JP6809745B1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的にプラズマを発生させることが可能なプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置は、処理対象を収容可能な処理容器と、処理容器内に気体を導入可能な気体導入部１４と、気体導入部１４から導入された気体から、処理容器内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部１５と、プラズマ発生部１５を覆うカバー部材１６とを備える。気体導入部１４は、カバー部材１６内に気体を導入するようにしてある。カバー部材１６は、底面形状が略二等辺三角形状の角筒状をなし、プラズマ発生部１５にて発生したプラズマは、カバー部材１６の下部の多孔板１６３を通って処理対象に照射される。【選択図】図６

Description

本発明は、処理対象を処理するプラズマ処理装置に関する。

粉体等の処理対象に対してプラズマ処理を行う装置が提案されている。例えば、特許文献１には、粉体を効率よくかつ均一にプラズマ処理することを目的とした粉体用のプラズマ処理装置が開示されている。特許文献１に記載のプラズマ処理装置は、円筒状の処理容器の中心へ導電性材料から成るアンテナが突出しており、ガス導入口から放電用ガスが供給される。アンテナは導波管内からマイクロ波を処理容器内へ伝送し、その周囲にプラズマを発生させる。

特開昭５７−１７７３４２号公報

しかしながら、プラズマ処理の対象となる処理対象からはガスが発生する場合もある。例えば、処理対象が粉体である窒化ボロンの場合、処理対象から窒素ガスが発生するときがある。特に、減圧雰囲気で処理する場合、比表面積が大きくなる粉体からのガス発生は無視することができないものとなる。特許文献１に記載されているプラズマ処理装置では、ガス導入口から供給された放電用ガスが、処理対象から発生したガスと混合する恐れがあり、そのような場合、目的とするプラズマが得られず、処理能力が低下する恐れがある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、処理能力の低下を防止することが可能なプラズマ処理装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本願記載のプラズマ処理装置は、処理対象を収容可能な処理容器と、前記処理容器内に気体を導入可能な気体導入部と、前記気体導入部から導入された気体から、前記処理容器内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部を覆うカバー部材とを備え、前記気体導入部は、前記カバー部材内に気体を導入するようにしてあり、前記カバー部材は、前記プラズマ発生部にて発生したプラズマが、前記処理容器内に収容される処理対象の方向へ向けて照射されるように形成されていることを特徴とする。

また、前記プラズマ処理装置において、前記プラズマ発生部は、棒状をなし、電力を印加可能な導体と、前記導体を棒状に覆う誘電体とを備えることを特徴とする。

また、前記プラズマ処理装置において、前記カバー部材は、前記プラズマ発生部の上方に位置し、前記プラズマ発生部の長手方向に沿って延びる稜線と、前記稜線から斜め下方へ延びる屋根面とを有し、前記プラズマ発生部にて発生したプラズマが、下方へ向けて照射されるように形成されていることを特徴とする。

また、前記プラズマ処理装置において、粉体である処理対象に対してプラズマを照射するように形成されており、前記屋根面は、水平面に対し、処理対象の安息角より大きい角度をなすように形成されていることを特徴とする。

また、前記プラズマ処理装置において、前記カバー部材は、前記プラズマ発生部の下方に、プラズマを透過させる多孔板を有することを特徴とする。

また、前記プラズマ処理装置において、前記カバー部材を冷却する冷却部を備えることを特徴とする。

また、前記プラズマ処理装置において、前記気体導入部は、前記プラズマ発生部に向けて気体を吐出するようにしてあることを特徴とする。

また、前記プラズマ処理装置において、前記処理容器は、回転軸を有する回転体であることを特徴とする。

また、前記プラズマ処理装置において、前記処理容器は、内部の圧力を減圧調整可能であり、回転軸の一端側に投入口が形成されており、回転軸の他端側に取出口が形成されており、前記投入口から処理対象を続けて投入可能であり、前記投入口から続けて投入される処理対象を、前記取出口から続けて取り出すことが可能であることを特徴とする。

本発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマ発生部を覆うカバー部材を備え、カバー部材内に導入した気体からプラズマを発生させ、発生したプラズマは処理対象の方に向けて照射される。これにより、プラズマ処理装置は、導入した気体から効率的にプラズマを発生させることができ、処理能力の低下を防止することが可能である等、優れた効果を奏する。

本願記載のプラズマ処理装置の外観の一例を模式的に示す概略正面図である。 本願記載のプラズマ処理装置が備える本体装置の外観の一例を模式的に示す概略正面図である。 本願記載のプラズマ処理装置が備える本体装置の内部の一例を模式的に示す概略断面図である。 本願記載のプラズマ処理装置が備えるプラズマ発生部の内部構造の一例を模式的に示す断面図である。 本願記載のプラズマ処理装置が備えるカバー部材の外観の一例を示す概略外観図である。 本願記載のプラズマ処理装置が備える気体導入部、プラズマ発生部及びカバー部材の一例を示す概略断面図である。 本願記載のプラズマ処理装置が備えるカバー部材の外観の一例を示す概略六面図である。 本願記載のプラズマ処理装置が備えるカバー部材の屋根面の内部を透過して示す概略外観図である。 本願記載のプラズマ処理装置の外観の一例を模式的に示す概略正面図である。 本願記載のプラズマ処理装置が備える本体装置の内部の一例を模式的に示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、粉体等の処理対象に対してプラズマ処理による表面改質等の用途に用いられる。本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、例えば、工場内の連続処理ラインとして使用可能であり、プラズマ処理を連続又は断続して行うことができる。

＜第１実施形態＞
図１は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅの外観の一例を模式的に示す概略正面図である。プラズマ処理装置Ｅは、粉体等の処理対象に対して、プラズマを照射することにより、表面改質等の処理を行う装置である。本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、処理対象となる粉体を連続して投入し、投入され続ける粉体に対してプラズマ処理を行い、処理後の粉体を連続して取り出す連続処理が可能である。処理対象は、窒化ボロン等の粉体を例示することができる。処理対象となる粉体は、窒化ボロン以外にも、グラファイト、グラフェン、炭素粉、金属粉体、ＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluor Ethylene）粉末等の成分を有する粉体が対象となる。プラズマ処理装置Ｅは、粉体の表面に対して、エッチング、アッシング、親水基の付加、撥水基の付加等の処理を行うことが可能である。

プラズマ処理装置Ｅは、本体装置１と、本体装置１を固定するアルミニウム、鉄等の金属製の枠材を用いたフレーム２とを備えている。本体装置１は、処理対象を収容してプラズマ処理を行う密閉可能なチャンバー１０（処理容器）を備えている。更に、本体装置１は、チャンバー１０へ処理対象を投入可能な投入部１１、チャンバー１０内で処理された処理対象を取り出すことが可能な取出部１２、チャンバー１０内の圧力を調整可能な圧力調整部１３、チャンバー１０内に気体を導入可能な気体導入部１４（図３等参照）、チャンバー１０内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部１５（図２等参照）、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５を覆うカバー部材１６（図３等参照）等の各種ユニットを備えている。フレーム２は、本体装置１を固定する上部フレーム２ａと、上部フレーム２ａの下方に位置して基台となる下部フレーム２ｂとを有している。上部フレーム２ａは、下部フレーム２ｂに揺動自在に軸支されており、上部フレーム２ａ及び下部フレーム２ｂに取り付けられたジャッキ部２０（傾斜腕部）を伸長させることにより、上部フレーム２ａを揺動させ、本体装置１を傾斜させることができる。本体装置１を傾斜させるため、上部フレーム２ａに取り付けられた取出部１２、圧力調整部１３等の配管の一部には、可撓性のフレキシブル管が用いられている。

フレーム２に固定された本体装置１の投入部１１には、処理前の処理対象を投入部１１まで搬送し、搬送した処理対象を投入部１１から投入するための投入用ユニット３が接続可能である。また、フレーム２に固定された本体装置１の取出部１２には、処理後の処理対象を取出部１２から取り出して搬送するための取出用ユニット４が接続可能である。なお、ここでは、説明の便宜上、投入用ユニット３として説明するが、投入に用いられるユニットであれば、フレコンバッグ、プラスチックケース、金属容器等の各種コンテナ、固定された配管、更には、作業者による手作業等、様々な装置及び方法を投入用ユニット３として用いることが可能である。取出用ユニット４についても同様であり、様々な装置及び方法を用いることが可能である。投入用ユニット３及び取出用ユニット４については、処理対象の種類、量、本体装置１の処理能力等の各種要因に応じて適宜設計される。

下部フレーム２ｂには、圧力調整部１３を構成する真空ポンプ１３０が固定されている。上部フレーム２ａには、プラズマ発生部１５にマイクロ波を供給するマイクロ波供給ユニット５が固定されている。マイクロ波供給ユニット５は、マイクロ波発生システム５０、導波管５１、同軸変換器５２等の構成を備え、プラズマ発生部１５に接続されている。マイクロ波発生システム５０は、マイクロ波電源、発振器、チューナ等の装置を備えており、マイクロ波を発生させて導波管５１へ出力する。導波管５１は、マイクロ波発生システム５０から入力されたマイクロ波を同軸変換器５２まで伝送する。同軸変換器５２は、導波管５１から伝わったマイクロ波を同軸用の電磁波に変換し、プラズマ発生部１５へ供給する。

図２は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備える本体装置１の外観の一例を模式的に示す概略正面図である。図３は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備える本体装置１の内部の一例を模式的に示す概略断面図である。前述のようにプラズマ処理装置Ｅが備える本体装置１は、チャンバー１０、投入部１１、取出部１２、圧力調整部１３、気体導入部１４、プラズマ発生部１５、カバー部材１６等の各種ユニットを備えている。

チャンバー１０は、略有底円筒状をなしており、図に向かって左側となる一方の底面側には、投入口１００が開設されており、図に向かって右側となる他方の底面側には、取出口１０１が開設されている。より詳細には、全体として略有底円筒状をなすチャンバー１０は、投入口１００側に内径の大きい円筒が位置し、当該円筒の途中から取出口１０１側にかけてテーパー状に内径が小さくなり、更に小さい内径の細長い円筒が取出口１０１まで形成された形状となっている。略有底円筒状をなすチャンバー１０は、略水平となる中心軸を回転軸として回転可能に形成されている。

チャンバー１０の一方の底面側に開設された投入口１００は略円形に開設されており、外周面が略円形状をなす軸管１０００が挿嵌されている。チャンバー１０の投入口１００側の底面にはフランジを介して真空シールベアリングが取り付けられており、チャンバー１０は、真空シールベアリングを介して軸管１０００に対し回転可能に軸支されている。軸管１０００自体は、フレーム２に固定されている。投入部１１、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５は、軸管１０００の内側を通ってチャンバー１０内に入り込んでおり、軸管１０００の内部は投入部１１、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５以外は密閉されている。気体導入部１４及びプラズマ発生部１５のチャンバー１０内の部位は、カバー部材１６にて覆われている。投入部１１は、チャンバー１０内へ処理対象を投入し、気体導入部１４は、チャンバー１０内へ気体を導入し、プラズマ発生部１５は、チャンバー１０内でプラズマを発生させる。

チャンバー１０の内側壁には、投入口１００から投入される処理対象を取出口１０１まで搬送可能な搬送部１０２として、チャンバー１０と中心軸を一にする螺旋体が形成されている。チャンバー１０が回転することにより、チャンバー１０内に投入された処理対象は、螺旋体に沿って取出口１０１まで搬送される。なお、ここでは、搬送部１０２として、内側壁から突出する螺旋体を用いた例を示したが、内側壁に螺旋状の溝を刻設し、搬送部１０２として用いる等、様々な構成を適用することが可能である。

チャンバー１０の取出口１０１側は、前述のように細長い円筒状をなしており、Ｔ型継手１０３の側部に形成された円筒状をなす分岐管内に若干の遊びをもって内挿されている。Ｔ型継手１０３の分岐管にはフランジを介して真空シールベアリングが取り付けられており、真空シールベアリングにより、チャンバー１０は回転可能に軸支されている。Ｔ型継手１０３は、上部管が圧力調整部１３に接続され、下部管が取出部１２に接続されている。

チャンバー１０は、内部の圧力を維持し気密性を保つように密閉することが可能である。また、チャンバー１０は、投入口１００側に取り付けられた軸管１０００の周囲の真空シールベアリング及び取出口１０１側に取り付けられた真空シールベアリングにより回転可能に軸支されており、密閉状態を維持しながら、図中の弧状の矢印にて示すように、中心軸を回転軸として回転することが可能である。

プラズマ処理装置Ｅが備える投入部１１は、ホッパー１１０、投入管１１１、第１バルブ１１２、スクリューコンベア１１３等の各種構成を備えている。ホッパー１１０は、粉体等の処理対象を投入する略箱状をなしている。ホッパー１１０の上面には開閉扉が取り付けられ、また、投入用ユニット３が接続されており、開閉扉又は投入用ユニット３からホッパー１１０内へ処理対象を投入することが可能である。ホッパー１１０の底面には、開口が開設されており、開口には、処理対象を下方へ送るパイプである投入管１１１の上端が取り付けられている。投入管１１１の途中には、外気と遮断可能な第１バルブ１１２が取り付けられている。投入管１１１の下端は、スクリューコンベア１１３に接続されている。スクリューコンベア１１３は、ホッパー１１０から投入管１１１を介して送られる処理対象を、チャンバー１０まで搬送し、チャンバー１０内へ投入する。

投入用ユニット３及び投入部１１が備えるホッパー１１０には、給気管及び排気管が接続されており、ホッパー１１０内の気圧を調整することが可能である。例えば、ホッパー１１０内の処理対象が所定量以下となった場合、第１バルブ１１２を閉じ、給気管から窒素等の不活性ガスを注入して外気圧との気圧差を調整することにより、ホッパー１１０内への処理対象の投入を安全に行うことができる。ホッパー１１０内への処理対象の投入後、排気管から内部の気体を排気し、スクリューコンベア１１３との気圧差を調整後、第１バルブ１１２が開かれ、処理対象がホッパー１１０から投入管１１１を介してスクリューコンベア１１３へ送られる。

プラズマ処理装置Ｅが備える取出部１２は、チャンバー１０に対し、Ｔ型継手１０３を介して下方に接続されている。取出部１２は、パイプを用いた取出管１２０、処理対象を貯留する貯留容器１２１等の構成を備えている。取出管１２０の途中には、外気と遮断可能な第２バルブ１２２が取り付けられている。チャンバー１０内で搬送部１０２にて搬送されながらプラズマ処理された処理対象は、チャンバー１０の取出口１０１から放出され、Ｔ型継手１０３内で下方の取出部１２へ向けて落下する。落下した処理対象は、取出管１２０を通って貯留容器１２１内に貯留される。貯留容器１２１内の処理対象は、適宜、取出用ユニット４へ送出される。取出用ユニット４を適宜交換することにより、連続して処理される処理対象を取り出すことが可能である。

取出部１２が備える貯留容器１２１及び取出用ユニット４には、給気管及び排気管が接続されている。例えば、取出用ユニット４にコンテナを用いる場合、貯留容器１２１及び取出用ユニット４に用いられるコンテナ内の気圧を調整することが可能である。例えば、コンテナ内の処理対象が所定量以上となった場合、第２バルブ１２２を閉じ、給気管から窒素等の不活性ガスを注入して外気圧との気圧差を調整することにより、コンテナの交換を安全に行うことができる。コンテナの交換後、排気管から内部の気体を排気し、Ｔ型継手１０３との気圧差を調整後、第２バルブ１２２が開かれ、貯留容器１２１及び取出用ユニット４への処理対象の取出工程が継続される。なお、コンテナを交換中、貯留容器１２１内の気圧をＴ型継手１０３と同様にして、貯留容器１２１内に処理対象を貯留する等、適宜作業工程を調整することができる。

プラズマ処理装置Ｅが備える圧力調整部１３は、チャンバー１０に対し、Ｔ型継手１０３を介して上方に接続されている。圧力調整部１３は、パイプを用いた減圧管１３１、減圧管１３１に接続される真空ポンプ１３０、減圧管１３１に取り付けられた第３バルブ１３２等の構成を備えている。圧力調整部１３は、真空ポンプ１３０によりチャンバー１０内の気体を吸引して減圧し、減圧状態を保つことができる。なお、チャンバー１０内が、真空ポンプ１３０により過剰に減圧されることを防止するため、減圧管１３１には、ゲートバルブ、リーク弁等の調整補助装置が設けられている。

プラズマ処理装置Ｅが備える気体導入部１４は、給気用ユニット（図示せず）に接続された管状をなしている。給気用ユニットは、高圧ガス容器、ボンベ等の供給源と、バルブ、マスフローコントローラー等の供給補助装置とを備え、気体導入部１４を介してプラズマ用ガスとして用いられる気体をチャンバー１０内へ導入する。チャンバー１０内において、気体導入部１４は、チャンバー１０の回転軸と略平行な方向へ延伸する硬質の管状をなしている。管状をなす気体導入部１４の先端は、プラズマ発生部１５に向けて気体を吐出するように、斜め下方へ屈曲している。プラズマ用ガスとしてチャンバー１０内へ導入される気体としては、酸素、水素、アルゴン、窒素、弗化炭素、更にはこれらの混合ガスを主成分として含む気体を例示列挙することができる。気体導入部１４は、先端側が斜め下方へ屈曲し、プラズマ発生部１５に向けて気体を吐出することができるので、プラズマ発生部１５に付着した粉体を吹き飛ばすクリーニング用のガスポートとして使用することも可能である。

プラズマ処理装置Ｅが備えるプラズマ発生部１５は、チャンバー１０内で回転軸と略平行な方向へ延伸する棒状をなしており、気体導入部１４の下方に配置されている。プラズマ発生部１５は、マイクロ波発生システム５０にて発生するマイクロ波をプラズマ源とし、チャンバー１０内に導入された気体を励起してプラズマを発生させる。ここでは、マイクロ波をプラズマ源とする形態を例示しているが、プラズマ源としては、装置の形態、用途及び目的に応じて高電圧パルス、高周波等の様々な電磁波を用いることが可能である。

プラズマ処理装置Ｅが備えるカバー部材１６は、チャンバー１０内の気体導入部１４及びプラズマ発生部１５を覆うように取り付けられている。カバー部材１６は、長尺の角筒状をなし、一方の底面が、チャンバー１０の図に向かって左側となる一方の底面側に固定された片持ち状に取り付けられている。

図４は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備えるプラズマ発生部１５の内部構造の一例を模式的に示す断面図である。図４は、発生させる電場から開放型リアクターに分類されるプラズマ発生部１５の先端部分を拡大して示している。プラズマ発生部１５は、マイクロ波供給ユニット５に接続されており、直線状に延びる硬質管状の同軸管１５０、同軸管１５０の先端を離隔して覆う誘電体１５１等の構成を備えている。同軸管１５０は、マイクロ波供給ユニット５の同軸変換器５２にて同軸用の電磁波に変換されたマイクロ波を伝送し、誘電体１５１の表面にプラズマを発生させる。同軸管１５０は、外部金属管１５００に内部導体１５０１を挿通して形成されており、外部金属管１５００の電位は接地電位となっている。同軸管１５０の先端は、外部金属管１５００が軸に対して斜め方向に切断されており、外部金属管１５００より先端側に内部導体１５０１が突出している。同軸管１５０の先端を覆う誘電体１５１は、例えば、石英ガラスを用いて形成されている。高電圧パルス、高周波等の電磁波を使用する場合であっても、例示した同軸管１５０を用いて伝送することが可能であり、同軸管１５０に代替して、同軸ケーブル等の他の伝送体を使用することも可能である。

内部導体１５０１に、例えば、１ｋＷ程度のマイクロ波電力を印加すると、接地電位にある外部金属管１５００との間に電位差が生じ、更に、誘電体１５１を透過する電場により、誘電体１５１の外側の表面で放電が開始される。誘電体１５１の表面で生じた放電は、誘電体１５１の外側の表面に接する気体を励起して表面波等の形態のプラズマを発生させる。マイクロ波により誘電体１５１の表面で発生したプラズマ、即ち、マイクロ波表面波プラズマは、処理対象に照射される。外部金属管１５００が斜めに切断されていることにより、プラズマの発生部位が内部導体１５０１の延伸方向に沿って延び、極端に偏在化することを防止する。内部導体１５０１の延伸方向は、処理対象の搬送方向であるため、螺旋体に攪拌されながら搬送される処理対象に対してプラズマを長時間照射することが可能となる。従って、処理対象の表面処理を均質化することが可能となる。チャンバー１０内の気圧は、導入された気体に応じて５０〜１５０Ｐａ程度に調整することが好ましく、５０〜１５０Ｐａ程度に調整することにより、誘電体１５１の表面に表面波プラズマを発生させることができる。

図５は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備えるカバー部材１６の外観の一例を示す概略外観図である。図６は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備える気体導入部１４、プラズマ発生部１５及びカバー部材１６の一例を示す概略断面図である。図７は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備えるカバー部材１６の外観の一例を示す概略六面図である。図５では、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５並びにカバー部材１６の隠れた部位を破線で示している。図６は、図５に示すＡ−Ｂ線を含む垂直面でカバー部材１６を切断した状態の断面を示している。図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）、図７（ｅ）及び図７（ｆ）は、それぞれ正面図、平面図、底面図、背面図、左側面図及び右側面図を示している。

カバー部材１６は、底面形状が略二等辺三角形状の角筒状をなし、チャンバー１０の回転軸と略平行な方向へ延伸している。カバー部材１６の一方の底面側（図５に向かって左側）は、チャンバー１０内の投入口１００側のフランジに固定されており、他方の底面側は、封止板１６０にて封止されている。カバー部材１６において、二等辺三角形の頂角は、延伸方向、即ち、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５の長手方向に沿って延びる稜線１６１となっており、二箇所の等辺は、稜線１６１から斜め下方へ延びる屋根面１６２となっている。また、カバー部材１６において、二等辺三角形の底辺の位置には、プラズマ発生部１５にて発生させたプラズマを透過させる多孔板１６３が配置されている。カバー部材１６は、金属、誘電体、石英ガラス等の様々な材料から形成することが可能である。ただし、金属を用いてカバー部材１６を形成する場合、カバー部材１６がプラズマ発生部１５に対してグランド電極とならないように、カバー部材１６とプラズマ発生部１５とが接近し過ぎないように設計する必要がある。

本願において、カバー部材１６によるプラズマ発生部１５を覆う形態とは、カバー部材１６の長手方向を略水平となるように配置した場合、カバー部材１６の上端である稜線１６１がプラズマ発生部１５より上方に位置し、カバー部材１６の下端である屋根面１６２の下端及び多孔板１６３の下端の低い方がプラズマ発生部１５より下方に位置し、平面視で、プラズマ発生部１５のプラズマを発生させる部位が、カバー部材１６内に収まっている形態を示している。気体導入部１４及びプラズマ発生部１５をカバー部材１６で覆うことにより、カバー部材１６内において、気体導入部１４にて導入された気体の濃度が上昇し、高濃度の気体からプラズマを発生させることができる。プラズマ発生部１５にて発生したプラズマは、多孔板１６３を通って、下方の処理対象へ向けて照射される。気体導入部１４及びプラズマ発生部１５をカバー部材１６で覆うことにより、気体導入部１４から導入された気体から効率的にプラズマを発生させることができる。特に、例えば、窒化ボロン等の気体を発生させる処理対象に対してプラズマ処理を行う場合、処理対象から発生した気体がプラズマ発生部１５の周囲に進入してプラズマ化することを防止するので、導入した気体から効率的にプラズマを発生させることが可能である等、優れた効果を奏する。更に、カバー部材１６の下面に多孔板１６３を配置することにより、処理対象がカバー部材１６内へ進入することを防止する。また、多孔板１６３は、処理対象に対するプラズマ処理として、処理対象の温度上昇を抑制するラジカルによる処理を目的とする場合にも効果的である。

更に、カバー部材１６は、プラズマ発生部１５の上方及び側方を覆うことにより、プラズマ発生部１５に、回転するチャンバー１０から落下した処理対象である粉体が積もることを防止する。プラズマ発生部１５に粉体が積もった場合、異常放電、赤熱、マイクロ波の吸収等の異常が発生し、処理した粉体の歩留まりが悪化し、装置自体の故障に繋がる恐れもある。特に、カーボンブラック、グラフェン、炭素粉、金属粉体等の導電性の粉体を処理対象とする場合、このような異常の発生は顕著になる。カバー部材１６は、プラズマ発生部１５を処理対象から保護することにより、異常の発生を防止することが可能である。

カバー部材１６の屋根面１６２が水平面に対してなす底角は、処理対象の安息角より大きい角度をなすように形成されている。屋根面１６２の底角を安息角より大きくすることにより、チャンバー１０を回転させて処理対象がカバー部材１６の上方から落下した場合であっても、屋根面１６２から下方へ自然落下する。これにより、カバー部材１６の上部に処理対象が積もることを防止することが可能である。

図８は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備えるカバー部材１６の屋根面１６２の内部を透過して示す概略外観図である。カバー部材１６の屋根面１６２の内部には、屋根面１６２を冷却する冷却部として冷却管１６４が形成されている。冷却管１６４は、屋根面１６２の内部を蛇行するように配置されており、屋根面１６２の左下端近傍に流入口１６４ａが形成され、左上端近傍に流出口１６４ｂが形成されている。屋根面１６２を冷却する冷却水は、流入口１６４ａから冷却管１６４内に入り、冷却管１６４内を通って流出口１６４ｂから排出される。冷却管１６４内に冷却水を通すことにより、屋根面１６２が冷却された冷却プレートとして機能し、プラズマによるプラズマ発生部１５の熱を吸収し、処理対象の温度上昇を抑制することが可能となる。

以上のように構成されたプラズマ処理装置Ｅを用いて処理対象である粉体の表面をプラズマ処理する例について説明する。プラズマ処理装置Ｅでは、圧力調整部１３の真空ポンプ１３０を起動させてチャンバー１０内の気体を吸引し、チャンバー１０内を減圧する。減圧目標は、導入される気体、プラズマの種類、処理対象等の要因に応じて適宜設定可能であるが、例えば、５０Ｐａ程度の略真空となるまで減圧する。

減圧目標に到達後、気体導入部１４からカバー部材１６内へ、酸素、水素、アルゴン、窒素、弗化炭素、更にはこれらの混合ガス等のプラズマ用ガスを主成分として含む気体を導入する。

導入した気体によりカバー部材１６内、更には、チャンバー１０内を充填した後、プラズマ発生部１５は、マイクロ波等の電磁波により、導入された気体を励起してプラズマを発生させる。

また、投入部１１は、ホッパー１１０に投入されている粉体を、ホッパー１１０から投入管１１１を介してスクリューコンベア１１３により連続してチャンバー１０内へ投入する。投入される粉体としては、例えば、粒径が数ミリメートル〜数ナノメートル程度の窒化ボロン、グラファイト、グラフェン、ＰＴＦＥ粉末等の成分を有する粉体を例示列挙することができる。更に、数ミリメートル程度のチップ部品、半田ボール等の処理対象も粉体と同様に表面処理を行うことが可能である。即ち、処理対象としては、ナノメートル単位の粉体からミリメートル単位のものまで、幅広く対応することが可能である。なお、スクリューコンベア１１３によりチャンバー１０内へ投入される粉体は、連続して投入されることになるが、ホッパー１１０への粉体の投入は、必ずしも連続投入で無くてもよい。例えば、前述の様にホッパー１１０内の粉体量が所定量以下となった場合、ホッパー１１０内の圧力を調整の上、ホッパー１１０へ粉体が投入される。その間、スクリューコンベア１１３は、停止又は空送り状態となり、チャンバー１０内への投入ができなくなるため、結果として断続的に粉体が投入されることになる。連続投入速度は、スクリューコンベア１１３の回転速度により調整可能である。なお、例えば、投入される粉体の粒径等の要因により、粉体を密に投入することが好ましくない場合、断続的にチャンバー１０内に投入するように調整することも可能である。即ち、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、回転するチャンバー１０内で続けて処理することが可能であれば、投入は連続的であっても、断続的であってもよい。

投入部１１によりチャンバー１０の投入口１００から、連続的に又は断続的に続けて投入された粉体は、回転するチャンバー１０内の内側壁に形成された搬送部１０２の螺旋体に沿って、投入口１００側から取出口１０１側へ、チャンバー１０の軸方向と略平行に搬送される。

カバー部材１６内でプラズマ発生部１５の周囲に発生したプラズマは、カバー部材１６の多孔板１６３を通って下方の処理対象へ向けて照射される。

投入口１００側から取出口１０１側へ搬送される粉体に対し、プラズマ発生部１５により発生したプラズマが照射され、粉体の表面が処理される。粉体の表面に対する処理としては、エッチング、アッシング、親水基の付加による親水性の向上、撥水基の付加による撥水性の向上等の処理を例示列挙することができる。

表面処理が行われた粉体は、チャンバー１０の取出口１０１から放出され、Ｔ型継手１０３内を落下し、取出部１２の貯留容器１２１に貯留される。

以上のようにして、本願記載のプラズマ処理装置Ｅを用いたプラズマ処理が実施される。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態において、チャンバー１０を傾け、処理対象を落下させることにより搬送する形態である。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態を参照するものとし、説明を省略する。

図９は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅの外観の一例を模式的に示す概略正面図である。図１０は、本願記載のプラズマ処理装置Ｅが備える本体装置１の内部の一例を模式的に示す概略断面図である。図９に例示するプラズマ処理装置Ｅは、図１に例示する状態から、ジャッキ部２０を伸長した状態を示している。なお、図１０において、図１と共通する一部の部材については、図示を省略している。ジャッキ部２０を伸長することにより、上部フレーム２ａは、下部フレーム２ｂに軸支された図中の右下側の揺動軸を揺動中心として、左側が上部へ揺動し、チャンバー１０が傾斜する。チャンバー１０が傾斜することにより、投入口１００が取出口１０１より上方へ移動する。

第２実施形態において、チャンバー１０内に螺旋体を用いた搬送部１０２は形成されていない。第２実施形態におけるプラズマ処理装置Ｅは、チャンバー１０を傾斜させることにより、処理対象を投入口１００側から取出口１０１へ落下させることで、処理対象を搬送する。また、チャンバー１０内には、投入口１００側に一端を固定されたチェーンがスクレーパー１７として取り付けられている。チャンバー１０が回転した場合、スクレーパー１７は、チャンバー１０の内側に接した状態でチャンバー１０内を摺動するので、チャンバー１０の内面に処理対象が付着することを防止する。

第２実施形態におけるプラズマ処理装置Ｅを用いて処理対象である粉体の表面をプラズマ処理する例について説明する。第２実施形態において、減圧、気体導入、処理対象である粉体のチャンバー１０内への投入等の工程は第１実施形態と同様である。投入口１００から投入された粉体に対する取出口１０１への搬送は、ジャッキ部２０を伸長してチャンバー１０を傾斜させることにより行われる。チャンバー１０を回転させながらチャンバー１０を傾斜させることにより、粉体は、投入口１００側から取出口１０１側へ落下する。落下速度が適切になるように、チャンバー１０の傾斜角度を調整することで、安定した処理が可能となる。即ち、第２実施形態に係るプラズマ処理装置Ｅは、チャンバー１０を傾斜させるジャッキ部２０を、投入口１００から投入される処理対象を取出口１０１まで搬送する手段として用いる。

以上詳述した本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、プラズマ発生部１５をカバー部材１６で覆い、カバー部材１６内に導入した気体からプラズマを発生させる。これにより、カバー部材１６内において、導入した気体の濃度を高めることができ、目的とするプラズマを効率的に発生させることが可能である等、優れた効果を奏する。特に、窒化ボロン等の気体を発生させる粉体を処理対象とする場合、カバー部材１６内を導入した気体で充満させることにより、粉体から発生した気体がプラズマ発生部１５の周囲に進入してプラズマ化することを防止することが可能である。

また、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、プラズマ発生部１５の上方及び側方を覆うことにより、プラズマ発生部１５に処理対象である粉体が積もることを防止する。これにより、処理した粉体の歩留まりの悪化、装置の故障等の異常の発生を抑制することが可能である等、優れた効果を奏する。しかも、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、カバー部材１６を、例えば、傾斜した屋根面１６２を有するように形成し、かつ屋根面１６２の角度を処理対象の安息角より大きい角度をなすように形成する。これにより、カバー部材１６上に処理対象が積もることを防止することが可能である。

更に、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、カバー部材１６の底部に多孔板１６３を取り付けることにより、下方の処理対象へのプラズマ照射を可能としながら、処理対象がカバー部材１６内に進入することを防止する。また、多孔板１６３は、処理対象に対するプラズマ処理として、処理対象の温度上昇を抑制するラジカルによる処理を目的とする場合にも効果的である。

更に、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、気体導入部１４の先端側がプラズマ発生部１５に向けて気体を吐出するよう形成されている。これにより、プラズマ発生部１５へ向けて効果的にプラズマ気体を送ることができ、更には、クリーニング用のガスポートとして使用することも可能である等、優れた効果を奏する。

更に、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、カバー部材１６の屋根面１６２に冷却管１６４を設けることにより、プラズマに起因するプラズマ発生部１５及び処理対象の高温化を抑制することが可能である等、優れた効果を奏する。なお、カバー部材１６の屋根面１６２を冷却することが可能であれば、屋根面１６２の内部に形成された冷却管１６４以外の冷却部を備えた構成とすることも可能である。

更に、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、チャンバー１０内にスクレーパー１７を取り付けることにより、チャンバー１０内に処理対象が付着することを防止することが可能である等、優れた効果を奏する。

更に、本願記載のプラズマ処理装置Ｅは、処理対象の投入、減圧、表面処理、処理対象の取出等の一連の処理を逐次行うバッチ処理タイプと比べ、連続処理が可能であるので、処理能力を向上させることが可能である等、優れた効果を奏する。

連続処理を可能とする形態の一例として、プラズマ処理装置Ｅは、投入口１００から処理容器（チャンバー１０）内に処理対象を続けて投入可能な投入部１１と、処理容器内で、投入口１００から続けて投入される処理対象を取出口１０１まで搬送可能な搬送部１０２と、取出口１０１から処理対象を続けて取り出すことが可能な取出部１２と、処理容器内に気体を導入可能な気体導入部１４と、気体導入部１４から導入された気体から、処理容器内に減圧下でプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部１５とを備える。そして、プラズマ処理装置Ｅにおいて、処理容器は、回転軸を有する回転体であり、投入口１００は、回転軸の一端側に形成されており、取出口１０１は、回転軸の他端側に形成されており、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５は、回転軸の一端側又は他端側に形成されており、搬送部１０２は、処理容器の内側壁に形成された螺旋体であり、処理容器が、回転軸を中心として回転することにより、投入部１１により投入口１００から続けて投入された処理対象が、処理容器内に形成された螺旋体に沿って取出口１０１側へ搬送される形態を例示することができる。

また、連続処理を可能とする形態の他の例として、プラズマ処理装置Ｅは、処理容器を傾斜させることが可能な傾斜腕部（ジャッキ部２０）を備え、傾斜腕部が、処理容器を傾斜させることにより、投入口１００を取出口１０１より上方へ移動させることが可能である形態を例示することができる。このような形態の場合、傾斜腕部が、処理対象を搬送可能な搬送部１０２として機能する。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な形態で実施することが可能である。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の技術範囲は、請求の範囲によって説明するものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形及び変更は、全て本発明の範囲内のものである。

例えば、前記実施形態では、カバー部材１６を、底面形状が略二等辺三角形状の角筒状に形成する形態を示したが、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５を覆うことが可能であれば、本発明はこのような形状に限るものではない。例えば、屋根面１６２を途中で折り曲げて底面形状を五角形状にする等、様々な形態に展開することが可能である。また、カバー部材１６は、気体導入部１４及びプラズマ発生部１５の上方及び側方を覆うことができるのであれば、必ずしも多孔板１６３は必要ではなく、下面を開放するように構成することも可能である。

また、例えば、前記実施形態では、処理対象の連続処理に適用する形態を示したが、本発明はこれに限らず、処理対象のバッチ処理に適用する形態に適用する等、適宜設計することが可能である。

更に、本発明に係るプラズマ処理装置Ｅにおいて、粉体として供給される処理対象は、例示列挙した粉体に限らず、様々な処理対象を処理することが可能であり、粉体以外の剤型の処理対象に展開することも可能である。また、導入する気体についても、例示列挙した気体以外の様々な気体、また、それらの混合物を用いることが可能である。更に、内部圧力、温度、電磁波の種類、電力、搬送速度等の諸条件は、処理の内容に応じて適宜設計することが可能である。

例えば、前記実施形態では、プラズマ発生部１５にて発生させるプラズマとして、５０〜１５０Ｐａ程度の減圧雰囲気下で表面波プラズマを発生させる形態を示したが、本発明はこれに限らず、１０Ｐａ程度の減圧雰囲気下で体積波プラズマを発生させる等、様々な形態に展開することが可能である。

Ｅ プラズマ処理装置
１ 本体装置
１０ チャンバー（処理容器）
１００ 投入口
１０１ 取出口
１０２ 搬送部（螺旋体）
１１ 投入部
１２ 取出部
１３ 圧力調整部
１４ 気体導入部
１５ プラズマ発生部
１６ カバー部材
１６１ 稜線
１６２ 屋根面
１６３ 多孔板
１６４ 冷却管（冷却部）
１７ スクレーパー
２ フレーム
２０ ジャッキ部（傾斜腕部）
３ 投入用ユニット
４ 取出用ユニット
５ マイクロ波供給ユニット

Claims (9)

1. 処理対象を収容可能な処理容器と、
   前記処理容器内に気体を導入可能な気体導入部と、
   前記気体導入部から導入された気体から、前記処理容器内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部と、
   前記プラズマ発生部を覆うカバー部材と
   を備え、
   前記プラズマ発生部は、
   棒状をなし、
   電力を印加可能な導体と、
   前記導体を棒状に覆う誘電体と
   を有し、
   前記気体導入部は、
   前記カバー部材内に気体を導入するようにしてあり、
   前記カバー部材は、
   前記プラズマ発生部の上方に位置し、前記プラズマ発生部の長手方向に沿って延びる稜線と、
   前記稜線から斜め下方へ延びる屋根面と
   を有し、
   前記プラズマ発生部にて発生したプラズマが、前記処理容器内に収容される下方の処理対象へ向けて照射されるように形成されている
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 処理対象を収容可能な処理容器と、
   前記処理容器内に気体を導入可能な気体導入部と、
   前記気体導入部から導入された気体から、前記処理容器内にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生部と、
   前記プラズマ発生部を覆うカバー部材と
   を備え、
   前記処理容器は、
   回転軸を有する回転体であり、
   前記気体導入部は、
   前記カバー部材内に気体を導入するようにしてあり、
   前記カバー部材は、
   前記プラズマ発生部にて発生したプラズマが、前記処理容器内に収容される処理対象の方向へ向けて照射されるように形成されている
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記プラズマ発生部は、
   棒状をなし、
   電力を印加可能な導体と、
   前記導体を棒状に覆う誘電体と
   を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項３に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記カバー部材は、
   前記プラズマ発生部の上方に位置し、前記プラズマ発生部の長手方向に沿って延びる稜線と、
   前記稜線から斜め下方へ延びる屋根面と
   を有し、
   前記プラズマ発生部にて発生したプラズマが、下方へ向けて照射されるように形成されている
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 請求項１又は請求項４に記載のプラズマ処理装置であって、
   粉体である処理対象に対してプラズマを照射するように形成されており、
   前記屋根面は、水平面に対し、処理対象の安息角より大きい角度をなすように形成されている
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 請求項１、請求項４及び請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記カバー部材は、
   前記プラズマ発生部の下方に、プラズマを透過させる多孔板を有する
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記カバー部材を冷却する冷却部を備える
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記気体導入部は、前記プラズマ発生部に向けて気体を吐出するようにしてある
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
9. 請求項２、及び請求項２を直接又は間接的に引用する請求項３乃至請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記処理容器は、
   内部の圧力を減圧調整可能であり、
   回転軸の一端側に投入口が形成されており、
   回転軸の他端側に取出口が形成されており、
   前記投入口から処理対象を続けて投入可能であり、
   前記投入口から続けて投入される処理対象を、前記取出口から続けて取り出すことが可能である
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。

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