JPH08337675A - 多孔体の改質処理方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】多孔体表面および内面の改質を容易に、しかも
均一に行うことができる多孔体の改質処理方法およびそ
の装置を提供する。 【構成】電圧を印加するための電圧印加電極と接地電極
を、その両電極間に、内部に複数の孔を有する多孔体を
介在させた状態でチャンバ内に配設するとともに、大気
圧以上としたチャンバ内に反応ガスを導入し、電圧印加
電極に高周波／高電圧を印加してプラズマを発生させる
方法である。また、装置は、大気圧以上としたチャンバ
と、反応ガス導入手段と、このチャンバ内に対向配置さ
れた電圧印加電極および接地電極と、この両電極間距離
を調節するための調節手段が備えられ、電圧印加電極に
は高周波／高電圧が印加される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多孔体表面および内面
を改質処理する方法およびその装置に関し、特に疎水性
材料からなるシート状の多孔体の表面および内面の親水
化処理の方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリテトラフルオロエチレンやポリフッ
化ビニリデン等のフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリスルホンなどの熱可塑性樹脂のフィルムお
よび多孔体を改質する方法として、以下に示すような様
々な方法が開示されている。 （ａ）例えば、フッ素樹脂は金属ナトリウムを含む液体
アンモニアやナフタリンとテトラヒドロフラン等の処理
液に浸漬したり、あるいは、ポリエチレンやポリプロピ
レン樹脂は重クロム酸カリウムと濃硫酸との混合液に浸
漬する、いわゆる化学的に表面を改質する方法 （ｂ）スパッタエッチングによる改質方法や、数ｋＨｚ
の周波数電圧を印加して、電極と被処理物との間にプラ
ズマを発生させるプラズマ処理改質方法 （ｃ）界面活性剤を塗布する方法

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の従来
例において、まず、（ａ）の改質方法では、フッ素樹脂
の場合はフッ素樹脂材料の表面が褐色になり、表面部分
が脆弱になったり、浸漬された部分のみしか改質できな
い問題があった。さらに、反応を制御することも難し
く、しかも危険な薬品を必要としていた。

【０００４】また、（ｂ）の方法は、いずれも表面しか
改質できず、このプラズマ処理は電極と被処理物の間で
プラズマを発生させるため、多孔体内面までの処理はで
きなかった。

【０００５】さらに、（ｃ）の方法では、界面活性剤が
多孔体に十分付着しないため、界面活性剤が脱落し易
く、親水性の保持は難しいという問題があった。本発明
はこれらの問題点を解決するためになされたもので、多
孔体表面および内面の改質を容易に、しかも均一に行う
ことができる多孔体の改質処理方法およびその装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明方法は、電圧を印加するための電圧印加電
極と接地電極を、その両電極間に、内部に複数の孔を有
する多孔体を介在させた状態でチャンバ内に配設すると
ともに、そのチャンバ内に反応ガスを導入し、上記電圧
印加電極に電圧を印加してプラズマを発生させることに
より、上記多孔体を処理する方法において、上記チャン
バ内を大気圧以上とし、上記電圧印加電極に高周波／高
電圧を印加することにより、上記多孔体表面および各孔
の内部空間でプラズマを発生させることによって特徴付
けられている。

【０００７】また、この方法において、上記両電極ある
いは一方の電極に誘電体を固着させるのが好ましい。ま
た、本発明装置は、チャンバと、そのチャンバ内に反応
ガスを導入するための反応ガス導入手段と、上記チャン
バ内に対向配置された電圧印加電極および接地電極とを
備え、この両電極間に多孔体を介在させた状態で反応ガ
スを導入し、上記電圧印加電極に電圧を印加することに
より、当該多孔体を処理する装置において、上記チャン
バ内は大気圧以上の雰囲気とされているとともに、上記
電圧印加電極には高周波／高電圧が印加され、かつ、上
記両電極間距離を調節するための調節手段が設けられて
いることによって特徴付けられている。

【０００８】また、この装置においては、シート状の多
孔体を上記両電極間を所定方向に移動させながら繰り出
す繰出し手段と、その繰り出された多孔体を巻き取る巻
取り手段を設けてもよい。

【０００９】またさらに、上記両電極あるいは一方の電
極に誘電体が固着されていることが好ましい。

【００１０】

【作用】プラズマ中では中性分子や電子、イオンが衝突
を繰り返しながらエネルギの受渡しを行い、電離、励
起、解離の他に電子の付着や再結合、またこれらが組合
わされた反応が起こっている。

【００１１】本発明の多孔体の処理方法においては、大
気圧以上の高圧力下で行うので、ガス分子の密度が高く
なるため、ガス分子の平均自由行程が短くなる。この状
態で高周波の強電界を形成すると、電子やイオンの衝突
により生成したラジカルとともに、これらが孔内部の微
小空間内で高密度の衝突が繰り返され、プラズマが発生
する。また、高周波を用いているので、イオンや電子の
振幅が小さくなり、プラズマ領域を集中することがで
き、この結果、高密度のプラズマを発生させることがで
きる。

【００１２】両電極あるいは一方の電極に誘電体を固着
させることにより、電極印加時のアーク放電の発生を防
ぐことができ、安定したプラズマを維持することができ
る。以上の方法を達成するための手段である本発明の多
孔体の処理装置においては、チャンバ内の雰囲気は大気
圧以上の高圧力下で、しかも高周波／高電圧でプラズマ
を発生させれば、多孔体近傍には高密度のプラズマが形
成される。また、調節手段により、両電極間の距離を多
孔体の厚みに対応して調節することができ、処理毎に強
電界を得るための適切な距離を設定することができる。

【００１３】また、繰出し手段および巻取り手段によ
り、シート状の多孔体を連続的に処理することができ
る。また、両電極あるいは一方の電極に固着された誘電
体により、電極印加時のアーク放電の発生を防ぐことが
でき、安定したプラズマを維持することができる。

【００１４】

【実施例】本発明方法および本発明装置の実施例を、以
下、図面に基づいて説明する。本発明実施例の方法は、
例えば、後述する図１乃至図５に示す装置を用いて行う
ことができる。

【００１５】本発明実施例の方法の特徴は、電圧を印加
するための電圧印加電極と接地電極を、その両電極間に
多孔体を介在させた状態で大気圧以上の圧力としたチャ
ンバ内に配設し、そのチャンバ内に反応ガスを導入し、
電圧印加電極に高周波／高電圧を印加してプラズマを発
生させることにより、上記多孔体の改質処理を行う点に
ある。

【００１６】上述のプラズマを発生させるためには、プ
ラズマ発生部に強電界が必要となる。この強電界を得る
方法としては、電圧印加電極の形状を例えば突起状とし
電界集中を起こす方法や、対向して配置された電圧印加
電極と接地電極との間隔を狭くして電界強度を高める方
法がある。

【００１７】また、多孔体の孔内部でプラズマ発生を促
進させる方法としては、多孔体外部に電離電圧の高いガ
スを満たす方法がある。従って、導入する不活性ガスと
しては、例えば、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプ
トン、キセノン、窒素等や、これらのガスを混合した混
合気体がある。この中でも、放電の安定性の面からヘリ
ウム、アルゴンが好ましい。

【００１８】また、多孔体に親水性あるいは親油性を付
加するために、常温で液体または気体の有機化合物を用
いる。まず、親水性を付加する場合には、例えばアルコ
ール類、ケトン類等の有機溶媒や、これらの混合物が用
いられる。このアルコール類としては、エタノール、メ
タノール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコ
ール等があり、またケトン類としては、ジメチルケト
ン、アセトン、メチルエチルケトン等がある。

【００１９】一方、親油性を付加する場合には、例え
ば、キシレン，ベンゼン，トルエン，スチレン等の芳香
族炭化水素、プロパン，ブタン，ペンタン，ヘキサン等
の脂肪族炭化水素、エチレン，ブテン，ペンテン等の不
飽和脂肪族炭化水素等の炭化水素がある。

【００２０】反応ガスの混合比については、選択するガ
ス、または有機化合物によって変わるが、不活性ガスが
６０容量％から９９．５容量％、常温で気体のガスまた
は常温で気体または液体の有機化合物が気体状態で０．
５容量％から４０容量％になるようにするのが好まし
い。

【００２１】対向する電極は互いに平行に設置され、両
電極間に被処理体である多孔体を配置する。両電極の距
離は多孔体の厚みに応じて調節できるようになってお
り、電圧印加電極と多孔体の間隙は１ｍｍ以下とし、好
ましくは互いに接するように調節する。また、これらの
両電極を構成する物質としては、導電性を示すものであ
れば特に限定されるものではないが、例えば、銅，ニッ
ケル，アルミニウム，タングステン，マグネシウム，マ
ンガン等や、また、これらの金属の合金が利用できる。

【００２２】さらに、対向する電極と多孔体との間隙の
一方あるいは両方に誘電体を配置するのが好ましい。こ
れは、この誘電体を配置することにより、電圧印加時の
アーク放電の発生を防ぐことができ、安定したプラズマ
の維持が可能となることにっよる。この誘電体を構成す
る物質としては、ガラス，アルミナ，マイカ，ポリエス
テル，ポリイミド，テフロン等が挙げられる。

【００２３】以上の方法により処理される多孔体として
は、直径０．０１μｍから１ｍｍの孔を有し、空隙率が
５％〜９８％であり、厚さ１μｍから１０ｍｍのシート
状の多孔体を使用することが好ましい。また、この多孔
体を構成する物質としては、とくに限定されるものでは
ないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン，ポリフ
ッ化ビニリデン，テトラフルオロエチレン- ヘキサフル
オロアルキルビニルエーテル共重合体，テトラフルオロ
エチレン- エチレン共重合体，テトラフルオロエチレン
- パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体，ポリ
クロロトリフルオロエチレン等からなるフッ素系高分子
重合体膜や、アルミナ，炭化ケイ素，窒化ケイ素，ジル
コニア等のセラミックスやガラス類、ポリエチレン，ポ
リプロピレン，ポリスチレン，ポリイミド等の熱可塑性
樹脂などがある。

【００２４】次に、本発明装置の実施例を模式的にその
構成を示す図１乃至図５を参照しながら説明する。ま
ず、図１の実施例装置は、処理チャンバ１０と、この処
理チャンバ１０の外部から反応ガス等を導入するための
反応ガス導入口１がこの処理チャンバ１０の内部に引き
込まれた状態で備えられ、また、処理チャンバ１０内の
ガスを排気するためのガス排気口７が処理チャンバ１０
の壁面を介して排気機構（図示せず）に接続されてい
る。

【００２５】また、処理チャンバ１０内には、高周波電
源８に電極接続用ジョイント９を介して接続された円筒
型の電圧印加電極２が設けられ、この電圧印加電極２に
は電圧の印加時にアーク放電の発生を防ぐための誘電体
３が接続されている。また、この電圧印加電極２に対向
して接地電極５が配置されている。この接地電極５の下
方には、この接地電極５を昇降させるための昇降台６が
設けられ、この接地電極５上に改質処理すべき多孔体４
が載置される。処理時には、多孔体４の厚さに応じて昇
降台６を駆動させることにより、接地電極５と誘電体３
との間隔を設定できるようになっている。

【００２６】この実施例装置によって処理を行う場合、
多孔体４と誘電体３との距離、および多孔体４と接地電
極５との距離は、それぞれ１ｍｍ以下とするが、接する
のが好ましい。

【００２７】なお、この実施例では両電極間の距離を調
整するための手段として、昇降台６を接地電極５側に設
けたが、これに限ることなく、両電極にそれぞれ設けて
もよいし、電圧印加電極２側に設けてもよい。

【００２８】この状態で、反応ガス導入口１よりチャン
バ１０内に、不活性ガスと、酸素、水素、水、常温で液
体または気体の有機化合物の群から選ばれた少なくとも
一つの物質との混合物を含有した反応ガスを導入するこ
とにより、多孔体４の内部に反応ガスを充満させ、電圧
印加電極２に高周波／高電圧を印加して、多孔体４内部
でプラズマを発生させることにより、多孔体４の表面及
び内面を処理する。

【００２９】ここで、この装置を使用して行った親水化
処理の具体例を三例あげ、それぞれの処理条件及び親水
化の評価を調べた結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】なお、これらの具体例において、いずれも
周波数１４５ＭＨｚの高周波／高電圧を印加し、また、
誘電体３としてはいずれもアルミナを使用した。また、
ここで行った親水化の評価は、直径２ｍｍの水滴を、親
水化処理後の多孔質フィルムに滴下し、その水滴がこの
多孔質フィルムにしみこむまでの時間を測定したもので
ある。なお、未処理の多孔質フィルムについても同様の
評価を行った結果、いずれの場合も、水の接触角１３５
度で水滴は滴下した状態のままで多孔質フィルム内にし
みこまなかった。

【００３２】以上、図１に示す装置及びこの装置を用い
て行う処理方法について説明したが、この他の装置構成
として、図２に示す装置がある。この装置は、多孔質フ
ィルム１５を連続処理するために、多孔質フィルム１５
を繰り出す繰出しロール１１と処理後の多孔質フィルム
１５を巻き取る巻取りロール１２が備えられている。ま
た、電圧印加電極２側には誘電体３を介して、複数の誘
電体管１３が回転自在に備えられ、各誘電体管１３内に
は金属線１４が挿入されている。この金属線１４は電圧
印加電極２と電気的に接続されており、誘電体管１３の
回転動作に同期して回転することはない。この誘電体管
１３の直径は金属線１４の直径よりも大きく、改質処理
時には、これらの誘電体管１３は多孔質フィルム１５と
接した状態で配設される。改質処理後、接地電極５と誘
電体管１３が互いに相反する方向に回転するとともに、
巻取りロール１２によって多孔質フィルム１５が順次巻
き取られることにより、孔質フィルム１５の搬送が行わ
れる。この搬送動作は、巻取りロール１２を回転駆動す
る駆動機構によって、繰出しロール１１および誘電体管
１３が追随して回転動作することによって行われてい
る。

【００３３】このように図２に示す装置によれば、金属
線１４が誘電体管１３内に挿入され、さらに、この誘電
体管１３を電圧印加電極２の誘電体３および多孔質フィ
ルム１５と接した状態で高周波／高電圧を印加すること
により、電界集中させた強電界の場を形成することが可
能となる。

【００３４】また、図３に示す装置は、図２の構成の装
置において、誘電体３内に誘電体管１３ａを埋設し、さ
らに、金属線１４ｂを挿入した誘電体管１３ｂが接地電
極５上にも設けられた構成となっている。この金属線１
４ｂは接地電極５に、また金属線１４ａは電圧印加電極
２に電気的に接続されている。また、先の実施例同様、
誘電体管１３ａ，１３ｂの直径は金属線１４ａ，１４ｂ
の直径よりも大きく形成されており、多孔質フィルム１
５が搬送される際、これらの金属線１４ａ，１４ｂは回
転せず、誘電体管１３ａ，１３ｂが互いに相反する方向
に回転する。この実施例では、誘電体管１３ｂが接地電
極５上にも設けられているため、先の実施例に比べ、さ
らに強電界の場を形成することが可能となる。

【００３５】さらに、図４に示すように、上述した誘電
体管１３ｃが埋設された誘電体３ｃが、接地電極５上の
周囲に設けられている。この装置においては、誘電体管
１３ａ，１３ｃは回転自在となっており、多孔質フィル
ム１５は、これらの誘電体管１３ａ，１３ｃに挟まれた
状態で設置され、これらの誘電体管１３ａ，１３ｃが互
いに相反する方向に回転し、順次搬送されるようになっ
ている。

【００３６】なお、図４に示した実施例では誘電体管を
複数設けた構造としたが、図５に示すように、各誘電体
３ａ，３ｃ内に一本ずつ対向して設けた構造としてもよ
い。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明方法によれ
ば、大気圧以上の高圧力下で、かつ、印加電極に高周波
／高電圧を印加する構成としたので、強電界を形成する
ことができ、プラズマ領域を集中することができる。し
たがって、多孔体の表面及び孔内部の空間に高密度のプ
ラズマを発生させることができ、多孔体の改質処理を容
易に、しかも均一に行うことができる。また、誘電体を
両電極あるいは一方の電極に固着させた場合には、電圧
印加時のアーク放電の発生を防ぐことができ、安定した
プラズマを維持することができる。

【００３８】本発明の多孔体の処理装置においては、大
気圧以上の高圧力下で、かつ、印加電極に高周波／高電
圧を印加するとともに、調節手段を設けた構成としたの
で、多孔体の表面及び孔内部の空間に高密度のプラズマ
を発生させることができ、多孔体の改質処理が容易に、
しかも均一に行われる。また、両電極間の距離を多孔体
の厚みに対応して調節することができ、処理毎に適切な
距離を設定できる。また、両電極を多孔体に接した状態
となるよう調節すれば、両電極間の距離はより短くな
り、強電界を形成することができる。さらに、繰出し手
段および巻取り手段を設けた構成としたので、シート状
の多孔体を連続的に改質処理することができ、処理能力
の増大を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の実施例を模式的に示す図

【図２】本発明装置の他の実施例を模式的に示す図

【図３】本発明装置のさらに他の実施例を模式的に示す
図

【図４】本発明装置のさらに他の実施例を模式的に示す
図

【図５】本発明装置のさらに他の実施例を模式的に示す
図

【符号の説明】

１・・・・反応ガス導入口 ２・・・・電圧印加電極 ３・・・・誘電体 ４・・・・多孔体 ５・・・・接地電極 ６・・・・昇降台 ８・・・・高周波電源 １０・・・・処理チャンバ １１・・・・繰出しロール １２・・・・巻取りロール

フロントページの続き (72)発明者 浦入 正勝 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電圧を印加するための電圧印加電極と接地
   電極を、その両電極間に、内部に複数の孔を有する多孔
   体を介在させた状態でチャンバ内に配設するとともに、
   そのチャンバ内に反応ガスを導入し、上記電圧印加電極
   に電圧を印加してプラズマを発生させることにより、上
   記多孔体を処理する方法において、上記チャンバ内を大
   気圧以上とし、上記電圧印加電極に高周波／高電圧を印
   加することにより、上記多孔体表面および各孔の内部空
   間でプラズマを発生させることを特徴とする多孔体の改
   質処理方法。
2. 【請求項２】上記両電極あるいは一方の電極に誘電体を
   固着させることを特徴とする請求項１に記載の多孔体の
   改質処理方法。
3. 【請求項３】チャンバと、そのチャンバ内に反応ガスを
   導入するための反応ガス導入手段と、上記チャンバ内に
   対向配置された電圧印加電極および接地電極とを備え、
   この両電極間に多孔体を介在させた状態で反応ガスを導
   入し、上記電圧印加電極に電圧を印加することにより、
   当該多孔体を処理する装置において、上記チャンバ内は
   大気圧以上の雰囲気とされているとともに、上記電圧印
   加電極には高周波／高電圧が印加され、かつ、上記両電
   極間距離を調節するための調節手段が設けられているこ
   とを特徴とする多孔体の改質処理装置。
4. 【請求項４】シート状の多孔体を、上記両電極間を所定
   方向に移動させながら繰り出す繰出し手段と、その繰り
   出された多孔体を巻き取る巻取り手段が設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載の多孔体の改質処理装
   置。
5. 【請求項５】上記両電極あるいは一方の電極に誘電体が
   固着されていることを特徴とする請求項３あるいは請求
   項４に記載の多孔体の改質処理装置。