JP4422966B2

JP4422966B2 - Surface treatment method using discharge plasma

Info

Publication number: JP4422966B2
Application number: JP2003004889A
Authority: JP
Inventors: 達也加藤; 正士神藤
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: JP2004216236A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理材にプラズマ中の電子を入射させて、被処理材表面の架橋処理を行う放電プラズマを利用した表面処理装置、および放電プラズマを利用した表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、絶縁体によって被覆された被覆電線の機械的特性、および電気的特性を改善するために、絶縁体に架橋処理を施すことが一般に行われている。たとえば、特許文献１に示される技術を電線架橋処理に適用した場合には、導電性層を有するマンドレル上に絶縁体としての架橋性ゴムを配置し、高周波を印加してマンドレルの導電層を加熱し、この熱により架橋性ゴムを加熱することにより架橋処理を行うことができる。また、特許文献１には高周波の具体的な印加方法が明確に記載されていないが、高周波を印加する場合には定常波を印加する方法が一般的に用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−６７０１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定常波を印加した場合には、印加される高周波の出力に幅があるために十分な架橋処理を行うために出力を高めると架橋型樹脂が溶融し、変形してしまい、十分な架橋処理を行うことができなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、絶縁被覆を溶融することなく表面処理を行うことが可能である放電プラズマを利用した表面処理装置及び放電プラズマを利用した表面処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、マイクロ波発生部１０で出力され、パルス波形を備えたマイクロ波を矩形−同軸変換器３０の内部の伝送空間２１を伝搬させ、矩形−同軸変換部３１で該マイクロ波のモードをＴＥ１０モードからＴＥＭモードに変換した後に、放電チャンバ４０に入射することにより、この放電チャンバ４０内に設けられたスロットアンテナ４３と誘電体４５によって該放電チャンバ４０の反応室４１にプラズマを発生させて、該反応室４１内に配設された被処理材の表面を架橋処理することを特徴とする放電プラズマを利用した表面処理方法である。
【００１１】
この放電プラズマを利用した表面処理方法では、パルス波形のマイクロ波を入射することで、放電チャンバの内部空間にパルス化したプラズマが発生するので、放電チャンバの内部空間を表面処理に適した環境を作ることができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１記載の放電プラズマを利用した表面処理方法であって、前記マイクロ波のパルス波形が前記マイクロ波発生部によってデューティ制御されることを特徴とする。
【００１３】
この放電プラズマを利用した表面処理方法では、請求項１の作用に加え、デューティ制御によってプラズマの状態を自在に変えることができるので、内部空間を表面処理により適した環境にすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１、図２は本発明の第１実施形態を示し、図１は放電プラズマを利用した表面処理装置１の概略構成図、図２は表面処理装置１の放電チャンバ４０の構成図である。
【００１６】
図１に示すように、第１実施形態の放電プラズマを利用した表面処理装置１は、パルス波形を備えたマイクロ波を発生するマイクロ波発生部１０と、このマイクロ波発生部１０より発生したマイクロ波を伝送させるマイクロ波伝送部２０と、このマイクロ波伝送部２０により伝送されたマイクロ波のモードを変換する矩形−同軸変換器３０と、この矩形−同軸変換器３０で変換されたマイクロ波を反応室４１で放電し、プラズマを発生させる放電チャンバ４０とから構成されている。
【００１７】
マイクロ波伝送部２０は、マイクロ波の入射側から第１方向結合器２２、アイソレータ２３、第２方向結合器２４、ランスフォーマ２５、自動整合器２６及びランスフォーマ２７がこの順で連結されて構成されている。このように構成されたマイクロ波伝送部２０は、反射波を発生させることなくマイクロ波をＴＥ１０モードで矩形−同軸変換器３０に向かって伝搬する。
【００１８】
矩形−同軸変換器３０は、その内部の伝送空間２１の終端側にショートプランジャ３２を有し、このショートプランジャ３２の可動短絡板３３の位置を可変することにより伝送空間２１の終端位置を所望の位置に可変できるようになっている。また、矩形−同軸変換器３０は、矩形−同軸変換部３１を備え、この矩形−同軸変換部３１の一端側に放電チャンバ４０が配設されている。そして、矩形−同軸変換器３０に向かって伝搬されたＴＥ１０モードのマイクロ波は、矩形−同軸変換部３１でＴＥＭモードに変換され、放電チャンバ４０に伝搬される。
【００１９】
放電チャンバ４０は、図２に示されるように、反応室４１を備え、この反応室４１の内部にスロットアンテナ部４２が設けられている。このスロットアンテナ部４２には、矩形−同軸変換部３１の先端に設けられた円盤形状を備えたスロットアンテナ構成部品４３と、スロットアンテナ構成部品４３の外周部分にこのスロットアンテナ構成部品４３と接触しないように配置される円環形状を備えたスロットアンテナ構成部品４４とが配設されている。また、反応室４１には、これらスロットアンテナ構成部品４３、４４に当接保持された誘電体としての石英ガラス４５とが設けられている。
【００２０】
さらに、反応室４１には、反応室４１内に連通する連通部が複数箇所設けられており、第１連通部４６は、反応室４１内部で作業をする際に開閉される。第２連通部４７は、真空ポンプ不図示に接続され、反応室４１内の圧力を調整する。第３連通部４８は、ガスコントローラ４９に接続され、ガスコントローラ４９によって成分、および圧力などが調整されたガスが第３連通部４８を通じて反応室４１内部に供給される。
【００２１】
次に、放電プラズマを利用した表面処理装置１による表面処理方法の手順を説明する。
【００２２】
まず、マイクロ波発生部１０でパルス波形を備えたマイクロ波を発生させ、マイクロ波伝送部２０にこのマイクロ波を入射する。マイクロ波伝送部２０では、マイクロ波の入射側から第１方向結合器２２、アイソレータ２３、第２方向結合器２４、ランスフォーマ２５、自動整合器２６及びランスフォーマ２７の順でマイクロ波が内部を通過する間に、反射波を発生させることなく、単一位相のマイクロ波をＴＥ１０モードで矩形−同軸変換器３０に向かって伝搬する。
【００２３】
矩形−同軸変換器３０に向かって伝搬されたＴＥ１０モードのマイクロ波は、矩形−同軸変換部３１でＴＥＭモードに変換され、放電チャンバ４０に伝搬される。
【００２４】
また、放電チャンバ４０に伝搬されたＴＥＭモードのマイクロ波は、スロットアンテナ部４２で放出され、石英ガラス４５の表面にパルス化したプラズマを発生させる。そして、石英ガラス４５状に被処理材（不図示）が配設されることにより、パルス化したプラズマによって表面処理が行われる。
【００２５】
以上の構成により、本実施形態の放電プラズマを利用した表面処理装置１ａは、パルス波形のマイクロ波を入射することで、放電チャンバの内部空間にパルス化したプラズマが発生するので、放電チャンバの内部空間を表面処理に適した環境を作ることができるとともに、デューティ制御によってプラズマの状態を自在に変えることができるので、内部空間を表面処理により適した環境にすることができる。
【００２６】
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。図３に示されるように、第２実施形態の放電プラズマを利用した表面処理装置１ａは第１実施形態と同様のマイクロ波発生部１０ａとマイクロ波伝送部２０ａとを備えるとともに、放電チャンバ４０ａを表面処理装置本体２ａと別体に配置し、表面処理装置本体２ａに設けられた矩形−同軸変換器３０ａから延設された矩形−同軸変換部３１ａによって放電チャンバ４０ａが連結されている。
【００２７】
そして、第１実施形態と同様に矩形−同軸変換器３０ａに向かって伝搬されたＴＥ１０モードのマイクロ波は、矩形−同軸変換部３１ａでＴＥＭモードに変換されて放電チャンバ４０ａに伝搬され、スロットアンテナ部４２ａで放出されることにより、石英ガラス４５ａの表面にパルス化したプラズマが発生する。
【００２８】
以上の構成により、本実施形態の放電プラズマを利用した表面処理装置１ａは、パルス波形のマイクロ波を入射することで、放電チャンバの内部空間にパルス化したプラズマが発生するので、放電チャンバの内部空間を表面処理に適した環境を作ることができるとともに、デューティ制御によってプラズマの状態を自在に変えることができるので、内部空間を表面処理により適した環境にすることができる。
【００２９】
また、放電チャンバ４０ａが表面処理装置本体２ａと別体に配設できるので、表面処理装置１ａを設置する際の自由度が大きくなるとともに、作業者が作業をし易い位置に放電チャンバ４０ａを配置することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、パルス波形のマイクロ波を入射することで、放電チャンバの内部空間にパルス化したプラズマが発生するので、放電チャンバの内部空間を表面処理に適した環境を作ることができる。
【００３３】
請求項２の発明によれば、請求項１の作用に加え、デューティ制御によってプラズマの状態を自在に変えることができるので、内部空間を表面処理により適した環境にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、放電プラズマを利用した表面処理装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の放電プラズマを利用した表面処理装置の放電チャンバの構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示し、放電プラズマを利用した表面処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１、１ａ…放電プラズマを利用した表面処理装置
１０、１０ａ…マイクロ波発生部
２０、２０ａ…マイクロ波伝送部
２１…伝送空間
３０、３０ａ…同軸変換器
３１、３１ａ…同軸変換部
４０、４０ａ…放電チャンバ
４１…反応室
４３…スロットアンテナ構成部品（スロットアンテナ）
４４…スロットアンテナ構成部品（スロットアンテナ）
４５、４５ａ…石英ガラス（誘電体）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface treatment apparatus using a discharge plasma that performs cross-linking treatment on the surface of a material to be processed by causing electrons in the plasma to enter the material to be processed, and a surface treatment method using the discharge plasma.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to improve the mechanical characteristics and electrical characteristics of a covered electric wire covered with an insulator, it is generally performed to perform a crosslinking treatment on the insulator. For example, when the technique disclosed in Patent Document 1 is applied to the wire cross-linking treatment, a cross-linkable rubber as an insulator is disposed on a mandrel having a conductive layer, and a high frequency is applied to heat the conductive layer of the mandrel. The crosslinking treatment can be performed by heating the crosslinkable rubber with this heat. Moreover, although the specific application method of a high frequency is not described clearly in patent document 1, when applying a high frequency, the method of applying a stationary wave is generally used.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-67018
[Problems to be solved by the invention]
However, when a standing wave is applied, since there is a range in the output of the applied high frequency, the crosslinking resin melts and deforms when the output is increased in order to perform sufficient crosslinking treatment, and sufficient crosslinking treatment is performed. Could not do.
[0005]
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and a surface treatment apparatus using discharge plasma and a surface using discharge plasma capable of performing surface treatment without melting the insulating coating. An object is to provide a processing method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a microwave having a pulse waveform output from the microwave generation unit 10 is propagated through a transmission space 21 inside the rectangular-coaxial converter 30, and the microwave is output by the rectangular-coaxial conversion unit 31. After the mode is changed from the TE10 mode to the TEM mode, it is incident on the discharge chamber 40, so that plasma is generated in the reaction chamber 41 of the discharge chamber 40 by the slot antenna 43 and the dielectric 45 provided in the discharge chamber 40. This is a surface treatment method using discharge plasma, characterized in that the surface of the material to be treated disposed in the reaction chamber 41 is subjected to crosslinking treatment.
[0011]
In this surface treatment method using discharge plasma, pulsed microwaves are incident to generate a pulsed plasma in the internal space of the discharge chamber, so that the internal space of the discharge chamber is suitable for surface treatment. Can be made.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a surface treatment method using the discharge plasma according to the first aspect , wherein the pulse waveform of the microwave is duty-controlled by the microwave generator.
[0013]
In the surface treatment method using the discharge plasma, the plasma state can be freely changed by duty control in addition to the operation of the first aspect , so that the internal space can be made an environment more suitable for the surface treatment.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
1 and 2 show a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a surface treatment apparatus 1 using discharge plasma, and FIG. 2 is a configuration diagram of a discharge chamber 40 of the surface treatment apparatus 1.
[0016]
As shown in FIG. 1, the surface treatment apparatus 1 using discharge plasma according to the first embodiment includes a microwave generation unit 10 that generates a microwave having a pulse waveform, and a microwave generated by the microwave generation unit 10. A microwave transmission unit 20 that transmits a wave, a rectangular-coaxial converter 30 that converts a mode of the microwave transmitted by the microwave transmission unit 20, and a microwave that is converted by the rectangular-coaxial converter 30 The discharge chamber 40 is configured to discharge in the reaction chamber 41 and generate plasma.
[0017]
The microwave transmission unit 20 includes a first directional coupler 22, an isolator 23, a second directional coupler 24, a lance former 25, an automatic aligner 26, and a lance former 27 connected in this order from the microwave incident side. Has been. The microwave transmission unit 20 configured as described above propagates the microwave toward the rectangular-coaxial converter 30 in the TE10 mode without generating a reflected wave.
[0018]
The rectangular-coaxial converter 30 has a short plunger 32 on the end side of the transmission space 21 inside, and by changing the position of the movable short-circuit plate 33 of the short plunger 32, the end position of the transmission space 21 is set to a desired value. The position can be changed. The rectangular-coaxial converter 30 includes a rectangular-coaxial converter 31, and a discharge chamber 40 is disposed on one end side of the rectangular-coaxial converter 31. The TE10 mode microwave propagated toward the rectangular-coaxial converter 30 is converted into the TEM mode by the rectangular-coaxial converter 31 and propagated to the discharge chamber 40.
[0019]
As shown in FIG. 2, the discharge chamber 40 includes a reaction chamber 41, and a slot antenna 42 is provided inside the reaction chamber 41. The slot antenna portion 42 has a disk-shaped slot antenna component 43 provided at the tip of the rectangular-coaxial conversion portion 31, and the slot antenna component 43 does not come into contact with the slot antenna component 43. And a slot antenna component 44 having an annular shape arranged in this manner. The reaction chamber 41 is provided with a quartz glass 45 as a dielectric that is held in contact with the slot antenna components 43 and 44.
[0020]
Further, the reaction chamber 41 is provided with a plurality of communication portions communicating with the reaction chamber 41, and the first communication portion 46 is opened and closed when working inside the reaction chamber 41. The second communication part 47 is connected to a vacuum pump (not shown) and adjusts the pressure in the reaction chamber 41. The third communication part 48 is connected to a gas controller 49, and a gas whose components, pressure, etc. are adjusted by the gas controller 49 is supplied into the reaction chamber 41 through the third communication part 48.
[0021]
Next, the procedure of the surface treatment method by the surface treatment apparatus 1 using discharge plasma will be described.
[0022]
First, a microwave having a pulse waveform is generated by the microwave generation unit 10, and this microwave is incident on the microwave transmission unit 20. In the microwave transmission unit 20, the microwaves travel in the order of the first directional coupler 22, the isolator 23, the second directional coupler 24, the lance former 25, the automatic matching unit 26, and the lance former 27 from the microwave incident side. While passing, a single-phase microwave is propagated toward the rectangular-coaxial converter 30 in the TE10 mode without generating a reflected wave.
[0023]
The TE10 mode microwave propagated toward the rectangular-coaxial converter 30 is converted into the TEM mode by the rectangular-coaxial converter 31 and propagated to the discharge chamber 40.
[0024]
Further, the TEM mode microwave propagated to the discharge chamber 40 is emitted from the slot antenna portion 42 and generates a pulsed plasma on the surface of the quartz glass 45. Then, a material to be treated (not shown) is arranged in the shape of quartz glass 45, whereby the surface treatment is performed with pulsed plasma.
[0025]
With the above configuration, the surface treatment apparatus 1a using the discharge plasma of the present embodiment generates pulsed plasma in the internal space of the discharge chamber when the microwave having the pulse waveform is incident. An environment suitable for the surface treatment can be created in the space, and the state of the plasma can be freely changed by the duty control, so that the internal space can be made an environment suitable for the surface treatment.
[0026]
Next, 2nd Embodiment of this invention is described based on drawing. As shown in FIG. 3, the surface treatment apparatus 1a using the discharge plasma according to the second embodiment includes a microwave generation unit 10a and a microwave transmission unit 20a similar to those of the first embodiment, and a discharge chamber 40a. The discharge chamber 40a is connected by a rectangular-coaxial conversion portion 31a that is disposed separately from the surface treatment apparatus main body 2a and extends from the rectangular-coaxial converter 30a provided in the surface treatment apparatus main body 2a.
[0027]
Similarly to the first embodiment, the TE10-mode microwave propagated toward the rectangular-coaxial converter 30a is converted into the TEM mode by the rectangular-coaxial converter 31a and propagated to the discharge chamber 40a, and the slot antenna. By being emitted from the portion 42a, pulsed plasma is generated on the surface of the quartz glass 45a.
[0028]
With the above configuration, the surface treatment apparatus 1a using the discharge plasma of the present embodiment generates pulsed plasma in the internal space of the discharge chamber when the microwave having the pulse waveform is incident. An environment suitable for the surface treatment can be created in the space, and the state of the plasma can be freely changed by the duty control, so that the internal space can be made an environment suitable for the surface treatment.
[0029]
Further, since the discharge chamber 40a can be disposed separately from the surface treatment apparatus main body 2a, the degree of freedom in installing the surface treatment apparatus 1a is increased, and the discharge chamber 40a is disposed at a position where an operator can easily work. can do.
[0032]
【The invention's effect】
As described above , according to the first aspect of the present invention, pulsed microwaves are incident to generate pulsed plasma in the internal space of the discharge chamber, so that the internal space of the discharge chamber is subjected to surface treatment. A suitable environment can be created.
[0033]
According to the invention of claim 2 , in addition to the action of claim 1 , the state of plasma can be freely changed by duty control, so that the internal space can be made a more suitable environment for surface treatment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a surface treatment apparatus using discharge plasma according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a discharge chamber of the surface treatment apparatus using the discharge plasma of the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a surface treatment apparatus using a discharge plasma according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a ... Surface treatment apparatus 10 using discharge plasma, 10a ... Microwave generation part 20, 20a ... Microwave transmission part 21 ... Transmission space 30, 30a ... Coaxial converter 31, 31a ... Coaxial conversion part 40, 40a ... Discharge chamber 41 ... reaction chamber 43 ... slot antenna component (slot antenna)
44 ... Slot antenna component (slot antenna)
45, 45a ... quartz glass (dielectric)

Claims

A microwave output from the microwave generator (10) and having a pulse waveform is propagated through a transmission space (21) inside the rectangular-coaxial converter (30 ) , and the microwave is transmitted by the rectangular-coaxial converter (31). wave mode after converting the TEM mode from the TE10 mode, by entering the discharge chamber (40), the discharge by a slot antenna provided to the discharge chamber (40) in (43) and the dielectric (45) Surface treatment using discharge plasma, characterized in that plasma is generated in a reaction chamber (41 ) of a chamber (40) and the surface of a material to be treated disposed in the reaction chamber (41) is subjected to a crosslinking treatment. Method.

A surface treatment method using the discharge plasma according to claim 1,
A surface treatment method using discharge plasma, wherein the microwave pulse waveform is duty-controlled by the microwave generator (10) .