JPH033700B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はポリプロピレン、ポリエチレン等の合
成樹脂から成る製品の表面を改質するためにプラ
ズマ処理を施す装置に関するものである。

近年、自動車部品を始めとする各種部品が軽量
化や意匠性向上の目的で樹脂化されてきている
が、比較的安価なポリプロピレン、ポリエチレン
等ポリオレフイン系合成樹脂は塗膜との密着性が
悪く塗装が困難であるという欠点を有している。
そのため塗膜との密着性の悪い被塗装物表面をグ
ロー放電、コロナ放電あるいはラジオ波、マイク
ロ波等によつてプラズマ化された処理ガスにさら
し、表面を酸化（極性基の導入）あるいはエツチ
ング（アンカー効果の向上）することにより製品
表面を改質し、塗膜との密着性を向上させるプラ
ズマ表面処理が従来から行なわれている。この場
合、処理効果を向上させるために反応室内を真空
状態にする必要があるため製品はバツチ処理され
るのが普通であるが、近年、耐熱性、生産性等を
要求される合成樹脂製品の処理を行なう場合に
は、プラズマ発生炉と反応室が分離されたマイク
ロ波方式等のプラズマ処理装置が多く用いられる
ようになつた。

このプラズマ処理装置では反応室とは別に設け
られたプラズマ発生炉で酸素ガス等の処理ガスが
プラズマ化され、輸送管を経て反応室に送られ
る。そして、反応室内ではプラズマ（励起ガス）
がシヤワー管によりシヤワー拡散させられ、合成
樹脂製品の表面に作用するのであるが、このシヤ
ワー管としては石英ガラス等からなるパイプ状の
長胴に、その長手方向に沿つて多数の小孔が形成
されたものが一般的に使用されている。

しかし、この種のシヤワー管を備えた反応室内
に複数の製品または１個でも大型で形状が複雑な
製品を収容して処理する場合には、製品の被処理
部位によつて処理効果が異なり、特に、製品に囲
まれ且つシヤワー管から離れた部位では十分な処
理効果が得られにくい。

本発明はこのような従来の処理装置の欠点を解
消し、反応室内の被処理物が処理されるべき処理
スペースのすべてにおいて十分な処理効果が得ら
れるプラズマ処理装置を提供することを目的とし
てなされたものであり、その要旨とするところ
は、前述のようにプラズマ発生炉と輸送管と反応
室とを備えたプラズマ処理装置において、反応室
に複数のシヤワー管に加えて少なくとも１本の直
管を配設したことにある。シヤワー管は従来と同
様に輸送管に接続したパイプ状の長胴に長手方向
に沿つて多数の小孔を形成してなるものである
が、直管は少なくとも開口端側の一定長さが真直
である管体を、その開口を反応室内の処理スペー
スのうちシヤワー管から放出されるプラズマの到
達しにくい空間に向けて配設し、他端を輸送管に
接続したものである。

シヤワー管は後に具体的な実験例で示すよう
に、被処理物がシヤワー管に近接している場合に
は広い面積にわたつて十分なプラズマ処理を行な
い得るものであるが、遠い被処理物を処理するに
は適さないものであるのに対し、直管は逆に広い
面積を処理するのには適さないが、遠い被処理物
にも十分なプラズマ処理を施す能力を有し、かつ
プラズマの拡散に明瞭な方向性を有するものであ
るため、これら両者を組合わせることによつて反
応室内の処理スペースのあらゆる部分に均一にプ
ラズマを行き渡らせることが可能となり、複数の
製品を一度に処理する場合でも、また、大型で複
雑な形状の製品を処理する場合でも製品の全表面
において十分な処理効果が得られ、部分的に塗膜
との密着性が不十分な部分が生じることを回避す
ることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基いて詳細に説
明する。

第１図において２はプラズマ発生炉であり、酸
素ボンベ４から送られる酸素をマイクロ波発振機
６から導波管８を経て供給されるマイクロ波によ
つてプラズマ化し、その結果得られたプラズマ、
すなわち励起酸素を輸送管１０を経て反応室１２
へ供給する。反応室１２は第２図から明らかなよ
うに両端が閉じられた円筒状のステンレス鋼製容
器であつて、この反応室１２には真空弁１４を介
して真空ポンプ１６が接続されている。

この反応室１２の内部には図示を省略する支持
フレームが配設されており、その支持フレーム上
に４本の長手形状の被処理物Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３お
よびＢ４が載せられている。反応室１２には６本
のシヤワー管２０，２２，２４，２６，２８およ
び３０と３本ずつ１組となつた直管３２，３４お
よび３６とが配設されている。シヤワー管２０お
よび２２は反応室１２の上部に互に平行に、且つ
それぞれ被処理物Ｂ１およびＢ２の上面に対向す
るように配設されており、シヤワー管２４および
２６は反応室１２の左側部に互に平行に、且つそ
れぞれ被処理物Ｂ１およびＢ３の側面に対向する
ように配設されている。シヤワー管２８および３
０も同様な状態で反応室１２の右側部に設けられ
ている。シヤワー管２０は第２図および第３図か
ら明らかなように両端が閉じられたパイプ状の長
胴の被処理物Ｂ１に対向する部分に長手方向に多
数の小孔３８が形成されたものであり、複数本の
分岐管４０によつて輸送管１０に接続されてい
る。他のシヤワー管２２，２４，２６，２８およ
び３０も同様の構成のものである。一方、直管３
２は開口端から一定の長さが直線状とされた管体
であり、反応室１２の上部に設けられたシヤワー
管２０とシヤワー管２２との中間位置に開口端を
反応室１２の中心に向けて配設されている。直管
３２は、第２図から明らかなようにシヤワー管２
０の長手方向に沿つて等間隔に３本配設されてい
る。他の直管３４および３６も他のシヤワー管２
４，２６，２８および３０に対して上記直管３２
の場合と同様な関係を保つて配設されている。そ
して、すべての直管の、開口端とは反対側の端は
輸送管１０を経てプラズマ発生炉２に接続されて
いる。

以上のように構成された装置によつてプラズマ
処理を行なう場合には、まず、反応室１２内に被
処理物Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３およびＢ４を装入し、真
空ポンプ１６を作動させて反応室１２内の空気を
吸引排出し、反応室１２内を真空状態にする。そ
の後、酸素ボンベから所定流量（たとえば１／
min）の酸素を供給するとともに、真空弁１４を
調整して反応室１２内の真空圧を所定の値（たと
えば0.5torr）に設定する。真空圧設定後、マイ
クロ波発振機６から所定周波数（たとえば2450M
Hz）のマイクロ波を導波管８を経てプラズマ発生
炉２に供給し、酸素をプラズマ化させる。その結
果、生成したプラズマ、すなわち励起酸素は輸送
管１０を経てシヤワー管２０，２２，２４，２
６，２８および３０（以下、シヤワー管２０等と
言う）、ならびに直管３２，３４および３６（直
管３２等と言う）に送られ、これらから反応室１
２内の処理スペースに向かつて放出される。放出
された励起酸素は被処理物Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３およ
びＢ４の表面に作用し、これを酸化ならびにエツ
チングする。すなわち、プラズマ処理が行なわれ
るのである。所定時間の処理後、プラズマ発生炉
２に対する酸素ならびにマイクロ波の供給を停止
し、図示しないリークバルブを開いて反応室１２
内の圧力を大気圧に戻し、被処理物Ｂ１乃至Ｂ４
を取り出す。このようにして処理された被処理物
には続いて塗装が行なわれるのであるが、本実施
例の装置によつて処理された被処理物はすべての
ものが全表面にわたつて十分な塗膜との密着性を
有する。

本実施例装置の処理性能を証明するために、ポ
リプロピレン製被処理物表面の水濡れ性試験を行
なつた。処理条件は下記の通りである。

マイクロ波発振機出力 500W 処理時間 30秒 反応室内真空圧 0.5torr 供給酸素流量 １／min 処理された被処理物表面に脱イオン水を5μ
滴下し、協和科学製CA−Ａ型接触角計を用いて
水滴と被処理物表面との接触角を測定した。この
結果を第４図に示す。第４図においてＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄおよび，，，は、第５図に示す反
応室１２内における各位置を示す符号であるが、
第４図から明らかなようにすべての位置において
同等の接触角となつており（測定試料数ｎ＝10の
場合の＋2σで示されている）、この接触角は塗
装が行なわれたときに塗膜の被処理物表面に対す
る良好な密着性が保証される接触角である。すな
わち、このような接触角が得られるように処理さ
れたポリプロピレン製平板の表面にウレタン系塗
料を40±5μの厚さに塗装し、その塗膜に対して
市販のカツターナイフを用いて間隔１mmで素地に
達する深さの切り目を付け、それに市販テープ
（商品名ニチバンテープ）を貼り付けて剥がす操
作を３回繰り返して行なつても塗膜の剥離は生じ
ないのである。

比較のために直管３２等からの励起酸素の放出
を停止した場合の水漏れ性試験の結果を第６図に
示す。直管３２等からの励起酸素の放出を停止す
ることによつて減少する励起酸素の量は、シヤワ
ー管２０等から余分に放出させるようにしたた
め、第６図に示す試験結果は従来の直管を有しな
い処理装置に第４図に示した本発明の実施例装置
における試験と同一の処理条件を適用した場合の
性能を示すこととなる。そして、この場合には図
から明らかなようにのＤ，のＣ，のＢ，Ｄ
およびのＡ，Ｃというようにシヤワー管２０等
から遠く、しかも被処理物に囲まれている部分に
おける接触角が他の部分における接触角より大き
くなるのであり、この接触角の場合には良好な塗
膜の密着性が保証され難いのである。

以上のことから、本発明の実施例装置は従来の
装置に比べて反応室１２内の全処理スペースにお
いてむらのない処理性能を発揮することが明らか
であるが、これは次のような理由によるものであ
る。第７図は、第８図に示すようにシヤワー管２
０等および直管３２等と同仕様のシヤワー管５０
と直管５２とから同量の励起酸素を放出させてポ
リプロピレン製平板５４の表面を処理する場合
に、塗膜の十分な密着性が保証される接触角の得
られる範囲を調べた結果を示す図である。図から
明らかなように、シヤワー管５０を用いる場合に
は広い面積にわたつて処理することはできるが、
遠くの被処理物を処理することができない。それ
に対して直管５２による場合は処理し得る面積は
小さいが、遠くの被処理物を処理することができ
る。またプラズマの拡散に明瞭な方向性がある。
第１図および第２図に示した実施例装置において
は、これらシヤワー管と直管との特性が有効に組
合わされているのであり、そのために反応室１２
内のあらゆる処理スペースにおいて均一な処理効
果が得られるのである。

尚、付言すれば、プラズマ処理装置の反応室の
形状寸法ならびにその内部に設けられるシヤワー
管および直管の配設位置、個数等は処理すべき対
象に合わせて適宜決定されるべきものである。

また、前記実施例においては１本の長いシヤワ
ー管に対して複数の分岐管が接続されていたが、
比較的短いシヤワー管を反応室内に直列に配列
し、それぞれのシヤワー管にそれぞれ１本の輸送
管を直接接続することも可能である。また、直管
は１本の輸送管から複数に分岐させられたもので
もよく、要するに開口端から一定長さ部分が直線
状をなし、ほぼその延長線上の空間に向かつて処
理ガスを放出し得るものであればよいのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるプラズマ処理
装置の要部を断面にして示す正面図であり、第２
図は同装置における反応室の要部を断面にして示
す側面図である。第３図は同装置に使用されるシ
ヤワー管の底面図である。第４図は上記装置の性
能試験の結果を示すグラフであり、第５図は第４
図中に示されている各処理位置を略図的に示す説
明図である。第６図は比較のために行なつた従来
装置の性能試験の結果を示すグラフである。第７
図は本発明に係るプラズマ処理装置において使用
されるシヤワー管と直管とのそれぞれの処理可能
範囲を調べた結果を示すグラフであり、第８図は
そのための実験におけるシヤワー管および直管と
被処理物との相対位置を示す略図である。 ２：プラズマ発生炉、４：酸素ボンベ、６：マ
イクロ波発振機、８：導波管、１０：輸送管、１
２：反応室、１４：真空弁、１６：真空ポンプ、
２０，２２，２４，２６，２８，３０：シヤワー
管、３２，３４，３６：直管、３８：小孔、Ｂ
１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４：被処理物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プラズマ発生炉においてプラズマ化された処
   理ガスが輸送管を経て反応室に送られ、該反応室
   内に収容された合成樹脂製品の表面をプラズマ処
   理するように構成されたプラズマ処理装置におい
   て、 前記反応室に、前記輸送管に接続したパイプ状
   の長胴に長手方向に沿つて多数の小孔を形成して
   成る複数のシヤワー管と、該反応室内の処理スペ
   ースのうち該シヤワー管から放出されるプラズマ
   の到達し難い部分に一端の開口を向け、他端を前
   記輸送管に接続した少なくとも１本の直管との両
   方を配設したことを特徴とする合成樹脂製品のプ
   ラズマ処理装置。