(57)【要約】      （修正有）【課題】ライン状の処理領域を生成する大気圧プラズマヘッドにおいて、均一性の良い処理領域を安定して得られる大気圧プラズマ生成ヘッドを提供する。【解決手段】陽陰極１０，１１Ａ共に電極の形状を円柱又はパイプとし、陽陰極１０，１１Ａを平行に、完全固定にて配列する。このとき、陽極の直径Ｄ１と陽陰極表面間の距離Ｄ２の比を１：０．５から１：３の間とし、さらに、ガス流れ方向１４に対して、陰極１１Ａを陽極１０より下流側に設置する。【選択図】図４
2007141634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つ以上の陽極及び陰極を有し、前記陽極と陰極に電圧を印加する電源を備え、前記陽極と陰極との間の気体を電離してプラズマを生成する大気圧プラズマ生成ヘッドにおいて、
前記陽極と陰極とは導体を主材料として、円柱又はパイプ状に形成され、陽極の長手方向面に対向する陰極の長手方向面が平行になるように配置したことを特徴とする大気圧プラズマ生成ヘッド。
【請求項２】
請求項１記載の大気圧プラズマ生成ヘッドにおいて、陽極の直径と、陽極表面から陰極表面までの距離の比が１：０．５〜１：３の範囲になるように陽極と陰極とを配置したことを特徴とする大気圧プラズマ生成ヘッド。
【請求項３】
請求項１記載の大気圧プラズマ生成ヘッドにおいて、ガス流れ方向に対して、陰極を陽極より下流側に設置することを特徴とする大気圧プラズマ生成ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマプロセッシングに用いるプラズマの生成方法に係り、特に、大気圧程度もしくは大気圧以上の圧力範囲において均一なライン状の処理領域を得ることのできる大気圧プラズマ生成ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ処理に用いるプラズマの生成は、密閉したチャンバ内を真空排気し、前記チャンバ内に処理ガスを必要圧力まで導入した空間で行っている。
【０００３】
このため、処理対象であるワークを処理チャンバ内に出し入れするためには、一旦、処理チャンバを大気開放し、ワーク導入後真空排気する方法がとられる。また、処理チャンバに併設してロードさらにはアンロード専用のチャンバを設け、処理チャンバは真空を維持した状態で、前記ロード又はアンロードチャンバを大気開放及び真空排気することで、大気中のワークを真空の処理チャンバに出し入れする方法も取られる。
【０００４】
これらの方法は、ロード、アンロードチャンバの有無にかかわらず、真空排気及び大気開放時間を必要とするため処理タクトが低下する問題がある。また、ワークの処理がバッチ式となるため、フィルムのような長尺形状を持つワークに対しては不向きである。また、特にロード、アンロードチャンバを持つ場合、真空内でワークを移動する機構が必要となり、装置が複雑化すること及び装置コストの上昇が問題となる。
【０００５】
また、前記処理チャンバで生成されるプラズマは、荷電粒子の密度が低いため処理が遅いことも欠点である。これは、低気圧中で処理を行うため電極やワークの放熱が困難であり、プラズマ生成に大電流を投入できないことによる。このため、マグネトロンを用いて荷電粒子に回転運動を与え、荷電粒子密度を上げる等の手法も用いられるが、装置が煩雑化し、装置コストの上昇が問題となる。
【０００６】
以上の問題を解決する技術として、大気圧又は大気圧近傍にてプラズマを生成する技術が提案されている。
【０００７】
大気圧プラズマ生成の第一の方法は、トーチ型と呼ばれ、細いノズル内部でプラズマを生成し、前記プラズマ中の荷電粒子を、ガスの圧力を持って処理対象物表面に導入するものである。
【０００８】
大気圧プラズマ生成の第二の方法として、円柱状の電極を機械的に高速回転させることによって、大気中において高密度なプラズマを生成する方法(例えば、特許文献１参照)が提案されている。またこれを広い面に対して行う方法(例えば、特許文献２及び特許文献３参照)が提案されている。これらの方法においては、大気圧下でプラズマを生成すること、また、電極が高速で回転していることから放熱効果が高く高密度なプラズマを生成することが可能である。
【０００９】
【特許文献１】特開９−３１６７０号公報
【特許文献２】特開２００１−３４８６６５号公報
【特許文献３】特開２００２−２６１０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
トーチ型の大気圧プラズマ生成法は、トーチ型の形状から、処理対象領域がスポット状となる。大面積の処理対象物に対しては、トーチ型を、複数、一列に並べることで対応しているが、トーチ直下とトーチ間では、荷電粒子の密度が異なり、均一な処理を得ることが難しい。
【００１１】
回転電極法は、ライン状の処理領域を得ることが可能である。しかしながら、前記特許文献３記載によると、回転電極の寸法は、直径３００ｍｍ、回転速度５０００回転／ｍｉｎ−１と説明されているように、大きな電極と複雑な機械要素を必要とする。これらの結果、回転軸の安定が難しく、電極間のギャップ量の変化や回転数のばらつきに起因して、荷電粒子が不均一になり、均一な処理を得ることが難しい。
【００１２】
それゆえ本発明の目的はライン状の処理領域を生成する大気圧プラズマヘッドにおいて、均一性の良い処理領域を安定して得られる大気圧プラズマ生成ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、第一に、陽陰極共に電極の形状を円柱又はパイプとし、前記陽陰極を平行に配列することにある。なお、前記陽陰極は、その軸回りに対する回転も含め、完全に固定されている。
【００１４】
円柱及びパイプは、その加工工程において、平面や他の曲面と比較して、面精度が出しやすく、安価で高精度な電極を得ることができる。また、陽陰極を完全固定とすることで、電極間ギャップを、常に一定に保つことができ、荷電粒子を安定して生成することが可能となる。
【００１５】
第二に、陽極の直径と陽陰極表面間の距離の比を１：０．５から１：３の間とすることにある。前記とすることで陽極表面全域における電位勾配を大きくでき、効率的に荷電粒子を生成することが可能となる。
【００１６】
第三に、ガス流れ方向に対して、陰極を陽極より下流側に設置することにある。前記とすることで、陽陰極間にて生成した荷電粒子をガスの流れに乗せて、効率よく処理表面に導くことが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、均一性良く、ライン状の処理領域を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図１乃至図５に示す一実施形態に基づいて、本発明を説明する。
【００１９】
図１は、本発明処理ヘッドの外観を示す図である。図１において、処理ヘッド１は、拡大ガス導入管１Ｂに放電ユニット１Ａとノズルヘッド１Ｃが取り付けられた構成となっている。
【００２０】
放電ユニット１Ａの詳細を図２に示す。図３に放電ユニットの部分断面図を示す。図２において、放電ユニットベース１２の内部に陽極１０が取り付けてある。この陽極１０は、図３に示すように、金属製の芯棒１０Ａの表面にガラスライニング１０Ｂを施した構造となっている。
【００２１】
陽極１０は、陽極コネクタ１０Ｃにて、図示していない高周波電源装置、マッチングボックスの高周波印加線と結合される。
【００２２】
なお、ここでの説明では、陽極１０の全長は５００ｍｍ、実処理幅は約３００ｍｍとしている。しかし、本発明は、陽極１０の長さ等を限定するものではない。
【００２３】
放電ユニットベース１２の内部には陰極１１が、ガスの流れ方向に対して、陽極１０の下流側に位置するように設置されている。また、この陰極１１は、陰極本体１１Ａを２つに分け、陽極１０を挟み込むように設置されている。
【００２４】
２つに分けられた陰極本体１１Ａは、陰極取り付けボルト１１Ｂを介して、陰極結合プレート１１Ｃにて電気的に結合されており、陰極結合プレート１１Ｃ上の陰極コネクタ１１Ｄを介して、高周波電源装置、マッチングボックスのグランド線と結合される。
【００２５】
放電ユニットベース１２は、陽極又は陰極との間を絶縁するため、ＰＴＦＥやベークライトを代表とする高誘電材料にて製作されている。陽極エンドプレート１３は、放電ユニットベース１２と同じく、高誘電材料にて製作されている。
【００２６】
図４は、本発明処理ヘッドの断面を示す図である。
【００２７】
図４において、１４は処理ガスの導入方向、１５は放電活性領域、１６は活性ガス噴射方向を示している。また、２は活性ガスによって処理される処理対象物を示している。
【００２８】
以下、本発明の特徴を、図４を用いて説明する。
【００２９】
陽極１０は、心棒１０Ａを旋盤加工にて高精度に製作後、ガラスライニング１０Ｂを施し、ガラスライニング１０Ｂ表面を、再び、旋盤にて研磨し製作したものである。
【００３０】
陰極１１Ａは、図４に示す１１Ｅのように、金属棒を旋盤にて高精度の円柱状に加工後、陽極１０に対面する面を除き、平面加工を施したものである。
【００３１】
以上のように製作された陽極１０及び陰極１１Ａは、放電ユニットベース１２、陽極エンドプレート１３を解して、陽極１０、陰極１１Ａの軸を基準として平行に完全固定される。このため、陽極１０表面と陰極１１Ａ表面の間隔Ｄ２は不変である。
【００３２】
このとき、陽極１０の直径Ｄ１は、陽極１０の全長が５００ｍｍ以下の場合、５ｍｍ程度が望ましい。陽極１０の直径が５ｍｍより極端に小さい場合、処理ガスの動圧によって陽極１０が変形し、陽極１０と陰極１１Ａの間隔Ｄ２の均一性を損なう恐れがある。逆に、陽極１０の直径が５ｍｍより極端に大きい場合、それに伴い陰極１１を大きくする必要があり、必要以上に大きな処理ヘッドとなるため、装置コストが増加する恐れがある。
【００３３】
陽極１０の直径Ｄ１と陽陰極表面間の距離Ｄ２の比は、１：０．５から１：３の間とすることが望ましい。前記比率以上に陽極１０の直径Ｄ１を大きくすることにより、陽極表面の電位勾配が小さくなり、生成される荷電粒子の量が減少する。逆に、前記比率以下に陽極１０の直径Ｄ１を小さくすることにより、２つの陰極１１Ａの内、片方にのみ放電し易くなり、放電の不均一性が増すと共に、生成される荷電粒子の量が減少する。
【００３４】
処理ガス導入方向１４に対して、２つの陰極１１Ａは、陽極１０より下流側にあることが望ましい。この時、陽極１０の中心と、２つの陰極の円弧の中心（破線の円の中心１１Ｅ）とがなす角度θは、６０°以上１８０°未満が望ましい。このようにすることで、陽極１０と陰極１１Ａの間で生成された荷電粒子は、ガスの流れに沿って、陽極１０、陰極１１Ａに衝突することなく、効果的に、活性ガス噴射方向１６へと導かれる。
【００３５】
図５は本発明処理ヘッドの適用例を示す図である。
【００３６】
図５において、処理対象物２を搬送する上流側コンベア３Ａと、処理対象物２を搬送する下流側コンベア３Ｂとの間の上方に配置されたプラズマ生成ヘッド１を通過するときに処理対象物２の表面がプラズマ処理される。なお、図５においては、図が煩雑化することを避けるため、高周波電源、マッチングボックス、ガス導入装置、ガス拡散防止カバー等は省略してある。
【００３７】
処理ヘッド１にガス導入方向１４より処理ガスを導入し、陽極１０と陰極１１Ａの間高電圧を印加して、荷電粒子を生成し、荷電粒子を処理ガスの流れに乗せて活性ガスとして、活性ガス噴射方向１６より噴射する。
【００３８】
プラズマ生成ヘッド１から活性ガスが噴射されている領域下に、上流側コンベア３Ａと、下流側コンベア３Ｂとを駆動することで、処理対象物２を移動、通過させる。これによって、処理対象物２表面に活性ガスが衝突し、処理対象物２の表面処理が連続して行われる。
【００３９】
以上説明した実施形態に関わらず次のように実施しても良い。
【００４０】
本方式を真空または低気圧中で行っても良い。
【００４１】
高周波電源に変わり、直流電源を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明処理ヘッドの外観を示す図である。
【図２】本発明の放電ユニットをしめす図である。
【図３】本発明電極レイアウトを示す図である。
【図４】本発明処理ヘッドの断面を示す図である。
【図５】本発明処理ヘッドの適用例を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…処理ヘッド、１Ａ…放電ユニット、１Ｂ…拡大ガス導入管、１Ｃ…ノズルヘッド、２…処理対象物、３Ａ…上流側コンベア、３Ｂ…下流側コンベア、１０…陽極、１０Ａ…芯棒、１０Ｂ…ガラスライニング、１０Ｃ…陽極コネクタ、１１…陰極、１１Ａ…陰極本体、１１Ｂ…陰極取り付けボルト、１１Ｃ…陰極結合プレート、１１Ｄ…陰極コネクタ、１１Ｅ…陰極本体第一加工形状、１２…放電ユニットベース、１３…陽極エンドプレート、１４…ガス導入方向、１５…放電活性領域、１６…活性ガス噴射方向。
【図１】
2007141634.tif 000003
【図２】
2007141634.tif 000004
【図３】
2007141634.tif 000005
【図４】
2007141634.tif 000006
【図５】
2007141634.tif 000007