JP2015062179A - プラズマ支援式の表面処理のための方法及び装置 - Google Patents

プラズマ支援式の表面処理のための方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【課題】材料のプラズマによる表面処理の装置を改善したプラズマ支援式の表面処理のための方法及び装置の提供。【解決手段】表面３の乾式の洗浄、活性化、被覆等のための装置であって、表面障壁放電により流動状の所定のガス雰囲気内に形成される大気圧プラズマを用いており、誘電体４で覆われた高電圧電極５、接地された導電性の接触電極２、高電圧供給部７及びガス供給部８、並びにガス出口開口部１２を備えたガスノズル１を含んでおり、ガスノズル１は、接地された接触電極２のすぐ近くに配置されており、又はガスノズル１は、接地された接触電極２内に組み込まれており、又はガスノズル１自体が、接地された接触電極２として作動するようになっており、かつガス出口開口部１２は、流出するガス流を接地された接触電極２に向けるように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、表面に、いわゆる表面障壁放電により形成される大気圧プラズマを用いて乾式洗浄、活性化、被覆、変性又は改質及び生物汚染除去（生物による汚染の除去、細菌除去、消毒、滅菌）の少なくともいずれか１つを実施のための方法及び一連の装置に関する。
材料表面を処理するため、例えば、表面を洗浄（若しくは汚染除去）し、活性化し、機能化し、若しくは被覆して、後続の加工工程、例えば接着、印刷若しくは塗装を行うため、或いは病原菌のないクリーンな条件下で作業と行うために、従来のプラズマ技術を用いることは知られている。従来は殊に幾何学構造の複雑な表面にとって低圧プラズマを用いるようになっている。必要な真空装置のための高い設備費用及び不連続の作業工程に基づき、かつ使用される排気槽の大きさに依存する処理すべきワークピースの寸法の制限に基づき、低圧プラズマ法は、工場での使用、特に流れ作業生産にかぎられている。表面処理のためのプラズマ法を工場の製造ラインに組み込むためには、気中放電若しくは大気圧プラズマを用いている。この種のプラズマは、例えばコロナ放電若しくは表面障壁放電によって形成される。プラズマはさらに、適切なプロセスガス流を用いてコロナ放電、表面障壁放電若しくはアーク放電により形成される標準圧噴流プラズマの形でも用いられる。
プラズマを用いて行われる表面処理の方法及び装置は、多くの印刷物に開示され、すでに種々の目的で使用されている。これらの手段は、しかしながら次に述べる欠点を有しており、つまり、
− 費用の掛かる煩雑な電流供給装置を必要としており、
− 高いエネルギー消費量、互いガス消費量並びに必要な冷却に基づき比較的高い運転コストが発生しており、
− 材料若しくは部材の均一な処理（殊に被覆）は、プラズマの不均質な組成に基づき困難であり、
− 多くの場合に放電は不均一であり、局所的な材料損傷につながるような高エネルギーの小さな多数のマイクロ放電から成っており、
− 従来の装置は、汎用に、つまり任意のワークピースに用いられるものではない。すなわち従来の装置は、数ミリ程度の厚さまでの平らな又は扁平な材料（例えばシートや帯状部材又は帯状材料）の処理にしか適しておらず、或いは従来の装置は、表面幾何学形状の複雑なワークピースには、煩雑な位置決め装置を使用してしか適合させられないものである。
−さらに従来の装置は、手持ち操作可能（手動操作可能）な手持ち器具として用いられるものではない。
従来技術は、次に述べる明細書にも記載されている。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３２４１２Ａ１号明細書には、プラズマ噴流によるワークピースの表面処理の方法を開示してあり、この場合にはプラズマ噴流はまず、電極を有するノズル内のアークとして形成され、渦状の作業ガス流によって電極装置からワークピース上へ送られる。ドイツ連邦共和国特実用新案登録第２９８０５９９９Ｕ１号明細書に開示の装置は、偏心的に配置された少なくとも１つのプラズマノズルを有する少なくとも１つの回転ヘッドを用いて、回転軸線に平行に向けられたプラズマ噴流を形成して、表面処理を行うようになっている。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４０３３７２８Ａ１号明細書、金属又は合金から成るワークピースの加工及び、水和された酸化物層及び／又は水酸化物層との接着のための方法を開示してあり、この場合には、洗浄や活性化や後処理は気中のプラズマ噴流を用いて行われるようになっている。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９２７５５７Ａ１号明細書には、溶接若しくはろう付けすべきワークピースの処理のための方法を開示してあり、この場合に電極とワークピースの表面との間に高周波のアーク放電を生ぜしめるようになっている。ここに開示の装置及び方法は、本発明に基づく装置及び方法と極めて異なっている。電極装置は、常に電極がワークピースに配置され、若しくはワークピースのすぐ近くに配置され、プラズマができるだけ直接に作用部位に生ぜしめられるように形成されている。投入されるガス流は、電極装置からプラズマをワークピースへ推し進める機能、若しくはプラズマ噴流若しくはプラズマジェットのように電極装置を冷却する機能を有しておらず、プラズマを局所的に集中、及びパラメータ（種類や得るべき種の状態）の制御のためにのみ役立つものである。このような特殊な電極装置により、ガス消費量は著しく小さく保たれ、かつプラズマ運転のために必要な印加電圧は最小にされる。必要な供給装置は極めて小さく、簡単かつコンパクトに形成されるようになっている。
ドイツ連邦共和国特許出願公告第４３２５９３９Ｃ１号明細書、国際公開第２００４／０５３１８５Ａ１号明細書、及びドイツ連邦共和国特許出願公開第３８２７６２９Ａ１号明細書に記載の表面処理のための方法及び装置は、いわゆる気中内表面障壁放電（無音放電、誘電障害放電若しくはコロナ放電等も）の原理をベースとしている。経験的に明らかなことは、コロナ形処理装置の使用が、数ミリの厚さの平らな又は扁平な材料（例えばシートや帯状部材又は帯状材料）の処理にかぎられることである。国際公開第２００４／０５３１８５Ａ１号明細書に記載の技術おいては、誘電体で覆われ又は被覆された電極を用いて、反応ガス流内にプラズマを形成し、対向電極としても用いられる金属表面をプラズマ処理により保存又は保護するようになっている。ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８２７６２９Ａ１号明細書には、導電性の成形材料、例えば金属シート又は金属製帯材若しくは、ポリマーをベースとして該ベース内に導電性の粒子の混入されたプラスチックシート又はプラスチックホイルの表面処理の方法を開示してある。放電は、誘電材料により被覆された放電電極と、接地された対向電極として用いられるローラ又はドラムの金属コアとの間に形成され、この場合に処理すべきシート材はローラ又はドラムを介して搬送される。作業ガスは追加的に噴霧装置により浮遊可能なエーロゾルを有するようになっていてよいものである。両方の例において、対向電極と誘電材料により被覆された放電電極とは１つの放電間隙を形成しており、これにより空間内にいわゆる低温のプラズマが形成される。ドイツ連邦共和国特許出願公告第４３２５９３９Ｃ１号明細書及び国際公開第２００４／０５３１８５Ａ１号明細書には、いわゆる間接的なコロナ処理を開示してある。ドイツ連邦共和国特許出願公告第４３２５９３９Ｃ１号明細書に開示のコロナノズルは、帯状の材料若しくは異形材料の間接的なプラズマ処理に用いられ、少なくとも２つの高電圧電極を有しており、高電圧電極間に振動若しくは循環する空気流を供給するようになっている。国際公開第２００４／０５３１８５Ａ１号明細書には、さらに材料表面の保存のための間接的な表面障壁放電を開示してある。両方の例において、ガス流は、プラズマ噴流若しくはプラズマジェットと同様に、放電を両方の電極間の空間から処理すべきワークピース上へ推し進めるようになっている。これによってガス流はプラズマの形及び面形状に影響を及ぼしている。空気流の回転案内若しくは循環案内のための３つの例を示してある。
ドイツ連邦共和国特許出願公告第１０２１９１９７Ｃ１号明細書には、金属線材の表面の処理、殊に被覆処理の方法及び装置を開示してある。この場合に金属線材はガス室内で、金属線材に向いた側に誘電性の遮蔽を有する電極により、交流高電圧を印加され、金属線材の表面に気中障壁放電を生ぜしめるようになっている。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３２４１２Ａ１号明細書 ドイツ連邦共和国特実用新案登録第２９８０５９９９Ｕ１号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４０３３７２８Ａ１号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９２７５５７Ａ１号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公告第４３２５９３９Ｃ１号明細書 国際公開第２００４／０５３１８５Ａ１号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８２７６２９Ａ１号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公告第１０２１９１９７Ｃ１号明細書
本発明の課題は、材料のプラズマによる表面処理の方法を改善して、前述の欠点を排除することである。
上記課題を解決するために、表面の処理のための本発明に基づく装置及び方法においては、処理すべき材料又は部材の表面に、若しくは該表面のすぐ近くで、表面障壁放電は、
誘電体被覆又は強誘電体被覆された高電圧電極と、接地された導電性の接触電極との接触により形成されて、適切なガスノズルから流れて局所的に接触部位に向けられた弱いプロセスガス体内に送り込まれるようになっている。接触部位に向けられ、つまり供給される弱いプロセスガス体（プロセスガス雰囲気）は、表面処理のための装置の効率にとって、ひいては全機能にとって極めて重要である。希ガスである例えばアルゴンを用いる場合に、表面放電の印加電圧は、空気中での運転に比べて著しく低くなっており、絶縁体（誘電体）の表面におけるプラズマの照射は、明るいだけではなく、つまり輝度が高いだけではなく、材料の広い面を覆うようになっている。このような光学的な現象は表面処理の著しく高い効果をもたらすものであり、プラズマによって、例えば接触角測定及び適切な方法の表面診断によって確認されるものである。この場合に、著しく小さいガス流で高い効果を得ることができるようになっている。このことは、例えば２０cmの長さの接地された接触電極、及び接触電極の横に配置されたワイドジェットノズルを用いることにより可能であり、ワイドジェットノズルの約０．２〜０．３mmの狭い１つのスリットからガスは接触部位へ流れ、０．５〜１slm（slm＝分当たりの標準リッター）のガス流で明確な効果を達成している。いわゆる体積障壁放電に対する平面障壁放電の利点は、殊に必要な作動電圧も変換される電気出力も小さく、かつプラズマが均質な組成を有しており、ガス流の精密に調節された供給により、供給装置に対する要求も極めて小さいものになっていることにある。
本発明の装置の別の実施態様によれば、電流供給装置は最小の寸法で形成されていて、例えば手持ち器具として形成された装置内に組み込まれるようになっている。この場合に高電圧電極への電圧供給は、高電圧用変圧器の急速な切換によって行われる。このために必要な切換信号は、周波数１０kHz 〜４０kHz 及び調節可能な走査比率１０〜９０％を有していて、方形波発生器から供給されるようになっている。本来の切換段は、前置接続のドライバー回路を有する出力用MOSFETから成っている。高電圧振幅は、最大値７kVeff まで調節可能である。
本発明に基づく装置は、顕著な作用効果として、冷却を必要とするなしに、簡単かつ安価な供給装置を用いて少ないエネルギー消費及びガス消費で運転でき、処理すべき材料の損傷なしに、効果的かつ均一な処理を可能にしていて、複雑な表面形状のワークピースの処理にも適していて、手持ち器具として用いることができる。装置のこのような特性により、装置を多方面のワークピースの表面処理に用い、例えば生物組織の処理又は処置に用いることができるようになっている。
処理される材料の種類、形及び大きさ、並びに所期の処理効果に依存して、絶縁体被覆された高電圧電極、接地された接触電極及びガスノズルの構造及び配置は、種々に構成され、若しくは種々に組み合わされる。例えばプラスチック製の平らなシート材、帯材又は板材の処理の場合には、処理すべき材料は、誘電体又は強誘電体で覆われ、つまり誘電体被覆又は強誘電体被覆された平らな高電圧電極の絶縁体層上に載せられ、かつ、ガスノズル、例えばワイドジェットノズルと連結されかつ接地された導電性の接触電極は、処理すべき材料のプラスチック表面上を滑り案内され、つまりプラスチック表面に接触した状態でプラスチック表面に沿って案内される。接触電極は、滑り接触部、又はローラ、又は刷毛として形成され、かつ金属若しくは別の導電性の材料（例えば導電性のエラストマー）から成形されていてよいものである。ワイドジェットノズルの狭いスリットとして形成された出口開口部は、接触電極の接触ストリップのすぐ横に配置されている。高電圧電極に、材料の種類及び材料の厚さに依存した所定の高さの電圧を印加すると、プラスチック表面上の接触ストリップに表面放電が生じる。ワイドジェットノズルのスリットから接触ストリップ上にぶつかる弱いガス流により、放電の広がり範囲は増大され、その強さは著しく高められる。
電極装置は、常に電極がワークピースに配置され、若しくはワークピースの近傍に配置され、プラズマができるだけ直接に作用部位に生ぜしめられるように形成されている。投入されるガス流は、電極装置からプラズマをワークピースへ推し進める機能、若しくはプラズマ噴流若しくはプラズマジェットのように電極装置を冷却する機能を有しておらず、プラズマを作用部位での局所的に集中、及びパラメータ（例えば種類や得るべき種の状態）の制御のためにのみ役立つものである。このような特殊な電極装置により、ガス消費量は著しく小さく保たれ、かつプラズマ運転のために必要な印加電圧は最小にされる。これにより、必要な供給装置は極めて小さく、簡単かつコンパクトに形成される。
さらに特に簡単な操作若しくは取り扱いは、一面においてプラズマ源と処理すべき表面との間に規定の距離を設けず、他面において該距離が煩雑な位置決め装置によって画定されるのではなく、放電が移動式の接触プラズマの形で処理すべき表面に沿って簡単に案内されるようになっていることにより達成される。構成の原理的な相違により、常にいわゆるコールドな、つまり低温のプラズマを形成することができ、すなわち、ガス温度は、本発明によれば、従来技術のプラズマ噴流と異なりわずかしか上昇せず、プラズマ噴流は所期のアーク発生により、導入される電気エネルギーの少なくない部分を熱に変換している。
本発明においては、従来技術と異なり、誘電材料によって取り囲まれた放電電極は、対向電極を成すワークピース上に配置され若しくは該ワークピースに接して配置されるようになっているおり、このような構成により、表面障壁放電は、直接に、処理すべき表面に形成される。これにより放電は、移動式の接触プラズマとして簡単に、処理すべき表面に沿って移動できるようになっており（手持ち器具）、この場合に、プラズマは表面上でわずかな又は薄い追加的なガス流によって（つまり、例えば空気流の回転案内又は循環案内なしに）、さらに集中又は集束させられる。ガス流はプラズマを表面に沿ってもはや搬送しないので、ガス消費は比較的に少なくなっている。このような相違により、極めて複雑なワークピース又は対象物の処理の場合にも操作又は取り扱いが極めて容易になっており、それというのは、処理に必要な供給装置が、薄いプロセスガス流によるプラズマ集中に基づき、小さく簡単にかつコンパクトに形成できるからである。
ドイツ連邦共和国特許出願公告第１０２１９１９７Ｃ１号明細書に記載の技術と異なり、本発明に基づく方法は、絶縁被覆された線材にとって、その外面（外側の表面）の濡れ性の改善のために用いられるものである。表面に乾式洗浄、活性化、被覆及び生物汚染除去の少なくともいずれか１つを実施するための本発明に基づく方法によれば、処理すべき材料は、誘電体若しくは強誘電体で覆われ又は被覆された高電圧電極と、接地された接触電極との間に配置され又は位置決めされ、若しくは電極の接触部位に配置され又は位置決めされ、ガスノズルからプロセスガス流は、前記接地された接触電極の接触部位に向けられ、該供給と同時に若しくはその直後に電圧を高電圧電極に印加し、前記ガスノズルを備える前記接触電極と前記処理すべき材料とを互いに相対的に運動させつつ、前記処理すべき材料の、前記ガスノズルを備える前記接地された接触電極が配置（位置決め）されている表面上で若しくは該表面のすぐ近くで、前記プロセスガス流内に表面障壁放電を生ぜしめるようになっている。プロセスガスとして希ガス又はアルゴンを、純然たる形で、つまり単体（単独）で用いる若しくは別のガスとの混合気の形で用いるようになっている。本発明の１つの実施態様によれば、処理すべき線材は、誘電体被覆された高電圧電極として用いられて、絶縁材料から成る１つの管又はチューブ内に配置されていてかつ処理すべき絶縁被覆された線材に密接する接地された導電性の１つの接触電極とによって、線材の絶縁体表面に表面障壁放電を生ぜしめるようになっている。
本発明の装置の別の実施態様によれば、表面処理のための装置は、所定のサイズ、つまり限定された表面面積又は広がり（例えば、ドイツ工業規格のDIN A6 〜 DIN A0）を有する平らな材料の処理のためのテーブル型装置として形成されており、材料表面の走査は、光学式のスキャナーのようにモータ駆動部によって行われるようになっている。この種の機器又は装置は、例えば有利には広告作製スタジオや印刷所内で、プラスチックから成るシート若しくは箔又はプレート（看板、レッテル若しくはラベル等を含む）のプラズマ処理により、シート又はプレートの材料上への接着膜又は印刷インキの付着の改善のために用いられる。
本発明の装置の別の実施態様によれば、クリニック領域（例えば手術室）や食品加工部の領域における広い面、特殊な構造のテーブル及び壁面コーティング等に、プラズマ処理により、乾式洗浄若しくは消毒（細菌除去や生物汚染除去）を行うことができる。このために、テーブルや壁のコーティング等は、該コーティング等を、絶縁体被覆された高電圧電極として用いることができるように形成されている。
本発明の装置の別の実施態様によれば、長尺の帯状材料（帯状部材）又はプレート（板材）の有利な処理のために、平らな高電圧電極（扁平な高電圧電極）の代わりに、回転可能なローラ又はドラムとして形成されかつ誘電体被覆又は強誘電体被覆された高電圧電極を用いて、かつ適切な送り装置により、長尺の処理すべき材料は、回転可能な高電圧電極と、材料の表面に沿って摺動する若しくは接地された接触電極として形成されていて材料の表面に沿って転動するガスノズル、例えばワイドジェット型ガスノズルとの間を通して運動（移動）させられる。
本発明の装置の別の実施態様によれば、プラスチックから成る中空体を処理するために、該中空体に導電性の物質（鋼綿、導電性及び塑性を有する材料又は導電性の液体）を充填又は混合してあり、この場合に導電性の物質は、高電圧に接続されて、プラスチック製の中空体と一緒に、誘電体被覆された高電圧電極として機能又は作動し、つまり高電圧電極として用いられるようになっている。中空体の表面には、接触電極を有する手持ち操作式のガスノズルによって、増強又は集中された表面放電が生ぜしめるようになっている。
本発明の装置の別の実施態様は、瓶の内側の表面の乾式洗浄、又は細菌除去、又は被覆を可能にしており、このために該瓶は、高電圧電位にある導電性の１つの型、つまり高電圧を印加可能な１つの割型の２つの型半部によって密接に取り囲まれるようになっている。型は、瓶の瓶壁と一緒に、誘電体被覆された高電圧電極として作動（機能）するようになっている。瓶の内部に、導電性の材料から成りかつ瓶の内側の表面と密に接する剛毛を備えた瓶ブラシを配置してあり、該瓶ブラシは、ガスノズルに連結又は接続されていて、接地された接触電極として作動するようになっている。この場合にガス供給は、分ブラシの、管として形成された保持部を介して行われるようになっている。瓶の内壁の被覆は、適切な前駆物質をプロセスガスと混合することにより実施される。前駆物質として珪素有機質の化合物（例えばヘキサメチルジシロキサン[HMDSO]、又はテトラエチルオルトシリケート[TEOS]）を用いると、扁平な装置の場合にも瓶の内面被覆の場合にも、表面にSiOx・層を形成することができる。本発明の装置の別の実施態様によれば、絶縁被覆された線材（又はワイヤ）の外面（外側の表面）を濡れ性の改善の目的で処理するために、処理すべき線材は、誘電体被覆された高電圧電極として用いられ、かつ、処理すべき線材に接触する２つの細い線材から成っていて接地された導電性の接触電極と一緒に、絶縁材料から成る１つの管又はチューブ内に配置されている。
本発明の装置の別の実施態様によれば、誘電体被覆された１つ若しくは複数の高電圧電極は、手持ち器具内に次のように組み込まれ、つまり高電圧電極と接触電極との間の接触面は、ガスノズルのガス出口の面内に配置されており、このような構成により該領域で高電圧電極の誘電体の表面上に、増強又は集中された表面放電が生ぜしめるようになっている。
本発明の装置の別の実施態様によれば、カテーテル及びケーブルの外側の表面を処理することができる。類似の装置において、ここに示す作動原理に基づき、管若しくはチューブ又はホースの内側の表面の処理や被覆を実施することができる。
本発明の利点は次の通りである：
− 本発明の方法は多方面に用いられ、複雑な表面幾何学形状の処理にも適していて、経済的な手持ち器具又は手持ち機器の形でも、機械制御式の設備の形式でも使用されるものである。
− エネルギー消費量及びガス消費量、並びに電流供給装置及び処理ユニットの投資コストが少なくてすむことにより、本発明の方法は、種々の使用にとって極めて経済的な手段である。
− 本発明の方法は、表面の均質なプラズマ処理若しくはプラズマ被覆を可能にしており、プロセスパラメータの適切な選択により、破裂放電若しくは熱負荷に起因する材料損傷は避けられるようになっている。
− 本発明の方法は、生物組織のプラズマ処理を可能にするものであり、プロセスパラメータの適切な選択により、破裂放電若しくは熱負荷は避けられる。
次に、本発明を、装置及びその使用法の図示の実施形態に基づき詳細に説明する。
装置の１つの実施形態の原理的な構成を示す図である。 滑り接触部としての接触電極を示す図である。 ローラとしての接触電極を示す図である。 ブラシとしての接触電極を示す図である。 装置の別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置のさらに別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置のさらに別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置のさらに別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置のさらに別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置のさらに別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置のさらに別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置のさらに別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置のさらに別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置のさらに別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置のさらに別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置のさらに別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置のさらに別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 装置の吸引部の２つの実施形態を示す図である。 装置の吸引部の別の２つの実施形態を示す図である。 テーブル型装置としての実施形態を示す図である。 回転式のブラシ及び吸引部を有する装置の実施形態を示す図である。 電圧供給部の回路図である。 処理ユニットの１つの実施形態を示す図である。 処理ユニットの別の実施形態を示す図である。 装置のさらに別の実施形態を示す図である。
図１は装置の原理的な構成を示しており、該装置は、誘電体若しくは強誘電体（４）で被覆された平らな１つの高電圧電極（５）、並びに接地された接触電極として形成されたガスノズル（１）を備えており、該ガスノズルは、強誘電体（４）上に載せられているワークピース（３）に沿って滑動しつつ表面プラズマ（９）を形成するようになっている。接地された接触電極（２）は、図２に示してあるように、導電性のエラストマーから成る滑り接触部として形成され、若しくは図３に示すように、導電性のローラとして形成され、或いは図４に示してあるように、導電性のブラシから成る刷毛として形成されていてよいものである。図５は、図１と類似の実施形態を示しており、該実施形態は金属管を備えており、該金属管は、ガス出口のための１つの狭いスリットを有していて、幅の広い噴流（広幅噴流又はワイドジェット）の形成のためのワイドジェット・ガスノズル（１）として、若しくは接地された接触電極（２）として作動するようになっている。図６は、プラスチックから成る中空体（３）の処理のための装置を示しており、この場合に中空体内の導電性の充填物は、高電圧電極として用いられており、かつ中空体は同時に高電圧電極の強誘電体（４）として作動（機能）するようになっている。図７には、瓶の内部処理（乾式の洗浄又はドライクリーニング、消毒及び／又は被覆）のための原理的な構成を示してある。図８は、衛生的に保つべき領域、例えば手術室や食品加工部の領域における特殊な構造のテーブル及び壁面コーティング等の乾式の洗浄（乾式洗浄又はドライクリーニング）及び消毒又は殺菌用の装置のための実施形態を示している。テーブル及び壁のコーティングは、該コーティングを、絶縁体４で覆われた高電圧電極５として接続することができるように形成されている。図９は、複雑な形状に成形されたプラスチック表面の処理のためのコンパクトな手持ち器具又は手持ち機器（手持ち操作式の装置）の原理的な構成を示しており、この場合に、絶縁体（４）で覆われた高電圧電極（５）はガスノズル（１）内に配置されている。高電圧電極の端部でノズル開口部の面内に、ろ過器又はふるいとして形成されて接地された導電性の接触電極（２）を配置してある。図１０に示す装置も類似の構成で形成されている。該装置は、複雑な形状に成形された金属表面の処理のために用いられるものである。この例では、金属表面自体が接地された接触電極として機能する、つまり接触電極として用いられるので、ノズルに組み付ける特別な接触電極を省略することができる。図１２に基づく類似の装置は、誘電体（４）で取り囲まれた高電圧電極（５）をガスノズルの外側にも配置できることを示している。
図１１は、別の実施形態のコンパクトな手持ち器具を示しており、この場合には、絶縁被覆された個別の高電圧電極の代わりに、複数の個別電極から成る１つのアレーを設けてある。このような構成により、大きな面にわたる表面放電を生ぜしめることができ、その結果として処理時間を相応に短くすることができる。
コンパクトな手持ち器具のための別の実施形態を図１３乃至図１６に示してある。図１３に示す手持ち器具（装置）の実施形態は、金属表面の処理のためのコンパクトな多通路式プラズマノズルを含むものであり、この場合に金属製のワークピースは接地された接触電極として用いられるものであり、図１４に示す実施形態は、プラスチック表面の処理のための同種の装置を含んでおり、該装置はノズル開口部の平面内に配置されていて接地された接触電極（２）としての金網又はメタルガーゼを備えている。図１５及び図１６に示す実施形態の装置において、プロセスガスは、絶縁材料（６）から成る穴あきプレート又は多孔板を経て流れるようになっており、穴あきプレート又は多孔板の前には、絶縁体で覆われた高電圧電極（４／５）を螺旋状に配置してある。図１５は、図１３と類似の形式で、金属表面（接地された電極として機能する）の処理のための実施形態を示しており、図１６は、図１４と類似の形式で、プラスチック表面（電極としてのメタル・ガーゼ）の処理のための装置の実施形態を示している。図１７は、図９に示してあるようなコンパクトな手持ち器具を、手摺り（３）（例えば、エスカレーターの手摺り）の乾式洗浄若しくは消毒に用いる実施形態を示している。
図１８は、装置の放電により発生したオゾンの吸い出しのための吸引部（１６）の第２のノズル通路（１５）の配置の２つの実施形態を示している。ノズル通路（１５）は、図１９に示してあるように、前述の処理のための前駆物質供給用の前駆物質供給部（１７）にも用いられ得るものである。
図２０には、図１乃至図５に示す原理で作動するモータ制御式のテーブル型装置（テーブル装置）を示してある。別の実施形態として、図２１には、回転式のブラシ（１８）による洗浄、例えば図９に示す装置を用いたプラズマ処置による乾式洗浄及び消毒、並びに別のノズル（１５）による埃又は塵及びオゾンの吸い出しのための吸引部（１６）を組み合わせて行う装置を示してある。
図２２は、電圧供給部の回路図である。
図２３には、濡れ性を改善する絶縁された線材の外側の処理のための、本発明の作動原理をベースとする処理装置を示してあり、図２４には、カテーテルの外側の表面の乾式洗浄及び細菌除去のための類似の構成の処理ユニットを示してある。両方の実施形態は、対象物に密接する２つの細い線材から成っていて接地された導電性の接触電極（２）及び強誘電体（４）で覆われた高電圧電極（５）を含んでいる。２つの半部（半割部）から成っていてヒンジ（１９）によって互いに結合された絶縁材料製の１つの管は、対象物の規定された位置決め及び保持、並びにガス供給部（８）からの精密に調量されたガス供給を可能にするものである。
図２５には、図１６に基づく装置の別の実施形態を示してある。この場合に、ケーシングは扁平な形状（フラット形状）を有していて、ガス出口の面を、電極及びガス透過性の絶縁層と同様に弾性材料によって形成されている。該実施形態の装置は、接触面を種々の物体表面に適合又は密着できるように形成されていて、したがって原理的には、該装置を弾性的なパッキン輪のように、人体の領域と密に皮膚接触させて、病んだ皮膚部分を表面放電により処理又は処置するのに適している。
１ ガスノズル、 ２ 接触電極、 ３ ワークピース、 ４ 絶縁体若しくは誘電体又は強誘電体、 ５ 高電圧電極、 ６ 絶縁部、 ７ 高電圧電源、 ８ ガス供給部、 ９ 表面プラズマ、 １０ 高電圧供給部を有するケーシング、 １１ 磁石継手を有するモータ、 １２ ガス出口、 １３ 運動方向、 １４ 継ぎ目縁部、 １５ ノズル通路、 １６ 吸引部、 １７ 前駆物質供給部、 １８ ブラシ、 １９ ヒンジ、 ２０ 差し込み接続部を有する握り片

Claims (24)

  1. 表面（３）の乾式の洗浄、活性化、被覆、変性及び生物汚染除去のための装置であって、表面障壁放電により流動状の所定のガス雰囲気内に形成される大気圧プラズマを用いており、誘電体又は強誘電体（４）で覆われた高電圧電極（５）、接地された導電性の接触電極（２）、高電圧供給部（７）及びガス供給部（８）、並びにガス出口開口部（１２）を備えたガスノズル（１）を含んでいる形式のものにおいて、
    ａ） 前記ガスノズル（１）は、前記接地された接触電極（２）のすぐ近くに配置されており、又は、
    ｂ） 前記ガスノズル（１）は、前記接地された接触電極（２）内に組み込まれており、又は、
    ｃ） 前記ガスノズル（１）自体が、前記接地された接触電極（２）として作動するようになっており、かつ前記ガス出口開口部（１２）は、流出するガス流を前記接地された接触電極（２）に向けるように構成されていることを特徴とする、プラズマ支援式の表面処理のための装置。
  2. 追加的に次に述べる少なくとも１つの構成要素を含んでおり、つまり、絶縁部（６）、前記高電圧供給部（１０）のためのケーシング、モータ、有利には電磁石継手（１１）を備えたモータ、継ぎ目縁部（１４）、第２のノズル通路（１５）、吸引部（１６）、前駆物質供給（１７）、ヒンジ（１９）、若しくは、差し込み接続部（２０）を備えた握り部を含んでいる請求項１に記載の装置。
  3. 前記ガスノズル（１）としてワイドジェットノズルを用いてある請求項１又は２に記載の装置。
  4. 前記ワイドジェットノズルは０．２〜０．３ｍｍの狭い１つのスリットを有している請求項３に記載の装置。
  5. 電圧源（７）として最小寸法の手持ち器具を用いてある請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
  6. 前記接地された導電性の接触電極（２）は、円筒、ドラム、ローラ、ブラシ又は刷毛として形成されている請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 前記接地された導電性の接触電極（２）は、金属、又は導電性の別の材料、有利には導電性のエラストマーから成っている請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
  8. 処理すべき前記表面（３）は、誘電体で覆われた高電圧電極（５）として用いられる請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
  9. 前記誘電体で覆われた高電圧電極（５）は、扁平な型として若しくは回転可能な円筒又はドラムとして形成されている請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
  10. 前記表面（３）は導電性の型によって取り囲まれており、該型は前記誘電体で覆われた高電圧電極（５）を成している請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
  11. 前記装置はコンパクトな手持ち器具として形成されており、絶縁体で覆われた１つ若しくは複数の高電圧電極を、金網又は穴あき薄板から成る接地された接触電極と一緒に前記手持ち器具内に組み込んで、前記ガスノズルからのガス出口の平面内に配置してあり、該領域で前記高電圧電極の誘電体の表面に強められた表面放電を形成するようになっている請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
  12. 限定された表面面積を有する平らな材料の処理のためのテーブル型装置において、該テーブル型装置は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置を含んでいることを特徴とするテーブル型装置。
  13. 面の走査は、光学式のスキャナーの場合と同様に、モータ駆動部を介して行われるようになっている請求項１２に記載のテーブル型装置。
  14. 表面を、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置により、乾式の洗浄、活性化、被覆及び生物汚染除去するための方法であって、次の工程を有しており、つまり、
    ａ） 処理すべき材料（３）を、誘電体又は強誘電体（４）で覆われた高電圧電極（５）と、接地された接触電極（２）との間に配置し、若しくは接触電極の接触部位に配置し、
    ｂ） ガスノズル（１）からプロセスガス流を、前記接地された接触電極（２）の接触部位に向け、
    ｃ） それと同時に又はその直後に電圧を高電圧電極（５）に印加し、
    ｄ） 前記ガスノズル（１）を備える前記接触電極（２）と前記処理すべき材料（３）とを互いに相対的に運動させ、この場合に、前記処理すべき材料（３）の、前記ガスノズル（１）を備える前記接地された接触電極（２）が配置されている表面上で若しくは該表面のすぐ近くで、前記プロセスガス流内に表面障壁放電を生ぜしめることを特徴とする、表面処理のための方法。
  15. プロセスガスとして希ガス、有利にはアルゴンを、純然たる形で又は別のガスとの混合気として用いる請求項１４に記載の方法。
  16. 前記処理すべき材料（３）は、誘電体又は強誘電体で覆われた平らな高電圧電極（５）の絶縁体層上に載せられ、かつ、ワイドジェットノズル（１）と連結されかつ接地された導電性の前記接触電極（２）は、前記処理すべきプラスチック表面上を滑り案内される請求項１４又は１５に記載の方法。
  17. 限定された表面面積（例えば、ドイツ工業規格のDIN A6 〜 DIN A0）を有する平らな材料の処理のために、前記材料面の走査を、光学式のスキャナーの場合と同様に、モータ駆動部によって行う請求項１４又は１５に記載の方法。
  18. 長尺の帯状材料又はプレートの有利な処理のために、平らな高電圧電極の代わりに、回転可能なローラ又はドラムとして形成されかつ誘電体又は強誘電体で覆われた高電圧電極を用いて、かつ適切な送り装置により、前記処理すべき材料は、前記回転可能な高電圧電極と、前記材料の表面に沿って摺動する若しくは接地された接触電極として形成されていて前記材料の表面に沿って転動するワイドジェット形ガスノズルとの間を通して運動させられる請求項１４又は１５に記載の方法。
  19. プラスチックから成る中空体を処理するために、該中空体に導電性の物質（鋼綿、導電性及び塑性の材料又は導電性の液体）を充填し、該導電性の物質は、高電圧に接続されて、前記プラスチック製の中空体と一緒に、誘電体で覆われた高電圧電極として作動する請求項１４又は１５に記載の方法。
  20. 瓶の内側の表面を乾式洗浄若しくは生物汚染除去するために、該瓶は、高電圧電位にある導電性の１つの型の２つの型半部によって密接に取り囲まれ、前記型は、前記瓶の瓶壁と一緒に、誘電体で覆われた高電圧電極として作動し、前記瓶の内部に、導電性の材料から成りかつ前記瓶の前記内側の表面と密接する剛毛を備えた瓶ブラシを配置し、該瓶ブラシは、ガスノズルに連結されていて、接地された接触電極として作動する請求項１４又は１５に記載の方法。
  21. 絶縁被覆された線材を濡れ性の改善の目的で外面処理するために、前記処理すべき線材は、誘電体で覆われた高電圧電極として用いられ、かつ、前記処理すべき線材に密接する２つの細い線材から成っていて接地された導電性の接触電極と一緒に、絶縁材料から成る１つの管内に配置されている請求項１４又は１５に記載の方法。
  22. 内側の表面又は外側の表面の被覆のために、プロセスガスに、直接に又は別のノズルを介してSiOx層の形成のための前駆物質、有利には珪素有機化合物若しくはHMDSO 又はTEOSから成る前駆物質を混合する請求項１４から２１のいずれか１項に記載の方法。
  23. 高電圧として連続的な交流電圧、又はパルス化された交流電圧、又はパルス化された直流電圧、又は個別の高電圧パルスを用い、有利には正弦波、方形波又は三角波の交流電圧を用いる請求項１４又は２２に記載の方法。
  24. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置の使用法、若しくは請求項１４から２３のいずれか１項に記載の方法を用いる方法において、次の処置のために用い、つまり、
    ａ） 手術室内の表面を処理するため、又は
    ｂ） 食品加工領域内の表面を処理するため、又は
    ｃ） 金属表面を処理するため、又は、
    ｄ） プラスチック表面を処理するため、又は
    ｅ） 階段の手摺りを洗浄及び消毒するため、又は
    ｆ） 表面における分離剤又は剥離剤の残滓の除去のため、又は
    ｇ） 被覆絶縁された線材の外側の表面の処理のため、又は
    ｈ） 医療用の機器又は器具内に用いられるチューブ又はホースの乾式洗浄、消毒、及び生物汚染除去のため、又は
    ｉ） 管又はチューブの内側の表面の処理又は被覆のため、又は
    ｊ） 皮膚患部又は皮膚疾患を治す又は癒すため、又は
    ｋ） 生物組織若しくは傷を処理又は処置するため、又は
    ｌ） プラスチックから成るシート又はプレートを、殊に該シート又はプレートの材料上への接着膜又は印刷インキの付着の改善のためにプラズマ処理するために、前記装置若しくは前記方法を用いることを特徴とする、装置の使用法、若しくは方法を用いる方法。
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