JP2019067610A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ワークを保持する保持部と、電極部と、を備え、前記電極部は、少なくとも前記ワークの有する孔の内部において、前記孔の内壁面の少なくとも一部に対して径方向に対向する、プラズマ処理装置。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

従来、大気圧下でプラズマを発生させる技術が開発されており、近年、様々な形状のワークに対するプラズマを用いた処理が行われている。

例えば、特許文献１には、大気圧下でプラズマを発生させるプラズマ処理装置の一例が開示されている。このプラズマ処理装置では、放電空間としての筒状空間を有する。筒状空間の内圧は、大気圧である。処理ガス供給源からの処理ガスが筒状空間に導入される。電源から電極に電圧を供給することで、筒状空間内部に大気圧下での放電が形成される。これにより、筒状空間に導入された処理ガスがプラズマ化される。プラズマ化された処理ガスが、筒状空間からワークへ向けて吹き出され、ワークの表面に接触する。これにより、所望の表面処理を行うことができる。

上記特許文献１のプラズマ処理装置は、ワークから離れた空間でプラズマを発生させ、プラズマをワークへ移送して、ワークにおける所望の処理を行う所謂リモート方式の装置である。

特開２００９−２７２１６５号公報

ここで、一般に金属ワークに対して孔を開ける加工を行った場合、切削油が孔の内壁面に付着、残留する。残留した切削油は、洗浄液等での除去が行われるものの、特に穴径が小さい場合に十分な洗浄効果を得られず、切削油が残留する場合がある。この場合、洗浄後の孔に接着剤によって部材を固定するとき、切削油による表面汚染により濡れ性が低下し、十分な接着強度を得ることができない虞がある。

そこで、この切削油による表面汚染をプラズマ処理によって除去することが期待される。しかしながら、上記特許文献１のようなリモート方式のプラズマ処理装置を用いた場合、プラズマによる活性種の孔への導入に関して問題があり、ワークの孔のプラズマ処理を効率的に行うことが難しい状況であった。

上記状況に鑑み、本発明は、ワークの孔に対してプラズマ処理を効率的に行うことが可能となるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

本発明の例示的なプラズマ処理装置は、ワークを保持する保持部と、電極部と、を備え、前記電極部は、少なくとも前記ワークの有する孔の内部において、前記孔の内壁面の少なくとも一部に対して径方向に対向する構成としている。

本発明の例示的なプラズマ処理装置によれば、ワークの孔に対してプラズマ処理を効率的に行うことが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る保持部と電極部に関する構成を示す縦断面図である。 図３Ａは、図２で示した保持部に対してワークをセットした状態を示す図である。 図３Ｂは、ワークの斜視図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る保持部と電極部に関する構成を示す縦断面図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係る保持部と電極部に関する構成を示す縦断面図である。 図６は、本発明の第４実施形態に係る電極部をワークの上方から視た平面図である。 図７は、本発明の第５実施形態に係る保持部と電極部に関する構成を示す縦断面図である。 図８は、本発明の第６実施形態に係る保持部と電極部に関する構成を示す縦断面図である。 図９は、図８に示す構成においてワークをワークホルダに対して保持させた状態の構成を示す図である。 図１０は、本発明の第７実施形態に係る保持部と電極部に関する構成を示す縦断面図である。 図１１は、本発明の第８実施形態に係る保持部と電極部に関する構成を示す縦断面図である。

以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下において、中心軸Ｃの延びる方向を「軸方向」と称し、軸方向のＸ１側を「上側」、軸方向のＸ２側を「下側」とする。また、中心軸周りの方向を「周方向」、中心軸の径方向を「径方向」と称する。

＜プラズマ処理装置の全体構成＞
まず、本発明の例示的な実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０の全体構成を概略的に示す図である。

図１に示すプラズマ処理装置１０は、大気圧下でプラズマを発生させ、被処理物である金属製のワーク１に対してプラズマ処理を行う装置である。より具体的には、ワーク１に設けられた貫通孔（図１で不図示）に対してプラズマ処理を行う。プラズマ処理装置１０は、保持部２と、電極部３と、高圧電源部４と、タイマー５と、イジェクタ６と、空気供給部７と、流量計８と、ＣＣＤカメラ９と、を備える。

保持部２は、ワーク１を保持する。後述するように、保持部２は、ワーク１とともに半密閉空間を形成する。電極部３は、保持部２に対して位置決めされており、ワーク１を保持部２に保持させた状態で、ワーク１の貫通孔内部に電極部３が挿入された状態となる。

高圧電源部４は、高周波である高電圧を電極部３に印加する。すなわち、電極部３には、交流電圧が印加される。一方、保持部２にグランド電位が印加されることで、金属製のワーク１には保持部２を介してグランド電位が印加される。貫通孔には処理ガスが導かれるので、貫通孔内部において放電が発生して、プラズマが発生する。電極部３と高圧電源部４とからプラズマ発生部が構成される。

高圧電源部４が印加する電圧の周波数は、例えば、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚである。高圧電源部４が印加する電圧の波形は、パルス波形が望ましいが、その他にも正弦波、矩形波等でもよく、大気圧プラズマ放電で用いられる公知の波形を用いればよい。また、高圧電源部４が印加する電圧は、例えば５ｋＶｐｐ〜２０ｋＶｐｐであり、電極部３と貫通孔との間のギャップ等によって適宜設定される。

タイマー５は、高圧電源部４より電極部３に電圧を印加する時間を計測する。すなわち、タイマー５によって、ワーク１に対してプラズマ処理を行う処理時間を制御できる。

イジェクタ６は、保持部２の排気口に接続される負圧発生器である。イジェクタ６は、空気供給部７から供給される空気の高速な気流を生成することで、ベンチュリー効果により、当該気流と直交する方向に負圧を生成する。イジェクタ６により負圧が生成されることで、保持部２の内部空間におけるガスが排気される。すなわち、イジェクタ６は、排気部として機能する。なお、イジェクタ６の代わりに例えば真空ポンプを採用してもよい。

流量計８は、保持部２の排気口とイジェクタ６との間の流路中に配置される。流量計８は、上記流路を流れるガス流の流量を計測する。ＣＣＤカメラ９は、ワーク１の貫通孔内部で発生するプラズマの発光状態を撮像する。

＜保持部および電極部の実施形態＞
＜＜第１実施形態＞＞
以下、上記で説明したプラズマ処理装置１０における保持部２および電極部３の具体的な構成の各実施形態について述べる。なお、以下の実施形態の変形例によっては図１において保持部、電極部、およびワーク等の符号は適宜変更される。ここでは、第１実施形態について図２、図３Ａ、および図３Ｂを用いて述べる。

図２は、第１実施形態に係る保持部２と電極部３に関する構成を示す縦断面図である。図２に示すように、保持部２は、ワークホルダ２１と、ハウジング２２と、を有する。ワークホルダ２１は、略円柱状であり、開口部２１１を有する。開口部２１１は、中心軸Ｃを中心として軸方向に貫通して形成される。ワークホルダ２１は、金属製であり、グランド電位を印加される。

ハウジング２２は、上方が開口した円筒状であり、保持部２を下側から支持する。ワークホルダ２１とハウジング２２とに囲まれて内部空間２Ｓが形成される。すなわち、保持部２は、内部空間２Ｓを有する。また、ハウジング２２の側面には、排気口２２１が形成される。

電極部３は、中心軸Ｃを中心として軸方向に延びる。電極部３は、上方に円柱部３１を有する。円柱部３１の外周面全体は、絶縁材１５により被覆される。すなわち、絶縁材１５は、円筒状である。絶縁材１５は、アルミナ、ジルコニアなどのセラミック材料、または快削性セラミックなどが好適に使用される。

円柱部３１および絶縁材１５はともに、開口部２１１の下側から開口部２１１の上側まで貫通する。

図３Ａは、図２で示した保持部２に対してワーク１をセットした状態を示す図である。この状態で、ワーク１と保持部２により半密閉空間が形成される。また、図３Ｂは、ワーク１の斜視図である。ワーク１は、略円柱状の基体１１と、基体１１の下方に位置する円柱状の突部１２と、基体１１の外周面上端部から径方向外側に突出して環状に形成される鍔部１３と、を有する金属部材である。

また、ワーク１は、凹部１Ａ、凹部１Ｂ、および軸方向に貫通する貫通孔１Ｃを有する。円柱状の凹部１Ａの上端位置は、鍔部１３の上端位置と一致する。円柱状の凹部１Ｂは、凹部１Ａの下方に凹部１Ａと連続して配置される。円柱状の貫通孔１Ｃは、凹部１Ｂの下方に凹部１Ｂと連続して配置される。すなわち、凹部１Ａ、凹部１Ｂ、および貫通孔１Ｃは、互いに連通する。

基部１１は、下端において円環状の面である円環面１１１を有する。突部１２は、円環面１１１の径方向内側から下方へ突出する。円環面１１１がワークホルダ２１の上端面の上に載置されることにより、ワーク１は保持部２に保持される。このとき、突部１２は、開口部２１１に嵌合する。

開口部２１１の軸方向に延びる内壁面である接触内壁面２１１Ａは、突部１２の外周面である接触外周面１２１と接触可能に配置され、軸方向に垂直な平面上におけるワーク１の移動を阻止する。

円柱部３１および絶縁材１５はともに、貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの上側まで貫通孔１Ｃを貫通する。すなわち、円柱部３１および絶縁材１５はともに、貫通孔１Ｃの内壁面の軸方向全体および周方向全体に対して対向する。換言すると、電極部３は、ワーク１の有する貫通孔１Ｃの内部において、貫通孔１Ｃの内壁面の全体に対して径方向に対向する。このとき、ワーク１の有する貫通口１Ｃの内壁面と絶縁材１５との距離、すなわち放電ギャップは周方向全体に均等に保たれていることが望ましく、概ね１ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍから０．７ｍｍに設定する。これによりプラズマは大気圧下においても安定的に放電が維持できる。なお、距離が不均一である場合は距離が短い部位にプラズマが集中してしまうためにプラズマ処理性能が不均一となる。

排気口２２１に接続されたイジェクタ６（図１）により内部空間２Ｓにおけるガスが排気口２２１から外部へ排気されると、内部空間２Ａ内部は負圧となる。貫通孔１Ｃより上側は、大気圧下での外気側となる。外気側から貫通孔１Ｃを通じて内部空間２Ｓへ流れるガス流が発生する。このガス流により、外気側から貫通孔１Ｃへ処理ガスが導かれる。本実施形態においては処理ガスは外気となるが、必要であれば図示しないガス供給手段により図３Ａ上方から所望のガスを噴射しても良い。例えば金属製ワークに付着した切削油などの残渣を除去する場合には窒素に対して酸素を微量に添加したガスであることが望ましいが、本発明ではガス種を限定しない。

金属製のワークホルダ２１にグランド電位が印加され、ワーク１はワークホルダ２１に接触するので、金属製のワーク１にはグランド電位が印加される。一方、電極部３には、高電圧電源部４により高周波の高電圧が印加される。円柱部３１と貫通孔１Ｃの内壁面との間のギャップは狭く、大気圧下において円柱部３１と上記内壁面との間で放電が発生し、絶縁材１５と上記内壁面との間のギャップで形成される空間においてプラズマが発生する。プラズマは、上記空間の軸方向全体および周方向全体において発生する。

このように、貫通孔１Ｃ内部で発生したプラズマにより直接、貫通孔１Ｃの内壁面を処理することができる。ここで、仮に上記特許文献１のようなリモート方式のプラズマ処理装置を用いて貫通孔を処理する場合、プラズマによる活性種が貫通孔の内壁面に当たることなくそのまま直進して外部へ抜け出す割合が高くなり、十分な処理を行うことができない虞がある。また、特に深さの長い貫通孔の場合は、貫通孔の奥へ行くほど活性種が失活してゆき、十分な処理が行えない虞がある。このように、リモート方式ではワークの貫通孔のプラズマ処理を効率的に行うことが難しい状況であったが、本実施形態であれば、直接、貫通孔１Ｃの内壁面を処理するので、プラズマ処理を効率的に行うことができる。

例えば、ワーク１に対して貫通孔１Ｃを形成した場合に、貫通孔１Ｃの内壁面に残留した切削油をプラズマ処理により除去することができる。これにより、貫通孔１Ｃの濡れ性を向上させ、貫通孔１Ｃに対して接着剤により部材を固定する際の接着強度を向上できる。なお、貫通孔に対するプラズマ処理は上記のような残留する切削油の除去用途に限らず、例えば、適切な材料ガスを導入して貫通孔の内壁面に薄膜を形成することに用いてもよい。

また、上記ガス流を発生させることにより、貫通孔１Ｃ内部で処理ガスをプラズマ化することで発生するガス（例えば窒素酸化物、オゾン等）の外気側への漏洩を抑制することができる。外気側へのガスの漏洩を防止するためには、概ね１ｍ／秒以上程度の流速を形成すればよい。また、上記放電ギャップは一般に１ｍｍ以下程度と狭いため、放電ギャップを通過する際の流路抵抗が大きくなるために内部空間２Ｓでは負圧が生じ易い。従って、外気との差圧が形成できるために、ワーク１はワークホルダ２１に押し当てられて保持され、ワーク１のばたつきを抑制することもできる。

特に、絶縁材１５と貫通孔１Ｃとの間のギャップを狭くすれば、当該ギャップにより形成される空間の断面積を小さくし、同一の流量であっても当該空間を通るガス流の流速を高速化できる。これにより、上記所定のガスの外気側への漏洩をより抑制することができる。この場合、ガス流が高速化するが、先述のようにワーク１はワークホルダ２１に押し当てられるので、ワーク１のばたつきは抑制される。

円柱部３１の貫通孔１Ｃの内壁面と対向する部分は、絶縁材１５により被覆される。これにより、所謂誘電体バリア放電を行うことができ、円柱部３１と貫通孔１Ｃの内壁面との間のギャップを狭くしても、大気圧下での放電を安定化することができる。また、絶縁材１５と貫通孔１Ｃの内壁面との間のギャップが狭いことにより、ガス流の流速を高速化できる。なお、絶縁材１５を設けることは必須ではない。

電極部３は、貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの上側まで貫通孔１Ｃを貫通する。すなわち、電極部３は、貫通孔１Ｃの両開口端部より外側へ突出する。なお、貫通孔１Ｃ内部が内側、貫通孔１Ｃ外部が外側である。これにより、貫通孔１Ｃの両開口端部におけるプラズマの生成を安定化することができる。

また、円柱部３１が貫通孔１Ｃの内壁面と対向する。すなわち、電極部３の上記内壁面と対向する部分の外周面は、軸方向視において円形である。これにより、貫通孔１Ｃの軸方向視において円形である内壁面と、電極部３との間のギャップを周方向に均一化することができる。従って、貫通孔１Ｃの内壁面の処理を均一化することができる。

また、電極部３の貫通孔１Ｃの内壁面と対向する部分は、円柱部３１により構成されるので、貫通孔１Ｃの径が小さい場合でも電極部３を成型することは容易となる。

また、電極部３は、ワーク１にグランド電位が印加された状態で、高電圧電源部４により高電圧が印加される。これにより、電極部３よりも外側に位置して人が接触し易いワーク１側をグランド電位とすることができ、安全性を向上させることができる。なお、プラズマを発生させるには、ワーク１側に高電圧を印加し、電極部３側にグランド電位を印加してもよい。

また、ワーク１をワークホルダ２１にセットすることで、接触外周面１２１および接触内壁面２１１Ａにより、ワーク１はワークホルダ２１に対して軸方向に垂直な平面上における位置決めがなされる。ワークホルダ２１と電極部３との位置関係は予め決定されるので、ワーク１のセットによりワーク１と電極部３との位置関係も規定される。これにより、貫通孔１Ｃと電極部３の内壁面との間のギャップの管理が容易となる。ギャップの管理により、貫通孔１Ｃの内壁面のプラズマ処理を均一化することができる。また、ワーク１は、ワークホルダ２１に対して軸方向に着脱することができる。

また、排気口２２１とイジェクタ６との間の流路上に流量計８を配置するので、排気口２２１から外部へ排気されるガス流の流量を測定することができる。これにより、ワーク１のワークホルダ２１への差圧による固定状態の異常を検知することが可能となる。

また、ＣＣＤカメラ９は、電極部３およびワーク１の上方に配置され、絶縁材１５と貫通孔１Ｃの内壁面との間に発生するプラズマの発光状態をＣＣＤカメラ９により撮像することができる。これにより、例えばプラズマの発生状態の異常を検知することができる。

＜＜第２実施形態＞＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る保持部２と電極部３０１に関する構成を示す縦断面図である。本実施形態に係る構成の第１実施形態（図３Ａ）に係る構成との相違点は、電極部３０１である。

電極部３０１は、円柱部３０１Ａを有する。円柱部３０１Ａは、ワーク１の貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの軸方向途中まで軸方向に延びて配置される。すなわち、円柱部３０１Ａは、貫通孔１Ｃの内部において、貫通孔１Ｃの内壁面と軸方向一部および周方向全体において対向する。換言すると、電極部３０１は、貫通孔１Ｃの内部において、貫通孔１Ｃの内壁面の一部に対して径方向に対向する。

また、絶縁材１５は、円柱部３０１Ａの外周面を被覆し、貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの上側まで軸方向に貫通して配置される。すなわち、絶縁材１５Ｃは、貫通孔１Ｃの内部において、貫通孔１Ｃの内壁面と軸方向全体および周方向全体において対向する。

これにより、電極部３０１に高周波の高電圧を印加することで、貫通孔１Ｃ内部において円柱部３０１Ａと貫通孔１Ｃの内壁面とが対向する、絶縁材１５と上記内壁面との間の空間Ｓ１内にプラズマが発生する。空間Ｓ１は、絶縁材１５と上記内壁面との間のギャップから構成される空間の一部である。

このような本実施形態によれば、空間Ｓ１に発生するプラズマにより直接、貫通孔１Ｃの内壁面の一部を選択的に処理することが可能となる。例えば上記貫通孔１Ｃに対して接着剤により部材を固定する場合に、貫通口１Ｃの一部に接着剤を使用する場合は本実施形態に従って接着剤を塗布する部位にのみ選択的にプラズマ処理を施しても良い。これによってプラズマ処理時の放電電力を抑えることが可能となる。本実施形態では、その他の効果も第１実施形態と同様に享受できる。

＜＜第３実施形態＞＞
図５は、本発明の第３実施形態に係る保持部２と電極部３０１に関する構成を示す縦断面図である。本実施形態は、第２実施形態の変形例であり、第２実施形態との構成上の相違点は、円柱部３０１Ａの外周面を被覆する絶縁材１５１である。

絶縁材１５１は、貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの軸方向途中まで軸方向に延びて配置される。すなわち、絶縁材１５１は、貫通孔１Ｃの内部において、貫通孔１Ｃの内壁面と軸方向一部および周方向全体において対向する。

これにより、第２実施形態と同様に、貫通孔１Ｃ内部において円柱部３０１Ａと貫通孔１Ｃの内壁面とが対向する、絶縁材１５１と上記内壁面との間の空間Ｓ１内にプラズマが発生する。

このような本実施形態によれば、空間Ｓ１に発生するプラズマにより直接、貫通孔１Ｃの内壁面の一部を処理することが可能となり、プラズマ処理の効率が向上する。本実施形態では、その他の効果も第１実施形態と同様に享受できる。

＜＜第４実施形態＞＞
図６は、本発明の第４実施形態に係る電極部３０２をワーク１の上方から視た平面図である。電極部３０２は、円柱部３０２Ａと、突出部３０２Ｂと、を有する。

円柱部３０２Ａは、軸方向に延び、ワーク１の貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの上側まで貫通する。なお、円柱部３０２Ａは、貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの軸方向途中まで延びてもよい。

四つの突出部３０２Ｂは、円柱部３０２Ａの外周面から径方向外側へ突出し、周方向に等間隔で配置される。例えば、突出部３０２Ｂは、円柱部３０２Ａの軸方向全体に対して軸方向に延びて形成される。これにより、突出部３０２Ｂは、貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの上側まで貫通するか、または、貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの軸方向途中まで配置される。換言すると、電極部３０２は、貫通孔１Ｃの内部において、貫通孔１Ｃの内壁面の一部に対して径方向に対向する。

絶縁材１５２は、電極部３０２を被覆して配置される。絶縁材１５２は、円筒状で軸方向に延びる。絶縁材１５２の内周面は、突出部３０２Ｂの円弧状の外周面と接触する。例えば、絶縁材１５２は、突出部３０２Ｂの軸方向全体に対して配置される。これにより、絶縁材１５２は、貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの上側まで貫通するか、または、貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの軸方向途中まで配置される。

電極部３０２に高周波の高電圧を印加することで、貫通孔１Ｃ内部において突出部３０２Ｂと貫通孔１Ｃの内壁面とが対向する、絶縁材１５２と上記内壁面との間の空間Ｓ２内にプラズマが発生する。突出部３０２Ｂが貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの上側まで貫通する場合、空間Ｓ２は、絶縁材１５２と上記内壁面との間のギャップから構成される空間の周方向一部および軸方向全体である。また、突出部３０２Ｂが貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの軸方向途中まで配置される場合、空間Ｓ２は、絶縁材１５２と上記内壁面との間のギャップから構成される空間の周方向一部および軸方向一部である。

このような本実施形態によれば、空間Ｓ２に発生するプラズマにより直接、貫通孔１Ｃの内壁面の一部を処理することが可能となり、プラズマ処理の効率が向上する。本実施形態では、その他の効果も第１実施形態と同様に享受できる。

＜＜第５実施形態＞＞
図７は、本発明の第５実施形態に係る保持部２と電極部３０３に関する構成を示す縦断面図である。本実施形態は、第１実施形態（図３Ａ）の変形例であり、第１実施形態との構成上の相違点は、電極部３０３と絶縁材１５３である。

絶縁材１５３は、軸方向に延びる円筒状であり、ワーク１の貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの上側まで貫通する。電極部３０３は、絶縁材１５３の内周面に形成される金属膜として構成される。電極部３０３は、絶縁材１５３の内周面における周方向全体および軸方向全体を被覆する。換言すると、電極部３０３は、ワーク１の有する貫通孔１Ｃの内部において、貫通孔１Ｃの内壁面の全体に対して径方向に対向する。

このような構成によれば、電極部３０３に高周波の高電圧を印加することで、貫通孔１Ｃ内部において電極部３０３と貫通孔１Ｃの内壁面とが対向する、絶縁材１５３と上記内壁面との間の空間内にプラズマが発生する。発生したプラズマにより直接、貫通孔１Ｃの内壁面を処理することができる。本実施形態では、第１実施形態のように径方向内部まで金属が充填された電極部を必ずしも用いる必要はない。

なお、電極部３０３および絶縁材１５３は、貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの軸方向途中まで配置されてもよい。この場合、貫通孔１Ｃの内壁面の一部をプラズマ処理することができる。

＜＜第６実施形態＞＞
図８は、本発明の第６実施形態に係る保持部２０１と電極部３０４に関する構成を示す縦断面図である。本実施形態は、後述するように絶縁材で構成されるワークを処理対象とする場合の実施形態である。

保持部２０１は、ワークホルダ２３と、ハウジング２４と、を有する。ワークホルダ２３は、ハウジング２４の上側に配置される。ワークホルダ２３は、金属部２３１と、台部２３２と、を有する。

台部２３２は、ハウジング２４上に固定される。金属部２３１は、台部２３２上に固定される。金属部２３１は、軸方向に延びる略円筒状であり、軸方向に貫通する開口部２３１Ａを有する。台部２３２は、樹脂製であり、絶縁性を有する。台部２３２は、略円板状であり、軸方向に貫通する開口部２３２Ａを有する。開口部２３２Ａは、開口部２３１Ａの下側に位置し、開口部２３１Ａと連通する。

電極部３０４は、軸方向に延びる円柱状であり、開口部２３２Ａの下側から開口部２３１Ａの上側まで貫通する。絶縁材１５４は、電極部３０４の外周面全体を被覆する。

このような図８に示す構成において、ワーク１０１をワークホルダ２３に対して保持させた状態の構成を図９に示す。ワーク１０１は、樹脂材であり、絶縁性を有する。ワーク１０１は、軸方向に延びる円筒状であり、軸方向に貫通する貫通孔１０１Ａを有する。ワーク１０１は、ワーク１０１の外周面１０１Ｂが開口部２３１Ａの外周面と接触して、金属部２３１に保持される。

開口部２３２Ａの径は、開口部２３１Ａの径よりも小さいので、ワーク１０１の下面を台部２３２の上面に載置させることができる。電極部３０４および絶縁材１５４は、開口部２３２Ａを貫通するとともに、貫通孔１０１Ａを貫通する。電極部３０４は、貫通孔１０１Ａの内部において、貫通孔１０１Ａの内壁面全体に対して径方向に対向する。

ワーク１０１と保持部２０１とによって、半密閉空間が形成される。貫通孔１０１Ａより上方が外気側となる。大気圧下において外気側より処理ガスが貫通孔１０１Ａ内部に導入される。ハウジング２４の有する排気口２４１から内部空間２Ｓ内部のガスを排気することにより、内部空間２Ｓ内は負圧となる。これにより、外気側から貫通孔１０１Ａ、開口部２３２Ａを介して内部空間２Ｓへ流れるガス流が生じる。

電極部３０４には高電圧電源部４により高周波の高電圧が印加され、金属部２３１にはグランド電位が印加される。これにより、電極部３０４と金属部２３１との間で絶縁材１５４および絶縁材であるワーク１０１を介した誘電体バリア放電が行われる。従って、絶縁材１５４と貫通孔１０１Ａの内壁面との間に形成される空間においてプラズマが発生する。発生したプラズマにより、貫通孔１０１Ａの内壁面を直接、処理することができる。このように本実施形態では、絶縁材であるワーク１０１に対してプラズマ処理を効率的に行うことができる。

また、ワーク１０１と電極部３０４との間のギャップを狭くして、上記ガス流の流速を高速化できる。これにより、プラズマにより生じる所定のガスが外気側へ漏洩することを抑制できる。また、ガス流が高速化しても、外気と負圧との差圧によってワーク１０１は台部２３２に押し付けられて固定されるので、ワーク１０１のばたつきは抑制される。

また、台部２３２は絶縁材で構成されるので、台部２３２と電極部３０４との間で不要な放電が生じることを抑制できる。

なお、本実施形態において、電極部３０４および絶縁材１５４は、貫通孔１０１Ａの下側から貫通孔１０１Ａの軸方向途中まで延びてもよい。この場合、貫通孔１０１Ａの内壁面の一部をプラズマ処理することができる。

また、絶縁材１５４は必須ではなく、絶縁材１５４を設けなくとも、絶縁材であるワーク１０１により誘電体バリア放電は可能である。

＜＜第７実施形態＞＞
図１０は、本発明の第７実施形態に係る保持部２０２と電極部３に関する構成を示す縦断面図である。本実施形態では、ワーク１は第１実施形態と上下方向を逆として保持部２０２に保持される。

保持部２０２は、ワークホルダ２５と、ハウジング２２と、を有する。ワークホルダ２５は、軸方向に貫通する開口部２５１を有する。ワークホルダ２５は、上方に軸方向視で円環状の載置面２５Ａを有するとともに、載置面２５Ａの径方向内側縁から上側へ突出する円環突部２５２を有する。円環突部２５２の外周面は、軸方向に延びる接触外壁面２５Ｂとなる。

ワーク１は、第１実施形態と上下方向が逆とされるので、貫通孔１Ｃより下側に凹部１Ｂが位置し、凹部１Ｂより下側に凹部１Ａが位置する。凹部１Ｂの外周面は、ワーク１の接触内周面１１３となる。ワーク１は、接触外壁面２５Ｂが接触内周面１１３と接触可能に配置され、載置面２５Ａ上に載置される。これにより、ワーク１は、軸方向に垂直な平面上における移動を阻止される。

ワーク１がワークホルダ２５に保持された状態で、電極部３の円柱部３１は、ワーク１の貫通孔１Ｃの下側から貫通孔１Ｃの上側まで貫通する。換言すると、電極部３は、ワーク１の有する貫通孔１Ｃの内部において、貫通孔１Ｃの内壁面の全体に対して径方向に対向する。絶縁材１５は、円柱部３１の外周面全体を被覆する。

貫通孔１Ｃの上方が外気側となる。ハウジング２２の排気口２２１から内部空間２Ｓ内部のガスを排気することで、内部空間２Ｓ内が負圧となる。これにより、外気側から貫通孔１Ｃ、開口部２５１を介して内部空間２Ｓへ流れるガス流が生じる。ワークホルダ２５は、金属製であり、グランド電位が印加される。従って、ワーク１は、ワークホルダ２５を介してグランド電位を印加される。電極部３に高周波の高電圧を印加することで、円柱部３１と貫通孔１Ｃの内壁面との間のギャップにおいて放電が生じ、絶縁材１５と上記内壁面との間の空間においてプラズマが発生する。発生したプラズマにより、上記内壁面を直接、処理することができる。外気と負圧との差圧によって、ワーク１は、ワークホルダ２５に押し付けられて固定される。

＜＜第８実施形態＞＞
以上説明した実施形態では、プラズマ処理の対象は貫通孔であったが、本発明では、処理対象は貫通していない止め孔でもよい。図１１は、本発明の第８実施形態に係る保持部２と電極部３に関する構成を示す縦断面図である。本実施形態では、ワーク１００をワークホルダ２１に保持させる。

ワーク１００は、止め孔１００Ａを有する。止め孔１００Ａは、上端の止め部１００Ａ１と、止め部１００Ａ１から下方へ軸方向に延びる内壁面１００Ａ２を有し、下方に開口する。すなわち、止め孔１００Ａは、貫通しない孔である。止め孔１００Ａ内部に電極部３の円柱部３１の先端部および絶縁材１５の先端部が配置される。円柱部３１の上端および絶縁材１５の上端と、止め部１００Ａ１との間にはギャップが設けられる。円柱部３１および絶縁材１５は、内壁面１００Ａ２の一部と径方向に対向する。

ワーク１００にグランド電位が印加され、電極部３に高周波である高電圧が印加されることにより、絶縁材１５と内壁面１００Ａ２との間のギャップにプラズマが発生し、発生したプラズマにより内壁面１００Ａ２が処理される。

このように、貫通しない孔である止め孔１００Ａの内壁面を効率的にプラズマ処理することが可能となる。

＜本実施形態による作用効果＞
以上のように、本実施形態に係るプラズマ処理装置（１０）は、ワーク（１等）を保持する保持部（２等）と、電極部（３等）と、を備える。前記電極部は、少なくとも前記ワークの有する孔（１Ｃ等）の内部において、前記孔の内壁面の少なくとも一部に対して径方向に対向する。

このような構成によれば、電極部に所定の電圧を印加することで、大気圧下においてワークと電極部との間にプラズマを発生させることができる。これにより、発生されたプラズマと接触する孔の内壁面を処理することができる。これにより、リモート方式に比べ、孔の内壁面を高速に処理することができる。

また、前記孔は、貫通孔（１Ｃ等）であり、前記電極部（３等）は、前記貫通孔の両開口端部より外側へ突出する。これにより、貫通孔の両開口端部におけるプラズマ生成を安定化することができる。

また、前記電極部（３等）の少なくとも前記内壁面と対向する部分の外周面は、軸方向視において円形である。これにより、軸方向視において円形の孔の内壁面と、電極部との間のギャップを周方向に均一化することが可能となり、孔の内壁面の処理を均一化することができる。

また、前記電極部（３等）は、円柱部（３１等）を有し、前記電極部の少なくとも前記内壁面と対向する部分は、前記円柱部に含まれる。これにより、孔が小さい場合でも、電極部の成型が容易となる。

また、前記電極部（３等）は、前記ワーク（１等）にグランド電位が印加された状態で、交流電圧が印加される。これにより、電極部よりも外側に位置して人が接触し易いワーク側をグランド電位とすることができるので、安全性を向上させることができる。

また、前記保持部（２等）は、接地される金属部（２１等）を有し、前記ワークは、前記金属部に接触可能である。これにより、金属製のワークを保持部に設置することで、金属部を介してワークにグランド電位を印加することができる。

また、前記保持部（２０１）は、絶縁材で構成される前記ワーク（１０１）を保持する際に前記ワークの外周面に接触する金属部（２３１）を有する。これにより、絶縁材で構成されるワークと電極部との間で誘電体バリア放電を行うことができる。

また、前記保持部（２０１）は、前記金属部（２３１）の下方に位置して前記ワーク（１０１）を載置可能な台部（２３２）を有する。前記台部は、絶縁材から構成され、開口部（２３２Ａ）を有し、前記電極部（３０４）は、前記開口部を貫通する。これにより、台部と電極部との間で不要な放電が生じることが抑制される。

＜その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。

本発明は、例えば、ワークの貫通孔に付着した切削油のプラズマ処理に利用することができる。

１・・・ワーク、１１・・・基体、１２・・・突部、１３・・・鍔部、１Ａ・・・凹部、１Ｂ・・・凹部、１Ｃ・・・貫通孔、２・・・保持部、３・・・電極部、４・・・高圧電源部、５・・・タイマー、６・・・イジェクタ、７・・・空気供給部、８・・・流量計、９・・・ＣＣＤカメラ、１０・・・プラズマ処理装置、１５・・・絶縁材、２１・・・ワークホルダ、２２・・・ハウジング、２２１・・・排気口、３１・・・円柱部、３０１・・・電極部、３０１Ａ・・・円柱部、１５１・・・絶縁材、３０２・・・電極部、３０２Ａ・・・円柱部、３０２Ｂ・・・突出部、１５２・・・絶縁材、３０３・・・電極部、１５３・・・絶縁材、２０１・・・保持部、２３・・・ワークホルダ、２３１・・・金属部、２３２・・・台部、３０４・・・電極部、１５４・・・絶縁材、２４・・・ハウジング、２４１・・・排気口、１０１・・・ワーク、１０１Ａ・・・貫通孔、２０２・・・保持部、２５・・・ワークホルダ、２５１・・・開口部、２５２・・・円環突部、２Ｓ・・・内部空間、１００・・・ワーク、１００Ａ・・・止め孔、Ｃ・・・中心軸

Claims (8)

1. ワークを保持する保持部と、
   電極部と、
   を備え、
   前記電極部は、少なくとも前記ワークの有する孔の内部において、前記孔の内壁面の少なくとも一部に対して径方向に対向する、
   プラズマ処理装置。
2. 前記孔は、貫通孔であり、
   前記電極部は、前記貫通孔の両開口端部より外側へ突出する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記電極部の少なくとも前記内壁面と対向する部分の外周面は、軸方向視において円形である、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記電極部は、円柱部を有し、
   前記電極部の少なくとも前記内壁面と対向する部分は、前記円柱部に含まれる、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記電極部は、前記ワークにグランド電位が印加された状態で、交流電圧が印加される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記保持部は、接地される金属部を有し、
   前記ワークは、前記金属部に接触可能である、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記保持部は、絶縁材で構成される前記ワークを保持する際に前記ワークの外周面に接触する金属部を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記保持部は、前記金属部の下方に位置して前記ワークを載置可能な台部を有し、
   前記台部は、絶縁材から構成され、開口部を有し、
   前記電極部は、前記開口部を貫通する、請求項７に記載のプラズマ処理装置。

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