| JP2003183832 | DISCHARGE PLASMA TREATMENT METHOD |
| JP2003187998 | SURFACE TREATMENT DEVICE AND SURFACE TREATMENT METHOD |
| JP2005307833 | EXHAUST GAS PURIFYING DEVICE |
堀 勝 (〒01 愛知県名古屋市千種区不老町1番 国立大学法人名古屋大学内 Aichi, 46486, JP)
KANO, Hiroyuki (1237-87, Aza Umazutsumi Oaza Kurozasa, Miyoshi-cho, Nishikamo-gu, Aichi 01, 47002, JP)
加納 浩之 (〒01 愛知県西加茂郡三好町大字黒笹字馬堤1237-87 Aichi, 47002, JP)
AMANO, Kazuo (19 Chausuyama, Yamamachi, Chiry, Aichi 86, 47286, JP)
天野 和男 (〒86 愛知県知立市山町茶碓山19番地 富士機械製造株式会社内 Aichi, 47286, JP)
NUエコエンジニアリング株式会社 (〒01 愛知県西加茂郡三好町大字黒笹字馬堤1237-87 Aichi, 47002, JP)
HORI, Masaru (1 Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya-sh, Aichi 01, 46486, JP)
堀 勝 (〒01 愛知県名古屋市千種区不老町1番 国立大学法人名古屋大学内 Aichi, 46486, JP)
KANO, Hiroyuki (1237-87, Aza Umazutsumi Oaza Kurozasa, Miyoshi-cho, Nishikamo-gu, Aichi 01, 47002, JP)
加納 浩之 (〒01 愛知県西加茂郡三好町大字黒笹字馬堤1237-87 Aichi, 47002, JP)
AMANO, Kazuo (19 Chausuyama, Yamamachi, Chiry, Aichi 86, 47286, JP)
| 大気圧プラズマ発生装置において、 長手方向に伸び、プラズマを発生する柱状のプラズマ化領域を内包する絶縁体から成る筐体と、 前記プラズマ化領域にプラズマ発生ガスを前記長手方向に対して垂直な方向から長手方向に一様に供給するガス導入部と、 前記プラズマ化領域において、前記長手方向に離間して配置された1対の電極と、 前記プラズマ化領域に接続され、そのプラズマ化領域で生成された前記プラズマを排出し、前記プラズマ化領域の長手方向に沿って配列され、前記プラズマ発生ガスの流れる方向に長く伸びた多数の孔から成る排出部と を有することを特徴とするプラズマ発生装置。 |
| 前記ガス導入部は、前記プラズマ発生ガスを前記プラズマ化領域に対して、長手方向に一様に供給し、長手方向に対して垂直な方向に案内する多数の案内部から成る拡散部を有することを特徴とする請求項1に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記排出部における前記孔の長さは、前記プラズマを照射する対象物に対して、放電が形成されない長さであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記排出部の前記孔の先端部の直径は、0.1mm以上、1mm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記排出部の前記孔の長さは、前記一対の電極の間の距離の1/2以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記排出部の孔は、前記長手方向の垂直方向に対して、傾斜している傾斜部を有することを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記1対の電極が、1cm以上50cm以下の距離で離間して配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記1対の電極の少なくとも一方には、他方と対向する表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記柱状のプラズマ化領域の長手方向の長さLcmと、長手方向に垂直な断面積σmm 2 の関係は、2≦Lσ≦200且つ3≦σ≦25であることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
| 前記排出部の孔のガス流に垂直な断面は、円、楕円、配列方向に垂直な方向に長辺を有する長方形又はスリット状であることを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載のプラズマ発生装置。 |
本発明は、プラズマ発生装置に関する。 に、いわゆる大気圧プラズマ発生装置に関 る。
本発明者らは、特許文献1及び2に記載され
大気圧プラズマ発生装置を出願している。
かい合う電極面にマイクロサイズの凹凸形
を施すことで、ホローカソード放電を生じ
せてプラズマを発生させるものである。当
プラズマ発生領域(プラズマ化領域)を通過す
るようにプラズマ発生用ガスを導入すれば、
少なくともその一部がプラズマ化したガスを
噴出させることができる。これにより、単相
の商用100V電源から昇圧機で数kV程度の高周波
を発生させて、簡便に高密度な大気圧プラズ
マを発生させることができる。
大気圧プラズマを発生させる場合に、電 間隔を狭くすると放電が不安定となり、逆 間隔を1cm以上とした場合は放電維持が不可 となる。そこで特許文献1及び2においては 例えば長手方向を有する領域をプラズマ化 域とする場合、当該長手方向に長さを有し 電極を用いていた。しかし、そのような長 電極を互いに向き合わせた場合、対向する 極面の点状の一部で放電が発生し、電極面 体には放電が発生しないために、プラズマ の均一化に問題があった。このために例え 液晶パネル等の表面の一部のような、比較 幅の広い領域へのプラズマ処理に十分には 効利用できなかった。或いは、プラズマ発 領域の体積自体を大きくすることも困難で る。このため、高密度な大気圧プラズマを 生しうるものでありながら、その有効利用 囲が限定されたものとなっていた。
本発明は上記課題を解決するためのもの あり、その目的は、プラズマ発生領域の長 を長くしたプラズマ発生装置を提供するこ である。
第1の発明は、大気圧プラズマ発生装置に おいて、長手方向に伸び、プラズマを発生す る柱状のプラズマ化領域を内包する絶縁体か ら成る筐体と、プラズマ化領域にプラズマ発 生ガスを長手方向に対して垂直な方向から長 手方向に一様に供給するガス導入部と、プラ ズマ化領域において、長手方向に離間して配 置された1対の電極と、プラズマ化領域に接 され、そのプラズマ化領域で生成されたプ ズマを排出し、プラズマ化領域の長手方向 沿って配列され、プラズマ発生ガスの流れ 方向に長く伸びた多数の孔から成る排出部 を有することを特徴とするプラズマ発生装 である。
本発明は、大気圧において、線状にプラズ
を発生させ、対象物に線状にプラズマを照
する装置である。排出部の孔は、長手方向
沿って一列であっても、多数列であっても
い。また、孔の直径は、プラズマ化領域に
接する根元部と、先端とで異なっていても
い。先端の直径は、根元部の直径よりも小
くとも良い。また、逆に、先端の直径は、
元部の直径よりも大きくとも良い。この孔
直径はテーパ状に変化しても、段階的に変
しても良い。孔の先端を、対象物から離し
使用する場合には、排出部の孔の長さを短
しても、対象物との間には、放電が形成さ
ない。この場合には、処理効果が減少する
、ガス流量を増加させることで、孔の先端
対象物から離れていても十分な処理効果を
ることができる。
第2の発明は、第1の発明において、ガス導
部は、プラズマ発生ガスをプラズマ化領域
対して、長手方向に一様に供給し、長手方
に対して垂直な方向に案内する多数の案内
から成る拡散部を有することを特徴とする
これにより、プラズマ化領域の長手方向に
って、一様にプラズマ発生ガスを供給する
とができる。この案内部は、格子状に形成
れていても、多数の孔の壁面で構成されて
ても良い。
第3の発明は、第1又は第2の発明において、
出部における孔の長さは、プラズマを照射
る対象物に対して、放電が形成されない長
であることを特徴とする。これにより、対
物に損傷を与えることがない。孔の長さは
ラジカルの死活を考えると、放電が形成さ
ない長さのうちで、最も短い長さが最も良
。
第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れか おいて、排出部の孔の先端部の直径を、0.1m m以上、1mm以下としたことを特徴とする。こ により、プラズマ粒子のうちでラジカルの を対象物に照射することができる。すなわ 、電子は、孔の壁面に吸収される。
第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかに
いて、排出部の孔の長さは、一対の電極の
の距離の1/2以上としたことを特徴とする。
の場合には、対象物に対して放電が発生す
ことが防止される。
第6の発明は、第1乃至第5の発明の何れかに
いて、排出部の孔は、長手方向の垂直方向
対して、傾斜している傾斜部を有すること
特徴とする。この場合には、電子を孔の傾
部壁面で効率良く吸収することができ、よ
純度の高いラジカルを対象物に照射するこ
ができる。また、紫外線、真空紫外線、可
光線などが対象物に照射されることが防止
れる。また、傾斜部の壁面で、プラズマ化
域で発光した紫外線が遮られるので、孔の
端から紫外線が対象物に照射されることが
止される。これにより、対象物が紫外線な
のプラズマ化領域から発光した光から受け
損傷を防止することができる。
第7の発明は、第1乃至第6の発明の何れかに
いて、1対の電極は、1cm以上50cm以下の距離
離間して配置されていることを特徴とする
第8の発明は、第1乃至第7の発明の何れかに
いて、1対の電極の少なくとも一方には、他
方と対向する表面に凹凸が形成されているこ
とを特徴とする。
第9の発明は、第1乃至第7の発明の何れかに
いて、柱状のプラズマ化領域の長手方向の
さLcmと、長手方向に垂直な断面積σmm 2
の関係は、2≦Lσ≦200且つ3≦σ≦25であること
を特徴とする。この範囲の時に、効果的にプ
ラズマを発生させることができる。より望ま
しくは、2≦Lσ≦100且つ3≦σ≦25である。
第10の発明は、排出部の孔のガス流に垂直
断面は、円、楕円、配列方向に垂直な方向
長辺を有する長方形又はスリット状である
とを特徴とする。
絶縁体から成る筐体に囲まれた、或いは まれた空間に大気圧プラズマが形成される この絶縁体に囲まれた、或いは挟まれた柱 の空間でプラズマの長尺化が図られている ここで絶縁体の役割は、その内面が帯電す ことで、長手方向を有する体積の大きなプ ズマ化領域全体のプラズマ化を安定させる のであると考えられる。
プラズマ発生ガスは、ガス導入部から、プ ズマ化領域の長手方向に垂直な方向に供給 れて、排出部の有する多数の孔から排出さ る。これにより、長手方向に沿って一様な 度のラジカルが孔の先端から対象物に対し 線状に照射される。特許文献1及び2に記載 れた凹凸面を有する電極を用いたホローカ ード放電を利用すると、容易に大気圧プラ マを生成できる。排出部の孔の長さが、一 の電極の間の距離の1/2以上の場合には、プ ズマを照射する対象物に対して放電が発生 ることが防止される。孔の長さは、一対の 極の間の距離の1/2が、最も望ましい。これ りも長いと、プラズマ化領域からラジカル 対象物に到達するまでの距離が長くなるた 、ラジカルが死活されるので、望ましくな 。電極間距離が40mmの時に、この孔の長さは 20mmである時、最適であることが分かった。 本発明の柱状のプラズマ化領域の長手方向の 長さL(cm)は1以上50以下であり、長手方向に垂 な断面積σ(mm 2 )は3以上25以下である。柱状のプラズマ化領 は、断面積σが小さいほど長さLを長くでき 。また、筐体部が実質的に筒状である方が 長さLを長くできる。Lとσの関係は2≦Lσ≦200 であればプラズマを安定して生成できること が実験で確かめられた。また、より効果的に プラズマを良好に発生させ得る範囲は、2≦L ≦100且つ3≦σ≦25である。
筐体は、内部で発生するプラズマに対し 耐性の強い材料を用いることが必要であり 例えば焼結窒化ホウ素(PBN)のようなセラミ クスが好ましい。電極の材料としては、ス ンレス、モリブデン、タンタル、ニッケル 銅、タングステン、白金、又は、これらの 金などを使用することができる。ホローカ ード放電を生じせしめる凹部を形成する電 面は、ガス流の方向、図1のy軸の方向の厚さ が、1~5mm程度とするのが望ましい。厚くする とで、ガス流の方向に沿って、凹部を多段 形成することができ、ガスの流速を向上さ てプラズマの生成密度を向上させることが きる。対向する電極面は、プラズマ化領域 長手方向に垂直な断面形状に相似にして、 方形とすることが望ましい。ホローカソー 放電を生じせしめる凹部は、例えば深さを0 .5mm程度とすると良い。凹部はドット状に不 続に形成されても、図1の紙面に垂直な方向 伸びた溝状に連続して形成されても良い。 かし、凹部は、連続していた方が望ましい 凹部の形状は、ドット状に形成する場合に 、電極間方向(図1のx軸方向)に垂直な断面が 、円柱面状、半球面状、角柱面状、角錐状、 その他任意に形成できる。
プラズマを発生させるためのガスは、大 圧で、空気、酸素、例えばHe、Ne、Arその他 希ガス、窒素、水素などを用いることがで る。空気や酸素を用いることにより、活性 酸素ラジカルが得られ、有機汚染物質の効 的な除去が可能となる。また、空気を用い ば経済的である。たとえば、希ガスであるA rを用いた場合には、Arプラズマが処理対象に 照射される時、周囲の酸素分子がArプラズマ より酸素ラジカルになる。この酸素ラジカ により、処理対象物表面の有機汚染物質を 果的に除去することができる。また、ガス してArガス以外に使用しないので、経済的 もある。以上の理由から、空気とArとの混合 ガスを用いても良い。ガスの流速、供給量、 或いは真空度は任意に設定できる。また、本 発明は高周波によりプラズマを発生させるも のではなく、電極に接続する電源は、直流、 交流、パルス、その他任意であって、周波数 に制限はない。
また、排出部の有する多数の孔の出口か 対象物にプラズマガスを噴射する場合の距 は、ガスの流速とも関係するが、例えば2mm~ 20mmの範囲が望ましい。さらに望ましくは、3m m~12mmであり、最も望ましくは、4mm~8mmである 酸素ラジカルを発生させる場合、処理対象 表面において酸素ラジカルの密度が最も高 、電子密度が最も低くなるような距離に設 するのが良い。これにより、処理対象のチ ージアップ損傷を防止でき、最も、効率の い洗浄が可能となる。さらに、処理対象に して斜め方向からプラズマを照射しても良 。斜め方向からプラズマを照射することで 例えば偏光フィルムや液晶封止剤にプラズ が照射されて製品に対する悪影響を防止す ことができる。また、プラズマを照射した ない部分には、プラズマを含まない空気な のガスを吹き付けて、プラズマが拡散しな ようにすることができる。
また、電極の酸化防止には、窒素やAr、 は、還元作用のある水素を含むガスを用い 酸素濃度を低くすると良い。また、複数種 のプラズマを発生させることで、有機汚染 質のみ除去し、他の領域には反応しないよ にすることも可能である。また、処理対象 のプラズマの照射部分から反応後のガスを 引しておくのが望ましい。これにより有機 染物質と反応した分子が他の領域に付着す ことが防止される。さらに、プラズマの温 と密度をレーザ光の吸収分光分析などを用 て測定し、所定の温度と密度になるように 印加電圧の大きさ、パルス印加であれば、 ューティ比、照射時間、ガス流速などをフ ードバック制御することが望ましい。
これにより、品質の高い洗浄と洗浄時間の
縮を実現することができる。また、複数個
孔の出口を直線状に配置して形成したとし
、孔の直径と長さを適正に設定することに
り、必要な部分にのみプラズマを照射する
とが可能となる。また、ガスを冷却してお
て、本装置に供給してプラズマ化するのが
ましい。これにより、プラズマの温度が必
以上に上昇することが防止され、例えば液
表示装置等に対する影響、たとえば、偏光
ィルムへの損傷を防止することが可能とな
。本発明は、非常に小型にすることができ
。よって、これらのプラズマを吹き出す排
部の孔を複数設けて、基板において異方性
電性フィルム(ACF)の貼付部分にのみプラズ
を高密度で照射することが可能となると共
、液晶表示器組付装置の空いている狭い空
であっても、有効に本洗浄装置を有効に取
付けることが可能となる。また、排出部の
は、プラズマ化領域の長手方向に直交する
に対して、その線を中心とする360度回の任
方向に、傾斜させるようにしても良い。こ
ようにすると、プラズマの吹き出し方向を
化させることができる。
以上の全ての発明において、大気圧が望ま
いが、減圧でも、加圧でも良く、大気圧に
、0.5~2気圧程度も大気圧とする。排出部の
の先端部の直径は、0.1mm以上、1mm以下とする
と良い。この孔の直径が小さい程、ガスの流
速が速くなり、ラジカルを消滅させることな
く、対象物に照射できる確率が高くなるので
、望ましい。この場合に、良好にラジカルを
放射することができる。排出部の孔の長さは
、一対の電極の間の距離の1/2以上とすること
で、対象物に対する放電を有効に防止するこ
とができる。
図1は本発明の具体的な一実施例に係るプ ラズマ発生装置100の構成を示す断面図である 。図2は、図1のプラズマ発生装置100のプラズ 化領域Pの長手方向に垂直な断面図(部分図) ある。
図1のプラズマ発生装置100は、アルミナ(Al 2 O 3 )を原料とする焼結体から成る筐体10を有する 。筐体10の内部には、長手方向に直線状に伸 た(以下、この方向をx軸方向という)プラズ 化領域Pが設けられている。筐体10は、直径8 mmの孔15と、直径5mmの2つの孔13と、その孔13の 形成された拡散板14と、案内部16とを含むガ 導入部12を有している。孔13は、x軸方向に長 辺を有する長方形状、スリット状であっても 良い。ガスは、孔15から導入されて拡散板14 よりx軸方向に2分されて、孔13から、プラズ 化領域P領域の方に案内される。案内部16は プラズマ化領域Pのx軸方向に一様に、x軸方 に垂直な方向(以下、この方向でガスが流れ る向きをy軸方向という)にガスを流すための 径1.5mmの多数の孔を有する。案内部16は、多 数の孔が格子状に配設されたものの壁面であ り、多数の孔とこの壁面とで、拡散部18が構 される。プラズマ化領域Pの下流側には、第 1排出部21と第2排出部22とから成る排出部20が 成されている。第1排出部21は、y軸方向に軸 方向を有する孔23が、x軸方向に沿って多数配 設されている。また、第2排出部22は、y軸方 に軸方向を有する孔24がx軸方向に沿って多 配設されている。孔23、24の直径は、0.5mm、 23の長さは4mm、孔24の長さは16mmである。孔23 24のx軸方向の間隔は2.5mmで、それぞれ、16個 、設けられている。
プラズマ化領域Pは、x軸方向に垂直な断面
短辺を2mm、長辺を5mmの長方形とし、長辺をy
方向と、x軸方向の長さを4cmとした。電極2a
び2bは、図1のガス流に平行な断面(図1のy軸
平行な断面)は、図3に示すように長方形状
している。また、電極2a及び2bのx軸方向に垂
直な断面は、プラズマ化領域Pのx軸方向に垂
な断面の形状に相似の長方形をしている。
極2a及び2bは図3に示す通り、互いに対向す
面が深さ0.5mm程度の凹部(ホロー)Hを多数有し
た凹凸面となっている。電源は、60Hz、100Vの
用交流電源を用いている。電極2a及び2bの印
加電圧は、この商用電源電圧を約9kVに昇圧し
、電極2a、2b間の給電電流は、20mAとした。ア
ゴンをガス導入部12から、x軸方向に導入す
と、電極2a及び2b間を4cm迄離間しても、プラ
ズマ化が確認された。
プラズマ発生装置110は、液晶表示器のガラ
基板において、異方性導電フィルム(ACF)を
付する部分を、ACFを貼付する前に洗浄する
とで、ACFの基板に対する接着度を向上させ
ことができる。
また、電極2a及び電極2b間(x軸方向の間隔)を
長さ4cmとして、プラズマ化領域Pのx軸に垂直
断面を正方形として、一辺の長さを変化さ
たところ、5mm以下で安定して放電した。ま
、プラズマ化領域Pの断面の一辺の長さを5mm
として、電極2a及び2b間の長さを変化させた
ころ、距離4cm以下で安定して放電した。
次に、この装置を用いて、液晶表示器のガ ス基板の表面を、アルゴンガスのプラズマ より親水処理を行った。処理を行う前の接 角は50度であったが、処理後の接触角は7度 あった。また、図1において、第2排出部22を 設けなかった装置の場合には、ガラス基板と 孔23の先端との間に放電が見られた。しかし 図1の本実施例の装置によると、このような 放電は見られなかった。このことから、本装 置においては、対象物に損傷を与えることな く、プラズマ処理を実行することができる。 また、図1において、第2排出部22を設けなか た装置と、第2排出部22を設けた図1の装置に いてについて、酸素をアルゴンガスと共に ラズマ発生ガスとして供給して、孔の先端 ら5mmの位置での、酸素ラジカル濃度を測定 た。酸素の混合比率は0%~4%の範囲で変化さ て、それぞれの場合において、真空紫外吸 分光法を用いて酸素ラジカル密度を測定し 。第2排出部22を設けても、酸素ラジカル密 は、3×10 14 /cm 3 ~7×10 14 /cm 3 が得られ、第2排出部22を設けない装置では、 3×10 14 /cm 3 ~2.4×10 15 /cm 3 であった。第2排出部22を設けても、特に、親 水処理の効果が劣化するものではない。また 、プラズマ化領域Pでの電子密度は、酸素の 合比率が3%、ガス流量が3L/min の時、2×10 16 /cm 3 であった。
次に、本第2実施例の装置について、図4 参照して説明する。本実施例は、実施例1の 2排出部22を、y軸方向に対して傾斜した孔26 有する傾斜排出部27と、y軸方向に沿った直 排出部25とで構成した。他の構成は、実施 1と同一である。傾斜排出部22は、y軸に対し 、10度傾斜させた。傾斜範囲は3度~30度の範 が望ましい。さらに望ましくは、5度~20度の 範囲が良い。要は、孔24の開口から、孔23の 口が見通せない、一軸上にない状態とする とが良い。y軸への射影の長さは、12mm、直線 排出部25の長さは4mmである。このような構成 より、排出部20において、確実に電子を孔 壁面に吸収して、ラジカルだけを孔24の先端 から放射することができる。この実施例2の 置では、プラズマを照射して親水処理を行 た後の接触角は、9.5度と、実施例1の装置に べて若干、大きくなったが、対象物に対す 放電の防止を確実に行うことができた。ま 、傾斜排出部27を設けることにより、孔24の 開口から、プラズマ化領域Pを見通すことが きなくなる。このため、プラズマ化領域Pで 光した紫外線が、孔26の壁面で遮られ、紫 線が、対象物に照射されなくなった。この 果、対象物が紫外線により損傷を受けるこ が防止された。
上記全実施例において、これらのプラズ 発生装置を長手方向であるx軸方向に、又は 、x軸に平行に多数段もうけて、大面積の処 が可能となるようにしても良い。軸方向にn 設けると、上記の例では、4ncmの幅で、対象 物を処理することができる。このとき、物は 、軸に垂直な方向(x軸、及びy軸に垂直な方向 に)搬送することで、さらに、大面積の処理 可能となる。また、軸に平行に多数設けて x軸、及びy軸に垂直な方向に対象物を搬送し た場合には、プラズマ照射処理を確実に行う ことができる。また、孔23、24、26のガス流に 対して垂直な断面形状は、円形の他、長円で あっても良いし、図1、4のx軸及びy軸に垂直 方向(紙面に垂直な方向)に長手方向を有する 長方形、スリットなどであっても良い。
上記の全実施例において、プラズマ化領域P のx軸に垂直な断面を長方形とする場合には 一辺の長さは2mm以上5mm以下の範囲が望まし 。また、断面積は3mm 2 以上25mm 2 以下が望ましい。
本発明は、対象物体に対して直線状にプ ズマを照射して、表面処理する装置に用い ことができる。
100:プラズマ発生装置
10:筐体
12:ガス導入部
P:プラズマ化領域
16:案内部
18:拡散部
23,25,26:孔
20:拡散部
21:第1拡散部
22:第2拡散部
27:傾斜排出部
24:直線排出部
