(57)【要約】 【課題】  少なくとも一部に通気性部分を有する処理対象物の当該通気性部分の内部にまでプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】  少なくとも一部に通気性部分を有する処理対象物１の前記通気性部分の内部にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置２であって、筐体の側面に前記処理対象物１を内部に搬入する搬入口４ａと内部から搬出する搬出口４ｂとが形成されているとともに、筐体の上面にプラズマを導入するための導入口９とプラズマを排出するための排出口１０とが前記処理対象物１の搬送方向に並んで設けられた処理室４と、前記処理対象物１に熱ダメージを与えないダメージフリープラズマを生成するプラズマ生成部３ａと、前記排出口１０から排出された気体の温度情報に基づいて前記プラズマ生成部３ａに導入されるプラズマ生成用ガスの温度を制御する温度制御手段としての温度制御部２１を備えることを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部に通気性部分を有する処理対象物の前記通気性部分の内部にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
筐体の側面に前記処理対象物を内部に搬入する搬入口と内部から搬出する搬出口とが形成されているとともに、筐体の上面にプラズマを導入するための導入口とプラズマを排出するための排出口とが前記処理対象物の搬送方向に並んで設けられた処理室と、
前記処理対象物に熱ダメージを与えないダメージフリープラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記排出口から排出された気体の温度情報に基づいて前記プラズマ生成部に導入されるプラズマ生成用ガスの温度を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記導入口は、スリット状に形成されており、前記処理対処物の搬送方向に当該スリットが直交する方向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】
前記排出口から排気された気体に含まれるプラズマ生成用ガスを、再度、プラズマ生成部に返還する返還手段を備える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】
前記処理室の底面に温度調整手段および／または画像検出手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理されたことを特徴とするプラズマ処理された処理対象物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は処理対象物にプラズマを照射して、所定の処理を施すためのプラズマ処理装置およびプラズマ処理された処理対象物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、処理対象物の表面にプラズマを照射することにより、例えば、コーティング処理、親水化処理、撥水化処理、殺菌処理などの様々な処理（以下、プラズマ処理という。）が行われている。
【０００３】
また、このようなプラズマ処理を行うための装置として、例えば、プラズマ生成部において生成したラジカル（殺菌因子）を処理対象物が収容された処理室内に導入し、殺菌処理するための装置が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０９９４１５号公報
【特許文献２】特開２００６−２９６８４８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「低周波大気圧マイクロプラズマジェット」、北野勝久、浜口智志、応用物理学会誌、77(4)、(2008)、P383-389
【非特許文献２】「大気圧プラズマを点けてみよう:4.1 LFプラズマジェット」北野勝久、プラズマ・核融合学会誌、84(1)、19-21、(2008)、P19-21
【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、前記特許文献１に開示された発明は、コンプレッサなどによりチャンバー内を加圧してチャンバー内にラジカルを保持することで、また、特許文献２に開示された発明は、ファンによって処理室内にダウンフローを作ることで、処理対象物がラジカルに曝されるようにしているものの、いずれも積極的にはラジカルに曝されていないため、処理対象物の厚さ方向全体まで充分な滅菌処理が施されていないという問題がある。
【０００７】
また、従来においては、例えば、金属やプラスチックなどの通気性を有さないものを処理対象物とし、その処理対象物の表面にのみプラズマを照射してプラズマ処理を施すのが一般的であった。しかし、昨今においては、例えば、布、繊維、スポンジ素材、多孔質素材、中空糸膜などから形成されたものなど、通気性を有する処理対象物に対してもプラズマ処理を行う要望が高まってきている。
【０００８】
さらに、近年、放電損傷および熱損傷を与えることなく照射することが可能なプラズマ、いわゆるダメージフリープラズマが知られている（例えば、非特許文献１および非特許文献２参照）。具体的には、非特許文献１においては、いわゆるダメージフリープラズマの特性について、３８８頁、図１０に、ＬＦ(Low Frequency)プラズマジェットの指への照射状態を示す写真が示されるとともに、「成分の大半を占める中性ガスの温度は低いために指に当てても熱くない．」と記載されている。また、非特許文献２においては、いわゆるダメージフリープラズマの特性について、２１頁、図３に、ＬＦプラズマジェットによって形成されているガス流交差型プラズマジェットの指への照射状態を示す写真が示されるとともに、２０頁３８乃至３９行に「図３に示すように火傷をせずに指で触れる程度である．」と記載されている。非特許文献１および非特許文献２において、ＬＦプラズマジェットとは、１０ｋＨｚ程度の低周波電源を用いて形成される放電のことを意味する。このようにこれまでいわゆるダメージフリープラズマとは、指に当てても熱くなく指で触れる程度のプラズマとしてとらえられている。ここで、発明者等が開発したダメージフリープラズマについて具体的に定義すると、例えば、照射する対象が人体の場合には、人体が感知することができる電流値（０．５ｍＡ）未満であって、人体が熱的に耐え得る温度（１５０℃）未満のものをいう。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、少なくとも一部に通気性を有する処理対象物の当該通気性部分の内部にまでプラズマ処理を施すことができるとともに、コストを削減することができ、さらには、あらゆる処理対象物に対して様々なプラズマ処理を簡便に行うことが可能なプラズマ処理装置およびプラズマ処理された処理対象物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】
【００１０】
上記課題を解決するべく、本発明の第１の態様のプラズマ処理装置は、少なくとも一部に通気性部分を有する処理対象物の前記通気性部分の内部にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、筐体の側面に前記処理対象物を内部に搬入する搬入口と内部から搬出する搬出口とが形成されているとともに、筐体の上面にプラズマを導入するための導入口とプラズマを排出するための排出口とが前記処理対象物の搬送方向に並んで設けられた処理室と、前記処理対象物に熱ダメージを与えないダメージフリープラズマを生成するプラズマ生成部と、前記排出口から排出された気体の温度情報に基づいて前記プラズマ生成部に導入されるプラズマ生成用ガスの温度を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
このような、本発明の第１の態様のプラズマ処理装置によれば、導入口および排出口を処理室の上面に処理対象物の搬送方向に並んで配置するようにされているので、配線を片側にまとめた構成として省スペース化を実現することができる。またこの構成によれば、処理室内に導入されたプラズマが、一旦、面方向に広がった後に排出されるように流れ方向を形成されているので、シート状の処理対象物に対してもムラなく全面に亘って通気性部分をプラズマ処理することを可能とする。
【００１２】
本発明の第２の態様のプラズマ処理装置は、前記導入口は、スリット状に形成されており、前記処理対処物の搬送方向に当該スリットが直交する方向に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の態様のプラズマ処理装置によれば、導入口をスリット状に形成することにより、処理対象物の幅方向に均一にプラズマを照射することができるので、搬送される処理対象物に対して素早くムラのないプラズマ処理を施すことを可能とする。
【００１４】
本発明の第３の態様のプラズマ処理装置は、前記排出口から排気された気体に含まれるプラズマ生成用ガスを、再度、プラズマ生成部に返還する返還手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３の態様のプラズマ処理装置によれば、プラズマ生成用ガスを無駄なく使用することができ、処理対象物１の処理にかかる費用を低く抑えることができる。
【００１６】
本発明の第４の態様のプラズマ処理装置は、前記処理室の底面に温度調整手段および／または画像検出手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第４の態様のプラズマ処理装置によれば、温度調整手段によって処理室の温度をより精密に調整し、温度変化に敏感な処理対象物のプラズマ処理を可能とするとともに、画像検出手段からプラズマ処理が適正に行われているかを監視し、処理対象物にプラズマ処理によるダメージが生じていないかなどの検査も同時に行うことができる。
【００１８】
本発明のプラズマ処理された処理対象物は、前記第１の態様から第４の態様のプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理されたことを特徴とする。
【００１９】
本発明のプラズマ処理された処理対象物によれば、処理対象物の通気性部分の内部まで極めて均一にプラズマ処理が施されており、例えば、当該通気性部分の内部においても殺菌処理・撥水化処理・親水化処理などの効果が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明のプラズマ処理装置によれば、少なくとも一部に通気性を有する処理対象物の当該通気性部分の内部にまでプラズマ処理を施すことができる。また、プラズマ生成用ガスを再利用することができるため、プラズマ生成用ガスの消費量を削減し、コストの大幅な削減を図ることができる。また、本発明のプラズマ処理装置を用いることにより、様々なプラズマ処理を簡便に行うことができるなどの顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図
【図２】本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置を示す正面断面図
【図３】第２実施形態のプラズマ処理装置の応用例を示す正面断面図
【図４】本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置を示す正面断面図
【図５】第３実施形態に係るプラズマ処理装置を示す側面断面図であり、（ａ）は図４のＡ−Ａ断面を示し、（ｂ）は図４のＢ−Ｂ断面を示す
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図１から図５により説明する。図１は、第1実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図であり、図２および図３は第２実施形態およびその応用例に係るプラズマ処理装置を示す正面断面図であり、図４および図５は第３実施形態に係るプラズマ処理装置を示す正面断面図および側面断面図である。
【００２３】
本発明のプラズマ処理装置は、例えば、コーティング処理、親水化処理、撥水化処理、殺菌処理などのプラズマ処理に用いることができる。処理対象物としては、例えば、少なくともその一部が布、繊維、スポンジ素材、多孔質素材、中空糸膜などの通気性を有する素材によって形成されたものを用いることができ、形状については、長尺状、シート状、平板形状、直方体形状、球形状など様々な形状のものを用いることができる。また、通気性を有する素材からなる包装容器に包装されたものであってもよい。さらに、後述するように、プラズマ生成部３ａにダメージフリープラズマを生成可能なプラズマ源を用いることで、一般的なプラズマ照射によって放電損傷や熱損傷を受けるような生体や低融点材料からなるものも処理対象物とすることができる。
【００２４】
まず、本発明の第１実施形態について図１により説明する。以下では、厚さが数ｃｍのシート状であって、低融点の布素材からなる処理対象物１に前駆物質であるテトラメトキシシランの溶液を塗布した後、後述する処理室４内に収容し、さらにプラズマを導入して照射することにより、処理対象物１に酸化ケイ素を形成するコーティング処理を施す場合について説明する。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態のプラズマ処理装置２は、前記処理対象物１を収容可能とされた処理室４と、所定の圧力下（例えば、大気圧から大気圧未満の圧力下）でプラズマを生成するプラズマ生成手段３と、前記プラズマ生成手段３により生成されたプラズマを処理室４内に圧力差によって導入する導入手段と、処理室４内の気体を圧力差によって排出する排出手段と、前記プラズマを処理対象物１の内部に形成される上下流間の圧力差によって透過させるプラズマ透過手段と、前記排出手段により排出された気体に含まれるプラズマ生成用ガスをプラズマ生成手段３へ返還する返還手段とを備えている。
【００２６】
前記処理室４は外観形状の厚さが数ｃｍの中空直方体状であり、その内部には前記処理対象物１が入るだけの間隙部５、具体的には厚さが数ｃｍの直方体状の間隙部５が形成されている。前記間隙部５の内壁面には、例えば、処理対象物１を載置するために、矩形の枠部材からなる保持部（不図示）が外縁部を以て取り付けられている。また、処理室４の側壁部には開閉自在な収容口（不図示）が形成されており、この収容口を開放して処理対象物１を前記保持部の上に水平に載置することで、処理室４内に収容することが可能となっている。
【００２７】
また、処理室４においては、内部に収容した処理対象物１の通気性部分に圧力差を形成できるようにするとともに、処理室４内の圧力をプラズマ形成に必要な条件とされる圧力値（例えば、大気圧から大気圧未満の圧力）を設定可能とされている。具体的には、後述するポンプ６の吸引力、入口側の導入用バルブ７および出口側の排出用バルブ８の開放量を調整することにより行われる。
【００２８】
なお、処理室４の縦横および高さは数ｍｍから数ｍに亘って変更することができる。また、処理室４の外観形状、間隙部５の形状や寸法は、処理対象物１の形状や寸法などに応じて適宜変更することができる。
【００２９】
処理室４の外周壁には、後述するプラズマ生成部３ａからプラズマを導入するための導入口９および処理室４内の気体を吸引して排出するための排出口１０が形成されている。本実施形態においては前記導入口９および排出口１０はスリット状であり、処理室４の外周壁において処理対象物１の上面および下面の近傍、すなわち処理室４の外周壁の上面および下面の中央部にそれぞれ形成されている。
【００３０】
また、処理室４の上方および下方には、それぞれヒータ１１が配置されている。これにより、処理室４内の気体をコーティング処理の化学反応に適当な温度に調節することが可能となっている。
【００３１】
なお、導入口９および排出口１０は、処理対象物１の対向する一対の外周面の近傍に形成されていればよく、例えば、処理対象物１の右側面および左側面の近傍、すなわち、処理室４の外周壁の右側面および左側面に形成されていてもよい。また、導入口９および排出口１０は、必ずしも一方向において対応する位置に形成されていなくてもよい。さらに、導入口９および排出口１０は一対に限らず、複数対設けられていてもよく、またそれぞれの数は一致していなくてもよい。
【００３２】
前記プラズマ生成手段３は、プラズマ生成用ガスよりプラズマを生成するプラズマ生成部３ａと、プラズマ生成部３ａにプラズマ生成用ガスを供給するガス供給部３ｂとからなる。プラズマ生成部３ａとガス供給部３ｂはガス配管などを介して連結されており、ガス供給部３ｂに設けられたバルブ（不図示）を開放することで、プラズマ生成部３ａにプラズマ生成用ガスを供給することが可能となっている。
【００３３】
本実施形態においては、プラズマ生成部３ａはプラズマ生成用ガスを用いて大気圧から大気圧未満の圧力下においてダメージフリープラズマを生成可能なプラズマ源であればどのような構造であってもよい。プラズマ生成用ガスとしては、例えば、ＨｅガスとＯ２ガスの混合ガスが用いられ、ガス供給部３ｂにおいて、ボンベ（不図示）から供給された各ガスを混合して生成されるようになっている。なお、ＨｅとＯ２の混合比は変更可能であり、プラズマ生成用ガスの種類も適宜変更可能である。
【００３４】
処理室４の導入口９には導入用ガス配管１３の一端部が取り付けられており、この導入用ガス配管１３を介して処理室４とプラズマ生成部３ａとが連結されている。また、導入用ガス配管１３には導入用バルブ７が設けられており、この導入用バルブ７を開放することにより、プラズマ生成部３ａにおいて生成されたプラズマを処理室４内へ導入することが可能となっている。また、導入用バルブ７の開放量を調整することで、導入用ガス配管１３を介して処理室４内へ導入される気体の流量並びにプラズマ生成部３ａと処理室４との圧力差を調節することが可能となっている。なお、導入用バルブ７は前記導入手段を構成している。
【００３５】
一方、処理室４の排出口１０には円筒状の排出用ガス配管１４の一端部が取り付けられている。この排出用ガス配管１４には排出用バルブ８およびポンプ６が設けられており、排出用バルブ８を開放し、ポンプ６を作動することにより、処理室４内の気体を吸引して排出することが可能となっている。また、排出用バルブ８の開放量を調整することで、排出用ガス配管１４を介して排出される気体の流量並びに処理室４と排出用ガス配管１４との圧力差を調節することが可能となっている。なお、これらの排出用ガス配管１４、排出用バルブ８およびポンプ６は前記排出手段を構成している。また、本実施形態においては、前記導入手段および前記排出手段が前記プラズマ透過手段を構成している。
【００３６】
前記排出用ガス配管１４の他端部はガス供給部３ｂと接続されており、処理室４から排出口１０を介して排出された気体は、再び、プラズマ生成部３ａに返還されるようになっている。ここで、処理室４から吸引された気体中には、一度、ガス供給部３ｂからプラズマ生成部３ａに供給され、プラズマ生成部３ａにおいてプラズマ化されずにそのまま処理室４内に導入されたプラズマ生成用ガスが含まれているため、このプラズマ生成用ガスが再び、ガス供給部３ｂへ返還されることになる。なお、これらの排出用ガス配管１４およびポンプ６は前記返還手段を構成している。
【００３７】
なお、処理室４から排出された気体を排出用ガス配管１４を介して直接、プラズマ生成部３ａに返還する代わりに、吸引された気体中に含まれるプラズマ生成用ガス以外の不要な気体を排出手段によって除去した後、プラズマ生成用ガスのみを排出用ガス配管１４を介して、ガス供給部３ｂへ返還するようにしてもよい。また、排出用ガス配管１４にプラズマ生成用ガスを捕集する捕集手段を設けてもよい。
【００３８】
次に、本実施形態のプラズマ処理方法について、図１のプラズマ処理装置２を用いて前記処理対象物１に前述したコーティング処理を施す場合の動作および作用に基づいて説明する。
【００３９】
まず、前記収容口を開放して処理室４内の前記保持部に、前駆物質であるテトラメトキシシランが塗布された処理対象物１を載置して、処理室４内に収容する。
【００４０】
次に、ガス供給部３ｂの前記バルブを開放して、プラズマ生成部３ａにプラズマ生成用ガスを供給し、プラズマを生成させる。そして、導入用バルブ７および排出用バルブ８を開放して、ポンプ６を作動させることで、プラズマ生成部３ａ側の圧力が高く排出用ガス配管１４側の圧力が低い圧力差を形成して処理室４内にプラズマを導入する。このとき、処理室４内において、例えば、処理対象物１の端部を手で引っ張り、スリット状の導入口９の長手方向と直交する方向（図１における矢印Ａの方向）に間欠的若しくは連続的に移動させる。
【００４１】
また、必要に応じて、ポンプ６の吸引力、導入用バルブ７あるいは排出用バルブ８の開放量を調整することによって、処理室４内の気圧をプラズマ形成に必要な条件とされる圧力値（例えば、ダメージフリープラズマの場合には大気圧から大気圧未満の圧力）に調整する。例えば、処理室４内の気圧を上げる場合には、導入口９から導入される気体の流量が排出口１０から排出される気体の流量よりも大きくなるように、ポンプ６の吸引力、導入用バルブ７あるいは排出用バルブ８の開放量を調整する。逆に、処理室４内の気圧を下げる場合には、導入口９から導入される気体の流量が排出口１０から排出される気体の流量よりも小さくなるように、ポンプ６の吸引力、導入用バルブ７あるいは排出用バルブ８の開放量を調整する。このようにして、ダメージフリープラズマの場合には大気圧から大気圧未満の圧力にかけてそれぞれの気圧に依存して生成する処理室４内のプラズマ状態を制御する。
【００４２】
このように、処理室４内にプラズマが導入され、処理対象物１に照射されると、プラズマ中に含まれる酸素ラジカルと、前駆物質であるテトラメトキシシラン（Ｓｉ−（Ｏ−ＣＨ３）４）とが反応し、処理対象物１の表面に付着物質である酸化ケイ素が形成される。具体的には、処理対象物１の表面において、（Ｓｉ−（Ｏ−ＣＨ３）４）（前駆物質）＋Ｏ・→ＳｉＯ２（付着物質）＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏの反応が生じ、酸化ケイ素が形成される。
【００４３】
このとき、本実施形態においては、前記導入手段および前記排出手段によって処理室４内に導入口９側の圧力が高く排出口１０側の圧力が低い圧力差を形成して導入口９側から排出口１０側へ向かう気流を形成することにより、処理対象物１の厚さ方向に形成される上下流間の圧力差に沿ってプラズマを透過させて、処理対象物１の通気性部分の内部にまで酸化ケイ素のコーティング処理を施すことができる。さらに、プラズマ処理対象物１をスリット状の導入口９の長手方向と直交する方向（図１における矢印Ａの方向）に移動させつつ、導入口９から導入されたプラズマを処理対象物１に照射させてコーティング処理を施すことにより、導入口９の長さに亘って連続的かつ確実に処理対象物１の全体にコーティング処理を施すことができる。処理対象物１が長尺の場合には、処理室４の側壁部分に貫通孔（不図示）を開設して処理対象物１を処理室４を貫通させながら移動させるとよい。
【００４４】
また、本実施形態においては、プラズマ生成部３ａにダメージフリープラズマを生成することができるプラズマ源を用いているため、低融点の布素材からなる処理対象物１に熱損傷を与えることなく、コーティング処理を施すことができる。
【００４５】
さらに、本実施形態においては、処理室４から排出される気体に含まれるプラズマ生成用ガスは排出用ガス配管１４を介してガス供給部３ｂに返還された後、再び、ガス供給部３ｂからプラズマ生成部３ａへ供給されてプラズマの生成に再利用される。これにより、プラズマ生成用ガスの消費量を削減し、コストの大幅な削減を図ることができる。
【００４６】
なお、例えば、上記実施形態において、導入用ガス配管１３および排出用ガス配管１４の両方にプラズマ生成部３ａおよびポンプ６を設けてもよい。これにより、導入口９側および排出口１０側の両方から、プラズマの導入と処理室４内の気体の排出とを交互に行うことで、処理室４内におけるコーティング処理のオンオフを制御するようにしてもよい。
【００４７】
また、プラズマ生成部３ａにおいて生成するプラズマはダメージフリープラズマには限定されず、処理対象物１に施すプラズマ処理の内容に応じて公知のプラズマより選択して適用するとよい。この場合、本発明の構成各部、特に処理室４を利用するプラズマを形成するための条件、例えば温度を零度以下〜２００℃以上、圧力を真空〜数十気圧などを満たすように形成するとよい。
【００４８】
また、処理対象物１の通気性部分に上下流間の圧力差を形成するためのプラズマ透過手段としては、上記実施形態のようにプラズマ生成手段３により生成されたプラズマを処理室４内に圧力差によって導入する導入手段（７）および処理室４内の気体を圧力差によって排出する排出手段（６、８、１４）の双方を設けてもよく、また、いずれか一方を設けてもよい。また、導入手段としては、プラズマ生成部３ａ内の圧力が処理室４内の圧力より高く十分な圧力差を形成できる場合には、導入用バルブ７を省く（同バルブ７の開度を変更しない場合を含む）こともできる。
【００４９】
また、前駆物質としては、例えば、金属有機化合物、金属塩など様々な物質を用いることができる。
【００５０】
次に、本発明の第２実施形態について図２により説明する。以下では、厚さが数ｃｍのシート状であって不織布からなる処理対象物１にプラズマを照射して殺菌処理を施す場合について説明する。
【００５１】
本実施形態に係るプラズマ処理装置２は、前記処理対象物１を収容可能とされた処理室４と、前記処理室４内において処理対象物１を介して対向配置された一対の板電極１５および一対の板電極１５間に電圧を印加する電源１６からなり、所定の圧力下（例えば、大気圧から大気圧未満の圧力下）で処理室４内にプラズマを発生可能とされたプラズマ生成手段３と、処理室４内に圧力差によってプラズマ生成用ガスを供給する供給手段と、処理室４内の気体を圧力差によって排出する排出手段と、前記プラズマを処理対象物１の内部に形成される上下流間の圧力差によって透過させるプラズマ透過手段と、前記排出手段により排出された気体に含まれるプラズマ生成用ガスをプラズマ生成手段３へ返還する返還手段とを備えている。
【００５２】
前記処理室４は外観形状の高さが数ｃｍの中空直方体状であり、その内部には前記処理対象物１が入るだけの間隙部５、具体的には厚さが数ｃｍの直方体状の間隙部５が形成されている。また、処理室４の外周壁の上面および下面は一対の板電極１５によって形成されている。なお、処理室４の縦横および高さは数ｍｍから数ｍに亘って変更することができる。また、処理室４の外観形状、間隙部５の形状や寸法は、処理対象物１の形状や寸法などに応じて適宜変更することができる。
【００５３】
前記間隙部５の内壁面には、例えば、処理対象物１を載置するために、矩形の枠部材からなる保持部（不図示）が外縁部を以て取り付けられている。また、処理室４の側壁部には開閉自在な収容口（不図示）が形成されており、この収容口を開放して処理対象物１を前記保持部の上に水平に載置することで、処理室４内において処理対象物１を一対の板電極１５の中間位置に収容することが可能となっている。電源１６としては直流、交流、高周波、マイクロ波など様々な形態のものを使用することができる。
【００５４】
なお、処理室４には少なくとも一対の板電極１５が配設されていればよく、必ずしも処理室４の一部を構成している必要はない。例えば、鉛直方向に離間して水平に配置された複数対の板電極が処理室４の内部に配設されていてもよい。
【００５５】
また、処理室４の外周壁には、後述するプラズマ供給部からプラズマ生成用ガスを供給するための円形の供給口１７および処理室４内の気体を吸引して排出するための円形の排出口１０が形成されている。本実施形態においては、供給口１７および排出口１０の形成位置は、図２における処理対象物１の上面および下面の近傍、すなわち処理室４の外周壁の上面および下面の中央に形成されている。また、供給口１７および排出口１０は鉛直方向において互いに対応する位置に形成されている。
【００５６】
なお、供給口１７および排出口１０は、処理対象物１の対向する一対の外周面の近傍に形成されていればよく、例えば、処理対象物１の右側面および左側面の近傍、すなわち、処理室４の外周壁の右側面および左側面に形成されていてもよい。また、供給口１７および排出口１０は、必ずしも一方向において対応する位置に形成されていなくてもよい。さらに、供給口１７および排出口１０は一対に限らず、複数対設けられていてもよく、またそれぞれの数は一致していなくてもよい。
【００５７】
また、処理室４においては、内部に収容した処理対象物１の通気性部分に圧力差を形成できるようにするとともに、処理室４内の圧力をプラズマ形成に必要な条件とされる圧力値（例えば、大気圧から大気圧未満の圧力）を設定可能とされている。具体的には、後述するポンプ６の吸引力、入口側の供給用バルブ１９および出口側の排出用バルブ８の開放量を調整することにより行われる。
【００５８】
処理室４の供給口１７には供給用ガス配管１８の一端部が取り付けられており、この供給用ガス配管１８を介して処理室４とガス供給部１２とが連結されている。供給用ガス配管１８には供給用バルブ１９が設けられており、この供給用バルブ１９を開放することにより、ガス供給部１２から処理室４内へプラズマ生成用ガスを導入可能となっている。
【００５９】
本実施形態においては、プラズマ生成用ガスとして、ＨｅガスとＯ２ガスの混合ガスが用いられ、ガス供給部１２において、ボンベ（不図示）から供給された各ガスを混合して生成されるようになっている。なお、ＨｅとＯ２の混合比は変更可能であり、プラズマ生成用ガスの種類も適宜変更可能である。また、供給用バルブ１９の開放量を調整することで、供給用ガス配管１８を介して処理室４内へ導入される気体の流量並びにガス供給部１２と処理室４との圧力差を調整することが可能となっている。なお、これらの供給用ガス配管１８および供給用バルブ１９は前記供給手段を構成している。
【００６０】
一方、処理室４の排出口１０には排出用ガス配管１４の一端部が取り付けられている。この排出用ガス配管１４には排出用バルブ８およびポンプ６が設けられており、排出用バルブ８を開放し、ポンプ６を作動することにより、処理室４内の気体を吸引して排出することが可能となっている。また、排出用バルブ８の開放量を調整することで、排出用ガス配管１４を介して排出される気体の流量並びに処理室４と排出用ガス配管１４との圧力差を調整することが可能となっている。なお、これらの排出用ガス配管１４、排出用バルブ８およびポンプ６は前記排出手段を構成している。また、本実施形態においては、前記供給手段および前記排出手段が前記プラズマ透過手段を構成している。
【００６１】
ここで、本実施形態においては、供給口１７および供給用ガス配管１８の断面積は、排出口１０および排出用ガス配管１４の断面積よりも小さく形成されている。これにより、供給口１７を介して処理室４内へ導入される気体の流速を、排出口１０を介して処理室４から吸引される気体の流速よりも大きくし、供給口１７側から排出口１０側へ一方向に気体が流れるようにすることで、空気などの外部の気体が処理室４内に混入するのを防止することができる。
【００６２】
また、排出用ガス配管１４の他端部はガス供給部１２と接続されており、処理室４から排出口１０を介して吸引された気体は、再び、ガス供給部１２に返還されるようになっている。ここで、処理室４から吸引された気体中には、一度、ガス供給部１２から処理室４内に供給され、後述するように一対の板電極１５に挟まれた空間においてプラズマ化されなかったプラズマ生成用ガスなどが含まれており、このプラズマ生成用ガスが再び、ガス供給部１２へ返還されることになる。なお、これらの排出用ガス配管１４およびポンプ６は前記返還手段を構成している。
【００６３】
なお、処理室４から吸引された気体を排出用ガス配管１４を介して直接、ガス供給部１２に返還する代わりに、吸引された気体中に含まれるプラズマ生成用ガス以外の不要な気体を排出手段によって除去した後、プラズマ生成用ガスのみを排出用ガス配管１４を介して、ガス供給部１２へ返還するようにしてもよい。また、排出用ガス配管１４にプラズマ生成用ガスを捕集する捕集手段を設けてもよい。
【００６４】
次に、本実施形態のプラズマ処理方法について、図２のプラズマ処理装置２を用いて前記処理対象物１に殺菌処理を施す場合の動作および作用に基づいて説明する。
【００６５】
まず、前記収容口を介して処理室４内の前記保持部に処理対象物１を載置して、処理室４内に収容する。次に、ガス供給部１２の前記バルブおよび供給用バルブ１９を開放して、処理室４内にプラズマ生成用ガスを供給する。その後、排出用バルブ８を開放するとともに、ポンプ６を作動させる。これによりガス供給部１２側の圧力が高く排出用ガス配管１４側の圧力が低い圧力差が形成される。その後、電源１６をオン状態にして一対の板電極１５の間に電圧を印加する。これにより、処理室４内において一対の板電極１５に挟まれた空間にプラズマが生成される。
【００６６】
このとき、ポンプ６の吸引力、供給用バルブ１９の開放量あるいは排出用バルブ８の開放量を調整することによって、処理室４内の気圧をプラズマ形成に必要な条件とされる圧力値（例えば、ダメージフリープラズマの場合には大気圧から大気圧未満の圧力）に調整する。例えば、処理室４内の気圧を上げる場合には、供給口１７から導入される気体の流量が排出口１０から吸引される気体の流量よりも大きくなるように、ポンプ６の吸引するスピード、供給用バルブ１９の開放量、あるいは排出用バルブ８の開放量を調整する。逆に、処理室４内の気圧を下げる場合には、導入口９から導入される気体の流量が排出口１０から吸引される気体の流量よりも小さくなるように、ポンプ６の吸引力、導入用バルブ７あるいは排出用バルブ８の開放量を調整する。このようにして、ダメージフリープラズマの場合には大気圧から大気圧未満の圧力にかけてそれぞれの気圧に依存して生成する処理室４内のプラズマ状態を制御する。
【００６７】
本実施形態によれば、前記供給手段および前記排出手段によって処理室４内に供給口１７側の圧力が高く排出口１０側の圧力が低い圧力差を形成して供給口１７側から排出口１０側へ向かう気流を形成することにより、処理対象物１の厚さ方向に形成される上下流間の圧力差に沿ってプラズマを透過させて、プラズマ生成用ガスから発生するオゾンガスの殺菌作用によって、処理対象物１の通気性部分の内部にまで殺菌処理を施すことができる。
【００６８】
また、本実施形態においては、処理室４から排出される気体に含まれるプラズマ生成用ガスは排出用ガス配管１４を介してガス供給部１２に返還された後、再び、ガス供給部１２から処理室４内に供給されてプラズマの生成に再利用される。これにより、プラズマ生成用ガスの消費量を削減し、コストの大幅な削減を図ることができる。また、本実施形態は、パンなどの食品や布団などの日用品を殺菌処理する場合にも応用することができる。
【００６９】
なお、上記実施形態のように、中空直方体状の処理室４の側壁部に前記収容口を設ける代わりに、処理室４の外壁面の上面を開き蓋として形成し、この開き蓋の一辺を蝶番などによって、処理室４の本体に開閉自在に取り付けてもよい。そして、処理対象物１を処理室４内に収容し、開き蓋を閉じた後に処理室４内に満たされている空気を利用して、プラズマを生成するように構成してもよい。
【００７０】
また、処理室４内において生成するプラズマはダメージフリープラズマには限定されず、処理対象物１に施すプラズマ処理の内容に応じて公知のプラズマより選択して適用するとよい。この場合、本発明の構成各部、特に処理室４を利用するプラズマを形成するための条件、例えば温度を零度以下〜２００℃以上、圧力を真空〜数十気圧などを満たすように形成するとよい。
【００７１】
また、処理対象物１の通気性部分に上下流間の圧力差を形成するためのプラズマ透過手段としては、上記実施形態のようにガス供給部１２からプラズマ生成用ガスを処理室４内に圧力差によって導入する導入手段（１８、１９）および処理室４内の気体を圧力差によって排出する排出手段（６、８、１４）の双方を設けてもよく、また、導入手段（１８、１９）単独を設けてもよい。また、導入手段としては、ガス供給部１２内の圧力が処理室４内の圧力より高く十分な圧力差を形成できる場合には、供給用バルブ１９を省く（同バルブ１９の開度を変更しない場合を含む）こともできる。
【００７２】
このような第２実施形態のプラズマ処理装置２の応用例としては、例えば、図３示すように、処理室４の外周壁に複数の供給口１７および排出口１０を形成し、一部の供給口１７には一般的にプラズマ化しやすい気体を導入し、その他の供給口１７には一般的にプラズマ化しにくい気体を導入する構成が挙げられる。より具体的には、図３における右端から３つ目までの３個の供給口１７には一般的にプラズマ化しやすいＡｒ、Ｏ２、Ｎ２をそれぞれ導入し、左端の供給口１７には一般的にプラズマ化しにくく、反応性の高いＣＦ４を導入し、処理室４内において主にＡｒ、Ｏ２、Ｎ２をプラズマ化させて、ＣＦ４を処理対象物１との化学反応に供するよう構成する。このような構成とすることにより、反応性は高いもののプラズマ化することが困難なためにこれまでプラズマ処理の材料に用いることが難しかった物質についても採用することができるため、プラズマ処理の材料として用いることができる物質の選択肢を格段に広げることができる。より具体的には、一般的に、フッ素や塩素のように最外殻電子が多い元素が分子内にある物質はプラズマ化が困難であるが、これらの元素は化学的活性力が著しく高いためにプラズマ処理に用いることができれば優れた処理能力を示すことが知られており、これまでに困難であった処理対象物の改質を可能としたり、極めて高速なプラズマ処理を実現することができる。図３に示す本発明のプラズマ処理装置２のように、プラズマ化しやすいガスでプラズマを生成し、当該プラズマ内にプラズマ化しにくいガスを混合するような構造としているので、フッ素や塩素などの最外殻電子が多い元素が分子内にある物質についても安定してプラズマ化することができ、前述のような作用効果を得ることができる。さらには、図３に示す構成とすることにより、プラズマ化を安定して行うことができるので、いったんプラズマが生成されてしまえば、以降は電源の高周波整合回路による調整が不要であるので、プラズマを安定して生成することができるとともに、プラズマに供給する電力の高周波整合が取れていない時間がプラズマの発生開始時に限られるので、電源装置への負荷が軽減されて当該電源装置の寿命を延命させるという効果も得ることができる。
【００７３】
さらには、図３に示すように、処理室４に複数の供給口１７および排出口１０を設ける場合、一部の供給用ガス配管１８に排気用のポンプを設け、当該一部の供給用ガス配管１８に対応する排出口１０側から供給口１７側へその他の排出口１０から排出された気体を逆流させてもよい。このような構成とすることにより、簡単にプラズマ生成用ガスを再利用することができ、利用するプラズマ生成用ガスの量を節約してランニングコストの低兼化を図ることができる。また、処理に用いるプラズマ生成用ガスが有害物質を含む場合には、当該有害物質の使用量を極めて少ない量として環境中への排出量を抑制したり、当該有害物質を除去するために用いる除去剤などの使用量も少なくできるので、処理にかかるコストを抑制することができる。さらには、排出口１０から排出される気体には、少なからずプラズマが含まれているので、このような気体を再利用してプラズマを生成することによって、残存するプラズマが次のプラズマ化に寄与してより効率のよいプラズマ生成を可能とするとともに、より高濃度のプラズマが生成されて処理効率を向上させることをも可能とする。
【００７４】
また、本発明の第３実施形態について図４および図５により説明する。以下では、厚さが数ｍｍの長尺状のシートであって、低融点の布素材からなる処理対象物１を用いて説明する。なお、図４は前記処理対象物１の長さ方向と平行な面の断面図であり、図５は前記処理対象物１の長さ方向と直交する面における断面図であり、具体的には（ａ）は図４のＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図を示す。
【００７５】
本実施形態のプラズマ処理装置２は、図４に示すように、内部に前記処理対象物１の一部を収容可能とされた処理室４と、所定の圧力下（例えば、大気圧から大気圧未満の圧力下）でダメージフリープラズマを生成するプラズマ生成部３ａと、前記プラズマ生成部３ａにより生成されたプラズマを処理室４内に導入する導入手段としての導入口９と、処理室４内の気体を排出する排出手段としての排出口１０と、プラズマ生成部３ａから処理室４内へプラズマを導入する導入用ガス配管１３と、開放することにより前記導入用ガス配管１３を介したプラズマの導入を可能とする導入用バルブ７と、処理室４からプラズマを排出する排出用ガス配管１４と、開放することによって前記排出用ガス配管１４を介した処理室４からの気体の排出を可能とする排出用バルブ８と、排出用ガス配管１４を介して処理室４の気体を排気するポンプ６と、ポンプ６によって排出された気体に含まれるプラズマ生成用ガスをプラズマ生成手段３へ返還する返還手段としての返還用ガス配管２０と、返還用ガス配管２０を介して処理室４内から排出された気体の温度情報を取得するとともに当該温度情報に応じてプラズマ生成部３ａにおいて生成されるプラズマの温度を調整するように制御する温度制御手段としての温度制御部２１とを備えている。
【００７６】
プラズマ生成部３ａには、温度制御部２１の温度情報に応じてプラズマ生成用ガスを冷却するための冷却器３ｃが設けられており、処理対象物１に接触した時点で処理対象物１の処理に適正な温度となるダメージフリープラズマ（以降、単にプラズマと称する）を生成するように構成されている。
【００７７】
処理室４は、図４に示すように、外観形状が厚さが数ｃｍの中空直方体状であり、その内部には処理対象物１が入るだけの間隙部５が形成され、処理対象物１の搬送方向両端部には処理対象物１を当該間隙部５に対して搬入する搬入口４ａと搬出する搬出口４ｂとが形成されている。そして、処理室４に対して図示を省略した周知の搬送機構により、一方向もしくは往復させながら処理対象物１を搬送・搬出するように構成されている。
【００７８】
また、処理室４の上面側には、図４に示すように、導入口９と排出口１０とが処理対象物１の搬送方向に並んで複数個配置されている。導入口９は図４のＡ−Ａ断面である図５（ａ）に示すように、スリット状に形成された開口が少なくも１つ当該スリットが処理対象物１の搬送方向と直交するように配置さている。そして、排出口１０は、図４のＢ−Ｂ断面である図５（ｂ）に示すように、円筒状の開口が複数個処理対象物１の搬送方向と直交する方向に並んで配置されている。なお、図４においては、導入口９と排出口１０とを交互に配置しているが、例えば、搬送方向に向かって排出口１０、導入口９、導入口９、排出口１０のように交互以外の順番で並べてもよい。また、排出口１０についても、導入口９と同様にスリット状に形成してもよい。処理室４に対して導入口９から導入されたプラズマは、間隙部５の底面に当たって、一旦、面方向に広がった後にポンプ６の吸引力によって排出口１０方向へ引き寄せられて排出口１０から排出されるという流れを形成する。この時、プラズマの流れるスピードは、導入用バルブ７および排出用バルブ８の開放量を変えることによって調整することができる。
【００７９】
また、排出口１０から排出された気体は、返還用ガス配管２０を介してプラズマ生成部３ａに返還するように構成されている。この時、図示を省略したプラズマ生成用ガス回収手段によって当該気体から不要な物質を取り除いて、プラズマ生成用ガスのみをプラズマ生成部３ａに返還する構成としてもよい。なお、返還用ガス配管２０は、プラズマ生成用ガスが空気や水蒸気のように循環の必要がない場合や循環に適さない物質の場合には省略することができる。
【００８０】
さらに、本実施形態においては、返還用ガス配管２０を流れる気体の温度を測定し、この温度情報に応じてプラズマ生成部３ａにおいて生成されるプラズマの温度を調整するように制御する温度制御部２１が設けられている。より具体的には、この温度制御部２１は、返還用ガス配管２０内を流れる気体の温度を測定して温度情報を取得し、当該温度情報に基づいて処理室４内の温度を算出して予め設定されている処理温度と比較し、比較した結果、例えば、処理室４内が処理対象物１の処理に適した温度よりも高いと判断した場合には、プラズマ生成部３ａの冷却器３ｃを稼働させて生成されるプラズマが処理対処物１に到達した時点で処理に適した温度となる温度までプラズマ生成用ガスを冷却するように制御している。なお、返還用ガス配管２０を省略した構成とする場合には、温度制御部２１は、排出口１０から排出された気体の温度を測定して前記温度情報を取得し、当該温度情報に応じて冷却器３ｃによるプラズマ生成用ガスの温度調整を制御する構成としてもよい。
【００８１】
本実施形態によれば、導入手段および排出手段を処理室４の上面側に並列に配置するようにされているので、配線を片側にまとめることで省スペース化を実現することができる。またこの構成によれば、処理室４内に導入されたプラズマが、一旦、面方向に広がった後に排出されるように流れ方向を形成されているので、シート状の処理対象物１においてもムラなく全面に亘って通気性部分をプラズマ処理することを可能とし、例えば、不織布のように通気性を有する素材と樹脂フィルムのように気体を通しずらい素材とを貼り合わせたり積層した処理対象物１についても、面方向に広がるプラズマの流れによって通気性を有する素材の部分を確実に通過して全面に亘ってムラのないプラズマ処理を施すことを可能とする。さらに、導入口９をスリット状に形成することにより、処理対象物１の幅方向に均一にプラズマを照射することができるので、搬送される処理対象物１に対して素早くムラのないプラズマ処理を施すことを可能とする。
【００８２】
また、例えば、導入手段と排出手段との配設位置を処理対象物１の搬送方向の上流側に導入手段を設け、下流側に排出手段を設ける構成とすることで、処理対象物１に接触した後の気体を素早く排気することができるので、処理時に化学反応によって不純物が排出されるような処理の場合においても当該不純物を処理室４から素早く排気しながらの処理を可能とする。逆に、処理対象物１の搬送方向の上流側に排出手段を設け、下流側に導入手段を設ける構成とすることで、搬送されている処理対象物１とプラズマ流との摩擦によってプラズマを処理室４内に長時間対流させることができるので、より長い時間プラズマを処理対象物１に接触させた処理を行うことを可能とする。
【００８３】
さらに、返還手段を設けることによって、プラズマ生成用ガスを無駄なく使用することができ、処理対象物１の処理にかかる費用を低く抑えることができる。
【００８４】
またさらに、温度制御部２１を設けることによって、常に処理時の温度を監視して生成されるプラズマの温度を調整するように制御しているので、例えば、処理室内においてプラズマと処理対象物１とに化学反応などが生じて温度上昇が生じた場合においても、処理室４内の温度変化を敏感に検知して生成されるプラズマの温度を常に処理対処物１に対してダメージを生じさせない温度のプラズマへと調整することを可能とする。
【００８５】
このような第３実施形態のプラズマ処理装置２の応用例としては、例えば、処理室４の底面に加熱・冷却を行う温度調整手段としての加熱・冷却器を設ける構成として、処理室４の温度をより精密に調整し、温度変化に敏感な処理対象物１のプラズマ処理を可能とする。この他にも、処理室４の底面を透明な素材で形成して、当該底面の下面に画像検出手段としてのビューポートを設ける構成として、当該ビューポートからプラズマ処理が適正に行われているかを監視し、処理対象物１にプラズマ処理によるダメージが生じていないかなどの検査も同時に行うなどの応用が考えられる。なお、画像検出手段と温度調整手段との両方を設ける構成としてもよく、精密な温度設定下におけるプラズマ処理とビューポートからの監視を合わせて行うことができるので、処理対象物１に対する加工工程を減らして低兼化を図ることを可能とする。
【００８６】
そして、上記第１実施形態乃至第３実施形態およびその応用例におけるプラズマ処理装置２を用いてプラズマ処理された処理対象物１においては、処理対象物１の通気性部分の内部まで極めて均一にプラズマ処理が施されており、例えば、当該通気性部分の内部においても殺菌処理・撥水化処理・親水化処理などが均一に施されたものが得られる。
【００８７】
本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく下記のような応用が可能であり、この他にも発明の特徴を損なわない範囲において種々の変更が可能である。
【００８８】
上記実施形態のプラズマ処理装置２を様々な化学反応を伴う処理を行うための装置、いわゆるリアクターとして用いてもよい。この場合、上記実施形態において、さらに、処理室４の外周壁に所定のプラズマ処理に要する原料を導入するための原料導入口およびこのプラズマ処理により生成した生成物や副生成物を排出するための排出口を少なくとも１つ形成してもよい。また、前記原料導入口から導入される原料としては、粉体などの固体、液体、気体のいずれであってもよい。
【００８９】
また、例えば、白金、ロジウムなどの触媒を担持したものを処理室４内に収容しておき、前記原料導入口からＮＯｘガスなどの汚染ガスを導入し、さらに、プラズマを照射することにより、触媒反応によって生成した浄化ガスを排気口を介して処理室４内から外部に排出させることも可能である。以上のようなプラズマ処理装置を用いることにより、様々なプラズマ処理を簡便に行うことができる。
【符号の説明】
【００９０】
１  処理対象物
２  プラズマ処理装置
３  プラズマ生成手段
３ａ  プラズマ生成部
３ｃ  冷却器
４  処理室
４ａ  搬入口
４ｂ  搬出口
５  間隙部
６  ポンプ
７  導入用バルブ
８  排出用バルブ
９  導入口
１０  排出口
１２  ガス供給部
１３  導入用ガス配管
１４  排出用ガス配管
２０  返還用ガス配管
２１  温度制御部
【図１】
2015072913.tif 000003
【図２】
2015072913.tif 000004
【図３】
2015072913.tif 000005
【図４】
2015072913.tif 000006
【図５】
2015072913.tif 000007