JP5651323B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉体をプラズマ処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

近年、材料にプラズマを照射して、その材料の表面を改質したり、あるいは、洗浄したりするプラズマ処理が行われている。具体的に言うと、プラズマ処理によって、例えば、表面の親水性を高めたり、表面の酸化膜を除去したりすることができる。このようなプラズマ処理は、粉体とされている材料に施されることもある。つまり、粉体を構成する個々の粒子の表面を改質、あるいは、洗浄するためにプラズマ処理が行われるのである。下記特許文献１には、プラズマ発生器において発生するプラズマ中に炭素粉末を放出し、炭素粉末を黒鉛化する方法が記載されている。また、下記特許文献２には、窒素で満たされた容器の内壁に堆積された酸化チタン粉末をプラズマ処理することによって、酸化チタン粉末に窒素を複合化させて、窒素含有酸化チタン粉末を製造する装置が記載されている。

特開２０００−２９００９号公報 ＷＯ２００４／１１２９６４号公報

上記特許文献１に記載の方法では、プラズマの流れによって炭素粉末が回収容器に運ばれる間だけ、炭素粉末にプラズマを照射するため、プラズマが短時間しか炭素粉末に照射されない。そのため、全ての炭素粒子に対して、黒鉛化するのに必要なだけのプラズマが照射されているのかどうかが不確実である。一方、上記特許文献２に記載の装置では、酸化チタン粉末にプラズマを繰り返し照射することで、プラズマが長時間酸化チタン粉末に照射される。しかしながら、プラズマは、堆積された状態の酸化チタン粉末に照射されるため、その堆積された粉末の深部に位置する粉末に対して、必要なだけのプラズマが照射されるのかどうかが不確実である。本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、粉体の全体にわたって充分かつ均一なプラズマ処理を実行することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のプラズマ処理装置は、
下方に向かって先細りとされた円筒内周面形状の側周面を有し、内部に粉体が入れられるチャンバと、
前記チャンバの上面の中心からそのチャンバ内のガスを吸引する吸引装置と、
前記チャンバの側周面に設けられ、そのチャンバ内にガスを取り入れるための取入口と、
ガスをプラズマ化して前記チャンバの側周面から送り出すプラズマ化ガス発生器と
を備え、
前記吸引装置によって前記チャンバ内のガスが吸引されることで、前記取入口から取り入れられるガスがそのチャンバ内をそのチャンバの中心軸線回りに側周面に沿って巡回するとともに、そのチャンバ内に入れられた粉体がそのガスの流れに乗って流動して前記チャンバの側周面に沿って回流するように構成され、
その回流する粉体に対して、前記プラズマ化ガス発生器によってプラズマ化されたガスであるプラズマ化ガスによるプラズマ処理を行うことを特徴とし、
また、本発明のプラズマ処理方法は、
下方に向かって先細りとされた円筒内周面形状の側周面を有するチャンバ内において、そのチャンバの上面の中心からそのチャンバ内のガスを吸引しつつその側周面からガスを取り入れることで、取り入れられたガスをそのチャンバの中心軸線回りにその側周面に沿って巡回させるとともに、当該チャンバ内に入れられた粉体を、そのガスの流れに乗って流動させることで、そのチャンバの側周面に沿って回流させ、
その回流する粉体に対して、プラズマ化されたガスであるプラズマ化ガスを前記チャンバの側周面からそのチャンバ内に送り出すことで、プラズマ処理を行うことを特徴とする。

プラズマ化ガスは、プラズマ化ガス発生器からある距離（以下、「プラズマ到達距離」という場合がある。）だけ離れると、電位的に安定した状態、つまり、もはやプラズマ状態ではなくなる。このプラズマ到達距離は比較的短く、そのため、チャンバ内の特定箇所においてプラズマ照射しても、粉体全体に、充分なプラズマ処理を行うことはできない。本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法では、粉体はチャンバ内を流動させられ、その流動している粉体に対して、特定の箇所にてプラズマ化ガスを当てる、つまり、プラズマ照射する。そのため、粉体を構成する個々の粒子は、プラズマ化ガス発生器からプラズマ到達距離内の空間を、繰り返し通過することとなる。したがって、本プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法は、粉体の個々の粒子に、均等に、かつ、繰り返しプラズマを照射することで、粉体にプラズマを充分に照射することができるのである。したがって、本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法では、特定箇所においてプラズマ照射するにも拘わらず、粉体の全体にわたって充分かつ均一なプラズマ処理が施されることになる。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から某かの構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。

なお、以下の各項において、（１）項に下記変形例７に関する限定を加えたものが請求項１に相当し、請求項１に「粉体の排出口」に関する発明特定事項を付加するものが請求項２に、請求項２に「排出口に設けられた開閉弁」に関する発明特定事項を付加するものが請求項３に、（１０）項が請求項４に、請求項４に「粉体侵入防止装置の構成」に関する限定を加えたものが請求項５に、（２１）項に下記変形例７に関する限定を加えたものが請求項６に、それぞれ相当する。

（１）粉体が入れられるチャンバと、ガスをプラズマ化して送り出すプラズマ化ガス発生器とを備え、前記粉体を前記チャンバ内においてガスの流れに乗せて流動させつつ、前記プラズマ化されたガスであるプラズマ化ガスを前記チャンバ内の特定の箇所において導入して、その粉体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置。

本プラズマ処理装置によれば、チャンバ内のガスの流れに乗って、粉体の個々の粒子が、チャンバ内を泳動するような状態で、粉体はチャンバ内を流動させられる。そのため、粉体の個々の粒子は、プラズマ化ガス発生器からプラズマ到達距離内の空間を、繰り返し通過することとなる。したがって、本プラズマ処理装置は、粉体の個々の粒子に、均等に、かつ、繰り返しプラズマを照射することで、粉体にプラズマを充分に照射することができる。

上記「チャンバ」は、その形状が特に限定されるものではない。上記チャンバは、内部において粉体を滞りなく流動させるために、粉体の流れを塞き止めたり、滞留させることのない形状とされていることが望ましい。例えば、円筒形状，球形状のチャンバを採用することができる。そのような形状のチャンバであれば、粉体を内壁に沿ってスムースに流動させることができる。

本項の態様において、粉体を流動させる手段は、特に限定されない。例えば、後に説明するように、導入されるプラズマ化ガスの勢いによって、チャンバ内の粉体を流動させることができる。また、例えば、チャンバに別途送風機を設け、その送風機によって粉体を流動させることも可能である。さらには、チャンバの内壁面の一部を移動させることによって粉体を流動させたり、マグネチックスターラのような撹拌器を用いて粉体を流動させることも可能である。なお、流動は、層流であっても乱流であっても構わないが、粉体全体に均一にプラズマ処理を施すという観点からすれば、層流若しくはそれに近い状態での流動であることが望ましい。

プラズマ化されるガスである被プラズマ化ガスは、その種類が特に限定されるものではない。例えば、窒素、酸素、ヘリウム、ネオン、アルゴンなど、プラズマ化処理の内容，粉体の種類等応じて、種々のガスの中から任意に選択することが可能である。

（２）当該プラズマ処理装置が、前記粉体を、それが前記チャンバ内を回流するように流動させつつ、前記プラズマ処理を行う(1)項に記載のプラズマ処理装置。

本項の態様のプラズマ処理装置によれば、粉体がチャンバ内を巡回するように流動するため、プラズマ化ガスを特定の箇所によってチャンバ内に導入しても、つまり、特定の箇所においてプラズマ照射しても、粉体を構成する粒子に対して繰り返しプラズマ処理を施すことが可能となる。

なお、円筒形状をなすチャンバ内において粉体を回流させる場合、そのチャンバの中心軸線周りに円筒面に沿って粉体を回流させてもよく、また、中心軸線に沿ってチャンバ内の中心部付近を一方向に流動させつつ、外周部において反対方向に流動させるようにして回流させてもよい。

（３）当該プラズマ処理装置が、前記チャンバ内に導入されたプラズマ化ガスの勢いによって、前記粉体を前記チャンバ内において流動させるように構成された(1)項または(2)項に記載のプラズマ処理装置。

プラズマ化ガスの勢い、つまり、プラズマの噴射圧によって粉体を流動させれば、プラズマ発生器の他に、粉体を流動させるための機器を必要とせず、プラズマ処理装置の構造の簡素化が可能となる。

（４）当該プラズマ処理装置が、前記チャンバ内のガスを吸引する吸引装置を備え、その吸引装置によるガスの吸引によって、前記粉体を前記チャンバ内において流動させるように構成された(1)項または(2)項に記載のプラズマ処理装置。

チャンバ内のガスを吸引すれば、それによってチャンバ内のガスに流れが発生するため、その流れによって粉体を流動させることができる。

（５）前記プラズマ化ガス発生器が、前記チャンバの内壁面より突出しない状態で、前記チャンバに取り付けられた(1)項ないし(4)項のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。

プラズマ化ガス発生器が、チャンバの内壁面から突出していなければ、プラズマ化ガス発生器によって、チャンバ内のガスおよび粉体の流動が妨げられることがない。本項の態様は、層流となるガスの流れに乗せて粉体を流動させようとする場合に、好適である。

（６）当該プラズマ処理装置が、前記粉体を前記チャンバ内に留めつつ前記チャンバ内のガスを排出する排気装置を備えた(1)項ないし(5)項のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。

本項の態様によれば、粉体をチャンバ外に排出することなしに、プラズマ化ガスの導入によるチャンバ内の圧力の上昇を避けることが可能である。

（７）前記排気装置が、前記粉体を通過させずに前記ガスを通過させるフィルタを有する(6)項に記載のプラズマ処理装置。

排気装置にフィルタを設けることで、確実に、粉体をチャンバ内に留めることが可能である。なお、粉体が微粒子から構成されている場合、その微粒子によるフィルタの目詰まりを防止するために、フィルタ自体を振動させる等の手段を採用することが望ましい。また、フィルタによって捕集された粉末粒子を重力によってそのフィルタから離脱させることができるという利点を享受するためには、フィルタの捕集面が下方に向いていることが望ましい。

（８）前記排気装置が、前記チャンバ内に連通するとともに前記フィルタが配設されたダクトを有する(7)項に記載のプラズマ処理装置。

本項のプラズマ処理装置は、ダクトを介して、チャンバ内のガスを排出する態様である。ダクトのチャンバへの開口部は、粉末粒子が可及的にそのダクトを通って移動しない位置に設けられることが望ましい。例えば、チャンバが円筒形をなし、当該プラズマ処理装置がその円筒面に沿って粉体を流動させるように構成されている場合において、ダクトの上記開口部は、円筒端面となる内壁の中心に設けられることが望ましい。ダクトの開口部がそのような位置に設けられることで、粉末粒子に作用する遠心力を利用して、ダクトに向かう粉末粒子を比較的少なくすることが可能となる。なお、本項の態様では、ダクトは、１つのみ設けられてもよく、複数設けられてもよい。

（９）前記排気装置が、(a)それぞれが前記ダクトである複数のダクトと、(b)その複数のダクトに対応して設けられ、それぞれが、前記排出されるガスを前記フィルタを通過させて逆流させる複数の逆流器とを備え、前記複数のダクトのうちの一部である１以上のダクトにおいて、その１以上のダクトに対応する前記複数の逆流器のうちの１以上のものによって前記ガスを逆流させつつ、そのガスが逆流させられる１以上のダクトを順次変更するように構成された(8)項に記載のプラズマ処理装置。

本項の態様によれば、複数のダクトの一部からガスが排出され、他の一部からガスがチャンバ内に流入させられる。つまり、ガスを一部のダクトから排出しつつ、他の一部のダクトに設けられたフィルタに捕集された粉末粒子を、逆流するガスによってそのフィルタから離脱させることが可能である。ガスを逆流させるダクトの変更を相当に短い時間間隔で行う場合、１つのダクトに着目すれば、そのダクトにおいて相当に短い周期でガスの排出と流入とが繰り返され、そのダクトに設けられたフィルタに粉末粒子が殆ど捕集されない状態を実現することも可能である。なお、本項の態様では、逆流器によってチャンバ内に流入させられるガスの量とプラズマ発生器によってチャンバ内に導入されるガスの量との和に相当する量のガスを、一部のダクトから排出するように構成すればよい。

（１０）当該プラズマ処理装置が、前記プラズマ化ガスが前記プラズマ化ガス発生器から前記チャンバ内に導入されていないときに、前記粉体が前記プラズマ化ガス発生器に侵入することを防止する粉体侵入防止装置を備えた(1)項ないし(9)項のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。

本項の態様によれば、粉体に対してプラズマ処理が行われていない場合において、チャンバ内のガスの圧力がプラズマ化ガス発生器内のガスの圧力より高くなるときに、チャンバ内のガスがプラズマ化ガス発生器内に逆流して、粉体がプラズマ化ガス発生器に侵入するのを防ぐことができる。例えば、プラズマ化ガス発生器内の圧力がチャンバ内の圧力より低くなる場合に、プラズマ化ガス発生器内の圧力を高めるべく、外部からプラズマ化ガス発生器内にガスを供給することで、チャンバ内のガスおよび粉体の逆流を防止することができる。このような粉体侵入防止装置を採用する場合、プラズマ化ガス発生器に外部から供給されるガスは、プラズマ処理中にプラズマ化されるガスと同じガスであってもよく、それとは異なる種類のガスであってもよい。

（１１）当該プラズマ処理装置が、カーボン粒子からなる粉末を前記粉体として、そのカーボン粒子に対してプラズマ処理を行う(1)項ないし(10)項のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。

（１２）前記プラズマ化ガス発生器が、アルゴンに酸素が混合された混合ガスをプラズマ化するものであり、当該プラズマ処理装置が、カーボン粒子に親水基を形成させるためのプラズマ処理を行うものである(1)項ないし(11)項のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。

上記２つの態様は、本請求可能発明のプラズマ処理装置の用途を限定した態様である。請求可能発明のプラズマ処理装置は、上記用途に好適である。

（２１）粉体をチャンバ内においてガスの流れに乗せて流動させつつ、プラズマ化されたガスであるプラズマ化ガスを前記チャンバ内の特定の箇所において導入して、その粉体に対してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。

本プラズマ処理方法によれば、粉体の個々の粒子に、均等に、かつ、繰り返しプラズマを照射することで、粉体にプラズマを充分に照射することができる。なお、本プラズマ処理方法は、前述のプラズマ処理装置の各態様において記載されている技術的特徴を加えた種々の態様で実施可能である。

実施例のプラズマ処理装置の斜視図である。 実施例のプラズマ処理装置の断面図である。 実施例のプラズマ処理装置が備える排気装置の模式図である。 実施例のプラズマ処理装置が備えるプラズマ化ガス発生器の断面図である。 実施例のプラズマ処理装置が備えるプラズマ化ガス発生器のプラズマ化ガスを送り出す部分の断面図である。 実施例のプラズマ処理装置が備える排気装置において、粉体がダクトに設けられたフィルタによって捕集される様子を説明するための模式図である。 第１変形例のプラズマ処理装置が備えるチャンバの断面図である。 第２変形例のプラズマ処理装置が備えるチャンバの断面図である。 第３変形例のプラズマ処理装置が備えるチャンバの断面図である。 第４変形例のプラズマ処理装置が備えるチャンバの断面図である。 第５変形例のプラズマ処理装置が備えるチャンバの断面図である。 第６変形例のプラズマ処理装置が備えるチャンバの断面図である。 第７変形例のプラズマ処理装置が備えるチャンバの断面図である。

以下、請求可能発明を実施するための形態として、実施例のプラズマ処理装置およびそれのいくつかの変形例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明のプラズマ処理装置は、下記の実施例および変形例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良が施された種々の形態にて実施することができる。

≪プラズマ処理装置の構成≫
図１および図２に、実施例であるプラズマ処理装置の全体構成を示す。本プラズマ処理装置は、粉体が入れられるチャンバ１０と、プラズマ化ガスを発生させるプラズマ化ガス発生器１２と、プラズマ化されるガスをプラズマ化ガス発生器１２に供給する給気装置１４と、チャンバ内のガスを排出する排気装置１６とを含んで構成されている。なお、本プラズマ処理装置は、略同じ構造の３つのプラズマ化ガス発生器１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有しており、それらの各々を、総称として、プラズマ化ガス発生器１２と呼ぶことにする。

チャンバ１０は、大まかには、両端が塞がれた円筒形状とされており、筒状の部分を形成する円筒部２０と、それの両端部をそれぞれ塞ぐ端面部２２ａ，２２ｂとから構成されている。円筒部２０は、中央部においては一定の直径を有しており、両端に向かうにつれて、直径が小さくされている。ちなみに、本プラズマ処理装置では、中央部の直径は、約２００ｍｍとされている。チャンバ１０は、その円筒部２０において、支持台３０に固定支持されている。なお、円筒部２０は、２つに分割することができ、支持台３０に一体的に固定されている部分と、支持台３０から取り外すことができる部分とから構成されている。上記３つのプラズマ化ガス発生器１２は、円筒部２０のうち、支持台３０から取り外すことができる部分に固定されている。プラズマ化ガス発生器１２の構造については、後に詳しく説明する。

給気装置１４は、主供給部４０と、副供給部４２とを含んで構成されている。主供給部４０は、プラズマ化されるガスが貯められた主貯留容器４４と、その主貯留容器４４と各プラズマ化ガス発生器１２とを繋ぐ主管路４６に設けられた主開閉弁４８とを有している。一方、副供給部４２は、主貯留容器４４に貯められたガスと同じガスが貯められた副貯留容器５０と、その副貯留容器５０と主管路４６とを主開閉弁４８の下流側において繋ぐ副管路５２に設けられた副開閉弁５４とを有している。なお、副貯留容器５０に貯められたガスには、主貯留容器４４に貯められたガスと異なるガスを使用することもできる。ちなみに、主供給部４０および副供給部４２は、副貯留容器５０内のガスの圧力が主貯留容器４４内のガスの圧力より低くなるように構成されており、副管路５２には、主貯留容器４４から副貯留容器５０へのガスの流れを禁止するための逆止弁５６が設けられている。このように構成される供給装置１４によって、プラズマ処理が行われる間は、主供給部４０からのガスが各プラズマ化ガス発生器１２に供給され、プラズマ処理が行われないときには、チャンバ１０から給気装置１４への粉体の侵入を防止すべく、副供給部４２からのガスが各プラズマ化ガス発生器１２に供給される。つまり、副供給部４４は、チャンバ１０内のガスおよび粉体がプラズマガス発生器１２に侵入するのを防止する粉体侵入防止装置として機能する。なお、主開閉弁４８および副開閉弁５４は、主貯留容器４４，副貯留容器５０内のガスの圧力が高くなり過ぎた場合を考慮して、閉弁状態においてリリーフ弁として機能するものとなっている。

排気装置１６は、図３に模式的に示すように、チャンバ１０に接続される２つのダクト６０ａ，６０ｂと、ガスをチャンバ内の圧力以下の圧力で貯留する貯留容器６２と、貯留容器６２内のガスを送り出すための送風機６４とを含んで構成されている。また、排気装置１６には、２つのダクト６０ａ，６０ｂの各々から貯留容器６２へガスを流すための排気路６６と、２つのダクト６０ａ，６０ｂの各々に送風機６４からのガスを流すための送風路６８とが設けられ、２つのダクト６０ａ，６０ｂの各々のガスの流れの方向を切換えるために、それら２つのダクト６０ａ，６０ｂの各々に対応して、２つの切換弁７０ａ，７０ｂが設けられている。それら２つの切換弁７０ａ，７０ｂによって、２つのダクト６０ａ，６０ｂの各々において、チャンバ１０からガスが排出される状態（排出状態）と、チャンバ１０にガスが送り込まれる（送風状態）とが切換えられる。ちなみに、図３（ａ）では、ダクト６０ａが送風状態，ダクト６０ｂが排気状態とされており、図３（ｂ）では、ダクト６０ｂが送風状態，ダクト６０ａが排気状態とされている。なお、後に詳しく説明するが、２つのダクト６０ａ，６０ｂには、それぞれ、フィルタ７２ａ，７２ｂが配設されている。

図２から解るように、プラズマ化ガス発生器１２は、大まかには、給気装置１４からガスを受給するガス受給部８０と、そのガスをプラズマ化する、つまり、プラズマ状態とするプラズマ発生部８２と、プラズマ化されたガスを送り出すガス送出部８４とに区分けすることができる。３つのプラズマ化ガス発生器１２の各々は、ガス送出部８４の先端がチャンバ１０内に臨み出るようにして配設されている。

プラズマ発生部８２とガス送出部８４との断面を、図４に、図４におけるＡ−Ａ断面を、図５に、それぞれ示す。それらの図から解るように、ガス受給部８０に供給されるプラズマ化されるガスは、流入口１００からプラズマ発生部８２の内部に流入する。このガスは、そのガスの流れを案内するための複数の案内板１０２の間を通過して、プラズマ発生域１０４に導かれる。プラズマ発生域１０４の両端には、１対の放電電極１０６ａ、１０６ｂが設けられている。それらの電極１０６ａ、１０６ｂ間に電圧を印加することで、プラズマ発生域１０４に放電が発生する。そして、ガスは、この放電の中を通過することにより、プラズマ化ガス、つまり、プラズマ状態となる。プラズマ化ガスは、ガス送出部８４に設けられた複数のノズル１０８から、噴き出るようにして、チャンバ１０の特定の箇所からチャンバ１０内に導入される。ちなみに、このプラズマ化ガスの噴き出す方向は、チャンバ１０の円周部２０における周方向（上記特定の箇所における円周部２０に対する接線に平行な方向）とされている。また、本プラズマ化ガス発生器１２によるプラズマ化ガスの噴出速度は、約３０ｍ／ｓとされている。

≪プラズマ処理装置の作動≫
本実施例のプラズマ処理装置は、それの用途が限定されないが、例えば、粒子の直径が数μｍ〜数十μｍ程度の比較的細かいカーボン粒子からなる粉末（カーボン粉末）に対して、カーボン粒子の各々の表面に親水基を形成する目的で、アルゴンに酸素が数％混合された混合ガスを用いてプラズマ処理を行う。そのプラズマ処理はバッチ処理によって行われるため、処理に先立って、処理に供される粉体が、チャンバ１０内に適当量だけ投入される。そして、その状態において、３つのプラズマ化ガス発生器１２によるプラズマ化ガスをチャンバ１０内に導入することで、プラズマ処理が行われる。

本実施例のプラズマ処理装置では、プラズマ化ガス発生器１２から噴出するプラズマ化ガスは、ノズル１０８から約２０ｍｍ程度のところで、プラズマ状態を脱する。つまり、プラズマ到達距離が２０ｍｍ程度とされている。したがって、プラズマ化ガスの噴出箇所、つまり、特定箇所から、その距離までの領域に存在する粉末粒子にしかプラズマ処理を施せない。言い換えれば、その領域に存在する粒子にのみプラズマ照射が可能とされている。

ところが、本プラズマ処理装置では、プラズマ化ガスの噴出の勢いによって、中のガス（その多くは、プラズマ状態ではなくなったガスである）によるガス流が作られているため、そのガス流に乗るようにして、粉体は、チャンバ１０内を流動する。詳しく言えば、粉体は、チャンバ１０の円筒部２０の内周壁に沿って巡回するようにして、チャンバ１０内を回流するのである。このように粉体が回流している状態において、上記特定箇所においてプラズマ化ガスを所定の時間導入し続ければ、粉体を構成する粉末粒子が、順繰りに、何度も、特定箇所の近傍、つまり、プラズマ照射され得る領域を通過し、粉体の全体にわたって均一かつ充分なプラズマ処理が実行されることになる。

プラズマ化ガスをプラズマ化ガス発生器１２からチャンバ１０内に導入し続ければ、チャンバ１０のガスの圧力が上昇する。そのことに鑑みて、本プラズマ処理装置では、チャンバ１０に、上記２つのダクト６０ａ，６０ｂが配設されており、プラズマ処理が行われている間中、プラズマ化ガス発生器１２から導入されるガスと同量のガスが、それら２つのダクト６０ａ，６０ｂから排出されるようになっている。

ガスのダクト６０ａ，６０ｂからの排気に伴い、チャンバ１０内には、ダクト６０ａ，６０ｂに向かうガスの流れが生じる。上述の粉体の回流がある程度乱され、粉体の一部がダクト６０ａ，６０ｂ内に移動することになる。そのことに鑑み、本プラズマ処理装置では、ダクト６０ａ，６０ｂの各々のチャンバ１０内への開口を、端面部２２ａおよび２２ｂの中心に位置させている。詳しく言えば、粉体は、それに作用する遠心力によって、チャンバ１０の円筒部２０の周壁に沿って回流する傾向にあり、上記位置にダクト６０ａ，６０ｂの開口を設けることで、ダクト６０ａ，６０ｂに向かう粉末粒子が比較的少なくされているのである。

しかしながら、粉末の一部が、ダクト６０ａ，６０ｂ内に向かうことを、完全には阻止できない。そこで、ダクト６０ａ，６０ｂには、上記フィルタ７２ａ，７２ｂが設けられている。それらフィルタ７２ａ，７２ｂは、粉末粒子を通過させずにガスを通過させるものであり、それらフィルタ７２ａ，７２ｂにより、本プラズマ処理装置が備える排気装置１６は、粉体をチャンバ１０内に留めつつ、チャンバ１０内のガスを排出する機能を有するのである。

さらに、本プラズマ処理装置では、排気装置１６は、特徴的な作動を行う。具体的に言えば、２つのダクト６０ａ，６０ｂの各々について、先に説明した排出状態と送風状態とが交互に切換えられる。さらに、詳しく言えば、ダクト６０ａが送風状態，ダクト６０ｂが排気状態とされた第１状態（図３（ａ）参照）と、ダクト６０ｂが送風状態，ダクト６０ａが排気状態とされた第２状態（図３（ｂ）参照）とを、比較的短い時間で交互に切換えるのである。

図６（ａ）に示すように、第１状態では、ダクト６０ｂに設けられたフィルタ７２ｂによって、チャンバ１０から排出されようとする粉末粒子が捕集され、一方で、ダクト６０ａに設けられたフィルタ７２ａにすでに補集された粉末粒子が、そのフィルタ７２ａから離脱させられる。逆に、図６（ｂ）に示すように、第２状態では、ダクト６０ａに設けられたフィルタ７２ａによって、チャンバ１０から排出されようとする粉末粒子が捕集され、一方で、ダクト６０ｂに設けられたフィルタ７２ｂにすでに補集された粉末粒子が、そのフィルタ７２ｂから離脱させられる。このような切換を行うことで、フィルタ７２ａ，７２ｂの目詰まりのない状態が、プラズマ処理の間維持される。このような機能に鑑みれば、排気装置１６は、ダクト６０ａ，６０ｂから排出されるガスを逆流させる逆流器を有していると考えることができる。そして、その逆流器は、ダクト６０ａ，６０ｂの数に対応した数設けられ、送風機６４，２つの切換弁７０ａ，７０ｂ等によって構成されているのである。

上記第１状態と第２状態との切換を、例えば、数Ｈｚ〜数十Ｈｚといった相当に短い周期で行えば、粉末粒子がフィルタ７２ａ，７２ｂに殆ど捕集されない状態を実現させることが可能である。ちなみに、本排気装置１６では、フィルタ７２ａ，７２ｂの捕集面は下方に向いているため、フィルタ７２ａ，７２ｂの捕集面からの粉末粒子の離脱は、重力によって助長される。なお、第１状態および第２状態の各々において、２つのダクト６０ａ，６０ｂの一方からのガスの排出量は、他方からのガスの流入量とプラズマ化ガス発生器１２からチャンバ１０に送出されるプラズマ化ガスの量との和と等しくなるように、送風機８４の作動が制御されている。なお、前述のようにチャンバ１０は分割可能とされており、プラズマ処理のされた粉体は、チャンバ１０を開けることによって取り出せる。

変形例１

図７は、第１変形例のプラズマ処理装置のチャンバ１４０の断面図を示している。この変形例の装置が備えるチャンバ１４０は、有底円筒形状の本体１４２と、その本体１４２の上部に配設された蓋１４４とを含んで構成されている。本体１４２の下部には、チャンバ１４０内部にプラズマ化ガスを導入するための導入口１４６ａ、１４６ｂが設けられており、それらの導入口１４６ａ、１４６ｂには、実施例のプラズマ処理装置が有するものと同様のプラズマ化ガス発生器１２が接続されている。本体１４２の底部１４８は、それの中心が頂点となる円錐形状とされており、その底部１４８の円錘面は、頂点から底面にかけて緩やかに曲がる曲面となるように形成されている。なお、本第１変形例のプラズマ処理装置では、プラズマ化ガス発生器１２のガス送出部８４は、ガスの流れを妨げないように、チャンバ１４０の内周壁より突出しないように形成されている。

蓋１４４には、ダクトとされた排気口１５０ａ、１５０ｂが設けられている。排気口１５０ａ、１５０ｂは、上方に向かって開口しており、フィルタ１５１ａ、１５１ｂがそれぞれ設けられている。それら排気口１５０ａ、１５０ｂには、実施例のプラズマ処理装置が有するものと同様の作動を行う排気装置が接続されている。蓋部材１４４の下面には、断面が半円形とされた環状の溝１５２が、下面の中心を取り囲むようにして形成されている。

このようなチャンバ１４０を有する本プラズマ処理装置において、プラズマ化ガスが、流入口１４６ａ、１４６ｂから本体部材１４２の底部の中心方向へと噴出されると、チャンバ１４０内のガスは、底部１４８の円錐面に沿って流れ、チャンバ１４０の中心軸線近傍において、上方に向かって流れる。このようにチャンバ１４０の中心軸線近傍において上方に向かって流れるガスは、溝１５２によって、下方へ向かうように方向転換させられ、さらに、底部１４８によって、再び、中心軸線近傍において上方に向かって流れることになる。チャンバ１４０内の粉体は、そのようなガスの流れに乗って回流する。このようにして回流する粉体に、チャンバ１４０の下部にてプラズマ照射することで、その粉体は、全体にわたって均一にかつ充分なプラズマ処理が施される。

変形例２

図８は、第２変形例のプラズマ処理装置のチャンバ１６０の断面図を示している。この変形例の装置が備えるチャンバ１６０は、有底円筒形状の本体１６２と、その本体１６２の上部に配設された蓋１６４とを含んで構成されている。本体１６２の下部には、チャンバ１６０内部にプラズマ化ガスを導入するための導入口１６６ａ、１６６ｂが設けられており、それらの導入口１６６ａ、１６６ｂには、実施例のプラズマ処理装置が有するものと同様のプラズマ化ガス発生器１２が接続されている。蓋１６２には、ダクトとされた排気口１６８ａ、１６８ｂが設けられている。排気口１６８ａ、１６８ｂは、上方に向かって開口しており、フィルタ１６９ａ、１６９ｂが設けられている。それら排気口１６８ａ、１６８ｂには、実施例のプラズマ処理装置が有するものと同様の作動を行う排気装置が接続されている。なお、本第２変形例のプラズマ処理装置でも、上記第１変形例のプラズマ処理装置と同様に、プラズマ化ガス発生器１２のガス送出部８４は、ガスの流れを妨げないように、チャンバ１６０の内周壁より突出しないように形成されている。

本体１６２の底部１７０の外側には、チャンバ１６０内部のプラズマ化ガスを撹拌するための撹拌器１７２が設けられている。撹拌器１７２は、チャンバ１６０の底部１７０の内側の中心部に存置された撹拌子１７４を回転させる機能を有している。撹拌子１７４は、内部に強磁性体を有しており、撹拌器１７２は、自身が有する磁石を自身が有するモータによって回転させることで、撹拌子１７４を回転させ、その回転によって、チャンバ１６０のガスを撹拌する。チャンバ１４０内の粉体は、そのようなガスの流れに乗って撹拌されるようにして流動する。このように流動する粉体に、チャンバ１４０の下部の特定の箇所にてプラズマ照射することで、その粉体は、全体にわたって均一にかつ充分なプラズマ処理が施される。

変形例３

図９は、第３変形例のプラズマ処理装置のチャンバ１８０の断面図を示している。この変形例の装置が備えるチャンバ１８０は、大まかには、両端を塞がれた円筒形状とされており、周囲の２箇所に、チャンバ１８０内部にプラズマ化ガスを導入するための導入口１８２ａ、１８２ｂが設けられている。それらの導入口１８２ａ、１８２ｂには、実施例のプラズマ処理装置が有するものと同様のプラズマ化ガス発生器１２が接続されている。また、チャンバ１８０には、上方に向かって延び出す排気ダクト１８４ａ、１８４ｂが設けられている。排気ダクト１８４ａ、１８４ｂには、フィルタ１８６が設けられており、実施例のプラズマ処理装置が有するものと同様の作動を行う排気装置が接続されている。なお、本第３変形例のプラズマ処理装置も、上記２つの変形例のプラズマ処理装置と同様に、プラズマ化ガス発生器１２のガス送出部８４は、ガスの流れを妨げないように、チャンバ１６０の内周壁より突出しないように形成されている。

このようなチャンバ１８０を有する本プラズマ処理装置において、プラズマ化ガスが、導入口１８２ａ、１８２ｂからチャンバ１８０内に噴出されると、ガスは、チャンバ１８０の内周壁に沿って巡回するようにして、チャンバ１８０内を回流する。粉体は、そのガスの流れにのって回流することになる。このようにして回流する粉体に、チャンバ１８０の特定箇所にてプラズマ照射することで、その粉体は、全体にわたって均一にかつ充分なプラズマ処理が施される。

変形例４

図１０は、第４変形例のプラズマ処理装置のチャンバ２００の断面図を示している。この実施例の装置が備えるチャンバ２００は、第３変形例のプラズマ処理装置が備えるチャンバ１８０と略同様に構成されたものであるが、そのチャンバ１８０と異なり、ガス流生成器２０６が設けられている。ガス流生成器２０６は、大まかには、チャンバ２００の内部に設けられた回転羽２０８と、チャンバ２００の外部に設けられるモータ２１０とから構成されている。モータ２１０によって回転羽２０８が回転させられることで、チャンバ内２００を巡回するガス流が生成され、そのガス流にのって粉体が回流する。本変形例のプラズマ処理装置では、プラズマ化ガスが噴出される勢いに依らずに、主に、ガス流生成器２０６によって、粉体が回流させられる。このようにして回流する粉体であっても、その粉体に、チャンバ２００の特定箇所にてプラズマ照射することで、その粉体は、全体にわたって均一にかつ充分なプラズマ処理が施される。

変形例５

図１１は、第５変形例ののプラズマ処理装置のチャンバ２２０の断面図を示している。この変形例の装置が備えるチャンバ２２０は、有底円筒形状の本体２２２と、その本体２２２の上部に配設された蓋２２４と、内部の下部に配設された整流板２２６とを含んで構成されている。本体２２２の底面の中心部には、チャンバ２２０内部にプラズマ化ガスを導入するための導入口２２８が設けられており、その導入口２２８には、実施例のプラズマ処理装置が有するものと同様のプラズマ化ガス発生器１２が接続されている。蓋２２４は、の上部は、すり鉢状に形成され、その蓋２２４の上端に、フィルタ２３０が渡されるようにして張設されている。プラズマ化ガスは、本体２２２の下部に設けられた導入口２２８から、チャンバ２２０内に導入される。本変形例のプラズマ処理装置では、粉体は、第１変形例のプラズマ処理装置における粉体の回流と同じような態様で、回流する。この変形例のプラズマ処理装置によっても、粉体は、全体にわたって均一にかつ充分なプラズマ処理が施される。

本変形例のプラズマ処理装置では、チャンバ２２０内のガスは、蓋２２４に設けられた開口２３２を通り、さらに、フィルタ２３０を通過して排気される。先に説明した実施例，変形例のプラズマ処理装置と異なり、送風機等によって構成される逆流器は備えていないが、その代わりに、チャンバ２２０の上部に、振動器２３４が取付られている。この振動器２３４は、捕集された粉体によるフィルタ２３０の目詰まりを防止するためのもので、フィルタ２３０に振動を与える。この振動器２３４による振動によって、フィルタ２３０に捕集された粉末粒子は、フィルタ２３０から離脱し、重力によって下降し、蓋２２４の上部のすり鉢状の面に沿って移動して、蓋２２４に設けられた開口２３２からチャンバ２２０の上記回流に戻される。

変形例６

図１２は、第６変形例のプラズマ処理装置のチャンバ２４０の断面図を示している。本変形例のプラズマ処理装置が備えるチャンバ２４０は、有底円筒形状の本体２４２と、その本体２４２の上部に配設された蓋２４４とを含んで構成されている。本体２４２の下部には、チャンバ２４０内部にプラズマ化ガスを導入するための導入口２４６ａ、２４６ｂが設けられており、それらの導入口２４６ａ、２４６ｂには、実施例のプラズマ処理装置のものと同様のプラズマ化ガス発生器１２が接続されている。本体２４２の底部２４８は、それの中心が頂点となる円錐形状とされており、その底部２４８の円錘面は、頂点から周囲にかけて緩やかに曲がる曲面とされている。なお、本第６変形例のプラズマ処理装置でも、先に説明したいくつかの変形例のプラズマ処理装置と同様に、プラズマ化ガス発生器１２のガス送出部８４は、ガスの流れを妨げないように、チャンバ２４０の内周壁より突出しないように形成されている。

蓋２４４には、排気口２５０ａ、２５０ｂが設けられており、上面の中心部が頂点となるような円錐形状とされるとともに、下面が、断面が半円形とされている環状の溝２５２が形成されている。また、２４４の上方には、本体２４２の上端にかけ渡されるようにしてフィルタ２５４が張設されている。また、チャンバ２４０の上部には、第５変形例のプラズマ処理装置のものと同様の作動を行う振動器２５６が取付られており、フィルタ２５４には、振動が与えられる。

上記のような構造のチャンバ２４０を有する本プラズマ処理装置においては、粉体は、第５変形例のプラズマ処理装置における粉体の回流とは反対まわりに、回流する。この変形例のプラズマ処理装置によっても、粉体は、全体にわたって均一にかつ充分なプラズマ処理が施される。なお、振動によってフィルタ２５４から離脱させられた粉末粒子は、第５変形例のプラズマ処理装置の場合と同様に、底部２４８の円錘面に沿って移動して、排気口２５０ａ、２５０ｂからチャンバ２４０内の上記回流に戻される。

変形例７

図１３は、第７変形例のプラズマ処理装置のチャンバ２６０の断面図を示している。チャンバ２６０は、下方に向かって先細りとされた円筒形状とされている。チャンバ２６０の側面には、チャンバ２６０内部へとプラズマ化ガスを導入するための導入口２６２が設けられており、その導入口２６２には、実施例のプラズマ処理装置のものと同様のプラズマ化ガス発生器１２が接続されている。チャンバ２６０の上面には、チャンバ２６０内のガスを吸引する吸引装置２６４に接続される吸引口２６６が設けられており、吸引口２６６には、フィルタ２６８が設けられている。また、チャンバ２６０の側面には、チャンバ２６０内にガスを取り入れるための取入口２７０が設けられており、その取入口２７０には、チャンバ２６０の内部に粉体を供給する粉体供給機２７２も接続されている。チャンバ２６０の下面には、チャンバ２６０内の粉体を排出するための排出口２７４が設けられており、排出口２７４には、粉体を回収するための開閉弁２７６が設けられている。開閉弁２７６は、プラズマ処理中においては閉弁状態とされている。

このようなチャンバ２６０を有する本プラズマ処理装置において、吸引装置２６４によってチャンバ１０内のガスが吸引されると、取入口２７０から、ガスがチャンバ２６０内に取り入れられる。取入口２７０から取り入れられるガスは、チャンバ２６０内を巡回するように流れ、吸引装置２６４へと吸引される。チャンバ２６０内にこのようなガスの流れが発生している状態において、粉体供給機２７２からチャンバ２６０内に粉体を供給すれば、粉体はチャンバ２６０内のガスの流れに乗って流動する。このように、本変形例のプラズマ処理装置では、プラズマ化ガスが噴出される勢いに依らずに、主に、吸引装置２６４のガスの吸引によって、粉体が回流させられる。このようにして回流する粉体であっても、その粉体に、チャンバ２６０の特定箇所にてプラズマ照射することで、その粉体には、全体にわたって均一にかつ充分なプラズマ処理が施される。なお、プラズマ処理された粉体は、開閉弁２７６を開弁状態とし、排出口２７６を介して回収される。

１０：チャンバ １２ａ，１２ｂ，１２ｃ：プラズマ化ガス発生器 １６：排気装置 ４２：副供給部（粉体侵入防止装置） １４０：チャンバ １６０：チャンバ １８０：チャンバ ２００：チャンバ ２２０：チャンバ ２４０：チャンバ ２６０：チャンバ ２６４：吸引装置

Claims (6)

1. 下方に向かって先細りとされた円筒内周面形状の側周面を有し、内部に粉体が入れられるチャンバと、
   前記チャンバの上面の中心からそのチャンバ内のガスを吸引する吸引装置と、
   前記チャンバの側周面に設けられ、そのチャンバ内にガスを取り入れるための取入口と、
   ガスをプラズマ化して前記チャンバの側周面から送り出すプラズマ化ガス発生器と
   を備え、
   前記吸引装置によって前記チャンバ内のガスが吸引されることで、前記取入口から取り入れられるガスがそのチャンバ内をそのチャンバの中心軸線回りに側周面に沿って巡回するとともに、そのチャンバ内に入れられた粉体がそのガスの流れに乗って流動して前記チャンバの側周面に沿って回流するように構成され、
   その回流する粉体に対して、前記プラズマ化ガス発生器によってプラズマ化されたガスであるプラズマ化ガスによるプラズマ処理を行うプラズマ処理装置。
2. 前記チャンバの下面に設けられ、前記チャンバ内の粉体を排出するための排出口を備えた請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. プラズマ処理中には閉弁状態とされるとともにプラズマ化処理された粉体を回収する際に開弁状態とされる開閉弁が、前記排出口に設けられた請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 当該プラズマ処理装置が、前記プラズマ処理が行われていないときに前記粉体が前記プラズマ化ガス発生器に侵入することを防止する粉体侵入防止装置を備えた請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
5. 前記プラズマ処理を行っていない場合にも前記プラズマ化ガス発生器にガスを供給する手段によって、前記粉体侵入防止装置が構成されている請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 下方に向かって先細りとされた円筒内周面形状の側周面を有するチャンバ内において、そのチャンバの上面の中心からそのチャンバ内のガスを吸引しつつその側周面からガスを取り入れることで、取り入れられたガスをそのチャンバの中心軸線回りにその側周面に沿って巡回させるとともに、当該チャンバ内に入れられた粉体を、そのガスの流れに乗って流動させることで、そのチャンバの側周面に沿って回流させ、
   その回流する粉体に対して、プラズマ化されたガスであるプラズマ化ガスを前記チャンバの側周面からそのチャンバ内に送り出すことで、プラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。

Images