WO2005107341A1 - プラズマ処理方法及びその装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention mainly relates to hydrophilicity of water repellency on the surface of a resin such as polyethylene, polypropylene, polyester (PET), and PTFE (polytetrafluoroethylene) when a paint is applied or printed. It is applied to various surface treatments such as cleaning, sterilization, sterilization and etching of organic substances attached to the surface of glass, ceramics, metals, semiconductors, etc., or gas decomposition processes. Specifically, the surface of the object to be treated is irradiated with excited species such as excited molecules, radicals, and ions generated as a result of molecular dissociation by plasma generated by corona discharge to perform surface treatment such as reforming.
  • the present invention relates to a corona discharge type plasma processing method and an apparatus therefor.
  • the corona discharge plasma surface treatment method eliminates the use of an ignition gas such as helium, argon, or hydrogen, which is necessary in the case of a glow discharge plasma surface treatment method under atmospheric pressure. It is widely used for surface treatments such as surface modification because it has the advantage of reducing processing costs by improving safety and reducing gas consumption.
  • an ignition gas such as helium, argon, or hydrogen
  • the present invention has been made in view of the above situation, and has as its object to provide a plasma processing method and apparatus capable of supplying power supplied to a plurality of discharge units with a single transformer.
  • a plasma processing method provides a plasma processing method in which a pulse voltage is applied between discharge electrodes positioned opposite to each other and a corona discharge is caused between the tips of the discharge electrodes.
  • a corona discharge is generated between the discharge electrodes in each discharge unit.
  • a pulse voltage is applied to opposing discharge electrodes to generate corona discharge between the tips of the discharge electrodes, and the corona discharge is generated by the corona discharge.
  • a plasma surface treatment apparatus configured to perform surface treatment by irradiating the surface of an object with excited species containing plasma to be processed, and branches an output circuit derived from one of the secondary terminals of a transformer.
  • a rectifier is arranged in each branch circuit, and this branch circuit is connected to one discharge electrode of a different discharge unit, and the other of the secondary terminals of the transformer is branched to form another discharge electrode of a different discharge unit.
  • a corona discharge is generated between the discharge electrodes based on a pulse voltage applied between the discharge electrodes in each discharge unit.
  • a plurality of discharge units are supplied with a pulse voltage from one transformer to discharge the discharge units. Even if a plurality of discharge units are arranged to increase the area, only one transformer is required, so that the device can be downsized and the equipment cost can be kept low. Force also generates corona discharge alternately with a pair of discharge units Therefore, it is possible to treat both sides of the object to be treated with the power supply from the same transformer.
  • the pulse voltage applied to the discharge electrode may be a rectangular wave pulse voltage as described in claim 2, or a pulse voltage as described in claim 3.
  • any of the panel voltages composed of a plurality of pulsating waves obtained by rectifying the AC voltage in both waves may be used.
  • a special pulse voltage generation power supply is not required, and a combination of a commercial or ultrasonic AC power supply and a rectifier such as a diode is required.
  • a pulse voltage is applied to the discharge electrode to generate a corona discharge between both electrodes.
  • the excited species including the plasma generated by the corona discharge are present in the magnetic field, and the force pushing out the charged particles of the plasma moving in the magnetic field from the magnetic field, that is, The Lorentz force acts, so that the excited species can be irradiated almost uniformly over a wide area, vibrating toward the surface of the object.
  • the magnetic field forming means in the corona discharge type plasma processing apparatus includes a permanent magnet, a pair of magnetic bodies, and a pair of pole pieces forming a gap between end faces. Or a combination of an electromagnet connected to a DC power supply, a pair of magnetic bodies, and a pair of pole pieces forming a gap between end faces, as described in claim 9. There may be.
  • permanent magnets When permanent magnets are used, production costs can be reduced and power consumption can be reduced.
  • the manufacturing cost and power consumption are increased as compared with the case where a permanent magnet is used.
  • the low sinker and, consequently, the plasma are reduced by adjusting the magnetic flux density of the gap between the end faces of the pole pieces. Easy and arbitrarily control the irradiation power and irradiation diffusion range of the excited species, including the surface morphology of the object to be processed. It can be further improved.
  • argon, nitrogen, and carbon dioxide When a reactive gas such as gas or air is introduced between discharge electrodes at or near atmospheric pressure, excited species including plasma are radiated toward the surface of the workpiece by the flow of the gas, and the It can be used for various surface treatments by irradiating the surface with irradiation amount, irradiation area and irradiation uniformity, and irradiating the excited gas flow including plasma with the pushing force (Lorentz force) that receives from the magnetic field. It is possible to do.
  • a reactive gas such as gas or air
  • excited species including plasma are radiated toward the surface of the workpiece by the flow of the gas, and the It can be used for various surface treatments by irradiating the surface with irradiation amount, irradiation area and irradiation uniformity, and irradiating the excited gas flow including plasma with the pushing force (Lorentz force) that receives from the magnetic field. It is possible to do.
  • FIG. 1 is a partially omitted longitudinal sectional front view showing an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the device of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal front view showing an embodiment of a plasma surface treatment apparatus to which the method of the present invention is applied
  • FIG. 2 is a partially cutaway perspective view.
  • This plasma surface treatment apparatus has a plate-shaped insulating member (3) in which a number of gas ejection holes (1) are arranged in a row and a gas reservoir (2) communicating with the upper end of each gas ejection hole is formed.
  • a discharge electrode (4) supported by a plate-shaped insulating member (3), a pair of ceramic insulating spacers (5) formed so as to sandwich the discharge electrode (4) from front and rear, and a ceramic.
  • Pole pieces (6) and (7) arranged outside the insulating spacer (5) made of magnets, and magnets (8) magnetically connected and connected to the pole pieces (6) and (7), respectively And a connecting rod (9) made of a magnetic material for connecting upper ends of the magnet (8), and a power supply (10) for applying a discharge voltage to the discharge electrode (4).
  • the discharge electrode (4) includes a first electrode (11) formed in a substantially L shape, and a substantially L-shaped second electrode (12) disposed in a state facing the first electrode (11). ). These electrodes (11X12) are made of heat-resistant metal such as tungsten or molybdenum.
  • the power supply device (10) includes an AC power supply (14), a transformer (15) for boosting AC, and a capacitor of a voltage doubler rectifier circuit arranged on a secondary side of the transformer (15).
  • a pulse voltage applying means (16) consisting of a double-wave rectifier circuit, which is removed.
  • An output circuit (17) for electrically connecting the two is formed in a branched manner, and the branched output circuits (17) are connected to first electrodes (11) of different discharge units.
  • a second high-voltage rectifier diode (19X20) is interposed in each of the second output circuits (18) for electrically connecting the other of the secondary terminals of the transformer (15) and the second electrode (12). is there.
  • the high-voltage rectifier diode (19) and the high-voltage rectifier diode (20) are arranged with their flow directions reversed, and in one of the discharge units, the second electrode (12) is opposed to the first electrode (11). Discharge starts when a high voltage is output, and in the other discharge unit, discharge starts when the second electrode (12) outputs a low voltage to the first electrode (11). .
  • the panel voltage application means (16) alternately applies half-wave rectified positive and negative pulsating wave S-pulse voltages on the positive and negative voltage sides, respectively, and the first electrode (11) and the second electrode ( A corona discharge is generated between the tips of 12), and excited species including plasma are generated by the corona discharge.
  • the power supply device (10) includes a transformer (15) that boosts a 50 Hz- ⁇ AC power supply into a sine wave having a peak value Vp of 5 to 15 KV, and converts the boosted sine wave to a sine wave having a peak value of 5 to 15 KV.
  • a magnetic field forming means for forming a magnetic field along a horizontal plane orthogonal to the flow of the gas containing the charged particles in the plasma generated by the corona discharge is provided immediately near the tip of the discharge electrode (4). Have been.
  • the magnetic field forming means is connected to the permanent magnet (8) disposed above the base end of the discharge electrode (4) and to the N and S poles of the permanent magnet (8) to form a pair of discharge electrodes (4).
  • a pair of soft magnetic materials such as pure iron, extended to near the point and A pair of pole pieces (6, 7) made of pure iron, etc., which are integrally connected to the tip of the body and form a gap for forming a magnetic field between the end faces facing each other across the point of the discharge electrode (4)
  • the extruding force that is, the Lorentz force acts, and the excited species including the plasma are configured to be irradiated toward the surface of the workpiece as shown by the arrow X in FIGS. 1 and 2. .
  • the Lorentz force F is as follows, where Q is the particle charge, v is the velocity, and B is the magnetic flux density of the gap between the end faces of the pole pieces.
  • a reactive gas or air such as argon, nitrogen, oxygen, carbon dioxide, or the like is supplied from the gas ejection holes (1) formed on the plate-shaped insulating member (3) to the atmospheric pressure or near the atmospheric pressure. It is configured to be introduced between a pair of discharge electrodes below to irradiate a flow of an exciting gas containing plasma toward the surface of the workpiece with Lorentz force from a magnetic field. Therefore, the applicability of the surface treatment can be expanded.
  • the pole pieces (6) and (7) connected to the N and S poles of the permanent magnet (8) via a soft magnetic material are used.
  • a magnetic field (magnetic field) composed of an effective magnetic flux and a leakage magnetic flux is formed in the gap between the first electrode (11) and the second electrode (12).
  • a positive or negative pulse voltage with a pulse frequency of 10-200 Hz is applied between the electrodes and a corona discharge is generated alternately between the tips of both electrodes (11X12), the plasma generated by this corona discharge is included.
  • Excited species are present in the magnetic field, and charged particles in the plasma moving in the magnetic field are subjected to the above-mentioned Lorentz force F from the magnetic field. Power will be given.
  • a plurality of pulsating currents obtained by rectifying an AC voltage are applied to the first electrode (11) and the second electrode (12) constituting the pair of discharge electrodes (4).
  • Each uses a positive or negative pulse voltage composed of waves, for example, a multivibrator ⁇ Schmidt 'trigger
  • No special pulse voltage generation power supply such as a circuit and a blocking oscillator is required, and a pulse voltage of a desired period and duty is used while using a commercial AC power supply or a simple power supply consisting of an ultrasonic power supply and a rectifier such as a diode. It is possible to reduce the introduction cost and running cost of the entire apparatus by using a permanent magnet (8), which has a low production cost and consumes no power, as the magnetic field forming means.
  • the permanent magnet (8) is used as the magnetic field forming means (M).
  • the magnetic field forming means may be an electromagnet.
  • an electromagnet is used as the magnetic field forming means (M)
  • the Lorentz force F can be controlled, and the force perpendicular to the magnetic field applied to the excited species including plasma can be adjusted.
  • a magnetic field is formed between the end faces opposing each other with the pointed end of the discharge electrode (4) therebetween, and a reactive gas or air is ejected between the end faces. Force Magnetic field formation and gas introduction are good, even if only one is wrong.
  • the pulse voltage applying means is configured by the AC power supply and the rectifier circuit that generates a pulse voltage composed of a plurality of pulsating waves obtained by rectifying the AC voltage in both waves.
  • the pulse voltage applying means may be a pulse wave generating power supply for generating a rectangular pulse voltage.
  • the present invention mainly provides hydrophilicity to the water repellency of the surface of a resin such as polyethylene, polypropylene, polyester (PET), or PTFE (polytetrafluoroethylene) when a paint is applied or printed.
  • a resin such as polyethylene, polypropylene, polyester (PET), or PTFE (polytetrafluoroethylene)
  • PET polypropylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Plasma generated by various surface treatments such as modifying the surface properties, cleaning, sterilizing, sterilizing, etching, etc. organic substances attached to the surface of glass, ceramics, metals, semiconductors, etc., and corona discharge It can be applied to the gas dissociation process using molecular dissociation.

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Abstract

　被処理物表面に対する励起種の照射量及び照射面積を拡大できるとともに、表面全域に均一に照射することができ、しかも、有効励起種のロスを抑制して処理性能、処理効率の著しい向上を図ることができるようにする。 　相対向して位置する放電電極(４)間にパルス電圧を印加してそれら放電電極の尖端部間にコロナ放電を生起させ、このコロナ放電により生成されるプラズマを含む励起種を被処理物の表面に照射して処理を行なう。第１電極(11)と第２電極(12)とを対向配置した放電ユニット(13)を複数用意し、変圧器(15)の二次側端子の一方を複数の放電ユニット(13)での第１電極(11)にそれぞれ接続するともに、変圧器(15)の二次側端子の他方を複数の放電ユニット(13)での第２電極(12)に整流器を介し接続することにより、複数の放電ユニット(13)でコロナ放電を交互に発生させるように構成する。

Description

明 細 書
プラズマ処理方法及びその装置
技術分野
[0001] 本発明は、主としてポリエチレンやポリプロピレン、ポリエステル (PET)、 PTFE (ポリ 四フッ化工チレン)などの樹脂に対して塗料を塗布する場合や印刷を施す場合にそ の表面の撥水性を親水性に改質したり、ガラス、セラミックス、金属、半導体等の表面 に付着した有機物を洗浄したり、殺菌'滅菌したり、エッチングしたりするなどの各種 の表面処理あるいはガス分解プロセスに適用されるもので、詳しくは、コロナ放電によ り生成されるプラズマによる分子解離の結果発生する励起分子、ラジカル、イオンな どの励起種を被処理物の表面に照射して改質等の表面処理等を行なうコロナ放電 式のプラズマ処理方法およびその装置に関するものである。
背景技術
[0002] コロナ放電方式のプラズマ表面処理方法は、大気圧下のグロ一放電方式のプラズ マ表面処理方法の場合に必要であるヘリウムまたはアルゴンや水素など点火用ガス の使用が省け、使用時の安全性の向上及びガス消費量の節減による処理コストの低 減を図れるという利点を有することから、表面改質等の表面処理に多く利用されてい る。
[0003] この種のコロナ放電方式のプラズマ表面処理方法による処理性能、処理効率を決 定する上で重要な要素は、コロナ放電により生成されたプラズマを含む励起種の被 処理物表面への照射量、照射面積及び照射の均一性であり、これら重要な要素を達 成する手段として、従来では、一対の放電電極を対向する状態に配置し、この両電 極間に正弦交流電圧を印加して両電極間でコロナ放電を発生させると共に、その放 電領域に空気などのガスを流すようにようにしている（例えば特許文献 1参照）。 特許文献 1 :特開 2001-293363号公報（図 4)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力、しながら、前記した従来のコロナ放電方式のプラズマ表面処理方法では、一対 の放電電極を有する 1つの放電ユニットに対して、 1基の変圧器を設置しており、広 い範囲の表面処理を行う場合、配置した放電ユニットの台数と同数の変圧器を装備 しなければならないという問題があった。
[0005] 本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、一基の変圧器で複数の放電 ユニットに供給する電力をまかなうことのできるプラズマ処理方法及びその装置を提 供することを目的としている。
課題を解決するための手段
[0006] 上記目的を達成するために、本発明の請求項 1に係るプラズマ処理方法は、相対 向して位置する放電電極間にパルス電圧を印加してそれら放電電極の尖端部間に コロナ放電を生起させ、このコロナ放電により生成されるプラズマを含む励起種を被 処理物の表面に照射して処理を行なうプラズマ処理方法であって、変圧器の二次側 出力を分岐して異なる放電ユニットの各放電電極に給電することにより、各放電ュニ ットで放電電極間にコロナ放電を発生させるように構成したことを特徴としている。
[0007] また、本発明の請求項 6に係るプラズマ処理装置は、相対向する放電電極にパル ス電圧を印加してそれら放電電極の尖端部間にコロナ放電を生起させ、このコロナ 放電により生成されるプラズマを含む励起種を被処理物の表面に照射して表面処理 を行なうように構成されたプラズマ表面処理装置であって、変圧器の二次側端子の 一方から導出した出力回路を分岐し、各分岐回路にそれぞれ整流器を配置し、この 分岐回路を異なる放電ユニットの一方の放電電極に接続するとともに、変圧器の二 次側端子の他方を分岐して異なる放電ユニットの他方の放電電極に接続し、各放電 ユニットで放電電極間に印加されるパルス電圧に基づいて放電電極間にコロナ放電 を生起させるように構成したことを特徴とする。
発明の効果
[0008] 上記構成の本発明によれば、複数の放電ユニットに 1基の変圧器からパルス電圧 を供給して放電させるようにしていることから、被処理物表面に対する励起種の照射 量及び照射面積を拡大するべく複数の放電ユニットを配置した場合でも、変圧器が 一つですむことから、装置を小型化することができるうえ、設備コストを安価に抑える ことができることになる。し力も、一対の放電ユニットで交互にコロナ放電を生起させる ことができることから、処理対象物の表裏を同じ変圧器からの給電でそれぞれ処理す ること力 Sできる。
[0009] 上記のようなコロナ放電式のプラズマ処理方法及び装置において、放電電極に印 加するパルス電圧としては、請求項 2に記載のように、矩形波パルス電圧、あるいは、 請求項 3に記載のように、交流電圧を両波整流した複数の脈流波から構成されるパ ノレス電圧のいずれを使用してもよい。このうち、特に、脈流波から構成されるパルス電 圧を使用する場合は、特別なパルス電圧発生電源が不要で、商用または超音波領 域の交流電源とダイオード等の整流素子との組み合わせからなる簡単な電源装置を 用いることで、所望周期及びデューティのパルス電圧を印加することが可能で、装置 の低コストィ匕を実現することができる。
[0010] さらに、請求項 4及び請求項 7に記載のように、放電電極の尖端部近くに磁場を形 成した状態で、放電電極にパルス電圧を印加して両電極間にコロナ放電を生起させ る場合には、コロナ放電により生成されるプラズマを含む励起種が磁場の中に存在 することになつて、磁場の中を運動するプラズマの荷電粒子に対して磁場から押し出 し力、即ちローレンツ力が作用して、励起種を被処理物の表面に向って勢いよぐま た広い面積に亘つてほぼ均一に照射させることができる。
[0011] また、上記コロナ放電式のプラズマ処理装置における磁場形成手段としては、請求 項 8に記載したように、永久磁石と一対の磁性体と端面間にギャップを形成する一対 のポールピースとから構成されたもの、あるいは、請求項 9に記載したように、直流電 源に接続された電磁石と一対の磁性体と端面間にギャップを形成する一対のポール ピースと力 構成されたもの、のいずれであってもよい。このうち、永久磁石を用いる 場合は、製作コストの低減及び電力消費の節減が図れる。一方、電磁石を用いる場 合は、永久磁石を用いる場合に比して製作コスト及び電力消費が増大する反面、ポ ールピース端面間のギャップの磁束密度を調整することによってローシンッカ、ひい ては、プラズマを含む励起種の照射力及び照射拡散範囲を被処理物の表面形態等 に対応して容易かつ任意にコントロールしゃすぐ被処理物に対する形状適用性の 拡大が図れる上に、処理性能、処理効率をより一層向上することができる。
[0012] さらにまた、本発明では、請求項 5及び 10に記載のように、アルゴン、窒素、炭酸ガ ス等の反応性ガスあるいは空気を大気圧または大気圧近傍下で放電電極間に導入 するようにすると、ガスの流れでプラズマを含む励起種を被処理物表面に向けて照射 して被処理物表面への照射量、照射面積及び照射の均一性を得ることができる上、 プラズマを含む励起ガス流を磁場から受ける押出し作用力 (ローレンツ力)で照射させ ることにより、種々の表面処理に利用することが可能となる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例を示す一部省略縦断正面図である
[図 2]図 1の装置の一部切除斜視図である。
符号の説明
[0014] 4…放電電極、 6 · 7…ポールピース、 8…永久磁石、 11ー第1電極、 12…第 2電極、 13…放電ユニット、 15…変圧器、 19 · 20…整流器、 18…各分岐回路、 M…磁場形成 手段。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図 1は本発明方法を適用したプラズマ表面処理装置の一実施例を示す概略縦断 正面図、図 2は一部切除斜視図である。
このプラズマ表面処理装置は、多数のガス噴出孔 (1)を列設するとともに各ガス噴 出孔の上端部分が連通するガス溜 (2)とを内部に形成した板状絶縁部材 (3)と、板状 絶縁部材 (3)に支持されてレ、る放電電極 (4)と、放電電極 (4)を前後から挟む状態に形 成した一対のセラミックス製絶縁スぺーサ (5)と、セラミックス製絶縁スぺーサ (5)の外 側にそれぞれ配置したポールピース (6)(7)と、各ポールピース (6)(7)にそれぞれ磁気 的に連結接続されてレ、る磁石 (8)と、この磁石 (8)の上端部同士を接続する磁性材製 連結扞 (9)、及び、放電電極 (4)に放電用電圧を印加する電源装置 (10)とで構成して ある。
[0016] 放電電極 (4)は、略 L字状に形成した第 1電極 (11)と、この第 1電極 (11)に対向する 状態に配置された略 L字型の第 2電極 (12)とで構成してある。そしてこれら、両電極 (11X12)はそれぞれタングステンやモリブデン等の耐熱性のある金属で形成してある [0017] 電源装置 (10)は、交流電源 (14)と、交流を昇圧する変圧器 (15)と、この変圧器 (15)の 2次側に配置されている倍電圧整流回路のコンデンサを外して形成した両波型整流 回路からなるパルス電圧印加手段 (16)とで構成してあり、変圧器 (15)の 2次側端子の 一方と放電ユニット (13)の第 1電極 (11)とを電気的に接続する出力回路 (17)は分岐し て形成してあり、分岐出力回路 (17)はそれぞれ異なる放電ユニットの第 1電極 (11)に 接続されている。また、変圧器 (15)の 2次側端子の他方と第 2電極 (12)とを電気的に 接続する第 2の出力回路 (18)にはそれぞれ高圧整流ダイオード (19X20)が介装してあ る。この場合、高圧整流ダイオード (19)と高圧整流ダイオード (20)とは、その流れ方向 を逆に配置してあり、一方の放電ユニットでは第 2電極 (12)が第 1電極 (11)に対して高 電圧を出力した際に放電を開始し、他方の放電ユニットでは第 2電極 (12)が第 1電極 (11)に対して低電圧を出力した際に放電を開始するようになっている。つまり、このパ ノレス電圧印加手段 (16)からはそれぞれ半波整流した正電圧側と負電圧側の脈流波 力 Sパルス電圧として交互に印加され、第 1電極 (11)と第 2電極 (12)の尖端部間にコロ ナ放電を生起させ、このコロナ放電によりプラズマを含む励起種を生成させるように 構成されている。
[0018] なお、この電源装置 (10)としては、 50Hz— ΙΟΟΚΗζの交流電源を変圧器 (15)で 5 一 15KVの波高値 Vpをもつ正弦波に昇圧し、この昇圧された正弦波を 5— 15KVの 波高値 Vpを持つ直流の脈流波に変換し、正電圧部分 (直流)を一方の放電ユニット k 第 1電極 (11)と第 2電極 (12)との間に印加させ、また、負電圧部分を他方の放電ュニ ットの第 1電極 (11)と第 2電極 (12)との間に印加させて、それぞれ ON時間および OFF 時間の和を一周期 Tとしてパルス周波数（1/T)が 10 200Hz、パルスデューティ 力 S10 100%のパルス電圧を交互に発生させることになる。
[0019] 上記放電電極 (4)の尖端部直近位置には、コロナ放電により生成されるプラズマ中 の荷電粒子が存在するガスの流れと直交する水平面に沿った磁場を形成する磁場 形成手段が設けられている。この磁場形成手段は、上記放電電極 (4)の基端部上方 に配置された永久磁石 (8)とこの永久磁石 (8)の N, S両極に接続されて一対の放電 電極 (4)の尖端部近くにまで延設された純鉄製等の一対の軟磁性体とこれら軟磁性 体の先端に一体に連設されて放電電極 (4)の尖端部を挟んで相対向する端面間に 磁場形成用ギャップを形成する純鉄製等の一対のポールピース (6)(7)とから構成さ れており、この磁場形成手段におけるポールピース (6)(7)の端面間のギャップに形成 される磁場の中をプラズマ中の荷電粒子が運動することに伴レ、、この荷電粒子には 押出し力、すなわち、ローレンツ力が作用してプラズマを含む励起種が図 1、 2中の 矢印 Xに示すように、被処理物の表面に向けて照射されるように構成されてレ、る。
[0020] ここで、上記のローレンツ力 Fは、粒子の電荷を Q、速度を v、ポールピース端面間 のギャップの磁束密度を Bとすると、
F=Qv X B
であり、荷電粒子の速度ベクトルに垂直に作用し、これによつて、プラズマを含む励 起種が矢印 X方向に押出し照射される。
[0021] また、板状絶縁部材 (3)に形成されてレ、る各ガス噴出孔 (1)からアルゴン、窒素、酸 素、炭酸ガス等の反応性ガスや空気を大気圧または大気圧近傍下で一対の放電電 極間に導入して、プラズマを含む励起ガス流を磁場から受けるローレンツ力で被処 理物の表面に向けて照射させるように構成してある。したがって、表面処理の適用性 を拡大することが可能となる。
[0022] このように構成されたコロナ放電式プラズマ表面処理装置においては、永久磁石 (8 )の N, S両極に軟磁性体を介して接続されたポールピース (6)(7)の端面間のギャップ に有効磁束及び漏れ磁束からなる磁場 (磁界）が形成されており、この状態で、上記 した電源装置 (10)により整流された出力が第 1電極 (11)と第 2電極 (12)との間にパルス 周波数が 10— 200Hzの正または負のパルス電圧を印加して両電極 (11X12)の尖端 部間にコロナ放電を交互に生起させると、このコロナ放電により生成されるプラズマを 含む励起種が磁場の中に存在することになり、この磁場の中を運動するプラズマ中 の荷電粒子が磁場から受ける既述のローレンツ力 Fによってプラズマを含む励起種 には磁場に垂直な矢印 X方向の力が与えられることになる。
[0023] また、本発明では、一対の放電電極 (4)を構成する第 1電極 (11)と第 2電極 (12)に対 して、交流電圧を整流してえられた複数の脈流波から構成される正または負のパル ス電圧をそれぞれ使用しているので、たとえばマルチバイブレータゃシュミット'トリガ 回路、ブロッキング発振器などの特別なパルス電圧発生電源が不要で、商用交流電 源あるいは超音波電源とダイオード等の整流素子との組み合わせからなる簡単な電 源装置を用いながら、所望周期及びデューティのパルス電圧を印加することが可能 であり、さらに、磁場形成手段として、製作コストが低くかつ電力消費のない永久磁石 (8)を利用することによって装置全体の導入コスト及びランニングコストの低減が図れ る。
[0024] なお、上記実施態様においては、磁場形成手段 (M)として永久磁石 (8)を使用した が、磁場形成手段としては、電磁石であっても良い。このように磁場形成手段 (M)とし て電磁石を使用すると、ローレンツ力 Fを制御することができ、プラズマを含む励起種 に負荷される磁場に垂直な力を調整することができる。
[0025] さらに、上記の実施態様では、放電電極 (4)の尖端部を挟んで相対向する端面間 に磁場を形成すると共に、該端面間に反応性ガスや空気を噴出するようにしている 力 磁場形成とガス導入とはレ、ずれか一方だけであっても良レ、。
[0026] さらにまた、上記の実施態様では、交流電源と、その交流電圧を両波整流した複数 の脈流波で構成されるパルス電圧を発生する整流回路とでパルス電圧印加手段を 構成したものについて説明したが、パルス電圧印加手段は矩形波のパルス電圧を発 生させるパルス波発生電源であっても良い。
産業上の利用可能性
[0027] 本発明は、主としてポリエチレンやポリプロピレン、ポリエステル (PET)、 PTFE (ポリ 四フッ化工チレン)などの樹脂に対して塗料を塗布する場合や印刷を施す場合にそ の表面の撥水性を親水性に改質したり、ガラス、セラミックス、金属、半導体等の表面 に付着した有機物を洗浄したり、殺菌'滅菌したり、エッチングしたりするなどの各種 の表面処理やコロナ放電により生成されるプラズマによる分子解離を利用したガス分 解プロセスに適用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 相対向して位置する放電電極 (4)間にパルス電圧を印加してそれら放電電極 (4)の尖 端部間にコロナ放電を生起させ、このコロナ放電により生成されるプラズマを含む励 起種を被処理物の表面に照射して処理を行なうプラズマ処理方法であって、 変圧器 (15)の二次側出力の一方を分岐して異なる放電ユニット (13)での一方の放 電電極 (4)に給電するとともに、変圧器 (15)の二次側出力の他方を整流器 (19X20)を 介して異なる放電ユニット (13)の他方の放電電極 (4)にそれぞれ給電するすることによ り、各放電ユニット (13)で放電電極 (4)間にコロナ放電を交互に発生させるように構成 したことを特徴とするプラズマ処理方法。
[2] 上記パルス電圧として、矩形波パルス電圧を使用する請求項 1に記載のプラズマ処 理方法。
[3] 上記パルス電圧として、交流電圧を両波整流した複数の脈流波で構成されるパルス 電圧を使用する請求項 1に記載のプラズマ処理方法。
[4] 放電電極 (4)の尖端部近くで上記プラズマ中の荷電粒子が存在しているところに磁場 が形成されており、この磁場中を運動する荷電粒子に対して押出し作用する力により プラズマを含む励起種を被処理物の表面に向けて照射させるようにした請求項 1一 3 のレ、ずれか 1項に記載のプラズマ処理方法。
[5] 放電電極 (4)間に空気または反応性ガスを大気圧または大気圧近傍圧力下で導入 することによりプラズマを含む励起ガス流で被処理物の表面に向けて照射させる請 求項 1一 4のいずれか 1項に記載のプラズマ処理方法。
[6] 相対向して位置する放電電極 (4)間にパルス電圧を印加してそれら放電電極 (4)の尖 端部間にコロナ放電を生起させ、このコロナ放電により生成されるプラズマを含む励 起種を被処理物の表面に照射して処理を行なうように構成されたプラズマ処理装置 であって、
変圧器 (15)の二次側端子の一方を分岐し、各分岐回路 (18)にそれぞれ整流器 (19X20)を配置し、この分岐回路 (18)を異なる放電ユニット (13)の一方の放電電極 (4) に接続するとともに、変圧器 (15)の二次側端子の他方を分岐して異なる放電ユニット (13)の他方の放電電極 (4)に接続し、各放電ユニット (13)で放電電極 (4)間に印加され るパルス電圧に基づいて放電電極 (4)間にコロナ放電を交互に生起させるように構成 したことを特徴とするプラズマ処理装置。
[7] 対向して配置されている放電電極 (4)の尖端部近くで上記プラズマ中の荷電粒子が 存在しているところに磁場を形成して該磁場中を運動する荷電粒子に対してプラズ マを含む励起種を被処理物の表面に向けて照射させる押出し力を作用させることが 可能な磁場形成手段 (M)が設けられている請求項 6に記載のプラズマ処理装置。
[8] 前記磁場形成手段 (M)が、永久磁石 (8)とこの永久磁石 (8)の N, S両極に接続されて 一対の放電電極 (4)の尖端部近くにまで延設された一対の磁性体とこれら磁性体の 先端に連なり端面間にギャップを形成する一対のポールピース (6)(7)とから構成され ている請求項 7に記載のプラズマ処理装置。
[9] 上記磁場形成手段 (M)が、直流電源に接続された電磁石とこの電磁石の N, S両極 に接続されて一対の放電電極 (4)の尖端部近くにまで延設された一対の磁性体とこ れら磁性体の先端に連なり端面間にギャップを形成する一対のポールピース (6)(7)と 力 構成されている請求項 7に記載のプラズマ処理装置。
[10] 上記放電電極間に空気または反応性ガスを大気圧または大気圧近傍圧力下で導入 する手段が設けられており、この手段を介して空気または反応性ガスを導入すること によりプラズマを含む励起ガス流を被処理物の表面に向けて照射させるように構成さ れている請求項 6— 9のいずれか 1項に記載のプラズマ処理装置。
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