(57)【要約】      （修正有）【課題】全体として構成を簡単化するとともにコストを低減し、しかも電流を均等に分割する常圧放電処理用電源装置、および常圧放電処理用電源装置を用いる常圧放電処理装置の提供。【解決手段】  高周波電源１からの高周波出力をインピーダンス整合器２を介して電流スプリッタ３に供給し、電流スプリッタ３からの複数の出力電流を複数の電極４に供給している。【選択図】図１
2005347205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源（１）と、該交流電源（１）からの出力電流を複数の出力に分配する電流スプリッタ（３）と、該電流スプリッタ（３）に接続され、その出力を複数の放電電極（４）に接続するよう構成された複数の出力端子と、を備えてなることを特徴とする常圧放電処理用電源装置。
【請求項２】
前記交流電源（１）は、１０ｋHz以上、かつ１MHz以下の周波数で出力する高周波電源（１）であり、前記交流電源（１）の出力を入力とし、前記電流スプリッタ（３）の入力へ出力するインピーダンス整合器（２）をさらに備えてなる、請求項１に記載の常圧放電処理用電源装置。
【請求項３】
前記電流スプリッタ（３）は、巻き線の逆起電力により前記複数の出力の前記出力電流をバランスさせるものである、請求項１または請求項２に記載の常圧放電処理用電源装置。
【請求項４】
シート（１０）を搬送する搬送手段と、請求項1から請求項３のいずれかに記載の常圧放電処理用電源装置と、該常圧放電処理用電源装置の前記出力端子に接続され、前記搬送手段により搬送されるシートの搬送経路近傍において放電領域を形成する複数の放電電極（４）と、を備えてなることを特徴とする常圧放電処理装置。
【請求項５】
前記放電領域の近傍を外気から遮断するシールド（１３）をさらに備えてなる、請求項４の常圧放電処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、常圧で放電処理を行わせるために使用される電源装置、常圧で放電処理を行うための装置、および常圧放電処理装置を用いて常圧放電処理済シートを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
その化学的、物理的効果により、シートの表面改質やクリーニング、CVD成膜などに一般的に使用されるプラズマ処理を行う場合、真空中で処理を行うことがプラズマ処理品質の観点から好ましいが、真空中での処理は生産効率が悪く、装置も大がかりで高価になってしまうという不都合がある。したがって、アルゴン、ヘリウムなどの希ガス類や、窒素、二酸化炭素、アセトン、メタンなど、およびそれらの混合ガスを導入して常圧下で安定した放電をさせることが好ましい（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００３】
シートを連続的にプラズマ処理する際、処理を効率化するにはできるだけ幅の広いシートを処理できるようにするのが望ましいため、シート幅方向（TD）に広い面積のプラズマを発生させる必要がある、また、シートの移動速度を速くする場合には、シートの移動方向（MD）に多段に放電用電極を設けてMDに広い面積のプラズマを発生させる必要がある。
【０００４】
ところが、シートを高速で移動させると、随伴気流により、空気が放電部分に侵入し、ガスの濃度が均一でなくなる。また、ガスの供給口の向きや供給口からの距離により、ガスの濃度が均一でなくなる。
【０００５】
ガスの濃度が不均一になると、一つの電源で広い面積の電極に給電して放電させようと思っても、放電の空間分布が不均一となる。（電流が多く流れる場所と電流があまり流れない場所ができ、ひどい場合は、全く放電しない場所ができてしまう。）また、放電が弱い場所では経時変動（例えば、放電が灯いたり消えたりする）も大きくなる。
【０００６】
このような状態でシートを処理すると、処理の強いところと弱いところが発生し、ＭＤにもＴＤにも処理ムラが発生する。
【０００７】
これを改善する方法としては、例えば、電極を互いに電気的に絶縁された小さないくつかの領域に分割し、それぞれを個別に複数の電源に接続する（すなわち、電源と電極とを１対１の対応関係で接続する）ことが考えられる。この方法によれば、それぞれの分割単位で流れる電流をコントロールできるため、均一なプラズマを得ることができるが、電源が複数台必要となることから、コストが非常に高くなってしまう。また、複数の電源同士の出力交流波形の位相を合わせてやらないと、電極間で放電が発生してしまうため、同期をとるための機能も必要となってしまう。この結果、全体として構成が著しく複雑化するだけでなく、著しく高価になってしまう。
【０００８】
このような不都合を考慮し、１台の電源で複数の電極に等しい電力を供給する方法として、整合器を複数台使用する方法が提案されている（特許文献４参照）。この場合には、整合器により、インピーダンスが互いに等しくなるため、複数の電極に互いに等しい電力を分配することができる。
【特許文献１】特開２０００−４４７０６号公報
【特許文献２】特開２００２−３２０８４５号公報
【特許文献３】特開２００３−５９９０９号公報
【特許文献４】特開平１０−２２０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献４を採用した場合には、整合器や整合器を自動調整するためのコントローラが複数台必要となるため、システムが全体として複雑になり、コストも高くなってしまうという欠点がある。また、整合器の出力側では、それぞれの電圧位相に差が発生してしまうため、電極間で放電してしまうという問題があり、特に、空間的にガス濃度が不均一になる常圧放電処理装置においては、整合器で電力を分配するという手段では限界があった。
【００１０】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、全体として構成を簡単化するとともにコストを低減し、しかも電流を均等に分割する常圧放電処理用電源装置、および常圧放電処理用電源装置を用いる常圧放電処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の常圧放電処理用電源装置は、交流電源と、該交流電源からの出力電流を複数の出力に分配する電流スプリッタと、該電流スプリッタに接続され、その出力を複数の放電電極に接続するよう構成された複数の出力端子と、を備えてなるものである。
【００１２】
この場合において、前記交流電源は、１０ｋHz以上、かつ１MHz以下の周波数で出力する高周波電源であり、前記交流電源の出力を入力とし、前記電流スプリッタの入力へ出力するインピーダンス整合器をさらに備えてなることが好ましい。
【００１３】
また、前記電流スプリッタは、巻き線の逆起電力により前記複数の出力の前記出力電流をバランスさせるものであることが好ましい。
【００１４】
この発明の常圧放電処理装置は、シートを搬送する搬送手段と、請求項1から請求項３のいずれかに記載の常圧放電処理用電源装置と、該常圧放電処理用電源装置の前記出力端子に接続され、前記搬送手段により搬送されるシートの搬送経路近傍において放電領域を形成する複数の放電電極と、を備えてなるものである。
【００１５】
この場合において、前記放電領域の近傍を外気から遮断するシールドをさらに備えてなることが好ましい。
【００１６】
この発明の常圧放電処理用電源装置であれば、交流電源からの出力電流を電流スプリッタにより複数の出力に分配し、出力端子から出力することができる。
したがって、電極間で放電するという不都合の発生を確実に防止することができるとともに、整合器を採用する場合と比較して、全体として構成を簡素化することができ、しかもコストダウンを達成することができる。
【００１７】
そして、前記交流電源が、１０ｋHz以上、かつ１MHz以下の周波数で出力する高周波電源であり、前記交流電源の出力を入力とし、前記電流スプリッタの入力へ出力するインピーダンス整合器をさらに備えてなる場合にも、同様の作用を達成することができる。
【００１８】
また、前記電流スプリッタが、巻き線の逆起電力により前記複数の出力の前記出力電流をバランスさせるものである場合にも、同様の作用を達成することができる。
【００１９】
この発明の常圧放電処理装置であれば、請求項1から請求項３のいずれかに記載の常圧放電処理用電源装置の出力端子に接続された複数の放電電極の各々によって、搬送手段により搬送されるシートの搬送経路近傍において放電領域を形成し、複数の放電電極による放電によってシートを処理することができる。
したがって、シートの常圧放電処理を高速化することができるとともに、常圧放電処理の均一化を達成することができる。
【００２０】
そして、前記放電領域の近傍を外気から遮断するシールドをさらに備えてなる場合にも、同様の作用を達成することができる。
【００２１】
さらに説明する。
【００２２】
この発明の常圧放電処理用電源装置においては、整合器で分配するのではなく、電流スプリッタで複数の電極へ分配するようにしている。この場合に、原理的には、電力を等分配するのが理想であるが、プラズマの場合、放電インピーダンスは非線形であり、一般には電力と電流はほぼ比例しているが、電圧は一定となる（電極構造が決ってしまえば、放電開始電圧はほぼ一定になるため）。従って、実用上は、等電流分配と等電力分配とは同等の効果を達成することができる。
【００２３】
また、電流スプリッタは、以下のようなもので、通常は、巻き線比が1対１のトランスを分配の台数分組合わせたものである。従って、電子部品を使用した制御が必要なく、しかも可変キャパシタや可変リアクトルを使用しないため、非常に簡単な構造であり、安価に分配を実現できる。また、同じインピーダンスのトランスを使用すれば、電極間で電圧位相がずれることがないため、電極間での放電の心配もない。この結果、１台の電源と１台の整合器を使用して複数の分割された電極にそれぞれ均一な放電プラズマを発生させることができ、結果的に、均一に表面処理されたシートを得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明の常圧放電処理用電源装置は、全体として構成を簡素化することができ、しかもコストダウンを達成することができ、さらに、電極間で放電するという不都合の発生を確実に防止することができるという特有の効果を奏する。
この発明の常圧放電処理装置は、シートの常圧放電処理を高速、かつ均一に達成することができるという特有の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、この発明の常圧放電処理用電源装置、常圧放電処理装置および常圧放電処理済シートの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００２６】
図１はこの発明の常圧放電処理装置の一実施形態を示す概略図である。
【００２７】
この常圧放電処理装置は、高周波電源１からの高周波出力をインピーダンス整合器２を介して電流スプリッタ３に供給し、電流スプリッタ３からの複数の出力電流を複数の電極４に供給している。
【００２８】
前記高周波電源１は、任意の周波数あるいは特定の周波数の高周波電力を出力するものであるが、１０ｋHz以上、かつ１MHz以下の周波数の高周波電力を出力するものであることが好ましい。これは、１０kＨｚ未満の低周波数では放電が安定せず、１ＭＨzを超える高周波数では、電流スプリッタとして一般的なトランスが使用できないためである。
【００２９】
なお、「常圧」とは、大気圧近くの圧力をいう。
【００３０】
図２は電流スプリッタ３の構成の一例を示す電気回路図である。
【００３１】
この電流スプリッタ３は、一次側巻線が互いに並列接続された３つのトランス３１を有している。各トランス３１は、一次側巻線と二次側巻線との巻数比が１対１に設定されたものである。そして、各トランス３１の一次側巻線は、他の一のトランス３１の二次側巻線と逆向きに直列接続され、この二次側巻線の他側を電流出力端としている。なお、各トランス３１の一次側巻線と二次側巻線との巻線方向は、図２中の黒丸で示されている。
【００３２】
この構成を採用すれば、トランスの逆起電力により、３つの出力電流をバランスさせることができる（図５参照）。なお、出力電流の大きさを交えて異なる値にすべきときは、異なる巻線比のトランスを用いて出力電流をバランスさせればよい。ただしこの場合は、電極形状その他の放電条件を考慮することになる。
【００３３】
図３は、図１の常圧放電処理装置を用いてシートを処理するプラズマ処理シート製造装置の一実施形態を示す概略図である。
【００３４】
このプラズマ処理シート製造装置は、樹脂シートにプラズマ処理を施す場合について示している。樹脂シートとしては特に限定されないが、例えばポリイミドシート、ポリエチレンテレフタレートシート、ポリプロピレンシート等に特に有効である。
【００３５】
走行するシート１０の表面にプラズマ処理が施される。プラズマは、対向する放電電極４、１１間の放電によって発生される。放電電極４は３対の電極からなり、各対の電極は、電流スプリッタ３の各出力端子に接続されている。電極１１は接地された回転ロールからなり、その表面が、比誘電率が少なくとも１０の誘電体１２で被覆されている。
【００３６】
前記放電電極４は、誘電体被覆電極であってもよいが、金属電極であることが好ましい。
【００３７】
比誘電率が１０以上の誘電体としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、チタニア（ＴｉＯ2）等が例示できる。その中でも、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）は比誘電率が高く、かつ耐電圧性にも優れているので、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）を少なくとも１０重量％含有しているものが好ましい。
【００３８】
そして、電極１１は、上記の誘電体が混在するものであってもよいが、チタン酸バリウムとその他の誘電体とが放電電極を層状に被覆してなるものであることが好ましく、層状に被覆することによって、誘電率を均一化でき、その結果、放電を均一化することができる。
【００３９】
そして、チタン酸バリウムと、チタン酸バリウムとは異なる誘電体とが放電電極を層状に被覆している場合には、それら各層がコンデンサとして直列配置されていると考えられるので、所望の比誘電率が得られるように各層の厚みを決定することが好ましい。
【００４０】
前記放電電極４は、シート走行方向に配列されている。
【００４１】
前記高周波電源１を非共振型電源とすることで、負荷に依存せず波形が安定し、放電部のマッチング変化の影響を受けにくくなって、安定した放電動作を実現できる。ただし、非共振型電源１と電流スプリッタ３との間にインピーダンス整合器２を有していることが好ましい。
【００４２】
前記放電電極４の先端形状としては、例えば、図４に示すように、鋸刃形（ピラミッド形）を採用することができ、これによって、安定放電とともに、構造の簡略化、コンパクト化を図ることができる。ただし、ナイフエッジ形、ドーム形（かまぼこ形）などを採用することもできる。板厚としては、３〜１０ｍｍ程度であることが好ましい。図３に示す放電電極４は、図４に示す放電電極４を二連構成に形成したものである。
【００４３】
図３のプラズマ処理シート製造装置では、放電電極４と電極１１との間に放電領域が形成され、この放電領域がチャンバー１３内に設定されている。このチャンバー１３は、放電電極４を囲むように、かつ、電極１１との間にシート１０が通過する隙間を形成するように構成されている。シート幅方向両端は、チャンバー１３の側板（図示せず）によって覆われており、側板と電極（回転ロール）１１の側面との間は接触式の絶縁板（図示せず）でシールされている。かくして、チャンバー１３は放電領域の近傍を外気から実質的に遮断するシールドを形成している。
【００４４】
また、ガスボンベ（図示せず）から希ガス類元素を含有するガスがチャンバー１３内に供給されて、チャンバー１３内が希ガス類元素を含有するガスで置換される。希ガス類元素としては、アルゴン、ヘリウム等が例示できるが、表面改質効果、コストの観点からはアルゴンが好ましい。また、希ガス類元素を含有して使用されるガスとしては、二酸化炭素や、アセトン、メタンなどの有機物ガスが例示できるが、特にこれらに限定されるものではない。また、放電状態や表面改質効果の観点から、希ガス類元素の濃度は、少なくとも２０モル％にすることが好ましい。
【００４５】
また、チャンバー１３のシート走行方向前後に空気の侵入を防止するシール機構（図示せず）が設けられていることが好ましい。このシール機構としては、例えば、シート面に気体を吹き付けるとともに、吸引するノズルが例示できる。
【００４６】
上記の構成のプラズマ処理シート製造装置を採用した場合には、電極（回転ロール）１１の回転に伴ってシート１０がチャンバー１３内を通過する。そして、シート１０は、チャンバー１３内において各放電電極４と電極１１との間に形成される放電領域を順次通過して常圧放電処理を受ける。
【００４７】
そして、全ての放電電極４に対する電流分配が均等に達成されているのであるから、全ての放電領域における放電処理が互いに等しくなり、均一に放電処理されたシートを得ることができる。
【００４８】
なお、「常圧」とは、例えば、特別の真空排気装置を装備しないチャンバーを用いた大気圧近くの圧力をいう。
【実施例】
【００４９】
高周波電源として、定格出力＝１５kW、周波数＝１１０kHzのものを採用し、チャンバー１３へ導入される希ガス類元素としてアルゴンを採用し、チャンバー１３内に６本の放電電極４をシート１０の走行方向に配列し、電極（回転ロール）１１としてチタン酸バリウムのセラミックコーティングロールを採用し、シート１０として、シート幅＝５００mmのポリイミドフィルム（東レ・デュポン(株)製“カプトン”フィルム）を採用し、シート速度を１m／分から１００m／分の範囲で、シートを処理しながら電流を測定した。
【００５０】
そして、６つの放電電極４に対して高周波電源から直接に一括で給電してシートを常圧放電処理した場合（比較例）と、６つの放電電極４に対して、高周波電源１から電流スプリッタ３を介して２本づつ３分割で（３分割を、上流／中央／下流として）給電してシートを常圧放電処理した場合（実施例）とを比較した。
【００５１】
比較例の場合には、図６に示すように（この場合にも、比較しやすいように、上流／中央／下流としているように）、電流が同一の大きさにバランスしていないのに対して、実施例の場合には、図５に示すように、電流が同一の大きさにバランスしている。この結果、最も放電が安定する電源出力の領域を使用でき、シートがMDにもTDにも均一に処理できる。
【００５２】
一般的に放電が安定する電流領域は狭いので、比較例のように電流が大きく異なると、「どの電極も安定した領域にする」ことができない。そして、大電流の領域では放電がアーク放電になり、小電流の領域では放電しない部分が発生してしまうため、均一な処理ができない。また、下流側ではTDの電極の一部の放電が弱く、均一な処理ができない。
【００５３】
また、１台の高周波電源から分配した3台のインピーダンス整合器を介して放電電極に電流を分配しようとした場合には、電極間で異常放電して整合がとれないという不都合を生じる。また、下流側ではTDの電極の一部の放電が弱く、均一な処理ができない。
【００５４】
さらに、複数台の高周波電源からそれぞれインピーダンス整合器を介して放電電極に電流を供給しようとした場合には、電極間で放電が持続して電極（回転ロール）へ放電しないという不都合を生じる。また、下流側ではTDの電極の一部の放電が弱く、均一な処理ができない。
【００５５】
さらにまた、１台の高周波電源から電流スプリッタで電流を３分配し、それぞれインピーダンス整合器を介して放電電極に電流を供給しようとした場合には、電極間で異常放電して整合がとれないという不都合を生じる。また、下流側ではTDの電極の一部の放電が弱く、均一な処理ができない。
【００５６】
しかし、実施例では、簡単に「どの電極も安定した領域にする」ことができるので、MDおよびTDに均一な処理を達成することができる。
【００５７】
図３はシート１０の片面を処理するための構成を示しているが、２つの電極（回転ロール）１１をシート１０の送り方向に配列してシート１０の両面の処理を１台の高周波電源１で行うことも可能である。
【００５８】
また、放電電極４をシート１０のMDに分割するだけでなく、TDに分割して、TD方向の均一性を向上させることも可能である。
【００５９】
前記１台の高周波電源１とは、複数の高周波電源をコンバイナで結合させてなる実質的に１台の高周波電源を含む概念として使用される。
【００６０】
前記電極１１は、必ずしも回転ロールでなくてもよい。
【００６１】
インピーダンス整合器２は必ずしも必要ではない。
【００６２】
常圧とは、特別の真空排気装置を装備しないチャンバーを用いた大気圧近くの圧力を云う。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】この発明の常圧放電処理装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】電流スプリッタの構成の一例を示す電気回路図である。
【図３】図１の常圧放電処理装置を用いてシートを処理するプラズマ処理シート製造装置の一実施形態を示す概略図である。
【図４】放電電極の一例を示す斜視図である。
【図５】電流スプリッタにより分割された電流がバランスしていることを示す図である。
【図６】電流スプリッタを用いないで分割された電流がバランスしていないことを示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  高周波電源
２  インピーダンス整合器
３  電流スプリッタ
４  放電電極
１０  シート
１１  電極
１３  チャンバー
【図１】
2005347205.tif 000003
【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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