JP2006265567A - プラズマ処理シートの製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投入電力を増大させても、放電の広がり、短絡、アーク放電、ガス雰囲気の性能低下現象が生じ難いプラズマ処理シートの製造装置を提供すること。
【解決手段】対向する放電電極５と対極電極３を有し、放電電極５と対極電極３の間の放電により形成されるプラズマ処理域を連続して走行するシート６が通過するシート走行路を有し、放電電極５または対極電極３の少なくとも一方の電極の表面が誘電体２により被覆されているプラズマ処理シートの製造装置において、プラズマ処理域を外界から実質的に遮蔽するプラズマチャンバ１０が設けられ、プラズマチャンバ１０に、チャンバ内に希ガス類元素を含有する気体を送給するための気体送給口１３、ならびに、シート走行路の入口１１および出口１２が設けられ、シート走行路の入口１１の外側に、走行路の入口１１の近傍においてシート走行路に向かい加圧気体を送給する加圧気体送給口３１を有する気体チャンバ３２を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理シートの製造装置およびこの装置が用いられて製造されるプラズマ処理されたシートの製造方法に関する。

従来から、樹脂シートの表面を改質するために、例えば、当該シートの表面の接着性、親水性、あるいは、印刷性を改良するために、当該シートをプラズマ雰囲気中で処理することが行われている。

この処理方法および処理装置は、特開平１−１３８２４２号公報、特開平４−７４５２５号公報、特開平５−１１６０号公報に開示されている。これらの文献には、次のプラズマ処理シートの製造装置が開示されている。

対向する放電電極と対極電極を有し、該放電電極と対極電極の間の放電により形成されるプラズマ処理域を連続して走行するシートが通過するシート走行路を有し、前記放電電極または対極電極の少なくとも一方の電極の表面が誘電体により被覆されているプラズマ処理シートの製造装置。

これら従来のプラズマ処理シートの製造装置は、走行する樹脂シートを連続処理するものであるが、特開平４−７４５２５号公報は、その図２に連続処理装置を単に示しているのみで、具体的な連続処理条件は、開示していない。特開平１−１３８２４２号公報および特開平５−１１６０号公報は、連続処理条件を開示するが、樹脂シートの走行速度として、１５ｍ／ｍｉｎを教えるに過ぎない。

これら従来のプラズマ処理シートの製造装置において、プラズマ処理による表面の改質効果の向上、および、プラズマ処理中のシートの走行速度の向上による生産コストの低減が要望されている。
改質効果を向上するには、プラズマを発生させるために使用される放電電極と対極電極間に作用する電力（投入電力）の増大が望まれる。特定のガス雰囲気下、例えば、不活性ガス雰囲気下、でプラズマ処理が行われる場合には、そのガス雰囲気が安定して維持されることも望まれる。

シートの走行速度を高めるには、投入電力の増大、および、ガス雰囲気の安定した維持が望まれる。

ところが、投入電力の増大は、放電の広がりをもたらし、その結果、放電電極の近傍にある金属部材への短絡が生じ易くなると云う問題をもたらす。条件によっては、投入電力の増大は、必要とするグロー放電状態をアーク放電状態に移行させてしまうことがあると云う問題を有する。

このような短絡やアーク放電が発生すると、所望のプラズマ状態でのシートの処理が出来なくなり、あるいは、放電電極に供給される放電電流を調製するために設けられた放電電流発生用電源に障害が発生し、プラズマ処理シートの生産の継続が不可能になる。

放電電流発生用電源として共振型電源が用いられることがあるが、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の維持が困難になる。従来の装置は、この問題を有する。

特定のガス雰囲気下でプラズマ処理が行われる場合には、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、使用されるガスは自づと限定される。所望のガス雰囲気（濃度）の維持は、ガスの供給量を増大させることにより行われるが、コストダウンをもたらすガス使用量の削減には、限界がある。

シートが走行せしめられ連続して処理される場合には、プラズマ処理がなされる処理室の入口部および出口部に、処理室内の雰囲気を安定に保つために、処理室内外の間の気体の流動を極力少なくするためのシール装置が設けられる。

しかし、従来用いられているシール装置では、走行速度が従来よりも高められた高速のシートが処理室内に持ち込む空気（随伴空気）を僅少に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が困難となる。従来の装置は、この問題を有する。

本発明の課題は、従来の装置が有する問題を解決することにある。

本発明は、投入電力を増大させても、放電の広がり、短絡、アーク放電、ガス雰囲気の性能低下現象が生じ難いプラズマ処理シートの製造装置を提供する。

上記課題を解決するための本発明に係るプラズマ処理シートの製造装置の第１の態様は、次の通り。

対向する放電電極と対極電極を有し、該放電電極と対極電極の間の放電により形成されるプラズマ処理域を連続して走行するシートが通過するシート走行路を有し、前記放電電極または対極電極の少なくとも一方の電極の表面が誘電体により被覆されているプラズマ処理シートの製造装置において、該プラズマ処理域を外界から実質的に遮蔽するプラズマチャンバが設けられ、該プラズマチャンバに、該チャンバ内に希ガス類元素を含有する気体を送給するための気体送給口、ならびに、前記シート走行路の入口および出口が設けられ、該シート走行路の入口の外側に、該走行路の入口の近傍において前記シート走行路に向かい加圧気体を送給する加圧気体送給口を有する気体チャンバが設けられたプラズマ処理シートの製造装置。

また、前記放電電極および前記対極電極の少なくとも一方の電極の表面が、誘電体により被覆され、かつ、該誘電体の単位面積当たりの静電容量が、０．１３μＦ／ｍ^２から２０μＦ／ｍ^２の範囲である請求項１に記載のプラズマ処理シートの製造装置。

プラズマチャンバ内に供給される希ガス類元素およびそれを含有する気体は、前記特開平１−１３８２４２号公報あるいは特開平５−１１６０号公報に開示されている。希ガス類元素の濃度は、少なくとも２０モル％であることが好ましい。アルゴンガスが用いられ、酸素濃度が２００ｐｐｍから２０００ｐｐｍの範囲に保たれていることが好ましい。

気体送給口から送給される気体は、空気で良い。その流速は、約２ｍ／ｓｅｃから２０ｍ／ｓｅｃの範囲が好ましい。

気体送給口から樹脂シート表面に噴射される加圧気体の流れにより、走行速度の早い樹脂シートに随伴してプラズマチャンバへと向かう空気の流れが実質的に遮断される。

気体送給口を有する気体チャンバは、プラズマチャンバの走行路の入口に対し、気体送給口より手前側、すなわち、プラズマチャンバに向かうシートの走行方向の上流側に、気体吸引口が設けられ、この気体吸引口と気体送給口とは、気体循環手段、例えば、気体ブロア、を介して結合されるのが好ましい。これにより、走行速度の早い樹脂シートに随伴してプラズマチャンバへと向かう空気の流れが、更に良く遮断され、かつ、気体送給口から噴出した気体の再使用がなされる。

単位面積当たりの静電容量Ｃｓ（Ｆ／ｍ^２）の定義および測定方法は、次の通り。

定義： Ｃｓ＝Ｃ／Ｓ （Ｉ）
ここで、Ｃは、誘電体層の両面に導電板が貼り付けられた時の静電容量（Ｆ）、Ｓは、該導電板の面積（ｍ^２）である。

測定方法： 誘電体層の両面に導電板が貼り付けられた状態での静電容量Ｃが、ＬＣＲメータ（ヒューレットパッカード社製４２８４Ａ、測定周波数１００ｋＨｚ近傍）で測定される。測定された静電容量Ｃと使用された導電板の面積Ｓが用いられ、式Ｉにより、単位面積当たりの静電容量Ｃｓが、求められる。

単位面積当たりの静電容量が０．１３μＦ／ｍ^２から２０μＦ／ｍ^２の範囲の誘電体が被覆された電極は、上記定義、測定方法に従って選定される。

単位面積当たりの静電容量Ｃｓは、好ましくは、０．１６μＦ／ｍ^２から４μＦ／ｍ^２の範囲である。

静電容量Ｃｓが、２０μＦ／ｍ^２を越える場合は、集中放電が発生し易くなり、放電が不均一になる。静電容量Ｃｓが、０．１３μＦ／ｍ^２を下回る場合は、放電の広がりが大きくなり、その結果、放電電極の近傍にある金属部材への短絡が生じ易くなる。

電極を被覆する前記誘電体の比誘電率εｓは、１０以上であることが好ましい。

誘電体の比誘電率εｓの定義および測定方法は、次の通り。

定義： εｓ＝Ｄ／（ε・Ｅ） （ＩＩ）
ここで、Ｄは、電束密度（Ｃ／ｍ^２）、εは、真空中の誘電率（８．８５４×１０^−１２Ｆ／ｍ）、Ｅは、電界（Ｖ／ｍ）である。

比誘電率εｓと静電容量Ｃとの関係は、次の通りである。

εｓ＝Ｃ・ｄ／（ε・Ｓ） （ＩＩＩ）
ここで、ｄは、導電板間隔（ｍ）である。

測定方法： ＬＣＲメータ（ヒューレットパッカード社製４２８４Ａ）により、誘電体の静電容量Ｃが測定される。測定された静電容量Ｃ、導電板間隔（誘電体厚み）ｄ、真空中の誘電率（８．８５４×１０^−１２Ｆ／ｍ）、導電板面積Ｓが用いられ、式ＩＩＩにより、比誘電率εｓが、求められる。

比誘電率が１０以上の誘電体は、上記定義、測定方法に従って選定される。
誘電体の比誘電率εｓは、約１５から約２００までの範囲であることが好ましい。誘電体の厚みｄは、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。
誘電体は、チタン酸バリウム、チタニア、ジルコニア、マグネシア、イットリアであることが好ましい。

誘電体は、チタン酸バリウムだけの１層構造であっても良いが、比誘電率が約７のアルミナの層と比誘電率が約２００のチタン酸バリウムの層とからなる２層構造の複合誘電体が好ましく、この複合誘電体の比誘電率が約２０乃至約２５となるように、これらの誘電体を配合するのが更に好ましい。

対極電極は、固定された回転軸に支持され走行路におけるシート走行方向に回転する１個の回転ロール電極からなるものが、走行する樹脂シートを支持し送給するのに好ましい。この場合、回転ロール電極周面を被覆している誘電体の表面により、走行する樹脂シートが支持される。

この場合、放電電極は、複数列とされ、回転ロール電極の周面の湾曲方向に、間隔をおいて配列されるのが好ましい。これらの放電電極は、前記誘電体による被覆は有さないのが好ましい。

対極電極は、接地された非共振電源に接続されるのが、プラズマ処理時の負荷に依存することなく、放電電流の波形が安定するので、好ましい。

非共振電源とは、電源の発振回路に、負荷（放電部分）回路が含まれない電源、すなわち、負荷回路の共振周波数に影響されにくい電源を云う。この非共振電源として、例えば、ＲＦパワープロダクツ社製ＬＦ−３０がある。

放電電極は、任意に周波数を選定できる周波数可変電源に接続されても良い。使用される周波数は、約５ｋＨｚから約１００ＭＨｚの範囲であることが好ましい。
複数列設けられた放電電極において、各列独立して、それぞれの放電電力が制御可能であることが好ましい。

この第１の態様によれば、放電電極あるいは対極電極を被覆する誘電体として、単位面積当たりの静電容量が、０．１３μＦ／ｍ^２から２０μＦ／ｍ^２の範囲ある誘電体が用いられているため、更には、比誘電率が１０以上の誘電体が用いられているため、放電電極への投入電力が増大しても、放電の広がりが抑制され、電極近傍の金属部材への短絡が防止される。その結果、従来の装置における場合より、大量の電力を放電電極に供給することが可能になる。

また、電圧値と電流値の積で表される投入電力の増大に当たり、電圧値を抑えて、電流値の増大を図るのが良い。その結果、プラズマ処理に作用する電流密度の増加が可能となる。この電流密度の増加は、電子の数量の増加をもたらす。これは、シートに作用する活性粒子数が増加することを意味する。この活性粒子の増加は、シートの表面改質の効率を高め、シートの走行速度、すなわち、プラズマ処理シートの生産効率を高めることを可能とする。

更に、この場合、電流が流れ易くなるため、投入電力が大きくてもアーク放電が生じ難くなり、良好なグロー放電プラズマによる処理が可能になる。

また、この第１の態様によれば、走行路の入口に隣接して走行シートに対し加圧気体を送給する加圧気体送給口が設けられているため、シートの走行速度が早いために生じるシートが随伴する空気のプラズマチャンバ内への搬入が、実質的に阻止される。その結果、シートが高速で移動していても、プラズマチャンバ内は、所望のガス雰囲気に維持され、安定した放電状態が維持される。これは、高速で走行するシートのプラズマ処理が可能であること、すなわち、プラズマ処理シートの生産性の向上が可能であることを意味する。

なお、次の構成のプラズマ処理シートの製造装置も好ましい。

対向する放電電極と対極電極を有し、該放電電極と対極電極の間の放電により形成されるプラズマ処理域を連続して走行するシートが通過するシート走行路を有し、前記放電電極または対極電極の少なくとも一方の電極の表面が誘電体により被覆されているプラズマ処理シートの製造装置において、該誘電体の単位面積当たりの静電容量が、０．１３μＦ／ｍ^２から２０μＦ／ｍ^２の範囲であるプラズマ処理シートの製造装置。

第１の態様と前記構成との組合せにより、本発明の課題がよりよく達成される。これにより、樹脂シートの走行速度を従来の２倍あるいはそれ以上にすることが可能となる。例えば、約６０ｍ／ｍｉｎの樹脂シートの走行速度が維持された状態で、良好なプラズマ処理が安定してなされる。

上記課題を解決するための本発明に係るプラズマ処理シートの製造装置の第２の態様は、次の通り。

上記第１の態様あるいは上記構成の内の回転ロール電極が設けられた態様において、前記走行するシートの走行方向において、前記複数列の放電電極の最も上流側に位置する放電電極の上流側、および、最も下流側に位置する放電電極の下流側において、当該放電電極に隣接して、放電電力が当該放電電極のそれよりも小さいプラズマ閉じ込め電極が、前記回転ロール電極のロールの表面に対向して、それぞれ設けられたプラズマ処理シートの製造装置。

プラズマ閉じ込め電極の放電電力は、放電電極の放電電力の約１／２から約１／１０の範囲であることが好ましい。

プラズマ閉じ込め電極は、前記上流側および下流側に設けられた上で更に、複数列の放電電極の前記走行路の幅方向の両端側に沿って前記走行するシートの走行方向に沿って設けられていても良い。

この第２の態様によれば、プラズマ閉じ込め電極が設けられているため、放電電極への投入電力が増大しても、放電の広がりが抑制され、電極近傍の金属部材への短絡が防止される。その結果、従来の装置における場合より、大量の電力を放電電極に供給することが可能になる。

上記課題を解決するための本発明に係るプラズマ処理シートの製造方法は、次の通り。

上記本発明に係るプラズマ処理シートの製造装置の走行路に、シートが走行せしめられ、プラズマ処理域において、このシートがプラズマ処理されてなるプラズマ処理シートの製造方法。

この製造方法において、プラズマ処理域の雰囲気の圧力は、実質的に大気圧で良い。

この製造方法は、プラズマ処理された樹脂シートの製造に好ましく用いられる。プラズマ処理を受ける樹脂シートの具体例は、前記特開平１−１３８２４２号公報に開示されている。この製造方法は、特に、上記特開平５−１１６０号公報に開示されるポリイミド樹脂シートに好ましく適用される。

この製造方法において、プラズマ処理域の電流密度Ｃｄが、０．１Ａ・分／ｍ^２以上であることが好ましい。この電流密度Ｃｄの定義および測定方法は、次の通り。

定義： Ｃｄ＝Ｉ／（ｗ×ｖ） （ＩＶ）
ここで、Ｉは、放電部に流れる電流（Ａ）、ｗは、シート幅（ｍ）、ｖは、シートの走行速度（ｍ／分）である。

測定方法： 電流検出プローブ（ＴＤＫ社製ＣＭ８２５Ａ）により放電部の電流が検出され、高速オシロスコープ（ヒューレットパッカード社製５４５４０Ｃ）で電流値Ｉが測定される。測定された電流値Ｉ、シート幅ｗ、シートの走行速度ｖが用いられ、式ＩＶにより、電流密度Ｃｄが、求められる。

本発明に係る装置により、シートの表面改質の処理強度の増大や表面改質されたシートの生産速度の向上が図られる。

本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係るプラズマ処理シートの製造装置の一実施態様の縦断面図である。

図１において、この装置は、機台（図示せず）に取り付けられたドラム回転支持軸（図示せず）に回転自在に支持された金属製の回転ドラム１を有する。回転ドラム１は、所定の幅を有し、その周面に、単位面積当たりの静電容量が、０．１３μＦ／ｍ^２から２０μＦ／ｍ^２の範囲にあり、比誘電率が１０以上の誘電体２が貼着されている。誘電体２が貼着された回転ドラム１は、対極電極（回転ロール電極）３を形成する。回転ロール電極３は、回転駆動源（図示せず）により、矢印４が示す方向に回転される。

回転ロール電極３の上方に、回転ロール電極３の表面から一定の間隔をおいて、放電電極５が、回転ロール電極３の幅方向を向いて、機台に固定されて設けられている。放電電極５は、１本の場合もあるが、間隔をおいて、回転ロール電極３の回転方向に、複数本（図では、６本）設けられるのが好ましい。この装置における放電電極５は、誘電体の被覆を有さない金属電極である。

回転ロール電極３と放電電極５との間には、回転ロール電極３の周面の一部区間に沿って、連続して走行するシート６が通過する走行路７が存在する。この装置においては、シート６は、回転ロール電極３の周面に被覆された誘電体２に接触して、実質的に回転ロール電極３の周面速度と同じ速度で、矢印８が示す方向に走行する。

シート６は、所定の幅、例えば、６００ｍｍ、を有する。回転ロール電極３の幅、および、放電電極５の長さは、このシート６の幅に対応するように設定されている。

放電電極５と回転ロール電極３との間に、プラズマ処理域９が存在する。回転ロール電極３の周面の一部区間と放電電極５とを内包して、機台に固定されたプラズマチャンバ１０が設けられている。プラズマチャンバ１０は、シート６の走行方向の上流側に走行路の入口１１を有し、シート６の走行方向の下流側に走行路の出口１２を有する。プラズマチャンバ１０の内の雰囲気は、これら走行路の入口１１と出口１２の部分を除いて、外界雰囲気に対して、実質的に閉じられている。

プラズマチャンバ１０には、希ガス元素類を含有する気体（プラズマ処理気体）をプラズマチャンバ１０内に送給するための気体送給口１３が開口している。気体送給口１３は、プラズマ処理気体の供給源（ボンベ）１４に、送給管１５を介して接続されている。

放電電極５と対極電極である回転ロール電極３との間に所定の電圧をかけ、所定の電流を流すためのプラズマ処理電源１６が用意されている。

各列の放電電極５とプラズマ処理電源１６とは、第１の電力線１７により結合され、回転ロール電極３とプラズマ処理電源１６とは、第２の電力線１８により結合されている。

第２の電力線１８は、接地部１９にて接地され、プラズマ処理電源１６は、接地された低インピーダンスの非共振型電源を形成している。

放電電極５が複数本ある場合は、プラズマ処理電源１６も複数個とし、１本の放電電極５が１個のプラズマ処理電源１６に接続されるようにし、各放電電極５が、対応するプラズマ処理電源１６により、互いに独立して制御される形式が採用されても良い。

非共振型電源の形式が用いられる場合、プラズマ処理電源１６と放電電極５との間に、マッチング回路が介在していることが好ましい。

図２、図３、および、図４に、放電電極５の例が示される。図２に示された放電電極５ａは、その先端部（図では、下端部）がナイフエッジ形状からなる。図３に示された放電電極５ｂは、その先端部（図では、下端部）が多数個の四角錐が千鳥状に配列された形状からなる。図４に示された放電電極５ｃは、その先端部（図では、下端部）がドーム形状からなる。放電電極５の先端部の突起の形状については、上記特開平５−１１６０号公報に説明がある。この装置では、図３に示された多数の四角錐を有する形態の放電電極５ｂが、好ましく使用される。

図５に、回転ロール電極３の一部の断面図が示される。回転ロール電極３は、その周面上に形成されたアルミナからなる第１の誘電体の層２１とその上に形成されたチタン酸バリウムからなる第２の誘電体の層２２を有する。この２層から複合誘電体が形成される。この複合誘電体の各層の厚みが調整されることにより、回転ロール電極３を被覆する誘電体の比誘電率が１０以上に設定される。

回転ロール１自体は、この業界で良く知られているものである。図１に図示はされていないが、プラズマ処理中に回転ロール１に発生する熱を除去するためのラジエーターが、回転ロール１の内部に設けられている。このラジエーターには、外部から冷却水が供給される。

以上に説明された構成からなるプラズマ処理シートの製造装置により、シート６のプラズマ処理が行われる。

シート６の先端は、矢印８が示す方向にて、走行路の入口１１からプラズマチャンバ１０内に入れられ、走行路の出口１２から導出される。シート６は、少なくとも走行路の入口１１と出口１２との間において、回転ロール電極３の周面に巻きかけられる。

この状態において、プラズマチャンバ１０内に、プラズマ処理気体の供給源（ボンベ）１４から、送給管１５および気体送給口１３を経て、プラズマ処理気体が供給される。一方、プラズマ処理電源１６が作動せしめられ、放電電極５と回転ロール電極３との電気的作用により、プラズマ処理域９に、グロー放電現象に基づくプラズマが形成される。

この状態において、シート６の走行が開始され、走行されてプラズマチャンバ１０内に搬入されるシート６の表面はプラズマ処理を受け、プラズマ処理シートの連続生産が開始される。

この装置においては、シート６の走行速度が、従来の装置における処理可能な速度を越えても、プラズマ処理は、高速下で、安定して遂行される。この高速下でのプラズマ処理が可能になった理由は、この装置における対極電極である回転ロール電極３の表面が、単位面積当たりの静電容量が０．１３μＦ／ｍ^２から２０μＦ／ｍ^２の範囲の誘電体で被覆されているからである。

一方、シート６０走行速度が増すにつれて、シート６に随伴してプラズマチャンバ１０内に進入する外界の空気の量が多くなる。その結果、プラズマ処理域９のグロー放電状態が不安定になる現象が現れる。この現象を防ぐため、この装置には、更に、次の手段が装備されている。

図１および図６において、プラズマチャンバ１０の外側において、走行路の入口１１に隣接して、走行するシート６の表面に向かい加圧気体を送給する加圧気体送給口３１を有する気体チャンバ３２が、設けられている。気体チャンバ３２は、機台に固定されている。

加圧気体送給口３１は、シート６０走行路７の幅方向に、スリット状に開口している。加圧気体送給口３１には、送給される加圧気体を幅方向にわたり均一に噴射するための整流手段、例えば、多孔板からなる整流板が設けられていることが好ましい。

加圧気体送給口３１から噴出される気体（空気）は、シート６の走行方向（矢印８）とは反対方向に斜めに、シート６の表面に向かい噴出されるようにされているのが良い。

この手段が装備されることにより、シート６がプラズマチャンバ１０内に持ち込む外界の空気の量は、激減し、シート６の走行速度が高められても、プラズマ処理域９におけるプラズマ処理は、安定して継続される。

加圧気体送給口３１から噴射された気体（空気）が回収され、再使用されるように、気体チャンバ３２には、更に、気体吸引口３３および気体循環手段（ブロア）３４、ならびに、気体吸引口３３と気体循環手段３４とを結合する第１の気体流通路３５および気体循環手段３４と加圧気体送給口３１とを結合する第２の気体流通路３６が、装備されるのが好ましい。

図７は、図６に示された気体チャンバ３２の変形態様の縦断面図である。図７に示される気体チャンバ３２は、シート６の走行方向の上流側において、シート６を回転ロール電極３の表面に対しニップするニップ手段４１を更に有する。ニップ手段４１は、シート６を回転ロール電極３の表面に対しニップするニップロール４２とこれを内包するニップチャンバ４３からなる。

ニップロール４２は、ニップチャンバ４３に回転自在に支持されている。ニップロール４２は、シート６の走行により回転する従動形式のものでも、あるいは、外部に用意される回転駆動手段に結合された積極駆動形式のものでも良い。

このニップ手段４１が装備されることにより、走行するシート６が随伴する空気の量が更に減少する。

このニップ手段４１の変形態様が、図１に示される。この変形態様は、変形ニップ手段４１ａで示される。変形ニップ手段４１ａは、変形ニップロール４２ａ、この変形ニップロール４２ａを内包する変形ニップチャンバ４３ａ、および、変形ニップ補助ローラ４２ｂからなる。

変形ニップローラ４２ａは、その両端部のみにおいて、回転ロール電極３の表面に接触され、その中間部の直径は、両端部の直径より小さくされている。走行するシート６は、回転する変形ニップ補助ローラ４２ｂの周面に接触した後、回転する変形ニップローラ４２ａの中間部の周面に接触し、次いで、回転ロール電極３の周面に接触する。

この態様により、走行するシート６が随伴する空気の排除が行われる。この態様では、走行するシート６が、図７に示されたニップ手段４１の態様におけるように、完全にニップされる状態が生じないので、ニップにより表面に損傷を受け易いシート６の場合は、この態様が適用されるのが好ましい。

プラズマチャンバ１０の走行路の出口１２の外側に、プラズマチャンバ１０から伸びた気体流動防止板５１が設けられるのが好ましい。これにより、プラズマチャンバ１０内のガスが、シート６に随伴して外界に流出されるのが実質的に防止される。気体流動防止板５１のシート６に対向する面（下面）は、ラビリンス構造にされているのが好ましい。

図８は、図１に示した装置における回転ロール電極３の側面とプラズマチャンバ１０との間のシール手段の一形態の横断面図である。プラズマチャンバ１０の外界に対する密閉性を良くするには、プラズマチャンバ１０のシート６の走行方向に沿った両側壁の下端部（スカート部）１０ａが、回転ロール電極３の両側面の外周端部３ａに対し、間隙を有して向かい合うようになされ、この間隙が、下端部１０ａおよび外周端部３ａのいずれかに固定された摺動性の良好な部材からなるシュー６１にて、外界に対し閉じられるようにされているのが良い。

図９は、本発明に係るプラズマ処理シートの製造装置の別の一実施態様の縦断面図である。

図９に示される装置において、図１に示された装置と同じ要素は、その要素と同じ符号を有している。図９に示された装置は、放電電極５の外側に、プラズマ閉じ込め電極７１ａ、７１ｂを有する。図９に示された装置は、特にこの構成において、図１に示された装置と異なる。

図９において、プラズマ閉じ込め電極７１ａは、シート６の走行方向において一番手前の放電電極５の幅方向に沿って、走行路の入口１１側に、間隔を置いて、設けられている。プラズマ閉じ込め電極７１ｂは、シート６の走行方向において一番奥の放電電極５の幅方向に沿って、走行路の出口１２側に、間隔を置いて、設けられている。これらのプラズマ閉じ込め電極７１ａ、７１ｂの幅方向の長さは、放電電極５のそれと同じかそれよりもやや長い。全体の大きさは、放電電極５よりも小さい。

この関係は、放電電極５とプラズマ閉じ込め電極７１ａ、７１ｂとの配列状態の下面図を示す図１０にも示される。

プラズマ閉じ込め電極７１ａ、７１ｂと対極電極である回転ロール電極３との間に放電現象を形成するために、プラズマ閉じ込め電源７２が用意されている。

プラズマ閉じ込め電極７１ａ、７１ｂとプラズマ閉じ込め電源７２とは、第３の電力線７３により結合され、回転ロール電極３とプラズマ閉じ込め電源７２とは、第４の電力線７４により結合されている。第４の電力線７４は、接地部１９にて接地されている。

プラズマ閉じ込め電極７１ａ、７１ｂの放電電力は、隣接する放電電極５のそれよりも小さくなるように、プラズマ閉じ込め電源７２により制御される。

プラズマ処理時に、プラズマ閉じ込め電極７１ａ、７１ｂが駆動せしめられることにより、放電電極５による放電の拡がりが抑制される。放電の拡がりが抑制されるため、放電電極５が、近傍の金属部材と短絡を起こすことが防止される。プラズマ閉じ込め電極７１ａ、７１ｂの放電電力は、放電電極５の放電電力よりも小さいため、プラズマ閉じ込め電極７１ａ、７１ｂが、近傍の金属部材と短絡を起こすことはない。

プラズマ閉じ込め電極７１ａ、７１ｂが装備されることにより、放電電極５の投入電力を、より高めることが可能となる。そのため、この装置によれば、シート６の表面改質の処理強度ならびに処理速度のより一層の増大が可能となり、プラズマ処理シートの生産性がより一層向上される。

図１１は、放電電極５に対するプラズマ閉じ込め電極の設け方の別の態様を示す下面図である。この態様においては、放電電極５が、一連のプラズマ閉じ込め電極７５により包囲される。この態様は、放電電極５の放電が、放電電極５の幅方向の両端近傍の金属部材と短絡を起こし易い場合、この短絡現象の発生を防止する。

図９に示された装置では、図１に示された装置の気体流動防止板５１に替えて、走行路の入口１１側に設けられている気体チャンバ３２および変形ニップチャンバ４３ａと同じ構造を有する気体チャンバ８２および変形ニップチャンバ９３ａが、設けられている。気体チャンバ８２および変形ニップチャンバ９３ａが装備されることにより、プラズマチャンバ１０内の雰囲気ガスの外界への流出が防止される。

以上において、本発明に係るプラズマ処理シートの製造装置およびそれによるプラズマ処理シートの製造方法が説明された。

従来の装置においても、放電電極あるいは対極電極が誘電体で被覆されている。この誘電体として、ガラス、雲母、シリコンゴム、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、アルミナが、具体的に用いられている。しかし、これらの誘電体の比誘電率は、１０未満である。この従来の装置において用いられているシートの走行速度は、約１５ｍ／分から約２０ｍ／分の範囲である。

この従来の装置において、プラズマ処理シートの生産性を上げるため、シートの走行速度を上げると、約２５ｍ／分に至るまでに、プラズマ処理域におけるプラズマ処理の効果、すなわち、表面改質の効果が落ち始めるのが観測された。

この効果の下落を防止するために、プラズマ処理時の投入電力を増大すると、プラズマ処理域で、異常放電現象が生じることが観測された。

プラズマ処理シートの製造装置およびそれによるプラズマ処理シートの製造方法は、シートの処理速度を上げるに際に生じるこれらの現象の発生を防止することに成功している。

本発明は、従来の装置では達成出来なかった、シートの走行速度が約２０ｍ／分以上でのシートのグロー放電下のプラズマ処理を可能にした。現在のところ、ポリイミドシートの走行速度が約４５ｍ／分でも処理が可能なことが確認された。

本発明により、シートの走行速度が２０ｍ／分以上でも、シートの表面改質に必要な安定したプラズマが維持されるプラズマ処理シートの製造装置および製造方法が提供される。

本発明に係るプラズマ処理シートの製造装置の一実施態様の縦断面図である。 図１に示した装置における放電電極の一形態の部分斜視図である。 図１に示した装置における放電電極の他の形態の部分斜視図である。 図１に示した装置における放電電極の更に他の形態の部分斜視図である。 図１に示した装置における回転ロール電極の部分断面図である。 図１に示した装置における気体チャンバの一形態の縦断面図である。 図１に示した装置における気体チャンバの他の形態の縦断面図である。 図１に示した装置における回転ロール電極の側面とプラズマチャンバとの間のシール手段の一形態の横断面図である。 本発明に係るプラズマ処理シートの製造装置の他の実施態様の縦断面図である。 図９に示した装置におけるプラズマ閉じ込め電極の一形態の平面図である。 図９に示した装置におけるプラズマ閉じ込め電極の他の形態の平面図である。

符号の説明

１：回転ドラム
２：誘電体
３：対極電極
５：放電電極
６：シート
９：プラズマ処理域
１０：プラズマチャンバ
１１：走行路の入口
１２：走行路の出口
１３：気体送給口
１４：ボンベ
１６：プラズマ処理電源
２１：第１の誘電体の層
２２：第２の誘電体の層
３１：加圧気体送給口
３２：気体チャンバ
３３：気体吸引口
３４：気体循環手段
４１：ニップ手段
４２：ニップロール
４３：ニップチャンバ

Claims (16)

1. 対向する放電電極と対極電極を有し、該放電電極と対極電極の間の放電により形成されるプラズマ処理域を連続して走行するシートが通過するシート走行路を有し、前記放電電極または対極電極の少なくとも一方の電極の表面が誘電体により被覆されているプラズマ処理シートの製造装置において、該プラズマ処理域を外界から実質的に遮蔽するプラズマチャンバが設けられ、該プラズマチャンバに、該チャンバ内に希ガス類元素を含有する気体を送給するための気体送給口、ならびに、前記シート走行路の入口および出口が設けられ、該シート走行路の入口の外側に、該走行路の入口の近傍において前記シート走行路に向かい加圧気体を送給する加圧気体送給口を有する気体チャンバが設けられたプラズマ処理シートの製造装置。
2. 前記放電電極および前記対極電極の少なくとも一方の電極の表面が、誘電体により被覆され、かつ、該誘電体の単位面積当たりの静電容量が、０．１３μＦ／ｍ^２から２０μＦ／ｍ^２の範囲である請求項１に記載のプラズマ処理シートの製造装置。
3. 前記対極電極が、固定された回転軸に支持され、前記走行路のシート走行方向に回転する１個の回転ロール電極からなり、該回転ロール電極の表面が前記誘電体により被覆され、前記放電電極が、前記誘電体による被覆を有さない少なくとも１つの固定電極からなる請求項２に記載のプラズマ処理シートの製造装置。
4. 前記対極電極が、接地された非共振型電源に接続されている請求項３に記載のプラズマ処理シートの製造装置。
5. 前記放電電極が、複数列設けられ、各列の放電電極に作用する放電電力が、相互に独立して制御可能である請求項４に記載のプラズマ処理シートの製造装置。
6. 前記誘電体の比誘電率が、１０以上である請求項２乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理シートの製造装置。
7. 前記誘電体の厚みが、０．５ｍｍから５ｍｍの範囲である請求項６に記載のプラズマ処理シートの製造装置。
8. 前記誘電体が、チタン酸バリウム、チタニア、ジルコニア、マグネシア、および、イットリアの群の中から選択された少なくとも１つの誘電体である請求項７に記載のプラズマ処理シートの製造装置。
9. 前記気体チャンバに、前記加圧気体送給口から供給された気体を排出する気体吸引口が、前記加圧気体送給口に対し前記走行路の入口の側とは反対側に設けられ、該気体吸引口から吸引された気体を加圧して前記加圧気体送給口に供給する気体循環手段が設けられた請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理シートの製造装置。
10. 前記走行するシートの走行方向において、前記複数列の放電電極の最も上流側に位置する放電電極の上流側、および、最も下流側に位置する放電電極の下流側において、当該放電電極に隣接して、放電電力が当該放電電極のそれよりも小さいプラズマ閉じ込め電極が、前記回転ロール電極のロールの表面に対向して、それぞれ設けられた請求項３乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理シートの製造装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載のプラズマ処理シートの製造装置の走行路に、シートが走行せしめられ、プラズマ処理域において、該シートがプラズマ処理されてなるプラズマ処理シートの製造方法。
12. 前記プラズマ処理域が、実質的に大気圧である請求項１１に記載のプラズマ処理シートの製造方法。
13. 前記希ガス類元素がアルゴンである請求項１２に記載のプラズマ処理シートの製造方法。
14. 前記シートが、樹脂からなるシートである請求項１３に記載のプラズマ処理シートの製造方法。
15. 前記樹脂が、ポリイミドである請求項１４に記載のプラズマ処理シートの製造方法。
16. 前記プラズマ処理域の電流密度が、０．１Ａ・分／ｍ^２以上である請求項１５に記載のプラズマ処理シートの製造方法。

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