JP2008218369A - Surface treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は表面処理装置に係り、特に非熱平衡低温プラズマによる長尺誘電体細管(内径数mm,長さ数m)の内面処理が可能な表面処理装置に関する。 The present invention relates to a surface treatment apparatus, and more particularly to a surface treatment apparatus capable of treating an inner surface of a long dielectric tubule (inner diameter: several mm, length: several meters) with non-thermal equilibrium low-temperature plasma.
細管の中の液体は、細管の表面と接触角をなし、その値は疎水性、親水性等の壁表面の性質、或いは滑らか、窪んでいるなどの壁表面の形状等に依存している。毛管現象の管内の上向きの力は表面張力、接触角のコサイン、穴の円周の積による。下向きの力は、圧力、重力、液体の比重、液体の高さの積等によるので、細管の中の液体の高さは上向きと下向きの力を等しくすることにより計算できる。例えば、内径20μmで導管要素において、水柱は大気圧で約0.75m上がる。しかしながら、斯かる細管の内部に対して、液体を高速に輸送するのは困難である。したがって、長尺細管の内部(内面)に対して、ウェット処理で殺菌,滅菌,洗浄等の処理をするのは極めて困難である。 The liquid in the narrow tube forms a contact angle with the surface of the narrow tube, and its value depends on the properties of the wall surface such as hydrophobicity and hydrophilicity, or the shape of the wall surface such as smooth and concave. The upward force in the capillary tube depends on the product of surface tension, cosine of contact angle, and hole circumference. Since the downward force depends on the product of pressure, gravity, liquid specific gravity, liquid height, etc., the liquid height in the capillary can be calculated by equalizing the upward and downward forces. For example, in a conduit element with an inner diameter of 20 μm, the water column rises about 0.75 m at atmospheric pressure. However, it is difficult to transport the liquid at high speed to the inside of such a thin tube. Therefore, it is extremely difficult to sterilize, sterilize, and wash the inside (inner surface) of the long thin tube by wet processing.
このため、細管の内部(内面)を処理するにはドライ処理(ドライプロセス)が適しており、ラジカルに富んだ非熱平衡低温プラズマによる長尺細管の内面処理が期待されている。 For this reason, dry treatment (dry process) is suitable for treating the inside (inner surface) of the narrow tube, and inner surface treatment of a long thin tube with non-thermal equilibrium low-temperature plasma rich in radicals is expected.
細管の内部(内面)のドライ処理として、高周波誘導結合を使ったプラズマジェットの生成が試みられている(非特許文献1参照。)この場合のプラズマ長はせいぜい数cm程度である。 As a dry treatment of the inside (inner surface) of the narrow tube, generation of a plasma jet using high-frequency inductive coupling has been attempted (see Non-Patent Document 1). In this case, the plasma length is at most about several centimeters.
細管内に金属電極を挿入し,パルス放電を行っている例も報告されているが、内径数mm以内の細管の内部に金属電極を挿入するのは極めて困難である(非特許文献2参照。)。 Although an example in which a metal electrode is inserted into a thin tube and performing pulse discharge has been reported, it is extremely difficult to insert a metal electrode into a thin tube having an inner diameter of several mm or less (see Non-Patent Document 2). ).
特に、内視鏡のような長尺細管を有する医療器具は、非常に微細な加工をした光学系や金属を含むため、低温プラズマとはいえ、プラズマで殺菌或いは滅菌すると、金属部分が相当の高温に上昇し、それによって光学系に狂いが生じるなどの問題もある。このため、現状では、内視鏡等に付着した微生物類を除去するためには、内視鏡等を決められた消毒液に浸し、看護士が何段階かに分けて丹念に洗い落とす方法を取らざるを得ない状況である。 In particular, medical instruments having long tubules such as endoscopes contain very finely processed optical systems and metals, so even if it is a low-temperature plasma, the metal part is considerable when sterilized or sterilized with plasma. There is also a problem that the temperature rises and the optical system goes wrong. Therefore, at present, in order to remove microorganisms adhering to the endoscope, etc., a method in which the endoscope is soaked in a predetermined disinfectant and the nurse carefully divides it into several stages is used. The situation is unavoidable.
このため、低温プラズマ発生装置で発生させたプラズマ雰囲気の容器内に、水で満たされたガラス管を配置し、このガラス管内に長尺細管を入れてガラス管を覆ったプラズマ雰囲気でガラス管内の長尺細管の洗浄と殺菌を同時に行うことを特徴とする殺菌方法も提案されている(特許文献1参照。)
以上説明したように、長さ数m且つ内径数mmの長尺細管内での有効な無電極プラズマ生成法はこれまでなかった。特に、表1に示すように、窒素分子の解離エネルギが他のガス分子に比して大きく、窒素プラズマは、これまで安定なプラズマ生成が難しかった。
又、特許文献1において提案された方法は、プラズマ反応管内に発生されるプラズマ照射により浸漬水管内の水が撹拌され、長尺細管に進入した水の移動により、パイプ内が洗浄されるとともに、プラズマが長尺細管表面の略全体に照射されるので、内視鏡等の長尺細管に付着した微生物、細菌類を殺菌又は除去させんとするものであるが、基本はウェット処理であり、その殺菌能力には限界がある。 Further, in the method proposed in Patent Document 1, the water in the immersion water pipe is agitated by the plasma irradiation generated in the plasma reaction tube, and the inside of the pipe is washed by the movement of the water that has entered the long thin tube. Since plasma is irradiated on almost the entire surface of the long tubule, it is intended to sterilize or remove microorganisms and bacteria attached to the long tubule such as an endoscope. Its ability to sterilize is limited.
本発明は,例えば内径数mm,長さ数mの長尺細管を含む種々の被処理物の内面処理が可能な表面処理装置を提供することを目的とする。ここで「内面処理」とは、被処理物の内面の表面処理を意味する。又、「表面処理」とは、例えば、被処理物の内面若しくは外面の殺菌、滅菌、濡れ性の改善等の処理を意味し、より広義には、被処理物の内面若しくは外面の有機物若しくは無機物等の付着物質の除去、被処理物の内面若しくは外面の物理的性質若しくは化学的性質の変更を意味する。「物理的性質若しくは化学的性質の変更」には、プラズマ反応を利用したデポジション(堆積)やエッチング等の処理が含まれる。したがって、被処理物の内面に被処理物とは異なる材料からなる薄膜を堆積する処理も「被処理物の内面処理」に該当する。 An object of the present invention is to provide a surface treatment apparatus capable of treating an inner surface of various objects to be processed including long narrow tubes having an inner diameter of several millimeters and a length of several meters. Here, “inner surface treatment” means surface treatment of the inner surface of the workpiece. “Surface treatment” means, for example, a treatment such as sterilization, sterilization or improvement of wettability of the inner or outer surface of the object to be treated, and in a broad sense, organic or inorganic substances on the inner or outer surface of the object to be treated. It means removal of adhered substances such as, and change of physical or chemical properties of the inner or outer surface of the object to be treated. “Change of physical property or chemical property” includes processes such as deposition (deposition) and etching using a plasma reaction. Therefore, the process of depositing a thin film made of a material different from the object to be processed on the inner surface of the object to be processed also corresponds to the “inner surface processing of the object to be processed”.
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、(イ)管状の被処理物の一端から導入された処理ガスを、被処理物の他端から排気してガス流を生成するための真空ポンプと、(ロ)被処理物の一端側に配置され、放電開始初期にガス流に初期プラズマを供給する励起粒子供給系と、(ハ)被処理物を挟むように互いに対峙して配置された第1主電極及び第2主電極と、(ニ)初期プラズマを維持し、被処理物の内部にプラズマ流を生成するデューティ比10−7〜10−1の電気パルス(主パルス)を第1主電極及び第2主電極間に印加するパルス電源、とを備え、プラズマ流に含まれるラジカルにより、被処理物の内面を処理する表面処理装置であることを要旨とする。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, (a) a processing gas introduced from one end of a tubular workpiece is exhausted from the other end of the workpiece to generate a gas flow. And (b) an excited particle supply system that is arranged on one end side of the object to be processed and supplies initial plasma to the gas flow at the beginning of discharge, and (c) opposite each other so as to sandwich the object to be processed. (D) an electric pulse with a duty ratio of 10 −7 to 10 −1 (main pulse) that maintains the initial plasma and generates a plasma flow inside the workpiece. And a pulse power source that applies between the first main electrode and the second main electrode, and a surface treatment apparatus that treats the inner surface of the object to be treated with radicals contained in the plasma flow.
本発明の第2の態様は、(イ)一端が封じられた管状の被処理物の他端に設けた導入配管から一定流量で導入された処理ガスを、他端に設けた排気配管から排気して、被処理物の内部の処理ガスの圧力を処理圧力に維持する真空ポンプと、(ロ)導入配管の一部に配置され、放電開始初期に処理ガスに初期プラズマを供給する励起粒子供給系と、(ハ)被処理物を挟むように互いに対峙して配置された第1主電極及び第2主電極と、(ニ)初期プラズマを維持し、被処理物の内部にプラズマ状態を生成するデューティ比10−7〜10−1の電気パルス(主パルス)を第1主電極及び第2主電極間に印加するパルス電源とを備え、プラズマに含まれるラジカルにより、被処理物の内面を処理する表面処理装置であることを要旨とする。 In the second aspect of the present invention, (a) the processing gas introduced at a constant flow rate from the introduction pipe provided at the other end of the tubular workpiece to be sealed at one end is exhausted from the exhaust pipe provided at the other end. A vacuum pump that maintains the pressure of the processing gas inside the processing object at the processing pressure, and (b) an excited particle supply that is arranged in a part of the introduction pipe and supplies initial plasma to the processing gas at the beginning of discharge. And (c) a first main electrode and a second main electrode arranged to face each other so as to sandwich the object to be processed, and (d) maintaining an initial plasma and generating a plasma state inside the object to be processed And a pulse power source for applying an electric pulse (main pulse) with a duty ratio of 10 −7 to 10 −1 between the first main electrode and the second main electrode, and the inner surface of the object to be processed by radicals contained in the plasma The gist is that it is a surface treatment apparatus to be treated.
本発明の第3の態様は、(イ)一端が封じられた管状の被処理物の他端に接続され、この他端から被処理物の内部に所定の圧力で処理ガスを封入するための真空マニホールド・ユニットと、(ロ)被処理物の他端側に配置され、放電開始初期に処理ガスに励起粒子を注入する励起粒子供給系と、(ハ)被処理物を挟むように互いに対峙して配置された第1主電極及び第2主電極と、(ニ)励起粒子の注入より励起された初期プラズマを維持し、被処理物の内部にプラズマ状態を生成するデューティ比10−7〜10−1の電気パルス(主パルス)を第1主電極及び第2主電極間に印加するパルス電源とを備え、プラズマに含まれるラジカルにより、被処理物の内面を処理する表面処理装置であることを要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, (a) is connected to the other end of a tubular object to be processed whose one end is sealed, and for sealing a processing gas from the other end into the object to be processed at a predetermined pressure. A vacuum manifold unit, (b) an excited particle supply system that is arranged on the other end side of the workpiece, and injects excited particles into the processing gas at the beginning of discharge, and (c) faces each other so as to sandwich the workpiece. The first main electrode and the second main electrode arranged in this manner, and (d) a duty ratio of 10 −7 to 10 to maintain the initial plasma excited by the injection of excited particles and generate a plasma state inside the object to be processed A surface treatment apparatus comprising a pulse power source for applying a 10 −1 electric pulse (main pulse) between a first main electrode and a second main electrode, and processing an inner surface of an object to be processed with radicals contained in plasma. This is the gist.
本発明の第4の態様は、(イ)管状の幹部とこの幹部から分岐した分岐管を有する被処理物において、幹部の一端から導入された処理ガスを、幹部の他端及び分岐管の端部から排気してガス流を生成するための真空ポンプと、(ロ)被処理物の一端側に配置され、放電開始初期にガス流に初期プラズマを供給する励起粒子供給系と、(ハ)被処理物を挟むように互いに対峙して配置された第1主電極及び第2主電極と、(ニ)初期プラズマを維持し、被処理物の内部にプラズマ流を生成するデューティ比10−7〜10−1の電気パルス(主パルス)を第1主電極及び第2主電極間に印加するパルス電源とを備え、プラズマ流に含まれるラジカルにより、被処理物の内面を処理する表面処理装置であることを要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, (i) in a workpiece having a tubular trunk and a branch pipe branched from the trunk, a processing gas introduced from one end of the trunk is supplied to the other end of the trunk and the end of the branch pipe. (B) an excited particle supply system that is arranged on one end side of the object to be processed and supplies initial plasma to the gas flow at the beginning of discharge; A first main electrode and a second main electrode arranged to face each other so as to sandwich the object to be processed; and (d) a duty ratio of 10 −7 for maintaining an initial plasma and generating a plasma flow inside the object to be processed. And a pulse power supply for applying an electric pulse (main pulse) of 10 −1 between the first main electrode and the second main electrode, and a surface processing apparatus for processing the inner surface of the object to be processed by radicals contained in the plasma flow It is a summary.
本発明の第5の態様は、(イ)管状の幹部とこの幹部から分岐した分岐管を有する被処理物において、幹部の一端及び分岐管の端部から導入された処理ガスを、幹部の他端から排気してガス流を生成するための真空ポンプと、(ロ)被処理物の一端側及び分岐管の端部側に配置され、放電開始初期にガス流に励起粒子を注入する励起粒子供給系と、(ハ)被処理物を挟むように互いに対峙して配置された第1主電極及び第2主電極と、(ニ)励起粒子の注入より励起された初期プラズマを維持し、被処理物の内部にプラズマ流を生成するデューティ比10−7〜10−1の電気パルス(主パルス)を第1主電極及び第2主電極間に印加するパルス電源とを備え、プラズマ流に含まれるラジカルにより、被処理物の内面を処理する表面処理装置であることを要旨とする。 According to a fifth aspect of the present invention, (a) in an object to be processed having a tubular trunk and a branch pipe branched from the trunk, the processing gas introduced from one end of the trunk and the end of the branch pipe is transferred to other parts of the trunk. A vacuum pump for evacuating from the end to generate a gas flow; and (b) excited particles that are arranged on one end side of the workpiece and on the end side of the branch tube, and inject the excited particles into the gas flow at the beginning of discharge. And (c) maintaining the initial plasma excited by the injection of the excited particles, and (c) the first main electrode and the second main electrode arranged to face each other so as to sandwich the object to be processed. A pulse power source for applying an electrical pulse (main pulse) having a duty ratio of 10 −7 to 10 −1 for generating a plasma flow inside the workpiece to be applied between the first main electrode and the second main electrode, and included in the plasma flow Surface treatment equipment that treats the inner surface of the object to be treated with radicals And summary that is.
本発明の第6の態様は、(イ)誘電体からなり、長さ10cm以上の管状の被処理物の一端から処理ガスを導入して被処理物の内部にガス流を形成し、該ガス流の圧力を20kPa〜100kPaの範囲の処理圧力に調整するステップと、(ロ)被処理物の一端側から、放電開始初期にガス流に初期プラズマを供給するステップと、(ハ)被処理物を挟むように互いに対峙して配置された電極にデューティ比10−7〜10−1の電気パルス(主パルス)を印加し、初期プラズマにより励起されたプラズマ流を生成するステップとを含み、該記プラズマ流に含まれるラジカルにより、被処理物の内面を処理する表面処理方法であることを要旨とする。 According to a sixth aspect of the present invention, (a) a processing gas is introduced from one end of a tubular object to be processed having a length of 10 cm or more, and a gas flow is formed inside the object to be processed. Adjusting the pressure of the flow to a processing pressure in the range of 20 kPa to 100 kPa, (b) supplying an initial plasma to the gas flow at the beginning of discharge from one end side of the processed object, and (c) the processed object Applying an electrical pulse (main pulse) having a duty ratio of 10 −7 to 10 −1 to electrodes arranged to face each other so as to sandwich the electrode, and generating a plasma flow excited by an initial plasma, The gist of the present invention is a surface treatment method for treating the inner surface of an object to be treated with radicals contained in the plasma flow.
本発明によれば、ラジカルに富んだ非熱平衡低温プラズマを有効に生成し、例えば、長さ数m且つ内径数mmの長尺細管を含む種々の被処理物の内面処理が可能な表面処理装置を提供することができる。 According to the present invention, a surface treatment apparatus that can effectively generate radical-rich non-thermal equilibrium low-temperature plasma and can treat the inner surface of various objects to be processed including, for example, long tubes with a length of several meters and an inner diameter of several millimeters. Can be provided.
次に、図面を参照して、本発明の第1〜第10の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Next, first to tenth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す第1〜第10の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Further, the following first to tenth embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is a component part. The material, shape, structure, arrangement, etc. are not specified below. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope described in the claims.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る表面処理装置は、図1及び図2に示すように、誘電体からなる管状の被処理物21の一端から導入された処理ガスを排気し、被処理物21の内部のガス流の圧力を処理圧力に設定するために、被処理物21の他端に設けられた真空ポンプ32と、被処理物21の一端側に配置され、放電開始初期にガス流に初期プラズマを供給する励起粒子供給系(16,17,18)と、被処理物21を挟むように互いに対峙して配置され、平行平板電極を構成する第1主電極(陽極)11及び第2主電極(陰極)12と、初期プラズマを維持し、被処理物21の内部にプラズマ流を形成する電気パルス(主パルス)を第1主電極11及び第2主電極12間に印加するパルス電源14とを備える。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the surface treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention exhausts a processing gas introduced from one end of a
図1及び図2では、下側に記載した第2主電極(陰極)12を接地して陰極とし、上側に記載した第1主電極(陽極)11を陽極として高圧を印加した状態として例示している。但し、図面は模式的なものであり、図の上下関係、左右関係は任意に選択して表現することが可能である。例えば、下側に記載した第2主電極12を陽極、上側に記載した第1主電極11を陰極とするような表示も理論上可能である。第2主電極12を接地したまま、単純に電源の出力パルスの極性を反転すれば、第1主電極11を陰極にすることができる。 又、電源の出力パルスを反転せずに,第1主電極11を接地し、 第2主電極12に高圧を印加すれば,第1主電極11を陰極とすることができる。
In FIG. 1 and FIG. 2, the second main electrode (cathode) 12 described below is grounded as a cathode, and the first main electrode (anode) 11 described above is used as an anode, and a high voltage is applied as an example. ing. However, the drawings are schematic, and the vertical and horizontal relationships in the drawings can be arbitrarily selected and expressed. For example, a display in which the second
第1の実施の形態に係る表面処理装置において、管状の被処理物21としては、長さ4〜7m以上の長尺、且つ内径7〜5mm以下の細管でも処理可能であるが、長さ4m以下、内径7mm以上であっても処理可能であることは、以下の説明から理解できるであろう。特に、非特許文献1に記載されているマイクロプラズマジェットの長さは、高々数cmであるので、長さ10cm程度でも、第1の実施の形態に係る表面処理装置は非特許文献1に記載されている方法に比して十分有利な効果を奏することが可能である。即ち、非特許文献1に記載されている技術を鑑みれば、プラズマの分野では、内径7〜5mm以下であれば、10cm程度以上の長さの被処理物21を「長尺細管」と定義できる。尚、被処理物21の断面形状は円形に限定されるものではなく、矩形を含む多角形等でも構わないが、長尺細管の場合には、工業的には、円形断面の場合が多いであろう。尚、「長尺細管」の代表的なものとしては内視鏡(ファイバースコープ)のような医療機器があるが、他にも自動販売機等に用いられている飲料水を通す細管等、種々の細管が含まれる。
In the surface treatment apparatus according to the first embodiment, the
被処理物21が内径数mm程度以下,長さ数m程度以上のフレキシブルな長尺細管であり、しかも被処理物21の長さが既知(一定)である場合は、図3に示すように、陰極として用いている第2主電極12の上に、高純度石英ガラス等の第2主電極被覆絶縁膜23を設け、この第2主電極被覆絶縁膜23の上面に図3(a)に示すような蛇行した被処理物ガイド溝22を設けておいても良い。即ち、図3(b)に示すように、この蛇行した被処理物ガイド溝22に、フレキシブルな被処理物21を1カ所若しくは長さに応じて複数箇所で折り曲げて埋め込むように収納すれば良い。図3(a)に示す蛇行した被処理物ガイド溝22は、被処理物21の長さに応じて設計すれば良いので、医療器具等の場合のように、被処理物21の長さが複数規定されていれば、それぞれの長さに合わせて、被処理物ガイド溝22を有する第2主電極被覆絶縁膜23を用意すれば良い。もっとも、図3に示す被処理物ガイド溝22は一例であり、平坦な第2主電極被覆絶縁膜23の上面に被処理物21を複数箇所で固定するフック構造等の凸部を設けた構造やねじ止め構造等、種々の構造が採用可能である。
When the
被処理物21がフレキシブルな長尺細管であれば、図3に示す構造ではなく、被処理物21の一端及び他端に、被処理物21を巻き込む第1及び第2のリールを設け、第1のリールから被処理物21を巻き戻し、第2のリールで被処理物21を巻き上げて順次、部分的に被処理物21の内部の表面処理をするようにしても良い。したがって、図1では、あたかも被処理物21の全長と第1主電極11及び第2主電極12の長さがほぼ等しいかのように図示しているが、被処理物21の可とう性、屈曲性や伸縮性等の材料的な性質に応じて、被処理物21の全長と第1主電極11及び第2主電極12の長さとの関係は任意に設計可能である。
If the
励起粒子供給系(16,17,18)は、被処理物21の上流側を挟むように互いに対峙して配置され、平行平板電極を構成する第1補助電極17及び第2補助電極18と、初期プラズマを引き起こす電気パルス(補助パルス)を第1補助電極17及び第2補助電極18間に印加する補助パルス電源16とを備える。励起粒子供給系(16,17,18)は、放電開始電圧を低下させ,被処理物21内でのプラズマ生成を容易にするために初期プラズマを供給するものである。励起粒子供給系(16,17,18)で生成されたプラズマや荷電粒子等が,拡散及び処理ガスの流れにより被処理物21内に到達するだけではなく,励起粒子供給系(16,17,18)で生成されたプラズマからの放射が被処理物21内の中性粒子を光電離することも期待できる。一旦,被処理物21内でプラズマが生成され,荷電粒子の密度が十分大きければ,被処理物21内の電界だけで放電が実現され、プラズマを維持できる。この状況では,励起粒子供給系(16,17,18)は、もはや必要とされない。したがって,励起粒子供給系(16,17,18)はプラズマ生成開始時にだけ使用すれば良い。
The excited particle supply system (16, 17, 18) is arranged to face each other so as to sandwich the upstream side of the
尚、励起粒子供給系は、放電開始初期にガス流に初期プラズマを供給することができれば良いので、必ずしも、図1に例示したような平行平板電極構造に限定されるものではなく、インダクティブなプラズマ源等他の構造で初期プラズマを励起しても構わない。 The excited particle supply system only needs to be able to supply the initial plasma to the gas flow at the beginning of discharge, and is not necessarily limited to the parallel plate electrode structure illustrated in FIG. The initial plasma may be excited by another structure such as a source.
初期プラズマの励起後、図1に示す表面処理装置は、放電で発生したプラズマに含まれるラジカルにより、被処理物21の内面を処理する。第1の実施の形態に係る表面処理装置においては、被処理物21には上流から処理ガスとして高純度窒素ガスが供給されるが、「処理ガス」は必ずしも窒素ガスに限定されるものではない。例えば、被処理物21の内面の殺菌、滅菌等の目的のためには、塩素(Cl2)若しくは塩素を含む化合物のガス、より一般的にはハロゲン系の化合物ガス等の種々の活性なガス若しくは、これらの活性なガスのいずれかと窒素ガスの混合ガス等他のガスでも構わない。この他のガスには、その表面処理の目的に応じて、酸素(O2)若しくは酸素を含む化合物のガス等でも良い。処理ガスの純度や露点等は、表面処理の目的に応じて適宜選択すれば良い。
After the excitation of the initial plasma, the surface treatment apparatus shown in FIG. 1 treats the inner surface of the
第1の実施の形態に係る表面処理装置においては、図1に示すように、被処理物21には上流から処理ガスが供給され,下流に設けられた真空ポンプ32により,処理ガスが被処理物21内を流れると共に,被処理物21内は大気圧以下の処理圧力に保たれる。このため、図1では図示を省略しているが、詳細には圧力計及び排気コンダクタンスを調整するバリアブルコンダクタンスバルブ等を設ければ良いことは、当業者に容易に理解できるであろう。例えば、圧力計及び流量を制御するマスフローコントローラを図2に示す吸気アダプタ24に設け、排気コンダクタンスを調整するバリアブルコンダクタンスバルブを図2に示す排気アダプタ28に設けるようにしても良い。又、圧力計を排気アダプタ28側に設けても良い。
In the surface treatment apparatus according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, a treatment gas is supplied to the workpiece 21 from upstream, and the treatment gas is treated by a
尚、図2に示す吸気アダプタ24は、図示を省略したガスボンベ等の処理ガスの供給源と被処理物21の一端とを真空機密性を維持して接続する接続継ぎ手等の配管である。又、排気アダプタ28は、図1に示す真空ポンプ32と被処理物21の他端とを真空機密性を維持して接続する接続継ぎ手等の配管である。吸気アダプタ24及び排気アダプタ28は、周知のガス配管継ぎ手や真空部品等を被処理物21の材質、形状や寸法に応じて、適宜変更を加えて、設計すれば良い。
The intake adapter 24 shown in FIG. 2 is a pipe such as a connection joint that connects a supply source of a processing gas such as a gas cylinder (not shown) and one end of the
第1主電極11b及び第2主電極12間には、図4に示すような高繰り返しの高電圧パルスが印加される。図4(a)には、電気パルス(主パルス)のパルス幅として半値幅で300nsの場合を例示したが、主パルスのパルス幅としては、半値幅で50〜300ns程度が好適である。第1の実施の形態に係る表面処理装置においては、平行平板電極を構成する第1主電極11と第2主電極12間の距離を15mmとした場合、高電圧パルスの繰り返し周波数2kHz,電圧波高値24kV程度が、好適である。又,被処理物21内の圧力は約30kPa程度,窒素ガス流量は1SLM程度が好適である。高電圧パルスの繰り返し周波数2kHzの場合は、図4に示すように繰り返し周期が500μsであり、デューティ比は0.3/500=0.006となるので、高周波放電の場合のように、熱プラズマが生成されることなく、非熱平衡低温プラズマが安定且つ効率良く生成される。本発明の第1の実施の形態に係る表面処理装置においては、デューティ比を〜程度に設定できる。デューティ比が0.001以下では放電が不安定になり、デューティ比が0.02以上では、熱プラズマの影響が見えてくるので好ましくない。好ましくはデューティ比を0.003〜0.01程度にすれば良い。尚、被処理物21内に低温プラズマを生成するためには、低周波交流電界によるバリヤ放電でも可能であるが,大きな入力が期待できない。
A high-repetition high voltage pulse as shown in FIG. 4 is applied between the first
第1の実施の形態に係る表面処理装置によれば、デューティ比を〜程度に設定できるので、非常に微細な加工をした光学系や金属を含む内視鏡のような医療器具であっても、金属部分が相当の高温に上昇し、それによって光学系に狂いが生じるなどの問題も回避できる。 According to the surface treatment apparatus according to the first embodiment, since the duty ratio can be set to about ~, even a medical instrument such as an optical system or a metal-containing endoscope that has been subjected to very fine processing. In addition, problems such as the metal part rising to a considerably high temperature and causing the optical system to go wrong can be avoided.
平行平板電極を構成する第1主電極11と第2主電極12内に,電極面に平行に誘電体からなる被処理物21を入れた場合,誘電体の誘電率ε2が気体の誘電率ε1(比誘電率1)よりも大きければ,おおよその電界分布は図5のようになる。図5の第1主電極11と第2主電極12の中央を通る中心線の近傍(中心部)の電界強度は,図5に示すほぼ平行な直線で示すことが可能で、誘電体からなる被処理物21の内部,外部で同じになる。絶縁破壊電界は空間の大きさにも依存するので,若しくは被処理物21内外の気圧が同じであれば,被処理物21内では絶縁破壊電界が大きくなる。したがって,誘電体からなる被処理物21の内部で放電を起こさせるためには,被処理物21内部の絶縁破壊電圧を何らかの方法で下げておく必要がある。その一つの方法は,パッシェンカーブの右側領域での放電の場合に,被処理物21内部の気体圧力を下げることである。
When the
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る表面処理装置は、図6に示すように、誘電体からなる管状の被処理物21を挟むように互いに対峙して配置され、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11b及び第2主電極12と、被処理物21の外面を含む密閉空間にファインストリーマ放電を引き起こす電気パルス(主パルス)を第1主電極11b及び第2主電極12間に印加するパルス電源14とを備える。「全体として平行平板電極を構成する」と記載したのは、図6に示すように、第1主電極11bが平板構造ではなく、T型の凸部が周期的に配列され、それぞれのT型の先端を放電箇所としているからである。この場合は、第1主電極11bは複数の棒状(線状)の電極を並列に周期配置した梯子型の電極に等価であるが、第1主電極11bと第2主電極12とのなす全体の構造は、おおよそ「平行平板電極」と近似することができるという意味である。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 6, the surface treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention is disposed so as to face each other so as to sandwich a
第2の実施の形態に係る表面処理装置は、管状の被処理物21の外面を囲む密閉空間を構成する処理室(23,53,54,62)と、陽極としての第1主電極11b側から処理ガスを、処理室(23,53,54,62)の内部から、陰極としての第2主電極12側に向かってシャワー状に給気し、被処理物21の他端(下流側)側近傍の処理室(23,53,54,62)から処理ガスを排気する雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)を更に備える点で、第1の実施の形態に係る表面処理装置とは異なる。尚、処理室(23,53,54,62)の排気側配管63は、図6に示す被処理物21の他端(下流側)側近傍に限定されるものではなく、処理室(23,53,54,62)の他の箇所でも構わない。雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)は、図6に示すように吸気側調整室62、吸気側調整室62に接したガス供給層65、ガス供給層65の表面に設けられ、複数のガス供給穴66bを有する第1電極(第1主電極)保護層25bを備える。ガス供給層65は、吸気側調整室62からの処理ガスを均一に分布させて透過させるように、多孔質セラミックからなる。吸気側調整室62は、扁平な直方体をなし、直方体の6面中の5面が金属で構成され、残る1面(図6の断面図において左側の面)をガス供給層65が閉じている。複数のガス供給穴66は、第1電極(第1主電極)保護層25bを貫通するテーパ状の貫通穴であり、図7に示すように、一定ピッチで2次元マトリクス状に配置されている。一方、第2電極(第2主電極)12の上に、高純度石英ガラス等の第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23が設けられている。
The surface treatment apparatus according to the second embodiment includes a treatment chamber (23, 53, 54, 62) that forms a sealed space surrounding the outer surface of the
処理室(23,53,54,62)は、第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23と、処理室底蓋53と、処理室上蓋54と、吸気側調整室62とで直方体の4面を構成し、図6の紙面の手前と奥にそれぞれ対向配置された側板(図示省略)が直方体の残る2面を構成している。即ち、処理室上蓋54及び処理室底蓋53が、それぞれ第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23と吸気側調整室62と図6の紙面の手前と奥にそれぞれ対向配置された2枚の側板(図示省略)が構成する箱形の空間の上端と下端とに密着し、密閉空間を構成している。 処理室上蓋54には、被処理物21の一端(上流側)を密閉状態で保持する上部被処理物保持具52が接続され、処理室底蓋53には、被処理物21の他端(下流側)を密閉状態で保持する底部被処理物保持具51が接続されている。上部被処理物保持具52及び底部被処理物保持具51は、周知のガス配管継ぎ手や真空部品等に用いられている構造を、被処理物21の材質、形状や寸法に応じて、適宜変更を加えて、設計すれば良い。
The processing chamber (23, 53, 54, 62) is a rectangular parallelepiped made up of the second electrode (second main electrode) covering insulating
更に、第2の実施の形態に係る表面処理装置は、図6に示すように処理ガスを収納するガスボンベ等のガス源33と、このガス源33に接続された吸気側配管61と、吸気側配管61に接続された吸気側バルブ41とを備える。吸気側バルブ41には、ガスの流量調整が容易なニードルバルブ等を採用することが好ましい。尚、図示を省略しているが、上部被処理物保持具52及び底部被処理物保持具51の少なくとも一方にガス導入用のバルブを設けても良い。
Further, as shown in FIG. 6, the surface treatment apparatus according to the second embodiment includes a
処理室(23,53,54,62)には、ガス源33から吸気側配管61、吸気側バルブ41及び吸気側調整室62を介して、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から処理ガスがシャワー状に均一化されて供給される。雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から処理室(23,53,54,62)の内部に供給された処理ガスは、処理室(23,53,54,62)の排気側配管63から排気される。このため、図6に示すように、第2の実施の形態に係る表面処理装置では、管状の被処理物21の他端(下流側)側の処理室(23,53,54,62)の排気側配管63に処理室(23,53,54,62)を減圧する真空ポンプ31を備える。真空ポンプ31は、排気側配管63及び排気側バルブ42を介して、処理室(23,53,54,62)に接続されている。排気側バルブ42は、排気コンダクタンスが調整可能なバリアブルコンダクタンスバルブを用いるのが好ましい。
The processing chambers (23, 53, 54, 62) are supplied from the atmosphere adjustment means (62, 65, 66 b, 25 b) from the
図6では、第2主電極12が接地され陰極として機能し、対応して第1主電極11bに高圧が印加され陽極として機能している場合を例示している。パルス電源14の極性を逆にして、第2主電極12を陽極、第1主電極11bを陰極としても良い。第1主電極11bを陰極とした場合は、第1主電極11bを板状電極として接地され、第2主電極12を梯子型電極として高圧が印加され、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)は第2主電極12側に設けられる。
FIG. 6 illustrates a case where the second
第1の実施の形態と同様に、第2の実施の形態に係る表面処理装置において、管状の被処理物21としては、長さ4〜7m以上の長尺、且つ内径7〜5mm以下の細管でも処理可能であるが、長さ4m以下、内径7mm以上であっても処理可能である。又、被処理物21の断面形状は円形に限定されるものではないことは、第1の実施の形態で説明した通りである。図示を省略しているが、被処理物21がフレキシブルな長尺細管であれば、被処理物21の一端(上流側)及び他端(下流側)に、被処理物21を巻き込む第1及び第2のリールを設け、第1のリールから被処理物21を巻き戻し、第2のリールで被処理物21を巻き上げて順次、部分的に被処理物21の外面の表面処理をするようにしても良いが、この場合は、第1及び第2のリールを処理室(23,53,54,62)の内部に収納する構造が好ましい。
Similarly to the first embodiment, in the surface treatment apparatus according to the second embodiment, the
第2の実施の形態に係る表面処理装置においては、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)を介してシャワー状に供給する処理ガスとして高純度窒素ガスが供給されるが、「処理ガス」は必ずしも窒素ガスに限定されるものではない。例えば、被処理物21の外面の殺菌、滅菌等の目的のためには、ハロゲン系の化合物ガス等の種々の活性なガス若しくは、これらの活性なガスのいずれかと窒素ガスの混合ガス等、種々の他のガスが採用可能である。
In the surface treatment apparatus according to the second embodiment, high-purity nitrogen gas is supplied as a treatment gas to be supplied in a shower form via the atmosphere adjusting means (62, 65, 66b, 25b). "Is not necessarily limited to nitrogen gas. For example, for the purpose of sterilization and sterilization of the outer surface of the
第1主電極11b及び第2主電極12間には、図4に示すような高繰り返しの高電圧パルスが印加される。図4(a)には、電気パルス(主パルス)のパルス幅として半値幅で300nsの場合を例示したが、主パルスのパルス幅としては、10〜500ns程度が好適である。第2の実施の形態に係る表面処理装置においては、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11bと第2主電極12間の距離を15mmとした場合、高電圧パルスの繰り返し周波数2kHz,電圧波高値24kV程度が、好適である。高電圧パルスの繰り返し周波数2kHzの場合は、図4に示すように繰り返し周期が500μsであり、デューティ比は0.3/500=0.006となるので、高周波放電の場合のように、熱プラズマが生成されることなく、非熱平衡低温プラズマが安定且つ効率良く生成される。パルス幅は陽極・陰極間の間隔と密接な適正関係を有する。放電電極間に電圧印加開始され、放電開始から電圧印加時間経過とともに放電はグロー放電からストリーマー放電、更にファインストリーマ放電を経てアーク放電に至る。電流と熱損失、電極磨耗を伴うアーク放電に至らずプラズマ入力パワーを最大にする放電はファインストリーマ放電と考える。そのためには適切なパルス幅が存在する。アーク放電に至る前にパルス電圧印加がなくなるよう、陽極・陰極間間隔、放電状態に合わせ設定されるのが理想的である。
A high-repetition high voltage pulse as shown in FIG. 4 is applied between the first
被処理物21の外面を囲む密閉空間で放電を起こさせるためには,処理室(23,53,54,62)の内部の気体圧力P2を、大気圧P3=101kPaと等しいか80〜90kPa程度に大気圧P3よりも極く僅か低い値に下げるように、吸気側バルブ41及び排気側バルブ42を調整すれば良い。そして、処理室(23,53,54,62)には、ガス源33から吸気側配管61及び吸気側バルブ41を介して、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から処理ガスがシャワー状に供給された状態で、第1主電極11b及び第2主電極12間には、図4に示すような高繰り返しの高電圧パルスが印加すれば、ファインストリーマ放電により、非熱平衡低温プラズマが、処理室(23,53,54,62)の内部に形成され、被処理物21の外面の表面処理が達成される。
In order to cause discharge in a sealed space surrounding the outer surface of the
<第2の実施の形態の第1変形例>
本発明の第2の実施の形態の第1変形例に係る表面処理装置は、図8に示すように、誘電体からなる管状の被処理物21を挟むように互いに対峙して配置され、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11c及び第2主電極12と、処理室(23,53,54,62)にファインストリーマ放電を引き起こす電気パルス(主パルス)を第1主電極11c及び第2主電極12間に印加するパルス電源14とを備える点では、図6に示す構造と同様である。「全体として平行平板電極を構成する」と記載したのは、図8に示すように、第1主電極11cが、複数の棒状(線状)の電極を並列に周期配置した梯子型構造をなしているが、第1主電極11cと第2主電極12とのなす全体の構造は、おおよそ「平行平板電極」と近似することができるという意味である。図6と同様に、処理室(23,53,54,62)は、第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23と、処理室底蓋53と、処理室上蓋54と、吸気側調整室62とで直方体の4面を構成し、図8の紙面の手前と奥にそれぞれ対向配置された側板(図示省略)が直方体の残る2面を構成している。
<First Modification of Second Embodiment>
As shown in FIG. 8, the surface treatment apparatus according to the first modification of the second embodiment of the present invention is disposed so as to face each other so as to sandwich a
第2の実施の形態の第1変形例に係る表面処理装置は、陽極としての第1主電極11c側から処理ガスを、陰極としての第2主電極12側に向かってシャワー状に給気し、処理室(23,53,54,62)の排気側配管63から処理ガスを排気する雰囲気調整手段(62,27、66c)の構造が、図6に示す構造とは異なる。雰囲気調整手段(62,27、66c)は、図8に示すように吸気側調整室62、吸気側調整室62からの処理ガスを複数のガス供給穴66cを介して供給する処理室側壁27を備えるが、タングステン(W)、インコネル等の金属からなる棒状(線状)の第1主電極11cが複数本、放電空間に露出している点で、金属による汚染が問題となるが、金属による汚染を問題としない用途であれば、図6に示す構造よりも簡便で安価に製造できる利点がある。複数のガス供給穴66cは、処理室側壁27を貫通する貫通穴であり、図7に示したのと同様に、ファインストリーマ放電の分布に合わせて、一定ピッチで2次元マトリクス状に配置されるが、実際には、第1主電極11cの配置のピッチに合わせれば良い。一方、第2電極(第2主電極)12の上に、高純度石英ガラス等の第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23が設けられている。
The surface treatment apparatus according to the first modification of the second embodiment supplies the processing gas from the first
更に、第2の実施の形態の第1変形例に係る表面処理装置は図8に示すように、処理ガスを収納するガスボンベ等のガス源33と、このガス源33に接続された吸気側配管61と、吸気側配管61に接続された吸気側バルブ41とを備える。吸気側バルブ41には、ガスの流量調整が容易なニードルバルブ等を採用することが好ましい。
Further, as shown in FIG. 8, the surface treatment apparatus according to the first modification of the second embodiment includes a
処理室(23,53,54,62)には、ガス源33から吸気側配管61及び吸気側バルブ41を介して、雰囲気調整手段(62,27、66c)から処理ガスがシャワー状に均一化されて供給される。雰囲気調整手段(62,27、66c)から供給された処理ガスは、処理室(23,53,54,62)の排気側配管63から排気される。このため、図8に示すように、第2の実施の形態の第1変形例に係る表面処理装置では、管状の被処理物21の他端(下流側)側に処理室(23,53,54,62)の内部を減圧する真空ポンプ31を備える。真空ポンプ31は、排気側配管63及び排気側バルブ42を介して、処理室(23,53,54,62)に接続されている。排気側バルブ42は、排気コンダクタンスが調整可能なバリアブルコンダクタンスバルブを用いるのが好ましい。
In the processing chambers (23, 53, 54, 62), the processing gas from the atmosphere adjusting means (62, 27, 66 c) is made uniform in a shower shape from the
処理室上蓋54には、管状の被処理物21の一端(上流側)を密閉状態で保持する上部被処理物保持具52が接続され、処理室底蓋53には、被処理物21の他端(下流側)を密閉状態で保持する底部被処理物保持具51が接続されている。上部被処理物保持具52及び底部被処理物保持具51は、周知のガス配管継ぎ手や真空部品等に用いられている構造を、被処理物21の材質、形状や寸法に応じて、適宜変更を加えて、設計すれば良い。
Connected to the processing chamber
図8では、第2主電極12を接地して陰極として用い、第1主電極11cに高圧を印加して陽極として用いる場合を例示しているが、パルス電源14の極性を反転させ、第2主電極12を陽極、第1主電極11cを陰極としても良い。第1主電極11cを陰極とした場合は、第1主電極11cを板状電極として接地され、第2主電極12を梯子型電極として高圧が印加され、雰囲気調整手段(62,27、66c)は第2主電極12側に設けられる。
FIG. 8 illustrates a case where the second
第1の実施の形態と同様に、第2の実施の形態の第1変形例に係る表面処理装置において、管状の被処理物21としては、長さ4〜7m以上の長尺、且つ内径7〜5mm以下の細管でも処理可能であるが、長さ4m以下、内径7mm以上であっても処理可能である。又、被処理物21の断面形状は円形に限定されるものではないことは、第1の実施の形態で説明した通りである。図示を省略しているが、被処理物21がフレキシブルな長尺細管であれば、被処理物21の一端(上流側)及び他端(下流側)に、被処理物21を巻き込む第1及び第2のリールを設け、第1のリールから被処理物21を巻き戻し、第2のリールで被処理物21を巻き上げて順次、部分的に被処理物21の外面の表面処理をするようにしても良いが、この場合は、第1及び第2のリールを処理室(23,53,54,62)の内部に収納する構造が好ましい。
Similarly to the first embodiment, in the surface treatment apparatus according to the first modification of the second embodiment, the
第2の実施の形態の第1変形例に係る表面処理装置においては、雰囲気調整手段(62,27、66c)を介してシャワー状に供給する処理ガスとして高純度窒素ガスが供給されるが、「処理ガス」は必ずしも窒素ガスに限定されるものではない。例えば、管状の被処理物21の内面及び外面の殺菌、滅菌等の目的のためには、ハロゲン系の化合物ガス等の種々の活性なガス若しくは、これらの活性なガスのいずれかと窒素ガスの混合ガス等、種々の他のガスが採用可能である。
In the surface treatment apparatus according to the first modification of the second embodiment, high-purity nitrogen gas is supplied as a treatment gas to be supplied in a shower form via the atmosphere adjustment means (62, 27, 66c). The “processing gas” is not necessarily limited to nitrogen gas. For example, for the purpose of sterilization and sterilization of the inner and outer surfaces of the
第1主電極11c及び第2主電極12間には、図4に示すような高繰り返しの高電圧パルスが印加される。図4(a)には、電気パルス(主パルス)のパルス幅として半値幅で300nsの場合を例示したが、主パルスのパルス幅としては、半値幅で10〜500n程度が好適である。第2の実施の形態の第1変形例に係る表面処理装置においては、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11cと第2主電極12間の距離を15mmとした場合、高電圧パルスの繰り返し周波数2kHz,電圧波高値24kV程度が、好適である。高電圧パルスの繰り返し周波数2kHzの場合は、図4に示すように繰り返し周期が500μsであり、デューティ比は0.3/500=0.006となるので、高周波放電の場合のように、熱プラズマが生成されることなく、非熱平衡低温プラズマが安定且つ効率良く生成される。
A high voltage pulse as shown in FIG. 4 is applied between the first
処理室(23,53,54,62)の内部で放電を起こさせるためには,処理室(23,53,54,62)の内部の気体圧力P2を、大気圧P3=101kPaと等しいか80〜90kPa程度に大気圧P3よりも極く僅か低い値に下げるように、吸気側バルブ41及び排気側バルブ42を調整すれば良い。そして、処理室(23,53,54,62)には、ガス源33から吸気側配管61及び吸気側バルブ41を介して、雰囲気調整手段(62,27、66c)から処理ガスがシャワー状に供給された状態で、第1主電極11c及び第2主電極12間には、図4に示すような高繰り返しの高電圧パルスが印加すれば、ファインストリーマ放電により、非熱平衡低温プラズマが、処理室(23,53,54,62)の内部に形成され、被処理物21の外面の表面処理が達成される。
In order to cause discharge inside the processing chamber (23, 53, 54, 62), the gas pressure P 2 inside the processing chamber (23, 53, 54, 62) is equal to the atmospheric pressure P 3 = 101 kPa. The
<第2の実施の形態の第2変形例>
本発明の第2の実施の形態の第2変形例に係る表面処理装置は、図9に示すように、誘電体からなる管状の被処理物21を挟むように互いに対峙して配置され、全体として平行平板電極を構成する第1主電極(陽極)11d及び第2主電極12と、処理室(23,53,54,62)にファインストリーマ放電を引き起こす電気パルス(主パルス)を第1主電極11d及び第2主電極12間に印加するパルス電源14とを備える点では、図6に示す構造と同様である。「全体として平行平板電極を構成する」と記載したのは、図9に示すように、第1主電極11dが平板構造ではなく、T型の凸部が周期的に配列され、それぞれのT型の先端を放電箇所としているからである。この場合は、第1主電極11dは複数の棒状(線状)の電極を並列に周期配置した梯子型の電極に等価であるが、第1主電極11dと第2主電極12とのなす全体の構造は、おおよそ「平行平板電極」と近似することができるという意味である。
<Second Modification of Second Embodiment>
As shown in FIG. 9, the surface treatment apparatus according to the second modification of the second embodiment of the present invention is disposed so as to face each other so as to sandwich a tubular object to be treated 21 made of a dielectric. The first main electrode (anode) 11d and the second
第2の実施の形態の第2変形例に係る表面処理装置は、陽極としての第1主電極11d側から処理ガスを、陰極としての第2主電極12側に向かってシャワー状に給気し、処理室(23,53,54,62)の排気側配管63から処理ガスを排気する雰囲気調整手段(62,25d、66d)の構造が、図6に示す構造とは異なる。図8に示した第1変形例では、W等の金属からなる棒状(線状)の第1主電極11cが複数本、放電空間に露出している点で、金属による汚染が問題となったが、本発明の第2の実施の形態の第2変形例に係る表面処理装置では、第1主電極11cの表面をアルミナ等の第1電極(第1主電極)保護層25dが被覆しているので、金属による汚染は抑制される。このため、雰囲気調整手段(62,25d、66d)は、図9に示すように吸気側調整室62、第1電極(第1主電極)保護層25d、吸気側調整室62からの処理ガスを第1電極(第1主電極)保護層25dに設けられた複数のガス供給穴66dから構成される。複数のガス供給穴66dは、図7に示したのと同様に、ファインストリーマ放電の分布に合わせて、一定ピッチで2次元マトリクス状に配置されるが、第1主電極11cの配置のピッチに合わせれば良い。第2電極(第2主電極)12の上に、高純度石英ガラス等の第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23が設けられている。
The surface treatment apparatus according to the second modification of the second embodiment supplies the processing gas from the first
他は、第2の実施の形態に係る表面処理装置と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。 Others are substantially the same as those of the surface treatment apparatus according to the second embodiment, and a duplicate description is omitted.
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態に係る表面処理装置は、図10に示すように、誘電体からなる管状の被処理物21の一端(上流側)から導入された処理ガスを排気し、被処理物21の内部のガス流の圧力を処理圧力に設定するために、被処理物21の他端(下流側)に設けられた真空ポンプ(第1ポンプ)32と、被処理物21の一端(上流側)側に配置され、放電開始初期にガス流に初期プラズマを供給する励起粒子供給系(17,18)と、被処理物21を挟むように互いに対峙して配置され、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11b及び第2主電極12と、初期プラズマを維持し、被処理物21の内部にプラズマ流を引き起こす電気パルス(主パルス)を第1主電極11b及び第2主電極12間に印加するパルス電源14とを備える。ここで、「全体として平行平板電極を構成する」と記載したのは、図10に示すように、第1主電極11bが平板構造ではなく、T型の凸部が周期的に配列され、それぞれのT型の先端を放電箇所としているからである。この場合は、第2の実施の形態で説明したように、第1主電極11bは複数の棒状(線状)の電極を並列に周期配置した梯子型の電極に等価とみなせるが、第1主電極11bと第2主電極12とのなす全体の構造は、おおよそ「平行平板電極」と近似することができるという意味である。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 10, the surface treatment apparatus according to the third embodiment of the present invention exhausts a processing gas introduced from one end (upstream side) of a
第3の実施の形態に係る表面処理装置は、第2の実施の形態に係る表面処理装置と同様に、陽極としての第1主電極11b側から処理ガスを、陰極としての第2主電極12側に向かってシャワー状に給気し、処理室(23,53,54,62)の第2排気側配管63から処理ガスを排気する雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)を更に備える点で、第1の実施の形態に係る表面処理装置とは異なる。処理室(23,53,54,62)は、第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23と、処理室底蓋53と、処理室上蓋54と、吸気側調整室62とで直方体の4面を構成し、図10の紙面の手前と奥にそれぞれ対向配置された側板(図示省略)が直方体の残る2面を構成している。吸気側調整室62は、扁平な直方体をなし、直方体の6面中の5面が金属で構成され、残る1面(図10の断面図において左側の面)をガス供給層65が閉じている。
Similar to the surface treatment apparatus according to the second embodiment, the surface treatment apparatus according to the third embodiment uses the processing gas from the first
雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)は、図10に示すように吸気側調整室62、吸気側調整室62からの処理ガスを均一に分布させて透過させる多孔質セラミックからなるガス供給層65、ガス供給層65の表面に設けられ、複数のガス供給穴66bを有する第1電極(第1主電極)保護層25bを備える。複数のガス供給穴66は、第1電極(第1主電極)保護層25bを貫通するテーパ状の貫通穴であり、図7に示すように、一定ピッチで2次元マトリクス状に配置されている。一方、第2電極(第2主電極)12の上に、高純度石英ガラス等の第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23が設けられている。
As shown in FIG. 10, the atmosphere adjusting means (62, 65, 66b, 25b) is a gas supply made of porous ceramic that allows the processing gas from the intake
更に、第3の実施の形態に係る表面処理装置は図10に示すように、処理ガスを収納するガスボンベ等のガス源33と、このガス源33に接続された第1吸気側配管67及び第2吸気側配管61と、第1吸気側配管67に接続された第1吸気側バルブ43と、第2吸気側配管61に接続された第2吸気側バルブ41とを備える。第1吸気側バルブ43、第2吸気側バルブ41には、ガスの流量調整が容易なニードルバルブ等を採用することが好ましい。
Furthermore, as shown in FIG. 10, the surface treatment apparatus according to the third embodiment includes a
管状の被処理物21の内部にはガス源33から第1吸気側配管67及び第1吸気側バルブ43を介して、上流側から処理ガスが供給され,下流に設けられた真空ポンプ(第2ポンプ)31により,処理ガスが被処理物21内を流れ、被処理物21内は20〜30kPa程度の大気圧に近いが、大気圧以下の処理圧力に保たれる。
A processing gas is supplied from the upstream side to the inside of the
一方、処理室(23,53,54,62)には、ガス源33から第2吸気側配管61及び第2吸気側バルブ41を介して、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から処理ガスがシャワー状に均一化されて供給される。雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から供給された処理ガスは、処理室(23,53,54,62)の第2排気側配管63から排気される。このため、図10に示すように、第3の実施の形態に係る表面処理装置では、管状の被処理物21の他端(下流側)側に被処理物21の外面を囲む空間を減圧する第2の真空ポンプ(第2ポンプ)31を備える。第2の真空ポンプ(第2ポンプ)31は、第2排気側配管63及び第2排気側バルブ42を介して、処理室(23,53,54,62)に接続されている。一方、第1の真空ポンプ(第1ポンプ)32は、第1排気側配管68及び第1排気側バルブ44を介して、被処理物21の他端(下流側)に接続されている。第1排気側バルブ44、及び第2排気側バルブ42は、排気コンダクタンスが調整可能なバリアブルコンダクタンスバルブを用いるのが好ましい。
On the other hand, the process chambers (23, 53, 54, 62) are supplied from the atmosphere adjusting means (62, 65, 66 b, 25 b) from the
処理室上蓋54には、管状の被処理物21の一端(上流側)を密閉状態で保持する上部被処理物保持具52が接続され、処理室底蓋53には、被処理物21の他端(下流側)を密閉状態で保持する底部被処理物保持具51が接続されている。上部被処理物保持具52及び底部被処理物保持具51は、周知のガス配管継ぎ手や真空部品等に用いられている構造を、被処理物21の材質、形状や寸法に応じて、適宜変更を加えて、設計すれば良い。
Connected to the processing chamber
図10では、第2主電極12を接地して陰極として用い、第1主電極11bに高圧を印加して陽極として用いた場合を例示しているが、パルス電源14の極性を反転して、第2主電極12を陽極、第1主電極11bを陰極としても良い。第1主電極11bを陰極とした場合は、第1主電極11bを板状電極の形状にして接地され、第2主電極12を梯子型電極として高圧が印加され、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)は第2主電極12側に設けられる。
FIG. 10 illustrates a case where the second
第1の実施の形態と同様に、第3の実施の形態に係る表面処理装置において、管状の被処理物21としては、長さ4〜7m以上の長尺、且つ内径7〜5mm以下の細管でも処理可能であるが、長さ4m以下、内径7mm以上であっても処理可能である。又、被処理物21の断面形状は円形に限定されるものではないことは、第1の実施の形態で説明した通りである。図示を省略しているが、被処理物21がフレキシブルな長尺細管であれば、被処理物21の一端(上流側)及び他端(下流側)に、被処理物21を巻き込む第1及び第2のリールを設け、第1のリールから被処理物21を巻き戻し、第2のリールで被処理物21を巻き上げて順次、部分的に被処理物21の内部の表面処理をするようにしても良いが、この場合は、第1及び第2のリールを処理室(23,53,54,62)の内部に収納する構造が好ましい。
As in the first embodiment, in the surface treatment apparatus according to the third embodiment, the
励起粒子供給系(17,18)は、図10では、第1の実施の形態で説明したと同様に、被処理物21の上流側の導入配管60を挟んで平行平板電極を構成する第1補助電極17及び第2補助電極18と、初期プラズマを引き起こす電気パルス(補助パルス)を第1補助電極17及び第2補助電極18間に印加する補助パルス電源(図示省略)とを備える。導入配管60は誘電体からなる配管である。励起粒子供給系は、放電開始初期にガス流に初期プラズマを供給することができれば良いので、必ずしも、図10に例示したような平行平板電極構造に限定されるものではなく、インダクティブなプラズマ源等他の構造で初期プラズマを励起しても構わないのは、第1の実施の形態に係る表面処理装置の場合と同様である。
In FIG. 10, the excited particle supply system (17, 18) is a first parallel plate electrode that sandwiches the
初期プラズマの励起後、図10に示す表面処理装置は、プラズマに含まれるラジカルにより、管状の被処理物21の内面及び外面を処理する。第3の実施の形態に係る表面処理装置においては、被処理物21には上流から処理ガスとして高純度窒素ガスが供給されるが、「処理ガス」は必ずしも窒素ガスに限定されるものではない。例えば、被処理物21の内面及び外面の殺菌、滅菌等の目的のためには、ハロゲン系の化合物ガス等の種々の活性なガス若しくは、これらの活性なガスのいずれかと窒素ガスの混合ガス等、種々の他のガスが採用可能である。
After the excitation of the initial plasma, the surface treatment apparatus shown in FIG. 10 treats the inner surface and the outer surface of the
第1主電極11b及び第2主電極12間には、図4に示すような高繰り返しの高電圧パルスが印加される。図4(a)には、電気パルス(主パルス)のパルス幅として半値幅で300nsの場合を例示したが、主パルスのパルス幅としては、半値幅で10〜500ns程度が好適である。第3の実施の形態に係る表面処理装置においては、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11bと第2主電極12間の距離を15mmとした場合、高電圧パルスの繰り返し周波数2kHz,電圧波高値24kV程度が、好適である。高電圧パルスの繰り返し周波数2kHzの場合は、図4に示すように繰り返し周期が500μsであり、デューティ比は0.3/500=0.006となるので、高周波放電の場合のように、熱プラズマが生成されることなく、非熱平衡低温プラズマが安定且つ効率良く生成される。
A high-repetition high voltage pulse as shown in FIG. 4 is applied between the first
<3つの動作モード>
第3の実施の形態に係る表面処理装置には、3つの動作モードがある。即ち、管状の被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモード、被処理物21の外部のみで放電を起こさせるモード、被処理物21の内部と外部の両方で放電を起こさせるモードである。
<Three operation modes>
The surface treatment apparatus according to the third embodiment has three operation modes. That is, a mode in which discharge is caused only inside the
(a)被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモード:
第1の実施の形態に係る表面処理装置において説明したように、平行平板電極を構成する第1主電極11bと第2主電極12内に,電極面に平行に誘電体からなる被処理物21を入れた場合,誘電体の誘電率ε2が気体の誘電率ε1よりも大きければ,おおよその電界分布は図5のようになり、被処理物21内では絶縁破壊電界が大きくなる。したがって,誘電体からなる被処理物21の内部で放電を起こさせるためには,被処理物21内部の気体圧力P1を10〜40kPa程度にして、被処理物21の外部の気体圧力P2よりも下げておくことが好ましい。そして、被処理物21の外部の気体圧力P2は、大気圧P3=101kPaと等しいか80〜90kPa程度に大気圧P3よりも極く僅か下げておくことが好ましい。即ち、
P1 < P2 ≦ P3 ……(1)
となるように、第1吸気側バルブ43、第2吸気側バルブ41、第1排気側バルブ44、及び第2排気側バルブ42を調整すれば良い。或いは、被処理物21内部の気体圧力P1を10〜40kPa程度にして、被処理物21の外部の気体圧力P2を10-3Pa〜10-5Pa以下の圧力として:
P2 ≪ P1 < P3 ……(2)
となるように、第1吸気側バルブ43、第2吸気側バルブ41、第1排気側バルブ44、及び第2排気側バルブ42を調整しても良い。このため、例えば、圧力計を第1排気側配管68及び第2排気側配管63に設け、帰還制御で第1吸気側バルブ43、第2吸気側バルブ41、第1排気側バルブ44、及び第2排気側バルブ42を調整するようにしても良い。或いは、第1吸気側配管67及び第2吸気側配管61に流量を制御するマスフローコントローラを設けても良い。圧力計は、第1吸気側バルブ43及び第2吸気側バルブ41のそれぞれの下流側に設けても良い。
(A) Mode in which discharge is caused only inside the workpiece 21:
As described in the surface treatment apparatus according to the first embodiment, the
P 1 <P 2 ≦ P 3 (1)
The first
P 2 << P 1 <P 3 (2)
The first
(1)式又は(2)式で示す圧力条件に設定した後、第2吸気側バルブ41と第2排気側バルブ42を閉じ、被処理物21の外部のガス流を止め、被処理物21の内部のみにガス流を形成する。そして、励起粒子供給系(17,18)を起動して、ガス流に初期プラズマを供給し、更に、第1主電極11b及び第2主電極12間に、図4に示すような高繰り返しの高電圧パルスを印加すれば、非熱平衡低温プラズマ流が、被処理物21の内部を輸送され、被処理物21の内面の表面処理が達成される。
After setting the pressure condition represented by the expression (1) or (2), the second
(b)被処理物21の外部のみで放電を起こさせるモード:
被処理物21の外部のみで放電を起こさせるためには,被処理物21内部の気体圧力P1を70〜90kPa程度の比較的高めの値に設定し、被処理物21の外部の気体圧力P2よりも極く僅か低いか、ほぼ同じ程度にしておく。そして、被処理物21の外部の気体圧力P2を、大気圧P3=101kPaと等しいか80〜90kPa程度に大気圧P3よりも極く僅か下げるようにすれば良い。即ち、
P1 ≦ P2 ≦ P3 ……(3)
となるように、第1吸気側バルブ43、第2吸気側バルブ41、第1排気側バルブ44、及び第2排気側バルブ42を調整すれば良い。但し、被処理物21内部の気体圧力P1は、必ずしも、被処理物21の外部の気体圧力P2よりも低い必要はなく、被処理物21内部の気体圧力P1を大気圧P3=101kPaとほぼ等しいか大気圧P3以上にし、且つ被処理物21の外部の気体圧力P2も大気圧P3と等しいか80〜90kPa程度に大気圧P3よりも極く僅か下げるように:
P2 ≦ P1 ≒ P3 ……(4)
P2 ≦ P3 < P1 ……(5)
としても良い。或いは、被処理物21内部の気体圧力P1を10-3Pa〜10-5Pa以下の圧力にして、被処理物21の外部の気体圧力P2を大気圧P3=101kPaと等しいか80〜90kPa程度の圧力として:
P1 ≪ P2 ≦ P3 ……(6)
となるように、第1吸気側バルブ43、第2吸気側バルブ41、第1排気側バルブ44、及び第2排気側バルブ42を調整しても良い。(3)式、(4)式、(5)式又は(6)式で示す圧力条件に設定した後、第1吸気側バルブ43及び第1排気側バルブ44を閉じ、被処理物21の内部のガス流を止める。そして、処理室(23,53,54,62)には、ガス源33から第2吸気側配管61及び第2吸気側バルブ41を介して、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から処理ガスがシャワー状に供給された状態で、第1主電極11b及び第2主電極12間には、図4に示すような高繰り返しの高電圧パルスを印加すれば、ファインストリーマ放電により、非熱平衡低温プラズマが、被処理物21の外部に形成され、被処理物21の外面の表面処理が達成される。被処理物21の外部のみで放電を起こさせるモードでは、励起粒子供給系(17,18)を起動しないことは勿論である。
(B) Mode in which discharge is caused only outside the workpiece 21:
In order to cause discharge only outside the
P 1 ≦ P 2 ≦ P 3 (3)
The first
P 2 ≤ P 1 ≒ P 3 (4)
P 2 ≦ P 3 <P 1 (5)
It is also good. Alternatively, the gas pressure P 1 inside the
P 1 << P 2 ≤P 3 (6)
The first
(c)被処理物21の内部と外部の両方で放電を起こさせるモード:
被処理物21の内部と外部の両方で放電を起こさせるためには,被処理物21内部の気体圧力P1を10〜40kPa程度にして、被処理物21の外部の気体圧力P2よりも下げておくことが好ましい。そして、被処理物21の外部の気体圧力P2は、大気圧P3=101kPaと等しいか80〜90kPa程度に大気圧P3よりも極く僅か下げて、上記の(1)式で示す圧力条件になるように、第1吸気側バルブ43、第2吸気側バルブ41、第1排気側バルブ44、及び第2排気側バルブ42を調整する。
(C) Mode in which discharge is caused both inside and outside the workpiece 21:
In order to cause electric discharge both inside and outside the
(1)式で示す圧力条件に設定した後、励起粒子供給系(17,18)を起動して、ガス流に初期プラズマを供給し、更に、第1主電極11b及び第2主電極12間には、図4に示すような高繰り返しの高電圧パルスが印加すれば、非熱平衡低温プラズマ流が、被処理物21の内部を輸送され、被処理物21の内面の表面処理が達成されると同時に、処理室(23,53,54,62)には、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から処理ガスがシャワー状に供給されているので、ファインストリーマ放電が生じ、非熱平衡低温プラズマが、被処理物21の外部に形成され、被処理物21の外面の表面処理も同時に達成される。
After setting the pressure condition shown by the equation (1), the excited particle supply system (17, 18) is activated to supply the initial plasma to the gas flow, and between the first
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態に係る表面処理装置は、図11に示すように、長尺細管である管状の被処理物21を収納する収納チューブ71を用意し、被処理物21の内部及び外部の両方にプラズマ流を流し、被処理物21の内面と外面とを同時に処理するようにしても良い。即ち、その他の実施の形態に係る表面処理装置は、図11に示すように、処理ガスを収納するガスボンベ等のガス源33と、このガス源33に第1吸気側配管を介して接続された第1吸気側バルブ43と、第2吸気側配管を介して接続された第2吸気側バルブ41とを備える。管状の被処理物21の内部にはガス源33から第1吸気側バルブ43を介して、上流側から処理ガスが供給され,下流に設けられた真空ポンプ(第1ポンプ)32により,処理ガスが被処理物21内を流れ、被処理物21内は20〜30kPa程度の、大気圧に近いが、大気圧以下の処理圧力に保たれる。一方、収納チューブ71により構成された処理室(23,53,54,62)には、ガス源33から第2吸気側バルブ41を介して、上流側から処理ガスが供給され,下流に設けられた真空ポンプ(第2ポンプ)31により,処理ガスが収納チューブ71内を流れ、収納チューブ71内は80〜90kPa程度の大気圧に近いが、大気圧以下の処理圧力に保たれる。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 11, the surface treatment apparatus according to the fourth embodiment of the present invention prepares a
収納チューブ71と管状の被処理物21の外面との間の密閉空間を真空排気するために、収納チューブ上キャップ73及び収納チューブ底キャップ72が、それぞれ収納チューブ71の上端と下端とに密着し、2重管構造の密閉空間を構成している。
In order to evacuate the sealed space between the
更に、管状の被処理物21を収納した収納チューブ71を挟むように互いに対峙して配置され、平行平板電極を構成する第1主電極11b及び第2主電極12と、収納チューブ71の上流側を挟んで平行平板電極を構成する第1補助電極17及び第2補助電極18とを備える。
Further, the first
管状の被処理物21の内部と外部の両方で放電を起こさせるためには,被処理物21内部の気体圧力P1を10〜40kPa程度にして、収納チューブ71と被処理物21の間の気体圧力P2よりも下げておくことが好ましい。そして、収納チューブ71と被処理物21の間の気体圧力P2は、大気圧P3=101kPaと等しいか80〜90kPa程度に大気圧P3よりも極く僅か下げるように、第1吸気側バルブ43、第2吸気側バルブ41、第1排気側バルブ44、及び第2排気側バルブ42を調整すれば良い。所定の圧力条件に設定した後、励起粒子供給系(17,18)を起動して、被処理物21内及び収納チューブ71と被処理物21の外面との間の密閉空間の両方のガス流に、それぞれ初期プラズマを供給し、更に、第1主電極11b及び第2主電極12間には、図4に示すような高繰り返しの高電圧パルスを印加すれば、非熱平衡低温プラズマ流が、被処理物21の内部及び外部をそれぞれ輸送され、被処理物21の内面及び外面の表面処理が同時に達成される。
In order to cause discharge both inside and outside the
(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の形態に係る表面処理装置は、図12に示すように、誘電体からなる壺状の被処理物21の首部に首部アダプタ19が設けられ、この首部アダプタ19には首部アダプタ19を貫通する導入配管60と排気側配管68がほぼ平行に設けられている。導入配管60は誘電体からなる配管である。導入配管60から壺状の被処理物21の内部に処理ガスが導入され、排気側配管68から処理ガスが排出される。被処理物21を挟むように、平行平板電極を構成する第1主電極11及び第2主電極12とが、互いに対峙して配置されている。導入配管60の一部には、放電開始初期に、導入配管60から導入されるガス流に初期プラズマを供給する励起粒子供給系(16,17,18)が設けられている。励起粒子供給系(16,17,18)は、導入配管60の一部を挟んで平行平板電極を構成する第1補助電極17及び第2補助電極18と、初期プラズマを引き起こす電気パルス(補助パルス)を第1補助電極17及び第2補助電極18間に印加する補助パルス電源16とを備える。一方、第1主電極11及び第2主電極12のそれぞれには、励起粒子供給系(16,17,18)が生成した初期プラズマを維持し、被処理物21の内部にプラズマ流を引き起こす電気パルス(主パルス)を第1主電極11及び第2主電極12間に印加するパルス電源14が接続されている。
(Fifth embodiment)
In the surface treatment apparatus according to the fifth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 12, a neck adapter 19 is provided at the neck of a bowl-shaped
パルス電源14からは、第1主電極11及び第2主電極12間に、第1の実施の形態で説明したような(図4参照。)高繰り返しの高電圧パルスが印加される。図4(a)には、電気パルス(主パルス)のパルス幅として半値幅で300nsの場合を例示したが、主パルスのパルス幅としては、半値幅で10〜500ns程度が好適である。図12では、第2主電極12を接地して陰極として用い、第1主電極11に高圧を印加して陽極として用いた場合を例示しているが、パルス電源14の極性を反転して、第2主電極12を陽極、第1主電極11を陰極としても良い。
From the
更に、第5の実施の形態に係る表面処理装置においては、導入配管60には吸気側バルブ43が接続され、この吸気側バルブ43には吸気側配管67が接続され、この吸気側配管67には、処理ガスを収納するガスボンベ等のガス源33が接続されている。吸気側バルブ43には、ガスの流量調整が容易なニードルバルブ等を採用することが好ましい。
Furthermore, in the surface treatment apparatus according to the fifth embodiment, an
一方、導入配管60から導入された処理ガスを排気し、被処理物21の内部のガス流の圧力を処理圧力に設定するために、排気側配管68には、排気側バルブ44を介して、真空ポンプ32が接続されている。排気側バルブ44は、排気コンダクタンスが調整可能なバリアブルコンダクタンスバルブを用いるのが好ましい。このように構成することにより、壺状の被処理物21の内部にはガス源33から吸気側配管67及び吸気側バルブ43を介して、首部に設けられた導入配管60から処理ガスが供給され,首部に設けられた排気側配管68から真空ポンプ32により,処理ガスを排気することにより、被処理物21内を20〜30kPa程度の大気圧に近いが、大気圧以下の処理圧力に保たれる。
On the other hand, in order to exhaust the processing gas introduced from the
第5の実施の形態に係る表面処理装置においては、平行平板電極を構成する第1主電極11と第2主電極12間の距離を15mmとした場合、高電圧パルスの繰り返し周波数2kHz,電圧波高値24kV程度が、好適である。高電圧パルスの繰り返し周波数2kHzの場合は、図4に示すように繰り返し周期が500μsであり、デューティ比は0.3/500=0.006となるので、高周波放電の場合のように、熱プラズマが生成されることなく、非熱平衡低温プラズマが安定且つ効率良く生成される。
In the surface treatment apparatus according to the fifth embodiment, when the distance between the first
第5の実施の形態に係る表面処理装置においては、被処理物21には首部から処理ガスとして高純度窒素ガスが供給されるが、「処理ガス」は必ずしも窒素ガスに限定されるものではない。例えば、被処理物21の内面の殺菌、滅菌等の目的のためには、ハロゲン系の化合物ガス等の種々の活性なガス若しくは、これらの活性なガスのいずれかと窒素ガスの混合ガス等、種々の他のガスが採用可能である。又、被処理物21の断面形状は円形に限定されるものではなく、矩形等でも良いことは、第1の実施の形態で説明した通りである。尚、第5の実施の形態における「壺状の被処理物」の概念には、図12に示すような瓶形状だけでなく、長尺細管の一方の端部を閉じた構造も含まれる。
In the surface treatment apparatus according to the fifth embodiment, high-purity nitrogen gas is supplied from the neck to the
図12においては、励起粒子供給系(16,17,18)を構成する第1補助電極17及び第2補助電極18を、排気側配管68に重ならない位置に設けた例を示したが、図13に示すように、排気側配管68と導入配管60の両方を挟む位置に第1補助電極17及び第2補助電極18を配置しても良い。更に、図14に示すように首部アダプタ19を挟む位置に第1補助電極17及び第2補助電極18を配置しても良い。更に、励起粒子供給系は、放電開始初期にガス流に初期プラズマを供給することができれば良いので、必ずしも、図12〜図14に例示したような平行平板電極構造に限定されるものではなく、インダクティブなプラズマ源等他の構造で初期プラズマを励起しても構わないのは、第1及び第3の実施の形態に係る表面処理装置の場合と同様である。
FIG. 12 shows an example in which the first
(第6の実施の形態)
本発明の第6の実施の形態に係る表面処理装置は、図15に示すように、誘電体からなり、一端(図15において上端)を封じた管状の被処理物21の他端(図15において下端)に、被処理物21の内部に処理ガスを所定の処理圧力で封入する真空マニホールド・ユニット(43,44,45,60,64,69,70)を備える。
(Sixth embodiment)
As shown in FIG. 15, the surface treatment apparatus according to the sixth embodiment of the present invention is made of a dielectric and has the other end (FIG. 15) of a
真空マニホールド・ユニット(43,44,45,60,64,69,70)は、被処理物21の他端に接続された導入配管60と、導入配管60に接続されたマニホールドバルブ45と、マニホールドバルブ45に接続されたT型配管64と、T型配管64に接続された第1吸気側バルブ43及び第1排気側バルブ44と、第1吸気側バルブ43に接続された吸気側配管70と、第1排気側バルブ44に接続された排気側配管69とを備える。導入配管60は誘電体からなる配管である。吸気側配管70には、ガス源33が接続され、排気側配管69には、真空ポンプ30が接続されている。ガス源33は、処理ガスを収納するガスボンベ等である。第1吸気側バルブ43には、ガスの流量調整が容易なニードルバルブ等が採用可能である。
The vacuum manifold unit (43, 44, 45, 60, 64, 69, 70) includes an
処理室(23,53,54,62)は、第2吸気側バルブ41を介して、吸気側配管70に接続され、処理室(23,53,54,62)の内部にガス源33から処理ガスが供給可能なように構成されている。ここで、処理室(23,53,54,62)は、第3の実施の形態と同様に、第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23と、処理室底蓋53と、処理室上蓋54と、吸気側調整室62とで直方体の4面を構成し、図15の紙面の手前と奥にそれぞれ対向配置された側板(図示省略)が直方体の残る2面を構成している。吸気側調整室62は、扁平な直方体をなし、直方体の6面中の5面が金属で構成され、残る1面(図15の断面図において左側の面)をガス供給層65が閉じている。処理室(23,53,54,62)には、第2排気側配管63が接続され、第2排気側配管63には第2排気側バルブ42が接続され、第2排気側バルブ42には、排気側配管69を介して真空ポンプ30が接続されている。第1排気側バルブ44及び第2排気側バルブ42は、排気コンダクタンスが調整可能なバリアブルコンダクタンスバルブを用いるのが好ましい。
The processing chambers (23, 53, 54, 62) are connected to the intake side piping 70 via the second
先ず、第1吸気側バルブ43を閉じた状態で、マニホールドバルブ45と第1排気側バルブ44を開け、真空ポンプ30により被処理物21の内部を10-1Pa〜10-6Pa程度の到達圧力(バックグランド圧力)に真空排気する。到達圧力に到達後、第1排気側バルブ44を閉じ、第1吸気側バルブ43を開けることにより、管状の被処理物21の内部に、ガス源33から第1吸気側バルブ43、T型配管64、マニホールドバルブ45及び導入配管60を介して、他端側から処理ガスが供給される。被処理物21内が、20〜30kPa程度の大気圧に近いが、大気圧以下の処理圧力に到達した段階で、マニホールドバルブ45を閉じ、被処理物21の内部を処理圧力に維持する。
First, with the first
一方、処理室(23,53,54,62)には、ガス源33から吸気側配管70及び第2吸気側バルブ41を介して、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)に処理ガスが一定の流量で供給される。第3の実施の形態と同様に、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)は、図15に示すように吸気側調整室62、吸気側調整室62からの処理ガスを均一に分布させて透過させる多孔質セラミックからなるガス供給層65、ガス供給層65の表面に設けられ、複数のガス供給穴66bを有する第1電極(第1主電極)保護層25bを備える。複数のガス供給穴66は、第1電極(第1主電極)保護層25bを貫通するテーパ状の貫通穴であり、図7に示すように、一定ピッチで2次元マトリクス状に配置されている。一方、第2電極(第2主電極)12の上に、高純度石英ガラス等の第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23が設けられている。
On the other hand, in the processing chamber (23, 53, 54, 62), the processing gas is supplied from the
このため、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から処理ガスがシャワー状に均一化されて処理室(23,53,54,62)の内部の被処理物21の外面を囲む空間に供給される。雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から供給された処理ガスは、処理室(23,53,54,62)から第2排気側配管63を介して排気される。
For this reason, the processing gas from the atmosphere adjusting means (62, 65, 66b, 25b) is made uniform in a shower-like shape, and in the space surrounding the outer surface of the
第6の実施の形態に係る表面処理装置は、更に、被処理物21の他端側に配置され、放電開始初期に封入された処理ガスに活性粒子を注入し、プラズマを励起する励起粒子供給系(16,17,18)と、被処理物21を挟むように互いに対峙して配置され、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11b及び第2主電極12と、活性粒子の注入より励起された初期プラズマを維持し、被処理物21の内部にプラズマ状態を引き起こす電気パルス(主パルス)を第1主電極11b及び第2主電極12間に印加するパルス電源14とを備える。ここで、「全体として平行平板電極を構成する」と記載したのは、第2及び第3の実施の形態と同様に、第1主電極11bが平板構造ではなく、T型の凸部が周期的に配列され、それぞれのT型の先端を放電箇所としているからである。この場合は、第2の実施の形態で説明したように、第1主電極11bは複数の棒状(線状)の電極を並列に周期配置した梯子型の電極に等価とみなせるが、第1主電極11bと第2主電極12とのなす全体の構造は、おおよそ「平行平板電極」と近似することができるという意味である。
The surface treatment apparatus according to the sixth embodiment is further provided with excited particles that are arranged on the other end side of the
処理室上蓋54には、管状の被処理物21の一端(図15において上端)側を保持する上部被処理物保持具52が接続され、処理室底蓋53には、被処理物21の他端(図15において下端)を密閉状態で保持する底部被処理物保持具51が接続されている。底部被処理物保持具51は、周知のガス配管継ぎ手や真空部品等に用いられている構造を、被処理物21の材質、形状や寸法に応じて、適宜変更を加えて、設計すれば良い。
An
図15では、第2主電極12を接地して陰極として用い、第1主電極11bに高圧を印加して陽極として用いた場合を例示しているが、パルス電源14の極性を反転して、第2主電極12を陽極、第1主電極11bを陰極としても良い。第1主電極11bを陰極とした場合は、第1主電極11bを板状電極の形状にして接地され、第2主電極12を梯子型電極として高圧が印加され、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)は第2主電極12側に設けられる。被処理物21の断面形状は円形に限定されるものではないことは、第1及び第3の実施の形態で説明した通りである
励起粒子供給系(16,17,18)は、図15では、第1の実施の形態で説明したと同様に、被処理物21の導入配管60を挟んで平行平板電極を構成する第1補助電極17及び第2補助電極18と、活性粒子を励起する電気パルス(補助パルス)を第1補助電極17及び第2補助電極18間に印加する補助パルス電源(図示省略)とを備える。励起粒子供給系は、放電開始初期に封入された処理ガスに活性粒子を注入することができれば良いので、必ずしも、図15に例示したような平行平板電極構造に限定されるものではなく、インダクティブなプラズマ源等他の構造で活性粒子を励起しても構わないのは、第1の実施の形態に係る表面処理装置の場合と同様である。
FIG. 15 illustrates a case where the second
活性粒子の注入による初期プラズマの励起後、図15に示す表面処理装置は、プラズマに含まれるラジカルにより、一端を封じた管状の被処理物21の内面及び外面を処理する。第6の実施の形態に係る表面処理装置においては、処理ガスとして高純度窒素ガスが供給されるが、「処理ガス」は必ずしも窒素ガスに限定されるものではない。例えば、被処理物21の内面及び外面の殺菌、滅菌等の目的のためには、ハロゲン系の化合物ガス等の種々の活性なガス若しくは、これらの活性なガスのいずれかと窒素ガスの混合ガス等、種々の他のガスが採用可能である。
After the excitation of the initial plasma by the injection of the active particles, the surface treatment apparatus shown in FIG. 15 treats the inner surface and the outer surface of the
第1主電極11b及び第2主電極12間には、第1の実施の形態で説明したような高繰り返しの高電圧パルスが印加される(図4参照。)。図4(a)には、電気パルス(主パルス)のパルス幅として半値幅で300nsの場合を例示したが、主パルスのパルス幅としては、半値幅で50〜300ns程度が好適である。第6の実施の形態に係る表面処理装置においては、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11bと第2主電極12間の距離を15mmとした場合、高電圧パルスの繰り返し周波数2kHz,電圧波高値24kV程度が、好適である。高電圧パルスの繰り返し周波数2kHzの場合は、図4に示すように繰り返し周期が500μsであり、デューティ比は0.3/500=0.006となるので、高周波放電の場合のように、熱プラズマが生成されることなく、非熱平衡低温プラズマが安定且つ効率良く生成される。
A high repetitive high voltage pulse as described in the first embodiment is applied between the first
第6の実施の形態に係る表面処理装置においても、第3の実施の形態で説明した3つの動作モードがある。即ち、一端を封じた管状の被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモード、被処理物21の外部のみで放電を起こさせるモード、被処理物21の内部と外部の両方で放電を起こさせるモードであるが、第3の実施の形態と同様に、(1)式〜(6)式で示す圧力条件により、それらのモードが制御できる。その内容は、第3の実施の形態での説明と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
The surface treatment apparatus according to the sixth embodiment also has the three operation modes described in the third embodiment. That is, a mode in which discharge is caused only inside the
(第7の実施の形態)
図16及び図17は、互いに直交する方向から見た断面図である。本発明の第7の実施の形態に係る表面処理装置は、図16及び図17に示すように、誘電体からなり、下流側の分岐部10において分岐を有する管状の被処理物21の一端(上流側)から供給された処理ガスを排気し、被処理物21の内部のガス流の圧力を処理圧力に設定するために、被処理物21の他端(下流側)に設けられた真空ポンプ(第1ポンプ)32と、被処理物21の一端(上流側)側に配置され、放電開始初期にガス流に初期プラズマを供給する励起粒子供給系(17,18)と、被処理物21を挟むように互いに対峙して配置され、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11b及び第2主電極12と、初期プラズマを維持し、被処理物21の内部にプラズマ流を引き起こす電気パルス(主パルス)を第1主電極11b及び第2主電極12間に印加するパルス電源14とを備える。「分岐を有する管状の被処理物」の例としては、内視鏡が挙げられる。ここで、「全体として平行平板電極を構成する」と記載したのは、第2、第3、第6の実施の形態と同様に、第1主電極11bが平板構造ではなく、T型の凸部が周期的に配列され、それぞれのT型の先端を放電箇所としているが、全体の構造は、おおよそ「平行平板電極」と近似することができるという意味である。
(Seventh embodiment)
16 and 17 are cross-sectional views seen from directions orthogonal to each other. As shown in FIGS. 16 and 17, the surface treatment apparatus according to the seventh embodiment of the present invention is made of a dielectric and has one end of a
第7の実施の形態に係る表面処理装置は、第2、第3、第6の実施の形態に係る表面処理装置と同様に、陽極としての第1主電極11b側から処理ガスを、陰極としての第2主電極12側に向かってシャワー状に給気し、処理室(23,53,54,62)の第2排気側配管63から処理ガスを排気する雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)を更に備える。処理室(23,53,54,62)は、第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23と、処理室底蓋53と、処理室上蓋54と、吸気側調整室62とで直方体の4面を構成し、図16の紙面の手前と奥にそれぞれ対向配置された側板(図示省略)が直方体の残る2面を構成している。吸気側調整室62は、扁平な直方体をなし、直方体の6面中の5面が金属で構成され、残る1面(図16の断面図において左側の面)をガス供給層65が閉じている。
Similar to the surface treatment apparatuses according to the second, third, and sixth embodiments, the surface treatment apparatus according to the seventh embodiment uses the process gas as a cathode from the first
処理室上蓋54には、分岐を有する管状の被処理物21の一端(上流側)を密閉状態で保持する上部被処理物保持具52が設けられている。一方、処理室底蓋53には、図17に示すように被処理物21の他端(下流側)を密閉状態で保持する底部被処理物保持具81と、被処理物21の分岐部10において分岐した分岐管21bの端部を密閉状態で保持する分岐管端部保持具82が設けられている。上部被処理物保持具52、底部被処理物保持具81及び分岐管端部保持具82は、周知のガス配管継ぎ手や真空部品等に用いられている構造を、被処理物21の材質、形状や寸法に応じて、適宜変更を加えて、設計すれば良い。底部被処理物保持具81には第1排気側配管68が接続され、分岐管端部保持具82には第1排気側配管68から分岐した分岐排気配管68bが接続されている。そして第1排気側配管68の下流側に、第1排気側バルブ44を介して、第1の真空ポンプ(第1ポンプ)32が接続されている。このような構成により、第1の真空ポンプ(第1ポンプ)32は、第1排気側配管68、分岐排気配管68b及び第1排気側バルブ44を介して、被処理物21の内部を真空排気することが可能である。
The processing chamber
雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)は、図16に示すように吸気側調整室62、吸気側調整室62からの処理ガスを均一に分布させて透過させる多孔質セラミックからなるガス供給層65、ガス供給層65の表面に設けられ、複数のガス供給穴66bを有する第1電極(第1主電極)保護層25bを備える。複数のガス供給穴66は、第1電極(第1主電極)保護層25bを貫通するテーパ状の貫通穴であり、第2の実施の形態と同様に、一定ピッチで2次元マトリクス状に配置されている(図7参照。)。一方、第2電極(第2主電極)12の上に、高純度石英ガラス等の第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23が設けられている。
As shown in FIG. 16, the atmosphere adjusting means (62, 65, 66b, 25b) is a gas supply made of porous ceramic that allows the processing gas from the intake
更に、第7の実施の形態に係る表面処理装置は図16に示すように、処理ガスを収納するガスボンベ等のガス源33と、このガス源33に接続された第1吸気側配管67及び第2吸気側配管61と、第1吸気側配管67に接続された第1吸気側バルブ43と、第2吸気側配管61に接続された第2吸気側バルブ41とを備える。第1吸気側バルブ43、第2吸気側バルブ41には、ガスの流量調整が容易なニードルバルブ等を採用することが好ましい。
Furthermore, as shown in FIG. 16, the surface treatment apparatus according to the seventh embodiment includes a
分岐を有する管状の被処理物21の内部にはガス源33から第1吸気側配管67及び第1吸気側バルブ43を介して、上流側から処理ガスが供給され,下流に設けられた真空ポンプ(第2ポンプ)31により,処理ガスが被処理物21内を流れ、被処理物21内は20〜30kPa程度の大気圧に近いが、大気圧以下の処理圧力に保たれる。
A processing gas is supplied from the upstream side through the first
一方、処理室(23,53,54,62)には、ガス源33から第2吸気側配管61及び第2吸気側バルブ41を介して、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から処理ガスがシャワー状に均一化されて供給される。雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から供給された処理ガスは、処理室(23,53,54,62)の第2排気側配管63から排気される。このため、図16及び図17に示すように、第7の実施の形態に係る表面処理装置では、第2排気側配管63に被処理物21の外面を囲む空間を減圧する第2の真空ポンプ(第2ポンプ)31が接続されている。第2の真空ポンプ(第2ポンプ)31は、第2排気側配管63及び第2排気側バルブ42を介して、処理室(23,53,54,62)に接続されている。第1排気側バルブ44、及び第2排気側バルブ42は、排気コンダクタンスが調整可能なバリアブルコンダクタンスバルブを用いるのが好ましい。
On the other hand, the process chambers (23, 53, 54, 62) are supplied from the atmosphere adjusting means (62, 65, 66 b, 25 b) from the
図16では、第2主電極12を接地して陰極として用い、第1主電極11bに高圧を印加して陽極として用いた場合を例示しているが、パルス電源14の極性を反転して、第2主電極12を陽極、第1主電極11bを陰極としても良い。第1主電極11bを陰極とした場合は、第1主電極11bを板状電極の形状にして接地され、第2主電極12を梯子型電極として高圧が印加され、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)は第2主電極12側に設けられる。
FIG. 16 illustrates a case where the second
第1の実施の形態と同様に、第7の実施の形態に係る表面処理装置において、分岐を有する管状の被処理物21としては、分岐以外の管状部分(幹部)の長さが4〜7m以上の長尺、且つ内径7〜5mm以下の細管でも処理可能であるが、幹部の長さが4m以下、内径7mm以上であっても処理可能である。又、被処理物21の断面形状は、分岐をなす管部及び幹部のいずれも、円形に限定されるものではないことは、第1の実施の形態で説明した通りである。
Similarly to the first embodiment, in the surface treatment apparatus according to the seventh embodiment, the length of the tubular part (stem part) other than the branch is 4 to 7 m as the
励起粒子供給系(17,18)は、図16及び図17では、第1の実施の形態で説明したと同様に、被処理物21の上流側の導入配管60を挟んで平行平板電極を構成する第1補助電極17及び第2補助電極18と、初期プラズマを引き起こす電気パルス(補助パルス)を第1補助電極17及び第2補助電極18間に印加する補助パルス電源(図示省略)とを備える。導入配管60は誘電体からなる配管である。励起粒子供給系は、放電開始初期にガス流に初期プラズマを供給することができれば良いので、必ずしも、図16及び図17に例示したような平行平板電極構造に限定されるものではなく、インダクティブなプラズマ源等他の構造で初期プラズマを励起しても構わないのは、第1の実施の形態に係る表面処理装置の場合と同様である。
In FIGS. 16 and 17, the excited particle supply system (17, 18) configures parallel plate electrodes with the
初期プラズマの励起後、図16及び図17に示す表面処理装置は、プラズマに含まれるラジカルにより、分岐を有する管状の被処理物21の内面及び外面を処理する。第7の実施の形態に係る表面処理装置においては、被処理物21には上流から処理ガスとして高純度窒素ガスが供給されるが、「処理ガス」は必ずしも窒素ガスに限定されるものではない。例えば、被処理物21の内面及び外面の殺菌、滅菌等の目的のためには、ハロゲン系の化合物ガス等の種々の活性なガス若しくは、これらの活性なガスのいずれかと窒素ガスの混合ガス等、種々の他のガスが採用可能である。
After the excitation of the initial plasma, the surface treatment apparatus shown in FIGS. 16 and 17 treats the inner surface and the outer surface of the
第1主電極11b及び第2主電極12間には、第1の実施の形態で説明したような高繰り返しの高電圧パルスが印加される(図4参照。)。第7の実施の形態に係る表面処理装置においては、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11bと第2主電極12間の距離を15mmとした場合、高電圧パルスの繰り返し周波数2kHz,電圧波高値24kV程度が、好適である。高電圧パルスの繰り返し周波数2kHzの場合は、繰り返し周期が500μsであり、デューティ比は0.3/500=0.006となる。このため、高周波放電の場合のように、熱プラズマが生成されることなく、非熱平衡低温プラズマが安定且つ効率良く生成される。
A high repetitive high voltage pulse as described in the first embodiment is applied between the first
第7の実施の形態に係る表面処理装置においても、第3の実施の形態で説明した3つの動作モードがある。即ち、分岐を有する管状の被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモード、被処理物21の外部のみで放電を起こさせるモード、被処理物21の内部と外部の両方で放電を起こさせるモードであるが、第3の実施の形態と同様に、(1)式〜(6)式で示す圧力条件により、それらのモードが制御できる。その内容は、第3の実施の形態での説明と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
The surface treatment apparatus according to the seventh embodiment also has the three operation modes described in the third embodiment. That is, a mode in which discharge is caused only inside the
(第8の実施の形態)
図18及び図19は、互いに直交する方向から見た断面図である。本発明の第8の実施の形態に係る表面処理装置は、図18及び図19に示すように、誘電体からなり、上流側の分岐部9においてほぼ直線状の幹部と分岐管とが合流する管状の被処理物21の上流側から供給された処理ガスを排気し、被処理物21の内部のガス流の圧力を処理圧力に設定するために、被処理物21の下流側に設けられた真空ポンプ(第1ポンプ)32と、被処理物21の上流側側に配置され、放電開始初期にガス流に励起粒子を供給する励起粒子供給系(85,91,92,93)と、被処理物21を挟むように互いに対峙して配置され、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11b及び第2主電極12と、励起粒子により生成された初期プラズマを維持し、被処理物21の内部にプラズマ流を引き起こす電気パルス(主パルス)を第1主電極11b及び第2主電極12間に印加するパルス電源14とを備える。「分岐を有する管状の被処理物」の例としては、第7の実施の形態で述べた内視鏡が該当するが、丁度、第7の実施の形態の内視鏡の上流側と下流側を逆にしたトポロジーに対応する。ここで、「全体として平行平板電極を構成する」と記載したのは、第2、第3、第6、第7の実施の形態と同様に、第1主電極11bが平板構造ではなく、T型の凸部が周期的に配列され、それぞれのT型の先端を放電箇所としているが、全体の構造は、おおよそ「平行平板電極」と近似することができるという意味である。
(Eighth embodiment)
18 and 19 are cross-sectional views seen from directions orthogonal to each other. As shown in FIGS. 18 and 19, the surface treatment apparatus according to the eighth embodiment of the present invention is made of a dielectric material, and the substantially straight trunk portion and the branch pipe merge at the upstream branch portion 9. In order to exhaust the processing gas supplied from the upstream side of the
励起粒子供給系(85,91,92,93)は、例えば、図18及び図19に示すように、励起粒子生成室85と、この励起粒子生成室85に設けられた第1反射鏡92及び第2反射鏡93と紫外線照射手段91とを備える。第1反射鏡92は一部に紫外線を照射するための貫通孔を有する穴あきの凹面鏡である。第2反射鏡93も凹面鏡であり、第1反射鏡92と第2反射鏡93とを対向配置することにより、第1反射鏡92の貫通孔から導入された紫外線が、第1反射鏡92と第2反射鏡93との間で多重反射して、励起粒子生成室85に供給された処理ガスを励起し、励起粒子を生成する。紫外線照射手段91としては、GaN系化合物半導体、ZnSe系化合物半導体、ZnO系化合物半導体、SiC系化合物半導体等のワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体レーザや発光ダイオード等の半導体発光素子が小型化のためには好ましい。しかし、エキシマレーザ等の紫外線を発光するガスレーザでも良く、その他固体レーザでも良い。エキシマレーザ等のガスレーザ等の大型の紫外線照射手段91を用いる場合は、紫外線照射手段91を、励起粒子生成室85の外部に配置し、サファイア等の紫外線を透過する窓材を介して、励起粒子生成室85の内部に紫外線を導入するようにすれば良い。このようにしても、励起粒子生成室85の外部に配置された紫外線照射手段91からの紫外線が第1反射鏡92の貫通孔から、第1反射鏡92と第2反射鏡93との間に導入され、第1反射鏡92と第2反射鏡93との間で多重反射して、処理ガスを励起することができる。
The excited particle supply system (85, 91, 92, 93) includes, for example, as shown in FIGS. 18 and 19, an excited
第8の実施の形態に係る表面処理装置は、第2、第3、第6、第7の実施の形態に係る表面処理装置と同様に、陽極としての第1主電極11b側から処理ガスを、陰極としての第2主電極12側に向かってシャワー状に給気し、処理室(23,53,54,62)の第2排気側配管63から処理ガスを排気する雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)を更に備える。処理室(23,53,54,62)は、第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23と、処理室底蓋53と、処理室上蓋54と、吸気側調整室62とで直方体の4面を構成し、図18の紙面の手前と奥にそれぞれ対向配置された側板(図示省略)が直方体の残る2面を構成している。吸気側調整室62は、扁平な直方体をなし、直方体の6面中の5面が金属で構成され、残る1面(図18の断面図において左側の面)をガス供給層65が閉じている。
Similar to the surface treatment apparatuses according to the second, third, sixth, and seventh embodiments, the surface treatment apparatus according to the eighth embodiment supplies a processing gas from the first
図19に示すように、処理室上蓋54には、被処理物21の幹部の一端(上流側)を密閉状態で保持する上部被処理物保持具83と、分岐部9において幹部から分岐した分岐管21bの端部を密閉状態で保持する分岐管端部保持具84が設けられている。上部被処理物保持具83と分岐管端部保持具84とは、励起粒子供給系(85,91,92,93)を構成する励起粒子生成室85の底部に開口を設けるようにして、励起粒子生成室85に接続されている。一方、処理室底蓋53には、図19に示すように被処理物21の他端(下流側)を密閉状態で保持する底部被処理物保持具51が設けられている。上部被処理物保持具83、分岐管端部保持具84及び底部被処理物保持具51は、周知のガス配管継ぎ手や真空部品等に用いられている構造を、被処理物21の材質、形状や寸法に応じて、適宜変更を加えて、設計すれば良い。底部被処理物保持具51には第1排気側配管68が接続されている。
As shown in FIG. 19, the processing chamber
そして第1排気側配管68の下流側に、第1排気側バルブ44を介して第1の真空ポンプ(第1ポンプ)32が接続されている。このような構成により、第1の真空ポンプ(第1ポンプ)32は、第1排気側配管68及び第1排気側バルブ44を介して、被処理物21の内部を真空排気することが可能である。
A first vacuum pump (first pump) 32 is connected to the downstream side of the first
雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)は、図18に示すように吸気側調整室62、吸気側調整室62からの処理ガスを均一に分布させて透過させる多孔質セラミックからなるガス供給層65、ガス供給層65の表面に設けられ、複数のガス供給穴66bを有する第1電極(第1主電極)保護層25bを備える。複数のガス供給穴66は、第1電極(第1主電極)保護層25bを貫通するテーパ状の貫通穴であり、第2の実施の形態と同様に、一定ピッチで2次元マトリクス状に配置されている(図7参照。)。一方、第2電極(第2主電極)12の上に、高純度石英ガラス等の第2電極(第2主電極)被覆絶縁膜23が設けられている。
As shown in FIG. 18, the atmosphere adjusting means (62, 65, 66b, 25b) is a gas supply made of porous ceramic that allows the processing gas from the intake
更に、第8の実施の形態に係る表面処理装置は図18に示すように、処理ガスを収納するガスボンベ等のガス源33と、このガス源33に接続された第1吸気側配管67及び第2吸気側配管61と、第1吸気側配管67に接続された第1吸気側バルブ43と、第2吸気側配管61に接続された第2吸気側バルブ41とを備える。第1吸気側バルブ43、第2吸気側バルブ41には、ガスの流量調整が容易なニードルバルブ等を採用することが好ましい。第1吸気側バルブ43は、導入配管60に接続され、導入配管60は励起粒子生成室85の天井部に接続されている。第8の実施の形態に係る表面処理装置においては、導入配管60は必ずしも誘電体からなる配管である必要はない。
Furthermore, as shown in FIG. 18, the surface treatment apparatus according to the eighth embodiment includes a
励起粒子生成室85の内部には、ガス源33から第1吸気側配管67、第1吸気側バルブ43及び導入配管60を介して、上流側から処理ガスが供給される。励起粒子生成室85の内部に供給された処理ガスは、励起粒子生成室85の底部に設けられた上部被処理物保持具83と分岐管端部保持具84の開口を介して、それぞれ被処理物21の幹部及び分岐管21bに供給される。この際、励起粒子生成室85の内部では、励起粒子が生成され、生成された励起粒子は、処理ガスとともに励起粒子生成室85の底部の上部被処理物保持具83と分岐管端部保持具84とを介して、それぞれ被処理物21の幹部及び分岐管21bに注入され、被処理物21の幹部の内部及び分岐管21bの内部に初期プラズマを生成する。被処理物21の幹部及び分岐管21bに供給された処理ガスは、分岐部9において合流後、被処理物21の下流に設けられた真空ポンプ(第2ポンプ)31により排気され、被処理物21内は20〜30kPa程度の大気圧に近いが、大気圧以下の処理圧力に保たれる。
Processing gas is supplied into the excited
一方、処理室(23,53,54,62)には、ガス源33から第2吸気側配管61及び第2吸気側バルブ41を介して、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から処理ガスがシャワー状に均一化されて供給される。雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)から供給された処理ガスは、処理室(23,53,54,62)の第2排気側配管63から排気される。このため、図18及び図19に示すように、第8の実施の形態に係る表面処理装置では、第2排気側配管63に被処理物21の外面を囲む空間を減圧する第2の真空ポンプ(第2ポンプ)31が接続されている。第2の真空ポンプ(第2ポンプ)31は、第2排気側配管63及び第2排気側バルブ42を介して、処理室(23,53,54,62)に接続されている。第1排気側バルブ44、及び第2排気側バルブ42は、排気コンダクタンスが調整可能なバリアブルコンダクタンスバルブを用いるのが好ましい。
On the other hand, the process chambers (23, 53, 54, 62) are supplied from the atmosphere adjusting means (62, 65, 66 b, 25 b) from the
図18では、第2主電極12を接地して陰極として用い、第1主電極11bに高圧を印加して陽極として用いた場合を例示しているが、パルス電源14の極性を反転して、第2主電極12を陽極、第1主電極11bを陰極としても良い。第1主電極11bを陰極とした場合は、第1主電極11bを板状電極の形状にして接地され、第2主電極12を梯子型電極として高圧が印加され、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)は第2主電極12側に設けられる。
FIG. 18 illustrates a case where the second
第1の実施の形態と同様に、第8の実施の形態に係る表面処理装置において、分岐を有する管状の被処理物21としては、分岐以外の管状部分(幹部)の長さが4〜7m以上の長尺、且つ内径7〜5mm以下の細管でも処理可能であるが、幹部の長さが4m以下、内径7mm以上であっても処理可能である。又、被処理物21の断面形状は、分岐をなす管部及び幹部のいずれも、円形に限定されるものではないことは、第1の実施の形態で説明した通りである。
Similarly to the first embodiment, in the surface treatment apparatus according to the eighth embodiment, the length of the tubular part (stem part) other than the branch is 4 to 7 m as the
初期プラズマの励起後、図18及び図19に示す表面処理装置は、分岐を有する管状の被処理物21の内部を一定流量で流れるプラズマに含まれるラジカルにより、その内面が処理される。又、被処理物の外部で生成されたプラズマに含まれるラジカルにより、分岐を有する管状の被処理物21の外面も処理される。第8の実施の形態に係る表面処理装置においては、被処理物21の内部及び外部には処理ガスとして高純度窒素ガスが供給されるが、「処理ガス」は必ずしも窒素ガスに限定されるものではない。例えば、被処理物21の内面及び外面の殺菌、滅菌等の目的のためには、ハロゲン系の化合物ガス等の種々の活性なガス若しくは、これらの活性なガスのいずれかと窒素ガスの混合ガス等、種々の他のガスが採用可能である。
After the excitation of the initial plasma, the inner surface of the surface treatment apparatus shown in FIGS. 18 and 19 is treated with radicals contained in the plasma flowing at a constant flow rate inside the
第1主電極11b及び第2主電極12間には、第1の実施の形態で説明したような高繰り返しの高電圧パルスが印加される(図4参照。)。第8の実施の形態に係る表面処理装置においては、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11bと第2主電極12間の距離を15mmとした場合、高電圧パルスの繰り返し周波数2kHz,電圧波高値24kV程度が、好適である。高電圧パルスの繰り返し周波数2kHzの場合は、繰り返し周期が500μsであり、デューティ比は0.3/500=0.006となる。このため、高周波放電の場合のように、熱プラズマが生成されることなく、非熱平衡低温プラズマが安定且つ効率良く生成される。
A high repetitive high voltage pulse as described in the first embodiment is applied between the first
第8の実施の形態に係る表面処理装置においても、第3の実施の形態で説明した3つの動作モードがある。即ち、分岐を有する管状の被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモード、被処理物21の外部のみで放電を起こさせるモード、被処理物21の内部と外部の両方で放電を起こさせるモードであるが、第3の実施の形態と同様に、(1)式〜(6)式で示す圧力条件により、それらのモードが制御できる。その内容は、第3の実施の形態での説明と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
The surface treatment apparatus according to the eighth embodiment also has the three operation modes described in the third embodiment. That is, a mode in which discharge is caused only inside the
(第9の実施の形態)
第3、第6〜第8の実施の形態に係る表面処理装置においては、(1)式〜(6)式で示す圧力条件により、3つの動作モードを制御する例を示した。即ち、(1)式〜(6)式で示す圧力条件を選択することにより、被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモード、被処理物21の外部のみで放電を起こさせるモード、被処理物21の内部と外部の両方で放電を起こさせるモードを決定したが、3つの動作モードの制御は、処理ガスの圧力以外のパラメータを用いても制御できる。他のパラメータの一つの例が、本発明の第9の実施の形態に係る表面処理装置において説明する処理ガスの温度である。
(Ninth embodiment)
In the surface treatment apparatuses according to the third and sixth to eighth embodiments, examples in which the three operation modes are controlled according to the pressure conditions indicated by the expressions (1) to (6) have been shown. That is, by selecting the pressure conditions represented by the equations (1) to (6), a mode in which discharge is caused only inside the
図20に示すように、本発明の第9の実施の形態に係る表面処理装置は、誘電体からなる管状の被処理物21の一端(上流側)から導入された処理ガスを排気し、被処理物21の内部のガス流の圧力を処理圧力に設定するために、被処理物21の他端(下流側)に設けられた真空ポンプ(第1ポンプ)32と、被処理物21の一端(上流側)側に配置され、放電開始初期にガス流に初期プラズマを供給する励起粒子供給系(17,18)と、被処理物21を挟むように互いに対峙して配置され、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11b及び第2主電極12と、初期プラズマを維持し、被処理物21の内部にプラズマ流を引き起こす電気パルス(主パルス)を第1主電極11b及び第2主電極12間に印加するパルス電源14とを備える点では、第3の実施の形態に係る表面処理装置と同様である。又、処理ガスを収納するガスボンベ等のガス源33と、このガス源33に接続された第1吸気側配管67及び第2吸気側配管61と、第1吸気側配管67に接続された第1吸気側バルブ43と、第2吸気側配管61に接続された第2吸気側バルブ41とを備える点でも、第3の実施の形態に係る表面処理装置と同様である。
しかしながら、本発明の第9の実施の形態に係る表面処理装置は、第1吸気側バルブ43に接続される導入配管86が、図20に示すようにプレヒータ87を備える点で、第3の実施の形態に係る表面処理装置とは異なる。処理ガスの加熱効率を高めるためには、導入配管86は、図20に示すようにメアンダライン状に蛇行する等のトポロジーにより、一定の加熱距離を稼ぐようにするのが好ましい。導入配管86は、プレヒータ87が配置されている部分は、必ずしも誘電体からなる配管である必要はないが、励起粒子供給系(17,18)が配置されている箇所は、誘電体で構成される。
As shown in FIG. 20, the surface treatment apparatus according to the ninth embodiment of the present invention exhausts a processing gas introduced from one end (upstream side) of a
However, the surface treatment apparatus according to the ninth embodiment of the present invention is the third embodiment in that the
管状の被処理物21の内部にはガス源33から第1吸気側配管67及び第1吸気側バルブ43を介して、上流側から処理ガスが供給され,下流に設けられた真空ポンプ(第2ポンプ)31により,処理ガスが被処理物21内を流れ、被処理物21内が所定の圧力に保たれるが、3つの動作モードの内、被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモードを選択する場合は、プレヒータ87に通電することにより、被処理物21の内部を流れる処理ガスの温度を、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)を介して被処理物21の外部に流れる処理ガスの温度より30℃〜50℃高くすることにより、被処理物21の内部のみで放電が起こり易くすることが可能である。勿論、被処理物21の内部で放電を起こさせるためには,被処理物21内部の気体圧力P1を10〜40kPa程度にして、被処理物21の外部の気体圧力P2よりも下げておくことが好ましい。又、(1)式が示すように被処理物21の外部の気体圧力P2を、大気圧P3=101kPaと等しいか80〜90kPa程度に大気圧P3よりも極く僅か下げておくことが好ましいが、被処理物21の内部を流れる処理ガスの温度を、被処理物21の外部に流れる処理ガスの温度より30℃〜50℃高くすることにより、より安定的に且つ確実に被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモードが選択できる。又、被処理物21内部の気体圧力P1と、被処理物21の外部の気体圧力P2が近い場合においても、被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモードが選択できる。
A processing gas is supplied from the upstream side to the inside of the
処理室(23,53,54,62)や雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)の構造は、第3の実施の形態に係る表面処理装置と同様であるので、重複した説明を省略する。 Since the structures of the processing chambers (23, 53, 54, 62) and the atmosphere adjusting means (62, 65, 66b, 25b) are the same as those of the surface processing apparatus according to the third embodiment, redundant description is omitted. To do.
尚、図示を省略しているが、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)の内部に埋込ヒータを設けて、被処理物21の外部に流れる処理ガスの温度を、被処理物21の内部を流れる処理ガスの温度より高めて、被処理物21の外部のみで放電を起こさせるモードを選択するようにもできる。
Although not shown in the figure, an embedded heater is provided inside the atmosphere adjusting means (62, 65, 66b, 25b), and the temperature of the processing gas flowing outside the
又、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)の内部にペルティエ冷却ユニットを設けて、電子冷却(ペルティエ効果)により、被処理物21の外部に流れる処理ガスの温度を、被処理物21の内部を流れる処理ガスの温度より低くして、被処理物21の外部のみで放電を抑制し、被処理物21の内部で放電を起こさせるようにもできる。ペルティエ冷却ユニットの代わりに、冷媒ガスの配管を雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)の内部に設けて、被処理物21の外部に流れる処理ガスの温度を、被処理物21の内部を流れる処理ガスの温度より低くして、被処理物21の外部のみで放電を抑制することも可能である。
Further, a Peltier cooling unit is provided inside the atmosphere adjusting means (62, 65, 66b, 25b), and the temperature of the processing gas flowing outside the
他は、第3の実施の形態に係る表面処理装置と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。 Others are substantially the same as those of the surface treatment apparatus according to the third embodiment, and a duplicate description is omitted.
(第10の実施の形態)
第9の実施の形態において説明したとおり、3つの動作モードの制御は、処理ガスの圧力以外のパラメータを用いても制御できる。他のパラメータの一つの例が、本発明の第9の実施の形態に係る表面処理装置において説明する処理ガスの温度であるが、放電初期に希望の放電箇所のみに放電を容易にするトリガガスを導入する方法によっても、3つの動作モードを制御することも可能である。
(Tenth embodiment)
As described in the ninth embodiment, the three operation modes can be controlled using parameters other than the pressure of the processing gas. One example of the other parameter is the temperature of the processing gas described in the surface treatment apparatus according to the ninth embodiment of the present invention. A trigger gas that facilitates discharge only at a desired discharge location at the beginning of discharge is used. It is also possible to control the three operation modes by the introduced method.
図21に示すように、本発明の第10の実施の形態に係る表面処理装置は、誘電体からなる管状の被処理物21の一端(上流側)から導入された処理ガスを排気し、被処理物21の内部のガス流の圧力を処理圧力に設定するために、被処理物21の他端(下流側)に設けられた真空ポンプ(第1ポンプ)32と、被処理物21の一端(上流側)側に配置され、放電開始初期にガス流に初期プラズマを供給する励起粒子供給系(17,18)と、被処理物21を挟むように互いに対峙して配置され、全体として平行平板電極を構成する第1主電極11b及び第2主電極12と、初期プラズマを維持し、被処理物21の内部にプラズマ流を引き起こす電気パルス(主パルス)を第1主電極11b及び第2主電極12間に印加するパルス電源14とを備える点、或いは、処理ガスを収納するガスボンベ等のガス源33と、このガス源33に接続された第1吸気側配管67c及び第2吸気側配管61cと、第1吸気側配管67cに接続された第1吸気側バルブ43cと、第2吸気側配管61cに接続された第2吸気側バルブ41cとを備える点では、第3の実施の形態に係る表面処理装置と同様である。
しかしながら、本発明の第10の実施の形態に係る表面処理装置は、第1吸気側バルブ43cにトリガガスを導入するための第1T型配管67tが接続され、第2吸気側バルブ41cにトリガガスを導入するための第2T型配管61tが接続されている点で、第3の実施の形態に係る表面処理装置とは異なる。更に、第1T型配管67tの分岐部は、第1トリガガス導入バルブ43b及び第1トリガガス導入配管67bを介して第1トリガガス源88aに接続されている。又、第2T型配管61tの分岐部は、第2トリガガス導入バルブ41b及び第2トリガガス導入配管61bを介して第2トリガガス源88bに接続されている。第1トリガガス源88a及び第2トリガガス源88bは、図21では別個のガス源として例示しているが、共通のガス源でも構わない。第1トリガガス源88a及び第2トリガガス源88bは、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)等の放電が容易なガスを充填したボンベ等である。第1トリガガス導入バルブ43b及び第2トリガガス導入バルブ41bは、電磁バルブ若しくは空気圧バルブ等の応答時間(レスポンス)の速いバルブが好ましい。
As shown in FIG. 21, the surface treatment apparatus according to the tenth embodiment of the present invention exhausts a processing gas introduced from one end (upstream side) of a
However, in the surface treatment apparatus according to the tenth embodiment of the present invention, the first T-
更に、第1T型配管67tの下流側は、第1マニホールドバルブ43aを介して導入配管60に接続されている。導入配管60は誘電体からなる配管である。一方、第2T型配管61tの下流側は、第2マニホールドバルブ41aを介して雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)に接続されている。
Furthermore, the downstream side of the first T-
管状の被処理物21の内部にはガス源33から第1吸気側配管67c、第1吸気側バルブ43c、第1T型配管67t、第1マニホールドバルブ43a及び導入配管60を介して、上流側から処理ガスが供給され,下流に設けられた真空ポンプ(第2ポンプ)31により,処理ガスが被処理物21内を流れ、被処理物21内が所定の圧力に保たれる。この際、3つの動作モードの内、被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモードを選択する場合は、放電の初期において短時間、第1トリガガス導入バルブ43bを開放し、第1トリガガス源88aからトリガガスを流入させ、このトリガガスを第1T型配管67t、第1マニホールドバルブ43a及び導入配管60を介して、被処理物21の内部に導入することにより、被処理物21の内部のみで放電が起こり易くすることが可能である。勿論、被処理物21の内部で放電を起こさせるためには,被処理物21内部の気体圧力P1を10〜40kPa程度にして、被処理物21の外部の気体圧力P2よりも下げておくことが好ましい。又、(1)式が示すように被処理物21の外部の気体圧力P2を、大気圧P3=101kPaと等しいか80〜90kPa程度に大気圧P3よりも極く僅か下げておくことが好ましいが、トリガガスを瞬時、パルス的に導入することにより、より安定的に且つ確実に被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモードが選択できる。又、被処理物21内部の気体圧力P1と、被処理物21の外部の気体圧力P2が近い場合においても、トリガガスを導入することにより、被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモードが選択できる。
Inside the
一方、雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)にはガス源33から第2吸気側配管61c、第2吸気側バルブ41c、第2T型配管61t、第2マニホールドバルブ41aを介して、上流側から処理ガスが供給され,下流に設けられた真空ポンプ(第2ポンプ)31により,処理ガスが処理室(23,53,54,62)内を流れ、処理室(23,53,54,62)内が所定の圧力に保たれる。この際、3つの動作モードの内、被処理物21の外部のみで放電を起こさせるモードを選択する場合は、放電の初期において短時間、第2トリガガス導入バルブ41bを開放し、第2トリガガス源88bからトリガガスを流入させ、このトリガガスを第2T型配管61t、第2マニホールドバルブ41aを介して、処理室(23,53,54,62)の内部に導入することにより、被処理物21の外部のみで放電が起こり易くすることが可能である。勿論、被処理物21の外部でのみ放電を起こさせるためには,(3)式、(4)式、(5)式又は(6)式で示す圧力条件に設定しておくことが好ましいが、トリガガスを瞬時、パルス的に導入することにより、より安定的に且つ確実に被処理物21の内部のみで放電を起こさせるモードが選択できる。又、被処理物21内部の気体圧力P1と、被処理物21の外部の気体圧力P2が近い場合においても、トリガガスを導入することにより、被処理物21の外部のみで放電を起こさせるモードが選択できる。
On the other hand, the atmosphere adjusting means (62, 65, 66b, 25b) is connected upstream from the
被処理物21の内部と外部の両方で放電を起こさせるモードについては、両方にトリガガスを流入させても良く、両方にトリガガスを流入させないようにしても良い。又、一方を放電しにくい条件にして、そこにトリガガスを流入させても良い。
In the mode in which discharge is caused both inside and outside the
他の構成、例えば、処理室(23,53,54,62)や雰囲気調整手段(62,65、66b、25b)の構造は、第3の実施の形態に係る表面処理装置と同様であるので、重複した説明を省略する。 Other configurations, for example, the structures of the processing chambers (23, 53, 54, 62) and the atmosphere adjusting means (62, 65, 66b, 25b) are the same as those of the surface processing apparatus according to the third embodiment. The duplicated explanation is omitted.
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は第1〜第10の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first to tenth embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、第1〜第10の実施の形態で説明したそれぞれの技術的思想を互いに組み合わせることも可能である。例えば、第2の実施の形態の第1変形例で説明した第1主電極11cの構造や雰囲気調整手段(62,27、66c)の構造を、第3、第6〜第10の実施の形態に適用しても良く、第2の実施の形態の第2変形例で説明した第1主電極11dの構造や、雰囲気調整手段(62,25d、66d)の構造を第3、第6〜第10の実施の形態に適用しても良い。
For example, the technical ideas described in the first to tenth embodiments can be combined with each other. For example, the structure of the first
又、励起粒子供給系として第1〜第7、第9〜第10の実施の形態では平行平板型の電極によるプラズマ放電の励起を、第8の実施の形態では紫外線による励起を説明したが、これらは単なる例示であり、他にも種々の初期プラズマの励起手段がある。例えば、図22に示すように一方の電極(第1補助電極)17bを帯状(扁平なリング状)に導入配管60の外部を周回させ、他方の電極(第2補助電極)8をL字型の短針形状にして、導入配管60の中央部に設け、第1補助電極17bと第2補助電極8の間で放電させても良い。
Further, in the first to seventh and ninth to tenth embodiments as the excited particle supply system, the excitation of the plasma discharge by the parallel plate type electrode is explained, and in the eighth embodiment, the excitation by the ultraviolet ray is explained. These are merely examples, and there are various other initial plasma excitation means. For example, as shown in FIG. 22, one electrode (first auxiliary electrode) 17b is circulated around the outside of the
或いは、図23に示すように一方の電極(第1補助電極)17aを帯状(扁平なリング状)に導入配管60の外部を周回させ、他方の電極(第2補助電極)18aを、帯状(扁平なリング状)にして導入配管60の内部を周回させ、第1補助電極17aと第2補助電極18aの間で放電させても良い。図23では電流導入端子(フィードスルー)7を用いて、補助パルス電源16からの電圧が、他方の電極(第2補助電極)18aに供給される場合を励磁しているが、電圧供給の方法は、図23の例示に限定されないことは勿論である。補助パルス電源16から電流導入端子(フィードスルー)7には外部配線67が接続され、電流導入端子(フィードスルー)7と他方の電極(第2補助電極)18aとは内部配線6cで接続されている。又、補助パルス電源16と一方の電極(第1補助電極)17aとは外部配線17aで接続されている。
Alternatively, as shown in FIG. 23, one electrode (first auxiliary electrode) 17a is formed in a band shape (flat ring shape) around the outside of the
又、第8の実施の形態では多重反射を用いた紫外線による励起を説明したが、必ずしも多重反射を用いる必要はなく、処理ガスの導入方向に1本の紫外線ビームを走行させる手段によっても、励起粒子を生成できる。 In the eighth embodiment, excitation by ultraviolet rays using multiple reflection has been described. However, it is not always necessary to use multiple reflections, and excitation can also be performed by means of traveling a single ultraviolet beam in the direction of process gas introduction. Particles can be generated.
又、紫外線以外の放射線、例えばシンクロトロン放射による放射線を用いて励起粒子を生成しても良い。 The excited particles may be generated using radiation other than ultraviolet rays, for example, radiation by synchrotron radiation.
又、第1〜第10の実施の形態では被処理物が1個の場合を例示したが、複数個の被処理物を全部挟むように、第1主電極11b及び第2主電極12を互いに対峙して配置すれば、複数の被処理物を同時に処理することも可能である。この場合、複数の被処理物の内面を処理するのであれば、それぞれの被処理物に対する処理ガスの吸気側配管(導入配管)及び排気側配管やそれに付随するバルブ類が必要なことは勿論である。
Further, in the first to tenth embodiments, the case where there is one object to be processed is illustrated, but the first
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
8…第2補助電極
9…分岐部
10…分岐部
11,11b,11c,11d…第1主電極
12…第2主電極
14…パルス電源
16…補助パルス電源
17,17a,17b…第1補助電極
18,18a…第2補助電極
19…首部アダプタ
20,21…被処理物
21b…分岐管
22…被処理物ガイド溝
23…第2主電極被覆絶縁膜
24…吸気アダプタ
25b、25d…第1主電極保護層
27…処理室側壁
28…排気アダプタ
30…真空ポンプ
31…真空ポンプ(第2ポンプ)
32…真空ポンプ(第1ポンプ)
33…ガス源
41…吸気側バルブ(第2吸気側バルブ)
41a…第2マニホールドバルブ
41b…第2トリガガス導入バルブ
41c…第2吸気側バルブ
42…排気側バルブ(第2排気側バルブ)
43…第1吸気側バルブ
43a…第1マニホールドバルブ
43b…第1トリガガス導入バルブ
43c…第1吸気側バルブ
44…第1排気側バルブ
45…マニホールドバルブ
51…底部被処理物保持具
52…上部被処理物保持具
53…処理室底蓋
54…処理室上蓋
60…導入配管
61…吸気側配管(第2吸気側配管)
61b…第2トリガガス導入配管
61c…第2吸気側配管
61t…第2T型配管
62…吸気側調整室
63…排気側配管(第2排気側配管)
64…T型配管
65…ガス供給層
66、66b、66c、66d…ガス供給穴
67…第1吸気側配管
67b…第1トリガガス導入配管
67c…第1吸気側配管
67t…第1T型配管
68…第1排気側配管
68b…分岐排気配管
69…排気側配管
70…吸気側配管
71…収納チューブ
72…収納チューブ底キャップ
73…収納チューブ上キャップ
81…底部被処理物保持具
82…分岐管端部保持具
83…上部被処理物保持具
84…分岐管端部保持具
85…励起粒子生成室
86…導入配管
87…プレヒータ
88a…第1トリガガス源
88b…第2トリガガス源
91…紫外線照射手段
92…第1反射鏡
93…第2反射鏡
DESCRIPTION OF
32 ... Vacuum pump (first pump)
33 ...
41a ... second
43 ... 1st
61b ... second trigger
64 ... T-type piping 65 ...
Claims (12)
前記被処理物の他端から該処理ガスを排気する真空排気系と、
前記被処理物へのガス供給上流側に配置され、前記被処理物の本体での初期放電を引き起こす励起粒子を供給する励起粒子供給系と、
前記被処理物の処理領域を互いに対峙配置して挟み、前記処理領域を主プラズマ発生領域とする第1主電極及び第2主電極
とを備え、該励起粒子供給系は少なくとも主プラズマ発生まで駆動し、デューティ比10−7〜10−1の主パルスを前記第1主電極及び前記第2主電極間に印加することで前記被処理物の内部に非熱平衡プラズマ流を生成し、前記被処理物の内面を処理することを特徴とする表面処理装置。 A gas introduction system for introducing a processing gas from one end of a tubular workpiece;
A vacuum exhaust system for exhausting the processing gas from the other end of the workpiece;
An excited particle supply system that is arranged on the gas supply upstream side of the object to be processed and supplies excited particles that cause an initial discharge in the main body of the object to be processed;
A first main electrode and a second main electrode having a processing region as a main plasma generation region sandwiched between processing regions of the object to be processed, and the excited particle supply system is driven until at least main plasma generation And applying a main pulse having a duty ratio of 10 −7 to 10 −1 between the first main electrode and the second main electrode to generate a non-thermal equilibrium plasma flow inside the object to be processed, A surface treatment apparatus for treating an inner surface of an object.
前記被処理物へのガス供給上流側に配置され、前記被処理物の本体での初期放電を引き起こす励起粒子を供給する励起粒子供給系と、
前記被処理物の処理領域を互いに対峙配置して挟み、前記処理領域を主プラズマ発生領域とする第1主電極及び第2主電極
とを備え、前記励起粒子供給系は少なくとも主プラズマ発生まで駆動し、デューティ比10−7〜10−1の主パルスを前記第1主電極及び前記第2主電極間に印加することで前記被処理物の内部に非熱平衡プラズマ流を生成し、前記被処理物の内面を処理することを特徴とする表面処理装置。 A processing gas introduced at a constant flow rate from an introduction pipe provided at the other end of the tubular workpiece to be sealed at one end is exhausted from an exhaust pipe provided at the other end, and the inside of the workpiece is An evacuation system for maintaining the pressure of the processing gas at the processing pressure;
An excited particle supply system that is arranged on the gas supply upstream side of the object to be processed and supplies excited particles that cause an initial discharge in the main body of the object to be processed;
A first main electrode and a second main electrode having a processing region as a main plasma generation region sandwiched between processing regions of the object to be processed, and the excited particle supply system is driven until at least main plasma generation And applying a main pulse having a duty ratio of 10 −7 to 10 −1 between the first main electrode and the second main electrode to generate a non-thermal equilibrium plasma flow inside the object to be processed, A surface treatment apparatus for treating an inner surface of an object.
前記他端側に配置され、前記被処理物の本体での初期放電を引き起こす励起粒子を供給する励起粒子供給系と、
前記被処理物の処理領域を互いに対峙配置して挟み、前記処理領域を主プラズマ発生領域とする第1主電極及び第2主電極
とを備え、前記励起粒子供給系は少なくとも主プラズマ発生まで駆動し、デューティ比10−7〜10−1の主パルスを前記第1主電極及び前記第2主電極間に印加することで前記被処理物の内部に非熱平衡プラズマを生成し、前記被処理物の内面を処理することを特徴とする表面処理装置。 A vacuum manifold unit for sealing a processing gas at a predetermined pressure from the other end to the inside of the processing object connected to the other end of the tubular processing object sealed at one end;
An excited particle supply system that is disposed on the other end side and supplies excited particles that cause initial discharge in the main body of the workpiece;
A first main electrode and a second main electrode having a processing region as a main plasma generation region sandwiched between processing regions of the object to be processed, and the excited particle supply system is driven until at least main plasma generation And applying a main pulse with a duty ratio of 10 −7 to 10 −1 between the first main electrode and the second main electrode to generate non-thermal equilibrium plasma inside the object to be processed, The surface treatment apparatus characterized by processing the inner surface of.
前記被処理物へのガス供給上流側に配置され、前記被処理物の本体での初期放電を引き起こす励起粒子を供給する励起粒子供給系と、
前記被処理物の処理領域を互いに対峙配置して挟み、前記処理領域を主プラズマ発生領域とする第1主電極及び第2主電極
とを備え、前記励起粒子供給系は少なくとも主プラズマ発生まで駆動し、デューティ比10−7〜10−1の主パルスを前記第1主電極及び前記第2主電極間に印加することで前記被処理物の内部に非熱平衡プラズマ流を生成し、前記被処理物の内面を処理することを特徴とする表面処理装置。 In a workpiece having a tubular trunk and a branch pipe branched from the trunk, the processing gas introduced from one end of the trunk is exhausted from the other end of the trunk and the end of the branch pipe to generate a gas flow Vacuum evacuation system to
An excited particle supply system that is arranged on the gas supply upstream side of the object to be processed and supplies excited particles that cause an initial discharge in the main body of the object to be processed;
A first main electrode and a second main electrode having a processing region as a main plasma generation region sandwiched between processing regions of the object to be processed, and the excited particle supply system is driven until at least main plasma generation And applying a main pulse having a duty ratio of 10 −7 to 10 −1 between the first main electrode and the second main electrode to generate a non-thermal equilibrium plasma flow inside the object to be processed, A surface treatment apparatus for treating an inner surface of an object.
前記被処理物へのガス供給上流側に配置され、前記被処理物の本体での初期放電を引き起こす励起粒子を供給する励起粒子供給系と、
前記被処理物の処理領域を互いに対峙配置して挟み、前記処理領域を主プラズマ発生領域とする第1主電極及び第2主電極
とを備え、前記励起粒子供給系は少なくとも主プラズマ発生まで駆動し、デューティ比10−7〜10−1の主パルスを前記第1主電極及び前記第2主電極間に印加することで前記被処理物の内部に非熱平衡プラズマ流を生成し、前記被処理物の内面を処理することを特徴とする表面処理装置。 In a workpiece having a tubular trunk and a branch pipe branched from the trunk, the processing gas introduced from one end of the trunk and the end of the branch pipe is exhausted from the other end of the trunk to generate a gas flow. Vacuum evacuation system to
An excited particle supply system that is arranged on the gas supply upstream side of the object to be processed and supplies excited particles that cause an initial discharge in the main body of the object to be processed;
A first main electrode and a second main electrode having a processing region as a main plasma generation region sandwiched between processing regions of the object to be processed, and the excited particle supply system is driven until at least main plasma generation And applying a main pulse having a duty ratio of 10 −7 to 10 −1 between the first main electrode and the second main electrode to generate a non-thermal equilibrium plasma flow inside the object to be processed, A surface treatment apparatus for treating an inner surface of an object.
前記第1主電極を陽極とし、前記第2主電極を陰極とし、前記第1主電極側から処理ガスを、前記処理室の内部において前記第2主電極側に向かってシャワー状に給気し、前記処理室の一部から前記シャワー状に給気された前記処理ガスを排気する雰囲気調整手段
とを更に備え、前記主パルスを前記第1主電極及び前記第2主電極間に印加することで前記被処理物の外面を更に非熱平衡プラズマ処理することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の表面処理装置。 A processing chamber constituting a sealed space surrounding the outer surface of the workpiece;
The first main electrode is used as an anode, the second main electrode is used as a cathode, and a processing gas is supplied from the first main electrode side to the second main electrode side in a shower shape inside the processing chamber. And an atmosphere adjusting means for exhausting the processing gas supplied in a shower form from a part of the processing chamber, and applying the main pulse between the first main electrode and the second main electrode. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the outer surface of the workpiece is further subjected to non-thermal equilibrium plasma treatment.
前記被処理物の外面を囲む空間を減圧する第2の真空排気系を備えることを特徴とする請求項6に記載の表面処理装置。 The atmosphere adjusting means is
The surface treatment apparatus according to claim 6, further comprising a second evacuation system that depressurizes a space surrounding an outer surface of the workpiece.
前記被処理物の処理領域を互いに対峙配置して挟み、前記処理領域を主プラズマ発生領域とする第1主電極及び第2主電極
とを備え、前記被処理物の一端から処理ガスを導入して前記被処理物の内部にガス流を形成し、該ガス流の圧力を20kPa〜100kPaの範囲の処理圧力に調整し、前記励起粒子供給系は少なくとも主プラズマ発生まで駆動し、デューティ比10−7〜10−1の主パルスを前記第1主電極及び前記第2主電極間に印加することで前記被処理物の内部に非熱平衡プラズマ流を生成し、前記被処理物の内面を処理することを特徴とする表面処理装置。 An excited particle supply system that is arranged on the gas supply upstream side of a tubular object to be processed having a length equal to or greater than the outer diameter, and that supplies excited particles that cause an initial discharge in the main body of the object to be processed, which is made of a dielectric,
A first main electrode and a second main electrode having a processing region of the processing object as a main plasma generation region sandwiched between processing regions of the processing object, and introducing a processing gas from one end of the processing object. the gas flow is formed inside of the object to be treated Te, the pressure of the gas flow was adjusted to the process pressure in the range of 20KPa~100kPa, the excited particle supplying system drives at least until the main plasma generation, a duty ratio of 10 - By applying a main pulse of 7 to 10 −1 between the first main electrode and the second main electrode, a non-thermal equilibrium plasma flow is generated inside the object to be processed, and the inner surface of the object to be processed is processed. The surface treatment apparatus characterized by the above-mentioned.
In the discharge of the non-thermal equilibrium plasma, the maximum rising rate dV / dt of the voltage of the main pulse applied between the first main electrode and the second main electrode is 10 kV / μs to 1000 kV / μs. The surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 10.
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