(57)【要約】      （修正有）【課題】耐熱性を向上することができる常圧プラズマ放電電極を提供する。【解決手段】常圧プラズマ放電電極は、電極基材１０と、電極基材１０が他方の常圧プラズマ放電電極に対向する面１１及びその面１１から連続する１又は２以上の面１３〜１６とに溶射されたアンダーコート２０と、アンダーコート２０上に溶射された誘電体のトップコート３０とを備える。アンダーコート２０の熱膨張係数は、電極基材１０の熱膨張係数よりは大きく、トップコート３０の熱膨張係数よりは小さい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧近傍の圧力下のガス雰囲気中で、略一定の距離を保ちながら対向配置され、放電プラズマを発生させるために電圧が印加される、常圧プラズマ放電電極であって、
電極基材と、
該電極基材の他方の上記常圧プラズマ放電電極に対向する面及び該面から連続する１又は２以上の面に溶射されたアンダーコートと、
該アンダーコート上に溶射された誘電体のトップコートとを備え、
上記アンダーコートの熱膨張係数は、上記電極基材の熱膨張係数よりは大きく、上記トップコートの熱膨張係数よりは小さいことを特徴とする、常圧プラズマ放電電極。
【請求項２】
上記電極基材の熱膨張係数は、５×１０−６／Ｋ以下、かつ２×１０−６／Ｋ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の常圧プラズマ放電電極。
【請求項３】
上記アンダーコートの熱膨張係数は、６×１０−６／Ｋ以上、かつ９×１０−６／Ｋ以下であり、  上記トップコートの熱膨張係数は、５．２×１０−６／Ｋ以上、かつ８×１０−６／Ｋ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の常圧プラズマ放電電極。
【請求項４】
上記アンダーコートは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗの単体あるいはそれらの組み合わせからなるものであり、  上記トップコートは、Ａｌ、Ｓｉの少なくともどちらか一方を含む酸化物を溶射によりコーティングしたものであることを特徴とする、請求項２又は３に記載の常圧プラズマ放電電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は常圧プラズマ放電電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、常圧、すなわち大気圧近傍の圧力下で電極間に電圧を印加してグロー放電を発生させ、その放電プラズマを利用して基材を処理する放電プラズマ処理装置において用いられる電極、すなわち常圧プラズマ放電電極は、アーク放電が起きないように、対向する電極表面に誘電体が配設されている。このような誘電体は、電極との密着性を高めるため、セラミック溶射により形成されることが多い。
【０００３】
セラミックを溶射した金属電極は、コロナ放電処理用の電極でも用いられている。例えば、特許文献１及び２には、コロナ放電処理用の電極において、密着強度を大きくするためにアンダーコート又は下地層を介在させることが提案されている。また、特許文献３には、セラミック基材と金属溶射層との間に、下地層を介在させることが提案されている。また、特許文献４には、放電プラズマ処理装置において、電界が集中する箇所ではアーク放電が生じやすいので、放電面の周縁から側面にかけて曲面とすることが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第２９８１１７７号公報（特開平１０−１３０８０７号公報）
【特許文献２】特許第３３７１０８３号公報（特開平１１−２０９８６４号公報）
【特許文献３】特開２００２−２５６４１０号公報
【特許文献４】特開開１１−１０６５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、電極基材には熱膨張係数が高い金属が用いられるため、高温での使用時や、長時間の放電による電極温度の上昇によって、溶射したセラミック面に割れや剥離が生じるという問題がある。
【０００６】
常圧プラズマ放電電極は、溶射形状が曲面等である場合や、複数面を連続的に溶射する場合等、伸び方向が複雑になると、１００℃以上程度で割れやひびが発生する。
【０００７】
本発明は、このような電極基材に誘電体が配設された放電電極における問題を解決しようとするものであり、耐熱性を向上することができる常圧プラズマ放電電極を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下のように構成した常圧プラズマ放電電極を提供する。
【０００９】
常圧プラズマ放電電極は、大気圧近傍の圧力下のガス雰囲気中で、略一定の距離を保ちながら対向配置され、放電プラズマを発生させるために電圧が印加されるタイプのものである。常圧プラズマ放電電極は、電極基材と、アンダーコートと、誘電体のトップコートとを備える。上記アンダーコートは、上記電極基材の他方の上記常圧プラズマ放電電極に対向する面及び該面から連続する１又は２以上の面に、溶射される。上記誘電体のトップコートは、上記アンダーコート上に溶射される。上記アンダーコートの熱膨張係数は、上記電極基材の熱膨張係数よりは大きく、上記トップコートの熱膨張係数よりは小さい。
【００１０】
上記構成によれば、温度上昇に伴い、電極基材とトップコートとの熱膨張係数の差により発生する応力（熱応力）は、アンダーコートを介することで緩和することができる。一般に、電極基材に用いる金属の熱膨張係数は、セラミック系材料などのトップコートやアンダーコートの熱膨張係数よりも大きくなるため、温度上昇に伴って、トップコートやアンダーコートには、主に引張応力が作用して、割れやひびなどの損傷が発生していた。上記のように構成すれば、電極基材の熱膨張係数はトップコートやアンダーコートの熱膨張係数よりも小さくなるため、温度上昇に伴って、トップコートやアンダーコートには圧縮応力が作用する。トップコートやアンダーコートは、一般に、引張には弱く、圧縮には強いので、温度が上昇しても割れやひびなどの損傷が生じにくいようにすることができる。
【００１１】
好ましくは、上記電極基材の熱膨張係数（すなわち、線膨張率）は、５×１０−６／Ｋ以下、かつ２×１０−６／Ｋ以上である。
【００１２】
電極基材は、熱膨張係数が２×１０−６／Ｋ未満では小さすぎ、トップコートやアンダーコートの熱膨張に追従できなくなる。例えば、溶射段階で、トップコートやアンダーコートの被膜に割れが生じやすい。逆に、電極基材の熱膨張係数が５×１０−６／Ｋを越えると大きすぎ、アンダーコートの熱膨張係数との差が小さくなってしまい、アンダーコートによる熱応力の緩和効果が十分に得られなくなる。さらには、トップコート以上に大きくなると、電極基材の伸びが被膜割れの原因となる。
【００１３】
より好ましくは、以下のように構成する。
【００１４】
上記アンダーコートの熱膨張係数は、６×１０−６／Ｋ以上、かつ９×１０−６／Ｋ以下である。上記トップコートの熱膨張係数は、５．２×１０−６／Ｋ以上、かつ８×１０−６／Ｋ以下である。
【００１５】
上記アンダーコートは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗの単体あるいはそれらの組み合わせからなるものである。上記トップコートは、Ａｌ、Ｓｉの少なくともどちらか一方を含む酸化物を溶射によりコーティングしたものである。トップコートとしては、アルミナや二酸化珪素等が挙げられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の常圧プラズマ放電電極は、耐熱性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、常圧プラズマ放電電極（以下、「電極」という。）の電極基材１０を示す。電極基材１０は、面１１〜１６の間は、滑らかな曲面を介して接続されている。電極基材１０は、他方の電極に対向する上面１１と、これに連続する前面１３、後面１４及び側面１５，１６に、図２に示すように、アンダーコート２０とトップコート３０とが形成されている。アンダーコート２０は、電極基材１０の下面１２以外に溶射する。トップコート３０は、アンダーコート２０上に、誘電体となる材料を溶射する。下面１２は、電極基材１０が露出したままの状態となっている。
【００１９】
図３に模式的に示したように、電極基材１０にアンダーコート２０とトップコート３０とを形成した一対の電極５０ａ，５０ｂは、平等電界が形成されるよう、上面１１同士を略一定の距離に保ちながら対向配置し、大気圧近傍の圧力下のガス雰囲気中で、電圧を印加する。これによって、電極５０ａ，５０ｂ間にグロー放電ひいては放電プラズマを発生させる。
【００２０】
なお、図５に示すように、電極両端にスペーサ４０を配置して上面１１同士の距離を保つ場合には、上面１１と前面１３及び後面１４との間に、図１に示した曲面１１ａ，１１ｂの代わりに、角１１ａ，１１ｂが形成されるようにしてもよい。また、図１に示したように、背面１２については、側面１５，１６との間を曲面１２ａ，１２ｂを介して接続することが好ましいが、この曲面１２ａ，１２ｂをなくし、角が形成されるようにしてもよい。少なくとも電極間の放電領域に面する、電極の隣り合う面同士のつき合わせ部分を曲面とすればよい。
【００２１】
図４（ａ）に示すように、電極５０ａ，５０ｂ間に基材６０を配置して、放電プラズマによって処理を行う。あるいは、図４（ｂ）に示すように、電極５０ａ，５０ｂ間で発生した放電プラズマを、矢印５２で示すように基材６０に吹き付けるようにしてもよい。放電プラズマによって、例えば、親水性処理、有機物除去、表面粗化、エッチング、成膜など、基材６０の処理を行うことができる。
【００２２】
次に、実施例及び比較例について説明する。
【００２３】
（実施例１）  電極基材１０は、図１のような略直方体形状とし、寸法は３５ｍｍ×４０ｍｍ×１５ｍｍで、角にはＲ４ｍｍの丸みをつけた。下面１２は、３５ｍｍ×４０ｍｍの面であり、電極基材１０の母材金属が露出したまま残し、他の５面１１，１３〜１６には、それぞれ、厚さが０．５ｍｍとなるように、アンダーコート２０及びトップコート３０を溶射した。一般的な金属では、熱膨張係数（すなわち、線膨張率）は１０×１０−６／Ｋ以上であるが、電極基材１０には、これよりも低熱膨張である鋳造材（ノビナイト（登録商標）ＣＮ−５、株式会社榎本鋳工所、熱膨張係数：４×１０−６／Ｋ）を用いた。アンダーコート材として、熱膨張係数が５．５×１０−６／ＫであるＭｏを用いた。トップコート３０は、純度９９．９％以上のアルミナ粉体の溶射膜（熱膨張係数：７．４×１０−６／Ｋ）であり、誘電体となる。
【００２４】
（実施例２）  電極基材１０としてニレジスト（熱膨張係数：５×１０−６／Ｋ）を用いた以外は、実施例１と同じである。
【００２５】
（比較例１）  電極基材１０としてステンレス鋼ＳＵＳ４３０（熱膨張係数：１１〜１２×１０−６／Ｋ）を用いた以外は、実施例１と同じである。
【００２６】
（比較例２）  電極基材１０にステンレス鋼ＳＵＳ４３０を用い、アンダーコート材にＮｉ−Ｃｒ（熱膨張係数：５〜６×１０−６／Ｋ）を用いた以外は、実施例１と同じである。
【００２７】
（比較例３）  電極基材１０にインバー（熱膨張係数：１×１０−６／Ｋ以下）を用いた以外は、実施例１と同じである。
【００２８】
実施例１，２及び比較例１〜３の電極について、電極基材１０の金属が露出している下面１２を上に向け、図５に示すように、アンダーコート２０及びトップコート３０が形成された上面１１側を下にしてホットプレート４０上に置き、ホットプレート４０の温度を５０℃、１００℃、１５０℃・・・と、５０℃ずつ上げながら、各温度でのクラックの有無を確認した。各温度での加熱時間は１０分である。クラックの有無は、染色剤による探傷試験により確認した。
【００２９】
試験結果は、次の通りである。
【００３０】
（実施例１）  ３５０℃までクラックが発生しなかった。４００℃で側面１５，１６にわずかにクラックが発生した。
【００３１】
（実施例２）  ３５０℃までクラックが発生しなかった。４００℃で側面１５，１６にわずかにクラックが発生した。
【００３２】
（比較例１）  ２００℃までクラックが発生しなかった。２５０℃で側面１５，１６にわずかにクラックが発生した。３００℃では、上面１１からＲ部にかけて線状の割れが発生し、上面１１にはモザイク状にひび割れが生じた。
【００３３】
（比較例２）  １００℃までクラックが発生しなかった。１５０℃で上面１１にクラックが発生した。
【００３４】
（比較例３）  溶射段階で、皮膜厚み方向への割れが発生した。
【００３５】
以上の試験結果をまとめると、次の表１のようになる。
【表１】
2005183204.tif 000003
【００３６】
表１から、アンダーコート２０の熱膨張係数が、電極基材１０の熱膨張係数よりは大きく、トップコート３０の熱膨張係数よりは小さいと、電極の耐熱性が３５０℃まで向上することが分かる。このように電極基材１０の熱膨張係数をアンダーコート２０やトップコート３０よりも小さくすると、電極の温度上昇に伴って、トップコート２０やアンダーコート３０には主に圧縮応力が作用するため、割れやひびが生じにくくなる。
【００３７】
さらに表１から、電極基材１０の熱膨張係数が、５×１０−６／Ｋ以下、かつ、２×１０−６／Ｋ以上であれば、耐熱性を向上することでき、好ましいことが分かる。すなわち、比較例３から、電極基材１０の熱膨張係数が２×１０−６／Ｋ未満では小さすぎ、電極基材１０は、トップコート３０やアンダーコート２０の熱膨張に追従できなくなることが分かる。一方、電極基材１０の熱膨張係数が５×１０−６／Ｋを越えると、アンダーコート２０の熱膨張係数との差が小さくなり、アンダーコート２０による熱応力の緩和効果が十分に得られなくなる。
【００３８】
アンダーコート２０やトップコート３０は、以下のように構成しても、高温で割れやひびが発生しないようにすることができる。
【００３９】
アンダーコート２０については、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗの単体あるいはそれらの組み合わせからなるものとすることができる。この場合、アンダーコート２０の熱膨張係数は、６×１０−６／Ｋ〜９×１０−６／Ｋの範囲となる。
【００４０】
トップコート３０については、Ａｌ、Ｓｉの少なくともどちらか一方を含む酸化物を溶射によりコーティングしたものとすることができる。この場合、トップコート３０の熱膨張係数は、５．２×１０−６／Ｋ〜８×１０−６／Ｋの範囲となる。
【００４１】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様で実施することができる。
【００４２】
例えば、一方の電極を円筒形状とし、他方の電極は、一方の電極の円筒面の一部に対向する凹状の曲面を有する形状とし、両電極の対向面が略一定の距離を保って配置されるような場合にも、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例を示す、電極基材の斜視図である。
【図２】電極の要部断面図である。
【図３】電極の使用態様を示す模式図である。
【図４】電極の他の使用態様を示す模式図である。
【図５】電極の試験方法の説明図である。
【図６】電極の変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  電極基材
２０  アンダーコート
３０  トップコート
５０ａ，５０ｂ  電極
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図６】
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