JP2018134601A - 表面処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リモート式の表面改質装置において、噴出口１０と処理対象面１２，１４，１５，１６，１７，１８，１９とを相対移動させなくても、それら処理対象面のほぼ全面を改質処理できるようにする。【解決手段】ケースＣで生成されたプラズマを噴出口１０から噴出させる。そして、噴出口１０から噴出されたプラズマ流Ｆの噴出力と、吸引手段Ｖの吸引力とが相まって、プラズマ流Ｆを上記処理対象面１２，１４，１５，１６，１７，１８，１９に沿って吸引する。【選択図】 図４

Description

この発明は、ケース内で生成したプラズマを、圧縮気体とともにプラズマ流としてケースからワークに向かって噴出させるいわゆるプラズマトーチ方式の表面処理装置に関する。

この種のものとして、特許文献１に記載された表面処理装置が従来から知られている。
この従来の表面処理装置は、一対の電極を設けたケースに圧縮気体である処理ガスを供給する供給源が接続される。そして、上記電極間で生成されたプラズマは、ケースに設けた噴出口から処理ガスとともに噴出され、ワークの処理対象面に吹き付けられる。
さらに、上記噴出口にほぼ隣接する位置に排気流路を設け、プラズマを発生させる過程で生成する窒素酸化物やオゾンを排気できるようにしている。

特開２００４−１１５８９６号公報

上記のようにした従来の表面処理装置では、プラズマ流を噴出する噴出口に隣接する位置に、プラズマを発生させる過程で生成される窒素酸化物やオゾンを排気する排気流路を設けているので、プラズマ流の広がりをほとんど期待できない。そのため、処理面積が大きくて、その端部が上記排気流路からはみ出すようなときには、処理面積の端部まで表面処理ができないという問題があった。

また、処理面積がプラズマ流の噴出口周りに限定されるので、処理対象面の面積が広いときには、上記噴出口側あるいは処理対象面側のいずれか一方を移動させなければ、処理対象面のすべてを改質処理できないという問題もあった。

一方、図８に示すように、ワークであるパイプＷの内面１だけを改質処理する装置も従来から知られている。この従来の装置は、上記パイプＷの開口側に、圧縮気体である処理ガスとともにプラズマを噴出させるノズル２を設け、このノズル２から噴出されたプラズマ流をパイプＷの内面１に導く。このようにしてパイプＷ内に導かれたプラズマによって、上記内面１が改質処理される。

ただし、この従来の装置では、パイプＷの内面１のすべてを改質処理できない場合があったが、その理由は次の通りである。
すなわち、ノズル２から噴出されたプラズマ流の一部が、矢印Ａで示すように、パイプＷの開口周囲に跳ね返されてしまうので、その分、内面１に導かれるプラズマ量が少なくなる。

パイプＷの内面１に導かれるプラズマ量が少なくなれば、プラズマ流の下流にいけばいくほどプラズマの活性度が低くなる。
そのために、パイプＷが長いときには、図８に示した仮想線Ｘを境にして改質処理ができない領域ができてしまう。

また、パイプＷの長さが長いと、プラズマ流がパイプＷの先端から終端にいたるまでに時間がかかってしまう。ところが、プラズマの活性度は時間とともに減衰するので、もし、プラズマ流が、パイプＷの先端から終端にいたる過程で時間がかかり過ぎれば、プラズマ流の下流側におけるプラズマの活性度が低くなり、その分、上記仮想線Ｘを境にして改質処理ができない領域ができてしまう。

そのために、パイプの長さが長いときには、内面１の改質処理に２工程を必要としていた。すなわち、先ず、パイプＷの一方の開口をノズル２側に位置させてプラズマ流を内面１に誘導する。次に、パイプＷをひっくり返して、その他方の開口をノズル２側に位置させてプラズマ流を内面１に誘導する。したがって、長いパイプＷの内面１の改質処理の場合には、２工程を必要とするという問題があった。

一方、上記したようにノズル２から噴出されたプラズマ流の一部が、矢印Ａで示すように、パイプＷの開口周囲に跳ね返されるということは、その開口周囲も表面処理されてしまうことを意味する。もし、パイプＷの内面だけを表面処理したいとき、その内面以外の箇所を表面処理してしまうと色々な不都合が発生してしまう。

この発明の目的は、プラズマ流の噴出口とワークの処理対象面とを相対移動させなくても、その処理対象面の全面を効率よく改質処理できる表面処理装置を提供することである。

第１の発明は、ケースに設けられた噴出口から噴出されたプラズマ流をワークの処理対象面に沿って吸引するとともに、このプラズマ流を上記処理対象面の端部まで誘導する吸引力が備えられた吸引手段を設けている。

したがって、例えばワークがパイプで、その内面を処理対象面にしたときには、パイプの一方の開口を噴出口側に向け、他方の開口を吸引手段側に向ける。そして、吸引手段を作動させれば、その吸引力が大きいので、上記パイプの一方の開口周囲の外気もパイプ内に引き込まれる。このように外気を引き込む流れが、噴出口から噴出するプラズマ流に対して随伴流になるので、プラズマ流がパイプの開口周囲に当たることなく、そのほとんどがパイプ内に誘導される。

また、吸引手段には、噴出口から噴出されるプラズマ流を上記処理対象面の端部まで誘導する吸引力が備えられているので、例えば長いパイプでも、プラズマの活性度を維持したまま、全長にわたって改質処理をすることができる。

さらに、ワークがプレートの場合で、処理対象面がプレートの一方の面のときには、例えば、プレートの処理対象面にほぼ直交する側に噴出口を設け、処理対象面の端部側に吸引手段を設ける。
これによって、噴出口から噴出されたプラズマ流は処理対象面に衝突するとともに、その衝突位置から吸引手段の吸引力で方向転換して処理対象面の端部側に誘導され、最終的にプラズマ流が吸引手段に吸い込まれる。

もし、ワークの処理対象面の面積が大きいときには、吸引手段で、処理対象面の縁を囲むようにすればよい。このようにすれば、噴出口から噴出されたプラズマ流は、処理対象面に衝突した後に、３６０度の範囲で拡散して、処理対象面の端部まで行き渡ることになる。

第２の発明は、上記ワークを上記噴出口に対向させるための、ロボット等のワーク保持手段の移動可能領域が確保されているので、ロボット等を用いて、当該ワークを自動的にセッティングすることができる。

第３の発明は、噴出口から噴出されたプラズマ流を、ワークの処理対象面に沿う方向に導くガイドが設けられている。したがって、ガイドと吸引手段の吸引力とが相まって、プラズマ流を処理対象面の端部まで導き、その処理対象面を確実に表面処理できる。
しかも、吸引手段の吸引口が処理対象面の端部に対応しているので、処理対象面のみを表面処理することができ、不必要な部分まで表面処理することがない。

第４の発明は、処理対象面が筒の内面もしくは一対のプレートの対向面であって、上記筒の内面もしくは上記プレートの対向面を、処理対象面に沿った上記ガイドとして機能させたので、特別にガイドを設けることなく、噴出口から噴出されたプラズマ流を吸引手段に誘導することができる。

第５の発明は、上記ワークに小径部と大径部とが設けられ、その小径部の内面が上記処理対象面であって、大径部が吸引手段に連通されている。
このように小径部と大径部とを備えたワークとして、例えば、注射器のシリンダ等が考えられる。注射器のシリンダは、針を連結する部分が小径部となり、液体を収容する部分が大径部になる。
そして、注射器の小径部の直径はかなり小さいので、小径部の外側からプラズマ流を吹き付けても、プラズマが小径部に入っていかないが、この発明のように、大径部側から吸引すれば、上記小径部の内面にもプラズマ流が流入する。

第６の発明は、搬送用治具が備えられ、この搬送用治具で上記大径部をふさぐ一方、上記搬送用治具には流通孔が形成され、この流通孔の一端を上記小径部に連通させ、他端を上記吸引手段に連通させている。
したがって、ワークを連続的に搬送させながら、小径部の内面を表面処理することができる。

この発明によれば、プラズマ流を噴出させる噴出口とワークとを相対移動させなくても、ワークの処理対象面の全面を効率よく改質処理することができる。

第１実施形態の概略図である。 第２実施形態の概略図である。 第３実施形態の概略図である。 第４実施形態の概略図である。 第５実施形態の概略図である。 第６実施形態の概略図である。 第７実施形態の概略図である。 従来の装置の概略図である。

図１に示した第１実施形態は、ケースＣに図示していない一対の電極を設け、これら電極間でプラズマを生成するようにしている。そして、このケースＣには、圧縮気体である処理ガスをケースＣに供給する圧縮気体供給源Ｐを接続している。
さらに、上記ケースＣには、ケースＣに供給された処理ガスとともにプラズマを噴出する噴出口１０を設けている。

なお、上記噴出口１０は、ケースＣに孔を直接開けてもよいし、ケースＣとは別部品であるノズルを取り付けてもよい。要するに、ケースＣ内のプラズマ及び処理ガスを噴出する機能さえ備えていれば、その構成は問わない。

上記のようにした噴出口１０には、噴出口１０から噴出したプラズマ流の飛散を防止し、そのプラズマ流を目的の方向に導くガイド１１を設けている。そして、このガイド１１の周囲には、プラズマ流を、後で説明するワークＷの処理対象面１２に誘導する誘導片１１ａを設けている。

一方、噴出口１０と対向間隔を保った位置に吸引手段Ｖを設けているが、この吸引手段Ｖは図示していないエアポンプあるいは電動ファン等を主要素にしてなる。また、この吸引手段Ｖには吸引口１３を設け、噴出口１０から噴出されたプラズマ流や、窒素酸化物、オゾン等を集束して吸引できるようにしている。

上記のようにしたガイド１１と吸引口１３との間に、パイプからなるワークＷをセットするための空間を設けているが、この空間を、ワークＷが横断できる大きさを有する移動可能領域Ｅとしている。したがって、図示していないロボット等のワーク保持手段にワークを保持させて、ワークＷをセットすることができる。

次に、パイプからなるワークＷの内面である処理対象面１２を改質処理する場合について説明する。
なお、ワークＷが上記のようにパイプからなる場合には、少なくともパイプの全長に相当する移動可能領域Ｅを確保しておく。

そして、図示していないロボット等のワーク保持手段をこの移動可能領域Ｅに導入して、ワークＷの一方の開口１２ａを噴出口１０側に向け、他方の開口１２ｂを吸引手段Ｖ側に向けるとともに、ロボットを静止させる。
ワークＷを上記の状態に保ったまま、噴出口１０から処理ガスとともにプラズマを噴出させると同時に吸引手段Ｖを駆動して吸引力を発揮させる。

そして、吸引手段Ｖは、上記処理ガスを含んだプラズマ流を少なくとも一方の開口１２ａから他方の開口１２ｂまで吸引する吸引力を有するので、噴出口１０から噴出されたプラズマ流は、上記開口１２ａ，１２ｂ間に行き渡る。なお、上記他方の開口１２ｂがこの発明の処理対象面の端部ｎになる。
また、噴出口１０の噴出力と、吸引手段Ｖの吸引力とが相まって、一方の開口１２ａ側における処理ガスを含んだプラズマ流Ｆの流速を大きくできるで、一方の開口１２ａには外気も吸い込まれる。この外気がプラズマ流に対して随伴流Ｂとなるので、従来のようにプラズマが開口１２ａの周囲に当たったりしなくなる。

しかも、ガイド１１には、プラズマ流をワークＷの処理対象面１２に誘導する誘導片１１ａを設けているので、この誘導片１１ａも機能してプラズマの飛散を防止できる。
また、吸引手段Ｖの吸引口１３の開口径は、上記内面１２の内径に等しいか、それよりもわずかに大きいのが理想的である。なぜなら、上記開口径が大きすぎると、吸引手段Ｖの吸引力が、外気を吸引するために消費され、プラズマ流に対する吸引力が弱くなるからである。

いずれにしても、噴出口１０から噴出されたプラズマ流は、上記開口１２ａ，１２ｂ間に行き渡るので、パイプの内面である処理対象面１２の全面が改質処理される。
また、プラズマ生成過程で生成される窒素酸化物やオゾンも噴出口１０から噴出されるが、それらは吸引手段Ｖで吸引される。ただし、窒素酸化物やオゾンは比重が大きいので、特に、吸引手段Ｖの吸引力を大きくしなくても、最終的には吸引口１３側に沈んで吸引手段Ｖに吸引される。しかし、この実施形態では吸引手段Ｖの吸引力で窒素酸化物やオゾンを積極的に吸引するようにしている。

したがって、上記した第１実施形態は、噴出口１０から噴出されたプラズマ流を処理対象面１２に沿って吸引するとともに、このプラズマ流を一方の開口１２ａから他方の開口１２ｂまで誘導する吸引力を備えた吸引手段Ｖを備えることによって、処理対象面１２の全面を一度に改質処理すると同時に、窒素酸化物やオゾンを積極的に吸引する点に特徴を有する。
また、処理対象面１２以外の不必要な部分まで、表面処理させないようにした点も特徴の１つである。言い換えると、処理対象面１２に対するプラズマ流のコントロールが可能になった点が特徴となる。

なお、第１実施形態におけるワークＷの処理対象面１２は、プラズマ流を誘導するガイドとしても機能する。言い換えると、ワークＷの処理対象面１２をガイドとして機能させた点にも特徴を有する。

図２に示した第２実施形態は、一対のプレートをワークＷ１，Ｗ２とするとともに、これらワークＷ１，Ｗ２を上記第１実施形態と同じ移動可能領域Ｅにおいて間隔を保って対向させ、その対向面を処理対象面１４，１５にした点が第１実施形態と異なり、それ以外は第１実施形態と同じである。

すなわち、この第２実施形態においても、一対の電極を備えたケースＣに圧縮気体供給源Ｐを接続するとともに、ケースＣに設けた噴出口１０の周囲に、誘導片１１ａを備えたガイド１１を設けている。また、上記噴出口１０に対向する位置に、吸引口１３を開口させた吸引手段Ｖを設けるとともに、噴出口１０と吸引手段Ｖとの間に移動可能領域Ｅを設けている。

したがって、処理ガスを含むプラズマ流を、ワークＷ１，Ｗ２の対向間隔に供給して処理対象面１４，１５の全面を一度に改質処理するとともに、窒素酸化物やオゾンを同時に吸引できる。
なお、この第２実施形態においても、一対のワークＷの処理対象面１４，１５をガイドとして機能させるとともに、上記処理対象面１４，１５の下端を、この発明の処理対象面の端部ｎ１，ｎ２としている。

図３に示した第３実施形態は、処理対象面１６の面積が大きなプレートをワークＷとするとともに、ワークＷの側面も処理対象面１６とした場合の実施形態である。したがって、第３実施形態における処理対象面１６の端部ｎは、ワークＷの側面であって図３で示す下端に位置することになる。
そして、第３実施形態は、処理対象面１６の平面の面積に合わせて、ガイド１１と吸引口１３の開口面積を対応させるようにしたもので、その他は第１，２実施形態と同じである。

すなわち、この第３実施形態においても、一対の電極を備えたケースＣに圧縮気体供給源Ｐを接続するとともに、ケースＣに設けた噴出口１０の周囲に、誘導片１１ａを備えたガイド１１を設けている。また、上記噴出口１０と対向する側に、吸引口１３を開口させた吸引手段Ｖを設けるとともに、噴出口１０と吸引手段Ｖとの間に移動可能領域Ｅを設けている。

そして、上記ガイド１１は、図示のようにワークＷの処理対象面１６との間に所定の間隔を保つとともに、処理対象面１６の平面全部を覆っている。処理対象面１６の平面全部を覆うガイド１１の周囲には、プラズマ流を吸引口１３に向かって誘導する誘導片１１ａを設けている。この誘導片１１ａは、ワークＷの処理対象面１６に対してわずかに外側に位置するとともに、その内径を吸引口１３の内径とほとんど同じにしている。

したがって、吸引手段Ｖを駆動して吸引力を発揮させつつ、噴出口１０から処理ガスとともにプラズマ流を噴出すると、このプラズマ流は、噴出口１０からの噴出力と、吸引手段Ｖの吸引力の相乗効果によって、ガイド１１とワークＷの処理対象面１６との対向間隔に案内されて処理対象面１６上で四方に拡散しながら流れるとともに、その流れが誘導片１１ａに当たって吸引手段Ｖ方向に転換する。

このように誘導片１１ａで方向転換されたプラズマ流は、吸引手段Ｖの吸引力に引っ張られて吸引口１３に向かい、プラズマ生成過程で生成された窒素酸化物やオゾンとともに吸引手段Ｖに吸引される。
上記のことからも明らかなように、この第３実施形態では、ガイド１１とワークＷとの間を通るプラズマ流でワークＷの処理対象面１６が表面改質されるとともに、窒素酸化物やオゾンもプラズマ流にともなって吸引手段Ｖに吸引されることになる。
また、ワークＷのうち、プラズマ流が流れない裏面は表面処理されることはない。

図４に示した第４実施形態は、ワークＷをプレートにするとともに、その処理対象面１６をワークＷの一方の平面に限定した場合である。そして、ガイド１１はワークＷの上記処理対象面１６と対向して所定の間隔を維持し、ガイド１１と処理対象面１６との間に形成される上記間隔をプラズマ流の誘導路としている。

さらに、吸引手段Ｖの吸引口１３は、ワークＷの周囲と対向する部分を開口させるとともに、全体的にはドーナツ状にしたもので、上記誘導路からプラズマ流を直接吸引できるようにしている。
また、この第４実施形態では、ガイド１１と対向する下方側が、この発明の保持手段の移動可能領域Ｅとなる。

したがって、吸引口１３の下方から図示していないロボット等のワーク保持手段を上昇させて、所定の位置でワークＷをセットすることができる。
上記以外の構成は、第３実施形態と同じである。
すなわち、この第４実施形態においても、一対の電極を備えたケースＣに圧縮気体供給源Ｐを接続するとともに、ケースＣに設けた噴出口１０の周囲に、上記誘導片１１ａを備えたガイド１１を設けている。

上記のようにした第４実施形態では、吸引手段Ｖを駆動して吸引力を発揮させつつ、噴出口１０から処理ガスとともにプラズマ流を噴出すると、このプラズマ流は、噴出口１０からの噴出力と、吸引手段Ｖの吸引力の相乗効果によって、ガイド１１とワークＷの処理対象面１６との対向間隔に形成される誘導路に案内されて処理対象面１６上で四方に拡散しながら流れるとともに、この誘導路から、吸引口１３に直接吸引されることになる。

このように誘導片１１ａで方向転換されたプラズマ流は、吸引手段Ｖの吸引力に引っ張られて吸引口１３に向かい、プラズマ生成過程で生成された窒素酸化物やオゾンとともに吸引手段Ｖに吸引される。
そして、ガイド１１とワークＷとの間の誘導路を通るプラズマ流でワークＷの処理対象面１６が表面改質されるとともに、窒素酸化物やオゾンもプラズマ流にともなって吸引手段Ｖに吸引されることになる。なお、この第４実施形態においても、処理対象面１６の外周縁が、この発明における処理対象面の端部ｎになる。

図５に示した第５実施形態は、第４実施形態と同様に、ワークＷをプレートにするとともに、その処理対象面１９をワークＷの一方の平面に限定した場合である。そして、ガイド１１はワークＷの上記処理対象面１９のほぼ全面と対向して所定の間隔を維持し、ガイド１１と処理対象面１９との間に形成される上記間隔をプラズマ流の誘導路としている。

さらに、吸引手段Ｖの吸引口１３は、全体的には円形にするとともに、ワークＷの処理対象面１９の端部ｎと対向させたもので、上記誘導路に誘導されたプラズマ流を直接吸い上げるようにしたものである。
また、この第５実施形態では、ワークＷの下方側が、この発明の保持手段の移動可能領域Ｅとなり、第４実施形態と同様にロボット等のワーク保持手段を用いてワークＷを自動的にセットできる。

したがって、吸引手段Ｖを駆動して吸引力を発揮させつつ、噴出口１０から処理ガスとともにプラズマ流を噴出すると、このプラズマ流は、噴出口１０からの噴出力と、吸引手段Ｖの吸引力の相乗効果によって、ガイド１１とワークＷの処理対象面１９との対向間隔形成された誘導路に案内されて、処理対象面１９上で四方に拡散しながら流れるとともに、その流れが誘導片１１ａに当たって吸引口１３の方向に転換して、プラズマ生成過程で生成された窒素酸化物やオゾンとともに吸引手段Ｖに吸引される。

図６に示した第６実施形態は、ワークＷが注射器のシリンダのように小径部２０と大径部２１とを備え、その小径部２０の内面を処理対象面２２としたものである。
そして、上記大径部２１内には、棒状の搬送用治具２３を挿入し、表面処理工程において、ワークＷが搬送用治具２３とともに搬送されるようにしている。

上記のようにした搬送用治具２３は、その軸中心に沿って流通孔２４を形成し、この流通孔２４の一端を小径部２０内に接続させ、他端を各実施形態と同様の吸引口１３に接続している。

したがって、搬送用治具２３とともにワークＷを移動して、小径部２０とケースＣに設けた噴出口１０とを対応させるとともに搬送用治具２３の流通孔２４を吸引口１３に対応させて吸引手段Ｖを駆動すれば、噴出口１０から噴出されたプラズマ流は、噴出口１０からの噴出力と吸引手段Ｖの吸引力との相乗効果によって小径部２０内に導かれ、処理対象面２２が表面処理されることになる。

上記のように小径部２０内の処理対象面２２の表面処理が終了したら、搬送用治具２３とともにワークＷを次の工程に移動する。
なお、図６において、符号Ｐは圧縮気体供給源で、各実施形態と同様に圧縮気体である処理ガスをケースＣに供給するためのものである。

図７に示した第７実施形態は、搬送用治具２５を、第６実施形態と相違させたものである。すなわち、この第７実施形態の搬送用治具２５はキャップ状にしたもので、その凹部２５ａに大径部２１を嵌めて大径部２１の開口をふさぐようにしている。そして、この搬送用治具２５に形成した流通孔２６を吸引口１３に連通させている。

噴出口を固定しながら処理対象面を表面改質するプラズマトーチ方式の表面処理装置に適している。

Ｃ…ケース、１０…噴出口、Ｐ…圧縮気体供給源、１１…ガイド、１１ａ…誘導片、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２…ワーク、１２，１４〜１９，２２…処理対象面、Ｖ…吸引手段、Ｅ…移動可能領域、Ｆ…プラズマ流、ｎ…端部、２０…小径部、２１…大径部、２３，２５…搬送用治具、２４，２６…流通孔

Claims (6)

1. プラズマを生成するためのケースと、
   このケースに設けられるとともに、このケース内で生成されたプラズマを噴出する噴出口と、
   上記ケースに圧縮気体を供給する圧縮気体供給源とを備え、
   上記ケース内で生成されたプラズマが、圧縮気体とともにプラズマ流として上記噴出口からワークの処理対象面側に噴出され、この噴出されたプラズマ流で上記処理対象面を改質する表面処理装置であって、
   上記噴出口から噴出されたプラズマ流を上記処理対象面に沿って吸引するとともに、このプラズマ流を上記処理対象面の端部まで誘導する吸引力が備えられた吸引手段が設けられてなる表面処理装置。
2. 上記ワークを上記噴出口に対向させるための、ロボット等のワーク保持手段の移動可能領域が確保された請求項１に記載された表面処理装置。
3. 上記噴出口から噴出されたプラズマ流を、上記ワークの上記処理対象面に沿う方向に導くガイドが設けられるとともに、上記吸引手段の吸引口が、上記処理対象面の端部に対応する位置に設けられた請求項１又は２に記載された表面処理装置。
4. 上記処理対象面が筒の内面もしくは一対のプレートの対向面であって、上記プレートの内面もしくは上記プレートの対向面を、上記処理対象面に沿った上記ガイドとして機能させた請求項３に記載された表面処理装置。
5. 上記ワークは、小径部と大径部とが設けられ、その小径部の内面が上記処理対象面であって、大径部が吸引手段に接続された請求項４に記載された表面処理装置。
6. 搬送用治具が備えられ、
   この搬送用治具で上記大径部をふさぐ一方、
   上記搬送用治具には流通孔が形成され、この流通孔の一端を上記小径部に接続し、他端を上記吸引手段に接続した請求項５に記載の表面処理装置。

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