JP2000353698A - 連続プラズマ表面処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】局所的なアーク放電を起こすことなく、以て大
気圧下で均一な処理を行うことができる連続プラズマ処
理方法、ならびにそのための装置を提供すること。 【解決手段】スリット状通気孔が設けられた電極、該電
極と一定の間隔を以て対向する電極から構成される対向
電極間に、概ね大気圧下で、該スリット状通気孔からプ
ラズマ表面処理のためのガスを導入しつつ交流電界を印
加することによって放電プラズマを発生させ、該対向電
極間に被処理物を連続的に供給移動させることによって
被処理物を表面処理することを特徴とする連続プラズマ
処理方法。ならびに、そのための装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面改質やコーテ
ィングを大気圧付近の圧力で連続的に行なう表面処理方
法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大気圧付近の圧力下で発生させた放電プ
ラズマを用いて表面改質やコーティング等の表面処理を
行なう方法は、低圧雰囲気の形成や圧力制御用の装備を
必要としない。このため、板状やシート状の材料処理の
ような大面積の処理を行なう必要がある分野において好
適に用いられている。このような処理を行なう方法とし
て、特開昭５６−１８９１１６号公報及び特開平２−５
０９６９号公報には電極に多数の通気孔を設け、この通
気孔よりガスを導入することが提案されている。しか
し、このような方法では、通気孔の近傍となる位置とそ
れ以外の位置とでは処理の程度に顕著に差が出る。

【０００３】また、特願平１１−００５７４１号に、凸
曲面を有する電極、該凸曲面を有する電極と一定の間隔
を以て対向する凹曲面を有する電極から構成される対向
電極間に、概ね大気圧下でシート状物を凸曲面を有する
電極に密着させつつ移動させる連続プラズマ表面処理方
法であって、前記凹曲面を有する電極に設けられた独立
した複数の小さい通気孔からガスを導入しながら、対向
電極間に交流電界を印加して放電プラズマを発生させ、
シート状被処理物を表面処理することを特徴とする連続
プラズマ処理方法が提案されている。しかしながら、こ
のような連続処理方法を用いても、電極に配した複数の
独立した通気孔からプラズマ表面処理のためのガスを導
入する構成であるため、通気孔近傍とその周辺にガス圧
の差異が生じ、これが処理効果のばらつきをもたらすと
いう問題があった。この問題を避けるために、電極の通
気孔が開口する面の上に多孔質金属体を設けておき均一
なガスフローを確保するという技術も特開平６−２１４
９号に開示されているが、この場合、局所的なアーク放
電を起こしやすいという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術の不都合を解消すべく提案されたものである。
すなわち、本発明は、局所的なアーク放電を起こすこと
なく、以て大気圧下で均一な処理を行うことができる連
続プラズマ処理方法、ならびにそのための装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため鋭意研究を行った。その結果、電極にガ
ス導入孔としてスリット状通気孔を設けることによって
上記課題が解決できることを見いだし本発明に至った。
また、上記したスリット状通気孔を有する電極を構成要
素の一つとするプラズマ表面処理装置によって上記課題
が解決できることを見いだし本発明に至った。すなわち
本発明によれば、スリット状通気孔が設けられた電極、
該電極と一定の間隔を以て対向する電極から構成される
対向電極間に、概ね大気圧下で、該スリット状通気孔か
らプラズマ表面処理のためのガスを導入しつつ交流電界
を印加することによって放電プラズマを発生させ、該対
向電極間に被処理物を連続的に供給移動させることによ
って被処理物を表面処理することを特徴とする連続プラ
ズマ処理方法が提供される。

【０００６】また、被処理物が柔軟なシート状物である
ことを特徴とする上記の連続プラズマ処理方法が提供さ
れる。。

【０００７】また、より好ましくは、スリット状通気孔
が設けられた電極が凹曲面を有するものであり、該電極
と一定の間隔を以て対向する電極が凸曲面を有するもの
であり、被処理物を、凸曲面を有する電極に密着させつ
つ連続的に供給移動させることを特徴とする上記の連続
プラズマ処理方法が提供される。

【０００８】さらに、（Ａ）プラズマ場にプラズマ表面
処理のためのガスを導入するためのスリット状通気孔が
設けられた電極、および該電極と一定の間隔を以て対向
する電極から構成される対向電極、（Ｂ）前記対向電極
間に放電プラズマを発生させるための交流電圧印加装
置、（Ｃ）前記対向電極間に被処理物を連続的に供給移
動させる機能を有する搬送駆動装置、からなることを特
徴とする連続プラズマ表面処理装置が提供される。

【０００９】また、より好ましくは、スリット状通気孔
が設けられた電極が、凹面形状を有するものであり、該
電極と一定の間隔を以て対向する電極が、凸曲面を有す
るものであることを特徴とする上記の連続プラズマ処理
装置が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、スリット状通気孔が設
けられた電極、該電極と一定の間隔を以て対向する電極
から構成される対向電極間に、概ね大気圧下で、該スリ
ット状通気孔からプラズマ表面処理のためのガスを導入
しつつ交流電界を印加することによって放電プラズマを
発生させ、該対向電極間に被処理物を連続的に供給移動
させることによって被処理物を表面処理することを骨子
とするものである。このようにガス導入孔としてスリッ
ト状通気孔を採用することで、電極間で局所的なアーク
放電が発生したり放電プラズマが不安定になるという問
題がなく、しかも均一な処理を行なうことができる。以
下本発明を詳細に説明する。

【００１１】本発明においてプラズマ放電処理が可能な
被処理物の形状は特に限定されず、対向電極間に連続供
給可能なものであれば特に限定されず、硬い板状のもの
でも、柔軟性のあるシート状のものでも構わないが、連
続的な処理が可能であると本発明の特長は、巻き出し、
巻き取りが可能であるという観点から被処理物が柔軟性
のあるシート状物であるとき最も顕著である。また、該
被処理物が柔軟性にあるシート状物である場合、その素
材は特に限定されず、例えば、プラスチック、金属、
紙、布、不職布等であってもかまわず、さらにこれらが
複数種貼り合わされたものであってよいが、プラスチッ
クを素材とするものが本発明の効果をより有効に享受で
きる。このようなプラスチックとしては、ポリエチレン
やポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチ
レンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポ
リエステル、ナイロン６やナイロン１２等のポリアミド
系樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニール、ポリカーボ
ネート、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリテト
ラフルオロエチレン等のシートあるいはフィルムが使用
でき、これらが複数種貼り合わせされたもの、あるいは
これらがプラスチック以外を素材とするシート状物と貼
り合わせされたものであってもよい。さらにこれらシー
ト状物は表面が平滑なものであっても凹凸を有するもの
であってもよく、また、シート状物は無孔質でも多孔質
でも構わない。さらに加えて、延伸されたものでも、未
延伸のものでも構わない。

【００１２】本発明で使用されるプラズマ表面処理のた
めのガスは、プラズマの発生、および表面の処理の目的
で用いられるものである。そして、主にプラズマを発生
させるためのガスとしては、希ガス、窒素ガス、あるい
は空気が挙げられる。そして前記したガスの中で最も好
ましいのは希ガスのヘリウムであり、アルゴンも好適に
用いることができる。

【００１３】一方、処理効果を向上させるために上記プ
ラズマ発生ガスに添加する処理ガスは、表面処理の目的
に応じて適宜選択される。例えば、シート状物に撥水性
を付与するためには、４弗化エチレン、６弗化プロピレ
ン等のフッ化エチレン列炭化水素化合物、４弗化メタ
ン、６弗化エタン等のフッ素化メタン列炭化水素化合
物、またはフッ素原子を含む側鎖のついた鎖状炭化水
素、あるいはフッ素化芳香族炭化水素などの官能基を有
する有機化合物を用いることができる。

【００１４】また、シート状物に親水性を付与する場合
には、処理ガスとして、カルボニル基、カルボキシル
基、ヒドロキシル基、アミノ基等の官能基を有する層を
表面に形成させることができる有機化合物のガスやその
蒸気を選択する。より具体的には、メタン、エタン、プ
ロパン等のアルカン系化合物、エチレン、プロピレン、
ブテン等のアルケン系化合物、ペンタジエン、ブタンジ
エン等のアルカジエン系化合物、アセチレン、メチルア
セチレン等のアルキン系化合物、ベンゼン、トルエン、
ナフタレン等の芳香族炭化水素系化合物、シクロプロパ
ン、シクロヘキセン等のシクロアルカン系化合物、シク
ロペンテン、シクロヘキセン等のシクロアルケン系化合
物、メタノール、エタノール等のアルコール系化合物、
アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系化合物、メ
タナール、エタナール等のアルデヒド系化合物、トリメ
チルアミン、ジメチルアミン等のアミノ化合物等が挙げ
られる。また、他の処理ガスとして、酸素ガス、窒素酸
化物ガス、硫黄酸化物ガス、水素ガス、アンモニア、水
蒸気等の無機ガスを用いてもよい。

【００１５】さらに、処理ガスとして、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｓ
ｎ、Ｚｎ等の金属の金属−水素化合物、金属−ハロゲン
化合物、金属アルコラート等を用いることにより、Ｓｉ
Ｏ₂、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ等の金属酸化物薄膜を
シート表面に形成させることができる。このような金属
酸化物が形成されたシートはガスバリアー性、光機能
性、導電性等を有するという特徴を有している。

【００１６】なお、上記した処理ガスとして用いる化合
物は、単独で用いてもよく、その目的によっては２種以
上を併用してもよい。また、上記処理ガスと希ガスを混
合して用いる場合の混合割合は、使用する希ガスと処理
ガスの種類によって適宜決定されるが、処理ガスの濃度
が１０体積％を超えると、交流電界を印可しても均一な
放電プラズマの発生が難しくなることから、０．０１〜
１０体積％が好ましく、より好ましくは０．０１〜５体
積％である。

【００１７】次に、本発明の連続プラズマ表面処理方法
及び装置を、図面を参照しつつより詳細に説明する。な
お、簡単のため以下の説明ではスリット状通気孔が設け
られた電極をＢ電極、スリット状通気孔を有する電極と
一定の間隔を以て対向する電極をＡ電極と称する。図１
は、本発明の連続プラズマ表面処理装置の一実施形態を
示す模式断面図である。また、図２は、図１に示した装
置の模式斜視図である。さらに図３は、図１に示した装
置を構成するＢ電極を別の角度からみた模式斜視図であ
る。この実施形態は柔軟性のあるシート状物が被処理物
であるとき好ましいものである。この実施形態におい
て、連続プラズマ表面処理装置１は、対向電極を構成す
るＡ電極２として凸曲面である円柱形状を有し回転可能
なロール状物が用いられており、Ａ電極２と一定の間隔
を以て、凹曲面を有するＢ電極３が配置されている。ま
たＢ電極３には図３に示すごとく一本のスリット状通気
孔３１が形成されており、ここから、プラズマ表面処理
のためのガスが導入されるようになっている。スリット
状通気孔３１の長さ、巾、及び配置に特に制限はなく、
電極の内径寸法、巾、シート状被処理物７の移動速度等
の諸条件に応じて適宜選択されるが、ガス吹き出し圧力
は高い方が安定したプラズマが発生するため、できるだ
け巾の狭いスリット状通気孔を設置することが望まし
い。またスリット状通気孔は、その長さ方向がシート状
の被処理物７の移動方向に対しできるだけ直角に配置さ
れることが好ましい。なお、プラズマの発生領域をより
広くするために複数列のスリット状通気孔を設けること
も可能である。

【００１８】対向電極を構成するＡ電極、Ｂ電極の材質
は、金属であれば特に限定されず、ステンレス系鋼、真
鍮、炭素鋼、超鋼等の合金や、銅、アルミニウム等が挙
げられ、これらを単体もしくは適宜組み合わせて使用す
ることができる。なお、前記対向電極のお互い対向する
面の少なくとも一方は固体誘電体で被覆されていること
が望ましい。固体誘電体の材質としては、ガラス、セラ
ミックス、耐熱プラスチック等のものを例示することが
できる。また電極表面の被覆形態として、電極の金属表
面を酸化することによる金属酸化物被膜の形成も好適で
ある。

【００１９】また、図１〜３においては、Ａ電極２とし
て、駆動されて回転可能なロール状物を想定したが、駆
動されることなく自由回転する形態であってもよい。さ
らに、凸曲面を有する物体が固定されており、この表面
を被処理物が滑動するような形態であってもよい。この
凸曲面を有する物体の表面を被処理物が滑動するような
形態にあっては、該凸曲面を有する物体はロール状であ
る必要はなく、半円柱形、部分円柱形であってもかまわ
ない。さらに、それと一定の間隔を以て対向する形状の
Ｂ電極を用いるのであれば、Ａ電極として楕円柱形、部
分楕円柱形等特殊な形状を有する電極を用いることもで
きる。

【００２０】さらに、Ａ電極２の表面温度を制御するよ
うにすることもできる。このためには、Ａ電極２内部に
所定温度の熱媒を循環させるようにしたり、Ａ電極２表
面の温度を感知するにセンサーを取り付けておき、温度
調節器を介して、ヒーター加熱、熱媒加熱、熱媒冷却等
を行うようにする等公知の手段が用いられる。このよう
にＡ電極２の表面温度を制御できる機能が付与されてい
ると、例えば、被処理物が耐熱性の低い合成樹脂からな
るシート状物の場合、これを冷却しつつプラズマ放電処
理が行える。逆に、耐熱性を有するシート状物にあって
は加熱しつつプラズマ処理を行え、ガスの種類によって
はプラズマ処理効果が向上する。

【００２１】また、電源部４としては交流電源が用いら
れる。本発明においてプラズマを発生させるために交流
電源から供給される交流電界の周波数は特に限定はされ
ないが、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚが好ましい。また、上
記交流電界としてパルス化された電圧を印可しても構わ
ないし、上記交流電界に直流を重畳して用いても構わな
い。例としては、工業的によく用いられる１３．５６Ｍ
Ｈｚのものを使用することができる。プラズマの発生
は、電圧を電極に印可することによって発生させるが、
適当な電界強度は、使用するＡ電極、Ｂ電極等の材質、
形状、大きさ等により変化するため、これらを考慮して
適宜選定できる。電界強度が低すぎると、プラズマを発
生させることができず、反対に、電界強度が高すぎると
プラズマがアーク放電に移行してしまう。

【００２２】そして、駆動装置５１〜５３は、被処理物
の供給、引取を行うために用いられるものであり、被処
理物の移動に用いられる公知の手段が用いられる。図
１、２で示した実施形態では、被処理物７が柔軟性のあ
るシート状物を想定していることから、巻出ロール５
１、巻取ロール５２、補助ロール５３等からなる駆動装
置が用いられている。この際、被処理物７であるシート
状物がＡ電極に適度な力で密着するように、補助ロール
のいずれかに張力センサーを取り付け、この信号に応じ
て、シート状物の供給側に備えられた制動装置を制御す
るようにするのがより好ましい。巻取りの不可能な鋼板
や合板等の硬い板状の被処理物の処理を行なう場合に
は、ベルトコンベアー等の使用により該被処理物の連続
供給を行なうことができる。

【００２３】ここで被処理物７であるシート状物は、少
なくとも、Ａ電極２の円周表面のうちＢ電極３がオーバ
ーラップしている部分では、補助ロール５３の使用等に
よりＡ電極２の円周表面に密着させられている。このよ
うにして被処理物７であるシート状物が、Ａ電極２の回
転を伴いながらプラズマ中を連続的に移動することで、
Ａ電極２への密着面と反対の面への処理が達成される。

【００２４】図４は、図１〜３で示した本発明の表面処
理装置の一変形例を示す模式断面図である。すなわち、
Ａ電極２に対向して、該電極の円周の約７０％を覆うこ
とができ、しかも３本のスリット状通気孔が設置された
Ｂ電極３が配置されている。本発明の表面処理方法及び
装置においては、図４に示すようにＡ電極２のできるだ
け多くの部分をＢ電極３で覆うことで、プラズマの発生
空間を広く取れ、しかもより安定した処理を行なうこと
が可能となる。

【００２５】以上の説明では、被処理物が柔軟性のある
シート状のものである場合を想定して、Ａ電極、Ｂ電極
をそれぞれ凸面、凹面形状を有するものとして説明した
が、被処理物として柔軟性の無い板状の鋼板や合板の場
合には、これらは平板電極あることが好ましい。

【００２６】

【実施例】以下本発明を、実施例を用いてより詳細に説
明する。

【００２７】[実施例１]ここでは、図１及び図２に概略
を示した連続プラズマ表面処理装置を用いた。なお、Ａ
電極としては半径２５ｍｍ、幅１５０ｍｍのアルミニウ
ム製の金属ロール電極を用い、Ｂ電極として前記Ａ電極
に相対する形状を有するアルミニウム製の半円筒電極を
用いた（曲面の曲率半径：２５．５ｍｍ、幅１００ｍ
ｍ）。なおＢ電極のＡ電極と対向する面には酸化処理が
なされ、固体誘電体層が形成されている。また同面には
巾０．１ｍｍ、長さ８０ｍｍのスリット状通気孔が一本
設けられている。そして、巻出ロール、巻取ロール等か
ら構成される搬送駆動装置を使用した。また、Ａ電極も
巻き取りロールの速度と同調して駆動させた。このよう
な装置を用いて、以下に示す操作に従い、厚さ８０μｍ
のポリエチレンシートの表面に表１に示した如く、処理
速度を変えながら、親水化処理を施し、処理後のポリエ
チレンシート表面の接触角を測定した。結果を表１に示
す。 ＜操作＞まず、図１及び図２に示した如く、被処理物で
あるポリエチレンシート７を通紙し、巻取ロールを回転
させて前記ポリエチレンシートを所定の移動速度で連続
的に動かした。次に、Ｂ電極の通気孔からプラズマ表面
処理のためのガスとしてヘリウムを５０００ｍｌ／ｍｉ
ｎの流速で供給しながら、電源よりＡ電極と前記Ｂ電極
の間に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加してプラズマ領
域を形成し、前記ポリエチレンシートの表面を連続的に
表面処理した。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１より、シートの移動速度を変えても、
いずれも処理無しのものに比べて接触角が小さくなって
おり、ポリエチレンシート表面が連続的に親水化された
ことが明らかである。処理後のフィルムについて、全面
に水を付着させることで処理斑を調べたところ、場所に
よる処理効果のバラツキは全く無く、非常に均一な処理
が行なえていることが確認できた。

【００３０】[比較例１]実施例１で用いたＢ電極に替え
て、図５に模式図を示したような、内径約０．５ｍｍの
通気孔を５ｍｍ間隔で巾方向に１８列、シートの移動方
向に１２列凹曲面に設けている電極を準備した。なおこ
の電極は通気孔の形態が異なる以外は、形状的に実施例
１で用いたＢ電極と同一である。次いで、実施例１と同
様の操作で、ポリエチレンシートの親水化処理を施し、
処理後のポリエチレンシート表面の接触角を測定した。
結果を表２に示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】表２より、実施例１と同様の処理効果が得
られたことが明らかである。しかしながら、処理後のフ
ィルムについて、全面に水を付着させることで処理斑を
調べたところ、シートの移動方向への筋状の処理のバラ
ツキが見られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の連続プラズマ表面処理装置の一実施形
態を示す模式断面図である。

【図２】図１に示した装置の模式斜視図である。

【図３】図１に示した装置を構成するスリット状通気孔
が設けられた電極の模式斜視図である

【図４】本発明の連続プラズマ表面処理装置の一実施形
態を示す模式断面図である。

【図５】本発明の比較例１で用いた電極の模式斜視図で
ある。

【符号の説明】

１．連続プラズマ表面処理装置 ２．スリット状通気孔が設けられた電極と一定の間隔を
以て対向する電極（Ａ電極とも呼称） ３．スリット状通気孔が設けられた電極（Ｂ電極とも呼
称） ３１．スリット状通気孔 ４．電源 ５．駆動装置 ５１．巻出ロール ５２．巻取ロール ５３．補助ロール ７．被処理物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶谷 孝啓 香川県丸亀市中津町1515番地 大倉工業株 式会社内 (72)発明者 田中 治 香川県丸亀市中津町1515番地 大倉工業株 式会社内 (72)発明者 丹下 善弘 香川県丸亀市中津町1515番地 大倉工業株 式会社内 (72)発明者 松田 ▲ひで▼明 香川県丸亀市中津町1515番地 大倉工業株 式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 CA07 CA12 DA02 EA05 FA03 GA14 JA09 KA15 KA17 4K057 DA20 DB20 DD01 DE14 DG07 DM06 DM09 DM36 DM37 DM40 5F045 AA08 AE29 AF07 AF10 DP22 EH04 EH05 EH08 EH12 EH19 EJ05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スリット状通気孔が設けられた電極、該
   電極と一定の間隔を以て対向する電極から構成される対
   向電極間に、概ね大気圧下で、該スリット状通気孔から
   プラズマ表面処理のためのガスを導入しつつ交流電界を
   印加することによって放電プラズマを発生させ、該対向
   電極間に被処理物を連続的に供給移動させることによっ
   て被処理物を表面処理することを特徴とする連続プラズ
   マ処理方法。
2. 【請求項２】 被処理物が柔軟性のあるシート状物であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の連続プラズマ処理
   方法。
3. 【請求項３】 スリット状通気孔が設けられた電極が凹
   曲面を有するものであり、該電極と一定の間隔を以て対
   向する電極が凸曲面を有するものであり、被処理物を、
   凸曲面を有する電極に密着させつつ連続的に供給移動さ
   せることを特徴とする請求項２に記載の連続プラズマ処
   理方法。
4. 【請求項４】 （Ａ）プラズマ場にプラズマ表面処理の
   ためのガスを導入するためのスリット状通気孔が設けら
   れた電極、および該電極と一定の間隔を以て対向する電
   極から構成される対向電極、（Ｂ）前記対向電極間に放
   電プラズマを発生させるための交流電圧印加装置、
   （Ｃ）前記対向電極間に被処理物を連続的に供給移動さ
   せる機能を有する搬送駆動装置、からなることを特徴と
   する連続プラズマ表面処理装置。
5. 【請求項５】 スリット状通気孔が設けられた電極が、
   凹面形状を有するものであり、該電極と一定の間隔を以
   て対向する電極が、凸曲面を有するものであることを特
   徴とする請求項４に記載の連続プラズマ処理装置。