(57)【要約】本発明に係るシクロオレフィンポリマー（COP）の接合方法は、COPである第１材料８１と、例えばCOP、あるいは、ガラスである第２材料８２を接合する方法であって、少なくとも第１材料８１の接合面をH2Oプラズマに曝すステップと、第１材料８１の接合面と第２材料の接合面を合わせるステップと、を含む。この方法によれば、シクロオレフィンポリマー（COP）を、大きな圧力や温度を付加することなく、また、光学特性を変化させることなく、相手材料に接合することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シクロオレフィンポリマーである第１材料と、第２材料を接合する方法であって、
少なくとも前記第１材料の接合面をH2Oプラズマに曝すステップと、
前記第１材料の接合面と前記第２材料の接合面を合わせるステップと、
を含むシクロオレフィンポリマーの接合方法。
【請求項２】
前記第１材料の接合面及び前記第２材料の接合面の表面粗さが共にRa10nm以下である、
請求項１に記載のシクロオレフィンポリマーの接合方法。
【請求項３】
前記H2Oプラズマに曝すステップにおけるプラズマの圧力が1〜200Paである、
請求項１又は２に記載のシクロオレフィンポリマーの接合方法。
【請求項４】
前記H2Oプラズマに曝すステップにおいて接合面をプラズマに曝す時間が2〜600秒である、
請求項１〜３のいずれかに記載のシクロオレフィンポリマーの接合方法。
【請求項５】
前記H2OプラズマにおけるH2Oの分圧が20%以上である、
請求項１〜４のいずれかに記載のシクロオレフィンポリマーの接合方法。
【請求項６】
前記H2Oプラズマを発生させる高周波電力のパワーが10〜400Wである、請求項１〜５のいずれかに記載のシクロオレフィンポリマーの接合方法。
【請求項７】
前記第２材料がシクロオレフィンポリマーまたはガラスである、請求項１〜６のいずれかに記載のシクロオレフィンポリマーの接合方法。
【請求項８】
シクロオレフィンポリマー製の下側基板の上面、及び、流路が形成されたシクロオレフィンポリマー製の中間基板の下面のうちの少なくとも一方を、H2Oプラズマに曝すステップと、
前記下側基板の上面と前記中間基板の下面を合わせるステップと、
前記中間基板の上面、及び、シクロオレフィンポリマー製の上側基板の下面のうちの少なくとも一方を、H2Oプラズマに曝すステップと、
前記中間基板の上面と前記上側基板の下面を合わせるステップと、
を含むシクロオレフィンポリマー製マイクロ流路チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シクロオレフィンポリマー（COP）を相手材料に接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飽和炭化水素系の非晶質プラスチックであるシクロオレフィンポリマー (COP) は、可視光領域において透明で複屈折が小さいという優れた光学特性を有する上、水による膨張が少ないことから、光学レンズに多く用いられる。また、バックグラウンドの蛍光強度がガラスに匹敵するほど低いことから、蛍光検出系のマイクロ流路デバイス（マイクロ流路チップ）への利用が考えられている。さらには、材料内での電気エネルギーの損失の度合いを示す誘電正接が小さく、高周波特性に優れている点に着目して、電子材料としての応用も期待されている。【０００３】
しかし、COPは疎水性樹脂であり、濡れ性や接着性が低いことから、マイクロ流路チップ等の光学デバイスを製造する際には困難性を伴う。そこで、エキシマUV光の照射によりCOPの表面を改質し、接着剤を使うことなくCOP同士を接合することが報告されている（非特許文献１）。また、酸素プラズマ処理によりCOPの表面を改質し、接着剤を使うことなくCOPとシリコン（あるいはガラス）を接合する技術も提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2011-104886号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「光表面活性化によるシクロオレフィンポリマーの接合：接合強度評価とマイクロ流路への応用」、谷口義尚他、表面技術 Vol.65 (2014) No.5 p.234-239
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記のようにCOPの表面をエキシマUV光の照射や酸素プラズマ処理により改質する方法では、改質された表面を合わせるだけでは十分な接合強度が得られないため、更に加圧や加熱を施す必要があった。例えば、エキシマUV光の照射によって表面を改質する方法の場合、3N/cm2以上の接合強度を得るためには3.6MPa以上の加圧及び70℃以上の加熱を必要とするとされている（非特許文献１）。しかし、マイクロ流路チップを製造する場合には、このような加圧や加熱によって流路のパターンが変形したり、親水化された表面が疎水性になってしまうという問題が生じる。また、この方法で十分な接合強度を得るためには、エキシマUV光の照射時間を3分以上とすることが望ましい、ともされている（非特許文献１）。しかし、エキシマUV光の照射時間が長くなるにつれてCOPの蛍光強度が高くなるため、蛍光検出系のマイクロ流路チップの製造において3分以上のエキシマUV光の照射は好ましくない。【０００７】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、COPを、大きな圧力や温度を付加することなく、また、光学特性を変化させることなく、相手材料に接合する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために成された本発明は、
シクロオレフィンポリマー（COP）である第１材料と、第２材料を接合する方法であって、
少なくとも前記第１材料の接合面をH2Oプラズマに曝すステップと、
前記第１材料の接合面と前記第２材料の接合面を合わせるステップと、
を含むことを特徴とする。【０００９】
上記の方法において、COPと接合される相手材料（第２材料）は、COPであってもよいしCOP以外の材料であってもよく、具体的には例えば、COP、ガラス、等が第２材料として想定される。
また、上記の方法において、両材料のそれぞれの接合面は、その表面粗さがRa10nm以下となっていることが好ましい。
また、少なくとも第１材料の接合面が曝されるH2Oプラズマのパワー（すなわち、H2Oプラズマを発生させる高周波電力のパワー）が、10〜400Wであることが好ましい。このようなH2Oプラズマであれば、これに曝されることによってCOPの光学特性が変化することがない。
また、このときのプラズマの圧力は、1〜200Pa程度とするのが好ましい。
また、接合面をプラズマに曝す時間は、2〜600秒であることが好ましい。
なお、ここにおける「H2Oプラズマ」とは、H2Oの分圧が20%以上のプラズマのことをいい、プラズマガス中にH2O以外に酸素（O2）、窒素（N2）、アンモニア(NH3)、水素(H2)、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、等のその他のガスが少量含まれていてもよい。【００１０】
少なくとも第１材料の接合面をH2Oプラズマに曝した後、第１材料と第２材料の両接合面を合わせることにより、両材料は接合される。その際、接合面に圧力を付与する必要はほとんどなく、0.2g程度の材料の場合、その自重で十分強固な接合が成される。【００１１】
上記本発明に係る接合方法でCOP同士を接合した場合（すなわち、第２材料がCOPである場合）、単に接合が機械的に強固であるばかりではなく、その接合面において両側の材料が光学的にも一体化し、接合面が光学的に現れなくなる。すなわち、接合面において光の屈折や反射が生じず、光は接合面をそのまま直進する。【００１２】
また、上記本発明に係る接合方法の一つの適用例として、前記マイクロ流路チップを挙げることができる。この場合、COP製の下側基板の上面と流路が形成されたCOP製の中間基板の下面、及び、該中間基板の上面とCOP製の上側基板の下面を、上記の接合方法で接合することにより、強固に一体化されたCOP製マイクロ流路チップを製造することができる。【００１３】
このマイクロ流路チップは、上記のように接合面、すなわち、流路以外の部分において光の屈折や反射が生じないため、流路における測定対象流体の測定の精度が上がる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るCOPの接合方法では、COPを、接合面に圧力をほとんど付与することなく、また、温度を上げることなく、また、COPの光学特性を変化させることもなく、相手材料に十分強固に接合することができる。特に、本発明に係る方法でCOP同士を接合した場合、単に接合が機械的に強固であるばかりではなく、その接合面において両側の材料が光学的にも一体化する。このため、２個以上の部品を接合して光学デバイスとする場合に適した接合方法となる。また、COPの高周波特性に着目して、それを電子部品の材料として用いた場合も、部品を接合した面において高周波が反射や屈折を生じることがないため、低損失の電子部品を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】プラズマ処理装置の概略構成図。
【図２】接合方法の流れを示す図。
【図３】H2Oプラズマで処理される前後のCOP材料の表面粗さの測定結果。
【図４Ａ】処理前のCOP材料の表面の分析結果。
【図４Ｂ】H2Oプラズマで処理された後のCOP材料の表面の分析結果。
【図４Ｃ】O2プラズマで処理された後のCOP材料の表面の分析結果。
【図５】H2Oプラズマ及びO2プラズマの各々で処理されたCOP材料の表面の分析結果をまとめた表。
【図６Ａ】評価実験に使用したサンプルの説明図。
【図６Ｂ】接合強度の測定方法の説明図。
【図７】実験１，２におけるH2Oプラズマの生成条件及び接合評価結果をまとめた表。
【図８】実験３の各H2Oプラズマで処理された第１サンプルと第２サンプルの接合強度をまとめた表。
【図９】実験３の比較実験の各O2プラズマで処理された第１サンプルと第２サンプルの接合強度をまとめた表。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
＜１．装置構成＞
実施形態に係る接合方法において用いられるプラズマ処理装置について、図１を参照しながら説明する。図１には、プラズマ処理装置１００の概略構成が示されている。この図から明らかなように、プラズマ処理装置１００は、平行平板型（容量結合型）プラズマ処理装置である。
【００１８】
プラズマ処理装置１００は、処理するべき対象物８１，８２が配置される処理空間Ｖを内部に形成するプラズマ処理室１と、処理空間Ｖに水（具体的には、気体状の水である水蒸気）を導入する水導入部２と、処理空間Ｖを排気する排気部３と、処理空間Ｖに対向配置された一対の電極４，５と、これら各部を制御する制御部６と、を主として備える。
【００１９】
プラズマ処理室１には、処理空間Ｖ内にガスを導入するガス導入口１１と、処理空間Ｖ内を排気するための排気口１２とが設けられている。ガス導入口１１には、後述する配管２２が接続されている。また、排気口１２には、後述する配管３２が接続されている。
【００２０】
水導入部２は、一端がガス導入口１１と接続され、他端が水供給源２１と接続された、配管２２を備える。配管２２の途中には、バルブ２３と、配管２２を流れるガスの流量を自動調整するマスフローコントローラ２４と、導入される流体を気化する（ここでは、水を気化して水蒸気とする）ヴェーパライザ（気化装置）２５とが設けられている。これら各部２３，２４，２５は制御部６と電気的に接続されており、制御部６によって処理空間Ｖへの水蒸気の導入及び停止が制御される。
【００２１】
排気部３は、一端が排気口１２と接続され、他端が排気ラインに接続された、配管３２を備える。配管３２の途中には、バルブ３３と、真空ポンプ３４とが設けられている。これら各部３３，３４は制御部６と電気的に接続されており、制御部６によって、処理空間Ｖ内からのガスの排気が制御される。
【００２２】
プラズマ処理室１内に対向配置された一対の電極４，５のうち、一方の電極４には、RF電源４１およびコンデンサ４２を介して電力が供給される（以下、この電極４を「パワード電極４」と呼ぶ）。また、他方の電極５は、接地される（以下、この電極５を「接地電極５」と呼ぶ）。この構成において、パワード電極４にRF電力が供給されることによって、処理空間Ｖ内に導入されているガスがプラズマ化される。なお、このプラズマ処理装置１００では、処理するべき対象物８１，８２を、パワード電極４上に載置するRIE（Reactive Ion Etching）モード、接地電極５上に載置するPE（Plasma Etching）モードの二つのモードから選択してプラズマ処理を行うことができるが、本発明を実施するにあたっては、どちらのモードを用いてもよい。図の例では、例えばPEモードでプラズマ処理する場合が例示されている。
【００２３】
制御部６は、上記の各要素を制御して、一連の処理を実行させる。制御部６は、パーソナルコンピュータをハードウエア資源とし、該パーソナルコンピュータにインストールされた専用の制御・処理ソフトウエアを実行することにより、該制御に必要な各種の機能ブロックが具現化される構成とすることができる。
【００２４】
＜２．処理の流れ＞
実施形態に係る接合方法について、図２を参照しながら説明する。図２は、該接合方法の流れを示す図である。
【００２５】
ステップＳ１：はじめに、接合するべき２つの材料（第１材料８１及び第２材料８２）を準備する。ここでは、第１材料８１および第２材料８２はいずれも、シクロオレフィンポリマー（COP）により形成された薄板であり、例えば、マイクロ流路チップの下側基板、及び、中間基板（すなわち、流路パターンが形成された基板）をそれぞれ構成する部材である。この場合、下側基板の上面、及び、中間基板の下面に相当する各面が、各材料８１，８２の接合面となる。ただし、各材料８１，８２の接合面の表面粗さは、共にRa10nm以下とされている。
【００２６】
ステップＳ２：次に、第１材料８１の接合面、及び、第２材料８２の接合面を、H2Oプラズマで処理する。
【００２７】
ステップＳ２の処理は、例えば、上述したプラズマ処理装置１００を用いて行われる。この場合、まず、図示しない搬入口を介して第１材料８１及び第２材料８２をプラズマ処理室１に搬入し、各材料８１，８２をその接合面が上に向くような姿勢で接地電極５上（あるいは、パワード電極４上であってもよい）に載置し、静電チャック等で固定する。
【００２８】
続いて、処理空間ＶにH2Oプラズマを形成する。具体的には、搬入口を閉鎖してプラズマ処理室１を密閉した後、処理空間Ｖへの水蒸気の導入を行い、これと同時に、処理空間Ｖの排気を行って、処理空間Ｖを、1〜200Paの範囲内の所定の圧力に維持する。続いて、パワード電極４に、10〜400Wの高周波電力を印加する。ただし、ここではパワード電極４の面積は2975cm2であるとする。すると、処理空間Ｖ内に導入されている水蒸気がプラズマ化されてH2Oプラズマが形成され、該H2Oプラズマに曝されている各材料８１，８２の接合面のプラズマ処理が進行する。
【００２９】
H2Oプラズマによる処理が開始されてから所定時間が経過すると、バルブ２３を閉鎖して水蒸気の供給を停止するとともに高周波電力の供給を停止して、処理を終了する。ただし、この所定時間（すなわち、各材料８１，８２の接合面をH2Oプラズマに曝す時間）は、2〜600秒の範囲内の所定の時間とされる。
【００３０】
続いて、処理空間Ｖが大気圧に戻され、各材料８１，８２がプラズマ処理室１から搬出される。ただし、このタイミングで各材料８１，８２をプラズマ処理室１から搬出せずに、プラズマ処理室１内で次のステップＳ３を引き続き行ってもよい。
【００３１】
ステップＳ３：続いて、第１材料８１の接合面と第２材料８２の接合面を合わせる。すると、該接合面は、加熱や外部からの加圧をしなくとも、常温で自重のみにより接合される。このステップＳ３は、H2Oプラズマによる処理が終了してから30分以内に完了させることが好ましい。ただし、該処理後の第１材料８１及び第２材料８２を、減圧雰囲気下、あるいは、窒素雰囲気下で保管しておけば、該処理が終了してから2時間以上経過しても、同様に接合される。
【００３２】
以上の処理によって、第１材料８１と第２材料８２が接合される。すなわち、マイクロ流路チップにおける、下側基板と中間基板が接合される。この中間基板（下側基板が接合された中間基板）と上側基板を準備し（ステップＳ１）、該中間基板の上面と上側基板の下面をそれぞれ接合面として上記のステップＳ２〜ステップＳ３の処理を行うことで、3個の基板が積層されたマイクロ流路チップを得ることができる。
【００３３】
発明者らは、COPで形成された材料の接合面をH2Oプラズマで処理することによって、次の３つの反応が生じると考察した。
【００３４】
第１に、H2Oプラズマに曝されることによって、接合面に存在している高分子の一部が酸化されて脱離する（すなわ、表面がエッチングされる）。また、接合面に存在している高分子の主鎖が切断されて低分子量化する。また、接合面の端のバリが除去される。これらにより、接合面が平滑化され（すなわち、表面粗さが小さくなり）、接合しやすい状態が形成されると考えられる。ただし、このような反応が過度に進むと逆に表面粗さが大きくなる可能性があるが、H2Oプラズマのパワー（すなわち、パワード電極４に印加される電力）を小さく（具体的には400W以下）することで、或いは、処理時間を短く（具体的には600秒以下）することで、表面粗さが大きくなるまでには至らないようにできるものと考えられる。
【００３５】
この点を検証するべく、発明者らは、COPで形成された材料をサンプルとし、これを、パワード電極４に印加する電力及び処理時間が異なる各処理条件１，２でH2Oプラズマ処理した場合に、サンプルの表面粗さRaが処理前後でどのように変化するかを測定する実験を行った。ただし、処理条件１は、パワード電極４に印加する電力を100W、処理時間を20秒とし、処理条件２は、パワード電極４に印加する電力を600W、処理時間を200秒とした。また、表面粗さRaの測定はBruker社製Dektak 3ST Profilometerにより行った（Scan length:500μm、force:20mg）。
図３には該実験の結果がまとめられている。ここに示されるように、パワーが100Wと比較的小さく且つ処理時間が20秒と比較的短い処理条件１においては、表面粗さが処理前に比べて大きく変化していない（すなわち、表面が荒れていない）のに対し、パワーが600Wと比較的大きく且つ処理時間が200秒と比較的長い処理条件２においては、表面粗さが処理前に比べて大きくなっている（すなわち、表面が荒れた）ことがわかる。
【００３６】
第２に、COPは、環状構造（脂環構造）を有する飽和炭化水素系ポリマーであるところ、この環状構造が破壊されてしまうと接合面が荒れて接合が困難になる。また、環状構造が破壊されると、透明度の低下といった光学特性の変化も生じ得る。しかし、H2Oプラズマのパワーを小さく（具体的には400W以下）すれば、環状構造が破壊されずに維持されると考えられる。
【００３７】
第３に、H2Oプラズマに含まれるヒドロキシルラジカル、原子状水素、および、原子状酸素が、接合面の界面に存在している高分子の官能基（OH基、COOH基、C=O基等）を修飾し、これにより接合面が親水化されると考えられる。
【００３８】
この点を検証するべく、発明者らは、H2Oプラズマで処理されたCOP材料の表面状態を観察する実験を行った。具体的には、サンプルとして、COPを準備し、サムコ社製プラズマ処理装置（製品名：AQ-2000）を用いて該サンプルの表面に対してH2Oプラズマ処理を施した。ただし、プラズマ処理条件は、H2Oガス流量を20sccm、高周波電力パワーを100W（パワード電極の面積：2975cm2）、処理時間20秒、とした。そして、H2Oプラズマ処理前後の各サンプルの表面を、アルバック社製走査型X線光電子分光分析装置（製品名：PHI5000VersaProbeII）により分析した。得られた結果が、図４Ａ、４Ｂにそれぞれ示されている。
また、比較実験として、プラズマを形成するガスを水蒸気から酸素に変更して、上記と同じサンプルをH2Oプラズマではなく酸素プラズマで処理した。ガスの種類以外の実験条件は共通とした。そして、上記と同様の方法で、O2プラズマ処理後のサンプルの表面を分析した。得られた結果が、図４Ｃに示されている。
また、図４Ａ〜図４Ｃの各分析結果において得られた各官能基のピーク高さの割合(%)が、図５の表にまとめられている。
ここに示されるように、プラズマ処理前のサンプル（COP）表面からは、脂環構造に含まれる-C-C-のみが検出されたのに対し、H2Oプラズマ処理後のCOP表面からは、カルボキシ基やカルボニル基などの官能基が検出され、これらの官能基によりCOPの接合面が親水化されていると考えられる。一方、O2プラズマ処理後のCOP表面にもこれらと同様の官能基が検出されているが、H2Oプラズマ処理に比べてカルボニル基やカルボキシル基の割合が少ないため、親水化の程度が低いと考えられる。
【００３９】
以上の３つの反応により、COPの光学特性を変化させることなく、接合面が接合しやすい状態に改質されるため、加圧・加熱をせずとも、接合面同士を合わせるだけで、接合が成されるものと考えられる。
【００４０】
＜３．変形例＞
上記においては、第１材料８１及び第２材料８２の両方をH2Oプラズマで処理するものとしたが、一方の材料だけをH2Oプラズマで処理してもよい。この場合も、プラズマ処理の処理条件は、上記と同様のものとすることができる。
【００４１】
上記においては、第１材料８１及び第２材料８２の両方がCOPにより形成されるものとしたが、一方の材料が、COP以外の材料により形成されてもよい。具体的には例えば、第２材料は、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリシロキサン、フエノール樹脂、ポリサルフアイド、ポリアセタール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルクロライド、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアセタート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイソプレン、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリオキサジアゾール、ポリトリアゾール、ポリキノキサリン、ポリイミダゾピロロン、エポキシ樹脂、並びに芳香族成分及びビニルやシクロブタン基から選択される成分を含む共重合体のような有機物であってもよく、あるいは、ガラス、サファイア、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ（ITO）のような無機物であってもよい。
【００４２】
第２材料がCOP以外の材料により形成される場合、COP製の第１材料とCOP以外の第２材料の両方をH2Oプラズマで処理してもよいし、COP製の第１材料だけをH2Oプラズマで処理してもよい。COP製の第１材料に対するプラズマ処理の処理条件は、上記と同様のものとすることが好ましい。また、COP以外の第２材料に対するプラズマ処理の処理条件は、COP製の第１材料に対するプラズマ処理の処理条件と同様のものとしてもよいし、これと異なるものであってもよい。例えば、第２材料がガラスである場合、該第２材料を400W以上のパワーのH2Oプラズマで処理してもよい。
【００４３】
また、上記においては、各材料８１，８２をH2Oプラズマで処理する際に、処理空間Ｖに水蒸気を導入していたが、液体状（水滴状）の水、固体状（氷霧状）の水、あるいは、これらの混合物を処理空間Ｖに導入してもよい。また、この際に、処理空間Ｖに水蒸気以外のガス（例えば、酸素、窒素、空気、窒素、アルゴン、ヘリウム、アンモニア、水素、等）の導入を併せて行ってもよい。ただし、この場合は、処理空間Ｖ内の混合ガスにおけるH2Oの分圧が20%以上となるように、各ガスの導入流量等を調整することが好ましい。
【００４４】
また、上記においては、ステップＳ３で加熱や加圧を行わないとしたが、加圧や加熱が禁止されるわけではなく、第２材料８２に形成されている流路パターンが変形したり、親水化された表面が疎水性になってしまうといった事態が生じない範囲で、加圧や加熱が行われてもよい。
【００４５】
また、上記において、ステップＳ２の処理（第１材料８１の接合面、及び、第２材料８２の接合面をH2Oプラズマに曝す処理）の前に、各材料８１，８２の接合面に紫外線を照射する処理を行ってもよい。または、ステップＳ２の処理が行われる間（すなわち、該処理と並行して）、該接合面に紫外線を照射する処理を行ってもよい。紫外線を照射することで、第１材料８１と第２材料８２の接合強度をより大きくすることができる。
【００４６】
また、上記においては、マイクロ流路チップを構成する基板同士を接合する場合を例示したが、上記の方法は、COP製の部材（COP製のフィルム、COP製のプレート、等）を構成要素として有する各種の部材（例えば、有機ＥＬ構造体、光学フィルム、偏光板、液晶表示支持体、偏光子、タッチパネル支持体、等）の製造工程において、COP製の部材同士、あるいは、COP製の部材とガラス板を接合する方法として用いることもできる。
【００４７】
＜４．評価実験＞
＜４−１．酸素ガスによる比較実験＞
実験１：第１サンプル９１及び第２サンプル９２として、COP製の薄板（長さ30mm（Ｌ１）、幅8mm（Ｌ２）、厚さ1mm、表面粗さRa6.6nm、質量0.24g）を準備した（図６Ａ）。両方のサンプル９１，９２をH2Oプラズマで処理し、プラズマに曝された側の主面の一部分（長さ12.5mm（Ｌ３）、幅8mm（Ｌ２）の部分）を重ね合わせて、加熱及び加圧をせずに（自重のみで）、両サンプル９１，９２が接合されるか否かを観察した。ただし、H2Oプラズマの生成条件は、図７に示されるものとした。接合の評価（曲げ接着試験）はJIS K 6856に基づいて行った。
比較実験：実験１において、プラズマを形成するガスを水蒸気から酸素に変更して、各サンプル９１，９２をH2Oプラズマではなく酸素プラズマで処理した。ガスの種類以外の実験条件は実験１と共通とした。
【００４８】
実験１においては、第１サンプル９１と第２サンプル９２は接合されたが、比較実験では、接合されなかった。つまり、H2Oプラズマで処理することでCOP同士が接合されたが、酸素プラズマで処理した場合は接合されなかった。これは、酸素プラズマでは、100Wという低パワー（すなわち、エッチング等により表面粗さが大きくならず、環状構造も破壊しないような処理条件）では、高分子の官能基を十分に親水化することができないために、接合されなかったものと考えられる。
【００４９】
＜４−２．COPとガラス板の接合＞
実験２：第１サンプル９１は、実験１で用いたCOP製の薄板のままとして、第２サンプル９２ａだけを、ガラス製の薄板（長さ30mm（Ｌ１）、幅8mm（Ｌ２）、厚さ1mm、表面粗さRa6.6nm、質量0.6g）に変更した。それ以外の実験条件は実験１と共通とした。
【００５０】
比較実験：実験２において、プラズマを形成するガスを水蒸気から酸素に変更して、各サンプル９１，９２ａをH2Oプラズマではなく酸素プラズマで処理した。ガスの種類以外の実験条件は実験２と共通とした。
【００５１】
実験２においては、第１サンプル９１と第２サンプル９２ａは接合されたが、比較実験では、接合されなかった。つまり、H2Oプラズマで処理することでCOPとガラスが接合されたが、酸素プラズマで処理した場合は接合されなかった。
【００５２】
＜４−３．プラズマのパワー＞
実験３：パワード電極４に印加する電力の大きさ（RFパワー）が、5W、10W、50W、100W、200W、400W、600Wである各プラズマ条件で、実験１と同様のサンプル９１，９２をH2Oプラズマで処理した場合の、両サンプル９１，９２の接合強度を測定した。RFパワー以外のH2Oプラズマの生成条件は各場合で共通とし、いずれも実験１と同じもの（図７）としたが、RFパワー600Wについては、処理時間を200秒に変えた条件についての評価も行った。また、接合強度の測定は、図６Ｂに示すような押し込み曲げ試験により行った。すなわち、接合された第１サンプル９１及び第２サンプル９２を、その幅方向に所定の間隔ｄ（＝38mm）をあけて配置された一対の支持具上に載置し、接合面に荷重Ｇを加えた。この荷重Ｇを徐々に大きくして、接合面が剥離（破断）する、あるいは、サンプルが破壊される際の最大荷重Ｇ（破壊荷重）を測定した（３点荷重曲げ試験）。図８には、実験３の各H2Oプラズマで処理された第１サンプル９１と第２サンプル９２の接合強度をまとめた表が示されている。ただし、この表において、接合強度が「0」とされているところは、接合されなかったことを表している。また、この表における「状態」の項目は、上記の方法で接合強度を測定した際のサンプル９１，９２の状態を示しており、測定時にサンプル自体が破壊されたものが「◎」で、測定時にサンプル間で剥離が生じたものが「△」で、そもそも接合されなかったものが「×」で、それぞれ示されている。
【００５３】
図８の表からわかるように、第１サンプル９１と第２サンプル９２は、RFパワーが10〜400Wの各H2Oプラズマで処理した場合は接合されたが、RFパワーがそれらの範囲外の各H2Oプラズマで処理した場合は接合されなかった。H2Oプラズマのパワーが10Wより小さいと、COPの表面の改質が十分に進行しないため、接合されなかったものと考えられる。また、H2Oプラズマのパワーが400Wより大きいと、エッチング等により表面粗さが大きくなる、あるいは、COPの環状構造が破壊される、という反応が進んでしまい、その結果、接合されなかったものと考えられる。一方、RFパワーが10〜400Wの場合は接合が成されている。特に、RFパワーが50〜200Wの場合には、1.2(N/cm2)以上の特に高い接合強度が得られており、また、接合強度を測定する際に、サンプル間の剥離が生じる前にサンプル自体が破壊されていることから、COPの破壊強度よりも強い接着力が得られていることがわかる。
【００５４】
比較実験：プラズマを形成するガスを水蒸気から酸素に変更し、RFパワーが10W、100W、400W、600Wである各プラズマ条件で、実験３と同様のサンプル９１，９２をO2プラズマで処理し、各場合の両サンプル９１，９２の接合強度を実験３と同様の方法で測定した。図９には、上記の比較実験の各O2プラズマで処理された第１サンプル９１と第２サンプル９２の接合強度をまとめた表が示されている。
【００５５】
図９の表からわかるように、O2プラズマで処理した場合は第１サンプル９１及び第２サンプル９２の接合が成されるRFパワーの範囲が、10〜100Wであり、H2Oプラズマの場合と比べて狭いことがわかる。また、接合強度も概ね0.9N/cm2以下であり、H2Oプラズマの場合と比べて弱いこともわかる。また、接合が成されたいずれの場合においても、接合強度を測定する際にサンプル間の剥離が生じていることから、COPの破壊強度より弱い接着力しか得られていないことがわかる。
【符号の説明】
【００５６】
１００…プラズマ処理装置
１…プラズマ処理室
１１…ガス導入口
１２…排気口
２…水導入部
２１…水供給源
２２…配管
２３…バルブ
２４…マスフローコントローラ
３…排気部
３２…配管
３３…バルブ
３４…真空ポンプ
４…パワード電極
４１…RF電源
４２…コンデンサ
５…接地電極
６…制御部
８１…第１材料
８２…第２材料
９１…第１サンプル
９２…第２サンプル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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