JP2011086390A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化することなく、又、消費電力を大きくすることなく、被加工物の処理面に確実にプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】減圧容器１２内に、シート状の被加工物１６の処理面の反対側の面を支持し接地されている支持ローラ２３と、被加工物１６を挟んで支持ローラ２３に対向して被加工物１６の処理面に磁力線Ｍが通る磁界を発生する永久磁石２５と、電圧が印加されることにより支持ローラ２３に支持されている被加工物１６の処理面を経由して支持ローラ２３との間にグロー放電を生じる棒状電極２６とを設ける。減圧容器１２内を減圧した状態で支持ローラ２３と棒状電極２６と間でグロー放電を行い、発生したプラズマを被加工物１６の処理面のうち永久磁石２５によって発生する磁界内にとどめて、プラズマと被加工物１６の処理面１６１うち磁界内に位置する部分との反応を促進させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状の被加工物の処理面にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に関する。

近年、シート状の絶縁材料等の被加工物とこの被加工物に接合される部材との接合を良好にするために、被加工物の面のうち上記部材が接合される処理面にプラズマ処理を施すことがある。

プラズマ処理を施す装置としては、例えば、特許文献１に示す迅速プラズマ処理装置がある。この迅速プラズマ処理装置は、シート状の被加工物を搬送するローラと、このローラに対して隙間を介して設けられた閉込め手段及びシールドとを備えている。そして、この迅速プラズマ処理装置は、ローラを回転して被加工物を搬送しながら、ローラに高周波の高電圧を印加してローラと閉込め手段と間にプラズマを発生させ、被加工物の処理面にプラズマ処理を施している。

特表平７−５０２０７４号公報

特許文献１に示すようなローラに高周波の高電圧を印加する構成では、プラズマがローラの全周の広い範囲で発生しやすく、場所によってプラズマの濃度が異なることがある。この場合、被加工物の処理面にプラズマ処理が施されている部分と施されていない部分が生じてしまうことがある。

従って、被加工物の処理面に確実にプラズマ処理を施すには、プラズマ処理装置を大型化したり、被加工物の搬送を遅くしたりして、プラズマ処理の処理時間を長くする必要がある。しかしながら、プラズマ処理装置を大型化することや、又、被加工物の搬送を遅くすることは、費用や生産効率の点で好ましくない。
又、ローラに印加する電圧をより高くすることも考えられるが、この場合、消費電力が大きくなってしまう。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置を大型化することなく、又、消費電力を大きくすることなく、被加工物の処理面に確実にプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置を提供することである。

上記した目的を達成するために、本発明の請求項１に係るプラズマ処理装置は、シート状の被加工物の処理面にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記被加工物が支持されている支持部と、前記支持部に支持されている前記被加工物を巻き取る巻き取り部とを有し、前記被加工物を運搬する運搬手段と、前記支持部と前記巻き取り部との間に設けられ、前記被加工物の前記処理面の反対側の面を支持し、接地されている支持部材と、前記被加工物を挟んで前記支持部材に対向して設けられ、前記支持部材に支持されている前記被加工物の前記処理面に磁力線が通る磁界を発生する永久磁石と、前記永久磁石と前記支持部材との間に前記運搬手段による前記被加工物の運搬方向に対して垂直な方向へ延びて設けられ、電圧が印加されることにより前記支持部材に支持されている前記被加工物の前記処理面を経由して前記支持部材との間にグロー放電を生じる棒状電極と、前記運搬手段、前記支持部材、前記永久磁石及び前記棒状電極を収容し、内部が減圧される減圧容器と、を備えることを特徴としている。

同様の目的を達成するために、本発明の請求項２に係るプラズマ処理装置は、シート状の被加工物の処理面にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記被加工物が支持されている支持部と、前記支持部に支持されている前記被加工物を巻き取る巻き取り部とを有し、前記被加工物を運搬する運搬手段と、前記支持部と前記巻き取り部との間に設けられ、前記被加工物の前記処理面の反対側の面を支持し、接地されている支持部材と、前記支持部材内に設けられ、前記支持部材に支持されている前記被加工物の前記処理面に磁力線が通る磁界を発生する永久磁石と、前記被加工物の前記処理面側に、前記運搬手段による前記被加工物の運搬方向に対して垂直な方向へ延びて設けられ、電圧が印加されることにより前記支持部材に支持されている前記被加工物の前記処理面を経由して前記支持部材との間にグロー放電を生じる棒状電極と、前記運搬手段、前記支持部材、前記永久磁石及び前記棒状電極を収容し、内部が減圧される減圧容器と、を備えることを特徴としている。

本発明によれば、被加工物は、減圧された減圧容器内の接地されている支持部材と電圧が印加される棒状電極と間で、グロー放電によるプラズマ処理が施される。グロー放電を用いたプラズマ処理であるので、棒状電極に印加する電圧を従来構成のプラズマ処理装置で使用される電圧より低くすることができ、消費電力を低減することができる。

更に、本発明は、減圧容器内に永久磁石が収容され、この永久磁石の磁力線が、支持部材に支持されている被加工物の処理面を通る構成である。即ち、永久磁石によって発生する磁界内に被加工物の処理面が配置された構成である。この構成により、棒状電極と支持部材との間で生じたプラズマは永久磁石によって発生する磁界内にとどまりやすくなって、プラズマと被加工物の処理面うち磁界内に位置する部分との反応は促進される。その結果、被加工物の処理面に確実にプラズマ処理を施すことができ、プラズマ処理装置を大型化したり、被加工物の搬送を遅くしたりする必要はない。

本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置の構成を概略的に示す縦断面図 棒状電極付近を拡大して示す斜視図 本発明の第２の実施形態のプラズマ処理装置の構成を概略的に示す縦断面図

本発明を、シート状の絶縁材料等の被加工物の処理面にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に適用して説明する。被加工物としては、例えばＰＰＳフィルム（ポリフェニレンサルファイドフィルム）、メタ系のアラミドフィルム等がある。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
まず、図１に、プラズマ処理装置１１の概略図を示す。プラズマ処理装置１１は、機密性に優れる減圧容器１２を有している。減圧容器１２は、内部が２つの仕切壁１２０、１２０によって、巻き出し室１２１と、処理室１２２と、巻き取り室１２３との３部屋に分けられている。巻き出し室１２１と処理室１２２とは、一方の仕切壁１２０に形成された開口部１２４を介して連通し、処理室１２２と巻き取り室１２３とは、他方の仕切壁１２０に形成された開口部１２５を介して連通している。

処理室１２２には、バルブ１３を介して真空ポンプ１４等の減圧装置が接続されている。減圧容器１２の内部は、真空ポンプ１４が駆動した状態でバルブ１３が開放されることにより、減圧される。又、減圧容器１２には、減圧容器１２内の圧力を計測する圧力計１５が設けられている。

巻き出し室１２１内には、被加工物１６が巻かれて支持される円柱状の巻き出しローラ２１が収容されている。又、巻き取り室１２３内には、図示しないモータ等の駆動装置が駆動することによって回転される円柱状の巻き取りローラ２２が収容されている。巻き出しローラ２１及び巻き取りローラ２２は、互いの軸が対向するように配置されている。

巻き取りローラ２２には、図示はしないが、巻き出しローラ２１に巻かれた被加工物１６の先端部が取り付ける取り付け部が設けられている。この構成により、巻き出しローラ２１に巻かれた被加工物１６の先端部が取り付け部に取り付けられて巻き取りローラ２２が回転されると、巻き出しローラ２１に巻かれた被加工物１６は処理室１２２を通って巻き取りローラ２２に巻き取られる。即ち、巻き取りローラ２２が回転されることにより、被加工物１６は巻き出し室１２１から処理室１２２を通って巻き取り室１２３に搬送される。特許請求の範囲において、巻き出しローラ２１が支持部に相当し、巻き取りローラ２２が巻き取り部に相当し、巻き出しローラ２１及び巻き取りローラ２２が被加工物１６を運搬する運搬手段に相当する。

巻き出しローラ２１と巻き取りローラ２２との間であって処理室１２２内には、円柱状の支持ローラ２３が収容されている。支持ローラ２３は、図２に示すように、外周面が被加工物１６の処理面１６１の反対側の面、即ち裏面１６２に接し、被加工物１６を下側から支持している。この支持ローラ２３は、接地されている。
又、図１に示すように、巻き出しローラ２１と支持ローラ２３との間、及び支持ローラ２３と巻き取りローラ２２との間には、被加工物１６に一定の張力を生じさせるための補助ローラ２４がそれぞれ設けられている。

処理室１２２内で被加工物１６を挟んで支持ローラ２３に対向した位置には、永久磁石２５が収容されている。本実施形態では、支持ローラ２３と被加工物１６とが接している部分の上方に、永久磁石２５が設けられている。永久磁石２５としては、ネオジウム磁石が用いられている。永久磁石２５は、支持ローラ２３の軸方向に沿って延び、更に被加工物１６の運搬方向（図１中、矢印Ｘで示す）の進行側に位置する端部２５１及び後方側に位置する端部２５２がそれぞれ下方に突出している。即ち、永久磁石２５の断面は、正面（図１参照）から見て下方が開放した略Ｃ字状である。

この永久磁石２５の磁極は、上述した端部２５１と端部２５２とに形成されている。本実施形態では、端部２５１にＳ極が形成され、端部２５２にＮ極が形成されている。これにより、端部２５１と端部２５２との間に磁界が発生し、端部２５１のＳ極と端部２５２のＮ極とをつなぐ多数の磁力線Ｍが発生する。図１に磁力線の一部を磁力線Ｍとして示す。そして、本実施形態では、この磁力線Ｍの一部が支持ローラ２３に支持されている被加工物１６の処理面１６１を通るように、支持ローラ２３と永久磁石２５との距離が調整されている。即ち、被加工物１６の一部は、永久磁石２５によって発生した磁界内に配置されている。支持ローラ２３と永久磁石２５との距離は、できるだけ短い方が好ましい。

処理室１２２内で支持ローラ２３と永久磁石２５との間であって永久磁石２５によって発生する磁界内には、グロー放電を生じる棒状の棒状電極２６が収容されている。棒状電極２６は、軸方向が被加工物１６の運搬方向Ｘに対して垂直な方向、即ち支持ローラ２３の軸方向と平行な方向、言い換えると被加工物１６の幅方向に一致する方向に延びて設けられている。即ち永久磁石２５は、棒状電極２６の軸方向に沿って延びて設けられ、棒状電極２６の上方を覆っている。

棒状電極２６は、高周波発生装置２７に電気的に接続されている。高周波発生装置２７は、図示しないトランス等から構成されている。この構成により、減圧容器１２の内部が減圧された状態で、高周波発生装置２７から所定の電圧、例えば数十〜２００ｋＨｚで５ｋＶ以下の電圧が棒状電極２６に印加されると、棒状電極２６と支持ローラ２３に支持されている被加工物１６の処理面１６１を経由して支持ローラ２３との間にグロー放電が生じる。

次に、上記構成の作用を説明する。
まず、被加工物１６が巻かれた巻き出しローラ２１から被加工物１６の先端部を引き出し、この先端部を支持ローラ２３及び補助ローラ２４、２４を介して巻き取りローラ２２に取り付ける。次に、真空ポンプ１４を駆動しバルブ１３を開放して減圧容器１２内の減圧を行う。

次に、巻き取りローラ２２を回転させて、被加工物１６の搬送を行う。そして、高周波発生装置２７を駆動して、棒状電極２６に所定の電圧を印加する。これにより、棒状電極２６と支持ローラ２３に支持されている被加工物１６の処理面１６１を経由して支持ローラ２３との間にグロー放電が生じる。

グロー放電によって棒状電極２６と支持ローラ２３との間で生じたプラズマは、永久磁石２５によって発生する磁界によってこの磁界内にとどまりやすくなり、プラズマと被加工物１６の処理面１６１うち磁界内に位置する部分との反応は促進される。
上記のプラズマ処理により、被加工物１６の処理面１６１が親水性等に改質されたり、濡れ性が良好になったりして、被加工物１６の処理面１６１の接着性は向上する。

次に、上記構成の効果を説明する。
被加工物１６の処理面１６１は、減圧された減圧容器１２内の支持ローラ２３と棒状電極２６と間で、グロー放電によるプラズマ処理が施される。グロー放電を用いたプラズマ処理であるので、棒状電極２６に印加する電圧を、従来構成のプラズマ処理装置、例えば特許文献１のプラズマ処理装置で使用される電圧や、コロナ放電を採用したプラズマ処理で使用される電圧に比べて低くすることができ、消費電力を低減することができる。

又、本実施形態は、減圧容器１２内に永久磁石２５が収容され、この永久磁石２５の磁力線Ｍが、被加工物１６の処理面１６１を通る構成、即ち、永久磁石２５によって発生する磁界内に被加工物１６の処理面１６１が配置された構成である。これにより、棒状電極２６と支持ローラ２３との間で生じたプラズマは、永久磁石２５によって発生する磁界内にとどまりやすくなって、プラズマと被加工物１６の処理面１６１うち磁界内に位置する部分との反応は促進される。その結果、被加工物１６の処理面１６１に確実にプラズマ処理を施すことができ、プラズマ処理装置１１を大型化したり、被加工物１６の搬送を遅くしたりする必要はない。

永久磁石２５は、棒状電極２６の軸方向に沿って延びて設けられ、且つ、棒状電極２６の被加工物１６とは反対側を覆う断面略Ｃ字状であるので、棒状電極２６と支持ローラ２３との間で生じたプラズマが、棒状電極２６よりも上方に飛散してしまうことを防止することができる。

棒状電極２６を永久磁石２５によって発生する磁界内に設けたので、グロー放電が生じているときに棒状電極２６と支持ローラ２３との間で生じたプラズマを、永久磁石２５によって発生する磁界により一層とどめることができる。これにより、プラズマと被加工物１６の処理面１６１うち磁界内に位置する部分との反応は、より一層促進される。
永久磁石２５としてネオジウム磁石を用いているため、例えば電磁石を用いた構成よりも、プラズマ処理装置１１を小型化することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図３を参照して説明する。尚、上記第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図３に示す第２の実施形態のプラズマ処理装置３１は、第１の実施形態の支持ローラ２３、永久磁石２５、及び棒状電極２６の代わりに、支持ローラ３２、永久磁石３３、及び棒状電極３４を備えている。

支持ローラ３２は、巻き出しローラ２１と巻き取りローラ２２との間であって処理室１２２内に設けられている。支持ローラ３２は、円柱状の内周支持部材３２１と、内周支持部材３２１の外側に設けられた円筒状の外周支持部材３２２とを有している。内周支持部材３２１は回転不能に支持され、外周支持部材３２２は回転可能に支持されている。支持ローラ３２は、外周支持部材３２２の外周面が被加工物１６の処理面の反対側の面、即ち裏面に接し、被加工物１６を下側から支持している。この支持ローラ３２の外周支持部材３２２は、接地されている。

永久磁石３３は、支持ローラ３２の内周支持部材３２１内に複数個設けられている。本実施形態では、内周支持部材３２１の外周部のうち、外周支持部材３２２の外周面に被加工物１６の裏面が接する側の領域、この場合、略上半分の領域に、４個の永久磁石３３が所定の間隔をあけて設けられている。尚、便宜上、４個の永久磁石３３を、巻き出しローラ２１側から順に、永久磁石３３１、３３２、３３３、３３４と称する。４個の永久磁石３３は、内周支持部材３２１の外周側に位置する磁極が、周方向に交互に入れ替わって配置されている。例えば、内周支持部材３２１の外周側に位置する磁極は、永久磁石３３１及び永久磁石３３３が同極（例えばＮ極）であり、永久磁石３３２及び永久磁石３３４が永久磁石３３１及び永久磁石３３３に対して異なる極（例えばＳ極）である。これにより、周方向に隣合う永久磁石３３間に、磁界が発生し、多数の磁力線Ｍが発生する。そして、本実施形態では、この磁力線Ｍの一部が外周支持部材３２２に支持されている被加工物１６の処理面を通るように、周方向に隣り合う永久磁石３３の配置が調整されている。

棒状電極３４は、複数個、例えば永久磁石３３よりも１個少ない本数、本実施形態では３個用いられている。尚、便宜上、３個の棒状電極３４を、巻き出しローラ２１側から順に、棒状電極３４１、３４２、３４３と称する。３個の棒状電極３４は、被加工物１６の処理面側に、被加工物１６の運搬方向Ｘに対して垂直な方向、この場合棒状電極３４の軸方向が支持ローラ３２の軸方向と平行な方向、言い換えると被加工物１６の幅方向に一致する方向に延びて設けられている。具体的には、棒状電極３４１は、被加工物１６の処理面側であって、永久磁石３３１と永久磁石３３２とによって発生する磁界内に設けられている。又、棒状電極３４２は、被加工物１６の処理面側であって、永久磁石３３２と永久磁石３３３とによって発生する磁界内に設けられている。更に、棒状電極３４３は、被加工物１６の処理面側であって、永久磁石３３３と永久磁石３３４とによって発生する磁界内に設けられている。
棒状電極３４１、３４２、３４３には、高周波発生装置２７から所定の電圧、例えば数十〜２００ｋＨｚで５ｋＶ以下の電圧がそれぞれ印加される構成である。

上記構成によれば、減圧容器１２内を減圧して、高周波発生装置２７を駆動して、棒状電極３４に所定の電圧を印加すると、棒状電極３４１と外周支持部材３２２に支持されている被加工物１６の処理面を経由して支持ローラ３２との間、棒状電極３４２と外周支持部材３２２に支持されている被加工物１６の処理面を経由して支持ローラ３２との間、棒状電極３４３と外周支持部材３２２に支持されている被加工物１６の処理面を経由して支持ローラ３２との間にそれぞれグロー放電が生じる。

グロー放電によって棒状電極３４１と支持ローラ３２との間で生じたプラズマは、被加工物１６の処理面のうち永久磁石３３１と永久磁石３３２とによって発生する磁界内にとどまりやすくなって、プラズマと被加工物１６の処理面のうち、この磁界内に位置する部分との反応は促進される。又、グロー放電によって棒状電極３４２と支持ローラ３２との間で生じたプラズマは、被加工物１６の処理面のうち永久磁石３３２と永久磁石３３３とによって発生する磁界内にとどまりやすくなって、プラズマと被加工物１６の処理面１６１うちこの磁界内に位置する部分との反応は促進される。更に、グロー放電によって棒状電極３４３と支持ローラ３２との間で生じたプラズマは、被加工物１６の処理面のうち永久磁石３３３と永久磁石３３４とによって発生する磁界内にとどまりやすくなって、プラズマと被加工物１６の処理面のうち、この磁界内に位置する部分との反応は促進される。

第２の実施形態では、複数の箇所、この場合３箇所でグロー放電によるプラズマ処理が施されるため、被加工物１６の処理面にプラズマ処理をより確実に施すことができる。
永久磁石３３が支持ローラ３２内に設けられているので、永久磁石３３を支持ローラ３２の外側に設ける構成に比べて、減圧容器１２を小型化することができる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されず、次のような変形、拡張が可能である。
第１及び第２の実施形態減圧容器１２に、酸素、不活性ガス等の減圧容器１２用のガスが貯えられたガス供給装置（図示せず）を接続し、減圧容器１２内を減圧した後に、ガス供給装置から減圧容器１２の内部に所定のガスを供給して、減圧容器１２内を所定のガスで一定の圧力にする構成にしても良い。

第１及び第２の実施形態では、支持ローラ２３、３２の上面に被加工物１６が接し、この被加工物１６の上方に棒状電極２６、３４を設ける構成で説明したが、支持ローラ２３、３２の下面に被加工物１６が接し、この被加工物１６の下方に棒状電極２６、３４を設ける構成にしても良い。
第１及び第２の実施形態では、被加工物１６としてシート状の絶縁材料等を用いて説明したが、その他の樹脂材料、或いは金属製のシート等にも適用できる。
運搬手段は、ベルトコンベアでも良い。
その他、上記した構成部品の数、設定値、材料等について、適宜変更することができる。

図面中、１１，３１はプラズマ処理装置、１２は減圧容器、２１は巻き出しローラ（支持部、運搬手段）、２２は巻き取りローラ（巻き取り部、運搬手段）、２３，３２は支持ローラ（支持部材）、２５，３３，３３１，３３２，３３３，３３４は永久磁石、２６，３４，３４１，３４２，３４３は棒状電極を示す。

Claims (4)

1. シート状の被加工物の処理面にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
   前記被加工物が支持されている支持部と、前記支持部に支持されている前記被加工物を巻き取る巻き取り部とを有し、前記被加工物を運搬する運搬手段と、
   前記支持部と前記巻き取り部との間に設けられ、前記被加工物の前記処理面の反対側の面を支持し、接地されている支持部材と、
   前記被加工物を挟んで前記支持部材に対向して設けられ、前記支持部材に支持されている前記被加工物の前記処理面に磁力線が通る磁界を発生する永久磁石と、
   前記永久磁石と前記支持部材との間に前記運搬手段による前記被加工物の運搬方向に対して垂直な方向へ延びて設けられ、電圧が印加されることにより前記支持部材に支持されている前記被加工物の前記処理面を経由して前記支持部材との間にグロー放電を生じる棒状電極と、
   前記運搬手段、前記支持部材、前記永久磁石及び前記棒状電極を収容し、内部が減圧される減圧容器と、
   を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. シート状の被加工物の処理面にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
   前記被加工物が支持されている支持部と、前記支持部に支持されている前記被加工物を巻き取る巻き取り部とを有し、前記被加工物を運搬する運搬手段と、
   前記支持部と前記巻き取り部との間に設けられ、前記被加工物の前記処理面の反対側の面を支持し、接地されている支持部材と、
   前記支持部材内に設けられ、前記支持部材に支持されている前記被加工物の前記処理面に磁力線が通る磁界を発生する永久磁石と、
   前記被加工物の前記処理面側に、前記運搬手段による前記被加工物の運搬方向に対して垂直な方向へ延びて設けられ、電圧が印加されることにより前記支持部材に支持されている前記被加工物の前記処理面を経由して前記支持部材との間にグロー放電を生じる棒状電極と、
   前記運搬手段、前記支持部材、前記永久磁石及び前記棒状電極を収容し、内部が減圧される減圧容器と、
   を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 前記永久磁石は、前記棒状電極の軸方向に沿って延びて設けられ、且つ、前記棒状電極の被加工物とは反対側を覆う断面略Ｃ字状であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
4. 前記永久磁石は、ネオジウム磁石であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。

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