JP2014002937A - 大気圧プラズマ処理装置、大気圧プラズマ処理装置の製造方法および大気圧プラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧印加時の異常放電を抑制することができるとともに、表面処理効果を高くすることができる大気圧プラズマ処理装置、大気圧プラズマ処理装置の製造方法および大気圧プラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】電極は絶縁体の外表面上に溶射により形成されている大気圧プラズマ処理装置および大気圧プラズマ処理装置の製造方法、ならびにその装置を用いた大気圧プラズマ処理方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気圧プラズマ処理装置、大気圧プラズマ処理装置の製造方法および大気圧プラズマ処理方法に関する。

従来から、チューブ形状や細長い短冊状の絶縁物等の表面を処理する方法として、絶縁体管の内部でプラズマを発生させ、プラズマを発生させた絶縁体管の内部に被処理物を設置することにより表面を処理する方法が行なわれてきた。

このような絶縁体管の内部にプラズマを発生させる方式としては、たとえば図１２および図１３の模式的斜視図に示すような容量結合型または誘導結合型の放電形式が広く知られている。

図１２に示される放電形式は、容量結合型の放電形式であり、一対のリング状電極１００ａ，１００ｂを絶縁体管１０１の外周に対向するように配置して、絶縁体管１０１の内部にガス１０２を流しながら電圧印加装置１０３により交流電圧を印加することによって、絶縁体管１０１の内部にプラズマを発生させる。

図１３に示される放電形式も、容量結合型の放電形式であり、絶縁体管２０１の外周に曲板状の電極２００ａ，２００ｂを配置して、絶縁体管２０１の内部にガス２０２を流しながら電圧印加装置２０３により交流電圧を印加することによって、絶縁体管２０１の内部にプラズマを発生させる。

また、特許文献１および特許文献２には、スパイラル状の平行電極対は、箔状の電極を絶縁体管の外周面に張り付けることにより形成されることが記載されている（特許文献１の段落［０００９］および特許文献２の段落［００１１］）。

また、特許文献３には、筒状の絶縁体に導電性材料よりなる高圧側電極と接地側電極を交互にらせん状にして筒状の絶縁体に装着（絶縁体内面に付着させても良いし、絶縁体内に埋設しても良い）することにより構成されることが記載されている（特許文献３の段落［００２３］）。

特開平５−２０２４８１号公報 特開平５−１０６０５３号公報 特開平８−１８３１０７号公報

特許文献１〜３には、電極の形成方法について具体的な記載はなされていないが、「張り付ける」、「付着させる」および「埋設させる」という言葉から、粘着剤を有する金属テープを貼り付ける方法、または絶縁体に切削加工等を施してその形状に合わせて金属板を嵌め込む方法などが考えられる。

近年では、大気圧近傍下の圧力で、高電圧を印加して強力なプラズマを発生させ、表面処理がされにくい被処理物の表面処理を行なう大気圧プラズマ処理の要望がある。

しかしながら、金属テープを貼り付ける方法によって電極を形成した場合には、大気圧プラズマの熱により粘着剤が溶融して絶縁体から金属テープが浮いてしまうため、高電圧印加時に異常放電が生じるという問題があった。また、金属テープが浮いてしまった場合には、大気圧プラズマによる表面処理効果が不十分となるという問題もあった。

また、絶縁体に金属板を嵌め込む方法によって電極を形成した場合には、絶縁体と金属板とを隙間なく密着させることが難しく、絶縁体と金属板との間に空気層が存在するため高電圧印加時に異常放電が発生しやすくなるという問題があった。また、この場合には、金属板の自重により絶縁体が撓んでしまい、大気圧プラズマによる表面処理効果が不十分となるという問題もあった。

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、高電圧印加時の異常放電を抑制することができるとともに、表面処理効果を高くすることができる大気圧プラズマ処理装置、大気圧プラズマ処理装置の製造方法および大気圧プラズマ処理方法を提供することにある。

本発明は、絶縁体と、絶縁体の外表面上において互いに対向するように配置されている一対の電極とを備え、一対の電極は絶縁体の外表面上に溶射により形成されている大気圧プラズマ処理装置である。

ここで、本発明の大気圧プラズマ処理装置において、絶縁体は、円筒管状であることが好ましい。

また、本発明の大気圧プラズマ処理装置において、一対の電極は絶縁体の外表面上にスパイラル状に配置されていることが好ましい。

また、本発明の大気圧プラズマ処理装置において、絶縁体は、互いに距離を空けて向かい合う、第１の絶縁体と第２の絶縁体とを含むことが好ましい。

また、本発明の大気圧プラズマ処理装置において、一対の電極は、第１の絶縁体の外表面上に設けられた第１の電極と、第２の絶縁体の外表面上に設けられた第２の電極とを含むことが好ましい。

また、本発明の大気圧プラズマ処理装置において、一対の電極は絶縁膜によって覆われていることが好ましい。

また、本発明の大気圧プラズマ処理装置において、絶縁膜は、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰおよびＰＦＡからなる群から選択された少なくとも１種を含むことが好ましい。

また、本発明は、上記のいずれかの大気圧プラズマ処理装置を製造する方法であって、絶縁体を準備する工程と、絶縁体の外表面上に一対の電極を溶射により形成する工程とを含む大気圧プラズマ処理装置の製造方法である。

ここで、本発明の大気圧プラズマ処理装置の製造方法は、一対の電極を溶射により形成する工程の前に、絶縁体の外表面に凹凸を形成する工程をさらに含むことが好ましい。

さらに、本発明は、上記のいずれかの大気圧プラズマ処理装置または上記の大気圧プラズマ処理装置の製造方法により製造された大気圧プラズマ処理装置を用いた大気圧プラズマ処理方法であって、ガスを導入する工程と、一対の電極間に電圧を印加することによってガスのプラズマを発生させる工程と、大気圧近傍の圧力下でプラズマを被処理物の表面に接触させることによって被処理物の表面を処理する工程とを含む大気圧プラズマ処理方法である。

本発明によれば、高電圧印加時の異常放電を抑制することができるとともに、表面処理効果を高くすることができる大気圧プラズマ処理装置、大気圧プラズマ処理装置の製造方法および大気圧プラズマ処理方法を提供することができる。

（ａ）は実施の形態１の大気圧プラズマ処理装置の模式的な側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った模式的な断面図である。 実施の形態１の大気圧プラズマ処理装置の製造工程の一部を図解する模式的な側面図である。 実施の形態１の大気圧プラズマ処理装置の製造工程の他の一部を図解する模式的な側面図である。 実施の形態１の大気圧プラズマ処理方法の工程の一部について図解する模式的な側面図である。 実施の形態１の大気圧プラズマ処理方法の工程の他の一部について図解する模式的な側面図である。 実施の形態１の大気圧プラズマ処理方法の工程の他の一部について図解する模式的な側面図である。 実施の形態１の大気圧プラズマ処理方法の工程の他の一部について図解する模式的な側面図である。 実施の形態２の大気圧プラズマ処理装置の模式的な断面図である。 実施の形態３の大気圧プラズマ処理装置の模式的な断面図である。 （ａ）は実施の形態４の大気圧プラズマ処理装置の模式的な斜視図であり、（ｂ）は実施の形態４の大気圧プラズマ処理装置の模式的な上面図である。 実施の形態５の大気圧プラズマ処理装置の模式的な斜視図である。 従来の容量結合型の放電形式の一例を図解する模式的な斜視図である。 従来の容量結合型の放電形式の他の一例を図解する模式的な斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

＜実施の形態１＞
図１（ａ）に、本発明の大気圧プラズマ処理装置の一例である実施の形態１の大気圧プラズマ処理装置の模式的な側面図を示す。また、図１（ｂ）に、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った模式的な断面図を示す。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示される実施の形態１の大気圧プラズマ処理装置は、円筒状の絶縁体管１と、絶縁体管１の外周面上において、互いに対向するように配置されている一対の電極である第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂと、絶縁体管１の外周面上に設けられている絶縁膜３と、を備えている。

第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂは、絶縁体管１の外周面上において、互いに間隔を空けて、それぞれスパイラル状に配置されており、第１の電極２ａはアースされ、第２の電極２ｂは電圧印加装置４に接続されている。電圧印加装置４によって第２の電極２ｂに電圧が印加されることにより、第１の電極２ａと第２の電極２ｂとの間に電圧が印加される。

また、図１（ｂ）に示すように、絶縁体管１の内周面５も円筒状となっており、内周面５の内側は空洞となっている。

絶縁体管１は、絶縁性の材料であれば特に限定されず、たとえば石英のほかアルミナなどのセラミックを用いることができる。

また、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂは、導電性の材料であれば特に限定されず、たとえば、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタンまたは鉛などの金属を用いることができる。

また、絶縁膜３は、絶縁性の材料であれば特に限定されず、たとえばエポキシ系樹脂、シリコーン樹脂またはフッ素系樹脂などを用いることができる。

なかでも、絶縁膜３としては、フッ素系樹脂を用いることが好ましい。絶縁膜３にフッ素系樹脂を用いた場合には、第２の電極２ｂに高電圧を印加したときに、絶縁体管１の外周面上に異常放電が発生するのを抑制できるとともに、絶縁体管１の内部の大気圧プラズマの発熱によって絶縁体管１の外周面に配置された絶縁膜３の劣化を抑制することができる。また、絶縁膜３にフッ素系樹脂を用いた場合には、被処理物の表面処理効果のより高い大気圧プラズマ処理を行なうこともできる。ここで、フッ素系樹脂は、炭素とフッ素との結合（Ｃ−Ｆ結合）を有する単量体を構成単位として有する重合体である。

本発明者が鋭意検討した結果、絶縁膜３にフッ素系樹脂を用いることによって第２の電極２ｂに高電圧を印加して、大気圧近傍の圧力下でガスプラズマを発生させて、被処理物の表面の大気圧プラズマ処理を行なった場合でも、従来の特許文献１および特許文献２に記載の放電形式と比較して、絶縁体管１の外周面上に異常放電が発生するのを抑制できるとともに、絶縁体管１の内部のプラズマの発熱によって絶縁体管１の外周面に配置されたフッ素系樹脂からなる絶縁膜３の劣化を抑制できることを見出した。

これは以下の理由によるものであると考えられる。すなわち、絶縁体管１の外周面上の異常放電の発生は、絶縁体管１の外周面上に配置された絶縁膜３の電気絶縁性の大きさに依存するところが大きい。そして、電気絶縁性の大きさは、（Ａ）絶縁破壊強さ、および（Ｂ）体積抵抗率が指標となる。

（Ａ）絶縁破壊強さ
絶縁破壊強さは、絶縁性材料の単位厚さに対する絶縁破壊電圧の値で、絶縁性材料の厚さに応じて、ｋＶ／ｍｍなどの単位で表わされる。ここで、特許文献１および特許文献２に記載のエポキシ接着剤およびシリコーン接着剤の絶縁破壊強さは、高電圧印加時に、絶縁体管１の外周面上に異常放電が発生するのを抑制できるほど大きくなく、フッ素系樹脂の絶縁破壊強さは、高電圧印加時に、絶縁体管１の外周面上に異常放電が発生するのを抑制できるほど大きいと考えられる。

（Ｂ）体積抵抗率
体積抵抗率は、絶縁性材料に直流電圧を加えたときのリーク電流を計測し、直流電圧をリーク電流のうち内部を通る電流のみで除し、絶縁性材料の断面積や長さを考慮した値である。ここで、特許文献１および特許文献２に記載のエポキシ接着剤およびシリコーン接着剤の体積抵抗率は、高電圧印加時に、絶縁体管１の外周面上に異常放電が発生するのを抑制できるほど大きくなく、フッ素系樹脂の体積抵抗率は、高電圧印加時に、絶縁体管１の外周面上に異常放電が発生するのを抑制できるほど大きいと考えられる。

また、絶縁膜３の劣化は、絶縁膜３の耐熱性に依存するところが大きいものと考えられ、絶縁膜３に用いられるフッ素系樹脂は、特許文献１および特許文献２に記載のエポキシ接着剤およびシリコーン接着剤と比較して耐熱性が高いものと考えられる。

また、本発明者は、絶縁膜３にフッ素系樹脂を用いることによって、従来の特許文献１および特許文献２に記載されているエポキシ接着剤またはシリコーン接着剤からなる絶縁膜３を用いた場合よりも、被処理物の表面処理効果の高い大気圧プラズマ処理を行なえることも見出した。

これは以下の理由によるものであると考えられる。すなわち、被処理物の表面処理効果は、（Ｃ）絶縁膜の吸水率（透湿性）、および（Ｄ）絶縁膜の耐候性（耐紫外線性）に依存するところが大きい。

（Ｃ）絶縁膜の吸水率（透湿性）
絶縁破壊電圧（絶縁破壊強さ）は、吸湿の影響を受け、樹脂は吸湿により絶縁破壊電圧が大きく低下する。エポキシ接着剤およびシリコーン接着剤は吸水率が高く、高湿度雰囲気に長時間曝された場合、プラズマ放電状態に影響を及ぼし、被処理物の表面処理効果が低下するものと考えられる。一方、フッ素系樹脂は、エポキシ接着剤およびシリコーン接着剤と比べて、吸水率が低いために、高湿度雰囲気に長時間曝された場合でも、被処理物の表面処理効果が低下しにくいものと考えられる。

（Ｄ）絶縁膜の耐候性（耐紫外光性）
プラズマ発光のスペクトルを解析すると、ガス種にもよるが、可視光の波長領域だけでなく、紫外光の波長領域にも強いピークが発現することがある。たとえば絶縁体管に合成石英を用いた場合には、絶縁体管１による紫外光の吸収が非常に小さいため、絶縁体管１の外周面上の絶縁膜３に紫外光が照射されることになる。このような紫外光の吸収により絶縁膜３が劣化し、プラズマ放電状態に影響を及ぼし、被処理物の表面処理効果が低下するものと考えられる。すなわち、フッ素系樹脂は、エポキシ接着剤およびシリコーン接着剤と比べて、紫外光の吸収率が低いため、絶縁膜３の耐候性（耐紫外光性）が高くなり、被処理物の表面処理効果が低下しにくいものと考えられる。

ここで、フッ素系樹脂としては、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）およびＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）からなる群から選択された少なくとも１種を含むものを用いることが好ましい。この場合には、高電圧印加時の絶縁体管１の外周面の異常放電および絶縁膜３の劣化をさらに抑制することができるとともに、被処理物の表面処理効果を高くすることができる傾向にある。

絶縁膜３の厚さは、０．００５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０２ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがより好ましい。絶縁膜３の厚さが０．００５ｍｍ以上である場合、特に０．０２ｍｍ以上である場合には、絶縁膜３に良好な絶縁性が得ることができる。また、絶縁膜３の厚さが５ｍｍ以下である場合、特に３ｍｍ以下である場合には、絶縁膜３の熱伝導性が良好となり、放電により発生した熱を絶縁膜３が蓄積して発熱するのを抑制することができる。

また、電圧印加装置４としては、たとえば従来から公知の高周波電源などを用いることができる。

なお、溶射により絶縁体管１の外周面上にスパイラル状に金属を形成することにより絶縁体管１の外周面上に第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを設置した場合には、一般的に溶射膜は細かいピンホールを含むため、空気中の水分（湿気）が第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂのピンホールに浸透することになる。このように空気中の水分（湿気）が第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂのピンホールに浸透した状態で、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂに電圧を印加した場合には、放電による熱等によって、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂが腐食する。しかしながら、耐腐食性が高く、水透過性の低いフッ素系樹脂からなる絶縁膜３で第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを保護することによって、溶射膜である第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの劣化を防ぐことが可能となる。

以下、本発明の大気圧プラズマ処理装置の製造方法の一例である実施の形態１の大気圧プラズマ処理装置の製造方法について説明する。まず、図２の模式的側面図に示すように、絶縁体管１を準備する。

次に、図３の模式的側面図に示すように、絶縁体管１の外周面上に第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを形成する。その後、図１（ａ）に示すように、第１の電極２ａをアースに接続し、第２の電極２ｂを電圧印加装置４に接続することによって、実施の形態１の大気圧プラズマ処理装置を製造することができる。

ここで、実施の形態１の大気圧プラズマ処理装置は、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂが溶射により絶縁体管１の外周面上に形成されることを特徴としている。

これは、本発明者が鋭意検討した結果、絶縁体管１の外周面上に第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを溶射により形成することによって、絶縁体管１と、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂとの間の密着性が極めて良好なものとなり、絶縁体管１から第１の電極２ａおよび第２の電極２が浮いてしまうのを抑制できることを見出したことによるものである。

これにより、実施の形態１の大気圧プラズマ処理装置においては、第２の電極２ｂに高電圧を印加した場合でも、絶縁体管１の外周面上に異常放電が発生しにくくなるとともに大気圧プラズマによる表面処理効果を十分に得ることができる。

また、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを溶射により形成した場合には、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂをたとえば数十ミクロンといった薄膜に形成することが可能となるため、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの自重によって絶縁体管１が撓むのを抑制することができ、大気圧プラズマによる表面処理効果を十分に得ることができる。

なお、「溶射」は、たとえば、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを構成する材料を溶融した状態で吹き付けることにより行なうことができる。

また、溶射により形成された第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの比抵抗は、０．２（Ω・ｍｍ²／ｍ）以下であることが好ましく、０．０７（Ω・ｍｍ²／ｍ）以下であることがより好ましい。第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの比抵抗が０．２（Ω・ｍｍ²／ｍ）以下、特に０．０７（Ω・ｍｍ²／ｍ）以下である場合には、放電の均一性が向上するだけでなく、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂに印加される電力も低減することができるため、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂにおける発熱を抑制することができる。

また、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを溶射により形成する工程の前に、絶縁体管１の外周面に凹凸を形成する工程をさらに含むことが好ましい。この場合には、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの絶縁体管１の外周面に対する密着性が向上する傾向にある。絶縁体管１の外周面に凹凸を形成する方法は、特に限定されないが、たとえば、サンドブラスト法、湿式エッチング法または表面フッ化エッチング法（ＣＦ₄やＣ₄Ｆ₈などのフルオロカーボン系のガスを用いたプラズマによって発生するＣＦ₂、ＣＦ、Ｆなどのラジカルやイオンなどを用いたエッチング方法）などを挙げることができる。

また、絶縁体管１の外周面の凹凸の表面粗さＲａは、５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下であることがより好ましい。絶縁体管１の外周面の凹凸の表面粗さＲａが５μｍ以上である場合には、絶縁体管１の外周面と、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂとの密着性を向上させることができるため、絶縁体管１の外周面からの第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの剥離を有効に抑制できる傾向にあり、絶縁体管１の外周面の凹凸の表面粗さＲａが３０μｍ以下である場合、特に２０μｍ以下である場合には、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの耐久性をより高めることができる。ＲａとはＪＩＳに規定される、表面の算術平均粗さである。

以下、本発明の大気圧プラズマ処理方法の一例である実施の形態１の大気圧プラズマ処理方法について説明する。まず、図４の模式的側面図に示すように、上述した実施の形態１の大気圧プラズマ処理装置を用意し、その円筒状の絶縁体管１の内部にガス６を導入する。

ここで、絶縁体管１の内部に導入されるガス６としては、たとえば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンおよび窒素からなる群から選択された少なくとも１種の不活性ガスを導入することができる。

次に、図５の模式的側面図に示すように、絶縁体管１の外周面上に配置された、第１の電極２ａと第２の電極２ｂとの間に電圧印加装置４によって電圧を印加することによって絶縁体管１の内部に導入されたガス６のプラズマ７を発生させる。

ここで、ガス６のプラズマ７は、大気圧近傍の圧力下で発生させられた大気圧プラズマである。なお、本明細書において、「大気圧近傍の圧力」は、絶縁体管１の内部の圧力が０．８気圧以上１．２気圧以下の範囲の圧力であることを意味する。

また、第１の電極２ａと第２の電極２ｂとの間に印加される電圧は、適宜設定可能であるが、高電圧印加による大気圧プラズマ処理の場合には、たとえば１５ｋＶよりも高い電圧とすることができる。また、高電圧印加による大気圧プラズマ処理ではない場合には、たとえば１５ｋＶ以下の電圧とすることができる。

また、第１の電極２ａと第２の電極２ｂとの間に高周波電圧が印加される場合には、高周波電圧の周波数は、たとえば１ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下とすることができる。

次に、図６の模式的側面図に示すように、ガス６のプラズマ７が発生している絶縁体管１の内部に被処理物８を挿入して、被処理物８の表面８ａを大気圧プラズマ処理する。これにより、被処理物８の表面８ａの親水性が向上するなどの被処理物８の表面８ａの改質が行なわれる。

なお、絶縁体管１の内部に被処理物８を挿入することができない場合には、たとえば図７の模式的側面図に示すように、絶縁体管１のガス６の導入側と反対側の端部を被処理物８の表面８ａに向けることにより、ガス６のプラズマ７を被処理物８の表面８ａに照射する。これによっても、被処理物８の表面８ａの大気圧プラズマ処理が行なわれて、被処理物８の表面８ａの改質が行なわれる。

実施の形態１の大気圧プラズマ処理方法は、第１の電極２ａと第２の電極２ｂとが溶射により形成された実施の形態１の大気圧プラズマ処理装置を用いて行なわれる。

したがって、実施の形態１の大気圧プラズマ処理方法においては、絶縁体管１の外周面上に異常放電が発生するのを抑制できるとともに、大気圧プラズマによる被処理物８の表面８ａの表面処理効果を高くすることができる。

＜実施の形態２＞
図８に、本発明の大気圧プラズマ処理装置の他の一例である実施の形態２の大気圧プラズマ処理装置の模式的な断面図を示す。実施の形態２の大気圧プラズマ処理装置は、実施の形態１と装置構成が異なっている。

図８に示すように、実施の形態２の大気圧プラズマ処理装置は、互いに距離を空けて向かい合う一対の絶縁体板１１のぞれぞれの外表面上に、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂが配置されている。また、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを覆うように、絶縁体板１１のぞれぞれの外表面上には絶縁膜３が配置されている。絶縁体板１１は、絶縁性の材料であれば特に限定されず、たとえば絶縁体管１と同様の材料を用いることができる。

実施の形態２の大気圧プラズマ処理装置においては、絶縁体板１１間に水平方向にガスを導入し、電圧印加装置４によって第２の電極２ｂに電圧を印加する。これにより、絶縁体板１１間に大気圧プラズマ７を発生させて、絶縁体板１１間に被処理物を配置することによって、被処理物の表面の大気圧プラズマ処理を行なうことができる。

実施の形態２の大気圧プラズマ処理装置においては、絶縁体板１１の外表面上の第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂが、それぞれ、溶射により形成されている。

したがって、実施の形態２の大気圧プラズマ処理装置においても、絶縁体板１１と、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂとの間の密着性が極めて良好なものとなり、絶縁体板１１から第１の電極２ａおよび第２の電極２が浮いてしまうのを抑制することができる。これにより、第２の電極２ｂに高電圧を印加した場合でも、異常放電が発生しにくくなるとともに、大気圧プラズマによる表面処理効果を十分に得ることができる。

また、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを溶射により薄く形成することができるため、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの自重によって絶縁体板１１が撓むのを抑制することができる。したがって、この観点からも、大気圧プラズマによる表面処理効果を十分に得ることができる。

また、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを溶射により形成する工程の前に、絶縁体板１１の外表面に凹凸を形成する工程をさらに含むことが好ましい。この場合には、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの絶縁体板１１の外表面に対する密着性が向上する傾向にある。絶縁体板１１の外表面に凹凸を形成する方法は、特に限定されないが、たとえば、サンドブラスト法、湿式エッチング法または表面フッ化エッチング法などを挙げることができる。

また、絶縁体板１１の外表面の凹凸の表面粗さＲａは、５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下であることがより好ましい。絶縁体板１１の外表面の凹凸の表面粗さＲａが５μｍ以上である場合には、絶縁体板１１の外表面と、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂとの密着性を向上させることができるため、絶縁体板１１の外表面からの第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの剥離を有効に抑制できる傾向にあり、絶縁体板１１の外表面の凹凸の表面粗さＲａが３０μｍ以下である場合、特に２０μｍ以下である場合には、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの耐久性をより高めることができる。

実施の形態２における上記以外の説明は実施の形態１と同様であるため、その説明については省略する。

＜実施の形態３＞
図９に、本発明の大気圧プラズマ処理装置の他の一例である実施の形態３の大気圧プラズマ処理装置の模式的な断面図を示す。実施の形態３の大気圧プラズマ処理装置も、実施の形態１と装置構成が異なっている。

図９に示すように、実施の形態３の大気圧プラズマ処理装置は、互いに距離を空けて向かい合う一対の絶縁体板１１のぞれぞれの凹状の外表面上に、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂが配置されている。なお、本実施の形態では、絶縁体板１１が凹状である場合について説明するが、絶縁体板１１は平板状であってもよい。

実施の形態３の大気圧プラズマ処理装置においては、絶縁体板１１間に鉛直方向にガス６を導入し、第１の電極２ａと第２の電極２ｂとの間に電圧を印加する。これにより、絶縁体板１１間に大気圧プラズマ７を発生させて、絶縁体板１１間の鉛直下方に被処理物を配置することによって、被処理物の表面の大気圧プラズマ処理を行なうことができる。

実施の形態３の大気圧プラズマ処理装置においても、絶縁体板１１の外表面上の第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂが、それぞれ、溶射により形成されている。

したがって、実施の形態３の大気圧プラズマ処理装置においても、絶縁体板１１と、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂとの間の密着性が極めて良好なものとなり、絶縁体板１１から第１の電極２ａおよび第２の電極２が浮いてしまうのを抑制することができる。これにより、第１の電極２ａと第２の電極２ｂとの間に高電圧を印加した場合でも、異常放電が発生しにくくなるとともに、大気圧プラズマによる表面処理効果を十分に得ることができる。

また、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを溶射により薄く形成することができるため、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの自重によって絶縁体板１１が撓むのを抑制することができる。したがって、この観点からも、大気圧プラズマによる表面処理効果を十分に得ることができる。

実施の形態３における上記以外の説明は実施の形態１および２と同様であるため、その説明については省略する。

＜実施の形態４＞
図１０（ａ）に、本発明の大気圧プラズマ処理装置の他の一例である実施の形態４の大気圧プラズマ処理装置の模式的な斜視図を示し、図１０（ｂ）に、実施の形態４の大気圧プラズマ処理装置の模式的な上面図を示す。実施の形態４の大気圧プラズマ処理装置も、実施の形態１と装置構成が異なっている。

図１０（ａ）に示すように、実施の形態４の大気圧プラズマ処理装置は、絶縁体管１の外表面上に、絶縁体管１の外表面の曲率に合わせて、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂが配置されている。そして、図１０（ｂ）に示すように、第１の電極２ａはアースに接続されており、第２の電極２ｂは電圧印加装置４に接続されている。

実施の形態４の大気圧プラズマ処理装置においては、被処理物８がチューブ状である場合には、被処理物８の内部に鉛直方向にガス６を導入し、電圧印加装置４により第２の電極２ｂに電圧を印加する。これにより、被処理物８の内部に大気圧プラズマ７を発生させて、たとえば図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、被処理物８の内部の大気圧プラズマ処理を行なうことができる。

実施の形態４の大気圧プラズマ処理装置においても、絶縁体管１の外表面に接する第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂが、それぞれ、溶射により形成されている。

したがって、実施の形態４の大気圧プラズマ処理装置においても、絶縁体管１と、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂとの間の密着性が極めて良好なものとなり、絶縁体管１から第１の電極２ａおよび第２の電極２が浮いてしまうのを抑制することができる。これにより、第２の電極２ｂに高電圧を印加した場合でも、異常放電が発生しにくくなるとともに、大気圧プラズマによる表面処理効果を十分に得ることができる。

また、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを溶射により薄く形成することができるため、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの自重によって絶縁体板１１が撓むのを抑制することができる。したがって、この観点からも、大気圧プラズマによる表面処理効果を十分に得ることができる。

また、このような方法によれば、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂに高電圧を印加した場合でも安定した放電が得られるため、絶縁体管１の内部で放電を生じさせられるばかりか、絶縁体管１の内部にチューブ状の被処理物８を挿入し、被処理物８の内部にガスを導入することにより、被処理物８の内部のみを放電させることができるため、被処理物８の内周面のプラズマ処理をすることができる。

実施の形態４における上記以外の説明は実施の形態１〜３と同様であるため、その説明については省略する。

＜実施の形態５＞
図１１に、本発明の大気圧プラズマ処理装置の他の一例である実施の形態５の大気圧プラズマ処理装置の模式的な斜視図を示す。実施の形態５の大気圧プラズマ処理装置も、実施の形態１と装置構成が異なっている。

図１１に示すように、実施の形態５の大気圧プラズマ処理装置は、絶縁体管１の外表面上に、一対の第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂが環状に配置されている。そして、第１の電極２ａはアースに接続されており、第２の電極２ｂは電圧印加装置４に接続されている。

実施の形態５の大気圧プラズマ処理装置においては、絶縁体管１の内部に鉛直方向にガス６を導入し、電圧印加装置４により第２の電極２ｂに電圧を印加する。これにより、絶縁体管１の内部に大気圧プラズマを発生させ、大気圧プラズマのプラズマジェット７ａを絶縁体管１の鉛直下方から噴射させ、被処理物８の表面８ａに照射することにより、被処理物８の表面８ａの大気圧プラズマ処理を行なうことができる。

実施の形態５の大気圧プラズマ処理装置においても、絶縁体管１の外表面に接する第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂが、それぞれ、溶射により形成されている。

したがって、実施の形態５の大気圧プラズマ処理装置においても、絶縁体管１と、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂとの間の密着性が極めて良好なものとなり、絶縁体管１から第１の電極２ａおよび第２の電極２が浮いてしまうのを抑制することができる。これにより、第２の電極２ｂに高電圧を印加した場合でも、異常放電が発生しにくくなるとともに、大気圧プラズマによる表面処理効果を十分に得ることができる。

また、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂを溶射により薄く形成することができるため、第１の電極２ａおよび第２の電極２ｂの自重によって絶縁体板１１が撓むのを抑制することができる。したがって、この観点からも、大気圧プラズマによる表面処理効果を十分に得ることができる。

実施の形態５における上記以外の説明は実施の形態１〜４と同様であるため、その説明については省略する。

＜実施例１＞
円筒状の石英管（外径８ｍｍ：内径５ｍｍ）からなる絶縁体管の外周面を二重らせん状に研磨した後に、その研磨部分にアルミニウムを溶射することによって、第１の電極および第２の電極を所定の間隔を空けてスパイラル状にそれぞれ５ｍｍの幅で形成し、第１の電極をアースに接続するとともに、第２の電極を高周波電源である電圧印加装置に接続した。これにより、大気圧プラズマ処理装置を作製した。

次に、大気圧プラズマ処理装置の絶縁体管の一方の端部から、ヘリウムガスと酸素ガスとの混合ガス（ヘリウムガス体積：酸素ガス体積＝１：１００）を５Ｌ／ｍｉｎの流量で絶縁体管の内部に導入し、第１の電極と第２の電極との間に、３０ｍＡの電流が流れるように、第２の電極に交流電圧を周波数３５ｋＨｚで印加した。これにより、絶縁体管の内部に、大気圧近傍の圧力下で、ヘリウムガスと酸素ガスとの混合ガスの大気圧プラズマを発生させた。

次に、絶縁体管の内部に被処理物である短冊状のポリエチレンフィルム（未処理時の水接触角９７°）を挿入し、その状態で１分間放置し、被処理物の表面の大気圧プラズマ処理を行なった。

そして、大気圧プラズマ処理後のポリエチレンフィルムからなる被処理物の表面の水接触角を測定した。その結果を表１の「水接触角（°）」の欄に示す。

表１に示すように、実施例１においては、大気圧プラズマ処理後の被処理物の表面の水接触角は、５５．９°であった。

また、表１に示すように、実施例１においては、第２の電極に交流電圧を印加したときの実測電圧は、２．５７ｋＶであった。

＜実施例２＞
第１の電極と第２の電極との間に６０ｍＡの電流が流れるように、第２の電極に交流電圧を周波数３５ｋＨｚで印加したこと以外は実施例１と同様にして、被処理物の表面の大気圧プラズマ処理を行ない、被処理物の表面の水接触角を測定した。その結果を表１の「水接触角（°）」の欄に示す。

表１に示すように、実施例２においては、大気圧プラズマ処理後の被処理物の表面の水接触角は、４９．１°であった。

また、表１に示すように、実施例２においては、第２の電極に交流電圧を印加したときの実測電圧は、４．２７ｋＶであった。

＜実施例３＞
第１の電極と第２の電極との間に９０ｍＡの電流が流れるように、第２の電極に交流電圧を周波数３５ｋＨｚで印加したこと以外は実施例１と同様にして、被処理物の表面の大気圧プラズマ処理を行ない、被処理物の表面の水接触角を測定した。その結果を表１の「水接触角（°）」の欄に示す。

表１に示すように、実施例３においては、大気圧プラズマ処理後の被処理物の表面の水接触角は、４５．７°であった。

また、表１に示すように、実施例３においては、第２の電極に交流電圧を印加したときの実測電圧は、７．１１ｋＶであった。

また、実施例３においては、大気圧プラズマを連続放電によって５分間維持した後に、放電前と放電後の電極表面の温度変化を測定した。その結果を表１の「電極表面温度変化」の欄に示す。

表１に示すように、実施例３においては、放電後の電極表面の温度は、放電前の電極表面の温度と比較して、８．８℃上昇（２０．０℃から２８．８℃に上昇）することが確認された。

＜比較例１＞
アルミニウム粘着テープの貼り付けにより第１の電極および第２の電極を形成したこと以外は実施例１と同様にして、被処理物の表面の大気圧プラズマ処理を行ない、被処理物の表面の水接触角を測定した。その結果を表１の「水接触角（°）」の欄に示す。

表１に示すように、比較例１においては、大気圧プラズマ処理後の被処理物の表面の水接触角は、５９．１°であった。

また、表１に示すように、比較例１においては、第２の電極に交流電圧を印加したときの実測電圧は、２．８１ｋＶであった。

＜比較例２＞
第１の電極と第２の電極との間に６０ｍＡの電流が流れるように、第２の電極に交流電圧を周波数３５ｋＨｚで印加したこと以外は比較例１と同様にして、被処理物の表面の大気圧プラズマ処理を行ない、被処理物の表面の水接触角を測定した。その結果を表１の「水接触角（°）」の欄に示す。

表１に示すように、比較例２においては、大気圧プラズマ処理後の被処理物の表面の水接触角は、５４．５°であった。

また、表１に示すように、比較例２においては、第２の電極に交流電圧を印加したときの実測電圧は、４．６６ｋＶであった。

＜比較例３＞
第１の電極と第２の電極との間に９０ｍＡの電流が流れるように、第２の電極に交流電圧を周波数３５ｋＨｚで印加したこと以外は比較例１と同様にして、被処理物の表面の大気圧プラズマ処理を行ない、被処理物の表面の水接触角を測定した。その結果を表１の「水接触角（°）」の欄に示す。

表１に示すように、比較例３においては、大気圧プラズマ処理後の被処理物の表面の水接触角は、４８．５°であった。

また、表１に示すように、比較例３においては、第２の電極に交流電圧を印加したときの実測電圧は、８ｋＶであった。

また、比較例３においては、大気圧プラズマを連続放電によって５分間維持した後に、放電前と放電後の電極表面の温度変化を測定した。その結果を表１の「電極表面温度変化」の欄に示す。

表１に示すように、比較例３においては、放電後の電極表面の温度は、放電前の電極表面の温度と比較して、１７．６℃上昇（１９．４℃から３７．０℃に上昇）することが確認された。

＜まとめ＞
表１に示すように、実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１においては、比較例１と比べて、より低い印加電圧で、より高い表面処理効果が得られることが確認された。

また、表１に示すように、実施例２と比較例２とを比較すると、実施例２においては、比較例２と比べて、より低い印加電圧で、より高い表面処理効果が得られることが確認された。

さらに、表１に示すように、実施例３と比較例３とを比較すると、実施例３においては、比較例３と比べて、より低い印加電圧で、より高い表面処理効果が得られることが確認された。また、実施例３は、比較例３と比較して、放電前後において、電極表面の温度上昇も抑えられることが確認された。

以上の結果から、溶射によって電極を形成した実施例１〜３は、テープの貼り付けによって電極を形成した比較例１〜３と比較して、３０ｍＡ、６０ｍＡおよび９０ｍＡのいずれの設定電流においても、大気圧プラズマ処理による表面処理効果を高くすることができることが確認された。

また、実施例１〜３においては、比較例１〜３と比較して、高電圧印加時の異常放電の発生も抑制できることが確認された。

以上のように本発明の各実施の形態および各実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、大気圧プラズマ処理装置、大気圧プラズマ処理装置の製造方法および大気圧プラズマ処理方法に利用することができる。

１ 絶縁体管、２ａ 第１の電極、２ｂ 第２の電極、３ 絶縁膜、４ 電圧印加装置、５ 内周面、６ ガス、７ 大気圧プラズマ、７ａ プラズマジェット、８ 被処理物、８ａ 表面、１１ 絶縁体板、１００ａ，１００ｂ リング状電極、１０１ 絶縁体管、１０２ ガス、１０３ 電圧印加装置、２００ａ，２００ｂ 電極、２０１ 絶縁体管、２０２ ガス、２０３ 電圧印加装置。

Claims (10)

1. 絶縁体と、
   前記絶縁体の外表面上において、互いに対向するように配置されている一対の電極とを備え、
   前記一対の電極は、前記絶縁体の前記外表面上に溶射により形成されている、大気圧プラズマ処理装置。
2. 前記絶縁体は、円筒管状である、請求項１に記載の大気圧プラズマ処理装置。
3. 前記一対の電極は、前記絶縁体の前記外表面上にスパイラル状に配置されている、請求項１または２に記載の大気圧プラズマ処理装置。
4. 前記絶縁体は、互いに距離を空けて向かい合う、第１の絶縁体と第２の絶縁体とを含む、請求項１に記載の大気圧プラズマ処理装置。
5. 前記一対の電極は、前記第１の絶縁体の外表面上に設けられた第１の電極と、前記第２の絶縁体の外表面上に設けられた第２の電極とを含む、請求項４に記載の大気圧プラズマ処理装置。
6. 前記一対の電極は、絶縁膜によって覆われている、請求項１から５のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ処理装置。
7. 前記絶縁膜は、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰおよびＰＦＡからなる群から選択された少なくとも１種を含む、請求項６に記載の大気圧プラズマ処理装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ処理装置を製造する方法であって、
   前記絶縁体を準備する工程と、
   前記絶縁体の前記外表面上に前記一対の電極を溶射により形成する工程と、を含む、大気圧プラズマ処理装置の製造方法。
9. 前記一対の電極を溶射により形成する工程の前に、前記絶縁体の前記外表面に凹凸を形成する工程をさらに含む、請求項８に記載の大気圧プラズマ処理装置の製造方法。
10. 請求項１から７のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ処理装置または請求項８または９に記載の大気圧プラズマ処理装置の製造方法により製造された大気圧プラズマ処理装置を用いた大気圧プラズマ処理方法であって、
    ガスを導入する工程と、
    前記一対の電極間に電圧を印加することによって前記ガスのプラズマを発生させる工程と、
    大気圧近傍の圧力下で前記プラズマを被処理物の表面に接触させることによって前記被処理物の前記表面を処理する工程と、を含む、大気圧プラズマ処理方法。

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