特許 7455948 ワーク表面改質方法及びワーク表面改質装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-15

(45)【発行日】2024-03-26

(54)【発明の名称】ワーク表面改質方法及びワーク表面改質装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 8/10 20060101AFI20240318BHJP

   C23C 8/36 20060101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

C23C8/10

C23C8/36

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022501404

(86)(22)【出願日】2020-02-17

(86)【国際出願番号】 JP2020006044

(87)【国際公開番号】W WO2021166029

(87)【国際公開日】2021-08-26

【審査請求日】2022-03-11

【審判番号】

【審判請求日】2023-05-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000992

【氏名又は名称】弁理士法人ネクスト

(72)【発明者】

【氏名】東田 倫子

(72)【発明者】

【氏名】神藤 高広

【合議体】

【審判長】井上 猛

【審判官】粟野 正明

【審判官】土屋 知久

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０６４３４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－５９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０３７８９７１６（ＣＮ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１３－００３７４４１（ＫＲ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１８５８３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／２２４９３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１５０４４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１２３５８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／００３２５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１６４９４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

C23C8/10

C23C8/12

C23C8/16

B29C65/00-65/82

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放電によりプラズマガスを発生させる一対の電極と、前記一対の電極を覆うヘッド本体部と、前記ヘッド本体部に設けられ、前記プラズマガスを流す、所定の方向に並んで配置された複数の第１ガス流路と、前記第１ガス流路と同じ方向に並んで配置された複数の第２ガス流路を有し、前記複数の第１ガス流路から流入した前記プラズマガスを前記複数の第２ガス流路から噴出するノズルであって、上下方向において所定の厚みを有する板状の基部と、水平方向において所定の厚みを有する板状をなし、前記基部の下面から下方へ突出する板状部とを備えるノズルと、前記複数の第２ガス流路の外側に形成され、ヒートガスを前記プラズマガスの周囲に噴出する外側空間部であって、前記基部に形成され、前記複数の第２ガス流路の外周を取り囲むように環状に形成される環状空間部と、前記環状空間部の下面から下方に突出する円筒形状をなす筒状空間部とを有する外側空間部と、を備えたプラズマ処理装置を用いたワーク表面改質方法であって、
前記所定の方向と直交する方向に前記ノズルを移動させながら、アルミニウム単体金属又はアルミニウム合金からなるワークに前記ノズルからプラズマガスを照射し、前記外側空間部から前記ヒートガスを前記プラズマガスの周囲に噴出することにより、前記ワークの表面上の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合を増加させる、
ワーク表面改質方法。

【請求項2】

前記ワークに照射する前記プラズマガスの量を変動させることにより、前記ワークの表面上の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合の増加量を変動させる、
請求項１に記載のワーク表面改質方法。

【請求項3】

前記ワークに照射する前記プラズマガスの量は、前記ワークと前記プラズマガスを照射するプラズマヘッドとの距離及び前記ワークに照射する前記プラズマガスの照射速度を変動させることにより変動させる、
請求項２に記載のワーク表面改質方法。

【請求項4】

前記ワークの表面上の酸化アルミニウムは、酸化アルミニウム膜を形成し、
前記ワークの表面上の水酸化アルミニウムは、水酸化アルミニウム膜を形成する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワーク表面改質方法。

【請求項5】

放電によりプラズマガスを発生させる一対の電極と、
前記一対の電極を覆うヘッド本体部と、
前記ヘッド本体部に設けられ、前記プラズマガスを流す複数の第１ガス流路と、
複数の第２ガス流路を有し、前記複数の第１ガス流路から流入した前記プラズマガスを前記複数の第２ガス流路から噴出するノズルであって、上下方向において所定の厚みを有する板状の基部と、水平方向において所定の厚みを有する板状をなし、前記基部の下面から下方へ突出する板状部とを備えるノズルと、
前記複数の第２ガス流路の外側に形成され、ヒートガスを前記プラズマガスの周囲に噴出する外側空間部であって、前記基部に形成され、前記複数の第２ガス流路の外周を取り囲むように環状に形成される環状空間部と、前記環状空間部の下面から下方に突出する円筒形状をなす筒状空間部とを有する外側空間部と、
アルミニウム単体金属又はアルミニウム合金からなるワークに前記ノズルからプラズマガスを照射し、前記外側空間部から前記ヒートガスを前記プラズマガスの周囲に噴出することにより、前記ワークの表面上の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合を増加させるように制御する制御部と、
を備えたワーク表面改質装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プラズマガスを照射することによりワーク表面を改質するワーク表面改質方法及びワーク表面改質装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ワークにおける油分が付着した部位にプラズマガスを照射して、油分と、塗布される高分子材との結合力を向上させるようにした、重畳部の形成方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－１３９３１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ワークとして樹脂を用い、その樹脂表面に直接プラズマガスを照射して、樹脂表面を改質することはよく行われており、その樹脂表面の改質メカニズムは明確化されている。

【0005】

しかし、ワークとして、金属、特にアルミニウムを用い、そのアルミニウム表面に直接プラズマガスを照射した場合に、そのアルミニウム表面がどのように改質されるかは明確化されていない。

【0006】

特許文献１に記載の重畳部の形成方法でも、金属表面ではなく、金属に付着した油分の部位にプラズマガスを照射しているので、油分表面の改質メカニズムは明確化されるものの、金属表面の改質メカニズムは明確化されない。

【0007】

そこで、本開示は、アルミニウム単体金属又はアルミニウム合金からなるワークにプラズマガスを照射した場合のワーク表面の改質メカニズムを明確化することが可能となるワーク表面改質方法及びワーク表面改質装置を提供することを説明とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示のワーク表面改質方法は、放電によりプラズマガスを発生させる一対の電極と、一対の電極を覆うヘッド本体部と、ヘッド本体部に設けられ、プラズマガスを流す、所定の方向に並んで配置された複数の第１ガス流路と、第１ガス流路と同じ方向に並んで配置された複数の第２ガス流路を有し、複数の第１ガス流路から流入したプラズマガスを複数の第２ガス流路から噴出するノズルであって、上下方向において所定の厚みを有する板状の基部と、水平方向において所定の厚みを有する板状をなし、基部の下面から下方へ突出する板状部とを備えるノズルと、複数の第２ガス流路の外側に形成され、ヒートガスをプラズマガスの周囲に噴出する外側空間部であって、基部に形成され、複数の第２ガス流路の外周を取り囲むように環状に形成される環状空間部と、環状空間部の下面から下方に突出する円筒形状をなす筒状空間部とを有する外側空間部と、を備えたプラズマ処理装置を用いたワーク表面改質方法であって、所定の方向と直交する方向にノズルを移動させながら、アルミニウム単体金属又はアルミニウム合金からなるワークにノズルからプラズマガスを照射し、外側空間部からヒートガスをプラズマガスの周囲に噴出することにより、ワークの表面上の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合を増加させる。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、アルミニウム単体金属又はアルミニウム合金からなるワークにプラズマガスを照射した場合のワーク表面の改質メカニズムを明確化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の一実施の形態に係るプラズマ処理機の全体構成を示す斜視図である。

【図2】図１のプラズマ処理機が有するプラズマヘッドを、カバーを外した状態で示す斜視図である。

【図3】図２のプラズマヘッドの断面図である。

【図4】図１に記載のコントローラが実行するワーク表面改質処理の手順を示すフローチャートである。

【図5】図１のプラズマ処理機によりワーク表面を改質した場合と改質しない場合の接触角（（ａ））及びワーク表面上の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合（（ｂ））の各一例を示す図である。

【図6】図１のプラズマ処理機によりワーク表面を改質した場合と改質しない場合のワーク表面に接着した各種樹脂板の引張剪断応力の一例を示す図である。

【図7】図１のプラズマ処理機によりワーク表面を改質しない場合（（ａ））と改質した場合（（ｂ））のワーク表面と接着剤との間の水素結合の様子の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0012】

図１は、本開示の一実施の形態に係るプラズマ処理機１の全体構成を示している。プラズマ処理機１は、ワークＷが載置されるテーブル１０と、テーブル１０の傍らに配置されたシリアルリンク型ロボット（多間接型ロボットと呼ぶこともでき、以下、単にロボットと略す）１２と、ロボット１２に保持された状態でプラズマガスを照射するプラズマヘッド１４（以下、単にヘッド１４という場合がある）とを備えている。また、プラズマ処理機１は、ヘッド１４に電力を供給する電源部１６Ａ及びヘッド１４へガスを供給するガス供給部１６Ｂを有する電源ガス供給ユニット１６と、当該プラズマ処理機１を統括的に制御するコントローラ１８を備えている。コントローラ１８は、コンピュータを主体とするものであり、ロボット１２、ヘッド１４及び電源ガス供給ユニット１６の動作を制御する。

【0013】

ロボット１２、電源ガス供給ユニット１６、コントローラ１８は、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）などによって接続され、互いに通信可能となっている。なお、ロボット１２、電源ガス供給ユニット１６、コントローラ１８を接続する通信は、特に限定されない。例えば、ロボット１２、電源ガス供給ユニット１６、コントローラ１８を、ハブやルータを介さずに、通信ケーブルによって直接接続しても良い。

【0014】

コントローラ１８は、例えば、ＬＡＮを介してロボット１２の動作を制御し、ワークＷに対するヘッド１４の位置を変更する。また、コントローラ１８は、例えば、電源ガス供給ユニット１６の電源部１６Ａを制御し、電源部１６Ａからロボット１２やヘッド１４へ供給する電力を制御する。また、コントローラ１８は、電源ガス供給ユニット１６のガス供給部１６Ｂを制御し、ガス供給部１６Ｂからヘッド１４へ供給するガスの量などを制御する。

【0015】

電源ガス供給ユニット１６は、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。また、電源ガス供給ユニット１６は、タッチパネル１７を備えている。電源ガス供給ユニット１６は、各種の設定画面や動作状態（例えば、ガス供給状態など）等をタッチパネル１７に表示する。電源ガス供給ユニット１６は、タッチパネル１７に対する操作入力により各種の情報を受け付ける。

【0016】

また、電源ガス供給ユニット１６の電源部１６Ａは、電源ケーブル（図示略）を介してヘッド１４と接続されている。電源部１６Ａは、コントローラ１８の制御に基づいて、ヘッド１４の電極２４（図３参照）に電圧を印加する。ガス供給部１６Ｂは、複数（本実施形態では４本）のガスチューブ４５を介してヘッド１４と接続されている。ガス供給部１６Ｂは、コントローラ１８の制御に基づいて、後述する反応ガス、キャリアガス、シールドガスの供給を行う。

【0017】

図２及び図３に示すように、ヘッド１４は、ヘッド本体部２０と、ノズル３０とを備えている。ヘッド本体部２０及びノズル３０は、例えば、耐熱性の高いセラミックにより形成されている。ヘッド本体部２０の内部には、プラズマガスを発生させるための反応室２２が形成されている。ヘッド本体部２０の内部には、反応室２２に突き出るようにして、一対の電極２４が保持されている。一対の電極２４の各々は、例えば、円柱形状をなしており、図３における上下方向へ延設されている。なお、電極２４の形状は、円柱形状に限らず、直方体形状等の他の形状でも良い。

【0018】

また、ヘッド本体部２０の内部には、反応ガス流路２６と、一対のキャリアガス流路２８とが形成されている。反応ガス流路２６は、ヘッド本体部２０の略中央部に設けられ、ガスチューブ４５（図１参照）を介して電源ガス供給ユニット１６のガス供給部１６Ｂと接続され、ガス供給部１６Ｂから供給される反応ガスを反応室２２へ流入させる。また、一対のキャリアガス流路２８は、反応ガス流路２６を間に挟んだ位置に配置されている。一対のキャリアガス流路２８の各々は、ガスチューブ４５（図１参照）を介してガス供給部１６Ｂと接続され、ガス供給部１６Ｂから供給されるキャリアガスを反応室２２へ流入させる。

【0019】

反応ガス（種ガス）としては、酸素（Ｏ_２）を採用できる。ガス供給部１６Ｂは、例えば、反応ガス流路２６を介して、酸素と窒素（Ｎ_２）との混合気体（例えば、乾燥空気（Ａｉｒ））を、反応室２２の電極２４の間に流入させる。以下、この混合気体を、便宜的に反応ガスと呼び、酸素を種ガスと呼ぶ場合がある。キャリアガスとしては、窒素を採用できる。ガス供給部１６Ｂは、一対のキャリアガス流路２８の各々から、一対の電極２４の各々を取り巻くようにキャリアガスを流入させる。

【0020】

一対の電極２４には、電源ガス供給ユニット１６の電源部１６Ａから交流の電圧が印加される。電圧を印加することによって、例えば、図３に示すように、反応室２２内において、一対の電極２４の下端の間に、擬似アークＡが発生する。この擬似アークＡを反応ガスが通過する際に、反応ガスは、プラズマ化される。したがって、一対の電極２４は、擬似アークＡの放電を発生させ、反応ガスをプラズマ化し、プラズマガスを発生させる。

【0021】

ノズル３０は、ヘッド本体部２０の下部に取り付けられている。ノズル３０は、ヘッド本体部２０に対して着脱可能に設けられている。ノズル３０は、例えば、ボルトの締め付けによってヘッド本体部２０に固定されている。使用者は、ヘッド本体部２０からノズル３０を取り外すことで、種類の異なるノズル３０に交換することができる。

【0022】

図３に示すように、ヘッド本体部２０の下部には、複数の第１ガス流路２９が形成されている。以下の説明では、図３に示すように、図３の断面図における上下方向及び左右方向を用いて説明する。また、上下方向及び左右方向に直交する方向を、前後方向と称して説明する。上下方向は、例えば、円柱形状の電極２４の延設方向に沿った方向である。また、左右方向は、例えば、一対の電極２４が対向する方向に沿った方向である。

【0023】

第１ガス流路２９は、例えば、６本形成されている。第１ガス流路２９の各々は、例えば、上下方向に沿った円筒形状をなしている。複数の第１ガス流路２９は、左右方向において所定の間隔を間に設けて並んで配置されている。複数の第１ガス流路２９の上端の開口は、反応室２２の底部と繋がっている。また、第１ガス流路２９の下端の開口は、ヘッド本体部２０の下面２０Ａにおいて開口している。

【0024】

ヘッド本体部２０の下面２０Ａには、ノズル３０が取り付けられている。ノズル３０は、図２に示すように、基部３１と、板状部３２とを備えている。基部３１は、上下方向において所定の厚みを有する板状をなしている。板状部３２は、前後方向において所定の厚みを有する板状をなし、基部３１の下面から下方へ突出している。ノズル３０は、左右方向から見た場合に、略Ｔ字形状をなしている。ノズル３０は、基部３１の上面３０Ａの平面を、ヘッド本体部２０の下面２０Ａの平面と接触させた状態、即ち、面接触させた状態でヘッド本体部２０に取り付けられている。

【0025】

ノズル３０には、複数の第２ガス流路３４が形成されている。第２ガス流路３４は、ノズル３０の基部３１及び板状部３２を上下方向に貫通して形成されている。図３に示すノズル３０には、６本の第２ガス流路３４が形成されている。換言すれば、図３に示すヘッド１４には、ヘッド本体部２０の第１ガス流路２９と同一本数の第２ガス流路３４が形成されたノズル３０が取り付けられている。第２ガス流路３４の各々は、例えば、上下方向に沿った円筒形状をなしている。なお、上記した第１ガス流路２９及び第２ガス流路３４の本数、形状、形成された位置は、一例である。

【0026】

複数の第２ガス流路３４の各々は、第１ガス流路２９の位置に合わせて、左右方向において所定の間隔を間に設けて並んで配置されている。複数の第２ガス流路３４の各々は、上端において第１ガス流路２９の下端に接続されている。また、第２ガス流路３４の下端の開口３４Ａは、ノズル３０の下面３０Ｂにおいて開口している。図３に示すように、ノズル３０をヘッド本体部２０に取り付けた状態では、第１ガス流路２９及び第２ガス流路３４は、左右方向に並んで配置され、上下方向に沿った円筒形状のガス流路を形成している。反応室２２で発生したプラズマガスは、キャリアガスとともに、第１ガス流路２９及び第２ガス流路３４を通じて開口３４Ａから噴出される。

【0027】

プラズマ処理機１は、上記した構成によって、ワークＷに対するプラズマ処理を実行する。例えば、ロボット１２は、コントローラ１８の制御に基づいてヘッド１４の位置をワークＷの位置に合わせる。電源ガス供給ユニット１６は、コントローラ１８の制御に基づいて、ヘッド１４の電極２４に電圧を印加しつつ、ガスの供給を行う。これにより、ヘッド１４のノズル３０の先端、即ち、開口３４Ａからテーブル１０に載置されたワークＷに向かってプラズマガスが噴出される。

【0028】

プラズマガスは、広い空間の反応室２２から細い円筒形状の第１ガス流路２９及び第２ガス流路３４へ流れ込むことで、流速を高めることができる。換言すれば、プラズマガスを第１ガス流路２９及び第２ガス流路３４に通すことで、流速を速くし、プラズマガスをより遠くへ噴出させることができる。本実施形態では、第１ガス流路２９の穴径Ｒ１が、例えば、第２ガス流路３４の穴径Ｒ２と同一となっている。なお、穴径Ｒ１と穴径Ｒ２とは異なる長さでも良い。

【0029】

また、図３に示すように、ノズル３０には、左右方向における複数の第２ガス流路３４の外側に外側空間部３６が形成されている。外側空間部３６は、環状空間部３７と、筒状空間部３８とを有する。環状空間部３７は、ノズル３０の上部の基部３１に形成され、複数の第２ガス流路３４の外周を取り囲むように環状に形成されている。また、筒状空間部３８は、例えば、環状空間部３７の下面から下方に突出する円筒形状をなしている。筒状空間部３８は、第２ガス流路３４と平行をなす方向（上下方向）に沿って形成されている。筒状空間部３８は、左右方向において複数の第２ガス流路３４の全てを間に挟むようにして、左右方向の両側に形成されている。筒状空間部３８の下端は、ノズル３０の下面３０Ｂにおいて開口している。

【0030】

また、図２に示すように、ヘッド本体部２０の外周面には、供給管４０が取り付けられている。供給管４０は、ガスチューブ４５（図１参照）を介して、電源ガス供給ユニット１６のガス供給部１６Ｂに接続されている。供給管４０には、ガス供給部１６Ｂからガス（例えば、空気）が供給される。供給管４０の途中には、ヒータ４２が取り付けられている。ヒータ４２は、供給管４０を流れるガスを温めてヒートガスを生成する。外側空間部３６の環状空間部３７は、供給管４０に接続されており、供給管４０を介してヒートガスを供給される。このヒートガスは、プラズマガスを保護するシールドガスとして機能するものである。ヒートガスは、筒状空間部３８内を流れ、筒状空間部３８の下端からプラズマガスの噴出方向に沿って噴出されることで、開口３４Ａから噴出されるプラズマガスの周囲を取り巻くように噴出される。加熱したヒートガスをプラズマガスの周囲に噴出することで、プラズマガスの効能（濡れ性など）を高めることができる。

【0031】

次に、プラズマ処理機１、特にコントローラ１８が実行するワーク表面改質処理を、図４に基づいて説明する。以降、各処理の手順の説明において、ステップを「Ｓ」と表記する。

【0032】

図４において、まずコントローラ１８は、ロボット１２に対して、ヘッド１４の位置を、プラズマ処理を開始するワークＷの位置に合わせるように指示する（Ｓ１０）。これにより、ロボット１２は、ヘッド１４を、ワークＷ表面との距離を所定の距離に保ちながら、ワークＷに対してプラズマ処理の実行を開始する位置に位置付ける。

【0033】

次に、コントローラ１８は、電源ガス供給ユニット１６に対して、ヘッド１４の電極２４に電圧を印加しつつ、ガスの供給を行うように指示する（Ｓ２０）。これにより、ヘッド１４のノズル３０の先端からワークＷに向かってプラズマガスが噴出される。

【0034】

次に、コントローラ１８は、ロボット１２に対して、指示された速度で、指示された方向にヘッド１４の移動を開始させるように指示する（Ｓ３０）。これにより、ロボット１２は、指示された速度で、指示された方向にヘッド１４の移動を開始させる。なお、速度及び方向の指示は、コントローラ１８に対するユーザ入力によってなされる。ヘッド１４を移動させる方向は、本実施形態では、ノズル３０の板状部３２の短手方向（図３における前後方向）である。その理由は、仮に、ヘッド１４をノズル３０の板状部３２の長手方向（図３における左右方向）に移動させた場合、板状部３２内を長手方向（図３における左右方向）に並んで配置されている複数の第２ガス流路３４の各下端の開口３４Aから噴出したプラズマガスが重なり、ワークW表面に対して過度のプラズマ処理がなされる虞があるからである。

【0035】

そして、コントローラ１８は、プラズマ処理を終了するか否かを判断する（Ｓ４０）。プラズマ処理は、ヘッド１４がプラズマ処理を終了するワークＷの位置に到達したときに、終了するので、Ｓ４０の判断では、ヘッド１４がプラズマ処理を終了するワークＷの位置に到達したか否かを判断する。

【0036】

Ｓ４０の判断において、プラズマ処理を終了しないと判断された場合、つまり、ヘッド１４がプラズマ処理を終了するワークＷの位置に到達していないと判断された場合（Ｓ４０：ＮＯ）、コントローラ１８は、プラズマ処理を終了すると判断されるまで待機する。

【0037】

一方、Ｓ４０の判断において、プラズマ処理を終了すると判断された場合、つまり、ヘッド１４がプラズマ処理を終了するワークＷの位置に到達したと判断された場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、コントローラ１８は、電源ガス供給ユニット１６に対して、ヘッド１４の電極２４への電圧の印加及びガスの供給を停止するように指示した（Ｓ５０）後、ワーク表面改質処理を終了する。これにより、ヘッド１４のノズル３０の先端から噴出していたプラズマガスが停止する。

【0038】

図５は、このワーク表面改質処理によりワーク表面を改質した場合と改質しない場合の接触角（（ａ））及びワーク表面上の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合（（ｂ））の各一例を示している。図５の例では、ワークＷとして、Al-Mg系アルミ合金Ａ５０５２からなる板状体を用い、このワークＷに対して、プラズマガスを照射する条件（以下「照射条件」と略す）を変えながらプラズマ処理を行っている。ここで、照射条件は、照射間隔と照射速度である。照射間隔（ｍｍ）は、上記ヘッド１４のノズル３０の先端とワークＷ表面との距離であり、図５の例では、２０ｍｍ，１０ｍｍ及び５ｍｍの３種類を選定している。また、照射速度（ｍｍ／ｓ）は、プラズマガスを噴射した状態でノズル３０をワークＷ表面に対して動かす速度であり、図５の例では、４００ｍｍ／ｓ，２００ｍｍ／ｓ，１００ｍｍ／ｓ，１０ｍｍ／ｓ及び１ｍｍ／ｓの５種類を選定している。そして、図５（ａ）は、照射条件を変えてプラズマ処理を施した後のワークＷ表面に垂らした水滴の接触角（°）を測定したものである。なお、図５（ａ）には、プラズマ処理を施す前の、つまり未処理のワークＷ表面に垂らした水滴の接触角も、比較のために測定され、記載されている。

【0039】

図５（ａ）から分かるように、照射間隔が同一であれば（例えば、２０ｍｍ）、照射速度が遅いほど、接触角は小さくなっている。一方、照射速度が同一であれば（例えば、１００ｍｍ／ｓ）、照射間隔が短いほど、接触角は小さくなっている。したがって、照射間隔がより短く、かつ照射速度がより遅くなるほど、換言すると、照射するプラズマガスの量が増加するに従って、接触角はより小さくなっている。なお、プラズマ処理がなされたいずれの場合の接触角も、プラズマ処理が未処理の場合の接触角より小さくなっている。接触角がより小さくなると言うことは、ワークＷ表面がより親水性に改質されたことを意味する。

【0040】

図５（ｂ）は、照射条件として、照射間隔が１０ｍｍかつ照射速度が１００ｍｍ／ｓである条件と、照射間隔が５ｍｍかつ照射速度が１ｍｍ／ｓである条件を選択してプラズマ処理を実行した場合のワークＷ表面の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムとアルミニウム単体との比率を測定した結果を示している。測定は、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy：Ｘ線光電子分光法）を用いて行っている。なお、図５（ｂ）には、プラズマ処理が未処理の場合のワークＷ表面の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムとアルミニウム単体との比率を測定した結果も記載されている。

【0041】

図５（ｂ）から分かるように、プラズマ処理が未処理の場合より、プラズマ処理した場合の方が、酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合が増加している。これは、プラズマガスの照射により、ワークＷ表面のアルミニウムに酸素がさらに付与されたことを意味する。また、照射間隔が１０ｍｍかつ照射速度が１００ｍｍ／ｓである条件でプラズマ処理した場合より、照射間隔が５ｍｍかつ照射速度が１ｍｍ／ｓである条件でプラズマ処理した場合の方が、酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合が増加している。これは、照射するプラズマガスの量が増加するに従って、ワークＷ表面のアルミニウムに酸素がさらに多く付与されたことを意味する。酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムは、水（Ｈ_２Ｏ）と水素結合するため、ワークＷ表面の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合が多くなればなるほど、上記接触角はより小さくなる。つまり、図４（ｂ）における酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムとアルミニウム単体との比率の測定結果と、図４（ａ）における接触角の測定結果とは、合致している。

【0042】

なお、ワークＷ表面の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムは、それぞれ、数ナノ程度の厚みの膜、つまり、酸化アルミニウム膜及び水酸化アルミニウム膜を形成している。

【0043】

図６は、引張せん断応力試験の方法（（ａ））と、試験結果（（ｂ）～（ｆ））とを示している。

【0044】

図６（ａ）に示すように、引張せん断応力試験は、ワークＷ表面の一部をプラズマ処理して接着剤２１０を塗布した後、板状体の樹脂材２００を接着固定した状態で、ワークＷと樹脂材２００をそれぞれ矢印方向に引っ張ることによりなされている。そして、
引張せん断応力（ＭＰａ） ＝ 引張せん断強度（Ｎ）／接着面積（ｍｍ^２）
により算出される。

【0045】

なお、接着剤２１０としては、速硬化型ウレタン系弾性接着剤プライマータイプを用いている。また、樹脂材２００としては、ＰＰ（Polypropylene）からなるもの（図６（ｂ））、ＰＰ－ＧＦ（Polypropylene Glass Fiber）からなるもの（図６（ｃ））、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）からなるもの（図６（ｄ））、ＰＢＴ（Polybutyleneterephtalate）からなるもの（図６（ｅ））、及びＰＣ（Polycarbonate）からなるもの（図６（ｆ））を用いて、それぞれの引張せん断応力を求めている。

【0046】

図６（ｂ）～図６（ｆ）から分かるように、樹脂材２００として、いずれの樹脂からなるものを用いたとしても、ワークＷにプラズマ処理がなされた場合の引張せん断応力は、ワークＷにプラズマ処理がなされていない場合の引張せん断応力より格段に大きくなっている。これは、プラズマ処理によりワークＷ表面の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合が増加し、増加した酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムがさらに接着剤２１０の成分と水素結合するためであると推察される。

【0047】

図７は、プラズマ処理機１によりワークW表面を改質しない場合（（ａ））と改質した場合（（ｂ））のワーク表面と接着剤との間の水素結合の様子の一例を示している。ワークＷ表面にプラズマ処理がなされると、プラズマ放電により放出されたイオンや電子がワークW、つまりアルミニウム表面の分子の化学結合を切断等し、親水性の官能基ＯＨ（水酸基）・Ｏ（酸化アルミニウム）等が生成される。つまり、図７（ｂ）に示すように、プラズマ処理後のワークW表面の親水性の官能基ＯＨ（水酸基）・Ｏ（酸化アルミニウム）は、図７（ａ）に示すプラズマ処理前のワークW表面のそれより増加している。これにより、増加した官能基ＯＨ（水酸基）・Ｏ（酸化アルミニウム）と、接着剤２１０中の水との水素結合が増加するため、接着強度が向上し、引張せん断応力が格段に大きくなると推察される。

【0048】

以上説明したように、本実施形態のワーク表面改質方法は、アルミニウム単体金属又はアルミニウム合金からなるワークＷにプラズマガスを照射することにより、ワークＷの表面上の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合を増加させる。

【0049】

このように、本実施形態のワーク表面改質方法では、アルミニウム単体金属又はアルミニウム合金からなるワークＷにプラズマガスを照射した場合のワークＷ表面の改質メカニズムを明確化することが可能となる。

【0050】

また、ワークＷに照射するプラズマガスの量を変動させることにより、ワークＷの表面上の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合の増加量を変動させる。

【0051】

また、ワークＷに照射するプラズマガスの量は、ワークＷとプラズマガスを照射するプラズマヘッド１４との距離及びワークＷに照射するプラズマガスの照射速度を変動させることにより変動させる。

【0052】

また、ワークＷの表面上の酸化アルミニウムは、酸化アルミニウム膜を形成し、ワークＷの表面上の水酸化アルミニウムは、水酸化アルミニウム膜を形成する。

【0053】

また、本実施形態のプラズマ処理機１は、放電によりプラズマガスを発生させる一対の電極２４と、一対の電極２４を覆うヘッド本体部２０と、ヘッド本体部２０に設けられ、プラズマガスを流す複数の第１ガス流路２９と、複数の第２ガス流路３４を有し、複数の第１ガス流路２９から流入したプラズマガスを複数の第２ガス流路３４から噴出するノズル３０と、アルミニウム単体金属又はアルミニウム合金からなるワークＷにノズル３０からプラズマガスを照射することにより、ワークＷの表面上の酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの割合を増加させるように制御するコントローラ１８と、を備えている。

【0054】

このように、本実施形態のプラズマ処理機１では、アルミニウム単体金属又はアルミニウム合金からなるワークにプラズマガスを照射した場合のワーク表面の改質メカニズムを明確化することが可能となる。

【0055】

ちなみに、本実施形態において、プラズマ処理機１は、「ワーク表面改質装置」の一例である。コントローラ１８は、「制御部」の一例である。

【0056】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【0057】

（１）上記実施形態では、第１ガス流路２９の数と第２ガス流路３４の数は、同数としたが、異なっていてもよい。

【0058】

（２）上記実施形態では、プラズマ処理機１として、反応ガスを用いてプラズマガスを発生させるヘッド１４を備えたものを採用したが、これに限らず、反応ガスを用いずにプラズマを発生させる大気圧プラズマ発生装置を採用してもよい。

【符号の説明】

【0059】

１：プラズマ処理機、１４：プラズマヘッド、１８：コントローラ、２０：ヘッド本体部、２４：電極、２９：第１ガス流路、３０：ノズル、３４：第２ガス流路、２００：樹脂材、２１０：接着剤、Ｗ：ワーク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】