JP2016081842A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大気圧プラズマを用いるプラズマ処理装置において、プラズマの流出方向を高精度に制御することにより、より均一性の高い処理を行い得るプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】進行プラズマ４を発生させるための電極１１と、電極１１に対して作動ガスを供給する作動ガス供給手段１４と、電極１１間に電圧を印加する電圧印加手段１２と、進行プラズマ４を略１０°〜略９０°または略３０°〜略６０°の範囲内で偏向させる偏向手段１３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、処理対象物の表面処理等に用いるプラズマ処理装置に関し、特に、大気圧以上又は大気圧近傍の作動ガスにより生成したプラズマを用いるプラズマ処理装置に関する。

基材（生地）にない特性を表面に付与することによって、機能性を向上させ、基材の利用を拡大・促進することを目的とした加工として、表面処理がある。たとえば、基材表面の化学的修飾（官能基の付与）、基材表面の化学組成の変化（酸化処理、窒化処理、炭化処理、還元処理）、基材と異なる表面層の形成（溶射、CVD）、および基材表面の幾何学構造の変化（エッチング）等である。
近年実用化されたプラズマを用いた表面処理方法により、処理対象物表面の濡れ性改善、接着性改善、洗浄、殺菌、消毒、生体融和性改善、エッチング、デスミア処理、凸凹化、バリ取り、表面改質などを行うことができる。
化学修飾の官能基としては、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、カルボキシ基（−ＣＯＯＨ）、カルボニル基（−Ｃ（＝Ｏ）−）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）、アミノ基（−ＮＨ_２）、イミノ基（−ＮＨ−）、ニトロ基（−ＮＯ_２）、ニトロソ基（−ＮＯ）、シアノ基（−ＣＮ）、スルホ基（−ＳＯ_３Ｈ）、メチル基（−ＣＨ_３）、エチル基（−ＣＨ_２ＣＨ_３）などが挙げられる。

大気圧以上又は大気圧近傍の作動ガスによりプラズマを生成できる装置（以下、大気圧プラズマ生成装置とも呼ぶ）を開発し、作動ガスとして空気などを用いることにより、プラズマ生成装置のコストを低減しようとする試みがなされている。大気圧プラズマ生成装置は、真空容器や真空排気装置を必要としないため、装置のコストが格段に安価であり、さらに、原料ガスとして空気や窒素のような安価なガスが使用でき、運転コストが低廉である。特開平９−２２３５９５号公報（特許文献１）には、大気圧下における高周波誘導コイルを用いたアークプラズマの生成方法が記載されている。また、特開２０１２−３８４６９号公報（特許文献２）には、各種材料表面のクリーニングや親水性改善のために用いられる大気圧プラズマジェット装置が提案されている。

更に、アークプラズマの生成方法としては、グライディングアークに着目したプラズマの生成方法がCzemichowski等により提案され、A．Czemichowski：Gliding Arc．Applications to engineering and environment control， Pure and Applied Chemical， Vol．６６（１９９４）ｐｐ．１３０１−１３１０（非特許文献１）などに記載されている。グライディングアークとは、電極間の距離がプラズマの進行方向に沿って増大する２つの電極に高電圧を印加してアークを発生させたとき、アークが電極間の開方向に移動する現象を起源としている。

図３０（Ａ）は、グライディングアークを用いた従来例としてのプラズマ処理装置１０１の構成概略図である。例えば、プラズマ処理装置１０１から照射されたプラズマ１０４により処理対象物１０６の処理対象表面１０６ａを処理する。プラズマ処理装置１０１は、プラズマ発生部１０８、作動ガス供給路１１０、作動ガス供給手段（図示せず）及び電圧印加手段１１２から構成される。作動ガス供給手段により作動ガス１１４が供給管１１６を通して作動ガス供給路１１０に導入され、作動ガス１１４は作動ガス供給路１１０を流通して一対の電極１１１が配設されたプラズマ発生部１０８に供給される。作動ガス供給路１１０はノズル部材１１３に形成され、プラズマ発生部１０８はノズル部材１１３内に形成されている。ノズル部材１１３にはプラズマを出射するための出射孔１２０が形成される。一対の電極１１１は、それぞれの電極先端１１１ｃが出射孔１２０の近傍に位置するように設置される。

一対の電極１１１は、作動ガスの進行方向に沿って電極間の距離が増大するように配設されている。電極間に供給された作動ガスは、電圧印加手段１１２による印加電圧が電極間最短ギャップ１１１ａにおける絶縁破壊電圧に達すると、最短ギャップ位置１１１ｂにおいてスパークを生じ、アークが発生する。このアークは、供給される作動ガスのガス流で押し出されて電極に沿って下流へと移動する。アークが所定長さまで伸長すると、放電維持電圧が印加電圧を超え、アークが自己消弧し、このとき、プルーム１０４ｂもガス流により押し出され、出射孔１２０の方向へ進行する。続いて高電圧が印加されると最短ギャップ位置１１１ｂで再びアークが発生する。上述のような発生から消滅までのプロセスを繰り返すものがグライディングアークであり、プラズマ１０４が電極間に生成される。このプラズマ１０４は、電流路部分のプラズマであるアークコラム１０４ａと弱電離プラズマ状態のプルーム１０４ｂから構成される。
図３０（Ｂ）は、図３０（Ａ）のノズル部材１１３を示す斜視図である。ノズル部材１１３の出射孔１２０はスリット状に形成され、当該スリット形状の長手方向は、一対の電極１１１が結ぶ面の広がる方向と同一である。

特開平９−２２３５９５号公報 特開２０１２−３８４６９号公報

A．Czemichowski：Gliding Arc．Applications to engineering and environment control， Pure and Applied Chemical， Vol．６６（１９９４）ｐｐ．１３０１−１３１０

図３１は、フィルム状の処理対象物１０６（例えば、プラスチックフィルム）の表面処理（例えば、インクの密着性を向上させる処理）のために、図３０に示すプラズマ処理装置１０１を用いる場合を例示した図であり、図３０（Ａ）中の矢印ＸＸＸＩの方向にノズル部材１１３を見た状態を示している。

図３１に示す処理方法おいて、フィルム状の処理対象物１０６は、当該処理の間、矢印ｘの方向に連続的に送られるものとする。処理対象物１０６の処理対象表面１０６ａに対して、プラズマ処理装置１０１のノズル部材１１３の出射孔１２０側が対向させられ、出射孔１２０からプラズマを出射することにより上記処理を連続的に行うことができる。このとき、出射孔１２０から出射されたプラズマは、処理対象表面１０６ａに沿って図３１中の領域Ａに示す方向（以下、順方向Ａと称する）に流出することが想定されている。プラズマの出射は、断続的なアーク放電に基づいて実現されるため、毎回のプラズマの流出方向が順方向Ａで一定していれば、断続的なプラズマの出射によって、図３２（Ａ）の領域（１）、（２）、（３）に示す領域に対して処理を行うことができる。領域（１）、（２）、（３）は連続する３回のプラズマ出射により表面処理が行われた領域を例示したものである。これにより、処理対象表面１０６ａ上の処理を必要とする領域（例えば、図３２（Ａ）中の点線で示す領域Ｍ）に対して、略均一かつ漏れのない処理を行うことができる。なお、図３２（Ａ）において、各回のプラズマ出射におけるプラズマの流出方向はそれぞれ、（ア）→（ア’）、（イ）→（イ’）、（ウ）→（ウ’）の方向である。

しかしながら、実際のプラズマ処理装置１０１においては、出射されたプラズマの流出方向は必ずしも順方向Ａに一定してはおらず、図３１中の領域Ｂに示されるような方向（以下、逆方向Ｂと称する）となる場合もある。この場合、プラズマの流出方向が順方向Ａと逆方向Ｂの両方向にばたつく（つまり、プラズマの流出方向が順方向Ａと逆方向Ｂの間で不規則に入れ替わる）という問題があった。このようにプラズマの流出方向が両方向の間でばたつく場合の処理結果の例を図３２（Ｂ）に示す。図３２（Ｂ）において、領域（１）、（２）、（３）は連続する３回のプラズマ出射により処理対象表面１０６ａに対する処理が行われた領域である。これらのうち、領域（１）、（３）に対応するプラズマの流出は、図３２（Ａ）の領域（１）〜（３）と同じ方向（順方向Ａ）に生じている。一方、図３２（Ｂ）中の領域（２）は、プラズマが逆方向Ｂに流出した場合に処理された領域である。より具体的には、図３２（Ｂ）の領域（１）では（ア）→（ア’）の方向にプラズマが流出し、領域（３）では（ウ）→（ウ’）の方向にプラズマが流出しているのに対して、領域（２）では、（イ’）→（イ）のように流出している。

このようにプラズマの流出方向がばたつく場合、図３２（Ｂ）において点線で囲んだ領域Ｎは、何らプラズマによる表面処理が行われていない領域となる。このように表面処理が行われない領域は、当然ながら、表面処理が行われた領域と比べて品質が劣る（本例の場合ではインクの密着性が劣る）。このように、プラズマの流出方向のばたつきはプラズマによる処理を不均一なものとし、プラズマ処理対象物の製品としての品質を低下させる一因となっていた。

そこで、本発明の目的は、大気圧プラズマを用いるプラズマ処理装置において、プラズマの流出方向を高精度に制御することにより、より均一性の高い処理を行い得るプラズマ処理装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、本発明の１つの態様のプラズマ処理装置は、進行プラズマを発生させるための電極と、電極に対して作動ガスを供給する作動ガス供給手段と、電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、進行プラズマを略１０°〜略９０°または略３０°〜略６０°の範囲内で偏向させる偏向手段と、を備えるプラズマ処理装置である。

上記態様のプラズマ処理装置によれば、偏向手段により進行プラズマの流出方向を精度よく制御できるため、上述したようなプラズマの流出方向のばたつきによる処理ムラを抑制することができる。

本発明の別の態様においては、偏向手段は、進行プラズマと衝突する位置に配置され、該衝突により進行プラズマを偏向させる部材である。また、本発明の別の態様においては、偏向手段は、衝突前の進行プラズマの進行方向に対して略１０°〜略９０°または略３０°〜略６０°の範囲内の角度を成す面を有する部材である。このような構成によっても、進行プラズマの進行方向を精度よく制御することができる。なお、前記面は、凹凸形状、突起形状、溝形状等の微細構造を有していても良い。

本発明の別の態様においては、偏向手段は、進行プラズマを流通させる流通路を有する部材であって、偏向手段の流通路の少なくとも一部分は、衝突前の進行プラズマの進行方向に対して略１０°〜略９０°または略３０°〜略６０°の範囲内の角度で延伸する。このような構成によっても、進行プラズマの進行方向を精度よく制御することができる。

本発明の別の態様においては、上記プラズマ処理装置は、内部に進行プラズマを流通させる流通路が形成されたハウジングを更に備え、ハウジングは、該ハウジングの流通路内を流通する進行プラズマを出射するためのプラズマ出射孔を有し、偏向手段は、進行プラズマの変更前の進行方向に沿って見た場合に、プラズマ出射孔と、進行プラズマを偏向させる向きとは反対側から少なくとも部分的に重なるように設置される。このような構成により、進行プラズマの進行方向を任意に制御することができる。

本発明の別の態様においては、プラズマ出射孔は、一つまたは複数の孔である。例えば、プラズマ出射孔は、矩形状、円形状、スリット形状、多角形状、円弧形状のうちの一つの種類または複数の種類の組み合わせからなる。このように、要求されるプラズマ処理の態様に応じて、プラズマ出射孔の数や形状は任意に選択できる。

本発明の別の態様においては、上記プラズマ処理装置は、ハウジングに設置され、進行プラズマを整流する整流部材を更に備える。このような整流部材を備えることによって、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。なお、整流部材は、ハウジングの流通路内に設置されるものとしてもよい。あるいは、整流部材は偏向手段に設置されるものとしてもよい。

本発明の別の態様においては、上記プラズマ処理装置は、ハウジングの外周を覆う隔壁であって、プラズマ出射孔側に開口を有する隔壁を更に備える。更に、隔壁の内部に対して、隔壁内部の雰囲気を制御するための雰囲気制御用ガスを供給する雰囲気制御ガス供給手段を更に備えるものとしても良い。このような構成によれば、プラズマ処理雰囲気を制御することで、任意のプラズマ処理特性を得ることができる。

本発明の別の態様においては、上記プラズマ処理装置は、進行プラズマの電流路と接触可能な位置に配置される１つまたは複数のブロック部材を更に備える。このような構成によれば、アークコラムを遮断することができ、プルームのみを処理対象物に照射することができるため、処理対象物が導電性を有する場合に、処理対象物表面におけるアークスポットの発生を防止することができる。なお、ブロック部材は、例えば、複数の棒状部材、メッシュ状部材、ハニカム状部材、および、複数の孔を有する部材のうちの一種または複数種の組み合わせとすることができる。

本発明の別の態様においては、進行プラズマは処理対象物の表面処理に用いられ、処理対象物の表面形状に沿う形状のカバー部材を更に備える。このような構成によれば、進行プラズマが処理対象物の表面により跳ね返されることを抑制でき、処理効率を向上させることができる。なお、カバー部材は、異なる形状を有する複数のカバー部材として準備されたものの中から、処理対象物の表面形状に対応した形状を有するカバー部材が選択的に用いられ得るように構成してもよい。

本発明の更に別の態様においては、上記プラズマ処理装置は、進行プラズマに対して、該進行プラズマの進行方向を制御するための進行方向制御用ガスを吹き付けるための方向制御ガス噴射手段を更に備える。このような構成によれば、進行プラズマの流出方向をより精度よく制御することができる。

図１は本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の構成概略図である。 図２は図１のプラズマ処理装置の一部を矢印ＩＩの方向に見た概略図である。 図３は図１のプラズマ処理装置を処理対象物の表面処理に用いる状況を示す概略図である。 図４（Ａ）は本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す部分断面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のプラズマ処理装置のハウジングおよび偏向部材を矢印ＩＶＢの方向に見た図であり、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）のハウジングのみを示す図である。 図５（Ａ）は図４（Ａ）のプラズマ処理装置のハウジングおよび偏向部材を破線ＶＡ−ＶＡに沿って示す部分断面図であり、図５（Ｂ）はハウジングおよび偏向部材を図５（Ａ）の矢印ＶＢの方向に見た図である。 図６（Ａ）は本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置の一部を示す斜視図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のプラズマ処理装置を矢印ＶＩＢの方向に見た図であり、図６（Ｃ）は図６（Ｂ）のプラズマ処理装置を矢印ＶＩＣの方向に見た図である。 図７は第２実施形態または第３実施形態の複数の変更例に係るプラズマ処理装置のハウジングに形成された出射孔を示す概略図である。 図８は第２実施形態または第３実施形態の別の変更例に係るプラズマ処理装置のハウジングおよび偏向部材を示す部分断面図である。 図９は第２実施形態または第３実施形態の更に別の変更例に係るプラズマ処理装置のハウジングおよび偏向部材を示す部分断面図である。 図１０は第２実施形態または第３実施形態の更に別の変更例に係るプラズマ処理装置のハウジングおよび偏向部材を示す部分断面図である。 図１１（Ａ）は第２実施形態または第３実施形態の更に別の変更例に係るプラズマ処理装置のハウジングおよび偏向部材を示す部分断面図であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のプラズマ処理装置の一部を矢印ＸＩＢの方向に見た図である。 図１２は本発明の第２実施形態または第３実施形態の更に別の変更例に係るプラズマ処理装置のハウジングおよび電極を示す部分断面図である。 図１３（Ａ）は本発明の第４実施形態に係るプラズマ処理装置のハウジングおよび偏向部材を示す部分断面図であり、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）のプラズマ処理装置の一部を矢印ＸＩＩＩＢの方向に見た図である。 図１４は第４実施形態の複数の変更例に係るプラズマ処理装置の偏向部材の流通路および整流部材を示す図である。 図１５（Ａ）は本発明の第５実施形態に係るプラズマ処理装置を示す部分断面図であり、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）のプラズマ処理装置を矢印ＸＶＢの方向に見た図である。 図１６（Ａ）は第５実施形態の変更例に係るプラズマ処理装置を示す部分断面図であり、図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）のプラズマ処理装置を矢印ＸＶＩＢの方向に見た図である。 図１７はブロック部材の径の大小による効果の違いを説明するための説明図である。 図１８は第５実施形態の別の複数の変更例に係るプラズマ処理装置を示す部分断面図である。 図１９は第５実施形態の更に別の複数の変更例に係るプラズマ処理装置のハウジングおよびブロック部材を示す図である。 図２０（Ａ）は本発明の第６実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す部分断面図であり、図２０（Ｂ）は図２０（Ａ）のハウジングおよび隔壁を示す図であり、図２０（Ｃ）は第６実施形態の変更例を示す図である。 図２１（Ａ）は第６実施形態の別の変更例に係るプラズマ処理装置の要部を示す部分断面図であり、図２１（Ｂ）は図２１（Ａ）のハウジングおよび隔壁を示す図であり、図２１（Ｃ）は第６実施形態の更に別の変更例を示す図である。 図２２（Ａ）は本発明の第７実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略図であり、図２２（Ｂ）は第７実施形態の変更例に係るプラズマ処理装置の要部を示す部分断面図であり、図２２（Ｃ）は図２２（Ｂ）のプラズマ処理装置の要部を矢印ＸＸＩＩＣの方向に見た図であり、図２２（Ｄ）は第７実施形態の別の変更例に係るプラズマ処理装置の要部を示す部分断面図である。 図２３は本発明の第８実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す部分断面図である。 図２４は第８実施形態の変更例に係るプラズマ処理装置の要部を示す部分断面図である。 図２５は本発明の第９実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略の部分断面図である。 図２６は、本発明の一実施例に係るプラズマ処理装置によるフリーバーニングの状態の放電プラズマジェットの様相を撮影した写真である。 図２７は、一実施例に係るプラズマ処理装置を平面に固定してプラズマを照射した様子を撮影した写真である。 図２８は、図２７（Ｂ）に示すプラズマ処理装置のカバー部材を延長した場合において出射されるプラズマの様相を撮影した写真である。 図２９は一実施例のプラズマ処理装置を用いたラビング試験の結果を表す図である。 図３０（Ａ）は従来例のプラズマ処理装置を示す部分断面図であり、図３０（Ｂ）は図３０（Ａ）のプラズマ処理装置のノズル部材を概略的に示す斜視図である。 図３１は図３０のプラズマ処理装置を処理対象物の表面処理に用いる状況を示す説明図である。 図３２はプラズマ処理装置による処理対象物の表面処理における課題を説明するための説明図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の複数の実施形態およびその変更例を、添付の図面に従って詳細に説明する。まず、本発明に係るプラズマ処理装置の基本的な構成を、第１実施形態として図１に示すプラズマ処理装置１を例に取り説明する。図１のプラズマ処理装置１は、グライディングアークを用いたプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、プラズマ発生部としての一対の電極１１、電圧印加装置１２（電圧印加手段）、偏向部材１３（偏向手段）、作動ガス供給装置１４（作動ガス供給手段）を有する。作動ガス供給装置１４により大気圧以上又は大気圧近傍の作動ガス１５が電極１１に供給される。作動ガス供給装置１４としては、市販のガスボンベ、コンプレッサ、ブロア、窒素ガス供給装置などを利用できる。また、作動ガスの流量制御は、市販のバルブ、マスフローコントローラやロタメーターなどを利用して行われ、またガス供給圧を制御するレギュレータ（図示せず）が配置される。作動ガス１５として、乾燥空気、加湿空気、ヘリウムやアルゴン等の希ガス、酸素、窒素、水素、硫化水素、炭化水素ガス、塩素ガス等のハロゲンガス、フロンガス、有機溶媒の蒸気、特別化学物質の蒸気、大気圧０〜１００℃でガス状の物質、大気圧０〜３０℃で液体である物質を３０〜３００℃に加熱して発生した蒸気・ミスト、及びこれらの混合気体等から目的に応じて適宜選択し、所望のプラズマを生成することができる。なお、各装置および部材を保持するための手段については図示を省略した。

一対の電極１１は、作動ガス１５の進行方向に沿って電極間の距離が最短ギャップ位置１１ｂから増大するように配置される。電圧印加装置１２による印加電圧が電極間最短ギャップ１１ａにおける絶縁破壊電圧に達すると、最短ギャップ位置１１ｂにスパークを生じ、これにより、電極１１間に供給された作動ガス１５に基づくプラズマ４が発生する。このプラズマ４は、電流路部分のプラズマであるアークコラム４ａと弱電離プラズマ状態のプルーム４ｂから構成される。電圧印加装置１２としては、市販の直流電源、交流電源、パルス電源などを使用できる。

アークコラム４ａは、供給される作動ガス１５の流れにより押し出されて電極１１、１１に沿って下流へと移動する。アークコラム４ａが所定長さまで伸長すると、アークコラムの放電維持電圧が印加電圧を超え、アークコラム４ａが自己消弧する。このとき、プルーム４ｂもガス流により押し出され、偏向部材１３の方向へ進行し、これに衝突する。

図２は、図１のプラズマ処理装置１を、矢印ＩＩの方向に見た概略図である。本例では、偏向部材１３は、衝突前のプラズマ４の進行方向ｍ１に対して傾斜する衝突面１３ａを有する部材により構成されている。衝突前のプラズマの進行方向ｍ１とは、作動ガス１５の供給方向および電極１１の形状や配置によって決定されるプラズマの進行方向のことを指称するものとする。本例のグライディングアークを用いた装置においては、一対の電極１１の最短ギャップ位置１１ｂ近傍（特に、最短ギャップ位置１１ｂから下流側へ５ｍｍまでの範囲）を流れる作動ガス１５の流れる方向と定義しても良い。

図２に示すように、電極１１間に発生し、作動ガス１５の流れにより押し出されたプラズマ４は、偏向部材１３に衝突する。この衝突により、プラズマ４の進行方向が方向ｍ１から方向ｍ２に角度αだけ曲げられる。衝突後のプラズマ４の進行方向ｍ２を図２において点線ｍ２により示す。角度αは略１０°以上９０°未満の範囲内の角度、または、略３０°〜略６０°の範囲内の角度とすることが好ましい。プラズマを方向ｍ１から方向ｍ２へ偏向させるには、例えば、偏向部材１３の衝突面１３ａを、方向ｍ１に対して必要な角度だけ傾斜させればよい。例えば、偏向部材１３の衝突面１３ａを所望の偏向角度αと略等しい角度だけ傾斜させる場合もあり得る。しかしながら、衝突面１３ａの傾斜角度とプラズマ４の偏向角度αは必ずしも一致しない。そこで、所望の偏向角を得たい場合には、衝突面１３ａの角度や偏向部材１３の取り付け位置、その他種々の放電条件を変えて、適切に調整する必要がある。偏向部材１３は高温になることから、その材料としてポリテトラフルオロエチレン等の耐熱樹脂、ボロンナイトライド等のセラミックス、クオーツ（石英）等を選択することが望ましい。偏向部材１３の衝突面１３ａは完全な平面に限らず、凹凸形状、突起形状、溝形状等の微細構造を有していても良い。特に衝突面１３ａが溝形状の微細構造を有する場合、当該溝形状は、プラズマ４を偏向させようとする方向に延伸することが好ましい。また、上記したプラズマ４の偏向角度αを達成できる限り、偏向部材１３の衝突面１３ａを曲面状としても良い。

プラズマ処理装置１を処理対象物２の表面処理に用いる場合の態様の例を図３に示す。本例においては、図３１の従来例と同様に、フィルム状の処理対象物２が、図３中の矢印ｘの方向に送られつつ、プラズマ４による表面処理を受けるものとする。本実施形態によるプラズマ処理装置１によれば、プラズマ４の流出方向が進行方向変更部１３により、処理対象物２の送り方向と逆向きの一方向のみに効果的に制御されているため、プラズマの流出方向のばたつきによる処理ムラが抑制でき、例えば、図３２（Ａ）に示すような理想的な表面処理をより高い確率で実現することができる。なお、本発明のプラズマ処理装置１によれば、処理対象物２の送り方向がｘと逆の場合であっても、同様の効果を得ることができる。

（第２実施形態）
図４には本発明の第２実施形態を示す。図４（Ａ）は本実施形態に係るプラズマ処理装置１を概略的に示す部分断面図である。図示するように、本実施形態のプラズマ処理装置１は内部に流通路１６ａを有するハウジング１６を備え、各電極１１の導線と結合されている側の部分はハウジング１６の周壁内に埋設されている。本例においては、第１実施形態とは電極１１の形状が異なるが、作動ガス１５の進行方向に沿って電極１１間の距離が最短ギャップ位置１１ａから増大するように配置されるという点は同じである。流通路１６ａは、作動ガス１５が電極１１に向かって流通できるように形成されている。流通路１６ａは同じくハウジング１６に形成された出射孔１６ｂと連通し、出射孔１６ｂからはプラズマ４が出射できるように構成されている。

図４（Ｂ）は図４（Ａ）のプラズマ処理装置１のハウジング１６を矢印ＩＶＢの方向に見た図である。図４（Ｃ）は図４（Ｂ）において偏向部材１３を透視的に表した図であり、偏向部材１３の輪郭を点線にて表した。本実施形態においては、出射孔１６ｂは一対の電極１１の結ぶ面と重なる方向に延びるスリットの形状に形成されている。
図４（Ａ）の偏向部材１３とハウジング１６を図中の点線ＶＡ−ＶＡに沿って見た部分断面図を図５（Ａ）に示す。図５（Ｂ）はハウジングおよび偏向部材を図５（Ａ）の矢印ＶＢの方向に見た図である。図５に示すように、出射孔１６ｂの外側に偏向部材１３の衝突面１３ａが存在する。そのため、出射孔１６ｂから出射されたプラズマ４（図５では図示略）は衝突面１３ａに衝突し、それにより、第１実施形態と同様にプラズマ４の進行方向が変えられる。これによって、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。更に、衝突面１３ａのうち、プラズマを偏向させる向きとは反対側の部分がハウジング１６に接することで、その部分における偏向部材１３とハウジング１６の間をプラズマが流通できないようにしている。このような構成によって、第１実施形態の有するプラズマの進行方向制御効果をより確実なものとしている。

偏向部材１３とハウジング１６を別体のものとして図示したが、これらを一体のものとして形成してもよい。出射孔１６ｂの周囲は高温になることから、ハウジング１６のうち少なくとも出射孔１６ｂの周辺部分の材料には耐熱樹脂やセラミックスを用いることが望ましい。
図４（Ｃ）に示すように、衝突前の進行プラズマの進行方向に沿って見た場合に、偏向部材１３は、プラズマを偏向させる向きとは反対側から、出射孔１６ｂと少なくとも部分的に重なっている。その場合、例えば、偏向部材１３は出射孔１６ｂの面積の略５０〜略９０％の面積、または、略６０％〜略８０％の面積、または、略７５％の面積と重なることが好ましい。偏向部材１３は、出射孔１６ｂの全体と重なっていても良い。偏向部材１３とハウジング１６の相対的位置を変更可能とすることで、出射孔１６ｂの開度（図５の例の場合、スリット幅）を調節できるような構成としてもよい。例えば図５の場合、偏向部材１３を、図５（Ａ）の左右方向にスライド可能とすればよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置１を図６に基づき説明する。図６（Ａ）は本実施形態のプラズマ処理装置１の一部を示す斜視図である。本実施形態は第２実施形態のプラズマ処理装置１に対して、側方カバー部材１７を取り付けたものである。側方カバー部材１７の材質は、偏向部材１３と同様の材質とすることが好ましい。図６（Ｂ）は図６（Ａ）のプラズマ処理装置１を矢印ＶＩＢの方向に見た図であり、図６（Ｃ）は図６（Ｂ）のプラズマ処理装置１を矢印ＶＩＣの方向に見た図である。図示するように、側方カバー部材１７は、偏向部材１３の両側に取り付けられ、衝突後のプラズマ４の流出方向に衝突面１３ａよりも更に延伸することで、出射されたプラズマ４の横方向への広がりを抑制するための部材である。

（変更例）
図７（Ａ）、（Ｂ）は上述の第２実施形態または第３実施形態の複数の変更例に係る出射孔１６ｂを示す図である。図７（Ａ）に示すように、出射孔１６ｂが円弧などの曲線状に形成される場合においても、出射孔１６ｂから弱電離プラズマ状態であるプルームが出射される。従って、出射孔１６ｂの形状は、処理対象物が設置される環境、処理対象物の状態・形状に応じて、適宜に選択することができる。また、図７（Ｂ）に示すように、出射孔１６ｂの個数も適宜に選択することができる。
図７（Ａ）、（Ｂ）のように出射孔１６ｂが縦方向（図の上下方向）においてある程度広がりをもって形成される場合等には、図８に示すように、偏向部材１３の衝突面１３ａがハウジング１６の縁に近い位置まで延びるように形成することが好ましい。これによって、スリット形状と比べて縦方向に広がった出射孔１６ｂにも対応できる。図８は偏向部材１３とハウジング１６の縦断面図であり、第２実施形態の図５（Ａ）に対応するものである。

第２実施形態または第３実施形態の別の複数の変更例に係るハウジング１６および偏向部材１３の断面図を図９〜図１１に示す。これらは第２実施形態の図５（Ａ）に対応する部分断面図である。
図９に示す偏向部材１３は、衝突前のプラズマ４の進行方向ｍ１と衝突面１３ａとが垂直となるように構成される。ハウジング１６の出射孔１６ｂを有する面のうち、出射孔１６ｂの一方側の面部分が下げられることにより、対向する偏向部材１３との間に流通路１８を形成する。出射孔１６ｂから出射されたプラズマ４は、この流通路１８を通って流出できるように構成されている。流通路１８と反対側においては、ハウジング１６と偏向部材１３の間は閉じている。この場合、プラズマ４の進行方向は方向ｍ１から方向ｍ２へ９０°曲げられることとなる。

このように構成されたプラズマ処理装置１を処理対象物２の表面処理に用いる場合には、図９に示すように、流通路１８の出口が処理対象物２の処理対象表面２ａに対向するように、プラズマ処理装置１を処理対象物２に対して配置して用いることができる。このような配置は、例えば、処理対象物２が比較的細長い筒状または箱状の部材であって、処理対象表面２ａが当該部材の内周面であるときなどに用いれば、当該部材の奥の方の内周面にまでプラズマを的確に照射することができ、有利である。本例ではプラズマ４の進行方向を方向ｍ１から方向ｍ２へ９０°曲げるように流通路１８を形成したが、これに限らず、プラズマ４を略１０°〜略９０°または略３０°〜略６０°の範囲内で偏向するように流通路１８を形成しても良い。
偏向部材１３の断面形状は矩形状や多角形形状に限定されず、例えば図１０の楕円形状のような曲線を有するものであってもよい。
更には、図１１のように、偏向部材１３は、その内部に流通路１３ｂを有するものとしてもよく、進行方向が変更される前の進行プラズマの進行方向ｍ１に対して流通路１３ｂの少なくとも一部分（特に出口側部分）の延伸方向が所定角度（例えば略１０°〜略９０°または略３０°〜略６０°の範囲内の角度）傾斜させられていることによって、進行プラズマの進行方向を略１０°〜略９０°または略３０°〜略６０°偏向することができる。図１１（Ａ）は図５に対応する部分断面図であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のハウジング１６および偏向部材１３を矢印ＸＩＢの方向に見た図である。

グライディングアーク用の電極１１は、上述のように、電極対が末広がり状に配設されていれば良く、上述のものの他、図１２に示すような種々の形状の電極を用いることもでき、更にはこれらに限定されない。図１２（Ａ）は三角板形状の電極１１の対を用いる構成の部分断面図である。図１２（Ｂ）は、湾曲面を有する板状の電極１１の対を用いた構成の部分断面図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）に示される電極対は、作動ガス１５の進行方向に沿った少なくとも一部の電極間距離が増大しており、これらの電極を用いてグライディングアークを発生させることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を説明する。本実施形態は、第１実施形態、第２実施形態またはその変更例のプラズマ処理装置１に対して、以下に説明する整流部材１９を追加したものである。
例えば、図１１に示す変更例に対して整流部材１９を付加した例を図１３に示す。図１３（Ａ）に示すように、図１１（Ａ）に示す流通路１３ｂ内に、整流部材１９を配置している。図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）のハウジング１６および偏向部材１３を矢印ＸＩＩＩＢの方向に見た図である。図１３（Ｂ）においては識別しやすいように整流部材１９に斜線によるハッチングを付した。図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本例の整流部材１９は、複数の板状部材が流通路１３ｂの延伸方向に沿って延びるように、かつ、流通路１３ｂの横断方向、すなわち、流通路１３ｂの延伸方向と直行する方向であって、流通路１３ｂが広がる方向に分散するように配置されている。

整流部材１９によって、流通路１３ｂ内を流れるプラズマ４が整流される。すなわち、流通路１３ｂの延伸方向と直行する方向であって、流通路１３ｂが広がる方向におけるプラズマ４の分布の均一性が向上する。結果として、プラズマ処理の均一性の向上を図ることができる。整流部材１９の形状や個数は必要に応じて任意に選択できる。例えば、図１４（Ａ）に示すように、整流部材１９が配置される流通路を形成する向かい合う壁面のいずれか一方のみに整流部材１９を配置してもよい。または、図１４（Ｂ）のように、整流部材１９が配置される流通路を形成する向かい合う壁面の両方に互い違いに整流部材１９を配置してもよい。形状については板状のものに限らず、図１４（Ｃ）のような円柱状のもの、あるいは図１４（Ｄ）のような波板状のものでもよく、更にはこれらの形状に限られない。更には、図１４（Ｅ）のように、ブロック状の部材（斜線のハッチングにより示す）に複数の貫通孔が設けられたものを整流部材１９として用いても良い。貫通孔の断面形状は任意である。整流部材１９により形成される複数の通路が互いに平行である必要はなく、各通路は延伸方向において一定の断面形状である必要もない。
整流部材１９は、図１３に示すように偏向部材１３内に設置する構成に限らず、出射孔１６ｂ内に設置したり、ハウジング１６の流通路１６ａに設置したりしてもよい。あるいは、図５、６、８、９等に示す例においてハウジング１６と偏向部材１３とが対向する位置に設置してもよい。特に図９の例においては流通路１８内に設置してもよい。その場合、整流部材１９をハウジング１６側または偏向部材１３側のみに設置しても良い。整流部材１９は、ハウジング１６や偏向部材１３と別体でも一体でも良い。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係るプラズマ処理装置１について説明する。図１５（Ａ）は本発明の第５実施形態に係るプラズマ処理装置１を示す部分断面図である。図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）中の一点鎖線で示すプラズマ処理装置１のハウジング１６の端面を矢印ＸＶＢの方向に見た図である（すなわち、偏向部材１３を省略している）。本実施形態は、図４（Ａ）に示すプラズマ処理装置１の出射孔１６ｂに対してブロック部材２０が付設されたものである。図１５（Ｂ）中のｗはプラズマが出射されるスリット状の出射孔１６ｂの短尺方向の長さである。図示するように、出射孔１６ｂに複数のブロック部材２０が取り付けられ、プラズマは出射孔１６ｂとブロック部材２０とが形成する隙間から出射される。ブロック部材２０としては、耐熱絶縁材料が用いられ、例えば、耐熱樹脂、セラミック材料、クオーツ（石英）などからブロック部材が形成される。

図１５は、取付けられるブロック部材２０の太さＳが全て等しく、各ブロック部材２０の間隙ｄが等間隔に設定された例を示している。ブロック部材２０が付設される位置は、出射孔１６ｂに限定されるものではなく、出射孔１６ｂの近傍に配設されてアークコラムを遮断し、プルームを処理対象物に照射することが可能であれば、ブロック部材２０を任意の位置に配設することができる。図１６は、ブロック部材２０の取付け位置が出射孔１６ｂの端部側から中心位置に近づくにつれて、ブロック部材２０の間隙ｄを狭め、ブロック部材２０の太さＳが徐々に大きくなるように設定されている。ブロック部材２０の大きさは同一である必要は無く、ブロック部材同士の間隙ｄを等しく配設する必要も無い。従って、電極間の中心位置では、アークコラムが最も伸張するため、電極間の中心において、間隙ｄが小さく、電極間近傍では間隙ｄが大きくなるように配置することができる。このようにプラズマの出射形状に適応させて、好適な形状および配置間隔を選択できる。

図１７は、本発明に係るブロック部材２０が配設されたプラズマ発生部の構成概略図である。図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）には、複数の円柱状あるいは円筒状ブロック部材２０が等間隔に、電極間距離が広がる方向に対し垂直に配設されている。ブロック部材２０によりプラズマ４の電流路であるアークコラム４ａを遮断して弱電離プラズマであるプルーム４ｂのみを処理対象物表面に照射するから、処理対象物表面におけるアークスポットの発生が防止され処理対象物の好適な表面処理を行うことができる。

図１７（Ｂ）は、ブロック部材２０の太さ及び間隔を変化させた比較例におけるプラズマ発生部の構成概略図である。図１７（Ａ）のブロック部材２０に比べ、径の細いブロック部材２０を使用した場合、印加電圧を増大させていくと、図１７（Ｂ）に示すようにアークコラム４ａがブロック部材の外側を迂回してしまう。更に、ブロック部材２０の間隔を広くした場合、アークコラム４ａが動作ガスによって押し出され易くなるから、アークコラムが処理対象物表面に到達し、導電性処理対象物表面にアークスポットが発生しやすくなる。以上のことから、アークスポットの発生を抑えるためには、径の大きなブロック部材２０を使用し、狭い棒間隔で配置することが好ましい。ブロック部材２０の径若しくは幅は０．１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜４ｍｍがよい。ブロック部材２０同士が成す間隙は０．１〜５ｍｍ、好ましくは０．２〜２ｍｍがよい。なお、それぞれのブロック材の形状が同一である必要は無い。例えば、細いブロック材と太いブロック部材２０とを交互に配設することもできる。

図１８は、本発明に係る種々の形状のブロック部材２０が配設されたプラズマ発生部の構成概略図である。図１８（Ａ）には、四角形の断面形状を有するブロック部材２０が配設されたプラズマ発生部を示している。ブロック部材２０の断面形状が円形でない場合においても、ブロック部材２０によりプラズマの電流路であるアークコラムを遮断して弱電離プラズマであるプルームのみを処理対象物表面に照射することができる。ブロック部材の断面形状は、上述の形状に限定されず、楕円形、三角形、四角形、五角形、六角形、星形、その他さまざまな断面形状を呈してよい。ブロック部材２０は中空でも中実でもかまわない。また、ブロック部材２０は、軸方向に断面積や断面形状が変化していても構わない。湾曲したブロック部材２０を用いてもよい。更に、ブロック部材２０は電極間距離が広がる方向に対して必ずしも垂直に配置する必要は無く、それぞれのブロック部材２０の配置角度が変化していても良く、プラズマ出射孔に対して斜向配置される場合においてもブロック部材２０によりアークコラムを遮断することができる。

図１８（Ｂ）は、ブロック部材２０の配列が２重配列されたプラズマ発生部を示している。ブロック部材２０を２重に配列することにより、電極１１間に発生するアークプラズマがより確実に遮断され、プルームのみを生成することができる。また、ブロック部材２０の配設位置は、プラズマ出射孔１６ｂの出口側から等距離に設定される必要はなく、処理対象物の形状や配置、表面処理の種類に応じて、ブロック部材２０を自在に配列することができる。プラズマ出射孔１６ｂに処理対象物を近接させる場合などでは、図１８（Ｃ）に示すように、ブロック部材２０をプラズマ出射孔１６ｂの内側に配設することができる。

図１９は、メッシュ状（またはハニカム状）ブロック部材２０ａ又は孔部２０ｃが形成された多孔型ブロック部材２０ｂが取り付けられたプラズマ生成装置１の端面概略図である。ブロック部材は、前述したような棒状のブロック部材２０に限定されるものではなく、図１９（Ａ）に示すメッシュ状（またはハニカム状）ブロック部材２０ａや図１９（Ｂ）及び図１９（Ｃ）に示す多孔型ブロック部材２０ｂなどを用いることができる。即ち、ブロック部材２０によりアークコラムを複数箇所で遮断して、プルームのみを処理対象物表面に照射し、アークスポットの発生を防止できれば、メッシュ状（またはハニカム状）ブロック部材２０ａや多孔型ブロック部材２０ｂなどの種々の形状を有するブロック部材を用いることができる。アークコラムを遮断する効果を得るためには、これらのブロック部材２０ａ、２０ｂの、プラズマ進行方向における寸法は、略０．１ｍｍ〜略１０ｍｍの範囲内であることが好ましく、ブロック部材２０ａ、２０ｂを設置する位置が電極１１に近いほど当該寸法を大きくすることが好ましい。

なお、図１９（Ｂ）及び図１９（Ｃ）に示す多孔型ブロック部材２０ｂの孔２０ｃは円形である必要は無く、三角形、四角形、五角形、六角形など、様々な形状が利用できる。望ましくは、正方形あるいは長方形の孔である。例えば、正方形または長方形の孔の場合、孔幅は０．１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜４ｍｍがよい。孔２０ｃ同士が成す間隙は０．１〜５ｍｍ、好ましくは０．２〜２ｍｍがよい。また、孔２０ｃはブロック部材２０ｂに対し垂直に開いている必要は無く、また、テーパー状の孔でもよい。更に、孔２０ｃは、出射孔１６ｂに対し一列状に空いている必要はなく、図１９（Ｃ）に示すように、孔２０ｃを多段に形成してもよい。また、メッシュ状ブロック部材２０ａの場合、メッシュ形状が四角形、円径などさまざまな形状のものを利用できる。更に、市販のセラミックメッシュを利用することもできる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係るプラズマ処理装置１について説明する。本実施形態のプラズマ処理装置１は、第２実施形態、第３実施形態またはそれらの変更例のプラズマ処理装置１のハウジング１６の外側を覆う隔壁２１を更に有するものである。例えば、部分断面図である図２０（Ａ）に示すものは、図５（Ａ）に示すプラズマ処理装置１のハウジング１６の先端側（出射孔１６ｂ側）部分の外側を覆う隔壁２１を有し、隔壁２１は先端側が開口端２１ａとなっている。図２０（Ｂ）は図２０（Ａ）のハウジング１６と隔壁２１を示した図である。このような隔壁２１により外部からの酸素の侵入を抑制することができ、結果として、処理対象表面２ａのプラズマ処理直後の酸化を防止することができる。また、図２０（Ｃ）のように、隔壁２１にガス流入口２１１を設け、隔壁２１内部に対して隔壁２１内部の雰囲気を制御するための雰囲気制御ガス２１２を雰囲気制御ガス供給装置２１３（雰囲気制御ガス供給手段）により供給しても良い。例えば、隔壁２１の内部に対して窒素ガス等の不活性ガスや水素等の還元性ガスを雰囲気制御ガス２１２として供給することで上記効果をより確実に奏するものとしてもよい。隔壁２１の材質としてはガラス、クオーツ（石英）、金属、木材など、またはブロック部材と同様の材質を用いることができる。処理表面を酸化させたい場合には、酸素などの酸化性のガスを雰囲気制御ガス２１２として供給してもよい。作動ガス１５と同じ物質を雰囲気制御ガス２１２として用いてもよい。

図２１（Ａ）、（Ｂ）は第６実施形態の変更例を示す図であり、それぞれ図２０（Ａ）、（Ｂ）に対応する図である。図２１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、プラズマ処理装置１を処理対象表面２ａに対向させたときに、隔壁２１の開口端２１ａが処理対象表面２ａに対して傾斜し、偏向部材１３と衝突した後のプラズマ４が流出する側における開口端２１ａと処理対象表面２ａとの隙間が広くなるように、隔壁２１を構成しても良い。このようにすれば、広がった隙間からプラズマ４が流出しやすくなり、プラズマ４による処理域を広く確保することができる。また、同じ理由により、図２１（Ｃ）に示すように、プラズマ４が流出する側における開口端２１ａと処理対象表面２ａとの隙間が広くなるように、開口端２１ａを段差状に形成しても良い。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に係るプラズマ処理装置１について説明する。本実施形態のプラズマ処理装置１は、図２２（Ａ）に示すように、上記各実施形態および変更例に係るプラズマ処理装置１に対して、方向制御ガス噴射装置２２（方向制御ガス噴射手段）を追加したものである。方向制御ガス噴射装置２２は、処理対象表面２ａのプラズマ４が照射される部分に対して、プラズマ４を偏向させる側と反対側から不活性ガス（窒素ガスなど）である方向制御ガス２３を噴射するための装置である。そのとき、偏向前のプラズマ４の進行方向に対して略１０°〜略９０°または略３０°〜略６０°の範囲内の角度で方向制御ガス２３を噴射する。これにより、プラズマ４の流出方向のばらつきを抑制し、流出方向を更に高精度に制御することができる。方向制御ガス２３としては、不活性ガスに限らず、作動ガス１５や雰囲気制御ガス２１２と同じ物質を用いても良い。

図２２（Ａ）の例のように方向制御ガス２３を処理対象表面２ａの処理対象部分に対して噴射する構成に限らず、図２２（Ｂ）のように、偏向部材１３のハウジング１６と接する面に方向制御ガス流通路１３ｃを設け、方向制御ガス流通路１３ｃを通して方向制御ガス２３を噴射しても良い。図２２（Ｃ）は図２２（Ｂ）に示すプラズマ処理装置１の要部を矢印ＸＸＩＩＣの方向に見た図である。この図のように、複数の方向制御ガス流通路１３ｃを設けても良く、あるいは１つでも良い。また、方向制御ガス流通路１３ｃの断面形状も任意である。また、図２２（Ｄ）に示すように、方向制御ガス流通路１３ｃを変更部材１３の貫通孔として設けても良い。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態に係るプラズマ処理装置１について説明する。本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、上述の各実施形態または変更例の構成に対して、例えば図２３に示すように、カバー部材２４を更に備えたものである。図２３は、図５に示す構成に対してカバー部材２４を付加した構成を示す部分断面図である。処理対象物２の処理対象表面２ａに照射されたプラズマ４は、処理対象表面２ａによって跳ね返されることがあり、結果として処理効率が低下することがある。そこで、本実施形態のカバー部材２４は、このようなプラズマ４の跳ね返りを抑制することで、処理対象表面２ａに対するプラズマ処理の効率を向上させようとするものである。そのため、カバー部材２４は、偏向部材１３の衝突面１３ａと衝突した後のプラズマ４の流出方向に、処理対象表面２ａに沿って延在する。図２３の例では、カバー部材２４はハウジング１６の端部外周に取り付けられる。処理対象表面２ａに沿う方向における、出射孔１６ｂの中心からカバー部材２４の遠位端までの距離（図２３中の記号ａで示す寸法）は、例えば略１０〜略８０ｍｍである。また、カバー部材２４の材料としてポリテトラフルオロエチレン等の耐熱樹脂、ボロンナイトライド等のセラミックス、クオーツ（石英）等を選択することが望ましい。

図２４は第８実施形態の変更例に係るプラズマ処理装置１の要部の部分断面図および処理対象物２を示す図である。図２４の例では、回転するローラー３に沿うように送られる処理対象物２に対してプラズマ処理装置１によりプラズマ処理を行う。図示するように、処理対象表面２ａの処理対象箇所はローラー３の形状に沿って曲面形状となっているため、本例のカバー部材２４は、当該曲面形状に沿う側が曲面形状となっており、これにより、処理対象表面２ａにおけるプラズマ４の跳ね返りを効果的に抑制することができる。異なる形状の複数のカバー部材２４を用意しておき、処理対象物２の処理対象表面２ａの形状に対応したカバー部材２４を適宜選択して用いることもできる。

（第９実施形態）
本発明は、グライディングアーク方式のプラズマ処理装置に限らず、円柱状プラズマジェットの一種であるペンジェット方式のプラズマ処理装置に対しても適用可能である。そこで、本発明をペンジェット方式のプラズマ処理装置に対して適用した例を第９実施形態として、図２５を参照して説明する。図２５は、プラズマ発生部にペンジェット方式を適用したプラズマ処理装置３０の構成概略図である。このペンジェット型プラズマ発生部は、円筒状ガイド本体３１の中空部に設けた軸心電極３２を有し、ガイド本体３１の先端側には、微細な貫通孔３３ａを有するノズル状電極３３が設けられている。軸心電極３２の一端側に電源（図示せず）の高電圧極が接続され、ノズル状電極３３は電源の低電圧極に接続され低電圧電極として機能する。あるいは、ノズル状電極３３は、図示するようにアース３５と接続されていても良い。ノズル状電極３３と軸心電極３２の先端は間隙を介して対向し、プラズマ発生領域が形成されている。このプラズマ発生領域周辺のガイド本体３１内側には、絶縁部３６が設けられている。軸心電極３２とノズル状電極３３との電極間ギャップは、電界を電極先端面に集中させるために０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度に設定されることが好ましい。

ペンジェット型プラズマ発生部において、作動ガス１５がガイド本体３１の開口部より導入される。作動ガス１５として、乾燥空気、加湿空気、ヘリウムやアルゴン等の希ガス、酸素、窒素、水素、硫化水素、炭化水素ガス、塩素ガス等のハロゲンガス、フロンガス、有機溶媒の蒸気、特別化学物質の蒸気、大気圧０〜１００℃でガス状の物質、大気圧０〜３０℃で液体である物質を３０〜３００℃に加熱して発生した蒸気・ミスト、及びこれらの混合気体等から目的に応じて適宜選択し、所望のプラズマを生成することができる。図示していないが、作動ガスの供給は、市販のガスボンベ、コンプレッサ、ブロア、窒素ガス供給装置などを利用できる。また、作動ガスの流量制御は、市販のバルブ、マスフローコントローラやロタメーターなどを利用して行われ、またガス供給圧を制御するレギュレータ（図示せず）が配置される。

作動ガス１５は、軸心電極３２の側面とガイド本体３１の間を流通して前記プラズマ発生領域に供給される。電源の高電圧極に接続された軸心電極３２と、低電圧極（またはアース３５）に接続されたノズル状電極３３との間に、アーク放電に至るのに十分な電圧が印加されることで、電極３２、３３の間でアーク放電が生じる。作動ガス１５は軸心電極３２の先端面とノズル状電極３３の間のアーク放電によりプラズマ化され、貫通孔３３ａの下端出射孔からプラズマ４が進行プラズマとして出射される。

本実施形態のプラズマ処理装置３０は、先に説明した複数の実施形態またはそれらの変更例と同様の偏向部材１３を有する。図２５に示すものは、第１実施形態と同様の偏向部材１３を有する。図２５に示すように、出射孔から出射されたプラズマ４は、偏向部材１３に衝突する。この衝突により、プラズマ４の進行方向が方向ｍ１から方向ｍ２に角度αだけ曲げられる。角度αは略１０°以上９０°未満の範囲内または略３０°〜略６０°の範囲内の角度とすることが好ましい。プラズマの進行方向を方向ｍ１から方向ｍ２へ変更させるには、偏向部材１３の衝突面１３ａを、方向ｍ１に対して必要な角度だけ傾斜させればよい。所望の偏向角度αを得る為に、衝突面１３ａの傾斜角度を諸条件のもとで適切に調整することが必要であることは上述の通りである。偏向部材１３は高温になることから、その材料としてポリテトラフルオロエチレン等の耐熱樹脂、ボロンナイトライド等のセラミックス、クオーツ（石英）等を選択することが望ましい。第１実施形態に限らず、その他の各実施形態および各変更例の構成においてペンジェット型プラズマ発生部を用いてもよい。

実際の使用状態におけるプラズマ処理装置１、３０の向きは、各図に示した向きには何ら限定されない。
処理対象物２は上述した平面的または曲面的な表面を有するものには何ら限定されず、プラズマ処理装置１、３０との位置関係も適宜設定されるものである。また、プラズマ処理装置１、３０に対して処理対象物２を移動させるものには限定されず、プラズマ処理装置１、３０を、例えばロボットアームに取り付けるなどして、処理対象物２に対して移動させることも可能である。
上記の各実施形態および変更例の各要素を組み合わせても良い。

（実施例）
次に、本発明の実施例を示す。出射孔寸法において電極対が結ぶ面の広がる方向と同一の方向に３５ｍｍ、該方向と直行する方向に６ｍｍの長方形の出射孔を有するグライディングアーク（ＧＡ）プラズマジェット発生装置を用い、端部が３０度、４５度、６０度の角度を持つＰＴＦＥ製の厚さ３ｍｍの板からなる偏向板（偏向部材）をプラズマ出射孔に図２３のように取り付けた。このとき、電極対が結ぶ面に対して平行に、出射孔の中央から１．５ｍｍの位置に偏向板の先端を合わせた。すなわち、図４（Ｂ）のようにプラズマ出射孔出口をプラズマジェット下流方向から見て、偏向板が出射孔と重なる率が約７５％となるようにした。電源には、無負荷出力電圧１７ｋＶ、放電出力電圧１０ｋＶ、無負荷周波数６０Ｈｚ、入力電力６００Ｗの電源を用いた。動作ガスとした空気は、ブロワで供給し、流量約９０Ｌ／ｍｉｎとした。このとき、出射孔から出たアークコラムの全長が約６０ｍｍ以上となる比較的強い放電プラズマが発生する周波数は１２０Ｈｚ（周期約８．３ｍｓ）であり、その強い放電プラズマの一周期の間に、出射孔から出たアークコラムの全長が約３０ｍｍに満たない弱い放電プラズマが約２回発生した。偏向板なしの場合、プラズマジェットの側面から見て、左右に振れてバタつく平均的周波数は約５５．４ｋＨｚだった。処理対象物は、厚さ５０μｍのポリプロピレン（PP; Polypropylene）フィルムとした。なお、フィルムの処理はもっぱら前記の強い放電プラズマによって行われる。

図２６に、処理物に照射しない状態、すなわち、フリーバーニングの状態の放電プラズマジェットの様相を撮影した写真を示す。電極対が結ぶ面に沿った方向から、つまり、見かけ上平面状に形成されるプラズマジェットの側方から観測したものである。撮影シャッター速度１／３０ｓ、つまり、露光時間約３３．３ｍｓとした。この写真では、アークコラム自体は認識できないが、プルームを含めたプラズマの全体が撮影されている。図２６において、（Ａ）偏向板なし、（Ｂ）３０度角偏向板、（Ｃ）４５度角偏向板、（Ｄ）６０度角偏向板である。図２６（Ａ）はプラズマの進行方向が装置軸とほぼ一直線上であり、プラズマジェットは偏向していない。図２６（Ｂ）〜（Ｄ）はそれぞれ、（Ａ）と比べて、約３０度、約３５度、約３５度偏向していることがわかる。このように、偏向板の角度とプラズマジェットの偏向角とが必ずしも一致するわけではない。所望の偏向角を得たい場合には、偏向板の角度や取り付け位置、その他種々の放電条件を変えて、適切に調整する必要がある。

図２７に、平面に固定して送りのない状態、つまり静止状態のＰＰフィルムに、プラズマを照射した様子を示す。プラズマ発生装置も固定したままで照射、つまり定点照射したものである。言い換えれば、電極対が結ぶ面に沿った方向から、つまり見かけ上平面状プラズマの側方から観測したものである。撮影シャッター速度１／３０ｓ、つまり、露光時間約３３．３ｍｓとした。この撮影条件の場合、露光時間内に、強い放電プラズマが約４回発生し、弱い放電プラズマが約８回発生した。偏向板とＰＰフィルムとの距離は１ｍｍとした。偏向板なしの場合、プラズマ出射孔とＰＰフィルムとの距離を４ｍｍとした。図２７（Ａ）の偏向板なしの場合、プラズマジェットが左右に広がっている様子がわかる。これは、ある放電タイミングでは右側にプラズマが放出され、別のタイミングでは左にプラズマが放出された、つまりプラズマがバタつく状態であったことがわかる。一方、図２７（Ｂ）３０度角偏向板、図２７（Ｃ）４５度角偏向板、図２７（Ｄ）６０度角偏向板を取り付けた場合、プラズマは左側にのみ放出されていることがわかる。このように、このような状態は、偏向板の端部の角度が５度〜９０度の範囲で確認された。なお、ＧＡプラズマジェット発生装置の電極対が結ぶ面と垂直方向の幅は約３２ｍｍであったので、追加のカバー部材を付けない状態でプラズマを処理物に沿わせるためのカバー部材をひさしと称することにすれば、ひさしの長さは、プラズマ出射孔の端部から約１３ｍｍの長さであった。

図２８に、図２７（Ｂ）の場合において、ひさし長さ、つまり、プラズマ出射孔から処理物に沿うカバー部材の長さを約３７ｍｍにした場合の様相を示す。処理物とひさしとの間で左方向に伸びたプラズマが形成されていることがわかる。図２７（Ｂ）および図２８において、プラズマの伸びはそれぞれ、約３５ｍｍおよび約５０ｍｍであった。このようにしてプラズマジェットを伸ばすことで、プラズマが処理物と接触する面積を増やすことができ、処理物が移動している場合にはプラズマが処理物に接触する時間を増やすことができ、より処理効果が向上する。この実験においては、ひさし長さ６０ｍｍまで同様な効果があったが、電源出力を上げるなどすれば、更に長いひさしに対しても有効である。

工業用インクジェットプリンタで印刷した文字、すなわち印字をこすった場合にどうなるかを判断するため、ラビング試験を行った。ＰＰフィルムを直径１１０ｍｍの回転ローラー上で送り速度１００ｍ／ｍｉｎで送った状態でＧＡプラズマジェット照射処理を施した。ＧＡプラズマジェット発生装置は回転ローラー面と電極配置が垂直になるように取付け、偏向板と処理フィルム間との最短距離を１ｍｍとした。偏向板なしの場合には、プラズマ出射孔とＰＰフィルムとの距離を４ｍｍとした。プラズマジェットの吹き出し方向は、ＰＰフィルムと送り方向に逆らう方向とした。プラズマ処理後、ABC・・・XYZのアルファベット２６文字１列の印字パターンを印字した。文字高さは３ｍｍ、文字列長さは４４ｍｍとした。この文字列長さにおいて、プラズマの発生周波数とフィルム送り速度から、計算上、強い放電プラズマが約３．２回、弱い放電プラズマが約６．４回、照射される。また、偏向板なしの場合に、プラズマジェットがバタつく平均周波数と送り速度および文字列長さから、文字列長さ内でプラズマジェットがバタつく回数は約１．５回である。

図２９にラビング試験の結果を示す。印字後、連続加重式引掻強度試験機を用いてラビング試験を行った。ラビング材にはプラスチック消しゴム（直径４．７ｍｍ）を用いた。ラビング条件は、垂直荷重：５００ｇ重、掃引速度：１００ｍｍ／ｓ、ラビング回数：同一方向に繰り返し１０回、とした。図２９（Ａ）のラビング試験前の印字、に対し、（Ｂ）の偏向板なしの結果の一例では、一部印字が薄くなっている箇所、すなわち処理ムラがあることがわかる。これに対し、偏向板を取付けた場合には、（Ｃ）３０度角偏向板、ひさし長さ約１３ｍｍ、および（Ｄ）３０度角偏向板、ひさし長さ約３７ｍｍ、において処理ムラは観測されなかった。

本発明は、上記実施形態、変更例、実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変更例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものである。

本発明に係るプラズマ処理装置は、大気圧以上又は大気圧近傍の作動ガスからプラズマを生成し、このプラズマによる表面処理において、流出するプラズマの方向を精度よく制御することができる。従って、本発明に係るプラズマ処理装置により、濡れ性改善、接着性改善、印刷（インクジェット印刷、シルク印刷、グラビア印刷、ロール印刷など）、塗装（バンパー塗装、車体塗装など）、接着（ガラス、樹脂、ゴム、金属など）、絶縁線と電線の密着工程、シール部材の取付けなどの封止工程及び注射針などの接合における前処理などの表面処理を好適に行うことができる。更に、種々の処理対象物表面の静電気防止処理、デスミア処理、エッチング、アッシング、固体表面の酸化、表面加工（例えば、ダイヤモンドおよびダイヤモンドライクカーボン膜の微細加工・除去、各種膜の焼結、各種膜の酸化、各種膜の合成）などを好適に行うことができる。また、メス、カテーテル、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、入れ歯、複合チップ及び注射針などの消毒・殺菌・滅菌処理などの表面処理を好適に行うことができ、気体や液体の処理も可能であり、例えば、大気浄化、排ガス処理、排煙処理及び気体や液体のｐＨ制御などの環境浄化処理に用いることができる。

１、３０ プラズマ処理装置
２ 処理対象物
４ プラズマ
１１ 電極
１２ 電圧印加装置（電圧印加手段）
１３ 偏向部材（偏向手段）
１４ 作動ガス供給装置（作動ガス供給手段）
１５ 作動ガス
１６ ハウジング
１７ 側方カバー部材
１８ 流通路
１９ 整流部材
２０、２０ａ、２０ｂ ブロック部材
２１ 隔壁
２２ 方向制御ガス噴射装置（方向制御ガス噴射手段）
２４ カバー部材
３１ ガイド本体
３２ 軸心電極
３３ ノズル状電極
３５ アース
３６ 絶縁部
２１３ 雰囲気制御ガス供給装置（雰囲気制御ガス供給手段）

Claims (17)

1. 進行プラズマを発生させるための電極と、
   前記電極に対して作動ガスを供給する作動ガス供給手段と、
   前記電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記進行プラズマを略１０°〜略９０°または略３０°〜略６０°の範囲内で偏向させる偏向手段と、
   を備えるプラズマ処理装置。
2. 前記偏向手段は、前記進行プラズマと衝突する位置に配置され、該衝突により前記進行プラズマを偏向させる部材である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記偏向手段は、前記衝突前の前記進行プラズマの進行方向に対して略１０°〜略９０°または略３０°〜略６０°の範囲内の角度を成す面を有する部材である、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記偏向手段は、前記進行プラズマを流通させる流通路を有する部材であって、
   前記偏向手段の前記流通路の少なくとも一部分は、前記衝突前の前記進行プラズマの進行方向に対して略１０°〜略９０°または略３０°〜略６０°の範囲内の角度で延伸する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 内部に前記進行プラズマを流通させる流通路が形成されたハウジングを更に備え、
   前記ハウジングは、該ハウジングの前記流通路内を流通する前記進行プラズマを出射するためのプラズマ出射孔を有し、
   前記偏向手段は、前記進行プラズマの偏向前の進行方向に沿って見た場合に、前記プラズマ出射孔と、前記進行プラズマを偏向させる向きとは反対側から少なくとも部分的に重なるように設置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記プラズマ出射孔は、一つまたは複数の孔である、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記プラズマ出射孔は、矩形状、円形状、スリット形状、多角形状、円弧形状のうちの一つの種類または複数の種類の組み合わせからなる、請求項５または請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記ハウジングに設置され、前記進行プラズマを整流する整流部材を更に備える、請求項５〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記整流部材は、前記ハウジングの前記流通路内に設置される、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記ハウジングの外周を覆う隔壁であって、前記プラズマ出射孔側に開口を有する隔壁を更に備える、請求項５〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記隔壁の内部に対して、該隔壁内部の雰囲気を制御するための雰囲気制御用ガスを供給する雰囲気制御ガス供給手段を更に備える、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記偏向手段に設置され、前記進行プラズマを整流する整流部材を更に備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記進行プラズマの電流路と接触可能な位置に配置される１つまたは複数のブロック部材を更に備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記ブロック部材は、複数の棒状部材、メッシュ状部材、ハニカム状部材、および、複数の孔を有する部材のうちの一種または複数種の組み合わせである、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記進行プラズマは処理対象物の表面処理に用いられ、
    前記処理対象物の表面形状に沿う形状のカバー部材を更に備える、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記カバー部材は、異なる形状を有する複数のカバー部材として準備されたものの中から、前記処理対象物の表面形状に対応した形状を有する前記カバー部材が選択的に用いられ得るように構成される、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記進行プラズマに対して、該進行プラズマの進行方向を制御するための進行方向制御用ガスを吹き付けるための方向制御ガス噴射手段を更に備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。