(57)【要約】 【課題】  フィルムに損傷を与えることなく、フィルムの寸法安定性を維持して低温プラズマによる表面改質処理を行うことのできる、連続した長尺フィルムの低温プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】  フィルムの表面改質処理を行うための装置であって、フィルムを連続的に巻き出す巻出し装置を備えた第１の真空容器と、プラズマ処理を行う第２の真空容器と、プラズマ処理後のフィルムを連続的に巻き取る巻取り装置を備えた第３の真空容器とを有し、各真空容器がフィルムの流れ方向に接続されていることを特徴としている。【選択図】  図１
2007314613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックフィルムの表面改質処理を行うための装置であって、プラスチックフィルムを連続的に巻き出す巻出し装置を備えた第１の真空容器と、プラズマ処理を行う第２の真空容器と、プラズマ処理後のプラスチックフィルムを連続的に巻き取る巻取り装置を備えた第３の真空容器とを有し、各真空容器がプラスチックフィルムの流れ方向に接続されていることを特徴とする低温プラズマ処理装置。
【請求項２】
各真空容器は、プラスチックフィルムが挿通される接続部で接続され、該接続部の間隙がプラスチックフィルム面から上下にそれぞれ300mm以内である請求項１に記載の低温プラズマ処理装置。
【請求項３】
第２の真空容器内に設置される陰極が、水冷式のドラム型陰極である請求項１又は２に記載の低温プラズマ処理装置。
【請求項４】
真空容器が、ステンレス製又はアルミニウム製である請求項１乃至３のいずれかに記載の低温プラズマ処理装置。
【請求項５】
真空容器が鉄製であり、内表面が樹脂塗装されている請求項１乃至３のいずれかに記載の低温プラズマ処理装置。
【請求項６】
真空容器が鉄製であり、内表面にステンレスの溶射加工がなされている請求項１乃至３のいずれかに記載の低温プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種プラスチックフィルム（以下、単にフィルムと称する）の表面を改質することができる低温プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、フィルムの表面を低温プラズマ処理することによって、表面の濡れ性が改善され、接着剤などの塗布性が向上し、フィルムと接着剤との密着性が向上することが知られている。
通常、フィルムは、連続式装置で製造されることが多く、ロールに巻かれた形になっているため、フィルムの低温プラズマによる表面改質処理は、連続式装置で行うのが好ましい。
【０００３】
そこで、低温プラズマによるフィルムの表面改質処理には、図３に示すように、プラズマ処理装置を真空容器16内に納め、巻出し装置２と真空容器16の間および真空容器16と巻取り装置５の間にそれぞれシールロール17，18を設置し、巻出し装置２からシールロール17を介して真空容器内にフィルム１を挿通し、真空容器内で低温プラズマ処理した後に、シールロール18を介して巻取り装置５に巻き取る方法や（特許文献１参照）、図４に示すように、連続式装置でフィルム上に薄膜を形成させるCVD装置において、一つの真空容器19内に、陽極14と陰極15からなるプラズマ処理装置に加え、フィルム１の巻出し装置２および巻取り装置５を全て設置する方法がある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭57-18737号公報
【特許文献２】特開平09-209158号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように、シール装置を使用する装置では、多数のシールロール間をフィルムが通過するため、シールロールの摩耗や劣化によってロール間に間隙を生じ、処理ガス以外のガスが装置内に侵入するため、シールが非常に困難になると共に、真空容器の真空度が不十分になり、低温プラズマ処理が不十分になるという問題が発生していた。
【０００５】
また、シールロールでフィルムを挟み込むため、シールロールの摩耗や劣化によってフィルムには、巻き取りの際に大きな張力が掛かることになり、フィルムの寸法安定性を劣化させたり、フィルムに傷などのダメージを与えてしまうという問題があった。
【０００６】
特許文献２の方法は、巻出し機構、巻取り機構が一つの真空容器内に設置されるため、特許文献１のようなシールロールによるシールが不十分になるなどの問題はなくなるが、同一真空容器内に駆動機構を設置するため、発生したプラズマによって駆動機構にダメージを与えてしまう問題や、プラズマで活性化されたガスによって金属が腐食してしまう問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記した従来技術における問題点を解消し、フィルムに損傷を与えることなく、フィルムの寸法安定性を維持して低温プラズマによる表面改質処理を行うことのできる、連続した長尺フィルムの低温プラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の低温プラズマ処理装置は、フィルムの表面改質処理を行うための装置であって、フィルムを連続的に巻き出す巻出し装置を備えた第１の真空容器と、プラズマ処理を行う第２の真空容器と、プラズマ処理後のフィルムを連続的に巻き取る巻取り装置を備えた第３の真空容器とを有し、各真空容器がフィルムの流れ方向に接続されていることを特徴としている。
【０００９】
各真空容器は、フィルムが挿通される接続部で接続され、該接続部の間隙がフィルム面から上下にそれぞれ300mm以内とするのが好ましい。第２の真空容器内に設置される陰極は、水冷式のドラム型陰極とするのが好ましい。
また、真空容器は、ステンレス製又はアルミニウム製とするのが好ましいが、鉄製とすることもでき、その場合は、内表面を樹脂塗装するか、又はステンレスの溶射加工を施すと良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の低温プラズマ処理装置は、従来装置のようなシールロールを使用しないため、シールロールによるフィルムの損傷や異物汚染を防止することができ、かつ真空容器内の真空度を安定させることができるため、安定したフィルムの表面改質処理を行うことができる。
さらに、本発明の装置は、プラズマや活性化したガスで機器を損傷することがないため、長期にわたって安定して稼動させることができ、かつ機器のメンテナンス費用を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図を用いて本発明の低温プラズマ処理装置についてさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の低温プラズマ処理装置の一例を示す概略縦断面図である。
本発明によるフィルムの表面改質処理を行うための装置は、フィルム１を連続的に繰り出す巻出し装置２を備えた第１の真空容器３と、低温プラズマ処理がなされる第２の真空容器４と、プラズマ処理されたフィルム１を連続的に巻き取る巻取り装置５を備えた第３の真空容器６とからなり、各真空容器３，４，６は、それぞれ接続部７，８によって互いに接続されている。
【００１２】
第１の真空容器３および第３の真空容器６には、それぞれ巻出し装置２と巻取り装置５が設置されるが、これらも特に限定されず、一般的なフィルム１を巻き出せて巻き取れるものであればよい。
巻出し装置２および巻取り装置５は、一般的な紙管や、プラスチック管等を使用するものでよく、その巻き出し、巻き取り径も通常の３インチ、６インチ等でよい。
なお、フィルム１に対して通常使用される装置類、例えば、フィルム１の張力を制御するための張力コントロール装置や、フィルム１の巻きを揃えるためのフィルムエッジコントロール装置等々を必要に応じて設置することができる。
【００１３】
プラズマ処理装置でもある第２の真空容器４内には、高周波電源に接続される陽極９と、アース側となる陰極10が配設されている。陽極９および陰極10は、プラズマ発光できれば良く、特に限定されない。ただ、陽極９の形状は、一般的な板状のものでもよいが、棒状のものが得られるプラズマ処理効果上好ましい。陰極10の形状も同様に、一般的な板状のものでもよいが、フィルム１の連続処理という観点からは、回転するドラム型のものが好ましい。この理由は、フィルム１がドラム表面を擦ることなく、ドラム回転に合わせてフィルム１を連続的に処理できるためである。なお、プラズマ処理によりフィルム１に熱が掛かるが、陰極10がドラム型であれば、水冷式として内部からの水冷が容易である。
【００１４】
本発明の第１、第２、第３の真空容器は、それぞれ接続されていることが必須であるが、その接続部は、第２の真空容器内にてプラズマ発光したものが第１、第３の真空容器内に流れ込まない構造とすることが好ましい。その理由は、プラズマが第１、第３の真空容器内に流れると、プラズマ処理したくない部分が処理されることになり、プラズマ処理効果が均一でなくなるためである。そのため各接続部においては、フィルムの通る間隙はなるべく小さい方が好ましく、図１において接続部を拡大して示したように、フィルム面から上下にそれぞれ300mm以内であれば、第１、第３の真空容器内へのプラズマの侵入をほぼ防止することができる。また同じ目的で、接続部に磁石を設置することによりプラズマの流れを制御することも可能である。
【００１５】
図２は、本発明の低温プラズマ処理装置の他の例を示す概略縦断面図であり、第２の真空容器13には、板状の陽極14と、同じく板状の陰極15が設置されている。第１、第３の真空容器３，６は、図１の例と同じであり、それぞれ接続部７，８を介して第２の真空容器13に接続されている。
【００１６】
本発明の第１、第２、第３の真空容器およびその構造は特に限定されないが、低温プラズマが発生しやすい環境を与える真空度が保持され、それぞれ巻き出し、巻き取りが行えれば良い。
各真空容器の材質は、いわゆる通常の鉄材が真空容器内面に露出していると、プラズマ発光により鉄表面の腐食が進行するため、鉄が真空容器の内表面に見えていないことが好ましい。そのため真空容器本体をステンレス製、もしくはアルミ製とするのが好ましい。ただ、真空容器本体を無垢のステンレスやアルミで作ることはコスト的に高価になることから、真空容器本体は鉄で作り、内面にプラスチック類の樹脂塗装を施してもよい。なお、樹脂塗装は、プラズマ発光に曝され続けていると劣化することがある。そのため、コストと腐食対策効果の面から真空容器本体は鉄で作り、内面にステンレス溶射を行ったものを使用してもよい。
【００１７】
本発明での低温プラズマ処理は、いわゆるプラズマ処理として一般的に知られているものであり、前述した特許文献１，２や一般文献（例えば、"プラズマによる高分子材料の表面処理、工業材料、Vol.32、No.3、24-30頁、1984年"や、"低温プラズマによる高分子材料の表面改質、ポリマーダイジェスト、Vol.35、No.5、2-16頁、1983年"等々に例示されたものと同様のものである。
【００１８】
なお、本発明でのプラズマ処理は、いわゆる常圧プラズマとは異なり、減圧下で行われる。例えば、真空度100Pa以下がプラズマが安定するので好ましい。より好ましくは真空度30Pa以下である。
また、高周波電源の周波数は、特に限定されず一般的に使用される10KHz〜14MHｚでよい。
雰囲気ガスは、窒素、酸素、アルゴン等のエッチング効果の高いものや、メタン、プロパン等のいわゆるCVDの様に重合性を有するガスが選択できる。
【００１９】
本発明で用いるフィルムは、一般的な市販のフィルムが挙げられる。例えば、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリイミドフィルム、液晶ポリマーフィルム、ポリエステルフィルム、フッ素系フィルム、ポリアミドフィルム、セルロースフィルム、アラミドフィルム等を挙げることができる。このうち、市販のルミラー、テトロン、ダイアホイルに代表されるポリエステルフィルムや、市販のカプトン、アピカル、ユーピレックスに代表されるポリイミドフィルム、市販のミクトロン、アラミカに代表されるアラミドフィルム等に対して特に効果的である。
【００２０】
本発明においては、処理するフィルムの厚さは特に限定されないが、連続式装置で巻き出し、巻き取るのであるから、厚さは２ミクロンから500ミクロンが好ましい。より好ましくは２ミクロンから300ミクロンである。
本発明の装置を用いることにより、巻出し装置、巻取り装置にプラズマによる損傷を与えることなく、連続的に長尺フィルムを低温プラズマ処理することが可能となる。
【実施例】
【００２１】
次に、本発明を実施例および比較例を挙げて、さらに具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されることなく様々な態様が可能である。
【００２２】
［実施例１］
図１に示した構成からなる装置を使用した。真空容器はステンレス製であり、厚さ12μmのPETフィルム（東レ製：商品名ルミラー）を巻出し装置から巻き出し、プラズマ処理装置（信越エンジニアリング製）および巻取り装置に装着し、第１の真空容器と第２の真空容器の接続部、及び第２の真空容器と第３の真空容器の接続部の間隙にPETフィルムを通し、PETフィルム面からの上下の間隙をステンレス製の板でそれぞれ290mmに調整した。
PETフィルム装着後、各真空容器を閉めて真空引きを開始し、真空度が２Paになった時点で、窒素ガス１L/分を第２の真空容器内に流し、容器内圧力10Paを保持し安定させた。
次に、PETフィルムを10ｍ/分の速度で巻き出し、高周波電源装置（国際電気製）に300KHz、350Wを負荷して低温プラズマ処理を行った。
【００２３】
［実施例２］
図１に示す装置において、内面にSUS304のステンレス溶射を施した鉄製の真空容器を用いた以外は、実施例１と同様にして低温プラズマ処理を行った。
【００２４】
［実施例３］
図１に示す装置において、真空容器の材質をステンレス製から鉄に変え、フィルムを厚さ25μmのPIフィルム（商品名アピカル、カネカ製）に代えた以外は、実施例１と同様にして低温プラズマ処理を行った。
【００２５】
［実施例４］
図１に示す装置において、真空容器の材質を鉄の内面にエポキシ系樹脂を塗布し、フィルムを厚さ25μmのPIフィルム（ポリイミドフィルム）（商品名アピカル、カネカ製）に代えた以外は、実施例１と同様にして低温プラズマ処理を行った。
【００２６】
［実施例５］
図１に示す装置において、両接続部の間隙をフィルム面から上下にそれぞれ320mmとなるようにステンレス製の板で調整し、厚さ25μmのPIフィルム（商品名アピカル、カネカ製）を使用し、雰囲気ガスを酸素ガスとした以外は実施例１と同様にして低温プラズマ処理を行った。
【００２７】
［実施例６］
図２に示した構成からなる装置を使用した。真空容器は、内面にSUS304のステンレス溶射を施した鉄製である。厚さ12μmのPETフィルム（商品名、ルミラー、東レ製）を巻出し装置から巻き出し、プラズマ処理装置（信越エンジニアリング製）および巻取り装置に装着し、第１の真空容器と第２の真空容器の接続部、及び第２の真空容器と第３の真空容器の接続部の間隙にPETフィルムを通し、PETフィルム面からの上下の間隙をステンレス製の板でそれぞれ290mmに調整した。
PETフィルム装着後、各真空容器を閉めて真空引きを開始し、真空度が２Paになった時点で、窒素ガス１L/分を第２の真空容器内に流し、容器内圧力10Paを保持し安定させた。
次に、PETフィルムを10ｍ/分の速度で巻き出し、高周波電源装置（国際電気製）に300KHz、350Wを負荷して低温プラズマ処理を行った。
【００２８】
［比較例１］
図３に示した構成からなるプラズマ処理装置（日立製作所製）を使用した。中心のプラズマ処理装置本体にシールロールを介して巻き出しから巻き取りまで厚さ12μm のPETフィルム（商品名ルミラー、東レ製）を通した後、真空容器を閉め、真空に引き、２Paになった時点で窒素ガス１L/分を真空容器内に流し、真空容器内の圧力を10Paで保持し安定させた。次にPETフィルムを10ｍ/分の速度で流しながら、高周波電源装置（国際電気製）に300KHz、350Wを負荷して低温プラズマ処理を行った。
【００２９】
［比較例２］
図４に示した構成からなるプラズマ処理装置（信越エンジニアリング製）を使用した。中心のプラズマ処理装置本体に巻き出しから巻き取りまで厚さ12μm のPETフィルム（商品名ルミラー、東レ製）を通した後、真空容器を閉めて真空に引き、２Paになった時点で窒素ガス１L/分を真空容器内に流し、真空容器内の圧力を10Paで保持し安定させた。次にPETフィルムを10ｍ/分の速度で流しながら、高周波電源装置（国際電気製）に300KHz、350Wを負荷して低温プラズマ処理を行った。
【００３０】
実施例１〜６及び比較例１，２で処理された各フィルムに対して、下記の測定、観察を行い、その結果を表１にまとめて示した。なお、各評価項目に対する評価基準は、以下の通りである。
【００３１】
（１）接触角（°）；プラズマ処理後のフィルムの表面を協和科学株式会社の接触角測定装置にて液滴との接触角を測定した。
【００３２】
（２）フィルムのシワ；プラズマ処理後のフィルムにシワがあるか無いかを目視にて観察した。
シワ認められず：◎
シワが認められた：×
【００３３】
（３）真空容器コスト；真空容器の製造に掛かった原材料コストを比較した。
相対的にコストが低い：◎
次にコストが低い：○
相対的にコストが高い：△
【００３４】
（４）フィルムの熱劣化；プラズマ処理前後のフィルムを100mm×100mmにカットして平らな板の上に置き、曲がりによる板からの浮き上り高さを測定し、各５枚の平均値で比較した。この数値が大きいほど、プラズマ処理後のフィルムが熱劣化していることになる。ちなみに、実施例、比較例で使用したPETフィルム、PIフィルムのプラズマ処理前の平均値は、PETフィルムで1.0mm、PIフィルムで1.3mm程度であり、処理後、×評価となったものは平均で８mm程度となっていた。
浮き上り高さ２mm以下：◎
浮き上り高さ２mm〜４mm：○
浮き上り高さ４mm以上：×
【００３５】
（５）真空容器内面腐食；実施例、比較例の各条件にて、フィルムを外した状態で、プラズマ発光をそれぞれ断続的に300時間継続した時点で、真空容器内面の状態を目視にて観察した。
変化なし：◎
樹脂面がざらついており、一部、剥離が見られた：△
内面の一部に錆が発生していた：×
【００３６】
（６）異常プラズマ放電；プラズマ処理時に、第１、第３の真空容器内にプラズマ発光が見えるか否かで評価した。（プラズマ発光が見えると言うことは、本来のプラズマ処理室ではない第１、第３の真空容器内にてプラズマ処理が異常現象として起きていることを示す。）
第１、第３の真空容器内にプラズマ発光は見えず：◎
第１、第３の真空容器内にプラズマ発光が見えた：×
【００３７】
【表１】
2007314613.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３８】
低温プラズマ処理装置の製造コストの低減及びフィルムの表面改質処理コストの低減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１で使用した本発明の低温プラズマ処理装置を示す概略縦断面図である。
【図２】実施例４で使用した本発明の低温プラズマ処理装置を示す概略縦断面図である。
【図３】比較例３で使用した従来の低温プラズマ処理装置を示す概略縦断面図である。
【図４】比較例４で使用した従来の低温プラズマ処理装置を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  フィルム、
２  巻出し装置、
３  第１の真空容器、
４、13  第２の真空容器、
５  巻取り装置、
６  第３の真空容器、
７、８  接続部、
９、14  陽極、
10、15  陰極、
16，19  真空容器、
17，18  シールロール。
【図１】
2007314613.tif 000004
【図２】
2007314613.tif 000005
【図３】
2007314613.tif 000006
【図４】
2007314613.tif 000007