大気圧プラズマ法による易接着処理技術の開発
The Development of Adhesion Technology Using Atmospheric Pressure Glow Plasma Processing

福田和

浩＊

近Fukuda, Kazuhiro

藤慶

和＊Kondo, Yoshikazu

要旨
イメージング表示部材において、機能性薄膜と基材との接着性は重要な因子である。この接着性向上を目的に
環境適性＆高生産性

大石清＊

Oishi, Kiyoshi

２

戸田

義朗＊

Toda, Yoshirou

大気圧プラズマの概要

大気圧プラズマとは、通常真空下でしか発生できないをキーワードとし、塗布工程とグロー放電状態を特殊な手法により大気圧下で発生さ連動して、インラインかつ高速処理可能な大気圧プラズせ、それにより生じた活性種（ラジカル･ イオン･ 電子マ表面処理装置を開発した。この装置による処理効果は等）による、汚れ（有機物）除去などの洗浄効果、表面従来技術に比べて非常に高いことを実証した。更にこのに凹凸形状を形成する粗面効果、表面処理などの活性効処理技術を、高度な接着力が要求される銀塩感材の接着果を利用するものである。更には製膜などへの応用も可技術に応用した結果、処理条件を最適化することで、非能な汎用性の高い技術である。また大気圧ゆえ、真空に常に高い接着力が得られた。

比べプラズマ密度も高密度であり、高度の処理が期待できるだけでなく、インラインで連続処理が可能であり、Abstract

前後の工程との連動ができることから生産性が高いのもWe have developed high-speed, continuous process-特徴である。

ing equipment utilizing atmospheric pressure glow plasma

この基本発明は、1988年上智大学、岡崎先生・小駒先

processing. This equipment enables inline continuous treat-

生によりなされたものであり、この大気圧プラズマを生

ment coupled with a coating process and has obtained a

成するための特殊な手法は、以下の内容である

drastic increase in adhesion strength over traditional sur-１．電極表面に誘電体を設ける。

face treatment technology. When processing conditions are

２．電極間に高周波電界を印加する。

adjusted to optimum, this equipment obtains exception-

３．He 等の希ガスを放電ガスとして使用する。

ally high adhesive strength, an important requirement in
Fig.１に概念的な装置構成(a)と放電状況(b)を示す。

the production of photographic films.

１

はじめにイメージング表示部材には各種機能性薄膜が用いられているが、それら機能性薄膜は、各種基材上に設けられて１つの機能製品となる。この１つの機能製品を形成する上で、これら薄膜と基材との接着性は重要な因子の１つである。特に銀塩感材においては、現像処理という、薄膜状態が大きく変化する過酷な環境下に曝されるため、高度な接着性が要求される。それゆえ、従来は新たに接着層を設けるWET処理が主流であった。
ここでは、新たな接着層を設けることなく、高度な接着性を達成出来る可能性が高く、環境適性に優れたDry処Fig.1 概念的な大気圧プラズマ装置図と放電状況理であり、更に塗布工程等と連動できる高速インライン大気圧プラズマ法を開発した。これら技術の基礎となる大気圧プラズマ法を中心に、親和性理論・接着メカニズ
ム・評価技術を含めて報告する。

３

処理装置と処理能力

３．１

処理装置

今回開発したインライン式処理装置をFig.２に示す。後＊コニカミノルタテクノロジーセンター㈱NCT 開発センター

工程の塗布乾燥工程と連動できるシステムである。

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Fig.2

塗布乾燥工程と連動するインライン式
大気圧プラズマ処理装置図

Fig.4 表面エネルギーの経時劣化比較

３．２

処理能力a） 表面改質度比較

以上により、大気圧プラズマ法による処理効果は、非上記インライン装置を用いて60m/minでPETフィル

常に高いことが実証できたと考える。

ムを搬送させ表面処理したサンプルと、UV照射及びコロナ処理した比較サンプルの表面改質度を比較したものをFig.３に示す。ここでは表面改質度として、親水性を反映する表面エネルギーの水素結合成分（γ h）で表現した。

４実用特性

次に銀塩感材の接着に適用した結果を報告する。銀塩
感材は特に現象という過酷な処理に曝され、接着界面がここで、表面エネルギーは、基材表面に対する沃化メ大きく変化する為、高度な接着技術が必要となる。前記

チレンおよび水の接触角より Young-Fowkes 式を用い

Fig.３で示した処理条件でインライン処理し、続けて銀塩て算出した。

感材用塗布液を塗布乾燥させ、その塗膜のPET基材に対AGP処理の表面改質度が非常に高いことが確認されする接着力を定量化した。
４．１

た。

接着評価法

JIS−K6854規格に準じ、引っ張り試験器を用いて、Ｔ字剥離試験にて塗膜接着力を定量化した。測定物は、現像前後の塗膜付き基材で、測定環境をRT（25℃，50％）で実施した。
４．２

結果作成した銀塩感材の塗膜付き基材に対し現像処理を行い、現像処理前後での塗膜の接着力を評価した結果をFig.５に示す。
現像前では接着力が大幅に向上するが、現像後はコロナ処理も含めむしろ接着力が劣化する現象が生じた。

Fig.3 表面処理に伴う表面エネルギーの増加比較b） 経時安定性
次に表面改質度の経時変化の評価結果を Fig. ４に示す。表面エネルギーは徐々に経時劣化していくものの、他の処理法に比べ、大気圧プラズマ処理品は高い改質度を維持していることが確認された。
Fig.5 現像処理前後での接着力36

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４．３

解析

その結果をFig.８に示す。結果よりGas４の条件のみ表

現像処理により生じた接着力の劣化に対し、剥離界面面エネルギーの水素結合成分γhが低下することから、の表面分析を行った。Table １がＣ、Ｏ、ＮについてピッGas４条件においては、PET基材が疎水化処理されたものクアップしたESCA組成分析結果であり、Ｃ成分が増大しと考える。ているのが分かる。更に大気圧プラズマ処理サンプルの剥離面に於いて、Ｃ元素のESCAピークを分解し、結合状態を調べたものがFig.６である。大気圧プラズマ処理に於いて剥離面には、現像処理により界面状態が変化し、Ｃ−Ｈ結合の有する比較的低分子の物質が、その接着界面に偏析したものと推察する。その概念図を、Fig.７に示す。
Table 1 基材表面の ESCA 組成分析

Fig.8 基材表面の表面エネルギー解析

５．２

接着効果

前記表面処理条件と同条件にてインライン処理し、同様に続けて銀塩感材用塗布液を塗布乾燥させ、その塗膜のPET基材に対する接着力を定量化した。その結果を、
Fig.6 AGP 処理基材側の塗膜剥離面のC 元素結合状態の ESCA 分析

Fig.９に示す。疎水化処理したGas４条件のみ現像前後での接着力が両立できるのが確認できる。

Fig.7 AGP 処理基材側剥離面の状況（概念図）

５

Fig.9 現像処理前後での接着力比較

親和性理論に基づく接着向上検討

５．１

親和性理論

以上より、新たな接着層を設けなくとも、新規開発し前記推察を基に、親水基を有する飽和脂肪酸の偏析のた大気圧プラズマ処理装置を用いて処理条件を適性化す抑制法として、表面エネルギーに基づく親和性理論を活ることで、現像という過酷な処理に曝される銀塩感材に用し、基材表面を疎水化する方法を考案した。具体的においてもその現像の前後で接着力を両立できることを実は、大気圧プラズマ処理に於いて、放電ガスである希ガ証できた。

ス以外の各種添加ガスの種類を変化させて処理を行い、その処理された表面の表面エネルギー解析を行った。

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６広幅装置Fig.10 広幅装置の電極部とその放電状況

生産巾に対応できる広幅処理装置とそれによる放電状
況をFig.10に示す。処理能力としては、100m/min以上で８最後に高速化できることを確認している。また上記広幅装置をイメージング機器やディスプレイデバイスでは、軽量用いて処理した広幅基材の処理均一性評価として、幅手化・薄層化の為、樹脂基材の利用が現実のものとなっての表面エネルギーのばらつきを評価した結果をFig.11に示きている。

す。ばらつきの標準偏差が1.05と非常に均一な処理が達成できている。

機能付与の為には、界面の課題、接着の問題は、今後も重要になるので、環境・コスト・利便性等でメリットの予想される大気圧プラズマ処理技術を広めたい。また技術的には、コストダウンの為に、安価な窒素ガス等で大気圧プラズマを生成することや、表面改質だけでなく、エッチングや機能性薄膜の製膜へと拡大を行いた
い。

Fig.11 処理基材の均一性評価

７

まとめ塗布工程と連動できる高速インライン大気圧プラズマ処理装置を開発した。この装置の処理能力は、従来技術（コロナ処理・ＵＶ処理etc）に対し非常に高く、均一に処理できることが確認できた。
更に高度な接着性が要求される銀塩感材の接着技術に応用した結果、新たな接着層を設けなくとも非常に高い接着力が得られ、特に接着界面に対しては過酷な現像処理にも耐えうることの出来る接着技術を開発できた。

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