JP2000302902A - 連続式プラズマ処理・表面加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚みや形状などが多種多様な被処理物に対す
る適用性の拡充が図れるとともに、事前処理を要するこ
となく片方の表面のみに対する所定の加工処理を非常に
効率よく行なうことができるようにする。 【解決手段】 大気圧下でグロー放電プラズマの発生に
伴い生成される化学的に活性な励起種を含むガス流を一
方向に向けて直線状に噴出可能なプラズマ発生装置２か
ら噴出されるガス流を、搬送装置１により連続搬送され
る被処理物Ｓの片方の表面Ｓａに照射させることによっ
て、その片方の表面Ｓａをプラズマ処理した後、続い
て、プラズマ処理後の片方の表面Ｓａに、印刷や塗装あ
るいはグラフト処理などの所定の加工処理を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は連続式プラズマ処理
・表面加工方法に関し、詳しくは、例えばポリエチレン
やポリプロピレン、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）
などの撥水性を有するプラスチックや紙あるいは、織
物、編物、不織布などの繊維を含む高分子素材からなる
シート状被処理物の片方の表面をプラズマ処理により親
水性や疎水性、濡れ性（接着性）などの改質処理を施し
た後、そのプラズマ処理された片方の表面に印刷や塗
装、あるいは各種の高機能化を付与するためのグラフト
処理等の加工処理を施す場合に適用される連続式プラズ
マ処理・表面加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のようなプラズマによる親水性改質
等の表面処理とその後の印刷やグラフト処理等の加工処
理とを連続的に行なう場合のプラズマ発生装置として、
従来一般的には、例えば特開平５−２３５５４１号公報
や特開平６−１１９９５号公報などに開示されているよ
うに、容器内に所定の間隔を隔てて互いに対向状態に配
置した平板状の高圧電極と接地電極との間の放電部に酸
素等の放電用反応ガスを導入させて両電極に高周波電圧
を印加することにより、グロー放電プラズマを発生さ
せ、該プラズマにより生成される電子や化学的に活性な
イオンおよび中性励起種を含むガスによって両電極間を
通過する被処理物の表面を改質する等の表面処理を行な
うように構成されたものが使用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した構成
の従来一般のプラズマ発生装置は、被処理物を電極間に
通過させることが必須の条件であるために、プラズマ処
理可能な被処理物が面積や厚み、形状などによって制約
を受けるだけでなく、被処理物の両方の表面の処理加工
には支障がないものの、被処理物の一方の表面のみを処
理加工したい場合は処理不要な他方の表面に対して、電
極間通過時にプラズマ処理が行なわれないための処理防
止剤を塗布するなどの事前処理が必要であり、また、そ
のようなプラズマ処理防止のための事前処理には多大な
手間を要することから、片方の表面のみのプラズマ処理
加工については効率が非常に悪く、生産性に欠けるとい
う問題があった。

【０００４】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、厚みや形状などが多種多様な被処理物に対す
る適用性の拡充が図れるだけでなく、事前処理を要する
ことなく片方の表面のみに対する所定の処理加工を非常
に効率よく行なうことができる連続式プラズマ処理・表
面加工方法を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る連続式プラズマ処理・表面加工方法
は、高圧電極と接地電極との間に形成される放電部に少
なくともヘリウムまたは水素を含む不活性ガスと酸素ま
たは含フッ素化合物（フルオロカーボン系）ガスを含む
反応性気体との混合反応ガスを大気圧もしくは大気圧近
傍圧力下で導入し通過させるとともに上記両電極に高周
波電力を供給することにより上記放電部にグロー放電プ
ラズマを発生させて化学的に活性な励起種を含むガス流
を生成し、かつ、そのガス流を一方向に向けて直線状に
噴出可能なプラズマ発生装置から噴出されるガス流を搬
送装置により連続的もしくは略連続的に搬送されるシー
ト状被処理物の片方の表面に照射させることによって、
該被処理物の片方の表面を面状にプラズマ処理した後、
そのプラズマ処理された被処理物の片方の表面に所定の
加工処理を施すことを特徴とするものである。

【０００６】本発明によれば、被処理物を搬送装置を介
して一定の搬送経路に沿って連続搬送させるだけで、ま
ず、プラズマ発生装置における放電部で発生されるグロ
ー放電プラズマにより生成され、一方向に向けて直線状
に噴出される化学的に活性な励起種を含むガス流を被処
理物に向けて照射させることによって、被処理物の片方
の表面のみを親水性に改質する等のプラズマ処理が行な
われるとともに、これに続けて、プラズマ処理された被
処理物の片方の表面に印刷、塗装あるいはグラフト処理
などの所定の加工処理が施されるといったように、被処
理物の処理不要な他方の表面に処理防止剤を塗布するな
どの多大な手間を要する事前処理を行なわずとも、片方
の表面に対する一連の処理加工を連続的に、かつ、同時
並行することが可能である。これによって、厚みや形状
などが多種多様な被処理物に対する適用性の拡充が図れ
るのはもとより、被処理物の片方の表面のみに対する所
定のプラズマ処理加工の効率を高めて生産性の向上が図
れる。

【０００７】上記連続式プラズマ処理・表面加工方法に
使用するプラズマ発生装置として、請求項２に記載のよ
うに、中実帯板状高圧電極とこの帯板状高圧電極の厚み
方向の両側にそれぞれ絶縁体を挟んで対向配置された接
地電極とを有するとともに、帯板状高圧電極の板幅方向
の一端部側の表裏両面にそれぞれ帯板長手方向に沿って
断片的に、かつ、表裏互い違いに配置して複数個のスリ
ット状ガス吹出し孔が形成されて化学的に活性な励起種
を含むガス流を略直線状に噴出可能に構成されたものを
用いることによって、電極間に放電空間を形成する従来
一般のプラズマ発生装置に比べて、電極部の構成を簡単
にして製作コストの大幅な低減が図れるだけでなく、ス
パークやアーク放電などの異常放電に伴う放電ロスを少
なくしてプラズマの発生を安定化しやすく、プラズマに
よる片方の表面処理を適正かつ効率よく行なわせること
ができる。

【０００８】また、上記連続式プラズマ処理・表面加工
方法に使用するプラズマ発生装置として、請求項３に記
載のように、平板状の高圧電極と平板状でその全面に多
数のガス流噴出孔を有する接地電極とを絶縁体を挟んで
対向配置して両電極間に微小間隙からなる放電部が形成
されてなり、両電極への高周波電圧の供給によるグロー
放電プラズマの発生に伴い微小間隙に生成される化学的
に活性な励起種を含むガス流を上記接地電極の多数のガ
ス流噴出孔より噴出可能に構成されたものを使用しても
よい。この場合は、プラズマ中に含まれているイオンや
電子等に被処理物の表面が直接的に晒されることに伴う
ダメージを少なくし表面処理に有効な中性励起種をその
活性が損なわれないうちに被処理物の片方の表面に照射
させて確実かつ効率のよいプラズマ処理を行なうことが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】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は本発明に係る連続式プラ
ズマ処理・表面加工方法の一例として、プラズマ処理・
表面加工処理・乾燥を連続的に行なう方法の実施に際し
て用いられるシステムの概念図、図２は同システム構成
の模式図である。

【００１０】この連続式プラズマ処理・表面加工処理・
乾燥システムは、シート状被処理物Ｓを水平面に沿って
連続的に載置搬送するベルトコンベア等の搬送装置１の
搬送経路に沿わせてその搬送上手側から下手側にかけ
て、被処理物Ｓの疎水性表面のうち片方の表面Ｓａを親
水性に改質したり、表面に濡れ性を付与したりするなど
のプラズマ処理（Ａ）を行なうための大気圧プラズマ発
生装置２と、プラズマ処理後の被処理物Ｓの片方の表面
Ｓａに印刷、塗装、接着剤塗布、染色あるいはグラフト
処理等の所定の加工（Ｂ）を施す表面加工処理装置３
と、表面加工処理後の被処理物Ｓの表面Ｓａを加熱乾燥
する高周波誘電加熱乾燥装置４とを順番に配設してな
る。

【００１１】上記大気圧プラズマ発生装置２としては、
例えば図３〜図５に示すように、中実帯板状に形成され
た高圧電極２０と、この高圧電極２０の厚み方向の両側
にそれぞれ帯状の絶縁体２１を介して電気的に隔離して
アース接地された一対の帯板状接地電極２２と、これら
高圧電極２０、接地電極２２及び絶縁体２１のうち帯板
幅方向一端部側で高圧電極２０と接地電極２２との間に
形成される放電部２３を除く全体を包囲するように角Ｕ
字形状に形成されたアルミニウム製等のカバーケーシン
グ２４とからなり、上記高圧電極２０の中実内部に形成
した反応ガス供給通路２５にヘリウムガスまたは水素を
含む不活性ガスと酸素または含フッ素化合物（フルオロ
カーボン系）ガスを含む反応性気体との混合ガスを大気
圧下で供給し、これを放電部２３に導入するとともに上
記高圧電極２０に高周波電力（１０ＫＨｚ〜５００ＭＨ
ｚ）を供給することによって、上記放電部２３に大気圧
下でグロー放電プラズマを発生させ、該プラズマにより
イオン、ラジカルなどの化学的に活性な励起種を含む反
応性ガス流を生成し、そのガス流を、中実帯板状高圧電
極２０の板幅方向の一端部側の表裏両面にそれぞれ、帯
板長手方向に沿って断片的に、かつ、表裏互い違いで一
部がラップするように配置して形成された略半円形状の
複数個のスリット状ガス吹出し孔２６から一方向、つま
り、被処理物Ｓの片方の表面Ｓａに向けて略直線状に噴
出可能に構成されたものを使用している。

【００１２】また、上記高周波誘電加熱乾燥装置４は、
図２に示すように、被処理物Ｓの搬送方向に所定の間隔
を隔てて複数本のロール状電極４０が互いに平行姿勢で
並列配置され、これらロール状電極４０群のうち搬送方
向に一つ置きに位置する電極４０ａをプラスとし、他の
電極４０ｂをマイナスとして搬送方向で相隣接する複数
組のプラス及びマイナス電極４０ａ，４０ｂ間にそれぞ
れ高周波電力を供給することによって、誘電体損失によ
り被処理物Ｓに熱が発生され、この熱が表面加工処理装
置３により印刷、塗装、接着剤塗布、染色あるいはグラ
フト処理等の所定の加工処理が施された後の被処理物Ｓ
の表面Ｓａに付与されて該表面Ｓａを加熱乾燥するよう
に構成されている。

【００１３】上記構成のシステムにおいて、上記プラズ
マ発生装置２の高圧電極２０及び高周波誘電加熱乾燥装
置４のロール状電極４０には、数１０ＭＨｚの単一高周
波電源５で発生された高周波電力を高周波電力デバイダ
ー６により５０％・５０％〜５％・９５％の範囲で所定
の割合に分割した上、それら分割電力をそれぞれ整合器
７，８を通して供給するように構成されている。

【００１４】上記のように構成された連続式プラズマ処
理・表面加工処理・乾燥システムにおいては、被処理物
Ｓの他方の表面Ｓｂに対するプラズマ処理防止剤の塗布
など事前処理を一切行なわずとも、この被処理物Ｓを搬
送装置１を介して一定の搬送経路に沿って連続的または
断続的に搬送させるだけで、まず、大気圧プラズマ発生
装置２における放電部２３で発生されるグロー放電プラ
ズマにより生成され、複数個のスリット状ガス吹出し孔
２６から一方向に向けて略直線状に噴出される化学的に
活性な励起種を含むガス流が被処理物Ｓの片方の表面Ｓ
ａに照射されることになり、これによって、被処理物Ｓ
の片方の表面Ｓａに対する親水性改質等のプラズマ処理
（Ａ）が行なわれる。続いて、表面加工処理装置３によ
って改質等のプラズマ処理後の被処理物Ｓの片方の表面
Ｓａに印刷、塗装、接着剤塗布あるいはグラフト処理等
の所定の表面加工処理（Ｂ）が施された後、続けて、高
周波誘電加熱乾燥装置４により被処理物Ｓの表面Ｓａが
誘電加熱乾燥（Ｃ）されるといったように、一連の処理
が連続的に、かつ、同時並行されることになり、これに
よって、全体の処理スピードが高速化されて生産性の向
上が図れる。

【００１５】ここで、印刷、塗装、あるいはグラフト処
理等のためのプラズマ処理に使用される大気圧プラズマ
発生装置２及び高周波誘電加熱乾燥装置４の各電極２０
及び４０に対し、単一の高周波電源５で発生された高周
波電力を高周波電力デバイダー６で所定の割合に分割し
た上、それら分割電力をそれぞれ整合器７，８を通して
供給するような構成を採用することによって、両装置
２，４に個別に高周波電源を装備させる場合に比べて、
システム全体の設備コストの低減化が図れるとともに、
設置所要スペースの削減および両処理の同時並行による
消費エネルギーの節減も図れ、さらに、両装置２，４そ
れぞれにおいて負荷インピーダンスと供給インピーダン
スとの整合によって所定のプラズマ処理及び加熱乾燥処
理を適正かつ安定よく行わせることが可能である。

【００１６】なお、上記実施の形態では、プラズマ発生
装置２として、図３〜図５に示したような構成のものを
使用したが、これに代えて図６及び図７に示すように構
成された平板型大気圧プラズマ発生装置２´を使用して
もよい。

【００１７】図６及び図７に示す平板型大気圧プラズマ
発生装置２´は、矩形平板状に形成された高圧電極２０
´と、矩形平板状で全面に多数のガス流噴出孔２６´…
がパンチング加工され上記高圧電極２０´との間に微小
間隙からなる放電部２３´を形成するように薄い矩形環
状絶縁体２１´を挟んで高圧電極２０´に対向配置され
たステンレス製パンチングメタル等の接地電極２２´
と、上記高圧電極２０´と外形状と等しい形状を有する
とともに、その内周側には放電部２３´となる微小間隙
を確保するための肉薄環状部２７ａが段落状に形成さ
れ、高圧電極２０´の一方の表面に当接固定された絶縁
材からなる矩形環状の外側ガスリング２７と、上記接地
電極２２´をその中央部において絶縁材からなる内側ガ
スリング２８を介して高圧電極２０´に固定させる固定
治具２９と、上記放電部２３´を除く高圧電極２０´の
外周面部及び矩形環状の外側ガスリング２７の外周部に
配置された矩形環状の絶縁体３０及び高圧電極２０´の
他方の表面に当接された絶縁体３１と、これら絶縁体３
０，３１の全体を包囲するアルミニウム製などのカバー
ケーシング２４´とを備えている。

【００１８】また、上記高圧電極２０´の中実内部に
は、一端が放電部２３´を形成する側とは異なる側の表
面に開口し他端が外側ガスリング２７及び内側ガスリン
グ２８にそれぞれ形成された矩形環状溝３２，３３の一
部に開口接続されてなり、一端開口部から大気圧下で供
給される不活性ガスと酸素または含フッ素化合物（フル
オロカーボン系）ガスを含む反応性気体との混合ガスを
上記矩形環状溝３２，３３内に導入する反応ガス供給通
路２５´，２５´が貫通形成されてなる。さらに、上記
外側ガスリング２７には混合ガスを図７の矢印ａ方向に
向けて微小間隙の外周から中央部に向けて噴出する複数
のスリット状ガス供給孔３４Ａが形成されているととも
に、内側ガスリング２８には混合ガスを図７の矢印ｂ方
向に向けて噴出する複数のスリット状ガス供給孔３４Ｂ
が形成されており、これにスリット状ガス供給孔３４
Ａ，３４Ｂからそれぞれ内外対向流の状態で混合ガスが
放電部２３´となる微小間隙に供給されるように構成さ
れている。

【００１９】上記のような構成の平板型大気圧プラズマ
発生装置２´を、図３〜図５に示す大気圧プラズマ発生
装置２に代えて、これを図２の位置に配置して使用する
場合も、上記実施の形態の場合と同様に、被処理物Ｓの
片方の表面Ｓａに対するプラズマ処理・表面加工処理を
非常に効率よく行なえて生産性の向上を図ることができ
る。

【００２０】なお、図６及び図７に示した平板型大気圧
プラズマ発生装置２´においては、外側ガスリング２７
及び内側ガスリング２８のそれぞれに形成したスリット
状ガス供給孔３４Ａ及び３４Ｂから内外対向流の状態で
混合ガスを微小間隙に供給するように構成したもので示
したが、内側ガスリング２８はなくして外側ガスリング
２７に形成したスリット状ガス供給孔３４Ａからのみ混
合ガスを供給するように構成した平板型大気圧プラズマ
発生装置２´を使用してもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、グロー
放電プラズマの発生に伴い生成される化学的に活性な励
起種を含むガス流を一方向に向けて直線状に噴出可能な
プラズマ発生装置を用いることで、プラズマ処理が不必
要な被処理物の表面側に事前に処理防止剤を塗布するな
どの面倒で、かつ多大な手間のかかる作業を行なわずと
も、その被処理物を搬送装置を介して一定の搬送経路に
沿って連続搬送させるだけで、被処理物の片方の表面の
みに対するプラズマ処理と、そのプラズマ処理後の表面
への印刷、塗装あるいはグラフト処理など所定の加工処
理とを連続的に、かつ、複数の被処理物に対して同時並
行的に行なうことができる。したがって、厚みや形状な
どが多種多様な被処理物に対する適用性の拡充を図り得
るのはもとより、被処理物の片方の表面のみに対する所
定のプラズマ処理・表面加工の効率を高めて生産性の著
しい向上を達成することができるという効果を奏する。

【００２２】特に、プラズマ発生装置として、請求項２
または請求項３に記載のような構成のものを使用するこ
とにより上記効果に加えて、スパークやアーク放電など
の異常放電に伴う放電ロスを少なくしてプラズマの発生
を安定化し、プラズマによる片方の表面処理を確実、適
正に、かつ一層効率よく行なわせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る連続式プラズマ処理・表面加工方
法の一例として、プラズマ処理・表面加工処理・乾燥を
連続的に行なう方法の実施に際して用いられるシステム
の概念図である。

【図２】同上システム構成の模式図である。

【図３】同上システムにおけるプラズマ発生装置の側面
図である。

【図４】同上プラズマ発生装置の底面図である。

【図５】同上プラズマ発生装置の縦断正面図である。

【図６】本発明の他の実施形態によるプラズマ発生装置
の縦断側面図である。

【図７】同上プラズマ発生装置の半横断底面図である。

【符号の説明】

１ 搬送装置 ２，２´ 大気圧プラズマ発生装置 ３ 表面加工処理装置 ２０，２０´ 高圧電極 ２１，２１´ 絶縁体 ２２，２２´ 接地電極 ２３，２３´ 放電部 ２６ スリット状ガス吹出し孔 ２６´ ガス流噴出孔 Ｓ 被処理物 Ｓａ 処理される側の表面

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F073 AA01 BA03 BA07 BA08 BA16 BB09 CA01 CA07 CA08 CA14 CA62 CA65 CA67 4L031 CB05 DA00 DA08 DA21

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧電極と接地電極との間に形成される
   放電部に少なくともヘリウムまたは水素を含む不活性ガ
   スと酸素または含フッ素化合物（フルオロカーボン系）
   ガスを含む反応性気体との混合反応ガスを大気圧もしく
   は大気圧近傍圧力下で導入し通過させるとともに上記両
   電極に高周波電力を供給することにより上記放電部にグ
   ロー放電プラズマを発生させて化学的に活性な励起種を
   含むガス流を生成し、かつ、そのガス流を一方向に向け
   て直線状に噴出可能なプラズマ発生装置から噴出される
   ガス流を搬送装置により連続的もしくは略連続的に搬送
   されるシート状被処理物の片方の表面に照射させること
   によって、該被処理物の片方の表面を面状にプラズマ処
   理した後、 そのプラズマ処理された被処理物の片方の表面に所定の
   加工処理を施すことを特徴とする連続式プラズマ処理・
   表面加工方法。
2. 【請求項２】 上記プラズマ発生装置として、中実帯板
   状高圧電極とこの帯板状高圧電極の厚み方向の両側にそ
   れぞれ絶縁体を挟んで対向配置された接地電極とを有す
   るとともに、帯板状高圧電極の板幅方向の一端部側の表
   裏両面にそれぞれ帯板長手方向に沿って断片的に、か
   つ、表裏互い違いに配置して複数個のスリット状ガス吹
   出し孔が形成されて化学的に活性な励起種を含むガス流
   を略直線状に噴出可能に構成されたものを使用する請求
   項１に記載の連続式プラズマ処理・表面加工方法。
3. 【請求項３】 上記プラズマ発生装置として、平板状の
   高圧電極と平板状でその全面に多数のガス流噴出孔を有
   する接地電極とを絶縁体を挟んで対向配置して両電極間
   に微小間隙からなる放電部が形成されてなり、両電極へ
   の高周波電圧の供給によるグロー放電プラズマの発生に
   伴い微小間隙に生成される化学的に活性な励起種を含む
   ガス流を上記接地電極の多数のガス流噴出孔より噴出可
   能に構成されたものを使用する請求項１に記載の連続式
   プラズマ処理・表面加工方法。