JPH01165630A - 放電処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、放電処理方法に関するものであり、さらに詳
しくはグロー放電、いわゆる低温プラズマを利用してプ
ラスチイルムなどの基材を処理し、その表面を改質する
方法に関するものである。

［従来の技術］ グロー放電、いわゆる低温プラズマは、スパッタリング
、プラズマＣＶＤ、プラズマ重合、プラズマ表面処理な
ど広範に利用されている。

しかしながら、いずれも処理効率が他の技術、例えば蒸
着やコーティングに比べて著しく劣るという欠点がある
。例えば、スパッタリング、プラズマＣＶＤ、プラズマ
重合などの場合、膜成生速度が遅いという問題があり、
またプラズマ表面処理の場合は処理に長時間を要すると
いう問題がある。特に高分子樹脂、中でも高分子フィル
ムを蒸着やコーティング法によって処理する場合、通常
加工速度が１００〜４００ｍ／ｍｉ　ｎで行なわれてい
るのに対し、低温プラズマ処理、例えば平行平板型プラ
ズマ処理の場合、処理速度は通常数ｍ／ｍｉｎ程度であ
る。

すなわち、第４図は従来の平行平板型低温プラズマ装置
を例示するもので、真空排気系２およびガス排気系３を
備えた真空装置１内に一対の同サイズの平板電極４ａよ
び５を平行に設け、電極４には整合回路７を介して、電
源８より電力が供給され、電極５は通常接地され、イオ
ンの衝撃を避けるため、基材６は電極５の上に置かれ、
電極４．５間に発生するプラズマによって処理されるも
のである。

しかしながら、この方式では放電の活性化効率が悪いう
え、投入電力を大きくしていくと、放電が電極間の空間
から、真空容器内全空間に拡がり、基材の処理に有効に
寄与しない。またこの装置では電極間内で活性粒子の分
布が不均一であるため、大面積の基材を処理する際に、
処理が不均一になるという問題がある。

ざらに第５図の装置は特公昭６０−３９０８８に図示さ
れた伯の低温プラズマ処理装置を例示するもので、これ
は棒状の電極４と基材６を回動自在に支持するドラム状
電極５を設けたもので、広幅の基材を幅方向および長さ
方向に均一に処理できる利点を有しているが、この装置
においても、活性効率が悪く、また放電が真空容器全空
間に拡がるという問題は解決されていない。

プラズマ表面処理は高分子基材の表面を改質し、加工性
および加工後の特性を改良することを目的としているこ
とから、他の加工機と連係して処理できることが望まし
いが、従来の処理方法では処理速度がネックとなって他
の加工機との連続化、ないし連係が不可能となっている
。

［発明が解決しようとする問題点］ すなわち、かかる従来の技術の場合、低温プラズマの効
率が悪い原因にとして、次の２つの要因があることが考
えられる。

第１は、投入された電力に対し、イオン、電子の生成効
率が悪く、活性化効率が低いことであり、第２は活性化
効率を上げるため投入電力を増加していくと、プラズマ
が装置内の空間に拡がり、必ずしも基材表面のプラズマ
の活性粒子密度を上げることにならず、投入電力を大き
くしても、処理速度の向上にはならない。

この発明はかかる知見に基きその改善策について鋭意検
討した結果、創案されたものであり、その目的は高効率
で、かつ高速の低温プラズマ処理方法を提供することに
おる。

［問題点を解決するための手段］ かかる本発明の目的は、基体を支持する電極Ａ、該電極
Ａに対向して配設され、かつ上記電極へと結線された電
極Ｂおよび上記両電極ＡおよびＢに対応して配設された
対電極Ｃとを設け、上記両電極Ａ、Ｂと電極Ｃとの間に
印加された高周波高電圧によって形成される放電によっ
て、上記基材を処理することを特徴とする放電処理方法
により達成される。

以下添付図面を参照して本発明を説明する。第１図は、
本発明方法を実施するための装置の１例を示すもので、
１は真空容器で、該容器内は所定の圧力に保持可能であ
る。

Ａは被処理基材を支持するための平板電極、Ｂは該電極
Ａと同一外径を有し、かつこれに平行に対向して設けら
れた対向電極であり、図示の例では対向電極Ｂの中央部
にそって一方向に延びる所定幅、所定高さの凸状部Ｈが
形成されているが、勿論これに限定されず、全面を平板
状に形成してもよい。電極Ａと電極Ｂは結線１５で接続
されているとともに、整合回路７′を介し、高周波電源
８から昇圧トランス（または整合トランス）９を通じ出
力される高電圧の一方の出力端子に結線１１されている
。

Ｃは電極Ａと電極Ｂの間に設けられた棒状の対電極であ
り、図示の例では該対電極Ｃは電極Ｂの凸状部Ｈの下方
に該凸状部の長手方向にそって配設されているが、これ
に限定されない。該対電極Ｃは整合回路７を介して、高
電圧の他方の出力端子１０に結線されており、該電極Ａ
、Ｂと、対電（枢Ｃとの間に高周波電源８より高電圧が
印加される。基材６は電極Ａの上に置かれ、該電極Ａ、
　Ｂと対電極Ｃの間に印加された高電圧により形成され
る放電によって処理される。

本発明において使用される基材としては、有機物、無機
物、金属など公知のものが全て使用できるが、特に有機
高分子基材が適している。基材の形態は特に限定される
ものではなく、ブロック状、板状、シート状、フィルム
状、棒状、チューブ状、糸状、布帛状など各種形態が取
りうるが、特にフィルム状が好ましい。

電極Ａおよび対向電極Ｂは金属などの導電性部材で形成
されておればよく、その表面の一部または全部を誘電体
で被覆することもできる。電極Ａ１Ｂは必要に応じて内
部に冷媒を循環、または外部に冷却管を配し、冷却した
り、あるいは逆にヒーター等を設けて加熱するなどして
、温度制御可能に構成してもよい。

各電極の形状は被処理基材６の形態に応じて適宜選択す
るのが好ましい。基材が金属の場合は基材自体を電極Ａ
として使用することもできる。

対向電極Ｂは電極Ａに対し、所定の間隔でほぼ平行に設
けることが好ましく、この間隔は圧力などの処理条件に
よって適宜選択するのがよいが、電極Ａと電極Ｂの対向
面の最短部間隔が５〜２゜Ｏｍｍの範囲であることが好
ましく、より好ましくは１０〜１００ｍｍである。５ｍ
ｍ未満では両電極間で放電が形成しにくくなり、２００
ｍｍを越えると放電空間が拡がり、処理効率が低下する
。

なお電極Ａと対向電極Ｂの間隔は対向電極Ｂと電極Ａの
互いに向きあった面が全て同一であってもよいが、第１
図のごとく、一定の対向面が同一間隔とし、他の対向面
は異なる間隔に設定することもできる。この点は後述の
第２．３図の場合も同様である。また電極Ｂと向きあっ
た電極Ｂの対向面は全てほぼ平行に形成するのがよいが
、勿論一部非平行であってもよい。好ましくは向きあっ
た面の１１５以上、より好ましくは１／３以上平行に形
成することが好ましい。

電極Ａと対向電極Ｂは結線され、整合回路７−を介して
、あるいは整合回路を設ける必要のない場合は、直接高
電圧出力端子１１と結線される。

また整合回路を各々電極Ａと対向電極Ｂに設けた後、結
線し、高電圧出力端子１１に結線してもよい。なお電極
Ａ、Ｂを直接接地、または接合回路７′の後で接地する
とともに高電圧出力端子１１を接地する方法で結線して
もよい。整合回路は電源の内部インピーダンスと放電負
荷の整合をとり、電源から放電負荷への電力が最大に供
給されるようになされが、電極Ａと電極Ｂにリアクタン
ス回路を付加すると、電極ＡＳ電極Ｂおよび基材６の表
面に形成されるイオンシースの厚さが変り、効率が向上
するため好ましい。ここでいうリアクタンス回路とはコ
ンデンサーやコイルを含む回路で、抵抗を含んでいても
回路としてはりアクタンス要素をもつものであればよい
。特に後述の第２図の装置のごとく、対向電極Ｂにコン
デンサーを付加し、電極Ａと結線すると、基材表面に形
成されていたイオンシースの厚さが大となり、効率が著
しく向上する。なお当然のことながら、このリアクタン
ス回路を整合回路の一部として利用することも可能であ
る。

電極Ａと対向電極Ｂと対になる対電極Ｃは金属などのご
とく、導電材料で形成されておればよく、その表面の一
部または全部を誘電体で被覆してもよい。また電極Ａ、
Ｂの場合と同様、温度制御可能に構成することができる
。

電極Ｃの形状は特に限定されず、被処理基材の形態など
に応じて適宜選択するのが好ましいが、特に棒状構造に
形成すると、放電が空間的に均一に安定化し、特に好ま
しい。

真空容器内における電極Ｃの配設位置は特に限定されな
いが、第１図のごとく、電極Ａと電極Ｂの向いあった空
間内、特に電極Ｂ寄りの中央部近傍にそって配設するの
がよい。

第１図の例では、凸状部Ｈの下方中央に該凸状部の長手
方向にそって配置しており、これにより放電を基材支持
電極Ａと対向電極Ｂの間に著しく局在化できるうえ、基
材の装着ないしハンドリング性なども向上可能である。

この点は後述の第２．３図の場合も全く同様である。

電極Ｃは整合回路７を介して、あるいは整合回路を設け
る必要のない場合は、直接電極Ａおよび電極Ｂと結線さ
れる高電圧出力端子１１の対となる高電圧出力端子１０
に結線される。もし電極Ａと電極Ｂが接地されることな
（高電圧出力端子１１に結線され、高電圧が印加される
場合は、電極Ｃを直接接地、または整合回路７と高電圧
出力端子１０との間を接地し、かつ高電圧出力端子１０
を接地する方法で結線してもよいが、放電を可能なかぎ
り、局在化させるためには、電極Ａ、電極Ｂ、電極Ｃお
よび高電圧出力回路を大地に対し、絶縁し、電極間に高
電圧を印加した方がより好ましい。

電極Ｃの表面が誘電体で被覆されていない場合は、電極
Ａ、電極Ｂあるいは真空容器壁面で細かな火花が発生し
やすい。このため電極Ｃの表面を被覆しない場合には、
第２図に例示のごとく、電極Ｃにコンデンサーを付加し
、整合回路を介するか、おるいは直接高電圧出力端子に
結線するのがよい。

本発明で用いる高周波高圧電源の周波数は、特に限定さ
れないが、１０ｋＨ７〜１００ＭＨ７の範囲で選択する
のが好ましく、より好ましくは２０ｋＨ７〜５０ＭＨ７
、最も好ましくは５０ｋＨ７〜５００ｋＨ７である。直
流から１０ｋＨｚ未満の範囲では、被処理基材６が導電
性でない場合は、放電が主として電極Ｂと電極Ａとの間
で起り、被処理基材部分への放電の局在化、および放電
の効率化がが起ににくい。また１００ＭＨ２を越えると
本発明の方法では電源との整合がとりにくくなり、同様
に放電の局在化、および放電の効率化が起りにくい。

本発明において使用される放電処理時の雰囲気圧力とし
ては１Ｘ１０−３〜１０Ｔｏｒｒの範囲で選択するのが
よく、より好ましくは５Ｘ１０−３〜５Ｘ１０’Ｔｏｒ
ｒ、ざらに好ましくは１Ｘ１０−２〜１ｘ１０’Ｔｏｒ
ｒで必る。雰囲気圧力が１Ｘ１０−３を下まわる場合は
、放電を局在化させるために電極Ａと電極Ｂの間隔を２
００ｍｍを越えて拡げなければ放電が維持されず、また
１　０ＴＯｒｒを越えると５ｍｍ未満に間隔を狭めなけ
れば放電が維持されず、ともに装置の空間的制約や作業
性の問題がある上、放電の効率も低下するため好ましく
ない。

第２図は、本発明方法を実施するための装置の他の例を
示すもので、広幅の高分子フィルムを連続的に処理する
場合に好適に使用されるなものである。

この装置は、基材支持電極Ａを回動可能なドラム状電極
で構成し、該ドラム状電極Ａに対向して円弧状構造を有
する対向電極Ｂを設けるとともに、該電極Ｂをコンデン
サー１２を介して電極Ａと結線し、ざらに該電極Ａと電
極Ｂの間に棒状の対電極Ｃを設けたもので、図示の例で
は対向電極Ｂはその上部中央にドラム軸方向に延びる凸
状部Ｈを有する円弧状構造を有し、その円弧面Ｒにより
ドラム状電極表面と平行な対向面を形成しているが、勿
論この構造に限定されず、例えば完全な円弧状ｉ造に形
成してもよい。

また対電極Ｃは電極Ａと電極Ｂの間であって、該電極Ｂ
の凸状部Ｈの下方中央部近傍にドラム軸方向にそって棒
状電極を配設したもので、該電極Ｃはコンデンサー１３
を介して整合回路７に接続されており、その他の構成は
第１図のものと同様である。

被処理基材６は、大気中より図示していないラビリンス
シール部などからなる差動排気型の真空シール部を通っ
て真空容器内に導入され、基材支持電極Ａによって回動
されながら、電極Ａと対向電極Ｂの間に局在的に形成さ
れる放電によって処理された後、再び差動排気型の真空
シール部を通って大気中に導出される。

この場合、高電圧出力端子１０．１１間に発生する電圧
は対電極Ｃとドラム状電極Ａおよび対向電極Ｂとの間に
印加され、ドラム状電極Ａと対向電極Ｂとの間に効率的
、かつ局在化した放電を形成させることができるため、
被処理基材６は極めて効果的に処理される。

また本発明の極めて優れた特徴は、放電部での温度上昇
を著しく低くできることにある。

例えば、従来の第５図のタイプの装置を使用した場合は
、高電圧印加開始後、１０秒後には１１０°近くまで基
材の表面温度が上昇するのに対し、本発明の方法では対
電極Ｃの下でも、同一条件において６０秒後の基材表面
温度が１００℃を越えることはないのである。高分子基
材は熱によって心服または収縮するため塞材の種類およ
び処理条件が制約されるが、本発明の方法では多くの高
分子基材が広範囲の条件で処理できる利点がある。

第３図は本発明の実施に使用される装置のざらに他の例
を示すもので、これは基材上に有機重合物、または非晶
質カーボン、ダイヤモンド状カーボン、などの無機物質
をプラズマによって堆積させる場合に好適なものである
。

すなわち、第３図の装置は、基材を兼ねるアルミニウム
などからなる基材支持用のドラム状電極Ａと、該ドラム
状電極△の外周に同心円上に、かつ所定間隔をおいてス
テンレスなどからなる筒状体で構成された対向電極Ｂ＠
設け、該対向電極Ｂの周面に図示のごとくドラム表面と
ほぼ平行な対向面を有する凹凸部を順次（図示の例では
８個の凸部Ｓと８個の凹部Ｔ＞を形成して、各凸部の下
方に各凸部の長手方向にそってそれぞれ棒状電極からな
る対電極Ｃ（図示の例では８個）を設けたもので、各対
電極Ｃはコンデンサー１３を介して、整合回路７に接続
され、電極Ａはコンデンサー１４を介して対向電極Ｂと
結線され、整合回路７に接続されている。高電圧出力端
子１０，１１より出力される電圧は整合回路７を介して
、各対電極Ｃと基体支持電極Ａおよび対向電極Ｂに印加
され、電極Ａと電極Ｂの間に効率的に、かつ局在化され
た放電を形成することができる。このため従来方法に比
べ高品質の物質を高速で堆積することができる。また従
来方法では放電電力を上げると、プラズマの熱によって
基材の温度が上がり、堆積した物質の変質が見られるが
、本発明ではプラズマによる基材の温度上昇を低くする
ことができるため、高品質の物質を堆積できる利点があ
る。なおコンデンサー１４は電極Ａに付設した例を示し
たが、ガス組成やガス圧力などの条件によっては電極Ｂ
あるいは電極Ａ、Ｂの両方に設けることも可能である。

また第３図において電極Ａと基材自体を別体に構成して
もよいことはいうまでもない。

［実施例］ 以下実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例および比較例 粒子を含まないポリエチレンテレフタレートの未延伸フ
ィルムを低温プラズマ処理し、次いで常法により二軸延
伸すると、フィルム表面に超微細な凹凸が形成され、フ
ィルム表面が平滑であるにも拘らず、良好な滑りをもつ
二軸延伸フィルムを得ることができる。このようなフィ
ルムを製造するうえで、低温プラズマ処理をフィルム！
！！造工程の一部に取り込むことが好ましく、そのため
には低温プラズマ処理の高速化が求めらている。

以下上記特性をもつフィルムを形成するための処理速度
（効率）について、本発明の方法と従来の方法とを対比
して示す。

第２図の装置から整合回路７および７−のみを取り外し
た装置を用いて低温プラズマ処理を行なった。

電極Ａとして、内部に水（２５℃）を循環させた外径２
００ｍｍ、長さ１４０ｍｍのステンレス製のドラムを用
い、電極Ｂとして背面に冷却管を設けて電極全体を同様
に冷却したステンレス製電極（電極Ｂが電極Ａ＠おおう
長さは電極Ａの円弧１２０ｍｍとなるようにし、電極Ｂ
の各円弧部の長さが左右それぞれ４５ｍｍ、電極の軸方
向長さ２１０ｍｍ、凸状部の高ざ４Ｑｍｍおよび基部側
間隔６０ｍｍ＞を用い、電ＶｉＡＡと電極Ｂの間隔は３
０ｍｍｋ：３ｕ定し、ざらに対電極Ｃとして内部に同様
の水を循環させた外径ｉＱｍｍ、長さ２５０ｍｍのアル
ミニウム管を用いた。

３ｘｌＯ−２ＴｏｒｒのＡｒガス雰囲気中において、高
周波電源８より、プレート電圧２．５ｋＶ、プレート電
流０．２３Ａの入力を供給し、発振、出力される１１０
ｋＨ２の高周波高電圧出力を対電極Ｃと、電極Ａおよび
電極Ｂに印加し、未延伸ポリエステルフィルムを６ｍ／
ｍｉ　ｎで走行させながら、処理した。高電圧の印加に
よって形成される放電は電極Ａと電極Ｂの間に局在化し
た。未延伸フィルムは処理時に膨利することなく良好に
走行した。

得られた処理フィルムを通常の条件で二軸延伸（３，３
Ｘ３．５倍）し、次いで２１８°Ｃの温度で熱処理した
。ＡＳＴＭ−Ｄ−１８９４Ｂ−６３に従い、スリップテ
スターを用いて上記延伸フィルムの処理面同志の静Ｉ！
ｊ擦係数を調べたところ、０．７と良好な滑り性を示し
た。なお低温プラズマ処理をしていない未延伸ポリエス
テルフィルムを延伸したフィルムの静摩擦係数は４以上
でフィルム同志が全く滑らなかった。

ざらに従来技術と比較のため、第５図の装置において、
電極４として外径１０ｍｍのアルミニウム管を用い、こ
れをコンデンサーを介し、整合回路７を用いることなく
、高電圧出力端子と接続し、またドラム状電極５として
外径２００ｍｍのステンレス製ドラムを用い、各電極は
それぞれ内部を水冷した。コンデンサを設けない場合に
はドラム側面や真空容器壁面で小さな火花が多発するが
、コンデンサを使用することにより火花の発生を防止で
きる。

この装置を用い、実施例と同一の雰囲気で、かつ同一の
電源入力条件で、未延伸ポリエステルフィルムの走行速
度を変えて低温プラズマ処理し、処理されたフィルムが
実施例と同一の静摩擦係数（０，７＞をもつための処理
速度を調べたところ、０．７ｍ／ｍｉｎ以下と低速の処
理速度を採用する必要があることがわかった。なおこの
条件で処理すると、未延伸フィルムは白っぽくなり、表
面が熱によって結晶化したと思われる現象が生じ、また
未延伸フィルムが処理時に若干伸び、長尺のフィルムを
処理すると走行が不安定になることが明らかになった。

以上の結果から、本発明の方法は従来の方法に比べ、約
８倍の処理速度を達成することができ、低温プラズマ処
理の処理効率を著しく高めることができることがわかる
。

［発明の効果］ 本発明は上述のごとく構成したので、放電が効率化し、
高速の低温プラズマ処理が可能となり、他の加工機との
連続化ないし連係が容易にできるなど極めて実用効果の
高い放電処理技術ということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の１例を示す
概略図、第２図は他の例を示す概略図、第３図はさらに
他の例を示す概略図、第４図および第５図はそれぞれ従
来の装置を示す概略図である。 Ａ：基材支持電極、Ｂ：対向電極、 Ｃ：対電極、　　　Ｈ：凸状部、 Ｓ；凸部、　　　　Ｔ：凹部、 １：真空容器、　　６：基材、 ７．７−：整合回路、８：高電圧電源 ９：昇圧トランス及び／又は整合トランス１２．１３．
１４：コンデンサー 特許出願人　　　　東し株式会社 第１図 第２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体を支持する電極Ａ、該電極Ａに対向して配設
   され、かつ上記電極Ａと結線された電極Ｂおよび上記両
   電極ＡおよびＢに対応して配設された対電極Ｃとを設け
   、上記両電極Ａ、Ｂと電極Ｃとの間に印加された高周波
   高電圧によつて形成される放電によって、上記基材を処
   理することを特徴とする放電処理方法。
2. （２）電極Ａと電極Ｂがほぼ平行に配設されてなる特許
   請求の範囲第（１）項記載の放電処理方法。
3. （３）対電極Ｃが電極Ａと対向電極Ｂの間に設けられて
   なる特許請求の範囲第（１）項記載の放電処理方法。
4. （４）電極Ａがドラム状構造を有し、電極Ｂが円弧状構
   造を有してなる特許請求の範囲第（１）項記載の放電処
   理方法。
5. （５）対電極Ｃが棒状構造を有してなる特許請求の範囲
   第（１）〜（４）項のいずれかである放電処理方法。