(57)【要約】【課題】大気雰囲気下で被処理材の表面にプラズマを接触させたとしても、プラズマが大気と接触することによるオゾンの生成を抑えることができるプラズマ処理装置およびその処理方法を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１は、被処理材とＷの間に電圧を印加して、被処理材Ｗとの間にプラズマを発生させる電極１０と、電極１０と被処理材Ｗとの間に形成されたプラズマＰを覆うとともに、被処理材側にプラズマが放出される開口２１が形成されたカバー２０と、を備えている。カバー２０には、電極１０から開口２１に向かって流れるプラズマＰの一部がカバー内を循環するように、プラズマＰの一部を電極側に案内するガイド２３が、開口２１の周縁に沿った開口２１内方に向かって形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中においてプラズマを被処理材の表面に接触させることにより、前記被処理材の表面処理を行う大気圧プラズマ処理装置であって、
該プラズマ処理装置は、前記被処理材との間に電圧を印加して、該被処理材との間にプラズマを発生させる電極と、該電極と前記被処理材との間に形成されたプラズマを覆うとともに、被処理材側に前記プラズマが放出される開口が形成されたカバーと、を備えており、
該カバーには、前記電極から前記開口に向かって流れるプラズマの一部がカバー内を循環するように、前記プラズマの一部を電極側に案内するガイドが、前記開口の周縁に沿った開口内方に向かって形成されていることを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ガイドの先端部は、前記電極に向かって延在していることを特徴とする請求項１に記載の大気圧プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記カバーには、前記開口を囲うように、前記被処理材側に向かって突出した突条部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の大気圧プラズマ処理装置。
【請求項４】
電極と被処理材との間に電圧を印加することによりプラズマを発生させ、発生したプラズマをカバーで覆うとともに、該カバーの開口から前記プラズマを放出することにより、前記被処理材の表面にプラズマを接触させて、前記被処理材の表面処理を行う大気圧プラズマ処理方法であって、
前記電圧を印加する前に、該カバーと前記被処理材との間に間隙が形成されるように、前記カバーを配置し、
前記カバー内において、前記電極から前記開口に向かって流れるプラズマの一部がカバー内を循環するように、前記プラズマの一部を前記電極側に案内することを特徴とする大気圧プラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置およびその処理方法に係り、大気中においてプラズマを被処理材の表面に接触させるプラズマ処理装置およびその処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被処理材の表面にプラズマを接触させることにより、被処理材の表面処理（改質またはクリーニング）を行うことがなされている。このようなプラズマにより表面処理を行う装置として、例えば、特許文献１には、電極で発生したプラズマを原料ガスと共に搬送するノズルと、被処理材の処理表面を覆うように、ノズルの先端に取付けられたカバーとを備えた大気圧プラズマ処理装置が提案されている。
【０００３】
この処理装置によれば、カバーと被処理材との間に僅かな隙間を形成して、大気雰囲気下（大気圧下）でプラズマ処理を行うが、この隙間にはカバーからの原料ガスが流れ出すため、カバー内に大気が流れ込むこと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２００８−１３０５０３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、特許文献１に示す処理装置を用いた場合、プラズマが酸素ガスを含む大気に接触するため、酸素が分解・結合しオゾンが副生成物として生成される。特に、カバーと被処理材との間に形成された隙間から流れ出す原料ガスがプラズマ化している場合には、処理装置の外部にもオゾンが生成され、オゾンが装置外部に拡散してしまう。一旦、大気中にオゾンが拡散した場合には、これを回収するための装置・設備も必要となり、処理コストが増大してしまう。
【０００６】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大気雰囲気下で被処理材の表面にプラズマを接触させたとしても、プラズマが大気と接触することによるオゾンの生成を抑えることができるプラズマ処理装置およびその処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を鑑みて本発明に係る大気圧プラズマ処理装置は、大気中においてプラズマを被処理材の表面に接触させることにより、前記被処理材の表面処理を行う大気圧プラズマ処理装置であって、該プラズマ処理装置は、前記被処理材との間に電圧を印加して、該被処理材との間にプラズマを発生させる電極と、該電極と前記被処理材との間に形成されたプラズマを覆うとともに、被処理材側に前記プラズマが放出される開口が形成されたカバーと、を備えており、該カバーには、前記電極から前記開口に向かって流れるプラズマの一部がカバー内を循環するように、前記プラズマの一部を電極側に案内するガイドが、前記開口の周縁に沿った開口内方に向かって形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、電極と被処理材との間に電圧を印加することにより、電極と被処理材との間にプラズマを発生する。発生したプラズマには、電極から被処理材に向かって流れが形成される。この際、カバーと被処理材との間に間隙を形成した状態で、カバーで覆われたプラズマがカバーの開口から放出され、被処理材の表面にプラズマのみを接触させることができる。
【０００９】
ここで、本発明では、ガイドを開口の周縁に沿った開口内方に向かって形成したので電極から開口に向かって放射状に流れるプラズマのうち、外側に位置する密度が低いプラズマがガイドに接触し、これがカバー内を循環するように電極側に案内される。これにより、密度の低いプラズマは、再度、電極と被処理材との間でチャージされるので、このようなプラズマがカバーと被処理材との間に間隙から流れ出すことを抑え、これによりプラズマが処理装置の周りの大気に接触し、オゾンが生成されることを抑えることができる。
【００１０】
なお、本実施形態では、電極と被処理材との間に電圧を印加することによりプラズマを発生させるため、電極間でプラズマを発生させこれをガスで搬送する処理装置とは異なり、プラズマ化したガスが装置外部に流出し難い。これにより、装置外部の大気（酸素）にプラズマが接触し難く、この結果、装置外部にオゾンが拡散し難い。
【００１１】
さらに好ましい態様としては、前記ガイドの先端部は、前記電極に向かって延在している。この態様によれば、ガイドの先端部を電極に向かって延在させることにより、電極から開口に向かって流れるプラズマの一部がカバー内を循環するように、プラズマの一部を電極側に案内することができる。
【００１２】
さらに好ましい態様としては、前記カバーには、前記開口を囲うように、前記被処理材側に向かって突出した突条部が形成されている。この態様によれば、開口を囲うように、被処理材側に向かって突出した突条部が形成されているので、この突条部により、カバーと被処理材との間に間隙から開口に向かって大気が流れ込むことを防止することができる。
【００１３】
さらに、本願では、大気圧プラズマ処理方法についても開示する。本発明に係る大気用プラズマ処理方法は、電極と被処理材との間に電圧を印加することによりプラズマを発生させ、発生したプラズマをカバーで覆うとともに、該カバーの開口から前記プラズマを放出することにより、前記被処理材の表面にプラズマを接触させて、前記被処理材の表面処理を行う大気圧プラズマ処理方法であって、前記電圧を印加する前に、該カバーと前記被処理材との間に間隙が形成されるように、前記カバーを配置し、前記カバー内において、前記電極から前記開口に向かって流れるプラズマの一部がカバー内を循環するように、前記プラズマの一部を前記電極側に案内することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、カバーと被処理材との間に間隙が形成されるように、カバーを配置し、その後、電極と被処理材との間にプラズマを発生させるので、カバーを被処理材が当接させずに、被処理材の表面処理を行うことができる。これにより、カバーが接触することにより被処理材が汚れることはない。
【００１５】
さらに、カバー内において、電極から開口に向かって流れるプラズマの一部（たとえば放射状に流れるプラズマのうち、外側に位置する密度が低いプラズマ）がカバー内を循環するように、プラズマの一部を電極側に案内するので、カバー内のプラズマが、カバー内の酸素と反応し、僅かにオゾンが生成されるものの、カバーと被処理材との間の間隙にプラズマが流れ出すことを抑え、プラズマが装置外部の大気に接触し、オゾンが生成されることを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、大気雰囲気下で被処理材の表面にプラズマを接触させたとしても、プラズマが大気と接触することによるオゾンの生成を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の模式的概念図。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置のカバーを開口側から見た斜視図。
【図３】図２のカバーのＡ−Ａ矢視断面図。
【図４】第２実施形態に係るプラズマ処理装置のカバーを開口側から見た斜視図。
【図５】図４のカバーのＢ−Ｂ矢視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、２つの本実施形態に基づき本発明を説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の模式的概念図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置のカバーをカバーの先端側から見た斜視図である。図３は、図２のカバーのＡ−Ａ矢視断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、大気中においてプラズマＰを被処理材Ｗの表面に接触させることにより、被処理材Ｗの表面処理を行う大気圧プラズマ処装置（大気解放型のプラズマ処理装置）である。
【００２０】
プラズマ処理装置１は、被処理材Ｗとの間に電圧を印加して、被処理材Ｗとの間にプラズマＰを発生させる電極１０と、電極１０と被処理材Ｗとの間に形成されたプラズマＰを覆うとともに、被処理材側にプラズマＰが放出される開口２１が形成された円筒状のカバー（ノズル）２０とを備えている。
【００２１】
電極１０は、高電圧抵抗器３１に接続されており、高電圧抵抗器３１は、絶縁性を有した収容部材３２内に気密な状態で収容されている。電極１０に接続された高電圧抵抗器３１には、気密性を有したケーブルクランプ３４が取り付けられている。ケーブルクランプ３４は、高電圧ケーブル３５の一端をクランプしており、高電圧ケーブル３５の他端が高圧電源３０に接続されている。
【００２２】
このような装置構成により、高圧電源３０で、電極１０と被処理材Ｗとの間に電圧を印加し、プラズマＰを生成することができ、生成されたプラズマＰは、ガス等により搬送されることなく、被処理材Ｗ側に向かって電流の流れに合わせて（放電する方向に向かって）流れることになる。たとえば、電極１０と被処理材Ｗとの距離が、６０ｍｍであれば、印加電圧は５０ｋＶでプラズマＰが発生し、この時の電流量は、４００μＡとなる。
【００２３】
カバー２０は、電極１０の周囲を覆うとともに、発生したプラズマＰを覆うように、プラズマを被処理材側に誘導する部材であり、セラミックスまたは樹脂などの絶縁性を有した材料で製造された部材である。電極１０は、その先端部分がカバー２０の内壁から開口２１に向かって突出するように、カバー２０の内部に配置される。これにより、電極１０の周りには、後述する循環するプラズマが戻るための空間が形成され、電極１０側に案内されたプラズマを電極１０の先端部分に案内することができる。
【００２４】
カバー２０を構成する絶縁性を有した材料は、たとえば、電気抵抗１０１０Ωｍ以上であり、電気抵抗１０１０Ωｍ未満の介在物が存在する場合には、高電圧側、アース側のどちらかに電位が偏るため、プラズマＰが発生したとしても、電荷が吸着され、プラズマが維持できないことがある。
【００２５】
このようなカバー２０を設けることにより、電極１０と被処理材Ｗとの間以外の放電を防止し、電極１０から被処理材Ｗに向かって放電させ、電極１０から被処理材Ｗにプラズマ流を生成する（プラズマを誘導する）ことができる。
【００２６】
さらに、本実施形態ではカバー２０の被処理材Ｗ側の端部（すなわちカバー先端）には、被処理材Ｗの処理表面の面積に応じた大きさの開口２１が形成されており、開口２１からプラズマＰが被処理材Ｗに向かって放出される。
【００２７】
本実施形態では、カバー２０には、電極１０から開口２１に向かって流れるプラズマＰの一部がカバー内を循環するように、プラズマＰの一部を電極側に案内するガイド２３が、開口２１の周縁に沿った開口２１の内方に向かって形成されている。
【００２８】
より具体的には、ガイド２３は、プラズマＰを囲うように形成されたカバー２０の側壁部２４の周縁端から、カバー２０の内側に向かって突出した突出縁部であり、突出縁部は、その先端が電極１０側に向かって延在するように湾曲している。
【００２９】
さらに、図３に示すように、カバー２０の内部には、電極１０から開口２１に向かって流れるプラズマＰの一部（後述する密度の薄いプラズマ）が電極１０の先端部分の回りの空間に向かって流れるように、スペーサ２８が取付けられている。なお、図１では、スペーサ２８は省略している。
【００３０】
このようにして、電極１０と被処理材Ｗとの間に電圧を印加することにより、電極１０と被処理材Ｗとの間にプラズマを発生する。発生したプラズマには、電極１０から被処理材Ｗに向かって流れが形成される。この際、カバー２０と被処理材Ｗとの間に間隙を形成した状態で、カバー２０で覆われたプラズマＰをカバー２０の開口２１から放出するので、被処理材Ｗの表面にプラズマＰのみを接触させることができる。これによりカバー２０が接触することにより被処理材Ｗの表面が汚れることはない。
【００３１】
また、本実施形態では、ガイド２３を開口２１の周縁に沿った開口２１内方に向かって形成したので、電極１０から開口２１に向かって放射状に流れるプラズマＰのうち、外側に位置する密度が低いプラズマＰＬがガイド２３に接触し、これがカバー内を循環するように電極側に案内される。
【００３２】
このような結果、密度の低いプラズマＰＬは、再度、電極１０と被処理材Ｗとの間でチャージされるので、密度の低いプラズマＰＬが、カバー２０と被処理材Ｗとの間に間隙から流れ出すことを抑えることができる。
【００３３】
これにより、カバー２０内に当初存在していた空気（酸素）により、ごく僅かなオゾンが生成されるものの、このようなカバー２０の構造により処理装置１の周りの大気に接触し、オゾンが生成されることを抑えることができる。
【００３４】
一方、密度が高いプラズマＰＨは、被処理材Ｗに接触する。密度が高いプラズマＰＨは、ガス等で搬送されないため、緩やかに被処理材Ｗの表面に向かい、被処理材Ｗの表面で消費（消滅）される。さらに、被処理材Ｗの表面の法線方向から、密度が高いプラズマＰＨが接触するため、密度が高いプラズマＰＨが戻さ、その後消費される。このようにして、密度が高いプラズマＰＨを被処理材Ｗの表面に接触させることができるので、表面処理の効率を高めることができる。
【００３５】
〔第２実施形態〕
図４は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置のカバーを開口側から見た斜視図である。図５は、図４のカバーのＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００３６】
第２実施形態のプラズマ処理装置が、第１実施形態のものと相違する点は、カバーの構造およびノズルの個数であり、同じ機能を有する部材は、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３７】
図４に示すように、本実施形態に係るカバー２０Ａは、四角筒状のカバーであり、その内部には、３つの電極１０が並んで配置されている。電極に対向する位置には、矩形状の開口２１Ａが形成されている。これにより、電極１０と被処理材Ｗとの間に形成されたプラズマＰを覆うとともに、被処理材側にプラズマＰが開口２１Ａから放出される。
【００３８】
本実施形態に係るカバー２０Ａは、電極１０から開口２１に向かって放射状に流れるプラズマＰのうち、外側に位置する密度が低いプラズマＰＬが、カバー２０Ａ内を循環するように、これを電極側に案内するガイド２３Ａが形成されている。ガイド２３Ａは、プラズマＰを囲うように形成されたカバー２０Ａの側壁部２４の端部から、カバー２０Ａの内側に向かって突出しており、その先端部は電極１０側に向かって延在している。さらに、カバー２０Ａには、開口２１Ａを囲うように、被処理材側に向かって突出した突条部２９が形成されている。
【００３９】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ガイド２３Ａを設けたことにより、電極１０から開口２１Ａに向かって放射状に流れるプラズマＰのうち、外側に位置する密度が低いプラズマＰＬがガイド２３Ａに接触し、これがカバー内を循環するように電極側に案内される。これにより、密度の低いプラズマＰＬが、カバー２０Ａと被処理材Ｗとの間に間隙から流れ出すことを抑え、これにより処理装置１の周りの大気に接触し、オゾンが生成されることを抑えることができる。
【００４０】
さらに、開口２１Ａを囲うように、被処理材側に向かって突出した突条部２９が形成されているので、この突条部２９により、カバー２０Ａと被処理材Ｗとの間に間隙から開口２１Ａに向かって大気が流れ込むことを防止することができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【００４２】
第１および第２の実施形態では、ガイドの先端部は電極に向かって延在していたが、電極から開口に向かって流れるプラズマの一部がカバー内を循環するようにこのプラズマの一部を電極側に案内することができるのであれば、その先端部は、開口内方に向かって延在させてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１：プラズマ処理装置，１０：電極，２０，２０Ａ：カバー，２１、２１Ａ：開口，２３、２３Ａ：ガイド，２４：側壁部，２８：スペーサ，２９：突条部，３０：高圧電源，３１：高電圧抵抗器，３２：収容部材，３４：ケーブルクランプ，３５：高電圧ケーブル，Ｐ：プラズマ，ＰＬ：密度が低いプラズマ，ＰＨ：密度が高いプラズマ，Ｗ：被処理材
【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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