JPH077718B2

JPH077718B2 - 長尺物の連続プラズマ処理用非接地電極

Info

Publication number: JPH077718B2
Application number: JP63125943A
Authority: JP
Inventors: 義和近藤; 由紀夫津田
Original assignee: 鐘紡株式会社
Priority date: 1988-05-25
Filing date: 1988-05-25
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPH01297140A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はプラズマ処理機に使用するプラズマ処理用電極
に関する。更に詳しくは、不用な放電を抑えた効率のよ
い電極に関する。

（従来の技術）プラズマ処理装置、特に大面積の試料や長尺物の連続処
理装置は、従来から提案されているが、運転の安定性、
品質の均一性及び放電の効率化という点で未だ十分なも
のはない。特に放電効率の改良を目的としたプラズマ処
理用電極の提案は皆無である。

例えば大面積かつ連続処理用プラズマ装置として、特開
昭58-65059号、同60-134061号、特公昭58-120860号、同
60-11150号、同60-11149号、同60-31937号、同60-31939
号、同60-54428号各公報、特開昭61-97337号、同61-157
537号、同61-228028号、特公昭60-11151号および同61-3
6862号各公報に提案されているが、いずれも電極の放電
効率の改良について言及または示唆しているものはな
い。

（発明が解決しようとする課題）長尺物の連続プラズマ処理で大きな問題点は、処理の不
均一性、電極の発熱による処理物の損傷等の品質面と処
理効率であるが、これはいずれも電極の放電効率と関連
している事を本発明者らは始めて解明し、本発明を完成
するに至った。

本発明の目的とするところは、効率的なプラズマ処理を
可能とする電極の提案であり、特に内部に空間を有する
電極の該内部空間での不用な放電を抑制した新規な電極
の提案である。

他の目的は、安定した放電を長時間維持しながら、電極
板の発熱を抑え、電極処理物の品質を安定化させる電極
の提案である。

（課題を解決するための手段）本発明は表面が金属を以って形成され、内部が実質的に
プラズマの内部発生を許さない程度に緻密な多孔質構造
に形成されてなるプラズマ処理用電極である。

好ましくは、その内部が直径10mm以下の空孔または空隙
を有する多孔質材料を以って充填されてなる。

かかる空孔または空隙の直径は5mm以下であることが更
に好ましい。

上記多孔質材料は好適には金属、ガラス類、セラミック
ス、合成高分子、樹脂、ゴムよりなる群から選ばれる。

本発明電極の更に好ましい態様は、温調用蛇管またはジ
ャケットを内蔵する。

本発明に適用される処理物としては、膜、フィルム、シ
ート或いは布帛等、平面状或いは比較的厚さが薄いもの
であり、特に限定はしない。

添付第１図、第２図及び第３図は本発明電極の一実施態
様を非接地電極について示すそれぞれ斜視図、縦断面図
およびプラズマ処理装置に取付けた状態を示す概略図で
ある。

第１図および第２図において、非接地電極10の輪郭は、
その被処理物の通過する両表面を金属板２を以って、ま
た両側面を側板３を以って形成し、その一頂端に電力導
入部１を取付けてなる。また該電極の内部は多孔質充填
材５を以って実質的にプラズマの内部発生を許さない程
度に緻密な多孔質構造に充填される。ここで「実質的に
プラズマの内部発生を許さない程度」とは、電力導入部
１より電力、例えば出力0.1W/cm²程度以上の高周波電力
を印加した場合に、電極内部において無用なプラズマが
内部発生する程度の大きさの空孔または空隙を有しない
ことを意味する。充填材のかかる程度の緻密性は、空孔
または空隙を全く有しない内実の材料から、或程度多孔
質の材料までを包含するが、装置の軽量化の観点からは
多孔質材料からなる充填材が好適である。

実質的にプラズマの内部発生を許さない程度の多孔質材
料においては、例えば、空孔の場合、その平均直径が約
10mm以下、また長孔の場合は平均直径または巾が約5mm
以下、更にまた巾広のスリット状空隙の場合は、その平
均巾が約4mm以下、好ましくは2mm以下の空孔または空隙
を有する。

電極内部を充填する充填材５の材料は、プラズマ処理を
行う時の真空度で容易に気化、分解しないものであれば
よく、例えば、電極板と同じ金属または別種の金属、ガ
ラス類、セラミックス、合成高分子、樹脂、ゴム或いは
その他の有機物や無機物が使用可能である。充填材の形
状としては、電極の重量増加を考慮すると、金属、ガラ
ス類、セラミックス、合成高分子、樹脂、ゴムの多孔質
のものがよく、更に好ましくは、セラミックスや架橋性
ポリマー、熱硬化性樹脂の多孔質のものがよい。それら
の材質は例えばガラス、硬質ガラス、石英等のガラス
類、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリエ
ステル樹脂、エポキシ樹脂等の硬化性樹脂類、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニ
ル、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカー
ボネート等の熱可塑性樹脂類、スチレン‐ブタジエンゴ
ム、ブタジエンゴム、アクリロニトリル‐プタジエンゴ
ム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等
のゴム類、アルミナ、ムライト、マグネシア、窒化ホウ
素、石綿、珪そう土等のセラミックス類及び通常の金属
類である。

本発明電極はその内部に冷媒を循環し得るジャケットま
たは蛇管４を備えることが好ましい。かかるジャケット
または蛇管は金属板２の裏面に添設することが最も望ま
しい。

（作用）非接地電極10には、プラズマ発生用の50Hz,60Hzの商業
用周波数、キロヘルツの低周波数及びメガヘルツからギ
ガヘルツ領域の高周波数の電力を導入して、接地電極と
の間で低温ガスプラズマを発生させる。

低温ガスプラズマの安定した発生の為には、数kHzから
数十kHzの低周波或いは高周波が好ましいが、13.56MHz
の高周波が処理効率、処理コスト等の点で特に好まし
い。非接地電極に電力を導入すると、接地電極の間でプ
ラズマ放電が発生する。プラズマ放電は、通常電極間の
みならず、各電極の廻りや電極内部の空間に無用かつ障
害となる放電を発生する。

プラズマ処理の効果は、電力の出力が大きい程大きくか
つ処理速度も大きくできるメリットがあるが、上述の無
用かつ障害となる放電も増大する。特に非接地電極で内
部に電極板を冷却する為のジャケットやパイプを有する
ものでは、電極内部空間で無用かつ障害となる内部プラ
ズマ放電が発生しやすい。例えば高周波出力が0.1W/cm²
程度より大きくなると、特に0.2W/cm²以上では電極内部
での放電が発生しやすい。

このように電極内部でのプラズマ放電は単に入力電力の
ロスであるばかりでなく、処理効率の低下、電極板の発
熱とそれによる装置の破損や処理物の品質低下等をひき
おこしコスト、品質面で大きな障害となる。

ところが本発明に提案する非接地電極はその内部が実質
的にプラズマの内部発生を許さない程度に緻密な多孔質
構造に形成されているため、高周波電力印加時において
も無用有害な内部プラズマの発生が防止される。

非接地電極10及び接地電極６は内蔵するジャケット、蛇
管等に冷媒を循環させて冷却又は温調する事により、被
処理物の加熱による損傷や処理ムラの発生を少なくする
ことができる。冷却、温調用の媒体としては流動性のあ
るものならばすべて使用しうるが、電気的に絶縁物であ
る純水、有機溶媒や熱交換用のガス、蒸気などが好まし
い。電極の冷却、温調により各種プラズマ処理、例えば
プラズマ重合、プラズマCVD、プラズマエッチング等に
最適の基板温度を設定できる。

第３図に示すように、非接地電極10と接地電極６とは等
距離はなれて設定する方が好ましい。電極間距離は入力
エネルギー、電極形状、真空度、処理速度、及びプラズ
マエッチングかプラズマ重合かプラズマCVDかという処
理方法により異なるが、一般的に真空度が小さく、入力
エネルギーが小さい場合は狭くする方がよく、通常10cm
以下、好ましくは5cm以下である。また、その間隔は電
極板の全面に亘って均一である事が好ましい。例えばポ
リエステル繊維からなる布帛の深色化加工に酸素プラズ
マを使う場合、真空度が1torr程度においては0.5〜3cm
程度が深色化速度、均一性の点で効果的である。

被処理物と電極板の相対的位置関係も、処理速度（被処
理物の走行速度）及び処理品質の点で極めて重要な因子
である。

例えばエッチング、表面凹凸化等では処理物は非接地電
極と接地電極との中間においた時は、処理効率が小さく
かつ処理ムラが極めて大きくなり実用的でない。処理物
が接地電極、非接地電極のいずれかに接していればかな
り処理効率が増大するが、非接地電極へ接触させた方が
更に効果的でより均一な処理が可能となる。しかし、非
接地電極は、上述したように従来プラズマ放電による発
熱が大きく、その為に処理物の損傷や処理ムラが生じて
いたが、本発明により内蔵した冷却用ジャケットまたは
蛇管の作用により上記発熱を吸収し、より効率的でより
均一な処理が可能となる。

（発明の効果）本発明によるプラズマ処理用電極を用いた場合、非接地
電極内部での無用な放電が防止でき、非接地電極と接地
電極との間での放電効率が増大し、かつ安定化できるこ
とは、電力の出力を増大させ得ることによる処理速度の
増大と相俟って、処理効率の著しい上昇をもたらす。

又、本電極を組み込む事によって、処理品質の改良、安
定化が達成でき、大面積の試料をローコストで連続的に
処理する大型・連続プラズマ処理装置が初めて可能にな
るなど工業的価値は大きい。

（実施例）以下実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。

実施例１〜３、比較例１〜４ 60d/48fのポリエステルフィラメントに250T/MのＳ撚を
かけた経糸と、75d/72fのポリエステルフィラメントに3
000T/MのS,Z撚をかけた緯糸からなるジョーゼット織物
を、常法でワッシャーしぼ立て後、180℃の乾熱中でセ
ットした。次いで90℃の20％カセイソーダ水溶液中に浸
漬して20％の減量処理を行った。この織物をカヤロンポ
リエステルブラックGSF（日本化薬（株）製）15％（o.
w.f.）で染色した後、還元洗滌して黒色のジョーゼット
織物を得た。

該織物にシリコーン系樹脂と部分フッ素化アクリル樹脂
の水分散溶液を重量比1:1になるように混合し、次いで
該織物重量当り１％o.w.f.になるよう常法により浸漬付
着し、乾燥後150℃で熱処理を行い固定した。

次いで織物を下記の条件で低温プラズマによりエッチン
グ処理を行った。プラズマ処理は、平均孔径3mm以下の
独立気泡を有するポリエステル樹脂により内部を充填し
た高さ50mm、長さ1200mm、巾400mmのアルミニウム板製
の非接地電極板に織物サンプルをはりつけ処理器内を10
^-2torrまで脱気後、O₂ガスを導入して0.3torrに調整
し、13.56MHzの高周波を非接地電極面積当り0.2W/cm²の
出力で印加して処理した。

比較例として、内部に充填材を充填しない電極で同様に
処理した。

第１表に処理時間を変えた時の試料のエッチングによる
重量減（ΔＷ）及び深色性（Ｌ−値）を示す。

実施例４〜９非接地電極の充填材に第２表に示すものを用いた以外は
前記実施例１〜３と同様にして４分間プラズマ処理を行
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電極の斜視図であり、第２図は側面に沿った縦断面図でありまた、第３図はプラズマ連続処理装置に本電極を組み込んだ状
態を示す概略図である。１……電力導入部、２……電極板３……側板、４……冷却用パイプ５……充填材、６……接地電極 7,8……ガイドローラ、９……処理物 10……非接地電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接地電極と対向するプラズマ処理表面が金
属を以って形成されると共に、該表面を通過する被処理
物の走行方向に沿って膨出した曲面を有し、内部が実質
的にプラズマの内部発生を許さない程度の多孔質構造を
有する材料を以て充填されてなる長尺物の連続プラズマ
処理用非接地電極。
【請求項２】内部が直径10mm以下の空孔または空隙を有
する多孔質材料を以って充填されてなる請求項１記載の
電極。
【請求項３】空孔または空隙の直径が5mm以下である請
求項２の電極。
【請求項４】多孔質材料が金属、ガラス質、セラミッ
ク、合成高分子、樹脂、ゴムよりなる群から選ばれる請
求項２記載の電極。
【請求項５】温調用蛇管またはジャケットを内蔵する請
求項１記載の電極。