JP6781449B2 - 表面処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、処理チャンバ内に置換ガスを供給してガス置換放電によってフィルムなど処理対象の表面を改質する表面処理装置に関する。

放電電極を備えた処理チャンバ内に窒素などの置換ガスを供給してガス置換放電を形成し、上記処理チャンバと対向して移動するフィルム表面を改質する表面処理装置が知られている。
例えば、アースされた処理ローラに対向して処理チャンバが設けられ、この処理チャンバ内には放電電極が設けられるとともに、処理ローラと対向する天井面には置換ガスを供給するガス供給口が設けられているものが知られている（特許文献１（図１）参照）。このガス供給口から処理チャンバ内に置換ガスを供給して処理チャンバ内を置換してからガス置換放電を形成し、上記処理ローラに接触して搬送されるフィルムの表面を、ガス置換放電のエネルギーによって処理するようにしている。

このような表面処理装置において、上記処理チャンバ内で安定したガス置換放電状態を維持するためには、放電部におけるガスの置換度が重要である。
しかし、移動するフィルムの表面には、処理チャンバの外部の大気などが付着して同伴流として処理チャンバ内に流入する可能性がある。処理チャンバ内に同伴流が流入すれば、置換度が下がって、ガス置換放電状態が不安定になってしまう可能性がある。
そこで、特許文献１の装置では、処理チャンバの一対の側壁と処理ローラとの間に、フィルム表面に接触するニップローラを設けている。そして、フィルムの移動方向を基準にして、上流側のニップローラが外気の同伴流を遮断し、下流側のニップローラが処理チャンバから流出する同伴流を遮断するようにしている。

国際公開第２００７／１３８８３７号公報 特開２００５−０７６０６３号公報

上記特許文献１の装置では、置換ガスの供給口が処理チャンバの天井面に設けられているため、安定したガス置換放電を形成するためには、処理チャンバ全体を置換しなければならず、置換ガスの消費量が多くなってしまう。
一方で、放電電極の先端と処理ローラとの間の放電部に効率的に置換ガスを導くため、チャンバの側壁と処理ローラとの間に、ニップローラとともにガス供給路を設けたものが考えられていた（特許文献２（図９）参照）。しかし、チャンバの側壁と処理ローラとの間に、ニップローラとガス供給路とを同時に設けた装置では、処理チャンバの開口近傍の構造が複雑になるとともに、ガス供給路、ニップローラ、放電電極などの位置関係の調整が煩雑になってしまう。
この発明の目的は、構造を複雑化しなくても、置換ガスの消費量を抑えながら、安定したガス置換放電状態を維持して目的の処理が可能な表面処理装置を提供することである。

この発明は、処理ローラと、この処理ローラに対向し、内部に置換ガスを供給してガス置換放電を形成する処理チャンバとが設けられ、上記処理ローラに接触し、この処理ローラの回転に伴って移動する帯状の処理対象を上記ガス置換放電のエネルギーで改質する表面処理装置を前提とする。
そして、第１の発明は、上記処理チャンバが、内部に設けられた放電電極と、上記処理対象の移動方向において上記放電電極を境に上流側及び下流側に設けられた一対の側壁と、上記側壁の端部と上記処理ローラとの間に設けられ、上記処理対象の表面に接触して回転する一対のガス噴射ローラとを備え、上記各ガス噴射ローラが、その表面から置換ガスを噴射するガス噴射手段を備え、上記処理対象の移動に伴って回転する上記ガス噴射ローラから噴射された置換ガスが上記処理チャンバ内に供給される構成にしたことを特徴とする。

第２の発明は、上記ガス噴射ローラが、特定の回転角度範囲に対応した噴射範囲から置換ガスを噴射させる機構を備え、この噴射範囲を、ガス噴射ローラと上記処理対象の接触部より上記放電電極側に位置させたことを特徴とする。

第３の発明は、上記噴射範囲を、上記ガス置換放電が形成される放電部に対向させ、上記放電部に向かって置換ガスが噴射される構成にしたことを特徴とする。

第１の発明によれば、処理チャンバの側壁の近傍に設けたガス噴射ローラの近傍から、処理チャンバ内に置換ガスを供給しながら、上記ガス噴射ローラによって、同伴流を遮断し、外気の流入と置換ガスの流出とを防止できる。しかも、ガス噴射ローラは処理対象に接触しているので、その表面が放電部の近くに位置し、従来のように処理チャンバの天井面から置換ガスを供給する場合と比べて、放電部を効率的に置換できる。
このように、ガス噴射ローラが、置換ガスの供給機能と、同伴流の遮断機能とを兼ね備えているため、処理チャンバ及びその近傍の構造を複雑化することなく、放電部の置換度を保つことができる。その結果、目的の放電状態が維持され、目的の処理を実現できる。

第２の発明によれば、ガス噴射ローラから処理チャンバ外へ噴射される置換ガスを減らすことができる。そのため、ガス置換放電に寄与しない置換ガスを無駄に消費することを防止できる。

第３の発明によれば、放電部に向かって置換ガスが噴射されるため、放電部をより効率的に置換することができる。その結果、置換ガスの消費量を更に低減しながら目的の処理を実現できる。

第１実施形態の概略図である。 第１実施形態のガス噴射ローラの軸方向断面図である。 図２のIII-III線断面図である。 第２実施形態の概略図である。 第２実施形態のガス噴射ローラの断面図である。

図１〜３に示す第１実施形態は、処理ローラ１に処理対象であるフィルムＦが架け回されるとともに、このフィルムＦを介して上記処理ローラ１と対向する位置には処理チャンバ２が設けられている。
上記処理ローラ１は図示しない駆動機構によって矢印ｘ方向に回転し、フィルムＦを矢印ａ方向に移動させる機能を備えている。
なお、以下の実施形態の説明において、上流側、下流側とは、特にことわらない限り、フィルムＦの移動方向を基準としたものである。

上記処理チャンバ２は、上記処理ローラ１と対向し、フィルムＦの幅をまたぐ長さの棒状の放電電極３がホルダ４及び碍子５を介して固定される天井６と、この天井６の両脇に接続され、上記放電電極３を挟んで対向する一対の側壁７，８と、処理ローラ１の軸方向端部側を接続して放電電極３を囲う図示しない一対の端面側の側壁とを備えている。つまり、上位機処理チャンバ２も、フィルムＦの幅をまたぐ長さを備えた形状である。
上記処理ローラ１は、上記放電電極３に対する対向電極を構成するものであり、この第１実施形態ではアースに接続されているが、必ずしもアース電位でなくてもよい。

また、上記一対の側壁７，８の端部と処理ローラ１との間には、それぞれガス噴射ローラ９，１０が設けられている。
これらガス噴射ローラ９，１０の詳細な構成については後で説明するが、いずれも、上記放電電極３と同様にフィルムＦの幅をまたぐ長さを備え、その表面から置換ガスを噴射するものである。

ガス噴射ローラ９，１０は、図２，３に示すように、中空の多孔筒体１１内に、中央筒体１２を、ベアリング１３を介して相対回転可能に組み込んだものである。
多孔筒体１１は、置換ガスの流通を許容する多孔質の円筒部材からなり、例えば、焼結セラミックや、連続気泡を備えた発泡樹脂などで形成することができる。

一方、中央筒体１２は上記多孔筒体１１の内壁に小さなすき間を介して対向するガスチャンバ１２ａと、その両端に連結された一対の支持軸１２ｂとからなる。上記支持軸１２ｂは、上記ガスチャンバ１２ａの内部と連通する筒部材である。
また、上記ガスチャンバ１２ａには、その周方向における特定の範囲内に複数の小孔１２ｃが形成されている。
上記小孔１２ｃが形成されている範囲は、図３に示すように、多孔筒体１１の回転角度α分に対応する範囲である。

図示のようなガス噴射ローラ９，１０は、例えば次のようにして組み立てることができる。
先ず、上記多孔筒体１１内に上記中央筒体１２を挿入し、多孔筒体１１の軸方向両端から中央筒体１２の支持軸１２ｂを突出させる。次に、上記支持軸１２ｂと上記多孔筒体１１との間にベアリング１３を嵌め込む。このとき、ベアリング１３の内輪１３ａに上記支持軸１２ｂが圧入されるとともに、ベアリング１３の外輪１３ｂが上記多孔円筒体１１に圧入される寸法関係を備えている。

また、上記中央筒体１２の支持軸１２ｂには、図示しない置換ガス供給源に接続された置換ガス供給用の配管１４を接続して内部に置換ガスを供給可能にしている。
さらに、上記ベアリング１３はシール付きベアリングで、上記多孔筒体１１内の置換ガスがこのベアリング１３を介して外部へ漏れ出ないようにしている。
この第１実施形態では、上記置換ガス供給源、上記配管１４、上記中央筒体１２、小孔１２ｃ及び多孔筒体１１によって、この発明の置換ガス噴射機構を構成している。

上記のようなガス噴射ローラ９，１０の外周、すなわち多孔筒体１１を処理ローラ１上のフィルムＦに接触するように設け、上記中央筒体１２の支持軸１２ｂを外部の図示しないベースに固定する。このとき、ガスチャンバ１２ａの小孔１２ｃが形成された上記回転角度αの範囲を、フィルムＦとの接触部Ｐ１，Ｐ２（図１参照）よりも放電電極３側に位置するようにしている。
また、上記多孔筒体１１を、上記中央筒体１２を中心にして自由回転可能な状態にしている。したがって、上記処理ローラ１が回転して上記フィルムＦが移動すれば、その移動に応じて上記多孔筒体１１は、処理ローラ１と反対のｙ方向に回転することになる（図１参照）。

上記したように、この第１実施形態では、中央筒体１２のガスチャンバ１２ａに形成された小孔１２ｃが、上記接触部Ｐ１，Ｐ２より放電電極３側であって、上記放電電極３の先端付近の放電部に対向するようにして上記中央筒体１２が固定されている。
そのため、多孔筒体１１がフィルムＦとともに回転したとしても、固定された中央筒体１２に形成された小孔１２ｃが、常時、処理チャンバ２内の放電部に対向することになる。
したがって、全体が多孔質で形成されている多孔筒体１１においても、上記回転角度αに相当する置換ガス噴射範囲からのみ置換ガスが放出されることになる。

したがって、この第１実施形態では、中央筒体１２に置換ガスが供給されれば、ガス噴射ローラ９，１０の表面である多孔筒体１１から放出される置換ガスは、処理チャンバ２内に向かって放出されることになる。そのため、処理チャンバ２の外に放出されて無駄になる置換ガス量を抑えることができる。

また、上記ガス噴射ローラ９，１０はいずれもフィルムＦに接触しているため、同伴流を遮断する効果を発揮する。
すなわち、フィルムＦの移動方向において放電電極３の上流側に位置するガス噴射ローラ９は、その上流側からの外気の同伴流、例えば波線の矢印ｂをフィルムＦとの接触部Ｐ１で遮断して処理チャンバ２内に流入することを防止できる。
また、下流側のガス噴射ローラ１０は、フィルムＦとの接触部Ｐ２において、処理チャンバ２から流出する置換ガスの同伴流を遮断する。

このように、この第１実施形態の装置では、上記一対のガス噴射ローラ９，１０によって、処理チャンバ２への外気の流入及び置換ガスの流出を防止して、処理チャンバ２内の置換を維持することができる。
しかも、上記ガス噴射ローラ９，１０から置換ガスを処理チャンバ２内へ供給するようにしているので、ガス噴射ローラ９，１０とは別に置換ガスの供給路を設ける必要がなく、処理チャンバ２及びその近傍の構成が複雑化することもない。

さらに、ガス噴射ローラ９，１０がフィルムＦに接触しているため、これらガス噴射ローラ９，１０から噴射する置換ガスは、放電電極３の先端側である放電部の近傍に向かう。そのため、例えば処理チャンバ２の天井６から置換ガスを供給する場合のように、処理チャンバ２全体の置換度を高く保つ必要がない。しかも、上記のようにガス噴射範囲を、上記放電部に対向させて設ければ、上記放電部をより効率的に置換できる。
なお、上記ガス噴射ローラ９，１０の上記中央筒体１２と多孔筒体１１との間には隙間があるので、この隙間に流れ込んだ置換ガスが、上記ガス噴射範囲以外の部分からも多少漏れ出る可能性はある。置換ガスが、上記ガス噴射範囲以外の部分からも、多少漏れ出ることがあったとしても、ガス噴射ローラの全周から均等に噴射される場合と比べれば、放電部の置換は効率的である。

また、上記中央筒体１２の外周面であって、回転角度αの両外側に対応する位置に、中央筒体１２の軸線方向に連続する線状凸部などを形成して、置換ガスの流通に対する絞り機構やシール部材を設ければ、上記回転角度αに相当する置換ガス放出範囲とその他の部分とがより明確に区画され、置換ガスの噴射方向の指向性を高めることができる。
そして、置換ガスの指向性が高ければ、置換ガスを、放電部に向けて集中的に噴射させて、放電部の置換をより効率的に行なうことができる。

また、上記ガス噴射ローラ９，１０を回転可能にするため、各ローラ９，１０と側壁７，８との間には、隙間ｓ１，ｓ２が保たれている。これらの隙間ｓ１，ｓ２は、そこから外気が流入することを防止するため、できるだけ流入抵抗を大きくすることが好ましい。例えば、側壁７，８の先端とガス噴射ローラ９，１０と間隔を小さくしたり、図示のように側壁７，８の厚みを厚くして、上記隙間ｓ１，ｓ２における、ガス噴射ローラ９，１０の周方向長さを長くしたりすればよい。

図４，５に示す第２実施形態は、ガス噴射ローラ１５，１６の構造が、上記ガス噴射ローラ９，１０と異なるが、その他の構成は第１実施形態同じである。したがって、上記第１実施形態と同じ構成要素には図１と同じ符号を用いている。
この第２実施形態のガス噴射ローラ１５，１６は、図５に示すように、中心のガス供給管１７の外周に多孔層１８を備えている。また、上記ガス供給管１７の側壁には複数の小孔１７ａが形成され、ガス供給管１７の端部には、図示しない置換ガス供給源が接続されている。

上記置換ガス供給源から供給された置換ガスは、上記ガス供給管１７の小孔１７ａから多孔層１８を介して上記ガス噴射ローラ１５，１６の外周から外部に向かって放出される。この第２実施形態では、上記置換ガス供給源、ガス供給管１７、小孔１７ａ及び多孔層１８によって、この発明の置換ガス噴射機構を構成している。
なお、上記多孔質の多孔層１８は、上記第１実施形態の多孔筒体１１と同様に形成される。

上記のようなガス噴射ローラ１５，１６が、処理チャンバ２の側壁７，８と処理ローラ１との間で、フィルムＦに接触するように設けられている。
この第２実施形態の装置でも、処理ローラ１がｘ方向に回転すると、上記ガス噴射ローラ１５，１６は、処理ローラ１の回転方向ｘとは反対のｙ方向に回転しながら、その外周から矢印で示す置換ガスを外部に向かって噴射する。
このように、上記ガス噴射ローラ１５，１６は、フィルムＦに接触して回転するので、上流側のガス噴射ローラ１５とフィルムＦとの接触部Ｐ１において外部からの同伴流の流入を遮断することができ、下流側のガス噴射ローラ１６とフィルムＦとの接触部Ｐ２においてチャンバ内の置換ガスの流出を防止できる。

また、フィルムＦに接触したガス噴射ローラ１５，１６から置換ガスが噴射するので、例えば天井６から置換ガスが供給される場合と比べて、放電電極３の先端付近の放電部を優先的に置換できる点は、上記第１実施形態と同様である。
ただし、この第２実施形態では、上記ガス噴射ローラ１５，１６が、上記小孔１７ａが形成されたガス供給管１７が多孔層１８と一体となって回転するので、上記小孔１７ａが移動し置換ガスの噴射方向が変化することになるが、ガス噴射範囲が特定の方向に限定されることはない。したがって、置換ガスは、上記ローラ１５，１６の外周面全体から放出されることになる。

つまり、この第２実施形態では、処理チャンバ２の外にも置換ガスが噴射され、その分、第１実施形態よりも置換ガスの消費量は多くなる。
ただし、処理チャンバ２の外部で、上流側のガス噴射ローラ１５からフィルムＦに向かって噴射される置換ガスは、外気の同伴流の勢いを弱めて同伴流の処理チャンバ２への流入をより確実に防止する機能を発揮する。
また、処理チャンバの側壁７，８とガス噴射ローラ１５，１６との間の隙間ｓ１，ｓ２内で置換ガスが噴射することによって、このすき間ｓ１，ｓ２を介して外気が流入することを防止できる。
なお、この第２実施形態で、ガス供給管１７の小孔１７ａの開口面積や数、及び位置を調整することによって、置換ガスの噴射速度や方向を調整することができる。また、筒状の多孔層１８のみで上記ローラ１５，１６を構成すれば、全側面から均一に置換ガスを噴射させることもできる。

上記のように、第１，２実施形態では、フィルムに接触して放電部付近に置換ガスを噴射するガス噴射ローラを用いたので、構成を複雑化することなく、同伴流の遮断を確実にしながら、放電部の置換を効率的に行なうことができる。
なお、上記ガス噴射ローラ９，１０，１５，１６は、処理チャンバ２の側壁７，８に所定の隙間ｓ１、ｓ２を保って連結してもよいし、処理チャンバ２とは別のベース部材に取り付けるようにしてもよい。
また、図１，４では、処理チャンバ２を処理ローラ１の上方に設けているが、処理チャンバ２と処理ローラ１との位置関係は、図示のものに限定されない。

この発明は、ガス置換放電によって様々な処理対象を表面改質する表面処理装置に適用可能である。

Ｆ （処理対象）フィルム
１ 処理ローラ
２ 処理チャンバ
３ 放電電極
７，８ 側壁
９，１０ ガス噴出ローラ
１１ 多孔筒体
１２ 中央筒体
１２ｃ 小孔
１５，１６ ガス噴出ローラ
１７ ガス供給管
１７ａ 小孔
Ｐ１，Ｐ２ 接触部

Claims (3)

1. 処理ローラと、
   この処理ローラに対向し、内部に置換ガスを供給してガス置換放電を形成する処理チャンバとが設けられ、
   上記処理ローラに接触し、この処理ローラの回転に伴って移動する帯状の処理対象を上記ガス置換放電のエネルギーで改質する表面処理装置において、
   上記処理チャンバは、
   内部に設けられた放電電極と、
   上記処理対象の移動方向において上記放電電極を境に上流側及び下流側に設けられた一対の側壁と、
   上記一対の側壁の端部と上記処理ローラとの間に設けられ、上記処理対象の表面に接触して回転する一対のガス噴射ローラとを備え、
   上記各ガス噴射ローラは、その表面から置換ガスを噴射するガス噴射手段を備え、
   上記処理対象の移動に伴って回転する上記ガス噴射ローラから噴射された置換ガスが、上記処理チャンバ内に供給される構成にした表面処理装置。
2. 上記ガス噴射ローラは、
   特定の回転角度範囲に対応した噴射範囲から置換ガスを噴射させる構成を備え、
   この噴射範囲を、ガス噴射ローラと上記処理対象との接触部より上記放電電極側に位置させた請求項１に記載の表面処理装置。
3. 上記噴射範囲を、上記ガス置換放電が形成される放電部に対向させ、上記放電部に向かって置換ガスが噴射される構成にした請求項２に記載の表面処理装置。

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