JP4237204B2 - マイクロ波プラズマ処理装置およびマイクロ波プラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂容器の内面に被膜を形成するマイクロ波プラズマ処理装置およびマイクロ波プラズマ処理方法に関するものである。

この種のマイクロ波プラズマ処理装置としては、例えば下記特許文献１から３に示されるような、有底筒状の樹脂容器が内部に配置される処理装置本体と、この処理装置本体内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、処理装置本体内に配置される樹脂容器の内部に処理ガスを導入可能な処理ガス導入管とが備えられ、処理装置本体内にマイクロ波を導入して処理ガスをプラズマ化することにより、前記樹脂容器の内面に被膜を形成する構成が知られている。
特開２００４−３０７９１３号公報 特開２００５−２３５５号公報 特開２００５−２９０５０６号公報

しかしながら、前記従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、マイクロ波導入手段から処理装置本体内に導入したマイクロ波を、直接、樹脂容器の胴部に照射して、樹脂容器の内部に導入された処理ガスをプラズマ化していたので、樹脂容器の胴部においてマイクロ波の電磁波エネルギが集中し局所的に加熱されて熱変形する部分が生ずるおそれがあった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、樹脂容器が局所的に熱変形するのを防ぐことができるマイクロ波プラズマ処理装置およびマイクロ波プラズマ処理方法を提供することを目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置は、有底筒状の樹脂容器が内部に配置される処理装置本体と、この処理装置本体内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、処理装置本体内に配置される樹脂容器の内部に処理ガスを導入可能な処理ガス導入管とが備えられたマイクロ波プラズマ処理装置であって、処理装置本体内には、前記樹脂容器の胴部を、その外周面に当接した状態で全周にわたって囲繞するマイクロ波透過部材と、このマイクロ波透過部材を全周にわたって囲繞するマイクロ波透過管とが備えられ、前記マイクロ波透過管の外周面には、その全周にわたって、このマイクロ波透過管を形成する材質よりも誘電率の高い材質からなる誘電被膜が設けられていることを特徴とする。
この発明によれば、マイクロ波導入手段から処理装置本体内に導入されたマイクロ波が、樹脂容器の胴部を照射する前に、誘電被膜およびマイクロ波透過管を照射することにより、このマイクロ波を、マイクロ波透過管の全周にわたって均一なエネルギ量に分散させた状態で、樹脂容器の胴部に向けて照射することが可能になり、樹脂容器に局所的な電磁波エネルギが集中するのを抑制することができる。
さらに、マイクロ波透過管と前記樹脂容器の胴部との間に、この胴部を、その外周面に当接した状態で全周にわたって囲繞するマイクロ波透過部材が設けられているので、マイクロ波透過管を透過したマイクロ波のエネルギを減退させることなく樹脂容器に到達させることが可能になり、樹脂容器内で発生するプラズマ状態がばらつくのを抑制することができる。また、このようにマイクロ波透過部材とマイクロ波透過管とを別部材としているので、被膜を形成する樹脂容器のサイズが多種にわたる場合、マイクロ波透過部材およびマイクロ波透過管を両者ともに交換しなくても、樹脂容器の胴部外周面に当接するマイクロ波透過部材のみを交換すれば足り、このマイクロ波プラズマ処理装置の取り扱い性を向上させることができる。

ここで、前記マイクロ波透過部材の外周面と前記マイクロ波透過管の内周面との間に隙間が設けられ、この隙間にマイクロ波透過性材料からなる充填材が充填されてもよい。
この場合、前記マイクロ波透過部材の外周面と前記マイクロ波透過管の内周面との間に設けられた隙間に前記マイクロ波透過性材料からなる充填材が設けられているので、マイクロ波透過管を透過したマイクロ波の有するエネルギが前記隙間で減退するのを抑えることができる。また、マイクロ波透過部材の外周面とマイクロ波透過管の内周面との間に隙間が設けられているので、マイクロ波透過部材およびマイクロ波透過管をともに高い寸法精度で形成する必要がなく、マイクロ波プラズマ処理装置の高コスト化も抑えることができる。

本発明のマイクロ波プラズマ処理方法は、処理装置本体内にマイクロ波を導入して処理ガスをプラズマ化することにより、処理装置本体内に配置された樹脂容器の内面に被膜を形成するマイクロ波プラズマ処理方法であって、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置を用い、前記マイクロ波導入手段から処理装置本体内に導入されたマイクロ波を、前記マイクロ波透過管およびマイクロ波透過部材をこの順に透過させることによって、前記樹脂容器の胴部にその全周にわたって略均等なエネルギ量に分散して照射し、この樹脂容器の内面に被膜を形成することを特徴とする。

本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置およびマイクロ波プラズマ処理方法によれば、樹脂容器が局所的に熱変形するのを防ぐことができる。

以下、図１に基づいて本発明の一実施形態を説明する。本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０は、有底筒状の樹脂容器Ｗが内部に配置される処理装置本体１１と、処理装置本体１１内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段１２と、処理装置本体１１内に配置される樹脂容器Ｗの内部に処理ガスＧを導入可能な処理ガス導入管１３とが備えられている。

本実施形態では、樹脂容器Ｗは、例えばポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂により形成されたいわゆるペットボトルのような形状とされ、その上端開口部Ｗ１が底蓋１１ｂに支えられて処理装置本体１１内に配置される。この底蓋１１ｂには、内部が処理装置本体１１内と連通した排気口が連結されている。そして、この排気口内に、処理ガス導入管１３が挿入されて、処理ガス導入管１３は、処理装置本体１１内の樹脂容器Ｗの内部にその上端開口部Ｗ１から挿入されるようになっている。これにより、樹脂容器Ｗの内部に位置する処理ガス導入管１３の開口端部からこの樹脂容器Ｗ内に処理ガスＧを導入するようになっている。また、本実施形態では、処理装置本体１１に、樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２に向けて開口する開口部１１ａが形成されており、この開口部１１ａを介してマイクロ波導入手段１２からのマイクロ波が処理装置本体１１内に導入される。

なお、処理装置本体１１の天板１１ｃは開閉可能とされ、樹脂容器Ｗを処理装置本体１１内から出し入れできるようになっている。また、処理装置本体１１には、図示されない真空ポンプに接続された排気管１４が連結され、処理装置本体１１の内圧が調整可能とされている。さらに、マイクロ波導入手段１２は、マイクロ波発生器１２ａとアンテナ１２ｂとを備え、アンテナ１２ｂの先端部が処理装置本体１１の開口部１１ａ内に位置され、マイクロ波をアンテナ１２ｂから直接処理装置本体１１内に導入するようになっている。

そして、本実施形態では、処理装置本体１１内に、樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２を、その外周面に当接した状態で全周にわたって囲繞するマイクロ波透過部材１５と、このマイクロ波透過部材１５を全周にわたって囲繞するマイクロ波透過管１６とが備えられ、マイクロ波透過管１６の外周面には、その全周にわたって、このマイクロ波透過管１６を形成する材質よりも誘電率の高い材質からなる誘電被膜１６ａが設けられている。
なお、図示の例では、誘電被膜１６ａの外周面と、処理装置本体１１の内面のうち、樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２と対向する側面との間には隙間が設けられている。また、マイクロ波透過部材１５の内周面形状は、樹脂容器Ｗの外周面形状に沿った形状とされている。マイクロ波透過管１６は筒状とされ、その両端開口部はそれぞれ、処理装置本体１１における天板１１ｃおよび底蓋１１ｂの各内面によって閉塞されている。さらに、処理装置本体１１の開口部１１ａは、誘電被膜１６ａの外周面に向けて開口している。また、マイクロ波透過部材１５の内周面は、樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２の外周面の略全域にわたって当接している。

さらに本実施形態では、マイクロ波透過部材１５の上端開口部と、天板１１ｃの内面とは非接触とされて、マイクロ波透過部材１５の上端開口部は処理装置本体１１内で上方に向けて開口しており、樹脂容器Ｗを処理装置本体１１内に容易に出し入れできるようになっている。また、マイクロ波透過部材１５は例えばＰＦＡ若しくはＴＦＥ、合成樹脂等により形成され、マイクロ波透過管１６は、例えば石英等で形成される。

そして、本実施形態では、マイクロ波透過部材１５の外周面とマイクロ波透過管１６の内周面との間に隙間が設けられ、この隙間にマイクロ波透過性材料からなる充填材１７が充填されている。この充填材１７は固体若しくはゲル状液体とされ、固体の場合は例えばフッ素樹脂のポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）を延伸加工した連続多孔質ポリテトラフロロエチレン（ｅＰＴＦＥ）等で形成される。なお、充填材１７は、マイクロ波透過部材１５とは異なる材質で形成してもよいが、同一の材質で形成するのが好ましい。また、充填材１７は、マイクロ波透過部材１５とマイクロ波透過管１６との間の前記隙間において、少なくとも樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２と対応する部分の全域に充填されている。

以上のように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置１０においては、処理装置本体１１内に、マイクロ波導入手段１２から前記開口部１１ａを介してマイクロ波を導入し、処理ガス導入管１３から樹脂容器Ｗ内に供給された処理ガスＧをプラズマ化することにより、処理装置本体１１内の樹脂容器Ｗの内面に被膜を形成する。
ここで、マイクロ波導入手段１２から前記開口部１１ａを介して処理装置本体１１内に導入されたマイクロ波を、樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２に照射する前に誘電被膜１６ａに照射することにより、このマイクロ波を、マイクロ波透過管１６の外周面上でその全周にわたって均一なエネルギ量に分散した状態でこのマイクロ波透過管１６を透過させる。そして、この分散したマイクロ波が、マイクロ波透過部材１５の外周面とマイクロ波透過管１６の内周面との間に隙間なく充填された充填材１７、および樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２の外周面に当接したマイクロ波透過部材１５をこの順に透過することにより、樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２にその全周にわたって均一なエネルギ量のマイクロ波を減退なく導入する。

以上説明したように、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０によれば、処理装置本体１１内に誘電被膜１６ａおよびマイクロ波透過管１６が設けられているので、マイクロ波導入手段１２から処理装置本体１１内に導入されたマイクロ波が、樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２を照射する前に誘電被膜１６ａおよびマイクロ波透過管１６を照射することにより、このマイクロ波を、マイクロ波透過管１６の全周にわたって均一なエネルギ量に分散させた状態で透過させて樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２に向けて照射することが可能になり、樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２が局所的に熱変形するのを防ぐことができる。

また、マイクロ波透過管１６と樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２との間に、この胴部Ｗ２を、その外周面に当接した状態で全周にわたって囲繞するマイクロ波透過部材１５が設けられているので、マイクロ波透過管１６を透過したマイクロ波のエネルギを減退させることなく樹脂容器Ｗに到達させることが可能になり、樹脂容器Ｗ内で発生するプラズマ状態がばらつくのを抑制することができる。また、マイクロ波透過部材１５とマイクロ波透過管１６とを別部材としているので、被膜を形成する樹脂容器Ｗのサイズが多種にわたる場合、両者１５、１６ともに交換しなくても、樹脂容器Ｗの胴部Ｗ２外周面に当接するマイクロ波透過部材１５のみを交換すれば足り、このマイクロ波プラズマ処理装置１０の取り扱い性を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、マイクロ波透過部材１５の外周面とマイクロ波透過管１６の内周面との間に隙間が設けられ、この隙間にマイクロ波透過性材料からなる充填材１７が充填されているので、マイクロ波透過管１６を透過したマイクロ波の有するエネルギが前記隙間で減退するのを抑えることもできる。また、マイクロ波透過部材１５とマイクロ波透過管１６との間に隙間が設けられているので、これら１５、１６を高い寸法精度で形成する必要がなく、マイクロ波プラズマ処理装置１０の高コスト化も抑えることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、マイクロ波導入手段１２と処理装置本体１１の開口部１１ａとの間に導波管を介在させてもよい。
また、マイクロ波透過部材１５、マイクロ波透過管１６、充填材１７および樹脂容器Ｗの材質は前記実施形態で示したものに限られるものではない。

さらに、前記実施形態では、処理ガス導入管１３として、その開口端部を、処理装置本体１１内に配置される樹脂容器Ｗの内部に位置させた状態で、この樹脂容器Ｗの内部に処理ガスＧを導入する構成を示したが、処理ガス導入管１３の開口端部を、樹脂容器Ｗの上端開口部Ｗ１にこの樹脂容器Ｗの外方から対向させて位置させた状態で、処理ガスＧを樹脂容器Ｗの内部に導入するようにしてもよい。

樹脂容器の胴部が局所的に熱変形するのを防ぐことができる。

本発明の一実施形態として示したマイクロ波プラズマ処理装置の概略図である。

符号の説明

１０ マイクロ波プラズマ処理装置
１１ 処理装置本体
１１ａ 開口部
１１ｂ 底蓋
１１ｃ 天板
１２ マイクロ波導入手段
１２ａ マイクロ波発生器
１２ｂ アンテナ
１３ 処理ガス導入管
１４ 排気管
１５ マイクロ波透過部材
１６ マイクロ波透過管
１６ａ 誘電被膜
１７ 充填材
Ｇ 処理ガス
Ｗ 樹脂容器
Ｗ１ 上端開口部
Ｗ２ 胴部

Claims (3)

1. 有底筒状の樹脂容器が内部に配置される処理装置本体と、この処理装置本体内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、処理装置本体内に配置される樹脂容器の内部に処理ガスを導入可能な処理ガス導入管とが備えられたマイクロ波プラズマ処理装置であって、
   処理装置本体内には、前記樹脂容器の胴部を、その外周面に当接した状態で全周にわたって囲繞するマイクロ波透過部材と、このマイクロ波透過部材を全周にわたって囲繞するマイクロ波透過管とが備えられ、前記マイクロ波透過管の外周面には、その全周にわたって、このマイクロ波透過管を形成する材質よりも誘電率の高い材質からなる誘電被膜が設けられていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
2. 請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置において、
   前記マイクロ波透過部材の外周面と前記マイクロ波透過管の内周面との間に隙間が設けられ、この隙間にマイクロ波透過性材料からなる充填材が充填されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
3. 処理装置本体内にマイクロ波を導入して処理ガスをプラズマ化することにより、処理装置本体内に配置された樹脂容器の内面に被膜を形成するマイクロ波プラズマ処理方法であって、
   請求項１または２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置を用い、前記マイクロ波導入手段から処理装置本体内に導入されたマイクロ波を、前記マイクロ波透過管およびマイクロ波透過部材をこの順に透過させることによって、前記樹脂容器の胴部にその全周にわたって略均等なエネルギ量に分散して照射し、この樹脂容器の内面に被膜を形成することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。
   
   

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