JPH0759647B2 - 低温プラズマの均一化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，有機材料，無機材料等の表面処理等に利用さ
れる低温プラズマ処理において，高周波放電により発生
する低温プラズマを均一化する方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 近年，半導体，金属，有機材料，無機材料等の表面処理
や薄膜形成等に，低圧力下での高周波放電によるプラズ
マが利用されている。プラズマ処理効果の１つとして，
例えば，布帛等の低温プラズマ雰囲気中での処理によ
り，糊抜，精練あるいは仕上加工効果が得られることが
知られている。これらの処理のための内部電極型低温プ
ラズマ処理装置は，例えば，「繊維機械学会誌」第38
巻,No.4,198〜199頁（1985），特公昭60−31937号，特
公昭60−11149号，特公昭60−11150号公報等に紹介され
ている。これらの装置においては，基本的には真空を保
持し得るようにした処理室内にプラズマ発生電極を設置
し，外部に設置した高周波電源装置より処理室壁を貫通
して，大気中から真空中の電極へと高周波電力を供給す
るための電路が必要であった。

このような装置の場合，処理室壁や処理室内の金属類と
電路との間でプラズマが発生し，これにより著しい電力
損失が生じるという問題があった。

本出願人は，このような問題を解決する方法として，特
願昭61−266188号（特開昭63−120163号）にて外部がシ
ールドされた給電線を用いる方法を提案している。

（発明が解決しようとする課題） 同軸ケーブルあるいは平衡型ケーブル等の外部がシール
ドされたケーブルを給電線として用いて，プラズマ発生
電極の一端部に接続した内部電極型低温プラズマ処理装
置において，給電側とその反対側では強度が異なり，処
理効果も不均一であった。特に，布帛やフィルム等の処
理の場合，大面積あるいは大容積のプラズマが要求さ
れ，工業規模では装置が大型になるが，均一で大規模な
プラズマを高周波放電で発生することは，周波数が高く
なり，波長が短くなるように，あるいは装置が大型にな
るとともに困難になってくる。

上記のような外部がシールドされた給電線を一端縁部へ
接続したプラズマ発生電極面上の高周波の動きを考える
と，給電線が接続される電極の端縁部（以下，給電端部
という。）から高周波の進行（進行波）が始まるが，反
対側の端縁部（以下，終端部という。）では電路が開放
されているため，到達した高周波は反射され，逆方向に
進む。この反射波と進行波が電極面上で合成され，定在
波が生じる。電極の終端部は，電気的には開放端である
ため，電流は流れ得ず，電流の有する磁界のエネルギは
すべて電界のエネルギーに変わり，従って，電圧は進行
波の２倍の値となり，給電端部に向かって電圧が降下す
る。従って，電極終端部で発生するプラズマが最大で，
給電端部に向かって弱くなり，プラズマ強度に勾配が生
じる。この勾配が生じることは，電極の終端部開放の場
合避けられない現象である。

本発明は，上記のような問題点を解決するものであっ
て，大規模なプラズマ発生電極を用いた低温プラズマ発
生装置でも，均一かつ効率的な処理効果を得ることがで
きる低温プラズマの均一化方法を提供しようとするもの
である。

なお，本発明において大規模なプラズマ発生電極とは，
電極の幅および長さが高周波の波長（λ）のおよそ1/50
以上のものをいう。また，均一とは，不均一さが実用上
差し支えない位に小さいという意味である。

（課題を解決するための手段） 上記のような問題点を解決する方法について，給電線の
接続方法を種々検討した結果，プラズマ発生電極の両端
部に給電線を接続することによって，非常に均一な低温
プラズマを発生させることができることを見出し，本発
明に到達した。

すなわち，本発明は，内部電極高周波放電型低温プラズ
マ処理装置を用いて低温プラズマ処理を行うに際し，高
周波電源装置と内部電極の両端縁部を外部が接地シール
ドされた給電線により接続して給電することを特徴とす
る低温プラズマの均一化方法を要旨とするものである。

本発明の低温プラズマ処理装置は，一定間隔を隔てて対
向する高電圧印加電極と接地電極とからなるプラズマ発
生電極を真空容器内に設置し，前記プラズマ発生電極へ
高周波電力を供給するため，高周波電源装置より外部が
接地シールドされた給電線を用い，その給電線の内部導
体を高電圧印加電極に，外部導体を接地電極に各々最短
距離で前記プラズマ発生電極の両端縁部に各々接続して
給電する。このとき，外部がシールドされた給電線とし
ては，一般的には同軸ケーブルあるいは平衡型ケーブル
等の外部が接地シールドされたケーブルを使用する。

各々の給電ケーブルに独立した整合回路を組み込むこと
によって，発生するプラズマ強度をコントロールし，電
極間の幅方向のプラズマ強度の均一性を向上させること
が容易となる。

以下，図面を用いて本発明の実施の一例について詳細に
説明する。

第１図は，本発明を実施するプラズマ発生電極を用いた
シート状物処理の低温プラズマ処理装置の一例を示す。
第１図（Ａ），（Ｂ）において，真空を保持得るように
した処理室（11）内に，垂直状に立設した高電圧印加電
極板（12）の両側に，一定間隔を隔てて前記高電圧印加
電極（12）より面積が大きい接地電極板（13a），（13
b）を平行に対向して配置したプラズマ発生電極（14）
が配設され，高周波電源装置（15）から送られる高周波
電力が，整合器（16）から，外部が接地シールドされた
同軸ケーブル（または平衡型ケーブル）からなる給電線
（17），（18）を経て，前記プラズマ発生電極（14）の
上部両端縁部に給電線（17），（18）が接続され，前記
プラズマ発生電極（14）へ給電される。すなわち，外部
がシールドされた同軸ケーブルからない給電線（17），
（18）の外部導体，すなわち，シールド側導体（17
a），（17b），（18a），（18b）が各々対応する接地電
極板（13a），（13b）に，また，内部導体（17c），（1
8c）が高圧印加電極板（12）に，いずれも最短距離で接
続されている。第１図の給電線（17），（18）は２本並
列に接続している。さらに，処理室（11）内は，被処理
シート状物（19）を真空シールされた入口（20a）から
供給ローラ（21a）により送り込み，ガイドローラ（22
a），（22b），（22c），（22d），（22e），（22f），
（22g）を経て，両電極（12），（13a）間および（1
2），（13b）間を通過させて，同じく真空シールされた
出口（20b）から巻取るローラ（21b）により引出して巻
取るように配備する。また，処理室（11）へは排気口
（23a）から排出し，所定の圧力を保ちつつ，空気，酸
素，窒素等の処理ガスを給気口（23b）から連続供給す
る。

上記の低温プラズマ処理装置を使用して，ポリエステル
加工糸織物を下記の処理条件で低温プラズマ処理した。

〔処理条件〕

被処理布帛 ポリエステル加工糸織物（経150D,110本／吋；緯度150D
×2,55本／吋）150cm幅 処理ガス ……酸素 処理ガス流量 ……４/min 真空度 ……0.5Torr 処理速度 ……100cm/min 高周波電源装置周波数 ……13.56MHz 高周波電源装置自由空間波長 ……22m 高周波電源装置出力 ……2KW 電極寸法（接地電極） 長さ900mm,幅2000mm 電極間隔 ……60mm また，比較例として，第１図の装置を前記給電線（18）
を接続しない状態で用いて，上記実施例と同一布帛を同
一プラズマ処理条件で処理した。

上記実施例および比較例で得た処理織物の吸水性を,JIS
L−1096（バイレツク法）により織物の幅方向に測定し
た。その結果は第２図に示すとおりであり，第１図の本
発明の方法の装置を使用した実施例の場合，織物の幅方
向に均一でかつ優れた吸水性能が付与された。これに対
して，給電線を一端縁部へ接続した比較例の場合，織物
の吸水性能は幅方向に不均一で，プラズマ発生電極の給
電線を接続した給電端部に対応する端（耳）部が最も低
く，反対側端部に向かって高くなっており，好ましくな
かった。これらの結果からも明らかなごとく，上記実施
例の低温プラズマ処理装置は，プラズマ発生状態が極め
て均一かつ高効率であり，均一なプラズマ処理を行うこ
とができる。

第１図で示す実施の一例では，給電線は２本並列接続し
ているが，必要に応じて複数本接続してもよい。

このようにして，安価な給電線を利用して給電を行うこ
とができて，高周波電源装置から高周波電力を効率よく
プラズマ発生電極へ供給することができ，発生するプラ
ズマの均一性を高めることができる。

（作 用） 本発明において，低温プラズマ処理装置のプラズマ発生
電極の両端縁部に外部が接地シールドされた給電線を接
続して給電すると，プラズマ発生電極上の電流と電圧の
分布が最適化されるようになり，従って，プラズマ発生
電極で発生するプラズマが均一化される。給電線を複数
本並列接続して用いる場合には，プラズマ発生電極への
接続箇所は一点で接続する必要ななく，給電点を分散さ
せてプラズマの均一化をはかることができる。この場
合，一般に各給電線のプラズマ発生電極への接続点は，
電極上の各点への距離が最短とない位置が望ましい。こ
のようにして，高周波電源装置からプラズマ発生電極へ
の高周波電力を効率よく供給することができ，均一性の
高いプラズマを発生することができる。

（発明の効果） 本発明によれば，プラズマ発生電極上に極めて均一なプ
ラズマを高効率で得ることができるので，布帛やフイル
ム等の広幅のシート状物を，極めて均一かつ効率的に低
温プラズマ処理することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は，本発明で用いる低温プラズマ処理装置の一例
を示し，（Ａ）はその概略側面図，（Ｂ）は（Ａ）のＩ
−Ｉ線断面図であり，また，第２図は，低温プラズマ処
理織物の吸水性能値を示す線図である。 図中の（11）は処理室，（12）は高電圧印加電極板，
（13a），（13b）は接地電極板，（14）はプラズマ発生
電極，（15）は高周波電源装置，（16）は整合器，（1
7），（18）は給電線をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部電極高周波放電型低温プラズマ処理装
   置を用いて低温プラズマ処理を行うに際し，高周波電源
   装置と内部電極の両端縁部を外部が接地シールドされた
   給電線により接続して給電することを特徴とする低温プ
   ラズマの均一化方法。