WO2017208706A1 - 表面改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電電極からガスを直接放出させるとともに、それを簡単に構成できるようにする。 【解決手段】　電極チャンバーＣ内の放電電極Ｅは、フィルムＦの幅以上の長さを有する一対の電極部８，９からなる。そして、これら一対の電極部材８，９は、当該電極部材とほぼ同じ長さを有する支持部材４を挟持して対向配置されるとともに、これら一対の電極部材８，９の対向部分にすき間が形成され、このすき間をガス通路１５として放電電極の先端に開放している。一方、上記支持部材４には、その長手方向に複数のガス誘導孔５を形成するとともに、このガス誘導孔をガス供給系統に連通させている。

Description

表面改質装置

　この発明は、例えば、フィルム等の処理基材の表面に放電エネルギーを作用させて、その基材表面を改質する表面改質装置に関する。

　この種の表面改質装置は、電極チャンバー内に、放電電極を設けるとともに、この放電電極に対向して処理ローラを設けている。そして、電極チャンバー内に、表面改質の目的応じた置換ガスを供給して、電極チャンバー内を置換ガスの雰囲気に保って、放電電極に高周波電圧を印加し、放電電極と処理ローラとの間でコロナ放電をさせる。
　上記のようにしたコロナ放電による放電エネルギーで、処理ローラに沿って搬送されるフィルム等の表面を改質している。

　そして、電極チャンバー内の置換ガスの種類や濃度に応じて、上記コロナ放電中に生成されるプラズマの量や質が異なってしまう。もし、プラズマの量や質が異なると、フィルム等の表面改質にも悪影響を及ぼす。
　したがって、置換ガスの種類や濃度の管理は重要になるが、置換ガスの種類はあらかじめ決められるので、選択の適正さえ確保されていれば、それほど問題にならない。

　しかし、ガス濃度は、表面改質処理中においても、電極チャンバー内に流入するエアなどの影響を受けやすい。もし、ガス濃度が変化すれば、上記したようにプラズマの量や質が異なってしまい、目的の表面改質ができなくなる。

　また、電極チャンバーの大きさは、処理ローラで搬送されるフィルムの大きさに対応しなければならない。例えば、フィルムの幅は１０ｍに達するものもあるので、この幅に対応する電極チャンバーの容積はかなり大きなものになる。
　このように大きな容積の電極チャンバーで、その中のガス濃度を一定に保つためには、置換ガスの供給量を多くせざるを得ず、生産効率が悪くなってしまう。

　そこで、放電電極と処理ローラとの間の放電部分という局所に、置換ガスを直接供給する方法が、特許文献１及び２に開示されている。
　例えば、特許文献１に開示された装置は、放電電極から置換ガスを直接供給するようにしている。このようにすれば、放電電極と処理ローラとの間の放電部分という局所に、置換ガスを直接供給できるので、その局所における置換ガスの濃度を一定に保ちやすくなる。しかも、電極チャンバー全体に置換ガスを充満させなくてもすむので、その分、置換ガスの使用量も抑制できる。

　そして、特許文献１の装置の放電電極は、フィルム幅にほぼ対応する長さを有するブロックからなるとともに、そのブロックの長さ方向にスリットを形成し、このスリットを、置換ガスを供給するパイプに連結している。
　したがって、パイプに置換ガスを供給すれば、そのガスはスリットから、放電部分に直接供給されることになる。

特公平０６－００２８３０号公報 特開２００１－１３１３１３号公報

　上記のようにした特許文献１に記載された表面改質装置では、もし、フィルム幅に合わせて放電電極の長さを長くしたとき、その長さに対応するスリットを形成しなければならない。
　しかし、スリットを長くすればするほど、その幅や深さを一定に保つのが難しくなる。もし、スリットの幅や深さが一定しないと、置換ガスの噴出圧が変化して、プラズマの量や質も変化してしまい、表面改質の安定性が損なわれるという問題が発生する。

　また、表面改質の安定性を保つために、スリットの幅や深さを正確に形成しようとすると、加工精度が求められるので、その分、ブロックからなる放電電極の生産性が悪くなる。
　さらに、放電電極をブロックで形成しているので、そのブロックの端部に角部ができてしまう。このように角部があると、その角の部分に放電が集中してしまうので、その角部が他の部分よりも劣化度が大きくなり、ガスを供給する通路系統を含めた放電電極の寿命を短くするという問題もあった。
　この発明の目的は、生産性を向上させる表面改質装置を提供することである。

　第１の発明は、電極チャンバー内の放電電極は、フィルム等の処理基材の幅以上の長さを有する一対の電極部材からなる。そして、これら一対の電極部材は、当該電極部材とほぼ同じ長さを有する支持部材を挟持して対向配置されるとともに、これら一対の電極部材の対向部分にすき間が形成され、このすき間をガス通路として放電電極の先端に開放している。

　一方、上記支持部材には、その長手方向に複数のガス誘導孔を形成するとともに、このガス誘導孔をガス供給系統に連通させている。
　したがって、ガス供給系統から導かれた置換ガスは、支持部材のガス誘導孔からガス通路を通って、放電電極の先端から放出される。
　このように支持部材のガス誘導孔から置換ガスがガス通路に導かれるので、その置換ガスの供給量は、ガス誘導孔の長さと直径でほぼ決まることになる。

　第２の発明は、上記支持部材とほぼ平行にしたマニホールドパイプが設けられ、このマニホールドパイプの長手方向に複数の小孔もしくはスリットが形成されている。そして、上記マニホールドパイプに導かれた置換ガスは、上記ガス誘導孔に導かれる。このとき、ガス誘導孔が、置換ガスの流れに対して絞り抵抗を付与する機能を果たす。

　上記のようにガス誘導孔が、置換ガスの流れに対して絞り抵抗を付与する機能を果たすので、マニホールドパイプ内の圧力を一定に保つことができ、その分、複数のガス誘導孔から放出される置換ガスの量も一定に保つことができる。

　第３の発明は、上記一対の放電電極のそれぞれの先端が円弧状に形成されている。
　電極部材の先端を円弧状にして、角部を取り除いたので、放電電極の先端の一部に放電が集中したりしない。

　第４の発明は、上記一対の放電電極のそれぞれの先端に、上記処理基材の搬送方向にほぼ直交する方向に長さを有する渦流生成溝が形成されている。
　このようにした渦流生成溝で渦流が形成されれば、フィルム等の処理基材に同伴する同伴流が、放電部分に流入するのを阻止できる一方、放電部分から置換ガスが流出するのを阻止できる。

　第５の発明は、コロナ放電のエネルギー源である高周波電源の出力及び処理ローラの回転速度を制御するコントローラが備えられている。
　したがって、処理基材の搬送速度と放電電流とを相対的に制御できる。特に、この発明は、放電部分という局所に直接置換ガスを供給するので、置換ガスの量を少なくできる。このように量の少ない置換ガスを有効に作用させるためには、放電電流の大きさと処理基材の搬送速度とに依存する。上記コントローラは処理基材の搬送速度と放電電流とを相対的に制御して、少量の置換ガスでも安定した効果を発揮させることができる。

この発明の表面改質装置によれば、ガスを放電電極の先端に導くためには、支持部材にガス誘導孔を形成すればよく、それは孔開け加工だけ足りる。したがって、従来のように長い範囲でスリットを形成する必要がまったくない。
　そして、孔開け加工は工具を選択するだけで、一定の大きさの孔を形成できるので、孔径のバラツキがない。孔径にバラツキがないので、そこから供給される置換ガスの量や勢いを安定させることができる。
　したがって、放電電極の生産性が向上することになる。
　しかも、放電電極が劣化したとしても、電極部材だけを交換すればよいので、交換が簡単であるとともに、例えば支持部材まで交換する必要がない。

図１は電極チャンバー内を示す拡大図である。 図２は放電電極の長手方向の図で、その一部をカットしたものである。

　図示の実施形態は、フィルムＦを矢印ａ１方向に搬送する図示していない処理ローラに電極チャンバーＣの開口を対向させている。
　上記電極チャンバーＣの開口とは反対側に固定したガイシ１及び連結部材２を介して、図示していないガス供給源に接続したマニホールドパイプ３を固定している。そして、このマニホールドパイプ３は、フィルムＦの幅以上の長さを保持している。
　また、このマニホールドパイプ３であって、上記連結部材２とは反対側面には、マニホールドパイプ３とほぼ同じ長さを有する支持部材４を図示していないビス等で固定している。

　このようにした支持部材４には、その長手方向に一定の間隔を保った複数のガス誘導孔５を形成し、これらガス誘導孔５を、マニホールドパイプ３に形成した小孔６に連通させている。
　したがって、マニホールドパイプ３に導入された置換ガスは、上記小孔６からガス誘導孔５に導かれる。
　なお、上記ガス誘導孔５は、必ずしも、孔に限定されるものではなく、例えば、多孔焼結セラミックフィルタや、ハニカムフィルタ等でもよく、要するに、そこを通過するガス流に絞り抵抗を付与し、マニホールドパイプ内の圧力が均一に保たれれば、その形態は、問わない。
　さらに、上記支持部材４の先端部分には、外側に張り出した掛止め突部７を形成し、この掛止め突部７に、次に説明する放電電極Ｅを掛け止めるようにしている。

　上記放電電極Ｅは、処理基材であるフィルムＦの幅以上の長さを有する板状の一対の電極部材８，９からなる。
　これら一対の電極部材８，９は互いに対向させるが、それら対向面には、当該電極部材８，９の長さ方向に連続する掛止め凹部１０，１１を形成している。

　さらに、上記電極部材８，９の先端部分には、２つの円弧を連続させるとともに、それら円弧間に渦流生成溝１２，１３が形成されるようにしている。この渦流生成溝１２，１３は上記電極部材８，９の長さに相当する長さを備えている。

　上記のようにした電極部材８，９は、その掛止め凹部１０，１１を、支持部材４の掛止め突部７にはめ合わせることによって、支持部材４を挟んで対向するとともに、対向した一対の電極部材８，９をホルダ１４で挟持している。
　このようにホルダ１４で挟持することによって、電極部材８，９の掛止め凹部１０，１１が掛止め突部７から外れなくなり、電極部材８，９は支持部材４にしっかりと支持される。

　また、支持部材４に支持された一対の電極部材８，９の対向部分には、電極部材８，９の長さに相当するすき間が連続するが、このすき間がガス通路１５となる。そして、上記複数のガス誘導孔５のすべてが、このガス通路１５に連通する。しかも、上記ガス通路１５は、放電電極Ｅと上記処理ローラとの対向部分に開放される。

　なお、上記マニホールドパイプ３、支持部材４及び電極部材８，９のそれぞれは、導電体で構成されるとともに、マニホールドパイプ３を高圧電源１６に接続することによって、放電電極Ｅと図示していない上記処理ローラとの間で、コロナ放電が発生する。
　また、この実施形態には、コロナ放電のエネルギー源である高圧電源１６の出力及び上記処理ローラの回転速度を制御する図示していないコントローラを備えている。

　上記のような構成のもとで、マニホールドパイプ３に置換ガスを供給すると、その置換ガスは、小孔６及びガス誘導孔５を通ってガス通路１５から矢印ａ２方向に放出される。つまり、この置換ガスは、一対の電極部材８，９の間から放出されることになり、まさに、放電電極Ｅから直接放出されたことになる。

　しかも、ガス誘導孔５は、支持部材４の厚さ方向の分だけ長さを確保できるので、ガス誘導孔５を通るガス流に対して絞り抵抗を付与することになる。そのために、ガス誘導孔５の上流側であるマニホールドパイプ３内の圧力も均一に保たれ、複数のガス誘導孔５から放出されるガス圧も均等になる。また、ガス供給源側において多少の圧力変化があったとしても、マニホールドパイプ３がバッファーとして機能する。したがって、ガス供給源側の多少の圧力変動は、表面改質にほとんど影響しない。

　さらに、ガス誘導孔５の長さを上記のようにある程度長くできるので、マニホールドパイプ３内の圧力保持機能と相まって、ガス誘導孔５から放出されるガス流に指向性を持たせることができる。このようにガス流に指向性を持たせられるので、置換ガスの拡散を防止し、その濃度を一定に保つことができる。また、ガス流の指向性は、フィルムＦにともなう同伴流によって電極チャンバーＣ内に運び込まれるエアなどの層を打ち破る機能も発揮する。

　さらに、上記コントローラによって、コロナ放電のエネルギー源である高電圧源１６の出力及び上記処理ローラの回転速度を、相関性を持たせながら制御できる。特に、この実施形態では、放電部分という局所に直接置換ガスを供給するので、置換ガスの量を少なくできる。このように量の少ない置換ガスを有効に作用させるためには、放電電流の大きさとフィルムＦの搬送速度とに依存する。上記コントローラはフィルムＦの搬送速度と放電電流とを相対的に制御して、少量の置換ガスでも安定した効果を発揮させることができる。
　また、一対の放電電極８，９のそれぞれの先端を円弧状にして、角部を取り除いたので、放電電極の先端の一部に放電が集中したりしない。

　上記のようにした実施形態によれば、一対の電極部材８，９の掛止め凹部１０，１１を支持部材４の掛止め突部７にはめ合わせれば、ガス通路１５が必然的に形成されるとともに、このガス通路にはガス誘導孔５が連通する。そして、ガス誘導孔５は、孔加工で足りるが、その孔加工は、寸法が特定された切削工具を選択すれば、いつでも正確に加工できる。つまり、従来のように長いスリットを形成する難しさなどがない。

　フィルムなどの表面改質に最適である。

　Ｃ　電極チャンバー、３　マニホールドパイプ、４　支持部材、５　ガス誘導孔、
６　小孔、Ｅ　放電電極、８，９　電極部材、１２，１３　渦流生成溝、１５　ガス通路、Ｆ　フィルム、１６　高圧電源
 

Claims (5)

1. 　電極チャンバーに、フィルム等の処理基材の幅以上の長さを有する放電電極を備えるとともに、
   この放電電極が、処理基材を搬送する処理ローラに対向し、
   これら放電電極と処理ローラとの間で放電させる表面改質装置であって、
   上記放電電極は、上記処理基材の幅にほぼ一致する長さを有する一対の電極部材からなり、
   これら一対の電極部材は、当該電極部材とほぼ同じ長さを有する支持部材を挟持して対向し、
   上記電極部材の上記対向部分に形成されるすき間をガス通路とするとともに、
   このガス通路の先端が、放電電極と処理ローラとの対向部分に開放される一方、
   支持部材には、置換ガス供給系統に連通するガス誘導孔が、当該支持部材の長手方向に複数形成され、
   このガス誘導孔が上記ガス通路に連通する表面改質装置。
2. 　上記支持部材とほぼ平行にしたマニホールドパイプが設けられ、このマニホールドパイプの長手方向に複数の小孔もしくはスリットが形成され、これら小孔もしくはスリットが上記ガス誘導孔に連通する請求項１記載の表面改質装置。
3. 　上記一対の電極部材のそれぞれの先端が円弧状に形成された請求項１又は２記載に記載の表面改質装置。
4. 　上記一対の電極部材のそれぞれの先端に、上記処理基材の搬送方向にほぼ直交する方向に長さを有する渦流生成溝が形成された請求項１～３のいずれか１に記載の表面改質装置。
5. 　コロナ放電のエネルギー源である高電圧源の出力及び処理ローラの回転速度を制御するコントローラが備えられた請求項１～４のいずれか１に記載の表面改質装置。

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