JP2003007497A - 大気圧プラズマ処理装置 - Google Patents
大気圧プラズマ処理装置Info
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Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Cleaning In General (AREA)
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- Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 被処理物が異形物であっても、その処理必要
部にガス流を集中させて所定のブラズマ処理を短時間の
うちに能率よく、かつ、ロスなく行なえるようにする。 【解決手段】 高圧電極1の外周に絶縁体2,2Aを挟
んで筒型接地電極3が嵌合配置されて両電極1,3間に
周方向で複数の放電ギャップ及び混合反応ガス噴出通路
7…が形成され、この放電ギャップ及び混合反応ガス噴
出通路7…に、不活性ガスと酸素またはフルオロカーボ
ン系の含フッ素化合物ガスを含む反応性気体との混合反
応ガスを大気圧もしくは大気圧近傍下で導入するととも
に、両電極1,3に高周波電圧を印加してグロー放電プ
ラズマを発生させることにより、生成される化学的に活
性な励起種を含むガス流を複数の混合反応ガス噴出通路
7…の吹出口から被処理物の表面に吹き出し照射させる
ように構成している。
部にガス流を集中させて所定のブラズマ処理を短時間の
うちに能率よく、かつ、ロスなく行なえるようにする。 【解決手段】 高圧電極1の外周に絶縁体2,2Aを挟
んで筒型接地電極3が嵌合配置されて両電極1,3間に
周方向で複数の放電ギャップ及び混合反応ガス噴出通路
7…が形成され、この放電ギャップ及び混合反応ガス噴
出通路7…に、不活性ガスと酸素またはフルオロカーボ
ン系の含フッ素化合物ガスを含む反応性気体との混合反
応ガスを大気圧もしくは大気圧近傍下で導入するととも
に、両電極1,3に高周波電圧を印加してグロー放電プ
ラズマを発生させることにより、生成される化学的に活
性な励起種を含むガス流を複数の混合反応ガス噴出通路
7…の吹出口から被処理物の表面に吹き出し照射させる
ように構成している。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばポリエチレ
ンやポリプロピレン、PTFE(ポリ四フッ化エチレ
ン)などの撥水性を有する樹脂に塗料を塗布するとか水
性インクで印刷を施す際にその表面を親水性に改質した
り、プラスチックの表面に酸素のプラズマ処理によって
濡れ性を付与したり、ガラス、セラミックス、金属、半
導体等の疎水性表面を親水化したり、表面に付着した有
機物を洗浄したりするなどの表面処理を行なう場合に用
いられるプラズマ処理装置に関するものである。
ンやポリプロピレン、PTFE(ポリ四フッ化エチレ
ン)などの撥水性を有する樹脂に塗料を塗布するとか水
性インクで印刷を施す際にその表面を親水性に改質した
り、プラスチックの表面に酸素のプラズマ処理によって
濡れ性を付与したり、ガラス、セラミックス、金属、半
導体等の疎水性表面を親水化したり、表面に付着した有
機物を洗浄したりするなどの表面処理を行なう場合に用
いられるプラズマ処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】上記のような表面改質や有機物洗浄等の
表面処理に用いられるプラズマ処理装置として、本出願
人は、例えば特願平11−269211号や特願200
0−208160号等で、ヘリウムを含む不活性ガスも
しくは不活性ガスと酸素あるいはフルオロカーボン系の
含フッ素化合物ガス等の反応性気体とを混合してなる反
応ガスを大気圧もしくは大気圧近傍(弱減圧または弱加
圧)圧力下で高圧電極と接地電極との間に形成される放
電部に導入し通過させるとともに両電極に高周波電圧を
印加することにより放電部にグロー放電プラズマを発生
させて該プラズマにより生成される化学的に活性な励起
種を含むガス流を被処理物の表面に向けて吹出して所定
の表面処理を行なうように構成された大気圧プラズマ処
理装置を既に提案している。
表面処理に用いられるプラズマ処理装置として、本出願
人は、例えば特願平11−269211号や特願200
0−208160号等で、ヘリウムを含む不活性ガスも
しくは不活性ガスと酸素あるいはフルオロカーボン系の
含フッ素化合物ガス等の反応性気体とを混合してなる反
応ガスを大気圧もしくは大気圧近傍(弱減圧または弱加
圧)圧力下で高圧電極と接地電極との間に形成される放
電部に導入し通過させるとともに両電極に高周波電圧を
印加することにより放電部にグロー放電プラズマを発生
させて該プラズマにより生成される化学的に活性な励起
種を含むガス流を被処理物の表面に向けて吹出して所定
の表面処理を行なうように構成された大気圧プラズマ処
理装置を既に提案している。
【0003】これら本出願人が既に提案しているプラズ
マ処理装置は大気圧下での表面処理が実現可能であっ
て、それ以前から採用されていた低圧グロー放電プラズ
マによる処理装置、例えば真空容器内に互いに対向状態
に配置した高圧電極と接地電極との間の放電部に酸素等
の放電用反応ガスを導入させて両電極に高周波電圧を印
加することにより低圧グロー放電プラズマを発生させ、
該プラズマにより生成される化学的に活性な励起種を含
むガス流によって接地電極上に設置保持させた被処理物
の表面を処理するように構成されていたプラスマ処理装
置に比べて、真空系を形成するための装置及び設備が不
要であることから、装置全体の小型化および低コスト化
が図れるとともに、被処理物を電極上に設置する必要も
ないので、被処理物の面積や厚み、形状に対応させやす
く、また、生産プロセスのインラインへの組込みも容易
で生産性の向上も図れるといった多くの特長を有してい
る。
マ処理装置は大気圧下での表面処理が実現可能であっ
て、それ以前から採用されていた低圧グロー放電プラズ
マによる処理装置、例えば真空容器内に互いに対向状態
に配置した高圧電極と接地電極との間の放電部に酸素等
の放電用反応ガスを導入させて両電極に高周波電圧を印
加することにより低圧グロー放電プラズマを発生させ、
該プラズマにより生成される化学的に活性な励起種を含
むガス流によって接地電極上に設置保持させた被処理物
の表面を処理するように構成されていたプラスマ処理装
置に比べて、真空系を形成するための装置及び設備が不
要であることから、装置全体の小型化および低コスト化
が図れるとともに、被処理物を電極上に設置する必要も
ないので、被処理物の面積や厚み、形状に対応させやす
く、また、生産プロセスのインラインへの組込みも容易
で生産性の向上も図れるといった多くの特長を有してい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本出願人による既提案
の大気圧プラズマ処理装置は、プラズマにより生成され
るガス流の吹出し速度が低く、全体として電極先端表面
近くにほぼ偏平状のガス流が形成されるように構成され
ていた。このような偏平状のガス流が形成されるように
構成されている既提案の大気圧プラズマ処理装置におい
ては、所定のプラズマ処理を効率よく行なうためには、
ガス流の吹出口と被処理物の処理必要表面間の間隔をで
きるだけ小さくして用いることが必要となる。そのた
め、被処理物が二次元形状でその処理必要部が比較的広
い平面状のものである場合は、吹出口を処理必要表面に
近付けることで所定のプラズマ処理を効率よく行なうこ
とが可能であるものの、被処理物が異形物で特にその処
理必要部が三次元形状のものである場合は、吹出口を処
理必要表面に十分に近付けることが難しく、その結果、
ガス流を処理必要部に集中させることができず、処理時
間が長くかかるばかりでなく、多くのガス流が処理必要
部に有効に作用しないで消費されるというロスが生じ、
これら処理時間の延長とガス流のロスの相乗によってプ
ラズマ処理コストが上昇するといった具合に、様々な異
形物のプラズマ処理への適用性に欠け、この点で改良の
余地が残されていた。
の大気圧プラズマ処理装置は、プラズマにより生成され
るガス流の吹出し速度が低く、全体として電極先端表面
近くにほぼ偏平状のガス流が形成されるように構成され
ていた。このような偏平状のガス流が形成されるように
構成されている既提案の大気圧プラズマ処理装置におい
ては、所定のプラズマ処理を効率よく行なうためには、
ガス流の吹出口と被処理物の処理必要表面間の間隔をで
きるだけ小さくして用いることが必要となる。そのた
め、被処理物が二次元形状でその処理必要部が比較的広
い平面状のものである場合は、吹出口を処理必要表面に
近付けることで所定のプラズマ処理を効率よく行なうこ
とが可能であるものの、被処理物が異形物で特にその処
理必要部が三次元形状のものである場合は、吹出口を処
理必要表面に十分に近付けることが難しく、その結果、
ガス流を処理必要部に集中させることができず、処理時
間が長くかかるばかりでなく、多くのガス流が処理必要
部に有効に作用しないで消費されるというロスが生じ、
これら処理時間の延長とガス流のロスの相乗によってプ
ラズマ処理コストが上昇するといった具合に、様々な異
形物のプラズマ処理への適用性に欠け、この点で改良の
余地が残されていた。
【0005】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、被処理物がどのような形態のものであって
も、その処理必要部にガス流を集中させて所定のブラズ
マ処理を短時間のうちに能率よく、かつ、ロスなく行な
うことができ、特に異形物のプラズマ処理にも有効に適
用することができる大気圧プラズマ処理装置を提供する
ことを目的としている。
たもので、被処理物がどのような形態のものであって
も、その処理必要部にガス流を集中させて所定のブラズ
マ処理を短時間のうちに能率よく、かつ、ロスなく行な
うことができ、特に異形物のプラズマ処理にも有効に適
用することができる大気圧プラズマ処理装置を提供する
ことを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る大気圧プラズマ処理装置は、高圧電極
の外周面部に周方向に等間隔を隔てて外方に向けて開口
し電極先端にまで延びる複数個の直線状溝が形成されて
いると共に、この高圧電極の外周には複数個の直線状溝
の外向き開口を閉塞する絶縁体を挟んで筒型形状の接地
電極が嵌合配置されて両電極間に周方向で複数の放電ギ
ャップ及び混合反応ガス噴出部が形成されており、この
放電ギャップ及び混合反応ガス噴出部に、不活性ガスも
しくは不活性ガスと酸素またはフルオロカーボン系の含
フッ素化合物ガスを含む反応性気体との混合反応ガスを
大気圧もしくは大気圧近傍下で導入するとともに、両電
極に高周波電圧を印加して放電ギャップにグロー放電プ
ラズマを発生させることにより、その放電プラズマによ
り生成される化学的に活性な励起種を含むガス流を上記
複数の混合反応ガス噴出部の吹出口から被処理物の表面
に吹き出し照射させるように構成されていることを特徴
とするものである。
に、本発明に係る大気圧プラズマ処理装置は、高圧電極
の外周面部に周方向に等間隔を隔てて外方に向けて開口
し電極先端にまで延びる複数個の直線状溝が形成されて
いると共に、この高圧電極の外周には複数個の直線状溝
の外向き開口を閉塞する絶縁体を挟んで筒型形状の接地
電極が嵌合配置されて両電極間に周方向で複数の放電ギ
ャップ及び混合反応ガス噴出部が形成されており、この
放電ギャップ及び混合反応ガス噴出部に、不活性ガスも
しくは不活性ガスと酸素またはフルオロカーボン系の含
フッ素化合物ガスを含む反応性気体との混合反応ガスを
大気圧もしくは大気圧近傍下で導入するとともに、両電
極に高周波電圧を印加して放電ギャップにグロー放電プ
ラズマを発生させることにより、その放電プラズマによ
り生成される化学的に活性な励起種を含むガス流を上記
複数の混合反応ガス噴出部の吹出口から被処理物の表面
に吹き出し照射させるように構成されていることを特徴
とするものである。
【0007】上記構成の本発明によれば、放電ギャップ
に発生される放電プラズマにより生成される化学的に活
性な励起種を含むガス流を高圧電極の外周部に周方向に
等間隔を隔てて形成される複数の混合反応ガス噴出部の
吹出口から吹き出すことによって、ガス流の吹き出しを
マルチビーム化するとともに、各吹出口からのガス流の
吹出し速度を高速化して少流量でもガス流の吹き出し距
離(プラズマジェット)を長く伸ばすことが可能とな
る。これによって、ガス流を被処理物の処理必要部を狙
い撃ち(ピンポイント作用)して所定のプラズマ処理を
短時間のうちに能率よく、かつ、ロスなく行なえる。ま
た、ガス流が長く伸びるために、プラズマ処理の効率低
下を招かないでガス流の吹出口と被処理物の処理必要表
面間の間隔を大きくとることが可能となり、三次元形状
等の異形物のプラズマ処理にも有効に適用することがで
きる。
に発生される放電プラズマにより生成される化学的に活
性な励起種を含むガス流を高圧電極の外周部に周方向に
等間隔を隔てて形成される複数の混合反応ガス噴出部の
吹出口から吹き出すことによって、ガス流の吹き出しを
マルチビーム化するとともに、各吹出口からのガス流の
吹出し速度を高速化して少流量でもガス流の吹き出し距
離(プラズマジェット)を長く伸ばすことが可能とな
る。これによって、ガス流を被処理物の処理必要部を狙
い撃ち(ピンポイント作用)して所定のプラズマ処理を
短時間のうちに能率よく、かつ、ロスなく行なえる。ま
た、ガス流が長く伸びるために、プラズマ処理の効率低
下を招かないでガス流の吹出口と被処理物の処理必要表
面間の間隔を大きくとることが可能となり、三次元形状
等の異形物のプラズマ処理にも有効に適用することがで
きる。
【0008】上記のような大気圧プラズマ処理装置にお
いて、上記高圧電極、絶縁体及び接地電極の形状は、丸
形、角形のいずれであってもよいが、請求項2に記載の
ように、高圧電極を円柱形状(丸形)に形成するととも
に、絶縁体及び接地電極を円柱形状の高圧電極を取り囲
むような円筒形状に形成する場合は、装置全体の小型化
を図りつつ、被処理物の小さい面積の処理必要部にガス
流を集中させて処理能率及び処理効率の一層の向上を図
ることができる。
いて、上記高圧電極、絶縁体及び接地電極の形状は、丸
形、角形のいずれであってもよいが、請求項2に記載の
ように、高圧電極を円柱形状(丸形)に形成するととも
に、絶縁体及び接地電極を円柱形状の高圧電極を取り囲
むような円筒形状に形成する場合は、装置全体の小型化
を図りつつ、被処理物の小さい面積の処理必要部にガス
流を集中させて処理能率及び処理効率の一層の向上を図
ることができる。
【0009】また、請求項3に記載のように、複数の放
電ギャップ及び混合反応ガス噴出部を、その混合反応ガ
ス噴出部の吹出口から吹き出されるガス流が高圧電極の
先端面よりも外側で互いに交差するような傾斜姿勢に形
成することによって、複数の吹出口から高速度に吹き出
されるガス流を高圧電極の先端面から離れた位置で集合
させてロスのないピンポイント処理が行なえ、特に、小
形で三次元形状の被処理物に対するプラズマ処理に有効
に適用することができる。
電ギャップ及び混合反応ガス噴出部を、その混合反応ガ
ス噴出部の吹出口から吹き出されるガス流が高圧電極の
先端面よりも外側で互いに交差するような傾斜姿勢に形
成することによって、複数の吹出口から高速度に吹き出
されるガス流を高圧電極の先端面から離れた位置で集合
させてロスのないピンポイント処理が行なえ、特に、小
形で三次元形状の被処理物に対するプラズマ処理に有効
に適用することができる。
【0010】また、請求項4に記載のように、複数の放
電ギャップ及び混合反応ガス噴出部を混合反応ガス導入
路に連通接続させて高圧電極の外周に形成されたガス分
配供給路に連通させる構成とすることにより、複数の放
電ギャップ及び混合反応ガス噴出部を流れる混合反応ガ
スの流量分布、ひいてはガス流の吹き出し量分布を均一
化できるとともに、圧力差を大きくしてガス流の吹出し
速度をより高速化でき、本発明の大気圧プラズマ処理装
置が有する上述のプラズマ処理性能の一層の向上を図る
ことができる。
電ギャップ及び混合反応ガス噴出部を混合反応ガス導入
路に連通接続させて高圧電極の外周に形成されたガス分
配供給路に連通させる構成とすることにより、複数の放
電ギャップ及び混合反応ガス噴出部を流れる混合反応ガ
スの流量分布、ひいてはガス流の吹き出し量分布を均一
化できるとともに、圧力差を大きくしてガス流の吹出し
速度をより高速化でき、本発明の大気圧プラズマ処理装
置が有する上述のプラズマ処理性能の一層の向上を図る
ことができる。
【0011】さらに、請求項5に記載のように、複数の
混合反応ガス噴出部の吹出口に対向する箇所に直流もし
くは高周波のバイアス電圧を印加可能な補助電極が配置
することによって、高周波電圧をスパークやアーク放電
等の異常放電による電力ロスのないような比較的低い値
に設定して電力消費を抑制しながらも、大気圧下でグロ
ー放電プラズマを確実に安定よく発生させることができ
るとともに、活性度の大きいガス流を被処理部に集中さ
せて所定のプラズマ処理速度及び処理性能を一段と向上
することができる。
混合反応ガス噴出部の吹出口に対向する箇所に直流もし
くは高周波のバイアス電圧を印加可能な補助電極が配置
することによって、高周波電圧をスパークやアーク放電
等の異常放電による電力ロスのないような比較的低い値
に設定して電力消費を抑制しながらも、大気圧下でグロ
ー放電プラズマを確実に安定よく発生させることができ
るとともに、活性度の大きいガス流を被処理部に集中さ
せて所定のプラズマ処理速度及び処理性能を一段と向上
することができる。
【0012】さらにまた、上記のように補助電極を配置
した構成の大気圧プラズマ処理装置において、請求項6
に記載のように、高圧電極、接地電極及び補助電極の内
部にそれぞれ冷却水循環用通路を形成することによっ
て、長時間に亘って連続プラズマ処理を行なう際の各電
極の過熱を防いで所定のプラズマ処理を効率よく実行す
ることができる。
した構成の大気圧プラズマ処理装置において、請求項6
に記載のように、高圧電極、接地電極及び補助電極の内
部にそれぞれ冷却水循環用通路を形成することによっ
て、長時間に亘って連続プラズマ処理を行なう際の各電
極の過熱を防いで所定のプラズマ処理を効率よく実行す
ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。図1は本発明に係る大気圧プラ
ズマ処理装置の一例を示す要部の縦断面図、図2は図1
のA−矢視拡大図である。
にもとづいて説明する。図1は本発明に係る大気圧プラ
ズマ処理装置の一例を示す要部の縦断面図、図2は図1
のA−矢視拡大図である。
【0014】図1及び図2に示す大気圧プラズマ処理装
置10は、SUS等の電導性材料から円柱形状に形成さ
れた高圧電極1と、セラミック管からなり円柱形状の高
圧電極1の外周を取り囲むように嵌合配置された絶縁体
2と、アルミニウム等からなり絶縁体2の外周を取り囲
むように嵌合配置されて高圧電極1に対して電気的に隔
離してアース接地された円筒形状の接地電極3と、高圧
電極1に300W/5W、13.56MHzの高周波電
圧を印加する電圧端子4とを備えている。
置10は、SUS等の電導性材料から円柱形状に形成さ
れた高圧電極1と、セラミック管からなり円柱形状の高
圧電極1の外周を取り囲むように嵌合配置された絶縁体
2と、アルミニウム等からなり絶縁体2の外周を取り囲
むように嵌合配置されて高圧電極1に対して電気的に隔
離してアース接地された円筒形状の接地電極3と、高圧
電極1に300W/5W、13.56MHzの高周波電
圧を印加する電圧端子4とを備えている。
【0015】上記円柱形状高圧電極1の先端部分の外周
面部には、円周方向に等間隔を隔てて径外方に向けて開
口し電極1先端面にまで延びる複数個(図面上では、中
心角度9°ピッチで円周方向に40個が等配されたもの
で示すが、それ以下でもそれ以上でもよい)の直線状溝
5…が形成されているとともに、これら複数個の直線状
溝5…の基端部に相当する高圧電極1の外周部には各直
線状溝5…の基端部が開口連通する外向き開口の環状溝
6が形成され、この環状溝6の内面全域には溶射により
セラミックコート6aが形成されている。
面部には、円周方向に等間隔を隔てて径外方に向けて開
口し電極1先端面にまで延びる複数個(図面上では、中
心角度9°ピッチで円周方向に40個が等配されたもの
で示すが、それ以下でもそれ以上でもよい)の直線状溝
5…が形成されているとともに、これら複数個の直線状
溝5…の基端部に相当する高圧電極1の外周部には各直
線状溝5…の基端部が開口連通する外向き開口の環状溝
6が形成され、この環状溝6の内面全域には溶射により
セラミックコート6aが形成されている。
【0016】上記複数個の直線状溝5…の外向き開口
は、セラミック管からなる絶縁体2のうち高圧電極1の
先端部分外周を取り囲むように嵌合配置された絶縁体部
分2Aにより閉塞され、これによって、高圧電極1とこ
れに絶縁体部分2Aを挟んで対向する円筒形状の接地電
極3間には円周方向で複数(40個)の放電ギャップ及
び混合反応ガス噴出通路(噴出部)7…が形成されてい
る。また、環状溝6の外向き開口は、円筒形状の接地電
極3で閉塞され、これによって、高圧電極1の先端部分
の外周には複数の放電ギャップ及び混合反応ガス噴出通
路(噴出部)7…の基端部が連通するガス分配供給路8
が形成されている。さらに、上記円筒形状の接地電極3
には、ヘリウムガスを含む不活性ガスと酸素またはフル
オロカーボン系の含フッ素化合物ガスを含む反応性気体
との混合反応ガスを大気圧もしくは大気圧近傍下でガス
分配供給路8に導入する混合反応ガス導入路を形成する
ところのコネクター9が螺合接続されている。
は、セラミック管からなる絶縁体2のうち高圧電極1の
先端部分外周を取り囲むように嵌合配置された絶縁体部
分2Aにより閉塞され、これによって、高圧電極1とこ
れに絶縁体部分2Aを挟んで対向する円筒形状の接地電
極3間には円周方向で複数(40個)の放電ギャップ及
び混合反応ガス噴出通路(噴出部)7…が形成されてい
る。また、環状溝6の外向き開口は、円筒形状の接地電
極3で閉塞され、これによって、高圧電極1の先端部分
の外周には複数の放電ギャップ及び混合反応ガス噴出通
路(噴出部)7…の基端部が連通するガス分配供給路8
が形成されている。さらに、上記円筒形状の接地電極3
には、ヘリウムガスを含む不活性ガスと酸素またはフル
オロカーボン系の含フッ素化合物ガスを含む反応性気体
との混合反応ガスを大気圧もしくは大気圧近傍下でガス
分配供給路8に導入する混合反応ガス導入路を形成する
ところのコネクター9が螺合接続されている。
【0017】なお、上記複数の放電ギャップ及び混合反
応ガス噴出通路(噴出部)7…は円周方向の幅w及び径
内方への深さdが共に0.1〜1.0mmの範囲、好ま
しくは0.5mm程度の大きさに設定され、かつ、ガス
分配供給路8は径内方への深さDが1.0〜3mm程度
の大きさに設定されている。また、高圧電極1の先端面
1a及び接地電極3の先端面3aには、酸化アルミニウ
ムが薄膜状に溶射されて絶縁被覆されている。
応ガス噴出通路(噴出部)7…は円周方向の幅w及び径
内方への深さdが共に0.1〜1.0mmの範囲、好ま
しくは0.5mm程度の大きさに設定され、かつ、ガス
分配供給路8は径内方への深さDが1.0〜3mm程度
の大きさに設定されている。また、高圧電極1の先端面
1a及び接地電極3の先端面3aには、酸化アルミニウ
ムが薄膜状に溶射されて絶縁被覆されている。
【0018】上記のように構成された大気圧プラズマ処
理装置10においては、例えば被処理物の一例であるP
TFEなどの樹脂シート材をコンベア(図示省略する)
に載せて水平搬送させつつ、大気圧もしくは大気圧近傍
(弱減圧または弱加圧)圧力下で上記コネクター9内の
混合反応ガス導入路を通して混合反応ガスをガス分配供
給路8に供給し、このガス分配供給路8から高圧電極1
と接地電極3との間に形成される複数の放電ギャップ及
び混合反応ガス噴出通路(噴出部)7…に導入するとと
もに、上記高圧電極1に高周波電圧(13.56MH
z)を印加することによって、上記放電ギャップ及び混
合反応ガス噴出通路7…にグロー放電プラズマを発生さ
せ、該プラズマにより生成されるイオン、ラジカルなど
の化学的に活性な励起種を含む反応性ガス流、すなわ
ち、プラズマフレアーf…を噴出通路7…の先端吹出口
から樹脂シート材の表面に向けて吹き出し照射させるこ
とにより、樹脂シート材の表面を親水性に改質して樹脂
シート材に対する塗料やインクののり具合や接着性を著
しく改善するといった所定のプラズマ処理を行なう。
理装置10においては、例えば被処理物の一例であるP
TFEなどの樹脂シート材をコンベア(図示省略する)
に載せて水平搬送させつつ、大気圧もしくは大気圧近傍
(弱減圧または弱加圧)圧力下で上記コネクター9内の
混合反応ガス導入路を通して混合反応ガスをガス分配供
給路8に供給し、このガス分配供給路8から高圧電極1
と接地電極3との間に形成される複数の放電ギャップ及
び混合反応ガス噴出通路(噴出部)7…に導入するとと
もに、上記高圧電極1に高周波電圧(13.56MH
z)を印加することによって、上記放電ギャップ及び混
合反応ガス噴出通路7…にグロー放電プラズマを発生さ
せ、該プラズマにより生成されるイオン、ラジカルなど
の化学的に活性な励起種を含む反応性ガス流、すなわ
ち、プラズマフレアーf…を噴出通路7…の先端吹出口
から樹脂シート材の表面に向けて吹き出し照射させるこ
とにより、樹脂シート材の表面を親水性に改質して樹脂
シート材に対する塗料やインクののり具合や接着性を著
しく改善するといった所定のプラズマ処理を行なう。
【0019】このとき、プラズマフレアーf…は、通路
断面積の小さい複数の混合反応ガス噴出通路7…の吹出
口からマルチビーム化されて吹出されているとともに、
混合反応ガスをガス分配供給路8から複数の放電ギャッ
プ及び混合反応ガス噴出通路7…に導入する形態とする
ことにより、圧力差を大きくして流速を高め各吹出口か
らの吹出し速度が高速化されているために、少流量でも
吹き出し距離(プラズマジェット)を長く伸ばすことが
可能となる。これによって、プラズマフレアーf…を被
処理物である樹脂シート材の処理必要部を狙い撃ち(ピ
ンポイント作用)して所定のプラズマ処理を短時間のう
ちに能率よく、かつ、ロスなく行なえる。また、プラズ
マフレアーf…が長く伸びるために、プラズマ処理の効
率低下を招かないで吹出口と被処理物の処理必要表面間
の間隔を大きくすることが可能となり、樹脂シート材の
ような二次元形状に限らず、三次元形状等の異形物のプ
ラズマ処理にも有効に適用することが可能である。
断面積の小さい複数の混合反応ガス噴出通路7…の吹出
口からマルチビーム化されて吹出されているとともに、
混合反応ガスをガス分配供給路8から複数の放電ギャッ
プ及び混合反応ガス噴出通路7…に導入する形態とする
ことにより、圧力差を大きくして流速を高め各吹出口か
らの吹出し速度が高速化されているために、少流量でも
吹き出し距離(プラズマジェット)を長く伸ばすことが
可能となる。これによって、プラズマフレアーf…を被
処理物である樹脂シート材の処理必要部を狙い撃ち(ピ
ンポイント作用)して所定のプラズマ処理を短時間のう
ちに能率よく、かつ、ロスなく行なえる。また、プラズ
マフレアーf…が長く伸びるために、プラズマ処理の効
率低下を招かないで吹出口と被処理物の処理必要表面間
の間隔を大きくすることが可能となり、樹脂シート材の
ような二次元形状に限らず、三次元形状等の異形物のプ
ラズマ処理にも有効に適用することが可能である。
【0020】図3及び図4は大気圧プラズマ処理装置2
0の他の一例を示す。この大気圧プラズマ処理装置20
では、円柱形状の高圧電極1と絶縁体部分2A及び円筒
形状の接地電極3との間に形成される複数の放電ギャッ
プ及び混合反応ガス噴出通路7…を、それらの先端吹出
口から吹き出されるプラズマフレアーf…が高圧電極1
の先端面1aよりも外側で互いに交差し合流するような
傾斜姿勢に形成されている点であり、その他の構成は、
図1及び図2に示すものと同一であるため、該当部分に
同一の符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。
なお、各放電ギャップ及び混合反応ガス噴出通路7…の
交差角度θは、20〜30°の範囲に設定されている。
0の他の一例を示す。この大気圧プラズマ処理装置20
では、円柱形状の高圧電極1と絶縁体部分2A及び円筒
形状の接地電極3との間に形成される複数の放電ギャッ
プ及び混合反応ガス噴出通路7…を、それらの先端吹出
口から吹き出されるプラズマフレアーf…が高圧電極1
の先端面1aよりも外側で互いに交差し合流するような
傾斜姿勢に形成されている点であり、その他の構成は、
図1及び図2に示すものと同一であるため、該当部分に
同一の符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。
なお、各放電ギャップ及び混合反応ガス噴出通路7…の
交差角度θは、20〜30°の範囲に設定されている。
【0021】図3及び図4に示すような構成の大気圧プ
ラズマ処理装置20においても、基本的には、図1及び
図2に示す大気圧プラズマ処理装置10と同様に、プラ
ズマフレアーf…のマルチビーム化及び高速化により少
流量でも吹き出し距離(プラズマジェット)を長く伸ば
すことが可能であり、加えて、複数の吹出口から高速度
に吹き出されるプラズマフレアーf…を高圧電極1の先
端面1aから離れた位置で集合させてロスのないピンポ
イント処理が行なえ、特に、小さな三次元形状等の異形
物に対するプラズマ処理に有効に適用することができ
る。
ラズマ処理装置20においても、基本的には、図1及び
図2に示す大気圧プラズマ処理装置10と同様に、プラ
ズマフレアーf…のマルチビーム化及び高速化により少
流量でも吹き出し距離(プラズマジェット)を長く伸ば
すことが可能であり、加えて、複数の吹出口から高速度
に吹き出されるプラズマフレアーf…を高圧電極1の先
端面1aから離れた位置で集合させてロスのないピンポ
イント処理が行なえ、特に、小さな三次元形状等の異形
物に対するプラズマ処理に有効に適用することができ
る。
【0022】図5及び図6は大気圧プラズマ処理装置の
もう一つの例を示す要部の拡大縦断面図であり、図5は
図1及び図2で示した大気圧プラズマ処理装置10にお
ける複数の放電ギャップ及び混合反応ガス噴出通路(噴
出部)7…の先端吹出口に対向する箇所に補助電極11
及びこの補助電極11に直流のバイアス電圧を印加する
直流電源12を配置したものであり、図6は図3及び図
4で示した大気圧プラズマ処理装置20における複数の
放電ギャップ及び混合反応ガス噴出通路7…の先端吹出
口に対向する箇所で複数のプラズマフレアーf…が集合
する付近に補助電極11及びこの補助電極11に直流の
バイフアス電圧を印加する直流電源12を配置したもの
である。
もう一つの例を示す要部の拡大縦断面図であり、図5は
図1及び図2で示した大気圧プラズマ処理装置10にお
ける複数の放電ギャップ及び混合反応ガス噴出通路(噴
出部)7…の先端吹出口に対向する箇所に補助電極11
及びこの補助電極11に直流のバイアス電圧を印加する
直流電源12を配置したものであり、図6は図3及び図
4で示した大気圧プラズマ処理装置20における複数の
放電ギャップ及び混合反応ガス噴出通路7…の先端吹出
口に対向する箇所で複数のプラズマフレアーf…が集合
する付近に補助電極11及びこの補助電極11に直流の
バイフアス電圧を印加する直流電源12を配置したもの
である。
【0023】図5及び図6に示すような構成の大気圧プ
ラズマ処理装置10,20においては、高圧電極1に高
周波電圧(13.56MHz)を印加すると同時に、補
助電極11に直流電源12を介して直流のバイアス電圧
(0V〜−100V)を印加することによって、高周波
電圧をスパークやアーク放電等の異常放電に伴う電力ロ
スがないような比較的低い値に設定して電力消費を抑制
しながらも、大気圧下で反応活性の大きいグロー放電プ
ラズマを確実に安定よく発生させることができるととも
に、活性度の大きいプラズマフレアf…を被処理部に集
中させて所定のプラズマ処理速度及び処理性能を一段と
向上することができる。
ラズマ処理装置10,20においては、高圧電極1に高
周波電圧(13.56MHz)を印加すると同時に、補
助電極11に直流電源12を介して直流のバイアス電圧
(0V〜−100V)を印加することによって、高周波
電圧をスパークやアーク放電等の異常放電に伴う電力ロ
スがないような比較的低い値に設定して電力消費を抑制
しながらも、大気圧下で反応活性の大きいグロー放電プ
ラズマを確実に安定よく発生させることができるととも
に、活性度の大きいプラズマフレアf…を被処理部に集
中させて所定のプラズマ処理速度及び処理性能を一段と
向上することができる。
【0024】また、図5及び図6に示す大気圧プラズマ
処理装置10,20において、高圧電極1の中実内部、
接地電極3の中実内部、及び補助電極11の内部にはそ
れぞれ冷却水循環用通路13,14,15を形成するこ
とが望ましい。このように各電極1,3,11に冷却水
循環用通路13,14,15を形成する場合は、長時間
に亘って連続的にプラズマ処理を行なう際の各電極1,
3,11の過熱を抑制して所定のプラズマ処理を効率よ
く、かつ、安定よく実行することができる。
処理装置10,20において、高圧電極1の中実内部、
接地電極3の中実内部、及び補助電極11の内部にはそ
れぞれ冷却水循環用通路13,14,15を形成するこ
とが望ましい。このように各電極1,3,11に冷却水
循環用通路13,14,15を形成する場合は、長時間
に亘って連続的にプラズマ処理を行なう際の各電極1,
3,11の過熱を抑制して所定のプラズマ処理を効率よ
く、かつ、安定よく実行することができる。
【0025】なお、図5及び図6に示す大気圧プラズマ
処理装置10,20では、補助電極11に直流のバイア
ス電圧を印加するもので説明したが、交流あるいは高周
波のバイアス電圧を印加してもよい。
処理装置10,20では、補助電極11に直流のバイア
ス電圧を印加するもので説明したが、交流あるいは高周
波のバイアス電圧を印加してもよい。
【0026】また、上記各実施の形態では、ヘリウムを
含む不活性ガスを使用したが、混合反応ガスを通路断面
積の小さい複数の混合反応ガス噴出通路7…に分割導入
するので、ヘリウム以外の、例えばアルゴンなどの不活
性ガスのみを使用する場合であっても、グロー放電プラ
ズマを安定よく発生させることが可能であり、この場合
は、高価なヘリウムの使用を省いてランニングコストの
低減を図ることができる。
含む不活性ガスを使用したが、混合反応ガスを通路断面
積の小さい複数の混合反応ガス噴出通路7…に分割導入
するので、ヘリウム以外の、例えばアルゴンなどの不活
性ガスのみを使用する場合であっても、グロー放電プラ
ズマを安定よく発生させることが可能であり、この場合
は、高価なヘリウムの使用を省いてランニングコストの
低減を図ることができる。
【0027】また、上記角実施の形態では、全体が丸形
に構成されたものを示したが、図7に示すように、全体
を角形に構成してもよい。
に構成されたものを示したが、図7に示すように、全体
を角形に構成してもよい。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、放電プ
ラズマにより生成される化学的に活性な励起種を含むガ
ス流を高圧電極の外周部に周方向に等間隔を隔てて形成
される複数の混合反応ガス噴出部の吹出口から吹き出す
というガス流のマルチビーム化によって被処理物の処理
必要部を狙い撃ち(ピンポイント作用)して所定のプラ
ズマ処理を短時間のうちに能率よく、かつ、ロスなく行
なうことができる。しかも、各吹出口からのガス流の吹
出し速度を高速化して少流量でもガス流の吹き出し距離
(プラズマジェット)を長く伸ばすことができるので、
プラズマ処理の効率低下を招かないでガス流の吹出口と
被処理物の処理必要表面間の間隔を大きくすることが可
能となり、三次元形状等の異形物のプラズマ処理にも有
効利用でき、その適用性の著しい拡充を図ることができ
るという効果を奏する。
ラズマにより生成される化学的に活性な励起種を含むガ
ス流を高圧電極の外周部に周方向に等間隔を隔てて形成
される複数の混合反応ガス噴出部の吹出口から吹き出す
というガス流のマルチビーム化によって被処理物の処理
必要部を狙い撃ち(ピンポイント作用)して所定のプラ
ズマ処理を短時間のうちに能率よく、かつ、ロスなく行
なうことができる。しかも、各吹出口からのガス流の吹
出し速度を高速化して少流量でもガス流の吹き出し距離
(プラズマジェット)を長く伸ばすことができるので、
プラズマ処理の効率低下を招かないでガス流の吹出口と
被処理物の処理必要表面間の間隔を大きくすることが可
能となり、三次元形状等の異形物のプラズマ処理にも有
効利用でき、その適用性の著しい拡充を図ることができ
るという効果を奏する。
【0029】特に、請求項3の構成を採用することによ
って、複数の吹出口から高速度に吹き出されるガス流を
高圧電極の先端面から離れた位置で集合させてロスのな
いピンポイント処理を行なえ、小さな被処理物に対する
プラズマ処理の有効性も高めることができる。
って、複数の吹出口から高速度に吹き出されるガス流を
高圧電極の先端面から離れた位置で集合させてロスのな
いピンポイント処理を行なえ、小さな被処理物に対する
プラズマ処理の有効性も高めることができる。
【0030】また、高圧電極の外周に形成されたガス分
配供給路から複数の放電ギャップ及び混合反応ガス噴出
部に混合反応ガスを流出させる構成とすることにより、
複数の放電ギャップ及び混合反応ガス噴出部を流れる混
合反応ガスの流量分布、ひいてはガス流の吹き出し量分
布の均一化と高速化を達成して、本発明の大気圧プラズ
マ処理装置が有する上述のプラズマ処理性能を一層向上
することができる。
配供給路から複数の放電ギャップ及び混合反応ガス噴出
部に混合反応ガスを流出させる構成とすることにより、
複数の放電ギャップ及び混合反応ガス噴出部を流れる混
合反応ガスの流量分布、ひいてはガス流の吹き出し量分
布の均一化と高速化を達成して、本発明の大気圧プラズ
マ処理装置が有する上述のプラズマ処理性能を一層向上
することができる。
【0031】さらに、混合反応ガス噴出部の吹出口に対
向する箇所にバイアス電圧を印加する補助電極を配置し
た構成を採用することによって、高周波電圧をスパーク
やアーク放電等の異常放電による電力ロスのないような
比較的低い値に設定して電力消費を抑制しながらも、大
気圧下でグロー放電プラズマを確実に安定よく発生させ
ることができるとともに、活性度の大きいガス流を被処
理部に集中させて所定のプラズマ処理速度及び処理性能
を一段と向上することができる。
向する箇所にバイアス電圧を印加する補助電極を配置し
た構成を採用することによって、高周波電圧をスパーク
やアーク放電等の異常放電による電力ロスのないような
比較的低い値に設定して電力消費を抑制しながらも、大
気圧下でグロー放電プラズマを確実に安定よく発生させ
ることができるとともに、活性度の大きいガス流を被処
理部に集中させて所定のプラズマ処理速度及び処理性能
を一段と向上することができる。
【図1】本発明に係る大気圧プラズマ処理装置の一例を
示す要部の縦断面図である。
示す要部の縦断面図である。
【図2】図1のA−矢視拡大図である。
【図3】本発明に係る大気圧プラズマ処理装置の他の例
を示す要部の縦断面図である。
を示す要部の縦断面図である。
【図4】図3のB−矢視拡大図である。
【図5】本発明に係る大気圧プラズマ処理装置の別の例
を示す要部の拡大縦断面図である。
を示す要部の拡大縦断面図である。
【図6】本発明に係る大気圧プラズマ処理装置のさらに
別の例を示す要部の拡大縦断面図である。
別の例を示す要部の拡大縦断面図である。
【図7】本発明に係る大気圧プラズマ処理装置のもう一
つの例を示す底面図である。
つの例を示す底面図である。
1 高圧電極
2,2A 絶縁体
3 接地電極
5 直線状溝
7 放電ギャツプ及び混合反応ガス噴出通路(噴出部)
8 ガス分配供給路
9 ミコネクター(混合反応ガス導入路)
10,20 大気圧プラズマ処理装置
11 補助電極
12 直流電源
13,14,15 冷却水循環用通路
フロントページの続き
(72)発明者 増井 義廣
大阪府大阪市住之江区南加賀屋3丁目8番
13号 パール工業株式会社内
Fターム(参考) 3B116 AA46 BC01
4G075 AA30 AA62 BA05 BC04 BC06
BC07 CA16 CA47 CA62 CA63
EB43 EC21
Claims (6)
- 【請求項1】 高圧電極の外周面部に周方向に等間隔を
隔てて外方に向けて開口し電極先端にまで延びる複数個
の直線状溝が形成されていると共に、この高圧電極の外
周には複数個の直線状溝の外向き開口を閉塞する絶縁体
を挟んで筒型形状の接地電極が嵌合配置されて両電極間
に周方向で複数の放電ギャップ及び混合反応ガス噴出部
が形成されており、この放電ギャップ及び混合反応ガス
噴出部に、不活性ガスもしくは不活性ガスと酸素または
フルオロカーボン系の含フッ素化合物ガスを含む反応性
気体との混合反応ガスを大気圧もしくは大気圧近傍下で
導入するとともに、両電極に高周波電圧を印加して放電
ギャップにグロー放電プラズマを発生させることによ
り、その放電プラズマにより生成される化学的に活性な
励起種を含むガス流を上記複数の混合反応ガス噴出部の
吹出口から被処理物の表面に吹き出し照射させるように
構成されていることを特徴とする大気圧プラズマ処理装
置。 - 【請求項2】 上記高圧電極が円柱形状に形成されてい
るとともに、この円柱形状の高圧電極を取り囲むように
絶縁体及び接地電極が円筒形状に形成されている請求項
1に記載の大気圧プラズマ処理装置。 - 【請求項3】 上記複数の放電ギャップ及び混合反応ガ
ス噴出部は、その混合反応ガス噴出部の吹出口から吹き
出されるガス流が高圧電極の先端面よりも外側で互いに
交差するような傾斜姿勢に形成されている請求項1また
は2に記載の大気圧プラズマ処理装置。 - 【請求項4】 上記複数の放電ギャップ及び混合反応ガ
ス噴出部が、混合反応ガス導入路に連通接続させて高圧
電極の外周に形成されたガス分配供給路に連通されてい
る請求項1ないし3のいずれかに記載の大気圧プラズマ
処理装置。 - 【請求項5】 上記複数の混合反応ガス噴出部の吹出口
に対向する箇所には直流もしくは高周波のバイアス電圧
を印加可能な補助電極が配置されている請求項1ないし
4のいずれかに記載の大気圧プラズマ処理装置。 - 【請求項6】 上記高圧電極、接地電極及び補助電極の
内部には、それぞれ冷却水循環用通路が形成されている
請求項5に記載の大気圧プラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001184610A JP2003007497A (ja) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | 大気圧プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001184610A JP2003007497A (ja) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | 大気圧プラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003007497A true JP2003007497A (ja) | 2003-01-10 |
Family
ID=19024342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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