JP6208256B2 - ハンドルケーシングに回転自在に取り付けられたローラを有するプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体で遮断されたプラズマ場で表面を処理するためのプラズマ処理装置であって、プラズマ場は、高電圧が供給される電極と、表面との間で発生され、電極は、この電極を囲む誘電体と共に、ハンドルケーシングに回転自在に取り付けられており、かつ表面上を転動することができるローラを形成してなるプラズマ処理装置に関する。

プラズマによる表面の処理は、様々な目的のために知られている。例えば、前処理なしに被覆、例えば塗料塗布されないか、または被覆するのが困難なプラスチック表面を、プラズマ処理後に、著しくよく被覆することができる。同じことが、ラズマ処理後に著しくよく処理剤またはケア剤を吸収するケラチン表面、例えば毛髪にも当てはまる。更に、表面をプラズマ処理で消毒することも知られている。プラズマ処理は、生体でも可能である。その目的は、ケア剤および治療剤に対する皮膚の吸収力、特に、傷の治療のための吸収力を改善するためであり、かつ、冒された表面を消毒するためである。

材料処理のためにプラズマ処理すべく、プラズマ場を、２つの電極の間で直接発生させることができる間に、いわゆる誘電体で遮断されたプラズマ放電を行なうことは多くの場合適切である。誘電体で遮断されたプラズマ放電では、空気または他の気体を、高電圧場によってイオン化する。しかしながら、大きい電位差により発生する電流の流れは、介挿された誘電体によって中断される。従って、知られていることは、高電圧電極を誘電体に埋め込むことであり、その目的は、安全に阻止するためであり、かつ、プラズマ場を、対向電極で発生させるためである。処理される表面を、通常は接地される対向電極として使用することができるのは、処理される表面の材料が導電性を有する場合である。特許文献１によって、柔軟な電極に埋設された平面状の装置が公知である。この装置は、表面に載置可能であり、かつ、柔軟性の故に、表面の凹凸にある程度適合することができる。電極装置の表面は、ここでは、突起に似た隆起部を有する。その目的は、処理される表面への載置の際に、隆起部の間の隙間に、プラズマが発生することができる空気空間（Luftraeume）を保証することができるためである。このような装置は、汎用することはできない。何故ならば、表面の意味のある合理的な処理を可能にするためには、電極装置の大きさが、処理される面の大きさに適合されていなければならないからである。

非特許文献１では、電極としての、セラミックで被覆された鋼管からなるところの、いわゆるプラスチックローラが知られている。ローラは、塗料ローラのように、処理される表面に亘って案内される。それ故に、ローラは、表面と、線接触を形成する。プラズマ場は、明らかに線接触の両側で形成される。プラズマローラが、壁部、床または家具を消毒するために、かつ溶剤およびプライマーなしに塗布または他の被覆のためにこれらの物体の前処理をするために適切であるように意図されるのは、このプラズマローラを、数回、処理される表面に亘って案内するときである。

プラズマローラの既知の構造は、滑らかな表面にのみ適切であり、以下の欠点、すなわち、プラズマローラと、表面との接触線からの間隔に従って大きく減じるプラズマ場が形成され、それ故に、制御されかつ限定されたプラズマ処理が不可能であるという欠点を有する。

WO 2011/076193 A1

ＭＢＭサイエンス・ブリッジ社（在ゲッティンゲン）のインターネット公表

プラズマ処理のための、ローラとして形成された電極装置のための適用範囲を拡大し、かつ、より良く限定されかつ制御されたプラズマ処理を可能にするという課題が、本発明の基礎になっている。

この課題を解決するために、明細書の最初の部分に記載のタイプのプラズマ処理装置は、ローラが、表面の凹凸に柔軟に適合可能に形成されており、かつ、隆起部を有する転動面を備え、これらの隆起部の間には、プラズマ場を形成する隙間があることを特徴とする。

従って、本発明に係わるプラズマ処理装置は、表面の凹凸に柔軟に適合することができるローラを有する。この目的のために、誘電体は、３０と６０の間のショア硬度Ａを有する軟質弾性プラスチックから形成されている。適切な軟質弾性プラスチックは、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）である。従って、本発明に係わるプラズマ装置は、電極自体が剛性であっても、誘電体を軟質弾性的に形成することによって、表面の凹凸に適合可能である。しかしながら、本発明の好ましい実施の形態では、電極も柔軟に形成されており、従って、柔軟な材料からなり、剛性の終端部によって、ハンドルケーシングに回転自在に取り付けられている。取付を、電極の両端で行なうことは好ましい。しかしまた、電極の片側のみの取付も可能である。従って、電極は、自由端をもって形成されていてもよい。

本発明によれば、ローラの表面は、更に、複数の隆起部を備えている。これらの隆起部の間には、プラズマ場が形成される隙間が位置している。この場合、ローラは、表面上に規則的にまたは不規則的に設けられていることができる複数の隆起部を有する。複数の隆起部の間の隙間が、互いにつながっていることは好ましい。それ故に、これらの隆起部の周りには、ローラが、処理される表面に、必要な場合には圧力下で接触しているときに、均一な気体空間が形成されている。誘電体の柔軟な形成および必要な場合には電極の柔軟性によって、ローラと、処理される表面との間の接触領域でも、比較的広いプラズマ場は、接触点でのみ中断される。これらの接触点は、連続線を形成せず、ローラの表面と、処理される表面との間の接触片に沿って点状接触面を形成し、これらの点状接触面の間では、プラズマが、複数の接触点の間の隙間に発生することができる。転動の際には、接触点の位置が常に変化するので、従って、ほぼ均一な電界強度を有する比較的広いプラズマ場が生じる。プラズマ場によって、表面の、制御されかつ限定されたプラズマ処理が可能である。

本発明に係わるプラズマ処理装置は、すべての上記適用領域に適している。該適用領域には、知られたプラズマ装置が適切である。更に、本発明に係わるプラズマ処理装置は、任意の大きさの凹凸の表面の処理と、しかしながらより良く限定されたプラズマ処理を可能にする。このことは、特に、生体の皮膚のプラズマ処理にとって重要である。何故ならば、例えば、顔の皮膚の、または他の身体の部位の皮膚の、制御された処理が、ローラの、適切に選択された大きさを有する、本発明に係わるプラズマ処理装置により、可能となる。

電極自体の好適な柔軟性を電極の異なる実施の形態で実現することができる。特に好ましい実施の形態では、電極は、剛性の終端部を有し、しかも弾性材料からなる。終端部を、回転自在な取付のためにおよび電気的接触のために使用してもよい。この目的のために、剛性の終端部のうちの少なくとも一方が、導電可能に、かつ高電圧源と接触可能に形成されている。

弾性材料は、コイルばねであってもよい。それ故に、電極は、中空のコイルばねから形成されている。

他の実施の形態では、電極の柔軟な実施の形態は、導電性を有する中実の弾性材料によって形成されていてもよい。更に、弾性を電極の管状のスリーブによって保証することも可能であり、スリーブには、液体の形態をとる導電性材料が充填されていてもよい。この場合、液体は、電極の導電部を形成し、他方、弾性のスリーブは、導電性でもよいが、そうである必要はない。この場合、弾性スリーブを誘電体として形成することも考えられるだろう。この誘電体では、変形可能な導電性材料があって、この導電性材料によって、限定された高電圧電位が、処理される表面からの、誘電体によって規定される間隔へもたらされる。

好ましい実施の形態では、ハンドルケーシングは、ローラをほぼ完全に囲み、かつ、小さい開口部のみをあけておく。この開口部からは、ローラのわずかな周面部分のみが突き出ている。従って、突き出ている周面部分は、２０ないし１２０の角度に亘って延びていることが可能である。

本発明の変形例では、ハンドルケーシングは、処理される表面に亘って移動方向に次々に案内される複数のローラを支持することができる。更に、ローラを、軸長に亘って、複数のサブローラから構成することも可能である。

以下、実施の形態に基づいて本発明を詳述する。
本発明に係わるプラズマ処理装置の部分的に切り取った全体図を示す。 柔軟な電極を有するローラの第１の実施の形態の拡大図を示す。 誘電体の実施の形態の表面が見える、図１に示すプラズマ処理装置の図を示す。 本発明により形成されたローラの第２の実施の形態の略図を示す。 図４に示すローラの断面図を示す。

図１に基づく実施の形態が示すように、プラズマ処理装置は、ハンドル部分２および保持部分３を有するハンドルケーシング１を具備することが可能である。ハンドル部分２は、手によって把持するために適切であり、把持を保証する通常の滑りとめの表面を備えることができる。

保持部分３は、ハンドル部分２から離隔している２つの平行なアーム４を有する。これらのアームの間には、自由空間５がある。アーム４の端部には、以下により詳しく説明するように、ローラ６の形態をとる電極装置が回転自在に取り付けられている。自由空間５に嵌め込まれたローラ６の上面および下面は、ハンドルケーシング１によってほぼ完全に覆われており、かつ、ローラ６のわずかな周面部分のみが、ハンドルケーシング１から突出している。このことは、ローラ６の周面部分が（図示しない）処理される表面との所望の接触を得るために、ハンドル部分２を有するハンドルケーシング１を、処理される表面に対し実質的に垂直に保たねばならないという結果を生む。

図２は、ハンドルケーシング１の保持部分３およびローラ６の構造上の細部の第１の実施の形態の拡大断面図を示す。保持部分３は、２つのアームに向かって延びている通路７を有する。通路の中で、高電圧線が導かれる。高電圧線は、金属製の中空シリンダ８に接続され、中空シリンダは、保持部分３の、関連のチャンバの中で、軸方向に幾らか移動可能に案内されている。中空シリンダ８の中で支持される圧縮ばね９は、凹面状の端面１０を有する中空シリンダを、ローラ６の金属製の終端部１２の球状部１１に抗して押圧する。金属製の終端部１２は、ローラ６に回転不可に接続されており、かつ、シリンダ状部分１３によって、保持部分３の、対応の通路の中に回転自在に取り付けられている。従って、球状部１１は、凹面状の端面１０に相対して回転することができる。電気的接触は、圧縮ばね９の押圧によって維持される。

終端部１２は、シリンダ状部分３より大きな直径を有するボルト部分１４によって、コイルばね１５の中空シリンダ状の装置へ適切に突入している。コイルばねは、両端で、金属製の終端部１２で閉じられており、かつ、ハンドルケーシング１の保持部分３に回転自在に取り付けられている。２つの終端部１２の間で、コイルばね１５は、コイルばねの互いに接触している巻きにより形成されている。コイルばね１５は、金属製の終端部１２と共に、細長い、回転自在に取り付けられた電極１６を形成する。電極は、コイルばね１５に基づき、処理される表面の凹凸によって局所的に変位可能（auslenkbar）であり、かつ、転動の際に、処理される表面の湾曲に従うことができる。

かくして形成された電極１６は、表面全体に亘って、管状の誘電体１７によって囲まれている。誘電体１７は、柔軟な電極の前記変形を可能にしかつ共にする柔軟な材料からなる。誘電体１７は、両方の前端で、各々の環状ディスク１８によって閉じられる。環状ディスクは、夫々、シリンダ状部分１３の貫通を可能にする貫通孔を有し、かつ、環状ディスクでは、コイルばね１５の各々の端部が支持されることが可能である。

誘電体１７は、軟質弾性材料、好ましくはＴＰＥからなり、かつ、外面に、小隆起状の突起の形態をとる多数の隆起部１９を有する。

図３の図は、隆起部１９が、ほぼ半球の形状を有するドーム状の小さな突起であり、突起の半径は、好ましくは０．２と０．５ｍｍの間にあることが可能であり、それ故に、０．４ないし１．０ｍｍの突起の直径および０．２と０．５ｍｍの間の突起の高さが生じることを示す。隆起部１９は、図３に示した実施の形態では、軸方向に何列にも整列して配列されている。隣接した軸線の隆起部１９は、互いにずれて設けられている。このことからは、(任意の方向において)２つの突起の間の各々の隙間２０が生じる。この隙間は、ほぼ突起の直径に対応しており、あるいは幾らか大きくてもよい。隙間２０は互いにつながっており、それ故に、表面には、隆起部１９によって閉じられたセルが形成されない。例えば、ハニカム状の隆起部による、このような配置も可能ではあるが、実施の形態としては好ましくない。

電極１６の、図４および５に示した実施の形態が、図２および３の実施の形態と異なっているのは、隆起部１９´を有する誘電体１７が、図２および３の間隔より大きな間隔をあけて螺旋状に誘電体の周りに延びており、かつ誘電体１７の表面に接続されているワイヤの形態で形成されていることのみである。ワイヤの形態をとる隆起部１９´は、誘電体１７と一体的に形成されており、かつ、後で、誘電体１７の表面に付けられていてもよい。隆起部１９´の材料は、隆起部１９´が誘電体１７とは別個に形成されているときは、任意であってもよい。隆起部１９´は、導電性のまたは好ましくは非導電性の材料からなってもよい。導電性の材料としてなら、隆起部１９´は、導電性の材料が、接地されておりかつ処理される表面と接触するとき、大地電位を取るだろう。隆起部１９´から電極１６への電流の流れは、誘電体１７によって確実に阻止される。

明らかであるのは、隆起部１９´を、誘電体１７の表面上に、後で簡単な方法で付着させ、かつそこで固定させることができるだろうことであり、その目的は、これにより、誘電体１７の表面と、処理される表面との間の間隔、しかも、プラズマ場を形成するために所定の空間が存在してなる間隔を作り出すためである。更に明らかであるのは、ローラ６が処理される表面上で転動する際には、表面の均等なプラズマ処理が保証されているように、隆起部１９´と、処理される表面との間の各々の接触点が移動することである。

図示した実施の形態は、全然限定されていない。隆起部１９，１９´の他の形態およびパターンを、本発明の枠内で容易に実現することができる。更に、隆起部１９，１９´のどの高さが各々の処理上の課題にとって有意義に実現されるかが、当業者の観点に基づいた寸法の課題である。しかしながら、一般的には、０．２と１．５ｍｍの間の隆起が適切であるだろう。隆起部１９，１９´によって占められた面は、隙間２０の面と比較して、１ないし１５％の割合を占めるほうがよい。この場合、隆起部１９，１９´が、常に、処理される表面との点接触または小面積の接触をもたらし、より大きな、関連する接触面が回避されることが重要である。

１ ハンドルケーシング
６ ローラ
１６ 電極
１７ 誘電体
１９ 隆起部
２０ 隙間

Claims (9)

1. 誘電体で遮断されたプラズマ場で表面を処理するためのプラズマ処理装置であって、前記プラズマ場は、高電圧が供給される電極（１６）と、前記表面との間で発生され、前記電極（１６）は、この電極（１６）を囲む誘電体（１７）と共に、ハンドルケーシング（１）に回転自在に取り付けられており、かつ表面上を転動することができるローラ（６）を形成してなるプラズマ処理装置において、
   前記ローラ（６）は、前記表面の凹凸に柔軟に適応可能に形成されており、隆起部（１９，１９´）を有する転動面を備え、これらの隆起部の間には、プラズマ場を形成する隙間（２０）が位置していることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記隙間（２０）は、互いにつながっていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記誘電体（１７）は、軟質弾性プラスチックからなることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記軟質弾性プラスチックは、３０と６０の間のショア硬度（Ａ）を有することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記ローラ（６）の両端は、前記ハンドルケーシング（１）に回転自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記電極（１６）は、柔軟に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記電極（１６）は、剛性の終端部（１２）を有し、弾性材料から形成されていることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記弾性材料は、コイルばね（１５）であることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記剛性の終端部（１２）のうちの少なくとも一方は、導電的に、かつ高電圧源と接触可能に形成されていることを特徴とする請求項７または８に記載のプラズマ処理装置。

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