JPH1033976A

JPH1033976A - 放電プラズマ処理方法及びその装置

Info

Publication number: JPH1033976A
Application number: JP8250408A
Authority: JP
Inventors: Takuya Yara; 卓也屋良; Motokazu Yuasa; 基和湯浅
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 1998-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】処理の際のガス雰囲気を問わず、大気圧近傍
の圧力下で均一な放電プラズマを発生させることにより
安定した放電プラズマ処理が行え、又、上記放電プラズ
マを利用して基材の表面処理を行う方法を提供する。【解決手段】大気圧近傍の圧力下において、対向して
配設された一対の電極２、３の少なくとも一方の対向面
側に固体誘電体４が装着された装置を用い、上記電極
２、３間にパルス電界を印加するとともに、紫外線の照
射下で電圧負荷を行って放電プラズマを発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大気圧近傍の圧力
下における放電プラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、低圧条件下でグロー放電プラ
ズマを発生させて、表面改質を行う方法が実用化されて
いる。しかし、低圧条件下における処理は工業的には不
利であるため、電子部品等の高価な処理品に対してし
か、適用されていない。このため、大気圧近傍の圧力下
で放電プラズマを発生させる方法が提案されている。例
えば、ヘリウム雰囲気下で処理を行う方法が特開平２−
４８６２６号公報に、アルゴンとアセトン及び／又はヘ
リウムからなる雰囲気下で処理を行う方法が特開平４−
７４５２５号公報に開示されている。

【０００３】しかしながら、上記方法はいずれも、ヘリ
ウム又はケトンを含有するガス雰囲気中でプラズマを発
生させるものであり、ガス雰囲気が限定される。又、ヘ
リウムは高価であるため工業的には不利であり、有機化
合物を含有させた場合には、有機化合物自身が被処理体
と反応する場合が多く、所望する表面改質処理ができな
いこといった問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的
とするところは、これらの問題点を解消し、処理の際の
ガス雰囲気を問わず、大気圧近傍の圧力下で均一な放電
プラズマを発生させることにより安定した放電プラズマ
処理を行うことができ、又、上記放電プラズマを利用し
て基材の表面処理を行う方法を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の
放電プラズマ処理方法においては、大気圧近傍の圧力下
において、対向して配設された一対の電極の少なくとも
一方の電極の対向面側に固体誘電体が装着された装置を
用い、上記電極間にパルス電界を印加することにより、
放電プラズマを発生させるものであり、且つ、上記パル
ス電界の電圧立ち上がり時に、上記一対の電極の間の空
間に向けて紫外線照射を行うことを特徴とする放電プラ
ズマ処理方法。

【０００６】請求項２記載の本発明の放電プラズマ処理
方法においては、請求項１記載の本発明の放電プラズマ
処理方法の紫外線の照射を真空紫外線とすることを特徴
とする。

【０００７】請求項３記載の本発明の放電プラズマ処理
方法においては、請求項１、又は２記載の本発明の放電
プラズマ処理方法の放電プラズマの発生を、アルゴン及
び／又は窒素からなる雰囲気中で行うことを特徴とす
る。

【０００８】請求項４記載の本発明の放電プラズマ処理
装置においては、対向して配設された一対の電極間にパ
ルス電界を印加することにより放電プラズマを発生させ
る装置であって、固体誘電体及び放電管が、上記電極の
一方又は双方の対向面側にそれぞれ独立に、又は並設し
て装着されていることを特徴とする。

【０００９】従来、大気圧近傍の圧力下では、ヘリウ
ム、ケトン等の特定のガス以外は、安定してプラズマ放
電状態が保持されずに、瞬時にアーク放電状態に移行す
ることが知られている。これに対して、パルス化された
電界を印加することにより、アーク放電に移行する前
に、再び放電を開始するというサイクルが実現されてい
ると考えらる。

【００１０】大気圧近傍の圧力下においては、本発明の
パルス化された電界を印加する方法により、ヘリウム、
ケトン等のプラズマ放電状態からアーク放電状態に至る
時間が長い成分を含有しない雰囲気において、初めて安
定して放電プラズマを発生させることが可能となる。上
記大気圧近傍の圧力とは、１００〜８００Ｔｏｒｒの圧
力を指す。更には、圧力調整が容易で装置が簡便となる
７００〜７８０Ｔｏｒｒの圧力がより好ましい。

【００１１】紫外線の照射はパルス電界の立ち上がり時
に行われる。この条件を満たすならば、紫外線の照射は
印加パルスに同期させて遮断させても、又、電界印加中
連続して照射してもよい。

【００１２】上記紫外線を照射する場合は、超高圧水銀
灯、高圧水銀灯、メタルハロライドランプ、キセノンラ
ンプ、低圧殺菌ランプ、エキシマレーザー、エキシマラ
ンプ等を用いることができる。得られる真空紫外線の強
度の観点からはエキシマレーザー、エキシマランプが、
又、照射面積の広さの観点からはエキシマランプが有利
である。上記エキシマレーザー、エキシマランプの発振
波長は媒質ガスの種類によって異なり、ＡｒＦレーザー
で１９３ｎｍ、Ｆ₂レーザーで１５７ｎｍ、Ｘｅ₂レー
ザーで１７２ｎｍ、Ｋｒ₂レーザーで１７２ｎｍであ
る。

【００１３】紫外線の照射形態は、連続光、パルス光い
ずれでもよく、連続光の場合、放電空間での照度が５〜
２００ｍＷ／ｃｍ²になるように、又、パルス光の場合
には、空間ての照射エネルギーが４０〜５００ｍＪ／ｃ
ｍ²に調整することが好ましい。照射量が少な過ぎると
放電を安定させる効果が十分得られない。

【００１４】大気圧放電では、プラズマは電極の間の空
間に集中するので、紫外線の照射は電極間の空間に照射
されることが好ましい。このため、ランプなどの拡散型
の光源を用いる場合は、照射光を内面が鏡面加工された
石英円筒等によって放電空間の直前まで減衰しないよう
に導くことが好ましい。

【００１５】尚、紫外線の内でも２００ｎｍ以下の波長
の真空紫外線によれば、照射による光電子放出、及びガ
ス電離の効果が大きいため、グロー放電状態を長く保つ
のに効果的であり、より安定した処理を行うことが可能
である。

【００１６】紫外線照射により、電極材料からの光電子
放出やガス電離が生じ、照射空間に電子を生成しておく
ことができる。空間に電子を均一に存在させておくこと
により、電界の集中によるアーク放電への移行を防ぎ、
グロー放電状態を長く保って安定した処理を可能とす
る。又、プラズマ生成中にも紫外線を照射していれば、
紫外線がガス分解に寄与することができるのでより高い
ブラズマ密度が得られる。従って、この放電を表面処理
に用いることにより、より高い処理効果が得られる。

【００１７】尚、本発明の方法によれば、空気中で放電
プラズマを発生させることも可能である。公知の低圧条
件下におけるプラズマ処理はもちろん、特定のガスを含
有させる大気圧条件下におけるプラズマ処理において
も、外気から遮断された密閉容器内で処理を行うことが
必須であったが、本発明の放電プラズマ処理方法によれ
ば、開放系での処理が可能となる。

【００１８】更に、パルス化された電界を印加する方法
によれば高密度のプラズマ状態を実現出来るため、連続
処理等の工業プロセスを行う上で大きな意義を有する。

【００１９】本発明のプラズマ発生方法は、一対の対向
電極を有し、当該電極の対向面の少なくとも一方に固体
誘電体が設置されている装置において行われる。プラズ
マが発生する部位は、上記電極の一方に固体誘電体を設
置した場合は、固体誘電体と電極の間、上記電極の双方
に固体誘電体を設置した場合は、固体誘電体同志の間の
空間である。

【００２０】上記電極としては、銅、アルミニウム等の
金属単体、ステンレス、真鍮等の合金、金属間化合物等
からなるものが挙げられる。又、上記電極は電界集中に
よるアーク放電の発生を避けるために、電極間の距離が
ほぼ一定となる構造であることが好ましく、この条件を
満たす電極構造としては、平行平板型、円筒対向平板
型、球対向平板型、双曲面対向平板型、同軸円筒型構造
等が挙げられる。

【００２１】上記固体誘電体は、上記電極の対向面の一
方又は双方に設置される。この際、固体誘電体によって
覆われずに電極同士が直接対向する部位があると、そこ
からアーク放電が生じるため固体誘電体と設置される側
の電極が密着し、かつ、接する電極の対向面を完全に覆
うようにする必要がある。

【００２２】上記固体誘電体としては、ポリテトラフル
オロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラス
チック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸
化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン
酸バリウム等の複酸化物等が挙げられる。

【００２３】上記固体誘電体の形状は、シート状でもフ
ィルム状でもよいが、厚みが０．０５〜４ｍｍであるこ
とが好ましく、厚すぎると放電プラズマを発生するのに
高電圧を要し、薄すぎると電圧印加時に絶縁破壊が起こ
りアーク放電が発生する。

【００２４】上記電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、
印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮し
て決定されるが、１〜５０ｍｍであることが好ましい。
１ｍｍ未満では、電極間の間隔を置いて設置するのに充
分でない。５０ｍｍを超えると、均一な放電プラズマを
発生させることが困難となる。

【００２５】図１にパルス電圧波形の例を示す。波形
（ａ）、（ｂ）はインパルス型、波形（ｃ）はパルス
型、波形（ｄ）は変調型の波形である。図１には電圧印
加が正負の繰り返しであるものを挙げたが、正又は負の
いずれかの極性側に電圧を印加するタイプのパルスを用
いてもよい。

【００２６】本発明におけるパルス電圧波形は、ここで
挙げた波形に限定されないが、パルス立ち上がり時間が
短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行わ
れる。上記立ち上がり時間は、用いる電源によって決定
されるため、可能な限り立ち上がり時間が短くなるよう
な電源を選択するのがよい。

【００２７】更に、パルス波形、立ち上がり時間、周波
数の異なるパルスを用いて変調を行ってもよく、このよ
うな変調は高速連続表面を行う上で有効である。又、パ
ルス周波数が高く、パルス幅は短い方が高速連続表面処
理に適している。

【００２８】パルス電界における電圧の大きさは適宜決
められるが、電極に印加した際に電界強度が１〜４０ｋ
Ｖ／ｃｍとなる範囲にすることが好ましい。１ｋＶ／ｃ
ｍ未満であると処理に時間がかかりすぎ、４０ｋＶ／ｃ
ｍを超えるとアーク放電が発生するためである。更に、
上記電圧の印加において、直流を重畳してもよい。

【００２９】請求項４記載のプラズマ処理装置において
は、紫外線源である放電管を電極に配置することを特徴
としている。図３にこのような処理装置の例をしめす。
上記放電管が装着された電極（以下予備電離電極と称す
る）は、例えば、図４に示すような構成が挙げられる。

【００３０】即ち、図４に示す予備電離電極（Ａ）、
（Ｂ）において、図３の放電管３０はガラス等の透明誘
電体よりなる誘電体製管３０ａ内に金属線３３ｂ（以下
放電管電極という）を挿通したものである。

【００３１】上記誘電体製管３０ａ電極２０に設けられ
た溝に並設される。上記誘電体製管３０ａは、一端を封
鎖し、他端は開放し、開放側より放電ガスが充満するよ
うにしておく。上記放電管３０は、図３に示すように、
上部電極２０のプラズマ発生空間側に配設する。

【００３２】放電管電極は、コンデンサーＣ４０を介
し、予備電離電極に対向する他方の電極と同電位にす
る。こうすることにより、予備電離電極（図３中の上部
電極２０）の金属面と対向電極（図３中の下部電極５
０）との間の主放電はコンデンサーＣ４０の充電後に行
われ、充電の間放電管３０内で放電が生じ、紫外線が照
射される。

【００３３】この方式によれば、主放電の前に自動的に
紫外線が放電空間に照射され、予備電離が可能となるた
め、独立した放電回路が必要なく、処理装置を簡単なも
のとすることができる。

【００３４】上記コンデンサーＣ４０の容量は、予備電
離電極３１の形状、寸法、予備電離電極と対向電極との
間の距離により異なるが、１００〜５０００ｐＦの範囲
で適切なものを選定すればよい。

【００３５】管３１ｂの材質は紫外線を透過するもので
あればよいが、加工の簡便さから石英等のガラスが好ま
しい。又、放電管の形態は図４の（Ａ）の直管型の他、
（Ｃ）に示すような円形型であってもよい。

【００３６】放電管の直径は、内部に挿入する電極線の
外径以上であればよいが、ガスが管内に導入され、且つ
放電が生じ易いように電極線の外径より１〜５ｍｍ程度
大きい方が好ましい。又、放電管を固定する溝は、少な
くとも電極面より高く放電管が出ていればよいので、放
電管の直径未満の深さであればよい。この溝の断面形状
は、本例のような半円形の他、凹形のようなものであっ
てもよい。

【００３７】放電管と誘電体の位置関係は、図３に示す
ように、対向電極の一方にそれぞれ独立して設ける以外
に、一方又は双方の電極に放電管と誘電体を併設するも
のであってもよい。

【００３８】本発明の方法により発生させた放電プラズ
マは、様々な分野に応用することができる。その例を挙
げると、放電プラズマに励起された化学種と基材表面の
反応を利用した表面改質処理、窒素酸化物の存在下で放
電プラズマを発生させることによる窒素酸化物の分解除
去処理、光源としての利用等が可能である。

【００３９】以下、基材の表面処理方法について詳述す
る。本発明の表面処理方法は、一対の対向電極を有し、
当該電極の対向面の少なくとも一方に固体誘電体が設置
されている装置において、上記電極の一方に固体誘電体
を設置した場合は固体誘電体と電極の間の空間、上記電
極の双方に固体誘電体を設置した場合は固体誘電体同志
の空間に基材を設置し、当該空間中に発生する放電プラ
ズマにより基材表面を処理するものである。

【００４０】本発明の表面処理を施される基材として
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポ
リカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテ
トラフルオロエチレン、アクリル樹脂等のプラスチッ
ク、ガラス、セラミック、金属等が挙げられる。基材の
形状としては、板状、フィルム状等のものが挙げられる
が、特にこれらに限定されるものてはない。本発明の表
面処理方法によれば、様々な形状を有する基材の処理に
容易に対応することが出来る。

【００４１】上記表面処理においては、上記放電プラズ
マ発生空間に存在する気体（以下、処理用ガスとい
う。）の選択により任意の処理が可能である。

【００４２】上記処理用ガスとしてフッ素含有化合物ガ
スを用いることによって、基材表面にフッ素含有基を形
成させて表面エネルギーを低くし、撥水性表面を得るこ
とが出来る。

【００４３】上記フッ素元素含有化合物としては、４フ
ッ化炭素（ＣＦ₄）、６フッ化炭素（Ｃ₂Ｆ₆）、６フ
ッ化プロピレン（ＣＦ₃ＣＦＣＦ₂）、８フッ化シクロ
ブタン（Ｃ₄Ｆ₈）等のフッ素−炭素化合物、１塩化３
フッ化炭素（ＣＣｌＦ₃）等のハロゲン−炭素化合物、
６フッ化硫黄（ＳＦ₆）等のフッ素−硫黄化合物等が挙
げられる。安全上の観点から、有害ガスであるフッ化水
素を生成しない４フッ化炭素、６フッ化炭素、６フッ化
プロピレン、８フッ化シクロブタンを用いることが好ま
しい。

【００４４】又、処理用ガスとして以下のような酸素元
素含有化合物、窒素元素含有化合物、硫黄元素含有化合
物を用いることにより、酸素気体、酸素気体と水素気体
の組合せ、オゾン、水蒸気、酸素元素を含有する有機化
合物気体を使用し、基材表面にカルボニル基、水酸基、
アミノ基等の親水性官能基を形成させて表面エネルギー
を高くし、親水性表面を得ることが出来る。

【００４５】上記酸素元素含有化合物としては、酸素、
オゾン、水、一酸化炭素、二酸化炭素、一酸化窒素、二
酸化窒素の他、メタノール、エタノール等のアルコール
類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、メタ
ナール、エタナール等のアルデヒド類等の酸素元素を含
有する有機化合物等が挙げられる。これらは単独でも２
種以上を混合して用いてもよい。さらに、上記酸素元素
含有化合物と、メタン、エタン等の炭化水素化合物のガ
スを混合して用いてもよい。又、上記酸素元素含有化合
物にフッ素元素含有化合物を５０体積％以下で添加する
ことにより親水化が促進される。上記フッ素元素含有化
合物としては上記例示と同様のものを用いればよい。

【００４６】又、窒素元素含有化合物としては、窒素、
アンモニア等が挙げられる。上記窒素元素含有化合物と
水素を混合して用いてもよい。

【００４７】上記硫黄元素含有化合物としては、二酸化
硫黄、三酸化硫黄等が挙げられる。又、硫酸を気化させ
て用いることも出来、これらは単独でも２種以上を混合
して用いてもよい。

【００４８】更に、分子内に親水性基と重合性不飽和結
合を有するモノマーの雰囲気下で処理を行うことによ
り、親水性の重合膜を形成させることも可能である。上
記親水性基としては、水酸基、スルホン酸基、スルホン
酸塩基、１級若しくは２級又は３級アミノ基、アミド
基、４級アンモニウム塩基、カルボン酸基、カルボン酸
塩基等の親水性基等が挙げられる。又、ポリエチレング
リコール鎖を有するモノマーを用いても同様に親水性重
合膜を堆積が可能である。

【００４９】上記モノマーとしては、アクリル酸、メタ
クリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ
−ジメチルアクリルアミド、アクリル酸ナトリウム、メ
タクリル酸ナトリウム、アクリル酸カリウム、メタクリ
ル酸カリウム、スチレンスルホン酸ナトリウム、アリル
アルコール、アリルアミン、ポリエチレングリコールジ
メタクリル酸エステル、ポリエチレングリコールジアク
リル酸エステル等が挙げられる。これらのモノマーは、
単独または混合して用いられる。

【００５０】上記親水性モノマーは一般に固体であるか
ら、溶媒に溶解させたものを減圧等の手段により気化さ
せて用いる。上記溶媒としては、メタノール、エタノー
ル、アセトン等の有機溶媒、水、及び、これらの混合物
等が挙げられる。

【００５１】更に、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｓｎ等の金属の金属−
水素化合物、金属−ハロゲン化合物、金属アルコラート
等の処理用ガスを用いて、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ
₂等の金属酸化物薄膜を形成させ、基材表面に電気的、
光学的機能を与えることができる。

【００５２】経済性及び安全性の観点から、上記処理用
ガスが不活性ガスによって希釈された雰囲気中で処理さ
れるのが好ましい。この不活性ガスとしては、ヘリウ
ム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス、窒素気体
等が挙げられ、これらは単独でも２種以上を混合して用
いてもよい。

【００５３】従来、大気圧近傍の圧力下においては、ヘ
リウムの存在下の処理が行われてきたが、本発明の方法
によれば、ヘリウムに比較して安価なアルゴン、窒素気
体中における安定した処理が可能であり、工業上大きな
優位性を有する。

【００５４】

【作用】本発明の放電プラズマ処理方法においては、大
気圧近傍の圧力下において、ガスの種類を問わず安定し
た均一なグロー放電を発生させることができる。又、放
電空間に照射した紫外線がガス電離に寄与することによ
り、ブラズマ放電をより高密度で行うことができ、表面
処理、薄膜堆積等において、短時間で高レベルの処理効
果が得られ、高速連続処理等の工業プロセスに大いに寄
与することが可能である。

【００５５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して発明の実施の
形態を説明する。（実施例１）本実施例において、図２に示す放電プラズ
マ発生用の装置１（ステンレス鋼製の容量が８リット
ル）に、上部電極２（ステンレス鋼製、大きさが直径６
０ｍｍで、直径１ｍｍの孔を５ｍｍ間隔で設けたもの）
と、下部電極３（ステンレス鋼製、大きさが直径６０ｍ
ｍ）を電極間距離５ｍｍで設置し、上記下部電極３上に
パイレックスガラス製（直径８０ｍｍの大きさで厚さ２
ｍｍ）の固体誘電体４を設けた。

【００５６】更に、上記固体誘電体４と上部電極２との
間の空間に真空紫外線源５（ウシオ電気機社製商品名
エキシマ光照射装置ＵＥＲ２０Ｈ−１７２Ｖ照射波長
１７２ｍｍ半値幅１４ｎｍ）からの真空紫外線を照射
できるように準備した。

【００５７】照射窓から上記上部電極２と下部電極３直
前までは、ランプガイド６（石英ガラス管製、管内部を
アルミニウムでコーティングしたもの、直径３０ｍｍで
長さが１００ｍｍの大きさ）を用い、紫外線を放電空間
まで減衰しないように導入した。

【００５８】ランプガイド６から出た紫外線は、上記両
電極２、３に挟まれた空間に両電極２、４と平行方向に
照射した。

【００５９】油回転ポンプ（図示しない）により装置１
内を０．１Ｔｏｏｒ以下まで排気した後に、アルゴンガ
スを流量１０００ｓｃｃｍでガス導入管７から供給し、
装置１内の圧力を７６０Ｔｏｏｒとした。次いで、真空
紫外線源５のランプを点灯し、紫外線を両電極２、３間
に照射しつつ、両電極２、３間に４ＫＨｚ、立ち上がり
時間５μｓｅｃのインパルス電界〔波形（ａ）〕を印加
し、放電（プラズマ発光）が得られるまで電圧を加えて
いったところ、ピーク・ピーク電圧２ＫＶで放電が開始
され、一様な発光を示した。上記発光は、７６３ｎｍに
主たる輝線を持つ発光が観測された。更に、印加電圧を
上昇させると、ピーク・ピーク電圧１０ＫＶでアーク放
電に移行した。

【００６０】（実施例２）放電雰囲気に窒素を用い以外
は上記実施例１と同様に行った。紫外線を照射しつつ、
実施例１と同様のインパルス電界を印加しつつ、放電が
得られるまで印加電圧を加えたところ、ピーク・ピーク
電圧８ＫＶで放電が開始され、一様な発光を示した。上
記発光は、３３７ｎｍに主たる輝線を持つ発光が観測さ
れた。更に、印加電圧を上昇させたが、電源限界のピー
ク・ピーク電圧４０ＫＶでもアーク放電は生じなかっ
た。

【００６１】（実施例３）本実施例は、はっ水処理に関
する。上記実施例１に示した装置１を用い、ＰＥＴ基材
を固体誘電体４上に設置し、油回転ポンプで装置１内を
０．１Ｔｏｏｒ以下まで排気した後に、放電雰囲気とし
てＣＦ４ガス流量１０００ｓｃｃｍとアルゴンガス流量
１０００ｓｃｃｍとの混合ガスをガス導入管７から供給
し、装置１内の圧力を７６０Ｔｏｏｒとした。次いで、
真空紫外線源５のランプを点灯し、紫外線を両電極２、
３間に照射しつつ、両電極２、３間に４ＫＨｚ、立ち上
がり速度５μｓｅｃ、ピーク・ピーク電圧４ＫＶのイン
パルス電界を印加し、ＰＥＴ基材表面をプラズマに接触
させて処理品を得た。上記処理品をＸ線光電子分光法に
より表面Ｆ量を測定したところ、炭素量との比Ｆ／Ｃが
１．８であった。

【００６２】（実施例４）本実施例は、親水水処理に関
する。固体誘電体４上にＰＥＴ基材を設置下以外は、上
記実施例２と同様に行った。印加電圧ピーク・ピーク電
圧２０ＫＶのインパルス電界を５秒間印加してＰＥＴ基
材表面をプラズマに接触させて処理品を得た。上記処理
品をＸ線光電子分光法により表面Ｎ量を測定したとこ
ろ、炭素量との比Ｎ／Ｃが０．４であった。

【００６３】（実施例５）本実施例において、図３に示
す放電プラズマ発生用の装置１０（ステンレス鋼製の容
量が８リットル）の上部電極２０に、図４の（Ａ）に示
す予備電離電極３１を用いた。この予備電離電極３１
は、ステンレス鋼製で、大きさが直径８０ｍｍ、深さ
４．５ｍｍの半円形溝が１０ｍｍ間隔で３溝設けられ、
この溝に一端が封鎖された直径５ｍｍのガラス管を装着
し、このガラス管中に錫メッキ線を挿入して放電電極と
した。この上部電極２０と下部電極５０（ステンレス鋼
製、大きさが直径６０ｍｍ）を電極間距離５ｍｍで設置
し、上記下部電極５０上にパイレックスガラス製（直径
８０ｍｍの大きさで厚さ２ｍｍ）の誘電体６０を設け
た。

【００６４】この誘電体６０と上部電極２０との間の空
間に放電を発生させた。ガラス管中の錫メッキ線は２０
００ｐｆのコンデイサーを介して非接地側である上部電
極２０と接触されており、主放電に先駆けて錫メッキ線
と上部電極との間で放電が生じるようになっている。こ
の予備放電により紫外線を発生させることができる。

【００６５】油回転ポンプ（図示しない）により装置１
内を０．１Ｔｏｏｒ以下まで排気した後に、アルゴンガ
スを流量１０００ｓｃｃｍでガス導入管７から供給し、
装置１内の圧力を７６０Ｔｏｏｒとした。両電極間に４
ＫＨｚ、立ち上がり時間５μｓｅｃのインパルス電界
〔波形（ａ）〕を印加し、放電（プラズマ発光）が得ら
れるまで電圧を加えていったところ、ピーク・ピーク電
圧１ＫＶで放電が開始され、一様な発光を示した。上記
発光は、７６３ｎｍに主たる輝線を持つ発光が観測され
た。更に、印加電圧を上昇させると、ピーク・ピーク電
圧１２ＫＶでアーク放電に移行した。

【００６６】（実施例６）放電雰囲気に窒素を用い以外
は上記実施例５と同様に行った。実施例５と同様のイン
パルス電界を印加しつつ、放電が得られるまで印加電圧
を加えたところ、ピーク・ピーク電圧７ＫＶで放電が開
始され、一様な発光を示した。上記発光は、３３７ｎｍ
に主たる輝線を持つ発光が観測された。更に、印加電圧
を上昇させたが、電源限界のピーク・ピーク電圧４０Ｋ
Ｖでもアーク放電は生じなかった。

【００６７】（実施例７）本実施例は、はっ水処理に関
する。上記実施例５に示した装置１０を用い、ＰＥＴ基
材を固体誘電体４上に設置し、油回転ポンプで装置１内
を０．１Ｔｏｏｒ以下まで排気した後に、放電雰囲気と
してＣＦ４ガス流量２０ｓｃｃｍとアルゴンガス流量９
８０ｓｃｃｍとの混合ガスをガス導入管７から供給し、
装置１内の圧力を７６０Ｔｏｏｒとした。次いで、両電
極間に４ＫＨｚ、立ち上がり速度５μｓｅｃ、ピーク・
ピーク電圧４ＫＶのインパルス電界を印加し、ＰＥＴ基
材表面をプラズマに接触させて処理品を得た。上記処理
品をＸ線光電子分光法により表面Ｆ量を測定したとこ
ろ、炭素量との比Ｆ／Ｃが１．８であった。

【００６８】（実施例８）本実施例は、親水水処理に関
する。誘電体６０上にＰＥＴ基材を設置下以外は、上記
実施例６と同様に行った。印加電圧ピーク・ピーク電圧
２０ＫＶのインパルス電界を５秒間印加してＰＥＴ基材
表面をプラズマに接触させて処理品を得た。上記処理品
をＸ線光電子分光法により表面Ｎ量を測定したところ、
炭素量との比Ｎ／Ｃが０．５であった。

【００６９】（比較例１）紫外線照射を行わない以外
は、上記実施例１と同様に行った。放電（プラズマ発
光）が得られるまで電圧を加えていったところ、ピーク
・ピーク電圧４ＫＶで放電を開始した。アーク放電は、
ピーク・ピーク電圧６ＫＶで移行した。

【００７０】安定してグロー放電が可能な電圧領域は、
ピーク・ピーク電圧４ＫＶから２ＫＶの区間である。
尚、紫外線照射を行った実施例１においては、ピーク・
ピーク電圧２ＫＶから８ＫＶの区間であった。

【００７１】（比較例２）紫外線照射を行わない以外
は、上記実施例２と同様に行った。放電（プラズマ発
光）が得られるまで電圧を加えていったところ、ピーク
・ピーク電圧１２ＫＶで放電を開始した。アーク放電
は、ピーク・ピーク電圧３０ＫＶで移行した。

【００７２】安定してグロー放電が可能な電圧領域は、
ピーク・ピーク電圧１２ＫＶから１８ＫＶの区間であ
る。尚、紫外線照射を行った実施例２においては、ピー
ク・ピーク電圧８ＫＶから３２ＫＶの区間であった。

【００７３】（比較例３）紫外線照射を行わない以外
は、上記実施例３と同様に行った。処理品をＸ線光電子
分光法により表面Ｆ量を測定したところ、炭素量との比
Ｆ／Ｃが１．４であった。

【００７４】（比較例４）紫外線照射を行わない以外
は、上記実施例４と同様に行った。処理品をＸ線光電子
分光法により表面Ｎ量を測定したところ、炭素量との比
Ｎ／Ｃが０．２であった。

【００７５】

【発明の効果】本発明の放電プラズマ処理方法及びその
装置においては、大気圧近傍の圧力下において、ガスの
種類を問わず安定した均一なグロー放電を発生させるこ
とができる。又、放電空間に照射した紫外線がガス電離
に寄与することにより、ブラズマ放電をより高密度で行
うことができ、表面処理、薄膜堆積等において、短時間
で高レベルの処理効果が得られ、高速連続処理等の工業
プロセスに大いに寄与することが可能となった。従っ
て、放電プラズマ処理方法及びその装置として好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の放電プラズマ処理方法に用いら
れるパルス電界の一例を示す波形図。（ｂ）本発明の放電プラズマ処理方法に用いられるパル
ス電界の一例を示す波形図。（ｃ）本発明の放電プラズマ処理方法に用いられるパル
ス電界の一例を示す波形図。（ｄ）本発明の放電プラズマ処理方法に用いられるパル
ス電界の一例を示す波形図。

【図２】本発明の放電プラズマ処理方法に用いられる放
電プラズマ処理装置の一例を示す構成図。

【図３】本発明の放電プラズマ処理装置の一例を示す構
成図。

【図４】（Ａ）本発明の放電プラズマ処理装置に用いら
れる予備電離電極の例を示す平面図。（Ｂ）図３（Ａ）の正面図。（Ｃ）予備電離電極の他の例を示す平面図。

【符号の説明】

１、１０処理装置２、２０上部電極３、５０下部電極４、６０（固体）誘電体５真空紫外線源６ランプガイド７ガス導入管３０放電管３０ａ誘電体製管３０ｂ金属線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大気圧近傍の圧力下において、対向して
配設された一対の電極の少なくとも一方の電極の対向面
側に固体誘電体が装着された装置を用い、上記電極間に
パルス電界を印加することにより、放電プラズマを発生
させるものであり、且つ、上記パルス電界の電圧立ち上
がり時に、上記一対の電極の間の空間に向けて紫外線照
射を行うことを特徴とする放電プラズマ処理方法。
【請求項２】上記紫外線の照射を真空紫外線とするこ
とを特徴とする請求項１記載の放電プラズマ処理方法。
【請求項３】アルゴン及び／又は窒素からなる雰囲気
中で、放電プラズマを発生させることを特徴とする請求
項１、又は２に記載の放電プラズマ処理方法。
【請求項４】対向して配設された一対の電極間にパル
ス電界を印加することにより放電プラズマを発生させる
装置であって、固体誘電体及び放電管が、上記電極の一
方又は双方の対向面側にそれぞれ独立に、又は並設して
装着されていることを特徴とする放電プラズマ処理装
置。