專利名稱：等離子體處理方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及當主要對于聚乙烯或者聚丙烯、聚脂(PET)、PTFE(聚四氟乙烯)等樹脂涂敷了涂料時或者實施了印刷時，把其表面的疏水性改質為親水性，或者洗凈附著在玻璃、陶瓷、金屬、半導體等表面上的有機物，或者殺菌、滅菌，或者進行腐蝕等各種表面處理或者氣體分解工藝中適用的處理方法及其裝置，更詳細地講，涉及在被處理物的表面上照射通過電暈放電生成的等離子體的分子離解的結果發(fā)生的激發(fā)分子、原子團、離子等激發(fā)核(excited species)，從而進行改質等表面處理等的電暈放電式的等離子體處理方法及其裝置。
背景技術：
電暈放電方式的等離子體表面處理方法省去了在大氣壓下的輝光放電方式的等離子體表面處理方法時所需要的氦或者氬或者氫等點火用氣體的使用，由于具有可圖求提高使用時的安全性以及通過節(jié)減氣體消耗量而降低處理成本的優(yōu)點，因此大量利用在表面改質等的表面處理中。
在決定這種基于電暈放電方式的等離子體表面處理方法的處理性能和處理效率的方面重要的因素是包含通過電暈放電生成的等離子體的激發(fā)核向被處理物表面的照射量、照射面積以及照射的均勻性，以往，作為實現這些重要因素的方法，相對置地配置一對放電電極，在這兩個電極之間施加正弦交流電壓，使得在兩個電極之間發(fā)生電暈放電的同時，在其放電區(qū)域中流過空氣等氣體(例如參照專利文獻1)。
專利文獻1特開平2001-293363號公報(圖4)。
然而，在上述現有的電暈放電方式的等離子體表面處理方法中，對于具有一對放電電極的1個放電單元，在設置一基的變壓器來進行寬范圍的表面處理的情況下，存在必須裝配與已經配置的放電單元的臺數同數量的變壓器的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述的實際情況而完成的，其目的在于提供能夠用一基的變壓器供應向多個放電單元提供的電力的等離子體處理方法及其裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明技術方案1的等離子體處理方法是在相互對置的放電電極之間施加脈沖電壓以使得在這些放電電極的尖端部分之間產生電暈放電，并對被處理物的表面照射包含通過該電暈放電生成的等離子體的激發(fā)核來進行處理，其特征是構成為通過將變壓器次級側的輸出進行分支并向不同的放電單元的各放電電極供電，而在各放電單元中使電暈放電在放電電極之間發(fā)生。
另外，本發(fā)明技術方案6的等離子體表面處理裝置是在相互對置的放電電極上施加脈沖電壓以使得在這些放電電極的尖端部分之間產生電暈放電，并對被處理物的表面照射包含通過該電暈放電而生成的等離子體的激發(fā)核來進行表面處理，其特征是構成為將從變壓器的次級側端子的一方引出的輸出電路進行分支，分別將整流器配置在各分支電路上，并將該分支電路連接到不同的放電單元的一方放電電極，同時將變壓器的次級側端子的另一方進行分支并連接到不同的放電單元的另一方的放電電極，并在各放電單元中基于在放電電極之間所施加的脈沖電壓使電暈放電在放電電極之間發(fā)生。
依據上述結構的本發(fā)明，由于構成為從一基的變壓器將脈沖電壓提供給多個放電單元并使其放電，因此，即使在配置了多個放電單元以擴大激發(fā)核對于被處理物表面的照射量以及照射面積的情況下，由于變壓器用一個就可以，所以在可以使裝置小型化的基礎上還能夠價格低廉地抑制設備成本。而且，由于可以用一對的放電單元交互地發(fā)生電暈放電，所以能夠用來自同一變壓器的供電對處理對象物的表里分別進行處理。
在上述的電暈放電式的等離子體處理方法及其裝置中，作為施加到放電電極上的脈沖電壓，還可以使用如在技術方案2中所記載那樣的矩形波脈沖電壓，或者如在技術方案3中所記載那樣的由把交流電壓全波整流后的多個脈動波構成的脈沖電壓中的某一種。其中，特別是在使用由脈動波構成的脈沖電壓的情況下，由于不需要特別的脈沖電壓發(fā)生電源，通過使用商用或者超聲波領域的交流電源與二極管等整流元件的組合構成的簡單的電源裝置，就能夠施加所希望的周期以及占空比的脈沖電壓，因此能夠實現裝置的低成本化。
進而，如在技術方案4以及技術方案7中記載的那樣，在放電電極的尖端部分附近形成了磁場的狀態(tài)下，在放電電極上施加脈沖電壓以使得電暈放電在兩個電極之間產生時，包含通過電暈放電生成的等離子體的激發(fā)核就存在于磁場之中，從磁場對在磁場中運動的等離子體的帶電粒子推壓力，即洛倫茲力作用，從而能夠使激發(fā)核氣勢良好地朝向被處理物的表面且遍及很大的面積幾乎均勻地進行照射。
而且，作為上述電暈放電式的等離子體處理裝置中的磁場形成單元，可以是如在技術方案8中記載的那樣，由永久磁鐵、一對磁性體和在端面之間形成縫隙的一對極靴構成的結構，或者如在技術方案9記載的那樣，由與直流電源連接的電磁鐵、一對磁性體和在端面之間形成縫隙的一對極靴構成的結構中的任一種。其中，在使用永久磁鐵的情況下，能夠謀求降低制造成本以及節(jié)省功耗。另一方面，在使用電磁鐵的情況下，與使用永久磁鐵的情況相比較，雖然增大制作成本以及功耗，但另一方面通過調整極靴端面之間的縫隙的磁通密度，就能夠與被處理物的表面的形態(tài)等相對應，容易而且任意地控制洛倫茲力以及包含等離子體的激發(fā)核的照射力和照射擴散范圍，在謀求擴大對于被處理物的形狀適應性的基礎上，還能夠進一步提高處理性能和處理效率。
進而，在本發(fā)明中，如在技術方案5以及10中記載的那樣，如果在大氣壓或者大氣壓附近的壓力下把氬氣、氮氣、碳酸氣(二氧化碳)等反應氣體或空氣導入到放電電極之間，則在氣體的流動下，把包含等離子體的激發(fā)核朝向被處理物表面照射，在能夠得到對于被處理物表面的照射量、照射面積以及照射的均勻性的基礎上，通過使包含等離子體的激發(fā)氣體流在從磁場受到的推壓作用力(洛倫茲力)下照射，能夠在各種表面處理中利用。


圖1是表示涉及本發(fā)明的等離子體處理裝置的一個實施例的部分省略縱剖正面圖。
圖2是圖1的裝置的部分切除斜視圖。
附圖標記說明4放電電極，6、7極靴，8永久磁體，11第1電極，12第2電極，13放電單元，15變壓器，19、20整流器，18各分支電路，M磁場形成單元。
具體實施例方式
下面，根據

本發(fā)明的實施方式。
圖1是表示適用了本發(fā)明方法的等離子體表面處理裝置的一個實施例的概略縱剖面圖，圖2是部分切除斜視圖。
該等離子體表面處理裝置包括板形絕緣部件3，在排列多個氣體噴射孔1的同時在內部形成了連通各氣體噴射孔的上端部分的氣體容器2；由板形絕緣部件3支撐的放電電極4；在從前后把放電電極4夾在中間的形態(tài)下形成的一對陶瓷制絕緣隔片5；分別配置在陶瓷制絕緣隔片5的外側的極靴6、7；分別與各極靴6、7磁連接的磁鐵8；把該磁鐵8的上端部分之間連接的磁性材料制的連接桿9以及在放電電極4上施加放電用電壓的電源裝置10。
放電電極4包括形成為大致L字形的第1電極11、配置成與該第1電極11相對置狀態(tài)的大致L字形的第2電極12。而且，這兩個電極11、12分別用鎢和鉬等具有耐熱性的金屬形成。
電源裝置10包括交流電源14；把交流升壓的變壓器15；由除去配置在該變壓器15的次級側的倍壓整流電路的電容器后形成的全波整流電路構成的脈沖電壓施加單元16。將把變壓器15的次級側端子的一方與放電單元13的第1電極11進行電連接的輸出電路17進行分支而形成，分支輸出電路17分別連接到不同的放電單元的第1電極11。另外，在將變壓器15的次級側端子的另一方與第2電極12進行電氣連接的第2輸出電路18中，分別裝有高壓整流二極管19、20。這種情況下，構成為高壓整流二極管19和高壓整流二極管20相反配置其流向，在一方的放電單元中當第2電極12相對第1電極11輸出高電壓時開始放電，在另一方的放電單元中當第2電極12相對第1電極11輸出低電壓時開始放電。總之，構成為從該脈沖電壓施加單元16作為脈沖電壓分別交替施加半波整流了的正電壓一側和負電壓一側的脈動波，使在第1電極11與第2電極12的尖端之間產生電暈放電，通過該電暈放電生成包含等離子體的激發(fā)核。
此外，作為該電源裝置10，用變壓器15把50Hz～100KHz的交流電源升壓到具有5～15kV波峰值Vp的正弦波，把該升壓后的正弦波變換為具有5～15kV波峰值Vp的直流的脈動波，把正電壓部分(直流)施加到一方放電單元的第1電極11與第2電極12之間，另外，把負電壓部分施加到另一方的放電單元的第1電極11與第2電極12之間，交替發(fā)生以各個接通(ON)時間以及切斷(OFF)時間之和作為一個周期T、脈沖頻率(1/T)為10～200Hz、脈沖占空比為10～100％的脈沖電壓。
在靠近上述放電電極4的尖端部分位置，設置有磁場形成單元，形成沿著水平面的磁場，該水平面與存在通過電暈放電生成的等離子體中的帶電粒子的氣流垂直。該磁場形成單元包括配置在上述放電電極4的基端部分上方的永久磁鐵8；純鐵制等的一對軟磁性體，連接到該永久磁鐵8的N、S兩極且延伸設置到一對放電電極4的尖端部分附近；純鐵制等的一對極靴6、7，一體地連接設置在這些軟磁性體的頂端上，隔著放電電極4的尖端部分在相對置的端面之間形成磁場形成用縫隙。構成為伴隨著等離子體中的帶電粒子在該磁場形成單元中的極靴6、7的端面之間的縫隙形成的磁場中運動，在該帶電粒子上作用推壓力，即洛倫茲力，使得包含等離子體的激發(fā)核向圖1、2中的箭頭X所示那樣，朝向被處理物的表面照射。
這里，如果把粒子的電荷記為Q，把速度記為v，把極靴端面之間的縫隙的磁通密度記為B，則上述的洛倫茲力F為F＝Qv×B，將垂直作用在帶電粒子的速度矢量上，由此，向箭頭X方向推壓并照射包含等離子體的激發(fā)核。
另外，在大氣壓或者大氣壓附近的壓力下從形成在板形絕緣部件3上的各氣體噴射孔1把氬氣、氮氣、氧氣、碳酸氣等反應氣體或者空氣導入到一對放電電極之間，使得包含等離子體的激發(fā)氣體流在從磁場受到的洛倫茲力下朝向被處理物的表面照射。從而，能夠擴大表面處理的適用性。
在這樣構成的電暈放電式等離子體表面處理裝置中，在經過軟磁性體連接到永久磁鐵8的N、S兩極上的極靴6、7的端面之間的縫隙中形成由有效磁通以及漏磁通構成的磁場，在該狀態(tài)下，如果由上述電源裝置10整流了的輸出在第1電極11與第2電極12之間施加脈沖頻率為10～200Hz的正或者負的脈沖電壓，并在兩個電極11、12的尖端部分之間交替發(fā)生電暈放電，則包含通過該電暈放電生成的等離子體的激發(fā)核就存在于磁場中，借助于在該磁場中運動的等離子體中的帶電粒子從磁場受到的已經敘述過的洛倫茲力F，在包含等離子體的激發(fā)核上就被賦予垂直于磁場的箭頭X方向的力。
另外，在本發(fā)明中，由于對于構成一對放電電極4的第1電極11和第2電極12，分別使用由把交流電壓整流后得到的多個脈動波構成的正或者負的脈沖電壓，因此例如不需要多諧振蕩器或者施密特觸發(fā)電路、間歇振蕩器等特別的脈沖電壓發(fā)生電源，使用由商用交流電源或者超聲波電源與二極管等整流元件的組合而構成的簡單的電源裝置，就能夠施加所希望周期以及占空比的脈沖電壓，進而，作為磁場形成單元，通過利用制造成本低且沒有電力消耗的永久磁鐵8，就能夠實現裝置整體的導入成本以及運營成本的降低。
此外，雖然在上述實施形態(tài)中，作為磁場形成單元M使用了永久磁鐵8，但作為磁場形成單元也可以是電磁鐵。這樣，如果作為磁場形成單元M使用電磁鐵，則能夠控制洛倫茲力F，能夠調整加載到包含等離子體的激發(fā)核上的垂直于磁場的力。
進而，雖然在上述實施形態(tài)中，在隔著放電電極4的尖端部分相對置的端面之間形成磁場的同時，在該端面之間噴射反應性氣體或者空氣，但也可以僅是進行磁場形成和氣體導入中的任一種。
進而，雖然在上述實施形態(tài)中，說明了用交流電源、發(fā)生由對其交流電壓全波整流后的多個脈動波構成的脈沖電壓的整流電路來構成脈沖電壓施加單元的結構，但脈沖電壓施加單元也可以是發(fā)生矩形波的脈沖電壓的脈沖波發(fā)生電源。
產業(yè)上的可利用性本發(fā)明能夠適用在當主要對于聚乙烯或者聚丙烯、聚脂(PET)、PTFE(聚四氟乙烯)等樹脂涂敷涂料時或者實施印刷時，把其表面的疏水性改質為親水性，或者洗凈附著在玻璃、陶瓷、金屬、半導體等表面上的有機物，或者殺菌、滅菌，或者進行腐蝕等各種表面處理，或者利用了借助于由電暈放電所生成的等離子體的分子離解的氣體分解工藝中。
權利要求
1.一種等離子體處理方法，在相互對置的放電電極(4)之間施加脈沖電壓以使得在這些放電電極(4)的尖端部分之間發(fā)生電暈放電，并對被處理物的表面照射包含通過該電暈放電而生成的等離子體的激發(fā)核來進行處理，該等離子體處理方法的特征在于，構成為將變壓器(15)的次級側輸出的一方進行分支并向不同的放電單元(13)的一方放電電極(4)供電，同時將變壓器(15)的次級側輸出的另一方通過整流器(19)(20)分別向不同的放電單元13的另一方放電電極(4)供電，由此在各放電單元(13)中使電暈放電在放電電極(4)之間交替發(fā)生。
2.根據權利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于作為上述脈沖電壓，使用矩形波脈沖電壓。
3.根據權利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于作為上述脈沖電壓，使用由對交流電壓進行了全波整流后的多個脈動波構成的脈沖電壓。
4.根據權利要求1～3中任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于在放電電極(4)的尖端部分附近、存在上述等離子體中的帶電粒子之處形成有磁場，利用對在該磁場中運動的帶電粒子進行推壓而作用的力，使包含等離子體的激發(fā)核朝向被處理物的表面進行照射。
5.根據權利要求1～4中任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于通過在大氣壓或者大氣壓附近的壓力下向放電電極(4)之間導入空氣或反應性氣體，使包含等離子體的激發(fā)氣體流朝向被處理物的表面進行照射。
6.一種等離子體處理裝置，在相互對置的放電電極(4)之間施加脈沖電壓以使得在這些放電電極(4)的尖端部分之間發(fā)生電暈放電，并對被處理物的表面照射包含通過該電暈放電而生成的等離子體的激發(fā)核來進行處理，該等離子體處理裝置的特征在于，構成為通過將變壓器(15)的次級側輸出的一方進行分支，在各分支電路(18)上分別配置整流器(19)(20)，并將該分支電路(18)連接到不同的放電單元(13)的一方放電電極(4)，同時將變壓器(15)的次級側輸出的另一方進行分支并連接到不同的放電單元(13)的另一方放電電極(4)，在各放電單元(13)中基于被施加于放電電極4之間的脈沖電壓使電暈放電在放電電極4之間交替發(fā)生。
7.根據權利要求6所述的等離子體表面處理裝置，其特征在于設置有磁場形成單元(M)，該單元可以在相對配置的放電電極(4)的尖端部分附近、存在上述等離子體中的帶電粒子之處形成磁場，以對在該磁場中運動的帶電粒子作用使包含等離子體的激發(fā)核朝向被處理物的表面進行照射的推壓力。
8.根據權利要求7所述的等離子體處理裝置，其特征在于上述磁場形成單元(M)由永久磁鐵(8)、與該永久磁鐵(8)的N、S兩極連接且延伸設置到一對放電電極(4)的尖端部分附近的一對磁性體和與這些磁性體的頂端相連且在端面之間形成縫隙的一對極靴(6)(7)構成。
9.根據權利要求7所述的等離子體處理裝置，其特征在于上述磁場形成單元(M)由與直流電源連接的電磁鐵、與該電磁鐵的N、S兩極連接且延伸設置到一對放電電極(4)的尖端部分附近的一對磁性體和與這些磁性體的頂端相連且在端面之間形成縫隙的一對極靴(6)(7)構成。
10.根據權利要求6～9中任一項所述的等離子體處理裝置，其特征在于設置有在大氣壓或者大氣壓附近的壓力下在上述放電電極之間導入空氣或反應性氣體的單元，并通過經由該單元導入空氣或反應性氣體使包含等離子體的激發(fā)氣體流朝向被處理物的表面進行照射來進行構成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體處理方法及其裝置，能夠在擴大激發(fā)核對于被處理物表面的照射量以及照射面積的同時，在表面整個區(qū)域均勻地照射，而且，還能夠抑制有效激發(fā)核的損失以謀求顯著提高處理性能和處理效率。在相互對置的放電電極(4)之間施加脈沖電壓以使得在這些放電電極的尖端部分之間發(fā)生電暈放電，將包含通過該電暈放電所生成的等離子體的激發(fā)核對被處理物的表面照射來進行處理。構成如下準備多個將第1電極(11)和第2電極相對配置的放電單元(13)，并在將變壓器(15)的次級側端子的一方分別連接到多個放電單元(13)中的第1電極(11)的同時，將變壓器(15)的次級側端子的另一方通過整流器連接到多個放電單元(13)中的第2電極(12)，由此就使得在多個放電單元(13)中交替發(fā)生電暈放電。
文檔編號C08J7/00GK1918950SQ20048004182
公開日2007年2月21日 申請日期2004年8月30日 優(yōu)先權日2004年2月17日
發(fā)明者佐伯登 申請人:巴爾工業(yè)公司