(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部電極と、
前記内部電極の外周を覆うように配置された外部電極とを備え、
前記内部電極の外周及び前記外部電極の内周の少なくとも一方は誘電体で被覆され、
前記内部電極と前記外部電極との間には放電空隙が形成されており、
前記外部電極の側面には、前記放電空隙にガスを導入し、前記外部電極と前記内部電極との間に電圧を印加することで発生させたプラズマを、処理体に照射する噴出し口が形成されており、
さらに、支持体を備え、
前記支持体は、内部導体と、外部導体と、該内部導体及び該外部導体を絶縁するように該内部導体及び該外部導体の間に設けられた絶縁体とを有し、
前記内部電極の一方の端部が、前記内部導体との導電を維持して該内部導体によって支持され、
前記外部電極の一方の端部が、前記外部導体との導電を維持して該外部導体によって支持される、
プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記外部電極の他方の端部から前記噴出し口にわたる領域において、前記外部電極の外径より外側に、突出した部分を有さない、
請求項１のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記噴出し口が前記外部電極の全周にわたって備えられている、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記内部電極は、前記内部導体との導電を維持して該内部導体に着脱自在に取り付けられ、
前記外部電極は、前記外部導体との導電を維持して該外部導体に着脱自在に取り付けられる、
請求項１乃至３の何れか一項のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記支持体には、外部から前記放電空隙に連なる少なくとも一つのガス供給口が設けら
れている、
請求項１乃至４の何れか一項のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記外部電極は、径の異なる第１部分及び第２部分を有しており、
前記第１部分は、前記支持体と結合する部分であり、
前記第２部分は、前記噴出し口が形成されている部分であり、
前記第２部分の径は、前記第１部分の径よりも小さい、
請求項１乃至５の何れか一項のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記外部導体と前記外部電極との間に配置され、導電性かつ気密性を保持して、
該外部電極及び該外部導体が接続されるアダプタを、さらに備えた、
請求項１乃至５の何れか一項のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記放電空隙の間隔を一定の領域のみにおいて狭めることで、所望の領域で放電を形成
する、
請求項１乃至５の何れか一項のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記外部電極と前記内部電極との間に、前記放電空隙を分断する仕切り板が少なくとも
１つ以上設けられている、
請求項１乃至８の何れか一項のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
駆動機構をさらに備え、
前記内部電極、前記外部電極及び前記支持体を含む放電ユニット全体が、前記駆動機構
によって移動される、
請求項１乃至９の何れか一項のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項のプラズマ処理装置を用いて処理体を処理する、
プラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記処理体の内部に、前記外部電極および前記内部電極を挿入することで該処理体の内面を処理する、請求項１１のプラズマ処理方法。
【請求項１３】
一つ以上の前記噴出し口の形状又は配置位置が互いに異なる複数の前記外部電極を用意
しておき、
処理体の形状に応じて前記外部電極を交換することで、前記噴出し口と処理体の位置関
係を任意に設定する、
請求項１１又は１２のプラズマ処理方法。
【請求項１４】
前記複数の外部電極は、外径、内径又は高さが互いに異なり、
処理体の形状に応じて前記外部電極を交換することで、前記噴出し口と処理体の位置関
係を任意に設定する、
請求項１１乃至１３の何れか一項のプラズマ処理方法。
【請求項１５】
外径、内径又は高さが互いに異なる複数の前記内部電極を用意しておき、
前記外部電極の形状に応じて前記内部電極を交換することで、前記放電空隙の幅又は前
記放電空隙の形状を任意に設定する、
請求項１１乃至１４の何れか一項のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、大気圧近傍で発生させた放電プラズマを用いて材料の表面洗浄、表面改質、成膜、除菌などを行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表面処理は、材料の表面洗浄、接着や塗装の前処理、成膜、除菌など様々な分野で導入されている。表面処理の手段は様々あるが、中でも大気圧プラズマを用いた処理は、比較的低コスト、低環境負荷であり、近年、急速に普及している。
【０００３】
大気圧プラズマ処理は放電空間に直接処理体を挿入するダイレクト式と、放電空間で生成される活性粒子を外部へ引出し、処理体へ照射するリモート式に大別される。物理エッチングやチャージアップによる処理体へのダメージが少ない点でリモート式が有利であるが、一般に活性粒子の寿命は大気雰囲気下では極めて短いため、活性粒子を短時間で処理面に接触させる必要がある。
【０００４】
既存の大気圧リモートプラズマ処理装置では例えば特許文献１のように、同軸円筒状に配置された筒状電極の先端から活性粒子を噴出すタイプと、特許文献２のように平行平板状に配置された電極の側面から噴出すタイプが一般的である。
【０００５】
上記のような方式は平面的な処理や局所的な処理には適するものの、例えば円筒内面の処理などへの適用に問題があった。これは、プラズマ噴出し口と処理面を近接させることができず、短寿命の活性粒子が処理面に到達する前に消滅するためである。また異なる形状や大きさの様々な処理体を処理するには噴出し口と処理面を近接できるよう、都度プラズマ発生部全体を作りかえる必要があった。このため、一台で様々な処理ニーズに対応できるフレキシブルなプラズマ処理装置及び方法が求められている。
【０００６】
例えば、特許文献３には、内部電極とこれを囲む様に設置された外部電極とで構成される同軸円筒型のプラズマ処理装置において、外部電極の表面に複数のプラズマ噴出し口を有する装置が記載されている。これにより一度に広い面積を処理できることに加え、処理面の近傍に噴出し口を設けることで比較的自由度の高いプラズマ処理が可能な構成となっている。
【０００７】
また特許文献４に記載の同軸円筒型プラズマ処理装置は電極サポータを備えており、この電極サポータに対して、上方向から、内側電極を挿入し、下方向から、先端にプラズマ噴出し口を設けた誘電体からなる反応管を挿入する。これにより、内側電極と反応管が取り外し、交換可能な構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３０５７０６５号公報
【特許文献２】特許第３７９９８１９号公報
【特許文献３】特開２００３−１０９７９９号公報
【特許文献４】特許第４１２００８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来技術には以下のような問題がある。特許文献３に記載されるプラズマ処理装置では、円筒電極の両側に、電極の長さ方向に対して垂直にガス供給口が設けられている。このため例えば円筒内面の処理を想定した場合、ガス供給口と処理体とが干渉し、電極を円筒内部に挿入できないため、効果的な処理ができない。また電極にガス供給口が直付けされた構造になっており、電極の径や長さを容易に変更できない。
【００１０】
また、特許文献４に記載されるプラズマ処理装置においても、反応管がガラスなどの誘電体であるため加工性が悪く、プラズマ噴出し口の位置や形状を任意に決めることができない。さらに、反応管の外周に外側電極を備える必要があることから反応管の内部に内部電極を挿入する際、反応管と内部電極の干渉が生じ、プラズマ噴出し口と処理面を十分に近接できない。
【００１１】
このように、特許文献３、特許文献４に記載のいずれの装置も、円筒内面などの処理を効果的に行えないだけでなく、異なる形状、寸法の対象を処理するには、それぞれ適したプラズマ発生部を新たに作成する必要がある。
【００１２】
この発明は上記問題を解決するためになされたものであり、装置全体を作り直すことなく、簡単な操作で形状、寸法の異なる様々な対象への処理を実現し、かつ円筒内面などの特殊形状にも適用可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法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】
【００１３】
上述した目的を達成するため、本発明に係るプラズマ処理装置は、内部電極と、前記内部電極の外周を覆うように配置された外部電極とを備え、前記内部電極の外周及び前記外部電極の内周の少なくとも一方は誘電体で被覆され、前記内部電極と前記外部電極との間には放電空隙が形成されており、前記外部電極には、前記放電空隙にガスを導入し、前記外部電極と前記内部電極との間に電圧を印加することで発生させたプラズマを、処理体に照射する噴出し口が形成されており、さらに、支持体を備え、前記支持体は、内部導体と、外部導体と、該内部導体及び該外部導体を絶縁するように該内部導体及び該外部導体の間に設けられた絶縁体とを有し、前記内部電極は、前記内部導体との導電を維持して該内部導体によって支持され、前記外部電極は、前記外部導体との導電を維持して該外部導体によって支持される。
また、同目的を達成するため、本発明は、上記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法も提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、処理体の形状に応じて、外部電極または内部電極の特徴を変更することで、装置全体を作り直す事無く、様々な形状の処理体に適用可能なプラズマ処理態様を提供できる。これにより、従来処理の適用が困難であった円筒形状の処理体の内面などの複雑形状の処理体にも高い処理効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置の組み立て手順を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置と処理体との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、異なる形状の外部電極に交換した場合のプラズマ処理装置と処理体との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置に関し、全体構成、組み立て、処理体との関係、を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３に関する、図５と同態様の図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係るプラズマ処理装置を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係るプラズマ処理装置を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態７の第１の態様に関する噴出し口の形成態様と放電ユニットの動作態様とが示される図である。
【図１１】本発明の実施の形態７の第２の態様に関する噴出し口の形成態様と放電ユニットの動作態様とが示される図である。
【図１２】本発明の実施の形態７の第３の態様に関する噴出し口の形成態様と放電ユニットの動作態様とが示される図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置の全体構成図である。本プラズマ処理装置は、放電ユニット１００、ガス供給源１２０、電源１３０を備え、放電ユニット１００は、片側が封じられた円筒状の外部電極１と、円柱状の内部電極３と、これらが取り付けられる支持体１１０とを有している。外部電極１は、放電空隙９を介して内部電極３の外周を覆うように、配置されている。外部電極１の先端及び外周には、複数の噴出し口７が開いており、内部電極３は、その外周を誘電体６で被覆されている。なお、誘電体は、本実施の形態及び以下の各実施の形態において、内部電極の外周及び外部電極の内周の少なくとも一方に設けられていればよい。
【００１８】
支持体１１０は、円盤状の絶縁体５と、その中心を貫通する棒状の内部導体４と、絶縁体５の外周を覆う外部導体２とを含む。外部導体２は、ガス供給口８を備える。ガス供給口８は、放電空隙９に連通するガス供給口８を備え、ガス供給口８はガス供給源１２０と接続されている。内部導体４は、電気的に導通される態様で内部電極３に螺合・締結され、外部導体２は電気的に導通される態様で外部電極１に螺合・締結されている。内部導体４は電源１３０に接続され、外部導体２は接地に接続されている。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置の組み立て手順を示す斜視図である。本プラズマ処理装置の組み立ては、まず内部電極３を支持体１１０に取り付け、その後、外部電極１を支持体１１０に取り付ける。内部導体４の先端外周面には雄螺子が形成され、内部電極３の中心には雌螺子穴加工が施されており、螺合を以って締結される。外部導体２の外周には雄螺子加工が施され、外部電極１の開口部側の内周には雌螺子加工が施されており、螺合を以って、気密を保持して締結される。
【００２０】
次に、図１及び図３を用いて実施の形態１によるプラズマ処理装置の動作について説明する。ガス供給源１２０より放電ガスを放電空隙９に供給し、電源１３０より内部導体４に高電圧を印加することで、外部電極１と内部電極３の間に高電界が形成され、放電空隙９に大気圧近傍での放電が形成される。放電により生成された活性粒子を含むプラズマガスは外部電極１の先端及び外周に配置された複数の噴出し口７より外部へ噴出される。このとき放電ユニット１００を例えば円筒形状の処理体１４０の内部に挿入することで処理体１４０の内面及び底面が処理される。
【００２１】
ところで大気圧プラズマで生成される活性粒子は、一般に、１ミリ秒以内の短時間で消滅する。従って、高い表面処理効果を得るためには、放電空隙９で生成された活性粒子を短時間で処理面まで輸送することが重要である。このためには、処理面近傍において、噴出し口７からプラズマガスを高速で噴射する構造が好ましく、また、処理面以外へのガスの噴出しを無くし、処理面のみに選択的に照射する構造が望ましい。処理面の位置や形状は処理体ごとに異なることから、それぞれの処理体に適した噴出し口７を有する外部電極１を使用することで高い処理効果が得られる。図４は本実施の形態１において、噴出し口７の数や径や配置が異なる外部電極１に交換した場合の例である。（ａ）では外部電極１の外周のみに噴出し口７が設けられ、先端部分は閉鎖されている。これによりプラズマガスが外周方向のみに噴出され、円筒形状の処理体１４１に対して、放電ユニット１００を挿入することで内面のみが処理される。また、（ｂ）は、（ａ）で示した例と同様に外部電極１の側面からプラズマガスが外周方向に噴出される構成だが、噴出し口７がスリット状になっており、プラズマが均一性良く噴出される。さらに図４（ｃ）では外部電極１の先端に一点の噴出し口７が設けられている。これによりプラズマガスがスポット的に噴出され、狭い領域での集中的な処理が実現される。
【００２２】
このように実施の形態１においては、支持体１１０と内部電極３との間、及び、支持体１１０と外部電極１との間が、簡潔な締結手段により締結されるため着脱が容易である。この結果、処理体に応じて、噴出し口７の異なる外部電極１に交換することで、円筒内面等の特殊な形状の処理体に対しても、効果的な処理が実現される。また放電により電極が劣化した際の交換も容易なことから、メンテナンス性にも優れる。
【００２３】
なお、本実施の形態における大気圧近傍とは、絶対圧で５０ｋＰａ〜２５０ｋＰａをさす。また本発明では放電方式に誘電体バリア放電を採用しており、種々ガスでの放電が可能である。例えばＮ２やＯ２、乾燥空気、ＡｒやＨｅなどの希ガス、またはこれらの混合気体を用いることができる。例えばＮ２や希ガス等の不活性ガスにＯ２を混合させた場合、高い洗浄や親水化効果が得られる。またＳＦ６やＣＦ４等を用いると撥水処理が可能となる。但し、放電ガスの種類及び組成は上記例に限定されるものではない。
【００２４】
また本実施の形態のガス供給源１２０として、ガスボンベにマスフローコントローラを接続し、所望のガスを所定流量で供給する手段が挙げられる。但し、放電ガスが所望の流量、組成で放電空隙９に供給されれば良く、ガス供給方法は上記例に限定されるものではない。
【００２５】
また本実施の形態において、外部電極１、外部導体２、内部電極３、内部導体４の材料には例えば、ステンレス、アルミニウム、銅などの金属材料を用いることができる。但し、前記材料は機械的に接続が可能な導電性材料であれば良く、上記例に限定されるものではない。
【００２６】
また本実施の形態において、内部電極３の外周を被覆する誘電体６の材料には例えばアルミナセラミクスやガラスを用いることができる。これらは例えば、棒状の金属体の外周に溶射したり、円筒誘電体管に金属管を差し込んだりすることで形成できる。但し、誘電体６は、内部電極３の外周に所望の厚みで形成できれば良く、材料や加工方法は特に限定されるものではない。
【００２７】
なお誘電体６の厚みは１０μｍ〜５０００μｍの範囲で形成することが好ましい。誘電体膜が薄すぎると絶縁耐力が不十分となり、厚すぎると、放電形成において多大な電圧を印加する必要が生じるためである。
【００２８】
また本実施の形態１における電源１３０としては、時間的に極性が変化する電圧を出力するものであれば良く、例えば、交流や両極性パルス電圧を出力するものを用いることができる。また周波数が１ｋｚ〜１ＭＨｚ、印加電圧が１〜２０ＫＶ程度の範囲で用いるのが好ましい。周波数が小さ過ぎると所定の電力を投入するのに多大な電圧を印加する必要が生じ、大き過ぎると放電の安定性が損なわれる。また、印加電圧が小さ過ぎると放電が形成されず、大き過ぎると電源の導入コストが高くなってしまうためである。但し、電源の仕様は放電ユニット１００の形態や動作条件に応じて決めれば良く、上記例に限定されるものではない。
【００２９】
また本実施の形態において、絶縁体５には、マコールなどのセラミクス材料、若しくはテフロン（登録商標）などの絶縁性樹脂材料を用いることができる。但し、内部導体４と外部導体２との間で絶縁性が保持されれば良く、絶縁体５の材料は上記例に限定されるものではない。
【００３０】
また本実施の形態における放電空隙９の幅（外部電極１と内部電極３との間隔）は０．０５ｍｍ〜５０ｍｍにすることが好ましい。放電空隙９が小さすぎると精密な部品加工が必要となり、製作コストが増加する。また、大きすぎるとそれに伴い、印加電圧が増加し電源が大型化するためである。
【００３１】
また本実施の形態において、噴出し口７の数、形状、配置に制限は無く、上記例以外でも例えば長手方向にチドリ上に噴出し口７を形成したり、外周の一部に局在させたりする態様で配置することができる。また必ずしもすべての噴出し口の径や形状が同一である必要はなく、例えば外部電極１の外周先端から根元へ向かい孔径が変化する構成としても良い。
【００３２】
また本実施の形態では、外部導体２にガス供給口８を複数備えた例を示したが、ガス供給口８の数、形状、配置は上記実施例に限定されるものではない。例えば絶縁体５を貫通するように設けることができる。
【００３３】
なお本実施の形態では、外部電極１及び内部電極３の支持体１１０への取り付けに関して、各電極、導体に螺子加工を施すことで締結する方法を示したが、締結方法は上記実施例に限定されるものではない。外部電極１と外部導体２とは、電気的に導通され、放電空隙９内の気密が確保され、着脱自在であれば良く、同様に、内部電極３と内部導体４とは、電気的に導通され、着脱自在あれば良い。したがって、例えば、上記の説明例以外でも、外部電極１と外部導体２との締結部をフランジ型とし、シール材を介し、螺子を以って螺合することで締結することができる。
【００３４】
本実施の形態で処理される処理材料に制限は無いが、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）ＰＰ（ポリプロピレン）などの樹脂材料、アルミニウム、真鍮などの金属材料、ガラス等に対して、高い洗浄・親水化効果を示す。また処理体の形状、大きさは特に限定されるものでは無く、上記例で示した円筒の内面以外であっても噴出し口７より照射される活性種が処理体表面に届けば良い。
【００３５】
なお、以上に述べた改変態様は、本実施の形態の場合に限定されず、以下に説明する他の実施の形態でも同様である。
【００３６】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置に関し、（ａ）は全体構成、（ｂ）は組み立て、（ｃ）は処理体との関係をそれぞれ示す図である。実施の形態１では支持体１１０の外径と外部電極１の外径とがほぼ同一であるプラズマ処理装置を示した。本実施の形態２では支持体１１０の外径よりも細い外部電極１、内部電極３が取り付けられている点で実施の形態１と異なる。図５（ａ），（ｂ）に示すとおり、本実施の形態における外部電極１は、径の異なる第１部分１０ａ及び第２部分１０ｂを有しており、第１部分１０ａは、支持体１１０と結合する部分であり、第２部分１０ｂは、噴出し口７が形成されている部分である。そして、第２部分１０ｂの径は、第１部分１０ａの径よりも小さくなっている。また、内部電極３の外径は、内部電極３の外面と外部電極１の第２部分１０ｂの内面との間に所定幅の放電空隙９が確保されるように設定されている。
【００３７】
これにより、本実施の形態２では、実施の形態１の利点に加え、さらに次のような利点が得られている。すなわち、実施の形態１では、円筒形であってその内径が支持体１１０の外径よりも大きな処理体に対して適用しようとした場合、放電ユニット１００を処理体１４０の内部へ挿入することができず、効果的な内面処理が実現できなかった。一方、本実施の形態２では図５（ｃ）のように、内径の小さい円筒形状の処理体１４１に対しても、放電ユニット１００を挿入することが可能となり、処理体の内面が処理される。この結果、本実施の形態２においては、支持体１１０よりも径の小さな外部電極１を用いることで、径の小さな円筒内面の処理において、効果的な処理が実現される。また、外部電極１の第１部分１０ａはあくまでも共通の支持体１１０に対応させておけば、支持体１１０には実施の形態１と同じものを使用でき、外部電極１と内部電極３のみを交換することで、より細い内径の円筒形状の処理体にも適用できる。
【００３８】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に関する図５と同態様の図である。本実施の形態３では支持体１１０の外径よりも大きい外部電極１が取り付けられている点で実施の形態１と異なる。図６（ａ），（ｂ）に示すとおり、本実施の形態における外部電極１における噴出し口７を有する部分の径が、支持体１１０よりも大きな構造となっており、外部電極１の内面と支持体１１０の外面との間に、リング形のアダプタ１１が配置されている。すなわち、支持体１１０の外面に、アダプタ１１の内面が螺合され、そのアダプタ１１の外面に、外部電極１の内面が螺合されている。また、内部電極３の外径は、外部電極１の噴出し口７を有する部分と内部電極３との間に形成される放電空隙９の幅が所定値となるような大きさに設定されている。
【００３９】
これにより、本実施の形態３でも、実施の形態１の利点に加え、さらに次のような利点が得られている。すなわち、実施の形態１では、外部電極１の径が円筒形の処理体の内径より余りにも小さい場合、放電ユニット１００を処理体の内部へ挿入しても、噴出し口７と処理体の内面とを一度に近接することができず（外部電極の外面全周を処理体の内面全周に同時に近接することができず）、効果的な内面処理が実現できなかった。一方、本実施の形態３では、図６（ｃ）のように、内径の大きい円筒形状の処理体１４２に対しても、放電ユニット１００を挿入するだけで、処理体の内面全体を処理できる。この結果、本実施の形態３においては、径の大きな外部電極１を用いることで、径の大きな円筒内面の処理において、効果的な処理が実現される。また、支持体１１０には実施の形態１と同じものを使用でき、外部電極１と内部電極３のみを交換し、アダプタ１１を加えることで、より大きい内径の円筒形状の処理体に適用できる。この他にも、大型基板など大面積処理の要求がある処理体に対しても効果を奏する。なお、アダプタ１１は導電性材料で形成され、例えばステンレス等の金属を用いることができる。またアダプタ１１の形状は例えばリング形とし、その内面及び外面に螺子加工を施すことで、外部電極１、外部導体２と接続される。但し、外部電極１と外部導体２との間にアダプタ１１を介すことで、導電性かつ機密が保持され、締結がされれば良く、アダプタ１１を形成する材料及び形状は上記例に限定されるものではない。
【００４０】
実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４に係るプラズマ処理装置を示す図である。本実施の形態４では、噴出し口７を外部電極１の一部分に局在させ、その近傍に限定した狭い領域で放電させる点が実施の形態１と異なる。本実施の形態４では外部電極１と内部電極３との距離が噴出し口７近傍のみにおいて近接し、その他の部分においては絶縁をとるのに十分な間隔が保持されている。これにより、放電空隙９にガスを導入し、高電圧を印加することで、噴出し口７近傍の限られた領域でのみ放電が形成される。このように本実施の形態４においては、放電領域を制限し、余分な放電を無くすことで、電力コスト抑制の効果が得られる。
【００４１】
実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５に係るプラズマ処理装置を示す図である。本実施の形態５では、放電空隙９にガスを分断する仕切り板１２を有する点が実施の形態１と異なる。
本実施の形態５では、内部電極３と外部電極１との間の放電空隙９に備えられた仕切り板１２により、放電空隙９が２分割される。それにより、分割された一方の第１の放電空隙９ａが第１のガス供給口８ａと接続され、同様に、分割された他方の第２の放電空隙９ｂが第２のガス供給口８ｂと接続されている。ここで第１のガス供給口８ａと第２のガス供給口８ｂとからそれぞれ異なる放電ガスを供給する。これにより第１の放電空隙９ａと第２の放電空隙９ｂとにおいてそれぞれ異なる活性粒子が生成される。このとき例えば図８（ｂ）のように放電ユニット１００を回転させることで処理体の内面へ異なるプラズマガスが交互に吹き付けられる。
【００４２】
本実施の形態５で用いる放電ガスとしては、例えば一方に不活性ガスとＯ２の混合ガスを、もう一方にヘキサメチルジシロキサンなどの有機シリコン成分を含むガスを用いることができる。この場合、Ｓｉ系活性種と酸素系活性種を交互に供給することで処理面に酸化シリコン膜を形成できる。但し、ガス種は上記例の組み合わせに限定されるものではない。
【００４３】
なお本実施の形態５における仕切り板１２は、内部電極３の外周あるいは外部電極１の内面に凸構造を設けることで形成される態様でもよい。または内部電極３を取り付け後、仕切り板１２を装着しても良い。また上記例では仕切り板１２により放電空隙９を２分割したが分割数はこれに限ったものではない。
【００４４】
実施の形態６．
図９は、本発明の実施の形態６に係るプラズマ処理装置を示す図である。本実施の形態６は、基本構造は実施の形態５に記載の装置と同様であるが、２分割された放電空隙９の一方である第１の放電空隙９ａは、ガス供給口８に、他方の第２の放電空隙９ｂが排気口１６に接続され、さらに排気口１６は外部の排気手段１７と接続されている点で異なる。
【００４５】
これによって、次のような利点が得られる。図９（ｂ）の矢印に示されるように、第１の放電空隙９ａからプラズマガスが噴出され、第２の放電空隙９ｂから吸い出しがなされる。ここで、放電によって生成されるプラズマガスの中には人体や環境にとって害を及ぼす物質が含まれる場合がある。例えば酸素を含むガスでの放電では、最終生成物としてオゾンが生成される。このため、プラズマ処理装置近傍には排気手段が備えられるのが一般的である。しかし、本実施の形態６によれば、別途、ガス排気手段を設ける必要が無くなり、システム構成の省スペース化を図ることができる。また排気口として機能する開口の位置と噴出し口７として機能する開口の位置とを適切に設定することで、噴出し後のガスの流れを所望の方向に制御することができる。なお本実施の形態６において、放電領域は噴出し側の第１の放電空隙９ａに限定されず、排気側の第２の放電空隙９ｂにおいて放電を形成することができる。これにより、例えば、活性粒子と処理材料との反応で生じた、揮発性有機化合物などの環境負荷物質を排気側の放電で分解し排気することができる。なお、本実施の形態における排気手段として、例えばポンプ、ファン、ブロアなどを用いることができるが、ガスを吸い出す機能を果たすものであれば、排気方法は上記例に限定されるものではない。
【００４６】
実施の形態７．
図１０〜図１２に本発明の実施の形態７に係るプラズマ処理装置を説明する図である。本実施の形態７では、放電ユニット１００を、駆動機構であるアクチュエータ１８に取り付け、種々の処理体の処理を行う。
【００４７】
図１０には、実施の形態７の第１の態様に関する噴出し口の形成態様と放電ユニットの動作態様とが示される。図１０（ａ）に示すように、外部電極１の外周には高さ方向に対して僅かに傾いて複数の噴出し口７が設けられている。図１０（ｂ）に示すように、放電ユニット１００を処理体の内部に挿入し、アクチュエータ１８により上下に動かす。これにより、噴出し口７が円筒内面全面を通過し、均一な処理がなされる。
【００４８】
図１１には、円柱形状の処理体の外面の処理方法であって、実施の形態７の第２の態様に関する噴出し口の形成態様と放電ユニットの動作態様とが示される。図１１（ａ）に示すように、外部電極１の外周の一方向のみに噴出し口７を有する放電ユニット１００を、図１１（ｂ）に示す様に、アーム２０に接続し、アーム２０を回転駆動するアクチュエータ１８に接続する。このとき噴出し口７が回転軸の中心を向くように取り付け、円柱形状の処理体１４３の外周に沿って放電ユニット１００を周回するように移動させることで、円柱形状の処理体１４３の外面が処理される。なお、図示省略するが、噴出し口７を回転軸と反対方向に向けて取り付けて同様に周回移動させることで、大型の円筒形状を有し且つその内面が噴出し口７の周回軌道よりも大きい処理体の当該内面を処理するように実施することもできる。
【００４９】
図１２には、円筒形状の処理体の内面の他の処理方法であって、実施の形態７の第３の態様に関する噴出し口の形成態様と放電ユニットの動作態様とが示される。図１２に示されるように、外部電極１の一方のみに噴出し口７を有する放電ユニット１００を用意し、その放電ユニット１００における偏心した位置を、アクチュエータ１８の回転軸に取り付ける。このとき噴出し口７はアクチュエータ１８の回転軸と反対方向に向けておく。かかる態様で、アクチュエータ１８を駆動し、放電ユニット１００を周回移動させることによって、処理体の内面が処理される。このように、放電ユニット１００をアクチュエータ１８で動かすことで、特殊形状の処理体に対して、効果的な処理を実現することができる。なお、駆動方法は、外部電極１の形状及び噴出し口７の配置、処理体の形状などに応じて決定すれば良く、決して上記例に限定されるものではない。
【００５０】
以上説明したように、本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、処理体の形状に応じて、外部電極または内部電極の特徴を変更することで、装置全体を作り直す事無く、様々な形状の処理体に適用可能なプラズマ処理態様を提供できる。これにより、従来処理の適用が困難であった円筒形状の処理体の内面などの複雑形状の処理体にも高い処理効果を発揮することができる。また、内部電極及び外部電極がそれぞれ、内部導体及び外部導体との導電を維持して内部導体及び外部導体に着脱自在に取り付けられている場合、外部電極又は／及び内部電極を交換することで、外部電極及び／又は内部電極の特徴を変更することができ、装置全体を作り直すこと無く、様々な形状の処理体に対して、噴出し口と処理体との位置を近接させることができ、高い処理効果が得られる。
【００５１】
また、支持体には、外部から放電空隙に連なる少なくとも一つのガス供給口が設けられているので、円筒形状の処理体の内面等の処理を行う際、ガス供給口が処理体と干渉すること無く効果的な処理ができる。
【００５２】
また、外部電極が、径の異なる第１部分及び第２部分を有しており、第１部分は、支持体と結合する部分であり、第２部分は、噴出し口が形成されている部分であり、第２部分の径が第１部分の径よりも小さい構成を具備している場合、支持体よりも円筒形状の内面の径が小さい処理体の処理において、効果的な処理が実現できる。また、外部電極の第１部分はあくまでも汎用・共通の支持体に対応させておけば、外部電極及び／又は内部電極のみを交換することで適用できる処理体のバリエーションを大幅に拡げることができる。
【００５３】
また、外部導体と外部電極との間に配置され、導電性かつ気密性を保持して、外部電極及び外部導体が接続されるアダプタをさらに備えている場合、支持体よりも円筒形状の内面の径が著しく大きい処理体の処理において、効果的な処理が実現できる。
【００５４】
また、放電空隙の間隔を一定の領域のみにおいて狭めることで、所望の領域で放電を形成するように構成すれば、限られた領域で放電を形成し、余分な放電を無くすことで、電力コスト抑制の効果が得られる。
【００５５】
また、外部電極と内部電極との間に、放電空隙を分断する仕切り板が少なくとも１つ以上設けられている場合、一台の装置で複数種のプラズマを同時に生成することや、噴出しと排気を同時に行うことができる。
【００５６】
また、駆動機構をさらに備え、内部電極、外部電極及び支持体を含む放電ユニット全体が、その駆動機構によって移動されるように構成した場合、従来処理が困難であった円筒形状処理体の内面や外周など、特殊な処理要求に対しても、高効率な処理が実現される。
【００５７】
また、放電空隙の幅が０．０５ｍｍ〜５０ｍｍに保たれるように、内部電極及び外部電極が配置されている場合、製作コストの増加と装置の大型化とを回避しつつ、安定した放電を形成することができる。また、内部導電体に対し、交流もしくは両極性パルス電圧を印加することで、誘電体バリア放電が形成され、活性種を含む低温のプラズマガスが安定して生成される利点が得られる。誘電体の厚みを１０μｍ〜５０００μｍとした場合にも、誘電体バリア放電が形成され、活性種を含む低温のプラズマガスが安定して生成される利点が得られる。
【００５８】
以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
【００５９】
前述した実施の形態１〜７は、それぞれが相互に独立した発明バリエーションであるだけでなく、複数の実施の形態を部分的に組み合わせて実施することができるものである。あくまでも一例であるが、例えば、実施の形態５又は６の仕切り板を、実施の形態２、３又は４の放電空隙に適用して実施することもできるだろう。さらに、そのように実施の形態５又は６と、実施の形態２、３又は４とを組み合わせたものを、実施の形態７の駆動機構によって移動させるようにして実施することもできるだろう。
【符号の説明】
【００６０】
１  外部電極、２  外部導体、３  内部電極、４  内部導体、５  絶縁体、６  誘電体、７  噴出し口、８  ガス供給口、９  放電空隙、１１  アダプタ、１２  仕切り板、１６  排気口、１７  排気手段、１８  アクチュエータ、２０  アーム、  １００  放電ユニット、１１０  支持体、１２０  ガス供給源、１３０  電源、１４０，１４１，１４２，１４３  処理体。
【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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