JPH05131132A - 表面処理方法及びその装置 - Google Patents
表面処理方法及びその装置Info
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Abstract
れる対極7と、これら両電極間に電圧を印加して大気圧
グロープラズマを発生させるための電源11とを具備し
た表面処理装置を用い、前記筒状電極内部に大気圧グロ
ープラズマを形成させると共に、該プラズマ領域に被処
理物4を配置し、所用のガス存在下において大気圧中で
電極間に電圧を印加してグロープラズマを発生させ、大
気圧グロープラズマにより被処理物4の表面処理を行
う。 【効果】 本発明によれば、大気圧グロープラズマを筒
状電極の内側に発生させることにより、特に棒状、管
状、繊維状等の軸対称基材表面に均一にしかも効率よく
表面処理を施すことができ、長尺物の連続表面処理も極
めて容易であり、また、大気圧程度の圧力下での処理の
ため、水分やガス可塑剤などを多く含む基材の表面処理
にも良好に適用し得ると共に、処理中にほとんど発熱が
ないので低融点物質からなる基材にも良好に適用し得
る。
Description
状等の軸対称形状の基材表面を均一かつ効率よく大気圧
グロープラズマ法により表面処理することができる表面
処理方法及びその装置に関する。
基材表面を処理して親水性、撥水性等を与えるための表
面改質方法(表面処理方法)として、いくつかの方法が
知られているが、このうちコロナ放電処理、低圧グロー
プラズマ処理などの放電処理方法は、乾式でクリーンな
処理方法として特に重要である。
空気,窒素等の雰囲気中で行われ、放電処理の中でも安
価で簡便な処理方法である。しかし、コロナ放電では電
子がビーム状に放電されるため、被処理物表面に処理む
らができてしまい、また、ガス温度が低温プラズマにお
けるガス温度に比べてかなり高いので、親水化以外の表
面処理が極めて難しいという問題点がある。また、コロ
ナ放電処理による親水化の度合は、プラズマ処理による
場合に比べて一般に不十分である。
むらの少ない均一な表面処理ができる上に、雰囲気ガス
種や、入力電力、周波数、圧力などを変えて処理を行う
ことにより、様々な高機能表面を得ることが可能であ
る。しかし、低圧プラズマ処理は通常10Torr以下
の低圧において行われるため、これを工業的に実施する
場合、大型の真空装置が必要となり、設備費や処理コス
トが大きくなる。更に、被処理物が水分やガス可塑剤な
どを多く含む場合は、これらが減圧雰囲気中で気化し、
被処理物表面から放出され、このためプラズマ処理にお
いて目的とする性能や機能が得られない場合もある。し
かも、このようなプラズマ処理では、処理中に熱が発生
しやすく、このため低融点物質からなる被処理物には適
用し難いという問題点がある。
決した表面処理方法として、大気圧において安定してグ
ロープラズマを得、これを用いて基材の表面を処理する
方法(大気圧グロープラズマ処理法)が開発されている
(特開平1−306569号、同2−15171号公報
等)。
理は、大気圧付近の圧力下で実施されるため大型の真空
装置を必要とせず、また、水分やガス可塑剤などを多く
含む基材にも良好に対応し得、しかも処理時の発熱もほ
とんど生じることがない。このため、低融点の基材にも
適応可能であるといった特徴を有する上、局所的な処理
が可能で、部材の所定の部分だけを処理することもでき
る。
係る処理装置としては、上記公報に平行平板型電極或い
はそれに類似の形状の電極を用いる方法が示されてお
り、また、大気圧で均一なグロー放電を得るために電極
表面の形状を工夫するなどの様々な試みがなされている
が、本発明者の検討によると、これら公報に記載された
方法では、特に棒状、管状、繊維状などの軸対称基材表
面を均一にしかも効率よく処理することは困難であっ
た。
棒状、管状、繊維状などの軸対称基材表面を均一に処理
むらなくかつ効率よく処理することができる大気圧グロ
ープラズマ法による表面処理方法及びその装置を提供す
ることを目的とする。
目的を達成するため、鋭意検討を行った結果、一方の電
極を筒状電極とすると共に、その対極をこの筒状電極内
に配置すること、特に好ましくは対極をこの筒状電極の
軸方向に沿って配置し、上記両極間に電圧を印加し、こ
の電圧印加によって大気圧グロープラズマを筒状電極の
内部に発生させ、この筒状電極内部の大気圧グロープラ
ズマ形成領域に被処理物を配置することにより、被処理
物が棒状、管状、繊維状などの軸対称のものであって
も、その表面を均一にしかも効率よく表面処理を施すこ
とができ、長尺物の連続表面処理も極めて容易であるこ
とを見い出し、本発明を完成させたものである。
て大気圧中で電極間に電圧を印加してグロープラズマを
発生させ、被処理物表面を大気圧グロープラズマ法によ
り処理する表面処理方法において、前記電極の一方を筒
状電極とし、他方の電極を該筒状電極の内部に配置して
前記筒状電極の内部に大気圧グロープラズマを形成させ
ると共に、該プラズマ領域に被処理物を配置して表面処
理を行うことを特徴とする表面処理方法、及び、筒状電
極と、該筒状電極の内部に配置される対極と、これら両
電極間に電圧を印加して大気圧グロープラズマを発生さ
せるための電源とを具備し、前記筒状電極内に被処理物
を配置して、該被処理物を大気圧グロープラズマにより
表面処理するようにしたことを特徴とする表面処理装置
を提供する。
の表面処理方法は、上述したように所用のガスの存在下
において大気圧中で電極間に電圧を印加してグロープラ
ズマを発生させ、被処理物表面を大気圧グロープラズマ
法により処理するものである。
処理の種類に応じて適宜選定され、従来、大気圧グロー
プラズマ処理、低圧プラズマ処理等で用いられるすべて
のガスを用途に応じて使用することができる。例えば、
不活性ガス、N2、O2、水、空気、CO2、フロンガ
ス、ハロンガス、NF3やSF6等のハロゲン化物、NH
3、NOx、SOx、シラン、種々の有機物などが挙げら
れる。
るために不活性ガス等の大気圧グロー放電しやすいガス
で上記ガスを希釈することが好ましい。このようなガス
として、具体的にはヘリウム,ネオン,アルゴン,窒素
等の不活性ガス、酸素,水素,有機物等の汎用ガスなど
の1種又は2種以上のガスの混合物を用いることができ
るが、特にヘリウム、ネオン等が好ましい。
マ放電が形成される領域に被処理物を置き、この放電領
域に上記のガスを供給することによって実施される。こ
の場合、上記のガスは必ずしも常温でガス状である必要
はなく、供給の方法は処理室内の温度や、常温での状態
(固体、液体、気体)により、選定される。即ち、処理
室内の温度や常温においてガス状である場合は、これを
そのまま処理室内へ流入させることができ、また液状で
ある場合には、蒸気圧が比較的高ければその蒸気をその
まま流入してもよいし、その液体を不活性ガス等でバブ
リングして流入してもよい。一方、ガス状でなく、しか
も蒸気圧が比較的低い場合には加熱することにより、ガ
ス状又は蒸気圧が高い状態にして用いることができる。
下において被処理物を大気圧グロープラズマ法により表
面処理するものであるが、この場合、電極の一方を筒状
電極とし、対極をこの筒状電極の内部に配置して、筒状
電極内に大気圧グロープラズマ領域を形成し、このプラ
ズマ領域内で被処理物を処理するものである。
方法としては、大気圧付近の圧力で筒状形状を持つ電極
の内面にグロー放電を発生させ得る方法であれば、いか
なる方法も採用することができる。電圧の印加方法は、
大きく分けて直流、交流の2通りあるが、工業的には交
流放電の方が容易である。しかし、いずれの場合も高電
圧印加側と接地側の少なくとも一組の電極が必要であ
り、本発明においては、筒状電極とその対極との間に電
圧を印加し、グロー放電させることになる。この場合、
高電圧を印加する側はどちらの電極であってもよいが、
実際上は、筒状電極の対極を接地側電極とする方が扱い
やすい場合が多い。
極は、交流放電の場合、電極のうちの片方又は両方を絶
縁体で被覆すると、安定した大気圧グロープラズマを容
易に得ることができるので、電極を絶縁体で被覆するこ
とが推奨される。しかし、直流放電の場合、電極からの
直接の電子流入により直流グローを形成、安定化させる
ため、高電圧印加側及び接地側共に絶縁体で被覆しない
方がよい。
で被覆する場合には、以下の二つの方法が代表的であ
る。一つは金属製の筒状電極の内周面に絶縁体を薄く
(厚さ0.01μm〜10mm)コーティングしたり、
かぶせたり、または、ポリエステル,雲母シート,ポリ
イミド,フッ素樹脂,セラミック,ガラス等の絶縁体フ
ィルムを巻き付けたりする方法であり、もう一つはパイ
レックスガラス管等からなる筒状絶縁物(厚さ0.1〜
5mm)の外周面を金属(電極)で覆う方法である。
放電領域に寄与しないので、実用上は絶縁体での電圧降
下(即ち絶縁体のインピーダンス)はなるべく小さくす
る方が好ましく、従って、絶縁体の厚み増加による絶縁
体での電圧降下が顕著な低周波放電では絶縁体の厚みを
薄くするほうが好ましい。一方、高周波放電では上記の
いずれの方法も好ましく用いることができる。
(多角柱)状、楕円筒状などの種々の形状を取り得る
が、均一なグロー放電を得るためには円筒状が最適であ
る。一方、筒状電極の対極としては、その形状は特に制
限されないが、棒状、管状等が好ましく、筒状電極の軸
方向に沿って、好ましくは軸心に設置することが有効で
ある。対極は当然金属等の導電性物質により形成され
る。被処理物が、棒状、管状、繊維状等の軸対称形状の
場合、この被処理物の一部又は全部が導電性であれば、
被処理物自体を筒状電極の対極とすることもできる。
面処理を実施した場合、筒状電極を各処理室内に配置し
て用いることもできるが、場合によっては筒状電極その
ものを処理室壁の一部として用いることができる。この
場合、雰囲気ガスは放電領域に極めて有効に供給するこ
とができ、雰囲気ガスの供給量が少なくて済むので経済
的である。
領域に配置することができる形状であれば球状、ブロッ
ク状、板状などいかなる形状の被処理物に対しても適用
できるが、装置の性質上、棒状、管状、繊維状などの軸
対称の形状を有する基材に最も好ましく適用でき、ま
た、長尺物の連続処理も極めて容易に行うことができ
る。
り表面処理の実施に用いる好適な装置例を図1〜図3
(断面図)を参照して説明する。図1は筒状電極の対極
として被処理物を使用した例であり、図中1は絶縁体に
より形成された筒状装置本体である。この本体1の外側
中央部に筒状電極3が嵌着されており、筒状電極3の内
周面は絶縁体2により絶縁被覆された状態にある。ま
た、4は導電性円柱芯5の外周面を被処理物基材6で被
覆してなる被処理物で、上記本体1の軸心に配設されて
おり、また、上記芯5が対極7を形成している。なお、
上記被処理物4は、上記本体1の軸方向両端内周縁部に
一体に突設されたリング状支持環8,8により挟持され
た状態にある。また、本体1の軸方向一端側及び他端側
には、上記支持環8,8より内側に存してガス供給口9
及びガス排気口10が形成されている。なお、図中11
は交流電源である。
ているので装置が簡略化されると共に、筒状電極3と対
極7との間に良好かつ確実にしかも被処理物4の外周に
均一に大気圧グロープラズマ領域が形成され、被処理物
4が均一に表面処理されるものである。
ので、この例にあっては、被処理物4を対極とせず、別
途線状対極7を配設したものであり、その他の構成は図
1と同様である。この図2の装置においては、図3に示
すように、対極7に比べて被処理物4の直径がかなり大
きいと被処理物で影になる部分A,Bが生じるが、かか
る影部分A,Bにも良好にグロープラズマ領域が形成さ
れ、従って良好な処理が行われるものである。
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。
下のようにして大気圧グロープラズマ法による処理を行
った。筒状電極3の材質は銅で、直径25mm,厚さ4
00mmであり、この筒状電極3を覆う絶縁体2の厚さ
は約300μmである。また、被処理物4は鉄芯5にE
TFE(エチレンテトラフルオロエチレン共重合体)を
コーティングした直径6mmの円柱体である。
と一致するように被処理物4を置き、鉄芯5を接地し、
本体に設けられたガス供給口9から本体内にヘリウムガ
スを供給速度1.0リットル/minで供給しながら、
交流電圧を交流電源11から筒状電極3に印加すること
により、被処理物表面の親水化処理を行った。なお、被
処理物表面の処理条件を表1に示す。
に図5に示す平行平板電極型表面処理装置を用いて表面
処理を行った。ここで、図5において、aは処理室、
b,cはそれぞれ処理室内に配置され、互いに所定間隔
をおいて対面する平板状電極、dはガス供給口、eはガ
ス排気口、fは交流電源である。なお、上記両電極b,
cはいずれも絶縁体で被覆されており、両電極b,c間
の間隔は15mmである。
なる厚さ50μmのシート状被処理物(比較例1)、実
施例と同様の円柱状被処理物(比較例2)を用い、上記
両電極b,c内に被処理物を配置し、その間に大気圧グ
ロープラズマ領域を形成し、実施例と同様に親水化処理
を行った。処理条件を表1に示す。
処理物につき表面組成をESCAにより測定した。結果
を表2に示す。なお、表2には大気圧グロープラズマ処
理を施さない被処理物の表面組成(at.%)を併記す
る。
素)が除去され、O(酸素)、N(窒素)が導入され、
被処理物の表面がある程度親水化されているが、実施例
1では比較例1と比べてフッ素の除去率と酸素の導入率
が高く、更に充分な組成変化が起きている。この結果は
本発明に係る表面処理が非常に効率的であることを示し
ている。
処理物の周方向の表面処理の度合を表面の水滴の接触角
の測定によって調べた。図4に円柱状被処理物の断面及
び測定位置を指定する角θの定義方法を示す。即ち、基
準表面S(θ=0)から順次45°離間した表面S’に
水滴を滴下することにより水滴接触角を測定した。水滴
接触角が小さい程被処理物の表面の親水化処理の度合が
高いことを示す。水滴接触角の測定結果を表3に示す。
べて、均一にしかも良好に親水化処理されていることが
わかる。
し被処理物を配置せず、対極7として直径1mmの金属
線のみを用い、これを接地した。ガス供給口9からヘリ
ウムガスを供給して本体内に満たし、交流電源11から
周波数9kHzの交流電圧を印加したところ、大気圧グ
ロープラズマが発生した。
いたのと同様の被処理物4を置き、被処理物4を接地し
ない状態でガス供給口9からヘリウムガスを供給して本
体内に満たし、交流電源11から周波数9kHzの交流
電圧を印加したところ、大気圧グロープラズマが発生し
た。この大気圧グロープラズマは、図3に示す陰領域
A,Bにも形成され、実施例1と同様にして被処理物4
の表面に親水化処理を施したところ、実施例1と同様
に、均一にしかも良好に親水化した。
を筒状電極の内側に発生させることにより、特に棒状、
管状、繊維状等の軸対称基材表面に均一にしかも効率よ
く表面処理を施すことができ、長尺物の連続表面処理も
極めて容易であり、また、大気圧程度の圧力下での処理
のため、水分やガス可塑剤などを多く含む基材の表面処
理にも良好に適用し得ると共に、処理中にほとんど発熱
がないので低融点物質からなる基材にも良好に適用し得
る。
である。
図である。
る。
滴接触角の測定位置を示す説明図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 所用のガス存在下において大気圧中で電
極間に電圧を印加してグロープラズマを発生させ、被処
理物表面を大気圧グロープラズマ法により処理する表面
処理方法において、前記電極の一方を筒状電極とし、他
方の電極を該筒状電極の内部に配置して、前記筒状電極
の内部に大気圧グロープラズマを形成させると共に、該
プラズマ領域に被処理物を配置して表面処理を行うこと
を特徴とする表面処理方法。 - 【請求項2】 筒状電極と、該筒状電極の内部に配置さ
れる対極と、これら両電極間に電圧を印加して大気圧グ
ロープラズマを発生させるための電源とを具備し、前記
筒状電極内に被処理物を配置して、該非処理物を大気圧
グロープラズマにより表面処理するようにしたことを特
徴とする表面処理装置。
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