(57)【要約】      （修正有）【課題】流速がないかまたは非常に小さい場合に、表面の間接的なコロナ処理を可能にする装置を提供する。【解決手段】第１の電極４および第２の電極７および第１の電極４と第２の電極７の間の交流電圧源６および少なくとも第１の電極４と第２の電極７の間に形成された電界を有しており、第１の電極４の前に配置された作用領域９を有しており、この作用領域内に、処理すべき表面２を位置決めすることができ、かつ第２の電極７が第１の電極４より作用領域９に接近して配置されている、表面２のプラズマ処理のための装置において、少なくとも１つの出口５を有する少なくとも１つのプロセスガス流のための少なくとも１つのプロセスガス流路３が、第１の電極４で設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極（４）および
第２の電極（７）および第１の電極（４）と第２の電極（７）の間の交流電圧源（６）および少なくとも第１の電極（４）と第２の電極（７）の間に形成された電界を有しており、
第１の電極（４）の前に配置された作用領域（９）を有しており、前記作用領域内に、処理すべき表面（２）を位置決めすることができ、
かつ第２の電極（７）が第１の電極（４）より作用領域（９）に接近して配置されている、表面（２）のプラズマ処理のための装置において、
少なくとも１つの出口（５）を有する少なくとも１つのプロセスガス流のための少なくとも１つのプロセスガス流路（３）が、第１の電極（４）で設けられており、かつ少なくとも１つの出口（５）が作用領域（９）の方向に向いており、かつ少なくとも１つのプロセスガス流が電界に当たり、かつ電界が少なくとも１つのプロセスガス流をプラズマ流に変換し、かつプラズマ流が作用領域（９）に当たることを特徴とする表面（２）のプラズマ処理のための装置。
【請求項２】
第１の電極（４）が、棒状に形成されており、かつプロセスガス流路（３）の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１の電極（４）が、管状に形成されており、かつさらなるプロセスガス流路（１３）を包囲しており、かつプロセスガス流路（３）およびさらなるプロセスガス流路（１３）が互いに平行に方向づけられていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
第１の電極（４）が、外被（１２）より作用領域（９）に接近して突き出ていることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
外被（１２）が、第１の電極（４）より作用領域（９）に接近して突き出ていることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
【請求項６】
第２の電極（７）が接地されており、かつ誘電体（８）に取り囲まれていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の装置。
【請求項７】
第２の電極（７）が棒状に形成されており、かつ気密性の内層（１５）に取り囲まれており、かつ気密性の内層（１５）とガス透過性で誘電性の外層（１７）との間にガス流路（１６）が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の装置。
【請求項８】
複数の第１の電極（４）が、複数のそれぞれ長手方向（Ｌ）に方向づけられた列に相前後して配置されており、かつ第１の電極（４）の列の１つに沿ってそれぞれ長手方向（Ｌ）に延びている複数の棒状の第２の電極（７）が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項９】
第１の電極（４）と第２の電極（７）の間に交流電圧が印加され、
少なくとも両方の電極（４）の間に電界が生成され、
処理すべき表面（２）が第１の電極（４）の前に位置決めされ、
かつ第２の電極（７）が、第１の電極（４）より表面（２）に接近して配置されることによる、プラズマによる表面（２）の処理のための方法において、
少なくとも１つのプロセスガス流が少なくとも１つのプロセスガス流路（３）を通り抜け、かつ
少なくとも１つのプロセスガス流が電界に当たり、かつ
電界が少なくとも１つのプロセスガス流をプラズマ流に変換し、かつ
少なくとも１つのプロセスガス流が、少なくとも１つのプロセスガス流路（３）の端部に設けられた少なくとも１つの出口（５）を作用領域（９）の方向に出ていき、かつ
プラズマ流が作用領域（９）に当たることを特徴とするプラズマによる表面（２）の処理のための方法。
【請求項１０】
プロセスガス流が、第１の棒状に形成された電極（４）の外側で周りを流れることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
さらなるプロセスガス流が、管状に形成された第１の電極（４）を通って流れることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
ガス流が第２の電極（７）に沿って流れ、かつガス透過性で誘電性の外層（１７）を通って外へ流れることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
交流電界が第１の電極（４）と第２の電極（７）の間に生成されることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の電極および第２の電極および第１の電極と第２の電極の間の交流電圧源および第１の電極と第２の電極の間に形成された電界を有しており、かつ第１の電極の前に配置された作用領域を有しており、この作用領域内に、処理すべき表面を位置決めすることができ、その際、第２の電極が第１の電極より作用領域に接近して配置されている、表面のプラズマ処理のための装置に関する。
【０００２】
本発明は、第１の電極と第２の電極の間に交流電圧を印加し、両方の電極の間に交流電界を生成し、処理すべき表面を第１の電極の前に位置決めし、かつ第２の電極を、第１の電極より表面に接近させて配置することによる、プラズマによる表面処理のための方法にも関する。
【背景技術】
【０００３】
基本的に、接着剤を用いた表面の相互接着に関しては、接着剤を継続的かつ固定的に基材表面に施すという問題がある。これには、表面での感圧接着剤の特に高い付着性が必要である。付着性とは通常、２つの互いに接触した相の、それらの相の界面での、そこで生じている分子間相互作用に基づく結束を表す物理的効果のことである。つまり付着性は、基材表面での接着剤のくっつき性を決定し、このくっつき性は、初期粘着性（いわゆる「タック」）として、および接着力として決定することができる。接着剤の付着性に狙い通りに影響を及ぼすため、接着剤にはしばしば軟化剤および／または接着力増強樹脂（いわゆる「タッキファイヤ」）が添加される。
【０００４】
付着性の簡単な定義は、「単位面積当たりの相互作用エネルギー」［ｍＮ／ｍで］であり得るが、この単位面積当たりの相互作用エネルギーは、本当の接触面積が分からないなどの実験上の制約により測定不可能である。さらに表面エネルギー（ＯＦＥ）は、しばしば「極性」成分および「非極性」成分で表される。この簡略的なモデルは実際に広く世の中に受け入れられた。このエネルギーおよびエネルギーの成分はしばしば、異なるテスト液の静的接触角の測定によって測定される。これらの液体の表面張力に、極性部分および非極性部分が割り当てられる。観察された検査表面での液滴の接触角から、検査表面の表面エネルギーの極性部分および非極性部分が確定される。これは例えばＯＷＫＲモデルに基づいて行うことができる。産業界で一般的な代替的な方法は、ＤＩＮ  ＩＳＯ  ８２９６に基づくテストインクを用いた決定である。
【０００５】
このような議論のコンテクストでは、しばしば「極性」と「高エネルギー」の概念が、同様に「非極性」と「低エネルギー」の概念が同一視される。その背後には、永久分子双極子の関与なく生じるいわゆる「分散性」または「非極性」の相互作用に比べ、極性の双極子力の方が比較的強いという知見がある。界面エネルギーおよび界面相互作用のこのモデルの根拠は、極性成分は極性成分としか相互作用せず、かつ非極性成分は非極性成分としか相互作用しないという想像である。
【０００６】
しかしながら表面は、表面エネルギーが「高く」なくても、表面エネルギーの極性部分を少しまたは中程度に有する可能性もある。基準値として、表面エネルギーの極性部分が３ｍＮ／ｍ超であれば、この表面を本発明の意味において「極性」と呼び得るとすることができる。これは実際の検出下限とほぼ一致している。
【０００７】
基本的に、高エネルギーおよび低エネルギーのような概念に対する厳密な境界線はない。本議論の目的に対しては、境界線を３８ｍＮ／ｍまたは３８ｄｙｎ／ｃｍ（室温で）に設定する。これは、それより上では例えば表面の印刷性がたいていは十分である値である。比較のため、純水の表面張力（＝表面エネルギー）を考察することができ、純水の表面張力は約７２ｍＮ／ｍである（なかでも温度に依存する）。
【０００８】
とりわけ、ＰＥ、ＰＰ、またはＥＰＤＭのような低エネルギーの基材、それにまた多くの塗料上では、感圧接着剤を使用する場合も、その他の接着材料またはコーティングを使用する場合も、満足のいく付着性の達成についての大きな問題がある。
【０００９】
貼付強度を改善するための（例えば火炎、コロナ、プラズマによる）下地の物理的前処理は、なかでも液状の反応性接着材料で一般的である。この物理的前処理の役割は、下地の浄化、例えば油を浄化することであってもよく、または有効面積を拡大するための粗面化であってもよい。
【００１０】
物理的前処理とは、たいていは表面の「活性化」のことである。これはたいてい、例えば鍵と鍵穴の原理に基づく化学反応とは異なり、非特異的相互作用を含意している。活性化は、たいていは濡れ性、印刷性、またはコーティングの定着性の改善を含意している。
【００１１】
自己接着テープの場合、下地に付着促進剤を塗布するのが一般的である。しかしこれは多くの場合、間違いが発生しやすく手間のかかる手作業の工程である。
【００１２】
下地の物理的前処理（火炎、コロナ、プラズマ）による感圧接着剤の付着性改善の場合の成果は普遍的ではない。なぜなら下地の物理的前処理は、例えば天然ゴムまたは合成ゴムのような非極性の接着剤には概して役に立たないからである。
【００１３】
コロナ処理は、２つの電極間の高い交流電圧によって生成されるフィラメント状放電による表面処理と定義されており、この場合は不連続な放電路が処理すべき表面に当たる。これに関してはＷａｇｎｅｒら、Ｖａｃｕｕｍ、７１  （２００３）、４１７〜４３６頁（非特許文献１）も参照されたい。プロセスガスとしては、さらなる必要条件なしで周囲空気を採用することができる。
【００１４】
とりわけ、「コロナ」という概念は産業用途ではたいてい「誘電体バリア放電」（英語：ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、ＤＢＤ）のことである。この場合、電極の少なくとも１つが誘電体、つまり絶縁体から成っているか、または誘電体、つまり絶縁体によってコーティングもしくは被覆されている。これに関しては基材が誘電体として機能することもできる。
【００１５】
コロナ処理の処理強度は、「ドーズ量」として［Ｗｍｉｎ／ｍ２］で示され、ドーズ量Ｄ＝Ｐ／ｂ×ｖであり、Ｐ＝電力［Ｗ］、ｂ＝電極幅［ｍ］、およびｖ＝進行速度［ｍ／ｍｉｎ］である。
【００１６】
ほとんど常に、基材は、電極と対向電極の間の放電空間内に配置されるかまたは放電空間を通過し、これは「直接的な」物理的処理と定義される。この場合、シート状の基材は、典型的には電極と接地されたロールとの間を通過する。時には、「吹き出されるコロナ」または「片側からのコロナ」という概念も使用される。これは、直接的な物理的処理と同等ではない。なぜなら従来技術によればこの場合は、プラズマを流出物として電極構成から基材の方向に放出するために強いガス流を必要とするからであり、またはその結果として、不規則な放電フィラメントがプロセスガスと一緒に「吹き出され」、したがって安定した、狙い通りに規定される、効率的な処理は不可能だからである。
【００１７】
ＦＲ２４４３７５３（特許文献１）からは、コロナ放電を用いた表面処理のための装置が知られている。この場合、両方の電極が、対象物の処理すべき表面の同じ側に配置されており、第１の電極は多数の先端から構成されており、第１の電極に沿って第２の電極の湾曲した構成が実現されている。両方の電極の間には、周波数４０キロヘルツで１２キロボルトの交流電圧が印加される。その際、力線に沿ったコロナ放電が、傍らを通り過ぎる表面に影響を及ぼし、かつ表面を活性化させ、これにより、コロナ効果によって処理された表面での感圧接着剤のくっつき特性が改善される。
【００１８】
様々な種類、形状、および厚さの材料の、より均一で強力なコロナ処理を可能にするのは、ＥＰ０４９７９９６Ｂ１（特許文献２）に基づいて２ピン電極を選択することにより、処理すべき材料の表面でのコロナ効果を完全に回避することであり、この場合、各ピン電極に対し、加圧のためのそれ自体の流路が存在している。電極の両方の先端の間でコロナ放電が発生し、このコロナ放電が、流路を通って流れるガス流をイオン化してプラズマに変換する。このプラズマはその後、処理すべき表面に達し、そこでとりわけ表面の濡れ性を改善する表面酸化を生じさせる。この種類の物理的処理は、処理が放電の生成場所では行われないので、（ここでは）間接的と呼ばれる。表面処理は大気圧または大気圧付近で行われるが、放電空間またはガス流路内の圧力は上昇させることができる。
【００１９】
ＥＰ０４９７９９６Ｂ１（特許文献２）のプラズマ機器は、１つの隙間につき電極幅４０ｃｍで１時間当たり３６ｍ３の範囲内のかなり強いガス流を有している。高い流速の結果として、活性化された構成成分の基材表面での滞在時間は短くなる。さらにまた、相応に長命で、ガス流によって移動可能なプラズマ構成成分しか基材まで到達しない。例えば電子はガス流によって移動できず、つまりこの場合は何の役割も果たさない。
【００２０】
プラズマとは、ここでは大気圧プラズマのことであり、大気圧プラズマは、電気的に活性化された均質な反応性ガスであり、熱平衡になく、作用領域において大気圧または周囲圧力の付近（＋／−０．０５ｂａｒ）あるいは大気圧または周囲圧力の圧力を有している。電界における放電およびイオン化プロセスにより、ガスが活性化され、ガス構成成分において高励起状態が生成される。使用されるガスおよびガス混合物はプロセスガスと呼ばれる。基本的にプロセスガスには、ガス状物質、例えばシロキサン、アクリル酸、または溶剤、またはその他の構成成分を混合することもできる。大気圧プラズマの構成成分は、高励起原子状態、高励起分子状態、イオン、電子、プロセスガスの元のままの構成成分であることができる。大気圧プラズマは真空中ではなく通常は空気中で生成される。これは、プロセスガス自体が既に空気でない場合でも、流れ出るプラズマが、少なくとも周囲の空気の構成成分を含むか、または周囲の空気に取り囲まれていることを意味する。
【００２１】
上記の定義に基づくコロナ放電の場合、印加された高電圧により、電子およびイオンがフィラメント状の放電路をつくりだす。とりわけ、軽い電子は高速で、たいていの分子結合を分断するのに十分なエネルギーで表面に当たる。分断された結合部位はその後、空気またはプロセスガスの構成成分とさらに反応する。重要な効果は、電子衝撃による短鎖の分解生成物の形成である。処理強度が比較的高い場合、有意な材料除去も生じる。
【００２２】
プラズマと基材表面との反応により、プラズマ構成成分はより強く直接的に「組み込まれ」る。その代わりに、表面上で励起状態または開いた結合部位およびラジカルを生成することができ、励起状態または開いた結合部位およびラジカルはその後、二次的に、例えば周囲空気からの空気中の酸素とさらに反応する。希ガスなどの多くのガスの場合、プロセスガス原子またはプロセスガス分子が基材に化学結合することは期待できない。この場合、基材の活性化は専ら二次反応を介して行われる。
【００２３】
間接的なプラズマ処理の場合、生成される電界の外で処理が行われるので、自由電子が存在する可能性があるが、これはプラズマ伝播の種類に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】ＦＲ２４４３７５３
【特許文献２】ＥＰ０４９７９９６Ｂ１
【非特許文献】
【００２５】
【非特許文献１】Ｗａｇｎｅｒら、Ｖａｃｕｕｍ、７１  （２００３）、４１７〜４３６頁
【非特許文献２】Ｊｏｅｒｇ  Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ、「Ｔｈｅ  Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ」、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ  Ｖｅｒｌａｇ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．  ＫＧａＡ、Ｗｅｉｎｈｅｉｍ、２０１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明の課題は、流速がないかまたは非常に小さい場合に、表面の間接的なコロナ処理を可能にする、冒頭に挙げた種類の装置を提供することである。
【００２７】
さらに本発明の課題は、高い流速、したがって高いガス消費量、および基材裏面の損傷のような前述の欠点も回避する、冒頭に挙げた種類の方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
装置に関し、上記課題は請求項１の特徴を有する冒頭に挙げた装置によって解決される。
【００２９】
この装置は、一番近い従来技術であるＦＲ２４４３７５３（特許文献１）とは一線を画している。本発明による装置は、第１の電極の先端ごとに１つの出口を有する少なくとも１つのプロセスガス流のための少なくとも１つのプロセスガス流路を特徴とし、この出口は作用領域の方向に向いており、かつ少なくとも１つのプロセスガス流が電界に当たり、かつ電界が少なくとも１つのプロセスガス流を好ましくは正確に１つのプラズマ流に変換し、かつプラズマ流が作用領域に当たる。
【００３０】
ＦＲ２４４３７５３（特許文献１）の直接的なコロナ処理に対し、本発明によれば、基材の表面処理はプラズマ流によって行われ、このプラズマは、好ましくは大気圧プラズマであり、しかしここでは短縮してプラズマと呼び、第１の電極と第２の電極の間のコロナ放電によって生成される。少なくとも１つのプロセスガス流路は第１の電極に沿って延びており、かつ少なくとも１つのプロセスガス流路内の少なくとも１つのプロセスガス流はプラズマ流に変換される。第２の電極が第１の電極より作用領域に接近して配置されているので、運転を開始した装置の力線は、主として作用領域への方向を示し、したがってプロセスガス流速が非常に小さいかまたはそれどころかない場合でさえ、プラズマの作用領域の方向への力線に駆動された移動が生じる。これにより、プロセスガス流速を有利には低減でき、それにもかかわらず作用領域の方向にプラズマが移動することにより、狙い通りの表面活性化が可能である。
【００３１】
本発明の意味において、プロセスガスは特別な化学種を生成し得るためだけに使われている。
【００３２】
第１の電極は、棒状に形成されており、かつプロセスガス流路の内部に配置されていることが好ましい。この実施形態では、正確に１つのプロセスガス流路および正確に１つのプロセスガス流が実現されるのが好ましい。これによりプロセスガスは、第１の電極を取り囲んで周りを流れ、特に高い割合でプラズマに変換され得る。プロセスガスは、プラズマをプラズマ源から基材の方向に放出する働きはまったくもっていない。
【００３３】
本発明のさらなる一実施形態では、第１の電極が、管状に形成されており、かつさらなるプロセスガス流路を包囲している。さらに管状の電極はプロセスガス流路の中心に配置されるのが好ましい。プロセスガス流路およびさらなるプロセスガス流路は、互いに隔てられており、かつ互いに平行に方向づけられている。この場合、さらなるプロセスガス流路は管状の電極の内部で実現されており、かつ電極は外側をプロセスガス流路に覆われている。プロセスガス流路は外被に取り囲まれており、かつ外被によって形成されている。
【００３４】
第１の電極は、外被よりも作用領域に接近して突き出ていることが好ましい。第１の電極は、高さ方向に沿って作用領域の方向に外被を越えて突き出ている。
【００３５】
しかしながら本発明の別の一実施形態では、電極が高さ方向において外被より短く形成されており、つまり外被が第１の電極より作用領域に接近して突き出ていてもよい。外被と異なる電極長さは、棒状の第１の電極でも管状の第１の電極でも選択することができる。
【００３６】
プロセスガス流路の長さおよび数が異なることにより、必要に応じて、表面処理のための個別に調整された装置を提供することができる。
【００３７】
コーティング用のプラズマシステムでは、プラズマにより活性化されて基材表面に当たるガスが、そこで堆積が行われた後でまた再び電極の方向に戻って渦を巻く可能性もあり、そしてそこでもやがてコーティングを形成することが分かった。コーティングの危険性を低減またはそれどころか完全に除去するには、第２の電極を棒状に形成し、かつ気密性の内層によって取り囲み、かつ気密性の内層とガス透過性で誘電性の外層との間にガス流路を設けることが好ましい。このガス流路はプロセスガス流路とは関係ない。第２の電極は接地された電極であることが好ましい。第２の電極は気密性の内層に取り囲まれており、したがって気密性の内層と、気密性の内層をまたさらに覆っているガス透過性で誘電性の外層との間のガスは、電極に達し得るのではなく、ガス透過性で誘電性の外層を通ってのみ第２の電極から流れ去る。第２の電極から離れていくこの流れにより、反射されたプラズマの沈積を妨害する。
【００３８】
特に好ましいのは、装置が１つの第１の電極および正確に１つまたは正確に２つの第２の電極を備えるだけでなく、それぞれ長手方向に方向づけられた複数の列に相前後して配置された複数の第１の電極と、第１の電極の列の１つに沿ってそれぞれ長手方向に延びている複数の棒状の第２の電極とを備えることである。本発明のこの実施形態では、第１の電極の完全な格子が実現されており、これにより大面積の表面処理が可能にされている。
【００３９】
方法に関し、課題は請求項９の特徴を有する冒頭に挙げた方法によって解決される。
【００４０】
この方法はとりわけ、上述の装置の１つまたは複数を用いて実施するのに適している。冒頭に挙げた方法の場合、少なくとも１つのプロセスガス流が少なくとも１つのプロセスガス流路を通り抜ける。少なくとも１つのプロセスガス流路は少なくとも１つの出口を有している。少なくとも１つのプロセスガス流は少なくとも１つの出口を作用領域の方向に出ていき、かつ少なくとも１つのプロセスガス流が電界に当たり、かつ電界が少なくとも１つのプロセスガス流をプラズマ空間に変換し、かつプラズマが作用領域に当たる。作用領域内には好ましくは基材表面が配置されており、かつプラズマ流がこの表面に当たり、そしてプラズマ流が、表面を例えば活性化するかまたは表面に対する感圧接着剤の粘着力を増大するその他の公知の物理的反応を表面で実施することにより、表面を活性化する。この種類の活性化は、基本的にＪｏｅｒｇ  Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ、「Ｔｈｅ  Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ」、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ  Ｖｅｒｌａｇ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．  ＫＧａＡ、Ｗｅｉｎｈｅｉｍ、２０１２（非特許文献２）から知られている。
【００４１】
プロセスガス流は、第１の棒状に形成された電極の外側で周りを流れるのが好ましいが、さらなるプロセスガス流が、管状に形成された電極の内部を通って流れることも考えられ得る。
【００４２】
本発明の一実施形態ではさらなるプロセスガス流が外被の内部で終端してプロセスガス流に移行し、その一方で本発明による方法の別の一実施形態では、棒状の電極が電極の外被より長く形成されており、したがってさらなるプロセスガス流は外被の外で終端し、それより後の時点で、また基材表面に対してより短い距離で初めて、プロセスガス流と混ざり合う。
【００４３】
第２の電極が上述の実施形態の１つにおいて形成されており、ガス流が第２の電極に沿って、またガス透過性で誘電性の外層を通り抜けて外へ流れることが好ましく、これにより第２の電極でのプラズマの沈積を阻止することができる。
【００４４】
本発明を６つの図における複数の例示的実施形態に基づいて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の実施形態における表面のプラズマ処理のための本発明による装置を示す図である。
【図２】表面のプラズマ処理のための装置の第２の実施形態を示す図である。
【図３】表面のプラズマ処理のための装置の第３の実施形態を示す図である。
【図４】表面のプラズマ処理のための装置の第４の実施形態を示す図である。
【図５】表面のプラズマ処理のための装置の第５の実施形態を示す図である。
【図６】図１〜図５での実施形態の１つの接地された電極の透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
表面２をプラズマ処理するための本発明による装置１の図１に概略的に示した第１の実施形態は、第１の電極４を備えており、この第１の電極は管状に形成されており、その内部でプロセスガス流路３を形成している。この実施形態では、第１の電極４とその外被が一致している。装置の運転中、プロセスガスは、プロセスガス流路３を通って、例えば１つの電極につきまたは電極の先端につき１０ｌ／ｍｉｎの少ない流量で案内される。プロセスガス流路３は、高さ方向Ｈとは逆に方向づけられた流れの方向において、出口５内で終端している。
【００４７】
図１では、第１の電極４の１つの電極先端４ａだけを示している。この電極先端４ａは、全体的に導電性材料、例えば特殊鋼、鉄、または銅合金から作製されており、かつ交流電圧源６に接続されている。交流電圧源６は、周波数１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚで、１８ｋＶ〜２０ｋＶの交互またはパルス状の高電圧を生成する。交流電圧源６は、第１の電極４のほかに、接地された第２の電極７に接続されている。第２の電極７は図１では断面で示されている。
【００４８】
第２の電極７は棒状に成形されており、図１の紙面に対して垂直に、長手方向Ｌにおいて配置されている。図１での装置１は、電極先端４ａと電極先端４ａに隣接する２つの第２の電極７との構成だけを取り出して示している。装置１全体は、長手方向Ｌにおいて１列に相前後して配置された複数の電極先端４ａを備えている。電極先端４ａの互いの間隔は等距離であり、電極先端４ａの列の長手方向Ｌに平行して、２つの棒状の第２の電極７が配置されている。図１では、電極先端４ａの列の両側で、それぞれ１つの第２の棒状の電極７が横断面で示されている。両方の第２の電極７は交流電圧源６と接続されている。それだけでなく、両方の第２の電極７の間を結ぶ線に対して平行で、長手方向Ｌに対して垂直で、高さ方向Ｈに対して垂直に延びている幅方向Ｂに沿って、長手方向Ｌに方向づけられた電極先端４ａの列が複数配置されており、つまり電極先端４ａの列が互いに平行に配置されており、２つの隣接する電極先端４ａの列の間にはそれぞれ１つの接地された棒状の第２の電極７が設けられている。
【００４９】
交流電圧が印加されると、管状の電極先端４ａの開口端部で電界が形成される。ただし、電極先端４ａの外壁と両方の第２の接地された電極７との間に（描き込まれていない）電界が形成され、この電界は電極先端４ａの出口５で特に強い。つまり運転中は電極先端４ａの出口５で特に強い電界が形成されている。電界の強さは、出口５から出ていくプロセスガス流がプラズマ流に変換される程強い。プラズマとは、ここでは様々な構成成分から成る混合物のことであり、この混合物は、高励起原子状態、高励起分子状態、イオン、電子、それにまたプロセスガスの元のままの構成成分を含んでいる。基材１１の表面２の方向に力線が形成されることによって既に、プラズマは電界に駆動されて基材１１の方向に移動する。
【００５０】
とはいえ電極先端４ａは、プロセスガスが貫流可能な管として形成されており、よって流れの方向が矢印で示されたプロセスガスは、電極先端４ａを通って出口５の方向に流れ、かつ出口５は基材１１の表面２の方向に向けられており、これにより、出口５を通り抜ける際にプラズマに変換される管内のプロセスガス流は、他方で追加的に基材１１の表面２の方向の移動成分を得る。
【００５１】
プロセスガス流の速度は、電極先端４ａ内で層流状の流れが形成され、この流れが電極先端４ａの出口５を出た後も、少なくとも実質的には層流のままであり、渦を巻かない程度の大きさにすぎない。
【００５２】
接地された第２の電極７は非導電性の誘電体８に覆われている。誘電体８は、交互またはパルス状の高電圧の、電極先端４ａと接地された第２の電極７との間のスパークを阻止する。交互の高電圧が印加されている間、非導電性の誘電体８内では電荷キャリアの交互の変位が形成され、しかしながら自由な電荷キャリアの電流フローは起こらず、したがってスパークによって生成される電流フローを遮断することができる。
【００５３】
図１での装置１は、両方の接地された第２の電極７が、電極先端４ａの出口５より装置１の作用領域９に接近して配置されていることも示している。電極先端４ａと両方の接地された第２の電極７との間に形成される力線は、作用領域９の方向を示す。図１では、作用領域９内に、処理すべき表面２を有する基材１１が示されている。
【００５４】
装置１の作用領域９は３次元の領域であり、この領域内では、基材１１の表面２が配置されており、かつ電極先端４ａから出てくるプラズマ流による所望の効率的な処理が施され得る。
【００５５】
プロセスガスは必要に応じて様々な組成であってよく、とりわけ、高い割合の窒素と、少量で添加された希ガスおよび水蒸気とから形成されることができ、これに関連してはプロセスガスの形成のために窒素９２．４〜９９．９体積％、希ガス０．１〜１０体積％、および水蒸気０〜２．５体積％が用いられるのが好ましい。ただしその他のプロセスガスも考えられ得る。基本的には、室温（またはそれより少し低い）〜２００℃で気体状のすべての物質を添加することができ、これらの物質はさらにコーティング特性も有することができる。
【００５６】
プラズマにより、表面２は冒頭で述べたように活性化され、これにより貼付強度が改善される。
【００５７】
図２は、表面２のプラズマ処理のための本発明による装置１の第２の実施形態を示す。同じ符号は、図２〜図６では図１におけるのと同じ特徴を意味する。
【００５８】
この場合も、１つの電極先端４ａおよび横断面での２つの接地された第２の電極７だけを示す概略図であり、装置１全体はここでも、長手方向Ｌの列において相前後して図平面に垂直に配置された複数の電極先端４ａを含んでおり、電極先端４ａは両側で、長手方向Ｌに延びている接地された第２の電極７を備えている。ここでもまた幅方向Ｂにおいて、電極先端４ａの列が複数設けられている。
【００５９】
第２の実施形態の電極先端４ａは、プロセスガス流路３の中心に配置された第１の電極４を含んでおり、第１の電極４は、外被１２に同軸で取り囲まれている。第１の電極４および外被１２が一緒に第１の電極先端４ａを形成している。電極先端４ａは、その他の実施形態においてもそうであるように、高さ方向Ｈに対して垂直な横断面では円形に形成されている。
【００６０】
図２に基づく第２の実施形態では、プロセスガスは、プロセスガス流路３に沿って高さ方向Ｈとは逆に流れ、かつ電極先端４ａの出口５から出ていく。図１とは異なりこの場合の力線は、外被１２と接地された第２の電極７との間ではなく、芯１４として電極先端４ａ内に設けられた第１の電極４と両方の接地された第２の電極７との間に形成される。
【００６１】
比較的小さな速度で出ていくプロセスガスは、第１の電極４と両方の第２の電極７の間で交互の高電圧によってつくりだされた電界の力線と交差してプラズマに変換され、このプラズマは第一には電界に駆動されて、第二にはプロセスガスから受けた運動エネルギーによっても、基材１１の表面２の方向に移動し、そして表面２にプラズマとして到達する。プラズマは、基材１１の表面２を活性化する。第１の電極４は、高さ方向Ｈに沿って電極先端４ａの出口５から少し突き出ている。
【００６２】
図３では、第２の実施形態の電極先端４ａに対し、高さ方向Ｈとは逆に電極先端４ａの出口５の少し前で終端している電極先端４ａが示されている。したがって第１の電極４ａの先端は第１の電極４の外被１２内に配置されている。外被１２は、装置１の作用領域９により接近するように導かれており、したがって基材１１の表面２と出口５との間隔は、図２に基づく実施形態におけるより小さくなっている。これにより、基材１１の表面２の限定的な領域の、限定的でより狙い通りの活性化を行うことができる。
【００６３】
図４では、表面２のプラズマ処理のための装置１の第４の実施形態が示されており、この実施形態もまた、電極先端４ａの構造形式においてのみその他の実施形態と異なっている。電極先端４ａはここでは、管状の第１の電極４および管状の第１の電極４と同軸の外被１２を備えている。第１の電極４は、交流電圧源６に接続されており、高さ方向Ｈに沿って外被１２の出口５を少し越えて、基材１１の表面２の方向に導かれている。図４に基づく実施形態では、第１の電極４の出口５が２つの異なる出口高さ５ａ、５ｂを有しており、これらの出口高さは、表面２および作用領域９からの距離が異なっている。一方の出口高さ５ａは、管状の第１の電極４の出口によって構成されており、もう１つの出口高さ５ｂは、第１の電極４の管状の外被１２の出口によって構成されている。第１の電極４の内部ではプロセスガス流路３が設けられており、その一方で第１の電極４の外壁と外被１２の内壁との間に管状のさらなるプロセスガス流路１３が配置されている。プロセスガス流路３からのプロセスガスも、さらなるプロセスガス流路１３からのプロセスガスも、電極先端４ａの両方の出口高さ５ａ、５ｂから出ていく際にプラズマに変換され、そして電界によってもプロセスガス自体の運動エネルギーによっても駆動されて、基材１１の表面２に達する。
【００６４】
図５に示した装置１の第５の実施形態でもまた、図４の電極先端４ａが変形されており、詳しくは外被１２が、高さ方向Ｈとは逆方向により長く形成され、かつ基材１１の表面２により接近するように導かれている。この場合は管状の第１の電極４の第１の出口高さ５ａが、外被１２の第２の出口高さ５ｂより基材１１の表面２から更に離れている。第４の実施形態と比べて、第２の出口高さ５ｂと表面２の間隔が明らかに小さい。これにより、集中されたより狭い領域内で、基材１１の表面２にプラズマを施すことができる。その他の点では、図４および図５の装置１は図１の装置に対応している。
【００６５】
図６では、図１〜図５の接地された第２の電極７のさらなる一実施形態を透視図で示している。第２の電極７は、導電性で棒状に形成された芯１４を備えており、この芯は交流電圧源６の接地された地電位と接続されている。芯１４は気密性の内層１５に完全に覆われており、かつ内層１５は、多孔質の外層１７から離れて、リング状のガス流路１６に覆われている。リング状のガス流路１６を通って、矢印で表したガス流が案内される。このガス流は、第２の電極７でのプラズマの沈積を阻止するかまたは少なくとも減少させる目的をもつ。ガスの分子は多孔質の外層１７を通って、接地された第２の電極７から出てあちこちに動き回る。この出ていくガス分子が、基材１１の表面２によって反射されるかまたは別の方式で第２の電極７に達するプロセスガス構成成分の沈積を阻止する。これにより、第２の電極７の耐用期間をかなり延ばすことができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  装置
２  表面
３  プロセスガス流路
４  第１の電極
４ａ  電極先端
５  出口
５ａ  出口高さ
５ｂ  出口高さ
６  交流電圧源
７  第２の電極
８  誘電体
９  作用領域
１１  基材
１２  外被
１３  さらなるプロセスガス流路
１４  芯
１５  気密性の内層
１６  リング状のガス流路
１７  多孔質の外層
Ｂ  幅方向
Ｈ  高さ方向
Ｌ  長手方向
【図１】
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【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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