表面処理装置および表面処理方法
【課題】放電により生じた寿命の短いラジカルを減衰を受ける前に被処理体に向けて噴出できるようにし、エネルギ効率の高い表面処理を実現する。
【解決手段】貫通微細孔１５を有する導電性電極６と誘電体被覆１２で被覆された高圧導電体１１との間で放電を生じ、その高圧導電体１１を貫通微細孔１５近傍のガス流速方向上流側に偏って配置することで、放電領域４０を高圧導電体１１の位置に対応して貫通微細孔１５近傍のガス流速方向上流側に限定し、放電により生じた活性粒子を減衰を受ける前にガス流に乗せて効率よく抽出し、貫通微細孔１５の出口から、当該出口に対向して置かれた被処理体（図示せず）に向けて噴射して、被処理体の表面処理を行う。
【解決手段】貫通微細孔１５を有する導電性電極６と誘電体被覆１２で被覆された高圧導電体１１との間で放電を生じ、その高圧導電体１１を貫通微細孔１５近傍のガス流速方向上流側に偏って配置することで、放電領域４０を高圧導電体１１の位置に対応して貫通微細孔１５近傍のガス流速方向上流側に限定し、放電により生じた活性粒子を減衰を受ける前にガス流に乗せて効率よく抽出し、貫通微細孔１５の出口から、当該出口に対向して置かれた被処理体（図示せず）に向けて噴射して、被処理体の表面処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は表面処理装置および表面処理方法に関し、特に、放電によって発生させた活性粒子を放電領域の外に配置した被処理体に照射することで、被処理体表面を処理する表面処理装置および表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電によりプラズマを生成して、それを表面処理工程に用いる技術は、広く導入されており、例えば、エンジニアリングプラスチックや樹脂コーティングの接着性改善、金属接着面の前洗浄、ＦＰＤなどの大面積デバイスの洗浄に対して、適用されている。但し、プラズマを用いた処理を適用するには、処理対象のチャージアップによる表面での放電による破壊の抑制や、イオンなどの過度に高いエネルギを持つ粒子による表面構造の損傷の抑制などが必要である。加えて、工程の簡素化、高スループット化も求められている。これらの要求を解決する技術として、大気圧リモートプラズマによる中性ラジカルを適用したインラインの処理によるプラズマ処理が注目されている。
【０００３】
大気圧リモートプラズマは上記の課題を解決する一方で、大気圧下、特に、酸素を２０％程度含む空気雰囲気での大気圧リモートプラズマでは、表面反応の担い手である活性なラジカルが高圧力下での衝突により極めて短時間で失活するといった短所があり、処理効率が上げられない点が課題である。また、ラジカルを失活させないためや放電効率を上げるため、雰囲気ガスや放電ガスとして希ガスなどを消費し、それらのガスの調達のために特殊な設備や追加のコストを必要とする点が課題となっている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、積層誘電体、金属印刷電極により絶縁基材内に開けられた孔内での放電を行う一体化電極による表面処理装置が示されている。以下、図１５を用いて特許文献１を説明する。図１５に示されるように、絶縁基材１に複数の貫通孔２が開けられ、電源６に接続された放電電極対３，４間で放電を貫通孔２内に生じさせるものである。このとき、貫通孔２の上部より放電ガスＧが供給され、放電ガスＧは貫通孔２内の放電領域を通過することで、活性なラジカルを含んだガスとなり、当該ガスの下流に置かれた被処理体５の処理が実現される。
【０００５】
特許文献１によれば、複数の貫通孔２を面状の絶縁基材１に分布させることで処理範囲を大面積化することができると共に、少ないガス消費量（低ランニングコスト）で均一な処理を行うことができる。また、電極３を貫通孔２のガス吹出口２ｂ側に配置し、それを接地電極として形成することにより、電極３と被処理体５との間の電位差が大きくなることを抑制し、それにより、荷電粒子の照射を抑え、被処理体５を帯電からのダメージから避けることができる。
【０００６】
また、特許文献２には、セグメント化された高圧電極を持つリモートプラズ照射装置が示されている。以下、図１６を用いて特許文献２を説明する。特許文献２においては、穴１６０を有する中空構造の誘電体スリーブ１５５に対向して設けられた高圧電極１１５と、接地電極１５０との間に電圧を印加することで、大気圧近傍で放電プラズマを発生させる。高圧電極１１５には中空の通路であるキャピラリ１２０を施し、ガスを流通させる。接地電極１５０側では、誘電体スリーブ１５５に設けられた多数のガス噴出し部である穴１６０が、キャピラリ１２０の中心に位置合わせされて設けられており、それらの穴１６０を通して、放電プラズマで生成した反応ガスを被処理基材に照射することで、洗浄、改質処理を行なう。特許文献２には、さらに、図１７に示す、高圧電極７１５のキャピラリが接地側誘電体スリーブと一体化し、高圧電極ごとに流路が制限された例示もある。
【０００７】
特許文献２によれば、以上の構造により、リモートプラズマを実現でき、被処理体の高さに関係なく、被処理体に近接させて、プラズマおよび荷電粒子を照射することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１２３１５９号公報（図１）
【特許文献２】特表２００４−５３５０４１号公報（図１，２，８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来技術には以下のような問題がある。すなわち、特許文献１に記載される表面処理装置では、限られた孔内での沿面放電によりプラズマを発生させるため、放電電力が低く制限され、活性粒子の密度を高く取れない。また、露出した薄い接地電極あるいは、それを覆う誘電体被覆が施されている構造のため、通過する荷電粒子の捕捉能力が低く下流の被処理体への荷電粒子の流出が生じる恐れがある。そのため、接地電極である電極３を導入しているが、貫通孔長を延長することになり、表面処理の担い手である活性粒子のうち、寿命の短い粒子は延長された貫通孔長を通過する時間が増加し、延長長に応じて減衰が進み、処理効率を高く保つことができない可能性がある。減衰したラジカル生成に使われた電気エネルギは表面処理に使われることなく、放電ガスの温度を上昇される影響を与えるだけであるので、処理のエネルギ効率を下げてしまう。さらには、放電ガスの温度が過度に上昇した場合には、熱応力により、電極割れなどの器具の破損が発生する可能性も出てくる。
【００１０】
また、特許文献２に記載される大気圧プラズマ照射装置においても、同様に、接地電極が誘電体被覆されており、荷電粒子の除去能力が低く、下流の被処理体への荷電粒子の流出が生じる恐れがある。また、面積の大きい対象を処理する場合、多数の高圧電極、キャピラリ、接地側誘電体スリーブなどの数多い部品が必要となり、組立が煩雑で工数が過大となり組立コストが大きくなる問題を抱える。
【００１１】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、被処理材に到達する荷電粒子を十分に抑制したうえで、寿命の短いラジカルを大気圧プラズマ発生箇所から高速で輸送することでラジカル密度減衰を抑制し、エネルギ効率の高い表面処理を行うことが可能な表面処理装置および表面処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、誘電体で被覆された高圧導電体を有する平板状の高圧電極と、前記高圧電極に対向して配置され、１以上の貫通微細孔が形成された導電体表面を有する接地電極と、前記高圧電極と前記接地電極との間に形成された放電空間と、前記放電空間にガスを導入するガス供給手段と、前記高圧電極に交番電圧を印加する高周波高圧電源とを備え、一定速度で前記放電空間にガスを導入し、前記放電空間の圧力を前記貫通微細孔の出口圧力よりも高く保った状態で、前記高圧電極に前記交番電圧を印加することで、放電を生じさせ、当該放電により生じた活性粒子を含むガスを、前記貫通微細孔から、前記貫通微細孔に対向して置かれた被処理体に吹き付けて、前記被処理体の表面処理を行う表面処理装置であって、前記高圧導電体が、それに対向する前記接地電極に設けられた前記貫通微細孔に対して、前記放電空間におけるガス流方向上流側にシフトした位置に設けられていることを特徴とする表面処理装置である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明は、誘電体で被覆された高圧導電体を有する平板状の高圧電極と、前記高圧電極に対向して配置され、１以上の貫通微細孔が形成された導電体表面を有する接地電極と、前記高圧電極と前記接地電極との間に形成された放電空間と、前記放電空間にガスを導入するガス供給手段と、前記高圧電極に交番電圧を印加する高周波高圧電源とを備え、一定速度で前記放電空間にガスを導入し、前記放電空間の圧力を前記貫通微細孔の出口圧力よりも高く保った状態で、前記高圧電極に前記交番電圧を印加することで、放電を生じさせ、当該放電により生じた活性粒子を含むガスを、前記貫通微細孔から、前記貫通微細孔に対向して置かれた被処理体に吹き付けて、前記被処理体の表面処理を行う表面処理装置であって、前記高圧導電体が、それに対向する前記接地電極に設けられた前記貫通微細孔に対して、前記放電空間におけるガス流方向上流側にシフトした位置に設けられていることを特徴とする表面処理装置であるので、被処理材に到達する荷電粒子を十分に抑制したうえで、寿命の短いラジカルを大気圧プラズマ発生箇所から高速で輸送することでラジカル密度減衰を抑制し、エネルギ効率の高い表面処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１による表面処理装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１による表面処理装置の高圧電極の高圧導電体を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による表面処理装置の高圧電極とスペーサの位置関係を示す上面図である。
【図４】本発明の実施の形態１による表面処理装置の端部スペーサ部を切る断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１による表面処理装置のガス導入孔部をきる断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１による表面処理装置の接地電極を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１による表面処理装置の高圧電極の高圧導電体を示す断面図の一例である。
【図８】本発明の実施の形態２による表面処理装置の放電空間を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２による表面処理装置の放電空間を示す図８と垂直な方向から見た断面図である。
【図１０】窒素中、乾燥空気中の酸素原子の減衰を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による樹脂処理結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による表面処理装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４による表面処理装置の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５による表面処理装置を示す断面図である。
【図１５】特許文献１に記載の従来技術を示した図である。
【図１６】特許文献２に記載の従来技術を示した図である。
【図１７】特許文献２に記載の従来技術を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による表面処理装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態１による表面処理装置は、内部に、放電空間１を備えている。表面処理装置の筐体は、略々矩形の枠状の側枠３と、側枠３の底部に設けられた接地電極６と、接地電極６に対向して側枠３の上部に設けられた押さえふた２とにより構成されている。側枠３、設置電極６、押さえふた２は、いずれも導体から構成されている。放電空間１は、これらの、側枠６と、接地電極６と、押さえふた２とにより囲まれた気密構造となっている。放電空間１が外部に通じているのは、わずかに、後述するガス導入孔４２（図５参照）と貫通微細孔群１５だけである。押さえふた２と側枠３との間、および、接地電極６と側枠３との間には、ゴム状弾性体８が介在されており、押さえふた２と、側枠３と、接地電極６とを、ねじにて締結することで、それらの間に介在されたゴム状弾性体８を圧縮し、気密を確保する。
【００１６】
また、放電空間１内には、押さえふた２と接地電極６との間に、上から順に、ヒートスプレッダ７、高圧電極４、放電部スペーサ５２が、垂直方向に並んで配置されている。ヒートスプレッダ７は押さえふた２の下面に密着して設けられている。但し、後述する供給ガス４３が導入されるガス導入孔４２が設けられている付近のみ、局所的に、ヒートスプレッダ７と押さえふた２の下面との間が密着せずに、所定の隙間（溝）９が形成されている。また、ヒートスプレッダ７の下面には、高圧電極４が固設されている。ヒートスプレッダ７および高圧電極４は、後述するように、それぞれ、略々矩形断面を有する細長い棒状の形状を有している。ヒートスプレッダ７の幅は、図１、図５に示すように、側枠３の４つの内壁のうちの対向する１対の内壁の幅に対して、短く構成されている。高圧電極４の幅は、ヒートスプレッダ７の幅よりもさらに短くなっている。従って、ヒートスプレッダ７および高圧電極４の端面は、いずれも、図１、図５に示すように、側枠３の当該１対の内壁には接触しておらず、それぞれ、所定の隙間１０を側枠３の内壁との間に設けている。また、高圧電極４の（長手方向の）長さは、ヒートスプレッダ７の長さと同じになっており、高圧電極４の端面およびヒートスプレッダ７の端面は、側枠３の他方の１対の内壁にそれぞれ接触している。上述したように、ガス導入孔４２が設けられている箇所においては、ヒートスプレッダ７の上面と押さえふた２の下面との間には隙間（溝）９がある。当該隙間（溝）９は、ヒートスプレッダ７の端面と側枠３の内壁との間の隙間１０を経由して、放電空間１に通じているため、ガス導入孔４２から供給された供給ガス４３は、隙間９，１０を通って、放電空間１に導入される。また、高圧電極４の下面と設置電極６の上面との間には、放電部スペーサ５２が固設されていて、下から、高圧電極４を支持している。上述したこれらのヒートスプレッダ７、高圧電極４、および、放電部スペーサ５２を、押さえふた２および接地電極６に押し付けることで、放電空間１の空隙高さを一定に保つとともに、各構成要素間の接触熱抵抗を低減する構造となっている。
【００１７】
押さえふた２には２つの貫通穴が設けられており、そのうちの１つの中には、高周波高圧電源３０に接続された給電バー１７が挿入され、垂直方向に配置されている。また、もう１つの貫通穴は、図１では図示されていないが、図５に示すように、供給ガス４３を放電空間１内に供給するためのガス導入孔４２となっている。給電バー１７と押さえふた２とは、絶縁碍子１６を介して、電気絶縁と気密を保ちながら機械的に接合されている。給電バー１７は、押さえふた２およびヒートスプレッダ７を貫通して垂直方向に延びており、その先端が、高圧電極４に達し、高圧電極４内に配置された高圧導電体１１に導電性弾性体１８を介して電気的に接続されている。給電バー１７に接続された導電性弾性体１８の弾性変形範囲は、ゴム弾性体８のつぶれしろより大きく設定しており、組立時だけでなく、放電開始に伴い、高圧電極４、接地電極６、および、ヒートスプレッダ７の温度が大きく上昇し、熱膨張により変形が生じた後も、導電性弾性体１８の変形により、高圧電極４への押し付けが良好に行われる。
【００１８】
ヒートスプレッダ７は、給電バー１７を通す貫通穴が空いている以外は高圧電極４に密着して設置されている。押さえふた２、側枠３、および、接地電極６は相互に電気的に導通され、接地電位に保たれている。高圧電極４は、図２、図３、図７に示すように、略々矩形の細長い板棒状の形状で、その断面は、図１、図４に示すように、略々矩形（長方形）となっている。また、図２または図７に示すように、表層を誘電体被覆１２で覆われており、内部には所定のパターンを持つ高圧導電体１１が形成されている。この高圧導電体１１の幅および接地位置により、図１に示すように、放電空間１内の放電領域４０が規定される。すなわち、高圧導電体１１とそれに対向する接地電極６との間の領域が放電領域４０として規定される。高圧導電体１１は、例えば、図２の例（パターン）のように、放電部スペーサ５２をまたぐ図１の放電領域４０全体に亘る幅の１本の板棒状の導電体から構成してもよく、あるいは、図７の例（パターン）に示すように、２本の細い板棒状の導電体から構成し、放電部スペーサ５２が高圧電極４に接触している領域には高圧導電体１１を設けずに、それらの２本の細い板棒状の導電体の一端同士をバスライン１４で電気的に接続して内部導通をとる構成とすることもできる。
【００１９】
このように、高圧導電体１１のパターンとしては複数種類のパターンが考えられるが、それらに共通する特徴としては、高圧導電体１１が、それに対向する接地電極６に設けられた貫通微細孔１５に対して、貫通微細孔１５の入口近傍で、かつ、放電空間１のガス流方向上流側に偏って設けられている点である。すなわち、図６において、破線で示されている範囲が、接地電極６に対向している高圧電極４の高圧導電体１１が設けられている領域である。なお、上記近傍の範囲は、後述するラジカル到達距離以内が望ましい。ガス導入孔４２から供給された供給ガス４３は、隙間９，１０を通って、図５の矢印で示すようなガス流方向で流れてきて、高圧電極４および接地電極６間の放電領域４０では、図６の矢印で示すガス流方向で供給される。従って、図６の左右の方向がガス流路方向上流となり、図６中央の貫通微細孔１５の入口側がガス流路方向下流となる。このとき、貫通微細孔１５の２列とそれらに平行する破線の位置とを比較してみると、左右ともに、破線の方が貫通微細孔１５の列よりも左右外側に位置していることが分かる。従って、これは、高圧導電体１１が、貫通微細孔１５の真上ではなく、貫通微細孔１５の位置よりもガス流方向上流側に所定距離だけシフトした位置に設けられていることを示している。このガス流方向上流側にシフトされて設けられていることを、本明細書では、ガス流方向上流側に偏って設けられていると呼ぶこととする。なお、図２の例では、貫通微細孔１５のガス流方向上流側だけでなく、貫通微細孔１５の真上の位置にも、高圧導電体１１が設けられており、この部分に設けても特に問題もないが、必ずしも設ける必要もないので、図７のように、貫通微細孔１５の真上の位置においては高圧導電体１１を無くす構成としてもよい。いずれのパターンでもよいが、但し、ガス流方向上流側には必ず高圧導電体１１を設けるようにする。
【００２０】
高圧電極４の上面外観を図３に示すが、給電孔２１として、一部、誘電体被覆１２が設けられておらず高圧導電体１１が露出している箇所が、高圧電極４の放電空間１とは反対側の面（高圧電極４の上側の面）に形成されている。こうして給電孔２１により露出した高圧導電体１１には、高周波高電圧電源３０に接続された給電バー１７が導電性弾性体１８を介して電気的に接続されている。また、図３に示すように、高圧電極４の両端には、端部スペーサ５１が施されている。図４は、図３のＡ−Ａ線の位置で切った表面処理装置の断面図である。端部スペーサ５１は、図４に示すように、高圧電極４の両端の下部に配置され、接地電極６の上面および側枠３の内壁に密接して固着されていることで、下方から高圧電極４を支持して、ヒートスプレッダ７に押しつけている。端部スペーサ５１は、上述した放電部スペーサ５２に対して、図３に示すように垂直に連結されており、これらのスペーサは、全体で、Ｉの字型になっている。放電部スペーサ５２も同じく高圧電極４の下部に設けられ、下方から高圧電極４を支持して、ヒートスプレッダ７に押しつけているので、これらの端部スペーサ５１と放電スペーサ５２が、高圧電極４をヒートスプレッダ７に押し付けることで、高圧電極４の位置を安定させるとともに、放電空間１の空隙高さが一定に保たれている。なお、以下の説明では、端部スペーサ５１と放電スペーサ５２とをまとめていう場合には、スペーサ５と呼ぶこととする。
【００２１】
図５に示すように、放電空間１に供給される供給ガス４３は、給電バー１７とは異なる位置に形成されているガス導入孔４２により流し込まれる。ガス供給孔４２が設けられている位置付近においては、上述の通り、ヒートスプレッダ７は押さえふた２と密着しない構造となっており、隙間（溝）９が形成されている。供給ガス４３は、この隙間(溝）９部分を通じて、ヒートスプレッダ７の側面と側枠３との間の隙間１０を経由して、図５の矢印で示される流路で、側方から、放電空間１に流入する。このとき、放電空間１側と貫通微細孔１５の出口側では圧力差があるため、この圧力差によって生じる応力は、接地電極６の中心を下流側へひずませる。そのため、放電空間１の高さ（放電ギャップ長）を一様にするために、ひずみ量がギャップ長の５％以下となるように、接地電極６の厚さは決められている。接地電極６には、図６に示されるように、複数の貫通微細孔１５が長手方向に２列に配列して形成されている。これらの２列の貫通微細孔１５の位置は、幅方向には互いに並んでおらず、互い違いになるように、位置をシフトさせて設けている。当該シフト量は、１つの列における隣接する貫通微細孔１５間の配置間隔の約１／２である。従って、一方の列の隣接する貫通微細孔１５の間に、他方の列の貫通微細孔１５が存在するように、位置づけられている。供給ガス４３は、放電空間１内の放電領域４０を通過することで、活性粒子を含んだ活性粒子含有ガス４１となり、貫通微細孔１５を通って、貫通微細孔１５の下流の、表面処理装置の外部に置かれた被処理体（図示省略）に照射される。
【００２２】
次に、実施の形態１による表面処理装置の動作について説明する。ここでは、供給ガス４３として乾燥空気を用い、乾燥空気を原料として、放電により、活性粒子として窒素ラジカルおよび酸素ラジカルを発生させ、それらのラジカルを被処理体に接触させる表面処理について説明する。ガス導入孔４２から、放電空間１に、毎分１４リットルの流量で乾燥空気（供給ガス４３）を供給する。接地電極６に形成された貫通微細孔１５の直径は例えば０．１２ｍｍであり、貫通微細孔１５の個数は例えば１１２個である。この条件においては、貫通微細孔１５の出口圧力は大気圧であり、かつ、貫通微細孔１５によって、供給ガス４３のガス流のコンダクタンスが制限されるため、放電空間１のゲージ圧力は２５ｋＰａＧ程度となり、放電空間１の圧力は、貫通微細孔１５の出口圧力よりも高く保たれている。なお、ここでは、ガスを導入する一定速度として、毎分１４リットルの流量としたが、その場合に限らず、放電空間１の圧力を貫通微細孔１５の出口圧力よりも高く保つことができる一定速度であれば、適宜決定可能である。このとき、給電バー１７を介して、高周波高圧電源３０から、高圧電極４内の高圧導電体１１に、交番する高電圧を印加することで、放電空間１の高圧導電体１１が存在する領域とそれに対向する接地電極６とに挟まれた放電領域４０に誘電体バリア放電を生起させ、活性なラジカルを発生させる。放電により発生したラジカルは、貫通微細孔１５を通って、その下流の、貫通微細孔１５の出口真下に対向して置かれた、図示しない被処理体に衝突し、当該被処理体の表面処理を行なう。
【００２３】
本実施の形態１では、高電圧が印加される高圧導電体１１が、それに対向する接地電極６に設けられた貫通微細孔１５に対して、貫通微細孔１５近傍で、かつ、放電空間１におけるガス流方向の上流側に偏って設けられている。従って、放電領域４０は、放電空間１の全体ではなく、貫通微細孔１５の入口近傍の、貫通微細孔１５よりもガス流方向上流側に少し偏った領域となっている。なお、図１の例では、高圧導電体１１が図２のパターンのものであるため、放電領域４０が貫通微細孔１５の入口真上にも及んでいるが、図７のパターンとした場合には、放電領域４０は、貫通微細孔１５の入口付近の、貫通微細孔１５よりもガス流方向上流側に少し偏った領域のみとなる（放電部スペーサ５２近傍は放電領域４０にならない）。この構成により、ガス流上流で放電により生じたラジカルは、当該ガス流に乗ってラジカル発生後に直ちに効率よく貫通微細孔１５にそのまま吸い込まれていくので、活性粒子含有ガス４１の輸送距離を大幅に短くし、放電で生じたラジカルが減衰することなく、貫通微細孔１５から被処理体に向けて噴出でき、また、放電のエネルギが主にラジカル生成に使われることで、ガス温度の過剰な上昇を抑制し、ガス温度を低く保ったまま、表面処理に寄与するラジカルの密度を増加させることができる。
【００２４】
以下に、このことについてさらに詳細に説明する。一般に、放電により生成されるラジカルは、放電空間およびその後の被処理体までの輸送空間でガスとの衝突により、一定の寿命で失活する。図１０に、絶対圧１気圧下での酸素ラジカル（酸素原子）寿命を計算した結果と、０．０１％酸素を混合した窒素雰囲気と空気雰囲気（酸素濃度２１％）それぞれについて示す。図１０において、「０．０１％−Ｏ２／Ｎ２」として示された結果が窒素雰囲気の場合で、「乾燥空気」として示された結果が空気雰囲気の場合である。
【００２５】
図１０の例では、初期に、酸素原子１０２０ｍ−３（１０１４ｃｍ−３）の存在を仮定し、減衰をレート方程式により算出した。初期密度の１／１０となる時間をラジカル寿命とすると、窒素雰囲気では、酸素原子寿命は１００ｍｓ程度あるのに対して、空気雰囲気では７０μｓ程度まで短命化する。中性のラジカルは電界の効果を受けることなく、ガスの移流によってのみ輸送される。そこでラジカルの輸送には、放電空間１と貫通微細孔１５内と貫通微細孔１５の噴出口から被処理体までのガス流速が重要な役割を果たす。放電空間を流れるおよそのガス流速は、ガス流量を、放電空間の高さとガス流方向の高圧電極の電極幅とで定まる面積で、除算した値となる。また、ラジカル到達距離は、ガス流速とラジカル寿命との乗算で求められる。ラジカル到達距離以遠で発生したラジカルは、貫通微細孔１５到達前に減衰してしまい、表面処理への寄与が小さくなる。
【００２６】
例えば、放電空間の高さを１ｍｍとし、高圧電極のガス流方向の電極幅を１００ｍｍとし、当該高圧電極に対して両側からガスを毎分１４Ｌで流入させた場合（両側から流入するため片側の流入量は毎分７Ｌ）、放電領域でのガス流速はおよそ１．２ｍ／ｓとなり、酸素原子の窒素中寿命１００ｍｓとするとラジカル到達距離は１２０ｍｍ、酸素原子の空気中寿命を７０μｓとするとラジカル到達距離は８４μｍとなる。貫通微細孔１５からこれらの距離の離れた遠方で放電して発生したラジカルは貫通微細孔に到達するときには１桁以上失活し、ラジカルの活性エネルギは再結合過程などによりガス温度上昇に使われる。つまり、ラジカル到達距離以遠の領域に投入された放電エネルギのほとんどは熱化して、表面処理には寄与せずガス温度上昇だけを促進する。
【００２７】
そこで、本実施の形態１においては、放電空間１の放電領域４０における高さを０．１ｍｍまで縮めることとした。放電空間１の放電領域４０における高さを０．１ｍｍまで縮めるための構成としては、押さえふた２の下面に厚みのあるヒートスプレッダ７を設け、そのヒートスプレッダ７の下面に、高圧電極４を設ける構成とした。ヒートスプレッダ１７を設けた分だけ、放電空間１の放電領域４０の高さを低くすることができる。このように、放電空間１の高さを０．１ｍｍまで縮めると、上記と同じガス流量条件では、放電領域４０でのガス流速がおよそ１２ｍ／ｓとなり、放電領域４０のラジカル到達距離が酸素原子で１２００ｍｍ，酸素原子で８４０μｍとなり、ラジカル到達距離が約１０倍拡大される。本実施の形態１では、高圧導電体１１を図２または図７に示すように、細長い板棒状の形状にし、放電部スペーサ５２の端部からの高圧導電体１１の幅をラジカル到達距離程度としているために、放電エネルギが有効に使われ、高効率での表面処理が実現できる。なお、ここでは、ガス流速がおよそ１２ｍ／ｓとなる例について説明したが、その場合に限らず、放電領域４０でのガス流速が１０ｍ／ｓ以上であればよく、その場合には良好に被処理体の表面処理を行うことができる。
【００２８】
以上のように、本実施の形態１は、誘電体被覆１２で覆われた高圧導電体１１からなる平板状の高圧電極４と、１以上の貫通微細孔１５が形成された導電体表面を持つ接地電極６とを互いに対向させ、これらの放電電極４，６間に供給ガス４３を導入し、放電電極４，６間に形成された放電空間１の圧力を貫通微細孔１５の出口圧力よりも高く保ち、高圧電極４に高周波高圧電源３０により交番電圧を印加することで放電を生じ、当該放電により、供給ガス４３を活性化して活性粒子を含む活性粒子含有ガス４１とし、貫通微細孔１５から当該活性粒子含有ガス４１を対向する被処理体（図示省略）に吹き付けて、被処理体の表面を処理する表面処理装置において、高圧電極４により高電圧が印加される高圧導電体１１を、それに対向する接地電極６に形成された貫通微細孔１５に対して、貫通微細孔１５近傍で、かつ、貫通微細孔１５の位置よりも放電空間１のガス流方向上流側に偏って施し、効率よくラジカルがガス流に乗って貫通微細孔１５に流入されるようにするとともに、高圧導電体１１の位置により貫通微細孔１５近傍でのみ放電を発生させるように限定することで、ラジカルが失活してしまうようなラジカル到達距離以遠の領域での放電を抑制し、放電で生じたラジカルが減衰することなく、貫通微細孔１５から被処理体に向けて効率的に噴出でき、また、放電のエネルギを主にラジカル生成に使われることで、被処理体の表面処理に寄与しないエネルギ投入を低減し、ラジカル密度を低下させないとともに、ガス温度の過剰な上昇を抑制して、ガス温度を低く保ったまま、被処理体の表面処理に寄与する中性な活性粒子の密度を増加することができる。このように、本実施の形態１においては、貫通微細孔１５を持つ接地電極６と誘電体被覆された高圧導電体１１との間で放電を生じ、その高圧導電体１１を貫通微細孔１５近傍のガス流速方向上流側に偏って配置することで、放電領域４０を高圧導電体１１に対応して限定し、放電により生じた活性粒子を減衰を受ける前に抽出することができる。また、本実施の形態１においては、特許文献１の接地電極に比べて、厚さを有し、かつ、誘電体被覆で覆われていない、接地電極６を用いているため、貫通微細孔１５を通過するか荷電粒子の補足能力が高く、下流の被処理体への荷電粒子の流出を抑えることができる。
【００２９】
また、ラジカル到達距離はガス流速とラジカル寿命との乗算で求められるので、上記の貫通微細孔１５に対して偏って規定される放電領域４０のガス流上流方向の大きさ（幅）を、放電領域４０でのガス流速に、ラジカル寿命の値（すなわち、空気放電では７０μｓ、微量酸素を含む窒素放電においては１００ｍｓ）を乗じた距離以内にすることで高エネルギ効率で表面処理が可能となる。具体的には、放電領域４０がその大きさとなるように、高圧導電体１１の半分の幅を、ラジカル到達距離以内にする。また、放電領域４０の高さ、すなわち、高圧電極４の下面から貫通微細孔１５までの距離も同様にラジカル到達距離以内にすることが望ましい。この構成により、接地電極６や貫通微細孔１５の表面でのラジカルの消滅が抑制され、被処理体に到達するラジカルの密度を向上させることができる。あるいは、被処理体に到達するラジカル密度を所定の値に保ったまま、低温の噴出ガスで処理を行うことができるため、温度上昇により変質・損傷を受ける材料に対しても処理を適用することができる。
さらに処理のエネルギ効率を上げるためには、微細孔から最も遠い放電領域から到達するラジカルの減衰が放電による生成時の初期密度の１／２以内程度になるラジカル到達距離の１／２倍以内にすることがより望ましい。具体的には、高圧導電体１１の半分の幅を、ラジカル到達距離の１／２倍以内にする。また、放電領域４０の高さ、すなわち、高圧電極４の下面から貫通微細孔１５までの距離も同様にラジカル到達距離の１／２倍以内にすることがより望ましい。この構成により、接地電極６や貫通微細孔１５の表面でのラジカルの消滅が抑制され、より高いエネルギ効率のまま被処理体に到達するラジカルの密度を向上させることができる。あるいは、被処理体に到達するラジカル密度を所定の値に保ったまま、より低温の噴出ガスで処理を行うことができるため、温度上昇により変質・損傷を受ける材料に対しても処理を適用することができる。
【００３０】
また、本実施の形態１においては、放電領域４０でのガス流速が１０ｍ／ｓ以上となるように、放電領域４０の高さ、高圧電極４の幅、および、高圧電極４の配置位置（貫通微細孔１５までの距離）、供給ガス４３の導入速度の少なくとも１つを調整するようにしたので、短寿命のラジカルの減衰を抑制して、被処理体に効率よく吹き付けることができる。
【００３１】
さらに、本実施の形態１においては、貫通微細孔１５の径（および、供給ガス４３の導入速度）は、貫通微細孔１５の出口でのガス流出速度が、乾燥空気中の空気放電においては１００ｍ／ｓ以上、微量酸素を含む窒素放電においては５０ｍ／ｓとなるように設定するようにしたので、発生したラジカルが貫通微細孔１５内ではほとんど減衰しない上に、貫通微細孔１５の出口を飛び出した後の速度も確保できるため、被処理体に対してラジカルの減衰を抑制してラジカル照射でき、良好な表面処理を実現することができる。
【００３２】
また、本実施の形態１において、放電領域４０は高圧導電体１１近傍に集中することになるが、面方向（高圧電極伸張方向）の熱伝達率が高く、絶縁性を有する、板状のヒートスプレッダ７を、高圧電極４の放電面と反対側の面に密着して設けるようにしたので、高圧電極４の温度分布のばらつきが緩和され、高圧電極４の均温化が促進されるので、熱応力が低減し、熱応力による電極割れ（電極の破損）を防止することができる。高圧電極４に誘電体被覆１２として例えばアルミナ被覆を用いた場合には、ヒートスプレッダ７は、高圧電極４の誘電体被福１２よりも厚いアルミナあるいはより熱伝導率の高い窒化物系セラミックを用いるようにするとよい。
【００３３】
また、実施の形態１においては、貫通微細孔１５の形成は、機械加工、レーザ加工、パイプ埋め込みなどにより実現できるが、それら加工の性質上、孔形状がテーパ状になってしまう事が避けられない場合がある。そのような、やむをえずテーパ状になってしまう場合には、テーパ状の貫通微細孔１５において出口でのガス流速が最大となるように、貫通微細孔１５の放電空間１側の入口側の径を最大径にし、出口側の径を最小径となるように、貫通微細孔１５を形成することが望ましい。
【００３４】
また、実施の形態１においては、高圧電極４の放電面の反対側の面の一部に被覆誘電体１２を施さずに、高圧電極４に内蔵された高圧導電体１１の一部を露出させた部分（給電孔２１）を持ち、当該部分に、高周波高圧電源３０に接続された導電性部材を接触させて高電圧印加を行う給電方法をとり、当該導電性部材の一部または全部を弾性体から構成するようにしたので、高圧電極４にかかる熱応力を緩和でき、電極割れを防止することができる。なお、本実施の形態１では、当該導電性部材を、給電バー１７と導電性弾性体１８とから構成し、導電性弾性体１８部分に弾性を持たせる構成とした。
【００３５】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２による表面処理装置の構成を示す断面図である。また、図９は、本実施の形態２における、高圧電極４と接地電極６とを示した図である。本実施の形態２の構成は、基本的に、実施の形態１と同じであるが、高圧電極４と接地電極６の構成と、供給ガス４３の供給位置とが異なる。以下では、主に、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００３６】
本実施の形態２においては、図９に示すように、高圧電極４および接地電極６が共に略々矩形の板状形状となっている。接地電極６には、図９に示すように、複数の貫通微細孔１５が縦横に均等に配列されている。図９の例では、７列×５行の計３５個の貫通微細孔１５が設けられているが、当然ながらこれに限定されるものではなく、縦横に出来るだけ均等に配列されていれば任意の個数でよい。
【００３７】
また、高圧電極４には、縦横に配列された略々円形の導電体拡大部１３とそれらの導電体拡大部１３間を接続するライン状（線状）のバスライン１４とから構成された高圧導電体１１が設けられている。各導電体拡大部１３は、基本的には、接地電極６の貫通微細孔１５の配置位置に対応して設けられ、それらは互いに対向しているが、図９の一点鎖線からも分かるように、導電体拡大部１３の中心と貫通微細孔１５の中心とは一致せず、導電体拡大部１３がガス流方向上流側に所定微小距離だけ若干オフセットされて設けられている。但し、図９の例では、中央の端から４列目においては、導電体拡大部１３の中心と貫通微細孔１５の中心とが一致している。なお、バスライン１４で電気的に導電体拡大部１３を接続する理由は、単一の高周波高圧電源３０で一度にすべての導電体拡大部１３に高電圧を供給するためであり、部品点数を増やさず、かつ、組立工程を容易で工数の少ないものにするためである。
【００３８】
また、本実施の形態では、高圧電極４を板状にした関係で、ヒートスプレッダ７と高圧電極４とが、側枠３の一方の内壁から対向する他方の内壁まで延びており、ヒートスプレッダ７の両端と高圧電極４の両端とが共に側枠３の内壁に接触している。これにより、本実施の形態では、図１に示した放電部スペーサ５２と端部スペーサ５１とは設けずに、側枠３の内壁に沿って、略々矩形の高圧電極４の外周部の下面を支持する枠状のスペーサ５が設けられている。
【００３９】
また、実施の形態１では、押さえふた２にガス導入孔４２を設けて、上方から供給ガス４３を放電空間１に流し込んでいたが、本実施の形態では、上述したように、ヒートスプレッダ７と高圧電極４とが、側枠３の一方の内壁から対向する他方の内壁まで延びているため、上方からの供給ガス４３の供給が難しいので、図示しないガス供給手段を、放電空間１の側がわ（外周側）に設け、図９に示すように、放電空間１に対して、高圧電極４および接地電極６の外周部から供給ガス４３を供給する構成とした。なお、図９では、左右の方向からのみ供給ガス４３を供給しているが、これに限らず、外周部全周方向から供給ガス４３を供給するようにしてもよい。なお、図９の例では左右方向から供給ガス４３を流しているので、左右方向がガス流方向上流となるので、導電体拡大部１３の中心を貫通微細孔１５の中心に対してオフセットする方向が左右方向となっているが、外周部全周方向から供給ガス４３を供給する場合には、外周部全周がガス流方向上流となるので、オフセットする方向もそれに合わせて、外周部に向かって放射状に広がるようにオフセットさせるようにする。
【００４０】
本実施の形態２と実施の形態1との違いは、主に、上述した点だけであり、他の構成は同じであるので、ここでは、同一符号を付して示し、説明は省略する。
【００４１】
本実施の形態２においては、図８，９の構成において、ガス供給手段（図示省略）から供給ガス４３を、放電空間１に、高圧電極４および接地電極６の外周部より流し込む。供給ガス４３は、放電により、活性粒子含有ガス４１となり、放電空間１から貫通微細孔１５を通って外部に流出するが、貫通微細孔１５のコンダクタンスにより放電空間１のゲージ圧力は５０ｋＰａＧ程度となる。貫通微細孔１５の出口圧力は大気圧で各孔に対して均一であり、かつ、貫通微細孔１５のコンダクタンスは放電空間１を含めたガス流路のコンダクタンスよりも十分小さいため、ガス供給孔からの距離にかかわらず、各貫通微細孔１５から流れ出る流量は均一化される。こうして、放電により発生したラジカルは、貫通微細孔１５を通って図示しない被処理体に供給され、表面処理を行なう。
【００４２】
図９に、本実施の形態２の貫通微細孔１５と高圧導電体１１との位置関係を示しているが、本実施の形態においては、放電空間１の高圧導電体１１の導電体拡大部１３で規定される領域に主に誘電体バリア放電を生起させ、活性なラジカルを発生させる。導電体拡大部１３の中心を貫通微細孔１５の中心からオフセットさせることにより、導電体拡大部１３は貫通微細孔１５のガス流方向上流側に偏って配置されているため、放電により生じたラジカルは、効率よく貫通微細孔１５に流れ込むことでき、ラジカル到達距離に達しない領域では放電を生じないため、エネルギ効率の高い表面処理が実現できる。なお、バスライン１４直下でも放電が発生するが、バスライン１４の面積にほぼ比例して、そこに投入される電力は小さくできるため、物理的強度や電気的信頼性が確保できる範囲で、出来るだけ細いバスライン１４を形成することで、無駄なエネルギ消費を低減することができる。
【００４３】
図１１に、本実施の形態２の構成で、放電空間の高さ０．７ｍｍ、放電面積３６ｃｍ２、貫通微細孔の直径０．１ｍｍ、微細孔数１３８個を持つ表面処理装置に、ガス流量１４ｓｌｍで放電電力１７５Ｗでポリエチレン板を搬送速度２５ｍｍ／ｓで移動させながらラジカルを照射した結果を示す。表面処理装置と被処理体との距離を変えて実験を行い、処理能力を純水の接触角測定により評価した。到達距離１０ｍｍではラジカルが減衰するため、処理効果が見られないが、接近するに伴い、親水性が向上し、接触角が小さくなることが分かる。図１１においては、供給ガス４３を空気とする空気放電の結果が□、供給ガス４３を窒素ガスとする窒素放電の結果が○でプロットされているが、それらを見ると、空気放電については窒素放電よりも処理効率は悪いが、本実施の形態の高速なラジカル抽出により処理が実現されている。なお、ここでの窒素放電には微量の酸素が含有されており、酸素濃度１０００ｐｐｍまでの放電を窒素放電と表現する。
【００４４】
以上のように、本実施の形態２においては、供給ガス４３を窒素ガスまたは空気とし、放電によりラジカルを発生させ、被処理体の親水化試験を行なった。しかしながら、本発明の効果は親水化に限定されるものではない。誘電体バリア放電は、原理的にあらゆるガス種に対して安定な放電を形成できる。また、大気圧近傍でラジカルの寿命が短いことは、放電ガス種に関わらず一般的に成り立つ事象である。従って、ラジカルを効率的に活用するリモートプラズマプロセスを実現するという目的において、本発明はいかなるガス種にも用いることができる。中でも、原子状窒素、原子状水素、原子状酸素などの原子状ラジカルは、大気圧以上の放電で比較的高い密度で発生し、処理対象に照射することで酸化、窒化、還元、親水化、洗浄など様々な効果を発揮するため、本発明の適用が有効である。
【００４５】
以上のように、本実施の形態２においては、上記の実施の形態１で得られた効果と同様の効果を得ることができ、さらに、本実施の形態においては、上記の実施の形態１に対して、高圧電極４およびそれに設けられた高圧導電体１１、並びに、接地電極６の形状を異なるものとして、それらを面状の板状部材から構成するようにしたので、比較的大面積を有する被処理体の表面処理に適しており、被処理体の広い面積を一度に表面処理できるため、効率がよい。
【００４６】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３による表面処理装置の部分断面図、および、高圧電極４の導電体１１が存在する層の断面を装置上面から見た図、並びに、接地電極６の装置上面から見た図である。本実施の形態３は、接地電極６の表面において、貫通微細孔１５周辺部分だけを円筒状の島状に盛り上げて形成して、その部分だけ、接地電極６の厚さを厚くした点が、実施の形態１乃至２と主に異なる点である。以下では、これらの円筒状の島状に盛り上げられて形成された部分を、接地電極突起部２０と呼ぶこととする。なお、接地電極突起部２０の断面形状は、図１２に示すように、略々矩形となっている。また、本実施の形態においては、実施の形態２と同様に、高圧電極４と接地電極６とを、略々矩形の板状形状にしている。但し、本実施の形態においては、高圧導電体１１の形状も、略々矩形の板状となっている点が、実施の形態２と異なる。他の構成については、実施の形態１または２と同じであるため、ここでは、それらの説明を省略する。
【００４７】
以下、図１２を参照して、実施の形態３を説明する。接地電極６の円筒形の接地電極突起部２０が形成されている箇所では、高圧電極４との間の放電領域４０の高さが狭くなり、高電圧が印加された場合には、接地電極突起部２０部分にだけ放電が生じる。なお、貫通微細孔１５の中心は、接地電極突起部２０の中心と一致せず、実施の形態２と同様に、放電領域４０をガス流方向上流側に偏って存在させるように、接地電極突起部２０をガス流方向上流側に若干オフセットさせて形成している。
【００４８】
以上のように、本実施の形態３によれば、上述の実施の形態１および２と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態３においては、各貫通微細孔１５周辺の接地電極６の表面高さを高くするように接地電極突起部２０を設けるようにしたので、接地電極突起部２０が存在する場所では高圧電極４との間の放電空間高さが狭くなり、高電圧が印加された場合には、接地電極突起部２０領域だけに放電が生じる構成としたため、貫通微細孔１５に到達できるラジカル生成に寄与することができる放電領域４０にのみ放電電力を集中できるため、処理のエネルギ効率が良く、ガス温度が過度に上昇しない表面処理装置を実現できる。
【００４９】
実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４による表面処理装置の断面図、および、高圧電極４の導電体１１の存在する層の断面を装置上面から見た図、並びに、接地電極６の装置上面から見た図である。実施の形態４は、高圧電極４の高圧導電体１１が、互いに平行に並んで配置された、複数の帯状導電体２１から構成され、接地電極６の接地電極突起部２０が、互いに平行に並んで配置された、複数の帯状突起部２２から構成されて、それらの複数の帯状導電体２１と複数の帯状突起部２２とが互いに直交している構成である点が実施の形態３と異なる。なお、各帯状導電体２１は、実施の形態２の導電体拡大部１３と同様に、バスライン１４により接続されている。また、なお、帯状突起部２２の断面形状は、図１３に示すように、略々矩形となっている。他の構成については、実施の形態３と同じである。
【００５０】
以下、図１３を用いて実施の形態４を説明する。高電圧が高圧電極４に印加されると、高圧電極４の高圧導電体１１を構成する帯状の帯状導電体２１と接地電極６の帯状の接地電極突起部２０とが互いにオーバーラップしている領域（以下、オーバーラップ領域と呼ぶ。）でのみ放電が生じる。貫通微細孔１５はこれらのオーバーラップ領域付近に形成されているが、貫通微細孔１５の中心はオーバーラップ領域の中心と一致せず、実施の形態２と同様に、放電領域４０をガス流方向上流側にオフセットさせて存在させるように、帯状突起部２２をガス流方向上流側に若干オフセットさせて形成する。
【００５１】
また、帯状導電体２１と帯状突起部２２とは、必ずしも直交する必要はなく、一定の角度を持って交わるオーバーラップ領域が存在すればよい。また、均等な幅である必要はなく、非放電領域での導電体が細くなる形状であってもかまわない。
【００５２】
以上のように、本実施の形態４によれば、上述の実施の形態１〜３と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態４においては、貫通微細孔１５に到達できるラジカル生成に寄与できる放電領域にのみ放電電力を集中できるため、処理のエネルギ効率が良く、ガス温度が過度に上昇しない表面処理装置を実現できるだけでなく、帯状突起部２２を設けたことにより接地電極６の強度が増し、放電空間１の内圧上昇が招く接地電極６のひずみが抑制され、実施の形態３で用いた接地電極６よりも薄い接地電極６を用いた場合でも、安定した放電が形成可能となり、ラジカル到達時間が短縮され、より効率的な表面処理が実現可能となる。
【００５３】
実施の形態５．
図１４は、本発明の実施の形態５による表面処理装置の断面を示す図である。実施の形態５においては、接地電極６内部に、温度調整用の流体の熱媒体を流すための流路１９が設けてあり、当該流路１９に熱媒体を流すことで金属製の接地電極を一定の温度で制御することができる。他の構成については、実施の形態１ないし４と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。なお、図１４は、図８に示す実施の形態２の構成に、本実施の形態による流路１９を設けた構成が図示されているが、この場合に限らず、他の実施の形態１，３，４にも流路１９を適用できることは言うまでもない。
【００５４】
以下、図１４を用いて実施の形態５を説明する。本実施の形態５においては、流路１９に流す温度調整用の熱媒体の温度により、接地電極６の温度を制御する。具体的には、放電初期においては、接地電極６よりも高い温度の媒体を流路１９に流して、接地電極６の温度を高め、一方、放電が連続して行われる場合には、低い温度の媒体を流路１９に流して、接地電極６の温度上昇を抑制する。熱媒体の温度については、接地電極６の温度を温度センサ等で検知して適宜変更してもよいが、予め、接地電極６を温める場合の温度と冷やす場合の温度の２種類を用意しておき、予め用意されたそれらの温度のいずれかを選択して、接地電極６の温度調整を行うようにしてもよい。
【００５５】
なお、放電初期に接地電極６の温度を高めておくことの効果としては、酸素ラジカルのオゾン（Ｏ３）への転換を抑止でき、酸素ラジカルによる効率的な表面処理が実現できるという効果がある。一方、放電が連続して行われる場合に接地電極６の温度を冷却することの効果としては、長時間の連続した放電の際には接地電極６の温度が上昇してしまうので、これを抑制し、ガス温度の過度の上昇を防ぎ、熱応力による電極割れ等の破損を防止するとともに、熱に弱い樹脂などの有機系被処理体に対しての表面処理を実施可能とすることができるという効果がある。
【００５６】
なお、流路１９に流す温度調整用の熱媒体として、例えば、空気、水、油、有機溶媒などが使用できる。また、流路１９を接地電極６内部に設ける例について説明したが、接地電極６の温度を調整する機能を有するものであれば、例えば、ロウ付けや、溶接などで、接地電極６に熱的に密に接触して、接地電極６に付随して配置されるものでもかまわない。
【００５７】
以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１〜４と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、温度調整用の熱媒体を流すための流路１９を設け、放電初期においては、接地電極６よりも高い温度の媒体を流路１９に流して、接地電極６の温度を高め、一方、放電が連続して行われる場合には、低い温度の媒体を流路１９に流して、接地電極６の温度上昇を抑制するようにしたので、放電初期には、酸素ラジカルのオゾン（Ｏ３）への転換を抑止でき、酸素ラジカルによる効率的な表面処理を実現し、一方、放電が連続して行われる場合には、ガス温度の過度の上昇を防ぎ、熱応力による電極割れ等の破損を防止するとともに、熱に弱い樹脂などの有機系被処理体に対しての表面処理も実施可能とすることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 放電空間、２ 押さえふた、３ 側枠、４ 高圧電極、５ スペーサ、６ 接地電極、７ ヒートスプレッダ、８ ゴム状弾性体、１１ 高圧導電体、１２ 誘電体被覆、１３ 導電体拡大部、１４ バスライン、１５ 貫通微細孔、１６ 絶縁碍子、１７ 給電バー、１８ 導電性弾性体、１９ 流路、２０ 接地電極突起部、２１ 帯状導電体、２２ 帯状接地電極突起部、３０ 高周波高圧電源、４０ 放電領域、４１ 活性粒子含有ガス、４２ ガス流方向、４３ 供給ガス、５１ 端部スペーサ、５２ 放電部スペーサ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は表面処理装置および表面処理方法に関し、特に、放電によって発生させた活性粒子を放電領域の外に配置した被処理体に照射することで、被処理体表面を処理する表面処理装置および表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電によりプラズマを生成して、それを表面処理工程に用いる技術は、広く導入されており、例えば、エンジニアリングプラスチックや樹脂コーティングの接着性改善、金属接着面の前洗浄、ＦＰＤなどの大面積デバイスの洗浄に対して、適用されている。但し、プラズマを用いた処理を適用するには、処理対象のチャージアップによる表面での放電による破壊の抑制や、イオンなどの過度に高いエネルギを持つ粒子による表面構造の損傷の抑制などが必要である。加えて、工程の簡素化、高スループット化も求められている。これらの要求を解決する技術として、大気圧リモートプラズマによる中性ラジカルを適用したインラインの処理によるプラズマ処理が注目されている。
【０００３】
大気圧リモートプラズマは上記の課題を解決する一方で、大気圧下、特に、酸素を２０％程度含む空気雰囲気での大気圧リモートプラズマでは、表面反応の担い手である活性なラジカルが高圧力下での衝突により極めて短時間で失活するといった短所があり、処理効率が上げられない点が課題である。また、ラジカルを失活させないためや放電効率を上げるため、雰囲気ガスや放電ガスとして希ガスなどを消費し、それらのガスの調達のために特殊な設備や追加のコストを必要とする点が課題となっている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、積層誘電体、金属印刷電極により絶縁基材内に開けられた孔内での放電を行う一体化電極による表面処理装置が示されている。以下、図１５を用いて特許文献１を説明する。図１５に示されるように、絶縁基材１に複数の貫通孔２が開けられ、電源６に接続された放電電極対３，４間で放電を貫通孔２内に生じさせるものである。このとき、貫通孔２の上部より放電ガスＧが供給され、放電ガスＧは貫通孔２内の放電領域を通過することで、活性なラジカルを含んだガスとなり、当該ガスの下流に置かれた被処理体５の処理が実現される。
【０００５】
特許文献１によれば、複数の貫通孔２を面状の絶縁基材１に分布させることで処理範囲を大面積化することができると共に、少ないガス消費量（低ランニングコスト）で均一な処理を行うことができる。また、電極３を貫通孔２のガス吹出口２ｂ側に配置し、それを接地電極として形成することにより、電極３と被処理体５との間の電位差が大きくなることを抑制し、それにより、荷電粒子の照射を抑え、被処理体５を帯電からのダメージから避けることができる。
【０００６】
また、特許文献２には、セグメント化された高圧電極を持つリモートプラズ照射装置が示されている。以下、図１６を用いて特許文献２を説明する。特許文献２においては、穴１６０を有する中空構造の誘電体スリーブ１５５に対向して設けられた高圧電極１１５と、接地電極１５０との間に電圧を印加することで、大気圧近傍で放電プラズマを発生させる。高圧電極１１５には中空の通路であるキャピラリ１２０を施し、ガスを流通させる。接地電極１５０側では、誘電体スリーブ１５５に設けられた多数のガス噴出し部である穴１６０が、キャピラリ１２０の中心に位置合わせされて設けられており、それらの穴１６０を通して、放電プラズマで生成した反応ガスを被処理基材に照射することで、洗浄、改質処理を行なう。特許文献２には、さらに、図１７に示す、高圧電極７１５のキャピラリが接地側誘電体スリーブと一体化し、高圧電極ごとに流路が制限された例示もある。
【０００７】
特許文献２によれば、以上の構造により、リモートプラズマを実現でき、被処理体の高さに関係なく、被処理体に近接させて、プラズマおよび荷電粒子を照射することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１２３１５９号公報（図１）
【特許文献２】特表２００４−５３５０４１号公報（図１，２，８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来技術には以下のような問題がある。すなわち、特許文献１に記載される表面処理装置では、限られた孔内での沿面放電によりプラズマを発生させるため、放電電力が低く制限され、活性粒子の密度を高く取れない。また、露出した薄い接地電極あるいは、それを覆う誘電体被覆が施されている構造のため、通過する荷電粒子の捕捉能力が低く下流の被処理体への荷電粒子の流出が生じる恐れがある。そのため、接地電極である電極３を導入しているが、貫通孔長を延長することになり、表面処理の担い手である活性粒子のうち、寿命の短い粒子は延長された貫通孔長を通過する時間が増加し、延長長に応じて減衰が進み、処理効率を高く保つことができない可能性がある。減衰したラジカル生成に使われた電気エネルギは表面処理に使われることなく、放電ガスの温度を上昇される影響を与えるだけであるので、処理のエネルギ効率を下げてしまう。さらには、放電ガスの温度が過度に上昇した場合には、熱応力により、電極割れなどの器具の破損が発生する可能性も出てくる。
【００１０】
また、特許文献２に記載される大気圧プラズマ照射装置においても、同様に、接地電極が誘電体被覆されており、荷電粒子の除去能力が低く、下流の被処理体への荷電粒子の流出が生じる恐れがある。また、面積の大きい対象を処理する場合、多数の高圧電極、キャピラリ、接地側誘電体スリーブなどの数多い部品が必要となり、組立が煩雑で工数が過大となり組立コストが大きくなる問題を抱える。
【００１１】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、被処理材に到達する荷電粒子を十分に抑制したうえで、寿命の短いラジカルを大気圧プラズマ発生箇所から高速で輸送することでラジカル密度減衰を抑制し、エネルギ効率の高い表面処理を行うことが可能な表面処理装置および表面処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、誘電体で被覆された高圧導電体を有する平板状の高圧電極と、前記高圧電極に対向して配置され、１以上の貫通微細孔が形成された導電体表面を有する接地電極と、前記高圧電極と前記接地電極との間に形成された放電空間と、前記放電空間にガスを導入するガス供給手段と、前記高圧電極に交番電圧を印加する高周波高圧電源とを備え、一定速度で前記放電空間にガスを導入し、前記放電空間の圧力を前記貫通微細孔の出口圧力よりも高く保った状態で、前記高圧電極に前記交番電圧を印加することで、放電を生じさせ、当該放電により生じた活性粒子を含むガスを、前記貫通微細孔から、前記貫通微細孔に対向して置かれた被処理体に吹き付けて、前記被処理体の表面処理を行う表面処理装置であって、前記高圧導電体が、それに対向する前記接地電極に設けられた前記貫通微細孔に対して、前記放電空間におけるガス流方向上流側にシフトした位置に設けられていることを特徴とする表面処理装置である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明は、誘電体で被覆された高圧導電体を有する平板状の高圧電極と、前記高圧電極に対向して配置され、１以上の貫通微細孔が形成された導電体表面を有する接地電極と、前記高圧電極と前記接地電極との間に形成された放電空間と、前記放電空間にガスを導入するガス供給手段と、前記高圧電極に交番電圧を印加する高周波高圧電源とを備え、一定速度で前記放電空間にガスを導入し、前記放電空間の圧力を前記貫通微細孔の出口圧力よりも高く保った状態で、前記高圧電極に前記交番電圧を印加することで、放電を生じさせ、当該放電により生じた活性粒子を含むガスを、前記貫通微細孔から、前記貫通微細孔に対向して置かれた被処理体に吹き付けて、前記被処理体の表面処理を行う表面処理装置であって、前記高圧導電体が、それに対向する前記接地電極に設けられた前記貫通微細孔に対して、前記放電空間におけるガス流方向上流側にシフトした位置に設けられていることを特徴とする表面処理装置であるので、被処理材に到達する荷電粒子を十分に抑制したうえで、寿命の短いラジカルを大気圧プラズマ発生箇所から高速で輸送することでラジカル密度減衰を抑制し、エネルギ効率の高い表面処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１による表面処理装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１による表面処理装置の高圧電極の高圧導電体を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による表面処理装置の高圧電極とスペーサの位置関係を示す上面図である。
【図４】本発明の実施の形態１による表面処理装置の端部スペーサ部を切る断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１による表面処理装置のガス導入孔部をきる断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１による表面処理装置の接地電極を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１による表面処理装置の高圧電極の高圧導電体を示す断面図の一例である。
【図８】本発明の実施の形態２による表面処理装置の放電空間を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２による表面処理装置の放電空間を示す図８と垂直な方向から見た断面図である。
【図１０】窒素中、乾燥空気中の酸素原子の減衰を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による樹脂処理結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による表面処理装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４による表面処理装置の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５による表面処理装置を示す断面図である。
【図１５】特許文献１に記載の従来技術を示した図である。
【図１６】特許文献２に記載の従来技術を示した図である。
【図１７】特許文献２に記載の従来技術を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による表面処理装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態１による表面処理装置は、内部に、放電空間１を備えている。表面処理装置の筐体は、略々矩形の枠状の側枠３と、側枠３の底部に設けられた接地電極６と、接地電極６に対向して側枠３の上部に設けられた押さえふた２とにより構成されている。側枠３、設置電極６、押さえふた２は、いずれも導体から構成されている。放電空間１は、これらの、側枠６と、接地電極６と、押さえふた２とにより囲まれた気密構造となっている。放電空間１が外部に通じているのは、わずかに、後述するガス導入孔４２（図５参照）と貫通微細孔群１５だけである。押さえふた２と側枠３との間、および、接地電極６と側枠３との間には、ゴム状弾性体８が介在されており、押さえふた２と、側枠３と、接地電極６とを、ねじにて締結することで、それらの間に介在されたゴム状弾性体８を圧縮し、気密を確保する。
【００１６】
また、放電空間１内には、押さえふた２と接地電極６との間に、上から順に、ヒートスプレッダ７、高圧電極４、放電部スペーサ５２が、垂直方向に並んで配置されている。ヒートスプレッダ７は押さえふた２の下面に密着して設けられている。但し、後述する供給ガス４３が導入されるガス導入孔４２が設けられている付近のみ、局所的に、ヒートスプレッダ７と押さえふた２の下面との間が密着せずに、所定の隙間（溝）９が形成されている。また、ヒートスプレッダ７の下面には、高圧電極４が固設されている。ヒートスプレッダ７および高圧電極４は、後述するように、それぞれ、略々矩形断面を有する細長い棒状の形状を有している。ヒートスプレッダ７の幅は、図１、図５に示すように、側枠３の４つの内壁のうちの対向する１対の内壁の幅に対して、短く構成されている。高圧電極４の幅は、ヒートスプレッダ７の幅よりもさらに短くなっている。従って、ヒートスプレッダ７および高圧電極４の端面は、いずれも、図１、図５に示すように、側枠３の当該１対の内壁には接触しておらず、それぞれ、所定の隙間１０を側枠３の内壁との間に設けている。また、高圧電極４の（長手方向の）長さは、ヒートスプレッダ７の長さと同じになっており、高圧電極４の端面およびヒートスプレッダ７の端面は、側枠３の他方の１対の内壁にそれぞれ接触している。上述したように、ガス導入孔４２が設けられている箇所においては、ヒートスプレッダ７の上面と押さえふた２の下面との間には隙間（溝）９がある。当該隙間（溝）９は、ヒートスプレッダ７の端面と側枠３の内壁との間の隙間１０を経由して、放電空間１に通じているため、ガス導入孔４２から供給された供給ガス４３は、隙間９，１０を通って、放電空間１に導入される。また、高圧電極４の下面と設置電極６の上面との間には、放電部スペーサ５２が固設されていて、下から、高圧電極４を支持している。上述したこれらのヒートスプレッダ７、高圧電極４、および、放電部スペーサ５２を、押さえふた２および接地電極６に押し付けることで、放電空間１の空隙高さを一定に保つとともに、各構成要素間の接触熱抵抗を低減する構造となっている。
【００１７】
押さえふた２には２つの貫通穴が設けられており、そのうちの１つの中には、高周波高圧電源３０に接続された給電バー１７が挿入され、垂直方向に配置されている。また、もう１つの貫通穴は、図１では図示されていないが、図５に示すように、供給ガス４３を放電空間１内に供給するためのガス導入孔４２となっている。給電バー１７と押さえふた２とは、絶縁碍子１６を介して、電気絶縁と気密を保ちながら機械的に接合されている。給電バー１７は、押さえふた２およびヒートスプレッダ７を貫通して垂直方向に延びており、その先端が、高圧電極４に達し、高圧電極４内に配置された高圧導電体１１に導電性弾性体１８を介して電気的に接続されている。給電バー１７に接続された導電性弾性体１８の弾性変形範囲は、ゴム弾性体８のつぶれしろより大きく設定しており、組立時だけでなく、放電開始に伴い、高圧電極４、接地電極６、および、ヒートスプレッダ７の温度が大きく上昇し、熱膨張により変形が生じた後も、導電性弾性体１８の変形により、高圧電極４への押し付けが良好に行われる。
【００１８】
ヒートスプレッダ７は、給電バー１７を通す貫通穴が空いている以外は高圧電極４に密着して設置されている。押さえふた２、側枠３、および、接地電極６は相互に電気的に導通され、接地電位に保たれている。高圧電極４は、図２、図３、図７に示すように、略々矩形の細長い板棒状の形状で、その断面は、図１、図４に示すように、略々矩形（長方形）となっている。また、図２または図７に示すように、表層を誘電体被覆１２で覆われており、内部には所定のパターンを持つ高圧導電体１１が形成されている。この高圧導電体１１の幅および接地位置により、図１に示すように、放電空間１内の放電領域４０が規定される。すなわち、高圧導電体１１とそれに対向する接地電極６との間の領域が放電領域４０として規定される。高圧導電体１１は、例えば、図２の例（パターン）のように、放電部スペーサ５２をまたぐ図１の放電領域４０全体に亘る幅の１本の板棒状の導電体から構成してもよく、あるいは、図７の例（パターン）に示すように、２本の細い板棒状の導電体から構成し、放電部スペーサ５２が高圧電極４に接触している領域には高圧導電体１１を設けずに、それらの２本の細い板棒状の導電体の一端同士をバスライン１４で電気的に接続して内部導通をとる構成とすることもできる。
【００１９】
このように、高圧導電体１１のパターンとしては複数種類のパターンが考えられるが、それらに共通する特徴としては、高圧導電体１１が、それに対向する接地電極６に設けられた貫通微細孔１５に対して、貫通微細孔１５の入口近傍で、かつ、放電空間１のガス流方向上流側に偏って設けられている点である。すなわち、図６において、破線で示されている範囲が、接地電極６に対向している高圧電極４の高圧導電体１１が設けられている領域である。なお、上記近傍の範囲は、後述するラジカル到達距離以内が望ましい。ガス導入孔４２から供給された供給ガス４３は、隙間９，１０を通って、図５の矢印で示すようなガス流方向で流れてきて、高圧電極４および接地電極６間の放電領域４０では、図６の矢印で示すガス流方向で供給される。従って、図６の左右の方向がガス流路方向上流となり、図６中央の貫通微細孔１５の入口側がガス流路方向下流となる。このとき、貫通微細孔１５の２列とそれらに平行する破線の位置とを比較してみると、左右ともに、破線の方が貫通微細孔１５の列よりも左右外側に位置していることが分かる。従って、これは、高圧導電体１１が、貫通微細孔１５の真上ではなく、貫通微細孔１５の位置よりもガス流方向上流側に所定距離だけシフトした位置に設けられていることを示している。このガス流方向上流側にシフトされて設けられていることを、本明細書では、ガス流方向上流側に偏って設けられていると呼ぶこととする。なお、図２の例では、貫通微細孔１５のガス流方向上流側だけでなく、貫通微細孔１５の真上の位置にも、高圧導電体１１が設けられており、この部分に設けても特に問題もないが、必ずしも設ける必要もないので、図７のように、貫通微細孔１５の真上の位置においては高圧導電体１１を無くす構成としてもよい。いずれのパターンでもよいが、但し、ガス流方向上流側には必ず高圧導電体１１を設けるようにする。
【００２０】
高圧電極４の上面外観を図３に示すが、給電孔２１として、一部、誘電体被覆１２が設けられておらず高圧導電体１１が露出している箇所が、高圧電極４の放電空間１とは反対側の面（高圧電極４の上側の面）に形成されている。こうして給電孔２１により露出した高圧導電体１１には、高周波高電圧電源３０に接続された給電バー１７が導電性弾性体１８を介して電気的に接続されている。また、図３に示すように、高圧電極４の両端には、端部スペーサ５１が施されている。図４は、図３のＡ−Ａ線の位置で切った表面処理装置の断面図である。端部スペーサ５１は、図４に示すように、高圧電極４の両端の下部に配置され、接地電極６の上面および側枠３の内壁に密接して固着されていることで、下方から高圧電極４を支持して、ヒートスプレッダ７に押しつけている。端部スペーサ５１は、上述した放電部スペーサ５２に対して、図３に示すように垂直に連結されており、これらのスペーサは、全体で、Ｉの字型になっている。放電部スペーサ５２も同じく高圧電極４の下部に設けられ、下方から高圧電極４を支持して、ヒートスプレッダ７に押しつけているので、これらの端部スペーサ５１と放電スペーサ５２が、高圧電極４をヒートスプレッダ７に押し付けることで、高圧電極４の位置を安定させるとともに、放電空間１の空隙高さが一定に保たれている。なお、以下の説明では、端部スペーサ５１と放電スペーサ５２とをまとめていう場合には、スペーサ５と呼ぶこととする。
【００２１】
図５に示すように、放電空間１に供給される供給ガス４３は、給電バー１７とは異なる位置に形成されているガス導入孔４２により流し込まれる。ガス供給孔４２が設けられている位置付近においては、上述の通り、ヒートスプレッダ７は押さえふた２と密着しない構造となっており、隙間（溝）９が形成されている。供給ガス４３は、この隙間(溝）９部分を通じて、ヒートスプレッダ７の側面と側枠３との間の隙間１０を経由して、図５の矢印で示される流路で、側方から、放電空間１に流入する。このとき、放電空間１側と貫通微細孔１５の出口側では圧力差があるため、この圧力差によって生じる応力は、接地電極６の中心を下流側へひずませる。そのため、放電空間１の高さ（放電ギャップ長）を一様にするために、ひずみ量がギャップ長の５％以下となるように、接地電極６の厚さは決められている。接地電極６には、図６に示されるように、複数の貫通微細孔１５が長手方向に２列に配列して形成されている。これらの２列の貫通微細孔１５の位置は、幅方向には互いに並んでおらず、互い違いになるように、位置をシフトさせて設けている。当該シフト量は、１つの列における隣接する貫通微細孔１５間の配置間隔の約１／２である。従って、一方の列の隣接する貫通微細孔１５の間に、他方の列の貫通微細孔１５が存在するように、位置づけられている。供給ガス４３は、放電空間１内の放電領域４０を通過することで、活性粒子を含んだ活性粒子含有ガス４１となり、貫通微細孔１５を通って、貫通微細孔１５の下流の、表面処理装置の外部に置かれた被処理体（図示省略）に照射される。
【００２２】
次に、実施の形態１による表面処理装置の動作について説明する。ここでは、供給ガス４３として乾燥空気を用い、乾燥空気を原料として、放電により、活性粒子として窒素ラジカルおよび酸素ラジカルを発生させ、それらのラジカルを被処理体に接触させる表面処理について説明する。ガス導入孔４２から、放電空間１に、毎分１４リットルの流量で乾燥空気（供給ガス４３）を供給する。接地電極６に形成された貫通微細孔１５の直径は例えば０．１２ｍｍであり、貫通微細孔１５の個数は例えば１１２個である。この条件においては、貫通微細孔１５の出口圧力は大気圧であり、かつ、貫通微細孔１５によって、供給ガス４３のガス流のコンダクタンスが制限されるため、放電空間１のゲージ圧力は２５ｋＰａＧ程度となり、放電空間１の圧力は、貫通微細孔１５の出口圧力よりも高く保たれている。なお、ここでは、ガスを導入する一定速度として、毎分１４リットルの流量としたが、その場合に限らず、放電空間１の圧力を貫通微細孔１５の出口圧力よりも高く保つことができる一定速度であれば、適宜決定可能である。このとき、給電バー１７を介して、高周波高圧電源３０から、高圧電極４内の高圧導電体１１に、交番する高電圧を印加することで、放電空間１の高圧導電体１１が存在する領域とそれに対向する接地電極６とに挟まれた放電領域４０に誘電体バリア放電を生起させ、活性なラジカルを発生させる。放電により発生したラジカルは、貫通微細孔１５を通って、その下流の、貫通微細孔１５の出口真下に対向して置かれた、図示しない被処理体に衝突し、当該被処理体の表面処理を行なう。
【００２３】
本実施の形態１では、高電圧が印加される高圧導電体１１が、それに対向する接地電極６に設けられた貫通微細孔１５に対して、貫通微細孔１５近傍で、かつ、放電空間１におけるガス流方向の上流側に偏って設けられている。従って、放電領域４０は、放電空間１の全体ではなく、貫通微細孔１５の入口近傍の、貫通微細孔１５よりもガス流方向上流側に少し偏った領域となっている。なお、図１の例では、高圧導電体１１が図２のパターンのものであるため、放電領域４０が貫通微細孔１５の入口真上にも及んでいるが、図７のパターンとした場合には、放電領域４０は、貫通微細孔１５の入口付近の、貫通微細孔１５よりもガス流方向上流側に少し偏った領域のみとなる（放電部スペーサ５２近傍は放電領域４０にならない）。この構成により、ガス流上流で放電により生じたラジカルは、当該ガス流に乗ってラジカル発生後に直ちに効率よく貫通微細孔１５にそのまま吸い込まれていくので、活性粒子含有ガス４１の輸送距離を大幅に短くし、放電で生じたラジカルが減衰することなく、貫通微細孔１５から被処理体に向けて噴出でき、また、放電のエネルギが主にラジカル生成に使われることで、ガス温度の過剰な上昇を抑制し、ガス温度を低く保ったまま、表面処理に寄与するラジカルの密度を増加させることができる。
【００２４】
以下に、このことについてさらに詳細に説明する。一般に、放電により生成されるラジカルは、放電空間およびその後の被処理体までの輸送空間でガスとの衝突により、一定の寿命で失活する。図１０に、絶対圧１気圧下での酸素ラジカル（酸素原子）寿命を計算した結果と、０．０１％酸素を混合した窒素雰囲気と空気雰囲気（酸素濃度２１％）それぞれについて示す。図１０において、「０．０１％−Ｏ２／Ｎ２」として示された結果が窒素雰囲気の場合で、「乾燥空気」として示された結果が空気雰囲気の場合である。
【００２５】
図１０の例では、初期に、酸素原子１０２０ｍ−３（１０１４ｃｍ−３）の存在を仮定し、減衰をレート方程式により算出した。初期密度の１／１０となる時間をラジカル寿命とすると、窒素雰囲気では、酸素原子寿命は１００ｍｓ程度あるのに対して、空気雰囲気では７０μｓ程度まで短命化する。中性のラジカルは電界の効果を受けることなく、ガスの移流によってのみ輸送される。そこでラジカルの輸送には、放電空間１と貫通微細孔１５内と貫通微細孔１５の噴出口から被処理体までのガス流速が重要な役割を果たす。放電空間を流れるおよそのガス流速は、ガス流量を、放電空間の高さとガス流方向の高圧電極の電極幅とで定まる面積で、除算した値となる。また、ラジカル到達距離は、ガス流速とラジカル寿命との乗算で求められる。ラジカル到達距離以遠で発生したラジカルは、貫通微細孔１５到達前に減衰してしまい、表面処理への寄与が小さくなる。
【００２６】
例えば、放電空間の高さを１ｍｍとし、高圧電極のガス流方向の電極幅を１００ｍｍとし、当該高圧電極に対して両側からガスを毎分１４Ｌで流入させた場合（両側から流入するため片側の流入量は毎分７Ｌ）、放電領域でのガス流速はおよそ１．２ｍ／ｓとなり、酸素原子の窒素中寿命１００ｍｓとするとラジカル到達距離は１２０ｍｍ、酸素原子の空気中寿命を７０μｓとするとラジカル到達距離は８４μｍとなる。貫通微細孔１５からこれらの距離の離れた遠方で放電して発生したラジカルは貫通微細孔に到達するときには１桁以上失活し、ラジカルの活性エネルギは再結合過程などによりガス温度上昇に使われる。つまり、ラジカル到達距離以遠の領域に投入された放電エネルギのほとんどは熱化して、表面処理には寄与せずガス温度上昇だけを促進する。
【００２７】
そこで、本実施の形態１においては、放電空間１の放電領域４０における高さを０．１ｍｍまで縮めることとした。放電空間１の放電領域４０における高さを０．１ｍｍまで縮めるための構成としては、押さえふた２の下面に厚みのあるヒートスプレッダ７を設け、そのヒートスプレッダ７の下面に、高圧電極４を設ける構成とした。ヒートスプレッダ１７を設けた分だけ、放電空間１の放電領域４０の高さを低くすることができる。このように、放電空間１の高さを０．１ｍｍまで縮めると、上記と同じガス流量条件では、放電領域４０でのガス流速がおよそ１２ｍ／ｓとなり、放電領域４０のラジカル到達距離が酸素原子で１２００ｍｍ，酸素原子で８４０μｍとなり、ラジカル到達距離が約１０倍拡大される。本実施の形態１では、高圧導電体１１を図２または図７に示すように、細長い板棒状の形状にし、放電部スペーサ５２の端部からの高圧導電体１１の幅をラジカル到達距離程度としているために、放電エネルギが有効に使われ、高効率での表面処理が実現できる。なお、ここでは、ガス流速がおよそ１２ｍ／ｓとなる例について説明したが、その場合に限らず、放電領域４０でのガス流速が１０ｍ／ｓ以上であればよく、その場合には良好に被処理体の表面処理を行うことができる。
【００２８】
以上のように、本実施の形態１は、誘電体被覆１２で覆われた高圧導電体１１からなる平板状の高圧電極４と、１以上の貫通微細孔１５が形成された導電体表面を持つ接地電極６とを互いに対向させ、これらの放電電極４，６間に供給ガス４３を導入し、放電電極４，６間に形成された放電空間１の圧力を貫通微細孔１５の出口圧力よりも高く保ち、高圧電極４に高周波高圧電源３０により交番電圧を印加することで放電を生じ、当該放電により、供給ガス４３を活性化して活性粒子を含む活性粒子含有ガス４１とし、貫通微細孔１５から当該活性粒子含有ガス４１を対向する被処理体（図示省略）に吹き付けて、被処理体の表面を処理する表面処理装置において、高圧電極４により高電圧が印加される高圧導電体１１を、それに対向する接地電極６に形成された貫通微細孔１５に対して、貫通微細孔１５近傍で、かつ、貫通微細孔１５の位置よりも放電空間１のガス流方向上流側に偏って施し、効率よくラジカルがガス流に乗って貫通微細孔１５に流入されるようにするとともに、高圧導電体１１の位置により貫通微細孔１５近傍でのみ放電を発生させるように限定することで、ラジカルが失活してしまうようなラジカル到達距離以遠の領域での放電を抑制し、放電で生じたラジカルが減衰することなく、貫通微細孔１５から被処理体に向けて効率的に噴出でき、また、放電のエネルギを主にラジカル生成に使われることで、被処理体の表面処理に寄与しないエネルギ投入を低減し、ラジカル密度を低下させないとともに、ガス温度の過剰な上昇を抑制して、ガス温度を低く保ったまま、被処理体の表面処理に寄与する中性な活性粒子の密度を増加することができる。このように、本実施の形態１においては、貫通微細孔１５を持つ接地電極６と誘電体被覆された高圧導電体１１との間で放電を生じ、その高圧導電体１１を貫通微細孔１５近傍のガス流速方向上流側に偏って配置することで、放電領域４０を高圧導電体１１に対応して限定し、放電により生じた活性粒子を減衰を受ける前に抽出することができる。また、本実施の形態１においては、特許文献１の接地電極に比べて、厚さを有し、かつ、誘電体被覆で覆われていない、接地電極６を用いているため、貫通微細孔１５を通過するか荷電粒子の補足能力が高く、下流の被処理体への荷電粒子の流出を抑えることができる。
【００２９】
また、ラジカル到達距離はガス流速とラジカル寿命との乗算で求められるので、上記の貫通微細孔１５に対して偏って規定される放電領域４０のガス流上流方向の大きさ（幅）を、放電領域４０でのガス流速に、ラジカル寿命の値（すなわち、空気放電では７０μｓ、微量酸素を含む窒素放電においては１００ｍｓ）を乗じた距離以内にすることで高エネルギ効率で表面処理が可能となる。具体的には、放電領域４０がその大きさとなるように、高圧導電体１１の半分の幅を、ラジカル到達距離以内にする。また、放電領域４０の高さ、すなわち、高圧電極４の下面から貫通微細孔１５までの距離も同様にラジカル到達距離以内にすることが望ましい。この構成により、接地電極６や貫通微細孔１５の表面でのラジカルの消滅が抑制され、被処理体に到達するラジカルの密度を向上させることができる。あるいは、被処理体に到達するラジカル密度を所定の値に保ったまま、低温の噴出ガスで処理を行うことができるため、温度上昇により変質・損傷を受ける材料に対しても処理を適用することができる。
さらに処理のエネルギ効率を上げるためには、微細孔から最も遠い放電領域から到達するラジカルの減衰が放電による生成時の初期密度の１／２以内程度になるラジカル到達距離の１／２倍以内にすることがより望ましい。具体的には、高圧導電体１１の半分の幅を、ラジカル到達距離の１／２倍以内にする。また、放電領域４０の高さ、すなわち、高圧電極４の下面から貫通微細孔１５までの距離も同様にラジカル到達距離の１／２倍以内にすることがより望ましい。この構成により、接地電極６や貫通微細孔１５の表面でのラジカルの消滅が抑制され、より高いエネルギ効率のまま被処理体に到達するラジカルの密度を向上させることができる。あるいは、被処理体に到達するラジカル密度を所定の値に保ったまま、より低温の噴出ガスで処理を行うことができるため、温度上昇により変質・損傷を受ける材料に対しても処理を適用することができる。
【００３０】
また、本実施の形態１においては、放電領域４０でのガス流速が１０ｍ／ｓ以上となるように、放電領域４０の高さ、高圧電極４の幅、および、高圧電極４の配置位置（貫通微細孔１５までの距離）、供給ガス４３の導入速度の少なくとも１つを調整するようにしたので、短寿命のラジカルの減衰を抑制して、被処理体に効率よく吹き付けることができる。
【００３１】
さらに、本実施の形態１においては、貫通微細孔１５の径（および、供給ガス４３の導入速度）は、貫通微細孔１５の出口でのガス流出速度が、乾燥空気中の空気放電においては１００ｍ／ｓ以上、微量酸素を含む窒素放電においては５０ｍ／ｓとなるように設定するようにしたので、発生したラジカルが貫通微細孔１５内ではほとんど減衰しない上に、貫通微細孔１５の出口を飛び出した後の速度も確保できるため、被処理体に対してラジカルの減衰を抑制してラジカル照射でき、良好な表面処理を実現することができる。
【００３２】
また、本実施の形態１において、放電領域４０は高圧導電体１１近傍に集中することになるが、面方向（高圧電極伸張方向）の熱伝達率が高く、絶縁性を有する、板状のヒートスプレッダ７を、高圧電極４の放電面と反対側の面に密着して設けるようにしたので、高圧電極４の温度分布のばらつきが緩和され、高圧電極４の均温化が促進されるので、熱応力が低減し、熱応力による電極割れ（電極の破損）を防止することができる。高圧電極４に誘電体被覆１２として例えばアルミナ被覆を用いた場合には、ヒートスプレッダ７は、高圧電極４の誘電体被福１２よりも厚いアルミナあるいはより熱伝導率の高い窒化物系セラミックを用いるようにするとよい。
【００３３】
また、実施の形態１においては、貫通微細孔１５の形成は、機械加工、レーザ加工、パイプ埋め込みなどにより実現できるが、それら加工の性質上、孔形状がテーパ状になってしまう事が避けられない場合がある。そのような、やむをえずテーパ状になってしまう場合には、テーパ状の貫通微細孔１５において出口でのガス流速が最大となるように、貫通微細孔１５の放電空間１側の入口側の径を最大径にし、出口側の径を最小径となるように、貫通微細孔１５を形成することが望ましい。
【００３４】
また、実施の形態１においては、高圧電極４の放電面の反対側の面の一部に被覆誘電体１２を施さずに、高圧電極４に内蔵された高圧導電体１１の一部を露出させた部分（給電孔２１）を持ち、当該部分に、高周波高圧電源３０に接続された導電性部材を接触させて高電圧印加を行う給電方法をとり、当該導電性部材の一部または全部を弾性体から構成するようにしたので、高圧電極４にかかる熱応力を緩和でき、電極割れを防止することができる。なお、本実施の形態１では、当該導電性部材を、給電バー１７と導電性弾性体１８とから構成し、導電性弾性体１８部分に弾性を持たせる構成とした。
【００３５】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２による表面処理装置の構成を示す断面図である。また、図９は、本実施の形態２における、高圧電極４と接地電極６とを示した図である。本実施の形態２の構成は、基本的に、実施の形態１と同じであるが、高圧電極４と接地電極６の構成と、供給ガス４３の供給位置とが異なる。以下では、主に、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００３６】
本実施の形態２においては、図９に示すように、高圧電極４および接地電極６が共に略々矩形の板状形状となっている。接地電極６には、図９に示すように、複数の貫通微細孔１５が縦横に均等に配列されている。図９の例では、７列×５行の計３５個の貫通微細孔１５が設けられているが、当然ながらこれに限定されるものではなく、縦横に出来るだけ均等に配列されていれば任意の個数でよい。
【００３７】
また、高圧電極４には、縦横に配列された略々円形の導電体拡大部１３とそれらの導電体拡大部１３間を接続するライン状（線状）のバスライン１４とから構成された高圧導電体１１が設けられている。各導電体拡大部１３は、基本的には、接地電極６の貫通微細孔１５の配置位置に対応して設けられ、それらは互いに対向しているが、図９の一点鎖線からも分かるように、導電体拡大部１３の中心と貫通微細孔１５の中心とは一致せず、導電体拡大部１３がガス流方向上流側に所定微小距離だけ若干オフセットされて設けられている。但し、図９の例では、中央の端から４列目においては、導電体拡大部１３の中心と貫通微細孔１５の中心とが一致している。なお、バスライン１４で電気的に導電体拡大部１３を接続する理由は、単一の高周波高圧電源３０で一度にすべての導電体拡大部１３に高電圧を供給するためであり、部品点数を増やさず、かつ、組立工程を容易で工数の少ないものにするためである。
【００３８】
また、本実施の形態では、高圧電極４を板状にした関係で、ヒートスプレッダ７と高圧電極４とが、側枠３の一方の内壁から対向する他方の内壁まで延びており、ヒートスプレッダ７の両端と高圧電極４の両端とが共に側枠３の内壁に接触している。これにより、本実施の形態では、図１に示した放電部スペーサ５２と端部スペーサ５１とは設けずに、側枠３の内壁に沿って、略々矩形の高圧電極４の外周部の下面を支持する枠状のスペーサ５が設けられている。
【００３９】
また、実施の形態１では、押さえふた２にガス導入孔４２を設けて、上方から供給ガス４３を放電空間１に流し込んでいたが、本実施の形態では、上述したように、ヒートスプレッダ７と高圧電極４とが、側枠３の一方の内壁から対向する他方の内壁まで延びているため、上方からの供給ガス４３の供給が難しいので、図示しないガス供給手段を、放電空間１の側がわ（外周側）に設け、図９に示すように、放電空間１に対して、高圧電極４および接地電極６の外周部から供給ガス４３を供給する構成とした。なお、図９では、左右の方向からのみ供給ガス４３を供給しているが、これに限らず、外周部全周方向から供給ガス４３を供給するようにしてもよい。なお、図９の例では左右方向から供給ガス４３を流しているので、左右方向がガス流方向上流となるので、導電体拡大部１３の中心を貫通微細孔１５の中心に対してオフセットする方向が左右方向となっているが、外周部全周方向から供給ガス４３を供給する場合には、外周部全周がガス流方向上流となるので、オフセットする方向もそれに合わせて、外周部に向かって放射状に広がるようにオフセットさせるようにする。
【００４０】
本実施の形態２と実施の形態1との違いは、主に、上述した点だけであり、他の構成は同じであるので、ここでは、同一符号を付して示し、説明は省略する。
【００４１】
本実施の形態２においては、図８，９の構成において、ガス供給手段（図示省略）から供給ガス４３を、放電空間１に、高圧電極４および接地電極６の外周部より流し込む。供給ガス４３は、放電により、活性粒子含有ガス４１となり、放電空間１から貫通微細孔１５を通って外部に流出するが、貫通微細孔１５のコンダクタンスにより放電空間１のゲージ圧力は５０ｋＰａＧ程度となる。貫通微細孔１５の出口圧力は大気圧で各孔に対して均一であり、かつ、貫通微細孔１５のコンダクタンスは放電空間１を含めたガス流路のコンダクタンスよりも十分小さいため、ガス供給孔からの距離にかかわらず、各貫通微細孔１５から流れ出る流量は均一化される。こうして、放電により発生したラジカルは、貫通微細孔１５を通って図示しない被処理体に供給され、表面処理を行なう。
【００４２】
図９に、本実施の形態２の貫通微細孔１５と高圧導電体１１との位置関係を示しているが、本実施の形態においては、放電空間１の高圧導電体１１の導電体拡大部１３で規定される領域に主に誘電体バリア放電を生起させ、活性なラジカルを発生させる。導電体拡大部１３の中心を貫通微細孔１５の中心からオフセットさせることにより、導電体拡大部１３は貫通微細孔１５のガス流方向上流側に偏って配置されているため、放電により生じたラジカルは、効率よく貫通微細孔１５に流れ込むことでき、ラジカル到達距離に達しない領域では放電を生じないため、エネルギ効率の高い表面処理が実現できる。なお、バスライン１４直下でも放電が発生するが、バスライン１４の面積にほぼ比例して、そこに投入される電力は小さくできるため、物理的強度や電気的信頼性が確保できる範囲で、出来るだけ細いバスライン１４を形成することで、無駄なエネルギ消費を低減することができる。
【００４３】
図１１に、本実施の形態２の構成で、放電空間の高さ０．７ｍｍ、放電面積３６ｃｍ２、貫通微細孔の直径０．１ｍｍ、微細孔数１３８個を持つ表面処理装置に、ガス流量１４ｓｌｍで放電電力１７５Ｗでポリエチレン板を搬送速度２５ｍｍ／ｓで移動させながらラジカルを照射した結果を示す。表面処理装置と被処理体との距離を変えて実験を行い、処理能力を純水の接触角測定により評価した。到達距離１０ｍｍではラジカルが減衰するため、処理効果が見られないが、接近するに伴い、親水性が向上し、接触角が小さくなることが分かる。図１１においては、供給ガス４３を空気とする空気放電の結果が□、供給ガス４３を窒素ガスとする窒素放電の結果が○でプロットされているが、それらを見ると、空気放電については窒素放電よりも処理効率は悪いが、本実施の形態の高速なラジカル抽出により処理が実現されている。なお、ここでの窒素放電には微量の酸素が含有されており、酸素濃度１０００ｐｐｍまでの放電を窒素放電と表現する。
【００４４】
以上のように、本実施の形態２においては、供給ガス４３を窒素ガスまたは空気とし、放電によりラジカルを発生させ、被処理体の親水化試験を行なった。しかしながら、本発明の効果は親水化に限定されるものではない。誘電体バリア放電は、原理的にあらゆるガス種に対して安定な放電を形成できる。また、大気圧近傍でラジカルの寿命が短いことは、放電ガス種に関わらず一般的に成り立つ事象である。従って、ラジカルを効率的に活用するリモートプラズマプロセスを実現するという目的において、本発明はいかなるガス種にも用いることができる。中でも、原子状窒素、原子状水素、原子状酸素などの原子状ラジカルは、大気圧以上の放電で比較的高い密度で発生し、処理対象に照射することで酸化、窒化、還元、親水化、洗浄など様々な効果を発揮するため、本発明の適用が有効である。
【００４５】
以上のように、本実施の形態２においては、上記の実施の形態１で得られた効果と同様の効果を得ることができ、さらに、本実施の形態においては、上記の実施の形態１に対して、高圧電極４およびそれに設けられた高圧導電体１１、並びに、接地電極６の形状を異なるものとして、それらを面状の板状部材から構成するようにしたので、比較的大面積を有する被処理体の表面処理に適しており、被処理体の広い面積を一度に表面処理できるため、効率がよい。
【００４６】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３による表面処理装置の部分断面図、および、高圧電極４の導電体１１が存在する層の断面を装置上面から見た図、並びに、接地電極６の装置上面から見た図である。本実施の形態３は、接地電極６の表面において、貫通微細孔１５周辺部分だけを円筒状の島状に盛り上げて形成して、その部分だけ、接地電極６の厚さを厚くした点が、実施の形態１乃至２と主に異なる点である。以下では、これらの円筒状の島状に盛り上げられて形成された部分を、接地電極突起部２０と呼ぶこととする。なお、接地電極突起部２０の断面形状は、図１２に示すように、略々矩形となっている。また、本実施の形態においては、実施の形態２と同様に、高圧電極４と接地電極６とを、略々矩形の板状形状にしている。但し、本実施の形態においては、高圧導電体１１の形状も、略々矩形の板状となっている点が、実施の形態２と異なる。他の構成については、実施の形態１または２と同じであるため、ここでは、それらの説明を省略する。
【００４７】
以下、図１２を参照して、実施の形態３を説明する。接地電極６の円筒形の接地電極突起部２０が形成されている箇所では、高圧電極４との間の放電領域４０の高さが狭くなり、高電圧が印加された場合には、接地電極突起部２０部分にだけ放電が生じる。なお、貫通微細孔１５の中心は、接地電極突起部２０の中心と一致せず、実施の形態２と同様に、放電領域４０をガス流方向上流側に偏って存在させるように、接地電極突起部２０をガス流方向上流側に若干オフセットさせて形成している。
【００４８】
以上のように、本実施の形態３によれば、上述の実施の形態１および２と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態３においては、各貫通微細孔１５周辺の接地電極６の表面高さを高くするように接地電極突起部２０を設けるようにしたので、接地電極突起部２０が存在する場所では高圧電極４との間の放電空間高さが狭くなり、高電圧が印加された場合には、接地電極突起部２０領域だけに放電が生じる構成としたため、貫通微細孔１５に到達できるラジカル生成に寄与することができる放電領域４０にのみ放電電力を集中できるため、処理のエネルギ効率が良く、ガス温度が過度に上昇しない表面処理装置を実現できる。
【００４９】
実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４による表面処理装置の断面図、および、高圧電極４の導電体１１の存在する層の断面を装置上面から見た図、並びに、接地電極６の装置上面から見た図である。実施の形態４は、高圧電極４の高圧導電体１１が、互いに平行に並んで配置された、複数の帯状導電体２１から構成され、接地電極６の接地電極突起部２０が、互いに平行に並んで配置された、複数の帯状突起部２２から構成されて、それらの複数の帯状導電体２１と複数の帯状突起部２２とが互いに直交している構成である点が実施の形態３と異なる。なお、各帯状導電体２１は、実施の形態２の導電体拡大部１３と同様に、バスライン１４により接続されている。また、なお、帯状突起部２２の断面形状は、図１３に示すように、略々矩形となっている。他の構成については、実施の形態３と同じである。
【００５０】
以下、図１３を用いて実施の形態４を説明する。高電圧が高圧電極４に印加されると、高圧電極４の高圧導電体１１を構成する帯状の帯状導電体２１と接地電極６の帯状の接地電極突起部２０とが互いにオーバーラップしている領域（以下、オーバーラップ領域と呼ぶ。）でのみ放電が生じる。貫通微細孔１５はこれらのオーバーラップ領域付近に形成されているが、貫通微細孔１５の中心はオーバーラップ領域の中心と一致せず、実施の形態２と同様に、放電領域４０をガス流方向上流側にオフセットさせて存在させるように、帯状突起部２２をガス流方向上流側に若干オフセットさせて形成する。
【００５１】
また、帯状導電体２１と帯状突起部２２とは、必ずしも直交する必要はなく、一定の角度を持って交わるオーバーラップ領域が存在すればよい。また、均等な幅である必要はなく、非放電領域での導電体が細くなる形状であってもかまわない。
【００５２】
以上のように、本実施の形態４によれば、上述の実施の形態１〜３と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態４においては、貫通微細孔１５に到達できるラジカル生成に寄与できる放電領域にのみ放電電力を集中できるため、処理のエネルギ効率が良く、ガス温度が過度に上昇しない表面処理装置を実現できるだけでなく、帯状突起部２２を設けたことにより接地電極６の強度が増し、放電空間１の内圧上昇が招く接地電極６のひずみが抑制され、実施の形態３で用いた接地電極６よりも薄い接地電極６を用いた場合でも、安定した放電が形成可能となり、ラジカル到達時間が短縮され、より効率的な表面処理が実現可能となる。
【００５３】
実施の形態５．
図１４は、本発明の実施の形態５による表面処理装置の断面を示す図である。実施の形態５においては、接地電極６内部に、温度調整用の流体の熱媒体を流すための流路１９が設けてあり、当該流路１９に熱媒体を流すことで金属製の接地電極を一定の温度で制御することができる。他の構成については、実施の形態１ないし４と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。なお、図１４は、図８に示す実施の形態２の構成に、本実施の形態による流路１９を設けた構成が図示されているが、この場合に限らず、他の実施の形態１，３，４にも流路１９を適用できることは言うまでもない。
【００５４】
以下、図１４を用いて実施の形態５を説明する。本実施の形態５においては、流路１９に流す温度調整用の熱媒体の温度により、接地電極６の温度を制御する。具体的には、放電初期においては、接地電極６よりも高い温度の媒体を流路１９に流して、接地電極６の温度を高め、一方、放電が連続して行われる場合には、低い温度の媒体を流路１９に流して、接地電極６の温度上昇を抑制する。熱媒体の温度については、接地電極６の温度を温度センサ等で検知して適宜変更してもよいが、予め、接地電極６を温める場合の温度と冷やす場合の温度の２種類を用意しておき、予め用意されたそれらの温度のいずれかを選択して、接地電極６の温度調整を行うようにしてもよい。
【００５５】
なお、放電初期に接地電極６の温度を高めておくことの効果としては、酸素ラジカルのオゾン（Ｏ３）への転換を抑止でき、酸素ラジカルによる効率的な表面処理が実現できるという効果がある。一方、放電が連続して行われる場合に接地電極６の温度を冷却することの効果としては、長時間の連続した放電の際には接地電極６の温度が上昇してしまうので、これを抑制し、ガス温度の過度の上昇を防ぎ、熱応力による電極割れ等の破損を防止するとともに、熱に弱い樹脂などの有機系被処理体に対しての表面処理を実施可能とすることができるという効果がある。
【００５６】
なお、流路１９に流す温度調整用の熱媒体として、例えば、空気、水、油、有機溶媒などが使用できる。また、流路１９を接地電極６内部に設ける例について説明したが、接地電極６の温度を調整する機能を有するものであれば、例えば、ロウ付けや、溶接などで、接地電極６に熱的に密に接触して、接地電極６に付随して配置されるものでもかまわない。
【００５７】
以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１〜４と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、温度調整用の熱媒体を流すための流路１９を設け、放電初期においては、接地電極６よりも高い温度の媒体を流路１９に流して、接地電極６の温度を高め、一方、放電が連続して行われる場合には、低い温度の媒体を流路１９に流して、接地電極６の温度上昇を抑制するようにしたので、放電初期には、酸素ラジカルのオゾン（Ｏ３）への転換を抑止でき、酸素ラジカルによる効率的な表面処理を実現し、一方、放電が連続して行われる場合には、ガス温度の過度の上昇を防ぎ、熱応力による電極割れ等の破損を防止するとともに、熱に弱い樹脂などの有機系被処理体に対しての表面処理も実施可能とすることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 放電空間、２ 押さえふた、３ 側枠、４ 高圧電極、５ スペーサ、６ 接地電極、７ ヒートスプレッダ、８ ゴム状弾性体、１１ 高圧導電体、１２ 誘電体被覆、１３ 導電体拡大部、１４ バスライン、１５ 貫通微細孔、１６ 絶縁碍子、１７ 給電バー、１８ 導電性弾性体、１９ 流路、２０ 接地電極突起部、２１ 帯状導電体、２２ 帯状接地電極突起部、３０ 高周波高圧電源、４０ 放電領域、４１ 活性粒子含有ガス、４２ ガス流方向、４３ 供給ガス、５１ 端部スペーサ、５２ 放電部スペーサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体で被覆された高圧導電体を有する平板状の高圧電極と、
前記高圧電極に対向して配置され、貫通微細孔が形成された導電体表面を有する接地電極と、
前記高圧電極と前記接地電極との間に形成された放電空間と、
前記放電空間にガスを導入するガス供給手段と、
前記高圧電極に交番電圧を印加する高周波高圧電源と
を備え、
所定の速度で前記放電空間にガスを導入し、前記放電空間の圧力を前記貫通微細孔の出口圧力よりも高く保った状態で、前記高圧電極に前記交番電圧を印加することで、放電を生じさせ、当該放電により生じた活性粒子を含むガスを、前記貫通微細孔から、前記貫通微細孔に対向して置かれた被処理体に吹き付けて、前記被処理体の表面処理を行う表面処理装置であって、
前記高圧導電体が、それに対向する前記接地電極に設けられた前記貫通微細孔に対して、前記放電空間におけるガス流方向上流側にシフトした位置に設けられている
ことを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
前記ガス流方向上流側にシフトした位置に設けられた前記高圧電極によって規定される放電領域の大きさを、前記放電領域におけるガス流速に前記活性粒子の寿命値を乗算して求めた距離以内とし、
前記活性粒子の寿命値を、前記ガスが窒素ガスにおける窒素放電の場合には１００ｍｓとし、前記ガスが空気における空気放電の場合には７０μｓとした
ことを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記接地電極は、前記貫通微細孔の周辺において前記接地電極の一部が前記高圧電極側に突起して形成された接地電極突起部を有し、
前記接地電極突起部が、前記貫通微細孔に対して、前記放電空間におけるガス流方向上流側にシフトした位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記接地電極は、前記貫通微細孔の周辺において前記接地電極の一部が前記高圧電極側に帯状に突起して形成された帯状突起部を有し、
前記高圧電極の高圧導電体が帯状導電体から構成され、
前記帯状突起部と前記帯状導電体とが一定の角度でオーバーラップしており、
当該オーバーラップする領域が、前記貫通微細孔に対して、前記放電空間におけるガス流方向上流側にシフトした位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記ガスが空気であって、
前記放電空間における前記ガス流のガス流速が１０ｍ／ｓを超える
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項６】
前記ガスが窒素ガスにおける窒素放電の場合には、前記貫通微細孔の出口でのガス流速を５０ｍ／ｓを超える速度にし、
前記ガスが空気における空気放電の場合には、前記貫通微細孔の出口でのガス流速を１００ｍ／ｓを超える速度にした
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項７】
前記高圧電極の放電面の反対側の面に接触して設けた、高圧電極伸張方向の熱伝達率が高い絶縁体の板から構成された、ヒートスプレッダを
さらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項８】
前記高圧電極は前記誘電体で被覆されていない露出された部分を有し、
前記高周波高圧電源は、前記高圧電極の露出された部分に導電性部材を接触させて、それを介して、前記交番電圧を印加を行うものであって、
前記導電性部材の一部または全部が弾性体で構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項９】
前記接地電極の温度を調整するための温度調整用の媒体を流すための流路を、前記接地電極の内部または外部のいずれかに設けた
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項１０】
誘電体で被覆された高圧導電体を有する平板状の高圧電極と、貫通微細孔が形成された導電体表面を有する接地電極とを対向させて、放電空間を形成するステップと、
前記放電空間の外部に、前記貫通微細孔に対向させて、被処理体を設置するステップと、
所定の速度で前記放電空間にガスを導入し、前記放電空間の圧力を前記貫通微細孔の出口圧力よりも高い状態に保つステップと、
前記放電空間に放電を生じさせて活性粒子を発生させるために、前記高圧電極に交番電圧を印加するステップと、
発生した前記活性粒子を含んだガスを前記貫通微細孔から前記被処理体に吹き付けて、前記被処理体の表面処理を行うステップと
を備えた表面処理方法であって、
前記高圧導電体を、それに対向する前記接地電極に設けられた前記貫通微細孔に対して、前記放電空間におけるガス流方向上流側にシフトした位置に設ける
ことを特徴とする表面処理方法。
【請求項１】
誘電体で被覆された高圧導電体を有する平板状の高圧電極と、
前記高圧電極に対向して配置され、貫通微細孔が形成された導電体表面を有する接地電極と、
前記高圧電極と前記接地電極との間に形成された放電空間と、
前記放電空間にガスを導入するガス供給手段と、
前記高圧電極に交番電圧を印加する高周波高圧電源と
を備え、
所定の速度で前記放電空間にガスを導入し、前記放電空間の圧力を前記貫通微細孔の出口圧力よりも高く保った状態で、前記高圧電極に前記交番電圧を印加することで、放電を生じさせ、当該放電により生じた活性粒子を含むガスを、前記貫通微細孔から、前記貫通微細孔に対向して置かれた被処理体に吹き付けて、前記被処理体の表面処理を行う表面処理装置であって、
前記高圧導電体が、それに対向する前記接地電極に設けられた前記貫通微細孔に対して、前記放電空間におけるガス流方向上流側にシフトした位置に設けられている
ことを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
前記ガス流方向上流側にシフトした位置に設けられた前記高圧電極によって規定される放電領域の大きさを、前記放電領域におけるガス流速に前記活性粒子の寿命値を乗算して求めた距離以内とし、
前記活性粒子の寿命値を、前記ガスが窒素ガスにおける窒素放電の場合には１００ｍｓとし、前記ガスが空気における空気放電の場合には７０μｓとした
ことを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記接地電極は、前記貫通微細孔の周辺において前記接地電極の一部が前記高圧電極側に突起して形成された接地電極突起部を有し、
前記接地電極突起部が、前記貫通微細孔に対して、前記放電空間におけるガス流方向上流側にシフトした位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記接地電極は、前記貫通微細孔の周辺において前記接地電極の一部が前記高圧電極側に帯状に突起して形成された帯状突起部を有し、
前記高圧電極の高圧導電体が帯状導電体から構成され、
前記帯状突起部と前記帯状導電体とが一定の角度でオーバーラップしており、
当該オーバーラップする領域が、前記貫通微細孔に対して、前記放電空間におけるガス流方向上流側にシフトした位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記ガスが空気であって、
前記放電空間における前記ガス流のガス流速が１０ｍ／ｓを超える
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項６】
前記ガスが窒素ガスにおける窒素放電の場合には、前記貫通微細孔の出口でのガス流速を５０ｍ／ｓを超える速度にし、
前記ガスが空気における空気放電の場合には、前記貫通微細孔の出口でのガス流速を１００ｍ／ｓを超える速度にした
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項７】
前記高圧電極の放電面の反対側の面に接触して設けた、高圧電極伸張方向の熱伝達率が高い絶縁体の板から構成された、ヒートスプレッダを
さらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項８】
前記高圧電極は前記誘電体で被覆されていない露出された部分を有し、
前記高周波高圧電源は、前記高圧電極の露出された部分に導電性部材を接触させて、それを介して、前記交番電圧を印加を行うものであって、
前記導電性部材の一部または全部が弾性体で構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項９】
前記接地電極の温度を調整するための温度調整用の媒体を流すための流路を、前記接地電極の内部または外部のいずれかに設けた
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項１０】
誘電体で被覆された高圧導電体を有する平板状の高圧電極と、貫通微細孔が形成された導電体表面を有する接地電極とを対向させて、放電空間を形成するステップと、
前記放電空間の外部に、前記貫通微細孔に対向させて、被処理体を設置するステップと、
所定の速度で前記放電空間にガスを導入し、前記放電空間の圧力を前記貫通微細孔の出口圧力よりも高い状態に保つステップと、
前記放電空間に放電を生じさせて活性粒子を発生させるために、前記高圧電極に交番電圧を印加するステップと、
発生した前記活性粒子を含んだガスを前記貫通微細孔から前記被処理体に吹き付けて、前記被処理体の表面処理を行うステップと
を備えた表面処理方法であって、
前記高圧導電体を、それに対向する前記接地電極に設けられた前記貫通微細孔に対して、前記放電空間におけるガス流方向上流側にシフトした位置に設ける
ことを特徴とする表面処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−４４０５（Ｐ２０１３−４４０５Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６３４８（Ｐ２０１１−１３６３４８）
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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