JP2021041355A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続処理が可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】粉体等の処理対象に対して使用可能なプラズマ処理装置Ｅは、それぞれ異なる投入口１００及び取出口１０１を有する密閉可能な処理容器１０を備えている。プラズマ処理装置Ｅは、処理容器１０内の減圧及び処理容器１０内への気体の導入を行った雰囲気下で、投入口１００からの処理対象の投入、投入された処理対象の取出口１０１までの搬送、及び搬送された処理対象の取出口１０１からの取出を続けて行い、処理容器１０内に取り付けられたプラズマ発生部１５により、導入された気体のプラズマを発生させて、搬送されている処理対象に対して連続してプラズマ処理を行うことができる。また、連続したプラズマ処理中で処理対象の投入及び取出をすることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、処理対象を処理するプラズマ処理装置、及びそのようなプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法に関する。

粉体等の処理対象に対してプラズマ処理を行う装置が提案されている。例えば、特許文献１には、ガラス管内に充填した粉体に対してプラズマ処理を行う粉体表面処理装置が開示されている。

特開平０１−１９３３３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている粉体表面処理装置では、ガラス管内に粉体を充填し、充填した粉体に対してプラズマ処理を行った後、ガラス管から粉体を取り出すことになる。このような装置では、処理能力を向上させ難いという問題がある。また、表面改質等の様々な用途に対してプラズマ処理による様々な処理の要求は増加傾向にあり、処理能力の向上が求められている。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、プラズマ処理の能力向上が可能なプラズマ処理装置の提供を主たる目的とする。

また、本発明は、そのようなプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法の提供を他の目的とする。

上記課題を解決するため、本願記載のプラズマ処理装置は、それぞれ異なる投入口及び取出口を有し、内部の圧力を減圧調整可能な処理容器と、前記投入口から前記処理容器内に処理対象を続けて投入可能な投入部と、前記処理容器内で、前記投入口から続けて投入される処理対象を前記取出口まで搬送可能な搬送部と、前記取出口から処理対象を続けて取り出すことが可能な取出部と、前記処理容器内に気体を導入可能な気体導入部と、前記気体導入部から導入された気体から、前記処理容器内に減圧下でプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部とを備えることを特徴とする。

また、本願記載のプラズマ処理装置において、前記処理容器は、回転軸を有する回転体であり、前記投入口は、回転軸の一端側に形成されており、前記取出口は、回転軸の他端側に形成されており、前記気体導入部及びプラズマ発生部は、回転軸の一端側又は他端側に形成されており、前記搬送部は、前記処理容器の内側壁に形成された螺旋体であり、前記処理容器が、前記回転軸を中心として回転することにより、前記投入部により前記投入口から続けて投入された処理対象が、前記処理容器内に形成された前記螺旋体に沿って前記取出口側へ搬送されることを特徴とする。

また、本願記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生部は、前記処理容器内で回転軸と略平行な方向へ延伸する棒状をなし、電力を印加可能な導体と、前記導体を棒状に覆う誘電体とを備えることを特徴とする。

また、本願記載のプラズマ処理装置において、前記処理容器内の圧力を調整可能な圧力調整部を備え、前記圧力調整部は、回転軸の他端側から前記処理容器内の気体を吸引可能であり、前記気体導入部は、回転軸の一端側から前記処理容器内へ気体を導入可能であることを特徴とする。

また、本願記載のプラズマ処理装置において、前記処理容器を傾斜させることが可能な傾斜腕部を備え、前記傾斜腕部が、前記処理容器を傾斜させることにより、前記投入口及び取出口のうちの一方を他方より上方へ移動させることが可能であることを特徴とする。

更に、本願記載のプラズマ処理方法は、前記処理容器は、それぞれ異なる投入口及び取出口を有しており、前記処理容器内の減圧及び前記処理容器内への気体の導入を行った雰囲気下で、前記投入口からの処理対象の投入、前記処理容器に取り付けられた搬送部による投入された処理対象の取出口までの搬送、及び搬送された処理対象の取出口からの取出を続けて行い、前記処理容器内に取り付けられているプラズマ発生部により、導入された気体からプラズマを発生させて、前記搬送部にて搬送されている処理対象に対して照射することを特徴とする。

また、本願記載のプラズマ処理方法において、導入される気体は、酸素、水素、アルゴン、窒素及び弗化炭素のうちのいずれかを含むことを特徴とする。

また、本願記載のプラズマ処理方法において、前記プラズマ発生部は、マイクロ波、高電圧パルス又は高周波をプラズマ源としてプラズマを発生させることを特徴とする。

また、本願記載のプラズマ処理方法において、前記プラズマ発生部は、棒状の誘電体を有しており、処理対象に照射するプラズマは、前記誘電体の表面に表面波として発生させたプラズマであることを特徴とする。

上記構成により、本願記載のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、処理対象を連続して処理することが可能である。

本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、投入口から処理容器内へ続けて処理対象を投入し、投入された処理対象を取出口まで搬送中に、処理容器内でプラズマを発生させ、処理容器から処理対象を取り出す。これにより、処理対象に対するプラズマ処理を続けて行うことができるので、処理能力の向上等の優れた効果を奏する。

本願記載のプラズマ処理装置の外観の一例を模式的に示す概略正面図である。 本願記載のプラズマ処理装置が備える本体装置の外観の一例を模式的に示す概略正面図である。 本願記載のプラズマ処理装置が備える本体装置の内部の一例を模式的に示す概略断面図である。 本願記載のプラズマ処理装置が備えるプラズマ発生部の内部構造の一例を模式的に示す断面図である。 本願記載のプラズマ処理装置が備えるプラズマ発生部の内部構造の一例を模式的に示す断面図である。 本願記載のプラズマ処理装置の外観の一例を模式的に示す概略正面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、粉体等の処理対象に対してプラズマ処理による表面改質等の用途に用いられる。本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、例えば、工場内の連続処理ラインとして使用可能であり、プラズマ処理を連続又は断続して行うことができる。

図１は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅの外観の一例を模式的に示す概略正面図である。プラズマ処理装置Ｅは、粉体等の処理対象に対して、プラズマを照射することにより、表面改質等の処理を行う装置である。本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、処理対象となる粉体を連続して投入し、投入され続ける粉体に対してプラズマ処理を行い、処理後の粉体を連続して取り出す連続処理が可能である。処理対象は、様々であるが、例えば、グラファイト、グラフェン、窒化ボロン、ＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluor Ethylene）粉末等の成分を有する粉体が対象となり、粉体の表面に対して、エッチング、アッシング、親水基の付加、撥水基の付加等の処理を行うことが可能である。

プラズマ処理装置Ｅは、本体装置１と、本体装置１を固定する鉄製の枠材を用いたフレーム２とを備えている。本体装置１は、処理対象を収容してプラズマ処理を行う密閉可能なチャンバー１０（処理容器）を備えている。更に、本体装置１は、チャンバー１０へ処理対象を投入可能な投入部１１、チャンバー１０内で処理された処理対象を取り出すことが可能な取出部１２、チャンバー１０内の圧力を調整可能な圧力調整部１３、チャンバー１０内に気体を導入可能な気体導入部１４（図３等参照）、チャンバー１０内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部１５等の各種ユニットを備えている。フレーム２は、本体装置１を固定する上部フレーム２ａと、上部フレーム２ａの下方に位置して基台となる下部フレーム２ｂとを有している。上部フレーム２ａは、下部フレーム２ｂに揺動自在に軸支されており、上部フレーム２ａ及び下部フレーム２ｂに取り付けられたジャッキ部２０（傾斜腕部）を伸長させることにより、上部フレーム２ａを揺動させ、本体装置１を傾斜させることができる。本体装置１の傾斜については後述する。

フレーム２に固定された本体装置１の投入部１１には、処理前の処理対象を投入部１１まで搬送し、搬送した処理対象を投入部１１から投入するための投入用ユニット３が接続可能である。また、フレーム２に固定された本体装置１の取出部１２には、処理後の処理対象を取出部１２から取り出して搬送するための取出用ユニット４が接続可能である。なお、ここでは、説明の便宜上、投入用ユニット３として説明するが、投入に用いられるユニットであれば、フレコンバッグ、プラスチックケース、金属容器等の各種コンテナ、固定された配管、更には、作業者による手作業等、様々な装置及び方法を投入用ユニット３として用いることが可能である。取出用ユニット４についても同様であり、様々な装置及び方法を用いることが可能である。投入用ユニット３及び取出用ユニット４については、処理対象の種類、量、本体装置１の処理能力等の各種要因に応じて適宜設計される。

下部フレーム２ｂには、圧力調整部１３を構成する真空ポンプ１３０が固定されている。上部フレーム２ａには、プラズマ発生部１５にマイクロ波を供給するマイクロ波供給ユニット５が固定されている。マイクロ波供給ユニット５は、マイクロ波発生システム５０、導波管５１、同軸変換器５２等の構成を備え、プラズマ発生部１５に接続されている。マイクロ波発生システム５０は、マイクロ波電源、発振器、チューナ等の装置を備えており、マイクロ波を発生させて導波管５１へ出力する。導波管５１は、マイクロ波発生システム５０から入力されたマイクロ波を同軸変換器５２まで伝送する。同軸変換器５２は、導波管５１から伝わったマイクロ波を同軸用の電磁波に変換し、プラズマ発生部１５へ供給する。

図２は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備える本体装置１の外観の一例を模式的に示す概略正面図である。図３は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備える本体装置１の内部の一例を模式的に示す概略断面図である。前述のようにプラズマ処理装置Ｅが備える本体装置１は、チャンバー１０、投入部１１、取出部１２、圧力調整部１３、気体導入部１４、プラズマ発生部１５等の各種ユニットを備えている。

チャンバー１０は、略有底円筒状をなしており、図に向かって左側となる一方の底面側には、投入口１００が開設されており、図に向かって右側となる他方の底面側には、取出口１０１が開設されている。全体として略有底円筒状をなすチャンバー１０は、より詳細には、投入口１００側に内径の大きい円筒が位置し、当該円筒の途中から取出口１０１側にかけてテーパー状に内径が小さくなり、更に小さい内径の細長い円筒が取出口１０１まで形成された形状となっている。略有底円筒状をなすチャンバー１０は、略水平となる中心軸を回転軸として回転可能に形成されている。

チャンバー１０の一方の底面側に開設された投入口１００は略円形に開設されており、外周面が略円形状をなす軸管１０００が挿嵌されている。チャンバー１０の投入口１００側の底面にはフランジを介して真空シールベアリングが取り付けられており、チャンバー１０は、真空シールベアリングを介して軸管１０００に対し回転可能に軸支されている。軸管１０００自体は、フレーム２に固定されている。投入部１１、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５は、軸管１０００の内側を通ってチャンバー１０内に入り込んでおり、軸管１０００の内部は投入部１１、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５以外は密閉されている。投入部１１は、チャンバー１０内へ処理対象を投入し、気体導入部１４は、チャンバー１０内へ気体を導入し、プラズマ発生部１５は、チャンバー１０内でプラズマを発生させる。

チャンバー１０の内側壁には、投入口１００から投入される処理対象を取出口１０１まで搬送可能な搬送部１０２として、チャンバー１０と中心軸を一にする螺旋体が形成されている。チャンバー１０が回転することにより、チャンバー１０内に投入された処理対象は、螺旋体に沿って取出口１０１まで搬送される。なお、ここでは、搬送部１０２として、内側壁から突出する螺旋体を用いた例を示したが、内側壁に螺旋状の溝を刻設し、搬送部１０２として用いる等、様々な構成を適用することが可能である。

チャンバー１０の取出口１０１側は、前述のように細長い円筒状をなしており、Ｔ型継手１０３の側部に形成された円筒状をなす分岐管内に若干の遊びをもって内挿されている。Ｔ型継手１０３の分岐管にはフランジを介して真空シールベアリングが取り付けられており、真空シールベアリングにより、チャンバー１０は回転可能に軸支されている。Ｔ型継手１０３は、上部管が圧力調整部１３に接続され、下部管が取出部１２に接続されている。

チャンバー１０は、内部の圧力を維持し気密性を保つように密閉することが可能である。また、チャンバー１０は、投入口１００側に取り付けられた軸管１０００の周囲の真空シールベアリング及び取出口１０１側に取り付けられた真空シールベアリングにより回転可能に軸支されており、密閉状態を維持しながら、図中の弧状の矢印にて示すように、中心軸を回転軸として回転することが可能である。

プラズマ処理装置Ｅが備える投入部１１は、ホッパー１１０、投入管１１１、第１バルブ１１２、スクリューコンベア１１３等の各種構成を備えている。ホッパー１１０は、粉体等の処理対象を投入する略箱状をなしている。ホッパー１１０の上面には開閉扉が取り付けられ、また、投入用ユニット３が接続されており、開閉扉又は投入用ユニット３からホッパー１１０内へ処理対象を投入することが可能である。ホッパー１１０の底面には、開口が開設されており、開口には、処理対象を下方へ送るパイプである投入管１１１の上端が取り付けられている。投入管１１１の途中には、外気と遮断可能な第１バルブ１１２が取り付けられている。投入管１１１の下端は、スクリューコンベア１１３に接続されている。スクリューコンベア１１３は、ホッパー１１０から投入管１１１を介して送られる処理対象を、チャンバー１０まで搬送し、チャンバー１０内へ投入する。

投入用ユニット３及び投入部１１が備えるホッパー１１０には、給気管及び排気管が接続されており、ホッパー１１０内の気圧を調整することが可能である。例えば、ホッパー１１０内の処理対象が所定量以下となった場合、第１バルブ１１２を閉じ、給気管から窒素等の不活性ガスを注入して外気圧との気圧差を調整することにより、ホッパー１１０内への処理対象の投入を安全に行うことができる。ホッパー１１０内への処理対象の投入後、排気管から内部の気体を排気し、スクリューコンベア１１３との気圧差を調整後、第１バルブ１１２が開かれ、処理対象がホッパー１１０から投入管１１１を介してスクリューコンベア１１３へ送られる。

プラズマ処理装置Ｅが備える取出部１２は、チャンバー１０に対し、Ｔ型継手１０３を介して下方に接続されている。取出部１２は、パイプを用いた取出管１２０、処理対象を貯留する貯留容器１２１等の構成を備えている。取出管１２０の途中には、外気と遮断可能な第２バルブ１２２が取り付けられている。チャンバー１０内で搬送部１０２にて搬送されながらプラズマ処理された処理対象は、チャンバー１０の取出口１０１から放出され、Ｔ型継手１０３内で下方の取出部１２へ向けて落下する。落下した処理対象は、取出管１２０を通って貯留容器１２１内に貯留される。貯留容器１２１内の処理対象は、適宜、取出用ユニット４へ送出される。取出用ユニット４を適宜交換することにより、連続して処理される処理対象を取り出すことが可能である。

取出部１２が備える貯留容器１２１及び取出用ユニット４には、給気管及び排気管が接続されている。例えば、取出用ユニット４にコンテナを用いる場合、貯留容器１２１及び取出用ユニット４に用いられるコンテナ内の気圧を調整することが可能である。例えば、コンテナ内の処理対象が所定量以上となった場合、第２バルブ１２２を閉じ、給気管から窒素等の不活性ガスを注入して外気圧との気圧差を調整することにより、コンテナの交換を安全に行うことができる。コンテナの交換後、排気管から内部の気体を排気し、Ｔ型継手１０３との気圧差を調整後、第２バルブ１２２が開かれ、貯留容器１２１及び取出用ユニット４への処理対象の取出工程が継続される。なお、コンテナを交換中、貯留容器１２１内の気圧をＴ型継手１０３と同様にして、貯留容器１２１内に処理対処を貯留する等、適宜作業工程を調整することができる。

プラズマ処理装置Ｅが備える圧力調整部１３は、チャンバー１０に対し、Ｔ型継手１０３を介して上方に接続されている。圧力調整部１３は、パイプを用いた減圧管１３１、減圧管１３１に接続される真空ポンプ１３０、減圧管１３１に取り付けられた第３バルブ１３２等の構成を備えている。圧力調整部１３は、真空ポンプ１３０によりチャンバー１０内の気体を吸引して減圧し、減圧状態を保つことができる。なお、チャンバー１０内が、真空ポンプ１３０により過剰に減圧されることを防止するため、減圧管１３１には、ゲートバルブ、リーク弁等の調整補助装置が設けられている。

プラズマ処理装置Ｅが備える気体導入部１４は、給気用ユニット（図示せず）に接続された通気管を備えている。給気用ユニットは、高圧ガス容器、ボンベ等の供給源と、バルブ、ポンプ等の供給補助装置とを備え、気体導入部１４の通気管を介してプラズマ用ガスとして用いられる気体をチャンバー１０内へ導入する。プラズマ用ガスとしてチャンバー１０内へ導入される気体としては、酸素、水素、アルゴン、窒素、弗化炭素、更にはこれらの混合ガスを主成分として含む気体を例示列挙することができる。

プラズマ処理装置Ｅが備えるプラズマ発生部１５は、チャンバー１０内で回転軸と略平行な方向へ延伸する棒状をなしている。プラズマ発生部１５は、マイクロ波発生システム５０にて発生するマイクロ波をプラズマ源とし、チャンバー１０内に導入された気体を励起してプラズマを発生させる。ここでは、マイクロ波をプラズマ源とする形態を例示しているが、プラズマ源としては、装置の形態、用途及び目的に応じて高電圧パルス、高周波等の様々な電磁波を用いることが可能である。

図４は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備えるプラズマ発生部１５の内部構造の一例を模式的に示す断面図である。図４は、発生させる電場から開放型リアクターに分類されるプラズマ発生部１５の先端部分を拡大して示している。プラズマ発生部１５は、マイクロ波供給ユニット５に接続されており、直線状に延びる硬質管状の同軸管１５０、同軸管１５０の先端を離隔して覆う誘電体１５１等の構成を備えている。同軸管１５０は、マイクロ波供給ユニット５の同軸変換器５２にて同軸用の電磁波に変換されたマイクロ波を伝送し、誘電体１５１の表面にプラズマを発生させる。同軸管１５０は、外部金属管１５００に内部導体１５０１を挿通して形成されており、外部金属管１５００の電位は接地電位となっている。同軸管１５０の先端は、外部金属管１５００が軸に対して斜め方向に切断されており、外部金属管１５００より先端側に内部導体１５０１が突出している。同軸管１５０の先端を覆う誘電体１５１は、例えば、石英ガラスを用いて形成されている。高電圧パルス、高周波等の電磁波を使用する場合であっても、例示した同軸管１５０を用いて伝送することが可能であり、同軸管１５０に代替して、同軸ケーブル等の他の伝送体を使用することも可能である。

内部導体１５０１に、例えば、１ｋＷ程度のマイクロ波電力を印加すると、接地電位にある外部金属管１５００との間に電位差が生じ、更に、誘電体１５１を透過する電場により、誘電体１５１の外側の表面で放電が開始される。誘電体１５１の表面で生じた放電は、誘電体１５１の外側の表面に接する気体を励起して表面波等の形態のプラズマを発生させる。誘電体１５１の表面で発生したプラズマは、処理対象に照射される。外部金属管１５００が斜めに切断されていることにより、プラズマの発生部位が内部導体１５０１の延伸方向に沿って延び、極端に偏在化することを防止する。内部導体１５０１の延伸方向は、処理対象の搬送方向であるため、螺旋体に攪拌されながら搬送される処理対象に対してプラズマを長時間照射することが可能となる。従って、処理対象の表面処理を均質化することが可能となる。チャンバー１０内の気圧は、導入された気体に応じて５０〜１５０Ｐａ程度に調整することが好ましく、５０〜１５０Ｐａ程度に調整することにより、誘電体１５１の表面に表面波プラズマを発生させることができる。

以上のように構成されたプラズマ処理装置Ｅを用いて処理対象である粉体の表面をプラズマ処理する例について説明する。プラズマ処理装置Ｅでは、圧力調整部１３の真空ポンプ１３０を起動させてチャンバー１０内の気体を吸引し、チャンバー１０内を減圧する。減圧目標は、導入される気体、プラズマの種類、処理対象等の要因に応じて適宜設定可能であるが、例えば、５０Ｐａ程度の略真空となるまで減圧する。

減圧目標に到達後、気体導入部１４からチャンバー１０内へ、酸素、水素、アルゴン、窒素、弗化炭素、更にはこれらの混合ガス等のプラズマ用ガスを主成分として含む気体を導入する。

導入した気体によりチャンバー１０内を充填した後、プラズマ発生部１５は、マイクロ波等の電磁波により、導入された気体を励起してプラズマを発生させる。

また、投入部１１は、ホッパー１１０に投入されている粉体を、ホッパー１１０から投入管１１１を介してスクリューコンベア１１３により連続してチャンバー１０内へ投入する。投入される粉体としては、例えば、粒径が数ミリメートル〜数ナノメートル程度のグラファイト、グラフェン、窒化ボロン、ＰＴＦＥ粉末等の成分を有する粉体を例示列挙することができる。更に、数ミリメートル程度のチップ部品、半田ボール等の処理対象も粉体と同様に表面処理を行うことが可能である。即ち、処理対象としては、ナノメートル単位の粉体からミリメートル単位のものまで、幅広く対応することが可能である。なお、スクリューコンベア１１３によりチャンバー１０内へ投入される粉体は、連続して投入されることになるが、ホッパー１１０への粉体の投入は、必ずしも連続投入で無くてもよい。例えば、前述の様にホッパー１１０内の粉体量が所定量以下となった場合、ホッパー１１０内の圧力を調整の上、ホッパー１１０へ粉体が投入される。その間、スクリューコンベア１１３は、停止又は空送り状態となり、チャンバー１０内への投入ができなくなるため、結果として断続的に粉体が投入されることになる。連続投入速度は、スクリューコンベア１１３の回転速度により調整可能である。なお、例えば、投入される粉体の粒径等の要因により、粉体を密に投入することが好ましくない場合、断続的にチャンバー１０内に投入するように調整することも可能である。即ち、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、回転するチャンバー１０内で続けて処理することが可能であれば、投入は連続的であっても、断続的であってもよい。

投入部１１によりチャンバー１０の投入口１００から、連続的に又は断続的に続けて投入された粉体は、回転するチャンバー１０内の内側壁に形成された搬送部１０２の螺旋体に沿って、投入口１００側から取出口１０１側へ、チャンバー１０の軸方向と略平行に搬送される。

投入口１００側から取出口１０１側へ搬送される粉体に対し、プラズマ発生部１５により発生したプラズマが照射され、粉体の表面が処理される。粉体の表面に対する処理としては、エッチング、アッシング、親水基の付加による親水性の向上、撥水基の付加による撥水性の向上等の処理を例示列挙することができる。

表面処理が行われた粉体は、チャンバー１０の取出口１０１から放出され、Ｔ型継手１０３内を落下し、取出部１２の貯留容器１２１に貯留される。

以上のようにして、本願記載のプラズマ処理装置Ｅを用いたプラズマ処理が実施される。

前記実施形態では、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備えるプラズマ発生部１５として、開放型リアクターに分類されるプラズマ発生部１５を適用した例を示したが、プラズマ発生部１５については、出力、用途等の状況に応じて適宜設計することが可能である。図５は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備えるプラズマ発生部１５の内部構造の一例を模式的に示す断面図である。図５は、発生させる電磁波の波形から定在波型リアクターに分類されるプラズマ発生部１５の先端部分を拡大して示している。プラズマ発生部１５は、マイクロ波供給ユニット５に接続された同軸管１５０を備えている。同軸管１５０を備えている。同軸管１５０の先端部分からは、同軸管１５０の内部導体１５０１が延伸しており、延伸する内部導体１５０１の先端は電磁波を全反射させる終端となっている。延伸する内部導体１５０１の周囲は、円筒状をなす石英ガラス等の誘電体１５１により覆われている。同軸管１５０の外部金属管１５００は、誘電体１５１の外部（図５では上方）にて内部導体１５０１と略並行に延伸しており、接地電位となっている。

このようにして構成されたプラズマ発生部１５の内部導体１５０１にマイクロ波電力を印加すると、延伸する内部導体１５０１の終端に向けてマイクロ波が発生し、マイクロ波は終端で全反射する。内部導体１５０１の延伸部分の長さをＬとし、マイクロ波の波長をλとすると、Ｌ＝ｎ・λ／２（ｎ：自然数）となるように波長を調整することで、内部導体１５０１から発生するマイクロ波が、終端部分の電圧を０とした定在波となって安定する。内部導体１５０１から発生するマイクロ波が定在波となった場合、誘電体１５１の外側の表面のうち、定在波の振幅が大きい部位に対応する周辺の気体を励起してプラズマを発生させる。発生したプラズマは、表面波として誘電体１５１の外側の表面に広がり、処理対象に照射される。図４及び図５に例示したプラズマ発生部１５は、一例であり、プラズマ発生部１５は、様々な形態に展開することが可能である。

次に、本願記載のプラズマ処理装置Ｅの洗浄方法について説明する。本来、粉体のプラズマ処理装置Ｅにおいて、投入した粉体は、１００％排出処理されるべきであるが、本願記載のプラズマ処理装置Ｅのような比較的シンプルな内部構造のものであっても数％の残査が発生する。残査による影響は、一連の処理を逐次行うバッチ処理タイプと比べると改善されているが、内部の残査を取り出さない場合、長く滞留した粉体、長期間プラズマにさらされて変質した粉体等の品質が劣化した粉体が良品に混入する虞が生じる。このような品質劣化を防止するため、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、装置内部を効果的に洗浄する機能を付加している。

図６は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅの外観の一例を模式的に示す概略正面図である。図６に例示するプラズマ処理装置Ｅは、図２に例示する状態から、ジャッキ部２０を伸長した状態を示している。ジャッキ部２０を伸長することにより、上部フレーム２ａは、下部フレーム２ｂに軸支された図中の右下側の揺動軸を揺動中心として、左側が上部へ揺動し、チャンバー１０が傾斜する。チャンバー１０が傾斜することにより、投入口１００が取出口１０１より上方へ移動する。

図６に例示する状態で、収容容器内に、投入口１００から洗浄液を注入し、収容容器内を回転することにより、搬送部１０２の螺旋体にて注入された洗浄液が攪拌され、内部を洗浄することができる。また、注入された洗浄液は、取出口１０１から排出される。洗浄後の乾燥は、大気圧下でマイクロ波を発生させることにより行ってもよく、また圧力調整部１３の真空ポンプ１３０による減圧下で行ってもよい。

以上詳述した本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、例えば、処理対象の投入、減圧、表面処理、処理対象の取出等の一連の処理を逐次行うバッチ処理タイプと比べ、連続処理が可能である。具体的には、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、チャンバー１０の回転軸近傍に投入口１００が開設されており、投入口１００に、処理対象の投入部１１、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５が形成されている。また、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、チャンバー１０の回転軸の他端近傍に取出口１０１が形成され、取出部１２及び圧力調整部１３が形成されている。このような構成により、連続してプラズマ処理を行うことが可能であり、連続したプラズマ処理中における処理対象の投入及び取出を行うことが可能である。これにより、処理能力を向上させることが可能である等、優れた効果を奏する。なお、本願記載のプラズマ処理装置Ｅでは、圧力調整部１３、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５を、チャンバー１０の回転軸の一端近傍の投入口１００及び他端近傍の１０１のいずれに設けることも可能である。

また、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、一連の処理毎に、材料の投入、洗浄等の作業が必要となるバッチ処理タイプと比べ、作業負荷を削減することが可能である等、優れた効果を奏する。特に、飛散等の虞のある粉体の取り扱い作業を削減することは、作業環境の向上にも繋がる。また、チャンバー１０を傾斜させることができるので、洗浄作業の作業性を向上させることが可能である。

また、本願記載のプラズマ処理装置Ｅにおいて、減圧下でプラズマ処理を行う場合には、処理対象として炭素系の粉体を用いた場合であっても、粉塵爆発の心配がなく、酸素等の気体を導入することが可能である等、優れた効果を奏する。

更に、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、チャンバー１０全体を傾けることができるので、例えば、洗浄の際に洗浄液の注入及び排出が容易で、作業効率を向上させることが可能である等、優れた効果を奏する。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な形態で実施することが可能である。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の技術範囲は、請求の範囲によって説明するものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形及び変更は、全て本発明の範囲内のものである。

即ち、粉体として供給される処理対象は、例示列挙した粉体に限らず、様々な処理対象を処理することが可能であり、粉体以外の剤型の処理対象に展開することも可能である。また、導入する気体についても、例示列挙した気体以外の様々な気体、また、それらの混合物を用いることが可能である。更に、内部圧力、温度、電磁波の種類、電力、搬送速度等の諸条件は、処理の内容に応じて適宜設計することが可能である。

例えば、前記実施形態では、プラズマ発生部１５にて発生させるプラズマとして、５０〜１５０Ｐａ程度の減圧雰囲気下で表面波プラズマを発生させる形態を示したが、本発明はこれに限らず、１０Ｐａ程度の減圧雰囲気下で体積波プラズマを発生させる等、様々な形態に展開することが可能である。

他の形態に展開することが可能なのは、処理の条件に限らず、装置自体の構成についても適宜設計することが可能である。具体的には、前記実施形態では、搬送部１０２として、内側壁に螺旋体を形成する形態を示したが、本発明はこれに限らず、様々な方法で処理対象を搬送することが可能である。例えば、チャンバー１０を傾けた状態で使用し、チャンバー１０内を落下することで搬送される処理対象に対してプラズマを照射する等、様々な形態に展開することが可能である。

また、前記実施形態では、直線状に延伸するプラズマ発生部１５を用いる形態を示したが、本発明はこれに限らず、プラズマ発生部１５の形態は適宜設計することが可能である。例えば、チャンバー１０内で処理対象の近傍に位置するように屈曲する形状のプラズマ発生部１５を用いる等、様々な形態に展開することが可能である。

更に、前記実施形態では、投入口１００が取出口１０１より上方へ移動するように傾斜させる形態を示したが、本発明は、これに限らず、取出口１０１が投入口１００より上方へ移動するように傾斜させる等、様々な形態に展開することが可能である。

Ｅ プラズマ処理装置
１ 本体装置
１０ チャンバー（処理容器）
１００ 投入口
１０１ 取出口
１０２ 搬送部（螺旋体）
１１ 投入部
１２ 取出部
１３ 圧力調整部
１４ 気体導入部
１５ プラズマ発生部
２ フレーム
２０ ジャッキ部（傾斜腕部）
３ 投入用ユニット
４ 取出用ユニット
５ マイクロ波供給ユニット

上記課題を解決するため、本願記載のプラズマ処理装置は、それぞれ異なる投入口及び取出口を有し、内部の圧力を減圧調整可能な処理容器と、前記投入口から前記処理容器内に処理対象を続けて投入可能な投入部と、前記処理容器内で、前記投入口から続けて投入される処理対象を前記取出口まで搬送可能な搬送部と、前記取出口から処理対象を続けて取り出すことが可能な取出部と、前記処理容器内に気体を導入可能な気体導入部と、前記気体導入部から導入された気体から、前記処理容器内に減圧下でマイクロ波表面波プラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部とを備えることを特徴とする。

更に、本願記載のプラズマ処理方法は、前記処理容器は、それぞれ異なる投入口及び取出口を有しており、前記処理容器内の減圧及び前記処理容器内への気体の導入を行った雰囲気下で、前記投入口からの処理対象の投入、前記処理容器に取り付けられた搬送部による投入された処理対象の取出口までの搬送、及び搬送された処理対象の取出口からの取出を続けて行い、前記処理容器内に取り付けられているプラズマ発生部により、導入された気体からマイクロ波表面波プラズマを発生させて、前記搬送部にて搬送されている処理対象に対して照射することを特徴とする。

また、本願記載のプラズマ処理方法において、前記プラズマ発生部は、棒状の誘電体を有しており、処理対象に照射するマイクロ波表面波プラズマは、前記誘電体の表面に発生させたマイクロ波表面波プラズマであることを特徴とする。

Claims (9)

1. それぞれ異なる投入口及び取出口を有し、内部の圧力を減圧調整可能な処理容器と、
   前記投入口から前記処理容器内に処理対象を続けて投入可能な投入部と、
   前記処理容器内で、前記投入口から続けて投入される処理対象を前記取出口まで搬送可能な搬送部と、
   前記取出口から処理対象を続けて取り出すことが可能な取出部と、
   前記処理容器内に気体を導入可能な気体導入部と、
   前記気体導入部から導入された気体から、前記処理容器内に減圧下でプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部と
   を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記処理容器は、
   回転軸を有する回転体であり、
   前記投入口は、
   回転軸の一端側に形成されており、
   前記取出口は、
   回転軸の他端側に形成されており、
   前記気体導入部及びプラズマ発生部は、
   回転軸の一端側又は他端側に形成されており、
   前記搬送部は、
   前記処理容器の内側壁に形成された螺旋体であり、
   前記処理容器が、前記回転軸を中心として回転することにより、前記投入部により前記投入口から続けて投入された処理対象が、前記処理容器内に形成された前記螺旋体に沿って前記取出口側へ搬送される
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記プラズマ発生部は、
   前記処理容器内で回転軸と略平行な方向へ延伸する棒状をなし、
   電力を印加可能な導体と、
   前記導体を棒状に覆う誘電体と
   を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記処理容器内の圧力を調整可能な圧力調整部を備え、
   前記圧力調整部は、回転軸の他端側から前記処理容器内の気体を吸引可能であり、
   前記気体導入部は、回転軸の一端側から前記処理容器内へ気体を導入可能である
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記処理容器を傾斜させることが可能な傾斜腕部を備え、
   前記傾斜腕部が、前記処理容器を傾斜させることにより、前記投入口及び取出口のうちの一方を他方より上方へ移動させることが可能である
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 密閉可能な処理容器を用いたプラズマ処理方法であって、
   前記処理容器は、それぞれ異なる投入口及び取出口を有しており、
   前記処理容器内の減圧及び前記処理容器内への気体の導入を行った雰囲気下で、
   前記投入口からの処理対象の投入、前記処理容器に取り付けられた搬送部による投入された処理対象の取出口までの搬送、及び搬送された処理対象の取出口からの取出を続けて行い、
   前記処理容器内に取り付けられているプラズマ発生部により、導入された気体からプラズマを発生させて、前記搬送部にて搬送されている処理対象に対して照射する
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。
7. 請求項６に記載のプラズマ処理方法であって、
   導入される気体は、酸素、水素、アルゴン、窒素及び弗化炭素のうちのいずれかを含む
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。
8. 請求項６又は請求項７に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記プラズマ発生部は、マイクロ波、高電圧パルス又は高周波をプラズマ源としてプラズマを発生させる
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。
9. 請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法であって、
   前記プラズマ発生部は、
   棒状の誘電体を有しており、
   処理対象に照射するプラズマは、前記誘電体の表面に表面波として発生させたプラズマである
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。

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