JP2019067610A - プラズマ処理装置 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
<<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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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JP2017191131A JP2019067610A (ja) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | プラズマ処理装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2020202881A1 (ja) | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 日本電気株式会社 | 撮像装置、撮像方法、および撮像システム |
-
2017
- 2017-09-29 JP JP2017191131A patent/JP2019067610A/ja active Pending
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