JP2021104496A

JP2021104496A - ガス供給装置

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Publication number: JP2021104496A
Application number: JP2019237847A
Authority: JP
Inventors: 章弘島本; Akihiro Shimamoto; 祥子常喜; Sachiko Joki
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-07-26
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: JP7549790B2

Abstract

【課題】樹脂材料からなる対象物に対して、より効果的な表面処理が可能な、ガス供給装置を提供する。【解決手段】ガス供給装置は、ラジカル源となる原料物質を含有する原料ガスが流入されるガス流入口と、ガス流入口から流入された原料ガスが通流するガス通流路と、ガス通流路内の照射領域に向かって紫外光を発する光源と、紫外光が照射された後の原料ガスである処理後ガスを外部に流出させるガス流出口と、ガス流出口に対向する面である対象面に向かう紫外光の進行を抑制する遮光部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明はガス供給装置に関し、より詳細には、紫外光が照射された後のガスを対象物に対して吹き付けることで、対象物に対する処理を行うための、ガス供給装置に関する。

従来、対象物の表面に付着した有機化合物を除去することを目的として、ガスに対して真空紫外光を照射することで当該ガスを活性化し、この活性化したガスを対象物の表面に吹き付ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−９８３５７号公報

ところで、樹脂材料からなる対象物に対しても、表面処理を行いたいという事情がある。例えば、前記対象物に対して活性化したガスを吹き付けることで、対象物にカルボニル基やヒドロキシ基が導入され、親水性を付与することができる。

しかしながら、特許文献１に記載された装置によれば、一部の真空紫外光が対象物にも照射されてしまう結果、対象物を構成する樹脂の分子構造が分解されるおそれがある。この結果、対象物に対して充分な親水性を付与できない場合があるという課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑み、樹脂材料からなる対象物に対して、より効果的な表面処理が可能な、ガス供給装置を提供することを目的とする。

本発明に係るガス供給装置は、
ラジカル源となる原料物質を含有する原料ガスが流入されるガス流入口と、
前記ガス流入口から流入された前記原料ガスが通流するガス通流路と、
前記ガス通流路内の照射領域に向かって紫外光を発する光源と、
前記紫外光が照射された後の前記原料ガスである処理後ガスを外部に流出させるガス流出口と、
前記ガス流出口に対向する面である対象面に向かう前記紫外光の進行を抑制する遮光部とを備えたことを特徴とする。

本明細書中において、「ラジカル」とは、不対電子を持つ化学種（原子、分子）を総称した概念を指す。これらの一例として、Ｏ（³Ｐ）、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）、水素ラジカル（・Ｈ）、・ＮＨ₂、・ＮＨなどが挙げられる。このうち、ラジカルとしてＯ（³Ｐ）が予定されている場合、原料物質は酸素原子を含む物質であり、原料ガスとしては例えば酸素を含む混合ガスや空気が挙げられる。

上記ガス供給装置によれば、対象面に向かう紫外光の進行を抑制する遮光部が備えられているため、前記対象面が、樹脂材料からなる対象物の表面である場合であっても、ラジカルを含む処理後ガスが吹き付けられる一方、紫外光の照射は抑制される。これにより、対象物に対して所望の表面処理を行うことができる。

樹脂表面に親水性の官能基が多く付与されると、紫外光の照射によって樹脂の主鎖が分解されやすくなり、樹脂表面が荒れたり、親水性が低下するおそれがある。しかし、上記の構成によれば、対象物に対して親水性を付与するための表面処理の目的で用いられる場合であっても、対象物の表面に対して照射される紫外光の光量を大きく低下できるため、表面の荒れや親水性の低下という現象の発現を抑制できる。

前記遮光部としては、紫外光を反射する材料で構成されていても構わないし、紫外光を吸収する材料で構成されていても構わない。遮光部の具体的な材料としては、Ａｌ、Ａｌ合金、ステンレス、シリカ、シリカアルミナなどの部材、誘電体多層膜などからなるフィルタなどの紫外光に対して反射特性を示す材料や、その他一般的な金属、金属酸化物、又は樹脂などの紫外光に対して吸収特性を示す材料を利用することができる。

前記光源は発光管を有してなり、
前記遮光部は、少なくとも前記発光管の前記対象面に近い側の側面に形成されているものとしても構わない。

例えば、発光管が、ガス流入口からガス流出口に向かう第一方向を長手方向とした形状を呈している場合には、ガス流出口側の端部に係る面（側面）に遮光部が形成されているものとして構わない。また、例えば、発光管が、前記第一方向に直交する方向である第二方向を長手方向とした形状を呈している場合には、第二方向に延伸する発光管の面のうち、ガス流出口の側に対向する領域に遮光部が形成されているものとして構わない。

一例として、前記光源は、前記ガス流入口から前記ガス流出口に向かう第一方向に直交する第二方向を長手方向とする形状を呈し、前記第二方向に沿って延在する前記発光面を有しているものとしても構わない。この場合において、前記遮光部は前記第二方向に延在するものとして構わない。

上記構成において、前記ガス供給装置は、前記光源を内蔵する筒状の筐体を有し、
前記ガス通流路は、前記筐体の内壁に囲まれた領域に形成され、
前記ガス流出口は、前記筐体の面のうちの前記対象面に対向する面に、前記第二方向に沿って延伸する開口部からなり、
前記ガス流入口は、前記筐体の面のうち前記ガス流入口が形成されている面とは異なる面に、前記第二方向に沿って延伸する開口部からなるものとして構わない。

別の一例として、前記光源は、前記ガス流入口から前記ガス流出口に向かう第一方向を長手方向とする形状を呈し、前記第一方向に沿って延在する前記発光面を有しているものとして構わない。

この場合、前記ガス通流路が、前記発光面に囲まれた領域、又は複数の前記発光面に挟まれた領域に形成されているものとしても構わない。また、別の態様として、前記ガス供給装置は、前記光源を内蔵する筒状の筐体を有し、前記ガス通流路が、前記発光面と前記筐体の内壁とに挟まれた領域に形成されているものとしても構わない。

前記光源から出射される前記紫外光は、主たる発光波長が２３０ｎｍ未満であるものとしても構わない。

本明細書において、「主たる発光波長」とは、ある波長λに対して±１０ｎｍの波長域Ｚ（λ）を発光スペクトル上で規定した場合において、発光スペクトル内における全積分強度に対して４０％以上の積分強度を示す波長域Ｚ（λｉ）における、波長λｉを指す。例えば所定の発光ガスが封入されているエキシマランプなどのように、半値幅が極めて狭く、且つ、特定の波長においてのみ光強度を示す光源においては、通常は、相対強度が最も高い波長（主ピーク波長）をもって、主たる発光波長として構わない。

上記光源としては、例えば、発光ガスとして、Ｘｅ、Ａｒ、Ｋｒ、ＡｒＢｒ、ＡｒＦ、ＫｒＣｌ、及びＫｒＢｒからなる群に属する少なくとも一種の材料を含むガスを採用した、エキシマランプとすることができる。例えば、発光ガスとしてＸｅを含むエキシマランプによれば、紫外光の主たる発光波長が１７２ｎｍである。

本発明のガス供給装置によれば、樹脂材料からなる対象物に対して、より効果的な表面処理が可能となる。

ガス供給装置の一構成例を模式的に示す断面図である。図１に示すガス供給装置が備える光源の構成例を模式的に示す断面図である。Ｘｅを含む発光ガスが封入されたエキシマランプの発光スペクトルと、酸素（Ｏ₂）の吸収スペクトルとを重ねて表示したグラフである。ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。図５に示すガス供給装置が備える光源の構成例を模式的に示す断面図である。図５に示すガス供給装置が備える光源の別の構成例を模式的に示す断面図である。ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。図８Ａに示すガス供給装置を、図８Ａとは異なる平面で切断したときの模式的な平面図である。図８Ａに示すガス供給装置を、図８Ａとは異なる平面で切断したときの模式的な平面図である。ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。参考例のガス供給装置の構成を模式的に示す断面図である。実施例と参考例のガス供給装置を用いて対象物を処理したときの、対象物の表面における水接触角の変化の推移を示すグラフである。

本発明に係るガス供給装置の実施形態につき、以下において説明する。なお、以下の各図は、あくまで模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比とは一致しない。また、図面間においても寸法比が一致していない場合がある。

《構造》
図１は、ガス供給装置の一実施形態の構造を模式的に示す断面図である。図１に示すガス供給装置１は、筒状の筐体３と、筐体３内に配置された光源５と、処理対象となる原料ガスＧ１が流入されるガス流入口１１と、この原料ガスＧ１が通流するガス通流路１０とを備える。また、ガス供給装置１は、ガス通流路１０に連絡され、ガス流入口１１とは反対側の端部（後述する対象物４０側の端部）に、ガス流出口１２を備える。

ガス供給装置１は、ガス通流路１０内を通流する原料ガスＧ１に対して、光源５から発せされた紫外光Ｌ１を照射し、原料ガスＧ１に含まれるラジカル源となる原料物質に対して光化学反応を生じさせ、ラジカルを含む処理後ガスＧ２を生成して外部に排出する。ガス流出口１２に対向する位置には、表面処理を行う対象となる対象物４０が載置されており、この対象物４０の表面（対象面）４０ａに対して、ラジカルを含む処理後ガスＧ２が吹き付けられる。すなわち、ガス供給装置１は、対象物４０に対して表面処理を行うために、ラジカルを含むガス（処理後ガスＧ２）を生成して装置外に排出する装置である。

ここで、原料ガスＧ１は、ラジカル源となる原料物質を含有するガスである。一例として、ラジカルとしてＯ（³Ｐ）が予定されている場合、原料物質は酸素原子を含む物質であり、原料ガスとしては例えば酸素を含む混合ガスや空気が挙げられる。ガス供給装置１に導入される原料ガスＧ１の種類は、生成したいラジカルに応じて適宜選択されるものとして構わない。

光源５は、ガス通流路１０に向かって紫外光Ｌ１を発する発光面５ａを有する。この発光面５ａは、ガス通流路１０の形状に沿って、言い換えれば、原料ガスＧ１（又は処理後ガスＧ２）の通流方向に沿って形成されている。

更に、図１に示すガス供給装置１において、光源５は、方向ｄ２（以下、「第二方向ｄ２」と称する。）を長手方向として延在する形状を呈している。ガス流入口１１は、筐体３の対象物４０とは反対側の面において、第二方向ｄ２に延伸する開口部で構成されている。第二方向ｄ２に延伸して開口されてなるガス流入口１１から流入された原料ガスＧ１は、方向ｄ３（以下、「第三方向ｄ３」と称する。）、及び方向ｄ１（以下、「第一方向ｄ１」と称する。）に進行しながら、紫外光Ｌ１が照射された後、ガス流出口１２から排出される。

本実施形態では、光源５の例として、エキシマランプが採用される。この場合の構造の一例について、図２を参照して説明する。図２は、光源５を、第一方向ｄ１及び第三方向ｄ３で形成される平面（以下、「平面Ｄ１３」と称する。）で切断したときの模式的な断面図である。

図２に示す光源５は、第二方向ｄ２に見たときに矩形状を呈し、第二方向ｄ２に沿って延伸する発光管２１を有する。発光管２１の一方の外表面には第一電極３１が配設され、発光管２１の外表面であって第一電極３１と対向する位置は第二電極３２が配設される。第一電極３１及び第二電極３２のうち、少なくともガス通流路１０側に位置する電極（ここでは第一電極３１）は、紫外光Ｌ１が発光管２１の外側に出射することへの妨げにならないよう、メッシュ形状（網目形状）又は線形状を呈している。これらの電極（３１，３２）には、不図示の給電線が接続されている。

発光管２１の第二電極３２側の面、より詳細には、対象面４０ａに対向する面には、遮光部６が設けられている。この遮光部６は、紫外光Ｌ１を実質的に透過しない材料であればよく、例えば紫外光Ｌ１に対して反射性を有していても構わないし、吸光性を示していても構わない。なお、「実質的に透過しない」、とは、遮光部６に対して光を入射したときに、入射光量に対する遮光部６を透過した光の光量の比率が１／ｅ（ｅはネイピア数）未満（約３７％未満）であるものを指す。

第二電極３２は、好ましくは膜形状を呈しているが、メッシュ形状（網目形状）又は線形状を呈していても構わない。少なくとも後者の場合には、遮光部６は、図２に示すように、第二電極３２を覆うように設けられる。一方、前者の場合であって、且つ第二電極３２が紫外光Ｌ１を実質的に透過しない材料からなる場合には、発光管２１の対象面４０ａ側に位置する側面のうち、第二電極３２が形成されていない領域にのみ設けられているものとしても構わない。この遮光部６の機能については後述される。

発光管２１は、合成石英ガラスなどの誘電体からなり、第一電極３１と第二電極３２とで挟まれた内部空間において発光空間が形成される。この発光空間内には、放電によってエキシマ分子を形成する発光ガス２３Ｇが封入されている。

なお、発光ガス２３Ｇの材料によって、発光管２１から発せられる紫外光Ｌ１の波長が決定される。言い換えれば、紫外光Ｌ１として得たい波長に応じて、発光ガス２３Ｇの材料は適宜選択される。発光ガス２３Ｇとしては、例えば、Ｘｅ、Ａｒ、Ｋｒ、ＡｒＢｒ、ＡｒＦ、ＫｒＣｌ、及びＫｒＢｒからなる群に属する少なくとも一種の材料を含むガスとすることができる。これらの材料によって発光ガス２３Ｇを実現した場合、紫外光Ｌ１の主たる発光波長は、２３０ｎｍ未満となる。

エキシマランプで構成された光源５は、不図示の点灯電源から給電線を介して第一電極３１と第二電極３２との間に、例えば５０ｋＨｚ〜５ＭＨｚ程度の高周波の交流電圧が印加されると、発光ガス２３Ｇに対して、発光管２１を介して前記電圧が印加される。このとき、発光ガス２３Ｇが充填されている放電空間内で放電プラズマが生じ、発光ガス２３Ｇの原子が励起されてエキシマ状態となり、この原子が基底状態に移行する際にエキシマ発光を生じる。発光ガス２３Ｇとして、上述したキセノン（Ｘｅ）を含むガスを用いた場合には、このエキシマ発光は、１７２ｎｍ近傍にピーク波長を有する紫外光Ｌ１となる。

上述したように、発光管２１の、ガス通流路１０の側の面にはメッシュ形状又は線形状を呈した第一電極３１が形成されている。このため、第一電極３１には隙間が存在し、紫外光Ｌ１はガス通流路１０に向かって照射される。すなわち、光源５は、第二方向ｄ２に沿って延在する発光管２１の面によって形成される発光面５ａ（図１参照）を有する。

図３は、Ｘｅを含む発光ガス２３Ｇが封入されたエキシマランプで構成された光源５の発光スペクトルと、酸素（Ｏ₂）の吸収スペクトルとを重ねて表示したグラフである。図３において、横軸は波長を示し、左縦軸はエキシマランプの光強度の相対値を示し、右縦軸は、酸素（Ｏ₂）の吸収係数を示す。

エキシマランプの発光ガス２３ＧとしてＸｅを含むガスを用いる場合、図３に示されるように、光源５から出射される紫外光Ｌ１は、主たる発光波長が１７２ｎｍであり、およそ１６０ｎｍ以上１９０ｎｍ以下の範囲内に帯域を有する。

原料ガスＧ１として酸素（Ｏ₂）を含むガスが採用された場合、光源５から出射された波長λの紫外光Ｌ１が照射され、酸素（Ｏ₂）に吸収されると、以下の（１）式及び（２）式の反応が進行する。（１）式において、Ｏ（¹Ｄ）は、励起状態のＯ原子であり、極めて高い反応性を示す。Ｏ（³Ｐ）は基底状態のＯ原子である。（１）式と（２）式の反応は、紫外光Ｌ１の波長成分に応じて生じる。
Ｏ₂ + ｈν（λ） → Ｏ（¹Ｄ） + Ｏ（³Ｐ） ‥‥（１）
Ｏ₂ + ｈν（λ） → Ｏ（³Ｐ） + Ｏ（³Ｐ） ‥‥（２）

すなわち、原料ガスＧ１に対して紫外光Ｌ１が照射されると、Ｏ（¹Ｄ）やＯ（³Ｐ）といったラジカルを含む処理後ガスＧ２が生成される。光源５の発光面５ａは、通流方向に沿って延在するため、処理後ガスＧ２がガス通流路１０内を通流中も、引き続き紫外光Ｌ１が照射される。このため、処理後ガスＧ２に含まれる、未反応のラジカル源となる原料物質に対しても、次々と光化学反応が生じる。これにより、処理後ガスＧ２は、ラジカルを高濃度で含んだ状態のまま、ガス流出口１２の近傍まで進行する。

よって、図１に示すように、ガス流出口１２に対向する位置に対象物４０が載置されると、ガス流出口１２から排出されたラジカルを含む原料ガスＧ１が、この対象物４０の面（対象面４０ａ）に対して吹き付けられる。これにより、対象面４０ａに対して処理が施される。

また上述したように、本実施形態のガス供給装置１によれば、対象面４０ａに対向する位置には遮光部６が設けられている。このため、光源５から出射される紫外光Ｌ１が対象面４０ａに対して照射されるのが抑制でき、対象物４０が樹脂材料からなる場合であっても、樹脂を構成する分子構造が紫外光Ｌ１によって分解されにくくなる。この結果については、実施例を参照して後述される。

《変形例》
ガス供給装置１の構造は、種々の変形が可能である。以下、これらの構成例について説明する。

〈１〉図４に示すように、ガス流入口１１とガス流出口１２とは、第一方向ｄ１に関して対向する位置に配置されて、これらの間に光源５が配置されているものとしても構わない。この場合、光源５の面のうち、第一方向ｄ１に関してガス流出口１２と対向する領域には、遮光部６が設けられているものとして構わない。かかる構成によっても、光源５から出射された紫外光Ｌ１が、ガス流出口１２を介して対象面４０ａに照射されることを抑制できる。

〈２〉本発明において、ガス供給装置１が備える光源５の形状は限定されない。例えば、図５に示すように、第二方向ｄ２から見たときに、光源５が円形状を呈しているものとしても構わない。このような光源５の具体的な構造の一例を図６Ａ及び図６Ｂに示す。

図６Ａに示す光源５は、いわゆる「二重管構造」と呼ばれるエキシマランプである。より詳細には、光源５は、第二方向ｄ２に延伸する発光管２１を有し、この発光管２１は、円筒形状を呈し外側に位置する外側管２１ａと、外側管２１ａの内側において外側管２１ａと同軸上に配置されており、外側管２１ａよりも内径が小さい円筒形状を呈した内側管２１ｂとを有する。外側管２１ａと内側管２１ｂとは、共に第二方向ｄ２に係る端部において封止されている（不図示）。外側管２１ａと内側管２１ｂの間には、第二方向ｄ２から見たときに円環形状を呈する発光空間が形成され、この発光空間内に発光ガス２３Ｇが封入されている。

そして、第一電極３１が外側管２１ａの外壁面上に配設され、第二電極３２が内側管２１ｂの内壁面上に配設されている。発光管２１内で発生した紫外光Ｌ１を発光管２１の外側に進行させるため、第一電極３１はメッシュ形状又は線形状を呈している。なお、第二電極３２は、膜形状を呈していても構わないし、第一電極３１と同様にメッシュ形状又は線形状であっても構わない。

図６Ｂに示す光源５は、いわゆる「一重管構造」と呼ばれるエキシマランプである。より詳細には、光源５は、第二方向ｄ２に延伸する発光管２１を有している。発光管２１は、第二方向ｄ２に係る端部において封止されており（不図示）、内側の空間内には発光ガス２３Ｇが封入されている。そして、発光管２１の内側（内部）には第二電極３２が配設され、発光管２１の外壁面には、網目形状又は線形状の第一電極３１が配設される。

〈３〉図７に示すように、ガス流出口１２は、第一方向ｄ１及び第三方向ｄ３がなす平面（平面Ｄ１３）に関して、光源５の外側に設けられていても構わない。この場合も、光源５の対象面４０ａ側の面には、遮光部６が設けられているため、対象面４０ａに向かって紫外光Ｌ１が進行することが抑制される。

〈４〉上記各実施形態では、光源５が第二方向ｄ２に沿って延在するものとして説明した。しかし、ガス流入口１１からガス流出口１２に向かう第一方向ｄ１に沿って、光源５が延在するものとしても構わない。

図８Ａは、ガス供給装置１の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。また、図８Ｂは、図８Ａに示すガス供給装置１を、図８Ａとは異なる平面である、第二方向ｄ２及び第三方向ｄ３がなす平面（以下、「平面Ｄ２３」と称する。）で切断したときの模式的な断面図である。

図８Ａ及び図８Ｂに示すガス供給装置１が備える光源５は、第一方向ｄ１に沿って延伸する発光管２１を有する。なお、この光源５は、図６Ａを参照して上述したのと同様に、二重管構造のエキシマランプに対応する。ただし、図６Ａに示す構造とは異なり、内側管２１ｂの内側に形成されている中空の筒状空間が、ガス通流路１０を構成する。すなわち、図８Ａに示すガス供給装置１では、発光管２１の内側に向かって紫外光Ｌ１が進行する。よって、図６Ａに示す構造とは異なり、第二電極３２がメッシュ形状又は線形状を呈する。

なお、第一電極３１については、膜形状を呈していても構わないし、メッシュ形状や線形状を呈していても構わない。前者の場合には第一電極３１が紫外光Ｌ１に対して反射性を示す金属材料で構成されるのが好ましい。また、後者の場合には、図８Ｃに示すように、第一電極３１と筐体３の間に、紫外光Ｌ１を反射する反射部材３３を備えるものとしても構わない。この反射部材３３は、紫外光Ｌ１に対する高い反射率（例えば８０％以上）を示す材料で構成されており、例えば、Ａｌ、Ａｌ合金、ステンレス、シリカ、シリカアルミナなどを利用することができる。これらの場合、発光管２１から外側に進行する紫外光Ｌ１を、発光管２１の内側に構成されるガス通流路１０側に導くことができ、原料ガスＧ１に対する紫外光Ｌ１の照射光量が向上する。

図８Ａに示すガス供給装置１は、光源５のガス流出口１２側の端部に遮光部６を有する。これにより、発光管２１から第一方向ｄ１に進行した紫外線Ｌ１が対象面４０ａに照射されることが抑制される。

また、ガス流入口１１からガス流出口１２に向かう第一方向ｄ１に沿って光源５が延在する場合においても、光源５の外側にガス通流路１０が形成されているものとしても構わない（図９参照）。この場合においても、光源５のガス流出口１２側の端部に遮光部６が設けられることで、対象面４０ａに向かって紫外光Ｌ１が進行することが抑制される。なお、この図９に示すガス供給装置１が備える光源５としては、上述した各タイプのエキシマランプを使用することができる。

〈５〉ガス供給装置１は、複数の光源５を備えるものとしても構わない（図１０、図１１参照）。例えば、図１０に示すガス供給装置１は、第二方向ｄ２に沿って延在する発光面５ａを有した光源５を４つ備え、それぞれの光源５に挟まれた領域にガス通流路１０が形成されている。各光源５は、対象面４０ａ側の面において遮光部６が設けられている。

また、図１１に示すガス供給装置１は、第二方向ｄ２に沿って延在する発光面５ａを有した光源５を３つ備え、それぞれの光源５に挟まれた領域、及び光源５と筐体３に囲まれた領域にガス通流路１０が形成されている。図１１に示す光源５は、図５に示す光源５と同様に、第二方向ｄ２から見たときに円形状を示しており、対象面４０ａに対向する領域に遮光部６が設けられている。

図１０に示すガス供給装置１は複数のガス流入口１１を備え、ガス流入口１１毎に、それぞれのガス流入口１１から流入した原料ガスＧ１が通流するガス通流路１０が設けられている。また、紫外光Ｌ１が照射された処理後ガスＧ２を流出させるガス流出口１２が、ガス通流路１０毎に設けられている。

図１１に示すガス供給装置１は、図１０に示すガス供給装置１と同様に複数のガス流入口１１を備えているが、流入された原料ガスＧ１は、ガス通流路１０内で合流可能に構成されている。ガス通流路１０を通流している間に、原料ガスＧ１は光源５からの紫外光Ｌ１が照射されて、ラジカルを含む処理後ガスＧ２として、ガス流出口１２から対象物４０に向かって吹き付けられる。

ガス供給装置１が複数の光源５を備える場合においても、上述した実施形態と同様に、各光源５は、対象物４０に対向する側に遮光部６が設けられているため、光源５から出射された紫外光Ｌ１が対象物４０に照射される事態が抑制されている。

なお、図１０に示すガス供給装置１において、各光源５は第一方向ｄ１に沿って延在する発光面５ａを有する構成としても構わない。この場合、各光源５は、第一方向ｄ１を長手方向とする形状を呈する。また、図１０及び図１１に示すガス供給装置１が備える光源５の数は任意である。

〈６〉上記各実施形態において、ガス通流路１０は、ガス流出口１２側の端部において、ガス流入口１１に近い位置（すなわち上流側）と比較して、流路断面積が小さい通流領域（狭小部）を有しているものとしても構わない。例えば、図１２に示すガス供給装置１は、ガス流出口１２側の端部において、流路断面積が連続的に縮小する狭小部１３を備えている。

ガス通流路１０内を通流する原料ガスＧ１は、光源５からの紫外光Ｌ１が照射されることで、ラジカルを含む状態となる（処理後ガスＧ２）。この処理後ガスＧ２は、狭小部１３に到達すると、狭小部１３内を通流時に流速を速めながらガス流出口１２に向かって進行した後、ガス流出口１２から対象物４０に向かって排出される。

酸素ラジカル（Ｏ（³Ｐ））は、周囲に酸素ガス（Ｏ₂）が存在すると、これに反応して、（３）式に従ってオゾン（Ｏ₃）を生成する。かかる反応が生じると、Ｏ（³Ｐ）の濃度が低下してしまう。
Ｏ（³Ｐ） + Ｏ₂→ Ｏ₃ ‥‥（３）

しかし、上記の構成によれば、ガス流出口１２から排出される際に処理後ガスＧ２の流速が速められるため、上記（３）式の反応が充分進行しない時間内に、対象物４０の表面（対象面４０ａ）に到達することができる。この結果、対象面４０ａに対してラジカルを高濃度に含んだ状態で処理後ガスＧ２を吹き付けることができる。

〈７〉上述した各構成例を相互に応用してガス供給装置１を実現しても構わない。

《検証》
実施例及び参考例のガス供給装置を用いて、樹脂製の対象物４０の表面を処理したときの、対象物４０の表面（対象面４０ａ）の親水性の程度を比較した。

（実施例）
図８Ａに示すガス供給装置１が採用された。具体的な条件は以下の通りである。
・光源５は、第一方向ｄ１に係る長さが５０ｍｍの筒状体の側面形状を呈した発光面５ａを有した、Ｘｅエキシマランプであった（主たるピーク波長が１７２ｎｍ）。発光面５ａに囲まれてなる領域（ガス通流路１０）は、直径５ｍｍの円形状であった。
・ガス流入口１１及びガス流出口１２は、いずれもガス通流路１０と同じく直径５ｍｍの円形状であった。
・光源５を構成する発光管２１（図８Ｂ参照）の、ガス流出口１２側の端部から１ｍｍの間の領域に、ステンレス製の遮光部６が設けられていた。

（参考例）
遮光部６を備えない点を除き、実施例と共通の条件とされた。参考例のガス供給装置１００の模式的な構造を図１３に示す。

（実験内容）
実施例及び参考例のガス供給装置１において、いずれも発光面５ａにおける照度５０ｍＷ／ｃｍ²で紫外光Ｌ１をガス通流路１０に対して照射しながら、９９．５％の窒素ガスと０．５％の酸素ガスの混合ガスからなる原料ガスＧ１を、流量３０Ｌ／min でガス流入口１１から流入させた。そして、ガス流出口１２からの離間距離が１０ｍｍの位置において、対象物４０としての１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの直方体形状のポリプロピレン製の樹脂板を、第三方向ｄ３の向きに２０ｍｍ／秒の速度で往復させた。対象物４０がガス流出口１２の直下を５回通過するたびに、対象物４０の表面の水接触角を、ＪＩＳＲ３２５７「基板ガラス表面のぬれ性試験方法」に準拠した方法で測定した。

図１４は、上記実験結果を示すグラフである。なお、図１４において、横軸は処理後ガスＧ２が吹き付けられた回数であり、縦軸は水接触角である。図１４によれば、実施例及び参考例の双方とも、処理後ガスＧ２の吹付けが開始された直後は、徐々に水接触角が低下しており、親水性が付与され始めていることが分かる。しかし、参考例は、吹付け回数が１０回を超えたあたりから、水接触角が上昇をし始めており、親水性が低下し始めていることが確認される。これに対し、実施例では、水接触角が引き続き低下傾向にあり、対象物４０に対して高い親水性が付与されていることが分かる。

上記の実験からは、参考例の場合には、光源５から出射された一部の紫外光Ｌ１が、樹脂製の対象物４０に対して照射されることで、樹脂を構成する分子構造が分解され、親水性が低下したものと考えられる。この現象が生じた理由につき、本発明者らは、最表面の領域に導入されていた親水基を含む分子構造が分解されて気化された結果、それよりも下層に位置する、親水性の低い領域が最表面に現れたことで、親水性が低下したものと推察している。

一方、実施例の場合には、ガス流出口１２側において紫外光Ｌ１の進行を抑制する遮光部６が設けられていたため、樹脂の分子構造の分解が進行せず、対象面４０ａに対して親水基が導入された状態が維持されたものと考えられる。

《別実施形態》
遮光部６は、光源５から出射される紫外光Ｌ１が対象物４０の面（対象面４０ａ）に対して照射されるのを抑制する目的で設けられる。かかる観点から、遮光部６は、少なくとも光源５と対象面４０ａとの間に介在していればよい。すなわち、遮光部６は、必ずしも光源５の面に形成されていなくても構わない。

また、本発明に係るガス供給装置１は、樹脂製以外の対象物４０に対する処理に利用することも可能である。本発明は、ガス供給装置１が、樹脂製以外の対象物４０に対する表面処理に利用されることを排除するものではない。

１：ガス供給装置
３：筐体
５：光源
５ａ：発光面
６：遮光部
１０：ガス通流路
１１：ガス流入口
１２：ガス流出口
１３：狭小部
２１：発光管
２１ａ：外側管
２１ｂ：内側管
２３Ｇ：発光ガス
３１：第一電極
３２：第二電極
３３：反射部材
４０：対象物
４０ａ：対象面
１００：ガス供給装置
Ｇ１：原料ガス
Ｇ２：処理後ガス
Ｌ１：紫外光

Claims

ラジカル源となる原料物質を含有する原料ガスが流入されるガス流入口と、
前記ガス流入口から流入された前記原料ガスが通流するガス通流路と、
前記ガス通流路内の照射領域に向かって紫外光を発する光源と、
前記紫外光が照射された後の前記原料ガスである処理後ガスを外部に流出させるガス流出口と、
前記ガス流出口に対向する面である対象面に向かう前記紫外光の進行を抑制する遮光部とを備えたことを特徴とする、ガス供給装置。
前記光源は発光管を有してなり、
前記遮光部は、少なくとも前記発光管の前記対象面に近い側の側面に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のガス供給装置。
前記光源は、前記ガス流入口から前記ガス流出口に向かう第一方向に直交する第二方向を長手方向とする形状を呈し、前記第二方向に沿って延在する発光面を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガス供給装置。
前記遮光部は前記第二方向に延在することを特徴とする、請求項３に記載のガス供給装置。
前記光源を内蔵する筒状の筐体を有し、
前記ガス通流路は、前記筐体の内壁に囲まれた領域に形成され、
前記ガス流出口は、前記筐体の面のうちの前記対象面に対向する面に、前記第二方向に沿って延伸する開口部からなり、
前記ガス流入口は、前記筐体の面のうち前記ガス流入口が形成されている面とは異なる面に、前記第二方向に沿って延伸する開口部からなることを特徴とする、請求項３又は４に記載のガス供給装置。
前記光源は、前記ガス流入口から前記ガス流出口に向かう第一方向を長手方向とする形状を呈し、前記第一方向に沿って延在する発光面を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガス供給装置。
前記ガス通流路が、前記発光面に囲まれた領域、又は複数の前記発光面に挟まれた領域に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載のガス供給装置。
前記光源を内蔵する筒状の筐体を有し、
前記ガス通流路が、前記発光面と前記筐体の内壁とに挟まれた領域に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載のガス供給装置。
前記遮光部は、前記紫外光に対して反射性を示す反射部材からなることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス供給装置。
前記光源から出射される前記紫外光は、主たる発光波長が２３０ｎｍ未満であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス供給装置。
前記原料物質が、酸素原子を含む物質であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガス供給装置。