JP2007111677A - 線状被処理物のプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線状に連続する被処理物の表面を効率良く連続的にプラズマ処理することができる、プラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】第１の工程において、連続する被処理物４が真っ直ぐに延在する部分において、実質的に細長い開口１１を有するプラズマ処理ヘッド１０を、開口１１の長手方向が被処理物４の延在方向と略平行になるように、開口１１を被処理物４の表面５に沿って隙間を設けて配置する。第２の工程において、被処理物４の延在方向に、プラズマ処理ヘッド１０の開口１１に対して被処理物４を相対的に移動させながら、プラズマ化した処理ガスをプラズマ処理ヘッド１０の開口１１から被処理物４の表面５に吹き付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、線状被処理物のプラズマ処理方法に関し、詳しくは、放電空間から離れた位置にある被処理物をプラズマ処理する方法に関し、特に、チューブ等の連続する被処理物を略常圧でプラズマ処理を行う場合に好適なプラズマ処理方法に関する。

従来、大気圧近傍の圧力下で発生させたプラズマを利用して、被処理物の表面改質、薄膜形成、アッシング、洗浄などのプラズマ処理を行う常圧プラズマ処理について、種々提案されている。

例えば図５に示したように、ベルトコンベア上１１０上に置かれた基材１０９が、プラズマ処理ヘッドの下を通過する。プラズマ処理ヘッドは、同心に配置された筒状の内側電極１１１と外側電極１１２の間の一方の口１１３から不活性ガスが導入される。内側電極１１１と外側電極１１２とは高周波電源１０７及びとアース１０８に接続され、内側電極１１１と外側電極１１２との間に高周波電圧が印加される。これによって、内側電極１１１と外側電極１１２との間に存在する不活性ガスを励起させ、励起不活性ガスを発生させる。この励起不活性ガスは、内側電極１１１と外側電極１１２との間の他方の口１１４から排出され、内側電極１１１の一方の口１１５から導入され他方の口１１６から排出される反応ガスと接触し、反応ガスをプラズマ化する。基材１０９は、このプラズマ化された反応ガスに接触して、表面がプラズマ処理される。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−４９２７２号公報

チューブ等の線状に連続する被処理物に対して、被覆、印刷、コーティングなどの処理を行うとき、被処理物の表面特性等が問題になることがある。この問題を解決するため、前処理としてプラズマ処理を行うことが考えられる。

この場合、図５のようにスポット的に処理ガスを吹き付けるようにすると、所望のプラズマ処理を実現するにはプラズマ化された反応ガスに被処理物の表面が接触する時間を確保する必要があるため、被処理物とプラズマ処理ヘッドとの相対移動速度を大きくするには限界がある。また、被処理物の表面が曲面であると、被処理物の表面に接触するガス量が少なくなるので、プラズマ処理の効率が低下する。

本発明は、かかる実情に鑑み、線状に連続する被処理物の表面を効率良く連続的にプラズマ処理することができる、プラズマ処理方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したプラズマ処理方法を提供する。

プラズマ処理方法は、第１及び第２の工程を備える。前記第１の工程において、線状に連続する被処理物が真っ直ぐに延在する部分において、実質的に細長い開口を有するプラズマ処理ヘッドを、前記開口の長手方向が前記被処理物の延在方向と略平行になるように、前記開口を前記被処理物の表面に沿って隙間を設けて配置する。前記第２の工程において、前記被処理物の前記延在方向に、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口に対して前記被処理物を相対的に移動させながら、プラズマ化した処理ガスを前記プラズマ処理ヘッドの前記開口から前記被処理物の前記表面に吹き付ける。

上記第１の工程において、プラズマ処理ヘッドの開口は、それ自体が細長い一つの開口部分のみであっても、細長い領域に配置された複数の開口部分であってもよい。

処理ガスは、プラズマ処理ヘッドでプラズマ化しても、プラズマ化した処理ガスがプラズマ処理ヘッドに供給されてもよい。プラズマ処理ヘッドで処理ガスをプラズマ化する場合、例えば、プラズマ処理ヘッドは対向する電極を備え、上記第２の工程において、対向する電極の間に処理ガスが供給された状態で、電極の間に電圧を印加して放電を発生させる。この放電が発生している電極間（放電空間）でプラズマ化した処理ガスを、プラズマ処理ヘッドの開口から被処理物に吹き付ける。

上記構成によれば、プラズマ処理ヘッドの開口の長手方向と被処理物の延在方向とが略平行な状態で、被処理物の延在方向に被処理物が相対移動するので、被処理物の表面上のプラズマ処理ヘッドの開口に対向する部分は、開口の一端から他端まで長手方向に連続して対向する。そのため、被処理物の相対移動速度を速めても、開口から流出した処理ガス（現にプラズマ化している処理ガスであっても、プラズマを経て活性化した処理ガスであってもよい。）に接触する時間を確保することができる。

また、被処理物の表面が曲面であっても、プラズマ処理ヘッドの開口と被処理物の表面との間の隙間をどの位置でも略一定にし、プラズマ処理ヘッドの開口から流出した処理ガスのほとんどが、被処理物の表面に直ちに接触するようにすることができる。

したがって、連続する被処理物の表面を効率良く連続的にプラズマ処理することができる。

好ましくは、前記第１の工程において、前記被処理物の前記延在方向に略同一位置かつ前記被処理物の周りに、前記プラズマヘッドの前記開口を複数配置する。

この場合、被処理物の周方向に、プラズマ処理する面積を増やすことができる。

好ましくは、前記第１の工程において、前記被処理物の前記表面に沿って、前記被処理物の前記延在方向に前記開口と略同一位置において、前記被処理物の表面に沿って延在し、前記開口とともに前記被処理物の周囲を覆う仕切り部材を設ける。

仕切り部材を設けることによって、開口から吹き出した処理ガスが被処理物の周囲に滞留するようになるので、被処理物の周方向にプラズマ処理を促進することができ、処理ガスをより効率的に用いることができる。

好ましくは、前記第１の工程において、前記被処理物の前記延在方向に前記プラズマ処理ヘッドの前記開口と略同一位置において、前記被処理物の前記表面との間に隙間を設けて第２の開口を設ける。前記第２の工程において、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口から前記被処理物の前記表面に吹き付けられた前記処理ガスの少なくとも一部を、前記第２の開口から吸い込む。

この場合、第２の工程において、プラズマ化した処理ガスの少なくとも一部が、プラズマ処理ヘッドの開口から第２の開口に向けて、被処理物の表面に沿って周方向に安定して流れるようにして、被処理物の表面のプラズマ処理を周方向に均一化したり安定化したりすることができる。

好ましくは、前記第２の工程において、少なくとも前記プラズマ処理ヘッドの前記開口が、大略、前記被処理物に対して周方向に相対移動する。

この場合、被処理物の表面に対してプラズマ処理ヘッドの開口が対向する位置を周方向に動かして、被処理物の表面のプラズマ処理の状態を周方向に均一化することができる。仕切り部材や第２の開口を備える場合、プラズマ処理ヘッドの開口は、仕切り部材や第２の開口とともに一体となって、被処理物に対して相対移動すればよい。

なお、本発明のプラズマ処理方法は、１Ｐａ以上、特に略常圧（大気圧近傍）の開放系、あるいは低気密系の場合に特に好適であるが、これに限るものではない。本発明において、略常圧とは、１．０１３×１０^４〜５０．６６３×１０^４Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡略化を考慮すると、１．３３３×１０^４〜１０．６６４×１０^４Ｐａが好ましく、９．３３１×１０^４〜１０．３９７×１０^４Ｐａがより好ましい。

本発明によれば、線状に連続する被処理物の表面を効率良く連続的にプラズマ処理することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。

（実施例１） 実施例１のプラズマ処理装置２について、図１を参照しながら説明する。図１（ａ）は軸直角断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図である。

図１（ａ）に示すように、プラズマ処理装置２は、被処理物４の周囲に、４つのプラズマ処理ヘッド１０が配置されている。プラズマ処理装置２は、例えば、１Ｐａ以上、特に略常圧（大気圧近傍）の開放系、あるいは低気密系に配置される。

被処理物４は、線状に連続し、中心軸６方向に、略同一の寸法・形状（例えば略円形）の軸直角断面が連続する。被処理物４は、少なくともプラズマ処理ヘッド１０が配置される領域では、中心軸６が略真っ直ぐに延在している。

各プラズマ処理ヘッド１０は、互いに平行に配置された一対の電極１２，１４を備える。各電極１２，１４は、互いに対向する面に誘電体１３，１５を備えている。誘電体１３，１５間の間隔は、図１（ｂ）に示すように、誘電体１３，１５の左右の辺に沿ってそれぞれ配置されたスペーサ１６によって、一定に保持されるようになっている。誘電体１３，１５とスペーサ１６との間には、空間１７が形成されている。また、誘電体１３，１５及びスペーサ１６の端部によって、細長い開口１１が形成されている。すなわち、電極１２，１４及び誘電体１３，１５の幅（図１（ｂ）において左右方向の寸法）に比べ、対向する誘電体１３，１５間の間隔が小さいため、開口１１は、対向する誘電体１３，１５間の寸法よりも、スペーサ１６間の寸法の方が大きい。

各プラズマ処理ヘッド１０は、開口１１が被処理物４の表面５に隙間を設けて対向し、開口１１の長手方向が被処理物４の中心軸６と略平行になるように、配置されている。

プラズマ処理ヘッド１０の配置個数や、プラズマ処理ヘッド１０の開口１１の寸法・形状は、被処理物４の寸法・形状、プラズマ処理の速度等に応じて、適宜に選択すればよい。

次に、プラズマ処理装置２の動作について説明する。

各プラズマ処理ヘッド１０の電極１２，１４間には、不図示の電源によって、例えば交流電圧やパルス電圧が印加され、空間１７で放電が発生する。放電の形態は、グロー放電が均一処理のために好ましいが、コロナ放電や誘電体バリア放電や沿面放電であってもよい。このとき、各プラズマ処理ヘッド１０の空間１７には処理ガスが供給され、放電によってプラズマ化した処理ガスが、矢印１８で示すように、開口１１から被処理物４に向けて流出する。開口１１から流出した処理ガス（現にプラズマ化している処理ガスであっても、プラズマを経て活性化した処理ガスであってもよい。）は、被処理物４の表面５に接触する。これにより、被処理物４の表面５に対して、放電によるプラズマ（活性種、イオンなど）を用いて、表面改質、薄膜形成、アッシング、洗浄などのプラズマ処理を行なう。

処理ガスは、プラズマ処理の目的に応じて選択すればよい。例えば、酸化処理には、窒素と酸素の混合ガスを用いる。還元処理には、窒素と水素を用いる。撥水化やエッチングには、フルオロカーボンを用いる。処理ガスには、希釈ガスとして、窒素、アルゴン等の不活性ガスを混合してもよい。

被処理物４は、中心軸６方向に矢印８で示すように搬送され、プラズマ処理ヘッド１０が配置される領域を通過する。このときに、被処理物４の表面５は、処理ガスに接触した部分がプラズマ処理される。これによって、被処理物４の表面５を連続的にプラズマ処理することができる。

プラズマ処理ヘッド１０の開口１１は細長く、開口１１の長手方向と被処理物４の延在方向とが略平行になるので、被処理物４の表面５のある箇所は、プラズマ処理ヘッド１０の開口１１の長手方向の一端から他端まで、被処理物４の開口１１に対向する状態が続く。そのため、被処理物４の搬送移動速度を速めても、被処理物４の表面５が処理ガスに接触する時間を確保することができる。

また、被処理物４の表面５が曲面であっても、プラズマ処理ヘッド１０の開口１１と被処理物４の表面５との間の隙間をどの位置でも略一定とし、プラズマ処理ヘッド１０の開口１１から流出した処理ガスのほとんどが、被処理物４の表面５に直ちに接触するようにすることができる。

したがって、プラズマ処理装置２は、被処理物４の表面５を、効率良く連続的にプラズマ処理することができる。

なお、被処理物４の表面５は、プラズマ処理ヘッド１０の開口１１に対向する部分を中心にプラズマ処理されるので、被処理物４に対向するプラズマ処理ヘッド１０の開口１１が複数であれば、被処理物４の周方向に複数個所をプラズマ処理することができる。被処理物４に対向するプラズマ処理ヘッド１０の開口１１は、１つのみであってもよい。

また、プラズマ処理ヘッド１０は、図１（ａ）において矢印９で示すように、被処理物４の周りを周方向に相対移動させてもよい。この場合、被処理物４の表面５がプラズマ処理ヘッド１０の開口１１に対向する部分が周方向に移動するため、被処理物４の表面５を周方向により均一に処理することが可能となる。なお、プラズマ処理ヘッド１０は、所定角度範囲を往復移動するようにしても、一方向にのみ相対回転するようにしてもよい。

（実施例２） 実施例２のプラズマ処理装置２ａについて、図２を参照しながら説明する。

実施例２のプラズマ処理装置２ａは、実施例１のプラズマ処理装置２と略同様の構成である。実施例１のプラズマ処理装置２と同じ構成部分には同じ符号を用い、以下では実施例１との相違点を中心に説明する。

実施例２のプラズマ処理装置２ａは、実施例１と同様に、プラズマ処理ヘッド１０が被処理物４の周囲に配置されている。

プラズマ処理装置２ａは、実施例１と異なり、プラズマ処理ヘッド１０の間に仕切り部材２０を備える。仕切り部材２０は、被処理物４の延在方向にプラズマ処理ヘッド１０の開口１１と略同一位置において、被処理物４の表面５に沿って延在し、プラズマ処理ヘッド１０とともに、被処理物４の周囲を覆っている。仕切り部材２０及びプラズマ処理ヘッド１０と被処理物４との間には、略筒状の空間２２が形成されている。

プラズマ処理装置２ａにおいて、プラズマ処理ヘッド１０の開口１１から流出した処理ガスは、仕切り部材２０及びプラズマ処理ヘッド１０と被処理物４との間の略筒状の空間２２内に滞留するので、より多くの処理ガスが被処理物４の表面５に接触し、接触する時間も長くなる。これによって、被処理物４の表面５は、プラズマ処理ヘッド１０の開口１１に直接対向する部分以外においてもプラズマ処理が促進され、処理ガスの利用効率を高めることができる。

（実施例３） 実施例３のプラズマ処理装置２ｂについて、図３を参照しながら説明する。

実施例３のプラズマ処理装置２ｂは、実施例１及び実施例２と略同様に、プラズマ処理ヘッド１０が被処理物４の周囲に配置され、実施例２と略同様に、仕切り部材２０を備え、被処理物４の周囲が覆われるようになっている。

プラズマ処理装置２ｂは、実施例１及び実施例２と異なり、２つのプラズマ処理ヘッドが、開口３１を有する排気ヘッド３０に置き換えられている。

排気ヘッド３０の開口３１は、プラズマ処理ヘッド１０の開口１１と同様に、被処理物４の表面５に沿って被処理物４の中心軸６と略平行に、被処理物４の表面５との間に隙間を設けて配置される。排気ヘッド３０の開口３１は、被処理物４の中心軸６方向にはプラズマ処理ヘッド１０の開口１１と略同じ位置に配置され、プラズマ処理ヘッド１０、排気ヘッド３０及び仕切り部材２０によって、被処理物４の周りを覆う。プラズマ処理ヘッド１０、排気ヘッド３０及び仕切り部材２０と被処理物４との間には、実施例２と略同様に、略筒状の空間２４が形成される。

プラズマ処理装置２ｂにおいて、プラズマ化した処理ガスは、矢印１８で示すようにプラズマ処理ヘッド１０の開口１１から流出し、プラズマ処理ヘッド１０、排気ヘッド３０及び仕切り部材２０と被処理物４との間の略筒状の空間２２を通り、矢印３８で示すように、排気ヘッド３０の開口３１に流入し、排出される。このとき、プラズマ化した処理ガスは、プラズマ処理ヘッド１０の開口１１から排気ヘッド３０の開口３１までを、被処理物４の表面５に沿って周方向に、安定して流れる。そのため、被処理物４の表面５のプラズマ処理を周方向に均一化したり安定化したりすることができる。

（実施例４） 実施例３のプラズマ処理装置２ｂを用いた製造ラインの構成について、図４を参照しながら示す。

図４に示すように、押出成形機５０が備える金型５２から矢印５６で示すように流れ出すフッ素樹脂のチューブ４ａに対して、１組目のプラズマ処理装置２ｂを配置する。このプラズマ処理装置２ｂによって、チューブ４ａの表面５ａをプラズマ処理し、表面５ａの接着性を高める。

次いで、矢印５７で示すように被覆材４ｂを供給し、チューブ４ａに被覆材４ｂを接着する。

さらに、被覆材４ｂが接着されたチューブ４ａ及びに対して、２組目のプラズマ処理装置２ｂを配置し、被覆材４ｂの表面５ｂをプラズマ処理し、表面５ｂの印刷性を高める。

次いで、被覆材４ｂの表面５ｂに、印刷機５４を用いて、例えばインクジェット方式で印刷を行った後、矢印５８で示す方向に流れるチューブ４ａ及び被覆材４ｂを、不図示のリール等に巻き取ったり、所定の長さに切断したりする。

なお、図４のような連続工程に限らず、例えば、有限長の被処理物をバッチ処理する工程においても、同様にプラズマ処理装置２ｂを用いることができる。また、実施例３のプラズマ処理装置２ｂの代わりに、他の実施例のプラズマ処理装置２，２ａを用いてもよい。

（まとめ） 以上に説明したように、プラズマ処理装置２，２ａ，２ｂは、線状に連続する被処理物４の表面５を、効率良く連続的にプラズマ処理することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施可能である。

例えば、プラズマ処理ヘッドの開口は、放電空間から離れていてもよい。本発明のプラズマ処理方法は、被覆工程や印刷工程以外の前工程、例えば表面コーティングの前工程にも、用いることができる。また、前工程に限らず、後工程に用いてもよい。

本発明のプラズマ処理方法は、フッ素樹脂チューブに限らず、光ファイバーの被覆前処理や、電線（例えば、銅線）の被覆前還元処理など、種々の処理に用いることができる。被処理物の軸直角断面の形状は、略円形に限らず、例えば、楕円形、略多角形などであってもよい。被処理物の表面は曲面に限らず、平面が含まれていてもよい。

被処理物は管状であってもよい。その場合、被処理物の内側にプラズマ処理ヘッドを配置することができれば、被処理物の内側の表面をプラズマ処理することが可能である。

さらに、プラズマ処理ヘッドには、一つの開口部分のみによっての細長い開口を形成する代わりに、細長い開口に相当する細長い領域内に複数の開口部分を設けることによって、実質的に細長い開口を形成するようにしてもよい。

プラズマ処理装置の（ａ）軸直角断面、（ｂ）軸方向断面である。（実施例１） プラズマ処理装置の軸直角断面である。（実施例２） プラズマ処理装置の軸直角断面である。（実施例３） 被処理物の製造工程におけるプラズマ処理装置の利用を説明するための説明図である。（実施例４） プラズマ処理装置の斜視図である。（従来例）

符号の説明

２，２ａ，２ｂ プラズマ処理装置
４ 被処理物
５ 表面
６ 中心軸
１０ プラズマ処理ヘッド
１１ 開口
１７ 空間（放電空間）
２０ 仕切り部材
３０ 排気ヘッド
３１ 開口（第２の開口）

Claims (5)

1. 線状に連続する被処理物が真っ直ぐに延在する部分において、実質的に細長い開口を有するプラズマ処理ヘッドを、前記開口の長手方向が前記被処理物の延在方向と略平行になるように、前記開口を前記被処理物の表面に沿って隙間を設けて配置する第１の工程と、
   前記被処理物の前記延在方向に、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口に対して前記被処理物を相対的に移動させながら、プラズマ化した処理ガスを前記プラズマ処理ヘッドの前記開口から前記被処理物の前記表面に吹き付ける第２の工程と、
   を備えたことを特徴とする、プラズマ処理方法。
2. 前記第１の工程において、前記被処理物の前記延在方向に略同一位置かつ前記被処理物の周りに、前記プラズマヘッドの前記開口を複数配置することを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 前記第１の工程において、前記被処理物の前記表面に沿って、前記被処理物の前記延在方向に前記開口と略同一位置において、前記被処理物の表面に沿って延在し、前記開口とともに前記被処理物の周囲を覆う仕切り部材を設け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方法。
4. 前記第１の工程において、前記被処理物の前記延在方向に前記プラズマ処理ヘッドの前記開口と略同一位置において、前記被処理物の前記表面との間に隙間を設けて第２の開口を設け、
   前記第２の工程において、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口から前記被処理物の前記表面に吹き付けられた前記処理ガスの少なくとも一部を、前記第２の開口から吸い込むことを特徴とする、請求項１、２又は３に記載のプラズマ処理方法。
5. 前記第２の工程において、少なくとも前記プラズマ処理ヘッドの前記開口が、大略、前記被処理物に対して周方向に相対移動することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。

Images