JP6426953B2

JP6426953B2 - フィルム表面処理方法及び装置

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Publication number: JP6426953B2
Application number: JP2014181133A
Authority: JP
Inventors: 良憲中野; 政樹岩崎
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2034-09-05
Also published as: JP2016056390A

Description

本発明は、被処理フィルムを表面処理する方法及び装置に関し、特に大気圧近傍下において、連続する被処理フィルムにプラズマ成膜するのに適したフィルム表面処理方法及び装置に関する。
に関する。

特許文献１には、ロール電極と平板電極からなる電極構造が記載されている。これら電極間のギャップが放電空間となる。ロール電極に被処理フィルムが掛け回されている。被処理フィルムにモノマーを塗布した後、上記放電空間でプラズマ照射することによって成膜している。この特許文献１の装置では、ロール電極における放電空間に面する表面部分は被処理フィルムにて覆われている。一方、平板電極は、直接的に放電空間に面している。

特許文献２には、一対のロール電極からなる電極構造が記載されている。これら一対のロール電極どうし間の最狭部及びその周辺が放電空間となる。被処理フィルムは、一方のロール電極に掛け回され、上記放電空間に通された後、折り返されて、再び上記放電空間に通され、他方のロール電極に掛け回されている。

特開２００９−２５６０４号公報特許第５１６７４３１号公報

特許文献１の装置では、平板電極が放電空間に直接的に面しているため、平板電極への付着物が多く、品質が安定せず、歩留まりが悪い。また、付着物を除去する必要性から、長時間の連続運転は不可能である。
特許文献２の装置では、電極への付着物の問題は解消できる。しかし、投入電力を大きくすると、一対のロール電極どうし間における最狭部から離れた箇所にアーク状の放電が発生しやすくなり、被処理物の表面の膜質が粉化する等の劣化を招くおそれがある。したがって、投入電力をあまり大きくできず、所要の膜厚を得るには、搬送速度を低速にして処理時間を長くする必要がある。
本発明は、上記事情に鑑み、被処理フィルムへのプラズマ成膜において、電極への付着物を防止して歩留まりを向上させるとともに、投入電力を大きくして高速処理しつつ良好な膜質を確保することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明方法は、連続する被処理フィルムをほぼ大気圧の電極間ギャップに通し、前記電極間ギャップにおいて前記被処理フィルムの表面に膜原料成分を含む処理ガスを接触させるとともに放電によって成膜するフィルム表面処理方法であって、
円筒形状のロール電極に前記被処理フィルムの一部を巻き付けて、前記一部を湾曲フィルム部とし、
かつ、前記ロール電極との間に前記電極間ギャップを画成する平らな対向面を有する平板電極における前記対向面に、前記被処理フィルムの他の一部を被せて、前記他の一部を、前記湾曲フィルム部との間に平フィルム部とし、
かつ、前記被処理フィルムにおける前記湾曲フィルム部と前記平フィルム部との間の部分を前記電極間ギャップの外部で折り返させて、折り返しフィルム部とし、
前記ロール電極を回転させて、前記被処理フィルムをその連続方向に沿って搬送しながら、
前記湾曲フィルム部と前記平フィルム部との間に前記処理ガスを供給するとともに、
前記ロール電極と前記平板電極との間に電界を印加して前記放電を生成し、
さらに、前記ロール電極を介して、前記被処理フィルムを温調することを特徴とする。
この発明方法によれば、被処理フィルムによってロール電極だけでなく平板電極をも覆うことができる。したがって、ロール電極だけでなく平板電極についても、膜が付着して汚れるのを防止できる。これによって、歩留まりを向上できる。また、電極構造をロール電極と平板電極との対によって構成することで、投入電力を大きくした際に、電極間ギャップの最狭部から離れた箇所でアーク状の放電が形成されるのを防止でき、良好な膜質を確保することができる。さらに、投入電力を大きくすることで、高速処理を行うことができる。しかも、一対の電極のうちの１つをロール電極にて構成して、これに被処理フィルムを巻き付けて接触させることで、ロール電極を温調すれば、このロール電極を介して被処理フィルムを温調することができる。これによって、被処理フィルムが熱変形を来すのを防止できる。

前記平フィルム部を、前記平板電極の前記対向面から前記ロール電極側へ離して、かつ前記連続方向へ搬送可能に支持することが好ましい。
これによって、被処理フィルムの温調等のために一対の電極のうちの１つをロール電極にて構成した場合において、電極間ギャップをできるだけ一様な大きさにするために、他方の電極を平板電極で構成したとしても、被処理フィルムが、平板電極と摺擦したり平板電極の角部などに引っ掛かったりするのを防止できる。したがって、被処理フィルムの損傷を防止できるとともに搬送を支障無く行うことができ、円滑かつ連続的に被処理フィルムを表面処理することができる。

好ましくは、前記膜原料成分が、常温で気相である。したがって、電極間ギャップでのプラズマ放電によって、膜原料成分が気相プラズマ重合反応を起こしながら被処理フィルムに接触して膜化される。投入電力を大きくした場合のアーク状の放電を防止することで、上記気相プラズマ重合反応を安定的に起こすことができ、膜質を良好に保つことができる。
ここで、常温とは、０℃〜４０℃程度の温度範囲を言う。
常温で気相の膜原料成分としては、例えばアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、メタン（ＣＨ_４）等が挙げられる。形成される膜の性能改善、特に、次工程の材料との密着性を上げるために酸化成分を添加してもよい。その場合の好ましい膜原料成分としては、例えば一酸化炭素（ＣＯ）、ニ酸化炭素（ＣＯ_２）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ_２）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、酸素（Ｏ_２）等が挙げられる。

また、本発明装置は、連続する被処理フィルムをほぼ大気圧の電極間ギャップに通し、前記電極間ギャップにおいて前記被処理フィルムの表面に膜原料成分を含む処理ガスを接触させるとともに放電によって成膜するフィルム表面処理装置であって、
前記被処理フィルムの一部が湾曲フィルム部となって巻き付けられる円筒形のロール電極と、
前記ロール電極との間に前記電極間ギャップを画成する平らな対向面を有し、前記被処理フィルムの他の一部が平フィルム部となって前記対向面に被さる平板電極と、
前記被処理フィルムにおける前記湾曲フィルム部と前記平フィルム部との間の部分を、前記電極間ギャップの外部で折り返させて、折り返しフィルム部とする折り返しガイドと、
前記ロール電極の回転部を含み、前記被処理フィルムをその連続方向に沿って搬送する搬送機構と、
前記湾曲フィルム部と前記平フィルム部との間に前記処理ガスを供給する供給ノズルと、
前記ロール電極と前記平板電極との間に電界を印加して前記放電を生成する高周波電源と、
前記ロール電極を介して前記被処理フィルムを温調する温調部と、
を備えたことを特徴とする。
この発明装置によれば、被処理フィルムによってロール電極だけでなく平板電極をも覆うことで、これら電極への膜付着を防止できる。したがって、歩留まりを向上できる。また、投入電力を大きくした際に、電極間ギャップの最狭部から離れた箇所でアーク状の放電が形成されるのを防止でき、良好な膜質を確保することができる。さらに、投入電力を大きくすることで、高速処理を行うことができる。しかも、被処理フィルムがロール電極に接触されるから、ロール電極に温調部を設けることで、ロール電極を介して被処理フィルムを温調することができる。これによって、被処理フィルムが熱変形を来すのを防止できる。

前記フィルム表面処理装置が、前記平フィルム部を、前記平板電極の前記対向面から前記ロール電極側へ離して、前記連続方向へ搬送可能に支持する支持ガイドを、更に備えていることが好ましい。これによって、被処理フィルムが平板電極と摺擦して損傷したり、被処理フィルムの搬送に支障を来したりするのを防止できる。

前記フィルム表面処理装置において、前記膜原料成分は、常温で気相であることが好ましい。
前記供給ノズルが、前記電極間ギャップと前記折り返しガイドとの間に配置され、かつ前記対向面と平行に対面する側面と、前記ロール電極と対面するとともに前記電極間ギャップに近づくしたがって前記平板電極側面へ向けて傾く斜側面と、前記側面及び斜側面の前記電極間ギャップ側の縁どうし間に設けられた吹き出し口とを有していることが好ましい。

本発明のプラズマ表面処理は、大気圧近傍で行なわれる大気圧プラズマ表面処理に好適である。ここで、大気圧近傍とは、１．０１３×１０^４〜５０．６６３×１０^４Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、１．３３３×１０^４〜１０．６６４×１０^４Ｐａが好ましく、９．３３１×１０^４〜１０．３９７×１０^４Ｐａがより好ましい。

本発明によれば、被処理フィルムへのプラズマ成膜処理において、電極への付着物を防止して歩留まりを向上できるとともに、投入電力を大きくして高速処理しながら良好な膜質を確保することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るフィルム表面処理装置の概略構成を示す側面断面図である。図２は、上記フィルム表面処理装置の前段処理部の電極間ギャップ及びその周辺を拡大して示す側面断面図である。図３は、比較例２，３において用いたフィルム表面処理装置の概略構成を示す側面断面図である。図４は、実施例１における処理後の被処理フィルムの表面を撮影した写真である。図５は、比較例１における未処理の被処理フィルムの表面を撮影した写真である。図６は、比較例２における処理後の被処理フィルムの表面を撮影した写真である。図７は、比較例３における処理後の被処理フィルムの表面を撮影した写真である。

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、フィルム表面処理装置１を示したものである。処理対象の被処理フィルム９は、一方向へ長く連続する薄肉の帯状になっている。被処理フィルム９の材質は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等の樹脂である。この被処理フィルム９が、連続方向と直交する幅方向を図１において紙面と直交する処理幅方向に向けて、フィルム表面処理装置１に装着されている。フィルム表面処理装置１は、被処理フィルム９を、その連続方向に沿って搬送することで電極間ギャップ２ｈ（放電空間）に通しながら、電極間ギャップ２ｈ内において、被処理フィルム９の表面に膜原料を含む処理ガスを接触させるとともに放電プラズマを照射する。これによって、被処理フィルム９への成膜処理を行なう。ここでは、例えば被処理フィルム９の表面に酸素バリア性等を付与する機能膜を成膜する。

フィルム表面処理装置１は、複数段の処理部２を備えている。これら複数段の処理部２が、被処理フィルム９の搬送方向（図１において概略左右方向）に沿って直列に並べられている。ここでは、前段（図１において左）と後段（図１において右）の２段の処理部２，２が設けられている。以下、これら処理部２，２を互いに区別するときは、前段の処理部２については符号を「２Ａ」を付し、後段の処理部２については符号を「２Ｂ」とする。前段処理部２Ａ及び後段処理部２Ｂは、搬送方向の中間部を挟んでほぼ対称な構造になっている。

各処理部２は、ロール電極１１と、プラズマヘッド２０を有している。ロール電極１１は、円筒状になっており、その軸線は処理幅方向（図１の紙面と直交する方向）へ向けられている。ロール電極１１の少なくとも外周部は金属にて構成され、かつ外周面には固体誘電体層（図示せず）が被膜されている。ロール電極１１は、電気的に接地されている。これによって、ロール電極１１は、接地電極を構成している。ロール電極１１には回転モータ１３（回転部）が接続されている。回転モータ１３によって、ロール電極１１がその軸線まわりに回転駆動される。前段処理部２Ａのロール電極１１と後段処理部２Ｂのロール電極１１とは、互いに同じ速度で同一方向（図１において時計回り）に回転される。

各ロール電極１１には、温調部１６が組み込まれている。温調部１６は、ロール電極１１内の温調路１６ａを含む。水等の冷却媒体（温調媒体）が温調路１６ａに通されることで、ロール電極１１が冷却（温調）される。

前段処理部２Ａにおいては、ロール電極１１の搬送方向の下流側（図１において右）の側方にプラズマヘッド２０が配置されている。後段処理部２Ｂにおいては、ロール電極１１の搬送方向の上流側（図１において左）の側方にプラズマヘッド２０が配置されている。後段処理部２Ｂのプラズマヘッド２０は、前段処理部２Ａのプラズマヘッド２０よりも搬送方向の下流側（図１において右）に離れている。

各プラズマヘッド２０は、平板電極本体２２と、固体誘電体板２３と、ホルダ２５を有している。ホルダ２５によって平板電極本体２２及び固体誘電体板２３が保持されている。平板電極本体２２は、ロール電極１１の軸線と平行に処理幅方向（図１の紙面直交方向）へ延びる長尺平板状になっている。図１に示すように、平板電極本体２２の上記延び方向と直交する断面は、長手方向を上下（縦方向）に向けた四角形になっている。

図２に示すように、平板電極本体２２におけるロール電極１１を向く面２２ａは、放電生成面２２ａとなっている。この放電生成面２２ａに固体誘電体板２３が設けられている。固体誘電体板２３は、セラミック等の固体誘電体にて構成され、放電生成面２２ａよりも大面積の薄板状になっている。この固体誘電体板２３が、放電生成面２２ａと平行に向けられて、放電生成面２２ａの全面に被さっている。固体誘電体板２３の縦方向（上下）の両端部は、平板電極本体２２よりも上下に突出されている。固体誘電体板２３における放電生成面２２ａに被さる部分２３ａと平板電極本体２２とによって、平板電極２１が構成されている。固体誘電体板２３におけるロール電極１１を向く面が、平板電極２１の対向面２１ａを構成している。

フィルム表面処理装置１には、２つの処理部２Ａ及び２Ｂに共通の高周波電源３が設けられている。この高周波電源３が、前段処理部２Ａ及び後段処理部２Ｂの平板電極２１，２１に接続されている。高周波電源３は、例えば商用交流を直流変換し、更に、この直流電力を高周波変換する。この高周波電力を平板電極２１に供給する。したがって、平板電極２１は、高圧電極を構成している。
なお、高周波電源３が、処理部２Ａ，２Ｂごとに別々に設けられていてもよい。

平板電極２１には、温調部２６が組み込まれている。温調部２６は、平板電極本体２２内の温調路２６ａを含む。水等の冷却媒体（温調媒体）が温調路２６ａに通されることで、平板電極２１が冷却（温調）される。

各処理部２において、ロール電極１１と平板電極２１とが対向方向（図１において左右）に対向している。図２に示すように、ロール電極１１の周面における平板電極２１側の周面部分１１ａと、平板電極２１の対向面２１ａとの間に、狭い電極間ギャップ２ｈが形成されている。電極間ギャップ２ｈは、図２の紙面と直交する処理幅方向へ延びるとともに、幅方向を縦方向（上下）に向け、かつ厚み方向を対向方向（図１の左右）に向けた空間になっている。電極間ギャップ２ｈの上記対向方向（図１の左右）に沿う厚みは、ロール電極１１の軸線と同じ高さにおいて最も狭くなり、この最狭部から上下へ離れるにしたがって増大している。電極間ギャップ２ｈの最狭部の間隔ｄ_２ｈは、好ましくは、ｄ_２ｈ＝０．６ｍｍ〜２．０ｍｍ程度であり、より好ましくはｄ_２ｈ＝１ｍｍ程度である。なお、図１及び図２における間隔_２ｈは、ロール電極１１の直径及び平板電極２１の縦寸法（上下方向の寸法）等に対して誇張されている。電極間ギャップ２ｈの上下両端部は、外部へ開放されている。電極間ギャップ２ｈの圧力は、ほぼ大気圧になっている。

図１に示すように、電極間ギャップ２ｈの下方の外部には、一対の折り返しガイドロール３１，３１（折り返しガイド）が配置されている。各折り返しガイドロール３１の回転軸線は、処理幅方向（図１の紙面直交方向）へ向けられている。一対の折り返しガイドロール３１，３１が上記対向方向（図１において左右）に離れて平行に並べられている。

プラズマヘッド２０の縦方向（上下方向）の両側部には、支持ガイドロール３２，３２（支持ガイド）がそれぞれ設けられている。各支持ガイドロール３２の回転軸線は、処理幅方向（図１の紙面直交方向）へ向けられている。上下一対の支持ガイドロール３２，３２が、プラズマヘッド２０を挟んで平行に並べられている。図２に示すように、支持ガイドロール３２は、プラズマヘッド２０の対向面２１ａよりも僅かにロール電極１１側（図２において左）へ突出している。支持ガイドロール３２の対向面２１ａからの突出量ｄ_３２は、電極間ギャップ２ｈの最狭部の間隔ｄ_２ｈの半分以下であり、例えばｄ_３２＝０．２ｍｍ程度である。
図１に示すように、前段処理部２Ａと後段処理部２Ｂの上側の支持ガイドロール３２，３２どうし間には、中継ガイドロール３３が設けられている。

被処理フィルム９が、前段処理部２Ａのロール電極１１、折り返しガイドロール３１，３１、支持ガイドロール３２，３２の順に掛け回されている。更に被処理フィルム９は、中継ガイドロール３３を経て、後段処理部２Ｂの支持ガイドロール３２，３２、折り返しガイドロール３１，３１、ロール電極１１の順に掛け回されている。ガイドロール３１，３２，３３は、それぞれ被処理フィルム９をその連続方向に搬送可能に支持している。回転モータ１３によるロール電極１１の回転駆動によって被処理フィルム９がその連続方向に搬送される。これに伴って、各ガイドロール３１，３２，３３が、それぞれの軸線まわりに従動回転される。回転モータ１３、ロール電極１１、及びガイドロール３１，３２，３３によって、搬送機構３０が構成されている。

被処理フィルム９の一部９ａは、ロール電極１１の周面部分１１ａに約４分の１周〜半周程度巻き付けられている。これによって、被処理フィルム９の一部９ａが、周面部分１１ａに沿って部分円筒面状に湾曲し、湾曲フィルム部９ａとなっている。

被処理フィルム９の他の一部９ｂは、上下一対の支持ガイドロール３２，３２間に真っ直ぐ張り渡され、平板電極２１の対向面２１ａに被さっている。この被処理フィルム９の他の一部９ｂは、平らな平フィルム部９ｂを構成している。電極間ギャップ２ｈ内における湾曲フィルム部９ａと平フィルム部９ｂとの間に、フィルム部間ギャップ２ｉが形成されている。図２に示すように、平フィルム部９ｂは、支持ガイドロール３２の上記突出量ｄ_３２だけ、対向面２１ａからロール電極１１側へ僅かに離れている。平フィルム部９ｂと対向面２１ａとの間には、狭い隙間２ｇが形成されている。平フィルム部９ｂによって、フィルム部間ギャップ２ｉと隙間２ｇとが隔てられている。隙間２ｇの厚み（平フィルム部９ｂの裏面から対向面２１ａまでの間隔）は、支持ガイドロール３２の突出量ｄ_３２と実質等しく、電極間ギャップ２ｈの最狭部の厚みｄ_２ｈ（周面部分１１ａと対向面２１ａとの間隔）の半分以下である。更に好ましくは、隙間２ｇは、フィルム部間ギャップ２ｉの最狭部より狭い。

図１に示すように、被処理フィルム９における湾曲フィルム部９ａと平フィルム部９ｂとの間の部分９ｃは、電極間ギャップ２ｈよりも下方の外側へ引き出され、更にロール電極１１及びプラズマヘッド２０よりも垂下されている。この垂下部分９ｃが、折り返しガイドロール３１，３１に掛け回されることで折り返され、折り返しフィルム部９ｃとなっている。

上記折り返しフィルム部９ｃの内部に供給ノズル４０が配置されている。つまり、供給ノズル４０が、折り返しフィルム部９ｃに囲まれるようにして、電極間ギャップ２ｈと折り返しガイドロール３１との間に配置されている。供給ノズル４０は、ロール電極１１及びプラズマヘッド２０と平行に処理幅方向（図１の紙面直交方向）に延びている。供給ノズル４０の処理幅方向と直交する断面形状は、電極間ギャップ２ｈへ向かうにしたがって先細になっている。

詳しくは、供給ノズル４０は、斜側面４１と側面４２とを有している。側面４２は、鉛直に向けられ、かつ平フィルム部９ｂひいては対向面２１ａと平行に近接して対面している。斜側面４１は、ロール電極１１の周面と近接して対面するとともに電極間ギャップ２１ｈに近づくにしたがって側面４２へ向けて傾けられている。なお、図１及び図２において、側面４２と平フィルム部９ｂとの間の間隙、及び斜側面４１とロール電極１１の周面との間の間隙は、供給ノズル４０の厚さ（図１及び図２の左右方向の寸法）や、ロール電極１１の直径及び平板電極２１の縦寸法（上下方向の寸法）等に対して誇張されている。また、斜側面４１は、平面であるが、ロール電極１１の周面に沿う円筒凹面であってもよい。

供給ノズル４０の上端面（すなわち斜側面４１と側面４２の電極間ギャップ２１ｈを向く縁どうし間）に吹き出し口４３が設けられている。吹き出し口４３は、処理幅方向（図１の紙面直交方向）に延在するスリット状になっている。この吹き出し口４３が、電極間ギャップ２ｈにおける湾曲フィルム部９ａと平フィルム部９ｂとの間のギャップ２ｉに臨んでいる。

図１に示すように、フィルム表面処理装置１には、２つの処理部２Ａ及び２Ｂに共通の処理ガス供給源４が設けられている。この処理ガス供給源４が、前段処理部２Ａ及び後段処理部２Ｂの供給ノズル４０，４０に接続されている。処理ガス供給源４は、処理ガスを供給ノズル４０に供給する。図示は省略するが、供給ノズル４０の内部には、処理幅方向に段階的に分岐するツリー状の拡散路や、処理幅方向に拡がる拡散チャンバー等が設けられている。処理ガス供給源４からの処理ガスが、供給ノズル４０において処理幅方向に均一に拡散されて吹き出し口４３から吹き出される。
なお、処理ガス供給源４が、処理部２Ａ，２Ｂごとに別々に設けられていてもよい。

処理ガス供給源４における処理ガスは、膜原料成分及び放電生成ガス成分を含む。好ましくは、膜原料成分は常温で気相である。したがって、気化器などは不要である。膜原料成分としては、例えばアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、メタン（ＣＨ_４）、その他の不飽和炭化水素などの重合性モノマーが挙げられ、ここでは、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）が用いられている。
形成される膜の性能改善、特に、次工程の材料との密着性を上げるために酸化成分を添加してもよい。その場合の好ましい膜原料成分としては、例えば一酸化炭素（ＣＯ）、ニ酸化炭素（ＣＯ_２）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ_２）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、酸素（Ｏ_２）等が挙げられる。
放電生成ガス成分は、電極間ギャップ２ｈにおいて安定的なプラズマ放電を生成するためのガスであり、好ましくは不活性ガスが用いられる。不活性ガスとしては、窒素（Ｎ_２）の他、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスが挙げられる。ここでは、放電生成ガスとして、コスト等の観点から窒素（Ｎ_２）が用いられている。

電極間ギャップ２ｈの上方におけるロール電極１１とプラズマヘッド２０との間には、閉塞部材５０が配置されている。閉塞部材５０は、供給ノズル４０を上下に反転させた形状のダミーノズルにて構成されている。この閉塞部材５０によって、電極間ギャップ２ｈの上方の開口の大部分が塞がれている。図１及び図２において、閉塞部材５０とロール電極１１の周面との間の間隙、及び閉塞部材５０と平フィルム部９ｂとの間の間隙は、閉塞部材５０の厚さ（図１及び図２の左右方向の寸法）や、ロール電極１１の直径及び平板電極２１の縦寸法（上下方向の寸法）等に対して誇張されている。

上記のフィルム表面処理装置１によって被処理フィルム９を表面処理する方法を説明する。
＜フィルム搬送工程＞
被処理フィルム９を前段処理部２Ａから後段処理部２Ｂにわたって掛け回す。そして、処理部２Ａ，２Ｂのロール電極１１どうしを互いに等速で図１において時計回りに回転させる。これによって、被処理フィルム９が、前段処理部２Ａのロール電極１１、折り返しガイドロール３１、支持ガイドロール３２の順に連続搬送される。更に、被処理フィルム９は、中継ガイドロール３３を経た後、後段処理部２Ｂの支持ガイドロール３２、折り返しガイドロール３１、ロール電極１１の順に連続搬送される。

＜前段処理部２Ａでのフィルム搬送＞
詳しくは、前段処理部２Ａにおいて、被処理フィルム９は、ロール電極１１の周面部分１１ａに巻き付けられて電極間ギャップ２ｈを通過する。その後、被処理フィルム９は、電極間ギャップ２ｈの外部の一対の折り返しガイドロール３１，３１によって折り返され、一対の支持ガイドロール３２，３２間へ導かれることで、平板電極２１に被さるとともに、再び電極間ギャップ２ｈを通過する。したがって、被処理フィルム９は、前段処理部２Ａの電極間ギャップ２ｈを２回通過する。
その後、被処理フィルム９は、中継ガイドロール３３を経て、後段処理部２Ｂへ導かれる。

＜後段処理部２Ｂでのフィルム搬送＞
後段処理部２Ｂにおいて、被処理フィルム９は、一対の支持ガイドロール３２，３２間へ導かれることで、平板電極２１に被さるとともに、電極間ギャップ２ｈを通過する。その後、被処理フィルム９は、折り返しガイドロール３１，３１によって折り返され、ロール電極１１の周面部分１１ａに巻き付けられることによって、再び電極間ギャップ２ｈを通過する。したがって、被処理フィルム９は、後段処理部２Ｂの電極間ギャップ２ｈをも２回通過する。
各処理部２において、平フィルム部９ｂと平板電極２１との間には隙間２ｇが形成されているから、被処理フィルム９が平板電極２１に摺擦して損傷したり、被処理フィルム９の搬送に支障を来したりするのを防止できる。

＜処理ガス供給工程＞
被処理フィルム９の搬送と併行して、処理ガスを処理ガス供給源４から各処理部２の供給ノズル４０に供給する。この処理ガスが、吹き出し口４３から吹き出されてフィルム部間ギャップ２ｉに導入される。フィルム部間ギャップ２ｉは、被処理フィルム９の平フィルム部９ｂによって隙間２ｇと隔てられているから、隙間２ｇには処理ガスが供給されないようにすることができる。
また、閉塞部材５０によって、処理ガスがフィルム部間ギャップ２ｉから流出する際の流通抵抗を高めることができる。これによって、フィルム部間ギャップ２ｉ内における処理ガスの滞留時間を長くできる。

＜放電生成工程＞
更に併行して、高周波電源３から各処理部２の平板電極２１に高周波電力を供給する。これによって、平板電極２１とロール電極１１との間に高周波電界が印加されて大気圧グロー放電が生成され、電極間ギャップ２ｈが放電空間となる。これによって、フィルム部間ギャップ２ｉ内で、処理ガス中の膜原料成分であるアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）の気相プラズマ重合反応が起き、アセチレンのプラズマ重合体が生成される。このプラズマ重合体が、フィルム部間ギャップ２ｉに面する被処理フィルム９の表面に接触する。また、上記被処理フィルム９の表面分子は、プラズマ照射によって励起され、Ｃ＝Ｃ結合の開裂等が起きる。この開裂部に上記プラズマ重合体が結合するなどによって、被処理フィルム９の表面にアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）のプラズマ重合膜を形成できる。

＜温調工程＞
更に上記フィルム搬送及び放電生成と併行して、温調路１６ａに温調水を通す。これによって、ロール電極１１を温調（冷却）でき、ロール電極１１が放電エネルギーによって過熱されて変形するのを防止できる。このロール電極１１に被処理フィルム９が巻き付けられて接触しているから、ロール電極１１を介して被処理フィルム９を温調（冷却）できる。したがって、被処理フィルム９が過度に高温化して熱変形を来すのを防止できる。
また、温調路２６ａにも温調水を通す。これによって、平板電極２１を温調でき、平板電極本体２２の熱変形や固体誘電体板２３の破損を防止できる。

ここで、ロール電極１１の周面部分１１ａには、被処理フィルム９の湾曲フィルム部９ａが被さることで、周面部分１１ａがフィルム部間ギャップ２ｉに直接的に面しないようにすることができる。したがって、周面部分１１ａに上記プラズマ重合体が付着するのを防止でき、ロール電極１１が付着物で汚れるのを防止できる。

加えて、平板電極２１の対向面２１ａには、被処理フィルム９の平フィルム部９ｂが被さることで、対向面２１ａがフィルム部間ギャップ２ｉに直接的に面しないようにすることができる。したがって、フィルム部間ギャップ２ｉ内における膜原料成分（アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２））やそのプラズマ重合体が対向面２１ａに接触するのを防止できる。また、隙間２ｇには処理ガスが供給されることがないから、隙間２ｇ内には膜原料成分（アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２））が存在せず、隙間２ｇ内でプラズマ重合反応が起きることはない。したがって、平板電極２１の対向面２１ａにプラズマ重合体が付着するのを防止でき、平板電極２１が付着物で汚れるのを防止できる。
これによって、プラズマ成膜処理の歩留まりを向上でき、良品率を高めることができる。

また、フィルム表面処理装置１の各処理部２の電極構造は、ロール電極１１と平板電極２１との対であるため、電極間ギャップ２ｈの厚みが縦方向（図１において上下）の位置に応じて増減する度合が、ロール電極１１と等大の一対のロール電極からなる電極構造（図３参照）の半分になる。つまりは、電極間ギャップ２ｈの最狭部から上下にある程度離間した位置でも、電極間ギャップ２ｈの厚みが最狭部とあまり変わらない。したがって、投入電力を大きくした場合に、電極間ギャップ２ｈの最狭部から上下に離間した位置で、火花状ないしはアーク状の不安定な放電が起きるのを防止できる。言い換えると、電極間ギャップ２ｈの上下方向の広い範囲にわたって安定した大気圧グロー放電を生成できる。これによって、膜原料成分（アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２））の気相プラズマ重合反応を安定的に起こすことができる。したがって、被処理フィルム９の表面に形成されるプラズマ重合膜が、例えば粉状になるのを防止でき、良好な膜質を確保できる。これによって、成膜処理の品質を確保できる。しかも、投入電力を大きくすることによって、成膜速度を高めることができ、処理時間を短縮することができる。
電極間ギャップ２ｈをできるだけ一様な大きさにするために、一対の電極の１つを平板電極２１で構成したとしても、支持ガイドロール３２によって、被処理フィルム９を平板電極２１から離して、かつ搬送可能に支持することによって、被処理フィルム９が、平板電極２１と摺擦したり平板電極２１の角部などに引っ掛かったりするのを防止できる。したがって、被処理フィルム９の損傷を防止できるとともに搬送を支障なく行うことができ、円滑かつ連続的に被処理フィルム９を表面処理することができる。

前段処理部２Ａにおいて被処理フィルム９をプラズマ成膜処理した後、更に後段処理部２Ｂにおいて被処理フィルム９をプラズマ成膜処理することができる。しかも、各処理部２において、被処理フィルム９が電極間ギャップ２ｈを２回通過することで、２回プラズマ成膜処理される。これによって、十分な厚さのプラズマ重合膜を生成できる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、フィルム表面処理装置１は必ずしも２段の処理部２Ａ，２Ｂで構成されている必要はなく、１つの処理部２だけで構成されていてもよく、３段以上の処理部２で構成されていてもよい。
平フィルム部９ｂが平板電極２１の対向面２１ａに接していてもよい。
処理ガス中の膜原料成分が、常温で液相であってもよい。液相の膜原料成分を気化させて窒素等の放電生成ガス成分と混合することで処理ガスを生成してもよい。この処理ガスを供給ノズル４０から吹き出して被処理フィルム９に接触させたとき、膜原料成分が被処理フィルム９上で凝縮することで、被処理フィルム９の表面に液相の膜原料成分の凝縮層が形成されるようにしてもよい。この凝縮層に電極間ギャップ２ｈのプラズマが照射されることで、凝縮層のプラズマ重合反応が起き、プラズマ重合膜が形成されるようにしてもよい。常温で液相の膜原料成分としては、アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。

実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
実施例１では、図１及び図２と実質同一構造のフィルム表面処理装置１を用いて、被処理フィルム９のプラズマ成膜処理を行った。
＜被処理フィルム９＞
被処理フィルム９の材質は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であった。
被処理フィルム９の処理幅方向（図１の紙面直交方向）に沿う幅寸法は、３００ｍｍであった。
被処理フィルム９の厚みは、５０μｍであった。

＜装置構成＞
ロール電極１１及び平板電極２１の処理幅方向（図１の紙面直交方向）の実効長さ、ひいては電極間ギャップ２ｈの処理幅方向の実効長さは、３００ｍｍであった。
ロール電極１１の直径は、３５０ｍｍであった。
平板電極２１の縦方向（上下方向）の寸法は、３０ｍｍであった。
電極間ギャップ２ｈの最狭部の厚み（ロール電極１１と平板電極２１との間隔）は、１．０ｍｍであった。
固体誘電体板２３の厚みは、１．０ｍｍであった。

＜フィルム搬送＞
被処理フィルム９の搬送速度は、０．２ｍ／ｍｉｎとした。

＜処理ガス＞
処理ガスとして、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）と窒素（Ｎ_２）の混合ガスを用いた。
処理ガス中のアセチレン濃度は、Ｃ_２Ｈ_２x100／（Ｃ_２Ｈ_２＋Ｎ_２）＝２ｖｏｌ％であった。
処理ガスの流量は、１００ｓｌｍであった。

＜プラズマ放電生成＞
高周波電源３において直流を高周波変換して、処理部２Ａ，２Ｂの平板電極２１に供給した。
電極間ギャップ２ｈ内には、最狭部及びその上下の周辺部の広い範囲にわたってきれいな大気圧グロー放電が生成された。アーク状の放電は確認されなかった。
上記高周波変換前の直流電圧は、３００Ｖであり、直流電流は、２．０Ａであった。
したがって、高周波電源３からの投入電力は、６００Ｗであった。
また、高周波電力の周波数は、２０ｋＨｚであった。

＜温度条件＞
ロール電極１１の設定温度ひいては被処理フィルム９の設定温度は、３５℃であった。
平板電極２１の設定温度は、３５℃であった。

＜評価＞
フィルム表面処理装置１によって被処理フィルム９をプラズマ成膜処理した後、被処理フィルム９の表面のアセチレンプラズマ重合膜を観察したところ、図４に示すように、膜質は良好であった。
アセチレンプラズマ重合膜の厚みは、７５０μｍであった。
さらに、上記処理後の被処理フィルム９からの酸素透過率（酸素バリア性能）を測定した。
酸素透過率の測定装置として、株式会社日立ハイテクノロジーズ製の型式ＭＯＣＯＮＯＸ−ＴＲＡＮを用いた。
測定方法は、ＪＩＳＫ７１２６Ｂ法（等圧法）に準拠した。
その結果、酸素透過率は、１０ｃｃ／ｍ^２／ｄａｙであり、良好な酸素バリア性能を得ることができた。

［比較例１］
比較例１として、実施例１と同じＰＥＴ製被処理フィルム９の初期酸素透過率を測定した。つまり、プラズマ成膜処理をしていない状態の被処理フィルム９の酸素透過率を測定した。測定装置及び測定方法等は、実施例１と同じとした。
その結果、酸素透過率は、２８ｃｃ／ｍ^２／ｄａｙであった。図５に、比較例１つまりは未処理の被処理フィルム９の表面を示す。

［比較例２］
比較例２では、フィルム表面処理装置１に代えて、図３に示すように、３つのロール電極１１を平行に並べてなるプラズマ成膜装置１Ｘを用いた。この装置１Ｘの各ロール電極１１の直径及び軸長は、実施例１のロール電極１１と同じであり、隣接する２つのロール電極１１，１１間のギャップ２ｈの最狭部の厚みは、実施例１のロール電極１１と平板電極２１との間のギャップ２ｈの最狭部の厚みと同じであった。
中央のロール電極１１に高周波電源３を接続することで、上記中央のロール電極１１を高圧電極とし、両側のロール電極１１，１１を接地電極とした。
実施例１と同様の被処理フィルム９を、左側のロール電極１１、左側の折り返しガイドロール３１、中央のロール電極１１、右側の折り返しガイドロール３１、右側のロール電極１１の順に掛け回した。
使用装置以外の処理条件は、実施例１と同じとした。
プラズマ放電の際、電極間ギャップ２ｈにおける最狭部及びその上下の周辺部には、きれいな大気圧グロー放電が生成されたが、この大気圧グロー放電部の上下外側にアーク状の放電が確認された。
処理後の被処理フィルム９について、実施例１と同様の評価を行ったところ、図６に示すように、膜質は粉状になっていて不良であった。これは、アーク状の放電空間部において、膜原料のアセチレンが気相重合反応を起こしたことに起因するものと推察される。
また、膜厚は、６５０μｍであった。
さらに、酸素透過率は、２８ｃｃ／ｍ^２／ｄａｙであった、膜が粉状であるために、酸素バリア性能が低かった。

［比較例３］
比較例３では、比較例２と同じ装置１Ｘを用いた。
高周波電源の高周波変換前の直流電圧を３００Ｖ、直流電流を１．０Ａとした。したがって、投入電力は、３００Ｗであった。つまり、投入電力を実施例１及び比較例２の投入電力（６００Ｗ）の２分の１とした。
それ以外の条件は、比較例２と同じとした。
プラズマ放電の際、隣接する２つのロール電極１１，１１間における最狭部及びその上下の周辺部に、きれいな大気圧グロー放電が生成された。アーク状の放電は確認されなかった。
そして、処理後の被処理フィルム９について、実施例１と同様の評価を行ったところ、図７に示すように、膜質は良好であった。
また、膜厚は、５００μｍであった。
さらに、酸素透過率は、２１ｃｃ／ｍ^２／ｄａｙであった。酸素バリア性能が低くなったのは、投入電力が小さく、膜厚が足らなかったためと考えられる。
以上の実施例及び比較例より、本発明によれば、投入電力を大きくしても良好な膜質を確保でき、かつ投入電力を大きくすることで、成膜速度を高めて膜厚を大きくでき、所望の膜性能を得られることが確認された。

表１は、実施例１及び比較例１〜３の主な処理条件及び評価結果をまとめたものである。

本発明は、例えば樹脂フィルムに酸素バリア性等を付与する機能膜を形成する成膜処理に適用可能である。

１フィルム表面処理装置
２ｈ電極間ギャップ（放電空間）
２ｉフィルム部間ギャップ
２ｇ隙間
３高周波電源
９被処理フィルム
９ａ湾曲フィルム部（一部）
９ｂ平フィルム部（他の一部）
９ｃ折り返しフィルム部
１１ロール電極
１６温調部
２１平板電極
２１ａ対向面
３０搬送機構
３１折り返しガイドロール（折り返しガイド）
３２支持ガイドロール（支持ガイド）
４０供給ノズル
４１斜側面
４２側面
４３吹き出し口

Claims

連続する被処理フィルムをほぼ大気圧の電極間ギャップに通し、前記電極間ギャップにおいて前記被処理フィルムの表面に膜原料成分を含む処理ガスを接触させるとともに放電によって成膜するフィルム表面処理装置であって、
前記被処理フィルムの一部が湾曲フィルム部となって巻き付けられる円筒形のロール電極と、
前記ロール電極との間に前記電極間ギャップを画成する平らな対向面を有し、前記被処理フィルムの他の一部が平フィルム部となって前記対向面に被さる平板電極と、
前記被処理フィルムにおける前記湾曲フィルム部と前記平フィルム部との間の部分を、前記電極間ギャップの外部で折り返させて、折り返しフィルム部とする折り返しガイドと、
前記ロール電極の回転部を含み、前記被処理フィルムをその連続方向に沿って搬送する搬送機構と、
前記湾曲フィルム部と前記平フィルム部との間に前記処理ガスを供給する供給ノズルと、
前記ロール電極と前記平板電極との間に電界を印加して前記放電を生成する高周波電源と、
前記ロール電極を介して前記被処理フィルムを温調する温調部と、
を備え、
前記供給ノズルが、前記電極間ギャップと前記折り返しガイドとの間に配置され、かつ前記対向面と平行に対面する側面と、前記ロール電極と対面するとともに前記電極間ギャップに近づくにしたがって前記平板電極側面へ向けて傾く斜側面と、前記側面及び斜側面の前記電極間ギャップ側の縁どうし間に設けられた吹き出し口とを有していることを特徴とするフィルム表面処理装置。
前記平フィルム部を、前記平板電極の前記対向面から前記ロール電極側へ離して、前記連続方向へ搬送可能に支持する支持ガイドを、更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のフィルム表面処理装置。
前記膜原料成分が、常温で気相であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルム表面処理装置。