(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して設けた一組の電極間に平らな被処理物を通過可能とし、前記平らな被処理物を雰囲気ガスの雰囲気にさらしつつ当該電極間に高電圧をかけてプラズマ放電領域を発生させて前記被処理物を処理する表面処理装置において、
重ね合わされた被処理物の両端を接合してチューブ状の被処理物とする密着機構と、
この密着機構で密着された被処理物を通し、内部空間を有する立体にチューブ状の被処理物が通過可能な被処理物通過口を設けてなる処理室と、
前記処理室の内部で前記被処理物が通る通路に対向させてそれぞれ配置した電極と、
前記各電極を通過したチューブ状の被処理物を圧接する圧接機構部と、
前記密着機構側からチューブ状の被処理物内部に突設してなるガス供給ノズルと、
前記圧接機構部を通過したチューブ状の被処理物の両端接合部を切断する切断機構
とを備えたことを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
対向して設けた一組の電極間に平らな被処理物を通過可能とし、前記平らな被処理物を雰囲気ガスの雰囲気にさらしつつ当該電極間に高電圧をかけてプラズマ放電領域を発生させて前記被処理物を処理する表面処理装置において、
重ね合わされた被処理物の両端を接合してチューブ状の被処理物とする密着機構と、
この密着機構で密着された被処理物を通し、内部空間を有する立体にチューブ状の被処理物が通過可能な被処理物通過口を設けてなる処理室と、
前記処理室の内部で前記被処理物が通る通路に対向させてそれぞれ配置した電極と、
前記各電極を通過したチューブ状の被処理物を圧接する圧接機構部と、
前記密着機構側からチューブ状の被処理物内部に突設してなるガス供給ノズルと、
前記処理室に設けたガス吸排気口と、
前記圧接機構部を通過したチューブ状の被処理物の両端接合部を切断する切断機構とを備えたことを特徴とする表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状、フィルム状，箔状、帯状あるいは板状等の平らな被処理物などに適する大気圧プラズマ放電による表面処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シート状、フィルム状、箔状、帯状、板状等の平らな被処理物の表面改質方法としては、塗工処理、酸アルカリ等への浸漬処理等の湿式処理方式、コロナ放電処理、フレーム処理および紫外線等による光改質処理方式、あるいは低温プラズマ処理等の乾式処理方式等が提案されている。このような処理方式の中でも低温プラズマ処理方式は、熱による材料への影響が無く、非接触で、しかも高速かつ均一に処理ができるほか、処理後の洗浄や乾燥などの処置が必要でないため、広く使用されている。なお、ここでいう低温プラズマ処理とは、低温プラズマ状態の処理雰囲気に被処理物の表面を接触させることにより表面改質を行う方法のことをいう。
【０００３】
また、低温プラズマ状態とは、「自由に動きうる多数の正イオンと負イオン（電子を含む）が巨視的に電気的中性を保って存在している状態と定義されるプラズマ状態のなかで、プラズマを構成している種のうち電子の平均エネルギーがイオンや中性種の平均エネルギーよりも大きな状態にあるプラズマ状態を指す」と定義されており、非平衡プラズマ状態とも呼ばれている。
【０００４】
ところが、低温プラズマは真空中でしか発生しないため装置が大型化し工程が煩雑になる問題があった。また、真空装置中で処理を行うためシート状物等を連続して処理することが難しいという問題もあった。
【０００５】
このような問題を解消するため、大気圧プラズマ放電処理方法と呼ばれる処理方法が提案されている。この大気圧プラズマ放電処理方法は、低温プラズマ処理方法の中でも誘電体を備えた対向した電極間をヘリウムガスあるいはヘリウムガスを主成分とした混合ガスで満たし、該電極間に高電圧をかけることで発生する大気圧低温プラズマ放電領域を利用して被処理物の表面を処理するものである。
【０００６】
この大気圧低温プラズマ処理は、特開平３−１４３９３０号公報に記載されているように、シート状の被処理物を連続的に放電処理する方法として提案されている。
【０００７】
図４は、従来の大気圧プラズマ放電による表面処理装置の概略図である。この図において、処理室１０１は中空状の立体で構成されており、この処理室１０１には被処理物通過路１０２が設けられている。この処理室１０１の内部には、被処理物通過路１０２に対向させて誘電体を備えた電極１０３が設けられている。これら電極１０３の間には、高圧電源１０４から高電圧を印加できるようにしてある。前記処理室１０１には、ガス供給口１０５と、ガス排気口１０６が設けられている。このガス供給口１０５には、ヘリウムガスあるいはヘリウムガスを主成分とする混合ガスが供給できるようにしてある。処理室１０１の内部のヘリウムガス又は混合ガスはガス排気口１０６から排気できるようにしてある。そして、被処理物１０７は、前記被処理物通過路１０２を通って電極１０３の間を通過するようになっている。
【０００８】
この表面処理装置において、ヘリウムガスあるいはヘリウムガスを主成分とする混合ガスはガス供給口１０５を介して処理室１０１に供給され、かつ処理室１０１の内部のヘリウムガス又は混合ガスはガス排気口１０６から排気される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の大気圧プラズマ連続処理装置は、特開平３一１４３９３０号公報に記載されているように、対向した電極１０３を備えた放電室１０１の内部をヘリウムガスあるいはヘリウムガスを主成分とする混合ガスで充満させた状態で放電させる方法をとるため、被処理面の両面に位置するガス組成が必然的に同じとなり、放電状態も同じになるため、被処理物の両面が同時に同一処理されてしまい、両表面の処理効果が異なった被処理物が得られないという問題があった。
【００１０】
本発明は、被処理物の片面のみを所望の表面処理することを可能とした表面処理装置を提供することを第１の目的としている。また、本発明は、処理された表裏面の特性が異なる被処理物を得ることができる表面処理装置を提供することを第２の目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するため、請求項１記載の発明に係る表面処理装置は、対向して設けた一組の電極間に平らな被処理物を通過可能とし、前記平らな被処理物を雰囲気ガスの雰囲気にさらしつつ当該電極間に高電圧をかけてプラズマ放電領域を発生させて前記被処理物を処理する表面処理装置において、
重ね合わされた被処理物の両端を接合してチューブ状の被処理物とする密着機構と、
この密着機構で密着された被処理物を通し、内部空間を有する立体にチューブ状の被処理物が通過可能な被処理物通過口を設けてなる処理室と、
前記処理室の内部で前記被処理物が通る通路に対向させてそれぞれ配置した電極と、前記各電極を通過したチューブ状の被処理物を圧接する圧接機構部と、
前記密着機構側からチューブ状の被処理物内部に突設してなるガス供給ノズルと、
前記圧接機構部を通過したチューブ状の被処理物の両端接合部を切断する切断機構とを
備えたことを特徴とする。
【００１９】
上記第２の目的を達成するために、請求項２記載の発明に係る表面処理装置は、対向して設けた一組の電極間に平らな被処理物を通過可能とし、前記平らな被処理物を雰囲気ガスの雰囲気にさらしつつ当該電極間に高電圧をかけてプラズマ放電領域を発生させて前記被処理物を処理する表面処理装置において、
重ね合わされた被処理物の両端を接合してチューブ状の被処理物とする密着機構と、
この密着機構で密着された被処理物を通し、内部空間を有する立体にチューブ状の被処理物が通過可能な被処理物通過口を設けてなる処理室と、
前記処理室の内部で前記被処理物が通る通路に対向させてそれぞれ配置した電極と、
前記各電極を通過したチューブ状の被処理物を圧接する圧接機構部と、
前記密着機構側からチューブ状の被処理物内部に突設してなるガス供給ノズルと、
前記処理室に設けたガス吸排気口と、
前記圧接機構部を通過したチューブ状の被処理物の両端接合部を切断する切断機構とを備えたことを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
図１および図２は本発明の第１の実施の形態を説明するためのものであり、図１は同装置の斜視図、図２は同装置の横断面図である。
【００３５】
これらの図において、表面処理装置は、密着機構５０と、処理室５１と、電極５３、５４と、高圧電源５５と、ニップロール部５６と、両端切断機構５７と、補助ローラ５８と、ガス供給ノズル５９とを備え、次のように構成されている。上側フィーダー部Ｒauには第１の被処理物６５ｕが巻かれており、下側フィーダー部Ｒadには第２の被処理物６５ｄが巻かれている。
【００３６】
この上側フィーダー部Ｒauは、密着機構５０の図示左上側に配置されている。また、この第２の被処理物６５ｄは、密着機構５０の図示左下側に配置されている。これら上側フィーダー部Ｒauおよび下側フィーダー部Ｒadは図示しない駆動装置により所定の速度で回転させられるようになっており、第１の被処理物６５ｕおよび第２の被処理物６５ｄが所定の速度で繰り出されるようになっている。
【００３７】
密着機構５０は、第１の被処理物６５ｕおよび第２の被処理物６５ｄを重ね合わせるとともに、それら重ね合わさった被処理物６５ｕ、６５ｄの両端部同士を密着してチューブ状に形成できるような構成としてある。この密着機構５０では、ヒートシール、インパルスシール、高周波シール等の熱シールや、ホットメルト接着剤の糊を塗布するグルーシール等が採用される。
【００３８】
この密着機構５０の図示右側には、処理室５１が配置されている。この処理室５１は、その内部に空間を有し、対向する面にチューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄが通過可能な被処理物通過口６０をそれぞれ設け、この被処理物通過口６０を前記チューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄが通過できる。
【００３９】
前記第１の被処理物６５ｕおよび第２の被処理物６５ｄの内部には、被処理物６５ｕ、６５ｄが移動する通路に対向させて電極５３、５４がそれぞれ配置されている。この電極５３、５４は、それぞれ表面をセラミック等の誘電体で覆われている。
【００４０】
前記電極５３、５４の図示右側には、圧接機構部であるニップロール部５６が配置されている。このニップロール部５６はチューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄを圧接してニップロール部５６の図示右側に混合ガスが漏れないようにしてある。
【００４１】
また、ガス供給ノズル５９は、一定の高さに固定されていて、かつ密着機構５０の図示左側からチューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄの内部であって電極５３、５４の直前まで突設配置されている。このガス供給ノズル５９は、混合ガス供給装置６１に連通されている。このガス供給ノズル５９は、図では円筒型をしているが、偏平の平らな形状のものであってもよい。
【００４２】
また、ニップロール部５６の図示右側には、両端切断機構５７が配設されている。この両端切断機構５７は、チューブ状にされかつ処理を終了した被処理物６５ｕ’、６５ｄ’の両端を切り裂いて、再び独立した第１の被処理物６５ｕ’と第２の被処理物６５ｄ’に分離できるようにするための機構である。
【００４３】
この両端切断機構５７の右側には一対の補助ローラ５８、５８が配置されており、第１の被処理物６５ｕ’と第２の被処理物６５ｄ’を圧接し、両端切断機構５７の機能を補助するようになっている。
【００４４】
この補助ローラ５８、５８を通過した第１の被処理物６５ｕ’と第２の被処理物６５ｄ’はそれぞれフィーダー部Ｒbu、Ｒbdに巻き取られるようになっている。このフィーダー部Ｒbu、Ｒbdは、駆動装置（図示せず）により一定の回転速度で回転できるようになっている。
【００４５】
電極５３、５４は高圧電源５５に接続されており、高圧電源５５から電力の供給を受けられるようになっている。
【００４６】
このように構成された第１の実施の形態の動作について説明する。被処理物６５ｕ、６５ｄは、フィーダー部Ｒau、Ｒadから供給される。これら被処理物６５ｕ、６５ｄは、密着機構５０において重ね合わされるとともに各被処理物６５ｕ、６５ｄの両端同士が密着される。これにより、これら被処理物６５ｕ、６５ｄはチューブ状に形成される。
【００４７】
前記ガス供給ノズル５９からはヘリウムガスの単成分ガスまたはヘリウムガスを主成分とする混合ガスの処理ガスがチューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄの内部に常に供給されている。この処理ガスは、ヘリウムガスあるいはヘリウムガスを主成分とする混合ガスであることが必要であり、かつ望ましくは、ヘリウムガス５０〜１００体積％とアルゴン０〜５０体積％の組成の不活性ガスが混合ガス全体の９５体積％以上であることが好ましい。これらの放電ガスに添加するガスは表面処理目的によって種々のガスから選択することができる。例えば、親水性を高めるためには酸素、炭酸ガス、窒素、水素、一酸化ガス等の無機ガスを添加するとヘリウムガスからなる単成分ガス又はヘリウムガスを主成分とする混合ガスの場合より親水性が増す効果がある。被処理物の処理表面の撥水性を高めるためには、メタン、エチレン等の炭化水素、あるいはＣＦ４等の極性の低いガスを添加するとよい。この処理ガスがチューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄに供給されることにより、被処理物６５ｕ、６５ｄは図示のごとく所定の幅に膨らんだ状態で電極５３、５４の間を通過する。
【００４８】
また、電極５３、５４に高圧電源５５から高電圧が印加されることにより、被処理物６５ｕ、６５ｄの包摂する空間に処理ガスが満たされていることから、被処理物６５ｕ、６５ｄの包摂する空間には安定したグロー放電プラズマが発生し、チューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄの内側表面のみがグロー放電プラズマにより処理されることになる。
【００４９】
そして、処理が終わったチューブ状の被処理物６５ｕ’、６５ｄ’は、ニップロール部５６を通り、両端切断機構５７によりチューブ状の被処理物６５ｕ’、６５ｄ’の両端部が切り取られた後、補助ローラ５８を通過して、第１の被処理物６５ｕ’はフィーダー部Ｒbuに、第２の被処理物６５ｄ’はフィーダー部Ｒbdに、それぞれ巻き取られる。
【００５０】
このような第１の実施の形態によれば、チューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄを処理室５１内の電極５３、５４の間を通過させ、単成分ガス又は混合ガスの処理ガスを密着機構５０側からガス供給ノズル５９を介してチューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄの内部に満たし，電極５３、５４間に高電圧をかけることにより大気圧プラズマ放電領域を被処理物６５ｕ、６５ｄの内部の片面のみに発生させて、被処理物６５ｕ、６５ｄの片面のみを大気圧プラズマ放電処理をすることができる。
【００５１】
上記第１の実施の形態では、二つの被処理物６５ｕ、６５ｄの両端を密着させてチューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄとしていたが、これに代えて１枚の被処理物６５を流れ方向に中心から折り、両端をチューブ状に形成してもよい。この場合、ガス供給ノズル５９の配置状態を重ね合わせる側から入れるようにする必要がある。
【００５２】
また、密着機構５０から電極５３、５４の間にガイドベルトを配置し、被処理物６５ｕ、６５ｄの端部同士を上記ガイドベルトで挟み込むことにより被処理物６５ｕ、６５ｄのチューブ状にして、被処理物６５ｕ、６５ｄで内包する空間を設けるようにしてもよい。この場合には、ガイドベルトおよびガイドベルトを固定する部材を、全て放電に影響しない誘電性素材のものとする必要がある。
【００５３】
さらに、上記実施の形態では、圧接機構部は、ニップロール部５６がロールで被処理物６５ｕ、６５ｄを圧接する方式としたが、これに限らず上記チューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄで内包する空間に充填された処理ガスが流出しないような構造であればどのような構造であってもよい。例えばシールバーを設けてシールすることにより、上記チューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄで内包する空間に充填された処理ガスが流出するのを防止してもよい。この場合、断続的にシールすることになり、内面だけ表面処理した袋状の構造物を得ることができる。
【００５４】
〔第２の実施の形態〕
図３は本発明の第２の実施の形態を説明するための断面図である。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態における処理室５１にも混合ガスを導入できるようにしたものである。したがって、第１の実施の形態と同一構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５５】
すなわち、第２の実施の形態は、処理室５１ａの一面にガス吸気口６７を、処理室５１ａの他面にガス排気口６８を、それぞれ設けたものであり、他の構成は第１の実施の形態と全く同一構成としたものである。
この第２の実施の形態によれば、ガス吸気口６７とガス排気口６８とを利用して処理室５１ａの内部に、チューブ状の被処理物６５ｕ、６５ｄの内包する雰囲気内のガスとは組成の異なるガスを充満させることができる。
このため、被処理物６５ｕ、６５ｄの表裏面を同時に異なる表面処理を行うことができる。
【００５６】
【実施例】
以下．本発明の具体的実施例を説明する。
【００７６】
（実施例１〜３）
被処理基材として、３００ｍｍ幅の二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（２５μ）の、両端部分に１０mm幅で流れ方向にヒートシールラッカーをパートコートしたフィルム２本を使用し、図２における密着部５０で２枚の上記処理基材の両端部同士をヒートシールすることにより、チューブ状とし、誘電体で表面を覆った対向する電極５３、５４間に通す。該チューブ状被処理基材６５u、６５ｄの内包する空間に、表１中の内側処理ガスの項に示す処理雰囲気ガスを、表記の流量にて供給し、図２における処理室５１内に、表１中の外側処理ガスの項に示す処理雰囲気ガスを、表記の流量にて供給した．５ＫＨｚの高周波電源により上記電極間の該チューブ状被処理基材の包接する空間でグロー放電プラズマを発生させ、或いは該チューブ状被処理基材の内側と外側で異質のグロー放電プラズマを発生させ、大気圧グロー放電プラズマ処理を施した。その後ヒートシール部を両端切断機構５７で切り裂いて独立した表面改質基材を得た。加工速度は２０ｍ／分とし、放電出力は１．５ＫＷとした。放電状態を表１に示す。
【００７７】
（比較例１）
上記チューブ状被処理基材の内包する空間に供給する処理雰囲気ガスを、表１中に記載するように変更した以外は実施例１と同様に大気圧グロー放電プラズマ処理を行い、表面改質基材を得た。放電状態を表１に示す。
【００７８】
（比較例２）
被処理基材として、３００mm幅の二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（２５μ）を使用し、図３に示す如き大気圧グロー放電プラズマ処理装置を用いて、図３における処理室５１内を表１中の外側処理ガスの項に示す処理雰囲気ガスを、表記の流量にて満たし、５ＫＨｚの高周波電源により表面を覆った対向する電極間にグロー放電プラズマを発生させ、大気圧グロー放電プラズマ処理を施し、表面処理基材を得た。加工速度は２０ｍ／分とし、放電出力は１．５ＫＷとした。放電状態を表１示す。
【００７９】
（比較例３）
比較例３として、表面改質していない二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（２５μ）を用いた。
【００８０】
こうして得られた表面改質基材について、表裏面の蒸留水の接触角、及び濡れ試験液による表面の濡れ指数を以下に示す方法に従って測定した。結果を表２に示す。なお被処理基材は、チューブ状に成型した際の内側表面をオモテ面、外側表面をウラ面とした。
水接触角 … 被処理物の各表面の純水の接触角を接触角計（協和界面科学株式会社製、ＣＡ−Ｚ型）用いて測定した。単位は角度である。
【００８１】
【表１】
0003844151.tif 000002
【００８２】
【表２】
0003844151.tif 000003
【００８３】
以上から、本発明の実施例１、２では、オモテ面のみが効果的に表面改質されており、ウラ面には全く影響がないのが分かる。また放電も安定しており、均一に処理されていることが分かる。一方比較例１では、処理雰囲気ガス中に占めるヘリウムガスの濃度が５０％未満であるため、安定したグロー放電プラズマが得られず、処理の均一性が低い。また比較例２ではオモテ面、ウラ面ともに同様の特性を有する表面となり、表裏面の表面特性を異にすることは出来ない。さらに本発明の実施例３では、オモテ面を撥水性に、ウラ面を親水性に同時に表面改質されていることが分かる。加えて本発明の大気圧グロー放電プラズマ処理方法を用いることで、高価な処理雰囲気ガスの使用量を大幅に抑えることが出来ると言える。
【００８９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、重ね合わされた被処理物の両端を接合してチューブ状の被処理物とする密着機構と、この密着機構で密着された被処理物を通し、内部空間を有する立体にチューブ状の被処理物が通過可能な被処理物通過口を設けてなる処理室と、前記処理室の内部で前記被処理物が通る通路に対向させてそれぞれ配置した電極と、前記各電極を通過したチューブ状の被処理物を圧接する圧接機構部と、前記密着機構側からチューブ状の被処理物内部に突設してなるガス供給ノズルと、前記圧接機構部を通過したチューブ状の被処理物の両端接合部を切断する切断機構とを備えたので、被処理物の片面のみをプラズマ処理することができる。
【００９０】
請求項２記載の発明によれば、重ね合わされた被処理物の両端を接合してチューブ状の被処理物とする密着機構と、この密着機構で密着された被処理物を通し、内部空間を有する立体にチューブ状の被処理物が通過可能な被処理物通過口を設けてなる処理室と、前記処理室の内部で前記被処理物が通る通路に対向させてそれぞれ配置した電極と、前記各電極を通過したチューブ状の被処理物を圧着する圧接機構部と、前記密着機構側からチューブ状の被処理物内部に突設してなるガス供給ノズルと、前記処理室処理室に設けたガス吸排気口と、前記圧接機構部を通過したチューブ状の被処理物の両端接合部を切断する切断機構とを備えたので、被処理物の両面をプラズマ処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】同第１の実施の形態を示す横断面図である。
【図３】同第２の実施の形態を示す横断面図である。
【図４】従来装置を示す断面図である。
【符号の説明】
５１、５１ａ  処理室
５３、５４    電極
５５    高圧電源
５６    圧接機構部
５７    両端切断機構
５８    補助ローラ
５９    ガス供給ノズル
６０    被処理物通過口
６５ｕ、６５ｄ    被処理物
【図１】
0003844151.tif 000004
【図２】
0003844151.tif 000005
【図３】
0003844151.tif 000006
【図４】
0003844151.tif 000007