(57)【要約】【課題】管状の被処理体の内面の表面処理に適し、特に長尺の被処理体や内径の小さい被処理体の内面の表面処理を確実かつ容易に行うことができるプラズマ表面処理方法およびプラズマ表面処理装置を提供する。【解決手段】管状の被処理体Ｗの内面に対して表面処理を施すプラズマ表面処理方法であって、被処理体Ｗの管内に処理ガスを導入しつつ、高周波電力が印加された対向電極２間に被処理体Ｗを配置する。処理ガスには、対向電極２間に介在する気体よりもグロー放電しやすい気体を用い、対向電極２間に放電を発生させることなく、被処理体Ｗの管内にのみグロー放電を発生させる。これにより、管内の処理ガスをプラズマ化させて被処理体Ｗの内面に接触させ、被処理体Ｗの内面に表面処理を施す。【選択図】  図１
2019061869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の被処理体の内面に対して表面処理を施すプラズマ表面処理方法であって、
前記被処理体の管内に処理ガスを導入しつつ、高周波電力が印加された対向電極間に前記被処理体を配置することにより、前記被処理体の管内に存在する処理ガスをプラズマ化させて前記被処理体の内面に接触させ、これにより前記被処理体の内面に表面処理を施すことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項２】
前記処理ガスには、前記対向電極間に介在する気体よりも高周波電力の印加によってプラズマ化しやすい気体が用いられることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ表面処理方法。
【請求項３】
前記対向電極間に空気を介在させ、前記処理ガスとしてヘリウムまたはヘリウムと他の気体とを混合した混合気体を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ表面処理方法。
【請求項４】
前記対向電極間に空気を介在させ、前記処理ガスとしてヘリウムにフッ素系ガスを混合した混合気体を用いることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ表面処理方法。
【請求項５】
前記管内に処理ガスを導入した状態の前記被処理体を前記対向電極間に連続的に導入することによって、長尺の被処理体の内面に対して連続的に表面処理を施すことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ表面処理方法。
【請求項６】
管状の被処理体の内面に対して表面処理を施すプラズマ表面処理装置であって、
高周波電力が印加される対向電極と、
前記被処理体の管内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理ガスが導入された前記被処理体を前記対向電極間に搬送する搬送手段とからなる
ことを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はプラズマ表面処理方法およびプラズマ表面処理装置に関し、より詳細には、管状の被処理体の内面に対して表面処理を施す技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被処理体の親水性や撥水性などの各種性能の向上を目的として、被処理体の表面にプラズマ化（プラズマ活性化）された処理ガスを接触させることによる表面処理方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、このような表面処理方法を用いて、パイプやチューブなど管状の被処理体の内面に表面処理を施す場合、従来、プラズマ化した処理ガスを被処理体の一端からその管内に導入する方法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３７４８０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、このような表面処理には以下の問題があり、その改善が望まれていた。
すなわち、被処理体の一端からプラズマ化した処理ガスを管内に導入する方法によると、プラズマ化によって励起された処理ガスが管内に導入され、管内の内面（内壁面）と接触することによって、被処理体の内面に対して表面処理が施されることになるが、たとえば、処理ガス中の酸素ラジカルのように寿命の短い成分は、管端から比較的短い距離で消滅してしまうことから、長尺の被処理体の内面の表面処理には適用できないという問題があった。たとえば、管長が数ｍ以上になると、管内の全面に対して表面処理を施すことは困難であった。
【０００６】
また、従来の方法では、被処理体Ｗの内径が小さい場合にも内面の表面処理が困難であった。すなわち、たとえば、カテーテルのようなチューブの場合、内径が数ｍｍ以下（たとえば、０．５ｍｍや１ｍｍなど）のものがあるが、このように内径が小さい場合には、プラズマ化した処理ガスを管内に導入するための経路が長くなってしまう傾向がある。そのため、プラズマ化した処理ガスが管内に導入された時点では、表面処理に有効な成分（たとえば、酸素ラジカルなど）の多くがすでに失われていることがあり、十分な表面処理効果を得られないことがあった。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、管状の被処理体の内面の表面処理に適し、特に長尺の被処理体や内径の小さい被処理体の内面の表面処理を確実かつ容易に行うことができるプラズマ表面処理方法およびプラズマ表面処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るプラズマ表面処理方法は、管状の被処理体の内面に対して表面処理を施すプラズマ表面処理方法であって、前記被処理体の管内に処理ガスを導入しつつ、高周波電力が印加された対向電極間に前記被処理体を配置することにより、前記被処理体の管内に存在する処理ガスをプラズマ化させて前記被処理体の内面に接触させ、これにより前記被処理体の内面に表面処理を施すことを特徴とする。
【０００９】
そして、その好適な実施態様として、前記処理ガスには、前記対向電極間に介在する気体よりも高周波電力の印加によってプラズマ化しやすい気体が用いられることを特徴とする。
【００１０】
また、他の好適な実施態様として、前記対向電極間に空気を介在させ、前記処理ガスとしてヘリウムまたはヘリウムと他の気体とを混合した混合気体を用いることを特徴とする。
【００１１】
また、他の好適な実施態様として、前記対向電極間に空気を介在させ、前記処理ガスとしてヘリウムにフッ素系ガスを混合した混合気体を用いることを特徴とする。
【００１２】
また、他の好適な実施態様として、前記管内に処理ガスを導入した状態の前記被処理体を前記対向電極間に連続的に導入することによって、長尺の被処理体の内面に対して連続的に表面処理を施すことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るプラズマ表面処理装置は、管状の被処理体の内面に対して表面処理を施すプラズマ表面処理装置であって、高周波電力が印加される対向電極と、前記被処理体の管内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理ガスが導入された前記被処理体を前記対向電極間に搬送する搬送手段とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、管内に処理ガスが導入された状態の被処理体が、高周波電力が印加された対向電極間に配置されるので、処理ガスは被処理体の管内でプラズマ化されて被処理体の内面に接触し、被処理体の内面に表面処理が施される。
【００１５】
このように、本発明では、被処理体の管内で処理ガスがプラズマ化されるので、処理ガス中に含まれる表面処理に有効な成分が寿命によって消滅する前に被処理体の内面に作用させることができる。したがって、長尺の被処理体や内径の小さい被処理体の内面に対する表面処理を漏れなく確実に、かつ容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るプラズマ表面処理装置の概略構成の一例を模式的に示した斜視図である。
【図２】同プラズマ表面処理装置の断面を模式的に示した断面図である。
【図３】高周波電力の印加によりグロー放電が発生するポイントの一例を示す説明図である。
【図４】同プラズマ表面処理装置の他の一例を模式的に示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態１
図１および図２は、本発明に係るプラズマ表面処理装置１の一例を示している。これらの図に示すプラズマ表面処理装置１は、管状の被処理体Ｗの内面に対する表面処理に適した表面処理装置である。
【００１８】
具体的には、本発明に係るプラズマ表面処理方法は、被処理体Ｗの表面処理にあたり、被処理体Ｗの管内に処理ガスを導入しつつ、高周波電力が印加された対向電極間に被処理体Ｗを配置することにより、被処理体Ｗの管内に存在する処理ガスをプラズマ化させて被処理体Ｗの内面に接触させ、これによって被処理体Ｗの内面に対して表面処理を施すことを特徴としており、プラズマ表面処理装置１は、このプラズマ表面処理方法を実施するための装置として構成されている。
【００１９】
ここで、本発明に係るプラズマ表面処理装置１を用いて表面処理が施される管状の被処理体Ｗとしては、たとえば、パイプ、チューブなどの中空の管体が例示される。また、被処理体Ｗの材質については、天然樹脂や合成樹脂などの樹脂類、ガラスやセラミックスなどの無機誘電物質などの絶縁物で構成されたものが用いられる。
【００２０】
プラズマ表面処理装置１は、主として、大気圧または大気圧近傍の圧力環境下で使用する装置であって、高周波電力が印加される対向電極２と、被処理体Ｗの管内に処理ガスを供給するガス供給手段３とを主要部として備えている。
【００２１】
対向電極２は、管内に処理ガスが導入された被処理体Ｗに対して高周波電力を印加するための電極であって、高周波電源４が接続される電圧印加電極２ａと、電気的に接地された接地電極２ｂとで構成される。本実施形態では、この対向電極２として、高周波電極４および接地電極５の双方の電極対向面が平板状に構成された平行平板型の電極を採用している。なお、対向電極２間の間隔（対向電極２間の距離）については、対向電極２に印加する高周波電力との関係で適宜設定される。すなわち、後述するように、本発明では、対向電極２間に配置される被処理体Ｗの管内にグロー放電を発生させることから、対向電極２間の間隔は、対向電極２間に印加する高周波電力（印加電圧等）との関係で、少なくとも被処理体Ｗの管内にグロー放電が生じうる感覚に設定される。
【００２２】
ここで、本発明では、被処理体Ｗは、上述したように、絶縁物で構成されることから、本実施形態に示すプラズマ表面処理装置１では、電圧印加電極４および接地電極５の双方の電極対向面は、いずれも電極を構成する金属が露出した構造の電極を採用している。もちろん、電圧印加電極４または接地電極５のいずれか一方または双方の電極対向面をセラミックスやガラス等の誘電体によって被覆する構造としてもよい。
【００２３】
ガス供給手段３は、被処理体Ｗの管端の開口部から管内に処理ガスを供給するための手段であって、具体的には、ガスボンベなどの処理ガスの供給源や被処理体Ｗの開口部への処理ガスの導入を案内するインレットなどで構成される。
【００２４】
ここで、処理ガスについて説明する。使用する処理ガスは、表面処理の内容（たとえば、親水化処理、撥水化処理など）に応じて適宜選択されるが、本発明では、少なくとも、対向電極２間に介在する気体よりもプラズマ化しやすい気体が処理ガスとして用いられる。
【００２５】
上述したように、本発明では、管内に処理ガスが導入された状態の被処理体Ｗを高周波電力が印加された対向電極間に配置することによって管内で処理ガスをプラズマ化させることから、対向電極２間の空間より先に管内にグロー放電を発生させる必要がある。そのため、処理ガスとしては、対向電極２間に高周波電力を印加することによって、対向電極２間に介在する気体よりも先に管内にグロー放電を発生させる気体、すなわち、対向電極２間に介在する気体よりもグロー放電に伴うプラズマ化が起きやすい気体が用いられる。
【００２６】
図３は、高周波電力の印加に伴うグロー放電の発生ポイントを気体別（ガス種別）に例示している。気体が介在する電極間に高周波電力を印加すると、図３に示すように、気体ごとにグロー放電が発生するポイント（印加電力）が相違することが知られている。すなわち、図示ように、ヘリウム（Ｈｅ）と、アルゴン（Ａｒ）と、空気（Ａｉｒ）とを比較した場合、ヘリウムが最も低い電力でグロー化し（つまり、最もグロー放電を発生させやすく）、次に、アルゴン、そして、最後に空気がグロー化する（空気が最もグロー化し難い）ことが知られている。本発明では、このような気体ごとのグロー放電の発生ポイントの相違に着目して、対向電極２間に介在する気体よりも先に管内にグロー放電を発生させる気体を処理ガスとして採用している。
【００２７】
具体的には、たとえば、対向電極２間に空気が介在している場合には、被処理体Ｗの管内に導入する処理ガスとしては、ヘリウムやアルゴン、または、これらヘリウム等と他の気体（たとえば、ＣＤＡなどの空気や窒素など）との混合気体が使用される。ちなみに、処理ガスとして混合気体を用いる場合、対向電極２間よりも先に管内でグロー放電が生じるように、ヘリウムまたはアルゴンを最も多く含んだ混合気体が使用される。
【００２８】
また、表面処理の内容から処理ガスを分類すると、たとえば、親水化処理を行う場合には、処理ガスとして、ヘリウム、アルゴン、または、これらヘリウム等と他の気体（たとえば、ＣＤＡなどの空気や窒素など）との混合気体が用いられる。これに対して、撥水化処理を行う場合には、上述したヘリウム、アルゴンまたはこれらと他の気体との混合気体に、フッ素系のガス（たとえば、四フッ化メタン（ＣＦ4）、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）、八フッ化プロパン（Ｃ3Ｆ8）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3））を混合した気体が用いられる。なお、フッ素系のガスを混合する場合においてもヘリウムまたはアルゴンを最も多く含んだ混合気体が使用される。
【００２９】
次に、プラズマ表面処理装置１を用いた被処理体Ｗの内面Ｗｃの表面処理手順について、図１および図２を示して説明する。
【００３０】
図１は、長尺の被処理体Ｗを渦巻き状に巻装した状態で表面処理を施す場合を示している。また、本実施形態では、プラズマ表面処理装置１を大気圧（常圧）環境下で使用する場合を示している。したがって、対向電極２間の空間には空気が充満している。
【００３１】
被処理体Ｗは、図１に示すように、その先端と基端とが対向電極２間から外れた外側に位置させ、その他の部分を対向電極２間に位置するように配置する。図２は、対向電極２間に配置された被処理体Ｗの状態を断面図で示しており、この図に示すように、本実施形態では、被処理体Ｗは接地電極２ｂ上に載置される。なお、本実施形態では、被処理体Ｗを接地電極２ｂ上に載置した（接触状態とした）場合を示したが、被処理体Ｗは対向電極２間に配置されるのであれば、電圧印加電極２ａに接触する位置、あるいは電圧印加電極２ａおよび接地電極２ｂの双方に接触することなく、対向電極２間に浮いた状態で配置される構造であってもよい。
【００３２】
そして、この状態で、被処理体Ｗの基端Ｗｂにガス供給手段３が接続され、ガス供給手段３から被処理体Ｗの管内に処理ガスが導入される。このとき、処理ガスは、被処理体Ｗの管内の全体に充満するように導入される。すなわち、被処理体Ｗにおいて、少なくとも対向電極２間に配置される部分については、管内の空気が処理ガスと置換されるように処理ガスが導入される。なお、本実施形態では、処理ガスとして、ヘリウムを単独で使用するものとする。
【００３３】
被処理体Ｗの管内に処理ガスが充填されると、次に、対向電極２間に高周波電力を印加する。この高周波電力の印加にあたっては、被処理体Ｗの管内にのみグロー放電が発生するように高周波電力を印加する。具体的には、使用する処理ガスに応じてグロー放電の発生ポイント（印加電力）をあらかじめ測定または計算により求めておき、グロー放電の発生ポイントまたはそれ以上の電力を印加して被処理体Ｗの管内にグロー放電を発生させる。なお、このとき対向電極２間に印加する電力は、グロー放電の発生ポイント以上であればよいが、少なくとも対向電極２間にアーク放電が発生しないようにその上限が設定される。つまり、対向電極２間にアーク放電を発生させることなく、被処理体Ｗの管内にのみグロー放電を発生させる。
【００３４】
このようにして、被処理体Ｗの管内にグロー放電が発生すると、グロー放電に伴って処理ガスがプラズマ化され、プラズマ化した処理ガスが被処理体Ｗの管内においてそのＷｃに接触し、これによって被処理体Ｗの内面Ｗｃに対する表面処理が施される。
【００３５】
このように、本発明によれば、被処理体Ｗの管内で処理ガスをプラズマ化させて被処理体Ｗの内面Ｗｃに表面処理を施すので、処理ガス中に含まれる表面処理に有効な成分が寿命によって消滅する前に被処理体の内面Ｗｃに作用させることができる。そのため、長尺の被処理体Ｗや内径の小さい被処理体Ｗであっても、その管内に処理ガスを充満させておくことによって、容易にその内面Ｗｃに対して漏れなく確実に表面処理を施すことができる。
【００３６】
なお、上述した実施形態では、処理ガスとしてヘリウムを用いた場合を示したが、ヘリウムに代えて、またはヘリウムとともにアルゴンを処理ガスとして使用することも可能であり、さらには、これらに空気などの他の気体を混合したガスを使用することも可能である。また、撥水化処理を行う場合は、ヘリウム等のフッ素系のガスを添加した処理ガスが用いられるのは上述したとおりである。
【００３７】
実施形態２
次に、本発明の他の実施形態について、図４に基づいて説明する。
図４は、長尺の被処理体Ｗを対向電極間に連続的に導入しながら表面処理を行う場合を示しており、図示のプラズマ表面処理装置１は、被処理体Ｗの搬送手段（図示せず）を備える以外の構成は上述した実施形態１と共通する。したがって、構成が共通する部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００３８】
この実施形態では、被処理体Ｗは、対向電極２の一端側（図の左側）から対向電極２間に導入され、他端側（図の右側）から対向電極２外に排出されるように被処理体Ｗの搬送手段（図示せず）が備えられており、この搬送手段によって、被処理体Ｗが対向電極２間に連続的に導入できるように構成されている。
【００３９】
そして、被処理体Ｗの基端Ｗｂにガス供給手段３が接続され、ガス供給手段３から被処理体Ｗの管内に処理ガスが導入されるように構成されている。
【００４０】
このように構成された本実施形態に示すプラズマ表面処理装置１では、被処理体Ｗの内面Ｗｃの表面処理にあたり、まず、被処理体Ｗの基端Ｗｂから被処理体Ｗの管内に処理ガスが導入される。そして、被処理体Ｗの管内に処理ガスが充填されると、対向電極２間に高周波電力を印加するとともに、処理ガスが充填された被処理体Ｗを対向電極２間に連続的に送り込む。これにより、被処理体Ｗは対向電極２間を通過する際に管内でグロー放電が発生し、プラズマ化した処理ガスによる被処理体Ｗの内面Ｗｃの表面処理が施され、対向電極２外に排出されるようになる。
【００４１】
すなわち、本実施形態では、管内に処理ガスが充満した状態の被処理体Ｗを連続的に対向電極２間に送り込むことによって、被処理体Ｗの内面Ｗｃの表面処理を連続的に行うことが可能となる。したがって、たとえば、数ｍまたは十数ｍを超えるような長尺の被処理体Ｗに対して効率よく内面Ｗｃの表面処理を行うことができる。
【００４２】
なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００４３】
たとえば、上述した実施形態では、プラズマ表面処理装置１の構成として、対向電極２として、平行平板型の電極を採用した場合を示したが、対向電極２間に被処理体Ｗを配置可能な構成であれば、電極の形状は平板でなくてもよい。たとえば、電極対向面が湾曲した形状の電極を用いることも可能である。
【００４４】
また、上述した実施形態では、対向電極２を大気に解放した状態で使用する場合を示したが、たとえば、対向電極２の双方を覆うカバーを設け、このカバー内に対向電極２を収容するように構成することも可能である。すなわち、対向電極２をカバーで覆うことによって、対向電極２間に空気以外の気体を介在させたり、あるいは、対向電極２間を減圧するなどの方式を採用することができる。なお、その場合、被処理体Ｗの搬入・排出用の出入口をカバーに設けることは勿論である。
【００４５】
また、上述した実施形態２では、対向電極２間に導入する被処理体Ｗが１本の場合を例示したが、複数本の被処理体Ｗを並列に配列し、複数条同時に表面処理を行うように構成することも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１            プラズマ表面処理装置
２            対向電極
２ａ          電圧印加電極
２ｂ          接地電極
３            ガス供給手段
Ｗ            被処理体
【図１】
2019061869.tif 000003
【図２】
2019061869.tif 000004
【図３】
2019061869.tif 000005
【図４】
2019061869.tif 000006