JP3347973B2 - Method for producing plasma polymerized film - Google Patents

Method for producing plasma polymerized film

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JP3347973B2
JP3347973B2 JP09593497A JP9593497A JP3347973B2 JP 3347973 B2 JP3347973 B2 JP 3347973B2 JP 09593497 A JP09593497 A JP 09593497A JP 9593497 A JP9593497 A JP 9593497A JP 3347973 B2 JP3347973 B2 JP 3347973B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、大気圧近傍の圧力
下における放電プラズマを利用したプラズマ重合膜の形
成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a plasma-polymerized film using discharge plasma under a pressure near atmospheric pressure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、低圧条件下でグロー放電させ
ることによって発生するプラズマを用い、プラズマ重合
により表面改質を行う方法が実用化されている。特に、
親水性プラズマ重合膜の形成方法は穂積らによる高分子
論文集,Vol.42,No.12,pp.881-890 及び Vol.52,No.2,p
p.76-82 に開示されている。しかし、この方法では重合
膜の膜形成速度が約8Å/secと遅い。また、親水性
プラズマ重合膜を形成する方法として、大気圧近傍の圧
力下で、アルゴン並びにヘリウムおよび/またはアセト
ンの雰囲気中で発生させたプラズマにより処理を行う方
法が特開平4−74525号公報に開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method of modifying a surface by plasma polymerization using plasma generated by glow discharge under low pressure conditions has been put to practical use. In particular,
Methods for forming hydrophilic plasma polymerized films are described in Hozumi et al., Polymers, Vol. 42, No. 12, pp. 881-890 and Vol. 52, No. 2, p.
It is disclosed on pages 76-82. However, in this method, the film formation rate of the polymer film is as low as about 8 ° / sec. As a method for forming a hydrophilic plasma polymerized film, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-74525 discloses a method in which a treatment is carried out by a plasma generated in an atmosphere of argon, helium and / or acetone under a pressure near atmospheric pressure. It has been disclosed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した各
提案方法においては、高価なヘリウムガスをガス雰囲気
として使用しており、工業的に用いるには不利であると
いう問題もある。
However, in each of the above proposed methods, an expensive helium gas is used as a gas atmosphere, which is disadvantageous for industrial use.

【0004】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、ヘリウムより安価なアルゴンや窒素をガス雰囲気と
して使用し、大気圧近傍の圧力下で放電プラズマを発生
させ、不飽和アルコールのプラズマ重合を従来よりも高
速に行う方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and uses argon or nitrogen, which is less expensive than helium, as a gas atmosphere, generates discharge plasma under a pressure near atmospheric pressure, and performs plasma polymerization of unsaturated alcohol. It is an object of the present invention to provide a method for performing the processing at higher speed than before.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のプラズマ重合膜の製造方法は、大気圧近傍
の圧力下において対向する一対の電極間に電圧を印加す
ることによりプラズマを発生させ、基材表面にプラズマ
重合膜を形成する方法であって、アルゴン及び不飽和ア
ルコールからなる雰囲気中で、電流密度を5〜40mA
/cm2 とするとともに、当該電流密度の上記不飽和ア
ルコール濃度(vol%)に対する比を2.5〜80と
することによって特徴付けられている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a plasma-polymerized film, in which a plasma is applied by applying a voltage between a pair of electrodes facing each other under a pressure near atmospheric pressure. Generating a plasma-polymerized film on the substrate surface, wherein the current density is 5 to 40 mA in an atmosphere composed of argon and unsaturated alcohol.
/ Cm 2 and a ratio of the current density to the unsaturated alcohol concentration (vol%) of 2.5 to 80.

【0006】また、上記アルゴンに換えて窒素としても
よく、この窒素及び不飽和アルコールからなる雰囲気中
では、電流密度を10〜120mA/cm2 とするとと
もに、当該電流密度の上記不飽和アルコール濃度(vo
l%)に対する比を5.0〜240とすることが好まし
い。
In addition, nitrogen may be used in place of argon, and in an atmosphere composed of nitrogen and unsaturated alcohol, the current density is set to 10 to 120 mA / cm 2 and the unsaturated alcohol concentration ( vo
1%) is preferably 5.0 to 240.

【0007】上記のアルゴンガスあるいは窒素ガス中に
おいては、大気圧近傍の圧力下において高電流密度の放
電プラズマを発生させることができ、しかも安定した処
理が可能である。さらにこれらのガスはヘリウムに比較
して安価であるので工業上大きな優位性を有する。
[0007] In the above-mentioned argon gas or nitrogen gas, a discharge plasma having a high current density can be generated at a pressure close to the atmospheric pressure, and stable processing can be performed. Further, since these gases are inexpensive compared to helium, they have great industrial advantages.

【0008】ここで電流密度とは、対向電極間に流れる
単位面積あたりの電流を言う。本発明のアルゴン及び不
飽和アルコールからなる雰囲気中でのプラズマ重合で
は、電流密度は5〜40mA/cm2 が好ましいが、よ
り好ましくは10〜30mA/cm2 である。この電流
密度が5mA/cm2 未満では、モノマーの重合反応が
進行しにくく、固体膜の形成に至らず油状物質が生成さ
れてしまう。一方、電流密度が40mA/cm2 を超え
ると気相中で粒子物質が生成する反応が進行し、処理基
材上に粉末が堆積してしまう。
[0008] Here, the current density means a current per unit area flowing between the opposed electrodes. The plasma polymerization in an atmosphere consisting of argon and unsaturated alcohols of the present invention, the current density is preferably 5 to 40 mA / cm 2, more preferably 10~30mA / cm 2. When the current density is less than 5 mA / cm 2 , the polymerization reaction of the monomer hardly proceeds, and a solid film is not formed, and an oily substance is generated. On the other hand, if the current density exceeds 40 mA / cm 2 , the reaction of generating particulate matter in the gas phase proceeds, and powder is deposited on the processing substrate.

【0009】また、本発明の窒素及び不飽和アルコール
からなる雰囲気中でのプラズマ重合では、電流密度は1
0〜120mA/cm2 とすることが好ましいが、より
好ましくは50〜110mA/cm2 である。この電流
密度が10mA/cm2 未満では、モノマーの重合反応
が進行しにくく、固体膜の形成に至らず油状物質が生成
されてしまう。一方、電流密度が120mA/cm2
超えると気相中で粒子物質が生成する反応が進行し、処
理基材上に粉末が堆積してしまう。
In the plasma polymerization of the present invention in an atmosphere comprising nitrogen and an unsaturated alcohol, the current density is 1
It is preferable that the 0~120mA / cm 2, but more preferably 50~110mA / cm 2. When the current density is less than 10 mA / cm 2 , the polymerization reaction of the monomer hardly proceeds, and a solid film is not formed, and an oily substance is generated. On the other hand, if the current density exceeds 120 mA / cm 2 , the reaction of generating particulate matter in the gas phase proceeds, and powder is deposited on the processing substrate.

【0010】また、本発明のアルゴン及び不飽和アルコ
ールからなる雰囲気中でのプラズマ重合では、電流密度
の上記不飽和アルコール濃度(vol%)に対する比を
2.5〜80とすることが好ましい。この比が2.5未
満では固体膜の形成に必要なエネルギがアルコールモノ
マーに分解されず、固体膜が形成されずに油状物質が生
成されてしまう。一方、この比が80を超えるとアルコ
ールモノマーに過剰なエネルギが投入される状態とな
り、気相中で粒子物質が生成する反応が進行し、処理基
材上に粉末が堆積してしまう。
In the plasma polymerization in an atmosphere of argon and unsaturated alcohol according to the present invention, the ratio of the current density to the unsaturated alcohol concentration (vol%) is preferably 2.5 to 80. If this ratio is less than 2.5, the energy required to form a solid film is not decomposed into alcohol monomers, and an oily substance is generated without forming a solid film. On the other hand, when this ratio exceeds 80, excessive energy is applied to the alcohol monomer, and the reaction of generating particulate matter in the gas phase proceeds, and powder is deposited on the processing substrate.

【0011】また、本発明の窒素及び不飽和アルコール
からなる雰囲気中でのプラズマ重合では、電流密度の上
記不飽和アルコール濃度(vol%)に対する比を5.
0〜240とすることが好ましい。この比が5未満では
固体膜の形成に必要なエネルギがアルコールモノマーに
分解されず、固体膜が形成されずに油状物質が生成され
てしまう。一方、この比が240を超えるとアルコール
モノマーに過剰なエネルギが投入される状態となり、気
相中で粒子物質が生成する反応が進行し、処理基材上に
粉末が堆積してしまう。
In the plasma polymerization of the present invention in an atmosphere composed of nitrogen and unsaturated alcohol, the ratio of the current density to the unsaturated alcohol concentration (vol%) is set to 5.
It is preferable to set it to 0 to 240. If this ratio is less than 5, the energy required for forming a solid film is not decomposed into alcohol monomers, and an oily substance is generated without forming a solid film. On the other hand, if this ratio exceeds 240, excessive energy is applied to the alcohol monomer, and the reaction of generating particulate matter proceeds in the gas phase, whereby powder is deposited on the processing substrate.

【0012】本発明の方法で用いられる不飽和アルコー
ルとしては、主鎖に二重結合または三重結合を有する不
飽和アルコール類が挙げられるが、一級アルコールとし
ては、2-プロピン-1- オール(プロパギルアルコー
ル)、2-プロペン- 1-オール(アリルアルコール)、3-
ブチン-1- オール、2-ブチン-1- オール、2-ブチン-1,4
-ジオール、3-ブテン-1- オール、2-ブテン-1,4- ジオ
ール、4-ペンチン-1- オール、4-ペンテン-1- オール、
5-ヘキシン-1- オール、5-ヘキセン-1- オール、4-ヘキ
セン-1- オール、3-ヘキセン-1- オール、2-ヘキセン-1
- オール等が挙げられる。二級アルコールとしては、3-
ブテン-2- オール、1-ペンテン-3- オール、3-ペンテン
-2- オール、4-ペンテン-2- オール、1-ヘキセン-3- オ
ール、1-オクチン-3- オール等が挙げられる。三級アル
コールとしては、2-メチル-3- ブチン-2- オール、3-メ
チル-1- ペンチン-3- オール等が挙げられる。しかし、
後述する理由により、2-プロピン-1- オール(プロパギ
ルアルコール)、2-プロペン-1-オール(アリルアルコ
ール)が好ましい。なお、これらのアルコールは、常温
・常圧で液体であるので、加熱、減圧等での手段により
気化させて用いる。
The unsaturated alcohol used in the method of the present invention includes unsaturated alcohols having a double bond or triple bond in the main chain, and the primary alcohol is 2-propyn-1-ol (propanol). Gil alcohol), 2-propen-1-ol (allyl alcohol), 3-
Butyn-1-ol, 2-butyn-1-ol, 2-butyn-1,4
-Diol, 3-buten-1-ol, 2-buten-1,4-diol, 4-pentyn-1-ol, 4-penten-1-ol,
5-hexyn-1-ol, 5-hexen-1-ol, 4-hexen-1-ol, 3-hexen-1-ol, 2-hexen-1
-Oars and the like. As a secondary alcohol, 3-
Buten-2-ol, 1-pentene-3-ol, 3-pentene
2-ol, 4-penten-2-ol, 1-hexen-3-ol, 1-octin-3-ol and the like. Examples of the tertiary alcohol include 2-methyl-3-butyn-2-ol, 3-methyl-1-pentyn-3-ol, and the like. But,
For reasons described below, 2-propyn-1-ol (propargyl alcohol) and 2-propen-1-ol (allyl alcohol) are preferred. Since these alcohols are liquid at normal temperature and normal pressure, they are used after being vaporized by means such as heating and decompression.

【0013】一般に、水酸基を有するモノマーのプラズ
マ重合を行うと、高エネルギ状態のプラズマ中でモノマ
ーやオリゴマー中の水酸基が脱離しやすく親水性膜の形
成が困難である。この脱離を見込んでモノマーの選択
は、モノマー1分子中の酸素含有率が高いものの中から
行われることが望ましい。また、分子中の炭素・炭素結
合のうち、不飽和結合の割合が高いモノマーを選択する
ことが望ましい。これは、重合速度や架橋度を高める効
果や、重合反応に要するプラズマの電子エネルギが低レ
ベルで済み、酸素の脱離を減少させる効果がある。以上
の理由により不飽和アルコール類の中から、二重結合ま
たは三重結合を有する最も単純な鎖式アルコールである
2-プロピン-1- オール(プロパギルアルコール)、2-プ
ロペン- 1-オール(アリルアルコール)が選択されるこ
とが望ましい。
In general, when plasma polymerization of a monomer having a hydroxyl group is performed, the hydroxyl group in the monomer or oligomer is easily desorbed in high-energy plasma, and it is difficult to form a hydrophilic film. In consideration of this elimination, it is desirable to select a monomer from those having a high oxygen content in one monomer molecule. It is also desirable to select a monomer having a high ratio of unsaturated bonds among carbon-carbon bonds in the molecule. This has the effect of increasing the polymerization rate and the degree of cross-linking, and the effect of reducing the level of plasma electron energy required for the polymerization reaction and reducing the desorption of oxygen. For the above reasons, among the unsaturated alcohols, it is the simplest chain alcohol having a double bond or triple bond
Desirably, 2-propyn-1-ol (propargyl alcohol) and 2-propen-1-ol (allyl alcohol) are selected.

【0014】なお、上記大気圧近傍の圧力下とは、10
0〜800Torrの圧力下をいい、中でも圧力調整が
容易で装置が簡便になる700〜780Torrの圧力
範囲とすることが好ましい。
The above-mentioned pressure near the atmospheric pressure is defined as 10
A pressure range of 0 to 800 Torr is preferable, and a pressure range of 700 to 780 Torr is particularly preferable, in which pressure adjustment is easy and the apparatus is simple.

【0015】本発明の方法では、一対の電極の少なくと
もいずれか一方の電極の対向面に固体誘電体を設置する
ことが好ましい。この場合、一対の電極の一方の対向面
に固体誘電体を設置した場合は、一方の電極の対向面に
設置された固体誘電体と他方の電極との間に、また双方
の電極の対向面に固体誘電体を設置した場合は、固体誘
電体同士の間に、基材を配置して処理を行うようにす
る。
In the method of the present invention, it is preferable that a solid dielectric is provided on a surface facing at least one of the pair of electrodes. In this case, when a solid dielectric is provided on one of the opposing surfaces of the pair of electrodes, between the solid dielectric provided on the opposing surface of the one electrode and the other electrode, and on the opposing surface of both electrodes. In the case where a solid dielectric is provided, the substrate is disposed between the solid dielectrics to perform the processing.

【0016】上記固体誘電体を、上記電極の対向面の一
方又は双方に設置する際は、固体誘電体と設置される側
の電極が密着し、かつ、接する電極の対向面を完全に覆
うようにする。固体誘電体によって覆われずに電極同士
が直接対向する部位があると、そこからアーク放電が生
じるためである。
When the solid dielectric is placed on one or both of the opposing surfaces of the electrodes, the solid dielectric and the electrode on the side on which the solid dielectric is placed are in close contact and completely cover the opposing surface of the contacting electrode. To This is because if there is a portion where the electrodes directly face each other without being covered by the solid dielectric, an arc discharge occurs therefrom.

【0017】上記固体誘電体としては、ポリテトラフル
オロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラス
チック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸
化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン
酸バリウム等の複酸化物等が挙げられる。
Examples of the solid dielectric include plastics such as polytetrafluoroethylene and polyethylene terephthalate, glass, metal oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide and titanium dioxide, and double oxides such as barium titanate. No.

【0018】上記固体誘電体の形状は、シート状でもフ
ィルム状でもよいが、厚みが0.05〜4mmであるこ
とが好ましい。厚すぎると放電プラズマを発生するのに
高電圧を要し、薄すぎると電圧印加時に絶縁破壊が起こ
りアーク放電が発生するためである。
The solid dielectric may be in the form of a sheet or a film, but preferably has a thickness of 0.05 to 4 mm. If the thickness is too large, a high voltage is required to generate discharge plasma. If the thickness is too small, dielectric breakdown occurs when a voltage is applied, and arc discharge occurs.

【0019】また、本発明の放電プラズマ処理方法にお
いては、一対の電極間にパルス電界を印加することが、
用いる雰囲気ガスの自由度を増大させ得ることから好ま
しい。従って、本発明の方法では、上記一対の電極間に
パルス電圧を印加することによりパルス電界を形成す
る。この場合、パルス電界の立ち上がりおよび/または
立ち下がり時間が、ともに40ns〜100μsの範囲
で、かつそのパルス電界の強さが1〜100kV/cm
の範囲であることが好ましい。さらに、パルス電界の立
ち上がりおよび/または立ち下がり時間はより好ましく
は50ns〜5μsである。この立ち上がりおよび/ま
たは立ち下がり時間について、40ns未満は現実的で
なく、100μsを超えると放電状態がアークに移行し
やすく不安定なものとなる。
In the discharge plasma processing method of the present invention, a pulse electric field may be applied between the pair of electrodes.
It is preferable because the degree of freedom of the atmosphere gas to be used can be increased. Therefore, in the method of the present invention, a pulse electric field is formed by applying a pulse voltage between the pair of electrodes. In this case, the rise time and / or the fall time of the pulse electric field are both in the range of 40 ns to 100 μs, and the intensity of the pulse electric field is 1 to 100 kV / cm.
Is preferably within the range. Further, the rise and / or fall time of the pulse electric field is more preferably 50 ns to 5 μs. If the rise and / or fall time is less than 40 ns, it is not realistic, and if it exceeds 100 μs, the discharge state easily shifts to an arc and becomes unstable.

【0020】なお、ここでいう立ち上がり時間とは、電
圧変化の向きが連続して正である時間をいい、立ち下が
り時間とは、電圧変化の向きが連続して負である時間を
指すものとする。
Here, the rise time refers to the time during which the direction of the voltage change is continuously positive, and the fall time refers to the time during which the direction of the voltage change is continuously negative. I do.

【0021】また、パルス電界の強さが1kV/cm未
満であると表面処理に用いる場合には所要時間が長くな
り、100kV/cmを超えるとアーク放電が発生する
ため好ましくない。
On the other hand, if the intensity of the pulse electric field is less than 1 kV / cm, the time required for the surface treatment becomes long, and if it exceeds 100 kV / cm, an arc discharge is generated, which is not preferable.

【0022】また、上記パルス電界におけるひとつのパ
ルス波形の形成時間が1μs〜1000μsの範囲で、
かつその周波数が1kHz〜100kHzの範囲である
ことが好ましいが、より好ましくは、3μs〜200μ
sである。ここで、ひとつのパルス波形の形成時間と
は、図1に示すようにON・OFFが繰り返されるパル
ス電界における1つのパルス波形の持続時間、換言すれ
ばパルスデューティ時間を言う。
Further, when the formation time of one pulse waveform in the pulse electric field is in the range of 1 μs to 1000 μs,
The frequency is preferably in the range of 1 kHz to 100 kHz, and more preferably 3 μs to 200 μm.
s. Here, the formation time of one pulse waveform refers to the duration of one pulse waveform in a pulse electric field in which ON / OFF is repeated as shown in FIG. 1, in other words, the pulse duty time.

【0023】また、周波数が1kHz未満であると処理
に時間がかかりすぎ、100kHzを超えるとアーク放
電が発生しやすくなる。また、ひとつのパルス波形の形
成時間が1μs未満であると放電が不安定なものとな
り、1000μsを超えるとアーク放電に移行しやすく
なる。
On the other hand, if the frequency is less than 1 kHz, the processing takes too much time, and if it exceeds 100 kHz, arc discharge is likely to occur. If the formation time of one pulse waveform is less than 1 μs, the discharge becomes unstable, and if it exceeds 1000 μs, the transition to arc discharge becomes easy.

【0024】さらに、上記パルス電界は、ターンオン時
間及びターンオフ時間が500ns以下である半導体素
子により高電圧直流を変換した高電圧パルスを印加して
形成することが好ましい。
Further, it is preferable that the pulse electric field is formed by applying a high-voltage pulse obtained by converting a high-voltage direct current with a semiconductor element having a turn-on time and a turn-off time of 500 ns or less.

【0025】また対向電極は、電界集中によるアーク放
電の発生を避けるために、対向電極間の距離が略一定と
なる構造が好ましい。この条件を満たす電極構造として
は、平行平板型、円筒対向平板型、球対向平板型、双曲
面対向平板型、同軸円筒型構造等が挙げられる。
The counter electrode preferably has a structure in which the distance between the counter electrodes is substantially constant in order to avoid occurrence of arc discharge due to electric field concentration. Examples of an electrode structure that satisfies this condition include a parallel plate type, a cylindrical opposed plate type, a spherical opposed plate type, a hyperboloid opposed plate type, and a coaxial cylindrical structure.

【0026】この電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、
印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮し
て決定されるが、1〜50mmであることが好ましい。
1mm未満では、電極間の間隔をおいて設置するのに充
分でない。50mmを超えると、均一な放電プラズマを
発生させることが困難である。
The distance between the electrodes depends on the thickness of the solid dielectric,
It is determined in consideration of the magnitude of the applied voltage, the purpose of utilizing the plasma, and the like, and is preferably 1 to 50 mm.
If it is less than 1 mm, it is not enough to install the electrodes at intervals. If it exceeds 50 mm, it is difficult to generate uniform discharge plasma.

【0027】以下に本発明におけるパルス電圧によるプ
ラズマの発生技術について説明する。本発明において、
電極間に印加する基準のパルス電圧のパルス波形は特に
限定されるものではないが、図2(A),(B)に例示
するようなインパルス型、(C)に例示するような方形
波型、(D)に例示するような変調型等を用いることが
できる。この図2には印加電圧が正負の繰り返しである
ものを例示したが、正又は負のいずれかの極性のみのパ
ルス電圧、いわゆる片波状のパルス電圧を印加してもよ
い。
Hereinafter, a technique for generating plasma by a pulse voltage according to the present invention will be described. In the present invention,
Although the pulse waveform of the reference pulse voltage applied between the electrodes is not particularly limited, an impulse type as illustrated in FIGS. 2A and 2B and a square wave type as illustrated in FIG. , (D) can be used. Although FIG. 2 illustrates an example in which the applied voltage is a repetition of positive and negative, a pulse voltage having only positive or negative polarity, that is, a so-called one-wave pulse voltage may be applied.

【0028】本発明において電極間に印加するパルス電
圧は、そのパルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間
が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行
われる。
In the present invention, as for the pulse voltage applied between the electrodes, the shorter the rise time and the fall time of the pulse, the more efficiently the gas is ionized during the generation of plasma.

【0029】さらに、パルス波形、立ち上がり時間およ
び立ち下がり時間、および周波数に対し、異なる変調を
行ってもよい。以上のような各条件を満足するパルス電
界を形成するための電源回路の構成例を、図3にブロッ
ク図で示す。また、図4にはその動作の原理を等価的な
回路図によって示す。図4において、スイッチSW1〜
4は図3におけるスイッチングインバータ回路内でスイ
ッチとして機能する半導体素子であり、これらの各素子
として、500ns以下のターンオン時間およびターン
オフ時間を有する半導体素子用いることにより、電界強
度1〜100kV/cm、かつ、パルスの立ち上がり時
間及び立ち下がり時間が40ns〜100μsであるよ
うな高電圧かつ高速のパルス電界を実現することができ
る。
Further, different modulation may be performed on the pulse waveform, the rise time and the fall time, and the frequency. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a power supply circuit for forming a pulse electric field that satisfies the above conditions. FIG. 4 shows the principle of the operation by an equivalent circuit diagram. Referring to FIG.
Reference numeral 4 denotes a semiconductor element that functions as a switch in the switching inverter circuit in FIG. 3. By using a semiconductor element having a turn-on time and a turn-off time of 500 ns or less as these elements, an electric field intensity of 1 to 100 kV / cm and A high-voltage and high-speed pulse electric field having a pulse rise time and a fall time of 40 ns to 100 μs can be realized.

【0030】次に、この図4を参照しつつその動作原理
を簡単に説明する。+Eは正極性の直流電圧供給部、−
Eは負極性の直流電圧供給部である。SW1〜4は、上
記した高速半導体素子から構成されるスイッチ素子であ
る。D1〜4はダイオードであり、I1 〜I4 は電荷の
移動方向を示している。
Next, the principle of operation will be briefly described with reference to FIG. + E is a DC voltage supply of positive polarity,-
E is a negative DC voltage supply unit. SW1 to SW4 are switch elements composed of the high-speed semiconductor elements described above. D1~4 is a diode, I 1 ~I 4 indicates the direction of movement of the charge.

【0031】まず、SW1をONにすると、電荷はI1
で示す方向に移動して、放電空間の両端に置かれた一対
の電極の一方側(正極性の負荷)を充電する。次に、S
W1をOFFにしてから、SW2を瞬時にONにするこ
とにより、正極性の負荷に充電された電荷がSW2とD
4を通ってI3 の方向に移動する。
First, when SW1 is turned on, the electric charge is I 1
Then, one side (positive load) of a pair of electrodes placed at both ends of the discharge space is charged. Next, S
By turning off W1 and then turning on SW2 instantaneously, the charge charged to the positive load becomes SW2 and D
4 through movement in the direction of I 3.

【0032】次いで、SW2をOFFにした後、SW3
を瞬時にONにすると、電荷I2 の方向に移動して他方
側の電極(負極性の負荷)を充電する。更に、SW3を
OFFにしてから、SW4を瞬時にONにすることによ
り、極性の負荷に充電された電荷がSW4とD2を通っ
てI4 の方向に移動する。
Next, after SW2 is turned off, SW3
The If instant is turned ON to charge the other side of the electrode (negative loading) moves in the direction of charge I 2. Furthermore, after the SW3 to OFF, by turning ON the SW4 instantaneously, the charge stored in the load polarity through SW4 and D2 moves in the direction of I 4.

【0033】以上の動作を繰り返すことにより、図5に
示した波形の出力パルスを得ることができる。〔表1〕
にこの動作表を示す。この〔表1〕に示した数値は、図
5の波形に付した数値と対応させてある。
By repeating the above operation, an output pulse having the waveform shown in FIG. 5 can be obtained. [Table 1]
The operation table is shown in FIG. The numerical values shown in Table 1 correspond to the numerical values given to the waveforms in FIG.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】以上の回路の利点は、負荷のインピーダン
スが高い場合であっても、充電されている電荷を、SW
2とD4またはSW4とD2の動作により確実に放電す
ることができる点、および、高速ターンオンのスイッチ
ング素子であるSW1、SW3を使って高速に充電を行
うことができる点にあり、これにより、立ち上がり時間
および立ち下がり時間の極めて短いパルス状の電圧を、
負荷に対して、つまり一対の電極間に印加することが可
能となる。
The advantage of the above circuit is that even if the load impedance is high, the charged electric charge is transferred to SW
2 and D4 or SW4 and D2 can be reliably discharged, and high-speed charging can be performed using SW1 and SW3 which are high-speed turn-on switching elements. Pulse-like voltage with extremely short time and fall time,
It is possible to apply the voltage to a load, that is, between a pair of electrodes.

【0036】なお、本発明の放電プラズマ発生方法にお
いて用いられるパルス電界は、このようにして得られた
パルス電界に対し、直流電界を重畳することを妨げな
い。
The pulse electric field used in the discharge plasma generating method of the present invention does not prevent a DC electric field from being superimposed on the pulse electric field thus obtained.

【0037】[0037]

【実施例】以下、本発明方法を適用して実際に放電プラ
ズマを発生させ、あるいはその放電プラズマを用いて表
面処理を行った例を、比較例とともに述べる。なお、得
られた表面処理品について、処理直後の接触角を測定し
た。この時の接触角測定方法は、2μmの水滴を滴下
し、協和界面科学社製の接触角測定装置(商品名CA−
X150)を用いて静的接触角を測定した。 <実施例1>この実施例1で用いた装置を図6に模式的
に示す。この装置では、ガラス製の容量8リットルのチ
ャンバ11内に、上部電極12および下部電極13を対
向配置するとともに、その電極12、13間にパルス電
源15からパルス電圧を印加するように構成した。下部
電極13は絶縁体16を介してチャンバ11に支承する
ことにより、いわゆる電気的に浮かせた状態とした。ま
た、この下部電極13の上面、つまり上部電極13への
対向面には、固定誘電体14を密着した状態で設置し
た。また、容器11には油回転ポンプ(図示せず)を接
続し、その内部の排気を可能とした。本実施例で用いた
上部電極12は8wt%の酸化イットリウムで部分安定
化されたジルコニウムの溶射膜(被誘電率16、膜厚5
00μm)で被覆した電極(ステンレス(SUS30
4)製、大きさ:φ80、厚み80mm、φ1mmの孔
が5mm間隔で配設)を上部電極として使用し、この上
部電極と下部電極(ステンレス(SUS304)製、大
きさ:φ80、厚み80mm)との電極間距離を12m
mの空間中の下部電極上に固体誘電体として、炭素鋼板
(SS41、大きさ:φ140mm,厚み10mm)の
片面にプラズマ溶射法により酸化チタン13%、酸化ア
ルミニウム87%からなる皮膜(被誘電率14、膜厚:
500μm)を形成したものを下部電極上に覆うように
設置し、この上にポリエチレン基材(積水化学工業株式
会社製ポリ袋:NP−70、大きさ:100×100m
m、厚み40μm)を配置した。油回転ポンプで装置内
が1Torrになるまで排気した。
EXAMPLES Examples in which discharge plasma is actually generated by applying the method of the present invention or surface treatment is performed using the discharge plasma will be described together with comparative examples. In addition, the contact angle of the obtained surface-treated product immediately after the treatment was measured. At this time, a contact angle measuring device manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. (trade name: CA-
X150) was used to measure the static contact angle. <Example 1> The apparatus used in Example 1 is schematically shown in FIG. In this apparatus, an upper electrode 12 and a lower electrode 13 are arranged in a chamber 11 having a capacity of 8 liters made of glass so as to face each other, and a pulse voltage is applied between the electrodes 12 and 13 from a pulse power supply 15. The lower electrode 13 is in a so-called electrically floating state by being supported on the chamber 11 via the insulator 16. Further, on the upper surface of the lower electrode 13, that is, the surface facing the upper electrode 13, the fixed dielectric 14 was placed in close contact. Further, an oil rotary pump (not shown) was connected to the container 11 so that the inside thereof could be evacuated. The upper electrode 12 used in this embodiment is a sprayed film of zirconium partially stabilized with 8 wt% of yttrium oxide (dielectric constant 16, film thickness 5).
Electrode (stainless steel (SUS30
4) Made, size: φ80, thickness of 80mm, φ1mm holes are arranged at 5mm intervals) as the upper electrode, this upper electrode and lower electrode (made of stainless steel (SUS304), size: φ80, thickness 80mm) 12m between electrodes
A film made of 13% titanium oxide and 87% aluminum oxide by plasma spraying on one surface of a carbon steel plate (SS41, size: φ140 mm, thickness 10 mm) as a solid dielectric on the lower electrode in a space of m 14. Thickness:
(500 μm) is placed on the lower electrode so as to cover the lower electrode, and a polyethylene base material (polybag: NP-70, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., size: 100 × 100 m) is placed on the lower electrode.
m, thickness 40 μm). The inside of the apparatus was evacuated with an oil rotary pump until the pressure reached 1 Torr.

【0038】次に、液体原料供給装置(図示せず)によ
り、アルゴンガス流量990sccmと液体原料供給装
置内気化器により気化したプロパギルアルコール(和光
純薬株式会社製)ガス流量10sccmとを混合したガ
ス(モノマー濃度1.0%)をガス導入管(図示せず)
から容器内に、760Torrになるまで導入した。そ
の後、電極間に8kHz、立ち上がり速度500nse
c、ピーク−ピーク電圧2.5kVのパルス電圧の印加
を5秒間行って放電プラズマを発生させ、これをポリエ
チレン基材に接触させて処理品を得た。電圧印加に伴っ
て発生した放電プラズマは均一な発光状態であった。
Next, an argon gas flow rate of 990 sccm was mixed with a propargyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) gas flow rate of 10 sccm by a vaporizer in the liquid source supply apparatus by a liquid source supply apparatus (not shown). Gas (monomer concentration 1.0%) gas inlet tube (not shown)
And introduced into the container until the pressure reached 760 Torr. Thereafter, 8 kHz between electrodes and a rising speed of 500 ns
c, A pulse voltage of 2.5 kV peak-to-peak voltage was applied for 5 seconds to generate discharge plasma, which was brought into contact with a polyethylene substrate to obtain a treated product. The discharge plasma generated with the application of the voltage was in a uniform light emitting state.

【0039】電極間電圧2.5kVに対し、587.5
mAの電流が流れ、11.7mA/cm2 の電流密度が
得られた。なお、印加したパルス電界の波形を図7に示
す。得られた表面処理品を用いて、上記測定法に基づ
き、処理直後の接触角と、処理後にイオン交換水で1分
間流水で洗浄した後の接触角を評価した。
For an electrode voltage of 2.5 kV, 587.5
mA current flowed and a current density of 11.7 mA / cm 2 was obtained. FIG. 7 shows the waveform of the applied pulse electric field. Using the obtained surface-treated product, the contact angle immediately after the treatment and the contact angle after washing with running water for 1 minute with ion-exchanged water after the treatment were evaluated based on the above-mentioned measurement methods.

【0040】本発明の方法で使用した基材の接触角は9
6.2度である。 <実施例2>実施例1で用いた上部電極と同型のものを
8wt%の酸化イットリウムで部分安定化されたジルコ
ニウムの溶射膜(被誘電率16、膜厚500μm)で被
覆した電極(ステンレス(SUS304)製、大きさ:
φ80、厚み80mm、φ1mmの孔が5mm間隔で配
設)を上部電極として使用し、Arガス流量985sc
cmと液体原料供給装置内気化器により気化したプロパ
ギルアルコール(和光純薬株式会社製)ガス流量15s
ccmとを混合したガス(モノマー濃度1.5%)を用
い、ピーク−ピーク電圧5.5kVの印加電圧で処理を
行った以外は実施例1と同じとした。
The contact angle of the substrate used in the method of the present invention was 9
6.2 degrees. <Example 2> An electrode (stainless steel) coated with a sprayed zirconium film (dielectric constant 16, film thickness 500 µm) partially stabilized with 8 wt% yttrium oxide was the same as the upper electrode used in Example 1. SUS304), size:
φ80, thickness 80 mm, φ1 mm holes are arranged at 5 mm intervals) as the upper electrode, and an Ar gas flow rate of 985 sc
15g of propagyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) vaporized by the vaporizer in the liquid raw material supply device
The same procedure as in Example 1 was performed, except that the treatment was performed with an applied voltage of 5.5 kV peak-peak voltage using a gas (monomer concentration 1.5%) mixed with ccm.

【0041】電極間電圧5.5kVに対し、1360m
Aの電流が流れ、27.2mA/cm2 の電流密度が得
られた。 <実施例3>アルゴンガスに換えて窒素ガスを流量99
0sccmと液体原料供給装置内気化器により気化した
プロパギルアルコール(和光純薬株式会社製)ガス流量
10sccmとを混合したガス(モノマー濃度1.0
%)を用い、ピーク−ピーク電圧9.1kVの印加電圧
で処理を行った以外は実施例1と同じとした。
For an electrode voltage of 5.5 kV, 1360 m
A current flowed, and a current density of 27.2 mA / cm 2 was obtained. <Example 3> Nitrogen gas was used instead of argon gas at a flow rate of 99.
0 sccm and a gas mixture of propargyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) gas flow rate of 10 sccm vaporized by a vaporizer in the liquid source supply device (monomer concentration 1.0
%) And the process was performed in the same manner as in Example 1 except that the treatment was performed at an applied voltage of 9.1 kV peak-peak voltage.

【0042】電極間電圧9.1kVに対し、2516m
Aの電流が流れ、50.3mA/cm2 の電流密度が得
られた。 <実施例4>窒素ガスを流量985sccmと液体原料
供給装置内気化器により気化したプロパギルアルコール
(和光純薬株式会社製)ガス流量15sccmとを混合
したガス(モノマー濃度1.5%)を用い、ピーク−ピ
ーク電圧12.8kVの印加電圧で処理を行った以外は
実施例3と同じとした。
For a voltage between electrodes of 9.1 kV, 2516 m
A current flowed, and a current density of 50.3 mA / cm 2 was obtained. <Example 4> A gas (monomer concentration 1.5%) obtained by mixing a nitrogen gas flow rate of 985 sccm with a propagyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) gas flow rate of 15 sccm vaporized by a vaporizer in a liquid material supply device was used. Example 3 was the same as Example 3 except that the treatment was performed with an applied voltage of 12.8 kV peak-peak voltage.

【0043】電極間電圧12.8kVに対し、5282
mAの電流が流れ、105.6mA/cm2 の電流密度
が得られた。 <実施例5>プロパギルアルコールに換えてアリルアル
コール(和光純薬株式会社製)を用い、ピーク−ピーク
電圧3.3kVの印加電圧で処理を行った以外は実施例
1と同じとした。
For an interelectrode voltage of 12.8 kV, 5282
mA current flowed and a current density of 105.6 mA / cm 2 was obtained. <Example 5> The same procedure as in Example 1 was performed, except that the treatment was performed at an applied voltage of 3.3 kV peak-peak voltage using allyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) instead of propargyl alcohol.

【0044】電極間電圧3.3kVに対し、793.7
mAの電流が流れ、15.8mA/cm2 の電流密度が
得られた。 <実施例6>プロパギルアルコールに換えてアリルアル
コール(和光純薬株式会社製)を用い、ピーク−ピーク
電圧6.7kVの印加電圧で処理を行った以外は実施例
2と同じとした。
For an electrode voltage of 3.3 kV, 793.7
mA current flowed and a current density of 15.8 mA / cm 2 was obtained. <Example 6> Same as Example 2 except that the treatment was performed at an applied voltage of 6.7 kV peak-peak voltage using allyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) instead of propargyl alcohol.

【0045】電極間電圧6.7kVに対し、1678m
Aの電流が流れ、33.4mA/cm2 の電流密度が得
られた。 <実施例7>プロパギルアルコールに換えてアリルアル
コール(和光純薬株式会社製)を用い、ピーク−ピーク
電圧10.3kVの印加電圧で処理を行った以外は実施
例3と同じとした。
For an interelectrode voltage of 6.7 kV, 1678 m
A current flowed, and a current density of 33.4 mA / cm 2 was obtained. <Example 7> The procedure of Example 3 was repeated except that the treatment was performed at an applied voltage of 10.3 kV peak-peak voltage using allyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) instead of propargyl alcohol.

【0046】電極間電圧10.3kVに対し、2883
mAの電流が流れ、57.4mA/cm2 の電流密度が
得られた。 <実施例8>プロパギルアルコールに換えてアリルアル
コール(和光純薬株式会社製)を用い、ピーク−ピーク
電圧10.3kVの印加電圧で処理を行った以外は実施
例4と同じとした。
For a voltage between electrodes of 10.3 kV, 2883
mA current flowed and a current density of 57.4 mA / cm 2 was obtained. <Example 8> The same procedure as in Example 4 was performed except that the treatment was performed at an applied voltage of peak-peak voltage of 10.3 kV using allyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) instead of propargyl alcohol.

【0047】電極間電圧13.7kVに対し、5687
mAの電流が流れ、113.2mA/cm2 の電流密度
が得られた。 <比較例1>固体誘電体としてガラス(大きさ:140
×140mm、厚み2mm,被誘電率5)を用い、ピー
ク−ピーク電圧1.5kVの印加電圧で処理を行った以
外は実施例1と同じとした。
For the inter-electrode voltage of 13.7 kV, 5687
mA current flowed, and a current density of 113.2 mA / cm 2 was obtained. <Comparative Example 1> Glass (size: 140) as a solid dielectric
× 140 mm, thickness 2 mm, permittivity 5), and the same as Example 1 except that processing was performed with an applied voltage of 1.5 kV peak-peak voltage.

【0048】電極間電圧1.5kVに対し、175.8
mAの電流が流れ、3.5mA/cm2 の電流密度が得
られた。 <比較例2>ピーク−ピーク電圧10.9kVの印加電
圧で処理を行った以外は実施例2と同じとした。
For an electrode voltage of 1.5 kV, 175.8
mA current flowed and a current density of 3.5 mA / cm 2 was obtained. Comparative Example 2 Example 2 was the same as Example 2 except that the processing was performed with an applied voltage of 10.9 kV peak-peak voltage.

【0049】電極間電圧10.9kVに対し、2723
mAの電流が流れ、54.2mA/cm2 の電流密度が
得られた。 <比較例3>固体誘電体としてガラス(大きさ:140
×140mm、厚み2mm,被誘電率5)を用い、ピー
ク−ピーク電圧4.3kVの印加電圧で処理を行った以
外は実施例3と同じとした。
For an interelectrode voltage of 10.9 kV, 2723
mA current flowed and a current density of 54.2 mA / cm 2 was obtained. <Comparative Example 3> Glass (size: 140) as a solid dielectric
× 140 mm, thickness 2 mm, permittivity 5), and the same as Example 3 except that processing was performed with an applied voltage of 4.3 kV peak-peak voltage.

【0050】電極間電圧4.3kVに対し、416.9
mAの電流が流れ、8.3mA/cm2 の電流密度が得
られた。 <比較例4>8wt%の酸化イットリウムで部分安定化
されたジルコニウムの溶射膜(被誘電率16、膜厚50
0μm)で被覆した電極(ステンレス(SUS304)
製、大きさ:φ80、厚み80mm、φ1mmの孔が5
mm間隔で配設)を上部電極として使用し、プロパギル
アルコールに換えてアリルアルコール(和光純薬株式会
社製)を用い、ピーク−ピーク電圧13.7kVの印加
電圧で処理を行った以外は実施例4と同じとした。
For an electrode voltage of 4.3 kV, 416.9
mA current flowed and a current density of 8.3 mA / cm 2 was obtained. Comparative Example 4 A sprayed zirconium film partially stabilized with 8 wt% yttrium oxide (dielectric constant 16, film thickness 50)
0μm) coated electrode (stainless steel (SUS304)
Made, size: φ80, thickness 80mm, 5 holes of φ1mm
(provided at mm intervals) as the upper electrode, and the process was carried out except that the treatment was performed with an applied voltage of peak-peak voltage 13.7 kV using allyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) instead of propargyl alcohol. Same as Example 4.

【0051】電極間電圧13.7kVに対し、6506
mAの電流が流れ、129.5mA/cm2 の電流密度
が得られた。 <比較例5>Arガス流量930sccmと液体原料供
給装置内気化器により気化したプロパギルアルコール
(和光純薬株式会社製)ガス流量70sccmとを混合
したガス(モノマー濃度7.0%)を用い、ピーク−ピ
ーク電圧2.3kVの印加電圧で処理を行った以外は実
施例1と同じとした。
For the inter-electrode voltage of 13.7 kV, 6506
mA current flowed and a current density of 129.5 mA / cm 2 was obtained. <Comparative Example 5> A gas (monomer concentration: 7.0%) obtained by mixing an Ar gas flow rate of 930 sccm and a propagyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) gas flow rate of 70 sccm vaporized by a vaporizer in a liquid material supply apparatus was used. Example 1 was the same as Example 1 except that the treatment was performed with an applied voltage of a peak-peak voltage of 2.3 kV.

【0052】電極間電圧2.3kVに対し、527.5
mAの電流が流れ、10.5mA/cm2 の電流密度が
得られた。 <比較例6>Arガス流量996sccmと液体原料供
給装置内気化器により気化したプロパギルアルコール
(和光純薬株式会社製)ガス流量4sccmとを混合し
たガス(モノマー濃度0.4%)を用い、ピーク−ピー
ク電圧7.6kVの印加電圧で処理を行った以外は実施
例2と同じとした。
527.5 for an electrode voltage of 2.3 kV
mA current flowed and a current density of 10.5 mA / cm 2 was obtained. <Comparative Example 6> A gas (monomer concentration: 0.4%) obtained by mixing an Ar gas flow rate of 996 sccm and a propagyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) gas flow rate of 4 sccm vaporized by a vaporizer in a liquid source supply apparatus was used. Example 2 was the same as Example 2 except that the treatment was performed with an applied voltage of 7.6 kV peak-peak voltage.

【0053】電極間電圧7.6kVに対し、1934m
Aの電流が流れ、38.5mA/cm2 の電流密度が得
られた。 <比較例7>窒素ガス流量930sccmと液体原料供
給装置内気化器により気化したアリルアルコール(和光
純薬株式会社製)ガス流量70sccmとを混合したガ
ス(モノマー濃度7.0%)を用い、ピーク−ピーク電
圧7.7kVの印加電圧で処理を行った以外は実施例3
と同じとした。
When the voltage between electrodes is 7.6 kV, 1934 m
A current flowed, and a current density of 38.5 mA / cm 2 was obtained. Comparative Example 7 A peak was obtained using a gas (monomer concentration: 7.0%) obtained by mixing a nitrogen gas flow rate of 930 sccm and an allyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) gas flow rate of 70 sccm vaporized by a vaporizer in a liquid raw material supply device. Example 3 except that processing was performed with an applied voltage of 7.7 kV peak voltage
And the same.

【0054】電極間電圧7.7kVに対し、1577m
Aの電流が流れ、31.4mA/cm2 の電流密度が得
られた。 <比較例8>窒素ガス流量996sccmと液体原料供
給装置内気化器により気化したアリルアルコール(和光
純薬株式会社製)ガス流量4sccmとを混合したガス
(モノマー濃度0.4%)を用い、ピーク−ピーク電圧
12.8kVの印加電圧で処理を行った以外は実施例4
と同じとした。
For a voltage between electrodes of 7.7 kV, 1577 m
A current flowed, and a current density of 31.4 mA / cm 2 was obtained. Comparative Example 8 A peak was obtained using a gas (monomer concentration: 0.4%) obtained by mixing a nitrogen gas flow rate of 996 sccm and an allyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) gas flow rate of 4 sccm vaporized by a vaporizer in a liquid material supply device. Example 4 except that processing was performed with an applied voltage of 12.8 kV peak voltage
And the same.

【0055】電極間電圧12.8kVに対し、5682
mAの電流が流れ、113.1mA/cm2 の電流密度
が得られた。 <実施例9>窒素ガス流量985sccmと液体原料供
給装置内気化器により気化したプロパギルアルコール
(和光純薬株式会社製)ガス流量15sccmとを混合
したガス(モノマー濃度1.5%)を用い、ピーク−ピ
ーク電圧13.2kVの印加電圧で、処理基材にスライ
ドガラス(マツナミガラス社製、マイクロカバーグラ
ス、大きさ:40×50mm、厚み120〜170μ
m)を用い、処理時間を3秒とした以外は実施例2と同
じとした。
For the inter-electrode voltage of 12.8 kV, 5682
A current of mA flowed and a current density of 113.1 mA / cm 2 was obtained. <Example 9> Using a gas (monomer concentration 1.5%) obtained by mixing a nitrogen gas flow rate of 985 sccm and a propagyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) gas flow rate of 15 sccm vaporized by a vaporizer in a liquid material supply device, At an applied voltage of 13.2 kV peak-peak voltage, a slide glass (manufactured by Matsunami Glass Co., Ltd., micro cover glass, size: 40 × 50 mm, thickness: 120 to 170 μ) was applied to the treated substrate.
m) and the same as Example 2 except that the processing time was 3 seconds.

【0056】電極間電圧13.2kVに対し、3985
mAの電流が流れ、79.7mA/cm2 の電流密度
(電流密度/モノマー濃度=79.7/1.5=53.
1)が得られた。
For the inter-electrode voltage of 13.2 kV, 3985
mA current flows and a current density of 79.7 mA / cm 2 (current density / monomer concentration = 79.7 / 1.5 = 53.
1) was obtained.

【0057】得られた表面処理品のXPS分析(使用装
置:日本電子株式会社製JPS−90SX)を行ったと
ころ、分析チャートからSi原子のピークは認められな
かった。XPSの深さ方向の検出は100Å程度である
ことからガラス基材上に100Å以上の重合膜が形成さ
れていると考えられる。このことより、本発明による成
膜速度は30Å/sec以上と考えられる。 <比較例9>従来の技術で記述した、低温条件下でグロ
ー放電プラズマを発生させて、親水性プラズマ重合膜を
形成する方法(高分子論文集,Vol.42,No.12,pp.881-89
0 及び Vol.52,No.2,pp.76-82 に開示)と同様にしてプ
ロパギルアルコールのプラズマ重合を実施した。
When the obtained surface-treated product was subjected to XPS analysis (using apparatus: JPS-90SX manufactured by JEOL Ltd.), no Si atom peak was observed in the analysis chart. Since detection in the depth direction of XPS is about 100 °, it is considered that a polymer film of 100 ° or more is formed on the glass substrate. From this, it is considered that the film forming rate according to the present invention is 30 ° / sec or more. <Comparative Example 9> A method of forming a hydrophilic plasma polymerized film by generating glow discharge plasma under a low temperature condition as described in the prior art (Polymer Papers, Vol. 42, No. 12, pp. 881) -89
0 and Vol. 52, No. 2, pp. 76-82), and plasma polymerization of propargyl alcohol was carried out.

【0058】図6の装置(チャンバ:ガラス製、容量8
リットル)において、上部電極(ステンレス(SUS3
04)製、大きさ:φ80、厚み80mm、φ1mmの
孔が5mm間隔で配設)12と下部電極(ステンレス
(SUS304)製、大きさ:φ80、厚み80mm)
13との電極間距離を350mmの空間中の下部電極1
3上にポリエチレン基材(積水化学工業株式会社製ポリ
袋:NP−70、大きさ:100×100mm、厚み4
0μm)を配置した。油回転ポンプで装置内が、0.0
4Torrになるまで排気した。
The apparatus shown in FIG. 6 (chamber: glass, capacity: 8)
Liter), the upper electrode (stainless steel (SUS3
04), size: φ80, thickness 80 mm, holes of φ1 mm are arranged at 5 mm intervals) 12 and lower electrode (made of stainless steel (SUS304), size: φ80, thickness 80 mm)
The lower electrode 1 in a space of 350 mm between the electrodes 13 and 13
3 on a polyethylene substrate (poly-bag made by Sekisui Chemical Co., Ltd .: NP-70, size: 100 × 100 mm, thickness 4)
0 μm). The oil rotary pump
Evacuation was performed until the pressure reached 4 Torr.

【0059】次に、液体原料供給装置により、液体原料
供給装置内気化器により気化したプロパギルアルコール
(和光純薬株式会社製)ガス流量10sccmをガス導
入管から容器内に導入し、0.1Torrの圧力平衡状
態にした。その後、電極間に13.56kHz、ピーク
−ピーク電圧1.64kVの交流電圧を5秒間印加して
放電プラズマを発生させ、これをポリエチレン基材に接
触させて処理品を得た。同様に処理時間を10秒、15
秒にして処理品を得た。各処理において各電圧印加によ
って発生した放電プラズマは均一な発光状態であった。
Next, a propargyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) gas flow rate of 10 sccm vaporized by a vaporizer in the liquid material supply device was introduced into the vessel from the gas supply tube by the liquid material supply device, and the pressure was set to 0.1 Torr. Pressure equilibrium state. Thereafter, an AC voltage of 13.56 kHz and a peak-to-peak voltage of 1.64 kV was applied between the electrodes for 5 seconds to generate discharge plasma, which was brought into contact with a polyethylene substrate to obtain a processed product. Similarly, the processing time is 10 seconds, 15
In seconds, a processed product was obtained. The discharge plasma generated by each voltage application in each treatment was in a uniform light emitting state.

【0060】得られた表面処理品のXPS分析を実施例
9と同様に行ったところ、5秒処理品と10秒処理品で
は分析チャートからSi原子のピークは認められたが、
15秒処理品ではSi原子のピークは認められなかっ
た。XPSの深さ方向の検出は100Å程度であること
からガラス基材上に100Å以上の重合膜が形成されて
いると考えられる。このことより、本発明による成膜速
度は6.7Å/sec〜10Å/secの間と考えら
れ、この値は文献に記載してある成膜速度(約8Å/s
ec)とほぼ合致する。このことから、実施例9で求め
た本発明法による成膜速度(30Å/sec以上)は、
従来技術に比べて向上したものであるといえる。
When the XPS analysis of the obtained surface-treated product was performed in the same manner as in Example 9, peaks of Si atoms were recognized in the analysis charts of the 5-second treated product and the 10-second treated product,
No peak of Si atoms was observed in the 15-second processed product. Since detection in the depth direction of XPS is about 100 °, it is considered that a polymer film of 100 ° or more is formed on the glass substrate. From this, it is considered that the film forming rate according to the present invention is between 6.7 ° / sec and 10 ° / sec, and this value is equivalent to the film forming rate (about 8 ° / s) described in the literature.
ec). From this, the film formation rate (30 ° / sec or more) according to the method of the present invention obtained in Example 9 is:
It can be said that this is an improvement over the prior art.

【0061】以上の実施例1〜8及び比較例1〜8の処
理結果を〔表2〕〔表3〕に示す。
The processing results of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 8 are shown in [Table 2] and [Table 3].

【0062】[0062]

【表2】 [Table 2]

【0063】[0063]

【表3】 [Table 3]

【0064】[0064]

【発明の効果】以上述べたように、本発明のプラズマ重
合膜の製造方法によれば、ヘリウムより安価なアルゴン
や窒素をガス雰囲気として使用し、大気圧近傍の圧力下
で放電プラズマを発生させ、不飽和アルコールのプラズ
マ重合を従来よりも高速に行うコトができる。また、表
2および表3から明らかなように、本発明の方法により
形成したプラズマ重合膜によって基材表面の親水性を向
上させることができる。
As described above, according to the method for producing a plasma-polymerized film of the present invention, argon or nitrogen, which is cheaper than helium, is used as a gas atmosphere, and discharge plasma is generated under a pressure near atmospheric pressure. In addition, plasma polymerization of unsaturated alcohol can be performed at a higher speed than before. Further, as is clear from Tables 2 and 3, the hydrophilicity of the substrate surface can be improved by the plasma polymerized film formed by the method of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に適用したパルス電界の1つのパルス電
界を示す図
FIG. 1 is a diagram showing one pulse electric field of a pulse electric field applied to the present invention.

【図2】本発明に適用したパルス電界の波形を示す図FIG. 2 shows a waveform of a pulse electric field applied to the present invention.

【図3】パルス電界を発生させる電源のブロック図FIG. 3 is a block diagram of a power supply for generating a pulse electric field.

【図4】パルス電界を発生させる電源の等価回路図FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a power supply that generates a pulse electric field.

【図5】パルス電界の動作表に対応する出力パルス信号
の図
FIG. 5 is a diagram of an output pulse signal corresponding to an operation table of a pulse electric field.

【図6】本発明の各実施例で用いた放電プラズマ発生装
置の構成を示す模式図
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a discharge plasma generator used in each embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例1で印加したパルス電界の波形
を示す図
FIG. 7 is a diagram showing a waveform of a pulse electric field applied in the first embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 チャンバ 12 上部電極 13 下部電極 14 固体誘電体 15 パルス電源 Reference Signs List 11 chamber 12 upper electrode 13 lower electrode 14 solid dielectric 15 pulse power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−154598(JP,A) 特開 平9−59777(JP,A) 特開 平9−49083(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 7/00 - 7/18 C23C 14/12 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-10-154598 (JP, A) JP-A-9-59777 (JP, A) JP-A-9-49083 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) C08J 7/ 00-7/18 C23C 14/12

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 大気圧近傍の圧力下において対向する一
対の電極間に電圧を印加することによりプラズマを発生
させ、基材表面にプラズマ重合膜を形成する方法であっ
て、アルゴン及び不飽和アルコールからなる雰囲気中
で、電流密度を5〜40mA/cm2 とするとともに、
当該電流密度の上記不飽和アルコール濃度(vol%)
に対する比を2.5〜80とすることを特徴とするプラ
ズマ重合膜の製造方法。
1. A method for generating a plasma by applying a voltage between a pair of electrodes facing each other under a pressure close to the atmospheric pressure to form a plasma polymerized film on a surface of a substrate, comprising: In an atmosphere consisting of, while the current density is 5 to 40 mA / cm 2 ,
The unsaturated alcohol concentration of the current density (vol%)
A method for producing a plasma-polymerized film, wherein the ratio to the ratio is 2.5 to 80.
【請求項2】 大気圧近傍の圧力下において対向する一
対の電極間に電圧を印加することによりプラズマを発生
させ、基材表面にプラズマ重合膜を形成する方法であっ
て、窒素及び不飽和アルコールからなる雰囲気中で、電
流密度を10〜120mA/cm2 とするとともに、当
該電流密度の上記不飽和アルコール濃度(vol%)に
対する比を5〜240とすることを特徴とするプラズマ
重合膜の製造方法。
2. A method for generating a plasma by applying a voltage between a pair of electrodes facing each other under a pressure close to the atmospheric pressure to form a plasma polymerized film on the surface of a base material, comprising the steps of: Wherein the current density is 10 to 120 mA / cm 2 and the ratio of the current density to the unsaturated alcohol concentration (vol%) is 5 to 240 in an atmosphere consisting of Method.
【請求項3】 上記一対の電極間にパルス電圧を印加す
ることによりパルス電界を形成するとともに、そのパル
ス電界の立ち上がりおよび/または立ち下がり時間が、
40ns〜100μsの範囲で、かつそのパルス電界の
強さが1〜100kV/cmの範囲であることを特徴と
する請求項1または2に記載のプラズマ重合膜の製造方
法。
3. A pulse electric field is formed by applying a pulse voltage between the pair of electrodes, and the rise and / or fall time of the pulse electric field is
3. The method according to claim 1, wherein the pulse electric field is in a range of 40 ns to 100 [mu] s and the intensity of the pulse electric field is in a range of 1 to 100 kV / cm.
【請求項4】 上記パルス電界におけるひとつのパルス
波形の形成時間が1μs〜1000μsの範囲で、かつ
その周波数が1kHz〜100kHzの範囲であること
を特徴とする請求項3に記載のプラズマ重合膜の製造方
法。
4. The plasma polymerized film according to claim 3, wherein the time for forming one pulse waveform in the pulse electric field is in the range of 1 μs to 1000 μs, and the frequency is in the range of 1 kHz to 100 kHz. Production method.
【請求項5】 上記パルス電界は、ターンオン時間及び
ターンオフ時間が500ns以下である半導体素子によ
り高電圧直流を変換した高電圧パルスを印加して形成す
ることを特徴とする請求項3または4に記載のプラズマ
重合膜の製造方法。
5. The pulse electric field according to claim 3, wherein the pulse electric field is formed by applying a high-voltage pulse obtained by converting a high-voltage direct current by using a semiconductor device having a turn-on time and a turn-off time of 500 ns or less. Production method of plasma polymerized film.
【請求項6】 上記一対の電極の少なくともいずれか一
方の対向面に固体誘電体を設置し、一方の電極の対向面
に設置された固体誘電体と他方の電極との間、または一
対の電極の双方の対向面に設置された固体誘電体の間
に、基材を配置して処理を行うことを特徴とする、請求
項1、2、3、4または5に記載のプラズマ重合膜の製
造方法。
6. A solid dielectric is provided on at least one of the opposing surfaces of the pair of electrodes, and between the solid dielectric provided on the opposing surface of the one electrode and the other electrode, or a pair of electrodes. The process according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein a treatment is performed by disposing a base material between the solid dielectrics provided on both of the opposed surfaces. Method.
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