にすることができると共に、ガスの供給方向とプラズマの吹き出し方向や、吹き出しプラズマの形状などを任意に自由に設計することができる。よって、これらのプラズマを吹き出す開口部を複数設け、それぞれに、任意の方向からガスを供給させることも可能となる。したがって、物体における所望部分にのみプラズマを高密度で照射することが可能となると共に、狭い空間であっても、本改質装置を有効に取り付けることが可能となる。圧力は大気圧が望ましく、大気圧プラズマを形成するのが望ましい。
【００２９】
また、他の表面改質装置としては、上記のことの他に、以下のことがいえる。開口部を形成するためには、２つの電極と、それを固定するための絶縁体から成る治具が必要である。当該絶縁体にガス流路を設け、当該ガス流路の終端に２つの電極を配設することが最も簡単な構成となる。例えば矩形形状（ストライプ状）の開口部を形成するためには、２つの電極の互いに対峙する面と、絶縁体から成る治具により４辺（面）を形成すると良い。ガス流路を有する絶縁体から成る治具は、１個で構成しても、複数個の部品を組み合わせて構成しても良い。
【００３０】
電極の材料としては、ステンレス、モリブデン、タンタル、ニッケル、銅、タングステン、又は、これらの合金などを使用することができる。ホローカソード放電を生じせしめる凹部を形成する面は、ガスの流路方向に１〜３０ｍｍ程度の厚さとするのが望ましい。厚くすることで、凹部を多段に形成することができ、ガスの流速を向上させてプラズマの生成密度を向上させることができる。ホローカソード放電を生じせしめる凹部は、例えば幅及び深さを１ｍｍ以下、０．５ｍｍ程度とすると良い。凹部はドット状に不連続に形成されても、溝状に連続して形成されても良いが、連続していた方が望ましい。凹部の形状は、円柱面状、半球面状、角柱面状、角錐状、その他任意に形成できる。
【００３１】
ガスの種類は上述した通りである。ガスの流速、供給量、或いは真空度は任意に設定できる。また、本発明は高周波によりプラズマを発生させるものではなく、電極に接続する電源は、直流、交流、その他任意であって、周波数に制限はない。
【００３２】
また、開口部と被処理物体との距離は、ガスの流速とも関係するが、２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲が望ましい。さらに望ましくは、３ｍｍ〜１２ｍｍであり、最も望ましくは、４ｍｍ〜８ｍｍである。要するに、物体の表面において酸素ラジカルの密度が最も高く、電子密度が最も低くなるような距離に設定するのが良い。これにより、物体の対するチャージアップ損傷を防止でき、最も、効率の良い洗浄が可能となる。
【００３３】
この改質装置は、ガスを通過させる筒状の胴体部分とその先端に設けられた対向電極を形成する開口部とから成るので、非常に小型にすることができると共に、ガスの供給方向とプラズマの吹き出し方向や、吹き出しプラズマの形状などを任意に自由に設計することができる。よって、これらのプラズマを吹き出す開口部を複数設け、それぞに、任意の方向からガスを供給させることも可能となる。したがって、物体の所望領域にのみプラズマを高密度で照射することが可能となると共に、狭い空間であっても、有効に本改質装置を有効に取り付けることが可能となる。
【００３４】
この他の特徴は、上記の改質装置における説明と同様である。
【００３５】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３６】
本実施例では、表面を改質する物体をコンタクトレンズとし、改質装置をコンタクトレンズの親水性処理を行う装置としている。
図１−Ａは、本実施例１の改質装置１０の軸上の断面図である。この改質装置１０は、セラミックスからなる高耐熱性の絶縁体４の前方開口端４ａからプラズマを出射するものである。先端が窄んだ略円筒形の金属製の外導体２は、同軸空洞Ｒの外殻部を形成している。外導体２、絶縁体４、及び金属製のプラズマ材料ガス導入管１は、何れも筒状に形成されて互いに同軸となる様に配置されており、この軸周辺に絶縁体４とプラズマ材料ガス導入管１が位置している。外導体２とプラズマ材料ガス導入管１とは、可変機構６付近で電気的に接続（導通）されている。
【００３７】
プラズマ材料ガス導入管１の導入口１ａは、改質装置１０の最後部に配置されており、一方、プラズマ材料ガス導入管１のガス吹き出し口１ｂはその反対側に配置されている。そして、このガス吹き出し口１ｂの更に前部には、金属製の放電アンテナ５が配設されている。即ち、この放電アンテナ５は、絶縁体４の内壁に固定されており、絶縁体４内の軸と同軸上に配置されている。放電アンテナ５は周辺部が絶縁体４の内壁に接合するリング形状に構成されており、中心軸がプラズマを放出する側に突出した突起５１を有している。この放電アンテナ５付近においては、軸に対する外側方向には、プラズマ材料ガス導入管１が無く、かつ下記の略円錐台形の側壁部２ａがある。この様な配置により、この放電アンテナ５には、電界が集中し易くなっている。図１−Ｂに、この放電アンテナ５の正面図を示す。
【００３８】
外導体２の前部は、絶縁体４を貫通させる貫通口を軸上に有する略円錐台形の側壁部２ａから形成されている。側壁部２ａの貫通口付近が前方に向って窄んでいる構造もまた、生成される電界を放電アンテナ５に集中させるのに寄与している。
同軸結合アンテナ３は、その正面図を図１−Ｃに示す様に、先端がループ状になっている。このループの中を絶縁体４が貫通し、同時にプラズマ材料ガス導入管１もこのループの中を貫通している。
【００３９】
プラズマ材料ガス導入管１の位置を調整する可変機構６は、固定金具などを用いて形成されており、この可変機構６により、プラズマ材料ガス導入管１は、上記の絶縁体４の内壁面に案内されて、軸方向に（即ち、前後方向に）位置を変えることができる。Ｎ型同軸コネクタ７は、図略の同軸ケーブルを接続するための電気的な接続インターフェイスを提供している。この同軸ケーブルは、マイクロ波を給電するために用いられ、これによってＮ型同軸コネクタ７から入力された高周波電力は、同軸結合アンテナ３まで伝送される。同軸結合アンテナ３はこの給電に基づいて、同軸空洞Ｒに対して所定の周波数のマイクロ波を放射する。この時、このマイクロ波は、同軸空洞Ｒ内にて高電界を生成する。
【００４０】
プラズマ材料ガス導入管１の導入口１ａから流入されたプラズマ材料ガスは、上記の放電アンテナ５の隙間ｓを通って、この放電アンテナ５の突起先端ｔ付近にまで到達する。この突起先端ｔ付近には電界が集中するので、これによって上記のプラズマ材料ガスを電離することができる。この電離後の状態のものがプラズマであり、プラズマ材料ガスの流入速度に応じて前方開口端４ａから出射される。
【００４１】
上記の同軸結合アンテナ３は、同軸空洞Ｒの全長（軸方向の長さ）の３等分点上に配置されている。また、同軸空洞Ｒの全長は、上記のマイクロ波の管内波長λの３／４に設定されている。
外導体２の外径Ｄやプラズマ材料ガス導入管１の外径ｄは、例えばそれぞれ、Ｄ＝３０ｍｍ，ｄ＝３．２ｍｍ程度で良い。
プラズマ材料ガスとしては、例えば、空気、アルゴン（Ａｒ），酸素（Ｏ2 ）、水素（Ｈ2 ）、窒素などの一般に用いられている周知のガスを用いることができる。ガス流量は、本改質装置１０の場合、０．１〜１０リットル／分程度が適当である。
また、同軸結合アンテナ３に対する給電電力は、概ね１００Ｗ程度で良い。
【００４２】
以上の様な構成に従えば、全長約１００ｍｍ程度の非常にコンパクトな改質装置１０を構成することができる。この様な改質装置は、従来よりも遥かに小型で、かつ非常に軽量であるので、その取り扱いは従来よりも格段に容易である。
【００４３】
また、上記のプラズマ材料ガス導入管１の位置を調整する可変機構６によって、上記の同軸結合アンテナ３の同軸空洞Ｒに対するマイクロ波の反射率を最小化することができる。通常、プラズマが発生している場合とそうでない場合とでは、空洞と同軸結合アンテナとの間のインピーダンスマッチングの最適条件は異なるが、上記の可変機構６を利用すれば、容易にインピーダンス整合の最適化を図ることができる。
【００４４】
上記の放電アンテナ５は、電子を放出し易い金属材料であれば良いが、特に、トリウムが混合されたタングステンで構成するのが望ましい。また、図１−Ａに示す放電アンテナの配設する位置（導入管１の先端部で絶縁体４の内部）に、図２−Ｂに示すように、コイル状のフィラメント５２から成る放電アンテナ５を設けても良い。このフィラメント５２は、トリウムが混合されたタングステンである。この構成により、このフィラメント５２がマイクロ波で加熱されて、電子を効果的に放出することができ、この部分でプラズマを容易に発生させることが可能となる。
【００４５】
図３に示すように、上記した改質装置１０の開口部４ａが被処理物であるコンタクトレンズ４０に対向するように、改質装置１０を配置する。改質装置１０をθ方向とこれに直交するφ方向に揺動運動させることで、コンタクトレンズ４０の表面全体に、プラズマ、ラジカルを照射することが可能となる。これにより、親水性基がコンタクトレンズの表面原子と化学結合し、親水性処理が行われる。
【実施例２】
【００４６】
次に、他の改質装置を用いた実施例について説明する。
図４は本発明の具体的な一実施例に係る改質装置の特徴ある要部の構成を示す図であり、図４．Ａは開口部１０１付近を示す外観図、図４．Ｂはガス流路２０１に沿った断面図、図４．Ｃは電極１１０Ａ及び１１０Ｂの溝部１１の詳細を示す断面図である。
【００４７】
図４．Ｂのように、ガス流路２０１を中心に有する筒状の絶縁体から成る治具２０と、２つの屈曲した板状の電極１１０Ａ及び１１０Ｂを組み合わせる。この際、図４．Ａのように、２つの電極１１０Ａ及び１１０Ｂと治具２０と囲まれた、４辺（面）を有する開口部１０１が形成される。電極１１０Ａ及び１１０Ｂには、図４．Ｃのように互いに対峙する面において、幅及び深さが共に0.5mmの凹部１１が２箇所形成されており、当該凹部１１は開口部１０１の長辺の長さを有する溝部となっている。凹部１１の断面は１辺が除かれた矩形状である。尚、ガス流路２０１の形状は、ガスを導入する接続部２０３付近においては円筒状でありテーパ部２０１ｔを経由して先端部２０２においては断面が矩形状である。また、電極１１０Ａ及び１１０Ｂはボルト３０Ａ及び３０Ｂで各々治具２０に固定されている。
【００４８】
電極１１０Ａ及び１１０Ｂを交流電源に接続して電圧を印加し、治具２０のガス流路２０１を通して開口部１０１へプラズマを発生させるためのガスを流すと、電極１１０Ａ及び１１０Ｂのうち負電位が印加された側の凹部１１において、ホローカソード放電により放出された電子がガスに衝突してプラズマが高密度に発生する。このホローカソード放電によって発生したプラズマはガス流に乗って開口部１０１から照射される。これにより、被加工物の開口部１０１に面した狭い領域に効率良くプラズマが照射される。
【００４９】
図５は、電極１１０Ａ及び１１０Ｂ及び治具２０の形状を説明するための斜視図であり、図５．Ａは組み立て前の斜視図、図５．Ｂは組み立て後の斜視図である。図５．Ａのように、電極１１０Ｂの溝部１１は、開口部１０１の長手方向に対応して一連の溝となっている。電極１１０Ａの溝部１１も同様に形成される。治具２０のガス流路２０１の先端部２０２は図５．Ａに示す通り矩形状である。治具２０はガス流路２０１の先端部２０２よりも上部に、突出部２１１を有し、また、電極１１０Ａを組み付けるための凹部２１０Ａを有している。また、電極１１０Ｂを組み付けるための凹部２１０Ｂも同様に有している。図５．Ｂの如く、治具２０の突出部２１１の内面と、電極１１０Ａ及び１１０Ｂとで矩形状の開口部１０１が形成される。
【００５０】
図６は治具２０の形状を詳細に説明するための図であり、図６．Ａはガス流路２０１の先端部２０２側から見た平面図、図６．Ｂは正面図、図６．Ｃは図６．ＡのＣ矢視方向の断面図、図６．Ｄ及び図６．Ｅは各々図６．ＢでＤ、Ｅ矢視方向の断面図である。図５でも示した通り、ガス流路２０１を有する直方体に、治具２０はガス流路２０１の矩形状の先端部２０２よりも先に突出部２１１を設け、電極１１０Ａ及び１１０Ｂを組み付けるための凹部２１０Ａ及び２１０Ｂを設け、ガスを導入する接続部２０３を設けた形状である。図６．Ｃ、６．Ｄ及び６．Ｅに示す通り、ガス流路２０１の形状は、ガスを導入する接続部２０３付近においては円筒状でありテーパ部２０１ｔを経由して矩形状の先端部２０２になっている。
【００５１】
尚、図６の各図においては、ボルト３０Ａ及び３０Ｂを組み付けるための穴や、ガスを導入する接続部２０３のネジ山は省略した。また、電極１１０Ａ及び１１０Ｂの組み付けは、各々１個のボルト３０Ａ及び３０Ｂによるものに限定されない。例えばガス流路２０１の矩形状の先端部２０２付近に更に開口部１０１の空隙幅調整用のワッシャ及びボルトを設ける等の任意の公知の技術を追加又は置換することができる。また、図４乃至図６は改質装置の要部である「プラズマ発生部分」を示したものであるが、これを改質装置に組み込むことで、様々な加工処理を可能とする改質装置を構成できる。この際、図４乃至６に示した、電極１１０Ａ及び１１０Ｂを固定した治具２０を、任意の手段で固定し、電源を接続し、接続部２０３にガス供給系を接続することは、全て本願発明の実施に当たる。尚、説明の都合上「開口部が上向き」の図を掲載しているが、プラズマを下向きに放出するダウンフロープラズマを発生させる構成が本願発明に包含されることは当然である。
【００５２】
図４の構成は、ガス流路を有する絶縁物から成る治具２０に２つの電極を組み合わせて開口部を形成するものであったが、例えば図７のように、２つの電極１１０Ｃ及び１１０Ｄのみで開口部１０１を形成する構成としても良い。図７の構成においては、開口部１０１を形成する電極１１０Ｃ及び１１０Ｄの互いに対峙する面に、凹部を形成する。凹部を連続した溝とする場合は、開口部１０１の星型形状に対応するように、当該溝部（凹部）が星型様に形成される。尚、ガス流路を有する治具の形状及び治具と電極との固定方法、並びに電極と電源との接続方法については任意である。
【００５３】
その他、開口部の形状は、図８．Ａのように鉤型でも、また図８．Ｂのように幅広の部分を有するストライプ状でも良い。図８．Ｂのように開口部の幅が場所によって異なる場合は、必要に応じ、幅広部分において電極の対峙する面に形成する凹部を多くする。
【００５４】
図４では、下方からプラズマ発生ガスを導入し、被加工物を開口部１０１の上方向に配設することを想定して記載したが、開口部の向き、即ちプラズマの放出方向は上方向に限られない。図４は本発明の要部を説明するための一実施例であり、開口部を横方向、下方向として改質装置を構成しても良い。
【００５５】
この改質装置で、コンタクトレンズ４０の表面を親水性処理する方法は、図３に示した方法と同一である。この装置は、軽量で作成できるので、揺動運動を容易に実行することができる。なお、コンタクトレンズ４０である被処理物体を回転し、姿勢を変化させる揺動運動させるようにしても良い。
【００５６】
以上述べた実施例の他に、以下の変形例を採用することができる。上記実施例では、改質装置の中を流すガスはアルゴンなど希ガス、窒素ガス、水素ガスと反応性ガスとを流して、これらの混合ガスのグロー放電によりプラズマを生成している。これを、改質装置の中を流すガスはアルゴンなど希ガス、窒素ガス、水素ガスと反応性ガスとして、これらのガスのプラズマを安定させて発生させて、改質装置の出口のところに反応性ガスを流して、反応性ガスのラジカルを生成するようにしても良い。このようにすると、プラズマが反応性ガスにより影響を受けずに安定して発生する。また、反応性ガスの解離が抑制されるので、反応性ガスの分子状ラジカルを効率良く生成することができ、生成ラジカルが反応性ガスの流量や種類に影響されることが抑制される。
【００５７】
改質装置の照射口と被処理物体とを近づけて、グロー領域を用いると、電子やイオンの濃度が高く、窒化などの材料最表面の表面改質、指向性の高いエッチング等のイオンのアシストを必要とするプロセスに有効である。逆に、改質装置の照射口と被処理物体とを遠ざけて、ダウンフロー領域を用いると、ラジカルのみを被処理物体の表面に到達させることができるので、イオンによる損傷を受けることなく、表面クリーニングや膜堆積処理には有効である。
【００５８】
また、改質装置に与える電力をパルスとした場合には、電力が印加されていない期間では、電子やイオンの存在は少なく、ラジカルが多く存在する。したがって、改質装置の照射口と被処理物体との距離が近くとも、印加パルスのデューティ比の制御により、イオンや電子に対するラジカルの割合を制御することができ、ラジカル密度を高い状態で、物体に対する処理を実行することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、物体の表面を改質する改質装置に用いることができる。特に、コンタクトレンズの親水性処理や、光学レンズをＣＶＭするのに有効な装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１−Ａ】実施例１の改質装置の軸上の断面図
【図１−Ｂ】改質装置が備える放電アンテナの正面図
【図１−Ｃ】改質装置が備える同軸結合アンテナの正面図
【図２−Ａ】他の実施例に係る改質装置の軸上の断面図
【図２−Ｂ】他の例を示す放電アンテナの構成図
【図３】本発明の具体的な一実施例に係る改質装置による表面改質方法を示した説明図。
【図４】本発明の具体的な一実施例に係る改質装置の要部の構成図。
【図５】電極１１０Ａ及び１１０Ｂ及び治具２０の形状を説明するための、組み立て前の斜視図（２．Ａ）、組み立て後の斜視図（２．Ｂ）。
【図６】治具２０の、ガス流路２０１の先端部２０２側から見た平面図（３．Ａ）、正面図（３．Ｂ）、３．ＡのＣ矢視方向の断面図（３．Ｃ）、３．ＢでＤ、Ｅ矢視方向の断面図（３．Ｄ及び３．Ｅ）。
【図７】他の電極形状（開口部形状）を示す図。
【図８】他の電極形状（開口部形状）を示す図。
【符号の説明】
【００６１】
１０  ：  改質装置
１  ：  プラズマ材料ガス導入管
１ａ：  導入口
１ｂ：  ガス吹き出し口
２  ：  外導体
２ａ：  略円錐台形の側壁部（外導体２の前部）
３  ：  同軸結合アンテナ
４  ：  絶縁体
４ａ：  前方開口端
５  ：  放電アンテナ
６  ：  可変機構
７  ：  Ｎ型同軸コネクタ
Ｒ  ：  同軸空洞
４０：  ガラス基板
５１：  突起
５２：  放電アンテナ
１０１：  開口部
１１０Ａ、１１０Ｂ：電極
１１：凹部または溝部
１０１：開口部
２０：絶縁体から成る治具
２０１：ガス流路
２０１ｔ：ガス流路のテーパ部
２０２：ガス流路の先端部
２０３：接続部
２１０Ａ、２１０Ｂ：電極１０Ａ、１０Ｂを組付けるための凹部
２１１：突出部
３０Ａ、３０Ｂ：ボルト
【図１−Ａ】
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【図１−Ｂ】
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【図１−Ｃ】
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【図２−Ａ】
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【図２−Ｂ】
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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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