JP7024280B2

JP7024280B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP7024280B2
Application number: JP2017182317A
Authority: JP
Inventors: 竜太生駒; 和明馬渡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2037-09-22
Also published as: JP2019057462A

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関するものである。

圧力センサ等の車載センサは、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等で構成された母材にエポキシ、シリコーン等で構成された接着剤を介して固定される。このように車載センサを固定する際には、母材に接着剤を塗布する前に、母材にプラズマを照射し、母材の表面を改質する。これにより、母材と接着剤との密着力を向上させることができる。

しかしながら、プラズマを照射すると熱が発生するため、熱によってブリードが発生して密着力が低下するおそれがある。したがって、熱によるブリードの発生を抑制するために、必要な領域にのみ選択的にプラズマを照射することが好ましい。そして、必要な領域にのみプラズマを照射するためには、プラズマの照射範囲を小さくする必要がある。

これについて、例えば特許文献１では、プラズマの照射範囲を小さくするために、放電管内部のガス流路が狭くされたプラズマ処理装置が提案されている。

特開平９－２３２２９３号公報

しかしながら、放電管内部のガス流路を狭くしても、プラズマはノズルから等方的に広がって照射されるため、ノズルと照射対象との距離に比例して照射範囲が広くなる。

本発明は上記点に鑑みて、プラズマの照射範囲が小さいプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、対象物（２００）のうちプラズマの照射が必要な領域（Ｒ１）にプラズマを照射するプラズマ処理装置であって、プラズマを照射するプラズマ照射管（５）と、不活性ガスを照射する不活性ガス照射管（６、９）と、を備え、不活性ガス照射管は、プラズマ照射管の外壁面に複数配置されており、プラズマ照射管から領域へ向かう方向をプラズマ照射方向として、プラズマ照射管から照射されるプラズマのうち、プラズマ照射方向に対して傾斜した方向に照射されるプラズマの移動を、不活性ガス照射管から照射される不活性ガスで遮ることによって、該プラズマの移動方向を領域へ向かう方向に近づける。

このように、プラズマと反応しない不活性ガスでプラズマの移動を遮り、プラズマの等方的な広がりを抑制することにより、プラズマの照射範囲を小さくすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成を示す図である。図１に示すプラズマ照射管および不活性ガス照射管の拡大断面図である。図２のIII－III断面図である。第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の動作を示す図である。従来のプラズマ処理装置の動作を示す図である。第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面図であって、第１実施形態の図３に相当する図である。第３実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。第４実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。第５実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。第５実施形態の変形例の断面図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。他の実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。他の実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。他の実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態のプラズマ処理装置は、例えば、車載用の圧力センサを、ＰＢＴ、ＰＰＳ等で構成されたケースに、エポキシ、シリコーン等で構成された接着剤によって固定する際に用いられる。

図１に示すように、プラズマ処理装置１００は、トーチ１と、電源２と、ガス供給部３と、ガス供給部４とを備えている。トーチ１の内部には図示しない電極が配置されており、電源２からトーチ１に電圧が印加されることによってアークが発生する。また、トーチ１にはガス供給部３からガスが供給されるようになっている。そして、電圧の印加によって発生したアークを、ガス供給部３から供給されるガスによりプラズマジェットとして、トーチ１の先端部に配置されたプラズマ照射管５から射出するようになっている。なお、トーチ１には、プラズマガスを冷却するために、図示しないライン等により冷却水が流れるようになっている。

また、トーチ１には、ガス供給部３とは別のガス供給部４からもガスが供給されるようになっており、ガス供給部４から供給されたガスは、トーチ１の先端部に配置された不活性ガス照射管６から射出されるようになっている。不活性ガス照射管６は、プラズマ照射管５から射出されるプラズマの照射範囲を制御するためのものである。

不活性ガス照射管６は、不活性ガス照射管６のうち不活性ガスが射出される部分がプラズマ照射管５のうちプラズマが射出される部分に隣接するように、プラズマ照射管５の近傍に配置されている。

図２、図３に示すように、本実施形態では、プラズマ照射管５は円筒状とされており、プラズマ照射管５の内部にプラズマ流路７が形成されている。また、不活性ガス照射管６はプラズマ照射管５よりも半径が大きい円筒状とされており、プラズマ照射管５は、プラズマ照射管５と不活性ガス照射管６の軸が一致するように、不活性ガス照射管６の内部に配置されている。

また、本実施形態では、プラズマ照射管５と不活性ガス照射管６はガスが射出される先端部の位置が揃えられている。また、プラズマ照射管５の軸方向は、後述するプラズマ照射方向に平行とされている。

不活性ガス照射管６の内部には、プラズマ照射管５の外壁面と不活性ガス照射管６の内壁面とで挟まれた部分に不活性ガス流路８が形成されており、ガス供給部４から供給されたガスが不活性ガス流路８を流れるようになっている。

プラズマガスとしては、例えば、窒素、酸素、空気、アルゴン、水素、ヘリウム等を用いることができる。不活性ガスとしては、例えば、窒素、酸素、空気、アルゴン、水素、ヘリウム等から、プラズマガスと反応しにくいガスを選択して用いることができる。

プラズマ処理装置１００の動作について図４を用いて説明する。まず、プラズマを照射する対象物であるワーク２００を用意し、プラズマの照射が必要な領域である領域Ｒ１の上部にプラズマ照射管５および不活性ガス照射管６を配置する。ここで、プラズマ照射管５から領域Ｒ１へ向かう方向をプラズマ照射方向とする。

本実施形態では、プラズマ照射管５から照射されるプラズマのうち、プラズマ照射方向に対して傾斜した方向に照射されるプラズマの移動を、不活性ガス照射管６から照射される不活性ガスで遮ることによって、該プラズマの移動方向を領域Ｒ１へ向かう方向に近づける。

具体的には、不活性ガス照射管６からワーク２００への不活性ガスの照射を開始した後、プラズマ照射管５からワーク２００にプラズマガスを照射する。すると、先に照射が開始された不活性ガスの流れによってプラズマガスの等方的な移動が遮られ、プラズマガスのスポット径が小さくなる。これにより、ワーク２００のうちプラズマが照射される領域Ｒ２が領域Ｒ１の外に広がることを抑制し、必要な箇所にのみプラズマを照射することが可能となる。

従来のプラズマ処理装置では、図５に示すように、プラズマ照射管５から照射されるプラズマが等方的に広がる。そのため、プラズマが照射される領域Ｒ３がプラズマ照射管５とワーク２００との距離に比例して大きくなり、領域Ｒ１の外に大きく広がった領域にプラズマが照射されるおそれがある。

これに対し、本実施形態では、上記のようにプラズマの移動方向に異方性を付与し、プラズマの照射範囲を小さくする。これにより、複雑な形状の母材にプラズマを照射する場合に、必要な部分のみにプラズマを照射し、他の部分への干渉を抑制することが可能となる。

なお、プラズマガス、不活性ガスの流速については、互いに等しくてもよいし、いずれか一方が他方より大きくてもよい。同様に、流圧、流路断面積についても、プラズマガスと不活性ガスとで等しくてもよいし、いずれか一方が他方より大きくてもよい。

また、プラズマ照射管５とワーク２００との距離が長いほど領域Ｒ２が広くなり、この距離が短いほど領域Ｒ２が狭くなるので、この距離を変化させることによって領域Ｒ２の広さを制御することもできる。また、プラズマ照射管５の半径を小さくすることにより、領域Ｒ２を狭くすることもできる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して不活性ガス照射管６の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６に示すように、本実施形態では、プラズマ照射管５の外壁面と不活性ガス照射管６の内壁面との間に複数の配管９が配置されている。配管９は円筒状とされており、プラズマ照射管５、不活性ガス照射管６と軸方向が一致するように、プラズマ照射管５の周方向に間隔を空けて並んでいる。そして、配管９の内部が不活性ガス流路８とされている。

このように、不活性ガス照射管６の内部に間隔を空けて複数の配管９を配置し、配管９の内部を不活性ガス流路８とすることで、第１実施形態に比べて不活性ガス流路８の断面積が小さくなる。これにより、不活性ガスの供給量が同じでも流速が大きくなるため、少ないガス供給量でプラズマガスの流れを抑制することができる。

なお、プラズマ処理装置１００が不活性ガス照射管６を備えず、不活性ガス照射管として配管９のみを備えていてもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して不活性ガス照射管６の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、不活性ガス照射管６の内部における不活性ガスの流れの方向が、プラズマ照射管５の軸方向に対して傾斜した方向とされている。具体的には、図７に示すように、不活性ガス照射管６の内壁に螺旋状のスリット１０が形成されており、これにより、不活性ガス照射管６の内部における不活性ガスの流れが螺旋状となる。

このような構成では、プラズマガスの等方的な広がりをさらに抑制し、プラズマの照射範囲をより小さくすることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して冷却装置を追加したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図８に示すように、本実施形態では、不活性ガス照射管６の外側に冷却装置１１が配置されている。冷却装置１１は、不活性ガス照射管６内部の不活性ガスを冷却して、不活性ガスとプラズマガスとの反応を抑制するためのものである。

不活性ガスとしては、プラズマガスと反応しにくいガスが選択されているが、このように不活性ガスを冷却することにより、不活性ガスがさらにプラズマガスと反応しにくくなる。これにより、不活性ガスを用いてプラズマガスの等方的な広がりをさらに抑制し、プラズマの照射範囲をより小さくすることができる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して磁界印加装置を追加したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図９に示すように、本実施形態では、プラズマ照射管５の内部を移動するプラズマガスに磁界を印加する磁界印加装置としてのコイル１２が配置されている。コイル１２は、プラズマ照射管５に巻かれており、図示しない電源からコイル１２に電流を流すことにより、プラズマ照射管５の軸方向の磁界がプラズマ照射管５内部のプラズマガスに印加される。

このようにプラズマガスに磁界を印加することにより、プラズマガスの直進性を高め、プラズマガスの照射範囲をさらに小さくすることができる。

なお、図１０に示すように、磁界印加装置をプラズマ照射管５の外部に配置された磁石１３で構成してもよい。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１～５実施形態では、プラズマ照射管５と不活性ガス照射管６の端部の位置が揃えられているが、図１１に示すように、プラズマ照射管５および不活性ガス照射管６の軸方向において、プラズマ照射管５の端部が不活性ガス照射管６の端部よりも突出していてもよい。また、不活性ガス照射管６の端部がプラズマ照射管５の端部よりも突出していてもよい。

また、不活性ガス照射管６がプラズマ照射管５に対して傾斜していてもよい。例えば、図１２に示すように、不活性ガス照射管６を円錐台形状とし、プラズマ照射管５の半径方向の外側から内側に向かって不活性ガスが照射されるようにしてもよい。また、円錐台形状とされた不活性ガス照射管６の内部に第３実施形態と同様にスリット１０を形成し、不活性ガスの流れを螺旋状としてもよい。

また、プラズマ処理装置１００が、不活性ガス照射管６の内部における不活性ガスの流量を制御する流量制御装置を備えていてもよい。例えば、図１３に示すように、不活性ガス照射管６の内部に流量制御装置として電磁弁１４を配置し、電磁弁１４を開閉して不活性ガスの照射量を調整することで、プラズマが照射される領域Ｒ２の広さを制御することができる。

５プラズマ照射管
６不活性ガス照射管
９配管

Claims

対象物（２００）のうちプラズマの照射が必要な領域（Ｒ１）にプラズマを照射するプラズマ処理装置であって、
プラズマを照射するプラズマ照射管（５）と、
不活性ガスを照射する不活性ガス照射管（６、９）と、を備え、
前記不活性ガス照射管は、前記プラズマ照射管の外壁面に複数配置されており、
前記プラズマ照射管から前記領域へ向かう方向をプラズマ照射方向として、
前記プラズマ照射管から照射されるプラズマのうち、前記プラズマ照射方向に対して傾斜した方向に照射されるプラズマの移動を、前記不活性ガス照射管から照射される不活性ガスで遮ることによって、該プラズマの移動方向を前記領域へ向かう方向に近づけるプラズマ処理装置。
前記プラズマ照射管の軸方向は、前記プラズマ照射方向に平行とされている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記不活性ガス照射管のうち不活性ガスが射出される部分は、前記プラズマ照射管のうちプラズマが射出される部分に隣接して配置されている請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
前記プラズマ照射管および前記不活性ガス照射管は、共に円筒状とされており、
前記プラズマ照射管は、前記不活性ガス照射管の内部に配置されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
前記不活性ガス照射管の内部における不活性ガスの流れの方向は、前記プラズマ照射管の軸方向に対して傾斜した方向とされている請求項１ないし４のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
前記不活性ガス照射管の内部における不活性ガスの流れは、螺旋状とされている請求項１ないし５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
前記不活性ガス照射管の内部の不活性ガスを冷却する冷却装置（１１）を備える請求項１ないし６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
前記プラズマ照射管の内部を移動するプラズマに前記プラズマ照射管の軸方向の磁界を印加する磁界印加装置（１２、１３）を備える請求項１ないし７のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
前記不活性ガス照射管の内部における不活性ガスの流量を制御する流量制御装置（１４）を備える請求項１ないし８のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。