(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスが流れるノズル通路（１２）を区画形成する管状の電気的に導電性のハウジング（１０）と、
前記ノズル通路で同軸方向に配置された電極（１８）と、
前記電極と前記ハウジングとの間に電圧を印可する高周波発生器（２０）とを備え、
前記ノズル通路（１２）の出口部が、前記ノズル通路の縦方向の軸に対して横方向に伸びる狭いスロット（３４）として構成されていることを特徴とする、表面処理のための、特にプラスチックの表面の前処理のためのプラズマノズル。
【請求項２】
前記ハウジング（１０）が、螺旋装置（１６）を含み、
前記螺旋装置が、前記ノズル通路（１２）において作動ガスを螺旋状にする請求項１記載のプラズマノズル。
【請求項３】
横方向通路（３２）が、前記スロット（３４）と平行に伸び、そして前記スロット（３４）に接続しており、
前記ノズル通路（１２）が、前記横方向通路（３２）に吐出する請求項１又は２記載のプラズマノズル。
【請求項４】
前記ノズル通路（１２）が、出口端部で円錐状に先細であり、
前記ノズル通路（１２）が、前記横方向通路（３２）の中央領域でのみ前記横方向通路に接続された請求項３記載のプラズマノズル。
【請求項５】
前記横方向通路（３２）が、両端部で開口となっている請求項３又は４記載のプラズマノズル。
【請求項６】
前記ハウジング（１０）の内壁が、プラズマノズルの出口端部で前記横方向通路（３２）の開口端部からの所定の距離を置いた位置にあり、
前記ハウジング（１０）の内壁が、前記横方向通路の端部から前記スロット（３４）の側部に向けて、発生したプラズマを偏向させる請求項５記載のプラズマノズル。
【請求項７】
環状通路（３０）が、前記ハウジング（１０）により境界を定められ、前記スロット（３４）と同一の側に向かって開口し、
前記横方向通路（３２）の端部が、前記環状通路（３０）に向けて吐出する請求項６記載のプラズマノズル。
【請求項８】
前記スロット（３４）と前記ノズル通路（１２）の出口端部とが、前記ハウジング（１０）の端部に挿入された口部（２４）内に形成される請求項１〜７の何れかに記載のプラズマノズル。
【請求項９】
前記口部（２４）が金属製である請求項８記載のプラズマノズル。
【請求項１０】
補助エアー（４４）を前記スロット（３４）の平面に対して直角の方向で集中させるように、前記スロット（３４）から発生するプラズマジェット（３６）に対して補助エアーを導くエアー分配器（４２）が、前記ハウジング（１０）の外側に設けられた請求項１〜９の何れかに記載のプラズマノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面処理のためのプラズマノズルに関し、特にプラスチックの表面の前処理のための作動ガスが流れるノズル通路を区画形成する管状の電気的に導電性のハウジングと、電極と当該ハウジングとの間に電圧を供給する高周波発生器とを備えたプラズマノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のプラズマノズルは、ドイツ国出願ＤＥ１９５３２４１２Ａ１に記載されており、例えば、プラスチックの表面の前処理のために用いられ、プラスチック表面上への粘着剤、印刷用インキ及びこれに類するものの適用を可能とし、或いは容易にする。このような前処理は次のような理由から必要とされる。即ち、プラスチックの表面は、通常の状態においては、液体に対して濡れ性が良くなく、そのため印刷用インキ又は粘着剤を受け付けないからである。この処理によって、プラスチックの表面構造を変化させ、その結果として、比較的に大きな表面張力を有する液体に対しても、濡れ性が良くなる。前処理された表面を濡らすことができる液体の表面張力は、前処理の品質の指標となる。
【０００３】
公知のプラズマノズルによって、比較的に冷たいが比較的反応性のプラズマジェットが達成されるが、そのジェットは、ロウソクの炎のような形状と寸法を持ち、その結果、比較的に深い起伏を持つプロファイル形状の部品の前処理を可能としている。高反応性のプラズマジェットにより、短時間の前処理で十分であり、そのため、ワークピースは、比較的に高速度でプラズマジェットに対して通過移動させれば良い。このように比較的低温度のプラズマジェットは、熱感応性プラスチックの前処理も可能としている。ワークピースの背面に対向電極を必要としないので、任意の厚さのブロック状のワークピース、中空体及びこれに類するものの表面を、問題なく処理することが可能である。より大きな表面を均一に前処理するために、前記の公報では、互い違いに配置された複数の一式のプラズマノズルを提案している。しかしながら、この場合には、装備のために高いコストが必要とされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、非常に小型な構造であるにも関わらず、ワークピースの大きな表面を処理することが可能なプラズマノズルを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述のように称される種のプラズマノズルの場合において、ノズル通路の出口部が、ノズル通路の縦方向（長手方向）の軸に対して横方向に伸びる細いスロットとして構成されることによって、この目的は達成される。
【０００６】
驚くことに、その様な出口部のスロットを用いることによって、プラズマジェットの幾何学的配列を効果的に変化させることが可能となる。プラズマジェットは、もはやロウソクの炎のような形状ではなく、それに代わって、スロット内で極限に膨張する。その結果として、ワークピースの表面の２次元であるにも関わらず均一なプラズマ処理が可能となる。ワークピースの表面がプラズマノズルの開口部の正面に広がっている場合、プラズマが扇の発散する縁で外側に向かって流れ、結果として扇の内部で減圧し、扇形状のプラズマジェットがワークピースに文字通り「引き寄せ」られ、その結果としてワークピースの表面が反応性のプラズマに密接に接触し、従って非常に効果的な表面処理が達成される。
【０００７】
本発明の有利な展開は、従属項より生ずる。
【０００８】
従来のプラズマノズルの場合のように、作動ガスをノズル通路において螺旋状に回転させることが可能である。さらに、螺旋状に回転したプラズマジェットは、出口部のスロットにより、広がった扇形状とすることが可能である。プラズマノズルの開口部で正面から見た場合に、その螺旋状の回転は、扇の僅かなＳ字形状の捻れをもたらすに過ぎない。
【０００９】
スロットの長さの全面に渡るプラズマの強度配分は、例えばスロットの幅を長さ以上変化させることにより、制御される。しかしながら、好ましい実施形態において、当該スロットに平行に伸び、より大きな断面を有する横方向通路が、横方向のスロットの上流側に直接的に配置されている。当該横方向通路において、プラズマが実際の出口部のスロットに進入する前に当該プラズマが配分される。スロット及び横方向通路を含むノズル通路の出口部が、ハウジングに圧入或いはねじ込みされた絶縁性の材料（セラミック）又は好ましくは金属から独立した口部によって形成される場合、この配置は特に容易に作り出される。
【００１０】
横方向通路が、何れかの端部で開口し、これらの開口端部が、所定のクリアランスのみで、ハウジングの壁面により取り囲まれていることが好ましい。その結果として、一部のプラズマは、横方向通路の端部で発生することが可能であり、そして、ハウジングの壁面によってワークピースの方向のおいて傾斜して偏向される。さらに、プラズマの扇は、扇をまさに広げて特に強い縁部のジェットにより、何れかの縁部で拘束される。これらにより、扇の形状及び扇内部でのプラズマジェットの強度の配分が調整される。その結果として、例えば、プラズマの扇の下流の縁部が凹形状を帯び、扇が広がった形状を装う。このことは、円筒状のワークピースのような凸状に湾曲したワークピースの前処理に特に有効である。また、それだけでなく、ワークピースに到達する前に扇の縁領域においてプラズマが覆う必要があるより長い距離が、対応したプラズマジェットのより大きな強度によって補償されるので、平坦なワークピースの前処理にも有効であることを証明している。横方向通路の開口端部をプラズマノズルのハウジング内に引っ込ませる深さを変化させることによって、扇の輪郭を変えることが可能である。その結果として、例えば、必要であるならば、扇の下流の縁の凸状の湾曲部をも到達させることが可能である。
【００１１】
扇の平面に対して直角の方向にさらに扇を包むために、扇の平面の両側上で、プラズマノズルのハウジングの外側ケーシングで、補助エアーを供給することが可能である。この場合、プラズマノズルのハウジングの外側表面が開口領域において円錐状でなく角柱状である場合が適当であり、その結果として扇の平面に向かって集中する２つの平坦な表面が形成されても良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて、本発明の実施例について詳述する。ここにおいて、
図１は、プラズマノズルの軸方向の断面を示す。
図２は、図１の断面平面に対して直角方向のプラズマノズルの軸方向の断面を示す。
図３は、他の実施形態の図２に類似した断面を示す。
【００１３】
図に示すように、プラズマノズルは、下端部で円錐状に先細となる広がったノズル通路１２を形成する管状のハウジング１０を有する。電気的に絶縁するセラミック管１４がノズル通路１２に挿入されている。空気等の作動ガスが、図中の上部の端部からノズル通路１２に供給され、セラミック管１４に挿入された螺旋装置１６により螺旋状にされる。その結果として、図において螺旋形の矢印で示されているように、作動ガスが渦を巻いてノズル通路１２を通過する。そして、ノズル通路１２に、ハウジングの軸に沿って伸びる渦巻の中心部が形成される。
【００１４】
同軸方向にノズル通路１２に突出するピン状の電極１８が、螺旋装置１６に設けられており、当該電極１８は、高電圧発生器２０によって高電圧が印加されている。高周波発生器２０により発生される電圧は、数［ｋＶ］の水準であり、例えば２０［ｋＨｚ］の水準の周波数を有する。
【００１５】
金属からなるハウジング１０は、接地されており、対向電極として機能する。その結果として、電極１８とハウジング１０との間で電気放電が発生する。電圧が印加されると、まず、直流電圧の高周波及びセラミック管１４の誘電特性により、螺旋装置１６と電極１８とにコロナ放電が生じる。このコロナ放電により、電極１８からハウジング１０へのアーク放電が発生する。この放電のアーク２２は、螺旋状の作動ガスの流れにより、ガスの流れの渦巻の中心部に運ばれ、その結果として、アークは電極１８の先端部からハウジングの軸に沿ってほとんど直線状に伸び、ハウジング１０の開口部の領域においてのみ放射状にハウジングの壁に向かって分岐する。
【００１６】
ハウジング１０の開口部において、銅製の円筒状の口部２４が挿入され、当該口部の軸方向の内側端部が、ハウジングの肩部２６に対向するように位置されている。ノズル通路１２の円錐状に先細となる端部は、同一の角度又は僅かに変化した円錐の角度で連続的に口部２４に伸びている。アーク２２が、口部２４の内部で、当該口部の円錐状の壁面に向かって分岐する。
【００１７】
図１において下側端部であるその非接触の端部で、口部２４は、直径が減少する区域２８を有しており、当該区域２８が、ハウジング１０の周囲の壁面と共に、その開口部の方向に開口する環状通路３０を形成する。ノズル通路１２の円錐状の先細となる端部が、横方向通路３２に放電する。当該横方向通路３２は、セクション２８で横方向の孔によって形成され、環状通路３０に向かって両端で開口となっている。口部を通じて直径方向に貫通し、口部の端部表面に向かって開口する、より幅の狭いスロット３４が、図２に示す円形の断面を有する当該横方向通路３２に隣接する。
【００１８】
ノズル通路１２を通して螺旋状に流れる作動ガスが、螺旋の中心部でアーク２２と密接な接触をする。その結果として、比較的低い温度の高反応性プラズマが生成される。当該プラズマは、横方向通路３２において分配され、そして部分的にプラズマノズルからスロット３４を通して、及び部分的に横方向通路３２の開口端部及び環状通路３０を通しても発生する。このように、平坦な扇形状のプラズマジェット３６が生成され、ノズルの軸の周囲より縁領域３８におけるプラズマジェットの密度及び流速が大きくなる。従って、中央部より縁部でのプラズマジェット３６の到達距離が長くなり、その結果として、プラズマジェットの下方向の縁部４０が凹形状の湾曲を有し、扇の全体が、先が広がった形状を帯びる。プラズマジェットのこの形状は、図示しないがプラズマジェットをワークピースに対して具合良く位置させる。
【００１９】
図３は、他の実施形態を示す。他の実施形態において、環状通路及び横方向通路は存在せず、口部は、ハウジング１０の対応する傾斜した表面に隣接する傾斜した表面によりスロット３４の両側上に非接触の端部で接合されている。この際、ハウジング１０は、エアー分配器４２により囲まれている。補助ガス４４が、エアー分配器４２を通じて両側からハウジング及び口部２４の傾斜表面に平行に、スロット３４から発生するプラズマジェット３６上に流れる。これにより、扇形状のプラズマジェットを包み、扇の平面に直角方向における当該プラズマジェットの早期の拡散を防止する。同時に、プラズマジェットのワークピースへの表面との密接な接触が、当該補助エアーにより支援される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、プラズマノズルの軸方向の断面を示す。
【図２】図１の断面平面に対して直角方向のプラズマノズルの軸方向の断面を示す。
【図３】他の実施形態の図２に類似した断面を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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