JP2017076603A - プラズマ処理装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトでありながら、粉体などの被処理物の一回あたりの処理量が大きく増加し、処理時間も短い、プラズマ装置およびその方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明を適用したプラズマ処理装置は、棒状電極６ａがガラス管６ｂで被覆されて形成される放電棒６を互いに略平行に所定の周方向間隔ｙで略円環状に配設した電極ユニット２と、電極ユニット２の外側に配置され、粉体７０が内部に封入されると共に、ガラスを有する筒状の放電容器３と、放電容器３の外側に配置した金網４と、電極ユニット２と金網４との間に交流またはパルス電圧を印加してグロー放電を発生させた状態で、放電容器３を回転させる回転装置５と、グロー放電の放電域４５を電極ユニット２の内外に拡張可能な放電域拡張構造としての副電極ユニット２１や前後の支持部７２、７６を備えたものである。【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ処理装置およびその方法に関する。詳しくは、コンパクトでありながら、粉体などの被処理物の一回あたりの処理量が大きく増加し、処理時間も短いプラズマ処理装置、およびその処理方法に係わるものである。

プラズマは、薄膜形成、表面処理や表面改質、大気汚染物質の分解および無害化などに利用されている。中でも、大気圧下で発生する大気圧プラズマは、低圧プラズマのような真空装置を必要としないため、大気圧プラズマによるプラズマ処理は、比較的安価で工業的に有利な技術である。

一方、粉体の表面を大気圧下で改質する目的で、大気圧プラズマによる粉体表面処理装置に関する技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、フィルターを通過するガスによって粉体をガラス管内で均一に吹き上げつつ、このガラス管に外嵌した上下電極間に電圧を印加することにより、粉体の表面を改質するものであるが、細いガラス管内で粉体をガス圧のみによって吹き上げて個々の粉体を分離するため、一回あたりの処理量（以下、単に「処理量」とする）が少ない。

そこで、本発明者は、種々の研究の結果、太い棒状の中心電極と、この中心電極の外側で複数の部屋に仕切られた空隙部を介して同心状に配置された筒状の周辺電極とを有し、これらの両電極の対向面の少なくとも一方を誘電体で被覆した放電容器を形成し、この放電容器を、両電極間に交流またはパルス電圧を印加した状態で回転することにより、粉体の処理量を増加できることを見出した（特許文献２参照）。この技術によると、グロー放電の放電域である各部屋内に封入された粉体を、ガス圧によらずに効率良く攪拌して良好で均一な表面品質を確保しつつ、空隙部の径方向厚みを所定厚に保持した状態で放電容器のサイズを大きくして粉体の貯溜量を増やすことにより、粉体の処理量を増加させることができた。

しかしながら、粉体の大気圧プラズマ処理の工業化が進むに伴い、更なる処理量増加の要求が、近年ますます高まってきている。そこで、前述した中心電極に代えて、粉体が放電容器内を自在に流動可能な構造の電極、例えば、網状電極や複数の細い棒状電極を使用する対応が考えられる（例えば、特許文献３参照）。これによると、放電容器を回転させ、網状電極の網目内や、隣り合う細い棒状電極間の隙間を介して、粉体を放電容器内の中心部と外周部との間で自在に流動させることにより、粉体を効率良く攪拌して良好で均一な表面品質を確保しつつ、中心部にも粉体を貯溜して、放電容器のサイズを変えることなく貯溜量を増やすことで、粉体の処理量が増加することが期待される。

特公平７−６８３８２号公報 特許第５０８０７０１号公報 特開平７−１５７３０２号公報

しかしながら、詳細に検討すると、前述の網状電極では、ステンレス鋼線などでできた網の表面をガラスなどの誘電体で被覆する際、誘電体による被覆厚を網全体にわたって均一化させるのは難しい。特に、溶融したガラスなどの誘電体に網を浸漬して被覆する際、網の交差部や直線部の間で、誘電体による被覆厚が大きく異なったり、網目が小さいと、誘電体によって網目が閉塞される場合がある。このため、網状電極から発生するグロー放電が不安定となり、局所的な絶縁破壊や剥離が生じて電極が破損しやすい。しかも、誘電体で閉塞された網目の数が多いと、放電容器内の中心部と外周部の間を流動する粉体の量が減少し、効率の良い粉体の攪拌ですら困難となる。

更に、複数の細い棒状電極に関する前述の特許文献３では、円環状に配置した複数の棒状電極（以下、「棒状電極群」とする）のうち、中心部を挟んで離間対向する棒状電極の間にも放電域を設ける必要から、棒状電極群の内径は小さく制限される。このため、中心部に粉体を多くは貯溜できず、粉体の貯溜量を大幅に増加するのは難しい。

逆に、棒状電極群の内径を大きくして中心部への粉体の貯溜量を増やそうとすると、棒状電極群の内側のグロー放電が不安定となるため、安定した放電域は棒状電極群の外側のみとなる。このため、複数の部屋内で粉体にプラズマを連続照射する特許文献２の場合とは異なり、粉体にはプラズマを間欠的にしか照射できず、プラズマ処理に要する処理時間が長くなる。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、コンパクトでありながら、粉体などの被処理物の一回あたりの処理量が大きく増加し、処理時間も短いプラズマ処理装置、およびその処理方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、棒状電極が第一誘電体で被覆されて形成される放電棒を互いに略平行に所定の周方向間隔で略円環状に配設した電極ユニットと、該電極ユニットの外側に配置され、被処理物が内部に封入されると共に、第二誘電体を有する筒状の放電容器と、該放電容器の外側に配置した外部電極体と、前記電極ユニットと外部電極体との間に交流またはパルス電圧を印加してグロー放電を発生させた状態で、前記放電容器を回転させる回転装置と、前記グロー放電の放電域を電極ユニットの内外に拡張可能な放電域拡張構造とを備えている。

そして、棒状電極が第一誘電体で被覆されて放電棒が形成されることによって、電極寿命の向上による部品コストの低減や、負荷軽減による電源設備の小型化を図ることができる。すなわち、略一定の厚みを有する第一誘電体によって棒状電極を被覆し、安定したグロー放電を発生させ、局所的な絶縁破壊や剥離を抑制して放電棒の破損が防止できると共に、棒状電極では電界の集中効果によって放電開始が容易となり、電源への負担が小さい。

更に、放電棒を互いに略平行に所定の周方向間隔で略円環状に配設した電極ユニットを備えることによって、被処理物の良好で均一な表面品質の確保や、電極ユニットの内側への被処理物の貯溜を可能とすることができる。すなわち、安定したグロー放電のおかげで閉塞される恐れのない放電棒間の隙間を介して、被処理物が電極ユニットの内外間を自在に流動できるようになり、被処理物の移動空間を大きく確保して被処理物を効率良く攪拌できると共に、電極ユニットの内側にも被処理物が流入する。

特に、各放電棒を別体にして互いに分離可能とした場合は、電極ユニットのメンテナンス性や、官能基変更への即時対応性を向上させることができる。すなわち、放電棒が破損した際は、電極ユニット全体ではなく破損した放電棒のみを交換するだけで済み、また、被処理物に付加する官能基を変更する際は、既に配設している放電棒を、放電時に所定の官能基を供給可能な成分を含む第一誘電体を有する放電棒に交換すれば済み、不活性気体中への官能基含有気体の混入や、被処理物への官能基供給物の追加投入が不要となる。

加えて、電極ユニットの外側に配置され、被処理物が内部に封入されると共に、第二誘電体を有する筒状の放電容器と、該放電容器の外側に配置した外部電極体と、前記電極ユニットと外部電極体との間に交流またはパルス電圧を印加してグロー放電を発生させた状態で、前記放電容器を回転させる回転装置とを備えることによって、被処理物の処理量の著しい増加を図ることができる。すなわち、プラズマ処理中は同じ電極ユニット内の放電棒を全て等電位とし、中心部を挟んで離間対向する放電棒の間にはグロー放電を発生させないようにすることで、電極ユニットの内径を拡大可能にして被処理物の貯溜量を大幅に増加させることができる。しかも、放電容器内に封入された被処理物は、放電容器が回転される間に、放電棒間の隙間を介して電極ユニットの内外間を自在に流動し、安定した放電域を効率良く攪拌されながら通過するようになり、被処理物の表面は万遍なく処理されて、良好で均一な表面品質が確保できる。

更に、グロー放電の放電域を電極ユニットの内外に拡張可能な放電域拡張構造を備えることによって、プラズマ処理の処理時間の大幅な短縮を図ることができる。すなわち、放電域を拡張することにより、被処理物が放電域を通過する時間が長くなり、プラズマ照射時間を長くできる。

また、前記放電棒を、放電容器内で、第一誘電体と第二誘電体との間の径方向間隔、及び隣り合う第一誘電体の間の周方向間隔のいずれも２〜２０ｍｍとなるように配置する場合は、放電棒の周りに被処理物の流動に必要な隙間を充分に確保しつつ、径方向間隔を適正に制限して、高電圧印加によるグロー放電からアーク放電への移行を抑制すると共に、周方向間隔を適正に制限して、隣り合う放電棒によるグロー放電の放電域の重なり具合の適正化を図る。これにより、被処理物の流動が阻害されることなく、安定したグロー放電下で適正なプラズマ密度による短時間処理が可能な放電域を確保することができる。

そして、径方向間隔が２ｍｍ未満では、第一誘電体と第二誘電体との間の隙間を被処理物が通過する際の流動抵抗が大きくなり、放電域内での被処理物の流動が阻害される。一方、径方向間隔が２０ｍｍを超えると、放電棒と外部電極体との間の電極間距離が大きくなり、両電極間の放電に必要な電圧も高くなることから、アーク放電に移行しやすくなり、グロー放電が不安定となる。

更に、周方向間隔が２ｍｍ未満では、隣り合う第一誘電体の間の隙間を被処理物が通過する際の流動抵抗が大きくなり、電極ユニットの内外間の被処理物の流動が阻害される。一方、周方向間隔が２０ｍｍを超えると、隣り合う放電棒によるグロー放電の照射領域の重なり部分が小さくなり、プラズマ密度が不充分となる。

また、前記放電域拡張構造が、前記電極ユニットよりも内側の空間に、前記放電棒を互いに略平行に所定の周方向間隔で略円環状に配設した副電極ユニットを、前記電極ユニットと略同心状に単一または複数有する場合は、電極ユニットと副電極ユニットとの間、または内外に隣り合う副電極ユニット間に交流またはパルス電圧を印加すると、グロー放電の放電域が電極ユニットの内方にも形成される。これにより、被処理物が放電域を通過する時間が長くなり、プラズマ照射時間を長くして、プラズマ処理の処理時間を大幅に短縮することができる。

また、前記放電容器内で径方向最内側の副電極ユニットが、所定の放電棒に代えて、冷却媒体が棒状電極と第一誘電体との間の内部隙間を流動可能な冷却タイプ放電棒と、冷却媒体が内部を流動可能な前記第一誘電体単体の少なくとも一方を有する場合は、冷却タイプ放電棒の内部隙間、第一誘電体の内部空間に冷却媒体を流すことで、冷却が困難な放電容器中心側にある放電棒を効率よく冷却することができる。これにより、放電容器内を流動する樹脂などの被処理物が、放電に伴う熱によって互いに溶着したり、容器内に付着したり、表面が変質したりするのを防止することができ、被処理物の品質向上や、プラズマ処理の適用対象の拡大を図ることができる。

また、前記放電容器内の軸心上に配置され、冷却媒体が内部を流動可能な筒状電極が第三誘電体で被覆されて形成される冷却タイプ放電筒、または前記軸心上に配置され、冷却媒体が内部を流動可能な前記第三誘電体単体を備える場合は、冷却タイプ放電筒の筒状電極、または第三誘電体の内部空間に冷却媒体を流すことで、冷却が困難な放電容器中心側にある放電棒を効率よく冷却することができる。これにより、放電容器内を流動する樹脂などの被処理物であっても、放電に伴う熱によって互いに溶着したり、容器内に付着したり、表面が変質したりするのを防止することができ、被処理物の品質向上や、プラズマ処理の適用対象の拡大を図ることができる。

また、前記放電域拡張構造が、前記放電容器内で、前記放電棒の端部のみを軸方向端面に取り付けて該放電棒を支持すると共に、略同一円周上に配置されて略円環を形成可能な複数の円弧状の取付部材と、前記略円環の軸心から複数の枝部が径方向に延びる放射状の支持部材と、該枝部に対する前記取付部材の取付位置を変更して径方向間隔を拡大可能な調整機構とを有する場合は、調整機構によって取付部材の径方向位置を調整すると、第一誘電体と第二誘電体との間の隙間が大きくなり、グロー放電の放電域が電極ユニットの外方に拡張される。これにより、被処理物が放電域を通過する時間が長くなり、プラズマ照射時間を長くして、プラズマ処理の処理時間を大幅に短縮することができる。

特に、放電棒の端部が放射状の支持部材に絶縁支持された状態で、放電棒に通電する場合は、他の構成部材に広範囲で接触する絶縁部材に放電棒の端部が支持されものとは異なり、各部材の表面を伝って外部に電流が漏出するのを最小限に抑えることができ、電力コストを低減することができる。

また、前記放電容器と一緒に回転し、遠心方向外周側が回転方向に向かって湾曲するすくい部材と、該すくい部材の回転方向前面で遠心方向内周側にある流入口、該流入口に連通する滞留室、及び該滞留室に連通すると共に滞留室よりも遠心方向外周側にあって前記流入口よりも小面積の排出口が設けられ、すくい上げた前記被処理物が、前記流入口から途中の滞留室を介して排出口を通り、前記放電域に向かって徐々に流下する滞留排出部とを有する攪拌羽根を備える場合は、放電容器の軸心が略水平姿勢または傾斜姿勢である際、放電容器下部に溜まった状態の被処理物は、回転する攪拌羽根によって更に効率よく攪拌されると共に、一部はすくい部材によってすくい上げられて流入口から滞留室に流入した後、攪拌羽根が放電容器と一緒に回転して下位置から上位置まで上昇する間に、流入した被処理物は排出口を通り自重により少しずつ流下して放電域内を通過する。これにより、被処理物が放電域を通過する時間が長くなり、プラズマ照射時間を長くして、プラズマ処理の処理時間を更に大幅に短縮することができる。

また、前記放電容器と一緒に回転し、遠心方向外周側が回転方向に向かって湾曲すると共に、回転方向に排出孔を穿孔したふるい排出部が遠心方向外周側に配置される孔付きすくい部材を有する攪拌羽根を備える場合は、放電容器の軸心が略水平姿勢または傾斜姿勢である際、放電容器下部に溜まった状態の被処理物は、回転する攪拌羽根によって更に効率よく攪拌されると共に、一部は孔付きすくい部材によってすくい上げられ、攪拌羽根が放電容器と一緒に回転して下位置から上位置まで上昇する間に、ふるい排出部の排出孔を通り自重により少しずつ流下して放電域内を通過する。これにより、被処理物が放電域を通過する時間が長くなり、プラズマ照射時間を長くして、プラズマ処理の処理時間を更に大幅に短縮することができる。

また、電極ユニットと、放電容器の開口を閉塞すると共に電極ユニットを支持する蓋ユニットと、電極ユニットで隣接する放電棒の間に介設されると共に、軸方向端部が蓋ユニットに固設され、軸方向側縁部が放電容器の内壁に摺動可能に当接して支持される攪拌羽根とが、一体的に組み込まれた電極構造体を備える場合は、攪拌羽根を放電容器の内壁に摺動させながら、電極構造体を放電容器内に挿着するだけで、攪拌羽根と一緒に電極構造体に組み込まれている電極ユニットの放電棒も、内壁から所定の径方向位置に保持される。これにより、攪拌羽根を利用して電極ユニットを適正位置に支持することができ、電極ユニットのための複雑な支持構造が不要となって、部品コストの低減やメンテナンス性の向上を図ることができる。

更に、攪拌羽根と一緒に電極構造体に組み込まれている蓋ユニットも、放電容器に対して所定位置に保持される。これにより、攪拌羽根を利用して放電容器に対する蓋ユニットの位置決めを迅速に行うことができ、プラズマ処理装置の組み立てに要する組み立て時間が短縮される。

加えて、この電極構造体は、攪拌羽根を介するだけで放電容器内に保持されており、この放電容器とは分離可能な別体に構成されている。これにより、プラズマ処理後に電極構造体を脱着させるだけで、放電容器内には被処理物のみが残留した状態にすることができ、被処理物の回収が容易になると共に、放電容器内の付着物の除去も容易となって、プラズマ処理全体に要する処理時間の短縮やメンテナンス性の更なる向上を図ることができる。

また、蓋ユニットが、開口を閉塞する蓋体に形成された孔に開閉可能に装着されると共に、グロー放電のための電流路と通気経路が一体的に組み込まれたプラグ部を有する場合は、グロー放電のための電流路と通気経路を、電極構造体を構成するプラグ部に集中配置することができる。これにより、電極構造体の挿着と同時に電流路と通気経路をプラズマ処理装置に容易かつ迅速に組み込むことができ、プラズマ処理装置の組み立てに要する時間が短縮され、作業効率の向上を図ることができる。

更に、電極構造体においてプラグ部だけを蓋体から脱着し、蓋体の孔を開放することができる。これにより、電極構造体からプラグ部を除いた部分（以下、「基礎構造部」とする）を放電容器内に挿着したままで、開放された孔を介して、被処理物を放電容器内に流し込むことができ、プラズマ処理前の被処理物の供給や、プラズマ処理途中における被処理物の補給が容易となる。

特に、プラズマ処理前の被処理物の供給の際に、放電容器内に被処理物が貯溜されている状態で電極構造体を挿着すると、この電極構造体の先端部が放電容器の底面上の被処理物と干渉するような場合には、基礎構造部を先に放電容器に挿着しておき、蓋体の孔を介して被処理物を放電容器内に流し込んだ後に、プラグ部を孔に取り付ける。これにより、被処理物を電極構造体と干渉させることなく放電容器内に供給することができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理方法は、棒状電極が第一誘電体で被覆されて形成される放電棒を互いに略平行に所定の周方向間隔で略円環状に配設した電極ユニットを内側に配置する一方、外部電極体を外側に配置し、前記電極ユニットと外部電極体との間に、第二誘電体を有する筒状の放電容器を介設し、該放電容器に被処理物を封入する封入工程と、内部を不活性気体雰囲気にした放電容器を回転装置によって回転しつつ、前記電極ユニットと外部電極体との間に交流またはパルス電圧を印加してグロー放電を発生させることにより、放電域拡張構造で前記電極ユニットの内外に拡張したグロー放電の放電域内に、前記被処理物を流動させてプラズマ処理を行う処理工程とを備えている。

そして、棒状電極が第一誘電体で被覆されて放電棒が形成されることによって、電極寿命の向上による部品コストの低減や、負荷軽減による電源設備の小型化を図ることができる。すなわち、略一定の厚みを有する第一誘電体によって棒状電極を被覆し、安定したグロー放電を発生させ、局所的な絶縁破壊や剥離を抑制して放電棒の破損が防止できると共に、棒状電極では電界の集中効果によって放電開始が容易となり、電源への負担が小さい。

更に、放電棒を互いに略平行に所定の周方向間隔で略円環状に配設した電極ユニットによって、被処理物の良好で均一な表面品質の確保や、電極ユニットの内側への被処理物の貯溜を可能とすることができる。すなわち、安定したグロー放電のおかげで閉塞される恐れのない放電棒間の隙間を介して、被処理物が電極ユニットの内外間を自在に流動できるようになり、被処理物の移動空間を大きく確保して被処理物を効率良く攪拌できると共に、電極ユニットの内側にも被処理物が流入する。

特に、各放電棒を別体にして互いに分離可能とした場合は、電極ユニットのメンテナンス性や、官能基変更への即時対応性を向上させることができる。すなわち、放電棒が破損した際は、電極ユニット全体ではなく破損した放電棒のみを交換するだけで済み、また、被処理物に付加する官能基を変更する際は、既に配設している放電棒を、放電時に所定の官能基を供給可能な成分を含む第一誘電体を有する放電棒に交換すれば済み、不活性気体中への官能基含有気体の混入や、被処理物への官能基供給物の追加投入が不要となる。

加えて、棒状電極が第一誘電体で被覆されて形成される放電棒を互いに略平行に所定の周方向間隔で略円環状に配設した電極ユニットを内側に配置する一方、外部電極体を外側に配置し、前記電極ユニットと外部電極体との間に、第二誘電体を有する筒状の放電容器を介設し、該放電容器に被処理物を封入する封入工程を備えることによって、異なる表面処理や表面改質に対するプラズマ処理の汎用性が向上する。すなわち、表面処理や表面改質に適した官能基供給源を、第一誘電体に含有させたり、被処理物と一緒に放電容器内に投入するだけで、後工程における電極ユニットと外部電極体との間のグロー放電によって、様々な官能基を被処理物に付加することができる。

更に、内部を不活性気体雰囲気にした放電容器を回転装置によって回転しつつ、前記電極ユニットと外部電極体との間に交流またはパルス電圧を印加してグロー放電を発生させることにより、放電域拡張構造で前記電極ユニットの内外に拡張したグロー放電の放電域内に、前記被処理物を流動させてプラズマ処理を行う処理工程を備えることによって、被処理物の処理量の著しい増加と、プラズマ処理の処理時間の大幅な短縮を図ることができる。

すなわち、プラズマ処理中は同じ電極ユニット内の放電棒を全て等電位とし、中心部を挟んで離間対向する放電棒の間にはグロー放電を発生させないようにすることで、電極ユニットの内径を拡大可能にして被処理物の貯溜量を大幅に増加させることができる。しかも、放電容器内に封入された被処理物は、放電容器が回転される間に、放電棒間の隙間を介して電極ユニットの内外間を自在に流動し、電極ユニットと外部電極体との間の安定した放電域を、効率良く攪拌されながら通過するようになり、被処理物の表面は万遍なく処理されて、良好で均一な表面品質が確保できる。そして、放電域を拡張することにより、被処理物が放電域を通過する時間が長くなり、プラズマ照射時間を長くできる。

また、前記放電棒を、放電容器内で、第一誘電体と第二誘電体との間の径方向間隔、及び隣り合う第一誘電体の間の周方向間隔のいずれも２〜２０ｍｍとなるように配置する場合は、放電棒の周りに被処理物の流動に必要な隙間を充分に確保しつつ、径方向間隔を適正に制限して、高電圧印加によるグロー放電からアーク放電への移行を抑制すると共に、周方向間隔を適正に制限して、隣り合う放電棒によるグロー放電の放電域の重なり具合の適正化を図る。これにより、被処理物の流動が阻害されることなく、安定したグロー放電下で適正なプラズマ密度による短時間処理が可能な放電域を確保することができる。

そして、径方向間隔が２ｍｍ未満では、第一誘電体と第二誘電体との間の隙間を被処理物が通過する際の流動抵抗が大きくなり、放電域内での被処理物の流動が阻害される。一方、径方向間隔が２０ｍｍを超えると、放電棒と外部電極体との間の電極間距離が大きくなり、両電極間の放電に必要な電圧も高くなることから、アーク放電に移行しやすくなり、グロー放電が不安定となる。

更に、周方向間隔が２ｍｍ未満では、隣り合う第一誘電体の間の隙間を被処理物が通過する際の流動抵抗が大きくなり、電極ユニットの内外間の被処理物の流動が阻害される。一方、周方向間隔が２０ｍｍを超えると、隣り合う放電棒によるグロー放電の放電域の重なり部分が小さくなり、プラズマ密度が不充分となってプラズマ処理の処理時間が長くなる。

また、前記放電域拡張構造が、前記電極ユニットよりも内側の空間に、前記放電棒を互いに略平行に所定の周方向間隔で略円環状に配設した副電極ユニットを、前記電極ユニットと略同心状に単一または複数有する場合は、電極ユニットと副電極ユニットとの間、または内外に隣り合う副電極ユニット間に交流またはパルス電圧を印加すると、グロー放電の放電域が電極ユニットの内方にも形成される。これにより、被処理物が放電域を通過する時間が長くなり、プラズマ照射時間を長くして、プラズマ処理の処理時間を大幅に短縮することができる。

また、前記放電容器内で径方向最内側の副電極ユニットが、所定の放電棒に代えて、冷却媒体が棒状電極と第一誘電体との間の内部隙間を流動可能な冷却タイプ放電棒と、冷却媒体が内部を流動可能な前記第一誘電体単体の少なくとも一方を有する場合は、冷却タイプ放電棒の内部隙間、第一誘電体の内部空間に冷却媒体を流すことで、冷却の困難な放電容器中心側の放電棒を効率よく冷却することができる。これにより、放電容器内を流動する樹脂などの被処理物が、放電に伴う熱によって互いに溶着したり、容器内に付着したり、表面が変質したりするのを防止することができ、被処理物の品質向上や、プラズマ処理の適用対象の拡大を図ることができる。

また、前記放電容器内の軸心上に配置され、冷却媒体が内部を流動可能な筒状電極が第三誘電体で被覆されて形成される冷却タイプ放電筒、または前記軸心上に配置され、冷却媒体が内部を流動可能な前記第三誘電体単体を備える場合は、冷却タイプ放電筒の筒状電極内、または第三誘電体の内部空間に冷却媒体を流すことで、冷却の困難な放電容器中心側の放電棒を効率よく冷却することができる。これにより、放電容器内を流動する樹脂などの被処理物が、放電に伴う熱によって互いに溶着したり、容器内に付着したり、表面が変質したりするのを防止することができ、被処理物の品質向上や、プラズマ処理の適用対象の拡大を図ることができる。

また、前記放電域拡張構造が、前記放電容器内で、前記放電棒の端部のみを軸方向端面に取り付けて該放電棒を支持すると共に、略同一円周上に配置されて略円環を形成可能な複数の円弧状の取付部材と、前記略円環の軸心から複数の枝部が径方向に延びる放射状の支持部材と、該枝部に対する前記取付部材の取付位置を変更して径方向間隔を拡大可能な調整機構とを有する場合は、調整機構によって取付部材の径方向位置を調整すると、第一誘電体と第二誘電体との間の隙間が大きくなり、グロー放電の放電域が電極ユニットの外方に拡張される。これにより、被処理物が放電域を通過する時間が長くなり、プラズマ照射時間を長くして、プラズマ処理の処理時間を大幅に短縮することができる。

特に、放電棒の端部が放射状の支持部材に絶縁支持された状態で、放電棒に通電する場合は、他の構成部材に広範囲で接触する絶縁部材に放電棒の端部が支持されものとは異なり、各部材の表面を伝って外部に電流が漏出するのを最小限に抑えることができ、電力コストを低減することができる。

本発明に係わるプラズマ装置およびその方法は、コンパクトでありながら、粉体などの被処理物の一回あたりの処理量が大きく増加し、処理時間も短いものとなっている。

本発明に係わるプラズマ処理装置の全体構成を示す斜視図である。 同じく側面断面図である。 放電棒６、２６の取付部付近の側面断面図である。 図２のＡ−Ａ矢視断面図である。 副電極ユニットの拡大正面断面図であって、図５（ａ）は副電極ユニット２１Ａの拡大正面断面図、図５（ｂ）は副電極ユニット２１Ｂの拡大正面断面図である。 別形態のプラズマ処理装置の正面断面図であって、図６（ａ）はプラズマ処理装置１Ａの正面断面図、図６（ｂ）はプラズマ処理装置１Ｂの正面断面図である。 別形態のプラズマ処理装置１Ｃの正面図である。 別形態の攪拌羽根の説明図であって、図８（ａ）は攪拌羽根６０の斜視図、図８（ｂ）は同じく正面断面図である。 別形態の攪拌羽根の説明図であって、図９（ａ）は攪拌羽根６１の斜視図、図９（ｂ）は同じく正面断面図である。 別形態のプラズマ処理装置１Ｄの全体構成を示す斜視図である。 別形態のプラズマ処理装置１Ｄの側面断面図である。 放電棒６の取付部付近の側面断面図である。 支持構造体７１の斜視図である。 図１１のＢ−Ｂ矢視断面図である。 図１１のＣ−Ｃ矢視断面図である。 調整機構８５付近の正面図である。 別形態のプラズマ処理装置１Ｅの側面断面図である。 支持ブロック外周部の側面断面図である。 分解手順の説明図である。 別形態のプラズマ処理装置１Ｆの側面断面図である。 同じく正面図である。 図２０のＤ−Ｄ矢視断面図である。 図２０のＥ−Ｅ矢視断面図である。 蓋ユニット周辺部の側面断面図である。 取付部材周辺の側面断面図であって、図２５（ａ）は放電棒６Ａの取付部付近の側面断面図、図２５（ｂ）は導電ボルトの取付部付近の側面断面図である。 放電容器に基礎構造部を挿着する際の説明図である。 基礎構造部の孔を介して粉体を供給する際の説明図である。 放電容器から電極構造体を脱着する際の説明図である 電極ユニットの拡大正面断面図である。 放電状況、流動性に及ぼす径方向間隔、周方向間隔の影響を示すグラフである。

以下、プラズマ処理装置およびその方法に関する本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
なお、図１、図１０、図１７中で矢印Ｆで示す方向を前方とし、矢印Ｌで示す方向を左方とし、更に図２６中で矢印Ｔで示す方向を上方とし、以下で述べる各部の位置や方向等はこれら前方、左方、上方を基準とするものである。

まず、本発明を適用したプラズマ処理装置１の全体構成について、図１乃至図４、図２０により説明する。

プラズマ処理装置１においては、前面視Ｕ字状の基台７の上面には、車輪８Ｌ、８Ｒと車輪９Ｌ、９Ｒが前後に配置され、これらの車輪８Ｌ、８Ｒ、９Ｌ、９Ｒは、図示せぬ回転用の電動機からの出力軸に連動連結されており、車輪８Ｌ、８Ｒ、９Ｌ、９Ｒ上に載置した筒状の放電容器３を回転可能な回転装置５が形成される。

そして、基台７の左右の縁部７ａ、７ｂ間を跨るようにして、帯板状の浮上防止材１０が左右方向に延設され、この浮上防止材１０の右端部は、基台７の右縁部７ａを中心に左右回動可能に連結される一方、浮上防止材１０の左端部は、基台７の左縁部７ｂより立設する鉤部材１１に、長孔１０ａを介して抜脱できるようにしている。これにより、浮上防止材１０全体を放電容器３の外周に弾性状態で囲繞させ、放電容器３が上下振動などによって車輪８Ｌ、８Ｒ、９Ｌ、９Ｒから浮き上がるのを、防止することができる。

また、前述した放電容器３は、筒状の本体部１２ａの後端にカップ状の底部１２ｂを留め具３８で着脱可能に設けて有底筒状とした容器本体１２と、この本体部１２ａ前端の開口１２ａ１を開閉自在に閉鎖する蓋体１３とを有している。

このうちの容器本体１２の内周面には、放電容器３の内部に封入された被処理物である粉体を周方向に掻き上げるための長板状の攪拌羽根１４が、本実施例では周方向に略等間隔あけて３カ所に、前から順に設けた脚部１４ａ、１４ｂ、１４ｃを介して取り付けられている。

一方、容器本体１２の外周面には、前後方向外側面が前述した車輪８Ｌ、８Ｒ、９Ｌ、９Ｒの前後方向内側面に当接される係止リング１５Ｆ、１５Ｒが、前後に外嵌され、この係止リング１５Ｆ、１５Ｒは、ステンレス製のリング状の取付帯１６Ｆ、１６Ｒを介して、容器本体１２の外周面に固定されている。そして、この係止リング１５Ｆ、１５Ｒによって放電容器３の前後方向への摺動を規制し、放電容器３が前後振動などのせいで車輪８Ｌ、８Ｒ、９Ｌ、９Ｒから滑落するのを防止することができる。

更に、蓋体１３は、容器本体１２の開口１２ａ１との間に図示せぬパッキンなどを介設した状態で、固定具１７によって、開口１２ａ１に着脱可能に固定されている。これにより、蓋体１３を開いて開口１２ａ１から粉体を容器本体１２内に流し込んだ後、再び蓋体１３を閉じて固定具１７で固定するようにして、放電容器３の内部に粉体を封入することができる。

この蓋体１３には、軸心を貫通する貫通筒１３ａが一体的に形成され、この貫通筒１３ａには、通常、ゴム等からなる封止栓１８が挿嵌されている。この封止栓１８を介して、後述するように、電極ユニット２、副電極ユニット２１の支持や、ヘリウムガス、窒素ガスなどを含む混合ガス３７の放電容器３内への給排が行えるようにしている。

加えて、このような蓋体１３と前述の容器本体１２のいずれも、第二誘電体であるガラスによって形成されており、容器本体１２のうちで後述の金網４が外嵌される部分において、誘電体バリア放電によるグロー放電が行えるようにしている。なお、本実施例では、プラズマ処理中の処理状況を外部から観察できるように放電容器３全体にガラスを使用しているが、外部観察の必要がなければ、プラスチック、セラミックス、酸化アルミニウムなどの誘電体を使用してもよく、また、金網４が外嵌される部分以外に、誘電体以外のものを使用してもよい。

また、放電容器３の容器本体１２の外側で、前述した係止リング１５Ｆ、１５Ｒの間には、外部電極体であるステンレス製の金網４が配置されている。

そして、この金網４の前後の縁部に、前述した取付帯１６Ｆ、１６Ｒが外嵌されると共に、金網４の側面の一部が、この取付帯１６Ｆ、１６Ｒに前後の端部が挟持されたステンレス製の長板状の取付帯１６Ｓで押止されるようにして、金網４は容器本体１２の外周面に固定されている。

更に、金網４は、このような取付帯１６Ｆ、１６Ｒ、１６Ｓや、取付帯１６Ｆ、１６Ｓ間を接続するアース線２０などを介して、接地される。

また、外側に金網４を配置した放電容器３の容器本体１２の内側には、電極ユニット２が配置され、この電極ユニット２よりも更に内側の空間には、後で詳述する放電域拡張構造としての副電極ユニット２１が同心状に配置されている。

このうちの電極ユニット２は、複数の放電棒６を互いに平行に所定の周方向間隔ｙで円環状に配設することにより構成される。そして、この放電棒６は、ステンレス線などの棒状電極６ａと、棒状電極６ａを取り囲み筒状で略一定の厚みを有するガラス管６ｂとから成り、このガラス管６ｂの外側で誘電体バリア放電が行えるようにしている。

更に、副電極ユニット２１も、電極ユニット２と同様に、複数の放電棒２６を互いに平行に所定の周方向間隔ｙで円環状に配設することにより構成され、電極ユニット２と同心状に設けられている。そして、この放電棒２６も、放電棒６と同様に、ステンレス線などの棒状電極２６ａと、棒状電極２６ａを取り囲む筒状のガラス管２６ｂとから成り、このガラス管２６ｂの外側で誘電体バリア放電が行えるようにしている。

加えて、電極ユニット２における放電棒６の棒状電極６ａは、後述する支持構造体２４などを介して交流電源２３に接続され、副電極ユニット２１における放電棒２６の棒状電極２６ａも、同様に、支持構造体２４などを介して接地されている。

以上のような構成により、留め具３８を外して底部１２ｂを取り除き、電極ユニット２などを容器本体１２内に組み込んでから、再び底部１２ｂを閉じた後、蓋体１３開閉して放電容器３内に粉体を封入し、その後、封止栓１８を介して混合ガス３７を放電容器３内へ給排しつつ、接地した金網４、副電極ユニット２１と、電極ユニット２との間に、交流またはパルス電圧、本実施例では交流電圧を印加すると、グロー放電が発生する。

そして、この放電状態において、浮上防止材１０で囲繞した放電容器３を回転装置５によって回転させ、粉体を攪拌羽根１４で掻き上げるようにして攪拌すると、流動する粉体の表面に適正なプラズマ処理を施すことができる。

次に、電極ユニット２と副電極ユニット２１の詳細構成について、図１乃至図４により説明する。

電極ユニット２と副電極ユニット２１の支持構造体２４は、筒状の放電容器３の軸心上に配置され、前述した封止栓１８の軸心を貫通して後端開口２５ｂが放電容器３内に挿入された軸パイプ２５と、この軸パイプ２５の前端部に設けられた前支持部２７と、軸パイプ２５の後端部に設けられた後支持部３１とから構成される。

このうちの軸パイプ２５の前端開口２５ａは、ヘリウムガスボンベ３５と窒素ガスボンベ３６に連通される一方、封止栓１８の外周部には、前後方向に貫通する切り欠き溝１８ａが凹設されている。

これにより、混合ガス３７は、軸パイプ２５を通って後端開口２５ｂから放電容器３内に注入され、その後、封止栓１８の切り欠き溝１８ａを通って放電容器３外に排出され、放電容器３内は常に新しい混合ガス３７で充填されるようにしている。なお、切り欠き溝１８ａと軸パイプ２５の前端開口２５ａとを接続して連通し、その通気経路途中にポンプを介設することにより、混合ガス３７を循環させて繰り返し使用し、ガスコストの低減を図るようにしてもよい。

更に、前支持部２７は、副電極ユニット２１の放電棒２６の前端部を取り付けて支持する副取付支持部材２８と、電極ユニット２の放電棒６の前端部を取り付けて支持する主取付支持部材２９と、これら副取付支持部材２８、主取付支持部材２９を放電容器３の容器本体１２の内壁１２ａ２に３点支持により固定する突張り部材３０とを有している。

そして、副取付支持部材２８は、軸パイプ２５の前部に外嵌される前基部パイプ２８ａと、その後端より径方向に放射状に延びる３本の枝部２８ｂ１から成る前支持部材２８ｂと、各枝部２８ｂ１の延出端に一体的に形成された円環状の前取付部材２８ｃとを有する。

主取付支持部材２９は、前基部パイプ２８ａに外嵌される前基部パイプ２９ａと、前方より各枝部２８ｂ１の前面にそれぞれ当接される３本の枝部２９ｂ１から成る前支持部材２９ｂと、各枝部２９ｂ１の延出端に一体的に形成された円環状の前取付部材２９ｃとを有し、この前取付部材２９ｃは、副取付支持部材２８の前取付部材２８ｃよりも大径に形成されており、前取付部材２９ｃに取り付ける放電棒６が、前述した前取付部材２８ｃに取り付ける放電棒２６と干渉しないようにしている。

突張り部材３０は、前基部パイプ２９ａに外嵌される前基部パイプ３０ａと、前方より各枝部２９ｂ１の前面にそれぞれ当接される３本の枝部３０ｂ１から成る前支持部材３０ｂとを有し、この前支持部材３０ｂは、主取付支持部材２９の前取付部材２９ｃよりも長径に形成され、枝部３０ｂ１の延出端に装着された滑り止め３９を介して、放電容器３の容器本体１２の内壁１２ａ２に摺動困難に押圧されている。

そして、軸パイプ２５の周りに内側から順に外嵌された、これらの前基部パイプ２８ａ、２９ａ、３０ａから軸パイプ２５を径方向に貫通するようにして、連結ピン４１が貫設されており、副取付支持部材２８、主取付支持部材２９、突張り部材３０を有する前支持部２７が、放電容器３と一体的に回転できるようにしている。

加えて、後支持部３１も、前支持部２７と同様に、副電極ユニット２１の放電棒２６の後端部を取り付けて支持する副取付支持部材３２と、電極ユニット２の放電棒６の後端部を取り付けて支持する主取付支持部材３３と、これら副取付支持部材３２、主取付支持部材３３を放電容器３の容器本体１２の内壁１２ａ２に３点支持により固定する突張り部材３４とを有している。

そして、副取付支持部材３２は、軸パイプ２５の後部に外嵌される後基部パイプ３２ａと、その前端より径方向に放射状に延びる３本の枝部３２ｂ１から成る後支持部材３２ｂと、各枝部３２ｂ１の延出端に一体的に形成された円環状の後取付部材３２ｃとを有する。

主取付支持部材３３は、後基部パイプ３２ａに外嵌される後基部パイプ３３ａと、後方より各枝部３２ｂ１の後面にそれぞれ当接される３本の枝部３３ｂ１から成る後支持部材３３ｂと、各枝部３３ｂ１の延出端に一体的に形成された円環状の後取付部材３３ｃとを有し、この後取付部材３３ｃは、副取付支持部材３２の後取付部材３２ｃよりも大径に形成されており、後取付部材３３ｃに取り付ける放電棒６が、前述した後取付部材３２ｃに取り付ける放電棒２６と干渉しないようにしている。

突張り部材３４は、後基部パイプ３３ａに外嵌される後基部パイプ３４ａと、後方より各枝部３３ｂ１の後面にそれぞれ当接される３本の枝部３４ｂ１から成る後支持部材３４ｂとを有し、この後支持部材３４ｂは、主取付支持部材３３の後取付部材３３ｃよりも長径に形成され、枝部３４ｂ１の延出端に装着された滑り止め３９を介して、放電容器３の容器本体１２の内壁１２ａ２に摺動困難に押圧されている。

そして、前述した前支持部２７と同様に、軸パイプ２５の周りに内側から順に外嵌された、これらの後基部パイプ３２ａ、３３ａ、３４ａから軸パイプ２５を径方向に貫通するようにして、連結ピン４１が貫設されており、副取付支持部材３２、主取付支持部材３３、突張り部材３４を有する後支持部３１が、放電容器３と一体的に回転できるようにしている。

なお、以上のような構成の支持構造体２４を容器本体１２内へ挿入する際は、留め具３８を外し、底部１２ｂを本体部１２ａから脱着して行うようにしている。

また、このようにして放電容器３と一体的に回転可能な支持構造体２４おいて、前取付部材２９ｃと後取付部材３３ｃには、短パイプ状の複数の嵌合凹部２９ｃ１と短パイプ状の複数の嵌合凹部３３ｃ１とが、それぞれ、正面視で同一円周上にて重なるように、対向して形成されている。

そして、嵌合凹部２９ｃ１と嵌合凹部３３ｃ１の内部には、圧縮状態で取付バネ４０が収納されており、対向する嵌合凹部２９ｃ１と嵌合凹部３３ｃ１に、放電棒６の前後端をそれぞれ挿嵌した上で、放電棒６を取付バネ４０によって前後から押圧するようにして保持することができる。これにより、複数の放電棒６が互いに平行に所定の周方向間隔ｙで円環状に配置されて、電極ユニット２が形成される。

同様にして、前取付部材２８ｃと後取付部材３２ｃにも、短パイプ状の複数の嵌合凹部２８ｃ１と短パイプ状の複数の嵌合凹部３２ｃ１が、それぞれ、正面視で同一円周上にて重なるように、対向して形成されている。

そして、嵌合凹部２８ｃ１と嵌合凹部３２ｃ１の内部にも、圧縮状態で取付バネ４０が収納されており、対向する嵌合凹部２８ｃ１と嵌合凹部３２ｃ１に、放電棒２６の前後端をそれぞれ挿嵌した上で、放電棒２６を取付バネ４０によって前後から押圧するようにして保持することができる。これにより、複数の放電棒２６が互いに平行に所定の周方向間隔ｙで円環状に配置され、副電極ユニット２１が形成される。

なお、放電棒６の一端を、取付バネ４０の弾性力に抗して、嵌合凹部２９ｃ１と嵌合凹部３３ｃ１のいずれか一方に押し込み、放電棒６を傾けながら他方から引き出すようにして放電棒６を取り外し、逆の順序で放電棒６を嵌合凹部２９ｃ１と嵌合凹部３３ｃ１との間に装着することができる。放電棒２６においても同様であって、放電棒６、２６は別体で互いに分離可能であり、支持構造体２４から自在に着脱することができる。

更に、前支持部２７において、副取付支持部材２８、主取付支持部材２９、突張り部材３０、連結ピン４１は、ステンレスなどの導電性材料で形成されると共に互いに絶縁され、後支持部３１においても、同様に、副取付支持部材３２、主取付支持部材３３、突張り部材３４、連結ピン４１は、ステンレスなどの導電性材料で形成されると共に互いに絶縁されている。

そして、このうちの副取付支持部材２８において、前基部パイプ２８ａの前部が、軸パイプ２５に外嵌されたままで封止栓１８を貫通して外部に露出し、その露出部には、アース線を介して接地されたクリップ４２が係止されている。同様に、主取付支持部材２９においても、前基部パイプ２９ａの前部が、前基部パイプ２８ａに外嵌されたままで封止栓１８を貫通して外部に露出し、その露出部には、リード線を介して交流電源２３に接続されたクリップ４３が係止されている。

一方、放電棒２６の棒状電極２６ａは、取付バネ４０との間の金属円盤４４を介して、副取付支持部材２８における前取付部材２８ｃの嵌合凹部２８ｃ１に接続されている。放電棒６の棒状電極６ａも、取付バネ４０との間の金属円盤４４を介して、主取付支持部材２９における前取付部材２９ｃの嵌合凹部２９ｃ１に接続されている。

これにより、電極ユニット２の放電棒６を、全て、主取付支持部材２９を介して交流電源２３に接続に接続させ、副電極ユニット２１の放電棒２６を、全て、副取付支持部材２８を介して接地させることができる。この際、前述の如く、金網４も接地されている。

従って、金網４と電極ユニット２との間に交流電圧が印加されてグロー放電が発生し、放電容器３の内壁１２ａ２と、放電棒６のガラス管６ｂとの間の空間には、放電域４５が形成される。

更には、電極ユニット２と副電極ユニット２１との間にも交流電圧が印加されてグロー放電が発生し、放電棒６のガラス管６ｂと、放電棒２６のガラス管２６ｂとの間の空間にも、放電域４６が形成され、副電極ユニット２１が、グロー放電の放電域を電極ユニット２の内方に拡張させる放電域拡張構造として機能している。

以上のような構成において、筒状で略一定の厚みを有するガラス管６ｂ、２６ｂによって棒状電極６ａ、２６ａが被覆され、安定したグロー放電が発生することになり、局所的な絶縁破壊や剥離を抑制して放電棒６、２６の破損が防止できると共に、棒状電極６ａ、２６ａでは電界の集中効果によって放電開始が容易になって、電源への負担が小さくなる。

更に、安定したグロー放電のおかげで閉塞される恐れのない放電棒６、２６間の隙間を介して、粉体が電極ユニット２、副電極ユニット２１の内外間を自在に流動できるようになり、粉体の移動空間を大きく確保して粉体を効率良く攪拌できると共に、電極ユニット２、副電極ユニット２１の内側にも粉体を流入させることができる。

特に、本実施例のように、放電棒６、２６を別体にして互いに分離可能とした場合は、放電棒６、２６が破損した際は、電極ユニット２、副電極ユニット２１全体ではなく破損した放電棒６、２６のみを交換するだけで済み、また、粉体に付加する官能基を変更する際は、既に配設している放電棒６、２６を、放電時に所定の官能基を供給可能な成分を含むガラス管を有する放電棒に交換すれば済む。

加えて、プラズマ処理中は、電極ユニット２内の放電棒６は全て等電位とし、副電極ユニット２１内でも放電棒２６を全て等電位とすることで、中心部を挟んで離間対向する放電棒６、２６の間にはグロー放電を発生させないようにすることで、電極ユニット２、副電極ユニット２１の内径を拡大可能とする。しかも、放電容器３内に封入された粉体は、放電容器３が回転される間に、放電棒６、２６間の隙間を介して電極ユニット２、副電極ユニット２１の内外間を自在に流動し、安定した放電域４５、４６を、効率良く攪拌されながら通過するようになり、粉体の表面は万遍なく処理される。

更に、放電域４６を新たに形成して、放電域４５を電極ユニット２の内方に拡張可能とすることにより、粉体が放電域を通過する時間が長くなり、プラズマの照射時間を長くして、プラズマ処理の処理時間を大幅に短縮することができる。

次に、プラズマ処理装置１における冷却構造と攪拌構造の各種形態について、図５乃至図９により説明する。

まず、冷却構造の各種形態について説明する。
図５（ａ）に示す副電極ユニット２１Ａは、前述したプラズマ処理装置１における副電極ユニット２１の放電棒２６の一部に代えて、冷却タイプの放電棒２６Ａを配置したものである。

本実施例では、互いに平行に所定の周方向間隔ｙで円環状に配置された複数の放電棒２６において、２本おきに放電棒２６Ａを配置している。そして、この放電棒２６Ａには、部品共有化による部品コストの低減などの観点から、通常の放電棒２６と同一のものを使用し、その端部を軸パイプ２５に連通する構成としており、棒状電極２６ａとガラス管２６ｂとの間の内部隙間６７を、冷却媒体である混合ガス３７が流動できるようにしている。

これにより、放電棒２６Ａの内部隙間６７に混合ガス３７を流すと、冷却が困難な放電容器３中心側にある副電極ユニット２１Ａの放電棒２６、２６Ａを効率よく冷却することができる。

図５（ｂ）に示す副電極ユニット２１Ｂは、プラズマ処理装置１における副電極ユニット２１の放電棒２６の一部に代えて、冷却専用の冷却管２６Ｂを配置したものである。

副電極ユニット２１Ａと同様に、互いに平行に所定の周方向間隔ｙで円環状に配置された複数の放電棒２６において、２本おきに冷却管２６Ｂを配置している。そして、この冷却管２６Ｂは、部品共有化による部品コストの低減などの観点から、放電棒２６から棒状電極２６ａを抜いたガラス管２６ｂ単体から形成し、その端部を軸パイプ２５に連通する構成としており、このガラス管２６ｂ単体の内部空間６８を、冷却媒体である混合ガス３７が流動できるようにしている。

これにより、冷却管２６Ｂの内部空間６８に混合ガス３７を流すと、冷却が困難な放電容器３中心側にある副電極ユニット２１Ｂの放電棒２６を効率よく冷却することができる。

図６（ａ）に示すプラズマ処理装置１Ａは、外側に金網４を配置した放電容器３内で電極ユニット２よりも内側の空間に、外側から順に、副電極ユニット２１と副電極ユニット２２を同心状に配置すると共に、この最も内側の副電極ユニット２２よりも内側で、放電容器３内の軸心３ａ上に、冷却タイプの放電筒４７を配置したものである。

この放電筒４７は、冷却媒体である混合ガス３７や冷却水が内部空間５２を流動可能な筒状電極４８と、この筒状電極４８の外周を被覆するガラス筒４９とから形成される。

ここで、金網４、副電極ユニット２１、筒状電極４８は接地され、電極ユニット２、副電極ユニット２２は交流電源２３に接続されており、金網４、副電極ユニット２１、筒状電極４８と、電極ユニット２、副電極ユニット２２との間に交流電圧を印加すると、放電容器３の内壁１２ａ２からガラス筒４９にかけて、複数の放電域４５、４６、５０、５１が連続して形成されて放電域が大きく拡張される一方、放電容器３内も高温となる。

そこで、放電筒４７の筒状電極４８内の内部空間５２に混合ガス３７や冷却水を流すことにより、冷却が困難な放電容器３中心側にある副電極ユニット２１、副電極ユニット２２の放電棒２６、５３が効率よく冷却され、放電容器３内の高温化を抑制することができる。

図６（ｂ）に示すプラズマ処理装置１Ｂは、前述したプラズマ処理装置１Ａにおいて、放電筒４７に代えて、冷却専用の冷却筒５５を配置したものである。

この冷却筒５５は、前述した放電筒４７から筒状電極４８を抜いたガラス筒４９単体から形成され、このガラス筒４９単体の内部空間５４を、冷却媒体である混合ガス３７や冷却水が流動できるようにしている。

ここで、金網４、副電極ユニット２１は接地され、電極ユニット２、副電極ユニット２２は交流電源２３に接続されており、金網４、副電極ユニット２１と、電極ユニット２、副電極ユニット２２との間に交流電圧を印加すると、放電容器３の内壁１２ａ２から副電極ユニット２２にかけて、複数の放電域４５、４６、５０が連続して形成されて、プラズマ処理装置１Ａと同様に、放電域が大きく拡張される一方、放電容器３内も高温となる。

そこで、冷却筒５５の内部空間５４に混合ガス３７や冷却水を流すことにより、冷却が困難な放電容器３中心側にある副電極ユニット２１、副電極ユニット２２の放電棒２６、５３が効率よく冷却され、放電容器３内の高温化を抑制することができる。

以上で示した副電極ユニット２１Ａ、２１Ｂ、プラズマ処理装置１Ａ、１Ｂによって、放電容器３中心側にある放電棒２６、２６Ａ、５３などが効率よく冷却されると、放電容器３内を流動する粉体が樹脂などであっても、グロー放電に伴う熱によって互いに溶着したり、放電容器３内に付着したり、表面が変質したりするのを、確実に防止することできる。

図７に示すプラズマ処理装置１Ｃは、前述したプラズマ処理装置１における放電容器３の外表面からの空冷性能を高めたものである。

具体的には、基台７の左右両側に、それぞれ、左右の支持台５６Ｌ、５６Ｒの側部を固定し、この支持台５６Ｌ、５６Ｒの上面に、放電容器３を囲繞するようにして、空冷ハウジング５７を設置し、更に、この空冷ハウジング５７の上平板部５７ａに、空冷ファン５８を載置固定して、空冷機構５９が形成される。

そして、この空冷ハウジング５７において、その下部には左右の吸気孔５７ｂ、５７ｃが開口され、前述の上平板部５７ａの平面視略中央には連通孔５７ａ１が開口されている。更に、空冷ファン５８は、電動機や回転羽根などからなるファン本体５８ａと、このファン本体５８ａを取り囲むケース５８ｂとを有し、このケース５８ｂの下部には、空冷ハウジング５７の連通孔５７ａ１に連通する連通孔５８ｂ１が開口されると共に、ケース５８ｂの側部には、排気孔５８ｂ２が開口されている。

これにより、ファン本体５８ａを駆動させると、空冷ハウジング５７の外部の空気が、吸気孔５７ｂ、５７ｃから吸引された後、放電容器３の外周に沿って上昇し、連通孔５７ａ１、５８ｂ１から、ケース５８ｂ内を通って、排気孔５８ｂ２より外部に排出される。この間、放電容器３と、その周りの金網４が直接空冷されると共に、放電容器３内部の電極ユニット２、副電極ユニット２１も間接的に冷却される。

従って、このような空冷機構５９を設けるだけで、前述した副電極ユニット２１Ａ、２１Ｂ、プラズマ処理装置１Ａ、１Ｂのように放電容器３の内部構成を変更せずに、冷却性能を高めることができ、汎用性に優れた冷却構造を提供できる。

また、攪拌構成の各種形態について説明する。
図８に示す攪拌羽根６０は、前述した攪拌羽根１４に比べ、攪拌効率の向上とプラズマ照射時間の拡大を図ったものである。

この攪拌羽根６０においては、放電容器３の容器本体１２の前後の内壁に取付板６２、６２が固設され、この取付板６２、６２の間に、前後方向に長いすくい部材６３が橋設されており、このすくい部材６３は、回転方向６９に回転する放電容器３と一緒に回転する。

すくい部材６３は、遠心方向内周側の平板基部６３ａと、遠心方向外周側の湾曲部６３ｂとを有し、遠心方向外周側が回転方向６９に向かって湾曲されると共に、湾曲部６３ｂの先端部６３ｃは、隣り合う放電棒６の間まで延出されている。

更に、すくい部材６３の平板基部６３ａの外側には、滞留板部材６５が対向配置され、この滞留板部材６５と前述した平板基部６３ａとの間に、滞留排出部６４が形成されている。

この滞留排出部６４には、すくい部材６３の回転方向６９の前面で、遠心方向内周側に設けた流入口６４ａと、この流入口６４ａに連通する滞留室６４ｂと、この滞留室６４ｂに連通される共に、遠心方向外周側あって流入口６４ａよりも小面積の排出口６４ｃとが設けられている。

これにより、すくい部材６３ですくい上げた粉体７０は、前述した流入口６４ａから途中の滞留室６４ｂを介して排出口６４ｃを通り、湾曲部６３ｂ上を遠心方向に転動していき、その先端部６３ｃからこぼれ落ち、放電棒６の間を通って放電域４５内に向かって徐々に流下していく。

すると、放電容器３の軸心が略水平姿勢または傾斜姿勢である際、放電容器３下部に溜まった状態の粉体７０は、回転する攪拌羽根６０によって、前述の攪拌羽根１４よりも効率よく攪拌されると共に、一部はすくい部材６３によってすくい上げられて流入口６４ａから滞留室６４ｂに流入した後、攪拌羽根６０が放電容器３と一緒に回転して下位置から上位置まで上昇する間に、流入した粉体７０は排出口６４ｃを通り自重により少しずつ流下して放電域４５内を通過するため、粉体７０が放電域４５を通過する時間が長くなり、プラズマ照射時間を長くすることができる。

図９に示す攪拌羽根６１も、前述した攪拌羽根６０と同様に、攪拌効率の向上とプラズマ照射時間の拡大を図ったものである。

この攪拌羽根６１において、前述した前後の取付板６２、６２の間に、前後方向に長い孔付きすくい部材６６が橋設されており、この孔付きすくい部材６６も、回転方向６９に回転する放電容器３と一緒に回転する。

そして、この孔付きすくい部材６６は、遠心方向内周側の平板基部６６ａと、遠心方向外周側で回転方向６９に湾曲した平板状のふるい排出部６６ｂとを有し、遠心方向外周側が回転方向６９に向かって湾曲されると共に、ふるい排出部６６ｂの先端部６６ｃは、前述した放電棒６の間を通って、放電容器３の容器本体１２の内壁１２ａ２まで近接するように延出されている。そして、このふるい排出部６６ｂには、多数の排出孔６６ｂ１が回転方向６９に穿孔されている。

これにより、孔付きすくい部材６６ですくい上げた粉体７０は、すくい部材６６内のふるい排出部６６ｂ上を転動しながら、前述した排出孔６６ｂ１を通り、放電棒６の間を介して放電域４５内に向かって、徐々に流下していく。

すると、前述の攪拌羽根６０と同様に、放電容器３の軸心が略水平姿勢または傾斜姿勢である際、放電容器３下部に溜まった状態の粉体７０は、回転する攪拌羽根６１によって、効率よく攪拌されると共に、一部は孔付きすくい部材６６によってすくい上げられ、攪拌羽根６１が放電容器３と一緒に回転して下位置から上位置まで上昇する間に、排出孔６６ｂ１を通り自重により少しずつ流下して放電域４５内を通過するため、粉体７０が放電域４５を通過する時間が長くなり、プラズマ照射時間を長くすることができる。

次に、別形態のプラズマ処理装置１Ｄについて、図１０乃至図１６により説明する。

図１０乃至図１５に示すように、このプラズマ処理装置１Ｄは、前述したプラズマ処理装置１とは異なり、放電域４５を電極ユニット２の内方ではなく外方に拡張可能とすることで、プラズマ処理の処理時間の短縮を図ったものである。

プラズマ処理装置１Ｄも、プラズマ処理装置１と同様に、棒状電極６ａが筒状の誘電体であるガラス管６ｂで被覆されて形成される放電棒６を互いに平行に所定の周方向間隔ｙで円環状に配設した電極ユニット２と、この電極ユニット２の外側に配置され、粉体が内部に封入されると共に、ガラスから形成される筒状の放電容器３Ａとを備え、更に、この放電容器３Ａの外側に配置した金網４と、前述の電極ユニット２と金網４との間に交流電圧を印加してグロー放電を発生させた状態で、放電容器３Ａを回転させる回転装置５も備えている。

なお、このうちの放電容器３Ａについては、支持構造体７１が、後述するように、その径方向サイズを径方向伸縮構造９０、９１や調整機構８４、８５によって調整可能な構成であり、小さな開口１２Ａａを介しても、支持構造体７１を容器本体１２Ａ内へ挿入できるため、プラズマ処理装置１とは異なり、放電容器３Ａの容器本体１２Ａを一体物として分割できないようにし、部品点数の削減を図っている。

一方、プラズマ処理装置１との大きな相違点は、副電極ユニット２１がなく、電極ユニット２のみが設けられている点、及び、この電極ユニット２の支持構造体７１が前述の支持構造体２４とは異なりサイズが調整できる点である。

そこで、この支持構造体７１について詳細に説明する。
支持構造体７１は、筒状の放電容器３Ａの軸心上に配置され、封止栓１８の軸心を貫通して後端開口２５ｂが放電容器３Ａ内に挿入された軸パイプ２５と、この軸パイプ２５の前端部に設けられた前支持部７２と、軸パイプ２５の後端部に設けられた後支持部７６とから構成される。

このうちの軸パイプ２５の前端開口２５ａは、前述のプラズマ処理装置１と同様に、ヘリウムガスボンベ３５と窒素ガスボンベ３６に連通されると共に、封止栓１８の外周部には、切り欠き溝１８ａが凹設されており、混合ガス３７が、軸パイプ２５から放電容器３Ａ内に注入された後、封止栓１８の切り欠き溝１８ａを通って放電容器３Ａ外に排出され、放電容器３Ａ内が常に新しい混合ガス３７で充填されるようにしている。

また、前支持部７２は、放電容器３Ａ内で、放電棒６の前端部を軸方向端面に取り付けて放電棒６を支持すると共に、同一円周上に配置されて円環を形成可能な３個の円弧状の取付部材７４と、この取付部材７４のそれぞれを１本の枝部７３ｂによって支持する支持部材７３と、この支持部材７３を放電容器３Ａの容器本体１２Ａの内壁１２Ａｂに３点支持により固定する突張り部材７５と、前述した枝部７３ｂに対する取付部材７４の取付位置を変更して径方向間隔を拡大可能な調整機構８４とを有している。

このうちの取付部材７４において、その外周縁部には、短パイプ状の複数の嵌合凹部７４ａが、後方開口状態にて所定間隔で円弧状に形成されている。一方、取付部材７４の内周縁部には、その途中部から連結ステー７４ｂが内方に突設されている。

支持部材７３は、前述した軸パイプ２５の前部に外嵌され、連結ネジ８６によって軸パイプ２５に固定される基部パイプ７３ａと、この基部パイプ７３ａの前端より径方向に放射状に延びる３本の前述した枝部７３ｂとを有する。

そして、枝部７３ｂの先部７３ｂ１は、拡幅された上で、長孔８７が周方向に２個並設されると共に、枝部７３ｂの径方向途中部にも、長孔８８が１個形成されている。

突張り部材７５は、後面が枝部７３ｂの前面に当接され、軸心方向に肉厚の基部ブロック７５ａと、この基部ブロック７５ａの外側に一体的に連結された長板状の突き出し材７５ｂとを有し、この突き出し材７５ｂの延出端にも、前述した滑り止め３９が装着され、放電容器３Ａの容器本体１２Ａの内壁１２Ａｂに摺動困難に押圧されている。

このうちの基部ブロック７５ａには、２個のネジ孔７５ａ１が径方向に並設されており、２個の調整ネジ８９を、後方から前述の長孔８８を通して、ネジ孔７５ａ１に螺挿することにより、突張り部材７５を支持部材７３の各枝部７３ｂに締結できるようにしている。

これにより、２個の調整ネジ８９を緩めた後、調整ネジ８９を長孔８８の内周に摺動させるようにして、突張り部材７５を枝部７３ｂ基準に径方向に伸縮させ、突張り部材７５の外端７５ｂ１が所定の径方向位置に達すると、２個の調整ネジ８９を締め、突張り部材７５を枝部７３ｂに締結するようにして、突張り部材７５を所定長さに自在に伸縮させることができ、径方向伸縮構造９０が構成される。

調整機構８４は、枝部７３ｂに対して取付部材７４を径方向に伸縮する径方向伸縮構造８０と、隣接する取付部材７４間の周方向間隔を変更する周方向移動構造８１とを有する。

このうちの径方向伸縮構造８０では、取付部材７４の連結ステー７４ｂの内周縁部には、２個のネジ孔７４ｂ１が周方向に並設されており、２個の調整ネジ９２を、後方から前述の長孔８７を通して、ネジ孔７４ｂ１に螺挿することにより、取付部材７４を支持部材７３の各枝部７３ｂに締結できるようにしている。

これにより、２個の調整ネジ９２を緩めた後、調整ネジ９２を長孔８７の内周に摺動させるようにして、取付部材７４を枝部７３ｂ基準に径方向に伸縮させ、取付部材７４に設けた嵌合凹部７４ａが所定の径方向位置に達すると、２個の調整ネジ９２を締め、取付部材７４を枝部７３ｂに締結するようにして、取付部材７４を所定長さに自在に伸縮させることができる。

そして、周方向移動構造８１では、取付部材７４の内周縁部の周方向端部には、連結孔７４ｃが穿孔される一方、取付部材７４の周方向端部の背面には連結板９４が配置され、この連結板９４の一端には切り欠き９４ａが形成され、他端には貫通孔９４ｂが穿孔されており、２個の調整ネジ９３を、後方から切り欠き９４ａと貫通孔９４ｂを通して、連結孔７４ｃに螺挿することにより、隣接する取付部材７４の周方向端部間を締結できるようにしている。

これにより、２個の調整ネジ９３のうちで切り欠き９４ａに通した方の調整ネジ９３を緩めた後、この調整ネジ９３を切り欠き９４ａの内周に摺動させるようにして、取付部材７４を周方向に移動させ、その後、切り欠き９４ａに通した方の調整ネジ９３を締めて、隣接する取付部材７４間を連結板９４を介して締結するようにして、隣接する取付部材７４の周方向間隔を自在に変更することができる。

また、後支持部７６も、上述した前支持部７２と同様に、放電棒６を支持すると共に、同一円周上に配置されて円環を形成可能な３個の円弧状の取付部材７８と、この取付部材７８を枝部７７ｂによって支持する支持部材７７と、この支持部材７７を放電容器３Ａの内壁１２Ａｂに固定する突張り部材７９と、前述した枝部７７ｂに対する取付部材７８の取付位置を変更して径方向間隔を拡大可能な調整機構８５とを有している。

このうちの取付部材７８においても、短パイプ状の複数の嵌合凹部７８ａが、前方開口状態にて所定間隔で円弧状に形成される一方、取付部材７８の内周縁部には、その途中部から連結ステー７８ｂが内方に突設されている。

支持部材７７も、連結ネジ８６によって軸パイプ２５に固定される基部パイプ７７ａと、この基部パイプ７７ａの後端より径方向に放射状に延びる３本の枝部７７ｂとを有する。そして、この枝部７７ｂの先部７７ｂ１は、長孔９５が周方向に２個並設されると共に、枝部７７ｂの径方向途中部に、長孔９６が１個形成されている。

突張り部材７９も、前面が枝部７７ｂの後面に当接され、軸心方向に肉厚の基部ブロック７９ａと、この基部ブロック７９ａの外側に一体的に連結された長板状の突き出し材７９ｂとを有し、この突き出し材７９ｂの延出端にも滑り止め３９が装着され、放電容器３Ａの容器本体１２Ａの内壁１２Ａｂに摺動困難に押圧されている。

このうちの基部ブロック７９ａにも、２個のネジ孔７９ａ１が径方向に並設されており、２個の調整ネジ８９を、前方から長孔９６を通して、ネジ孔７９ａ１に螺挿することにより、突張り部材７９を支持部材７７の各枝部７７ｂに締結できるようにしている。

これにより、２個の調整ネジ８９を緩めた後、調整ネジ８９を長孔９６の内周に摺動させるようにして、突張り部材７９を枝部７７ｂ基準に径方向に伸縮させ、突張り部材７９の外端７９ｂ１が所定の径方向位置に達すると、２個の調整ネジ８９を締め、突張り部材７９を枝部７７ｂに締結するようにして、突張り部材７９を所定長さに自在に伸縮させることができ、突張り部材７５の径方向伸縮構造９１が形成される。

このような後支持部７６の径方向伸縮構造９１と、前述した前支持部７２の径方向伸縮構造９０を設けることにより、容器本体１２Ａの内径が異なる種々の放電容器３Ａを使用してプラズマ処理装置１Ｄを製造することができ、様々な装置仕様への対応が可能となり、汎用性が向上する。

調整機構８５も、取付部材７８を径方向に伸縮する径方向伸縮構造８２と、隣接する取付部材７８間の周方向間隔を変更する周方向移動構造８３とを有する。

このうちの径方向伸縮構造８２では、取付部材７８の連結ステー７８ｂの内周縁部には、２個のネジ孔７８ｂ１が周方向に並設されており、２個の調整ネジ９２を、前方から長孔９５を通して、ネジ孔７８ｂ１に螺挿することにより、取付部材７８を支持部材７７の各枝部７７ｂに締結できるようにしている。

これにより、２個の調整ネジ９２を緩めた後、調整ネジ９２を長孔９５の内周に摺動させるようにして、取付部材７８を枝部７７ｂ基準に径方向に伸縮させ、取付部材７８に設けた嵌合凹部７８ａが所定の径方向位置に達すると、２個の調整ネジ９２を締め、取付部材７８を枝部７７ｂに締結するようにして、取付部材７８を所定長さに自在に伸縮させることができる。

そして、周方向移動構造８３では、取付部材７８の内周縁部の周方向端部には、連結孔７８ｃが穿孔される一方、取付部材７８の周方向端部の前面には連結板９７が配置され、この連結板９７の一端には切り欠き９７ａが形成され、他端には貫通孔９７ｂが穿孔されており、２個の調整ネジ９３を、前方から切り欠き９７ａと貫通孔９７ｂを通して、連結孔７８ｃに螺挿することにより、隣接する取付部材７８の周方向端部間を締結できるようにしている。

これにより、２個の調整ネジ９３のうちで切り欠き９７ａに通した方の調整ネジ９３を緩めた後、この調整ネジ９３を切り欠き９７ａの内周に摺動させるようにして、取付部材７８を周方向に移動させ、その後、切り欠き９７ａに通した方の調整ネジ９３を締めて、隣接する取付部材７８間を連結板９４を介して締結するようにして、隣接する取付部材７８の周方向間隔を自在に変更することができる。

以上のような構成において、前支持部７２と後支持部７６のいずれも、基部パイプ７３ａ、７７ａを介し、共通の軸パイプ２５上に連結ネジ８６によって固定されると共に、突張り部材７５、７９を介して放電容器３Ａの内壁１２Ａｂに固定されており、支持構造体７１が放電容器３Ａと一体的に回転可能となっている。

更に、取付部材７４の嵌合凹部７４ａと、取付部材７８の嵌合凹部７８ａとは、正面視で同一円周上にて重なるように、対向して形成されると共に、この嵌合凹部７４ａ、７８ａ内部に圧縮状態で収納された取付バネ４０によって、放電棒６を前後から押圧して保持し、必要に応じて支持構造体７１から着脱できるようにしている。

図１０、図１５、図１６に示すように、このような支持構造体７１を有するプラズマ処理装置１Ｄにおいても、プラズマ処理装置１と同様に、電極ユニット２の放電棒６は、全て、取付部材７４、支持部材７３、軸パイプ２５、クリップ９８を介して交流電源２３に接続に接続される一方、金網４は接地されており、金網４と電極ユニット２との間には交流電圧が印加されると、グロー放電が発生して放電域４５が形成される。

そこで、前述した周方向移動構造８１、８３において、調整ネジ９３を緩め、隣接する取付部材７４間、７８間が周方向に移動可能とした状態で、前述した径方向伸縮構造８０、８２において、調整ネジ９２を緩め、取付部材７４、７８を径方向に伸縮させる。

例えば、図１６に示すように、軸パイプ２５、支持部材７７、放電容器３Ａなどの位置はそのままで、調整ネジ９３を緩めた後、調整ネジ９２を緩めて支持部材７７の長孔９５の内周面を、位置９９、位置１００、位置１０１の順に内方へ摺動させると、支持部材７７の端面が、位置１０２、位置１０３、位置１０４の順に周方向外側に移動して、隣接する支持部材７７の周方向間隔が狭くなると共に、ガラス管６ｂの最外面が、位置１０５、位置１０６、位置１０７の順に内方へ移動する。

これにより、第一誘電体である放電容器３Ａと第二誘電体である放電棒６のガラス管６ｂとの間の径方向間隔ｘが、ｘ１、ｘ２、ｘ３と増加していき、その結果、グロー放電の放電域４５が電極ユニット２の外方に拡張される。つまり、前後の支持部７２、７６が放電域拡張構造として機能し、粉体が放電域４５を通過する時間が長くなり、プラズマ照射時間を長くして、プラズマ処理の処理時間を大幅に短縮することができる。

次に、別形態のプラズマ処理装置１Ｅについて、図１７乃至図１９により説明する。

図１７、図１８に示すように、このプラズマ処理装置１Ｅは、前述したプラズマ処理装置１Ｄとは異なり、放電棒６、特にガラス管６ｂの交換を容易にすることにより、電極ユニット２のメンテナンス性や、官能基変更への即時対応性の更なる向上を図ったものである。

このプラズマ処理装置１Ｅも、プラズマ処理装置１Ｄと同様に、放電棒６を互いに平行に円環状に配設した電極ユニット２と、この電極ユニット２の外側に配置され、粉体が内部に封入されると共に、ガラスから形成される筒状の放電容器１０８とを備え、更に、この放電容器１０８の外側に配置して設けたステンレス製の金属フィルム１０９と、電極ユニット２と金属フィルム１０９との間に交流電圧を印加してグロー放電を発生させた状態で、放電容器１０８を回転させる回転装置５も備えている。

一方、プラズマ処理装置１Ｄとの大きな相違点は、電極ユニット２の支持構造体１１０が前述の支持構造体７１と構成が異なる点である。

そこで、この支持構造体１１０について詳細に説明する。
支持構造体１１０は、放電棒６の前端部を挿嵌固定すると共に、通電路、通気経路を有する本体部１１０ａと、放電棒６の後端部を挿嵌固定する支持部材１１０ｂとから構成される。

このうちの本体部１１０ａにおいては、ヘリウムガスボンベ３５と窒素ガスボンベ３６に連通されるガス管１１１が設けられ、このガス管１１１の後端は、放電容器１０８の軸心上に配置されたステンレス製の配管１１３の前端に、自在継手１１２を介して連通連結されている。

この配管１１３の後端は、放電容器１０８の軸心上に配置されたステンレス製の円盤１１４の中心部に連通連結され、この円盤１１４は、放電容器１０８の軸心上に配置された短円柱状の支持ブロック１１５の前面に、パッキンなどのシール部材１２３を介して気密に、複数の固定ネジ１１８で締結固定されている。一方、配管１１３の途中部には、カーボン製の軸受け１２６が外嵌され、この軸受け１２６は、リード線１１６などを介して交流電源２３に接続されている。

この支持ブロック１１５の前部の正面視中央部分には、前方に開いた凹部１１５ａが形成され、この凹部１１５ａの正面視外周部分に、支持ブロック１１５を前後方向に貫通する挿嵌孔１１５ｂの前端が連通されている。

そして、支持ブロック１１５の前半部の正面視外周部分からは、径方向にフランジ部１１５ｄが突設される一方、支持ブロック１１５の後半部の正面視外周部分には、外周側面の前後途中部から後端まで連通する溝部１１５ｃが形成され、この溝部１１５ｃの後端には、フィルタ１２２が装着されている。

ここで、放電容器１０８は後端が蓋体１１９で閉塞され、前方が開いた筒状であって、前端には、径方向にフランジ部１０８ａが突設されている。

これにより、放電容器１０８を、後方から支持ブロック１１５に向かって移動し、支持ブロック１１５の後半部に外嵌させながら摺動させ、放電容器１０８のフランジ部１０８ａを支持ブロック１１５のフランジ部１１５ｄに当接させた後、両フランジ部１１５ｄ、１０８ａ間を跨るようにして連結バンド１２１を巻回し、止めネジ１２０によって、放電容器１０８を支持ブロック１１５に対し、着脱自在に装着することができる。

更に、前述した挿嵌孔１１５ｂには、放電棒６が、パッキンなどのシール部材１２７を介して気密に、後方より挿嵌されるが、放電棒６の棒状電極６ａは、円盤１１４を貫通して前方に突出し、その突出端は溶接などによって円盤１１４の前面１１４ａに固定される。これに対し、放電棒６のガラス管６ｂの先端部は、棒状電極６ａの前部に前後摺動可能に外嵌されたリング１２８に当接され、このリング１２８は、凹部１１５ａから挿嵌孔１１５ｂの前部まで棒状電極６ａに巻回された取付バネ１２５によって、後方に付勢されている。

また、支持部材１１０ｂは、リング状であって、その外周側面は、放電容器１０８の内壁１０８ｂの後部に固定されている。そして、支持部材１１０ｂの前後方向には、同軸上に、挿嵌孔１２９と、この挿嵌孔１２９よりも小径の通気孔１３０とが前後に連設され、この通気孔１３０の後端には、フィルタ１２４が装着されている。

これにより、放電容器１０８を支持ブロック１１５に装着すると、放電棒６のガラス管６ｂの後端部が前方より支持部材１１０ｂ内に挿嵌された上で、圧縮状態で収納された取付バネ１２５により、リング１２８を介し、ガラス管６ｂの前端部が後方に押圧され、円盤１１４に固定された棒状電極６ａに沿って前後摺動させるようにして、放電棒６を、本体部１１０ａと支持部材１１０ｂ間に保持することができる。

以上のような構成において、放電容器１０８を支持ブロック１１５に装着すると、放電棒６が互いに平行に所定の周方向間隔で円環状に配置されて電極ユニット２が形成される。

その上で、ガス管１１１に混合ガス３７を供給すると、混合ガス３７は、自在継手１１２、配管１１３、支持ブロック１１５の凹部１１５ａを通って挿嵌孔１１５ｂに注入され、放電棒６における棒状電極６ａとガラス管６ｂとの間の内部隙間１３１から通気孔１３０を通り、フィルタ１２４で濾過された後、放電容器１０８内に注入される。この際に、混合ガス３７によって電極ユニット２が効率よく空冷される。その後、プラズマ処理に使用された混合ガス３７は、支持ブロック１１５に設けたフィルタ１２２を介して溝部１１５ｃ内に流入し、フランジ部１１５ｄの外周から放電容器１０８外に排出される。

このようにして放電容器１０８内に混合ガス３７を充填しながら、金属フィルム１０９と電極ユニット２との間に交流電圧を印加すると、グロー放電が発生し、放電容器１０８の内壁１０８ｂと、放電棒６のガラス管６ｂとの間の空間には放電域４５が形成される。そして、回転装置５によって回転する放電容器１０８内では、粉体が電極ユニット２の内外間を自在に流動し、安定した放電域４５を、効率良く攪拌されながら通過し、粉体の表面は万遍なく処理される。

図１７，図１９に示すように、このようなプラズマ処理装置１Ｄにおいて、放電棒６を交換する際には、まず、止めネジ１２０を緩めて連結バンド１２１を取り外した後（矢印１３２）、内外に支持部材１１０ｂと金属フィルム１０９を固定した状態の放電容器１０８を、支持ブロック１１５から後方に引き抜く（矢印１３３）。

すると、支持部材１１０ｂの挿通孔１２９から放電棒６のガラス管６ｂの後端部が抜けて、放電棒６は、支持ブロック１１５側に残され、露出した状態となる。このため、破損した放電棒６へのアクセスが簡単となり、その補修や交換が容易となる。

特に、粉体に付加する官能基を変更する場合には、円盤１１４に先端部が固定された棒状電極６ａを支持ブロック１１５側に残したまま、ガラス管６ｂだけを支持ブロック１１５の挿嵌孔１１５ｂから後方に引き抜くようにして、ガラス管６ｂを所定の官能基生成に適したものに容易に交換することができる。

次に、別形態のプラズマ処理装置１Ｆについて、図２０乃至図２８により説明する。

このプラズマ処理装置１Ｆは、前述したプラズマ処理装置１Ｅとは異なり、電極ユニット２Ａ、その支持構造、電流路、通気経路などを組み込んだ電極構造体１４２を、攪拌羽根１４４を利用して放電容器１４０内に容易に着脱可能とすることにより、部品コストの低減、メンテナンス性の向上、及び組み立て時間や処理時間の短縮を図ったものである。

図２０に示すように、このプラズマ処理装置１Ｆも、プラズマ処理装置１Ｅと同様、放電棒６Ａを互いに平行に円環状に配設した電極ユニット２Ａと、この電極ユニット２Ａの外側に配置され、粉体７０が内部に封入されると共に、ガラスから形成される筒状の放電容器１４０とを備え、更に、この放電容器１４０の外側に配置して設けたステンレス製の金属フィルム１０９と、電極ユニット２Ａと金属フィルム１０９との間に交流電圧を印加してグロー放電を発生させた状態で、放電容器１４０を回転させる回転装置５も備えている。

一方、プラズマ処理装置１Ｅとの大きな相違点は、電極構造体１４２が前述の支持構造体１１０とは構成が異なる点である。

そこで、この電極構造体１４２について詳細に説明する。
図２０、図２１に示すように、この電極構造体１４２は、前述の電極ユニット２Ａと、後端が閉塞された有底筒状の放電容器１４０の前端の開口１４０ａを閉塞すると共に電極ユニット２Ａを支持する蓋ユニット１４３と、電極ユニット２Ａで隣接する放電棒６Ａの間に介設される攪拌羽根１４４とが、一体的に組み込まれて構成されている。

このうちの蓋ユニット１４３は、開口１４０ａを閉塞し、電極ユニット２Ａ、攪拌羽根１４４の前端部を支持固定すると共に、通電路、通気経路を有する本体部１４３ａと、電極ユニット２Ａ、攪拌羽根１４４の後端部を支持固定する支持部材１４３ｂとから構成される。

図２０乃至図２２、図２４に示すように、このうちの本体部１４３ａは、放電容器１４０の軸心１４７上に配置された樹脂製の蓋体である円盤１７９を有する蓋部１４５と、この円盤１７９の軸心１４７上に形成された孔１７９ａに開閉可能に装着されるプラグ部１４６とを有している。

このうちの蓋部１４５においては、円盤１７９の裏面１７９ｃの外周部が、放電容器１４０の前端より径方向に突設するフランジ部１４０ａ１の前面に、パッキンなどのシール部材１４８を介して気密に、固定具１４９により着脱可能に挟持固定されており、円盤１７９によって放電容器１４０の開口１４０ａを閉塞できるようにしている。

そして、円盤１７９の裏面１７９ｃには、同一円周上に配置されて円環を形成可能な３個の円弧状の導電性の取付部材１５０が、その周方向端部の径方向内側に設けた複数の導電ボルト１５１によって締結固定されている。そして、この取付部材１５０の径方向外側に、放電棒６Ａの前端部を取り付けて支持すると共に、攪拌羽根１４４は、隣接する取付部材１５０の周方向端部間に配置することで、前述の如く、隣接する放電棒６Ａの間に介設できるようにしている。

更に、円盤１７９の表面１７９ｂで孔１７９ａの外周部には、軸心１４７上に配置された支持筒体１５２の後端のフランジ部１５２ａが、パッキンなどのシール部材１５３を介し、複数の導電ボルト１５４によって気密に締結固定され、通常は、孔１７９ａに連通するようにして、支持筒体１５２が円盤１７９と一体化されている。なお、導電ボルト１５４は、取付部材１５０を円盤１７９に締結固定した前述の導電ボルト１５１に、リード線１５５を介して接続される。

プラグ部１４６においては、軸心１４７上に通気経路１５７ａが形成された筒状の導電性の導入管部１５７と、同じ軸心１４７上に通気経路１５８ａが形成された筒状の導電性の排気管部１５８とが、前後に連設されている。

そして、導入管部１５７の後端のフランジ部１５７ｅと排気管部１５８の前端のフランジ部１５８ｂとの間に、導電性の連結具１７１を介装し、両フランジ部１５７ｅ、１５８ｂ間を離間させた状態で、ボルト１６５で締結することにより、導入管部１５７と排気管部１５８とが一体化された吸排気管１５９が形成される。更に、両フランジ部１５７ｅ、１５８ｂによって、その間に径方向に延びる通気経路１７０が形成され、この通気経路１７０の内端は、前述の排気管部１５８の通気経路１５８ａの前端に連通されている。

導入管部１５７では、その前端開口１５７ｂには、ヘリウムガスボンベ３５と窒素ガスボンベ３６に連通されるガス管１６１が、自在継手１６２を介して連通されている。

そして、導入管部１５７でフランジ部１５７ｅより前方には、リング状の外周溝１５７ｃが凹設され、この外周溝１５７ｃに、カーボン製の軸受け１６０が外嵌されており、この軸受け１６０は、リード線１６３を介して交流電源２３に接続されている。なお、軸受け１６０は、外周溝１５７ｃを左右のカーボンブラック１６０ａ、１６０ｂで挟んだ上で、カーボンブラック１６０ａ、１６０ｂ間を上下のボルト１６８で締結するようにして、外周溝１５７ｃに摺動可能に外嵌されている。

一方、導入管部１５７の後端開口１５７ｄには、前後方向に延びる導入パイプ１６４の前端１６４ａが連通可能に連結され、この導入パイプ１６４の後端開口１６４ｂは、円盤１７９の孔１７９ａを通って放電容器１４０内に挿入されている。

排気管部１５８は、前述の蓋部１４５の支持筒体１５２の内側に同心状に配置されると共に、排気管部１５８の外周面には雄ねじが螺刻され、支持筒体１５２の内周面には雌ねじが螺刻されており、排気管部１５８を支持筒体１５２内に着脱可能に螺挿することができる。更に、排気管部１５８のフランジ部１５８ｂの隅部には、Ｏリング等のシール部材１５６が外嵌固定されており、排気管部１５８を回転して支持筒体１５２に螺挿して締結する際、このシール部材１５６が支持筒体１５２の先部内側に当接され、排気管部１５８と支持筒体１５２間が気密に螺合されるようにしている。

そして、排気管部１５８の後端開口１５８ｃには、前述の導入パイプ１６４の外側に同心状に配置された排気パイプ１６６の前端１６６ａが、連通可能に連結される一方、この排気パイプ１６６の後端１６６ｂと、導入パイプ１６４の途中部の外周側面との間は、気密に閉塞されている。

更に、この排気パイプ１６６の外周側面には、径方向に貫通する多数の排気孔１６６ｃが穿孔されると共に、これらの排気孔１６６ｃの全てを外側から覆うようにして、袋状のフィルタ１６７が覆設されている。

以上のような構成において、蓋部１４５の円盤１７９によって、放電容器１４０の開口１４０ａを閉塞すると共に、排気管部１５８を支持筒体１５２内に螺挿して、プラグ部１４６を蓋部１４５に装着した後、ヘリウムガスボンベ３５と窒素ガスボンベ３６を開栓すると、混合ガス３７が、プラグ部１４６におけるガス管１６１、自在継手１６２、導入管部１５７の通気経路１５７ａ、及び導入パイプ１６４から成る導入通気経路１７３を通って、この導入パイプ１６４の後端開口１６４ｂより放電容器１４０内に注入される。その後、この注入された混合ガス３７は、フィルタ１６７、排気孔１６６ｃ、排気パイプ１６６、排気管部１５８の通気経路１５８ａ、及び通気経路１７０から成る排気通気経路１７４を通って、吸排気管１５９から放電容器１４０外に排出される。このようにして、放電容器１４０内を常に新しい混合ガス３７で充填することができる。

更に、交流電源２３に接続されるリード線１６３は、プラグ部１４６におけるカーボン製の軸受け１６０、導入管部１５７、連結具１７１、排気管部１５８、及び支持筒体１５２を介して、円盤１７９に螺挿された導電ボルト１５４に接続され、そして、この導電ボルト１５４は、リード線１５５、導電ボルト１５１を介して、取付部材１５０に接続されており、この取付部材１５０に後述するようにして前端部を取り付けた放電棒６Ａから成る電極ユニット２Ａと、前述の金属フィルム１０９との間に、交流電圧を印加することができる。

これにより、円盤１７９の孔１７９ａに開閉可能に装着されると共に、グロー放電のための電流路と通気経路１７３、１７４が一体的に組み込まれたプラグ部１４６を形成することができるため、グロー放電のための電流路と通気経路１７３、１７４を、電極構造体１４２を構成するプラグ部１４６に集中配置し、電極構造体１４２の挿着と同時に電流路と通気経路１７３、１７４をプラズマ処理装置１Ｆに容易かつ迅速に組み込むことができ、プラズマ処理装置１Ｆの組み立てに要する時間が短縮され、作業効率の向上を図ることができる。

図２０、図２２、図２３に示すように、前述の支持部材１４３ｂは、放電容器１４０内の後部の軸心１４７上に配置されると共に、樹脂製でリング状に形成されている。

そして、この支持部材１４３ｂの径方向外側の前面と、前述の取付部材１５０の径方向外側の後面との間に、放電棒６Ａが、後で詳述するようにして挟持されている。

更に、支持部材１４３ｂの前面の周方向上には、３枚の攪拌羽根１４４の後端部１４４ｂが、所定の周方向間隔で前方から当接され、後方から螺挿される各２本のボルト１６９によって、支持部材１４３ｂに締結固定されている。一方、円盤１７９の裏面１７９ｃには、この攪拌羽根１４４の前端部１４４ａが、同じ周方向間隔で後方から当接され、前方から螺挿される各２本のボルト１７２によって、円盤１７９に締結固定されている。

これにより、蓋ユニット１４３の支持部材１４３ｂを、３枚の攪拌羽根１４４を介して、蓋ユニット１４３の本体部１４３ａの円盤１７９に強固に連結した上で、この円盤１７９に設けた取付部材１５０と支持部材１４３ｂとの間に、放電棒６Ａを挟持するようにして、電極ユニット２Ａ、蓋ユニット１４３、及び攪拌羽根１４４が一体的に組み込まれた電極構造体１４２を構成することができる。

また、図２０、図２２、図２３、図２５（ａ）に示すように、電極ユニット２Ａは、複数の放電棒６Ａを互いに平行に所定の周方向間隔で円環状に配設することにより構成されている。

そして、この放電棒６Ａは、ステンレス線などの棒状電極６ａと、棒状電極６ａを取り囲み筒状で略一定の厚みを有するガラス管６ｂと、棒状電極６ａの前後端部に外嵌固定され外周部内側面をガラス管６ｂの両端面に当接することにより、ガラス管６ｂを棒状電極６ａ上の所定位置に保持する、導電性のプッシュナットなどのリング状の前後の係止部材１７５、１７６とにより構成される。

更に、この放電棒６Ａを前後から挟持する取付部材１５０と支持部材１４３ｂには、それぞれ、短パイプ状の複数の嵌合凹部１５０ａと短パイプ状の複数の嵌合凹部１４３ｂ１とが、正面視で最外周部が同一円周上にて重なるように、対向して形成されている。

このうちの嵌合凹部１５０ａの同軸上には、カラス管６ｂの前端面に当接される係止部材１７５よりも小径の小径孔１５０ａ１と、この係止部材１７５よりも大径の大径孔１５０ａ２とが、前後に連設されている。

一方、嵌合凹部１４３ｂ１は、ガラス管６ｂの後端面に当接される係止部材１７６よりも大径に形成されている。更に、この係止部材１７６と嵌合凹部１４３ｂ１の底面との間には、取付バネ１７７が圧縮状態で介設されている。

これにより、電極構造体１４２を組み立てると、圧縮状態で嵌合凹部１４３ｂ１内に収納された取付バネ１７７により、放電棒６Ａが係止部材１７６を介して前方に押圧され、嵌合凹部１５０ａの大径孔１５０ａ２や嵌合凹部１４３ｂ１の内壁を摺動させるようにして、放電棒６Ａを取付部材１５０と支持部材１４３ｂ間に安定して保持することができる。

更に、電極構造体１４２を組み立てた後であっても、放電棒６Ａを取付バネ１７７の弾性力に抗して後方に押動することにより、放電棒６Ａの前端を嵌合凹部１５０ａの大径孔１５０ａ２から脱着させ、放電棒６Ａを取付部材１５０と支持部材１４３ｂ間から取り外して交換することができる。

加えて、放電棒６Ａの棒状電極６ａは、係止部材１７５を介して取付部材１５０に接続されており、このため、前述の如く、電極ユニット２Ａと金属フィルム１０９との間に交流電圧を印加することができる。

また、図２０乃至図２３に示すように、攪拌羽根１４４は、前述の如く、長板状に形成されているが、放電容器１４０の内壁１４０ｂに当接する径方向外側の軸方向側縁部１４４ｃは、正面断面視で内方に開いたＵ字状に形成されている。

これにより、組み上がった電極構造体１４２を放電容器１４０内に挿着する際、３枚の攪拌羽根１４４の軸方向側縁部１４４ｃが、放電容器１４０の内壁１４０ｂに当接しながら円滑に摺動し、電極構造体１４２が所定位置までガイドされる。すなわち、電極構造体１４２は、攪拌羽根１４４を介するだけで放電容器１４０に対して所定位置に保持されると共に、この放電容器１４０とは分離可能な別体に構成されている。

このため、３枚の攪拌羽根１４４を放電容器１４０の内壁１４０ｂに摺動させながら、電極構造体１４２を放電容器１４０内に挿着するだけで、攪拌羽根１４４と一緒に電極構造体１４２に組み込まれている電極ユニット２Ａの放電棒６Ａも、内壁１４０ｂから所定の径方向位置に保持されることとなり、攪拌羽根１４４を利用して電極ユニット２Ａを適正位置に支持することができ、前述した支持構造体１１０のような複雑な支持構造が不要となって、部品コストの低減やメンテナンス性の向上を図ることができる。

更に、攪拌羽根１４４と一緒に電極構造体１４２に組み込まれている蓋ユニット１４３も、放電容器１４０に対して所定位置に保持されることとなり、攪拌羽根１４４を利用して放電容器１４０に対する蓋ユニット１４３の位置決めを迅速に行うことができ、プラズマ処理装置１Ｆの組み立てに要する組み立て時間が短縮される。

また、図２０乃至図２２、図２５（ｂ）に示すように、導電ボルト１５１を、円盤１７９を貫通して取付部材１５０の長孔１５０ｂに挿通させ、その先部にナット１８１を螺嵌するようにして、取付部材１５０が円盤１７９に締結固定されている。

そして、この長孔１５０ｂは、径方向に長く形成されているため、導電ボルト１５１を緩めて各取付部材１５０を径方向に移動させ、所定の径方向位置に達すると再び導電ボルト１５１を締めることにより、放電棒６Ａの前端部を取り付ける大径孔１５０ａ２の径方向位置を調整することができる。

一方、嵌合凹部１４３ｂ１を形成した支持部材１４３ｂを、前述したボルト１６９を緩めることにより、電極構造体１４２の攪拌羽根１４４から脱着させて、嵌合凹部１４３ｂ１が所定の径方向位置にある支持部材と交換した後、再びボルト１６９を締めることにより、放電棒６Ａの後端部を取り付ける嵌合凹部１４３ｂ１の径方向位置を調整することができる。

これにより、大径孔１５０ａ２と嵌合凹部１４３ｂ１の径方向位置を調整することにより、第一誘電体である放電容器１４０と第二誘電体である放電棒６Ａのガラス管６ｂとの間の径方向間隔を増加させることができ、この際、取付部材１５０の長孔１５０ｂ、着脱可能な支持部材１４３ｂが放電域拡張構造として機能し、粉体７０が放電域を通過する時間が長くなり、プラズマ照射時間を長くして、プラズマ処理の処理時間を大幅に短縮することができる。

また、以上のような構成から成る電極構造体１４２を使用した場合の粉体７０の供給構成や取り出し構成について、図２０、図２６乃至図２８により説明する。

このうちの粉体７０の供給構成について説明する。
図２０、図２６に示すように、回転装置５上に放電容器１４０を載置する前に、外側に金属フィルム１０９を巻いた放電容器１４０を、その開口１４０ａが上方を向くようにして立設させる。

一方、蓋ユニット１４３の本体部１４３ａにおける円盤１７９の裏面１７９ｃに、３枚の攪拌羽根１４４の前端部１４４ａをボルト１７２で締結固定し、更に、この攪拌羽根１４４の後端部１４４ｂに、リング状の支持部材１４３ｂをボルト１６９で締結固定する。その後、放電棒６Ａの下端を、取付バネ１７７の弾性力に抗して、支持部材１４３ｂの嵌合凹部１４３ｂ１内で押し下げながら、放電棒６Ａの上端を、円盤１７９の裏面１７９ｃに締結固定された取付部材１５０の大径孔１５０ａ２内に挿入するようにして、放電棒６Ａを取付部材１５０と支持部材１４３ｂ間に介設することにより、電極構造体１４２からプラグ部１４６を除いた基礎構造部１７８を形成する。

続いて、攪拌羽根１４４の軸方向側縁部１４４ｃを放電容器１４０の内壁１４０ｂに摺動させながら、この基礎構造部１７８を開口１４０ａから放電容器１４０内に挿入し、円盤１７９の外周部が放電容器１４０のフランジ部１４０ａ１に当接するまで、基礎構造部１７８を下降させた後、前述の固定具１４９によって、円盤１７９を放電容器１４０に挟持固定するようにして、基礎構造部１７８を先に放電容器１４０に挿着しておく。

その後、図２７に示すように、円盤１７９の孔１７９ａから立設する支持筒体１５２内にロート１８０の流出口１８０ａを挿入し、このロート１８０を通して粉体７０を孔１７９ａから放電容器１４０内に流し込んで供給する。続いて、連結具１７１を持ってプラグ部１４６を把持し、導入パイプ１６４を下にして支持筒体１５２から放電容器１４０内に挿入させながら、この支持筒体１５２内にプラグ部１４６の排気管部１５８を螺挿することにより、プラグ部１４６を蓋部１４５に装着する。

これにより、プラズマ処理前に粉体７０を供給する際に、放電容器１４０内に粉体７０が貯溜されている状態で電極構造体１４２を挿着しようとすると、この電極構造体１４２の先端にある支持部材１４３ｂと放電容器１４０の底面１４０ｃとの間隔が小さいなどの理由で、電極構造体１４２の先端部が底面１４０ｃ上の粉体７０と干渉して電極構造体１４２が挿着できない場合であっても、粉体７０を、電極構造体１４２と干渉させることなく、放電容器１４０内に容易に供給することができる。

更に、プラズマ処理途中に粉体７０を補給する際でも、図２７とは逆の手順で、組み立てた電極構造体１４２において、排気管部１５８を締結方向とは逆方向に回転させて支持筒体１５２から脱着し、円盤１７９の孔１７９ａを開放することにより、基礎構造部１７８を放電容器１４０内に挿着したままで、支持筒体１５２から孔１７９ａを介して、粉体７０を放電容器１４０内に流し込むことができ、プラズマ処理途中における粉体７０の補給が容易となる。

粉体７０の取り出し構成について説明する。
図２０、図２８に示すように、回転装置５上で放電容器１４０を略水平軸を中心に回転させながら粉体７０にプラズマ処理を施した後、電極構造体１４２を挿着したままの放電容器１４０を、その開口１４０ａが上方を向くようにして立設させる。

続いて、電極構造体１４２の円盤１７９と放電容器１４０のフランジ部１４０ａ１とを挟持固定している固定具１４９を取り外した後、攪拌羽根１４４の軸方向側縁部１４４ｃを放電容器１４０の内壁１４０ｂに摺動させながら、電極構造体１４２を上昇させて開口１４０ａから取り出し、放電容器１４０から脱着させる。

これにより、プラズマ処理後に、放電容器１４０とは分離可能な別体に構成された電極構造体１４２を脱着させるだけで、放電容器１４０内には粉体７０のみが残留した状態にすることができる。このため、放電容器１４０だけを取り扱うことができ、処理後の粉体７０の回収が容易になると共に、放電容器１４０内の付着物の除去も容易になって、プラズマ処理全体に要する処理時間の短縮やメンテナンス性の更なる向上を図ることができる。

次に、グロー放電に適した放電棒６の配置構成について調査した結果を、図１０、図１１、図２９、図３０により説明する。

［処理方法］
図１０、図１１に示すように、前述したプラズマ処理装置１Ｄを使い、放電容器３Ａ内に、平均粒径３００μｍ、１ｋｇのポリプロピレン粉末（日本ポリプロ株式会社製、ＮＯＶＡＴＥＣ Ｐ８０００Ｓ、以下「粉末」とする）を封入する（封入工程）。この際、粉末に施す表面処理や表面改質に応じて、支持構造体７１から放電棒６を取り外してガラス管６ｂの種類を変更したり、別剤として粉末と一緒に放電容器３Ａ内に投入することができる。なお、放電容器３Ａ内の放電棒６の棒状電極６ａはステンレス線（直径１．６ｍｍ）で形成し、ガラス管６ｂは石英ガラス管（外径４ｍｍ、内径２ｍｍ）で形成している。

続いて、軸パイプ２５から、２０ｌ／ｍｉｎのヘリウムガスと２ｌ／ｍｉｎの窒素ガスを含む混合ガス３７を放電容器３Ａ内に充填して不活性気体雰囲気とし、この放電容器３Ａを略水平に回転装置５に載せてから５〜８ｒｐｍの回転速度範囲内にて回転させつつ、交流電源２３にて電極ユニット２と金網４の間に１５ｋＨｚの正弦波電圧を印加し、プラズマ出力１００〜２０００Ｗで所定時間のプラズマ処理を行った（処理工程）。

［観察方法］
図２９に示すように、電極ユニット２において、隣り合うガラス管６ｂの周方向間隔ｙと、ガラス管６ｂとガラス製の容器本体１２Ａの内壁１２Ａｂとの間の径方向間隔ｘとを変化させて、グロー放電の放電状況を観察し、同時に、放電容器３Ａ内を流れる粉末の流動性も観察した。

具体的には、放電状況、流動性のいずれも外部から目視観察を行い、このうちの放電状況は、各放電棒６におけるグロー放電の放電が安定し、しかも照射領域１３５の重なりが大きいためにプラズマ密度が充分であり、発光むらが無くて発光強度も強い場合（発光強度大）、放電は安定しているものの、照射領域１３５の重なり部分が小さいため、発光むらは発生しないが発光強度が小さい場合（発光むら無）、放電が不安定か、照射領域１３５が全く重ならないためにプラズマ密度が不充分となって、発光むらが発生する場合（発光むら有）の３段階に分類した。

流動性は、隣り合うガラス管６ｂの周方向隙間１３７や、ガラス管６ｂと容器本体１２Ａとの間の径方向隙間１３６のいずれでも粉末が円滑に流動する場合（優良）、径方向隙間１３６、周方向隙間１３７のいずれでも粉末が流動するものの、少なくとも一方に粉末の淀みが認められる場合（良）、径方向隙間１３６、周方向隙間１３７の少なくとも一方に粉末の詰まりが発生して流動が阻害される場合（不良）の３段階に分類した。

［観察結果］
図３０に示すように、径方向間隔ｘ、周方向間隔ｙのいずれも２〜２０ｍｍの範囲において、発光むらが無く、粉末の流動性も良好となっている。これは、径方向間隔ｘが２ｍｍ未満では、径方向隙間１３６を粉末が通過する際の流動抵抗が大きくなり、放電域４５内での粉末の流動が阻害され、一方、径方向間隔ｘが２０ｍｍを超えると、放電棒６と金網４との間の電極間距離が大きくなり、両電極間の放電に必要な電圧も高くなることから、アーク放電に移行しやすくなり、グロー放電が不安定となるためと考えられる。

更に、周方向間隔ｙが２ｍｍ未満では、隣り合うガラス管６ｂ間の周方向隙間１３７を粉末が通過する際の流動抵抗が大きくなり、電極ユニット２の内外間の粉末の流動が阻害され、一方、周方向間隔ｙが２０ｍｍを超えると、隣り合う放電棒６によるグロー放電の照射領域１３５の重なり部分が小さくなり、プラズマ密度が不充分になるためと考えられる。

すなわち、放電棒６の周りに粉体の流動に必要な隙間１３６、１３７を充分に確保しつつ、径方向間隔ｘを適正に制限して、高電圧印加によるグロー放電からアーク放電への移行を抑制すると共に、周方向間隔ｙを適正に制限して、隣り合う放電棒によるグロー放電の放電域の重なり具合の適正化を図ることができた。

なお、径方向間隔ｘは５〜１５ｍｍ、周方向間隔ｙは６〜１５ｍｍの範囲に設定するのが、より好ましい。この範囲では、発光むらが無い上に発光強度が大きく、粉末も淀みなく円滑に流動させることができる。

次に、前述した放電棒６の適正配置条件においてプラズマ処理を行った結果を、表１により説明する。

［処理方法］
４２本の放電棒６を適正間隔（径方向間隔ｘ＝１０ｍｍ、周方向間隔ｙ＝６ｍｍ）で配置した前述のプラズマ処理装置１Ｄにおいて、前述した処理方法と同様に、放電容器３Ａ内に粉末（平均粒径３００μｍ、１ｋｇ）を封入した後、ヘリウムガス（２０ｌ／ｍｉｎ）と窒素ガス（２ｌ／ｍｉｎ）を含む混合ガス３７を充填して不活性気体雰囲気とした放電容器３Ａを回転（５〜８ｒｐｍ）させつつ、交流電源２３（１５ｋＨｚ、１０００Ｗ）で５分間のプラズマ処理を行った。

［分析方法］
入手したままの粉末（以下、「未処理粉末」とする）と、この未処理粉末に前述した処理方法でプラズマ処理を施した粉末（以下、「処理粉末」とする）について、その深さ数ｎｍの表層部を、Ｘ線光電子分光装置（島津製作所製、ＥＳＣＡ３４００）にて分析した。

［分析結果］
表１に、粉末のＸＰＳスペクトルから算出した、窒素と炭素の原子比Ｎ／Ｃと、酸素と炭素の原子比Ｏ／Ｃとを、未処理粉末と処理粉末との間で比較した結果を示す。

表１によると、Ｎ／Ｃについては、未処理粉末で検出されなかったものが処理粉末では検出されるようになり、Ｏ／Ｃについては、処理粉末では未処理粉末の約１０倍に増加している。

すなわち、本発明のプラズマ処理装置を使って適正なプラズマ処理を施すことにより、粉末の表面には、窒素官能基、酸素官能基のいずれも、正常に付加させることができた。

以上のように、本発明を適用したプラズマ装置およびその方法は、コンパクトでありながら、粉体などの被処理物の一回あたりの処理量が大きく増加し、処理時間も短いものとなっている。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｆ プラズマ処理装置
２、２Ａ 電極ユニット
３、３Ａ、１４０ 放電容器
４ 金網（外部電極体）
５ 回転装置
６、６Ａ、２６ 放電棒
６ａ、２６ａ 棒状電極
６ｂ、２６ｂ ガラス管（第一誘電体）
２１、２２ 副電極ユニット
２６Ａ 放電棒（冷却タイプ放電棒）
２６Ｂ 冷却管（第一誘電体単体）
４５ 放電域
４７ 放電筒（冷却タイプ放電筒）
４８ 筒状電極
４９ ガラス筒（第三誘電体）
５５ 冷却筒（第三誘電体単体）
６３ すくい部材
６４ 滞留排出部
６４ａ 流入口
６４ｂ 滞留室
６４ｃ 排出口
６６ 孔付きすくい部材
６６ｂ ふるい排出部
６６ｂ１ 排出孔
７０ 粉体（被処理物）
７３、７７ 支持部材
７４、７８ 取付部材
８４、８５ 調整機構
１４０ａ 開口
１４０ｂ 内壁
１４２ 電極構造体
１４３ 蓋ユニット
１４４ 攪拌羽根
１４４ａ 前端部（軸方向端部）
１４４ｃ 軸方向側縁部
１７９ 円盤（蓋体）
１７９ａ 孔
１４６ プラグ部
１７３、１７４ 通気経路
ｘ 径方向間隔
ｙ 周方向間隔

Claims (16)

1. 棒状電極が第一誘電体で被覆されて形成される放電棒を互いに略平行に所定の周方向間隔で略円環状に配設した電極ユニットと、
   該電極ユニットの外側に配置され、被処理物が内部に封入されると共に、第二誘電体を有する筒状の放電容器と、
   該放電容器の外側に配置した外部電極体と、
   前記電極ユニットと外部電極体との間に交流またはパルス電圧を印加してグロー放電を発生させた状態で、前記放電容器を回転させる回転装置と、
   前記グロー放電の放電域を電極ユニットの内外に拡張可能な放電域拡張構造とを備えた
   プラズマ処理装置。
2. 前記放電棒は、
   前記放電容器内で、前記第一誘電体と第二誘電体との間の径方向間隔、及び隣り合う前記第一誘電体の間の周方向間隔のいずれも２〜２０ｍｍとなるように配置する
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記放電域拡張構造は、
   前記電極ユニットよりも内側の空間に、前記放電棒を互いに略平行に所定の周方向間隔で略円環状に配設した副電極ユニットを、前記電極ユニットと略同心状に単一または複数有する
   請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記放電容器内で径方向最内側の副電極ユニットは、
   所定の放電棒に代えて、
   冷却媒体が棒状電極と第一誘電体との間の内部隙間を流動可能な冷却タイプ放電棒と、冷却媒体が内部を流動可能な前記第一誘電体単体の少なくとも一方を有する
   請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記放電容器内の軸心上に配置され、冷却媒体が内部を流動可能な筒状電極が第三誘電体で被覆されて形成される冷却タイプ放電筒、または
   前記軸心上に配置され、冷却媒体が内部を流動可能な前記第三誘電体単体を備える
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記放電域拡張構造は、
   前記放電容器内で、前記放電棒の端部のみを軸方向端面に取り付けて該放電棒を支持すると共に、略同一円周上に配置されて略円環を形成可能な複数の円弧状の取付部材と、
   前記略円環の軸心から複数の枝部が径方向に延びる放射状の支持部材と、
   該枝部に対する前記取付部材の取付位置を変更して径方向間隔を拡大可能な調整機構とを有する
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記放電容器と一緒に回転し、遠心方向外周側が回転方向に向かって湾曲するすくい部材と、
   該すくい部材の回転方向前面で遠心方向内周側にある流入口、該流入口に連通する滞留室、及び該滞留室に連通すると共に滞留室よりも遠心方向外周側にあって前記流入口よりも小面積の排出口が設けられ、
   すくい上げた前記被処理物が、前記流入口から途中の滞留室を介して排出口を通り、前記放電域に向かって徐々に流下する滞留排出部とを有する
   攪拌羽根を備える
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記放電容器と一緒に回転し、遠心方向外周側が回転方向に向かって湾曲すると共に、回転方向に排出孔を穿孔したふるい排出部が遠心方向外周側に配置される孔付きすくい部材を有する
   攪拌羽根を備える
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記電極ユニットと、
   前記放電容器の開口を閉塞すると共に電極ユニットを支持する蓋ユニットと、
   前記電極ユニットで隣接する放電棒の間に介設されると共に、軸方向端部が前記蓋ユニットに固設され、軸方向側縁部が前記放電容器の内壁に摺動可能に当接して支持される攪拌羽根とが、
   一体的に組み込まれた電極構造体を備える
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記蓋ユニットは、
    前記開口を閉塞する蓋体に形成された孔に開閉可能に装着されると共に、前記グロー放電のための電流路と通気経路が一体的に組み込まれたプラグ部を有する
    請求項９に記載のプラズマ処理装置。
11. 棒状電極が第一誘電体で被覆されて形成される放電棒を互いに略平行に所定の周方向間隔で略円環状に配設した電極ユニットを内側に配置する一方、外部電極体を外側に配置し、前記電極ユニットと外部電極体との間に、第二誘電体を有する筒状の放電容器を介設し、該放電容器に被処理物を封入する封入工程と、
    内部を不活性気体雰囲気にした放電容器を回転装置によって回転しつつ、前記電極ユニットと外部電極体との間に交流またはパルス電圧を印加してグロー放電を発生させることにより、放電域拡張構造で前記電極ユニットの内外に拡張したグロー放電の放電域内に、前記被処理物を流動させてプラズマ処理を行う処理工程とを備えた
    プラズマ処理方法。
12. 前記放電棒は、
    前記放電容器内で、前記第一誘電体と第二誘電体との間の径方向間隔、及び隣り合う前記第一誘電体の間の周方向間隔のいずれも２〜２０ｍｍとなるように配置する
    請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
13. 前記放電域拡張構造は、
    前記電極ユニットよりも内側の空間に、前記放電棒を互いに略平行に所定の周方向間隔で略円環状に配設した副電極ユニットを、前記電極ユニットと略同心状に単一または複数有する
    請求項１１または請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
14. 前記放電容器内で径方向最内側の副電極ユニットは、
    所定の放電棒に代えて、
    冷却媒体が棒状電極と第一誘電体との間の内部隙間を流動可能な冷却タイプ放電棒と、冷却媒体が内部を流動可能な前記第一誘電体単体の少なくとも一方を有する
    請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
15. 前記放電容器内の軸心上に配置され、冷却媒体が内部を流動可能な筒状電極が第三誘電体で被覆されて形成される冷却タイプ放電筒、または
    前記軸心上に配置され、冷却媒体が内部を流動可能な前記第三誘電体単体を備える
    請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
16. 前記放電域拡張構造は、
    前記放電容器内で、前記放電棒の端部のみを軸方向端面に取り付けて該放電棒を支持すると共に、略同一円周上に配置されて略円環を形成可能な複数の円弧状の取付部材と、
    前記略円環の軸心から複数の枝部が径方向に延びる放射状の支持部材と、
    該枝部に対する前記取付部材の取付位置を変更して径方向間隔を拡大可能な調整機構とを有する
    請求項１１から請求項１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。

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