JPH11106531A - 放電プラズマ処理装置 - Google Patents
放電プラズマ処理装置Info
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- JPH11106531A JPH11106531A JP9273037A JP27303797A JPH11106531A JP H11106531 A JPH11106531 A JP H11106531A JP 9273037 A JP9273037 A JP 9273037A JP 27303797 A JP27303797 A JP 27303797A JP H11106531 A JPH11106531 A JP H11106531A
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32532—Electrodes
- H01J37/32541—Shape
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
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長時間にわたって、しか
も安定に発生させることができる電極を用いた放電プラ
ズマ処理装置を提供する。 【解決手段】大気圧近傍の圧力下のガス雰囲気中で一対
の電極を対向配置し、この一対の電極の少なくとも一方
の電極対向面に固体誘電体を設置した状態でこの一対の
電極間に電圧を印加することにより発生した放電プラズ
マを用いる放電プラズマ処理装置である。この一対を構
成する電極１は、互いに平行な放電面１ａを有してお
り、放電面１ａの周縁１ａ1 から側面１ｃにかけて曲面
となるように形成されている。
圧力下で均一な放電プラズマを長時間にわたって、しか
も安定に発生させることができる電極を用いた放電プラ
ズマ処理装置を提供する。 【解決手段】大気圧近傍の圧力下のガス雰囲気中で一対
の電極を対向配置し、この一対の電極の少なくとも一方
の電極対向面に固体誘電体を設置した状態でこの一対の
電極間に電圧を印加することにより発生した放電プラズ
マを用いる放電プラズマ処理装置である。この一対を構
成する電極１は、互いに平行な放電面１ａを有してお
り、放電面１ａの周縁１ａ1 から側面１ｃにかけて曲面
となるように形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、常圧、すなわち大
気圧近傍の圧力下において放電プラズマ処理を行う放電
プラズマ処理装置に関する。
気圧近傍の圧力下において放電プラズマ処理を行う放電
プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、低圧条件下でグロー放電させ
ることによって発生するプラズマを用いて、薄膜形成を
行う方法が実用化されている。しかし、この低圧条件下
での処理は、真空容器や真空装置が必要であり、バッチ
的に処理を行う毎に、この真空容器内の真空を解除し
て、新たに真空引きを行う必要があるため、工業的には
大変不利であった。そのため、電子部品等の高価な物品
に対しての適用しかなされていなかった。
ることによって発生するプラズマを用いて、薄膜形成を
行う方法が実用化されている。しかし、この低圧条件下
での処理は、真空容器や真空装置が必要であり、バッチ
的に処理を行う毎に、この真空容器内の真空を解除し
て、新たに真空引きを行う必要があるため、工業的には
大変不利であった。そのため、電子部品等の高価な物品
に対しての適用しかなされていなかった。
【０００３】上記のような問題を解決するために、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種々
提案されている。例えば、特公平２−４８６２６号公報
には、大気圧近傍のヘリウムとケトンの混合雰囲気下で
発生させたプラズマを用いて処理を行う方法が開示され
ており、また、特開平４−７４５２５号公報には、アル
ゴン並びにヘリウム及び／又はアセトンからなる大気圧
近傍の雰囲気下で平行平板型の対向電極に交流電圧を印
加して発生させたプラズマにより処理を行う方法が開示
されている。
圧近傍の圧力下で放電プラズマを発生させる方法が種々
提案されている。例えば、特公平２−４８６２６号公報
には、大気圧近傍のヘリウムとケトンの混合雰囲気下で
発生させたプラズマを用いて処理を行う方法が開示され
ており、また、特開平４−７４５２５号公報には、アル
ゴン並びにヘリウム及び／又はアセトンからなる大気圧
近傍の雰囲気下で平行平板型の対向電極に交流電圧を印
加して発生させたプラズマにより処理を行う方法が開示
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、長時間の放
電を行うとプラズマ中の粒子と電極との衝突や輻射熱に
よって電極の温度が上昇するため、熱電子が放出しやす
くなる。その結果、熱電子の空間密度が高くなり、グロ
ー放電空間中に電子の偏りが生じて、グロー放電はアー
ク放電に移行しやすくなる。一度アーク放電が生じると
電圧が印加されている限りアーク電流が流れ続けるた
め、プラズマが高温となり、処理物や電極自体が溶融し
てしまう問題が生じる。特に、大気圧近傍の圧力下にお
いては放電空間内に存在する粒子密度が高いため、この
現象は無視できないものとなる。
電を行うとプラズマ中の粒子と電極との衝突や輻射熱に
よって電極の温度が上昇するため、熱電子が放出しやす
くなる。その結果、熱電子の空間密度が高くなり、グロ
ー放電空間中に電子の偏りが生じて、グロー放電はアー
ク放電に移行しやすくなる。一度アーク放電が生じると
電圧が印加されている限りアーク電流が流れ続けるた
め、プラズマが高温となり、処理物や電極自体が溶融し
てしまう問題が生じる。特に、大気圧近傍の圧力下にお
いては放電空間内に存在する粒子密度が高いため、この
現象は無視できないものとなる。
【０００５】本発明はこれらの問題に鑑みてなされたも
ので、大気圧近傍の圧力下で均一な放電プラズマを長時
間にわたって、しかも安定に発生させることができる電
極を用いて処理の際のガス雰囲気を問わずに放電プラズ
マ処理を行うための装置を提供することを目的としてい
る。
ので、大気圧近傍の圧力下で均一な放電プラズマを長時
間にわたって、しかも安定に発生させることができる電
極を用いて処理の際のガス雰囲気を問わずに放電プラズ
マ処理を行うための装置を提供することを目的としてい
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の放電プラズマ処理装置は、大気圧近傍の圧
力下のガス雰囲気中で一対の電極を対向配置し、この一
対の電極の少なくとも一方の電極対向面に固体誘電体を
設置した状態でこの一対の電極間に電圧を印加すること
により発生した放電プラズマを用いる放電プラズマ処理
装置において、上記一対を構成する電極は、互いに平行
な放電面を有しており、放電面の周縁から側面にかけて
曲面となるよう形成されていることによって特徴付けら
れている。
め、本発明の放電プラズマ処理装置は、大気圧近傍の圧
力下のガス雰囲気中で一対の電極を対向配置し、この一
対の電極の少なくとも一方の電極対向面に固体誘電体を
設置した状態でこの一対の電極間に電圧を印加すること
により発生した放電プラズマを用いる放電プラズマ処理
装置において、上記一対を構成する電極は、互いに平行
な放電面を有しており、放電面の周縁から側面にかけて
曲面となるよう形成されていることによって特徴付けら
れている。
【０００７】なお、上記放電面の周縁から側面にかけて
曲面が有する曲率半径が上記一対の放電電極間隔の０．
５倍以上であることが望ましい。
曲面が有する曲率半径が上記一対の放電電極間隔の０．
５倍以上であることが望ましい。
【０００８】さらに、上記一対を構成する電極内にそれ
ぞれ液体を循環させるための循環路が形成されていると
ともに、放電中のプラズマにより加熱された上記電極表
面温度を１００℃以下とするよう上記循環路内に冷媒を
循環するよう構成されることが望ましい。
ぞれ液体を循環させるための循環路が形成されていると
ともに、放電中のプラズマにより加熱された上記電極表
面温度を１００℃以下とするよう上記循環路内に冷媒を
循環するよう構成されることが望ましい。
【０００９】さらに、本発明の常圧プラズマ用電極は、
上記一対を構成する電極内にそれぞれ液体を循環させる
ための循環路が形成されているとともに、放電中のプラ
ズマにより加熱された上記電極表面温度を１００℃以下
とするよう上記循環路内に冷媒を循環するよう構成され
ていることが好ましい。
上記一対を構成する電極内にそれぞれ液体を循環させる
ための循環路が形成されているとともに、放電中のプラ
ズマにより加熱された上記電極表面温度を１００℃以下
とするよう上記循環路内に冷媒を循環するよう構成され
ていることが好ましい。
【００１０】本発明の常圧プラズマ用電極を上記の構成
とした根拠は、まず、電極形状がアーク放電の発生を抑
えるために重要であることが、本出願人らの研究によっ
て明らかになったことに基づいている。
とした根拠は、まず、電極形状がアーク放電の発生を抑
えるために重要であることが、本出願人らの研究によっ
て明らかになったことに基づいている。
【００１１】すなわち、アーク放電は電界が集中する箇
所から生じやすいため、電極の角部のような箇所から生
じやすい。つまり、電極同士の対向面である放電面と側
面の接面がなす角度が９０度に近い従来の電極形状で
は、電界集中が生じ、対向する角部間にアーク放電が発
生する。このようなアーク放電は、電極間にグロー放電
箇所が集中する大気圧近傍での放電では特に生じやす
い。それを避けるためには放電面から底面にいたる側面
形状の変化が緩やかであることが必要であり、より確実
に電界集中を避けるためには放電面の周縁から側面にか
けて曲面となることが必要であることが判明した。本発
明においては、対向する電極の双方が放電面周縁に曲面
を有するものであってもよいが、一方の電極のみがこの
ような構成をとり、他方の電極は電界集中が問題となら
ない程度まで同一平面を形成するものであってもよい。
すなわち、この場合は、当該一対を構成する電極は互い
に平行な放電面を有しており、一方の電極の放電面の周
縁から側面にかけて曲面となるよう形成され、他方の電
極の放電面は上記一方の電極の放電面の投影面の周縁か
ら、電極間距離の１．２倍以上の長さに延長されてなる
構成である。
所から生じやすいため、電極の角部のような箇所から生
じやすい。つまり、電極同士の対向面である放電面と側
面の接面がなす角度が９０度に近い従来の電極形状で
は、電界集中が生じ、対向する角部間にアーク放電が発
生する。このようなアーク放電は、電極間にグロー放電
箇所が集中する大気圧近傍での放電では特に生じやす
い。それを避けるためには放電面から底面にいたる側面
形状の変化が緩やかであることが必要であり、より確実
に電界集中を避けるためには放電面の周縁から側面にか
けて曲面となることが必要であることが判明した。本発
明においては、対向する電極の双方が放電面周縁に曲面
を有するものであってもよいが、一方の電極のみがこの
ような構成をとり、他方の電極は電界集中が問題となら
ない程度まで同一平面を形成するものであってもよい。
すなわち、この場合は、当該一対を構成する電極は互い
に平行な放電面を有しており、一方の電極の放電面の周
縁から側面にかけて曲面となるよう形成され、他方の電
極の放電面は上記一方の電極の放電面の投影面の周縁か
ら、電極間距離の１．２倍以上の長さに延長されてなる
構成である。
【００１２】上記のように、側面は曲率を有することが
必要であるが、この曲率はその部分に擬似的に球電極が
あると想定するとその曲率半径は電極間隔の０．５倍以
上、すなわち、電極間隔と同じ大きさ以上の球電極の存
在を考えれば電界集中を避けることができる。なお、曲
率半径の上限は電極の物理的形状が許す範囲であればよ
い。
必要であるが、この曲率はその部分に擬似的に球電極が
あると想定するとその曲率半径は電極間隔の０．５倍以
上、すなわち、電極間隔と同じ大きさ以上の球電極の存
在を考えれば電界集中を避けることができる。なお、曲
率半径の上限は電極の物理的形状が許す範囲であればよ
い。
【００１３】また、上記したように、電極の加熱が放電
の安定性を損なう原因であるから、電極を冷却する手段
が有効である。そのため、本発明の電極には、電極内部
に冷媒を循環させるための循環路が設けられている。本
出願人らの研究の結果、アーク放電を防ぐには電極の表
面温度を１００℃以下に保つことが必要であることが判
明している。この冷媒の冷却能力は投入電力、放電時
間、処理ガスの種類によって左右されるが、表面温度を
１００℃以下になるようにこれらの条件を設定すればよ
い。冷媒としては、水、エチレングリコール、油などの
ように、熱容量が大きく、粘度が低い液体を選択し、必
要な冷却温度に応じて凝固点を選択すればよい。ただ
し、高電圧を印加する電極中に循環させるため、絶縁物
であることが望ましい。
の安定性を損なう原因であるから、電極を冷却する手段
が有効である。そのため、本発明の電極には、電極内部
に冷媒を循環させるための循環路が設けられている。本
出願人らの研究の結果、アーク放電を防ぐには電極の表
面温度を１００℃以下に保つことが必要であることが判
明している。この冷媒の冷却能力は投入電力、放電時
間、処理ガスの種類によって左右されるが、表面温度を
１００℃以下になるようにこれらの条件を設定すればよ
い。冷媒としては、水、エチレングリコール、油などの
ように、熱容量が大きく、粘度が低い液体を選択し、必
要な冷却温度に応じて凝固点を選択すればよい。ただ
し、高電圧を印加する電極中に循環させるため、絶縁物
であることが望ましい。
【００１４】また、本発明の放電プラズマ処理装置は、
上記一対の電極のうち少なくとも一方の電極対向面に
固体誘電体が設置され、かつ、上記一方の電極の対向面
に設置された固体誘電体と他方の電極との間または上記
一対の電極双方の対向面に設置された固体誘電体間に、
基材が配置されるとともに、上記一対の電極間にパルス
状の電圧を供給するパルス電源を備えてなり、大気圧近
傍の圧力下で、上記一対の電極間にパルス状の電圧を印
加することにより発生させた放電プラズマで上記基材の
表面を処理するよう構成してもよい。
上記一対の電極のうち少なくとも一方の電極対向面に
固体誘電体が設置され、かつ、上記一方の電極の対向面
に設置された固体誘電体と他方の電極との間または上記
一対の電極双方の対向面に設置された固体誘電体間に、
基材が配置されるとともに、上記一対の電極間にパルス
状の電圧を供給するパルス電源を備えてなり、大気圧近
傍の圧力下で、上記一対の電極間にパルス状の電圧を印
加することにより発生させた放電プラズマで上記基材の
表面を処理するよう構成してもよい。
【００１５】この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
生じやすくなるため、固体誘電体はこれを設置する側の
電極に密着させ、密着する電極の対向面を完全に覆うよ
うに設置する。
士が直接対向する部位があると、そこからアーク放電が
生じやすくなるため、固体誘電体はこれを設置する側の
電極に密着させ、密着する電極の対向面を完全に覆うよ
うに設置する。
【００１６】ここで用いられる固体誘電体の厚みは、１
０〜２０００μｍが望ましい。この固体誘電体の厚み
は、厚いほど高耐圧となるが、２０００μｍ以上の金属
酸化物被膜を被覆すると被膜中に微小な亀裂が含有され
てしまうため、熱収縮によるひび割れが生じる恐れがあ
る。
０〜２０００μｍが望ましい。この固体誘電体の厚み
は、厚いほど高耐圧となるが、２０００μｍ以上の金属
酸化物被膜を被覆すると被膜中に微小な亀裂が含有され
てしまうため、熱収縮によるひび割れが生じる恐れがあ
る。
【００１７】本発明の放電プラズマ処理装置において、
一対の電極間にパルス状の電圧を印加することにより、
用いる雰囲気ガスの自由度を増大させ得ることから好ま
しい。すなわち、表面処理等に用いられるグロー放電に
よるプラズマ発生は、空間に存在する電子の密度が高い
程、効率よくガスが分解され、処理効果が高いことが知
られている。また、放電により多くのガスを分解して高
い電子密度を得るには、高いガス圧下でのガス放電が有
効である。しかしながら、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のガスでは、安定し
てグロー放電状態が継続されず、瞬時にアーク放電に移
行することが知られている。
一対の電極間にパルス状の電圧を印加することにより、
用いる雰囲気ガスの自由度を増大させ得ることから好ま
しい。すなわち、表面処理等に用いられるグロー放電に
よるプラズマ発生は、空間に存在する電子の密度が高い
程、効率よくガスが分解され、処理効果が高いことが知
られている。また、放電により多くのガスを分解して高
い電子密度を得るには、高いガス圧下でのガス放電が有
効である。しかしながら、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のガスでは、安定し
てグロー放電状態が継続されず、瞬時にアーク放電に移
行することが知られている。
【００１８】そこで、本発明においては、このような特
定のガス以外の雰囲気ガス、つまりグロー放電状態から
アーク放電状態に到るまでの時間が長い成分を含有しな
い雰囲気ガスを用いる場合、大気圧近傍の圧力下におい
て前記したガス雰囲気中でグロー放電を支配的にするた
めに、電極間にパルス状の電圧を印加して、その間にパ
ルス化された電界を形成する。このようなパルス電界の
形成により、電極間の放電は、グロー放電からアーク放
電に移行する前に止まり、電極間にこのような周期的に
パルス電界を形成すれば、微視的にはパルス的なグロー
放電が繰り返し発生し、結果としてグロー放電状態が継
続することになる。
定のガス以外の雰囲気ガス、つまりグロー放電状態から
アーク放電状態に到るまでの時間が長い成分を含有しな
い雰囲気ガスを用いる場合、大気圧近傍の圧力下におい
て前記したガス雰囲気中でグロー放電を支配的にするた
めに、電極間にパルス状の電圧を印加して、その間にパ
ルス化された電界を形成する。このようなパルス電界の
形成により、電極間の放電は、グロー放電からアーク放
電に移行する前に止まり、電極間にこのような周期的に
パルス電界を形成すれば、微視的にはパルス的なグロー
放電が繰り返し発生し、結果としてグロー放電状態が継
続することになる。
【００１９】以上のように、大気圧近傍の圧力下で、ヘ
リウムやケトン等のグロー放電状態からアーク放電状態
に到るまでの時間の長い成分を有しない雰囲気中では、
放電面周縁が曲面処理された電極を用い、電極間にパル
ス化した電界を形成することにより、実用化レベルで安
定した放電プラズマ処理を行うことができる。
リウムやケトン等のグロー放電状態からアーク放電状態
に到るまでの時間の長い成分を有しない雰囲気中では、
放電面周縁が曲面処理された電極を用い、電極間にパル
ス化した電界を形成することにより、実用化レベルで安
定した放電プラズマ処理を行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下、図
面に基づいて説明する。
面に基づいて説明する。
【００２１】図１は本発明の常圧プラズマ用電極の実施
の形態の外観斜視図である。図２は図１におけるＡ−Ａ
断面図、図３は図１におけるＢ−Ｂ断面図を示す。
の形態の外観斜視図である。図２は図１におけるＡ−Ａ
断面図、図３は図１におけるＢ−Ｂ断面図を示す。
【００２２】常圧プラズマ用電極として用いる場合、こ
の電極１を一対構成し、平行平板型とする。電極１は放
電面１ａと、この放電面１ａに平行かつこの放電面形状
と略相似形をなす底面１ｂと、この底面１ｂと放電面１
ａとに挟まれた側面１ｃとを有する。この側面１ｃは、
放電面１ａの周縁１ａ1 から曲面をもって底面１ｂまで
続くものである。また、本図では側面１ｃは放電面１ａ
に平行な断面がこの放電面１ａと略相似形をなし、かつ
底面１ｂに向かうに従いその断面積が増加する形状をな
している。また、側面１ｃの曲面の曲率半径が一対の放
電電極間隔の０．５倍以上とするよう形成されている。
さらに、電極１内に液体を循環させるための循環路２が
形成されている。放電プラズマ処理装置に設置され、使
用状態では放電中のプラズマにより加熱された電極１の
表面温度を１００℃以下とするよう上記循環路内に冷媒
を循環させる。
の電極１を一対構成し、平行平板型とする。電極１は放
電面１ａと、この放電面１ａに平行かつこの放電面形状
と略相似形をなす底面１ｂと、この底面１ｂと放電面１
ａとに挟まれた側面１ｃとを有する。この側面１ｃは、
放電面１ａの周縁１ａ1 から曲面をもって底面１ｂまで
続くものである。また、本図では側面１ｃは放電面１ａ
に平行な断面がこの放電面１ａと略相似形をなし、かつ
底面１ｂに向かうに従いその断面積が増加する形状をな
している。また、側面１ｃの曲面の曲率半径が一対の放
電電極間隔の０．５倍以上とするよう形成されている。
さらに、電極１内に液体を循環させるための循環路２が
形成されている。放電プラズマ処理装置に設置され、使
用状態では放電中のプラズマにより加熱された電極１の
表面温度を１００℃以下とするよう上記循環路内に冷媒
を循環させる。
【００２３】常圧プラズマ用電極の実施の形態として
は、上記した図１乃至図３に示す構造のものや、図４乃
至図６にに示す構造のものが適用される。これらの電極
はいずれも上記した本発明の常圧プラズマ用電極として
の特徴を備えたものとなっている。図６に示す構造の電
極１３においては、放電面１３ａの形状は楕円形をな
し、図１に示す電極１の放電面１ａの形状が四つの角に
丸みをおびた略長方形である点で異なるが、電極１３内
に循環路（図示せず）も同様に形成されている。図４お
よび図５に示す電極１１、１２についても同様である。
なお、図４に示す電極１１の側面は、曲面部分１１ｃ1
と平面部分１１ｃ2 を備えた構成となっている。
は、上記した図１乃至図３に示す構造のものや、図４乃
至図６にに示す構造のものが適用される。これらの電極
はいずれも上記した本発明の常圧プラズマ用電極として
の特徴を備えたものとなっている。図６に示す構造の電
極１３においては、放電面１３ａの形状は楕円形をな
し、図１に示す電極１の放電面１ａの形状が四つの角に
丸みをおびた略長方形である点で異なるが、電極１３内
に循環路（図示せず）も同様に形成されている。図４お
よび図５に示す電極１１、１２についても同様である。
なお、図４に示す電極１１の側面は、曲面部分１１ｃ1
と平面部分１１ｃ2 を備えた構成となっている。
【００２４】また、図７に本発明の実施の形態に適用さ
れる他の電極の断面斜視図を示す。この形態において
は、一方の電極１４を曲率を有する側面１４ｃが形成さ
れた構成とし、他方の電極１５を放電部の同一面上に延
長された構成としている。
れる他の電極の断面斜視図を示す。この形態において
は、一方の電極１４を曲率を有する側面１４ｃが形成さ
れた構成とし、他方の電極１５を放電部の同一面上に延
長された構成としている。
【００２５】図８は、本発明の常圧プラズマ用電極を用
いた放電プラズマ処理装置の実施の形態の構成を示す模
式図である。この処理装置は、チャンバ６内に図１に示
した構成の平行平板型の電極が用いられており、この一
対の電極８，９のうち，電極９の対向面に固体誘電体４
が設置されており、この固体誘電体４と他方の電極８と
の間に放電プラズマ処理がなされる基材５が配置されて
いる。また、ガス供給源（図示せず）からの供給される
ガスをチャンバ６内に導くガス供給管７が設けられてい
る。さらに、チャンバ６の外部に、電極８，９間にパル
ス状の電圧を供給するパルス電源３が備えられている。
以上の構成の放電プラズマ処理装置によって、初めて休
止の無い長時間の連続常圧プラズマ処理が可能になっ
た。
いた放電プラズマ処理装置の実施の形態の構成を示す模
式図である。この処理装置は、チャンバ６内に図１に示
した構成の平行平板型の電極が用いられており、この一
対の電極８，９のうち，電極９の対向面に固体誘電体４
が設置されており、この固体誘電体４と他方の電極８と
の間に放電プラズマ処理がなされる基材５が配置されて
いる。また、ガス供給源（図示せず）からの供給される
ガスをチャンバ６内に導くガス供給管７が設けられてい
る。さらに、チャンバ６の外部に、電極８，９間にパル
ス状の電圧を供給するパルス電源３が備えられている。
以上の構成の放電プラズマ処理装置によって、初めて休
止の無い長時間の連続常圧プラズマ処理が可能になっ
た。
【００２６】以下、本発明の実施例および比較例を示
し、具体的かつ詳細に説明する。 ＜実施例１＞図８に示した放電プラズマ装置に、図１に
示す冷却機構つき電極（電極幅３５０×長さ１５０ｍ
ｍ、放電面周縁から側面にかけての曲率半径５０ｍｍ、
固体誘電体として酸化チタン１０重量％＋酸化アルミニ
ウム９０重量％の金属酸化物１．５ｍｍ被覆）を電極間
隔２ｍｍで設置した。
し、具体的かつ詳細に説明する。 ＜実施例１＞図８に示した放電プラズマ装置に、図１に
示す冷却機構つき電極（電極幅３５０×長さ１５０ｍ
ｍ、放電面周縁から側面にかけての曲率半径５０ｍｍ、
固体誘電体として酸化チタン１０重量％＋酸化アルミニ
ウム９０重量％の金属酸化物１．５ｍｍ被覆）を電極間
隔２ｍｍで設置した。
【００２７】装置を真空排気した後、窒素を導入して１
０１１ｈＰａとした。その後、電極間に窒素ガスを１０
ＳＬＭで流した。１０℃に冷却した純水を電極内に循環
させ、上下電極に波高値２０ｋＶのパルス電界（特願平
９−１０６０６６、図５）を周波数８ｋＨｚで印加し
た。以上の状態で放電時間２４時間の連続放電を行っ
た。
０１１ｈＰａとした。その後、電極間に窒素ガスを１０
ＳＬＭで流した。１０℃に冷却した純水を電極内に循環
させ、上下電極に波高値２０ｋＶのパルス電界（特願平
９−１０６０６６、図５）を周波数８ｋＨｚで印加し
た。以上の状態で放電時間２４時間の連続放電を行っ
た。
【００２８】この放電時間中の電極表面温度の推移を図
９に示す。図９に示すように、放電時間中、一度もアー
ク放電に移行せずグロー放電を維持し続けた。 ＜比較例１＞図１０に斜視図として示した冷却機構つき
の平行平板電極１０１（電極幅３５０×長さ１５０ｍ
ｍ、固体誘電体として酸化チタン１０重量％＋酸化アル
ミニウム９０重量％の金属酸化物１．５ｍｍ被覆）を用
いた以外は実施例１と同じとした。この平行平板電極１
０１には、図１０におけるＣ−Ｃ断面図である図１１お
よび、Ｄ−Ｄ断面図である図１２に示すように、循環路
１０２が設けられている。
９に示す。図９に示すように、放電時間中、一度もアー
ク放電に移行せずグロー放電を維持し続けた。 ＜比較例１＞図１０に斜視図として示した冷却機構つき
の平行平板電極１０１（電極幅３５０×長さ１５０ｍ
ｍ、固体誘電体として酸化チタン１０重量％＋酸化アル
ミニウム９０重量％の金属酸化物１．５ｍｍ被覆）を用
いた以外は実施例１と同じとした。この平行平板電極１
０１には、図１０におけるＣ−Ｃ断面図である図１１お
よび、Ｄ−Ｄ断面図である図１２に示すように、循環路
１０２が設けられている。
【００２９】放電を開始して１０分後に、角部よりアー
ク放電が生じ、アーク放電箇所の誘電体被膜が溶融し
た。アーク放電が生じた時の表面温度は３５℃であっ
た。 ＜比較例２＞循環純水を冷却しないこと以外は実施例１
と同じとし、開始時の水温は２０℃であった。放電後、
図１３に示すように温度が上昇し、表面温度は１０５℃
となった。放電時間５分で対向面間にアーク放電が生
じ、誘電体被覆が溶融した。 ＜実施例２＞電極間にロール状のポリエチレンテレフタ
レート基材（東レ社製、ルミラーＴ５０、幅３００ｍ
ｍ、長さ３００ｍ、初期接触角６０度）を１０ｍ／ｍｉ
ｎで走行させて放電時間３０分間の連続親水処理した以
外は実施例１と同じとした。ＰＥＴ基材表面が窒素プラ
ズマに曝される時間は０．９秒である。放電時間中の電
極表面温度は３０℃±２℃で、アーク放電は認められな
かった。
ク放電が生じ、アーク放電箇所の誘電体被膜が溶融し
た。アーク放電が生じた時の表面温度は３５℃であっ
た。 ＜比較例２＞循環純水を冷却しないこと以外は実施例１
と同じとし、開始時の水温は２０℃であった。放電後、
図１３に示すように温度が上昇し、表面温度は１０５℃
となった。放電時間５分で対向面間にアーク放電が生
じ、誘電体被覆が溶融した。 ＜実施例２＞電極間にロール状のポリエチレンテレフタ
レート基材（東レ社製、ルミラーＴ５０、幅３００ｍ
ｍ、長さ３００ｍ、初期接触角６０度）を１０ｍ／ｍｉ
ｎで走行させて放電時間３０分間の連続親水処理した以
外は実施例１と同じとした。ＰＥＴ基材表面が窒素プラ
ズマに曝される時間は０．９秒である。放電時間中の電
極表面温度は３０℃±２℃で、アーク放電は認められな
かった。
【００３０】処理基材の接触角は基材全表面で略一定の
親水性を示し、その接触角は２６度±５度以内であっ
た。 ＜実施例３＞処理ガスとして０．２ＳＬＭの六フッ化プ
ロピレンと９．８ＳＬＭの窒素ガスの混合気を用いて連
続撥水処理した以外は実施例２と同じとした。放電時間
中の電極表面温度は実施例２と同様、３０℃±２℃で、
アーク放電は認められなかった。
親水性を示し、その接触角は２６度±５度以内であっ
た。 ＜実施例３＞処理ガスとして０．２ＳＬＭの六フッ化プ
ロピレンと９．８ＳＬＭの窒素ガスの混合気を用いて連
続撥水処理した以外は実施例２と同じとした。放電時間
中の電極表面温度は実施例２と同様、３０℃±２℃で、
アーク放電は認められなかった。
【００３１】処理基材の接触角は基材全表面で略一定の
撥水性を示し、その接触角は１０５度±５度以内であっ
た。
撥水性を示し、その接触角は１０５度±５度以内であっ
た。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の放電プラズ
マ処理装置によれば、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長時間、安
定的にグロー放電を維持し続けることが可能となった。
従って、工業プロセスにおける各種材料ないしは部品の
表面処理等に適用して、極めて有意義な結果をもたらす
ことになる。
マ処理装置によれば、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長時間、安
定的にグロー放電を維持し続けることが可能となった。
従って、工業プロセスにおける各種材料ないしは部品の
表面処理等に適用して、極めて有意義な結果をもたらす
ことになる。
【図１】本発明の実施の形態に適用される常圧プラズマ
用電極の外観斜視図
用電極の外観斜視図
【図２】図１に示す実施の形態におけるＡ−Ａ断面図
【図３】図１に示す実施の形態におけるＢ−Ｂ断面図
【図４】本発明の実施の形態に適用される他の常圧プラ
ズマ用電極の断面図
ズマ用電極の断面図
【図５】本発明の実施の形態に適用される更に他の常圧
プラズマ用電極の断面図
プラズマ用電極の断面図
【図６】本発明の実施の形態に適用される更に他の常圧
プラズマ用電極の外観斜視図
プラズマ用電極の外観斜視図
【図７】本発明の実施の形態に適用される更に他の常圧
プラズマ用電極の断面図
プラズマ用電極の断面図
【図８】本発明の放電プラズマ処理装置の実施の形態の
構成を示す模式図
構成を示す模式図
【図９】本発明の実施例１における放電時間中の電極表
面温度の推移を示す図
面温度の推移を示す図
【図１０】従来技術として比較例１に用いたプラズマ用
電極の外観斜視図
電極の外観斜視図
【図１１】図１０に示すプラズマ用電極のＣ−Ｃ断面図
【図１２】図１０に示すプラズマ用電極のＤ−Ｄ断面図
【図１３】比較例２における放電時間中の電極表面温度
の推移を示す図
の推移を示す図
１，８，９，１１，１２，１３，１４，１５ プラズマ
用電極 １ａ，１３ａ 放電面 １ｂ，１３ｂ 底面 ２ 循環路 ３ パルス電源 ４ 固体誘電体 ５ 基材 ７ ガス供給管
用電極 １ａ，１３ａ 放電面 １ｂ，１３ｂ 底面 ２ 循環路 ３ パルス電源 ４ 固体誘電体 ５ 基材 ７ ガス供給管
Claims (5)
- 【請求項１】 大気圧近傍の圧力下のガス雰囲気中で一
対の電極を対向配置し、この一対の電極の少なくとも一
方の電極対向面に固体誘電体を設置した状態でこの一対
の電極間に電圧を印加することにより発生した放電プラ
ズマを用いる放電プラズマ処理装置において、上記一対
を構成する電極は、互いに平行な放電面を有しており、
放電面の周縁から側面にかけて曲面となるよう形成され
ていることを特徴とする放電プラズマ処理装置。 - 【請求項２】 大気圧近傍の圧力下のガス雰囲気中で一
対の電極を対向配置し、この一対の電極の少なくとも一
方の電極対向面に固体誘電体を設置した状態でこの一対
の電極間に電圧を印加することにより発生した放電プラ
ズマを用いる放電プラズマ処理装置において、当該一対
を構成する電極は互いに平行な放電面を有しており、一
方の電極は放電面の周縁から側面にかけて曲面となるよ
う形成され、他方の電極の放電面は上記一方の電極の放
電面の投影面の周縁から、電極間距離の１．２倍以上の
長さに延長されてなる放電プラズマ処理装置。 - 【請求項３】 上記放電面の周縁から側面にかけて曲面
が有する曲率半径が上記一対の放電電極間隔の０．５倍
以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の
放電プラズマ処理装置。 - 【請求項４】 上記一対を構成する電極内にそれぞれ液
体を循環させるための循環路が形成されているととも
に、放電中のプラズマにより加熱された上記電極表面温
度を１００℃以下とするよう上記循環路内に冷媒を循環
するよう構成されたことを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の放電プラズマ処理装置。 - 【請求項５】 上記一対の電極のうち少なくとも一方の
電極対向面に固体誘電体が設置され、かつ、上記一方の
電極の対向面に設置された固体誘電体と他方の電極との
間または上記一対の電極双方の対向面に設置された固体
誘電体間に、基材が配置されるとともに、上記一対の電
極間に上記パルス状の電圧を供給するパルス電源を備え
てなり、大気圧近傍の圧力下で、上記一対の電極間に上
記パルス状の電圧を印加することにより発生させた放電
プラズマで上記基材の表面を処理するよう構成された放
電プラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9273037A JPH11106531A (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 放電プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9273037A JPH11106531A (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 放電プラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11106531A true JPH11106531A (ja) | 1999-04-20 |
Family
ID=17522294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9273037A Pending JPH11106531A (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 放電プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11106531A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004103035A1 (ja) * | 2003-05-14 | 2004-11-25 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | プラズマ処理装置およびその製造方法 |
| KR100464902B1 (ko) * | 2001-02-12 | 2005-01-05 | (주)에스이 플라즈마 | 대기압에서 저온 플라즈마를 발생시키는 장치 |
| JP2005251719A (ja) * | 2004-02-04 | 2005-09-15 | Sekisui Chem Co Ltd | プラズマ処理装置およびその製造方法 |
| JP2005302680A (ja) * | 2003-05-14 | 2005-10-27 | Sekisui Chem Co Ltd | プラズマ処理装置 |
| JP2005302681A (ja) * | 2003-05-14 | 2005-10-27 | Sekisui Chem Co Ltd | プラズマ処理装置 |
| WO2006035629A1 (ja) * | 2004-09-29 | 2006-04-06 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | プラズマ処理装置 |
| WO2008059641A1 (fr) * | 2006-11-13 | 2008-05-22 | Tokai Industry Corp. | Système de circuit électrique/électronique avec un élément de verre conducteur |
| WO2008059847A1 (fr) * | 2006-11-13 | 2008-05-22 | Tokai Industry Corp. | Système de circuit électrique/électronique avec élément en verre conducteur |
| JP2009021220A (ja) * | 2007-06-11 | 2009-01-29 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置、アンテナおよびプラズマ処理装置の使用方法 |
| JP2009062579A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 成膜装置 |
| JP2009119356A (ja) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Toshiba Corp | 放電表面処理装置及び放電表面処理方法 |
| JP2010129259A (ja) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Kyocera Corp | プラズマ発生電極、およびプラズマ反応器 |
| CN113141700A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-07-20 | 深圳大学 | 大气压空气均匀介质阻挡放电的电极结构和方法 |
-
1997
- 1997-10-06 JP JP9273037A patent/JPH11106531A/ja active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100464902B1 (ko) * | 2001-02-12 | 2005-01-05 | (주)에스이 플라즈마 | 대기압에서 저온 플라즈마를 발생시키는 장치 |
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| US7886688B2 (en) | 2004-09-29 | 2011-02-15 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Plasma processing apparatus |
| WO2006035629A1 (ja) * | 2004-09-29 | 2006-04-06 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | プラズマ処理装置 |
| US7886689B2 (en) | 2004-09-29 | 2011-02-15 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Plasma processing apparatus |
| KR101020463B1 (ko) | 2004-09-29 | 2011-03-08 | 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 장치 |
| WO2008059641A1 (fr) * | 2006-11-13 | 2008-05-22 | Tokai Industry Corp. | Système de circuit électrique/électronique avec un élément de verre conducteur |
| WO2008059847A1 (fr) * | 2006-11-13 | 2008-05-22 | Tokai Industry Corp. | Système de circuit électrique/électronique avec élément en verre conducteur |
| JP2009021220A (ja) * | 2007-06-11 | 2009-01-29 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置、アンテナおよびプラズマ処理装置の使用方法 |
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| JP2009119356A (ja) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Toshiba Corp | 放電表面処理装置及び放電表面処理方法 |
| JP2010129259A (ja) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Kyocera Corp | プラズマ発生電極、およびプラズマ反応器 |
| CN113141700A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-07-20 | 深圳大学 | 大气压空气均匀介质阻挡放电的电极结构和方法 |
| CN113141700B (zh) * | 2021-03-16 | 2022-07-12 | 深圳大学 | 大气压空气均匀介质阻挡放电的电极结构和方法 |
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