JP5026169B2

JP5026169B2 - プラズマ処理装置

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Publication number: JP5026169B2
Application number: JP2007175691A
Authority: JP
Inventors: 了治木藤; 健広岡村
Original assignee: Nagano Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Nagano Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2027-07-04
Also published as: JP2009016146A

Description

本発明は、プラスチックチューブなどの処理対象体の内面や外面をプラズマで処理するプラズマ処理装置に関するものである。

この種のプラズマ処理装置として、特開平８−５７０３８号公報に開示されたプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置は、高圧側電極および接地側電極を有する円筒型電極管と高周波電源とを備えている。このプラズマ処理装置では、処理対象体（被処理基材であって例えばチューブ）にグロー放電を安定に発生させるガスと処理ガスとの混合ガスを連続的に導入しながら、円筒型電極管にチューブを連続的に導入し、この状態において、高圧側電極と接地側電極との間に高周波電源から高周波信号（１０ＫＨｚ〜２０ＫＨｚの交流電圧）を印加することにより、グロー放電プラズマをチューブ内にのみ発生させることで、チューブ内面が選択的にプラズマ処理される。また、この公報には、上記の周波数の交流電圧を高周波信号として印加し、かつチューブが円筒型電極管内を通過する時間（滞留時間＝処理時間）を１０〜１５分に設定して、チューブ内をプラズマ処理する実施例が開示されている。また、処理対象体がプラスチック基材のときには、１ＧＨｚ以下の周波数が望ましいと記載されている。
特開平８−５７０３８号公報（第６−９頁、第８図）

ところで、近年では、処理対象体に対するプラズマを利用した表面処理をより高速に実施したいという要望がある。この場合、高周波電源から出力される高周波信号の周波数を高めて高密度のプラズマを発生させることにより、プラズマ処理の高効率化を図る（処理時間の短縮を図る）方式が考えられる。しかしながら、高周波信号の電力が一定の条件下においては、高周波信号の周波数の上昇に伴ってプラズマ発生時のガス温度が上昇することが知られており（例えば「大気圧プラズマの生成制御と応用技術」（サイエンス＆テクノロジー刊）の１２頁）、この温度上昇により、この方式には、プラスチックなどの樹脂材料で形成された処理対象体においては損傷が発生するという問題点が存在する。

本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、処理対象体を損傷させることなく、より短時間でプラズマ処理し得るプラズマ処理装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載のプラズマ処理装置は、準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号を生成すると共に当該高周波信号の電力を制御可能に構成された高周波信号生成部と、前記高周波信号を入力して放射する放射器と、グランド電位が付与された筐体と、一端が前記筐体の内壁に接続されると共に他端に前記高周波信号が供給されるカップリングループとを備え、前記放射器は、前記カップリングループから離間した状態で前記筐体内に立設され、前記筐体には、管状の処理対象体が前記放射器の近傍を通過可能とする貫通孔が形成され、前記処理対象体を前記貫通孔に挿通させて当該処理対象体を前記筐体内に位置させた状態において、前記電力が制御された前記高周波信号を前記高周波信号生成部から前記カップリングループに供給して当該カップリングループから前記筐体を経由して前記放射器に出力することにより、プラズマ放電用ガスが内部に供給された前記処理対象体の当該内部における当該放射器の近傍にプラズマを発生させて、当該処理対象体の内面を前記筐体内において当該プラズマで処理する。

また、請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記放射器は、その内部に前記処理対象体を挿通可能に筒状に形成されている。

請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１または２記載のプラズマ処理装置において、前記放射器の近傍の電位分布を制御する電圧生成部を更に備えている。

請求項１記載のプラズマ処理装置では、電力が制御された準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号を高周波信号生成部から放射器に出力して放射器から放射させることによって放射器の端部に強電界を発生させる。したがって、このプラズマ処理装置によれば、内部にプラズマ放電用ガスが供給された管状の処理対象体を放射器の端部近傍に位置させることにより、発生した強電界によって処理対象体の内部における放射器の端部近傍にのみ高密度のプラズマを発生させて、管状の処理対象体の内面を効率よくプラズマ処理することができる結果、プラズマ処理に要する時間を短縮することができる。また、このプラズマ処理装置によれば、プラズマの発生している部位のプラズマ放電用ガスの温度を高周波信号に対する電力制御によって制御することができるため、熱に弱いプラスチックなどの樹脂材料で形成された処理対象体に対しても、損傷させることなくプラズマ処理することができる。

また、請求項１記載のプラズマ処理装置では、カップリングループに高周波信号を供給することにより、カップリングループと離間して配設された放射器を共振させてその端部近傍にのみ高電界を発生させ、この端部近傍に位置する管状の処理対象体の内部にのみ局所的にプラズマを発生させる。したがって、このプラズマ処理装置によれば、プラズマの発生に要する高周波信号の電力を低減することができるため、プラズマ処理の効率を十分に向上させることができる。また、処理対象体が放射器の近傍を通過可能とする貫通孔が筐体に形成されている。したがって、このプラズマ処理装置によれば、貫通孔に処理対象体を挿通させることにより、強電界が発生している放射器の近傍に処理対象体を確実に位置させることができるため、処理対象体内にプラズマを確実に発生させて、処理対象体の内面を確実にプラズマ処理することができる。

請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、内部にプラズマ放電用ガスが供給されている処理対象体を管状の放射器内に挿通させる構成としたことにより、高電界となる放射器の端部に処理対象体を常に近接させた状態とすることができる結果、より確実に処理対象体内にプラズマを発生させることができる。

請求項３記載のプラズマ処理装置では、放射器の近傍の電位分布を制御する電圧生成部を更に備えている。したがって、このプラズマ処理装置によれば、プラズマの着火時にこの電圧生成部によって放射器の近傍の電位を強制的に高めることができ、これによって高周波信号の電力を低下させたときであってもプラズマを確実に着火（発生）させることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るプラズマ処理装置の最良の形態について説明する。

（第１の実施の形態）
図１に示すプラズマ処理装置１は、高周波電源２およびプラズマ処理室３を備えている。また、このプラズマ処理装置１は、高周波電源２において生成された高周波信号Ｓをプラズマ処理室３に同軸ケーブル４を介して供給することによってプラズマ処理室３内にプラズマを発生させて、プラズマ処理室３内において管状の処理対象体（本例では一例として処理対象管）５の表面（本例では一例として内面）をプラズマ処理可能に構成されている。具体的には、このプラズマ処理装置１は、プラズマ処理として、フッ素系樹脂などのプラスチックチューブの内側や、プラズマディスプレイの発光素子に使用されるガラス管内などにプラズマを発生させて、その内面の殺菌、洗浄および親水性の向上を行ったり、機能性材料のコーティングを行ったりする。

高周波電源２は、本発明における高周波信号生成部であって、高周波信号（一例として、２．４５ＧＨｚ程度の準マイクロ波）Ｓを生成して、プラズマ処理室３に出力する。また、高周波電源２は、不図示の操作部を備え、操作部に対する操作によって選択された変調周波数およびデューティー比でパルス変調された高周波信号Ｓを出力可能に構成されている。このように高周波信号Ｓのデューティー比を変更可能に構成されているため、高周波電源２は、高周波信号Ｓの電力（出力電力）を制御可能となっている。また、高周波電源２は、デューティー比を１００％とする選択がなされたときには、高周波信号Ｓを連続波（ＣＷ）として出力する。この場合には、高周波電源２は、操作部に対する操作によって選択された振幅に高周波信号Ｓの振幅を設定することにより、高周波信号Ｓの電力（出力電力）を制御する。なお、本例では、高周波電源２が、準マイクロ波（１ＧＨｚ〜３ＧＨｚ）を高周波信号Ｓとして出力する構成を採用しているが、マイクロ波（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）を高周波信号Ｓとして出力する構成を採用することもできる。また、高周波電源２からプラズマ処理室３に対する高周波信号Ｓの供給効率を高めるため、高周波電源２とプラズマ処理室３との間に整合器を配設することもできる。

プラズマ処理室３は、一例として、図１に示すように、筐体１１、同軸コネクタ１２、カップリングループ１３および放射器（アンテナ）１４を備えている。筐体１１は、一例として、導電性の筒体１１ａと、筒体１１ａの一端側（同図中の上端側）を閉塞する導電性の閉塞板１１ｂとを備え、筒体１１ａの他端側（同図中の下端側）が開口するトーチ型筐体に構成されている。なお、図２に示すように、筐体１１を構成する筒体１１ａは、中心軸Ｘと直交する平面に沿った内周面の断面形状が円形であるため、外形は四角筒体であるが、実質的には円筒体として機能する。また、本例では、筒体１１ａには、筐体１１内に高周波信号Ｓを導入するための貫通孔２１が形成されている。また、閉塞板１１ｂには、筐体１１内に処理対象管５を導入すると共に、導入された処理対象管５を放射器１４の近傍を通過させるための貫通孔２２が、筒体１１ａの中心軸Ｘから外れた位置（具体的には、後述するように中心軸Ｘに配設された放射器１４と干渉しない位置）に形成されている。また、筒体１１ａは、図１に示すように、その長さが放射器１４の長さＬ２よりも長く規定されている。

同軸コネクタ１２は、図１に示すように、高周波電源２に接続された同軸ケーブル４の先端に装着された状態で、筒体１１ａの外周面に、貫通孔２１を閉塞するようにして取り付けられている。カップリングループ１３は、同図に示すように、導電性を有する棒状体がＬ字状に折曲（本例では直角に折曲）されて構成されている。また、カップリングループ１３は、一端が筐体１１の閉塞板１１ｂに接続されると共に、他端が同軸コネクタ１２の芯線（不図示）に接続されている。この状態において、カップリングループ１３の一端側部位（折曲部位を基準として一端側に位置する部位）１３ａは、閉塞板１１ｂから直角に起立した状態（筒体１１ａの中心軸Ｘと平行な状態）となっており、かつ高周波信号Ｓの波長をλとしたときに、その長さＬ１がλ／４の半分以下の長さ（本例では、一例としてλ／１０）に規定されている。一方、カップリングループ１３の他端側部位（折曲部位を基準として他端側に位置する部位）１３ｂは、貫通孔２１の中心軸上に位置した状態で貫通孔２１に挿通されている。

放射器１４は、長さＬ２が（（１／４＋ｎ／２）×λ）に規定された１本の導電性の柱状体（本例では円柱体）で構成されている。ここで、ｎは、０以上の整数であり、本例では一例としてｎ＝０に設定されて、放射器１４の長さＬ２は（λ／４）に規定されている。なお、放射器１４は、柱状体に限定されず、直方体や樋状体（ハーフパイプ状体）などの板状体で構成することもできる。また、放射器１４は、図１に示すように、筒体１１ａの中心軸Ｘ上に位置した状態で、一端側（同図中の上端側）が閉塞板１１ｂに接続されている。この構成により、放射器１４は、カップリングループ１３における一端側部位１３ａ、および閉塞板１１ｂに開口する貫通孔２２のそれぞれと離間してはいるが、近接した状態で立設された状態となっている。一例として、本例では、図２に示すように、一端側部位１３ａ、放射器１４および貫通孔２２が、放射器１４を中心として平面視で一直線上に並ぶ構成となっているが、貫通孔２２は、放射器１４の近傍であれば、任意の位置に設定することができる。

次に、プラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１の処理対象管５に対する処理動作（表面処理動作）と共に説明する。なお、筐体１１は予めグランドに接続されて、グランド電位が付与されているものとする。

まず、図１，２に示すように、処理対象管５を筐体１１に挿通させる。具体的には、閉塞板１１ｂに形成された貫通孔２２を通して、筒体１１ａに処理対象管５を挿通させる。この際に、処理対象管５が放射器１４の他端側近傍を通過するように、処理対象管５を筒体１１ａに挿通させる。本例では、一例として放射器１４と平行になるように、処理対象管５を筒体１１ａに挿通させている。

次いで、処理対象管５内へのプラズマ放電用ガスＧ（以下、「放電用ガスＧ」ともいう）の供給と、処理対象管５の搬送とを開始する。具体的には、図外のガス供給装置から処理対象管５内に放電用ガスＧを連続的に供給すると共に、処理対象管５から排出される放電用ガスＧを図外のガス回収装置で回収する。また、図外の処理対象管５の供給装置から処理対象管５を一定速度で筐体１１内に導入すると共に、筐体１１から送り出される処理対象管５を図外の回収装置で回収する。本例では、一例として、図１において矢印で示すように、放電用ガスＧを処理対象管５の一端側から供給する。また、処理対象管５を同図において矢印で示すように、閉塞板１１ｂの貫通孔２２から筐体１１内に導入し、筐体１１の開口部（筒体１１ａの開口側端部）側から排出させる。なお、放電用ガスＧとしては、電離電圧が低くプラズマが発生し易いガス（例えば、アルゴンガスやヘリウムガスなど）を使用する。

この状態において、プラズマ処理装置１では、高周波電源２が高周波信号Ｓのプラズマ処理室３への出力を開始する。高周波電源２から出力された高周波信号Ｓは、同軸ケーブル４を介して、同軸コネクタ１２、さらにはカップリングループ１３の他端に達し、カップリングループ１３を経由して筐体１１（閉塞板１１ｂ）に流れる。この場合、カップリングループ１３が高周波信号Ｓに流れることにより、一端側部位１３ａの周囲に磁界が発生し、高周波信号Ｓの波長λに対して（（１／４＋ｎ／２）×λ）の長さＬ２に規定されている放射器１４がこの磁界によって共振する。共振状態の放射器１４は共振モノポールとして作動して、放射器１４の他端側（同図中の下端側）で電圧が最大となる。このため、プラズマ処理室３内における放射器１４の他端側近傍（付近）で電界強度が最大なり、プラズマ処理室３内（すなわち筐体１１内）では、この他端側近傍においてプラズマが発生し易い状態となる。一方、筐体１１の内部（プラズマ処理室３の内部）では、処理対象管５の内部にのみプラズマの発生し易い放電用ガスＧが存在し、他の部位は大気が存在している状態となっていると共に、貫通孔２２から導入された処理対象管５が放射器１４と平行な状態に配置されることによって放射器１４の他端側近傍を通過する状態となっている。この結果、放射器１４の他端側近傍で発生する強電界により、図１に示すように、放電用ガスＧが供給されている処理対象管５の内部における放射器１４の他端側近傍においてのみプラズマＰが連続して発生する。この場合、高周波電源２が高周波信号Ｓとして準マイクロ波またはマイクロ波をプラズマ処理室３に供給するため、プラズマＰは高密度な状態で発生する。

また、プラズマ処理装置１では、上述したように、処理対象管５が一定速度で搬送されている。したがって、放射器１４の他端側近傍に達した処理対象管５の内部（内面）がプラズマＰによって、順次、表面処理されるため、処理対象管５の内面が連続してプラズマ処理される。なお、プラズマ処理装置１では、高周波電源２において高周波信号Ｓの電力（出力電力）の制御が可能なため、処理対象管５の材質に応じて、プラズマＰが発生している部位における放電用ガスＧの温度（つまりプラズマの温度）を、処理対象管５が損傷しない温度に設定する。例えば、処理対象管５が熱に比較的強いガラス管などの場合には、放電用ガスＧの温度がある程度高くなったとしても損傷が発生しにくいため、高周波信号Ｓの電力を高めてプラズマＰの着火性を高めるようにする。

一方、処理対象管５が熱に比較的弱い樹脂製の管などの場合には、高周波信号Ｓの電力を低めて放電用ガスＧの温度を下げることにより、温度による損傷を回避する。この場合、高周波信号Ｓの電力が低いことに起因してプラズマＰの着火性が低下するが、この際には、着火時にのみ導体棒（図示せず）を処理対象管５内に導入してプラズマＰを着火させる。また、導体棒を導入する構成に代えて、処理対象管５におけるプラズマ処理を開始させる部位の内部に筒状導体を予め装着しておく構成を採用することができる。この構成では、筒状導体の装着部位においてプラズマを着火させた後は、処理対象管５の搬送に伴い、筒状導体も筐体１１から外部に移動する。また、処理対象管５におけるプラズマ処理を開始させる部位が処理対象管５の端部の場合には、処理対象管５に着火用の導体を配設する構成に代えて、処理対象管５のこの端部に誘導用の別の管体を接続し、この管体の内部に着火用の導体を配設する構成を採用することもできる。

このように、このプラズマ処理装置１では、電力が制御された準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号Ｓを高周波電源２から放射器１４に出力して放射器１４から放射させることによって放射器１４の他端部近傍に強電界を発生させる。したがって、このプラズマ処理装置１によれば、内部に放電用ガスＧが供給された処理対象管５を放射器１４の他端部近傍に位置させることにより、発生した強電界によって処理対象管５の内部における放射器１４の他端部近傍にのみ高密度のプラズマＰを発生させて、処理対象管５の内面を効率よくプラズマ処理することができる結果、プラズマ処理に要する時間を短縮することができる。また、このプラズマ処理装置１によれば、プラズマＰの発生している部位の放電用ガスＧの温度を高周波信号Ｓに対する電力制御によって制御することができるため、熱に弱いプラスチックなどの樹脂材料で形成された処理対象管５に対しても、損傷させることなくプラズマ処理することができる。

また、このプラズマ処理装置１では、カップリングループ１３に高周波信号Ｓを供給することにより、カップリングループ１３と離間して配設された放射器１４を共振させてその他端側近傍にのみ高電界を発生させ、この他端側近傍に位置する処理対象管５の内部にのみ局所的にプラズマＰを発生させる。したがって、このプラズマ処理装置１によれば、プラズマＰの発生に要する高周波信号Ｓの電力を低減することができるため、プラズマ処理の効率を十分に向上させることができる。

また、このプラズマ処理装置１では、処理対象管５が放射器１４の他端部近傍を通過可能とする貫通孔２２が筐体１１に形成されている。したがって、このプラズマ処理装置１によれば、貫通孔２２に処理対象管５を挿通させることにより、強電界が発生している放射器１４の他端部近傍に処理対象管５を確実に位置させることができるため、処理対象管５内にプラズマを確実に発生させて、処理対象管５の内面を確実にプラズマ処理することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、処理対象管５が熱に比較的弱い樹脂製の管などの場合において、高周波信号Ｓの電力を低めたときの着火性の低下を、導体棒の処理対象管５内への導入によって対処したが、図３に示すように、導体棒１５および電圧生成装置（本発明における電圧生成部）１６を有する着火機構を備えて構成することもできる。この着火機構では、プラズマ処理装置１の筐体１１に貫通孔２３を形成して、この貫通孔２３内に、導体棒１５を、その先端が放射器１４の他端側の近傍に位置するように取り付ける。この構成によれば、着火時にこの導体棒１５に対して電圧生成装置１６から高電圧を印加することにより、放射器１４の他端側近傍の電位、および処理対象管５内におけるこの他端側近傍に存在している放電用ガスＧの電位を強制的に高めることができ、これによって高周波信号Ｓの電力を低下させたときであっても処理対象管５内にプラズマＰを確実に着火（発生）させることができる。

（第２の実施の形態）
上記したプラズマ処理装置１では、放射器１４の形状を柱状体または板状体としたが、筒状体として、放射器の内部に処理対象体を挿通させる構成を採用することもできる。以下では、この構成を採用したプラズマ処理装置１Ａについて説明する。なお、プラズマ処理装置１と同一の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図４に示すプラズマ処理装置１Ａは、高周波電源２およびプラズマ処理室３Ａを備え、高周波電源２において生成された高周波信号Ｓをプラズマ処理室３Ａに同軸ケーブル４を介して供給してプラズマ処理室３Ａ内にプラズマを発生させて、プラズマ処理室３Ａ内において処理対象管５の内面をプラズマ処理可能に構成されている。

プラズマ処理室３Ａは、一例として、図４，５に示すように、筐体１１Ａ、同軸コネクタ１２、カップリングループ１３および放射器（アンテナ）１４Ａを備えている。筐体１１Ａは、一例として、導電性の筒体１１ａと、筒体１１ａの一端側（図４中の上端側）を閉塞する導電性の閉塞板１１ｂとを備え、トーチ型筐体に構成されている。また、本例では、閉塞板１１ｂには、処理対象管５を導入するための貫通孔２２が、筒体１１ａの中心軸Ｘ上に形成されている。

放射器１４Ａは、長さＬ２が（（１／４＋ｎ／２）×λ）に規定された１本の導電性の筒状体（本例では円筒体）で構成されている。本例では一例としてｎ＝０に設定されて、放射器１４Ａの長さＬ２は（λ／４）に規定されている。また、筒状の放射器１４Ａは、図４に示すように、その中心軸が筒体１１ａの中心軸Ｘと一致し、かつ貫通孔２２と連通した状態で、一端側（同図中の上端側）が閉塞板１１ｂにおける貫通孔２２の口縁に接続されて、閉塞板１１ｂに立設されている。また、貫通孔２２と同様にして、放射器１４Ａは、その内径が処理対象管５を挿通可能な長さに設定されている。この構成により、貫通孔２２から挿入された処理対象管５は、放射器１４Ａに挿通されて、放射器１４Ａの他端側から突出する。また、放射器１４Ａは、カップリングループ１３の一端側部位１３ａとは離間して配設されている。

次に、プラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１Ａの処理対象管５に対する処理動作（表面処理動作）と共に説明する。なお、筐体１１Ａは予めグランドに接続されて、グランド電位が付与されているものとする。

まず、図４，５に示すように、処理対象管５を筐体１１Ａに挿通させる。具体的には、閉塞板１１ｂに形成された貫通孔２２および放射器１４Ａを通して、筒体１１ａに処理対象管５を挿通させる。次いで、処理対象管５内への放電用ガスＧの供給と、処理対象管５の搬送とを開始する。

この状態において、プラズマ処理装置１Ａでは、高周波電源２が高周波信号Ｓのプラズマ処理室３Ａへの出力を開始する。高周波電源２から出力された高周波信号Ｓは、同軸ケーブル４を介して同軸コネクタ１２、さらにはカップリングループ１３の他端に達し、カップリングループ１３を経由して筐体１１Ａ（閉塞板１１ｂ）に流れる。この場合、カップリングループ１３に高周波信号Ｓが流れることにより、一端側部位１３ａの周囲に磁界が発生し、高周波信号Ｓの波長λに対して（（１／４＋ｎ／２）×λ）の長さＬ２に規定されている放射器１４Ａがこの磁界によって共振する。共振状態の放射器１４Ａは共振モノポールとして作動して、放射器１４Ａの他端側（同図中の下端側）で電圧が最大となり、この他端側近傍（付近）で電界強度が最大なることで、プラズマ処理装置１のときと同様にして、図４に示すように、放電用ガスＧが供給されている処理対象管５の内部における放射器１４Ａの他端側近傍においてのみプラズマＰが連続して発生する。

このため、プラズマ処理装置１と同様にして、プラズマ処理装置１Ａにおいても、一定速度で搬送されている処理対象管５に対して、その内部の表面を高密度のプラズマＰによって効率よく連続してプラズマ処理することができる結果、プラズマ処理に要する時間を短縮することができる。また、高周波電源２において高周波信号Ｓの電力（出力電力）の制御が可能なため、処理対象管５の材質に応じて、プラズマＰが発生している部位における放電用ガスＧの温度を、処理対象管５が損傷しない温度に設定することができる。さらに、このプラズマ処理装置１Ａでは、筒状の放射器１４Ａ内に処理対象管５を挿通させる構成のため、高電界となる放射器１４Ａの他端側に処理対象管５を常に近接させた状態とすることができる結果、より確実に処理対象管５内にプラズマを発生させることができる。

また、このプラズマ処理装置１Ａにおいても、カップリングループ１３の周囲に発生する磁界によって放射器１４Ａを共振させることで、放射器１４Ａの他端側に高電界を発生させて、この他端側近傍に位置する処理対象管５の内部にのみ局所的にプラズマＰを発生させるため、プラズマＰの発生に要する高周波信号Ｓの電力を低減することができる結果、プラズマ処理の効率を向上させることができる。なお、プラズマ処理装置１Ａにおいても、プラズマ処理装置１と同様にして、図３に示す着火機構を採用することができるのは勿論である。

上記したプラズマ処理装置１，１Ａでは、処理対象体である処理対象管５の内部にプラズマを発生させて、この処理対象管５の内面をプラズマ処理しているが、筐体１１，１１Ａ内における処理対象管５の存在位置に、絶縁材料で形成された管体をプラズマ処理装置の構成の一部として配設することにより、この管体内において処理対象体の外面をプラズマ処理することもできる。以下では、この構成を採用したプラズマ処理装置１Ｂについて説明する。なお、プラズマ処理装置１と同一の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図６に示すプラズマ処理装置１Ｂは、高周波電源２およびプラズマ処理室３Ｂを備え、高周波電源２において生成された高周波信号Ｓをプラズマ処理室３Ｂ内に同軸ケーブル４を介して供給してプラズマ処理室３Ｂ内にプラズマを発生させて、プラズマ処理室３Ｂ内において処理対象体（本例では一例として処理対象線）５Ａの表面（外面）をプラズマ処理可能に構成されている。

プラズマ処理室３Ｂは、一例として、図６，７に示すように、筐体１１、同軸コネクタ１２、カップリングループ１３および放射器（アンテナ）１４に加えて、絶縁管１７を備えている。この絶縁管１７は、ガラスや樹脂などの絶縁材料で構成されている。また、絶縁管１７は、閉塞板１１ｂの貫通孔２２および筒体１１ａ内に挿通されている。また、絶縁管１７は、少なくとも筒体１１ａ内においては、放射器１４と平行になるように配設されている。また、絶縁管１７における貫通孔２２から突出する部位には貫通孔２４が形成され、かつ絶縁管１７における筒体１１ａの開口側から突出する部位には貫通孔２５が形成されている。この各貫通孔２４，２５は、図６に示すように、絶縁管１７内に処理対象線５Ａを導入するための導入孔、および絶縁管１７内に導入された処理対象線５Ａを絶縁管１７の外部に導出する導出孔として使用される。また、絶縁管１７内には、図外のガス供給装置から放電用ガスＧが連続的に供給され、かつ絶縁管１７から排出される放電用ガスＧは図外のガス回収装置で回収される。

次に、プラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１Ｂの処理対象線５Ａに対する処理動作（表面処理動作）と共に説明する。なお、筐体１１は予めグランドに接続されて、グランド電位が付与されているものとする。

まず、図６，７に示すように、処理対象線５Ａを絶縁管１７に挿通させる。具体的には、絶縁管１７に形成された各貫通孔２４，２５を利用して、処理対象線５Ａを絶縁管１７内に挿通させる。この際に、処理対象線５Ａが放射器１４の他端側近傍を通過するように、処理対象線５Ａを筒体１１ａに挿通させる。

次いで、絶縁管１７内への放電用ガスＧの供給と、処理対象線５Ａの搬送とを開始する。具体的には、図外のガス供給装置から絶縁管１７内に放電用ガスＧを連続供給すると共に、絶縁管１７から排出される放電用ガスＧを図外のガス回収装置で回収する。また、図外の処理対象線５Ａの供給装置から処理対象線５Ａを一定速度で筐体１１（具体的には絶縁管１７）内に導入すると共に、筐体１１（具体的には絶縁管１７）から送り出される処理対象線５Ａを図外の回収装置で回収する。

この状態において、プラズマ処理装置１Ｂでは、高周波電源２が高周波信号Ｓのプラズマ処理室３Ｂへの出力を開始する。これにより、プラズマ処理装置１と同様にして、放射器１４の他端側近傍（付近）で電界強度が最大なり、筐体１１内では、この他端側近傍においてプラズマが発生し易い状態となる。一方、筐体１１の内部（プラズマ処理室３の内部）では、絶縁管１７の内部にのみプラズマの発生し易い放電用ガスＧが存在し、他の部位は大気が存在している状態となっている。この結果、放射器１４の他端側近傍で発生する強電界により、図６に示すように、放電用ガスＧが供給されている絶縁管１７の内部における放射器１４の他端側近傍においてのみプラズマＰが連続して発生する。

また、プラズマ処理装置１Ｂでは、上述したように、処理対象線５Ａが一定速度で搬送されている。したがって、放射器１４の他端側近傍に達した処理対象線５Ａの外部（外面）がプラズマＰによって、順次、表面処理されるため、処理対象線５Ａの外面が連続してプラズマ処理される。なお、プラズマ処理装置１Ｂでは、高周波電源２において高周波信号Ｓの電力（出力電力）の制御が可能なため、処理対象線５Ａの材質に応じて、プラズマＰが発生している部位における放電用ガスＧの温度を、処理対象線５Ａが損傷しない温度に設定する。例えば、処理対象線５Ａが熱に比較的強いガラス線などの場合には、放電用ガスＧの温度がある程度高くなったとしても損傷が発生しにくいため、高周波信号Ｓの電力を高めてプラズマＰの着火性を高めるようにする。

一方、処理対象線５Ａが熱に比較的弱い樹脂製の管などの場合には、高周波信号Ｓの電力を低めて放電用ガスＧの温度を下げることにより、温度による損傷を回避する。この場合、高周波信号Ｓの電力が低いことに起因してプラズマＰの着火性が低下するが、この際には、導体棒の使用や着火機構の採用などの上記した様々な方法によって、プラズマＰの着火性を向上させる。

このため、プラズマ処理装置１Ｂにおいても、一定速度で搬送されている処理対象線５Ａに対して、その外面を高密度のプラズマＰによって効率よく連続してプラズマ処理することができる結果、プラズマ処理に要する時間を短縮することができる。また、高周波電源２において高周波信号Ｓの電力（出力電力）の制御が可能なため、処理対象線５Ａの材質に応じて、プラズマＰが発生している部位における放電用ガスＧの温度を、処理対象線５Ａが損傷しない温度に設定することができる。

また、このプラズマ処理装置１Ｂにおいても、カップリングループ１３の周囲に発生する磁界によって放射器１４を共振させることで、放射器１４の他端側に高電界を発生させて、この他端側近傍に位置する絶縁管１７の内部にのみ局所的にプラズマＰを発生させるため、プラズマＰの発生に要する高周波信号Ｓの電力を低減することができる結果、プラズマ処理の効率を向上させることができる。

また、上記したプラズマ処理装置１Ｂでは、放射器１４の形状を柱状体または板状体としたが、プラズマ処理装置１Ａと同様の放射器１４Ａを使用して、この放射器１４Ａの内部に、プラズマ処理装置１Ｂで使用した絶縁管１７を配置する構成を採用することもできる。以下では、この構成を採用したプラズマ処理装置１Ｃについて説明する。なお、プラズマ処理装置１Ａ，１Ｂと同一の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図８に示すプラズマ処理装置１Ｃは、高周波電源２およびプラズマ処理室３Ｃを備え、高周波電源２において生成された高周波信号Ｓをプラズマ処理室３Ｃ内に同軸ケーブル４を介して供給してプラズマ処理室３Ｃ内にプラズマを発生させて、プラズマ処理室３Ｃ内において処理対象体（本例では一例として処理対象線）５Ａの表面（外面）をプラズマ処理可能に構成されている。

プラズマ処理室３Ｃは、一例として、図８，９に示すように、筐体１１Ａ、同軸コネクタ１２、カップリングループ１３および放射器（アンテナ）１４Ａに加えて、絶縁管１７を備えている。この絶縁管１７は、ガラスや樹脂などの絶縁材料で構成されて、閉塞板１１ｂの貫通孔２２および筒状の放射器１４Ａ内に挿通されることにより、筒体１１ａ内に挿通されている。また、絶縁管１７には、絶縁管１７内に処理対象線５Ａを挿通させるための貫通孔２４，２５が形成されている。また、絶縁管１７内には、図外のガス供給装置から放電用ガスＧが連続的に供給され、かつ絶縁管１７から排出される放電用ガスＧは図外のガス回収装置で回収される。

次に、プラズマ処理方法について、プラズマ処理装置１Ｃの処理対象線５Ａに対する処理動作（表面処理動作）と共に説明する。なお、筐体１１Ａは予めグランドに接続されて、グランド電位が付与されているものとする。

まず、図８，９に示すように、処理対象線５Ａを絶縁管１７に挿通させる。次いで、絶縁管１７内への放電用ガスＧの供給と、処理対象線５Ａの搬送とを開始する。具体的には、図外のガス供給装置から絶縁管１７内に放電用ガスＧを連続供給すると共に、絶縁管１７から排出される放電用ガスＧを図外のガス回収装置で回収する。また、図外の処理対象線５Ａの供給装置から処理対象線５Ａを一定速度で筐体１１Ａ（具体的には絶縁管１７）内に導入すると共に、筐体１１Ａ（具体的には絶縁管１７）から送り出される処理対象線５Ａを図外の回収装置で回収する。

この状態において、プラズマ処理装置１Ｃでは、高周波電源２が高周波信号Ｓのプラズマ処理室３Ｃへの出力を開始する。これにより、プラズマ処理装置１Ａと同様にして、放射器１４Ａの他端側近傍（付近）で電界強度が最大なり、筐体１１内では、この他端側近傍においてプラズマが発生し易い状態となる。一方、筐体１１Ａの内部（プラズマ処理室３Ｃの内部）では、絶縁管１７の内部にのみプラズマの発生し易い放電用ガスＧが存在し、他の部位は大気が存在している状態となっている。この結果、放射器１４Ａの他端側近傍で発生する強電界により、図８に示すように、放電用ガスＧが供給されている絶縁管１７の内部における放射器１４Ａの他端側近傍においてのみプラズマＰが連続して発生する。

また、プラズマ処理装置１Ｃでは、上述したように、処理対象線５Ａが一定速度で搬送されている。したがって、放射器１４Ａの他端側近傍に達した処理対象線５Ａの外部（外面）がプラズマＰによって、順次、表面処理されるため、処理対象線５Ａの外面が連続してプラズマ処理される。なお、プラズマ処理装置１Ｃでは、高周波電源２において高周波信号Ｓの電力（出力電力）の制御が可能なため、処理対象線５Ａの材質に応じて、プラズマＰが発生している部位における放電用ガスＧの温度を、処理対象線５Ａが損傷しない温度に設定する。例えば、処理対象線５Ａが熱に比較的強いガラス線などの場合には、放電用ガスＧの温度がある程度高くなったとしても損傷が発生しにくいため、高周波信号Ｓの電力を高めてプラズマＰの着火性を高めるようにする。

一方、処理対象線５Ａが熱に比較的弱い樹脂製の管などの場合には、高周波信号Ｓの電力を低めて放電用ガスＧの温度を下げることにより、温度による処理対象線５Ａの損傷を回避する。この場合、高周波信号Ｓの電力が低いことに起因してプラズマＰの着火性が低下するが、この際には、導体棒の使用や着火機構の採用などの上記した様々な方法によって、プラズマＰの着火性を向上させる。

このため、プラズマ処理装置１Ｃにおいても、一定速度で搬送されている処理対象線５Ａに対して、その外面を高密度のプラズマＰによって効率よく連続してプラズマ処理することができる結果、プラズマ処理に要する時間を短縮することができる。また、高周波電源２において高周波信号Ｓの電力（出力電力）の制御が可能なため、処理対象線５Ａの材質に応じて、プラズマＰが発生している部位における放電用ガスＧの温度を、処理対象線５Ａが損傷しない温度に設定することができる。

また、このプラズマ処理装置１Ｃにおいても、カップリングループ１３の周囲に発生する磁界によって放射器１４Ａを共振させることで、放射器１４Ａの他端側に高電界を発生させて、この他端側近傍に位置する絶縁管１７の内部にのみ局所的にプラズマＰを発生させるため、プラズマＰの発生に要する高周波信号Ｓの電力を低減することができる結果、プラズマ処理の効率を向上させることができる。

なお、処理対象管５や処理対象線５Ａの搬送方向は任意であり、また放電用ガスＧの供給方向も同様に任意である。また、上記したプラズマ処理装置１，１Ｂでは、筐体１１内において、処理対象管５や処理対象線５Ａを放射器１４と平行に搬送する構成を採用したが、搬送方法はこれに限定されない。具体的には、処理対象管５や処理対象線５Ａが放射器１４の他端側の近傍を通過する構成であればよく、この構成である限り、処理対象管５や処理対象線５Ａの搬送方向を放射器１４と非平行とすることもできる。また、上記したプラズマ処理装置１Ｂ，１Ｃでは、処理対象体の一例としての処理対象線５Ａの外面をプラズマ処理したが、処理対象線５Ａに代えて処理対象管５を絶縁管１７に挿入することにより、処理対象管５の外面をプラズマ処理することもできる。さらに、プラズマ処理装置１Ｂ，１Ｃでは、処理対象体として処理対象管５を絶縁管１７に挿入してプラズマ処理する際に、処理対象管５内にも放電用ガスＧを供給することにより、処理対象管５の内面および外面を同時にプラズマ処理することもできる。

プラズマ処理装置１の構成図である。図１におけるＷ１−Ｗ１線断面図（同軸コネクタ１２を除く断面図）である。着火機構を備えたプラズマ処理装置１の構成図である。プラズマ処理装置１Ａの構成図である。図４におけるＷ２−Ｗ２線断面図（同軸コネクタ１２を除く断面図）である。プラズマ処理装置１Ｂの構成図である。図６におけるＷ３−Ｗ３線断面図（同軸コネクタ１２を除く断面図）である。プラズマ処理装置１Ｃの構成図である。図８におけるＷ４−Ｗ４線断面図（同軸コネクタ１２を除く断面図）である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃプラズマ処理装置
２高周波電源
５処理対象管
５Ａ処理対象線
１１筐体
１３カップリングループ
１４，１４Ａ放射器
１６電圧生成装置
Ｇ放電用ガス
Ｓ高周波信号

Claims

準マイクロ波帯またはマイクロ波帯の高周波信号を生成すると共に当該高周波信号の電力を制御可能に構成された高周波信号生成部と、
前記高周波信号を入力して放射する放射器と、
グランド電位が付与された筐体と、
一端が前記筐体の内壁に接続されると共に他端に前記高周波信号が供給されるカップリングループとを備え、
前記放射器は、前記カップリングループから離間した状態で前記筐体内に立設され、
前記筐体には、管状の処理対象体が前記放射器の近傍を通過可能とする貫通孔が形成され、
前記処理対象体を前記貫通孔に挿通させて当該処理対象体を前記筐体内に位置させた状態において、前記電力が制御された前記高周波信号を前記高周波信号生成部から前記カップリングループに供給して当該カップリングループから前記筐体を経由して前記放射器に出力することにより、プラズマ放電用ガスが内部に供給された前記処理対象体の当該内部における当該放射器の近傍にプラズマを発生させて、当該処理対象体の内面を前記筐体内において当該プラズマで処理するプラズマ処理装置。
前記放射器は、その内部に前記処理対象体を挿通可能に筒状に形成されている請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記放射器の近傍の電位分布を制御する電圧生成部を更に備えている請求項１または２記載のプラズマ処理装置。