JP2000044706A

JP2000044706A - プラズマ処理シ―トの製造装置および方法

Info

Publication number: JP2000044706A
Application number: JP11030414A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Higashida; 佳久東田; Nobuyuki Kuroki; 信幸黒木; Kazuhiro Fukushima; 和宏福島
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2000-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】放電の広がりを抑えつつ投入電力を増大して、
処理強度の増大、生産速度の向上を達成する。【解決手段】走行するシートにプラズマ処理を施す放電
電極に比誘電率が少なくとも１０の誘電体が被覆されて
いることを特徴とするプラズマ処理シートの製造装置、
および製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理シー
トの製造装置および方法に関し、さらに詳しくは、低圧
下や大気圧下でグロー放電プラズマによってシートに表
面処理を施すプラズマ処理シートの製造装置および方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、たとえば特開平４−７４５２
５号公報などによって、高分子フィルムなどのシートに
プラズマ処理を施すことによりシート表面の改質を行う
ことが知られている。このプラズマ処理により、具体的
には、シート表面の接着性や親水性、印刷性等を向上さ
せることができる。

【０００３】このようなプラズマ処理においては、シー
ト表面改質効果を高めるための処理強度の増大や、コス
トダウンをはかるための処理速度（生産速度）の向上が
求められている。処理強度を増大するには、通常、投入
する電気的エネルギーの増大、つまり電力の増大が必要
になり、また、特定のガス雰囲気下でプラズマ処理する
場合にはそのガス雰囲気の維持も必要になる。生産速度
を向上する場合にも同様に、投入電力の増大、ガス雰囲
気の維持が必要になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、プラズマ処
理の投入電力を大きく増大すると、放電が広がりすぎ
て、放電電極近傍の金属部への短絡が生じることがあ
る。

【０００５】また、条件によっては、電力を増大すると
アーク放電に移行してしまうこともあり、グロー放電プ
ラズマによる所望の処理ができなくなることがある。

【０００６】このような短絡やアーク放電が発生する
と、電源停止や生産中止に追い込まれる。

【０００７】また、電源として共振型電源を用いること
があるが、その場合には、放電状態によって放電部と電
源とのマッチングが変化することがあり、放電部と電源
との最適なマッチングをとることが難しい。

【０００８】一方、特定のガス雰囲気下でプラズマ処理
を施す場合には、目的とするシート表面改質効果を得る
ために、また、コスト面から、使用できるガスは自づと
決まってしまう。そして、所望のガス雰囲気（濃度）を
維持するのは、通常、ガスの供給量を増大させる方法に
よっており、ガス使用量削減によるコストダウンには限
界がある。

【０００９】また、シートを連続処理する場合には通常
処理室の入口、出口部にシール装置が設けられるが、従
来のシール装置では、走行するシートが持ち込む随伴空
気を抑えることは難しく、処理室内を所定濃度のガス雰
囲気に保つのは困難である。とくにシートを高速走行さ
せる場合には、随伴空気の影響が顕著になる。

【００１０】本発明の課題は、放電の広がりを抑えつつ
投入電力を増大でき、短絡やアーク放電等の不都合を生
じさせることなく処理強度の増大や生産速度の向上をは
かることができるプラズマ処理シートの製造装置および
方法を提供することにある。

【００１１】また、投入電力の増大とともに、高い表面
改質効果を得るための所望のガス雰囲気の維持も同時に
達成可能なプラズマ処理シートの製造装置および方法を
提供することも課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のプラズマ処理シートの製造装置は、走行す
るシートにプラズマ処理を施す放電電極に比誘電率が少
なくとも１０の誘電体が被覆されていることを特徴とす
るものからなる。

【００１３】このプラズマ処理シートの製造装置におい
ては、放電領域をチャンバ内に設定して、そのチャンバ
内を特定のガス雰囲気に設定できる。このチャンバに
は、シート面に気体を吹き付けるとともに吸引する気体
循環ノズルを有する、従来とは異なる特別のシール機構
を設けることができる。

【００１４】また、本発明に係るプラズマ処理シートの
製造方法は、上記のような装置を用いてプラズマ処理を
施すことを特徴とする方法からなる。

【００１５】このような本発明のプラズマ処理シートの
製造装置および方法においては、放電電極に被覆されて
いる誘電体の比誘電率が１０以上であるので、放電の広
がりが小さく抑えられ、より大量の電力の供給が可能に
なる。

【００１６】すなわち、放電の広がりが小さく抑えられ
る結果、電極近傍の金属部への短絡が防止され、容易に
投入電力を増大できるようになる。

【００１７】また、比誘電率が１０以上の誘電体が被覆
される結果、とくに投入電力（電圧×電流）のうち電流
を増大することができ、電流密度を増加させることがで
きる。シートの表面改質に有効な成分は、電圧よりも電
流であり、電流増加により、電子の数量が増加してシー
トに作用する活性粒子数が増加する。

【００１８】さらに、電流が流れやすくなって電流密度
が増加するため、投入電力を増大してもアーク放電が生
じにくくなり、投入電力が高い条件でも所望の良好なグ
ロー放電プラズマによる処理が可能になる。

【００１９】その結果、短絡やアーク放電等の不都合を
生じさせることなく投入電力の増大が可能になり、処理
強度を高めることができると同時に、電流密度を増加さ
せて表面改質効果を高めることができる。

【００２０】さらに、気体循環ノズルを有するシール機
構を設けることにより、走行シートが高速で処理室に搬
送されてきても、走行シート表面の随伴空気を強力に除
去できるようになり、処理室内を所定のガス雰囲気に維
持して安定した放電状態、所望の処理条件に保つことが
できる。

【００２１】投入電力の増大、さらにはガス雰囲気の維
持により、シート表面改質効果の向上とともに、生産速
度の向上が可能になる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を図面を参照しながら説明する。

【００２３】図１は、本発明の一実施態様に係るプラズ
マ処理シートの製造装置を示しており、樹脂シートにプ
ラズマ処理を施す場合について示している。樹脂シート
としては特に限定されないが、本発明は、たとえばポリ
イミドシート等にとくに有効である。

【００２４】走行するシート１の表面にプラズマ処理が
施される。プラズマは、対向する放電電極２、３間の放
電によって発生される。本実施態様では、電極２は複数
個の電極からなり、電極２は、接地された低インピーダ
ンスの非共振型電源４に接続されている。電極３は、接
地された回転ロールからなり、その表面に、比誘電率が
少なくとも１０の誘電体５が被覆されている。

【００２５】上側の放電電極２も誘電体被覆電極であっ
てもよいが、金属電極であるのが好ましい。下側の放電
電極３は、本実施態様のように誘電体被覆電極であるの
が好ましい。

【００２６】本発明において、比誘電率１０以上の誘電
体としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、ジル
コニア（ＺｒＯ₂）、チタニア（ＴｉＯ₂）等が挙げら
れる。その中でも、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）
を少なくとも１０重量％含有しているものが好ましい。
チタン酸バリウムは比誘電率が高く、耐電圧性にも優れ
ている。そして、上記に挙げるような誘電体が混在して
いる電極であっても良いが、図５に示すようにチタン酸
バリウム５ａとその他の誘電体５ｂとが、放電電極を層
状に被覆していることがより好ましい。層状に被覆する
ことによって、誘電率を均一化でき、その結果、放電も
均一化することができる。そして、チタン酸バリウムと
チタン酸バリウムとは異なる誘電体となどが放電電極を
層状に被覆している場合、それら各層がコンデンサとし
て直列配置されていると考えられるので、所望の比誘電
率が得られるように各層の厚みを決定することが好まし
い。

【００２７】複数の放電電極２は、シート走行方向に配
列されており、本実施態様では１個の電源４に接続され
ているが、たとえば複数の電源に接続して、各々の放電
電力を独立して制御できるようにしてもよい。

【００２８】電源４の出力インピーダンスを低くするこ
とによって、電極２の増減による電力の差が明確に出や
すくなり、放電の安定性が向上して処理を均一化するこ
とができる。また、電源４を非共振型電源とすること
で、負荷に依存せず波形が安定し、放電部のマッチング
変化の影響を受けにくくなって、安定した放電動作を実
現できる。ただし、非共振型電源４と放電電極２間に、
マッチング回路を有していることが好ましい。

【００２９】上側の放電電極２の先端形状としては、た
とえば図２の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ナ
イフエッジ形の電極２ａ、のこ刃形（ピラミッド形）の
電極２ｂまたはドーム形（かまぼこ形）の電極２ｃに形
成できる。いずれも板状の電極とすることができ、それ
によって安定放電とともに構造の簡略化、コンパクト化
をはかることができる。板厚としては３〜１０ｍｍ程度
が好ましい。図１に示した電極２は、図２に示す電極２
ａまたは電極２ｂを２連構成に形成したものである。

【００３０】電極２、３間に放電領域が形成されるが、
本実施態様では放電領域がチャンバ６内に設定されてい
る。チャンバ６は、放電電極２を囲むように、かつ、電
極３との間にシート１が通過する隙間を形成するように
構成されている。シート幅方向両側は、図３に示すよう
に、チャンバ６の側板６ａによって覆われており、側板
６ａと電極３（回転ロール）の側面との間は接触式の絶
縁板７でシールされている。

【００３１】本実施態様では、ガスボンベ８から希ガス
類元素を含有するガスがチャンバ６内に供給されて、チ
ャンバ６内が希ガス類元素を含有するガスで置換され
る。希ガス類元素としては、アルゴンやヘリウムなどが
挙げられるが、表面改質効果やコストの観点から、アル
ゴンガスが好ましい。また、希ガス類元素に混合して使
用できるガスとしては、たとえば、二酸化炭素やアセト
ン、メタンなどの有機物ガスが挙げられるが、特にこれ
らに限定されるものではない。また、放電状態や表面改
質効果の観点から、希ガス類元素の濃度は、少なくとも
２０モル％にすることが好ましい。

【００３２】このように本実施態様においては、チャン
バ６内に形成される放電領域において、希ガス類元素の
存在下、かつ、大気圧中でプラズマ処理が施される。た
だし、減圧下（低圧下）でプラズマ処理を施すようにし
てもよい。

【００３３】チャンバ６内を所定濃度のガス雰囲気に維
持するために、チャンバ６のシート走行方向前後にシー
ル機構９ａ、９ｂが設けられている。このシール機構９
ａ、９ｂは、シート面に気体を吹き付けるとともに吸引
する気体循環ノズル１０ａ、１０ｂを有しており、気体
の吹き付け、吸引はブロワ１１ａ、１１ｂによって行わ
れる。循環される気体は、チャンバ６内から洩れてくる
希ガス類元素を含有するガスにより、該循環気体中の希
ガス類元素の濃度が高くなるので、実質的にチャンバ６
内と同程度の濃度で希ガス類元素を含有することにな
る。この循環気体の吹き付け、吸引により、チャンバ６
の入口側においては、走行シート１１に随伴する空気が
効率よく除去され、随伴空気のチャンバ６への侵入が抑
制されてチャンバ６内が所望のガス雰囲気に保たれる。
チャンバ６の出口側においては、空気の侵入が抑制さ
れ、チャンバ６内が所望のガス雰囲気に保たれる。な
お、チャンバ６の出口側においては、図６に示すように
面シール板１４やラビリンス形シールであっても良いこ
のシール機構９ａのシート入口側およびシール機構９ｂ
のシート出口側には、電極３とは非接触のロール１２
ａ、１２ｂが設けられており、随伴空気のカット、希ガ
ス類元素含有ガスの洩れ防止および出口側からの空気侵
入防止を助長している。ロール１２ａ、１２ｂと電極３
との間でシート１をニップしないことで、表面欠点等の
発生を防止している。ただし、表面欠点が発生しにくい
場合には、図４に示すようにニップロール１３を設けて
もよく、また、高度なシール性が要求されない場合に
は、図７に示すようにロールを設けなくてもよい。

【００３４】このように構成された装置を用いて、非共
振型の電源４から所定の電力が投入され、電極２、３間
の放電によるプラズマ処理が施される。電極３が、比誘
電率が１０以上の誘電体５で被覆されているので、放電
の際に電流が流れやすくなり、放電の広がりが小さく抑
えられて近傍の金属部への短絡の発生が防止される。ま
た、電流が流れやすくなるため、アーク放電が生じにく
くなり、所望のグロー放電状態が良好に維持される。し
たがって、投入電力を上げることが可能になり、処理強
度の増大や生産速度の向上が可能となる。

【００３５】また、比誘電率が１０以上と高い誘電体５
を被覆しているので、とくに電流を増加させることがで
き、同じ投入電力の場合にあってはシート表面改質効果
を増大させることができ、投入電力を増大させる場合に
は一層表面改質効果を増大させることができる。そし
て、チタン酸バリウムを少なくとも１０重量％含有させ
ることにより、さらには、チタン酸バリウムと他の誘電
体とをそれぞれ層状に放電電極上に設けることで、この
効果は顕著に現われる。

【００３６】したがって、高い電流密度をもってプラズ
マ処理を施すことが可能になり、優れた表面改質効果、
生産速度の向上が可能となる。電流密度としては、たと
えば０．１Ａ・分／ｍ²以上の高い条件を採ることが可
能になる。

【００３７】また、本実施態様では、気体循環ノズル１
０ａ、１０ｂを有するシール機構９ａ、９ｂによりチャ
ンバ６内が所望の高濃度の希ガス類元素含有ガス雰囲気
に保たれるので、優れた処理効果が維持されるととも
に、生産速度の一層の向上が可能となる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理シートの製造装置および方法によれば、放電の広が
りを小さく抑え、短絡やアーク放電等の不都合を生じさ
せることなく処理強度の増大や生産速度の向上が可能に
なり、シートの表面改質効果の向上とともに生産性の向
上をはかることができる。

【００３９】また、所望のガス雰囲気の維持も同時に達
成可能であり、表面改質効果と生産性を一層向上するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係るプラズマ処理シート
の製造装置の概略構成図である。

【図２】放電電極の形状例を示す部分斜視図である。

【図３】図１の装置のチャンバ側部の部分縦断面図であ
る。

【図４】シール機構の他の例を示す概略構成図である。

【図５】層状の誘電体に被覆されている放電電極の部分
拡大図である。

【図６】本発明の他の実施態様に係るプラズマ処理シー
トの製造装置の概略構成図である。

【図７】シール機構の他の例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１：シート２：放電電極３：放電電極４：電源５：誘電体５ａ：チタン酸バリウム５ｂ：チタン酸バリウムとは異なる誘電体６：チャンバ８：ガスボンベ９ａ：シール機構９ｂ：シール機構１０ａ：気体循環ノズル１０ｂ：気体循環ノズル１１ａ：ブロワ１１ｂ：ブロワ１２ａ：ロール１２ｂ：ロール１３：ロール１４：平板形シール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｌ 79/08 Ｃ０８Ｌ 79/08 Ｚ // Ｂ２９Ｋ 79:00 Ｂ２９Ｌ 7:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行するシートにプラズマ処理を施す放電
電極に比誘電率が少なくとも１０の誘電体が被覆されて
いることを特徴とする、プラズマ処理シートの製造装
置。
【請求項２】誘電体がチタン酸バリウムを少なくとも１
０重量％含有している、請求項１に記載のプラズマ処理
シートの製造装置。
【請求項３】チタン酸バリウムと、チタン酸バリウムと
は異なる誘電体とが、放電電極を層状に被覆している、
請求項１または２に記載のプラズマ処理シートの製造装
置。
【請求項４】チタン酸バリウムと、チタン酸バリウムと
は異なる誘電体が、各層の比誘電率の合計が所望の比誘
電率になるような厚みで放電電極を被覆している、請求
項３に記載のプラズマ処理シートの製造装置。
【請求項５】放電電極が、接地された非共振型電源に接
続されている、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズ
マ処理シートの製造装置。
【請求項６】放電電力を独立して制御できる複数個の放
電電極を有している、請求項１〜５のいずれかに記載の
プラズマ処理シートの製造装置。
【請求項７】放電領域がチャンバ内に設定されている、
請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ処理シートの
製造装置。
【請求項８】チャンバにシール機構が設けられている、
請求項７に記載のプラズマ処理シートの製造装置。
【請求項９】シール機構が、シート面に気体を吹き付け
るとともに吸引する気体循環ノズルを有している、請求
項８に記載のプラズマ処理シートの製造装置。
【請求項１０】シール機構がニップロールを有してい
る、請求項９に記載のプラズマ処理シートの製造装置。
【請求項１１】ニップロールが、走行するシートから離
れて配置されている、請求項１０に記載のプラズマ処理
シートの製造装置。
【請求項１２】チャンバ内を希ガス類元素を含有するガ
スで置換するガス供給手段を備えている、請求項７〜１
１のいずれかに記載のプラズマ処理シートの製造装置。
【請求項１３】放電電極の先端がのこ刃形、ナイフエッ
ジ形またはドーム形に形成されている、請求項１〜１２
のいずれかに記載のプラズマ処理シートの製造装置。
【請求項１４】走行しているシートに請求項１〜１３の
いずれかの装置を用いてプラズマ処理を施すことを特徴
とする、プラズマ処理シートの製造方法。
【請求項１５】複数個の放電電極を用いて、それぞれの
放電電極による放電電力を独立して制御する、請求項１
４に記載のプラズマ処理シートの製造方法。
【請求項１６】大気圧中でプラズマ処理を施す、請求項
１４または１５に記載のプラズマ処理シートの製造方
法。
【請求項１７】希ガス類元素の存在下でプラズマ処理を
施す、請求項１４〜１６のいずれかに記載のプラズマ処
理シートの製造方法。
【請求項１８】希ガス類元素としてアルゴンを用いる、
請求項１７に記載のプラズマ処理シートの製造方法。
【請求項１９】シートとして樹脂シートを用いる、請求
項１４〜１８のいずれかに記載のプラズマ処理シートの
製造方法。
【請求項２０】樹脂シートがポリイミドシートである、
請求項１９に記載のプラズマ処理シートの製造方法。
【請求項２１】０．１Ａ・分／ｍ²以上の電流密度でプ
ラズマ処理を施す、請求項１４〜２０のいずれかに記載
のプラズマ処理シートの製造方法。