(57)【要約】【課題】表面処理性能の低下および表面処理の不均一化を抑制するとともに、ランニングコストを低減させることができるプラズマ処理装置を得る。【解決手段】処理体１に対する大気圧プラズマユニット２の移動方向についてスリット２１１よりも前方に設けられた吐出口４１１、この移動方向についてスリット２１１よりも後方に設けられた吸引口４１２および吐出口４１１と吸引口４１２とを連通する還流風路４１３が形成された還流配管４１と、吸引口４１２から還流風路４１３に放電ガスが吸引され、吸引された放電ガスが吐出口４１１から放電ガスが吐出されるように還流風路４１３に放電ガスの流れを発生させるファン４２とを備えている。【選択図】図１
2015032486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地電極と、前記接地電極との間に隙間が形成されて対向配置された電極とを有し、噴出口が形成され、前記電極に電圧が印加されることによって前記隙間に大気圧放電を発生させる大気圧プラズマユニットを備え、
不活性ガスと酸素とを含む放電供給ガスが前記隙間に供給された状態で前記大気圧放電を発生させることによって活性粒子を含む放電ガスが生成され、前記放電ガスが前記噴出口から噴出されて処理体に照射されるとともに、前記処理体に沿った方向に前記処理体に対する前記大気圧プラズマユニットの相対位置を変化させることによって、前記処理体の表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
前記処理体に対する前記大気圧プラズマユニットの移動方向について前記噴出口よりも前方に設けられた第１通気口、前記移動方向について前記噴出口よりも後方に設けられた第２通気口および前記第１通気口と前記第２通気口とを連通する還流風路が形成された還流配管と、
前記第２通気口から前記還流風路に前記放電ガスが吸引され、吸引された前記放電ガスが前記第１通気口から前記放電ガスが吐出されるように前記還流風路に前記放電ガスの流れを発生させる送風装置と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記移動方向に並べられた複数の前記大気圧プラズマユニットを備え、
前記還流配管は、前記第１通気口が前記移動方向について最も前方に位置する前記大気圧プラズマユニットにおける前記噴出口よりも前方に設けられ、前記第２通気口が前記移動方向について最も後方に位置する前記大気圧プラズマユニットにおける前記噴出口よりも後方に設けられている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】
接地電極と、前記接地電極との間に隙間が形成されて対向配置された電極とを有し、噴出口が形成され、前記電極に電圧が印加されることによって前記隙間に大気圧放電を発生させる大気圧プラズマユニットを備え、
不活性ガスと酸素とを含む放電供給ガスが前記隙間に供給された状態で前記大気圧放電を発生させることによって活性粒子を含む放電ガスが生成され、前記放電ガスが前記噴出口から噴出されて処理体に照射されるとともに、前記処理体に沿った方向に前記処理体に対する前記大気圧プラズマユニットの相対位置を変化させることによって、前記処理体の表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
前記移動方向に見た場合に前記噴出口に隣り合う位置に設けられた第１通気口、前記移動方向について前記噴出口よりも後方に設けられた第２通気口および前記第１通気口と前記第２通気口とを連通する還流風路とが形成された還流配管と、
前記第２通気口から前記還流風路に前記放電ガスが吸引され、吸引された前記放電ガスが前記第１通気口から前記放電ガスが吐出されるように前記還流風路に前記放電ガスの流れを発生させる送風装置と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記接地電極は、前記還流配管を兼ねており、
前記第１通気口、前記第２通気口および前記還流風路は、前記接地電極に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記還流配管および前記送風装置から還流ユニットが構成され、
前記還流ユニットは、前記大気圧プラズマユニットに外付けされていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記移動方向について前記第１通気口よりも前記噴出口から離れた前記還流配管の部分と、前記移動方向について前記第２通気口よりも前記噴出口から離れた前記還流配管の部分とに設けられ、前記接地電極よりも前記処理体に向かって延びた弾性を有する物理カーテンをさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記還流配管には、前記移動方向について前記第２通気口よりも後方に設けられ、前記第２通気口から前記還流風路に吸引された前記放電ガスが吐出される第３通気口が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６までの何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記送風装置は、前記放電供給ガスの流体エネルギーを動力として駆動することを特徴とする請求項１から請求項７までの何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記送風装置は、前記処理体に対する前記大気圧プラズマユニットの移動方向が反転する場合に、前記放電ガスの流れ方向を反転させることを特徴とする請求項１から請求項８までの何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
接地電極と、前記接地電極との間に隙間が形成されて対向配置された電極とを有し、噴出口が形成され、前記電極に電圧が印加されることによって前記隙間に大気圧放電を発生させる大気圧プラズマユニットを備え、
不活性ガスと酸素とを含む放電供給ガスが前記隙間に供給された状態で前記大気圧放電を発生させることによって活性粒子を含む放電ガスが生成され、前記放電ガスが前記噴出口から噴出されて処理体に照射されるとともに、前記処理体に沿った方向に前記処理体に対する前記大気圧プラズマユニットの相対位置を変化させることによって、前記処理体の表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
複数の貫通孔が形成され前記処理体を支持するステージを間に挟んで前記接地電極と対向するとともに、前記処理体に対する前記大気圧プラズマユニットの移動方向について前記噴出口よりも前方に設けられた第１通気口、前記ステージを間に挟んで前記噴出口と対向して設けられた第２通気口および前記第１通気口と前記第２通気口とを連通する還流風路が形成された還流配管を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
接地電極と、前記接地電極との間に隙間が形成されて対向配置された電極とを有し、噴出口が形成され、前記電極に電圧が印加されることによって前記隙間に大気圧放電を発生させる大気圧プラズマユニットを備えたプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
不活性ガスと酸素とを含む放電供給ガスが前記隙間に供給された状態で前記大気圧放電を発生させることによって活性粒子を含む放電ガスを生成し、前記放電ガスを前記噴出口から噴出させて処理体に照射する放電ガス噴出工程と、
前記処理体に沿った方向に前記処理体に対する前記大気圧プラズマユニットの相対位置を変化させる相対位置変化工程と、
前記処理体に対する前記大気圧プラズマユニットの移動方向について前記噴出口よりも後方から前記放電ガスを吸引し、吸引した前記放電ガスを前記処理体に対する前記大気圧プラズマユニットの移動方向について前記噴出口よりも前方に吐出する放電ガス還流工程と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプラズマ処理方法によってプラズマ処理された前記処理体に接着剤を用いて被接着部材を接着する接着工程を備えたことを特徴とする接着方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載のプラズマ処理方法によって高低差のある表面がプラズマ処理された処理体と、
前記処理体における前記高低差のある表面に接着剤を用いて接着された被接着部材と
を備えたことを特徴とする複合構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、大気圧放電によって生じた放電ガスを処理体に照射するプラズマ処理装置、プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法、プラズマ処理方法によってプラズマ処理された処理体に被接着部材を接着する接着方法およびプラズマ処理方法によってプラズマ処理された処理体に被接着部材が接着された複合構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、処理体の表面の洗浄または処理体の表面における接着性の改善などを目的として、大気圧プラズマ処理の利用が広がっている。中でも、大気圧放電によって発生した活性粒子を含む放電ガスを用いる、いわゆるリモート式大気圧プラズマ処理は、処理体における形状の制約が小さく、インライン処理への適用が容易であることから注目されている。
【０００３】
従来、大気圧放電によって放電ガスを生成し、生成した放電ガスを処理体に照射する大気圧プラズマユニットと、大気圧プラズマユニットを挟むように配置されたガス噴出口を有するガス噴出装置と、大気圧プラズマユニットを挟むように配置されたガス排出口を有するガス排出装置とを備えたプラズマ処理装置が知られている。大気圧プラズマユニットが放電ガスを処理体に照射する際に、ガス噴出装置は、プラズマ処理に影響を与えないガスを噴出し、ガス排出装置は、大気圧プラズマユニットから噴出された放電ガスおよびガス噴出装置から噴出されたガスを吸引して排出する。ガス噴出装置から噴出されるガスによって、ガス流のカーテンが形成され、このカーテンによって、大気圧プラズマユニットと処理体との間のプラズマ処理空間が外部の空気から遮断される。これにより、空気中の酸素分子がプラズマ処理空間に入ることによって発生する表面処理性能の低下および表面処理の不均一化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７８０９４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、プラズマ処理空間を外部の空気から遮断するために、ガス噴出装置およびガス排出装置を備えなければならず、ガス消費量が増加し、ランニングコストが増大してしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は、表面処理性能の低下および表面処理の不均一化を抑制するとともに、ランニングコストを低減させることができるプラズマ処理装置、プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法、プラズマ処理方法によってプラズマ処理された処理体に被接着部材を接着する接着方法およびプラズマ処理方法によってプラズマ処理された処理体に被接着部材が接着された複合構造体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るプラズマ処理装置は、接地電極と、接地電極との間に隙間が形成されて対向配置された電極とを有し、噴出口が形成され、電極に電圧が印加されることによって隙間に大気圧放電を発生させる大気圧プラズマユニットを備え、不活性ガスと酸素とを含む放電供給ガスが隙間に供給された状態で大気圧放電を発生させることによって活性粒子を含む放電ガスが生成され、放電ガスが噴出口から噴出されて処理体に照射されるとともに、処理体に沿った方向に処理体に対する大気圧プラズマユニットの相対位置を変化させることによって、処理体の表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、処理体に対する大気圧プラズマユニットの移動方向について噴出口よりも前方に設けられた第１通気口、移動方向について噴出口よりも後方に設けられた第２通気口および第１通気口と第２通気口とを連通する還流風路が形成された還流配管と、第２通気口から還流風路に放電ガスが吸引され、吸引された放電ガスが第１通気口から放電ガスが吐出されるように還流風路に放電ガスの流れを発生させる送風装置とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るプラズマ処理装置によれば、処理体に対する大気圧プラズマユニットの移動方向について噴出口よりも前方に設けられた第１通気口、移動方向について噴出口よりも後方に設けられた第２通気口および第１通気口と第２通気口とを連通する還流風路が形成された還流配管と、第２通気口から還流風路に放電ガスが吸引され、吸引された放電ガスが第１通気口から放電ガスが吐出されるように還流風路に放電ガスの流れを発生させる送風装置とを備えているので、放電ガスを用いて、大気圧プラズマユニットと処理体との間のプラズマ処理空間を外部の空気から遮断することができる。これにより、表面処理性能の低下および表面処理の不均一化を抑制するとともに、ランニングコストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】原子状酸素の数密度の減衰速度と雰囲気中の酸素濃度との関係を示すグラフである。
【図３】図１のプラズマ処理装置が動作している状態を示す断面図である。
【図４】図１のプラズマ処理装置における還流流量が９Ｌ／ｍｉｎの場合の酸素濃度の測定結果を示すグラフである。
【図５】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底面側から見た斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係るプラズマ処理装置の大気圧プラズマユニットおよび還流装置を底面側から見た斜視図である。
【図７】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８】この発明の実施の形態５に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図９】図８の大気圧プラズマユニットの移動方向を反転させた状態を示す断面図である。
【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。
【図１１】この発明の実施の形態７に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態８に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態９に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態１０に係るプラズマ処理装置の接地電極を底面側から見た斜視図である。
【図１５】この発明の実施の形態１１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】
【００１０】
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。図において、プラズマ処理装置は、処理体１に放電ガスを照射する大気圧プラズマユニット２と、処理体１を搬送する搬送装置３と、大気圧プラズマユニット２から照射された放電ガスを吸引して処理体１に吐出する還流装置４とを備えている。
【００１１】
大気圧プラズマユニット２は、板形状の接地電極２１と、接地電極２１との間に隙間１００が形成されて対向配置された高圧電極（電極）２２と、ガス供給口２３１が形成され、接地電極２１とともに高圧電極２２を覆う筐体２３と、基端部に第１配管部２４１および第２配管部２４２を有し、先端部がガス供給口２３１に接続された配管２４と、第１配管部２４１に設けられた第１流量調節器２５と、第２配管部２４２に設けられた第２流量調節器２６と、高圧電極２２に電気的に接続された高圧電源２７とを有している。
【００１２】
高圧電極２２は、誘電体２２１と、誘電体２２１の内部に設けられた導電層２２２とを含んでいる。導電層２２２は、高圧電源２７と電気的に接続されている。接地電極２１は、筐体２３と電気的に接続され、かつ、接地されている。
【００１３】
搬送装置３は、搬送装置３と高圧電極２２との間に接地電極２１が配置されるように、接地電極２１に対向して配置されている。搬送装置３は、搬送装置３と接地電極２１との間に処理体１が配置されるように、処理体１を支持する。搬送装置３は、処理体１に沿った方向に大気圧プラズマユニット２に対して処理体１を移動させる。図１では、搬送装置３は、矢印Ａの方向に処理体１を移動させる。
【００１４】
処理体１は、表面の全域に渡って凹凸部が形成されている。処理体１は、凹凸部が大気圧プラズマユニット２に対向するように、搬送装置３に支持される。つまり、処理体１の凹凸部が処理対象となっている。
【００１５】
第１配管部２４１には、窒素ガスタンク（図示せず）から窒素ガス（不活性ガス）が供給されるようになっている。第２配管部２４２には、酸素ガスタンク（図示せず）から酸素ガスが供給されるようになっている。配管２４では、窒素ガスと酸素ガスとが混合されて、酸素濃度が１００ｐｐｍ程度の放電供給ガスが生成される。配管２４で製造された放電供給ガスは、ガス供給口２３１から筐体２３の内部に供給される。
【００１６】
接地電極２１には、接地電極２１の厚さ方向に貫通する長方形型のスリット（噴出口）２１１が形成されている。スリット２１１は、接地電極２１の厚さ方向に見た場合に処理体１の搬送方向に対して垂直な方向に延びるように形成されている。つまり、スリット２１１は、図１の奥行方向に延びて形成されている。
【００１７】
還流装置４は、筐体２３の外周に設けられた還流配管４１と、還流配管４１に設けられたファン４２（送風装置）とを有している。還流配管４１には、大気圧プラズマユニット２に対する処理体１の移動方向について大気圧プラズマユニット２よりも後方に設けられた吐出口（第１通気口）４１１、大気圧プラズマユニット２に対する処理体１の移動方向について大気圧プラズマユニット２よりも前方に設けられた吸引口（第２通気口）４１２および吐出口４１１と吸引口４１２とを連通する還流風路４１３が形成されている。つまり、吐出口４１１は、処理体１に対する大気圧プラズマユニット２の移動方向について大気圧プラズマユニット２よりも前方に設けられ、吸引口４１２は、処理体１に対する大気圧プラズマユニット２の移動方向について大気圧プラズマユニット２よりも後方に設けられている。吐出口４１１および吸引口４１２は、接地電極２１における搬送装置３側の面、つまり、接地電極２１の底面とほぼ同一の面上に配置されている。
【００１８】
搬送装置３による処理体１の移動速度は、５００ｃｍ／ｍｉｎ程度以下となっている。これ以上の速度で処理体１が移動する場合には、処理体１と放電ガスとの接触時間が短くなってしまい、処理体１の表面処理を十分に行うことができなくなるためである。
【００１９】
接地電極２１と処理体１との間の距離（以下、照射距離を記載）は、１ｃｍ程度以下となっている。照射距離が１ｃｍを超える場合には、放電ガスにおけるほとんどの活性粒子は、処理体１に到達する前に消滅してしまうからである。これより、例えば、スリット２１１の長さが１０ｃｍの場合に、大気圧プラズマユニット２と処理体１との間に形成される照射クリアランス１０４（図３）の容積は、最大で５０００ｃｍ３／ｍｉｎ程度となる。
【００２０】
放電供給ガスの流量は、十分な処理速度を得るために、１Ｌ／（ｍｉｎ・ｃｍ）以上となっている。例えば、スリット２１１の長さが１０ｃｍの場合には、放電供給ガスの流量は、１０Ｌ／（ｍｉｎ・ｃｍ）、すなわち、１００００ｃｍ３／ｍｉｎ以上となる。これにより、放電ガスの一部を還流させることによって、照射クリアランス１０４を低酸素濃度ガスで満たすことができる。実際には、拡散による空気の混入を防ぐために、照射クリアランス１０４の容積以上の流量を還流させることが望ましい。放電供給ガスの流量以上を還流すると、空気を吸い込むことになってしまうので、望ましくない。一般的な傾向として、還流流量をゼロから徐々に増加させていくと、照射クリアランス１０４の酸素濃度は低下し、ある流量の時に最低値となる。その後は、還流流量の増加にともなって逆に酸素濃度が増加する。酸素濃度が最低となる還流流量は、放電供給ガスの流量および照射距離など様々な条件に依存する。したがって、照射クリアランス１０４の酸素濃度を測定しながら、還流流量を調節し、最適条件を見出すことが望ましい。
【００２１】
次に、プラズマ処理装置の動作について説明する。窒素ガスが第１配管部２４１を通り、酸素ガスが第２配管部２４２を通ることによって、筐体２３の内部に放電供給ガスが供給される。このとき、第１流量調節器２５および第２流量調節器２６は、放電供給ガスにおける酸素濃度が１００ｐｐｍ程度となるように、窒素ガスおよび酸素ガスの流量を調節する。
【００２２】
筐体２３の内部に供給された放電供給ガスは、高圧電極２２の外周面の外側を通った後、接地電極２１と高圧電極２２との間の隙間１００およびスリット２１１の順に通り、筐体の２３の外部に噴出される。ここで、高圧電源２７を動作させ、導電層２２２に交流の高電圧を印加することによって、隙間１００には、プラズマ（大気圧放電）１０１が形成される。プラズマ１０１の中では、様々な反応が生じるが、特に下記の式（１）の反応によって酸素の解離が生じ、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。
Ｏ２＋ｅ  →  Ｏ＋Ｏ＋ｅ      （１）
【００２３】
搬送装置３が処理体１を移動方向に移動させることによって、原子状酸素が輸送場１０２を通って処理体１の表面に当たり、処理体１の表面の洗浄または改質が行われる。このとき、ファン４２が駆動することによって、吸引口４１２から還流風路４１３に放電ガスが吸引され、還流風路４１３に吸引された放電ガスが吐出口４１１から吐出される。これにより、処理体１の凹凸部の底面まで効率的な表面処理が実現される。
【００２４】
一般に、輸送場１０２に酸素が存在する場合には、プラズマ１０１の中で生成された原子状酸素は、処理体１に到達するまでに、下記の式（２）の反応により、その一部が消滅する。
Ｏ＋Ｏ２＋Ｍ  →  Ｏ３＋Ｍ      （２）
【００２５】
上記の式（２）では、Ｏ３は、オゾンであり、Ｍは雰囲気に存在するあらゆる原子または分子を示す。上記の式（２）に示す反応では、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較して、活性が低く、表面処理の効果が著しく小さい。また、上記の式（２）に示す反応の頻度は、酸素濃度に比例するので、輸送場１０２に酸素分子が多く存在すると、原子状酸素の多くが消滅してしまい、その結果、表面処理の効率が低下する。
【００２６】
この例では、大気圧とは、絶対圧が１／１０気圧と５気圧との間の気圧を意味する。気圧が１／１０気圧未満の場合、上記の式（２）の反応レートが低くなり、原子状酸素の輸送は容易となる。したがって、このプラズマ処理装置を適用するメリットが小さい。また、気圧が５気圧を超える場合、プラズマの形成に非常に高い電圧が必要となり、電源の大型化および絶縁設計の困難化に伴ってコストが著しく増加し、実用に適さなくなる。
【００２７】
輸送場１０２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２に示す。なお、上記の式（２）における反応速度係数は、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．  Ｔｅｃｎｏｌ，  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。図２に示すように、輸送場１０２の酸素濃度の増加に伴って、原子状酸素の消滅速度が著しく増加することが分かる。特に、空気中（酸素濃度が約２０％）においては、原子状酸素の寿命は、数十マイクロ秒であり、大気圧プラズマユニット２から照射されて処理体１に到達する前に原子状酸素の多くが消滅すると予測される。照射距離が予め設定された距離よりも離れている場合には、この影響が特に顕著となる。これが、従来装置では凹凸面の処理が効果的に行うことができない原因である。したがって、処理体１の凹凸面を効率的に処理するためには、輸送場１０２への空気の混入を抑制する必要がある。
【００２８】
上記特許文献１に記載のプラズマ処理装置では、ガスカーテンを用いることによってこの問題が軽減されている。つまり、プラズマが吐出される吐出口の両側から窒素ガスなどの不活性ガスを噴出することによって、輸送場１０２への空気の入り込みを抑制し、結果的に、原子状酸素の消滅が抑制され、表面処理を効率的に実現される。しかしながら、上記特許文献１に記載のプラズマ処理装置では、放電ガスを生成するガスとは別の不活性ガスを輸送場１０２に供給する必要があるので、ガスの使用量が増加し、ランニングコストの増大を招く。また、上記特許文献１に記載のプラズマ処理装置では、ガス供給配管が２系統以上必要となるので、プラズマ処理装置の構成が複雑化してしまう問題がある。
【００２９】
この実施の形態１に係るプラズマ処理装置では、ガスの使用量が増加することなく、かつ、簡単な構成で、輸送場１０２への空気の混入を抑制し、処理体１の凹凸部に対して効率的なプラズマ処理が実現される。以下、この理由について説明する。
【００３０】
図３は図１のプラズマ処理装置が動作している状態を示す断面図である。図において、大気圧プラズマユニット２から放電ガスが処理体１に照射され（放電ガス噴出工程）、処理体１の表面に放電ガスが当った後、処理体１の移動（相対位置変化工程）にともなって、放電ガスも処理体１の移動方向に移動する。放電ガスは、窒素に１００ｐｐｍ程度の酸素が混合されたガスであるので、処理体１の移動方向について輸送場１０２よりも前方には、低酸素濃度ガス１０３の雰囲気が形成される。低酸素濃度ガス１０３は、ファン４２の駆動によって吸引口４１２から吸引され、還流風路４１３を通った後に、吐出口４１１から吐出される（放電ガス還流工程）。処理体１の移動にともなって、処理体１の移動方向について大気圧プラズマユニットよりも後方側の外気（空気）が輸送場１０２に入り込もうとするものの、吐出口４１１から吐き出される低酸素濃度ガス１０３により外気が遮断される。これにより、輸送場１０２における原子状酸素の消滅が抑制され、処理体１の凹凸部に対して、その底面まで高い密度で原子状酸素が到達する。
【００３１】
本願出願人は、本願発明のプラズマ処理装置を用いて、処理体１の移動方向について大気圧プラズマユニット２よりも前方から後方に放電ガスを還流させた場合の効果を検証した。放電供給ガスとして、窒素と酸素の混合ガス（酸素濃度１００ｐｐｍ）を１５Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した。搬送装置３としてベルトコンベヤを用い、処理体１を設置せずに、５０ｍｍ／ｓの速度で連続駆動させた。接地電極２１の最低部とベルトコンベヤ上面との間の距離を７ｍｍとした。送風装置としては、エアポンプを用い、ニードルバルブで還流流量を調節するとともに、流量計で還流流量を測定した。酸素濃度計を用いて、輸送場１０２の酸素濃度を連続測定し、１秒に１回の頻度で記録した。酸素濃度測定ガスの吸気には、外径１／１６インチのステンレス管を使用し、吸気点は接地電極２１の底面から３ｍｍ下方、処理体１の移動方向についてスリット２１１から３ｍｍだけ前方とした。
【００３２】
図４は図１のプラズマ処理装置における還流流量が９Ｌ／ｍｉｎの場合の酸素濃度の測定結果を示すグラフである。還流ＯＦＦ（エアポンプ停止）時には平均２．８％であった酸素濃度が還流ＯＮ（エアポンプ稼働）時には平均０．２４％に低下した。
【００３３】
次に、厚さ２ｍｍのアルミニウム板をベルトコンベヤに設置し、照射距離５ｍｍでプラズマ処理を行い、表面の濡れ性を濡れ張力試験用混合液を用いて評価した。その結果、処理前の濡れ張力が３０ｍＮ／ｍであったの対して、還流ＯＦＦ時は３２ｍＮ／ｍに向上し、還流ＯＮ時は３６ｍＮ／ｍに向上した。このように、このプラズマ処理装置は、照射距離が５ｍｍと比較的離れた処理体１に対しても、親水効果の向上が認められた。また、図４からわかるように、還流ＯＦＦ時には酸素濃度の時間変動が大きいが、還流ＯＮ時には酸素濃度の時間変動が抑制されている。これは、還流により外気が遮断され、室内の気流にともなった輸送場１０２への外気の混入が抑制されたためである。このように、このプラズマ処理装置によって、輸送場１０２の酸素濃度の変動を抑制し、プラズマ処理の効果を安定化させることができる。
【００３４】
なお、大気圧放電に用いる電圧は、必ずしも交流でなくてもよい。例えば、両極性のパルス電圧、矩形波電圧など、時間とともにその極性が変化する電圧を印加することによって、大気圧放電が形成される。
【００３５】
放電供給ガスには、不活性ガスと酸素を含むガスとの混合ガスが用いられる。不活性ガスとしては、この例では、窒素を例に説明したが、窒素の他に、アルゴンもしくはヘリウムなどの希ガス、または、これらの混合ガスを用いることができる。酸素ガスを含むガスとしては、酸素ガス、空気など、放電により原子状酸素が生成されるあらゆるガスを用いることができる。
【００３６】
放電供給ガスにおける酸素濃度は、１ｐｐｍと１％との間にするとよい。酸素濃度が１ｐｐｍ未満の場合、原子状酸素の発生源となる酸素分子の量が少なくなり、効率的なプラズマ処理を行うことが難しい。また、酸素濃度が１％を超える場合、プラズマにおける上記の式（２）の反応が迅速に進み、原子状酸素が急速に失われ、効率的なプラズマ処理を行うことが難しい。
【００３７】
吐出口４１１および吸引口４１２の形状に特に制約はなく、スリット状にしたり、複数の細孔から構成されたりすることができる。例えば、吸引口４１２をスリットよりも短くし、吐出口４１１をスリットよりも長くすることによって、吸引時の空気の混入を抑制した上で、原子状酸素の輸送場１０２への空気の混入を効果的に抑制することができる。
【００３８】
還流風路４１３にオゾン分解剤または吸着剤を配置してもよい。これにより、放電ガスに含まれるオゾンまたは窒素酸化物などを、還流時に除去することができる。また、還流風路４１３に分離膜などのガス分離装置を配置してもよい。これにより、還流ガス中から酸素を排除し、より低酸素濃度のガスとして吐出することができる。
【００３９】
吐出口４１１は、必ずしも接地電極２１の中心近傍に配置する必要はない。例えば、吐出口４１１を吸引口４１２に隣り合う位置に配置する場合には、吸引口４１２に吸引される放電ガスへの空気の混入を低減させることができる。一方、吐出口４１１をスリット２１１に隣り合う位置に配置する場合には、原子状酸素の輸送場１０２への空気の混入を抑制することができる。これらは、放電ガス流量、還流ガス流量、処理体１の相対移動の速度などを考慮して設定される。
【００４０】
高圧電極２２は、導電層２２２を埋設した誘電体２２１から構成されているが、少なくとも隙間１００側の表面が誘電体２２１に覆われた導体であればよい。誘電体材料としては、アルミナ、ジルコニアなどのセラミック、ガラス、樹脂材料などを用いることができる。また、接地電極には、ステンレス、アルミニウム、チタンなどの金属材料を用いることができる。
【００４１】
接地電極２１の隙間１００側の表面は、セラミックなどの誘電体で覆ってもよい。この場合、プラズマ発生にともなう金属材料の腐食を抑制する効果があり、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ある。
【００４２】
噴出口は、必ずしも長方形型のスリット２１１である必要はない。例えば、複数の細孔が並べられた構成、または、複数のスリットが並べられた構成であってもよい。
【００４３】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置によれば、処理体１に対する大気圧プラズマユニット２の移動方向についてスリット２１１よりも後方から放電ガスを吸引し、スリット２１１よりも前方に放電ガスを吐出する還流装置４を備えているので、輸送場１０２への空気の混入が抑制され、輸送場１０２における原子状酸素の消滅が抑制される。このため、凹凸部が形成された処理体１の、大気圧プラズマユニット２に近い面（上面）に加え、大気圧プラズマユニット２から遠い面（底面）、さらに放電ガスの噴出する方向に平行な面（側面）においても、効率的にプラズマ処理することができる。すなわち、高低差のある表面において、効率的にプラズマ処理することができる。また、このプラズマ処理装置は、別途、ガスカーテン用のガス源を用いることなく、放電供給ガスのみで実現することができるので、ランニングコストの抑制および装置の簡素化を図ることができる。また、放電ガスを還流させることによって、外気を遮断するので、室内の気流に伴う輸送場１０２の酸素濃度の変動が抑制され、プラズマ処理の効果を安定化させることができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態１では、大気圧プラズマユニット２を固定し、処理体１を移動させることによって、大気圧プラズマユニット２に対して処理体１を移動させているが、処理体１を固定し、大気圧プラズマユニット２を移動させてもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態１では、大気圧プラズマユニット２と、吐出口４１１および吸引口４１２との高さ方向についての位置が同一である構成について説明したが、大気圧プラズマユニット２と、吐出口４１１および吸引口４１２との高さ方向についての位置は、任意に設定することができる。例えば、吐出口４１１および吸引口４１２の高さ方向についての位置が、接地電極２１の底面よりも処理体１側に突出させる構成であってもよい。この場合、空気の混入をより抑制することができる。また、吐出口４１１および吸引口４１２の高さ方向についての位置が、接地電極２１の底面よりも処理体１から離れた構成であってもよい。この場合、吐出口４１１および吸引口４１２と処理体１との衝突を防止することができる。
【００４６】
また、本発明のプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行った処理体１の処理表面に、接着剤を用いて別の部材（被接着部材）を接着してもよい（接着工程）。これにより、強固な接着面を得ることができる。接着剤としては、エポキシ樹脂などの一般的な接着剤の他、特に限定されるものではない。本発明においては、上述したように、高低差を有する表面を接着面とする接着において優れた効果が得られるものである。そのため、上記のプラズマ処理装置に接着を行って作製された複合構造体は、機械的強度および信頼性の点で優れた特性を得ることができる。
【００４７】
実施の形態２．
図５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底面側から見た斜視図である。図において、吐出口４１１、吸引口４１２および還流風路４１３が接地電極２１の内側に形成されており、ファン４２Ａおよびファン４２Ｂが接地電極２１の内側に配置されている。搬送装置３によって、接地電極２１が処理体１に対して移動する。図５では、矢印Ｂの方向に接地電極２１が移動する。
【００４８】
接地電極２１は、直方体形状に形成されている。接地電極２１の中心付近には、厚さ方向に貫通するスリット２１１が形成されている。スリット２１１を囲むように、中空状の溝が形成されており、この溝が還流風路４１３を構成する。
【００４９】
還流風路４１３におけるスリット２１１に沿った部分の一方には、吐出口４１１が連通され、還流風路４１３におけるスリット２１１に沿った部分の他方には、吸引口４１２が連通されている。還流風路４１３におけるスリット２１１の長手方向についてスリット２１１を挟む部分の一方には、ファン４２Ａが配置され、その他方には、ファン４２Ｂが配置されている。ファン４２Ａおよびファン４２Ｂが駆動することによって、吸引口４１２から放電ガスが吸引され、吸引された放電ガスが還流風路４１３を通って、吐出口４１１から放電ガスが吐出される。このとき、大気圧プラズマユニット２（図示せず）は、図５の矢印Ｂの方向に移動する。これにより、スリット２１１から吐出した放電ガスは、処理体１（図示せず）の表面に触れた後、大気圧プラズマユニット２の移動方向とは反対の方向に流れて、吸引口４１２から吸引され、吐出口４１１から吐出される。
【００５０】
吐出口４１１および吸引口４１２において、大気圧プラズマユニット２の長手方向について均一なガス流を形成するためには、吐出口４１１および吸引口４１２のコンダクタンスを還流風路４１３のコンダクタンスより十分低く設定する必要がある。これは、例えば、還流風路４１３の断面積と比較して、吐出口４１１および吸引口４１２の開口面積を十分に小さくすることで達成される。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００５１】
以上説明したように、この発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置によれば、ファン４２Ａ、ファン４２Ｂが接地電極２１の内側に配置され、吐出口４１１、吸引口４１２および還流風路４１３が接地電極２１に形成されているので、実施の形態１と比較して、大気圧プラズマユニット２に還流装置４を外付けする必要がない。これにより、プラズマ処理装置の小型化および簡略化を図ることができる。また、実施の形態１と比較して、吐出口４１１および吸引口４１２をスリット２１１に近づけて配置することができるので、外気（空気）の混入がより抑制され、効率的なプラズマ処理が可能となる。
【００５２】
なお、上記実施の形態２では、搬送装置３が大気圧プラズマユニット２を移動させる構成について説明したが、大気圧プラズマユニット２を固定し、搬送装置３が処理体１を移動させる構成であってもよい。
【００５３】
また、上記実施の形態２では、吐出口４１１および吸引口４１２のいずれもが、一連のスリットに形成されている例について説明したが、これに限らず、例えば、吐出口４１１および吸引口４１２は、複数の細孔によって構成されてもよく、また、複数のスリットから構成されてもよい。
【００５４】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係るプラズマ処理装置の大気圧プラズマユニットおよび還流装置を底面側から見た斜視図である。図において、還流装置４が還流ユニットを構成している。還流装置４は、大気圧プラズマユニット２と同一平面上に配置され、かつ、大気圧プラズマユニット２の外周を覆っている。
【００５５】
還流装置４は、直方体形状に形成された還流板部材４３を有している。還流板部材４３の中心付近には、大気圧プラズマユニット２が嵌め込まれる貫通孔４３１が形成されている。還流板部材４３には、貫通孔４３１を囲むように、中空形状の還流風路４１３が形成されている。還流風路４１３におけるスリット２１１に沿った部分の一方には、複数の孔から構成された吐出口４１１が連通され、その他方には、複数の孔から構成された吸引口４１２が連通されている。還流風路４１３におけるスリット２１１の長手方向についてスリット２１１を挟む部分の一方には、ファン４２Ａが配置され、その他方には、ファン４２Ｂが配置されている。ファン４２Ａおよびファン４２Ｂが駆動することによって、吸引口４１２から放電ガスが吸引され、吸引された放電ガスが還流風路４１３を通って、吐出口４１１から放電ガスが吐出される。還流装置４は、大気圧プラズマユニット２に外付けされており、搬送装置３の駆動によって、大気圧プラズマユニット２とともに、矢印Ｃの方向に移動する。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００５６】
以上説明したように、この発明の実施の形態３に係るプラズマ処理装置によれば、還流装置４が大気圧プラズマユニット２に外付けされているので、大気圧プラズマユニット２の外部に還流風路４１３を形成する必要がなく、プラズマ処理装置の小型化および簡素化を実現することができる。また、既存のプラズマ処理装置を大幅に改造することなく、大気圧プラズマユニット２に還流装置４を取り付けることができる。
【００５７】
なお、上記実施の形態３では、搬送装置３が駆動することによって大気圧プラズマユニット２が移動する構成について説明したが、大気圧プラズマユニット２を固定し、搬送装置３が処理体１を移動させる構成であってもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態３では、還流板部材４３の形状が直方体形状である構成について説明したが、これに限らず、大気圧プラズマユニット２の形状に合わせて適宜変更することができる。
【００５９】
実施の形態４．
図７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。図において、大気圧プラズマユニット２および還流装置４が搬送装置３の駆動によって移動する。大気圧プラズマユニット２および還流装置４の移動方向は、搬送装置３によって反転可能となっている。大気圧プラズマユニット２および還流装置４の移動方向が反転することによって、還流装置４のファン４２の回転方向が反転する。
【００６０】
大気圧プラズマユニット２および還流装置４は、搬送装置３の駆動によって、矢印Ｄおよび矢印Ｅの方向に往復運動する。スリット２１１は、接地電極２１の厚さ方向に見た場合に大気圧プラズマユニット２の移動方向に直交する方向に延びて形成されている。大気圧プラズマユニット２の移動方向について大気圧プラズマユニット２の前方および後方に、第１通気口４１４および第２通気口４１５が配置されている。第１通気口４１４および第２通気口４１５は、還流風路４１３に連通されている。還流風路４１３には、回転方向が可変のファン４２が配置されている。
【００６１】
大気圧プラズマユニット２が矢印Ｄの方向に移動する場合には、ファン４２は、矢印Ｄの方向に気流が発生するように回転し、第１通気口４１４から放電ガスが吸引され、第２通気口４１５から放電ガスが吐出される。一方、大気圧プラズマユニット２が矢印Ｅの方向に移動する場合には、ファン４２は、矢印Ｅの方向に気流が発生するように回転し、第２通気口４１５から放電ガスが吸引され、第１通気口４１４から放電ガスが吐出される。これにより、大気圧プラズマユニット２がどちらの方向に移動する場合であっても、放電ガスを還流させることができ、照射クリアランス１０４が低酸素濃度ガスの雰囲気となり、処理体１の凹凸部を効率的にプラズマ処理することができる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００６２】
以上説明したように、この発明の実施の形態４に係るプラズマ処理装置によれば、ファン４２は、処理体１に対する大気圧プラズマユニット２の移動方向が反転する場合に、放電ガスの流れ方向を反転させるので、大気圧プラズマユニット２がどちらの方向に移動する場合であっても、放電ガスを還流させることができる。
【００６３】
なお、上記実施の形態４では、搬送装置３が大気圧プラズマユニット２を移動させる構成について説明したが、搬送装置３が処理体１を移動させる構成であってもよい。
【００６４】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５に係るプラズマ処理装置を示す断面図、図９は図８の大気圧プラズマユニットの移動方向を反転させた状態を示す断面図である。図において、プラズマ処理装置は、還流装置４に設けられた物理カーテン５Ａ、５Ｂを備えている。
【００６５】
物理カーテン５Ａ、５Ｂは、アルミニウムまたは銅などの金属箔から構成されている。物理カーテン５Ａおよび５Ｂは、第１通気口４１４および第２通気口４１５における大気圧プラズマユニット２とは反対側の部分に取り付けられている。物理カーテン５Ａ、５Ｂの最低部は、大気圧プラズマユニット２の最低部よりも下方に、つまり、処理体１側に突出している。大気圧プラズマユニット２が矢印Ｄの方向に移動する場合には、第１通気口４１４から放電ガスが吸引される。この場合、物理カーテン５Ａが第１通気口４１４に取り付けられているので、物理カーテン５Ａが存在しない場合と比較して、第１通気口４１４が外気と仕切られており、空気の吸引が抑制される。また、物理カーテン５Ｂが第２通気口４１５に取り付けられているので、物理カーテン５Ｂが存在しない場合と比較して、移動方向の前方から照射クリアランス１０４への空気の混入が抑制される。
【００６６】
物理カーテン５Ａ、５Ｂは、金属箔から構成されているので、弾性を有している。これにより、処理体１の凹凸部に物理カーテン５Ａ、５Ｂが接触した状態が維持され、また、大気圧プラズマユニット２の移動方向が反転した場合であっても、処理体１の凹凸部に物理カーテン５Ａ、５Ｂが接触した状態が維持される。その他の構成は実施の形態４と同様である。
【００６７】
以上説明したように、この発明の実施の形態５に係るプラズマ処理装置によれば、処理体１に対する大気圧プラズマユニット２の移動方向について第１通気口４１４よりもスリット２１１から離れた還流配管４１の部分と、この移動方向について第２通気口４１５よりもスリット２１１から離れた還流配管４１の部分とに設けられ、接地電極２１よりも処理体１に向かって延びた弾性を有する物理カーテン５Ａ、５Ｂを備えているので、移動方向の前方および後方から照射クリアランス１０４への空気の混入を抑制することができる。また、大気圧プラズマユニット２の移動方向が反転した場合であっても、移動方向の前方および後方から照射クリアランス１０４への空気の混入を抑制することができる。
【００６８】
なお、上記実施の形態５では、物理カーテン５Ａ、５Ｂが金属箔から構成されている例について説明したが、これに限らず、物理カーテン５Ａ、５Ｂが樹脂から構成されてもよい。
【００６９】
また、上記実施の形態５では、搬送装置３が大気圧プラズマユニット２を移動させる構成について説明したが、搬送装置３が処理体１を移動させる構成であってもよい。
【００７０】
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。還流配管４１には、吐出口（第３通気口）４１６と、吐出口４１６と還流風路４１３とを連通する還流風路４１７とが形成されている。
【００７１】
吐出口４１６は、大気圧プラズマユニット２の移動方向について吸引口４１２よりも後方、つまり、処理体１の移動方向について吸引口４１２よりも前方に配置されている。還流風路４１７は、還流風路４１３におけるファン４２と吐出口４１１との間の部分に連通している。ファン４２が駆動することによって、吸引口４１２から放電ガスが吸引され、吸引された放電ガスの一部が還流風路４１３を通って吐出口４１１から吐出され、その残りが還流風路４１７を通って吐出口４１６から吐出される。
【００７２】
還流風路４１３に流れる放電ガスの流量と、還流風路４１７に流れる放電ガスの流量との割合は、処理体１に対する大気圧プラズマユニット２の移動速度および照射距離などによって適宜決められる。これは、例えば、還流風路４１３と還流風路４１７とのそれぞれのコンダクタンスを調節することで可能となる。
【００７３】
実施の形態１に係るプラズマ処理装置では、吸引口４１２から放電ガスを吸引する際に、外部から若干量の空気も吸引してしまう。一方、実施の形態５に係るプラズマ処理装置では、処理体１の移動方向について吸引口４１２よりも前方に吐出口４１６から低酸素濃度の放電ガスが吐出されるので、吸引口４１２に向かう外気が遮断され、吸引口４１２に空気が吸引されることが抑制される。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００７４】
以上説明したように、この発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置によれば、還流配管４１には、処理体１に対する大気圧プラズマユニット２の移動方向について、吸引口４１２よりも後方に設けられ、吸引口４１２から吸引された放電ガスが吐出される吐出口４１６が形成されているので、吸引口４１２に向かう外気が遮断され、吸引口４１２に空気が吸引されることを抑制することができる。
【００７５】
なお、上記実施の形態５に係るプラズマ処理装置では、還流風路４１３にのみファン４２が配置された構成について説明したが、還流風路４１７にもファンが配置された構成であってもよい。これにより、還流風路４１７を流れる放電ガスの流量をより効果的に調節することができる。
【００７６】
実施の形態７．
図１１はこの発明の実施の形態７に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。図において、プラズマ処理装置は、配管２４の内側に設けられた回転フィン６Ａと、還流配管４１の内側に設けられた回転フィン６Ｂと、回転フィン６Ａと回転軸を同じとするギヤ７Ａと、回転フィン６Ｂと回転軸を同じとし、ギヤ７Ａと歯合するギヤ７Ｂとを備えている。ギヤ７Ａは、配管２４の外側に配置されている。ギヤ７Ｂは、還流配管４１の外側に配置されている。
【００７７】
このプラズマ処理装置は、実施の形態１と異なり、還流風路４１３にファン４２が設けられていない。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００７８】
一般に、放電供給ガスは、ガスボンベや液化タンク、コンプレッサなどから供給されるが、ゲージ圧で数気圧程度の加圧状態で供給される。実施の形態７では、放電供給ガスが配管２４に供給される際に、その流体エネルギーを動力として、回転フィン６Ａが回転する。ここで得られた動力は、ギヤ７Ａおよびギヤ７Ｂを介して、回転フィン６Ｂに伝達される。これにより、還流風路４１３には、気流が生起され、吸引口４１２から吐出口４１１への放電ガスの流れが形成される。
【００７９】
以上説明したように、この発明の実施の形態７に係るプラズマ処理装置によれば、還流風路４１３にファンを設けることなく、放電供給ガスの流体エネルギーのみによって還流風路４１３に放電ガスの気流を発生させることができる。これにより、放電ガスの気流を発生させるための動力を外部から供給する必要がなくなり、プラズマ処理装置の簡素化を図ることができる。
【００８０】
実施の形態８．
図１２はこの発明の実施の形態８に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。図において、還流装置４は、接地電極２１との間に処理体１が配置されるように配置されている。搬送装置３は、複数の貫通孔が形成されたメッシュコンベヤ（ステージ）から構成されている。
【００８１】
還流装置４は、コの字形状の還流配管４１と、還流配管４１の内側に設けられたファン４２とを有している。吸引口４１２は、スリット２１１に対向する位置に配置されている。吐出口４１１は、処理体１の移動方向についてスリット２１１よりも後方、つまり、処理体１に対する大気圧プラズマユニット２の移動方向についてスリット２１１よりも前方に配置されている。処理体１は、放電ガスが通過可能な中空構造に形成されている。大気圧プラズマユニット２と還流装置４とは互いに固定されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００８２】
次に、プラズマ処理装置の動作について説明する。処理体１が大気圧プラズマユニット２と還流装置４との間を通過すると、スリット２１１から放電ガスが噴出され、中空構造体の処理体１の表面を処理した後、搬送装置３を通過して吸引口４１２に向かう。ファン４２が駆動することによって、吸引口４１２から吐出口４１１への放電ガスの気流が形成され、低酸素濃度の放電ガスが吐出口４１１から吐出される。吐出口４１１から吐出された放電ガスは、処理体１を通過する。これにより、処理体１がスリット２１１に対向する前に、中空構造体の処理体１の内側の空間から空気が排除され、低酸素濃度の雰囲気となる。
【００８３】
以上説明したように、この発明の実施の形態８に係るプラズマ処理装置によれば、搬送装置３を間に挟んで接地電極２１と対向するとともに、処理体１に対する大気圧プラズマユニット２の移動方向についてスリット２１１よりも前方に設けられた吐出口４１１、搬送装置３を間に挟んでスリット２１１と対向して設けられた吸引口４１２および吐出口４１１と吸引口４１２とを連通する還流風路４１３が形成された還流配管４１を備えているので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
なお、上記実施の形態８では、還流配管４１の内側にファン４２が設けられている構成について説明したが、還流配管４１の内側にファン４２が設けられていない構成であってもよい。放電ガスの流量が大きい場合には、慣性によって、自然に吸引口４１２から吐出口４１１への放電ガスの流れが形成されるからである。
【００８５】
また、上記実施の形態８では、処理体１が中空構造に形成されている例について説明したが、中空構造体の例として、チューブ状や、複数のチューブを平行に並べて上下方向に貫通する構造を有する処理体１や網目状の処理体１などが挙げられる。
【００８６】
また、上記実施の形態８では、搬送装置３が処理体１を移動させる構成について説明したが、搬送装置３が大気圧プラズマユニット２および還流装置４を移動させる構成であってもよい。
【００８７】
実施の形態９．
図１３はこの発明の実施の形態９に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。図において、プラズマ処理装置は、３個の大気圧プラズマユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃが並べられている。大気圧プラズマユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃが並べられる方向は、搬送装置３によって大気圧プラズマユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃが移動する方向となっている。
【００８８】
それぞれの大気圧プラズマユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃには、配管２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを介して放電供給ガス装置８から放電供給ガスが供給される。それぞれの大気圧プラズマユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃの高圧電極２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃには、高圧電源２７が並列に接続されている。
【００８９】
吸引口４１２は、３個の大気圧プラズマユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃの中で、大気圧プラズマユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃに対する処理体１の移動方向について最も前方に位置する大気圧プラズマユニット２Ｃよりも前方に配置されている。
【００９０】
吐出口４１１は、３個の大気圧プラズマユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃの中で、大気圧プラズマユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃに対する処理体１の移動方向について最も後方に位置する大気圧プラズマユニット２Ａよりも後方に配置されている。
【００９１】
大気圧プラズマユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃにおけるそれぞれのスリット２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃから吐出された放電ガスは、処理体１に当った後、処理体１の移動にともなって処理体１の移動方向に流れる。
【００９２】
ファン４２が駆動することによって、吸引口４１２から低酸素濃度の放電ガスが吸引され、吸引された放電ガスは、還流風路４１３を通って、吐出口４１１から吐出される。吐出された放電ガスは、処理体１の移動にともなって処理体１の移動方向に流れ、照射クリアランス１０４を満たす。これにより、照射クリアランス１０４が低酸素濃度の雰囲気に維持され、プラズマ処理の効果が向上する。
【００９３】
以上説明したように、この発明の実施の形態９に係るプラズマ処理装置によれば、処理体１の移動方向について最も前方にある大気圧プラズマユニット２Ｃよりも前方に吸引口４１２を配置し、処理体１の移動方向について最も後方にある大気圧プラズマユニット２Ａよりも後方に吐出口４１１を配置し、吸引口４１２と吐出口４１１とを還流風路４１３によって連通することによって、大気圧プラズマユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃのそれぞれに還流風路４１３を形成する場合と比較して、構成を簡易化することができる。また、１台の大気圧プラズマユニット２を備えたプラズマ処理装置と比較して、大型の処理体１を高い処理速度でプラズマ処理することができる。
【００９４】
実施の形態１０．
図１４はこの発明の実施の形態１０に係るプラズマ処理装置の接地電極を底面側から見た斜視図である。図において、吐出口４１１Ａ、４１１Ｂがスリット２１１の長手方向についてスリット２１１を挟むように配置されている。つまり、吐出口４１１Ａ、４１１Ｂは、移動方向に見た場合に、スリット２１１に隣り合う位置に配置されている。
【００９５】
接地電極２１には、長方形型のスリット２１１が形成されている。接地電極２１には、スリット２１１における長手方向に延びた一方の側面および長手方向両端部を囲むように、中空の溝が形成されており、この溝が還流風路４１３を構成している。還流風路４１３は、接地電極２１の移動方向についてスリット２１１よりも後方の部分を通っている。
【００９６】
接地電極２１の移動方向についてスリット２１１よりも後方に位置する接地電極２１の部分には、吸引口４１２が配置されている。吸引口４１２と、吐出口４１１Ａ、４１１Ｂとの間の還流風路４１３には、ファン４２Ａ、４２Ｂが配置されている。スリット２１１から吐出された放電ガスは、ファン４２Ａ、４２Ｂの駆動によって、吸引口４１２から吸引される。吸引された放電ガスは、還流風路４１３を通って、吐出口４１１Ａ、４１１Ｂから吐出される。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００９７】
以上説明したように、この発明の実施の形態１０に係るプラズマ処理装置によれば、低酸素濃度の放電ガスが吸引口４１２から吸引され、スリット２１１の長手方向両端部に隣り合うように配置された吐出口４１１Ａ、４１１Ｂから放電ガスが吐出されるので、スリット２１１の長手方向両端部における空気の混入が抑制される。これにより、スリット２１１の全領域で均一な原子状酸素の輸送が実現され、均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００９８】
なお、上記実施の形態１０では、還流風路４１３が接地電極２１に形成された構成について説明したが、例えば、実施の形態３のように、外付けの還流装置４を別途形成してもよく、また、実施の形態１のように、還流装置４を大気圧プラズマユニット２の外周に形成してもよい。
【００９９】
実施の形態１１．
図１５はこの発明の実施の形態１１に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。図において、大気圧プラズマユニット２は、接地電極２１と、接地電極２１との間に隙間１００が形成されて対向配置された高圧電極（電極）２２と、隙間１００に連なるガス供給口２３１が形成され、接地電極２１とともに高圧電極２２を覆う筐体２３と、高圧電極２２に電気的に接続された高圧電源２７とを有している。接地電極２１および高圧電極２２は、処理体１の移動方向について隙間１００を介して隣り合うように配置されている。
【０１００】
高圧電極２２は、誘電体２２１と、誘電体２２１の内部に設けられた導電層２２２とを含んでいる。導電層２２２は、高圧電源２７と電気的に接続されている。導電層２２２は、シート状あるいは板状の電気伝導体から構成されており、隙間１００側の誘電体２１１の面および接地電極２１とほぼ平行に配置されている。図１５においては、導電層２２２は、紙面の上下方向および奥行方向に広がる平面に沿って配置されている。
【０１０１】
接地電極２１は、筐体２３と電気的に接続され、かつ接地されている。実施の形態１１では、実施の形態１と異なり、筐体２３には、隙間１００に連通するとともに、筐体２３の厚さ方向に貫通する長方形型のスリット（噴出口）２３２が形成されている。スリット２３２は、図１５の奥行方向に延びて形成されている。
【０１０２】
搬送装置３は、隙間１００の高さ方向に対して搬送方向が略垂直となるように処理体１を支持する。搬送装置３は、処理体１に沿った方向に大気圧プラズマユニット２に対して処理体１を移動させる。図１５では、搬送装置３は、矢印Ａの方向に処理体１を移動させる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【０１０３】
ガス供給口２３１から筐体２３の内部に供給された放電供給ガスは、隙間１００、スリット２３２の順に通り、筐体２３の外部に噴出される。ここで、高圧電源２７を動作させ、導電層２２２に交流の高電圧を印加することによって、隙間１００には、プラズマ（大気圧放電）１０１が形成され、原子状酸素が生成される。搬送装置３が処理体１を移動方向に移動させることによって、原子状酸素が処理体１の表面に当たり、処理体１の表面の洗浄または改質が行われる。このとき、ファン４２が駆動することによって、吸引口４１２から還流風路４１３に放電ガスが吸引され、還流風路４１３に吸引された放電ガスが吐出口４１１から吐出される。これにより、処理体１の凹凸部に底面まで効率的な表面処理が実現される。
【０１０４】
以上説明したように、この発明の実施の形態１１に係るプラズマ処理装置によれば、大気圧プラズマユニット２の構成が実施の形態１と異なり、接地電極２１および高圧電極２２が処理体１の移動方向について隙間１００を介して隣り合うように配置されている場合であっても、放電ガスを還流させることができ、処理体１の凹凸部を効率的にプラズマ処理することができる。
【０１０５】
なお、上記実施の形態１１では、高圧電極２２は、導電層２２２を埋設した誘電体２２１から構成された例について説明したが、少なくとも隙間１００側の表面が誘電体２２１に覆われた導体であればよい。誘電体２２１の材料としては、アルミナ、ジルコニアなどのセラミック、ガラス、樹脂材料などを用いることができる。また、接地電極２１には、ステンレス、アルミニウム、チタンなどの金属材料を用いることができる。接地電極２１の隙間１００側の表面をセラミックなどの誘電体で覆ってもよい。
【０１０６】
また、上記実施の形態１１では、筐体２３が接地導体２１および高圧電極２２の全周を覆う構成について説明したが、筐体２３は、必ずしも接地電極２１および高圧電極２２の全周を覆う必要はない。例えば、高圧電極２２および接地電極２１のそれぞれの処理体１側の面を覆わなくてもよい。この場合、高圧電極２２と接地電極２１のそれぞれの処理体１側の端部によりスリット（噴出口）が形成される。
【符号の説明】
【０１０７】
１  処理体、２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ  大気圧プラズマユニット、３  搬送装置、４  還流装置、５Ａ、５Ｂ  物理カーテン、６Ａ、６Ｂ  回転フィン、７Ａ、７Ｂ  ギヤ、８  放電供給ガス装置、２１  接地電極、２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ  高圧電極（電極）、２３  筐体、２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ  配管、２５  第１流量調節器、２６  第２流量調節器、２７  高圧電源、４１  還流配管、４２、４２Ａ、４２Ｂ  ファン（送風装置）、４３  還流板部材、１００  隙間、１０１  大気圧放電（プラズマ）、１０２  輸送場、１０３  低酸素濃度ガス、１０４  照射クリアランス、２１１、２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃ  スリット（噴出口）、２２１  誘電体、２２２  導電層、２３１  ガス供給口、２３２  スリット（噴出口）、２４１  第１配管部、２４２  第２配管部、４１１  吐出口（第１通気口）、４１２  吸引口（第２通気口）、４１３  還流風路、４１４  第１通気口、４１５  第２通気口、４１６  吐出口（第３通気口）、４１７  還流風路、４３１  貫通孔。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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