プラズマ処理装置
【課題】大気圧近傍の処理空間内に雰囲気ガスが流入するのを抑制又は防止し、処理ガスへの不純物混入を低減するプラズマ処理装置の提供。
【解決手段】第１電極１１の平面状の放電面１１ａと、円筒形状の第２電極２１の周面との間に処理空間９０を形成する。第２電極２１を軸線のまわりに回転させて被処理物９を搬送する。第１電極１１の一側部に処理ガスの吹出し部３０を配置する。第１電極１１の他側部に遮蔽部材５０を配置する。遮蔽部材５０を放電面１１ａ又はそれを覆う固体誘電体層１２の処理空間画成面よりも第２電極２１に向けて突出させ、その突出量ｈを処理空間９０の最も狭い部分９０ａの厚さｇ０より大きくする。
【解決手段】第１電極１１の平面状の放電面１１ａと、円筒形状の第２電極２１の周面との間に処理空間９０を形成する。第２電極２１を軸線のまわりに回転させて被処理物９を搬送する。第１電極１１の一側部に処理ガスの吹出し部３０を配置する。第１電極１１の他側部に遮蔽部材５０を配置する。遮蔽部材５０を放電面１１ａ又はそれを覆う固体誘電体層１２の処理空間画成面よりも第２電極２１に向けて突出させ、その突出量ｈを処理空間９０の最も狭い部分９０ａの厚さｇ０より大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、処理ガスをプラズマ化して被処理物に接触させることで被処理物をプラズマ処理する装置に関し、特に円筒電極と対向電極との間に大気圧近傍下でプラズマ放電を生成するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載の大気圧プラズマ処理装置は、凹面電極と円筒電極を含む。凹面電極は、部分凹円筒面からなる凹曲面を有している。この凹曲面と、円筒電極の外周面とが互いに対向し、これら対向面どうし間に一定の厚さの処理空間が形成されている。これら対向面の少なくとも一方には溶射膜等の固体誘電体層が設けられている。凹面電極は、電源に接続されて電界印加電極となっている。円筒電極は、電気的に接地され、接地電極となっている。更に、円筒電極の周方向に沿って、第１スカートと、不活性ガスノズルと、処理ガスノズルと、上記凹面電極と、吸引ノズルと、第２スカートが、順次配置されている。円筒電極の外周面には、連続シート状の被処理物が巻き付けられ、かつ円筒電極が軸線まわりに回転することで、被処理物が処理空間を通過するように搬送される。そして、凹面電極と円筒電極との間に電界が印加されて大気圧グロー放電が生成されるとともに、処理ガスが処理ガスノズルから処理空間に導入されてプラズマ化される。プラズマ化した処理ガスが、処理空間内の被処理物に接触し、被処理物が表面処理される。処理済みのガスは、吸引ノズルに吸引される。同時に、不活性ガスノズルからＡｒ等の不活性ガスを吹き出し、該不活性ガスノズルと円筒電極との間の隙間の圧力を処理空間より高圧にすることで、処理ガスが処理空間とは逆側へ流れるのを防止している。更に、第１、第２スカートと円筒電極との間の隙間をそれぞれ処理空間の厚さより狭く設定することで、これら隙間からの処理ガスの漏れを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０９８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
被処理物をプラズマ表面処理するにあたり、処理ガスのレシピ管理は重要である。特に大気圧近傍下でのプラズマ処理においては、処理ガスに空気等の雰囲気ガスが混入しやすい。特に、近年では被処理物の搬送速度を大きくする傾向があり、空気等の雰囲気ガスが被処理物と一緒に処理空間に巻き込まれやすい。空気等の雰囲気ガスには酸素や水蒸気が含まれており、これが処理ガスに混入すると、良好な表面処理を妨げられるおそれがある。
本発明は、簡易な構成で雰囲気ガスの処理空間への流入を防止し、表面処理を良好に行なうことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題点を解決するために、本発明は、大気圧近傍の処理空間内で電界印加によって処理ガスをプラズマ化（励起、分解、活性化、ラジカル化、イオン化を含む）するとともに、前記処理空間内を通る被処理物に前記処理ガスを接触させることにより、前記被処理物の表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、
第１方向と直交する平面状の放電面を有する前記電界印加のための第１電極と、
軸線を前記第１方向と直交する処理幅方向に向けた円筒形状をなして前記第１電極との間に前記処理空間を形成し、かつ前記軸線のまわりに回転することで前記被処理物を搬送する第２電極と、
前記第１電極の前記第１方向及び前記処理幅方向の何れとも直交する第２方向の一側部（第１側）に配置され、前記処理空間に前記処理ガスを導入する吹出し部と、
前記第１電極の前記第２方向の他側部（第２側）に配置され、前記放電面又は前記放電面を覆う固体誘電体層の前記処理空間を画成する面よりも前記第２電極に向けて前記第１方向に突出する遮蔽部材と、
を備え、前記遮蔽部材の突出量が、前記処理空間の最も狭い部分の厚さより大きいことを特徴とする。
これによって、処理空間の内圧を高めて、処理空間内に空気等の雰囲気ガスが流入するのを抑制又は防止でき、処理ガスへの不純物混入を０〜微量にできる。したがって、環境（雰囲気ガスの状態）に影響されることなく、良好な表面処理を行なうことができる。また、上記雰囲気ガスの流入防止のために吸引排気機構を設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。更には、放電面を平面にすることで、前記第１電極の構造を簡素化できる。
【０００６】
前記遮蔽部材の突出量は、好ましくは２ｍｍ以上であり、より好ましくは３ｍｍ以上である。これによって、処理空間内への雰囲気ガス流入を一層確実に抑制又は防止できる。前記遮蔽部材の突出量の上限は、前記遮蔽部材の突出端が前記第２電極に当たらないように設定し、更には、前記遮蔽部材の突出端と前記第２電極との間の隙間が前記被処理物の厚さより大きくなるように設定する。これによって、前記隙間に前記被処理物を通すことができる。
【０００７】
前記被処理物の搬送速度は、例えば２０ｍ／ｍｉｎ〜４０ｍ／ｍｉｎ程度の高速である。そのため、空気等の雰囲気ガスの巻き込み作用が大きい。これに対して、前記突出部を設けることで、雰囲気ガスの巻き込み量を確実に抑制でき、処理ガスへの不純物混入量を確実に微量にできる。例えば、濡れ性向上処理においては、前記高速搬送による巻き込み作用と前記突出部による巻き込み抑制作用とが相俟って、窒素等の処理ガスに大気から微量の酸素を添加することができ、この結果、濡れ性を顕著に向上させることができる。
【０００８】
前記吹出し部が、前記第１電極よりも前記被処理物の搬送方向の上流側に配置されていることが好ましい。前記遮蔽部材が、前記第１電極よりも前記被処理物の搬送方向の下流側に配置されていることが好ましい。これによって、処理空間の下流側において処理ガスの流れを邪魔することで、処理空間の内圧を周辺の環境圧より確実に高圧にできる。したがって、処理空間への雰囲気ガス流入を確実に抑制又は防止できる。
【０００９】
前記吹出し部が、前記処理空間に向かって開口する吹出し口を含むことが好ましい。これによって、処理ガスを前記吹出し口から処理空間に直接的に導入できる。前記吹出し部が、前記放電面又は前記固体誘電体層の前記処理空間を画成する面よりも前記第２電極に向けて前記第１方向に突出する突出部を有し、前記突出部の前記処理空間を向く側面に前記吹出し口が開口していることが好ましい。これによって、前記被処理物の搬送に伴なう雰囲気ガスの巻き込みを防止できるだけでなく、処理ガスの吹出し流に乗って雰囲気ガスが処理空間に引き込まれるのを防止できる。
【００１０】
ここで、大気圧近傍とは、１．０１３×１０４〜５０．６６３×１０４Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、１．３３３×１０４〜１０．６６４×１０４Ｐａが好ましく、９．３３１×１０４〜１０．３９７×１０４Ｐａがより好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、処理空間内に雰囲気ガスが流入するのを抑制又は防止でき、処理ガスへの不純物混入を低減できる。したがって、良好な表面処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置を示す側面断面図である。
【図２】図２は、上記プラズマ処理装置の斜視図である。
【図３】図３は、上記プラズマ処理装置の処理空間を拡大して示す側面断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置を示す側面図である。
【図６】図６は、処理ガス吹出し部及びカーテンガス吹出し部の先端構造の変形例を示す側面断面図である。
【図７】図７は、実施例１の結果を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図３は、本発明の第１実施形態を示したものである。図１及び図２に示すように、プラズマ処理装置１は、プラズマヘッド１０と、第２電極２１を備えている。これら第２電極２１とプラズマヘッド１０が上下（第１方向）に対向し、互いの間に処理空間９０が形成されている。この処理空間９０に被処理物９が通され、被処理物９のプラズマ表面処理がなされる。この実施形態における表面処理内容は、例えば被処理物９の表面の濡れ性向上（親液化）処理である。被処理物９は、連続シート状の樹脂フィルムであり、例えば偏光板用の光学フィルムや電子装置のフレキシブル配線等として適用される。被処理物９の幅（図１の紙面と直交する処理幅方向の寸法）は、例えば数十ｍｍ〜数千ｍｍである。被処理物９の厚さは、数百μｍ程度である。図３において、被処理物９の厚さは、誇張されている。
【００１４】
プラズマヘッド１０は、第１電極１１と、ホルダ１３と、ベース１４を含む。第１電極１１は、四角形の断面形状をなして、図１の紙面と直交する処理幅方向（第１方向と直交する方向）に延びている。第１電極１１の上面が放電面１１ａを構成する。放電面１１ａは、第１方向と直交する平面をなして処理幅方向に延びている。第１電極１１の内部には温調路１１ｃが形成されている。温調路１１ｃに冷却水等の温調媒体を流通させることで、電極１１を温調できる。
【００１５】
第１電極１１の処理幅方向の長さは、被処理物９の幅寸法に応じて設定され、例えば数十ｍｍ〜数千ｍｍである。第１電極１１の短手方向（第１方向及び処理幅方向の何れとも直交する第２方向、図１の左右方向）の長さは、例えば十数ｍｍ〜数十ｍｍである。
【００１６】
第１電極１１には電源２が接続されている。これによって、第１電極１１が電界印加電極になっている。電源２は、例えばパルス波（間欠波）状の高周波電力を第１電極１１に供給する。供給電力は、パルス波の間欠波状に限定されるものではなく、正弦波等の連続波状であってもよい。
【００１７】
第１電極１１上に固体誘電体層１２が配置されている。固体誘電体層１２が、放電面１１ａに密着して放電面１１ａの全体を覆っている。固体誘電体層１２は、アルミナ等の固体誘電体からなる平らな板にて構成されている。固体誘電体層１２の厚さは、例えば約１ｍｍ〜数ｍｍ程度である。板状の固体誘電体層１２は、放電面１１ａより面積が大きく、第１電極１１よりも処理幅方向の両側及び第２方向の両側に延び出ている。固体誘電体層１２の処理幅方向の長さは、例えば数十ｍｍ〜数千ｍｍである。固体誘電体層１２の第２方向の長さは、例えば数十ｍｍ〜数百ｍｍである。
【００１８】
第１電極１１は、ホルダ１３にて保持されている。ホルダ１３は、樹脂やセラミックス等の絶縁体にて構成されている。ホルダ１３には凹部１３ａが形成されている。凹部１３ａは、ホルダ１３の上面に開口している。凹部１３ａに第１電極１１が収容されている。ホルダ１３の上面と放電面１１ａとは面一になっている。固体誘電体層１２が、ホルダ１３の上面をも覆っている。
【００１９】
第２電極２１は、軸線を処理幅方向に向けた円筒形状になっている。第２電極２１の処理幅方向の長さは、被処理物９の幅寸法に応じて設定され、かつ第１電極１１の処理幅方向の長さとほぼ同じかそれより大きく、例えば数十ｍｍ〜数千ｍｍである。第２電極２１の直径は、第１電極１１の第２方向（短手方向）の長さより充分に大きく、更にはプラズマヘッド１０の第２方向の寸法よりも大きく、例えば数十ｍｍ〜数百ｍｍである。
【００２０】
第２電極２１は、接地線２ｅを介して電気的に接地されている。これによって、第２電極２１は、接地電極を構成している。上記電源２からの電圧供給によって、第１電極１１と第２電極２１との間に電位差を形成してプラズマ放電９１を発生させることができる。
【００２１】
図３に示すように、第２電極２１の円筒形の外周面の全体が固体誘電体層２２（図１において省略）にて被覆されている。固体誘電体層２２は、例えばアルミナの溶射膜に構成されている。固体誘電体層２２の厚さは、例えば約１ｍｍ〜数ｍｍ程度である。
【００２２】
電極１１，２１どうしの間には、大気圧近傍（大気圧を含む）の処理空間９０が形成されている。詳細には、第１電極１１の固体誘電体層１２の上面と、第２電極２１の固体誘電体層２２の下側の外周面とによって、処理空間９０が画成されている。処理空間９０は、第２電極２１の軸線の直下において最も狭くなっている。この最狭部９０ａから第２方向に離れるにしたがって処理空間９０の厚さが漸次大きくなっている。最狭部９０ａの厚さｇ０は、例えばｇ０＝約１ｍｍ〜数ｍｍ程度である。処理空間９０の第２方向の両端部及び処理幅方向の両端部がプラズマ処理装置１の周辺空間に連通している。
【００２３】
第２電極２１は、図示しない回転駆動部に連結されている。この回転駆動部によって第２電極２１がその軸線まわりに回転される。連続シート状の被処理物９が、第２電極２１の下側の周面に掛け回され、処理空間９０に通されている。第２電極２１の回転によって、被処理物９が搬送される。ここでは、図１において、第２電極２１が反時計回りに回転され、被処理物９が概略右方向に搬送される。被処理物９の搬送速度は、比較的大きく、例えば２０ｍ／ｍｉｎ〜４０ｍ／ｍｉｎ程度である。なお、一般的な搬送速度は、数ｍ／ｍｉｎ程度〜十数ｍ／ｍｉｎである。
【００２４】
プラズマヘッド１０における第１電極１１の第２方向の第１側部（一側部、図１において左）には、処理ガス吹出し部３０が配置されている。吹出し部３０は、第１電極１１よりも被処理物９の搬送方向の上流側に位置する。吹出し部３０は、鉛直な板状の部材にて構成されている。吹出し部３０の第１電極１１を向く側面（図１において右側面）に、固体誘電体層１２の第１側の端面及びホルダ１３の第１側の側面が当たっている。吹出し部３０の上端部３１が、固体誘電体層１２の上面（処理空間９０の底部を画成する画成面）よりも第２電極２１に向けて上（第１方向）に突出し、第２電極２１に近接している。この突出部３１の第１電極１１を向く鉛直な側面が、処理空間９０の第２方向の第１側の端部（図１において左端部）を画成している。突出部３１の固体誘電体層１２からの突出量は、最狭部９０ａの厚さｇ０より大きい。吹出し部３０の上端面は、水平になっている。吹出し部３０の上端面と第２電極２１の下側の周面との間に隙間９３が形成されている。隙間９３は、処理空間９０との連通部において最も狭くなっている。隙間９３の最も狭くなった部分の上下の厚さは、例えば数ｍｍ程度であり、処理空間９０の最狭部９０ａの厚さとほぼ同じでもよく、最狭部９０ａの厚さより小さくてもよく、最狭部９０ａの厚さより大きくてもよい。
【００２５】
吹出し部３０の内部に処理ガス導入路３２が形成されている。処理ガス導入路３２の基端部（図１において下端）に処理ガス源３が接続されている。詳細な図示は省略するが、処理ガス導入路３２は、処理ガス源３からの処理ガスを吹出し部３０内において処理幅方向に分散させる分散路を含む。処理ガス導入路３２に処理ガス吹出し口３３が連なっている。吹出し口３３は、処理幅方向に分散して配置された複数の小孔で構成されていてもよく、処理幅方向に延びるスロットにて構成されていてもよい。吹出し口３３は、処理ガス導入路３２から処理空間９０に向かって第２方向の内側へ、かつ若干斜め上へ延びている。この吹出し口３３が、突出部３１の第１電極１１を向く側面に達している。したがって、吹出し口３３は、処理空間９０の第２方向の一端部（図１において左）に向かって開口し、処理空間９０に直接連なっている。
【００２６】
処理ガスの組成は、被処理物９の表面処理内容に応じて適宜選択される。濡れ性向上処理の場合、処理ガスは、窒素（Ｎ２）を主成分として含むことが好ましい。ここでは、処理ガスが窒素１００％にて構成されている。
【００２７】
吹出し部３０の第２方向の外側部（第１電極１１側とは反対側）には、カーテンガス吹出し部４０が設けられている。カーテンガス吹出し部４０は、鉛直な板状の部材にて構成され、吹出し部３０の外側面にぴったり重ねられている。吹出し部３０，４０の合計厚さ（第２方向の寸法）は、数十ｍｍ〜百ｍｍ程度である。カーテンガス吹出し部４０の上端面は、処理ガス吹出し部３０の上端面と面一の水平面になっている。吹出し部４０の上端面と第２電極２１の下側の周面との間に隙間９４が形成されている。処理空間９０が、隙間９３，９４を介して、プラズマ処理装置１より第２方向の第１側（図１において左）の周辺空間に連なっている。
【００２８】
吹出し部４０の内部にカーテンガス導入路４２が形成されている。カーテンガス導入路４２の基端部（図１において下端）にカーテンガス源４が接続されている。カーテンガスとして、例えば窒素等の不活性ガスが用いられている。処理ガス源３とカーテンガス源４とが、共通の窒素ガス源にて構成されていてもよい。詳細な図示は省略するが、導入路４２は、カーテンガス源４からのカーテンガスを吹出し部４０内において処理幅方向に分散させる分散路を含む。導入路４２にカーテンガス吹出し口４３が連なっている。カーテンガス吹出し口４３は、処理幅方向に分散して配置された複数の小孔にて構成されていてもよく、処理幅方向に延びるスロットにて構成されていてもよい。吹出し口４３は、導入路４２から上へ向かって延び、吹出し部４０の上端面に達して、隙間９４に向かって開口している。
【００２９】
プラズマヘッド１０における吹出し部３０とは第２方向の反対側の第２側部（他側部、図１において右）には、遮蔽部材５０が配置されている。遮蔽部材５０は、第１電極１１よりも被処理物９の搬送方向の下流側に位置する。遮蔽部材５０は、鉛直な板状になっている。遮蔽部材５０の第２方向の厚さは、特に限定が無いが、好ましくは吹出し部３０，４０の厚さより充分に小さく、例えば数ｍｍ〜十数ｍｍ程度である。遮蔽部材５０の第１電極１１を向く側面（図１において左側面）に、固体誘電体層１２の第２側の端面及びホルダ１３の第２側の側面が当たっている。遮蔽部材５０の上端部５１が、固体誘電体層１２の上面（処理空間９０の底部を画成する面）よりも上（第２電極２１に向けて第１方向）に突出し、第２電極２１に近接している。突出部５１の第１電極１１を向く鉛直な側面が、処理空間９０の第２方向の第２側の端部（図１において右端部）を画成している。遮蔽部材５０の固体誘電体層１２からの突出量ｈ（突出部５１の高さ）は、最狭部９０ａの厚さｇ０より大きい（ｈ＞ｇ０）。好ましくは、遮蔽部材５０の突出量ｈは、２ｍｍ以上であり（ｈ≧２ｍｍ）、好ましくは３ｍｍ以上である（ｈ≧３ｍｍ）。また、突出量ｈは、吹出し部３０の突出部３１の固体誘電体層１２からの突出量と同じかそれ以上である。
【００３０】
遮蔽部材５０の上端面と第２電極２１の下側の周面との間に隙間９５が形成されている。隙間９５の上下の厚さは、被処理物９を通すことができる大きさであれば、特に限定が無く、処理空間９０の最狭部９０ａの厚さとほぼ同じでもよく、最狭部９０ａの厚さより小さくてもよく、最狭部９０ａの厚さより大きくてもよい。ここでは、隙間９５の上下の厚さは、約１ｍｍ〜十数ｍｍ程度である。処理空間９０が、隙間９５を介して、プラズマ処理装置１より第２方向の第２側（図１において右）の周辺空間に連なっている。
プラズマヘッド１０には使用済みの処理ガス等を吸引する吸引排気機構が設けられていない。
【００３１】
上記のように構成されたプラズマ処理装置１を用いて、被処理物９を表面処理する方法を説明する。
被処理物９を第２電極２１の下側の周面に抱かせ、第２電極２１を例えば図１において反時計回りに回転させることで、被処理物９を右方向に例えば２０ｍ／ｍｉｎ〜４０ｍ／ｍｉｎ程度の高速で搬送する。電源２から第１電極１１に高周波電力を供給し、第１電極１１及び第２電極２１の間に電界を印加する。これにより、処理空間９０内の第２方向の中央部（第１電極１１に対応する部分９１）に大気圧近傍のプラズマ放電９１を生成する。
【００３２】
上記の電圧供給と併行して、処理ガス（Ｎ２）を処理ガス源３から処理ガス導入路３２に送り、処理ガス導入路３２において処理幅方向に分散させる。この処理ガスを、吹出し口３３から吹き出す。吹出し口３３は処理空間９０の第１側の端部（図１において左端）に開口しているから、処理ガスを処理空間９０に直接的に導入でき、さらには処理ガスをプラズマ放電部９１に向けて確実に流すことができる。しかも、処理ガスの流れは処理幅方向に均一な状態になる。この処理ガスが、プラズマ放電部９１にてプラズマ化（励起、分解、活性化、ラジカル化、イオン化等を含む）される。このプラズマ化された処理ガス（窒素プラズマ）が、第２電極２１の下側の周面上の被処理物９に接触する。これによって、被処理物９の表面をプラズマ処理（濡れ性向上処理）できる。第２電極２１の回転によって被処理物９を連続的に処理空間９０に通すことで、被処理物９をその延び方向にプラズマ処理できる。また、吹出し口３３からの吹き出し流を処理幅方向に均一な状態にでき、更には処理空間９０及び隙間９３，９４，９５の上下厚さ等を処理幅方向に均一な大きさに設定することで、被処理物９の処理度合いを処理幅方向に均一にすることができる。
【００３３】
プラズマヘッド１０より第１側すなわち搬送方向の上流側の空気（雰囲気ガス）は、被処理物９との粘性によって、被処理物９と一緒に処理空間９０内に巻き込まれようとする。特に、搬送速度が高速（例えば２０ｍ／ｍｉｎ〜４０ｍ／ｍｉｎ程度）であるために、上記巻き込み作用も大きい。これに対して、処理空間９０は、第２電極２１と固体誘電体層１２と突出部３１，５１とによってほぼ閉じた空間になっているから、処理ガスを処理空間９０内に充填して加圧できる。これによって、処理空間９０の内圧を大気圧近傍の範囲内でプラズマ処理装置１の周辺空間の圧力（環境圧）より高くできる。特に、遮蔽部材５０の突出部５１によって処理ガスの流れを処理空間９０の下流端において邪魔してほぼ堰き止めることで、処理空間９０の内圧を環境圧より確実に高圧にできる。これによって、搬送速度が高速であっても、上記空気が処理空間９０内に流入するのを充分に抑制でき、処理ガスへの空気混入量を微量にすることができる。突出部５１の突出高さｈを放電ギャップｇ０より大きくし、好ましくはｈ≧２ｍｍ、より好ましくはｈ≧３ｍｍとすることで、処理空間９０への空気流入を確実に抑制でき、処理ガスへの空気混入量を確実に微量にできる。
【００３４】
処理空間９０の上流側（第１側）では、吹出し部３０の突出部３１によって、上記被処理物９の搬入に伴なう空気の巻き込みを直接的に阻むことができる。また、上記上流側の空気が処理ガスの吹出しに伴なって処理空間９０に引き込まれるのを防止できる。更には、カーテンガス源４からのカーテンガス（Ｎ２）を吹出し口４３から吹き出す。これによって、処理空間９０の上流側にガスカーテンを形成でき、上記空気の巻き込みを確実に阻むことができる。したがって、処理ガスへの空気混入量を一層確実に微量にできる。
【００３５】
そして、処理空間９０内に充填された処理ガスは、各隙間９３，９４，９５から外部へ排出され、更には処理空間９０の処理幅方向の両端部からも外部へ排出される。この排出の流れによって、処理空間９０に向かう空気を押し戻すことができ、処理空間９０への空気流入を一層確実に抑制できる。
【００３６】
この結果、処理空間９０内における酸素濃度を例えば１００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ程度の微量にできる。酸素濃度を１０００ｐｐｍ以下に抑えることで、処理性能が損なわれるのを確実に防止できる。しかも、窒素１００％からなる処理ガスに大気から微量の酸素を添加することによって、被処理物９の濡れ性を顕著に向上させることができる。
本プラズマ処理装置１によれば、空気の流入防止のためにプラズマヘッド１０に吸引排気機構を設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。更には、放電面１１ａを平面にすることで、第１電極１１の構造を簡素化できる。
【００３７】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
プラズマヘッド１０の第２電極２１に対する配置場所は、第２電極２１の下側に限られない。図４に示す第２実施形態では、プラズマヘッド１０が、第１実施形態のものに対して右に９０度回転され、第２電極２１の右側部に配置されている。プラズマヘッド１０内の第１電極１１と第２電極２１とが左右に対向している。したがって、第２実施形態における第１方向は水平に向いている。第２方向（第１方向とも処理幅方向とも直交する方向）は、鉛直に向いている。
【００３８】
プラズマヘッド１０は、１つに限られず、複数（２以上）であってもよい。図５に示す第３実施形態では、プラズマ処理装置１が、２つのプラズマヘッド１０を含む。これらプラズマヘッド１０が第２電極２１の周方向に間隔を置いて配置されている。プラズマヘッド１０ごとに第１方向（電極１１，２１どうしの対向方向）及び第２方向（前記対向方向及び処理幅方向の何れとも直交する方向）が定まる。各プラズマヘッド１０と第２電極２１との間に処理空間９０が形成されている。プラズマ処理装置１全体では、２つの処理空間９０が第２電極２１の周方向に間隔を置いて形成されている。したがって、被処理物９を第２電極２１の周方向に搬送する間に２つの処理空間９０にて二回の表面処理を行なうことができる。これによって、被処理物９に対する表面処理度を一層高めることができる。１段目（搬送方向の上流側）のプラズマヘッド１０での表面処理内容と２段目（搬送方向の下流側）のプラズマヘッド１０での表面処理内容とが互いに異なっていてもよい。
プラズマヘッド１０の数ひいては処理空間９０の数は、３つ以上でもよい。
【００３９】
図６は、吹出し部３０，４０の変形例を示したものである。この変形例では、吹出し部３０の上端面が第２電極２１の周面に沿うように斜めになっている。そのため、第２電極２１と吹出し部３０の間の隙間９３が全体的にほぼ同じ厚さになっている。同様に、吹出し部４０の上端面が第２電極２１の周面に沿うように斜めになっており、第２電極２１と吹出し部４０との間の隙間９４が全体的にほぼ同じ厚さになっている。吹出し部４０の上端面の傾斜角度は、吹出し部３０の上端面の傾斜角度より大きい。この変形例によれば、隙間９４，９３の流通抵抗を高くでき、外部の空気等の雰囲気ガスが隙間９４，９３を通して処理空間９０に流入するのを一層確実に抑制又は防止できる。
【００４０】
本発明は、上記実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様を採用できる。
例えば、固体誘電体層は電極１１，２１の少なくとも一方に設けられていればよい。固体誘電体層１２又は２２の何れか一方を省略してもよい。固体誘電体層１２を省略する場合、遮蔽部材５０は、放電面１１ａよりも第２電極２１に向けて第１方向に突出していればよい。
遮蔽部材５０が、第１電極１１に対して被処理物９の搬送方向の上流側に配置されていてもよい。吹出し部３０が、第１電極１１に対して被処理物９の搬送方向の下流側に配置されていてもよい。
被処理物９の搬送速度は、２０ｍ／ｍｉｎ〜４０ｍ／ｍｉｎに限られず、２０ｍ／ｍｉｎより小さくてもよく、４０ｍ／ｍｉｎより大きくてもよい。
本発明は、濡れ性向上処理に限られず、撥水化等のその他の表面改質処理、洗浄、成膜等の種々の表面処理に適用できる。
【実施例１】
【００４１】
実施例を説明する。本発明が以下の実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。
実施例１では、第１実施形態（図１〜図３）と実質的に同じ構造の装置を用いて、遮蔽部材５０の突出量ｈに対する処理空間９０内への混入酸素量を調べた。
第２電極２１の下端の処理空間９０の最狭部９０ａの厚さは、１ｍｍ程度であった。
遮蔽部材５０の突出量ｈを、ｈ＝０〜６ｍｍの範囲で調節した。
被処理物９の搬送速度は、２０ｍ／ｍｉｎと４０ｍ／ｍｉｎの２通りとした。
処理ガスとして窒素（Ｎ２）１００％を用いた。
処理幅方向の単位長さあたり（１ｍ）の処理ガスの供給流量は、７ｓｌｍであった。
【００４２】
結果を図７に示す。突出部５１の突出量ｈを放電ギャップｇ０より大きくすることで（ｈ＞ｇ０）、処理空間９０内への空気流入を抑制でき、処理空間９０内の酸素濃度を大きく低減できることが確認された。突出量ｈ＝２ｍｍで酸素濃度の低減効果を発現できた。突出量ｈを３ｍｍ以上とすると（ｈ≧３ｍｍ）、酸素濃度を確実に低減できることが確認された。また、搬送速度が高速であるほど、酸素濃度の低減効果が大きかった。
【実施例２】
【００４３】
実施例２では、第１実施形態（図１〜図３）と実質的に同じ構造の装置を用いて、カーテンガスの効果を調べた。
吹出し部４０からのカーテンガスの吹出し流量を０〜８０Ｌ／ｍｉｎの範囲で調節した。
プラズマヘッド１０及び第２電極２１の処理幅方向の長さは２ｍ程度であった。
被処理物９の搬送速度は、２０ｍ／ｍｉｎと、３０ｍ／ｍｉｎと、４０ｍ／ｍｉｎの３通りとした。
遮蔽部材５０の突出量ｈは、ｈ＝６ｍｍであった。
その他の装置構成及び処理条件は実施例１と同じであった。
【００４４】
結果を図８に示す。搬送速度が３０ｍ／ｍｉｎ以上の高速の場合、カーテンガスの流量を大きくするにしたがって、処理空間９０内への空気流入をより抑制でき、処理空間９０内の酸素濃度をより低減できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
この発明は、例えば光学フィルムの接着性改善処理やフレキシブル配線材の表面処理に適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ プラズマ処理装置
２ 電源
２ｅ 接地線
３ 処理ガス源
４ カーテンガス源
９ 被処理物
１０ プラズマヘッド
１１ 第１電極
１１ａ 放電面
１１ｃ 温調路
１２ 固体誘電体層
１３ ホルダ
１３ａ 凹部
１４ ベース
２１ 第２電極
２２ 固体誘電体層
３０ 処理ガス吹出し部（吹出し部材）
３１ 突出部
３２ 処理ガス導入路
３３ 処理ガス吹出し口
４０ カーテンガス吹出し部
４２ カーテンガス導入路
４３ カーテンガス吹出し口
５０ 遮蔽部材
５１ 突出部
９０ 処理空間
９０ａ 最狭部
９１ プラズマ放電部
９３ 隙間（３０と２１の間）
９４ 隙間（４０と２１の間）
９５ 隙間（５０と２１の間）
ｇ０ 処理空間の最狭ギャップ
ｈ 突出量
【技術分野】
【０００１】
この発明は、処理ガスをプラズマ化して被処理物に接触させることで被処理物をプラズマ処理する装置に関し、特に円筒電極と対向電極との間に大気圧近傍下でプラズマ放電を生成するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載の大気圧プラズマ処理装置は、凹面電極と円筒電極を含む。凹面電極は、部分凹円筒面からなる凹曲面を有している。この凹曲面と、円筒電極の外周面とが互いに対向し、これら対向面どうし間に一定の厚さの処理空間が形成されている。これら対向面の少なくとも一方には溶射膜等の固体誘電体層が設けられている。凹面電極は、電源に接続されて電界印加電極となっている。円筒電極は、電気的に接地され、接地電極となっている。更に、円筒電極の周方向に沿って、第１スカートと、不活性ガスノズルと、処理ガスノズルと、上記凹面電極と、吸引ノズルと、第２スカートが、順次配置されている。円筒電極の外周面には、連続シート状の被処理物が巻き付けられ、かつ円筒電極が軸線まわりに回転することで、被処理物が処理空間を通過するように搬送される。そして、凹面電極と円筒電極との間に電界が印加されて大気圧グロー放電が生成されるとともに、処理ガスが処理ガスノズルから処理空間に導入されてプラズマ化される。プラズマ化した処理ガスが、処理空間内の被処理物に接触し、被処理物が表面処理される。処理済みのガスは、吸引ノズルに吸引される。同時に、不活性ガスノズルからＡｒ等の不活性ガスを吹き出し、該不活性ガスノズルと円筒電極との間の隙間の圧力を処理空間より高圧にすることで、処理ガスが処理空間とは逆側へ流れるのを防止している。更に、第１、第２スカートと円筒電極との間の隙間をそれぞれ処理空間の厚さより狭く設定することで、これら隙間からの処理ガスの漏れを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０９８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
被処理物をプラズマ表面処理するにあたり、処理ガスのレシピ管理は重要である。特に大気圧近傍下でのプラズマ処理においては、処理ガスに空気等の雰囲気ガスが混入しやすい。特に、近年では被処理物の搬送速度を大きくする傾向があり、空気等の雰囲気ガスが被処理物と一緒に処理空間に巻き込まれやすい。空気等の雰囲気ガスには酸素や水蒸気が含まれており、これが処理ガスに混入すると、良好な表面処理を妨げられるおそれがある。
本発明は、簡易な構成で雰囲気ガスの処理空間への流入を防止し、表面処理を良好に行なうことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題点を解決するために、本発明は、大気圧近傍の処理空間内で電界印加によって処理ガスをプラズマ化（励起、分解、活性化、ラジカル化、イオン化を含む）するとともに、前記処理空間内を通る被処理物に前記処理ガスを接触させることにより、前記被処理物の表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、
第１方向と直交する平面状の放電面を有する前記電界印加のための第１電極と、
軸線を前記第１方向と直交する処理幅方向に向けた円筒形状をなして前記第１電極との間に前記処理空間を形成し、かつ前記軸線のまわりに回転することで前記被処理物を搬送する第２電極と、
前記第１電極の前記第１方向及び前記処理幅方向の何れとも直交する第２方向の一側部（第１側）に配置され、前記処理空間に前記処理ガスを導入する吹出し部と、
前記第１電極の前記第２方向の他側部（第２側）に配置され、前記放電面又は前記放電面を覆う固体誘電体層の前記処理空間を画成する面よりも前記第２電極に向けて前記第１方向に突出する遮蔽部材と、
を備え、前記遮蔽部材の突出量が、前記処理空間の最も狭い部分の厚さより大きいことを特徴とする。
これによって、処理空間の内圧を高めて、処理空間内に空気等の雰囲気ガスが流入するのを抑制又は防止でき、処理ガスへの不純物混入を０〜微量にできる。したがって、環境（雰囲気ガスの状態）に影響されることなく、良好な表面処理を行なうことができる。また、上記雰囲気ガスの流入防止のために吸引排気機構を設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。更には、放電面を平面にすることで、前記第１電極の構造を簡素化できる。
【０００６】
前記遮蔽部材の突出量は、好ましくは２ｍｍ以上であり、より好ましくは３ｍｍ以上である。これによって、処理空間内への雰囲気ガス流入を一層確実に抑制又は防止できる。前記遮蔽部材の突出量の上限は、前記遮蔽部材の突出端が前記第２電極に当たらないように設定し、更には、前記遮蔽部材の突出端と前記第２電極との間の隙間が前記被処理物の厚さより大きくなるように設定する。これによって、前記隙間に前記被処理物を通すことができる。
【０００７】
前記被処理物の搬送速度は、例えば２０ｍ／ｍｉｎ〜４０ｍ／ｍｉｎ程度の高速である。そのため、空気等の雰囲気ガスの巻き込み作用が大きい。これに対して、前記突出部を設けることで、雰囲気ガスの巻き込み量を確実に抑制でき、処理ガスへの不純物混入量を確実に微量にできる。例えば、濡れ性向上処理においては、前記高速搬送による巻き込み作用と前記突出部による巻き込み抑制作用とが相俟って、窒素等の処理ガスに大気から微量の酸素を添加することができ、この結果、濡れ性を顕著に向上させることができる。
【０００８】
前記吹出し部が、前記第１電極よりも前記被処理物の搬送方向の上流側に配置されていることが好ましい。前記遮蔽部材が、前記第１電極よりも前記被処理物の搬送方向の下流側に配置されていることが好ましい。これによって、処理空間の下流側において処理ガスの流れを邪魔することで、処理空間の内圧を周辺の環境圧より確実に高圧にできる。したがって、処理空間への雰囲気ガス流入を確実に抑制又は防止できる。
【０００９】
前記吹出し部が、前記処理空間に向かって開口する吹出し口を含むことが好ましい。これによって、処理ガスを前記吹出し口から処理空間に直接的に導入できる。前記吹出し部が、前記放電面又は前記固体誘電体層の前記処理空間を画成する面よりも前記第２電極に向けて前記第１方向に突出する突出部を有し、前記突出部の前記処理空間を向く側面に前記吹出し口が開口していることが好ましい。これによって、前記被処理物の搬送に伴なう雰囲気ガスの巻き込みを防止できるだけでなく、処理ガスの吹出し流に乗って雰囲気ガスが処理空間に引き込まれるのを防止できる。
【００１０】
ここで、大気圧近傍とは、１．０１３×１０４〜５０．６６３×１０４Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、１．３３３×１０４〜１０．６６４×１０４Ｐａが好ましく、９．３３１×１０４〜１０．３９７×１０４Ｐａがより好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、処理空間内に雰囲気ガスが流入するのを抑制又は防止でき、処理ガスへの不純物混入を低減できる。したがって、良好な表面処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置を示す側面断面図である。
【図２】図２は、上記プラズマ処理装置の斜視図である。
【図３】図３は、上記プラズマ処理装置の処理空間を拡大して示す側面断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置を示す側面図である。
【図６】図６は、処理ガス吹出し部及びカーテンガス吹出し部の先端構造の変形例を示す側面断面図である。
【図７】図７は、実施例１の結果を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図３は、本発明の第１実施形態を示したものである。図１及び図２に示すように、プラズマ処理装置１は、プラズマヘッド１０と、第２電極２１を備えている。これら第２電極２１とプラズマヘッド１０が上下（第１方向）に対向し、互いの間に処理空間９０が形成されている。この処理空間９０に被処理物９が通され、被処理物９のプラズマ表面処理がなされる。この実施形態における表面処理内容は、例えば被処理物９の表面の濡れ性向上（親液化）処理である。被処理物９は、連続シート状の樹脂フィルムであり、例えば偏光板用の光学フィルムや電子装置のフレキシブル配線等として適用される。被処理物９の幅（図１の紙面と直交する処理幅方向の寸法）は、例えば数十ｍｍ〜数千ｍｍである。被処理物９の厚さは、数百μｍ程度である。図３において、被処理物９の厚さは、誇張されている。
【００１４】
プラズマヘッド１０は、第１電極１１と、ホルダ１３と、ベース１４を含む。第１電極１１は、四角形の断面形状をなして、図１の紙面と直交する処理幅方向（第１方向と直交する方向）に延びている。第１電極１１の上面が放電面１１ａを構成する。放電面１１ａは、第１方向と直交する平面をなして処理幅方向に延びている。第１電極１１の内部には温調路１１ｃが形成されている。温調路１１ｃに冷却水等の温調媒体を流通させることで、電極１１を温調できる。
【００１５】
第１電極１１の処理幅方向の長さは、被処理物９の幅寸法に応じて設定され、例えば数十ｍｍ〜数千ｍｍである。第１電極１１の短手方向（第１方向及び処理幅方向の何れとも直交する第２方向、図１の左右方向）の長さは、例えば十数ｍｍ〜数十ｍｍである。
【００１６】
第１電極１１には電源２が接続されている。これによって、第１電極１１が電界印加電極になっている。電源２は、例えばパルス波（間欠波）状の高周波電力を第１電極１１に供給する。供給電力は、パルス波の間欠波状に限定されるものではなく、正弦波等の連続波状であってもよい。
【００１７】
第１電極１１上に固体誘電体層１２が配置されている。固体誘電体層１２が、放電面１１ａに密着して放電面１１ａの全体を覆っている。固体誘電体層１２は、アルミナ等の固体誘電体からなる平らな板にて構成されている。固体誘電体層１２の厚さは、例えば約１ｍｍ〜数ｍｍ程度である。板状の固体誘電体層１２は、放電面１１ａより面積が大きく、第１電極１１よりも処理幅方向の両側及び第２方向の両側に延び出ている。固体誘電体層１２の処理幅方向の長さは、例えば数十ｍｍ〜数千ｍｍである。固体誘電体層１２の第２方向の長さは、例えば数十ｍｍ〜数百ｍｍである。
【００１８】
第１電極１１は、ホルダ１３にて保持されている。ホルダ１３は、樹脂やセラミックス等の絶縁体にて構成されている。ホルダ１３には凹部１３ａが形成されている。凹部１３ａは、ホルダ１３の上面に開口している。凹部１３ａに第１電極１１が収容されている。ホルダ１３の上面と放電面１１ａとは面一になっている。固体誘電体層１２が、ホルダ１３の上面をも覆っている。
【００１９】
第２電極２１は、軸線を処理幅方向に向けた円筒形状になっている。第２電極２１の処理幅方向の長さは、被処理物９の幅寸法に応じて設定され、かつ第１電極１１の処理幅方向の長さとほぼ同じかそれより大きく、例えば数十ｍｍ〜数千ｍｍである。第２電極２１の直径は、第１電極１１の第２方向（短手方向）の長さより充分に大きく、更にはプラズマヘッド１０の第２方向の寸法よりも大きく、例えば数十ｍｍ〜数百ｍｍである。
【００２０】
第２電極２１は、接地線２ｅを介して電気的に接地されている。これによって、第２電極２１は、接地電極を構成している。上記電源２からの電圧供給によって、第１電極１１と第２電極２１との間に電位差を形成してプラズマ放電９１を発生させることができる。
【００２１】
図３に示すように、第２電極２１の円筒形の外周面の全体が固体誘電体層２２（図１において省略）にて被覆されている。固体誘電体層２２は、例えばアルミナの溶射膜に構成されている。固体誘電体層２２の厚さは、例えば約１ｍｍ〜数ｍｍ程度である。
【００２２】
電極１１，２１どうしの間には、大気圧近傍（大気圧を含む）の処理空間９０が形成されている。詳細には、第１電極１１の固体誘電体層１２の上面と、第２電極２１の固体誘電体層２２の下側の外周面とによって、処理空間９０が画成されている。処理空間９０は、第２電極２１の軸線の直下において最も狭くなっている。この最狭部９０ａから第２方向に離れるにしたがって処理空間９０の厚さが漸次大きくなっている。最狭部９０ａの厚さｇ０は、例えばｇ０＝約１ｍｍ〜数ｍｍ程度である。処理空間９０の第２方向の両端部及び処理幅方向の両端部がプラズマ処理装置１の周辺空間に連通している。
【００２３】
第２電極２１は、図示しない回転駆動部に連結されている。この回転駆動部によって第２電極２１がその軸線まわりに回転される。連続シート状の被処理物９が、第２電極２１の下側の周面に掛け回され、処理空間９０に通されている。第２電極２１の回転によって、被処理物９が搬送される。ここでは、図１において、第２電極２１が反時計回りに回転され、被処理物９が概略右方向に搬送される。被処理物９の搬送速度は、比較的大きく、例えば２０ｍ／ｍｉｎ〜４０ｍ／ｍｉｎ程度である。なお、一般的な搬送速度は、数ｍ／ｍｉｎ程度〜十数ｍ／ｍｉｎである。
【００２４】
プラズマヘッド１０における第１電極１１の第２方向の第１側部（一側部、図１において左）には、処理ガス吹出し部３０が配置されている。吹出し部３０は、第１電極１１よりも被処理物９の搬送方向の上流側に位置する。吹出し部３０は、鉛直な板状の部材にて構成されている。吹出し部３０の第１電極１１を向く側面（図１において右側面）に、固体誘電体層１２の第１側の端面及びホルダ１３の第１側の側面が当たっている。吹出し部３０の上端部３１が、固体誘電体層１２の上面（処理空間９０の底部を画成する画成面）よりも第２電極２１に向けて上（第１方向）に突出し、第２電極２１に近接している。この突出部３１の第１電極１１を向く鉛直な側面が、処理空間９０の第２方向の第１側の端部（図１において左端部）を画成している。突出部３１の固体誘電体層１２からの突出量は、最狭部９０ａの厚さｇ０より大きい。吹出し部３０の上端面は、水平になっている。吹出し部３０の上端面と第２電極２１の下側の周面との間に隙間９３が形成されている。隙間９３は、処理空間９０との連通部において最も狭くなっている。隙間９３の最も狭くなった部分の上下の厚さは、例えば数ｍｍ程度であり、処理空間９０の最狭部９０ａの厚さとほぼ同じでもよく、最狭部９０ａの厚さより小さくてもよく、最狭部９０ａの厚さより大きくてもよい。
【００２５】
吹出し部３０の内部に処理ガス導入路３２が形成されている。処理ガス導入路３２の基端部（図１において下端）に処理ガス源３が接続されている。詳細な図示は省略するが、処理ガス導入路３２は、処理ガス源３からの処理ガスを吹出し部３０内において処理幅方向に分散させる分散路を含む。処理ガス導入路３２に処理ガス吹出し口３３が連なっている。吹出し口３３は、処理幅方向に分散して配置された複数の小孔で構成されていてもよく、処理幅方向に延びるスロットにて構成されていてもよい。吹出し口３３は、処理ガス導入路３２から処理空間９０に向かって第２方向の内側へ、かつ若干斜め上へ延びている。この吹出し口３３が、突出部３１の第１電極１１を向く側面に達している。したがって、吹出し口３３は、処理空間９０の第２方向の一端部（図１において左）に向かって開口し、処理空間９０に直接連なっている。
【００２６】
処理ガスの組成は、被処理物９の表面処理内容に応じて適宜選択される。濡れ性向上処理の場合、処理ガスは、窒素（Ｎ２）を主成分として含むことが好ましい。ここでは、処理ガスが窒素１００％にて構成されている。
【００２７】
吹出し部３０の第２方向の外側部（第１電極１１側とは反対側）には、カーテンガス吹出し部４０が設けられている。カーテンガス吹出し部４０は、鉛直な板状の部材にて構成され、吹出し部３０の外側面にぴったり重ねられている。吹出し部３０，４０の合計厚さ（第２方向の寸法）は、数十ｍｍ〜百ｍｍ程度である。カーテンガス吹出し部４０の上端面は、処理ガス吹出し部３０の上端面と面一の水平面になっている。吹出し部４０の上端面と第２電極２１の下側の周面との間に隙間９４が形成されている。処理空間９０が、隙間９３，９４を介して、プラズマ処理装置１より第２方向の第１側（図１において左）の周辺空間に連なっている。
【００２８】
吹出し部４０の内部にカーテンガス導入路４２が形成されている。カーテンガス導入路４２の基端部（図１において下端）にカーテンガス源４が接続されている。カーテンガスとして、例えば窒素等の不活性ガスが用いられている。処理ガス源３とカーテンガス源４とが、共通の窒素ガス源にて構成されていてもよい。詳細な図示は省略するが、導入路４２は、カーテンガス源４からのカーテンガスを吹出し部４０内において処理幅方向に分散させる分散路を含む。導入路４２にカーテンガス吹出し口４３が連なっている。カーテンガス吹出し口４３は、処理幅方向に分散して配置された複数の小孔にて構成されていてもよく、処理幅方向に延びるスロットにて構成されていてもよい。吹出し口４３は、導入路４２から上へ向かって延び、吹出し部４０の上端面に達して、隙間９４に向かって開口している。
【００２９】
プラズマヘッド１０における吹出し部３０とは第２方向の反対側の第２側部（他側部、図１において右）には、遮蔽部材５０が配置されている。遮蔽部材５０は、第１電極１１よりも被処理物９の搬送方向の下流側に位置する。遮蔽部材５０は、鉛直な板状になっている。遮蔽部材５０の第２方向の厚さは、特に限定が無いが、好ましくは吹出し部３０，４０の厚さより充分に小さく、例えば数ｍｍ〜十数ｍｍ程度である。遮蔽部材５０の第１電極１１を向く側面（図１において左側面）に、固体誘電体層１２の第２側の端面及びホルダ１３の第２側の側面が当たっている。遮蔽部材５０の上端部５１が、固体誘電体層１２の上面（処理空間９０の底部を画成する面）よりも上（第２電極２１に向けて第１方向）に突出し、第２電極２１に近接している。突出部５１の第１電極１１を向く鉛直な側面が、処理空間９０の第２方向の第２側の端部（図１において右端部）を画成している。遮蔽部材５０の固体誘電体層１２からの突出量ｈ（突出部５１の高さ）は、最狭部９０ａの厚さｇ０より大きい（ｈ＞ｇ０）。好ましくは、遮蔽部材５０の突出量ｈは、２ｍｍ以上であり（ｈ≧２ｍｍ）、好ましくは３ｍｍ以上である（ｈ≧３ｍｍ）。また、突出量ｈは、吹出し部３０の突出部３１の固体誘電体層１２からの突出量と同じかそれ以上である。
【００３０】
遮蔽部材５０の上端面と第２電極２１の下側の周面との間に隙間９５が形成されている。隙間９５の上下の厚さは、被処理物９を通すことができる大きさであれば、特に限定が無く、処理空間９０の最狭部９０ａの厚さとほぼ同じでもよく、最狭部９０ａの厚さより小さくてもよく、最狭部９０ａの厚さより大きくてもよい。ここでは、隙間９５の上下の厚さは、約１ｍｍ〜十数ｍｍ程度である。処理空間９０が、隙間９５を介して、プラズマ処理装置１より第２方向の第２側（図１において右）の周辺空間に連なっている。
プラズマヘッド１０には使用済みの処理ガス等を吸引する吸引排気機構が設けられていない。
【００３１】
上記のように構成されたプラズマ処理装置１を用いて、被処理物９を表面処理する方法を説明する。
被処理物９を第２電極２１の下側の周面に抱かせ、第２電極２１を例えば図１において反時計回りに回転させることで、被処理物９を右方向に例えば２０ｍ／ｍｉｎ〜４０ｍ／ｍｉｎ程度の高速で搬送する。電源２から第１電極１１に高周波電力を供給し、第１電極１１及び第２電極２１の間に電界を印加する。これにより、処理空間９０内の第２方向の中央部（第１電極１１に対応する部分９１）に大気圧近傍のプラズマ放電９１を生成する。
【００３２】
上記の電圧供給と併行して、処理ガス（Ｎ２）を処理ガス源３から処理ガス導入路３２に送り、処理ガス導入路３２において処理幅方向に分散させる。この処理ガスを、吹出し口３３から吹き出す。吹出し口３３は処理空間９０の第１側の端部（図１において左端）に開口しているから、処理ガスを処理空間９０に直接的に導入でき、さらには処理ガスをプラズマ放電部９１に向けて確実に流すことができる。しかも、処理ガスの流れは処理幅方向に均一な状態になる。この処理ガスが、プラズマ放電部９１にてプラズマ化（励起、分解、活性化、ラジカル化、イオン化等を含む）される。このプラズマ化された処理ガス（窒素プラズマ）が、第２電極２１の下側の周面上の被処理物９に接触する。これによって、被処理物９の表面をプラズマ処理（濡れ性向上処理）できる。第２電極２１の回転によって被処理物９を連続的に処理空間９０に通すことで、被処理物９をその延び方向にプラズマ処理できる。また、吹出し口３３からの吹き出し流を処理幅方向に均一な状態にでき、更には処理空間９０及び隙間９３，９４，９５の上下厚さ等を処理幅方向に均一な大きさに設定することで、被処理物９の処理度合いを処理幅方向に均一にすることができる。
【００３３】
プラズマヘッド１０より第１側すなわち搬送方向の上流側の空気（雰囲気ガス）は、被処理物９との粘性によって、被処理物９と一緒に処理空間９０内に巻き込まれようとする。特に、搬送速度が高速（例えば２０ｍ／ｍｉｎ〜４０ｍ／ｍｉｎ程度）であるために、上記巻き込み作用も大きい。これに対して、処理空間９０は、第２電極２１と固体誘電体層１２と突出部３１，５１とによってほぼ閉じた空間になっているから、処理ガスを処理空間９０内に充填して加圧できる。これによって、処理空間９０の内圧を大気圧近傍の範囲内でプラズマ処理装置１の周辺空間の圧力（環境圧）より高くできる。特に、遮蔽部材５０の突出部５１によって処理ガスの流れを処理空間９０の下流端において邪魔してほぼ堰き止めることで、処理空間９０の内圧を環境圧より確実に高圧にできる。これによって、搬送速度が高速であっても、上記空気が処理空間９０内に流入するのを充分に抑制でき、処理ガスへの空気混入量を微量にすることができる。突出部５１の突出高さｈを放電ギャップｇ０より大きくし、好ましくはｈ≧２ｍｍ、より好ましくはｈ≧３ｍｍとすることで、処理空間９０への空気流入を確実に抑制でき、処理ガスへの空気混入量を確実に微量にできる。
【００３４】
処理空間９０の上流側（第１側）では、吹出し部３０の突出部３１によって、上記被処理物９の搬入に伴なう空気の巻き込みを直接的に阻むことができる。また、上記上流側の空気が処理ガスの吹出しに伴なって処理空間９０に引き込まれるのを防止できる。更には、カーテンガス源４からのカーテンガス（Ｎ２）を吹出し口４３から吹き出す。これによって、処理空間９０の上流側にガスカーテンを形成でき、上記空気の巻き込みを確実に阻むことができる。したがって、処理ガスへの空気混入量を一層確実に微量にできる。
【００３５】
そして、処理空間９０内に充填された処理ガスは、各隙間９３，９４，９５から外部へ排出され、更には処理空間９０の処理幅方向の両端部からも外部へ排出される。この排出の流れによって、処理空間９０に向かう空気を押し戻すことができ、処理空間９０への空気流入を一層確実に抑制できる。
【００３６】
この結果、処理空間９０内における酸素濃度を例えば１００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ程度の微量にできる。酸素濃度を１０００ｐｐｍ以下に抑えることで、処理性能が損なわれるのを確実に防止できる。しかも、窒素１００％からなる処理ガスに大気から微量の酸素を添加することによって、被処理物９の濡れ性を顕著に向上させることができる。
本プラズマ処理装置１によれば、空気の流入防止のためにプラズマヘッド１０に吸引排気機構を設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。更には、放電面１１ａを平面にすることで、第１電極１１の構造を簡素化できる。
【００３７】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
プラズマヘッド１０の第２電極２１に対する配置場所は、第２電極２１の下側に限られない。図４に示す第２実施形態では、プラズマヘッド１０が、第１実施形態のものに対して右に９０度回転され、第２電極２１の右側部に配置されている。プラズマヘッド１０内の第１電極１１と第２電極２１とが左右に対向している。したがって、第２実施形態における第１方向は水平に向いている。第２方向（第１方向とも処理幅方向とも直交する方向）は、鉛直に向いている。
【００３８】
プラズマヘッド１０は、１つに限られず、複数（２以上）であってもよい。図５に示す第３実施形態では、プラズマ処理装置１が、２つのプラズマヘッド１０を含む。これらプラズマヘッド１０が第２電極２１の周方向に間隔を置いて配置されている。プラズマヘッド１０ごとに第１方向（電極１１，２１どうしの対向方向）及び第２方向（前記対向方向及び処理幅方向の何れとも直交する方向）が定まる。各プラズマヘッド１０と第２電極２１との間に処理空間９０が形成されている。プラズマ処理装置１全体では、２つの処理空間９０が第２電極２１の周方向に間隔を置いて形成されている。したがって、被処理物９を第２電極２１の周方向に搬送する間に２つの処理空間９０にて二回の表面処理を行なうことができる。これによって、被処理物９に対する表面処理度を一層高めることができる。１段目（搬送方向の上流側）のプラズマヘッド１０での表面処理内容と２段目（搬送方向の下流側）のプラズマヘッド１０での表面処理内容とが互いに異なっていてもよい。
プラズマヘッド１０の数ひいては処理空間９０の数は、３つ以上でもよい。
【００３９】
図６は、吹出し部３０，４０の変形例を示したものである。この変形例では、吹出し部３０の上端面が第２電極２１の周面に沿うように斜めになっている。そのため、第２電極２１と吹出し部３０の間の隙間９３が全体的にほぼ同じ厚さになっている。同様に、吹出し部４０の上端面が第２電極２１の周面に沿うように斜めになっており、第２電極２１と吹出し部４０との間の隙間９４が全体的にほぼ同じ厚さになっている。吹出し部４０の上端面の傾斜角度は、吹出し部３０の上端面の傾斜角度より大きい。この変形例によれば、隙間９４，９３の流通抵抗を高くでき、外部の空気等の雰囲気ガスが隙間９４，９３を通して処理空間９０に流入するのを一層確実に抑制又は防止できる。
【００４０】
本発明は、上記実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様を採用できる。
例えば、固体誘電体層は電極１１，２１の少なくとも一方に設けられていればよい。固体誘電体層１２又は２２の何れか一方を省略してもよい。固体誘電体層１２を省略する場合、遮蔽部材５０は、放電面１１ａよりも第２電極２１に向けて第１方向に突出していればよい。
遮蔽部材５０が、第１電極１１に対して被処理物９の搬送方向の上流側に配置されていてもよい。吹出し部３０が、第１電極１１に対して被処理物９の搬送方向の下流側に配置されていてもよい。
被処理物９の搬送速度は、２０ｍ／ｍｉｎ〜４０ｍ／ｍｉｎに限られず、２０ｍ／ｍｉｎより小さくてもよく、４０ｍ／ｍｉｎより大きくてもよい。
本発明は、濡れ性向上処理に限られず、撥水化等のその他の表面改質処理、洗浄、成膜等の種々の表面処理に適用できる。
【実施例１】
【００４１】
実施例を説明する。本発明が以下の実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。
実施例１では、第１実施形態（図１〜図３）と実質的に同じ構造の装置を用いて、遮蔽部材５０の突出量ｈに対する処理空間９０内への混入酸素量を調べた。
第２電極２１の下端の処理空間９０の最狭部９０ａの厚さは、１ｍｍ程度であった。
遮蔽部材５０の突出量ｈを、ｈ＝０〜６ｍｍの範囲で調節した。
被処理物９の搬送速度は、２０ｍ／ｍｉｎと４０ｍ／ｍｉｎの２通りとした。
処理ガスとして窒素（Ｎ２）１００％を用いた。
処理幅方向の単位長さあたり（１ｍ）の処理ガスの供給流量は、７ｓｌｍであった。
【００４２】
結果を図７に示す。突出部５１の突出量ｈを放電ギャップｇ０より大きくすることで（ｈ＞ｇ０）、処理空間９０内への空気流入を抑制でき、処理空間９０内の酸素濃度を大きく低減できることが確認された。突出量ｈ＝２ｍｍで酸素濃度の低減効果を発現できた。突出量ｈを３ｍｍ以上とすると（ｈ≧３ｍｍ）、酸素濃度を確実に低減できることが確認された。また、搬送速度が高速であるほど、酸素濃度の低減効果が大きかった。
【実施例２】
【００４３】
実施例２では、第１実施形態（図１〜図３）と実質的に同じ構造の装置を用いて、カーテンガスの効果を調べた。
吹出し部４０からのカーテンガスの吹出し流量を０〜８０Ｌ／ｍｉｎの範囲で調節した。
プラズマヘッド１０及び第２電極２１の処理幅方向の長さは２ｍ程度であった。
被処理物９の搬送速度は、２０ｍ／ｍｉｎと、３０ｍ／ｍｉｎと、４０ｍ／ｍｉｎの３通りとした。
遮蔽部材５０の突出量ｈは、ｈ＝６ｍｍであった。
その他の装置構成及び処理条件は実施例１と同じであった。
【００４４】
結果を図８に示す。搬送速度が３０ｍ／ｍｉｎ以上の高速の場合、カーテンガスの流量を大きくするにしたがって、処理空間９０内への空気流入をより抑制でき、処理空間９０内の酸素濃度をより低減できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
この発明は、例えば光学フィルムの接着性改善処理やフレキシブル配線材の表面処理に適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ プラズマ処理装置
２ 電源
２ｅ 接地線
３ 処理ガス源
４ カーテンガス源
９ 被処理物
１０ プラズマヘッド
１１ 第１電極
１１ａ 放電面
１１ｃ 温調路
１２ 固体誘電体層
１３ ホルダ
１３ａ 凹部
１４ ベース
２１ 第２電極
２２ 固体誘電体層
３０ 処理ガス吹出し部（吹出し部材）
３１ 突出部
３２ 処理ガス導入路
３３ 処理ガス吹出し口
４０ カーテンガス吹出し部
４２ カーテンガス導入路
４３ カーテンガス吹出し口
５０ 遮蔽部材
５１ 突出部
９０ 処理空間
９０ａ 最狭部
９１ プラズマ放電部
９３ 隙間（３０と２１の間）
９４ 隙間（４０と２１の間）
９５ 隙間（５０と２１の間）
ｇ０ 処理空間の最狭ギャップ
ｈ 突出量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧近傍の処理空間内で電界印加によって処理ガスをプラズマ化するとともに、前記処理空間内を通る被処理物に前記処理ガスを接触させることにより、前記被処理物の表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、
第１方向と直交する平面状の放電面を有する前記電界印加のための第１電極と、
軸線を前記第１方向と直交する処理幅方向に向けた円筒形状をなして前記第１電極との間に前記処理空間を形成し、かつ前記軸線のまわりに回転することで前記被処理物を搬送する第２電極と、
前記第１電極の前記第１方向及び前記処理幅方向の何れとも直交する第２方向の一側部に配置され、前記処理空間に前記処理ガスを導入する吹出し部と、
前記第１電極の前記第２方向の他側部に配置され、前記放電面又は前記放電面を覆う固体誘電体層の前記処理空間を画成する面よりも前記第２電極に向けて前記第１方向に突出する遮蔽部材と、
を備え、前記遮蔽部材の突出量が、前記処理空間の最も狭い部分の厚さより大きいことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記遮蔽部材の突出量が、３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記被処理物の搬送速度が、２０ｍ／ｍｉｎ〜４０ｍ／ｍｉｎ程度であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記遮蔽部材が、前記第１電極よりも前記被処理物の搬送方向の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記吹出し部が、前記放電面又は前記固体誘電体層の前記処理空間を画成する面よりも前記第２電極に向けて前記第１方向に突出する突出部を有し、前記突出部の前記処理空間を向く側面に、前記処理ガスを吹き出す吹出し口が開口していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
大気圧近傍の処理空間内で電界印加によって処理ガスをプラズマ化するとともに、前記処理空間内を通る被処理物に前記処理ガスを接触させることにより、前記被処理物の表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、
第１方向と直交する平面状の放電面を有する前記電界印加のための第１電極と、
軸線を前記第１方向と直交する処理幅方向に向けた円筒形状をなして前記第１電極との間に前記処理空間を形成し、かつ前記軸線のまわりに回転することで前記被処理物を搬送する第２電極と、
前記第１電極の前記第１方向及び前記処理幅方向の何れとも直交する第２方向の一側部に配置され、前記処理空間に前記処理ガスを導入する吹出し部と、
前記第１電極の前記第２方向の他側部に配置され、前記放電面又は前記放電面を覆う固体誘電体層の前記処理空間を画成する面よりも前記第２電極に向けて前記第１方向に突出する遮蔽部材と、
を備え、前記遮蔽部材の突出量が、前記処理空間の最も狭い部分の厚さより大きいことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記遮蔽部材の突出量が、３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記被処理物の搬送速度が、２０ｍ／ｍｉｎ〜４０ｍ／ｍｉｎ程度であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記遮蔽部材が、前記第１電極よりも前記被処理物の搬送方向の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記吹出し部が、前記放電面又は前記固体誘電体層の前記処理空間を画成する面よりも前記第２電極に向けて前記第１方向に突出する突出部を有し、前記突出部の前記処理空間を向く側面に、前記処理ガスを吹き出す吹出し口が開口していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３７８１１（Ｐ２０１３−３７８１１Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１１２８（Ｐ２０１１−１７１１２８）
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]