WO2008065861A1 - Atmospheric plasma processing apparatus and atmospheric plasma processing method - Google Patents
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Definitions
- Atmospheric pressure plasma processing apparatus and atmospheric pressure plasma processing method are provided.
- the present invention relates to an atmospheric pressure plasma processing apparatus and an atmospheric pressure plasma processing method used for surface treatment of a novel cylindrical substrate.
- a dry film forming method using a vacuum such as a sputtering method, a vacuum deposition method, an ion plating method, or the like has been used.
- Such a film forming method requires a vacuum facility, and thus the equipment cost is high. Furthermore, since continuous production was not possible and the film forming speed was low, there was a problem that productivity was low.
- this atmospheric pressure plasma processing method discharge is performed under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure, and a reactive gas introduced into the discharge space is plasma-excited and applied to the surface of a substrate or the like disposed between electrodes.
- This atmospheric pressure plasma treatment method can be performed by placing the substrate between the electrodes if the substrate can be placed between the electrodes, or by exciting if the substrate cannot be placed between the electrodes.
- a thin film can be formed by spraying the plasma on the base material, and surface treatment can be performed without particular limitation, such as a film shape, a sheet shape, and a three-dimensional shape such as a lens shape.
- an atmospheric pressure plasma processing apparatus has been proposed in which a surface of a cylindrical base material is surface-treated using an atmospheric pressure plasma processing method (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
- the surface of the electrode disposed at a position facing the substrate on which the film is formed is also continuously exposed to the reactive gas (excitation gas), so that the surface is It will be contaminated.
- the reactive gas excitation gas
- Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-355772
- Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003 160868
- Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11 221519
- Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-279457
- the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to achieve a high degree of film uniformity on a cylindrical substrate, and an atmospheric pressure capable of forming a thin film stably and with high productivity.
- An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and an atmospheric pressure plasma processing method.
- At least two base material transport units each supporting a cylindrical base material with a roll electrode and a guide roll are provided at opposite positions, and face each other under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof.
- a gas containing a thin film forming gas is supplied to the discharge space formed between the roll electrodes, the gas is excited by applying a high frequency electric field to the discharge space, and at least two of the cylindrical substrates are excited.
- An atmospheric pressure plasma processing apparatus having means for simultaneously forming a thin film by exposing to a gas.
- At least two base material transport units each supporting a cylindrical base material that is continuously transported by a roll electrode and a guide roll are provided at opposite positions, respectively, under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof.
- An atmospheric pressure plasma processing method comprising a step of exposing a material to the excited gas a plurality of times and simultaneously forming a thin film.
- the cylindrical base material on which the thin film is formed is used in an electrophotographic image forming apparatus.
- an atmospheric pressure plasma processing apparatus and an atmospheric pressure plasma processing method capable of stably forming a thin film with high film uniformity on a cylindrical substrate with high productivity.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional atmospheric pressure plasma processing apparatus having a single substrate transport unit.
- FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of an atmospheric pressure plasma processing apparatus including a base material transport unit supported by a plurality of roll electrodes and guide rolls according to the present invention.
- FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an atmospheric pressure plasma processing apparatus including four base material transport units according to the present invention.
- FIG. 4 is a schematic view showing an example of a roll electrode applicable to the present invention.
- the present inventor has at least two base material transport units each supporting a cylindrical base material with a roll electrode and a guide roll, and facing each other, A gas containing a thin film forming gas is supplied to a discharge space formed between the roll electrodes facing each other under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof, and the gas is excited by applying a high-frequency electric field to the discharge space.
- a thin film with high film uniformity is formed on a cylindrical substrate by an atmospheric pressure plasma processing apparatus, wherein a thin film is formed simultaneously by exposing at least two cylindrical substrates to the excited gas. It has been found that an atmospheric pressure plasma processing apparatus which can be formed stably and with high productivity can be realized, and as soon as the present invention has been achieved.
- the atmospheric pressure plasma processing apparatus of the present invention is composed of at least a pair of opposed roll electrodes, and enables surface treatment of two or more cylindrical substrates at the same time.
- the processing power of can be increased more than twice.
- it is a method in which a cylindrical base material is supported over the surface of each counter electrode, preferably over the entire width of the counter electrode, and contamination of the surface of the counter electrode by the excitation gas can be prevented. It was possible to prevent deterioration in quality and maintain high film hardness and surface smoothness.
- the thickness of the formed thin film was excellent and the production stability could be improved.
- the process of removing contaminants attached to the surface of the corresponding electrode is no longer necessary, it is possible to increase the operating rate of the equipment.
- the substrate can be transported (rotated) at high speed.
- thermal damage to the cylindrical substrate can be suppressed by shortening the exposure time per plasma discharge treatment, making it vulnerable to heat.
- High quality film formation on the resin substrate surface became easy.
- the pressure plasma CVD method is a method in which a discharge gas is excited and discharged under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure, and a source gas and / or reactive gas is introduced into the discharge space to be excited.
- This refers to a process for forming a thin film on a material, and the method thereof! /, JP-A-11-133205, JP-A-2000-185362, JP-A-11-61406, JP-A-2000-147209, JP-A-2000-147209 2000-121804 (hereinafter also referred to as atmospheric pressure plasma method).
- the pressure is in the vicinity of atmospheric pressure (20kPa ⁇ ; l lOkPa, preferably (93kPa ⁇ ; 104kPa force preferred).
- the atmospheric pressure plasma processing apparatus of the present invention has at least two base material transport units each supporting a cylindrical base material with a roll electrode and a guide roll at positions facing each other, on the cylindrical base material. A functional thin film is formed.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional atmospheric pressure plasma processing apparatus having a single substrate transport unit.
- the first atmospheric pressure plasma processing apparatus 2 (the direct method in which the discharge space and the thin film deposition area are substantially the same) forms a functional thin film on the cylindrical substrate 175 according to the purpose.
- a roll electrode 20 and a driven roller 201 that are wound around an endless cylindrical substrate 175 and rotated in the direction of the arrow, and a film that forms a functional thin film on the surface of the cylindrical substrate 175. It is composed of the atmospheric pressure plasma processing unit 3 which is a device!
- discharge is performed in a region constituted by at least one type of fixed electrode 21 arranged along the outer periphery of the roll electrode 20 and between the fixed electrode 21 and the roll electrode 20. Reduces the inflow of air into the discharge space 23, the mixed gas supply device 24 that generates the mixed gas G of at least the raw material gas and the discharge gas and supplies the mixed gas G to the discharge space 23, and the discharge space 23, etc.
- Discharge vessel 29 a first power supply 25 connected to the roll electrode 20, a second power supply 26 connected to the fixed electrode 21, and an exhaust unit 28 for exhausting the used exhaust gas G '. ing.
- the mixed gas supply device 24 supplies, to the discharge space 23, a mixed gas obtained by mixing a raw material gas for forming a functional thin film and a rare gas such as nitrogen gas or argon gas.
- the driven roller 201 is pulled in the direction of the arrow by the tension applying unit 202 and applies a predetermined tension to the cylindrical base material 175.
- the tension applying means 202 cancels the application of the tension when the cylindrical base material 175 is replaced, and performs the replacement of the cylindrical base material 175.
- the first power supply 25 outputs a voltage having a frequency ⁇ 1
- the second power supply 26 outputs a voltage having a frequency ⁇ 2
- these voltages cause the frequencies ⁇ and ⁇ to be superimposed on the discharge space 23.
- the mixed gas G is turned into plasma by an electric field, and a film corresponding to the raw material gas contained in the mixed gas G is deposited on the surface of the cylindrical substrate 175.
- the roll electrode 20 is cylindrical in the discharge space region formed between the fixed electrode 21 and the roll electrode 20. Since the treatment is always carried out by the substrate 175, it is not directly exposed to the excited mixed gas G, but the surface of the fixed electrode 21 is always Nichisei to the excited mixed gas G during the treatment. As a result, foreign matter accumulates on the surface of the fixed electrode 21 and discharge unevenness and gas flow unevenness occur, resulting in loss of film thickness uniformity or a film failure.
- FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of an atmospheric pressure plasma processing apparatus including a base material transport unit carried by a plurality of roll electrodes and guide rolls according to the present invention.
- a second atmospheric pressure plasma processing apparatus 2b forms a functional thin film simultaneously on a plurality of endless cylindrical substrates that are continuously conveyed. It is composed of a plurality of film forming apparatuses 2bl and 2b2 for forming a thin film on the surface.
- the second atmospheric pressure plasma processing apparatus 2b (the method shown in FIG. 2 is called a direct method, in which discharge and thin film deposition are performed between the opposed roll electrodes 20a and 20b)
- the film forming apparatus 2bl is disposed between the first film forming apparatus 2bl and the second film forming apparatus 2b2, and the second film forming apparatus 2b2 disposed in a substantially mirror image relation with a predetermined gap therebetween.
- a mixed gas supply device 24b that generates a mixed gas G of at least the raw material gas and the discharge gas and supplies the mixed gas G to the discharge space 23b, and an exhaust that exhausts the waste gas used for forming the thin film downstream to the outside Have Nozure 27!
- the first film forming apparatus 2bl carries an endless cylindrical base material 175, and a tension applying means for pulling the driven roller 201 and the roll roller 20a rotating in the arrow direction and the driven roller 201 in the arrow direction.
- the second film forming apparatus 2b2 carries an endless cylindrical substrate 175 and is driven by the roll electrode 20b rotating in the direction of the arrow.
- It has a roller 201, tension applying means 202 for pulling the driven roller 201 in the direction of the arrow, and a second power source 26 connected to the roll electrode 20b.
- the second atmospheric pressure plasma processing apparatus 2b has a discharge space 23b in which discharge is performed in a region where the roll electrode 20a and the roll electrode 20b face each other.
- the mixed gas supply device 24b mixes a raw material gas for forming a functional thin film, for example, an inorganic oxide layer, an inorganic nitride layer, an inorganic carbide layer, and the like, and a rare gas such as nitrogen gas or argon gas.
- the mixed gas is supplied to the discharge space 23b.
- the first power supply 25 outputs a voltage having a frequency ⁇
- the second power supply 26 outputs a voltage having a frequency ⁇ .
- the mixed gas G is plasmatized (excited) by an electric field, and the plasmatized (excited) mixed gas is converted into a cylindrical substrate 175 of the first film forming apparatus 2bl and a cylindrical base of the second film forming apparatus 2b2.
- the film corresponding to the raw material gas contained in the mixed gas exposed to the surface of the material 175 and passed through the discharge space a plurality of times and turned into plasma (excited) is a cylindrical substrate 175 of the first film forming apparatus 2b 1 And simultaneously deposited on the surface of the cylindrical substrate 175 of the second film forming apparatus 2b2.
- the roll electrode 20a and the roll electrode 20b that face each other are arranged with a predetermined gap therebetween.
- the driven roller 201 is pulled in the direction of the arrow by the tension applying unit 202 and applies a predetermined tension to the cylindrical base material 175.
- the tension applying means 202 cancels the application of the tension when the cylindrical base material 175 is replaced, and performs the replacement of the cylindrical base material 175. Therefore, the roll electrode 20a, the roll electrode 20b, and the driven roller 201 are preferably configured so that the belt can be easily attached and detached. For example, it is preferable that these rolls have a cantilever roll structure so that the housing portion does not interfere with belt attachment / detachment. Further, it is preferable that the driven roller 201 is provided with a mechanism capable of changing the angle during conveyance in the width direction of the roller.
- one of the roll electrodes 20a and 20b may be connected to the ground, and the power supply may be connected to the other roll electrode.
- the second power source it is preferable to use the second power source from the viewpoint that a dense thin film can be formed, and it is preferable when a rare gas such as argon is used as the discharge gas.
- FIG. 2 shows an example of an atmospheric pressure plasma processing apparatus composed of two base material transport units carried by a roll electrode and a guide roll, but as shown in FIG.
- An atmospheric pressure plasma processing apparatus composed of four base material transport units can also be preferably used.
- the third atmospheric pressure plasma processing apparatus 2c includes four film forming apparatuses (base material transfer units) 2bl, 2b2, 2b3, 2b4 arranged radially, and four in the center.
- Ronole electrodes 20a, 20b, 20c, and 20d are installed.
- Discharge spaces 23a, 23b, 23c, and 23d are formed between the roll electrodes, respectively.
- a mixed gas supply device 24 equipped with four mixed gas G supply nozzles is arranged, and the mixed gas G is guided to each discharge space from each supply nozzle to excite the mixed gas, and two continuous In this method, a plurality of functional thin films are simultaneously passed through the discharge space on the endless cylindrical substrate being conveyed to form a predetermined film thickness.
- downstream of each discharge space 23 there is an exhaust nozzle 27 for exhausting the waste gas used in forming the thin film to the outside.
- a voltage having a frequency ⁇ is applied to the roll electrodes 20a and 20c from the first power supply 25.
- a two-frequency application method in which a voltage ⁇ is output from the second power source 26 is shown on the roll electrodes 20b and 20d.
- one roll electrode (for example, the roll electrode 2 in Fig. 2) is disposed at a position opposed to each other.
- the second electrode 26 (for example, the roll electrode 20b in FIG. 2) is applied with a high frequency voltage of the second power source 26, and the frequency ⁇ , so that the roll electrode 20a and the roll electrode 20b The frequency ⁇ and the frequency ⁇ with the electric field strength V are superimposed on the frequency ⁇ .
- a field is generated, current I flows through one roll electrode 20a, and the other roll electrode 20b
- V> IV ⁇ V is satisfied, and the output density of the second high-frequency electric field is lW / cm 2 or more.
- the electric field strength IV for starting the discharge of nitrogen gas is 3.7 kV / mm
- the electric field strength V applied from at least the first power supply 25 is 3.7 kV / mm or more
- the electric field strength V applied from the wave power source 26 is preferably 3.7 kV / mm or less.
- the first power source 25 (high frequency power source) applicable to the second and third atmospheric pressure plasma processing apparatuses 2b and 2c,
- B6 NOR INDUSTRY 20 ⁇ 99.9MHz RP--2000--20 / 100M, etc., can be mentioned, any of which can be used.
- * indicates a HEIDEN Laboratory impulse high-frequency power supply (100 kHz in continuous mode). Other than that, it is a high-frequency power source that can apply only a continuous sine wave.
- the power supplied between the opposing electrodes from the first and second power sources is a power (output) of 1 W / cm 2 or more to one roll electrode (for example, the roll electrode 20a in FIG. 2). Force density) is generated, the discharge gas is excited to generate plasma, and a thin film is formed.
- the upper limit of the power supplied to the roll electrode 20a and preferably 50 W / cm 2, more preferably 20W / cm 2.
- the lower limit is preferably 1.2 W / cm 2 .
- the discharge area (cm 2 ) refers to an area in a range where discharge occurs in the electrode.
- the uniformity of the high-frequency electric field is maintained.
- the output density can be improved.
- a further uniform high-density plasma can be generated, and it is possible to improve both the film forming speed and the film quality.
- it is 5 W / cm 2 or more.
- the upper limit value of the power supplied to the roll electrode 20b is preferably 50 W / cm 2 .
- the waveform of the high-frequency electric field is not particularly limited.
- a continuous sine wave continuous oscillation mode called continuous mode and an intermittent oscillation mode called ON / OFF intermittently called pulse mode. Either of them can be used, but at least the other roll electrode 20 ( For example, as for the high frequency supplied to the roll electrode 20b) in FIG. 2, the continuous sine wave is preferable because a denser and higher quality film can be obtained.
- a first filter 25a is provided between the ronole electrode 20a and the first power supply 25, and it is easy to pass a current from the first power supply 25 to the roll electrode 20a.
- the current from the second power source 26 is grounded so that the current from the second power source 26 to the first power source 25 is less likely to pass through.
- the 2nd Finoleta 26a Current from the second power supply 26 to the roll electrode 20b, and the current from the first power supply 21 is grounded, so that the current from the first power supply 25 to the second power supply 26 is It is difficult to pass through.
- each roll electrode can withstand discharge by a strong electric field. At least one of the electrode surfaces is coated with the following dielectric.
- the relationship between the electrode and the power source is that the second power source is connected to one roll electrode 20a.
- the first power supply 25 may be connected to the roll electrode 20b.
- the cylindrical base material is continuously transported, and the force that is preferable to pass through the discharge space a plurality of times is as follows. Although there is no particular limitation, it is generally in the range of lm / min to 1000 m / min, preferably (10 m / mil! To 500 mz min, more preferably (30 m / mil! To 300 mz min).
- FIG. 4 is a schematic view showing an example of a roll electrode applicable to the present invention.
- the roll electrode 20 is composed of a conductive base material 200a (hereinafter referred to as “electrode base material”) such as metal. It is also composed of a combination of ceramic coated thermal dielectric 200b (hereinafter also simply referred to as “dielectric”) coated with an inorganic material after thermal spraying. Further, as a ceramic material used for thermal spraying, alumina, silicon nitride or the like is preferably used. Among these, alumina is more preferable because it is easy to process.
- a roll electrode 20 ′ is formed by a combination of a conductive base material 200A such as metal coated with a lining dielectric 200B provided with an inorganic material by lining. Also good.
- a conductive base material 200A such as metal coated with a lining dielectric 200B provided with an inorganic material by lining.
- the lining material silicate glass, borate glass, phosphate glass, germanate glass, tellurite glass, aluminate glass, vanadate glass, etc. are preferably used. Force S, and among these, borate glass is more preferred because it is easy to process.
- the conductive base materials 200a and 200A such as metal, stainless steel is preferable from the viewpoint of force processing in which metals such as silver, platinum, stainless steel, aluminum, titanium, and iron are listed.
- the base material 200a, 200A of the roll electrode uses a stainless jacket roll base material having a cooling means with cooling water (not shown).
- a functional thin film is formed on a cylindrical substrate by the method described above.
- This functional thin film is obtained by measuring the carbon atom content by XPS measurement. It is preferable to contain 20 atom% or less of carbon atoms.
- a mixed gas discharge gas
- the source gas is radicalized and exposed to the surface of the cylindrical substrate 175. Then, carbon-containing molecules and carbon-containing radicals exposed to the surface of the cylindrical substrate 175 are contained in the formed thin film.
- the discharge gas used in the atmospheric pressure plasma processing apparatus of the present invention refers to a gas that is plasma-excited under the above plasma processing conditions, such as nitrogen, argon, helium, neon, krypton, xenon, and the like. A mixture thereof may be mentioned.
- an organic metal compound that is gas or liquid at room temperature in particular, an alkyl metal compound, a metal alkoxide compound, or an organometallic complex compound is used.
- the phase state of these raw materials does not necessarily need to be a gas phase at normal temperature and pressure, and any liquid phase can be used as long as it can be vaporized through heating, decompression, etc. by melting, evaporation, sublimation, etc. It can also be used in a solid phase.
- the source gas contains a component that is in a plasma state in the discharge space and forms a thin film, such as an organometallic compound, an organic compound, and an inorganic compound.
- Examples include, but are not limited to, hexane, hexamethylcyclotetrasiloxane, and M silicate 51.
- titanium compounds include organometallic compounds such as tetradimethylaminotitanium, metal hydrogen compounds such as monotitan and dititanium, metal halogen compounds such as titanium dichloride, titanium trichloride, and titanium tetrachloride, tetraethoxy titanium, Examples include, but are not limited to, metal alkoxides such as tetraisopropoxy titanium and tetrabutoxy titanium.
- Aluminum compounds include aluminum n butoxide, aluminum s-butoxide, aluminum t-butoxide, aluminum diisopropoxide ethylacetate acetate, aluminum ethoxide, aluminum hexafluoropentanedionate, aluminum isopropoxide , Aluminum 2,4 pentanedionate, dimethylaluminum chloride and the like, but not limited thereto.
- Examples of zinc compounds include, but are not limited to, zinc bis (bis (trimethylsilyl) amide), zinc 2,4 pentanedionate, zinc 2,2,6,6 tetramethyl-3,5 heptanedionate, and the like. .
- Zirconium compounds include zirconium tert-butoxide, zirconium diisopropoxide bis (2, 2, 6, 6 tetramethyl-3, 5 heptane dionate, zirconium ethoxide. Nimuisopropoxy , Zirconium 2-methyl-2-butoxide, zirconium trifluoropentane diol, and the like, but are not limited thereto.
- These raw materials may be used alone, or two or more kinds of components may be mixed and used.
- the hardness of the functional thin film formed by the atmospheric pressure plasma processing apparatus of the present invention can be adjusted by the film forming speed, the ratio of added gas amounts, and the like.
- the cylindrical base material provided with the functional thin film formed by the atmospheric pressure plasma processing apparatus of the present invention is an endless belt-shaped intermediate transfer body (used for an electrophotographic image forming apparatus ( The following is the intermediate transfer belt!
- the intermediate transfer member according to the present invention is a member used in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, printer, facsimile, etc., and a toner image carried on the surface of the photosensitive member is formed on the surface. Primary transfer is performed, the transferred toner image is held, and the held toner image is secondarily transferred onto the surface of a transfer object such as recording paper.
- the intermediate transfer belt has a substrate and a surface layer composed of at least one layer on the surface of the substrate, and the surface hardness of the surface layer is 3 GPa or more as measured by a nanoindentation method. l It is preferably 1 GPa or less.
- a belt obtained by dispersing a conductive agent in a resin material or an elastic material can be used as the base material of the intermediate transfer belt.
- These base materials can be used alone or in combination of two or more, and a belt comprising a combination of a laminate of these resin materials and elastic materials can also be used.
- the resin used for the belt so-called engineering plastic materials such as polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyvinylidene fluoride, ethylenetetrafluoroethylene copolymer, polyamide, and polyphenylene sulfide can be used.
- Elastic materials include isoprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, acrylonitrile, butagen rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, fluorine rubber, silicone rubber, ethylene 'propylene rubber, chloroprene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, Urethane rubber, Chloros Rubber materials such as sulfonated polyethylene rubber, epichlorohydrin rubber, natural rubber, polyether rubber, and elastomers such as polyurethane, polystyrene'polybutadiene block polymer, polyolefin, polyethylene, chlorinated polyethylene, ethylene 'butyl acetate copolymer, etc. One can be used.
- the elastic layer may be a foam, and the density is suitably from 0.1 lg / cm 3 to 0.9 g / cm 3 .
- the conductive agent bonbon black can be used. As carbon black, neutral or acidic strength can be achieved by using one bon black.
- the amount of conductive filler used varies depending on the type of conductive filler used, but it is usually sufficient to add it so that the volume resistance value and surface resistance value of the intermediate transfer belt are within the specified range. 10 to 20 parts by mass, preferably 10 to 16 parts by mass with respect to parts.
- the substrate 175 used in the present invention can be manufactured by a conventionally known general method. For example, it is possible to manufacture with a force S by melting the resin as a material with an extruder, extruding it with an annular die or T-die and quenching it.
- the surface layer of the intermediate transfer belt according to the present invention is preferably an inorganic compound composed of an inorganic oxide, an inorganic nitride, an inorganic carbide, and a composite thereof.
- the inorganic oxide used for the surface layer includes silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, iron oxide, vanadium oxide, beryllium oxide, zirconium oxide.
- Examples include bismuth niobate and trioxide yttrium. Of these, more preferred are silicon oxide, aluminum oxide and titanium oxide.
- the material of the surface layer in the present invention may be one kind of inorganic compound, or may have two or more kinds of inorganic compounds.
- the surface layer of the inorganic compound layer in the present invention is preferably one or more carbon atoms in the layer. It is preferable if the content is 20 atomic% or less (XPS measurement)!
- composition analysis by XPS measurement of the surface layer can be measured by, for example, an X-ray photoelectron spectroscopic measuring instrument manufactured by VG Scientific. In the measurement, the outermost surface of the thin film was adsorbed and contaminated atoms were removed by argon ion etching. Similarly, the composition of each layer when there are multiple layers by etching can also be measured.
- the carbon atom content can be adjusted by adjusting the film forming conditions such as the output of the high-frequency power source, the additive gas amount ratio, the source gas amount ratio, and the substrate temperature.
- At least one of the surface layers in the present invention has a carbon atom content of preferably 20 atom% or less, preferably 0.;! To 15 atom%, more preferably 0.;! To 5 atom%.
- surface treatment such as corona treatment, flame treatment, plasma treatment, glow discharge treatment, roughening treatment, chemical treatment, etc. may be performed.
- an anchor coating agent layer may be formed between the surface layer and the base material for the purpose of improving the adhesion.
- the anchor coating agent used in this anchor coating agent layer include polyester resin, isocyanate resin, urethane resin, acrylic resin, ethylene butyl alcohol resin, butyl modified resin, epoxy resin, modified styrene resin, modified silicone resin, and alkyl titanate. Etc. can be used alone or in combination of two or more. Conventionally known additives can be added to these anchor coating agents.
- the above-mentioned anchor coating agent is coated on the substrate by a known method such as roll coating, arabia coating, knife coating, dip coating, spray coating, and the like, and anchor coating is performed by removing the solvent, diluent and the like by drying. That power S.
- the application amount of the anchor coating agent is preferably about 0.;! To 5 g / m 2 (dry state).
- the thickness of the surface layer in the present invention is from 200 nm; and! OOOnm force S is good, preferably from 200 nm to 6
- abdomen more preferably 250 to 500 abdomen.
- the surface hardness of the surface layer is preferably 3 GPa or more and 11 GPa or less as measured by the nanoindentation method. Adjusting the hardness of the surface layer is also the same as the film formation conditions (added gas amount and source gas amount). Ratio, high frequency power output, substrate temperature, etc.).
- a cylindrical base material was produced according to the following method.
- Conductive filler (Furness # 3030B, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) 16 parts by weight Graft copolymer (Modiper A4400, manufactured by NOF Corporation) 1 part by weight Lubricant (calcium montanate) 0.2 parts by weight
- Each of the above materials was put into a single screw extruder and melt kneaded to obtain a resin mixture.
- An annular die having a seamless belt-shaped discharge port was attached to the tip of the single-screw extruder, and the kneaded resin mixture was extruded in the form of a seamless belt.
- the thickness of the obtained base material was 120.
- the produced cylindrical base material is mounted as a cylindrical base material 175 of an atmospheric pressure plasma processing apparatus composed of a base material transport unit supported by the two units of roll electrodes and guide rolls shown in FIG. While continuously transporting the substrate 175 at a transport speed of 100 m / min, a silicon oxide layer was formed as a surface layer with a thickness of 250 nm under the following formation conditions.
- a single-walled lmm-thick alumina coated by ceramic spraying was used as the dielectric covering each roll electrode 20a, 20b of the atmospheric pressure plasma processing apparatus.
- the gap between the discharge spaces 23b formed between the pole electrodes 20a and 20b was set to 0.5 mm.
- the metal base material coated with the dielectric of each roll electrode has a stainless steel jacket specification with heating and cooling functions by water circulation. By circulating 50 ° C water during plasma discharge, The plasma treatment is performed while keeping the surface temperature of each roll electrode constant. Zero intermediate transfer belts 1 were continuously produced.
- the source gas generates steam by heating, and preheated N gas and O
- the gas After being mixed and diluted with gas, the gas was supplied to the discharge space 23b from the mixed gas supply device 24b.
- An exhaust nozzle 27 was installed on the opposite side of the mixed gas supply device, and the pressure in the exhaust nozzle 27 was adjusted to be kept at ⁇ 50 Pa, and exhaust of exhaust gas after the plasma reaction was performed outside the system.
- Reaction gas 21% by volume of O gas with respect to the total gas
- Source gas 0.1% by volume of tetraethoxysilane (TEOS) based on total gas
- Low frequency power supply power High frequency power supply (50 kHz), Shinko Electric Co., Ltd. 10 W / cm 2
- High frequency power supply power Broadband high frequency power supply (60. OMHz), lOW / cm
- 100 intermediate transfer belts were prepared, and the following evaluations were performed on the 100th intermediate transfer belt.
- the thin film surface hardness (GPa) of the silicon oxide film of each prepared intermediate transfer belt was measured by the nanoindentation method shown below. [0106]
- the measuring device used was NANO Indenter XP / DCM (MTS Systems / MTS Nano Instruments), a diamond Berkovic h indenter with a regular triangle tip, and a maximum load setting of 25 N.
- the thin film surface hardness (GPa) was measured under the condition that the indentation depth was sufficiently small with respect to the thickness (250 nm) of the key layer.
- the 10-point average roughness (Rz) was measured according to the following method.
- AFM atomic force microscope
- SPI3800N probe station and SPA400 multifunctional unit manufactured by Seiko Instruments Inc./SII Nanotechnology Inc. were used as measuring devices.
- the company's silicon cantilever SI-DF20 was used.
- DFM mode Dynamic Force Mode
- measure the 10 ⁇ angle of the measurement area and calculate the 10-point average roughness (Rz) from the obtained 3D data.
- the film thickness (nm) of the silicon oxide film of each intermediate transfer belt was determined from the analysis result of the reflection spectrum using a reflection spectral film thickness meter FE-3000 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). In addition, it has been confirmed in advance that the analysis result of this film thickness almost coincides with the film thickness measured by electron microscope observation of the cross section of the intermediate transfer belt (surface layer portion).
- a magicolo r5440DL manufactured by Konica Minolta Business Technology Co., Ltd. was used, the intermediate transfer belt inside was removed, and the above prepared intermediate transfer belts!
- a black and white toner polymerized toner with an average particle size of 6.5 m was used, and Konica Minolta CF paper (manufactured by Konica Minolta Business Technology Co., Ltd.) was used to change the density of the black solid image in five levels from low to high Using an original, printing was performed, and the output image was visually observed for unevenness and toner density, and image quality was evaluated according to the following criteria.
- ⁇ Image unevenness and density reduction are not observed in all density ranges ⁇ : Image unevenness does not occur in all density ranges, but the density is slightly low in high density images.
- Table 1 shows the results obtained as described above.
- the intermediate transfer belt 1 produced by the atmospheric pressure plasma processing apparatus of the present invention has a thin film uniformly formed on the surface, and both the hardness and roughness of the thin film are good. Thus, it can be seen that the intermediate transfer belt has excellent characteristics.
- the intermediate transfer belt has excellent characteristics.
- the intermediate transfer belt 2 of the comparative example had a uniform thin film formed on the surface, the hardness and surface roughness of the formed thin film were slightly inferior to those of the intermediate transfer belt 1, and were evaluated as intermediate transfer belts using actual machines.
- the intermediate transfer belt 1 was slightly inferior.
- the time required to produce 100 intermediate transfer belts was about four times that of the intermediate transfer belt 1 of the present invention.
- the intermediate transfer belt 3 in which no electrode cleaning process was performed at the time of thin film formation had streaks on the entire surface in the circumferential direction of the cylinder, the thin film formation was uneven, and the entire film became cloudy and powdery. Observed.
- the surface hardness and surface roughness of the formed thin film were inferior, and the measured values varied depending on the location. In addition, strong image unevenness was observed, and the quality required for an intermediate transfer belt was not met.
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Description
明 細 書
大気圧プラズマ処理装置及び大気圧プラズマ処理方法
技術分野
[0001] 本発明は、新規の円筒状基材の表面処理に用いる大気圧プラズマ処理装置及び 大気圧プラズマ処理方法に関するものである。
背景技術
[0002] 一般に、基材上に高機能性の薄膜を設ける方法としては、例えば、スパッタリング 法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等の真空を用いた乾式製膜法が用いられ てきた。
[0003] このような製膜方法は、真空設備を必要とする為、設備費用が高額となる。更に、連 続生産が出来ず、製膜速度が低いことから、生産性が低いという課題を有していた。
[0004] これらの真空装置を用いることによる低生産性のデメリットを克服する方法として、特 開昭 61— 238961号等において、大気圧下で放電プラズマを発生させ、該放電ブラ ズマにより高い処理効果を得る大気圧プラズマ処理方法が提案されている。
[0005] この大気圧プラズマ処理方法は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、そ の放電空間に導入した反応性ガスをプラズマ励起し、電極間に配置した基材などの 表面に低コストで、かつ簡便に機能性薄膜を形成する方法である。この大気圧プラズ マ処理方法は、基材が電極間に載置できるものであれば、電極間に載置することに よって、また、基材が電極間に載置できないものであれば、励起したプラズマを当該 基材に吹き付けることによって薄膜を形成することができ、フィルム状のもの、シート 状のもの、レンズ状等の立体形状のもの等、特に限定なく表面処理を施すことができ る。例えば、円筒状基材表面に大気圧プラズマ処理方法を用いて表面処理する大 気圧プラズマ処理装置が提案されている(例えば、特許文献 1、 2参照。)。しかしな がら、該特許文献で提案されている方法は、成膜する基材に対向する位置に配置さ れている電極表面も同時に反応性ガス(励起ガス)に晒され続けるため、その表面が 汚染されることになる。このため、長時間の連続表面処理を行った際に、電極表面の 汚染物質に起因して発生する粉体などが、基材表面の薄膜に取り込まれ、表面平滑
性の劣化や膜硬度の低下など、成膜する薄膜品質の低下の原因となる。更に、汚染 物質の電極表面への堆積により、プラズマ放電やガス流れの不均一を引き起こし、そ の結果、形成する薄膜の膜厚ムラなどによるスジの発生や膜品質の不均一といった 欠陥の要因となってしまう。こういった問題発生を防ぐためには、電極表面の汚染物 質の除去が必要となるため、生産性を阻害しコストアップ要因となる。
[0006] 上記課題に対し、被処理基材に対向する電極表面の汚染を防止する技術として、 対向するロール電極のそれぞれの表面で被処理基材を搬送させ、そのロール電極 間にてプラズマ放電を行!/、、表面処理する大気圧プラズマ処理方法が提案されて!/ヽ る(例えば、特許文献 3、 4参照。)。し力もながら、これら提案されている方法は、熱に 弱レ、樹脂基材の場合、熱ダメージを防止するためプラズマ放電処理一回あたりの励 起ガスの曝写時間やプラズマ放電に加えられる電力密度を抑制することが必要となり 、機能性薄膜の所望の膜厚が一回のプラズマ放電処理で得られなくなることが多レ、。 このため、プラズマ放電処理を複数回に分けることが必要となり、生産性を低下させ たり、複数のプラズマ処理装置を並べ連続処理するなど大型な処理装置が必要とな り、経済性の低下につながる。また、この様な提案されている大気圧プラズマ処理装 置では、連続した円筒状基材に薄膜を安定に形成することが難しいという課題を抱 えている。
特許文献 1 :特開 2000— 355772号公報
特許文献 2:特開 2003 160868号公報
特許文献 3 :特開平 11 221519号公報
特許文献 4 :特開 2001— 279457号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、円筒状基材上に、膜 均一性の高!/、薄膜を安定し、かつ高生産性で形成できる大気圧プラズマ処理装置 及び大気圧プラズマ処理方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
[0009] 1. 円筒状基材をロール電極とガイドロールとで担持した基材搬送ユニットを、それ ぞれ対向した位置に少なくとも 2つ有し、大気圧もしくはその近傍の圧力下で、対向 する該ロール電極間に形成した放電空間に薄膜形成ガスを含有するガスを供給し、 該放電空間に高周波電界を印加することにより該ガスを励起し、少なくとも 2つの該 円筒状基材を励起した前記ガスに晒すことにより、同時に薄膜を形成する手段を有 することを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
[0010] 2.前記円筒状基材を連続的に搬送し、前記放電空間内を複数回通過させることを 特徴とする前記 1に記載の大気圧プラズマ処理装置。
[0011] 3.前記ロール電極間で形成する放電空間の一方の側にガス供給ノズルを備え、 他方の側にガス排気ノズルを備えていることを特徴とする前記 1または 2に記載の大 気圧プラズマ処理装置。
[0012] 4.前記円筒状基材が、樹脂材料または弾性材料により構成されていることを特徴 とする前記 1乃至 3のいずれか 1項に記載の大気圧プラズマ処理装置。
[0013] 5.前記薄膜を形成した円筒状基材が、電子写真方式の画像形成装置に用いるェ ンドレスベルト状の中間転写体であることを特徴とする前記 1乃至 4のいずれ力、 1項に 記載の大気圧プラズマ処理装置。
[0014] 6.連続搬送する円筒状基材をロール電極とガイドロールとで担持した基材搬送ュ ニットを、それぞれ対向した位置に少なくとも 2つ有し、大気圧もしくはその近傍の圧 力下で、対向する該ロール電極間に形成した放電空間に薄膜形成ガスを含有する ガスを供給し、該放電空間に高周波電界を印加することにより該ガスを励起し、少な くとも 2つの該円筒状基材を励起した前記ガスに複数回晒して、同時に薄膜を形成 する工程を有することを特徴とする大気圧プラズマ処理方法。
[0015] 7.前記ロール電極間で形成する放電空間の一方の側にガス供給ノズルを備え、 他方の側にガス排気ノズルを備えていることを特徴とする前記 6に記載の大気圧ブラ ズマ処理方法。
[0016] 8.前記円筒状基材が、樹脂材料または弾性材料により構成されていることを特徴 とする前記 6または 7に記載の大気圧プラズマ処理方法。
[0017] 9.前記薄膜を形成した円筒状基材が、電子写真方式の画像形成装置に用いるェ
ンドレスベルト状の中間転写体であることを特徴とする前記 6乃至 8のいずれ力、 1項に 記載の大気圧プラズマ処理方法。
発明の効果
[0018] 本発明により、円筒状基材上に、膜均一性の高い薄膜を安定し、かつ高生産性で 形成できる大気圧プラズマ処理装置及び大気圧プラズマ処理方法を提供することが できた。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]単一の基材搬送ユニットを有する従来型の大気圧プラズマ処理装置の一例を 示す概略構成図である。
[図 2]本発明の複数のロール電極とガイドロールとで担持した基材搬送ユニットから構 成される大気圧プラズマ処理装置の一例を示す概略構成図である。
[図 3]本発明の 4つの基材搬送ユニットから構成される大気圧プラズマ処理装置の一 例を示す概略構成図である。
[図 4]本発明に適用可能なロール電極の一例を示す概略図である。
符号の説明
[0020] 2、 2b、 2c 大気圧プラズマ処理装置
2bl、 2b2、 2b3、 2b4 成膜装置
20、 20a, 20b、 20c、 20d ロール電極
23、 23a, 23b、 23c、 23d 放電空間
24、 24b 混合ガス供給装置
25 第 1の電源
26 第 2の電源
27 排気ノズル
175 円筒状基材
201 従動ローラ
202 張力付与手段
発明を実施するための最良の形態
[0021] 以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
[0022] 本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、円筒状基材をロール電極と ガイドロールとで担持した基材搬送ユニットを、それぞれ対向した位置に少なくとも 2 つ有し、大気圧もしくはその近傍の圧力下で、対向する該ロール電極間に形成した 放電空間に薄膜形成ガスを含有するガスを供給し、該放電空間に高周波電界を印 加することにより該ガスを励起し、少なくとも 2つの該円筒状基材を励起した前記ガス に晒すことにより、同時に薄膜形成を行うことを特徴とする大気圧プラズマ処理装置 により、円筒状基材上に、膜均一性の高い薄膜を安定し、かつ高生産性で形成でき る大気圧プラズマ処理装置を実現できることを見出し、本発明に至った次第である。
[0023] すなわち、本発明の大気圧プラズマ処理装置は、少なくとも一対の対向ロール電極 より構成され、円筒状基材をニ本以上同時に表面処理を可能とするものであり、装置 一台の時間当たりの処理能力を 2倍以上に高めることができる。併せて、各対向電極 表面、好ましくは対向電極の全幅にわたり円筒状基材を担持している方法であり、励 起ガスによる対向電極表面の汚染を防止することができ、その結果、形成する膜品 質の低下を防ぎ、膜硬度や表面平滑性を高品質に保つことができた。また、対向電 極表面の汚染による放電ムラやガス流れのムラが発生しないため、形成した薄膜の 膜厚均一性にすぐれ、生産安定性を向上することができた。更に、対応電極表面に 付着した汚染物質を除去する工程が不要となることで、装置稼働率を高めることが可 能となった。加えて、高速で基材を搬送(回転)することができ、その結果、プラズマ放 電処理一回あたりの曝露時間を短くすることで、円筒状基材の熱ダメージを抑制でき 、熱に弱い樹脂基材表面へ高品質の膜形成が容易となった。同様の理由で、成膜 品質を劣化させずに成膜速度を高めるため、プラズマ放電の出力を増加することが 可能となり、基材への熱ダメージを抑制しつつ、成膜速度の大幅な向上を図ることが できた。
[0024] 以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する力 本欄の記載は請求 の範囲の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。
[0025] はじめに、本発明の大気圧プラズマ処理装置について説明する。
[0026] 本発明の大気圧プラズマ処理装置を用いた大気圧プラズマ処理方法(以下、大気
圧プラズマ CVD法ともいう)とは、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電ガスを励 起し、放電させ、原料ガス及び、または、反応性ガスを放電空間へ導入し、励起し、 基材上に薄膜を形成する処理を指し、その方法につ!/、ては特開平 11— 133205号 、特開 2000— 185362号、特開平 11— 61406号、特開 2000— 147209号、特開 2000— 121804号等に記載されている(以下、大気圧プラズマ法とも称する)。これ によって高機能性の薄膜を、生産性高く形成することができる。ここで大気圧近傍と (ま、 20kPa〜; l lOkPaの圧力を表し、好ましく (ま、 93kPa〜; 104kPa力好ましレヽ。
[0027] 本発明の大気圧プラズマ処理装置は、円筒状基材をロール電極とガイドロールとで 担持した基材搬送ユニットを、それぞれ対向した位置に少なくとも 2つ有し、円筒状基 材上に機能性薄膜を形成することを特徴とする。
[0028] はじめに、単一の円筒状基材をロール電極とガイドロールとで担持した基材搬送ュ ニットを有する従来型の大気圧プラズマ処理装置について説明する。
[0029] 図 1は、単一の基材搬送ユニットを有する従来型の大気圧プラズマ処理装置の一 例を示す概略構成図である。
[0030] 図 1において、第 1の大気圧プラズマ処理装置 2 (放電空間と薄膜堆積領域が略同 一なダイレクト方式)は、円筒状基材 175上に、 目的に応じた機能性薄膜を形成する もので、主には、無端の円筒状基材 175を巻架して矢印方向に回転するロール電極 20と従動ローラ 201、及び、円筒状基材 175表面に機能性薄膜を形成する成膜装 置である大気圧プラズマ処理部 3より構成されて!/、る。
[0031] 大気圧プラズマ処理部 3は、ロール電極 20の外周に沿って配列された少なくとも 1 式の固定電極 21と、固定電極 21とロール電極 20間との構成される領域で放電が行 われる放電空間 23と、少なくとも原料ガスと放電ガスとの混合ガス Gを生成して放電 空間 23に混合ガス Gを供給する混合ガス供給装置 24と、放電空間 23等に空気の流 入することを軽減する放電容器 29と、ロール電極 20に接続された第 1の電源 25と、 固定電極 21に接続された第 2の電源 26と、使用済みの排ガス G' を排気する排気 部 28とを有している。
[0032] 混合ガス供給装置 24は、機能性薄膜を形成する原料ガスと、窒素ガス或!/、はアル ゴンガス等の希ガスを混合した混合ガスを放電空間 23に供給する。
[0033] また、従動ローラ 201は、張力付与手段 202により矢印方向に牽引され、円筒状基 材 175に所定の張力を掛けている。張力付与手段 202は円筒状基材 175の掛け替 え時等は張力の付与を解除し、円筒状基材 175の掛け替えを行う。
[0034] 第 1の電源 25は周波数 ω 1の電圧を出力し、第 2の電源 26は周波数 ω 2の電圧を 出力し、これらの電圧により放電空間 23に周波数 ω と ω とが重畳された電界を発生
1 2
する。そして、電界により混合ガス Gをプラズマ化して混合ガス Gに含まれる原料ガス に応じた膜が円筒状基材 175の表面に堆積される。
[0035] 以上の様な図 1に示した構成からなる第 1の大気圧プラズマ処理装置 2では、固定 電極 21とロール電極 20間との構成される放電空間領域では、ロール電極 20は円筒 状基材 175により、常時被覆された状態で処理を行うため、励起した混合ガス Gに直 接晒されることはないが、固定電極 21表面は、処理中は常に励起した混合ガス Gに 日西されることとなり、その結果、固定電極 21表面に異物が堆積し、放電ムラやガス流 れムラが発生するため、薄膜の膜厚均一性を損なったり、膜故障を引き起こしゃすく なる。
[0036] 図 2は、本発明の複数のロール電極とガイドロールとで担持した基材搬送ユニットか ら構成される大気圧プラズマ処理装置の一例を示す概略構成図である。
[0037] 図 2において、第 2の大気圧プラズマ処理装置 2bは、連続搬送している複数の無 端の円筒状基材上に同時に機能性薄膜を形成するもので、主として円筒状基材表 面に薄膜を形成する複数の成膜装置 2bl及び 2b2より構成されている。
[0038] 第 2の大気圧プラズマ処理装置 2b (図 2に示した方法は、ダイレクト方式と称され、 対向したロール電極 20a、 20b間で放電と薄膜堆積を行う方式である)は、第 1の成 膜装置 2blと、所定の間隙を隔てて略鏡像関係に配置された第 2の成膜装置 2b2と 、第 1の成膜装置 2blと第 2の成膜装置 2b2との間に配置された少なくとも原料ガスと 放電ガスとの混合ガス Gを生成して放電空間 23bに混合ガス Gを供給する混合ガス 供給装置 24bと、その下流側に薄膜形成で使用した廃ガスを外部に排気する排気ノ ズノレ 27を有して!/、る。
[0039] 第 1の成膜装置 2blは無端の円筒状基材 175を担持し、矢印方向に回転するロー ル電極 20aと従動ローラ 201と矢印方向に従動ローラ 201を牽引する張力付与手段
202と、ロール電極 20aに接続された第 1の電源 25とを有し、第 2の成膜装置 2b2は 無端の円筒状基材 175を担持して、矢印方向に回転するロール電極 20bと従動ロー ラ 201と矢印方向に従動ローラ 201を牽引する張力付与手段 202とロール電極 20b に接続された第 2の電源 26とを有して!/、る。
[0040] また、第 2の大気圧プラズマ処理装置 2bは、ロール電極 20aとロール電極 20bとの 対向領域に放電が行われる放電空間 23bを有している。
[0041] 混合ガス供給装置 24bは、機能性薄膜、例えば、無機酸化物層、無機窒化物層、 無機炭化物層等を形成するための原料ガスと、窒素ガス、アルゴンガス等の希ガスを 混合した混合ガスを放電空間 23bに供給する。
[0042] 第 1の電源 25は周波数 ω の電圧を出力し、第 2の電源 26は周波数 ω の電圧を出
1 2
力し、これらの電圧により放電空間 23bに周波数 ω ΐと ω 2とが重畳された電界を発 生する。そして、電界により混合ガス Gをプラズマ化 (励起)し、プラズマ化 (励起)した 混合ガスを、第 1の成膜装置 2blの円筒状基材 175及び第 2の成膜装置 2b2の円筒 状基材 175の表面に晒し、この放電空間内を複数回通過させてプラズマ化 (励起)し た混合ガスに含まれる原料ガスに応じた膜が第 1の成膜装置 2b 1の円筒状基材 175 及び第 2の成膜装置 2b2の円筒状基材 175の表面に、同時に堆積'形成される。
[0043] ここで、対向するロール電極 20aとロール電極 20bとは所定の間隙を隔てて配置さ れている。
[0044] また、従動ローラ 201は、張力付与手段 202により矢印方向に牽引され、円筒状基 材 175に所定の張力を掛けている。張力付与手段 202は円筒状基材 175の掛け替 え時等は張力の付与を解除し、円筒状基材 175の掛け替えを行う。従って、このロー ル電極 20aとロール電極 20bおよび従動ローラ 201は、ベルト着脱が容易な構成とな つていることが好ましい。例えば、これらのロールを片持ちロール構造として、ハウジ ング部がベルト着脱の邪魔とならない構成とすることが好ましい。また、この従動ロー ラ 201は、ローラの幅手方向で搬送時の角度を可変できる機構を備えていることが好 ましい。円筒状基材 175を連続して搬送する際に、ロール電極 20a、 20bと従動ロー ラ 201とで、その平行性にずれが発生する場合には、搬送している円筒状基材 175 に蛇行が発生し、安定した成膜を損なう結果となるため、従動ローラ 201に蛇行補正
機構を備えて、従動ローラ 201の角度を制御して、正確な搬送条件を維持させる方 法も好ましい。
[0045] 更に他の形態として、ローノレ電極 20aとローノレ電極 20bの内、一方のロール電極を アースに接続して、他方のロール電極に電源を接続しても良い。この場合の電源は 第 2の電源を使用することが緻密な薄膜形成を行うことができる観点から好ましぐ特 に、放電ガスにアルゴン等の希ガスを用いる場合に好ましい。
[0046] 図 2においては、ロール電極とガイドロールとで担持した 2つの基材搬送ユニットか ら構成される大気圧プラズマ処理装置の例にっレ、て示したが、図 3に示すように 4つ の基材搬送ユニットから構成される大気圧プラズマ処理装置も好ましく用いることが できる。
[0047] 図 3においては、第 3の大気圧プラズマ処理装置 2cは、 4つの成膜装置(基材搬送 ユニット) 2bl、 2b2、 2b3、 2b4を放射状に酉己置し、中央部に 4つのローノレ電極 20a、 20b、 20c、 20dが設置されている。各ロール電極間にそれぞれ放電空間 23a、 23b , 23c、 23dが構成されている。中心部には、 4つの混合ガス Gの供給ノズルを備えた 混合ガス供給装置 24を配置し、それぞれの供給ノズルより混合ガス Gを各放電空間 に導き、混合ガスを励起して、 2つの連続搬送している無端の円筒状基材上に同時 に機能性薄膜を、放電空間内に複数通過させて所定の膜厚で形成する方法である 。また、各放電空間 23の下流部には、それぞれ薄膜形成で使用した廃ガスを外部に 排気する排気ノズル 27を有して!/、る。
[0048] 図 3においては、ロール電極 20aと 20cには、第 1の電源 25より周波数 ω の電圧を
1
出力し、ロール電極 20bと 20dには、第 2の電源 26より周波数 ω の電圧を出力する 2 周波方式の印可方法を示してある。
[0049] 図 3に示す 4つの基材搬送ユニットから構成される大気圧プラズマ処理装置を用い ることにより、 1つの円筒状基材の同時に 2つの放電空間により機能性薄膜を形成す ること力 Sでき、その生産性は一段と向上する。
[0050] 上記図 2、図 3で説明した各大気圧プラズマ処理装置において、対向した位置に配 置されてロール電極 20では、一方のロール電極(例えば、図 2におけるロール電極 2
Oa)には第 1の電源 25から周波数 ω の第 1の高周波電圧が印加され、他方のロー
ル電極(例えば、図 2におけるロール電極 20b)には第 2の電源 26力、ら周波数 ω の 高周波電圧が印加されるようになっており、それにより、ロール電極 20aとロール電極 20bとの間に電界強度 Vで周波数 ω と電界強度 Vで周波数 ω とが重畳された電
1 1 2 2
界が発生し、一方のロール電極 20aには電流 Iが流れ、他方のロール電極 20bには
1
電流 Iが流れ、このロール電極間にプラズマが発生する。
[0051] ここで、周波数 ω と周波数 ω の関係、及び、電界強度 Vと電界強度 Vおよび放電
1 2 1 2
ガスの放電を開始する電界強強度 IVとの関係力 ω < ωで、 V≥IV>V、または
1 2 1 2
、 V >IV≥Vを満たし、前記第 2の高周波電界の出力密度が lW/cm2以上となつ
1 2
ている。
[0052] 窒素ガスの放電を開始する電界強強度 IVは 3. 7kV/mmの為、少なくとも第 1の 電源 25から印可する電界強度 Vは 3. 7kV/mm、またはそれ以上とし、第 2の高周
1
波電源 26から印可する電界強度 Vは 3. 7kV/mm、またはそれ未満とすることが好 ましい。
[0053] また、第 2、第 3の大気圧プラズマ処理装置 2b、 2cに適用可能な第 1の電源 25 (高 周波電源)としては、
印加電源記号 メーカー 周波数 製品名
A1 神鋼電機 3kHz SPG3-4500
A2 神鋼電機 5kHz SPG5-4500
A3 春日電機 15kHz AGI-023
A4 神鋼電機 50kHz SPG50— 4500
A5 ハイデン研究所 100kHz水 PHF- 6k
A6 パール工業 200kHz CF— 2000— 200k
A7 パール工業 400kHz CF— 2000— 400k
A8 SEREN IPS 100 〜460kHz L3000
等の市販のものを挙げることが出来、何れも使用することが出来る。
また、第 2の電源 26 (高周波電源)としては、
印加電源記号 メーカー 周波数 製品名
B1 パール工業 800kHz CF— 2000 800k
B2 Λ ル工業 2MHz CF- - 2000— - 2M
B3 Λ ル工業 13. 56MHz CF - 5000 - 13M
B4 Λ ル工業 27MHz CF- 2000 - 27M
B5 Λ ル工業 150MHz CF- 2000 - 150M
B6 ノ ル工業 20〜99. 9MHz RP - - 2000 - - 20/100M等の市販の ものを挙げることが出来、何れも使用することが出来る。
[0055] なお、上記電源のうち、 *印はハイデン研究所インパルス高周波電源(連続モード で 100kHz)である。それ以外は連続サイン波のみ印加可能な高周波電源である。
[0056] 本発明において、第 1及び第 2の電源から対向する電極間に供給する電力は、一 方のロール電極(例えば、図 2におけるロール電極 20a)に lW/cm2以上の電力(出 力密度)を供給し、放電ガスを励起してプラズマを発生させ、薄膜を形成する。ロー ル電極 20aに供給する電力の上限値としては、好ましくは 50W/cm2、より好ましくは 20W/cm2である。下限値は、好ましくは 1. 2W/cm2である。なお、放電面積(cm2 )は、電極において放電が起こる範囲の面積のことを指す。
[0057] また、他方のロール電極(例えば、図 2におけるロール電極 20b)にも、 lW/cm2以 上の電力(出力密度)を供給することにより、高周波電界の均一性を維持したまま、出 力密度を向上させることが出来る。これにより、更なる均一高密度プラズマを生成出 来、更なる製膜速度の向上と膜質の向上が両立出来る。好ましくは 5W/cm2以上で ある。ロール電極 20bに供給する電力の上限値は、好ましくは 50W/cm2である。
[0058] ここで高周波電界の波形としては、特に限定されない。連続モードと呼ばれる連続 サイン波状の連続発振モードと、パルスモードと呼ばれる ON/OFFを断続的に行う 断続発振モード等があり、そのどちらを採用してもよいが、少なくとも他方のロール電 極 20 (例えば、図 2におけるロール電極 20b)に供給する高周波は、連続サイン波の 方がより緻密で良質な膜が得られるので好ましい。
[0059] また、ローノレ電極 20aと第 1の電源 25との間には、第 1フィルタ 25aが設置されてお り、第 1の電源 25からロール電極 20aへの電流を通過しやすくし、第 2の電源 26から の電流をアースして、第 2の電源 26から第 1の電源 25への電流が通過しにくくなるよ うになつており、ローノレ電極 20bと第 2の電原 26との間には、第 2フイノレタ 26aカ設置
されており、第 2の電源 26からロール電極 20bへの電流を通過しやすくし、第 1の電 源 21からの電流をアースして、第 1の電源 25から第 2の電源 26への電流を通過しに くくするようになっている。
[0060] 電極には前述したような強い電界を印加して、均一で安定な放電状態を保つことが 出来る電極を採用することが好ましぐ各ロール電極には強い電界による放電に耐え るため少なくとも一方の電極表面には下記の誘電体が被覆されている。
[0061] 以上の説明において、電極と電源の関係は、一方のロール電極 20aに第 2の電源
26を接続して、ロール電極 20bに第 1の電源 25を接続しても良い。
[0062] 本発明の大気圧プラズマ処理装置においては、円筒状基材を連続的に搬送し、前 記放電空間内を複数回通過させることが好ましい態様である力 円筒状基材の搬送 速度として、特に制限はないが、概ね lm/min〜; 1000m/minの範囲であり、好ま しく (ま 10m/ mil!〜 500mz minであり、更に好ましく (ま 30m/ mil!〜 300mz min である。
[0063] 図 4は、本発明に適用可能なロール電極の一例を示す概略図である。
[0064] ロール電極 20の構成につ!/、て説明すると、図 4の(a)にお!/、て、ローノレ電極 20は、 金属等の導電性母材 200a (以下、「電極母材」ともいう。)に対しセラミックスを溶射後 、無機材料を用いて封孔処理したセラミック被覆処理誘電体 200b (以下、単に「誘電 体」ともいう。)を被覆した組み合わせで構成されている。また、溶射に用いるセラミツ クス材としては、アルミナ ·窒化ケィ素等が好ましく用いられる力 この中でもアルミナ が加工し易いので、更に好ましく用いられる。
[0065] また、図 4の(b)に示すように、金属等の導電性母材 200Aにライニングにより無機 材料を設けたライニング処理誘電体 200Bを被覆した組み合わせでロール電極 20' を構成してもよい。ライユング材としては、ケィ酸塩系ガラス、ホウ酸塩系ガラス、リン 酸塩系ガラス、ゲルマン酸塩系ガラス、亜テルル酸塩ガラス、アルミン酸塩ガラス、バ ナジン酸塩ガラス等が好ましく用いられる力 S、この中でもホウ酸塩系ガラスが加工し易 いので、更に好ましく用いられる。
[0066] 金属等の導電性母材 200a、 200Aとしては、銀、白金、ステンレス、アルミニウム、 チタニウム、鉄等の金属等が挙げられる力 加工の観点からステンレスが好ましい。
[0067] 尚、本実施の形態においては、ロール電極の母材 200a、 200Aは、冷却水による 冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材を使用している(不図示)。
[0068] 本発明の大気圧プラズマ処理装置では、上記説明した方法により、円筒状基材上 に機能性薄膜が形成されるが、この機能性薄膜は XPS測定による炭素原子の含有 量測定で、炭素原子 20原子%以下含むことが好ましい。
[0069] 例えば、図 2、図 3に記載の大気圧プラズマ処理装置においては、一対のロール電 極間で混合ガス(放電ガス)をプラズマ励起させ、このプラズマ中に存在する炭素原 子を有する原料ガスをラジカル化して、円筒状基材 175の表面に晒すものである。そ して、この円筒状基材 175の表面に晒された炭素含有分子や炭素含有ラジカルが、 形成した薄膜中に含有される。
[0070] 本発明の大気圧プラズマ処理装置で用いる放電ガスとは、上記のようなプラズマ処 理条件においてプラズマ励起される気体をいい、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、 ネオン、クリプトン、キセノン等及びそれらの混合物などが挙げられる。
[0071] また、機能性薄膜を形成するための原料ガスとしては、常温で気体または液体の有 機金属化合物、特に、アルキル金属化合物や金属アルコキシド化合物、有機金属錯 体化合物が用いられる。これら原料における相状態は常温常圧において必ずしも気 相である必要はなぐ混合ガス供給装置 24で加熱或は減圧等により溶融、蒸発、昇 華等を経て気化し得るものであれば、液相でも固相でも使用可能である。
[0072] 原料ガスとしては、放電空間でプラズマ状態となり、薄膜を形成する成分を含有す るものであり、有機金属化合物、有機化合物、無機化合物等である。
[0073] 例えば、ケィ素化合物として、シラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン (TE OS)、テトラ n プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ n ブトキシシラ ン、テトラ t ブトキシシラン、ジメチノレジメトキシシラン、ジメチノレジェトキシシラン、ジ ェチノレジメトキシシラン、ジフエニノレジメトキシシラン、メチノレトリエトキシシラン、ェチノレ トリメトキシシラン、フエニルトリエトキシシラン、 (3, 3, 3—トリフルォロプロピル)トリメト キシシラン、へキサメチノレジシロキサン、ビス(ジメチノレアミノ)ジメチノレシラン、ビス(ジ メチルァミノ)メチルビニルシラン、ビス(ェチルァミノ)ジメチルシラン、 N, O ビス(ト
チノレシラン、ジメチノレアミノジメチノレシラン、へキサメチノレジシラザン、へキサメチノレシ クロトリシラザン、ヘプタメチルジシラザン、ノナメチルトリシラザン、オタタメチルシクロ テトラシラザン、テトラキスジメチルアミノシラン、テトライソシアナ一トシラン、テトラメチ ルジシラザン、トリス(ジメチルァミノ)シラン、トリエトキシフルォロシラン、ァリルジメチ セチレン、 1 , 4ービストリメチルシリル 1 , 3—ブタジイン、ジ tーブチルシラン、 1 , 3—ジシラブタン、ビス(トリメチルシリル)メタン、シクロペンタジェニルトリメチルシラン 、フエ二ルジメチルシラン、フエニルトリメチルシラン、プロパルギルトリメチルシラン、テ トラメチルシラン、トリメチルシリルアセチレン、 1 (トリメチルシリル) 1 プロピン、ト
ロキサン、へキサメチルシクロテトラシロキサン、 Mシリケート 51などが挙げられるがこ れらに限定されない。
[0074] チタン化合物としては、テトラジメチルァミノチタンなどの有機金属化合物、モノチタ ン、ジチタンなどの金属水素化合物、二塩化チタン、三塩化チタン、四塩化チタンな どの金属ハロゲン化合物、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラブ トキシチタンなどの金属アルコキシドなどが挙げられるがこれらに限定されない。
[0075] アルミニウム化合物としては、アルミニウム n ブトキシド、アルミニウム s—ブトキシド 、アルミニウム tーブトキシド、アルミニウムジイソプロポキシドエチルァセトアセテート、 アルミニウムェトキシド、アルミニウムへキサフルォロペンタンジォネート、アルミニウム イソプロポキシド、アルミニウム ΠΙ2, 4 ペンタンジォネート、ジメチルアルミニウムクロ ライドなどが挙げられるがこれらに限定されない。
[0076] 亜鉛化合物としては、ジンクビス(ビス(トリメチルシリル)アミド)、ジンク 2, 4 ペンタ ンジォネート、ジンク 2, 2, 6, 6 テトラメチルー 3, 5 ヘプタンジォネートなどが挙 げられるがこれらに限定されない。
[0077] ジルコニウム化合物としては、ジルコニウム tーブトキシド、ジルコニウムジイソプロボ キシドビス(2, 2, 6, 6 テトラメチルー 3, 5 ヘプタンジォネート、ジルコニウムエト キシ.ジノレコニゥムへキサフノレオ口ペンタンジォネート)、ジノレコニゥムイソプロポキシ
ド、ジルコニウム 2—メチルー 2—ブトキシド、ジルコニウムトリフルォロペンタンジォネ ートなどが挙げられるがこれらに限定されない。
[0078] また、これらの原料は、単独で用いても良いが、 2種以上の成分を混合して使用す るようにしても良い。
[0079] また、本発明の大気圧プラズマ処理装置により形成される機能性薄膜の硬度は、 成膜速度や添加ガス量比などによって調整することができる。
[0080] 本発明においては、本発明の大気圧プラズマ処理装置により形成される機能性薄 膜を備えた円筒状基材が、電子写真方式の画像形成装置に用いるエンドレスベルト 状の中間転写体(以下、中間転写ベルトとも!/、う)であること力 S好ましレ、。
[0081] 本発明に係る中間転写体とは、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の 画像形成装置に用いられる部材であり、感光体の表面に担持されたトナー画像をそ の表面に一次転写し、転写されたトナー画像を保持し、保持したトナー画像を記録紙 等の被転写物の表面に二次転写するものである。
[0082] 一般に、中間転写ベルトは、基材と、基材の表面に少なくとも 1層の層からなる表層 を有し、前記表層の表面の硬度が、ナノインデンテーション法による測定で、 3GPa 以上、 l lGPa以下であることが好ましい。
[0083] 以下、本発明に係る中間転写ベルトの構成要件について、説明する。
[0084] (基材)
本発明において、中間転写ベルトの基材としては、樹脂材料または弾性体材料に 導電剤を分散させてなるベルトを用いることができる。これらの基材材料は、単独で 用いても 2種以上組み合わせても良ぐこれらの樹脂材料および弾性体材料の積層 体による組み合わせからなるベルトを用いることもできる。ベルトに用いる樹脂として は、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフッ化ビニリデン、 エチレンテトラフルォロエチレン共重合体、ポリアミド及びポリフエ二レンサルファイド 等、いわゆるエンジニアリングプラスチック材料を用いることができる。弾性体材料とし ては、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン 'ブタジエンゴム、アクリロニトリル.ブ タジェンゴム、二トリルゴム、水素化二トリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エチレン 'プロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、クロロス
ルフォン化ポリエチレンゴム、ェピクロルヒドリンゴム、天然ゴム、ポリエーテルゴム等の ゴム材料や、ポリウレタン、ポリスチレン 'ポリブタジエンブロック重合体、ポリオレフイン 、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、エチレン '酢酸ビュル共重合体等のエラストマ 一を用いることができる。硬度を低下させるために弾性体層は発泡体としても良ぐこ の場合、密度は 0. lg/cm3〜0. 9g/cm3が適当である。また、導電剤としては、力 一ボンブラックを使用することができる。カーボンブラックとしては、中性または酸性力 一ボンブラックを使用すること力 Sできる。導電性フィラーの使用量は、使用する導電 性フイラ一の種類によっても異なるが中間転写ベルトの体積抵抗値および表面抵抗 値が所定の範囲になるように添加すれば良ぐ通常、樹脂材料 100質量部に対して 1 0〜20質量部、好ましくは 10〜; 16質量部である。本発明に用いられる基材 175は、 従来公知の一般的な方法により製造することが可能である。例えば、材料となる樹脂 を押し出し機により溶融し、環状ダイや Tダイにより押しだして急冷することにより製造 すること力 Sでさる。
[0085] (表層)
次に、この基材上に表層を形成する。
[0086] 本発明に係る中間転写ベルトにおける表層としては、無機酸化物、無機窒化物、 無機炭化物及びそれらの複合物からなる無機化合物が好ましい。
[0087] 本発明において、表層に用いられる無機酸化物としては、酸化ケィ素、酸化アルミ 二ゥム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化バナジウム、 酸化ベリリウム、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チ タン酸バリウム、ジルコユウム酸チタン酸鈴、チタン酸鈴ランタン、チタン酸ストロンチ ゥム、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタノレ 酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなど が挙げられる。これらのうちより好ましいのは、酸化ケィ素、酸化アルミニウム、酸化チ タンである。
[0088] 本発明における表層の材料は、 1種類の無機化合物でも良いし、 2種類以上の無 機化合物を有してレ、ても良レ、。
[0089] 本発明における無機化合物層の表層は、 1層以上あれば良ぐ当該層の炭素原子
含有量が 20原子%以下 (XPS測定)であれば好まし!/、。
[0090] 表層の XPS測定による組成分析は、例えば、 VGサイエンティフィック社製 X線光電 子分光分析測定器などにより測定することができる。測定に際しては、アルゴンイオン エッチングにより薄膜の最表面の吸着、汚染原子の除去をおこなった。また、同様に エッチングにより複数層ある場合の各層の組成も測定できる。
[0091] 炭素原子を 20原子%以下 (XPS測定)にすることにより、ベルト搬送にともなう屈曲 によるひび割れが発生しに《なり耐久性が向上する。炭素原子の含有量の調整は、 高周波電源の出力、添加ガス量比、原料ガス量比、基材温度などの成膜条件を調 整することにより行うこと力 Sできる。本発明における表層の少なくとも 1層は、炭素原子 含有量は 20原子%以下が良ぐ好ましくは 0. ;!〜 15原子%、より好ましくは 0. ;!〜 5 原子%である。
[0092] 本発明における表層を基材上に形成する前にコロナ処理、火炎処理、プラズマ処 理、グロ一放電処理、粗面化処理、薬品処理などの表面処理を行っても良い。
[0093] 更に、本発明に係る中間転写ベルトにおいては、表層と基材との間には、密着性の 向上を目的として、アンカーコート剤層を形成しても良い。このアンカーコート剤層に 用いられるアンカーコート剤としては、ポリエステル樹脂、イソシァネート樹脂、ウレタ ン樹脂、アクリル樹脂、エチレンビュルアルコール樹脂、ビュル変性樹脂、エポキシ 樹脂、変性スチレン樹脂、変性シリコン樹脂、およびアルキルチタネート等を、 1また は 2種以上併せて使用することができる。これらのアンカーコート剤には、従来公知の 添加剤を加えることもできる。そして、上記のアンカーコート剤は、ロールコート、ダラ ビアコート、ナイフコート、ディップコート、スプレーコート等の公知の方法により基材 上にコーティングし、溶剤、希釈剤等を乾燥除去することによりアンカーコーティング すること力 Sできる。上記のアンカーコート剤の塗布量としては、 0. ;!〜 5g/m2 (乾燥 状態)程度が好ましい。
[0094] 本発明における表層の膜厚は、 200nm〜; !OOOnm力 S良く、好ましくは 200nm〜6
00腹、さらに好ましくは 250應〜 500腹である。
[0095] 表層の表面硬度は、ナノインデンテーション法による測定で、 3GPa以上 l lGPa以 下が好ましい。表面層の硬度の調整も、同様に成膜条件 (添加ガス量と原料ガス量
比および高周波電源出力、基材温度など)を調整することにより行うことができる。 実施例
[0096] 以下に実施例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明の実施形態はこれ に限定されるものではない。
[0097] 《中間転写ベルトの作製》
(円筒状基材の作製)
下記の方法に従って、円筒状基材を作製した。
[0098] ポリフエ二レンサルファイド樹脂(E2180、東レ社製) 100質量部
導電フィラー(ファーネス # 3030B、三菱化学社製) 16質量部 グラフト共重合体 (モディパー A4400、 日本油脂社製) 1質量部 滑材(モンタン酸カルシウム) 0· 2質量部
上記の各材料を単軸押出機に投入し、溶融混練させて樹脂混合物とした。単軸押 出機の先端にはスリット状でシームレスベルト形状の吐出口を有する環状ダイスが取 り付けてあり、混練された上記樹脂混合物を、シームレスベルト状の形態で押し出し た。押し出されたシームレスベルト状の樹脂混合物を、単軸押出機の吐出先に設け た円筒状の冷却筒に外揷させて冷却し、固化することにより中間転写ベルト用の無 端の円筒状基材を得た。得られた基材の厚さは、 120 であった。
[0099] (中間転写ベルト 1の作製:実施例)
上記作製した円筒状基材を、図 2に記載の 2ユニットのロール電極とガイドロールと で担持した基材搬送ユニットから構成される大気圧プラズマ処理装置の円筒状基材 175として装着し、円筒状基材 175を 100m/minの搬送速度で連続搬送しながら、 表層として酸化ケィ素層を下記の形成条件で 250nmの厚さで形成した。この時、大 気圧プラズマ処理装置の各ロール電極 20a、 20bを被覆する誘電体は、いずれもセ ラミック溶射加工により片肉で lmm厚のアルミナを被覆したものを使用した。また、口 ール電極 20a、 20b間で形成する放電空間 23bの間隙は、 0. 5mmに設定した。
[0100] また、各ロール電極の誘電体を被覆した金属母材は、水循環による加熱、冷却機 能を有するステンレス製ジャケット仕様であり、プラズマ放電中は 50°Cの水を循環す ることにより、各ロール電極の表面温度を一定に保ちながらプラズマ処理を行い、 10
0本の中間転写ベルト 1を連続して作製した。
[0101] 原料ガスは、加熱することで蒸気を生成し、あらかじめ余熱を行った Nガスおよび O
ガスと混合及び希釈した後、放電空間 23bへ、混合ガス供給装置 24bより供給を行 つた。混合ガス供給装置の反対側には排気ノズル 27を設け、排気ノズル 27内の圧 力を— 50Paに保つように調整し、プラズマ反応終了後の廃ガスの系外への排気を 行った。
[0102] 〈酸化ケィ素層の形成条件〉
放電ガス: Nガス
反応ガス: Oガスを全ガスに対し 21体積%
原料ガス:テトラエトキシシラン (TEOS)を全ガスに対し 0. 1体積%
低周波側電源電力:神鋼電機社製高周波電源(50kHz)、 10W/cm2 高周波側電源電力:パール工業社製広帯域高周波電源(60. OMHz)、 lOW/c m
(中間転写ベルト 2の作製:比較例)
上記中間転写ベルト 1の作製において、大気圧プラズマ処理装置として、図 1に記 載の単一の基材搬送ユニットを有する大気圧プラズマ処理装置を用いた以外は同様 にして、 100本の中間転写ベルト 2を連続して作製した。なお、中間転写ベルト 2の作 製において、 10本作製する毎に、円筒状基材に対向した位置にある固定電極 21の 表面汚れを除去する操作を行った。
[0103] (中間転写ベルト 3の作製:比較例)
上記中間転写ベルト 2の作製において、固定電極 21の表面汚れの除去操作を全く 行わなかった以外は同様にして、 100本の中間転写ベルト 3を連続して作製した。
[0104] 《評価》
上記方法に従って、各 100本の中間転写ベルトを作製した後、 100本目の中間転 写ベルトについて、下記に示す各評価を行った。
[0105] 〔薄膜表面硬さの測定〕
作製した各中間転写ベルトの酸化ケィ素膜の薄膜表面硬さ(GPa)を、下記に示す ナノインデンテーション法により測定した。
[0106] 使用した測定装置は、 NANO Indenter XP/DCM (MTS Systems社/ M TS Nano Instruments社製)で、先端形状が正三角形のダイヤモンド Berkovic h圧子を用い、最大荷重設定を 25 Nとして、酸化ケィ素層の厚み(250nm)に対し 十分に小さな押し込み深さとなる条件で、薄膜表面硬さ(GPa)を測定した。
[0107] 〔表面粗さの測定〕
下記の方法に従って、 10点平均粗さ (Rz)を測定した。
[0108] 原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy : AFM)として、セイコーインスッ ル社/エスアイアイ.ナノテクノロジ一社製 SPI3800Nプローブステーション及び S PA400多機能型ユニットを測定装置として使用し、カンチレバーは、同社製シリコン カンチレバー SI— DF20を使用した。 DFMモード(Dynamic Force Mode)で、 測定領域 10 πι角を測定し、得られた三次元データより、 10点平均粗さ (Rz)を算 し/
[0109] 〔表面薄膜 (酸化ケィ素膜)の膜厚の測定
作製した各中間転写ベルトの酸化ケィ素膜の膜厚 (nm)を、反射分光膜厚計 FE— 3000 (大塚電子 (株)製)を使用した反射スペクトルの解析結果より求めた。また、こ の膜厚の解析結果が、中間転写ベルト断面 (表層部分)の電子顕微鏡観察により測 定した膜厚とほぼ一致することを事前に確認している。
[0110] 各中間転写ベルト表面の作画に関与する範囲内について、巾方向および周方向 それぞれ 10mm間隔で 100点の膜厚を測定し、設計膜厚 250nmからのバラツキ巾 を測定し。これを薄膜均一性の尺度とした。
[0111] 〔カラーレーザープリンタによる画質評価〕
カラーレーザープリンタとして、コニカミノルタビジネステクノロジ一社製の magicolo r5440DLを用い、内部の中間転写ベルトを外し、上記作製した中間転写ベルト;!〜 3をそれぞれ装着した。モノクロトナーとして、平均粒径 6. 5 mの重合トナーを使用 し、コニカミノルタ CFペーパー(コニ力ミノルタビジネステクノロジ一社製)に、黒ベタ 画像の濃度を低〜高の 5段階に変化させた原稿を使用して、プリントを行い、出力し た画像のムラやトナー濃度を目視観察し、下記の基準に従って画質評価を行った。
[0112] 〇:全ての濃度域で、画像ムラ及び濃度低下は認められない
Δ:全ての濃度域で画像ムラの発生はないが、高濃度画像でやや濃度が低レ、
X:全ての濃度域で画像ムラが発生し、かつ得られた画像の濃度が低い 〔クリーニング適性の評価〕
上記カラーレーザープリンタを用いて、各中間転写体表面をクリーニングブレード でクリーニングした後、各中間転写体の表面状態を目視観察してトナーの付着状態 を確認し、下記の基準に従ってクリーニング適性の評価を行った。
[0113] 〇:トナーの付着がまったく認められない、
△:僅かにトナーの付着が認められるが、実用上問題はない
X:明らかなトナーの拭き取り残しが発生しており、実用上問題がある
以上により得られた結果を、表 1に示す。
[0114] [表 1]
表 1に記載の結果より明らかなように、本発明の大気圧プラズマ処理装置により作 製した中間転写ベルト 1は均一に表面に薄膜が形成されており、薄膜の硬さ、表面 粗さともに良好で、中間転写ベルトとして優れた特性であることが分かる。これに対し
、比較例の中間転写ベルト 2は、表面に均一の薄膜が形成されていたものの、形成し た薄膜の硬さや表面粗さは中間転写ベルト 1に比べやや劣り、実機による中間転写 ベルトとしての評価においても、中間転写ベルト 1よりやや劣っていた。また、 100本 の中間転写ベルトを作製するのに要した時間も、本発明の中間転写ベルト 1の約 4倍 であった。また、薄膜形成時に電極のクリーニング処理を全く行わなかった中間転写 ベルト 3は、円筒の周方向にスジが全面に発生しており、薄膜形成が不均一であり、 全体に白濁し、粉っぽく観察された。また、形成した薄膜の表面硬さや表面粗さも劣 り、場所による測定値にばらつきが見られた。さらに、強い画像ムラが認められ、中間 転写ベルトとして要求される品質を満たしていな力 た。
Claims
[1] 円筒状基材をロール電極とガイドロールとで担持した基材搬送ユニットを、それぞ れ対向した位置に少なくとも 2つ有し、大気圧もしくはその近傍の圧力下で、対向す る該ロール電極間に形成した放電空間に薄膜形成ガスを含有するガスを供給し、該 放電空間に高周波電界を印加することにより該ガスを励起し、少なくとも 2つの該円 筒状基材を励起した前記ガスに晒すことにより、同時に薄膜を形成する手段を有す ることを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
[2] 前記円筒状基材を連続的に搬送し、前記放電空間内を複数回通過させることを特 徴とする請求の範囲第 1項に記載の大気圧プラズマ処理装置。
[3] 前記ロール電極間で形成する放電空間の一方の側にガス供給ノズルを備え、他方 の側にガス排気ノズルを備えていることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項 に記載の大気圧プラズマ処理装置。
[4] 前記円筒状基材が、樹脂材料または弾性材料により構成されていることを特徴とす る請求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれ力、 1項に記載の大気圧プラズマ処理装置。
[5] 前記薄膜を形成した円筒状基材が、電子写真方式の画像形成装置に用いるェン ドレスベルト状の中間転写体であることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 4項の いずれか 1項に記載の大気圧プラズマ処理装置。
[6] 連続搬送する円筒状基材をロール電極とガイドロールとで担持した基材搬送ュニッ トを、それぞれ対向した位置に少なくとも 2つ有し、大気圧もしくはその近傍の圧力下 で、対向する該ロール電極間に形成した放電空間に薄膜形成ガスを含有するガスを 供給し、該放電空間に高周波電界を印加することにより該ガスを励起し、少なくとも 2 つの該円筒状基材を励起した前記ガスに複数回晒して、同時に薄膜を形成するェ 程を有することを特徴とする大気圧プラズマ処理方法。
[7] 前記ロール電極間で形成する放電空間の一方の側にガス供給ノズルを備え、他方 の側にガス排気ノズルを備えていることを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の大気 圧プラズマ処理方法。
[8] 前記円筒状基材が、樹脂材料または弾性材料により構成されていることを特徴とす る請求の範囲第 6項または第 7項に記載の大気圧プラズマ処理方法。
前記薄膜を形成した円筒状基材が、電子写真方式の画像形成装置に用いるェン ドレスベルト状の中間転写体であることを特徴とする請求の範囲第 6項乃至第 8項の いずれか 1項に記載の大気圧プラズマ処理方法。
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