シートのプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
【課題】放電の安定化と、安定した処理ガス供給を両立する、シート表面に十分な改質効果を与えるシートのプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】放電電極２３と該放電電極に対向して配置される対極電極１１とを有し、前記放電電極と前記対極電極の間を、前記対極電極に密着して連続的に走行するシート２１が通過するシート走行路、および前記シート走行路へガスを供給するガス供給手段２０を有するプラズマ処理装置において、前記放電電極２３および前記ガス供給手段２０が、シート走行方向に沿って交互に配置され、かつ、前記シートの幅方向に延在した構造を有し、また、前記ガス供給手段２０が、該ガス供給手段の前記対極電極１１側の領域に前記ガスを供給する開口部４４を有し、該開口部４４が、前記放電電極の前記対極電極１１から最も離れた面よりも、前記対極電極１１に近い位置に配置された構造を有する、シートのプラズマ処理装置。
【解決手段】放電電極２３と該放電電極に対向して配置される対極電極１１とを有し、前記放電電極と前記対極電極の間を、前記対極電極に密着して連続的に走行するシート２１が通過するシート走行路、および前記シート走行路へガスを供給するガス供給手段２０を有するプラズマ処理装置において、前記放電電極２３および前記ガス供給手段２０が、シート走行方向に沿って交互に配置され、かつ、前記シートの幅方向に延在した構造を有し、また、前記ガス供給手段２０が、該ガス供給手段の前記対極電極１１側の領域に前記ガスを供給する開口部４４を有し、該開口部４４が、前記放電電極の前記対極電極１１から最も離れた面よりも、前記対極電極１１に近い位置に配置された構造を有する、シートのプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートのプラズマ処理装置、およびこの装置が用いられて製造されるプラズマ処理シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シートの表面を改質するために、例えば当該シートの表面の接着性、親水性、或いは、印刷性を改良するために、当該シートをプラズマ放電中で処理（プラズマ処理）することが行われている。
【０００３】
シートのプラズマ処理とは、対向する電極（一方を放電電極、もう一方を対極電極と呼ぶ）間に処理ガス、例えば希ガス元素を含有する気体を供給し、前記電極間に高周波電圧を印加して、前記電極間にプラズマ放電を発生させ、前記プラズマ放電にシート表面を曝すことで、シート表面を活性化させたり、表面に特定の官能基を付与したりして、該シートの表面を改質するものである。
【０００４】
前記シートの表面改質効果を十分かつムラ無く得るためには、前記電極間に均一なプラズマ放電を発生させることが望まれる。また、プラズマ処理が特定の処理ガス中で行なわれる場合には、前記プラズマ放電を均一化するために、プラズマ放電が発生している領域（以下、単にプラズマ放電領域と呼ぶ）の処理ガス濃度が安定して維持されることが望まれる。
【０００５】
プラズマ放電中の処理ガス濃度が不十分であったり、不均一であったりすると、プラズマ放電は不均一化して、シートの表面改質効果を十分かつムラ無く得ることができない。
【０００６】
図２に、特許文献１に開示されるシートのプラズマ処理装置を示す。
【０００７】
特許文献１では、強く均一なプラズマ放電を達成するために、放電電極として回転ロール状対極電極１１と対向する面に鋭角構造を持つ棒状電極（以下、単に棒状電極と呼ぶ）２３を使用している。前記棒状電極２３は、シート２１の幅方向に延在した構造であり、シート２１の走行方向２７に沿って複数列が互いに平行に配列されている。
【０００８】
また、棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１の一部区画、およびプラズマ放電領域２６を内包するプラズマチャンバ２９を設け、前記プラズマチャンバ２９に設けられたガス供給手段２０から、該プラズマチャンバ２９内へ処理ガスを供給している。
【０００９】
しかし、プラズマチャンバ２９内への処理ガスの供給方法としては、単にプラズマチャンバ２９内の酸素濃度２００[ｐｐｍ]から２０００[ｐｐｍ]の範囲を記載するに過ぎない。
【００１０】
ここで、棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１とは、数ｍｍ程度のギャップを開けて配置されることが一般的である。また、前記棒状電極２３は、構造上、前記棒状電極２３の前記回転ロール状対極電極１１と対向する面と垂直な高さ方向に厚みを有する。
【００１１】
ゆえに、本発明者らの知見によれば、前記の棒状電極２３を使用した場合、隣接する棒状電極２３の間に空気が滞留しやすく、単にプラズマチャンバ２９内に処理ガスを供給しても、前記の空気の滞留により、プラズマ放電領域２６へは十分に処理ガスが供給されない。
【００１２】
従って、特許文献１では、プラズマ放電領域２６の処理ガス濃度が、プラズマチャンバ２９内の他の領域より低くなり、プラズマ放電が不均一化して、シート２１の表面改質効果を十分かつムラ無く得ることができなかった。
【００１３】
そこで、特許文献２では、プラズマ放電領域２６に処理ガスが十分供給されるよう、放電電極を細いワイヤ状のワイヤ電極とした、シートのプラズマ処理装置が開示されている。
【００１４】
特許文献２で開示されるシートのプラズマ処理装置を図３に示す。
【００１５】
特許文献２では、放電電極としてワイヤ状のワイヤ電極３０を使用し、該ワイヤ電極３０より回転ロール状対極電極１１に対して後方に設けられたパンチ板３１から、処理ガスを供給する事で、プラズマチャンバ２９内に均一に処理ガスを供給するものである。
【００１６】
しかし、本発明者らの知見によれば、ワイヤ電極３０を使用した場合、ワイヤ電極３０はパンチ板３１から供給された処理ガスのプラズマチャンバ内への拡散を阻害せず、処理ガスはプラズマ放電領域２６に十分供給されるが、ワイヤ電極３０は回転ロール状対極電極１１に対向した面に、鋭角構造を持たないため、放電電極の形状に由来してプラズマ放電が不均一化しやすいという問題があった。
【００１７】
以上のように、従来技術では、放電電極の形状によるプラズマ放電の均一化と、プラズマ放電領域２６への十分な処理ガス供給とを両立して、シート２１の表面改質効果を十分かつムラ無く得ることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００６−２６５５６７号公報
【特許文献２】特開２００３−５５７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の課題は、従来の装置が有する問題を解決することにある。
【００２０】
本発明は、処理ガスがプラズマ放電領域へ十分に供給でき、シートの表面改質効果を十分かつムラ無く得ることができるプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するための本発明の構成は以下の通りである。
【００２２】
すなわち、本発明の形態によれば、対向する放電電極と対極電極を有し、該放電電極と該対極電極の間に形成されるプラズマ放電領域を、前記対極電極に密着して連続的に走行するシートが通過するシート走行路、および前記プラズマ放電領域へのガス供給手段を有するプラズマ処理装置において、前記放電電極および前記ガス供給手段が、前記シート走行方向に沿って交互に配置され、かつ、前記シートの幅方向に延在した構造を有し、前記ガス供給手段の前記対極電極側の領域に開口部を有し、該開口部が、前記放電電極の前記対極電極から最も離れた面よりも、前記対極電極に近い位置に配置された構造を有するプラズマ処理装置が提供される。
【００２３】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記放電電極が、対極電極と対向する面に鋭角構造を持つ棒状電極である、請求項１に記載のプラズマ処理装置が提供される。
【００２４】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記ガス供給手段の前記開口部の形状が、シートの幅方向に連続したスリット状、或いは複数の開孔がシートの幅方向に列を成した形状であり、前記開口部の形状が、複数の開孔がシートの幅方向に列を成した形状である場合、各開孔間の距離が２０[ｍｍ]以下であることを特徴とする、シートのプラズマ処理装置が提供される。
【００２５】
また、本発明の別の形態によれば、対向する放電電極と対極電極との間に形成されるプラズマ放電中にシートを走行させてシートをプラズマ処理するシートのプラズマ処理方法において、前記放電電極と複数のガス供給手段とを、前記対極電極に平行かつ交互に配置し、前記ガス供給手段から前記走行するシートの走行方向と直行、かつ該走行するシートの表面方向に希ガスを層流として吹きつけることを特徴とする、シートのプラズマ処理方法が提供される。
【００２６】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記シートの走行速度 ｖ が１０[ｍ／分]〜８０[ｍ／分]であって、前記放電電極同士の間隔 Ｌが２０[ｍｍ]〜８０[ｍｍ]、かつ前記ガス供給手段から吹き付ける層流の流速ｖ´ が ｖ´≧１９．５√（Ｌ×ｖ） [ｍ／秒]を満たすことを特徴とする、シートのプラズマ処理方法が提供される。
【００２７】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記希ガス類元素がアルゴンであるシートのプラズマ処理方法が提供される。
【００２８】
本発明におけるプラズマ放電とは、放電電極と対極電極間に印加した高周波電圧により、前記電極間に存在する雰囲気（特定の雰囲気下で処理を行なう場合は処理ガス）を構成する分子が、部分的に、または完全に電離し、陽イオンや負イオンなどの活性種として運動している現象を示す。シートはこのプラズマ放電が発生しているプラズマ放電領域中を通過し、前記の活性種に曝されることで、表面が改質される。
【００２９】
本発明におけるガス供給手段から吹き付ける層流の流速とは、該各ガス供給手段へ供給される単位時間あたりのガス流量の総和を、該ガス供給手段が有する開口部面積の総和で除した値を指す。
【００３０】
本発明における「放電電極の対極電極から最も離れた面」とは、互いに対向して配置された放電電極と対極電極において、放電電極の各面の内、対極電極と対向し、かつ対極電極との距離が最も短い面に対する対面を指す。
【００３１】
また、「対極電極から最も離れた面よりも、前記対極電極に近い位置に配置」とは、対極電極との最短距離が、前記放電電極の対極電極から最も離れた面と対極電極との最短距離よりも短い配置を指す。
【００３２】
本発明における「棒状電極」とは、多角柱構造を有する電極であり、側面の一つが、対極電極と対向し、シートの幅方向に延在した電極を指す。
【００３３】
本発明における「ガス供給手段の対極電極側の領域」は、たとえば、図７に示したように、ガス供給手段の側面と、対極電極とを最短距離で結ぶ線と対極電極との交点Ａから、ガス供給手段の側面に引いた２本の接線Ｂ１，Ｂ２に囲まれた領域内、対極電極との最短距離が最も短い領域Ｃを指す。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、従来技術の課題を解消し、対極電極と対向する面に鋭角構造を持つ棒状電極を使用しても、プラズマ放電中の処理ガス濃度が安定して維持され、シート表面の改質効果を十分かつムラ無く得ることができるプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の概略図
【図２】特許文献１に記載のプラズマ処理装置の概略図
【図３】特許文献２に記載のプラズマ処理装置の概略図
【図４】特許文献１に記載の処理ガス供給方法
【図５】鋭角構造を有する棒状電極の概略図
【図６】本発明の処理ガス供給方法
【図７】ガス供給手段の対極電極側の領域の概略図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明のシートのプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法の好ましい実施形態例を、図面を参照しながら説明する。ただし本発明はこれらの例に限られるものではない。また本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
【００３７】
図１は本発明の一実施形態を示すシートのプラズマ処理装置の概略図である。
【００３８】
図１において、この装置は、機台（図示せず）に取り付けられたドラム回転支持軸（図示せず）に回転自在に支持された金属製の回転ロール状対極電極１１を有する。
【００３９】
回転ロール状対極電極１１の上方に、回転ロール状対極電極１１の表面から一定の間隔をおいて、棒状電極２３が機台に固定されて設けられている。
【００４０】
棒状電極２３は、回転ロール状対極電極１１の幅方向に延在した構造を有し、各棒状電極２３は互いに２０[ｍｍ]以上６０[ｍｍ]以下の範囲で一定の間隔をおいて、複数本（図１では６本）設けられる。
【００４１】
各棒状電極２３同士の間には、ガス供給手段２０が、回転ロール状対極電極１１に対向して、機台に固定されて設けられている。
【００４２】
ガス供給手段２０は、棒状電極２３と同様に、回転ロール状対極電極１１の幅方向に延在した構造を有し、回転ロール状対極電極１１に最も近い面に、開口部を有する。
【００４３】
ガス供給手段２０は、開口部が、少なくとも棒状電極２３の回転ロール状対極電極１１から最も離れた面よりも、回転ロール状対極電極１１に近い位置となるよう設けられている。
【００４４】
回転ロール状対極電極１１と棒状電極２３との間には、回転ロール状対極電極１１の周面の一部区間に沿って、連続して走行するシート２１が通過する走行路１２が存在する。この装置においては、シート２１は回転ロール状対極電極１１の周面に接触して、実質的に回転ロール状対極電極１１と同じ速度で、矢印２７が示す方向に走行する。
【００４５】
シート２１は所定の幅、例えば、６００[ｍｍ]、を有する。回転ロール状対極電極１１の幅、および、棒状電極２３の長さは、このシート２１の幅に対応するように設定されている。
【００４６】
棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１との間に、プラズマ放電領域２６が存在する。
回転ロール状対極電極１１の周面の一部区間と棒状電極２３、ガス供給手段２０とを内包して、機台に固定されたプラズマチャンバ２９が設けられている。プラズマチャンバ２９は、シート２１の走行方向の上流側に走行路の入り口１３を有し、シート２１の走行方向の下流側に走行路の出口１４を有する。プラズマチャンバ２９の内の雰囲気は、これら走行路の入り口１３と出口１４の部分を除いて、外界雰囲気に対して、実質的に閉じられている。
【００４７】
各ガス供給手段２０には、希ガス元素類を含有する気体（処理ガス）をプラズマチャンバ２９内に供給するための、処理ガス供給源２８が、送給管１５、およびレギュレータ１９を介して接続されている。
【００４８】
レギュレータ１９は、各ガス供給手段２０への処理ガス供給量を個別に調整できるよう、各ガス供給手段２０に個別に設けられることが好ましい。
【００４９】
棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１との間に所定の電圧を印加し、所定の電流を流すための高圧電源２５が用意されている。
【００５０】
各列の棒状電極２３と高圧電源２５とは第１の電力線１６により結合され、回転ロール状対極電極１１と高圧電源２５とは、第２の電力線１７により結合されている。
【００５１】
第２の電力線１７は、接地部１８にて接地され、高圧電源２５は、接地された低インピーダンスの非共振型電源を形成している。
【００５２】
複数本の放電電極２３に対して、高圧電源２５も複数個とし、１本の棒状電極２３が１個の高圧電源２５により、互いに独立して制御される形式が採用されても良い。
【００５３】
非共振型電源の形式が用いられる場合、高圧電源２５と棒状電極２３との間に、マッチング回路が介在していることが好ましい。
【００５４】
ガス供給手段２０に設けられた開口部は、回転ロール状対極電極１１の幅方向に連続したスリット状、或いは複数の開口が回転ロール状対極電極１１の幅方向に列を成した構造であることが好ましい。複数の開口が列を成した構造の場合、各開口間の距離は２０[ｍｍ]以下であることが好ましく、より好ましくは１０[ｍｍ]以下である。
【００５５】
各開口の距離が２０[ｍｍ]以上の場合、回転ロール状対極電極１１の幅方向で、プラズマ放電領域２６に供給される処理ガスの量にムラが生じ、プラズマ放電が不均一化する。
【００５６】
棒状電極２３は、回転ロール状対極電極１１と対向する面に鋭角構造を持つことが好ましい。前記鋭角構造は、単一のナイフエッジ形状であっても、複数の凸部が回転ロール状対極電極１１の幅方向に配列した形状であってもよい。
【００５７】
この装置では、図５に示す複数の四角錐状の凸部５１が、回転ロール状対極電極１１の幅方向に列を成した鋭角構造を有する、棒状電極２３が好ましく使用される。
【００５８】
棒状電極２３が前記鋭角構造を持たない場合、例えば棒状電極２３が回転ロール状対極電極１１の幅方向に、回転ロール状態極電極１１と平行して延在した円錐状構造の場合、棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１との間に発生するプラズマ放電が不均一となる。
【００５９】
一方、棒状電極２３が回転ロール状対極電極と対向する面に鋭角構造を持つ場合、プラズマ放電領域２６への処理ガス供給が十分であれば、プラズマ放電が均一化する。
【００６０】
回転ロール状対極電極１１は、図１に図示はされていないが、プラズマ処理中に回転ロール状対極電極１１に発生する熱を除去するためのラジエータが、回転ロール状対極電極１１の内部に設けられている。このラジエータには、外部から冷却水が供給される。
【００６１】
回転ロール状対極電極１１は、所定の幅を有し、その周面に、単位面積当たりの静電容量が、０．１３[μＦ／ｍ２]から２０[μＦ／ｍ２]の範囲にあり、比誘電率が１０ 以上の誘電体が貼着されていることが好ましい。
【００６２】
以上に説明された構成からなるシートのプラズマ処理装置により、シート２１のプラズマ処理が行われる。
【００６３】
シート２１は、矢印２７が示す方向にて、走行路の入り口１３から、プラズマチャンバ２９内に入る。シート２１は、少なくとも走行路の入り口１３と走行路の出口１４との間において、回転ロール状対極電極１１の周面に巻きかけられる。
【００６４】
この状態において、処理ガス供給源２８から供給された処理ガスは、送給管１５、およびレギュレータ１９を通り、ガス供給手段２０の開口部から、プラズマチャンバ２９内に供給される。
【００６５】
使用する処理ガスとしてはアルゴンガスが好ましい。
【００６６】
一方、高圧電源２５が作動せしめられ、棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１との間に、プラズマ放電領域２６が形成される。
【００６７】
この状態において、シート２１の走行が開始され、プラズマチャンバ２９内に搬入されるシート２１の表面は、プラズマ処理され、プラズマ処理シートの連続生産が開始される。
【００６８】
シート２１の走行速度は１０[ｍ／分]以上、８０[ｍ／分]以下に設定される。
【００６９】
この状態において、開口３１から吹き出される処理ガスの流速ｖ´ [ｍ／秒]は、シート２１の走行速度をｖ [ｍ／分]、放電電極２同士の最短距離をＬ [ｍ]と置くとき、式１を満足するよう、レギュレータにより調節される。
【００７０】
ｖ´≧１９．５√（Ｌ×ｖ） [ｍ／秒] （式１）
式１を満たす速度で、開口部から吹き出された処理ガスは、層流として、プラズマ放電領域２６へ吹き付けられる。
【００７１】
回転ロール状対極電極１１と対向する面に鋭角構造を持つ棒状電極２３を使用した場合の、プラズマ放電領域２６への処理ガス供給について、図４に従来技術の模式図を、図６に本発明の模式図をそれぞれ示す。図６は本発明において、棒状電極２３とガス供給手段２０とが最小単位で構成されるシートのプラズマ処理装置（棒状電極２本の間にガス供給手段を１つが設けられている）であり、図４、図６を例にとり、本発明を説明する。
【００７２】
シート２１の走行に伴い、プラズマチャンバ２９内には、外部からの随伴空気４３が流入する。この随伴空気４３はシート２１の走行速度が増すに従い増加する。
【００７３】
一方、シート２１の表面からは、プラズマ放電領域２６の作用により、例えば低分子量物質や、酸化物などの析出物（図示ぜず）が発生する。
【００７４】
前記随伴空気４３や、析出物は、プラズマ放電領域２６の処理ガスの濃度を低下させる。
【００７５】
プラズマ放電領域２６の処理ガスの濃度が低下すると、プラズマ放電が不均一になり、シート表面の改質効果を十分かつムラ無く得ることができない。
【００７６】
このため、シートのプラズマ処理では、プラズマ放電領域２６に常に処理ガスを供給し続け、随伴空気４３や析出物によりプラズマ放電中の処理ガス濃度が低下しないようにする必要がある。
【００７７】
この問題に対し、従来技術では、プラズマチャンバ２９内の処理ガス濃度が低下しないように、プラズマチャンバ２９内に処理ガスを供給し続けている。プラズマチャンバ２９内に供給された処理ガスは、プラズマチャンバ２９内に拡散してプラズマ放電領域２６に達し、随伴空気４３や析出物によるプラズマ放電領域２６の処理ガス濃度の低下を抑止すると考えられてきた。
【００７８】
ところが、本発明者らの知見によれば、前記回転ロール状対極電極１１と対向する面に鋭角構造を持つ棒状電極２３を使用した場合、図４に示すように、棒状電極２３が高さ方向に厚みを持ち、かつ、前記棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１とは、通常数ｍｍ程度の短い間隔をおいて対向して配置されるため、隣接する２つの棒状電極２３と、回転ロール状対極電極１１とに挟まれた空間が、実質的に気体が滞留しやすい閉空間４２を形成する。
【００７９】
閉空間４２は高さ方向（図４では上方向）に、シート２１表面から、前記棒状電極２３の回転ロール状対極電極１１から最も離れた部分、までの範囲で形成される。
【００８０】
この状態で前記棒状電極２３の背後（図４では棒状電極２３の上側）から、この閉空間４２に処理ガス４１を供給しようと試みても、閉空間４２内に処理ガスの流出先が無く（逃げ道が無く）、供給された処理ガス４１はプラズマチャンバ２９内の閉空間４２以外の空間に拡散するのみで、閉空間４２内には、新たに供給した処理ガス４１が供給されない。
【００８１】
ゆえに、本発明者らの知見によれば、均一なプラズマ放電を得る為に、棒状電極２３を使用した場合、従来技術のように、単にプラズマチャンバ２９内に処理ガスを供給しても、供給された該処理ガスはプラズマ放電領域２６へは十分に供給されず、プラズマ放電が不均一化してしまう。
【００８２】
本発明では、図６に示すように、閉空間４２内にガス供給手段２０の開口部を設け、該開口部から処理ガス４１を吹き出すことにより、閉空間４２内に滞留した、随伴空気４３や析出物を含む気体を、処理ガス４１で置換している。
【００８３】
ここで、棒状電極２３とシート２１表面との間には、随伴空気４３の流路が、シート７表面に沿って形成されている。
【００８４】
シート２１の走行速度が増加すると、シート２１表面に沿って流れる随伴空気４３の流量、および矢印４３方向の流速が増加して、処理ガス４１により、これを置換するためには、より大きな流速を以って処理ガス４１を吹き付けることが必要となる。
【００８５】
本発明者らの知見によれば、シート２１表面に向かい、処理ガス４１を層流、かつ式１を満足する流速で吹き付けることにより、プラズマ放電領域２６内の前記随伴空気を処理ガスで十分に置換でき、処理ガス濃度を安定して維持できる。
層流の流速 ｖ´≧１９．５√（Ｌ×ｖ） [ｍ／秒] （式１）
処理ガスの流速：ｖ´ [ｍ／秒]
シートがプラズマ放電を走行する速度：ｖ [ｍ／分]
複数の放電電極間距離：Ｌ[ｍ] 次に本発明の記述に用いた、特性の評価方法、および評価の基準を記す。
【００８６】
本発明では、シート表面の改質効果の指標として、ラズマ放電の発光スペクトル強度を測定した。測定方法、評価基準は次の通り。
（１）プラズマ放電の発光スペクトル強度
ポリイミドフィルムをアルゴンガス雰囲気下でプラズマ処理しながら、プラズマプロセスモニタ（浜松ホトニクス（株）：Ｃ１０３４６−０１）を用い、測定視野の直径を３０[ｍｍ]としてプラズマ放電領域の発光を１８０[s]、分光測定した。測定結果からアルゴン起因の発光スペクトル強度の平均値を求め、平均スペクトル強度３．０×１０５以上を合格とした。
【実施例】
【００８７】
［実施例１］
以下に、実施例を挙げて本実施形態を具体的に説明する。シートはポリイミドフィルムを用いた。
【００８８】
シートのプラズマ処理は、図１に示したような装置を用いて、常圧プラズマ処理を行った。
【００８９】
高圧電源として、１１０[ｋＨｚ]の低インピーダンス共振型電源（京三製作所製）を用い、インピーダンス整合器を介して、放電電極と電力線で電気的に接続した。
【００９０】
なお、回転ロール状対極電極としては、アルミナコーティングをした鉄製電極を用い、冷媒は水を用いた。
【００９１】
一方、放電電極としては、ＳＵＳ３０４製、かつ回転ロール状対極電極側の面（下端部面）に複数の四角錐状の凸部が配列した鋭角構造を有し、該放電電極における、前記下端部面と垂直な方向の高さが３０[ｍｍ]の棒状電極を、該棒状電極同士が互いに平行、かつフィルムの走行方向に対し３０ｍｍの間隔をおいて６本設置し使用した。
【００９２】
前記棒状電極と回転ロール状対極電極との間隙（ギャップ長）は１．５[ｍｍ]とした。
【００９３】
一方、ガス供給手段は、前記棒状電極と平行、かつ交互に５本設置し、下端がシート表面から２０[ｍｍ]の高さに来るよう設置した。
【００９４】
この様に前記棒状電極と前記ガス供給手段とを設置することにより、前記ガス供給手段の開口部が、前記棒状電極の前記回転ロール状対極電極から最も離れた面よりも、前記回転ロール状対極電極に近い位置に設けられる。
【００９５】
前記ガス供給手段が有する開口部は、直径１[ｍｍ]の複数の開孔がシートの幅方向に２５[ｍｍ]の間隔を空け一列に配向した構造とし、該開孔からアルゴンガスを１５．０[ｍ／秒]の流速でシート表面に吹き付けてプラズマ放電へアルゴンガスを供給しつつ、シートを４０[ｍ／分]で走行せしめて、処理強度１５０[Ｗ・分／ｍ２]で処理を行なった。この時のプラズマ放電の発光スペクトル強度は３．０×１０５であり、シートは良好な表面改質効果を得た。
［実施例２］
実施例１において、ガス供給手段が有する開孔の間隔を１０[ｍｍ]として、他条件は実施例１と同様としてシートをプラズマ処理した。この時、実施例１と比較してガス供給手段が有する開孔の間隔が短いため、プラズマ放電領域のシートの幅方向で、アルゴンガス濃度のムラをより小さく抑えることができる。この結果、プラズマ放電の発光スペクトル強度は３．５×１０５であり、シートは良好な表面改質効果を得た。
［実施例３］
実施例１において、ガス供給手段の開口部から、シート表面に吹き付ける、アルゴンガスの流速を２２．５[ｍ／秒]として、他条件は実施例１と同様としてシートをプラズマ処理した。この時、実施例１と比較してガス供給手段の開口部から、シート表面に吹き付ける、アルゴンガスの流速が高いため、シート表面に沿って流れる随伴空気の除去効果が高くなる。この結果、プラズマ放電の発光スペクトル強度は３．５×１０５であり、シートは良好な表面改質効果を得た。
［実施例４］
実施例１において、ガス供給手段の開口部から、シート表面に吹き付ける、アルゴンガスの流速を２２．５[ｍ／秒]、ガス供給手段が有する開孔の間隔を１０ [ｍｍ]とし、他条件は実施例１と同様として、シートをプラズマ処理した。この結果、実施例３のプラズマ放電の発光スペクトル強度は１０×１０５であり、実施例２、実施例３と比較してシートは更に良好な表面改質効果を得た。
［比較例１］
実施例３において、ガス供給手段の下端をシート表面から３５[ｍｍ]として設置し、他構造は実施例３と同様のプラズマ処理装置を用いて、シートをプラズマ処理した。この場合、前記ガス供給手段の開口部が、前記棒状電極の前記回転ロール状対極電極から最も離れた面よりも、前記回転ロール状対極電極に近い位置に設けられず、ガス供給手段から供給されたアルゴンガスはプラズマ放電領域に滞留した、随伴空気やシート表面からの析出物を含む雰囲気を置換できず、プラズマ放電が不均一化して、シート表面の十分な改質効果を得ることができなかった。また、この時、プラズマ放電の発光スペクトル強度は２．２×１０５であった。
［比較例２］
実施例３において、ガス供給手段の側面の内、対極電極側の領域ではない面にガスを供給する開口部を有するガス供給手段を使用し、他は実施例３と同様のプラズマ処理装置を用いて、シートをプラズマ処理した場合、ガス供給手段から供給されたアルゴンガスはプラズマ放電領域に滞留した、随伴空気やシート表面からの析出物を含む気体を十分には置換できず、プラズマ放電が不均一化して、シート表面の十分な改質効果を得ることができなかった。また、この時、プラズマ放電の発光スペクトル強度は．２．０×１０５であった。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明により、プラズマ放電の安定化に有利な構造を持つ、棒状電極を使用しても、プラズマ放電領域の処理ガス濃度を安定して維持でき、シートの表面質効果を十分かつムラ無く得ることのできるシートのプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法が提供される。
【符号の説明】
【００９７】
１１ 回転ロール状対極電極
１２ シート走行路
１３ 走行路の入り口
１４ 走行路の出口
１５ 送給管
１６ 第１の電力線
１７ 第２の電力線
１８ 接地部
１９ レギュレータ
２０ ガス供給手段
２１ シート
２２ 空気チャンバ
２３ 棒状電極
２５ 高圧電源
２６ プラズマ放電領域
２７ シート走行方向
２８ 処理ガスタンク
２９ プラズマチャンバ
３０ ワイヤ電極
３１ パンチ板
４１ 処理ガスの流れ
４２ 閉空間
４３ 随伴空気
４４ 開口部
５１ 四角錐状の凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートのプラズマ処理装置、およびこの装置が用いられて製造されるプラズマ処理シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シートの表面を改質するために、例えば当該シートの表面の接着性、親水性、或いは、印刷性を改良するために、当該シートをプラズマ放電中で処理（プラズマ処理）することが行われている。
【０００３】
シートのプラズマ処理とは、対向する電極（一方を放電電極、もう一方を対極電極と呼ぶ）間に処理ガス、例えば希ガス元素を含有する気体を供給し、前記電極間に高周波電圧を印加して、前記電極間にプラズマ放電を発生させ、前記プラズマ放電にシート表面を曝すことで、シート表面を活性化させたり、表面に特定の官能基を付与したりして、該シートの表面を改質するものである。
【０００４】
前記シートの表面改質効果を十分かつムラ無く得るためには、前記電極間に均一なプラズマ放電を発生させることが望まれる。また、プラズマ処理が特定の処理ガス中で行なわれる場合には、前記プラズマ放電を均一化するために、プラズマ放電が発生している領域（以下、単にプラズマ放電領域と呼ぶ）の処理ガス濃度が安定して維持されることが望まれる。
【０００５】
プラズマ放電中の処理ガス濃度が不十分であったり、不均一であったりすると、プラズマ放電は不均一化して、シートの表面改質効果を十分かつムラ無く得ることができない。
【０００６】
図２に、特許文献１に開示されるシートのプラズマ処理装置を示す。
【０００７】
特許文献１では、強く均一なプラズマ放電を達成するために、放電電極として回転ロール状対極電極１１と対向する面に鋭角構造を持つ棒状電極（以下、単に棒状電極と呼ぶ）２３を使用している。前記棒状電極２３は、シート２１の幅方向に延在した構造であり、シート２１の走行方向２７に沿って複数列が互いに平行に配列されている。
【０００８】
また、棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１の一部区画、およびプラズマ放電領域２６を内包するプラズマチャンバ２９を設け、前記プラズマチャンバ２９に設けられたガス供給手段２０から、該プラズマチャンバ２９内へ処理ガスを供給している。
【０００９】
しかし、プラズマチャンバ２９内への処理ガスの供給方法としては、単にプラズマチャンバ２９内の酸素濃度２００[ｐｐｍ]から２０００[ｐｐｍ]の範囲を記載するに過ぎない。
【００１０】
ここで、棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１とは、数ｍｍ程度のギャップを開けて配置されることが一般的である。また、前記棒状電極２３は、構造上、前記棒状電極２３の前記回転ロール状対極電極１１と対向する面と垂直な高さ方向に厚みを有する。
【００１１】
ゆえに、本発明者らの知見によれば、前記の棒状電極２３を使用した場合、隣接する棒状電極２３の間に空気が滞留しやすく、単にプラズマチャンバ２９内に処理ガスを供給しても、前記の空気の滞留により、プラズマ放電領域２６へは十分に処理ガスが供給されない。
【００１２】
従って、特許文献１では、プラズマ放電領域２６の処理ガス濃度が、プラズマチャンバ２９内の他の領域より低くなり、プラズマ放電が不均一化して、シート２１の表面改質効果を十分かつムラ無く得ることができなかった。
【００１３】
そこで、特許文献２では、プラズマ放電領域２６に処理ガスが十分供給されるよう、放電電極を細いワイヤ状のワイヤ電極とした、シートのプラズマ処理装置が開示されている。
【００１４】
特許文献２で開示されるシートのプラズマ処理装置を図３に示す。
【００１５】
特許文献２では、放電電極としてワイヤ状のワイヤ電極３０を使用し、該ワイヤ電極３０より回転ロール状対極電極１１に対して後方に設けられたパンチ板３１から、処理ガスを供給する事で、プラズマチャンバ２９内に均一に処理ガスを供給するものである。
【００１６】
しかし、本発明者らの知見によれば、ワイヤ電極３０を使用した場合、ワイヤ電極３０はパンチ板３１から供給された処理ガスのプラズマチャンバ内への拡散を阻害せず、処理ガスはプラズマ放電領域２６に十分供給されるが、ワイヤ電極３０は回転ロール状対極電極１１に対向した面に、鋭角構造を持たないため、放電電極の形状に由来してプラズマ放電が不均一化しやすいという問題があった。
【００１７】
以上のように、従来技術では、放電電極の形状によるプラズマ放電の均一化と、プラズマ放電領域２６への十分な処理ガス供給とを両立して、シート２１の表面改質効果を十分かつムラ無く得ることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００６−２６５５６７号公報
【特許文献２】特開２００３−５５７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の課題は、従来の装置が有する問題を解決することにある。
【００２０】
本発明は、処理ガスがプラズマ放電領域へ十分に供給でき、シートの表面改質効果を十分かつムラ無く得ることができるプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するための本発明の構成は以下の通りである。
【００２２】
すなわち、本発明の形態によれば、対向する放電電極と対極電極を有し、該放電電極と該対極電極の間に形成されるプラズマ放電領域を、前記対極電極に密着して連続的に走行するシートが通過するシート走行路、および前記プラズマ放電領域へのガス供給手段を有するプラズマ処理装置において、前記放電電極および前記ガス供給手段が、前記シート走行方向に沿って交互に配置され、かつ、前記シートの幅方向に延在した構造を有し、前記ガス供給手段の前記対極電極側の領域に開口部を有し、該開口部が、前記放電電極の前記対極電極から最も離れた面よりも、前記対極電極に近い位置に配置された構造を有するプラズマ処理装置が提供される。
【００２３】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記放電電極が、対極電極と対向する面に鋭角構造を持つ棒状電極である、請求項１に記載のプラズマ処理装置が提供される。
【００２４】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記ガス供給手段の前記開口部の形状が、シートの幅方向に連続したスリット状、或いは複数の開孔がシートの幅方向に列を成した形状であり、前記開口部の形状が、複数の開孔がシートの幅方向に列を成した形状である場合、各開孔間の距離が２０[ｍｍ]以下であることを特徴とする、シートのプラズマ処理装置が提供される。
【００２５】
また、本発明の別の形態によれば、対向する放電電極と対極電極との間に形成されるプラズマ放電中にシートを走行させてシートをプラズマ処理するシートのプラズマ処理方法において、前記放電電極と複数のガス供給手段とを、前記対極電極に平行かつ交互に配置し、前記ガス供給手段から前記走行するシートの走行方向と直行、かつ該走行するシートの表面方向に希ガスを層流として吹きつけることを特徴とする、シートのプラズマ処理方法が提供される。
【００２６】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記シートの走行速度 ｖ が１０[ｍ／分]〜８０[ｍ／分]であって、前記放電電極同士の間隔 Ｌが２０[ｍｍ]〜８０[ｍｍ]、かつ前記ガス供給手段から吹き付ける層流の流速ｖ´ が ｖ´≧１９．５√（Ｌ×ｖ） [ｍ／秒]を満たすことを特徴とする、シートのプラズマ処理方法が提供される。
【００２７】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記希ガス類元素がアルゴンであるシートのプラズマ処理方法が提供される。
【００２８】
本発明におけるプラズマ放電とは、放電電極と対極電極間に印加した高周波電圧により、前記電極間に存在する雰囲気（特定の雰囲気下で処理を行なう場合は処理ガス）を構成する分子が、部分的に、または完全に電離し、陽イオンや負イオンなどの活性種として運動している現象を示す。シートはこのプラズマ放電が発生しているプラズマ放電領域中を通過し、前記の活性種に曝されることで、表面が改質される。
【００２９】
本発明におけるガス供給手段から吹き付ける層流の流速とは、該各ガス供給手段へ供給される単位時間あたりのガス流量の総和を、該ガス供給手段が有する開口部面積の総和で除した値を指す。
【００３０】
本発明における「放電電極の対極電極から最も離れた面」とは、互いに対向して配置された放電電極と対極電極において、放電電極の各面の内、対極電極と対向し、かつ対極電極との距離が最も短い面に対する対面を指す。
【００３１】
また、「対極電極から最も離れた面よりも、前記対極電極に近い位置に配置」とは、対極電極との最短距離が、前記放電電極の対極電極から最も離れた面と対極電極との最短距離よりも短い配置を指す。
【００３２】
本発明における「棒状電極」とは、多角柱構造を有する電極であり、側面の一つが、対極電極と対向し、シートの幅方向に延在した電極を指す。
【００３３】
本発明における「ガス供給手段の対極電極側の領域」は、たとえば、図７に示したように、ガス供給手段の側面と、対極電極とを最短距離で結ぶ線と対極電極との交点Ａから、ガス供給手段の側面に引いた２本の接線Ｂ１，Ｂ２に囲まれた領域内、対極電極との最短距離が最も短い領域Ｃを指す。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、従来技術の課題を解消し、対極電極と対向する面に鋭角構造を持つ棒状電極を使用しても、プラズマ放電中の処理ガス濃度が安定して維持され、シート表面の改質効果を十分かつムラ無く得ることができるプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の概略図
【図２】特許文献１に記載のプラズマ処理装置の概略図
【図３】特許文献２に記載のプラズマ処理装置の概略図
【図４】特許文献１に記載の処理ガス供給方法
【図５】鋭角構造を有する棒状電極の概略図
【図６】本発明の処理ガス供給方法
【図７】ガス供給手段の対極電極側の領域の概略図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明のシートのプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法の好ましい実施形態例を、図面を参照しながら説明する。ただし本発明はこれらの例に限られるものではない。また本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
【００３７】
図１は本発明の一実施形態を示すシートのプラズマ処理装置の概略図である。
【００３８】
図１において、この装置は、機台（図示せず）に取り付けられたドラム回転支持軸（図示せず）に回転自在に支持された金属製の回転ロール状対極電極１１を有する。
【００３９】
回転ロール状対極電極１１の上方に、回転ロール状対極電極１１の表面から一定の間隔をおいて、棒状電極２３が機台に固定されて設けられている。
【００４０】
棒状電極２３は、回転ロール状対極電極１１の幅方向に延在した構造を有し、各棒状電極２３は互いに２０[ｍｍ]以上６０[ｍｍ]以下の範囲で一定の間隔をおいて、複数本（図１では６本）設けられる。
【００４１】
各棒状電極２３同士の間には、ガス供給手段２０が、回転ロール状対極電極１１に対向して、機台に固定されて設けられている。
【００４２】
ガス供給手段２０は、棒状電極２３と同様に、回転ロール状対極電極１１の幅方向に延在した構造を有し、回転ロール状対極電極１１に最も近い面に、開口部を有する。
【００４３】
ガス供給手段２０は、開口部が、少なくとも棒状電極２３の回転ロール状対極電極１１から最も離れた面よりも、回転ロール状対極電極１１に近い位置となるよう設けられている。
【００４４】
回転ロール状対極電極１１と棒状電極２３との間には、回転ロール状対極電極１１の周面の一部区間に沿って、連続して走行するシート２１が通過する走行路１２が存在する。この装置においては、シート２１は回転ロール状対極電極１１の周面に接触して、実質的に回転ロール状対極電極１１と同じ速度で、矢印２７が示す方向に走行する。
【００４５】
シート２１は所定の幅、例えば、６００[ｍｍ]、を有する。回転ロール状対極電極１１の幅、および、棒状電極２３の長さは、このシート２１の幅に対応するように設定されている。
【００４６】
棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１との間に、プラズマ放電領域２６が存在する。
回転ロール状対極電極１１の周面の一部区間と棒状電極２３、ガス供給手段２０とを内包して、機台に固定されたプラズマチャンバ２９が設けられている。プラズマチャンバ２９は、シート２１の走行方向の上流側に走行路の入り口１３を有し、シート２１の走行方向の下流側に走行路の出口１４を有する。プラズマチャンバ２９の内の雰囲気は、これら走行路の入り口１３と出口１４の部分を除いて、外界雰囲気に対して、実質的に閉じられている。
【００４７】
各ガス供給手段２０には、希ガス元素類を含有する気体（処理ガス）をプラズマチャンバ２９内に供給するための、処理ガス供給源２８が、送給管１５、およびレギュレータ１９を介して接続されている。
【００４８】
レギュレータ１９は、各ガス供給手段２０への処理ガス供給量を個別に調整できるよう、各ガス供給手段２０に個別に設けられることが好ましい。
【００４９】
棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１との間に所定の電圧を印加し、所定の電流を流すための高圧電源２５が用意されている。
【００５０】
各列の棒状電極２３と高圧電源２５とは第１の電力線１６により結合され、回転ロール状対極電極１１と高圧電源２５とは、第２の電力線１７により結合されている。
【００５１】
第２の電力線１７は、接地部１８にて接地され、高圧電源２５は、接地された低インピーダンスの非共振型電源を形成している。
【００５２】
複数本の放電電極２３に対して、高圧電源２５も複数個とし、１本の棒状電極２３が１個の高圧電源２５により、互いに独立して制御される形式が採用されても良い。
【００５３】
非共振型電源の形式が用いられる場合、高圧電源２５と棒状電極２３との間に、マッチング回路が介在していることが好ましい。
【００５４】
ガス供給手段２０に設けられた開口部は、回転ロール状対極電極１１の幅方向に連続したスリット状、或いは複数の開口が回転ロール状対極電極１１の幅方向に列を成した構造であることが好ましい。複数の開口が列を成した構造の場合、各開口間の距離は２０[ｍｍ]以下であることが好ましく、より好ましくは１０[ｍｍ]以下である。
【００５５】
各開口の距離が２０[ｍｍ]以上の場合、回転ロール状対極電極１１の幅方向で、プラズマ放電領域２６に供給される処理ガスの量にムラが生じ、プラズマ放電が不均一化する。
【００５６】
棒状電極２３は、回転ロール状対極電極１１と対向する面に鋭角構造を持つことが好ましい。前記鋭角構造は、単一のナイフエッジ形状であっても、複数の凸部が回転ロール状対極電極１１の幅方向に配列した形状であってもよい。
【００５７】
この装置では、図５に示す複数の四角錐状の凸部５１が、回転ロール状対極電極１１の幅方向に列を成した鋭角構造を有する、棒状電極２３が好ましく使用される。
【００５８】
棒状電極２３が前記鋭角構造を持たない場合、例えば棒状電極２３が回転ロール状対極電極１１の幅方向に、回転ロール状態極電極１１と平行して延在した円錐状構造の場合、棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１との間に発生するプラズマ放電が不均一となる。
【００５９】
一方、棒状電極２３が回転ロール状対極電極と対向する面に鋭角構造を持つ場合、プラズマ放電領域２６への処理ガス供給が十分であれば、プラズマ放電が均一化する。
【００６０】
回転ロール状対極電極１１は、図１に図示はされていないが、プラズマ処理中に回転ロール状対極電極１１に発生する熱を除去するためのラジエータが、回転ロール状対極電極１１の内部に設けられている。このラジエータには、外部から冷却水が供給される。
【００６１】
回転ロール状対極電極１１は、所定の幅を有し、その周面に、単位面積当たりの静電容量が、０．１３[μＦ／ｍ２]から２０[μＦ／ｍ２]の範囲にあり、比誘電率が１０ 以上の誘電体が貼着されていることが好ましい。
【００６２】
以上に説明された構成からなるシートのプラズマ処理装置により、シート２１のプラズマ処理が行われる。
【００６３】
シート２１は、矢印２７が示す方向にて、走行路の入り口１３から、プラズマチャンバ２９内に入る。シート２１は、少なくとも走行路の入り口１３と走行路の出口１４との間において、回転ロール状対極電極１１の周面に巻きかけられる。
【００６４】
この状態において、処理ガス供給源２８から供給された処理ガスは、送給管１５、およびレギュレータ１９を通り、ガス供給手段２０の開口部から、プラズマチャンバ２９内に供給される。
【００６５】
使用する処理ガスとしてはアルゴンガスが好ましい。
【００６６】
一方、高圧電源２５が作動せしめられ、棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１との間に、プラズマ放電領域２６が形成される。
【００６７】
この状態において、シート２１の走行が開始され、プラズマチャンバ２９内に搬入されるシート２１の表面は、プラズマ処理され、プラズマ処理シートの連続生産が開始される。
【００６８】
シート２１の走行速度は１０[ｍ／分]以上、８０[ｍ／分]以下に設定される。
【００６９】
この状態において、開口３１から吹き出される処理ガスの流速ｖ´ [ｍ／秒]は、シート２１の走行速度をｖ [ｍ／分]、放電電極２同士の最短距離をＬ [ｍ]と置くとき、式１を満足するよう、レギュレータにより調節される。
【００７０】
ｖ´≧１９．５√（Ｌ×ｖ） [ｍ／秒] （式１）
式１を満たす速度で、開口部から吹き出された処理ガスは、層流として、プラズマ放電領域２６へ吹き付けられる。
【００７１】
回転ロール状対極電極１１と対向する面に鋭角構造を持つ棒状電極２３を使用した場合の、プラズマ放電領域２６への処理ガス供給について、図４に従来技術の模式図を、図６に本発明の模式図をそれぞれ示す。図６は本発明において、棒状電極２３とガス供給手段２０とが最小単位で構成されるシートのプラズマ処理装置（棒状電極２本の間にガス供給手段を１つが設けられている）であり、図４、図６を例にとり、本発明を説明する。
【００７２】
シート２１の走行に伴い、プラズマチャンバ２９内には、外部からの随伴空気４３が流入する。この随伴空気４３はシート２１の走行速度が増すに従い増加する。
【００７３】
一方、シート２１の表面からは、プラズマ放電領域２６の作用により、例えば低分子量物質や、酸化物などの析出物（図示ぜず）が発生する。
【００７４】
前記随伴空気４３や、析出物は、プラズマ放電領域２６の処理ガスの濃度を低下させる。
【００７５】
プラズマ放電領域２６の処理ガスの濃度が低下すると、プラズマ放電が不均一になり、シート表面の改質効果を十分かつムラ無く得ることができない。
【００７６】
このため、シートのプラズマ処理では、プラズマ放電領域２６に常に処理ガスを供給し続け、随伴空気４３や析出物によりプラズマ放電中の処理ガス濃度が低下しないようにする必要がある。
【００７７】
この問題に対し、従来技術では、プラズマチャンバ２９内の処理ガス濃度が低下しないように、プラズマチャンバ２９内に処理ガスを供給し続けている。プラズマチャンバ２９内に供給された処理ガスは、プラズマチャンバ２９内に拡散してプラズマ放電領域２６に達し、随伴空気４３や析出物によるプラズマ放電領域２６の処理ガス濃度の低下を抑止すると考えられてきた。
【００７８】
ところが、本発明者らの知見によれば、前記回転ロール状対極電極１１と対向する面に鋭角構造を持つ棒状電極２３を使用した場合、図４に示すように、棒状電極２３が高さ方向に厚みを持ち、かつ、前記棒状電極２３と回転ロール状対極電極１１とは、通常数ｍｍ程度の短い間隔をおいて対向して配置されるため、隣接する２つの棒状電極２３と、回転ロール状対極電極１１とに挟まれた空間が、実質的に気体が滞留しやすい閉空間４２を形成する。
【００７９】
閉空間４２は高さ方向（図４では上方向）に、シート２１表面から、前記棒状電極２３の回転ロール状対極電極１１から最も離れた部分、までの範囲で形成される。
【００８０】
この状態で前記棒状電極２３の背後（図４では棒状電極２３の上側）から、この閉空間４２に処理ガス４１を供給しようと試みても、閉空間４２内に処理ガスの流出先が無く（逃げ道が無く）、供給された処理ガス４１はプラズマチャンバ２９内の閉空間４２以外の空間に拡散するのみで、閉空間４２内には、新たに供給した処理ガス４１が供給されない。
【００８１】
ゆえに、本発明者らの知見によれば、均一なプラズマ放電を得る為に、棒状電極２３を使用した場合、従来技術のように、単にプラズマチャンバ２９内に処理ガスを供給しても、供給された該処理ガスはプラズマ放電領域２６へは十分に供給されず、プラズマ放電が不均一化してしまう。
【００８２】
本発明では、図６に示すように、閉空間４２内にガス供給手段２０の開口部を設け、該開口部から処理ガス４１を吹き出すことにより、閉空間４２内に滞留した、随伴空気４３や析出物を含む気体を、処理ガス４１で置換している。
【００８３】
ここで、棒状電極２３とシート２１表面との間には、随伴空気４３の流路が、シート７表面に沿って形成されている。
【００８４】
シート２１の走行速度が増加すると、シート２１表面に沿って流れる随伴空気４３の流量、および矢印４３方向の流速が増加して、処理ガス４１により、これを置換するためには、より大きな流速を以って処理ガス４１を吹き付けることが必要となる。
【００８５】
本発明者らの知見によれば、シート２１表面に向かい、処理ガス４１を層流、かつ式１を満足する流速で吹き付けることにより、プラズマ放電領域２６内の前記随伴空気を処理ガスで十分に置換でき、処理ガス濃度を安定して維持できる。
層流の流速 ｖ´≧１９．５√（Ｌ×ｖ） [ｍ／秒] （式１）
処理ガスの流速：ｖ´ [ｍ／秒]
シートがプラズマ放電を走行する速度：ｖ [ｍ／分]
複数の放電電極間距離：Ｌ[ｍ] 次に本発明の記述に用いた、特性の評価方法、および評価の基準を記す。
【００８６】
本発明では、シート表面の改質効果の指標として、ラズマ放電の発光スペクトル強度を測定した。測定方法、評価基準は次の通り。
（１）プラズマ放電の発光スペクトル強度
ポリイミドフィルムをアルゴンガス雰囲気下でプラズマ処理しながら、プラズマプロセスモニタ（浜松ホトニクス（株）：Ｃ１０３４６−０１）を用い、測定視野の直径を３０[ｍｍ]としてプラズマ放電領域の発光を１８０[s]、分光測定した。測定結果からアルゴン起因の発光スペクトル強度の平均値を求め、平均スペクトル強度３．０×１０５以上を合格とした。
【実施例】
【００８７】
［実施例１］
以下に、実施例を挙げて本実施形態を具体的に説明する。シートはポリイミドフィルムを用いた。
【００８８】
シートのプラズマ処理は、図１に示したような装置を用いて、常圧プラズマ処理を行った。
【００８９】
高圧電源として、１１０[ｋＨｚ]の低インピーダンス共振型電源（京三製作所製）を用い、インピーダンス整合器を介して、放電電極と電力線で電気的に接続した。
【００９０】
なお、回転ロール状対極電極としては、アルミナコーティングをした鉄製電極を用い、冷媒は水を用いた。
【００９１】
一方、放電電極としては、ＳＵＳ３０４製、かつ回転ロール状対極電極側の面（下端部面）に複数の四角錐状の凸部が配列した鋭角構造を有し、該放電電極における、前記下端部面と垂直な方向の高さが３０[ｍｍ]の棒状電極を、該棒状電極同士が互いに平行、かつフィルムの走行方向に対し３０ｍｍの間隔をおいて６本設置し使用した。
【００９２】
前記棒状電極と回転ロール状対極電極との間隙（ギャップ長）は１．５[ｍｍ]とした。
【００９３】
一方、ガス供給手段は、前記棒状電極と平行、かつ交互に５本設置し、下端がシート表面から２０[ｍｍ]の高さに来るよう設置した。
【００９４】
この様に前記棒状電極と前記ガス供給手段とを設置することにより、前記ガス供給手段の開口部が、前記棒状電極の前記回転ロール状対極電極から最も離れた面よりも、前記回転ロール状対極電極に近い位置に設けられる。
【００９５】
前記ガス供給手段が有する開口部は、直径１[ｍｍ]の複数の開孔がシートの幅方向に２５[ｍｍ]の間隔を空け一列に配向した構造とし、該開孔からアルゴンガスを１５．０[ｍ／秒]の流速でシート表面に吹き付けてプラズマ放電へアルゴンガスを供給しつつ、シートを４０[ｍ／分]で走行せしめて、処理強度１５０[Ｗ・分／ｍ２]で処理を行なった。この時のプラズマ放電の発光スペクトル強度は３．０×１０５であり、シートは良好な表面改質効果を得た。
［実施例２］
実施例１において、ガス供給手段が有する開孔の間隔を１０[ｍｍ]として、他条件は実施例１と同様としてシートをプラズマ処理した。この時、実施例１と比較してガス供給手段が有する開孔の間隔が短いため、プラズマ放電領域のシートの幅方向で、アルゴンガス濃度のムラをより小さく抑えることができる。この結果、プラズマ放電の発光スペクトル強度は３．５×１０５であり、シートは良好な表面改質効果を得た。
［実施例３］
実施例１において、ガス供給手段の開口部から、シート表面に吹き付ける、アルゴンガスの流速を２２．５[ｍ／秒]として、他条件は実施例１と同様としてシートをプラズマ処理した。この時、実施例１と比較してガス供給手段の開口部から、シート表面に吹き付ける、アルゴンガスの流速が高いため、シート表面に沿って流れる随伴空気の除去効果が高くなる。この結果、プラズマ放電の発光スペクトル強度は３．５×１０５であり、シートは良好な表面改質効果を得た。
［実施例４］
実施例１において、ガス供給手段の開口部から、シート表面に吹き付ける、アルゴンガスの流速を２２．５[ｍ／秒]、ガス供給手段が有する開孔の間隔を１０ [ｍｍ]とし、他条件は実施例１と同様として、シートをプラズマ処理した。この結果、実施例３のプラズマ放電の発光スペクトル強度は１０×１０５であり、実施例２、実施例３と比較してシートは更に良好な表面改質効果を得た。
［比較例１］
実施例３において、ガス供給手段の下端をシート表面から３５[ｍｍ]として設置し、他構造は実施例３と同様のプラズマ処理装置を用いて、シートをプラズマ処理した。この場合、前記ガス供給手段の開口部が、前記棒状電極の前記回転ロール状対極電極から最も離れた面よりも、前記回転ロール状対極電極に近い位置に設けられず、ガス供給手段から供給されたアルゴンガスはプラズマ放電領域に滞留した、随伴空気やシート表面からの析出物を含む雰囲気を置換できず、プラズマ放電が不均一化して、シート表面の十分な改質効果を得ることができなかった。また、この時、プラズマ放電の発光スペクトル強度は２．２×１０５であった。
［比較例２］
実施例３において、ガス供給手段の側面の内、対極電極側の領域ではない面にガスを供給する開口部を有するガス供給手段を使用し、他は実施例３と同様のプラズマ処理装置を用いて、シートをプラズマ処理した場合、ガス供給手段から供給されたアルゴンガスはプラズマ放電領域に滞留した、随伴空気やシート表面からの析出物を含む気体を十分には置換できず、プラズマ放電が不均一化して、シート表面の十分な改質効果を得ることができなかった。また、この時、プラズマ放電の発光スペクトル強度は．２．０×１０５であった。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明により、プラズマ放電の安定化に有利な構造を持つ、棒状電極を使用しても、プラズマ放電領域の処理ガス濃度を安定して維持でき、シートの表面質効果を十分かつムラ無く得ることのできるシートのプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法が提供される。
【符号の説明】
【００９７】
１１ 回転ロール状対極電極
１２ シート走行路
１３ 走行路の入り口
１４ 走行路の出口
１５ 送給管
１６ 第１の電力線
１７ 第２の電力線
１８ 接地部
１９ レギュレータ
２０ ガス供給手段
２１ シート
２２ 空気チャンバ
２３ 棒状電極
２５ 高圧電源
２６ プラズマ放電領域
２７ シート走行方向
２８ 処理ガスタンク
２９ プラズマチャンバ
３０ ワイヤ電極
３１ パンチ板
４１ 処理ガスの流れ
４２ 閉空間
４３ 随伴空気
４４ 開口部
５１ 四角錐状の凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極と該放電電極に対向して配置される対極電極とを有し、前記放電電極と前記対極電極の間を、前記対極電極に密着して連続的に走行するシートが通過するシート走行路、および前記シート走行路へガスを供給するガス供給手段を有するプラズマ処理装置において、前記放電電極および前記ガス供給手段が、シート走行方向に沿って交互に配置され、かつ、前記シートの幅方向に延在した構造を有し、また、前記ガス供給手段が、該ガス供給手段の前記対極電極側の領域に前記ガスを供給する開口部を有し、該開口部が、前記放電電極の前記対極電極から最も離れた面よりも、前記対極電極に近い位置に配置された構造を有するシートのプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記放電電極が、対極電極と対向する面に鋭角構造を持つ棒状電極である、請求項１に記載のシートのプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ガス供給手段の前記開口部の形状が、シートの幅方向に連続したスリット状、或いは複数の開孔がシートの幅方向に列を成した形状であることを特徴とする、請求項１または２に記載のシートのプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記開口部の形状が、複数の開孔がシートの幅方向に列を成した形状である場合、各開孔間の距離が２０[ｍｍ]以下であることを特徴とする、請求項３に記載のシートのプラズマ処理装置。
【請求項５】
対向する放電電極と対極電極との間に形成されるプラズマ放電中にシートを走行させてシートをプラズマ処理するシートのプラズマ処理方法において、前記放電電極と複数のガス供給手段とを、前記対極電極に平行かつ交互に配置し、前記ガス供給手段から前記走行するシートの走行方向と直行、かつ該走行するシートの表面方向に希ガスを層流として吹きつけることを特徴とする、シートのプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記シートの走行速度ｖ[ｍ／分]が１０[ｍ／分]〜８０[ｍ／分]であって、前記放電電極同士の間隔Ｌ[ｍ]が０．０２[ｍ]〜０．０８[ｍ]、かつ前記ガス供給手段から吹き付ける層流の流速ｖ´が次式を満たすことを特徴とする、請求項５に記載のシートのプラズマ処理方法。
ｖ´≧１９．５√（Ｌ×ｖ） [ｍ／秒]
【請求項７】
前記希ガス類元素がアルゴンである請求項５または６に記載のシートのプラズマ処理方法。
【請求項１】
放電電極と該放電電極に対向して配置される対極電極とを有し、前記放電電極と前記対極電極の間を、前記対極電極に密着して連続的に走行するシートが通過するシート走行路、および前記シート走行路へガスを供給するガス供給手段を有するプラズマ処理装置において、前記放電電極および前記ガス供給手段が、シート走行方向に沿って交互に配置され、かつ、前記シートの幅方向に延在した構造を有し、また、前記ガス供給手段が、該ガス供給手段の前記対極電極側の領域に前記ガスを供給する開口部を有し、該開口部が、前記放電電極の前記対極電極から最も離れた面よりも、前記対極電極に近い位置に配置された構造を有するシートのプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記放電電極が、対極電極と対向する面に鋭角構造を持つ棒状電極である、請求項１に記載のシートのプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ガス供給手段の前記開口部の形状が、シートの幅方向に連続したスリット状、或いは複数の開孔がシートの幅方向に列を成した形状であることを特徴とする、請求項１または２に記載のシートのプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記開口部の形状が、複数の開孔がシートの幅方向に列を成した形状である場合、各開孔間の距離が２０[ｍｍ]以下であることを特徴とする、請求項３に記載のシートのプラズマ処理装置。
【請求項５】
対向する放電電極と対極電極との間に形成されるプラズマ放電中にシートを走行させてシートをプラズマ処理するシートのプラズマ処理方法において、前記放電電極と複数のガス供給手段とを、前記対極電極に平行かつ交互に配置し、前記ガス供給手段から前記走行するシートの走行方向と直行、かつ該走行するシートの表面方向に希ガスを層流として吹きつけることを特徴とする、シートのプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記シートの走行速度ｖ[ｍ／分]が１０[ｍ／分]〜８０[ｍ／分]であって、前記放電電極同士の間隔Ｌ[ｍ]が０．０２[ｍ]〜０．０８[ｍ]、かつ前記ガス供給手段から吹き付ける層流の流速ｖ´が次式を満たすことを特徴とする、請求項５に記載のシートのプラズマ処理方法。
ｖ´≧１９．５√（Ｌ×ｖ） [ｍ／秒]
【請求項７】
前記希ガス類元素がアルゴンである請求項５または６に記載のシートのプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−６０５３８（Ｐ２０１３−６０５３８Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００２３７（Ｐ２０１１−２００２３７）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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