JP6514230B2 - 大気圧プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法 - Google Patents

大気圧プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、微小な被処理体に対するプラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法に関するものである。
近年、下記特許文献に記載されているように、薬，カーボン粒子等の粉粒体、数ｍｍ以下の電子部品等の微小な被処理体にプラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理装置の開発が進められている。
特開２０１１−９８３１３号公報
上記特許文献に記載の大気圧プラズマ処理装置によれば、微小な被処理体にプラズマ処理を、ある程度適切に行うことが可能である。しかしながら、上記特許文献に記載の大気圧プラズマ処理装置では、微小な被処理体を収容する収容器と、プラズマを発生させるプラズマ発生装置とが、連結されている。このため、プラズマ発生装置の内部に微小な被処理体が侵入し、プラズマ発生装置のメンテナンスが煩雑となる。また、収容器とプラズマ発生装置とが連結されているため、収容器の内部から微小な被処理体を取り出し難い。このように、微小な被処理体にプラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理装置には、改良の余地が多分に残されており、種々の改良を施すことで、大気圧プラズマ処理装置の実用性は向上すると考えられる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高い大気圧プラズマ処理装置等の提供を課題とする。
上記課題を解決するために、本発明に記載の大気圧プラズマ処理装置は、微小な被処理体を収容するハウジングと、前記ハウジングに収容された被処理体より小さな網目状をなし、前記ハウジングに形成された貫通穴を覆う網目状体とを有する収容器と、前記収容器から離れた状態で配設され、前記網目状体を介して、前記ハウジングの内部に向かってプラズマを吹き出すプラズマ発生装置と、前記収容器と前記プラズマ発生装置とを、前記プラズマ発生装置が前記網目状体を介して前記ハウジングの内部に向かってプラズマを吹き出し可能な状態で、相対的に移動させる移動装置とを備え、前記ハウジングに収容された被処理体に対するプラズマ処理を行うことを特徴とする。また、本発明に記載の大気圧プラズマ処理装置は、微小な被処理体を収容するハウジングと、前記ハウジングに収容された被処理体より小さな網目状をなし、前記ハウジングに形成された貫通穴を覆う網目状体とを有する収容器と、前記収容器から離間した状態で配設され、前記網目状体を介して、前記ハウジングの内部に向かって大気圧下で発生させたプラズマを吹き出すプラズマ発生装置とを備え、前記ハウジングに収容された被処理体に対するプラズマ処理を行うことを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明に記載のプラズマ処理方法は、（Ａ）微小な被処理体を収容するハウジングと、前記ハウジングに収容された被処理体より小さな網目状をなし、前記ハウジングに形成された貫通穴を覆う網目状体とを有する収容器と、（Ｂ）前記網目状体を介して、前記ハウジングの内部に向かってプラズマを吹き出すプラズマ発生装置と、（ｃ）前記収容器と前記プラズマ発生装置とを、前記プラズマ発生装置が前記網目状体を介して前記ハウジングの内部に向かってプラズマを吹き出し可能な状態で、相対的に移動させる移動装置とを備えた大気圧プラズマ処理装置を用いて、前記ハウジングに収容された被処理体に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、前記プラズマ処理方法が、前記収容器から離れた状態で配設された前記プラズマ発生装置が、前記網目状体を介して、前記ハウジングの内部に向かってプラズマを吹き出すことで、前記ハウジングに収容された被処理体に対するプラズマ処理を行う吹出工程を含むことを特徴とする。また、本発明に記載のプラズマ処理方法は、（Ａ）微小な被処理体を収容するハウジングと、前記ハウジングに収容された被処理体より小さな網目状をなし、前記ハウジングに形成された貫通穴を覆う網目状体とを有する収容器と、（Ｂ）前記網目状体を介して、前記ハウジングの内部に向かって大気圧下で発生させたプラズマを吹き出すプラズマ発生装置とを備えた大気圧プラズマ処理装置を用いて、前記ハウジングに収容された被処理体に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、前記プラズマ処理方法が、前記収容器から離間した状態で配設された前記プラズマ発生装置が、前記網目状体を介して、前記ハウジングの内部に向かって大気圧下で発生させたプラズマを吹き出すことで、前記ハウジングに収容された被処理体に対するプラズマ処理を行う吹出工程を含むことを特徴とする。
本発明に記載の大気圧プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法では、収容器とプラズマ発生装置とが分離されており、収容器に形成された貫通穴が、被処理体より小さな網目状の網目状体により覆われている。そして、その網目状体を介して、プラズマ発生装置からプラズマが収容器の内部に向かって吹き出される。このように、収容器とプラズマ発生装置とが分離されることで、微小な被処理体がプラズマ発生装置の内部に侵入することが殆ど無くなり、プラズマ発生装置のメンテナンスが容易となる。また、収容器とプラズマ発生装置とが分離されているため、収容器から容易に微小な被処理体を取り出すことが可能となる。これにより、大気圧プラズマ処理装置の実用性が向上する。
第１実施例の大気圧プラズマ処理装置を示す断面図である プラズマ発生装置を示す断面図である。 ハウジング内でのプラズマの流れを示す概念図である。 ハウジング内での被処理体の動きを示す概念図である。 第２実施例の大気圧プラズマ処理装置を示す側面図である。
以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。
＜大気圧プラズマ処理装置の構成＞
図１に、本発明の第１実施例の大気圧プラズマ処理装置１０を示す。大気圧プラズマ処理装置１０は、微小な被処理体にプラズマ処理を施し、被処理体の濡れ性，親水性、分散性等を向上させるための装置である。微小な被処理体として、数ｍｍ以下の電子部品、粉粒体等が挙げられ、粉粒体として、粉状の薬品、カーボン粒子等が挙げられる。
大気圧プラズマ処理装置１０は、収容器２０と、プラズマ発生装置２２と、移動装置２４とを備えている。収容器２０は、被処理体を収容するものであり、概して球状のハウジング３０と、フィルタ３２とを含む。ハウジング３０は、第１半球体３４と第２半球体３６とによって構成されている。第１半球体３４と第２半球体３６とは、内部が空洞の球を半分に分割した椀形状をなし、互いに略同寸法である。また、第１半球体３４は、開口を上方に向けた状態で配設され、その開口の縁部には、外側に延び出すように、フランジ部４０が形成されている。一方、第２半球体３６は、開口を下方に向けた状態で配設され、その開口の縁部には、外側に延び出すように、フランジ部４２が形成されている。
そして、第１半球体３４のフランジ部４０と、第２半球体３６のフランジ部４２とが密着され、ロック機構（図示省略）により、フランジ部４０とフランジ部４２とが固定されている。これにより、第１半球体３４と第２半球体３６とによって構成されるハウジング３０の内部は、密閉される。また、ロック機構が解除されることで、フランジ部４０とフランジ部４２との固定が解除され、第１半球体３４と第２半球体３６とは分離する。つまり、ロック機構が解除されることで、ハウジング３０が開口する。
また、第１半球体３４の底面には、貫通穴４６が形成されており、その貫通穴４６は、フィルタ３２によって覆われている。なお、フィルタ３２は、網目の大きさ、所謂、目開きが、ハウジング３０内に収容される被処理体の寸法より小さいものが採用される。
プラズマ発生装置２２は、プラズマを大気圧化で発生させる装置であり、図２に示すように、躯体５０の内部に、反応室５２が形成されている。反応室５２の内部には、１対の電極５４，５６が配設されており、各電極５４，５６は、概してＬ字型をなし、各々の端部が互いに対向している。躯体５０には、反応室５２内に処理ガスを流入させるための流入路５８が形成されており、その流入路５８の反応室５２側の端部は、対向する１対の電極５４，５６の間に向かって開口している。一方、流入路５８の反応室５２と反対側の端部には、処理ガス供給装置６０が接続されている。処理ガス供給装置６０は、希ガス，窒素ガス等の不活性ガスと、酸素等の活性ガスとを所定の割合で混合した処理ガスを供給する装置である。これにより、処理ガスが、流入路５８を介して反応室５２に供給される。また、躯体５０には、流入路５８と向かい合うように、複数の吹出口６２が形成されている。それら複数の吹出口６２は、反応室５２から躯体５０の外壁面に貫通しており、吹出口６２からプラズマが吹き出される。
なお、プラズマ発生装置２２は、図１に示すように、吹出口６２が上方を向くように配設されている。また、収容器２０は、フィルタ３２とプラズマ発生装置２２の吹出口６２とが僅かに離間した状態で対向するように、プラズマ発生装置２２の上方において、支持台（図示省略）によって支持されている。これにより、プラズマ発生装置２２で発生したプラズマが、吹出口６２から、フィルタ３２を介して、ハウジング３０の内部に向かって吹き出される。
また、移動装置２４は、プラズマ発生装置２２を支持しており、プラズマ発生装置２２を移動させる。詳しくは、移動装置２４は、自転機構（図示省略）と水平方向移動機構（図示省略）とを有している。自転機構は、電磁モータ（図示省略）の作動により、プラズマ発生装置２２を鉛直方向に延びる軸心周りに自転させる。また、水平方向移動機構は、収容器２０のフィルタ３２とプラズマ発生装置２２の吹出口６２とが向かい合う範囲内で、プラズマ発生装置２２を水平方向に移動させる。これにより、プラズマ発生装置２２は、吹出口６２からハウジング３０の内部にプラズマを吹き出し可能な状態で、移動する。
＜大気圧プラズマ処理装置によるプラズマ処理＞
大気圧プラズマ処理装置１０では、上述した構成により、ハウジング３０内にプラズマ発生装置２２によってプラズマを吹き込むことで、ハウジング３０に収容された被処理体に対するプラズマ処理が施される。具体的には、まず、作業者が、ロック機構の解除により、第１半球体３４と第２半球体３６とを分離させ、ハウジング３０を開口させる。そして、ハウジング３０内に被処理体として複数の微小な電子部品を収容した後に、第１半球体３４と第２半球体３６とをロック機構により固定させ、ハウジング３０を密閉する。
次に、図１に示すように、収容器２０のフィルタ３２とプラズマ発生装置２２の吹出口６２とが離間した状態で対向するように、収容器２０とプラズマ発生装置２２とをセットする。そして、大気圧プラズマ処理装置１０の制御装置（図示省略）の指令により、プラズマ発生装置２２において、処理ガス供給装置６０が、処理ガスを流入路５８に供給する。これにより、処理ガスが反応室５２内に流入する。
反応室５２では、制御装置の指令により、所定のタイミングで１対の電極５４，５６に電圧が印加されており、１対の電極５４，５６間に電流が流れる。これにより、１対の電極５４，５６間に放電が生じ、その放電により、処理ガスがプラズマ化される。そして、プラズマが、吹出口６２から吹き出される。この際、吹出口６２から吹き出されたプラズマは、図３に示すように、フィルタ３２を介して、ハウジング３０内に流入し、ハウジング３０の内部で対流する。
詳しくは、フィルタ３２を介してハウジング３０内に流入したプラズマは、まず、ハウジング３０の頂点に向かって流れ、ハウジング３０の頂点からハウジング３０の内壁面に沿って拡散する。そして、ハウジング３０内に流入したプラズマは、ハウジング３０の内壁面全体に沿って、下降し、フィルタ３２の外縁部からハウジング３０の外部に排出される。この際、ハウジング３０に収容されている被処理体は、図４に示すように、プラズマの流れに沿って、ハウジング３０の頂点に向かって吹き上げられる。そして、吹き上げられた被処理体は、自重により下降するが、プラズマの流れにより、ハウジング３０の内壁面全体に沿って下降する。つまり、ハウジング３０に収容されている被処理体は、アクチュエータ等を用いることなく、プラズマの流れに沿って、ハウジング３０内で対流する。
このため、複数の微小な被処理体は、ハウジング３０内で個別に分散され、複数の微小な被処理体の表面全体にプラズマが照射される。また、プラズマは、密閉されたハウジング３０内に比較的長い時間、留まっているため、被処理体に比較的長い時間、プラズマが照射される。これにより、複数の微小な被処理体の全てに対して、表面に万遍なくプラズマ処理を施すことが可能となる。
また、大気圧プラズマ処理装置１０では、プラズマ発生装置２２の吹出口６２からプラズマが吹き出されている際に、プラズマ発生装置２２は、移動装置２４の作動により、自転および、水平方向に移動しており、プラズマ発生装置２２の自転および移動により、ハウジング３０内でのプラズマの流路が変化する。このため、例えば、ハウジング３０内において、被処理体が、フィルタ３２の外縁部等に、滞留している場合であっても、プラズマの流路の変化により、滞留している被処理体が、適切に分散される。このように、大気圧プラズマ処理装置１０では、プラズマ発生装置２２を移動させることで、ハウジング３０内での被処理体の滞留を防止し、より確実なプラズマ処理を行うことが可能となっている。
そして、大気圧プラズマ処理装置１０でのプラズマ処理が終了すると、プラズマ発生装置２２からのプラズマの吹き出しが停止され、収容器２０が支持台から取り外される。そして、作業者が、ロック機構を解除することで、フランジ部４０とフランジ部４２との固定が解除され、第１半球体３４と第２半球体３６とが分離される。これにより、ハウジング３０内からプラズマ処理が施された被処理体が取り出される。このように、大気圧プラズマ処理装置１０では、収容器２０とプラズマ発生装置２２とが分離して配設された個別の部材であるため、容易に収容器２０から処理済みの被処理体を取り出すことが可能である。また、収容器２０とプラズマ発生装置２２とが分離して配設されているため、微小な被処理体がプラズマ発生装置２２の内部に侵入することは殆ど無い。これにより、プラズマ発生装置２２のメンテナンスが容易となる。
さらに言えば、大気圧プラズマ処理装置１０では、目開きの異なる種々のフィルタを用意することで、種々の大きさの被処理体にプラズマ処理を施すことが可能となる。例えば、非常に小さな目開きのフィルタを採用することで、ナノサイズの微粒子にプラズマ処理を施すことが可能となる。一方、被処理体が、数ｍｍ程度の電子部品である場合には、その電子部品より小さなサイズの目開きのフィルタを採用すればよい。
＜第２実施例＞
第２実施例の大気圧プラズマ処理装置７０を、図５に示す。大気圧プラズマ処理装置７０は、収容器７２と、回転装置７４と、プラズマ発生装置７６とを備えている。収容器７２は、第１半球体７８と第２半球体８０とフィルタ８２とを含む。第１半球体７８と第２半球体８０とは、内部が空洞の球を概して半分に分割した椀形状をなし、互いに略同寸法である。また、フィルタ８２は、短円筒状をなし、それの外径は、第１半球体７８と第２半球体８０との各々の開口部の外径と略同寸法である。なお、フィルタ８２の目開きは、フィルタ３２と同様に、収容器７２に収容される被処理体の寸法より小さい。
そして、第１半球体７８の開口の縁部と、短円筒状のフィルタ８２の一端部とが固定的に密着されている。また、第２半球体８０の開口の縁部と、短円筒状のフィルタ８２の他端部とは、ロック機構（図示省略）により、密着されている。これにより、収容器７２は、密閉される。また、ロック機構が解除されることで、第２半球体８０とフィルタ８２とが分離し、収容器７２は開口する。
また、第１半球体７８と第２半球体８０との各々の開口と反対側の端部には、径方向に延び出すように、軸部８６，８８が固定されている。そして、それら軸部８６，８８が水平方向に延び出す姿勢で、回転装置７４によって軸心周りに回転可能に支持されている。これにより、収容器７２は、回転装置７４によって、水平方向に延びる軸部８６，８８を中心に回転可能に支持される。なお、回転装置７４は、電磁モータ（図示省略）を有しており、電磁モータの駆動により、収容器７２は、軸部８６，８８を中心に回転する。
また、プラズマ発生装置７６は、第１実施例のプラズマ発生装置２２と同じ構造をしており、プラズマ発生装置７６の吹出口９０が上方を向くように配設されている。さらに、プラズマ発生装置７６は、その吹出口９０と収容器７２のフィルタ８２とが僅かに離間した状態で対向するように、収容器７２の下方に配設されている。これにより、プラズマ発生装置７６で発生したプラズマが、吹出口９０から、フィルタ８２を介して、収容器７２の内部に向かって吹き出される。
このような構造により、大気圧プラズマ処理装置７０において、収容器７２内に被処理体を収容し、収容器７２内にプラズマ発生装置７６によりプラズマを吹き込むことで、収容器７２に収容されている被処理体は、プラズマの流れに沿って、収容器７２内で対流する。これにより、大気圧プラズマ処理装置１０と同様に、複数の微小な被処理体の全てに対して、表面に万遍なくプラズマ処理を施すことが可能となる。
また、大気圧プラズマ処理装置７０では、プラズマ発生装置７６の吹出口９０からプラズマが吹き出されている際に、収容器７２は、回転装置７４の作動により、回転し、収容器７２に収容された被処理体は、収容器７２内で攪拌される。これにより、収容器７２内において、被処理体がフィルタ８２の外縁部等に滞留している場合であっても、収容器７２の回転により、滞留している被処理体が、適切に分散される。このように、大気圧プラズマ処理装置７０でも、収容器７２内での被処理体の滞留を防止し、より確実なプラズマ処理を行うことが可能となっている。
なお、回転装置７４の作動により収容器７２が回転した場合に、収容器７２は水平な軸部８６，８８回りに回転するため、短円筒上のフィルタ８２は、自身の軸線周りに回転する。このため、収容器７２が回転した場合であっても、プラズマ発生装置７６の吹出口９０と収容器７２のフィルタ８２とは対向しており、プラズマ発生装置７６で発生したプラズマが、吹出口９０から、フィルタ８２を介して、収容器７２の内部に向かって吹き出される。これにより、収容器７２の回転時においても、常時、プラズマ処理を行うことが可能となる。
また、大気圧プラズマ処理装置７０でも、大気圧プラズマ処理装置１０と同様に、収容器７２とプラズマ発生装置７６とが分離して配設された個別の部材である。このため、容易に収容器７２から処理済みの被処理体を取り出すことが可能である。また、微小な被処理体がプラズマ発生装置７６の内部に侵入することは殆ど無いため、プラズマ発生装置７６のメンテナンスが容易となる。
ちなみに、大気圧プラズマ処理装置１０は、大気圧プラズマ処理装置の一例である。収容器２０は、収容器の一例である。プラズマ発生装置２２は、プラズマ発生装置の一例である。移動装置２４は、移動装置の一例である。ハウジング３０は、ハウジングの一例である。フィルタ３２は、網目状体の一例である。大気圧プラズマ処理装置７０は、大気圧プラズマ処理装置の一例である。収容器７２は、収容器の一例である。回転装置７４は、移動装置の一例である。プラズマ発生装置７６は、プラズマ発生装置の一例である。第１半球体７８と第２半球体８０とによって構成されるものは、ハウジングの一例である。フィルタ８２は、網目状体の一例である。
なお、本発明は、上記実施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、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。具体的には、例えば、上記実施例では、ハウジングの形状が球状とされているが、種々の形状のハウジングを採用することが可能である。
また、上記実施例では、１つのフィルタを介して収容器内にプラズマが吹き込まれているが、収容器に複数の貫通穴を形成し、それら複数の貫通穴を塞ぐ複数のフィルタを介して、収容器内にプラズマを吹き込むことが可能である。
１０：大気圧プラズマ処理装置 ２０：収容器 ２２：プラズマ発生装置 ２４：移動装置 ３０：ハウジング ３２：フィルタ（網目状体） ７０：大気圧プラズマ処理装置 ７２：収容器 ７４：回転装置（移動装置） ７６：プラズマ発生装置 ７８：第１半球体（ハウジング） ８０：第２半球体（ハウジング） ８２：フィルタ（網目状体）

Claims (5)

  1. 微小な被処理体を収容するハウジングと、前記ハウジングに収容された被処理体より小さな網目状をなし、前記ハウジングに形成された貫通穴を覆う網目状体とを有する収容器と、
    前記収容器から離れた状態で配設され、前記網目状体を介して、前記ハウジングの内部に向かってプラズマを吹き出すプラズマ発生装置と
    前記収容器と前記プラズマ発生装置とを、前記プラズマ発生装置が前記網目状体を介して前記ハウジングの内部に向かってプラズマを吹き出し可能な状態で、相対的に移動させる移動装置と
    を備え、前記ハウジングに収容された被処理体に対するプラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理装置。
  2. 微小な被処理体を収容するハウジングと、前記ハウジングに収容された被処理体より小さな網目状をなし、前記ハウジングに形成された貫通穴を覆う網目状体とを有する収容器と、
    前記収容器から離間した状態で配設され、前記網目状体を介して、前記ハウジングの内部に向かって大気圧下で発生させたプラズマを吹き出すプラズマ発生装置と
    を備え、前記ハウジングに収容された被処理体に対するプラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理装置。
  3. 前記被処理体が、電子部品であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の大気圧プラズマ処理装置。
  4. （Ａ）微小な被処理体を収容するハウジングと、前記ハウジングに収容された被処理体より小さな網目状をなし、前記ハウジングに形成された貫通穴を覆う網目状体とを有する収容器と、（Ｂ）前記網目状体を介して、前記ハウジングの内部に向かってプラズマを吹き出すプラズマ発生装置と、（ｃ）前記収容器と前記プラズマ発生装置とを、前記プラズマ発生装置が前記網目状体を介して前記ハウジングの内部に向かってプラズマを吹き出し可能な状態で、相対的に移動させる移動装置とを備えた大気圧プラズマ処理装置を用いて、前記ハウジングに収容された被処理体に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、
    前記プラズマ処理方法が、
    前記収容器から離れた状態で配設された前記プラズマ発生装置が、前記網目状体を介して、前記ハウジングの内部に向かってプラズマを吹き出すことで、前記ハウジングに収容された被処理体に対するプラズマ処理を行う吹出工程を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
  5. （Ａ）微小な被処理体を収容するハウジングと、前記ハウジングに収容された被処理体より小さな網目状をなし、前記ハウジングに形成された貫通穴を覆う網目状体とを有する収容器と、（Ｂ）前記網目状体を介して、前記ハウジングの内部に向かって大気圧下で発生させたプラズマを吹き出すプラズマ発生装置とを備えた大気圧プラズマ処理装置を用いて、前記ハウジングに収容された被処理体に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、
    前記プラズマ処理方法が、
    前記収容器から離間した状態で配設された前記プラズマ発生装置が、前記網目状体を介して、前記ハウジングの内部に向かって大気圧下で発生させたプラズマを吹き出すことで、前記ハウジングに収容された被処理体に対するプラズマ処理を行う吹出工程を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
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