JPH0680807A

JPH0680807A - ウエブの連続表面処理方法

Info

Publication number: JPH0680807A
Application number: JP23701192A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Takase; 達夫高瀬
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1994-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】被処理物の幅方向はもとより、長さ方向にも
均一で、局部的な処理効果の薄い部分のない、大面積処
理が可能なグロー放電プラズマによるウエブの表面処理
方法を提供すること。【構成】グロー放電プラズマを用いてウエブの表面処
理を行うにあたり、放電電界に直交する方向に磁界を印
加して、プラズマ領域の少なくとも一部を電極間の外部
に導出させ、かつ電極長手方向端縁と平行に、被処理用
ウエブを連続的に移動させることにより、ウエブの表面
処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はウエブの連続表面処理方
法の改良に関するものである。さらに詳しくは、本発明
は、プラスチックフィルム，プラスチックシート，布は
くなどのウエブ状被処理物を、真空容器内でグロー放電
プラズマを用いて効率よく表面処理する方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラズマ表面処理はプラスチック
フィルム，プラスチックシート，布はくなどのウエブ状
物の親水化処理，疎水化処理あるいは物理的，化学的，
光学的若しくは電気的性質の改質のために利用されてい
る。例えば、塩化ビニル系樹脂フィルムにおいては、塩
化ビニル樹脂に添加された可塑剤の移行防止，フィルム
表面のぬれ性向上，帯電防止，ブロッキング防止，印刷
性向上などの特性付与の目的でプラズマ処理が行われて
いる。このようなプラズマ表面処理については、これま
で多くの研究がなされ、種々のプラズマ処理装置やプラ
ズマ処理方法が提案されている。例えば（１）処理装置
の内部に１個のドラム電極と、この周囲に一定間隔で少
なくとも１本の棒状陽電極を配置した構造のプラズマ連
続処理装置（特開昭５７−１８７３７号公報）、（２）
非接地電極と接地電極とからなり、前記非接地電極を放
射状に配置した長尺物のプラズマ処理装置（特開平１−
２５６５４１号公報）、（３）被処理物の繰り出し手段
及び巻取り手段とプラズマ照射手段とを対向させたプラ
ズマ処理装置（特開昭６２−１７２０３４号公報）、
（４）高電圧側電極の表面積と接地側電極の表面積比を
規定したプラズマ処理方法（特開昭５９−２１３７３５
号公報）が提案されている。

【０００３】しかしながら、これらの技術は、いずれも
プラズマ放電電極間に被処理物を配置して処理するた
め、大面積処理を行う場合には、電極を大きくしなけれ
ばならないが、設備上の問題などにより大きくできない
場合もあり、また、仮に大きくしても電極間の局部的位
置の放電強度が異なり、その結果処理効果のバラツキに
よる不均一処理や電極の局部プラズマ放電による処理効
果の低下など、好ましくない事態を招来するとともに、
運転効率が低いなどの問題が生じる。これらの技術は、
プラズマ放電電極間に被処理物を配置して処理する方法
であるが、本発明による方法はプラズマ領域に磁場を印
加してプラズマ領域の一部を電極間の外部に導出させる
ことを特徴としているため、プラズマ放電及びその利用
形態が異なる。さらに、（５）織物，編物などの布はく
の親水化処理や、柔軟性，撥水性，静電気防止性などの
特性を付与するために、バキューム口を布はく導入口近
傍に設け、ガス供給口を布はく導出口近傍に設けた構造
の低温プラズマ連続処理装置（特開昭５８−１２０８６
２号公報）、（６）グロー放電プラズマを用いて、非晶
質膜を成形する方法において、放電用電界と直交する磁
界を印加するとともに、同磁界を変動させて固定基板上
に膜を形成する方法（特開昭６２−２６３２３６号公
報）、（７）放電用電界に直交する磁界を印加してプラ
ズマ表面処理する多層積層体の製造方法（特開平３−１
６２４２０号公報）が提案されている。

【０００４】しかしながら、前記（５）の装置は、被処
理物の出口近傍にガス供給口及び電極板を配置するもの
であり、ガス流によりラジカルなどの活性種を移送及び
／又はプラズマ領域を広げようとするもので、本発明に
よる方法の磁界によりプラズマを電極間の外に導出させ
る方法とは本質的に異なる。一方、前記（６）及び
（７）の方法は、プラズマ領域に変調磁界を印加して走
査することにより、被処理物の幅方向に大面積化させる
方法である。しかしながら、該方法は変調磁界走査方式
により、被処理物の幅方向には均一処理できるものの、
電極の長さ方向については、プラズマ領域は電極の長さ
に限定されるのを免れないとう問題がある。さらに、電
極長さ方向の一部に電極サポートがあれば、その影響に
より処理が部分的に不均一になる場合があるなどの問題
が生じる。また、該方法はバッチ処理であるため、１枚
処理毎に、真空容器内の昇圧，被処理物の交換，真空容
器内の減圧などの操作を繰り返すという煩雑さを伴う問
題も有している。なお、前記（７）の方法は、本発明者
らのグループが提案したものであって、変調磁界式プラ
ズマ処理技術を応用して多層積層体を製造する方法であ
り、印加する磁界を変動させることによりプラズマを揺
動させ、被処理物の幅方向の均一処理を目的とする。こ
れに対し、本発明のプラズマ処理方法は、放電電界に直
交する方向に磁界を印加して、プラズマ領域の少なくと
も一部を電極間の外部に導出させ、電極長手方向端縁と
平行に、被処理用ウエブを連続的に移動させて処理する
もので、該（７）の方法とは本質的に異なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
プラズマ表面処理に関する従来技術が有する問題を解決
し、プラスチックフィルム，プラスチックシート，布は
くなどのウエブ状被処理物を、グロー放電プラズマを用
いて、連続的かつ大面積に、しかも均一に、効率よく表
面処理する方法を提供することを目的としてなされたも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、放電電界に直
交する方向に磁界を印加して、プラズマ領域の少なくと
も一部を電極間の外部に導出させ、かつ電極長手方向端
縁と平行に、被処理用ウエブを連続的に移動させて処理
することにより、その目的を達成しうることを見出し
た。本発明は、このような知見に基づいてなされたもの
である。すなわち本発明は、グロー放電プラズマを用い
てウエブの表面処理を行うにあたり、放電電界に直交す
る方向に磁界を印加して、プラズマ領域の少なくとも一
部を電極間の外部に導出させ、かつ電極長手方向端縁と
平行に、被処理用ウエブを連続的に移動させて処理する
ことを特徴とするウエブの表面処理方法を提供するもの
である。

【０００７】本発明の方法においては、装置として、例
えば被処理ウエブを収納する真空容器と、真空容器内の
ガスを吸引する吸引装置と、真空容器内圧力を調節する
圧力調節装置と、処理用ガスを供給するガス供給装置
と、グロー放電を発生させる電極と、電極に電界電力を
供給する電源装置と、プラズマ領域に磁界を印加するソ
レノイドコイルと、該コイルに電源を供給する磁界電源
装置と、被処理ウエブを移動させるウエブ移動装置とを
有するものが用いられる。そして、上記装置を用い、放
電電界に直交する方向に磁界を印加することにより、プ
ラズマ領域の少なくとも一部を電極間の外部に導出さ
せ、ウエブ表面の幅方向にプラズマ放電を走査させると
ともに、該ウエブを電極長手方向端縁と平行に連続的に
移動させることにより、該ウエブの表面が均一に処理さ
れる。

【０００８】本発明におけるグロー放電プラズマは、直
流グロー放電，交流グロー放電のいずれの方法によるも
のであってもよい。前者の直流グロー放電とは、放電電
流が１０^-3〜１０ｍＡ／ｃｍ²の範囲で、正イオンの空
間電荷が陰極近くに形成されて陰極近傍に高電界が作り
出され、この電界によって加速された電子による衝突電
離が容易になり、発光を伴う安定な放電となる現象をい
う。一方、交流グロー放電とは、上記直流グロー放電の
極性を周期的に交換した放電現象のことをいう。本発明
の方法において、放電用電界と直交する方向に磁界を印
加するには、例えば電極に高電圧電力を印加し、電極間
にプラズマを発生させ、一方、外壁に巻いたソレノイド
コイルに低周波電圧を印加し、変調磁界をプラズマに与
えればよい。この操作により、電極によって発生したプ
ラズマは、ソレノイドコイルによる磁界の作用によって
規則正しく偏向を受け揺動することができる。その結
果、ウエブの幅方向にプラズマ領域の一部が揺動し、ウ
エブ上の走査が可能となる。したがって、隣接の放電空
間で形成されたプラズマにより、電極の真上又は真下の
プラズマ密度が薄い部分までカバーすることができる。
このウエブ幅方向の走査と同時にウエブを長手方向に連
続的に移動させることにより、ウエブの幅方向と長手方
向に、大面積かつ均一に連続処理することができる。

【０００９】プラズマ処理における雰囲気ガスについて
は特に制限はなく、例えば、窒素，一酸化炭素，二酸化
炭素，酸素，空気，アルゴン，ヘリウム，キセノン，ネ
オン，クリプトンなど、酸化性ガス，非酸化性ガス，不
活性ガスを問わず、処理目的に応じて単一ガス又は混合
ガスを適宜選択して用いることができる。また、処理表
面のエッチングを目的とする場合には、四フッ化炭素な
どのエッチング性ガスを使用することにより、エッチン
グ処理できる。プラズマ処理時の真空容器内のガス圧力
は0.０１〜１Ｔｏｒｒの範囲にあるのが好ましく、処理
条件に合わせて適宜選択すればよい。該プラズマ処理方
法に関しては、例えば「ISPC-8 Tokyo」Paper No. A-0
4, 1448ページ（1987年）；「Proc. Symp. Plasma Che
m.」第１巻、163 ページ（1988年）；「プラズマ研究会
資料資料番号 EP-87-89 」83ページ（1987年11月14
日、電気学会）；「Applied Physics Letters 」第50
巻，第19号，1322ページ（1987年）などに記載がある。
また、特開昭６３−３８５８０号公報，特開昭６３−１
４８７６号公報，特開昭６２−２６３２３４号公報，特
開昭６２−２８３２３５号公報，特開昭６２−２６３２
３６号公報などにも変調磁界プラズマ装置について記載
があるが、これらは、いずれもプラズマ反応容器内に、
モノシランガスなどの反応ガスを導入し、固定基板上に
非晶質膜を形成する方法に関するものである。

【００１０】本発明においてはこれらに記載されている
反応ガス導入路及び反応ガスは必要なく、非反応性ガス
を供給してウエブを走行させながらプラズマ処理するこ
とによりウエブ状物を連続的に大面積に、しかも均一に
処理することができる。本発明によれば被処理用ウエブ
の幅方向の広幅化は、電極数を増すことにより可能であ
る。それに比べ前述の電極間に被処理物を配置する方法
は、電極面積を大きくする必要があり、電極面積を大き
くすると放電が不安定となり処理効果が不均一になると
いう問題が生じる。これに対し本発明の方法は、電極間
に発生したプラズマ領域の一部を被処理物方向に導出さ
せるため、電極数増加による不均一化がなく、処理面の
広幅化が可能である。ウエブ長手方向への大面積化につ
いては、ウエブ長手方向、すなわち電極長手端縁方向に
該ウエブを移動させることにより、ウエブ長手方向に、
大面積にかつ連続処理が可能となった。また、ウエブを
移動させるには、電極を固定した上で、ウエブ移動装置
により電極長手方向の一端から繰り出し、他端の方向で
ウエブを巻き取ればよく、これにより電極下部を通って
連続移動することが可能である。特開昭６２−１７２０
３４号公報には、繰り出し手段と巻取り手段を隣接配置
し、プラズマ照射手段と対向配置した構成が記載されて
いるが、本発明においては、繰り出し手段と巻取り手段
を隣接させる必要はなく、ウエブの移動装置を含めた構
成であればよい。

【００１１】

【作用】プラズマはプラズマ発生用電極に供給された高
電圧電流による電界によって、加速された電子による衝
突電離が容易になり、電極間に発光を伴う安定な放電と
なり発生する。そのプラズマ電界に、電界と直交する磁
界を印加するとともに、同磁界を変動させることにより
プラズマの一部を電極外に導出させるとともに揺動させ
る。より詳しくは電極に高電圧を加えプラズマを発生さ
せ、次に外壁に巻いたソレノイドコイルに低周波電流を
加えて変調磁界をプラズマ電界に与える。すると、電極
によって発生したプラズマは、ソレノイドコイルによる
磁界により規則正しく偏向を受け、揺動することがで
き、ウエブの幅方向の走査が可能となる。したがって、
隣接の放電空間で形成されたプラズマが電極の真上又は
真下のプラズマ密度の薄い部分までカバーすることがで
きる。このことによりウエブ幅方向の広幅を均一に表面
処理することができる。この幅方向のプラズマ揺動と同
時にウエブを電極端縁長手方向に連続的に移動させるこ
とにより、ウエブの幅方向とウエブ長手方向に大面積に
しかも均一に連続処理することができる。

【００１２】

【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。なお、被処理用ウエブとして、次のようにして得
られた２層フィルムを用いた。２層フィルムの作成表面樹脂として、密度0.９１６ｇ／ｃｍ³，ＭＦＲ７ｇ
／１０分の低密度ポリエチレン（以下、ＬＤＰＥと記
す）を、裏面樹脂として、密度0.９２５ｇ／ｃｍ ³，Ｍ
ＦＲ0.７ｇ／１０分の炭素数４の短鎖分岐を有する直鎖
状低密度ポリエチレン（以下、ＬＬＤＰＥと記す）を用
い、２種２層インフレーションフィルム成形機にて、Ｌ
ＤＰＥ（１２μｍ）／ＬＬＤＰＥ（４８μｍ）の２層フ
ィルムを作成した。また、実施例及び比較例では、添付
図面に示す装置を用いて、前記フィルムの表面処理を行
った。図１はプラズマ処理装置の電極長手方向端縁と平
行断面を見た図である。ソレノイドコイル１，ウエブ２
及び真空容器３の断面の一部分、及び電極４の側面図を
記し、吸引装置，圧力調節装置，ガス供給装置，電界電
源装置，磁界電源装置，ウエブ移動装置は図示せず。図
２は図１と同方向から見た図で、ウエブの移動方向を示
す。図３は真空容器胴の電極４の長手方向端縁と直交す
る断面を見た図である。このとき真空容器及びソレノイ
ドコイルは図示せず。図３に示すように、電極４は高さ
５０ｍｍ，長さ１０００ｍｍ，厚み４ｍｍで５０ｍｍ間
隔に５枚配置した。このときの最外電極間の寸法は２０
０ｍｍである。電極４の下部には被処理物２を水平に配
置した。

【００１３】実施例１プラズマ放電の電流密度を0.０５ｍＡ／ｃｍ²とするた
め、電界電源供給装置の供給電流値を１００ｍＡとして
電力を供給してプラズマ放電させた。次に、プラズマ領
域に磁界を与えるため、ソレノイドコイルに４Ｈｚ，矩
形波形，磁場強度３4.５Ｇａｕｓの交番電圧を印加し
た。交流電圧による交番電界と、交流電圧による交番磁
界の作用により、プラズマ領域の一部が被処理面上を幅
方向に揺動して走査すると同時に、電極下部に配置した
被処理物を連続的に移動させ、ウエブがプラズマ領域に
滞留する時間を１分としてなる速度、すなわち１ｍ／分
でウエブを連続移動させた。これらのプラズマ処理条件
を第１表に示す。

【００１４】このようにして処理されたフィルムの処理
効果は、表面の親水性を測定することにより評価した。
この親水性評価は、ぬれ試薬液〔和光純薬工業（株）
製，４０ｄｙｎｅ／ｃｍ〕を処理面に滴下して、ＣＡ−
Ｚ型自動接触角計〔協和界面科学（株）製〕を用い、液
滴の接触角を測定して行った。その結果を第２表及び図
４に示す。なお、液滴の接触角において、ウエブ幅方向
の接触角分布を実施例１−１，１−２，１−３として表
わした。実施例１−１，１−２，１−３の測定点につい
ては、処理したウエブを移動させる際の起点から５ｍの
位置の測定結果を１−１とし、起点から１０ｍの位置の
測定結果を１−２、起点から１５ｍの位置の測定結果を
１−３として示した。その結果、接触角のｃｏｓθ平均
値は0.８５３〜0.８５７であり、最大最小差は0.０１０
〜0.０１２であり、本実施例はウエブ幅方向及び長さ方
向に、均一で十分な処理効果が現れていることが分か
る。

【００１５】実施例２プラズマ放電のための供給電力を実施例１と同じとし、
磁場強度を５1.８Ｇａｕｓに高めて、磁場周波数及び波
形は変えず４Ｈｚの矩形波形とした。ウエブは実施例１
と同様に１ｍ／分の速度で連続移動させて処理した。こ
れらのプラズマ処理条件を第１表に示す。また、実施例
１と同様にして、フィルムの処理効果を親水性を測定す
ることにより評価した。処理効果を第２表及び図５に示
す。その結果、接触角のｃｏｓθ平均値は0.８６８〜0.
８７１であり、最大最小差は0.００９〜0.０１１であ
る。本実施例は、実施例１以上にウエブ幅方向及び長さ
方向に、均一で十分な処理効果が現れていることが分か
る。

【００１６】比較例１プラズマ放電のための供給電力を、実施例１及び実施例
２と同じとして、磁場を印加せず、かつウエブも移動さ
せずに１分間プラズマ処理した。これらのプラズマ処理
条件を第１表に示す。また、実施例１と同様にして、フ
ィルムの処理効果を親水性を測定することにより評価し
た。処理効果を第２表及び図６に示す。その結果、接触
角のｃｏｓθ平均値は0.８２１で、最大最小差は0.０３
７であった。本比較例は、接触角が小さく親水性があま
り大きくない上、バラツキが大きく、好ましくはない結
果が得られた。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】実施例３第５表に示す条件でプラズマ処理した。このときウエブ
の移動速度を0.５ｍ／分とした。プラズマ領域に滞留す
る時間は２分である。処理効果の確認は次のようにして
行った。すなわち、該処理面と厚さ１５μｍの６ナイロ
ン延伸フィルム〔ユニチカ（株）製〕とを、１３０℃で
熱圧着して、積層フィルムを得た。この積層フィルムを
幅方向に１５ｍｍ幅，長さ方向に１００ｍｍピッチで５
０ｍｍ長さに裁断して、１５０ｍｍ×１０００ｍｍの範
囲にわたって評価サンプルを得た。次に、この積層フィ
ルムを、テンシロン〔オリエンテック（株）製〕を用
い、剥離速度３００ｍｍ／分でＴ型剥離して接着強度を
求めた。それらの接着強度を第３表に示す。

【００２１】

【表４】

【００２２】

【表５】

【００２３】

【表６】

【００２４】その結果、前述の範囲内で、接着強度が１
０２５ｇ／１５ｍｍ〜１３５０ｇ／１５ｍｍの強度範囲
にあり、均一な処理効果が得られていることが分かっ
た。

【００２５】比較例２処理ガス種，ガス供給量，真空度，電場電流密度，磁場
電流及び磁場周波数を実施例３と同一とし、ウエブを移
動させずに停止して２分間処理した。プラズマ処理条件
を第５表に示す。また、処理効果の確認は実施例３と同
様にして行った。それぞれの接着強度を第４表に示す。

【００２６】

【表７】

【００２７】

【表８】

【００２８】

【表９】

【００２９】

【表１０】

【００３０】

【表１１】

【００３１】その結果、接着強度が２９６ｇ／１５ｍｍ
〜１３６２ｇ／１５ｍｍの強度範囲にあり、著しく不均
一な接着強度であって、好ましくない結果が得られた。
このような実施例３と比較例３との相違は、実施例３に
おいては、プラズマを揺動させるとともに、ウエブを連
続移動させることにより、局部的な処理効果の薄い部分
の発生を抑制させた効果であり、本発明の意図するとこ
ろである。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、放電電界に直交する方
向に磁界を印加して、プラズマ領域の少なくとも一部を
電極間の外部に導出させ、電極長手方向端縁と平行に、
被処理用ウエブを連続的に移動させて処理することによ
り、長尺ウエブ状物を大面積にかつ広幅に、しかも均一
に連続的に表面処理することが可能で、プラスチックフ
ィルム，プラスチックシート，布はくなどのウエブ状物
の親水化処理，疎水化処理，物理的，化学的，光学的若
しくは電気的性質の改善のために利用することに有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマ処理装置の電極長手方向端縁と平行な
断面を見た図である。

【図２】図１と同方向から見た図で、ウエブの移動方向
を示す。

【図３】プラズマ処理装置の電極長手方向端縁と直交す
る断面を見た図である。

【図４】実施例１における軸方向の位置と接触角との関
係を示すグラフである。

【図５】実施例２における軸方向の位置と接触角との関
係を示すグラフである。

【図６】比較例１における軸方向の位置と接触角との関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ソレイノイドコイル２ウエブ３真空容器４電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】グロー放電プラズマを用いてウエブの表
面処理を行うにあたり、放電電界に直交する方向に磁界
を印加して、プラズマ領域の少なくとも一部を電極間の
外部に導出させ、かつ電極長手方向端縁と平行に、被処
理用ウエブを連続的に移動させて処理することを特徴と
するウエブの表面処理方法。