JP2016095925A - 大気圧プラズマ処理装置、それを用いた大気圧プラズマ処理方法、および、導電性材料からなる粉体の大気圧プラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ発生領域におけるアーク放電または異常放電の発生を抑制して、導電性材料を安定して処理する。【解決手段】第１絶縁材料からなる第１絶縁体管１２１と、第１絶縁体管１２１の外周面上にて互いに間隔を置いて設けられ、互いの間に電圧が印加される１対の電極１２２と、第１絶縁体管１２１と間隔を置いて第１絶縁体管１２１の内側に挿通され、第２絶縁材料からなる第２絶縁体管１３０と、第２絶縁体管１３０の内部にプロセスガスを供給する供給部１９０と、１対の電極１２２間に電圧を印加する電源部１８０とを備える。大気圧プラズマ処理装置１００は、電源部１８０が１対の電極１２２間に電圧を印加することにより第２絶縁体管１３０の内部に発生したプロセスガスのプラズマによって被処理物１を処理する。【選択図】図１

Description

本発明は、大気圧プラズマ処理装置、それを用いた大気圧プラズマ処理方法、および、導電性材料からなる粉体の大気圧プラズマ処理方法に関する。

従来から、カーボンブラックなどの導電性材料を含有する、ゴム若しくは樹脂などの材料、または塗料などを用いて、導電性を付与された製品が製造されている。たとえば、電子部品の帯電防止用フィルム、包装紙、または、導電シートなどの製品が、導電性塗料を用いて製造されている。最近では、導電性塗料を用いて導電回路を形成することが試みられている。

カーボンブラックは、疎水性であり、水に対する濡れ性が低い。そのため、高濃度のカーボンブラックを溶媒中に安定して分散させることは、極めて困難である。この理由は、カーボンブラックの表面に存在する親水性官能基、たとえば、カルボキシル基またはヒドロキシ基などの親水性官能基が極めて少ないことによる。

そこで、カーボンブラックを酸化処理してカーボンブラックの表面に親水性官能基を付加することにより、カーボンブラックの水中での分散性能の改良を試みた改質カーボンブラックの製造方法を開示した先行文献として、特開昭５７‐１５９８５６号公報(特許文献１)がある。

特許文献１に記載された改質カーボンブラックの製造方法においては、カーボンブラックを低温酸素プラズマ処理することにより、カーボンブラックの粒子表面を酸化し、たとえば、カルボキシル基またはフェノール基などの親水性官能基をカーボンブラックの粒子表面に形成している。

大気圧プラズマ処理により被処理物の表面を改質する処理方法を開示した先行文献として、特開平５−２０２４８１号公報(特許文献２)、および、特開平７−３２８４２７号公報(特許文献３)がある。

特許文献２に記載された管内大気圧グロープラズマ反応方法においては、外周部に一対のスパイラル状平行電極対を設けた絶縁体管の一端部から反応性ガスと希ガスとの混合ガスを導入し、大気圧下で管内部にグロー放電プラズマを発生させて、管内部の流通物を処理している。

特許文献３に記載された大気圧プラズマ粉体処理方法においては、絶縁体管が、外周部に、交流電源と接続される高周波電極と接地電極とからなる電極対を設けて形成されたプラズマ反応ゾーンを備えており、絶縁体管の一端部のガス流入口から希ガスまたは希ガスと反応性ガスとの混合ガスを導入し、絶縁体管の他端部に連なるガス排出口から上記ガスを排出し、大気圧下でプラズマ反応ゾーンにグロー放電を発生させることにより、プラズマ反応ゾーンに供給された粉粒体を処理している。

特開昭５７−１５９８５６号公報 特開平５−２０２４８１号公報 特開平７−３２８４２７号公報

特許文献３に記載された大気圧プラズマ粉体処理方法により、カーボンブラックなどの導電性材料を処理した場合、プラズマ発生領域においてアーク放電または異常放電が生じることがある。この場合、導電性材料を安定して処理することができない。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、プラズマ発生領域におけるアーク放電または異常放電の発生を抑制して、導電性材料を安定して処理することができる、大気圧プラズマ処理装置、それを用いた大気圧プラズマ処理方法、および、導電性材料からなる粉体の大気圧プラズマ処理方法を提供することを目的とする。

本発明に基づく大気圧プラズマ処理装置は、第１絶縁材料からなる第１絶縁体管と、第１絶縁体管の外周面上にて互いに間隔を置いて設けられ、互いの間に電圧が印加される１対の電極と、第１絶縁体管と間隔を置いて第１絶縁体管の内側に挿通され、第２絶縁材料からなる第２絶縁体管と、第２絶縁体管の内部にプロセスガスを供給する供給部と、１対の電極間に電圧を印加する電源部とを備える。大気圧プラズマ処理装置は、電源部が１対の電極間に電圧を印加することにより第２絶縁体管の内部に発生したプロセスガスのプラズマによって被処理物を処理する。

本発明の一形態においては、第２絶縁体管が、付け外し可能に設けられている。
本発明の一形態においては、第２絶縁体管が、フィルム状の前記第２絶縁材料で構成されている。大気圧プラズマ処理装置は、第２絶縁体管を熱圧着する機構と、熱圧着する機構により熱圧着された第２絶縁体管の熱圧着部にて第２絶縁体管を切断する機構とをさらに備える。

本発明の第１の局面に基づく大気圧プラズマ処理方法は、上記のいずれかに記載の大気圧プラズマ処理装置にて被処理物を処理する、大気圧プラズマ処理方法である。大気圧プラズマ処理方法は、供給部が第２絶縁体管の内部にプロセスガスを供給する工程と、電源部が１対の電極間に電圧を印加することにより第２絶縁体管の内部に発生したプロセスガスのプラズマによって被処理物を処理する工程とを備える。

本発明の一形態においては、被処理物が粉体である。
本発明の一形態においては、上記粉体が導電性材料からなる。

本発明の第２の局面に基づく、導電性材料からなる粉体の大気圧プラズマ処理方法は、上記熱圧着する機構および上記切断する機構をさらに備える大気圧プラズマ処理装置にて導電性材料からなる粉体を処理する、導電性材料からなる粉体の大気圧プラズマ処理方法である。導電性材料からなる粉体の大気圧プラズマ処理方法は、供給部が、第２絶縁体管の内部にプロセスガスを供給する工程と、上記プロセスガスを供給する工程の後、第２絶縁体管の内部に上記粉体を供給する工程と、電源部が１対の電極間に電圧を印加することにより第２絶縁体管の内部に発生したプロセスガスのプラズマによって上記粉体を処理する工程と、上記熱圧着する機構が、第２絶縁体管を熱圧着して熱圧着部を形成することにより上記粉体を封止する工程と、上記切断する機構が、第２絶縁体管を熱圧着部にて切断することにより、上記粉体が封止されたパックを切り離す工程とを備える。

本発明によれば、プラズマ発生領域におけるアーク放電または異常放電の発生を抑制して、導電性材料を安定して処理することができる。

本発明の実施形態１に係る大気圧プラズマ処理装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る大気圧プラズマ処理装置におけるプラズマ処理部および電源部の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、第２絶縁体管を下方に送る機構が第２絶縁体管を下方に送っている状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、第３ローラ対が第２絶縁体管を熱圧着している状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、供給部が第２絶縁体管の内部にプロセスガスを供給している状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、供給部が第２絶縁体管の内部に導電性材料からなる粉体を供給している状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、第１加熱ローラ対および第２加熱ローラ対が第２絶縁体管を熱圧着している状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、第２絶縁体管を下方に送る機構が第２絶縁体管を下方に送っている状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、第２絶縁体管を切断する機構が第２絶縁体管を熱圧着部にて切断した状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、第２絶縁体管を切断する機構が第２絶縁体管をさらに熱圧着部にて切断した状態を示す斜視図である。

以下、本発明の各実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置、それを用いた大気圧プラズマ処理方法、および、導電性材料からなる粉体の大気圧プラズマ処理方法について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る大気圧プラズマ処理装置の構成を示す断面図である。図２は、本発明の実施形態１に係る大気圧プラズマ処理装置におけるプラズマ処理部および電源部の構成を示す斜視図である。

図１，２に示すように、本発明の実施形態１に係る大気圧プラズマ処理装置１００は、プラズマ処理部１１０と、供給部１９０と、連結部１６０と、捕集部１７０と、電源部１８０とを備える。本実施形態における被処理物は、カーボンブラックなどの導電性材料からなる粉体である。具体的には、被処理物として、たとえば、１次粒子径が４８ｎｍであるカーボンブラック(電気化学工業製のデンカブラック(登録商標))を用いることができる。ただし、被処理物は、粉体に限られず、固形物であってもよく、絶縁性材料で構成されていてもよい。

プラズマ処理部１１０は、第１絶縁材料からなる第１絶縁体管１２１、および、第１絶縁体管１２１の外周面上にて互いに間隔を置いて設けられ、互いの間に電圧が印加される１対の電極１２２を有する放電管１２０と、第１絶縁体管１２１と間隔を置いて第１絶縁体管１２１の内側に挿通され、第２絶縁材料からなる第２絶縁体管１３０とを含む。

本実施形態においては、第１絶縁体管１２１は、円筒形状を有しているが、第１絶縁体管１２１の形状は、円筒に限られず、筒状であればよい。第１絶縁材料としては、石英またはアルミナなどのセラミックを用いることができる。本実施形態においては、第１絶縁体管１２１は、外径が８ｍｍ、内径が５ｍｍであり、石英で構成されている。

１対の電極１２２は、第１電極１２２ａと第２電極１２２ｂとから構成されている。第１電極１２２ａは、第１絶縁体管１２１の外周面上において、第１絶縁体管１２１の上端側に位置する第１環状部と、第１環状部と繋がって第１絶縁体管１２１の下端側に向けて延びる第１螺旋状部とから構成されている。第２電極１２２ｂは、第１絶縁体管１２１の外周面上において、第１絶縁体管１２１の下端側に位置する第２環状部と、第２環状部と繋がって第１絶縁体管１２１の上端側に向けて延びる第２螺旋状部とから構成されている。第１電極１２２ａの第１螺旋状部と第２電極１２２ｂの第２螺旋状部とは、互いに間隔を置いて設けられている。なお、１対の電極１２２の構成は、上記に限られず、たとえば、第１絶縁体管１２１を互いの間に挟むように位置する１対の平板状の電極で構成されていてもよい。

１対の電極１２２は、高周波電源１８１、第１配線１８２および第２配線１８３を含む電源部１８０と、電気的に接続されている。具体的には、第１電極１２２ａの第１環状部と高周波電源１８１とが、第１配線１８２によって接続されている。第２電極１２２ｂの第２環状部と高周波電源１８１とが、第２配線１８３によって接続されている。第２電極１２２ｂは、接地されている。高周波電源１８１の稼働によって、第１電極１２２ａと第２電極１２２ｂとの間に高周波の高電圧が印加される。

第１電極１２２ａおよび第２電極１２２ｂの各々を構成する材料としては、電気抵抗の低い材料であればよく、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタン、金、銀または銅などの金属を用いることができる。なお、第１電極１２２ａおよび第２電極１２２ｂを、エポキシ系樹脂、シリコーン樹脂またはフッ素系樹脂などの電気絶縁性を有する材料からなる絶縁膜で被覆してもよい。これにより、第１絶縁体管１２１の外周面上にて異常放電が発生することを抑制できる。

本実施形態においては、第２絶縁体管１３０は、円筒形状を有しているが、第２絶縁体管１３０の形状は、円筒に限られず、筒状であればよい。第２絶縁体管１３０は、第１絶縁体管１２１より長い。第２絶縁材料としては、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(ＰＦＡ)などのフッ素系樹脂、エポキシ系樹脂またはシリコーン樹脂などを用いることができる。本実施形態においては、第２絶縁体管１３０は、外径が４ｍｍ、内径が３ｍｍであり、ＰＦＡで構成されている。

第２絶縁体管１３０は、第１絶縁体管１２１と同軸配置されている。第１絶縁体管１２１と第２絶縁体管１３０との間には、ガス層が形成されている。本実施形態においては、ガス層を構成するガスは、空気であるが、空気に限られず、後述するプロセスガスより放電開始電圧が高いガスであればよい。ガス層を空気以外のガスで構成する場合、第１絶縁体管１２１と第２絶縁体管１３０との間に、ガス層を構成するガスを供給する、図示しないガス供給部が設けられる。

第２絶縁体管１３０の下部は、供給部１９０と、付け外し可能に接続されている。第２絶縁体管１３０の上部は、連結部１６０と、付け外し可能に接続されている。これにより、第２絶縁体管１３０が、大気圧プラズマ処理装置１００に対して、付け外し可能に設けられている。たとえば、第２絶縁体管１３０は、貫通孔を有する２つの弾性部材の貫通孔に第２絶縁体管１３０の両端がそれぞれ嵌入されることにより大気圧プラズマ処理装置１００に対して着脱自在に取り付けられている。

供給部１９０は、第２絶縁体管１３０の内部にプロセスガスを供給する。プロセスガスとしては、ヘリウムガスまたはアルゴンガスなどの希ガスを用いることができる。本実施形態においては、供給部１９０は、ガス導入部１４０と粉体導入部１５０とを含む。

ガス導入部１４０は、円錐形の第１胴部１４１、第１胴部１４１の上部に繋がって上端に開口を有する円筒状の第１首部１４２、および、第１首部１４２の途中から突出して先端に開口を有する円筒状の第１枝部１４３を含む。第１首部１４２の上部は、ラッパ状に広がっている。プロセスガスは、第１枝部１４３の先端の開口から、ガス導入部１４０の内部に供給される。ガス導入部１４０は、ガラスなどの絶縁性材料で構成されている。

粉体導入部１５０は、上端に開口を有する逆円錐形の本体部１５１、本体部１５１の下部に繋がって下端に開口を有する円筒状の足部１５２、本体部１５１の内部の下方に位置して本体部１５１の内周面全体と接触している第１フィルタ１５３、および、中央に貫通孔を有して本体部１５１の上端の開口を塞ぐ第１栓部１５４を含む。

粉体導入部１５０の足部１５２は、ガス導入部１４０の第１首部１４２の内側に挿入されている。足部１５２の外周面と第１首部１４２の内周面との間には、隙間が形成されている。第１首部１４２の上端の開口は、本体部１５１の下部が挿入されて塞がれている。

第１栓部１５４の貫通孔には、第２絶縁体管１３０の下部が、抜き差し可能に挿通されている。第２絶縁体管１３０の下端は、粉体導入部１５０の本体部１５１と、第１フィルタ１５３と、第１栓部１５４とによって囲まれた空間に達している。

本体部１５１および足部１５２は、ガラスなどの絶縁性材料で、１体で構成されている。第１フィルタ１５３は、電気絶縁性を有する不織布などからなり、導電性材料からなる粉体１を下側から支持しつつ、プロセスガスを下側から上側に通過させる。第１栓部１５４は、ゴムまたは樹脂などの絶縁性材料で構成されている。

連結部１６０は、上端が閉塞した円筒状の受入部１６１、受入部１６１の下部と繋がって斜め下方に延びる円筒状のスロープ部１６２、および、垂直方向下方に延びる円筒状の受渡部１６３を含む。連結部１６０は、ガラスなどの絶縁性材料で構成されている。

受入部１６１の下端に、スロープ部１６２と繋がった傾斜板部が位置している。傾斜板部には、貫通孔が設けられている。傾斜板部の貫通孔には、第２絶縁体管１３０の上部が、抜き差し可能に挿通されている。第２絶縁体管１３０の上端は、受入部１６１の内部に達している。第２絶縁体管１３０と傾斜板部の貫通孔との間には、図示しないＯリングが嵌め込まれており、互いの接続箇所が気密に保たれている。

捕集部１７０は、半球形の第２胴部１７１、第２胴部１７１の上部に繋がって上端に開口を有する円筒状の第２首部１７２、第２胴部１７１の側部から斜め上方に突出して先端に開口を有する円筒状の第２枝部１７３、中央に貫通孔を有して第２首部１７２の上端の開口を塞ぐ第２栓部１７４、および、第２枝部１７３の途中に設けられた第２フィルタ１７５を含む。第２首部１７２の上部は、ラッパ状に広がっている。第２フィルタ１７５は、第２枝部１７３の途中で、第２枝部１７３の内部を塞いでいる。

第２栓部１７４の貫通孔には、連結部１６０の受渡部１６３の下部が、抜き差し可能に挿通されている。受渡部１６３の下端は、捕集部１７０の第２胴部１７１と、第２首部１７２と、第２枝部１７３と、第２フィルタ１７５と、第２栓部１７４とによって囲まれた空間に達している。

第２胴部１７１、第２首部１７２および第２枝部１７３は、ガラスなどの絶縁性材料で、１体で構成されている。第２フィルタ１７５は、電気絶縁性を有する不織布などからなり、導電性材料からなる粉体の通過は阻止しつつ、プロセスガスは通過させる。第２栓部１７４は、ゴムまたは樹脂などの絶縁性材料で構成されている。

以下、本実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置１００の動作について説明する。
まず、ガス導入部１４０からヘリウムガスを導入する。具体的には、ガス導入部１４０の第１枝部１４３の開口に接続された、図示しないガスボンベなどのガス供給源から、矢印１０で示すように、たとえば、２Ｌ／ｍｉｎの流量でヘリウムガスからなるプロセスガスが供給される。第１枝部１４３の内部から第１首部１４２の内部に流入したプロセスガスは、足部１５２の外周面と第１首部１４２の内周面との間の隙間を下降して第１胴部１４１に到達した後、矢印１１で示すように流動方向を変えて粉体導入部１５０の足部１５２の内部に流入する。

矢印１２で示すように粉体導入部１５０の足部１５２の内部を上昇したプロセスガスは、矢印１３で示すように本体部１５１の内部を上昇して、第１フィルタ１５３を下側から上側に通過する。

第１フィルタ１５３を通過して、本体部１５１と第１フィルタ１５３と第１栓部１５４とによって囲まれた空間に到達したプロセスガスは、この空間内で導電性材料からなる粉体１を噴き上げて、導電性材料からなる粉体１をプロセスガス中に分散させた状態で、矢印１４で示すように第２絶縁体管１３０の内部に流入する。このように、本実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置１００においては、供給部１９０が、第２絶縁体管１３０の内部に、導電性材料からなる粉体１とともにプロセスガスを供給する。

次に、電源部１８０が１対の電極１２２間に電圧を印加することにより第２絶縁体管１３０の内部に、プロセスガスのプラズマを発生させる。具体的には、高周波電源１８１が稼働することにより、たとえば、第１電極１２２ａと第２電極１２２ｂとの間に、４０ｋＨｚの周波数の８ｋＶの交流電圧が印加される。これにより、放電管１２０に電荷が蓄えられる。

高周波電源１８１の印加電圧をさらに上昇させると、電界のひずみと集中により微小な部分放電が発生する。電界に沿って加速された電子が、カソードからアノードに向かう途中で第２絶縁体管１３０と衝突して２次電子を放出させることにより、電子なだれが発生して電子の数が増倍する。これらの多量の電子が第２絶縁体管１３０の内部のプロセスガスと衝突して絶縁破壊を起こすことにより、第２絶縁体管１３０の内部にプロセスガスのプラズマが発生する。すなわち、第２絶縁体管１３０の内部が、プラズマ発生領域である。第２絶縁体管１３０の内部は、０．８気圧以上１．２気圧以下の圧力に維持されており、第２絶縁体管１３０の内部においては、大気圧プラズマが発生する。

導電性材料からなる粉体１は、第２絶縁体管１３０の内部を通過する間に、プロセスガスのプラズマによって表面が改質される。具体的には、導電性材料からなる粉体１の表面に、カルボキシル基、ヒドロキシ基、またはフェノール基などの親水性官能基が付加される。

改質された導電性材料からなる粉体２とともに第２絶縁体管１３０の内部を上昇して通過したプロセスガスは、連結部１６０の受入部１６１に到達した後、矢印１５で示すように流動方向を変えて、矢印１６で示すようにスロープ部１６２の内部を下降し、さらに受渡部１６３の内部を下降して、矢印１７で示すように捕集部１７０の第２胴部１７１の内部に到達する。

第２胴部１７１の内部に到達したプロセスガスは、導電性材料からなる粉体２をプロセスガス中に分散させた状態で、矢印１８で示すように第２枝部１７３の内部に流入する。第２枝部１７３の内部を上昇したプロセスガスは、第２フィルタ１７５を下側から上側に通過する。プロセスガス中に分散していた導電性材料からなる粉体２は、第２フィルタ１７５を通過することができずに、第２枝部１７３から第２胴部１７１の内部に落下する。第２フィルタ１７５を通過したプロセスガスは、矢印１９で示すように第２枝部１７３の開口から排出される。

上記のように、本実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置１００においては、導電性材料からなる粉体１を表面改質することができる。なお、大気圧プラズマ処理装置１００には、導電性材料からなる粉体１を粉体導入部１５０に随時供給する機構がさらに設けられていてもよい。この場合、導電性材料からなる粉体１を連続して表面改質することができる。その結果、改質された導電性材料からなる粉体２を大量に製造することができる。

本実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置１００においては、第２絶縁体管１３０の内部をプラズマ発生領域としている。第２絶縁体管１３０の外側には、プロセスガスより放電開始電圧の高いガスからなるガス層が形成されている。そのため、第２絶縁体管１３０を設けずに第１絶縁体管１２１の内部全体をプラズマ発生領域とした場合に比較して、プラズマ発生領域である第２絶縁体管１３０の内部における電界集中を緩和することができる。

これにより、導電性材料からなる粉体１が、第２絶縁体管１３０の内部においてアーク放電または異常放電を発生することを抑制できる。その結果、導電性材料からなる粉体１を安定して処理することができる。また、放電管１２０が導電性材料からなる粉体１によって汚れることを防止できる。

さらに、第２絶縁体管１３０が、大気圧プラズマ処理装置１００に対して付け外し可能に設けられていることにより、第２絶縁体管１３０が導電性材料からなる粉体１によって汚れた場合に、第２絶縁体管１３０を大気圧プラズマ処理装置１００から取り外して洗浄した後、再び大気圧プラズマ処理装置１００に取り付けることができる。または、汚れた第２絶縁体管１３０を、別の新しい第２絶縁体管１３０と交換することも可能である。

なお、被処理物が固形物である場合には、第２絶縁体管１３０の内部で被処理物を静止させた状態で被処理物を改質してもよい。具体的には、絶縁性材料からなる紐などにより被処理物を上方から吊るす、または、絶縁性材料からなる支持具などにより被処理物を下方から支持することによって、被処理物を第２絶縁体管１３０の内部で静止させてもよい。

固形物である被処理物を静止した状態で処理する場合には、大気圧プラズマ処理装置１００は、プラズマ処理部１１０、ガス導入部１４０および電源部１８０を含んでいればよく、粉体導入部１５０、連結部１６０および捕集部１７０を含んでいなくてよい。すなわち、供給部１９０が、ガス導入部１４０のみで構成されていてよい。この場合、ガス導入部１４０の第１首部１４２の上部が、第２絶縁体管１３０の下部と接続される。

以下、本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置について説明する。なお、本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置は、第２絶縁体管に関する構成が主に実施形態１に係る大気圧プラズマ処理装置１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態２)
図３は、本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置の構成を示す斜視図である。図３に示すように、本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置２００においては、第２絶縁体管２３０が、フィルム状の第２絶縁材料で構成されている。後述するように、大気圧プラズマ処理装置２００の処理開始前の状態における第２絶縁体管２３０の長さは、第１絶縁体管１２１の長さと比較して、２倍以上であることが好ましい。

大気圧プラズマ処理装置２００は、第２絶縁体管２３０を熱圧着する機構と、熱圧着する機構により熱圧着された第２絶縁体管２３０の熱圧着部にて第２絶縁体管２３０を切断する機構とをさらに備える。

第２絶縁体管２３０を熱圧着する機構は、第２絶縁体管２３０の下方に位置し、互いに接離可能に設けられた３対の加熱ローラで構成されている。具体的には、第１絶縁体管１２１の直下に位置する第１加熱ローラ対２２０、第１加熱ローラ対２２０の下方に位置する第２加熱ローラ対２２１、および、第２加熱ローラ対２２１の直下に位置する第３加熱ローラ対２２２から、第２絶縁体管２３０を熱圧着する機構が構成されている。

第１加熱ローラ対２２０、第２加熱ローラ対２２１および第３加熱ローラ対２２２の各々は、第２絶縁体管２３０に対して接近または離間するための可動部とヒータとを含んでいる。第１加熱ローラ対２２０および第２加熱ローラ対２２１の各々のローラは、円筒形状を有している。第３加熱ローラ対２２２のローラは、外周面における軸方向の中央部に凹部が設けられた円筒形状を有している。そのため、第３加熱ローラ対２２２に挟まれて熱圧着された第２絶縁体管２３０の熱圧着部は、幅方向の中央部が熱圧着されておらず、開口になっている。

大気圧プラズマ処理装置２００は、第２絶縁体管２３０を下方に送る機構をさらに備える。第２絶縁体管２３０を下方に送る機構は、互いに接離可能に設けられた３対のローラで構成されている。具体的には、第１絶縁体管１２１の上方に位置する第１ローラ対２１０、第１加熱ローラ対２２０の直下に位置する第２ローラ対２１１、および、第３加熱ローラ対２２２の直下に位置する第３ローラ対２１２から、第２絶縁体管２３０を下方に送る機構が構成されている。

第１ローラ対２１０、第２ローラ対２１１および第３ローラ対２１２の各々は、第２絶縁体管２３０に対して接近または離間するための可動部を含んでいる。第１ローラ対２１０、第２ローラ対２１１および第３ローラ対２１２の各々のローラは、表面に凹凸が設けられた円筒形状を有している。この凹凸構造は、滑り止めの機能を有している。

大気圧プラズマ処理装置２００は、第２絶縁体管２３０を挟む機構をさらに備える。第２絶縁体管２３０を挟む機構は、互いに接離可能に設けられた挟持部２４０と、第２絶縁体管２３０に対して接近または離間するための可動部とを含む。挟持部２４０は、第２ローラ対２１１の直下に設けられている。

第２絶縁体管２３０を切断する機構は、第２絶縁体管２３０を挟んで切断する１対の刃部２５０と、第２絶縁体管２３０に対して接近または離間するための可動部とを含む。１対の刃部２５０は、第３ローラ対２１２の直下に設けられている。

大気圧プラズマ処理装置２００は、連結部１６０および捕集部１７０を含んでおらず、図示しない供給部が、第２絶縁体管２３０の上部に、付け外し可能に接続されている。本実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置２００においては、第２絶縁体管２３０の上方から、プロセスガスおよび導電性材料からなる粉体１を第２絶縁体管２３０の内部に供給する。

以下、本実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置２００の動作について説明する。
図４は、本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、第２絶縁体管を下方に送る機構が第２絶縁体管を下方に送っている状態を示す斜視図である。図４に示すように、第１ローラ対２１０、第２ローラ対２１１および第３ローラ対２１２の各々が、可動部によって第２絶縁体管２３０に接近して第２絶縁体管２３０を挟んだ状態で矢印で示すように回転することにより、第２絶縁体管２３０を下方に送る。このとき、第２絶縁体管２３０は、シート状になっている。

図５は、本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、第３ローラ対が第２絶縁体管を熱圧着している状態を示す斜視図である。図５に示すように、第１ローラ対２１０、第２ローラ対２１１および第３ローラ対２１２の各々が停止した後、第３ローラ対２１２は、可動部によって第２絶縁体管２３０に接近して第２絶縁体管２３０を挟んだ状態でヒータが稼働することにより、第２絶縁体管２３０に熱圧着部２３１を形成する。上記のとおり、熱圧着部２３１の幅方向の中央部は熱圧着されておらず、開口になっている。

図６は、本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、供給部が第２絶縁体管の内部にプロセスガスを供給している状態を示す斜視図である。図６に示すように、第１ローラ対２１０、第２ローラ対２１１、第３ローラ対２１２および第３加熱ローラ対２２２の各々が、可動部によって第２絶縁体管２３０から離間した後、供給部が、第２絶縁体管２３０の内部にプロセスガスを上方から供給する。具体的には、矢印２０で示すように供給部が第２絶縁体管２３０の内部にプロセスガスを上方から供給することにより、第２絶縁体管２３０の内部にプロセスガスが充填されて第２絶縁体管２３０が膨らむ。第２絶縁体管２３０の内部に供給されたプロセスガスの一部は、熱圧着部２３１の開口から矢印２１で示すように外部に排出される。その結果、第２絶縁体管２３０の内部は、０．８気圧以上１．２気圧以下の圧力に維持される。

図７は、本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、供給部が第２絶縁体管の内部に導電性材料からなる粉体を供給している状態を示す斜視図である。図７に示すように、挟持部２４０が、可動部によって第２絶縁体管２３０に接近して第２絶縁体管２３０を挟んだ状態で、供給部が、第２絶縁体管２３０の内部に導電性材料からなる粉体１を上方から供給する。

次に、電源部１８０が１対の電極１２２間に電圧を印加することにより第２絶縁体管２３０の内部に発生したプロセスガスのプラズマによって導電性材料からなる粉体１を改質する。導電性材料からなる粉体１は、第２絶縁体管２３０の内部を通過する間に、プロセスガスのプラズマによって表面が改質される。改質された導電性材料からなる粉体２は、挟持部２４０に挟まれている部分にて受け止められて第２絶縁体管２３０に内包される。

図８は、本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、第１加熱ローラ対および第２加熱ローラ対が第２絶縁体管を熱圧着している状態を示す斜視図である。図８に示すように、導電性材料からなる粉体１の改質が終了した後、第１加熱ローラ対２２０および第２加熱ローラ対２２１の各々は、可動部によって第２絶縁体管２３０に接近して第２絶縁体管２３０を挟んだ状態でヒータが稼働することにより、第２絶縁体管２３０に熱圧着部２３２，２３３を形成する。その後、挟持部２４０は、可動部によって第２絶縁体管２３０から離間する。これにより、改質された導電性材料からなる粉体２は、熱圧着部２３２と熱圧着部２３３とによって密封された第２絶縁体管２３０の内部に封止される。

図９は、本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、第２絶縁体管を下方に送る機構が第２絶縁体管を下方に送っている状態を示す斜視図である。図９に示すように、第１ローラ対２１０および第２ローラ対２１１の各々が、可動部によって第２絶縁体管２３０に接近して第２絶縁体管２３０を挟んだ状態で矢印で示すように回転することにより、第２絶縁体管２３０を下方に送る。

図１０は、本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、第２絶縁体管を切断する機構が第２絶縁体管を熱圧着部にて切断した状態を示す斜視図である。図１０に示すように、第２絶縁体管２３０を下方に送る機構が第２絶縁体管２３０を下方に送って、熱圧着部２３２が刃部２５０同士の間を通過する際に、刃部２５０が可動部によって第２絶縁体管２３０に接近し、第２絶縁体管２３０を熱圧着部２３２にて切断する。その後、刃部２５０は、可動部によって第２絶縁体管２３０から離間する。

図１１は、本発明の実施形態２に係る大気圧プラズマ処理装置において、第２絶縁体管を切断する機構が第２絶縁体管をさらに熱圧着部にて切断した状態を示す斜視図である。図１１に示すように、第２絶縁体管２３０を下方に送る機構が第２絶縁体管２３０を下方に送って、熱圧着部２３３が刃部２５０同士の間を通過する際に、刃部２５０が可動部によって第２絶縁体管２３０に接近し、第２絶縁体管２３０を熱圧着部２３３にて切断する。これにより、改質された導電性材料からなる粉体２が封止されたパックが切り離される。

上記工程を繰り返すことにより、本実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置２００においては、改質された導電性材料からなる粉体２が、不活性ガス(プロセスガス)を充填されたパックになって連続して得られる。よって、改質された導電性材料からなる粉体２を取り扱う作業が簡略化できるとともに、改質された導電性材料からなる粉体２によって周囲が汚損されることを防止できる。上記パックを連続して多数製造するために、大気圧プラズマ処理装置２００の処理開始前の状態における第２絶縁体管２３０の長さが、第１絶縁体管１２１の長さと比較して、２倍以上であること好ましい。

本実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置２００においても、導電性材料からなる粉体１が、第２絶縁体管２３０の内部においてアーク放電または異常放電を発生することを抑制できる。その結果、導電性材料からなる粉体１を安定して処理することができる。

なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 導電性材料からなる粉体、２ 改質された導電性材料からなる粉体、１００，２００ 大気圧プラズマ処理装置、１１０ プラズマ処理部、１２０ 放電管、１２１ 第１絶縁体管、１２２ １対の電極、１２２ａ 第１電極、１２２ｂ 第２電極、１３０，２３０ 第２絶縁体管、１４０ ガス導入部、１４１ 第１胴部、１４２ 第１首部、１４３ 第１枝部、１５０ 粉体導入部、１５１ 本体部、１５２ 足部、１５３ 第１フィルタ、１５４ 第１栓部、１６０ 連結部、１６１ 受入部、１６２ スロープ部、１６３ 受渡部、１７０ 捕集部、１７１ 第２胴部、１７２ 第２首部、１７３ 第２枝部、１７４ 第２栓部、１７５ 第２フィルタ、１８０ 電源部、１８１ 高周波電源、１８２ 第１配線、１８３ 第２配線、１９０ 供給部、２１０ 第１ローラ対、２１１ 第２ローラ対、２１２ 第３ローラ対、２２０ 第１加熱ローラ対、２２１ 第２加熱ローラ対、２２２ 第３加熱ローラ対、２３１，２３２，２３３ 熱圧着部、２４０ 挟持部、２５０ 刃部。

Claims (7)

1. 第１絶縁材料からなる第１絶縁体管と、
   前記第１絶縁体管の外周面上にて互いに間隔を置いて設けられ、互いの間に電圧が印加される１対の電極と、
   前記第１絶縁体管と間隔を置いて前記第１絶縁体管の内側に挿通され、第２絶縁材料からなる第２絶縁体管と、
   前記第２絶縁体管の内部にプロセスガスを供給する供給部と、
   前記１対の電極間に電圧を印加する電源部とを備え、
   前記電源部が前記１対の電極間に電圧を印加することにより前記第２絶縁体管の内部に発生した前記プロセスガスのプラズマによって被処理物を処理する、大気圧プラズマ処理装置。
2. 前記第２絶縁体管が、付け外し可能に設けられている、請求項１に記載の大気圧プラズマ処理装置。
3. 前記第２絶縁体管が、フィルム状の前記第２絶縁材料で構成され、
   前記第２絶縁体管を熱圧着する機構と、
   前記熱圧着する機構により熱圧着された前記第２絶縁体管の熱圧着部にて前記第２絶縁体管を切断する機構とをさらに備える、請求項１または２に記載の大気圧プラズマ処理装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ処理装置にて被処理物を処理する、大気圧プラズマ処理方法であって、
   前記供給部が前記第２絶縁体管の内部に前記プロセスガスを供給する工程と、
   前記電源部が前記１対の電極間に電圧を印加することにより前記第２絶縁体管の内部に発生した前記プロセスガスのプラズマによって被処理物を処理する工程とを備える、大気圧プラズマ処理方法。
5. 前記被処理物が粉体である、請求項４に記載の大気圧プラズマ処理方法。
6. 前記粉体が導電性材料からなる、請求項５に記載の大気圧プラズマ処理方法。
7. 請求項３に記載の大気圧プラズマ処理装置にて導電性材料からなる粉体を処理する、導電性材料からなる粉体の大気圧プラズマ処理方法であって、
   前記供給部が、前記第２絶縁体管の内部に前記プロセスガスを供給する工程と、
   前記プロセスガスを供給する工程の後、前記第２絶縁体管の内部に前記粉体を供給する工程と、
   前記電源部が前記１対の電極間に電圧を印加することにより前記第２絶縁体管の内部に発生した前記プロセスガスのプラズマによって前記粉体を処理する工程と、
   前記熱圧着する機構が、前記第２絶縁体管を熱圧着して熱圧着部を形成することにより前記粉体を封止する工程と、
   前記切断する機構が、前記第２絶縁体管を前記熱圧着部にて切断することにより、前記粉体が封止されたパックを切り離す工程とを備える、導電性材料からなる粉体の大気圧プラズマ処理方法。

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