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技術 バリア膜形成用内部電極及び成膜装置

出願人 三菱重工食品包装機械株式会社
発明者 後藤征司山越英男上田敦士岡本賢一浅原裕司団野実
出願日 2004年10月18日 (16年2ヶ月経過) 出願番号 2004-303033
公開日 2006年4月27日 (14年7ヶ月経過) 公開番号 2006-111951
状態 特許登録済
技術分野 剛性または準剛性容器の細部 CVD
主要キーワード 螺合面 導電コネクタ 固体蒸発源 末広がり形状 断面テーパ状 螺合結合 中間形態 ガス排気量
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

成膜装置における内部電極絶縁部材の落下を防止し、常に安定して容器バリア膜成膜することができるバリア膜形成用内部電極を提供する。

解決手段

本発明にかかるバリア膜形成用内部電極は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスGを供給するガス流路101aを有するガス供給管101と、前記ガス供給管101の端部に面一に螺合してなり、前記ガス流路101aと連通するガス吹出し口102を有する絶縁部材103とを具備する。

概要

背景

近年、プラスチック容器の一つである例えばペット(PET)ボトルは、外部からの酸素の透過、内部(例えば炭酸飲料水)からの二酸化炭素の透過を防止するためにその内面に例えばDLC(Diamond Like Carbon)のような硬質炭素膜コーティングすることが試みられており、その成膜装置が種々提案されている(特許文献1、2、3)。

ここで、高周波プラズマCVDを用いたプラスチック容器への炭素膜を成膜装置としては、容器内部にコーティングする基本的な発明である前記特許文献3にかかる装置について、図9を参照して説明する。

図9に示すように、成膜装置は、口部11を有するプラスチック容器12の内面に放電プラズマにより成膜を施す成膜装置であって、プラスチック容器12の外周を取り囲む大きさを有する外部上部電極13−1及び外部下部電極13−2からなる外部電極13と、前記口部11が位置する側の前記外部電極13の端面に絶縁部材26を介して取り付けられた排気管14と、前記外部電極13内の前記プラスチック容器12内に前記排気管14側から前記プラスチック容器12の長手のほぼ全長に亙って挿入され、接地側に接続されると共に、媒質ガスGを吹き出すためのガス吹出し孔16が穿設された内部電極17と、前記排気管14に取り付けられた図示しない排気装置と、前記内部電極17に媒質ガスGを供給するための図示しないガス供給装置と、前記外部電極13に接続された高周波電源18とを具備してなるものである。
ここで、前記外部電極13は、上下端フランジ21a,21bを有する円筒状のチャンバ22内に設けられており、該円筒状のチャンバ22は、円環状基台23上に載置されている。また、円板状の絶縁板24は、前記円環状基台23と前記外部下部電極13−2の底部側との間に配置されている。前記内部電極17のガス吹出し孔16の先端には円筒の絶縁部材20を設けることで局所的なプラズマ集中を防止するようにしている。

このような構成の装置を用いてボトルへ炭素膜をコーティングする方法について説明する。

まず、外部電極13内にプラスチック容器12を挿入し、内部のガスガス排気管14を通して排気する。規定の真空度代表値:10-1〜10-5Torr)に到達した後、媒質ガスGを内部電極17に例えば10〜200mL/minの流量で供給し、さらに内部電極17のガス吹き出し孔16を通してプラスチック容器12内に吹き出す。なお、この媒質ガスGとしては、例えばベンゼントルエンキシレンシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類芳香族炭化水素類含酸素炭化水素類含窒素炭化水素類が用いられる。前記プラスチック容器12内の圧力は、ガス供給量と排気量バランスによって例えば2×10-1〜1×10-2Torrに設定する。その後、高周波電源18から50〜2000Wの高周波電力整合器36及びRF入力端子35を通して外部電極13に印加する。

このような高周波電力の外部電極13への印加によって、前記外部電極13と内部電極17の間にプラズマが生成される。この時、プラスチック容器12は外部電極13の内にほぼ隙間無く収納されているため、プラズマはプラスチック容器12内に発生する。前記媒質ガスGは、前記プラズマによって解離、又は更にイオン化して、炭素膜を形成するための成膜種が生成され、この成膜種が前記容器12内面に堆積し、炭素膜を形成する。炭素膜を所定の膜厚まで形成した後、高周波電力の印加を停止し、媒質ガス供給の停止、残留ガスの排気、窒素希ガス、又は空気等を外部電極13内に供給し、この空間内を大気圧に戻す。この後、前記プラスチック容器12を外部電極13から取り外す。なお、この方法において炭素膜を厚さ20乃至30nm成膜するには2〜3秒間要する。

特開平8−53116号公報
特許第2788412号公報(特開平8−53117号公報)
特開2003−286571号公報

概要

成膜装置における内部電極の絶縁部材の落下を防止し、常に安定して容器のバリア膜を成膜することができるバリア膜形成用内部電極を提供する。本発明にかかるバリア膜形成用内部電極は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスGを供給するガス流路101aを有するガス供給管101と、前記ガス供給管101の端部に面一に螺合してなり、前記ガス流路101aと連通するガス吹出し口102を有する絶縁部材103とを具備する。

目的

本発明は、前記問題に鑑み、成膜装置における内部電極の絶縁部材の落下を防止し、常に安定して容器のバリア膜を成膜することができるバリア膜形成用内部電極及び成膜装置を提供することを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
1件

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請求項1

口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスを供給するガス流路を有するガス供給管と、前記ガス供給管の端部に面一に螺合してなり、前記ガス流路と連通するガス吹出し口を有する絶縁部材とを具備することを特徴とするバリア膜形成用内部電極。

請求項2

口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスを供給するガス流路を有するガス供給管と、前記ガス供給管の端部に形成された凹部内に接着剤を介して一体に設けられ、前記ガス流路と連通するガス吹出し口を有する絶縁部材とを具備することを特徴とするバリア膜形成用内部電極。

請求項3

口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスを供給するガス流路を有するガス供給管と、前記ガス供給管の端部に形成された凹部内に嵌合してなる膨出部を有し、前記ガス流路と連通するガス吹出し口を有する絶縁部材とを具備することを特徴とするバリア膜形成用内部電極。

請求項4

請求項2又は3において、前記凹部の先端がかしめられてなることを特徴とするバリア膜形成用内部電極。

請求項5

口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスを供給するガス流路を有し、先端部が凸部であるガス供給管と、前記凸部に側面が面一となるように螺合すると共に、端面の中心部に開口を有する内部が中空キャップ部材と、前記キャップ部材の開口の段差部に係合すると共に、キャップ部材の内面に螺合し、前記ガス流路と連通するガス吹出し口を有する絶縁部材とを具備することを特徴とするバリア膜形成用内部電極。

請求項6

口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスを供給するガス流路を有し、先端部が軸方向に長い空間を有する凹部を設けたガス供給管と、前記ガス供給管の凹部の内面に螺合し、前記ガス流路と連通するガス吹出し口を有する絶縁部材と、前記凹部に側面が面一となるように螺合部で螺合すると共に、前記絶縁部材のガス吹出し口の外周と嵌合する軸方向に亙って孔を形成してなる中実のキャップ部材とを具備することを特徴とするバリア膜形成用内部電極。

請求項7

口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、前記内部電極に少なくとも1以上の突起部又は窪み部を有するプラズマ発生部を一体に設けてなることを特徴とするバリア膜形成用内部電極。

請求項8

請求項1乃至6のいずれか一つにおいて、前記ガス供給管に少なくとも1以上の突起部又は窪み部を有するプラズマ発生部を一体に設けてなることを特徴とするバリア膜形成用内部電極。

請求項9

請求項8において、前記プラズマ発生部は、熱伝導率が高い材料からなることを特徴とするバリア膜形成用内部電極。

請求項10

請求項1、請求項5又は請求項6において、前記螺合部分をシールするシール部材を設けてなることを特徴とするバリア膜形成用内部電極。

請求項11

請求項1乃至8のいずれか一つにおいて、前記ガス供給管が金属製であることを特徴とするバリア膜形成用内部電極。

請求項12

請求項1乃至11のいずれか一つのバリア膜形成用内部電極を備えてなり、プラスチック容器の内面にバリア膜を成膜してなることを特徴とする成膜装置

請求項13

口部を有するプラスチック容器の内面に放電プラズマによりバリア膜を施す成膜装置であって、プラスチック容器の外周を取り囲む大きさを有する外部電極と、前記口部が位置する側の前記外部電極の端面に絶縁部材を介して取り付けられた排気管と、前記外部電極内の前記プラスチック容器内に前記排気管側から前記プラスチック容器の長手のほぼ全長に亙って挿入され、接地側に接続された請求項1乃至11のいずれか一つのバリア膜形成用内部電極と、前記排気管に取り付けられた排気装置と、前記内部電極に媒質ガスを供給するガス供給装置と、前記外部電極に接続された高周波電源とを具備してなることを特徴とする成膜装置。

技術分野

0001

本発明は、例えば樹脂等の容器等においてガスバリア性を付与するバリア膜を形成するためのバリア膜形成用内部電極及び成膜装置に関する。

背景技術

0002

近年、プラスチック容器の一つである例えばペット(PET)ボトルは、外部からの酸素の透過、内部(例えば炭酸飲料水)からの二酸化炭素の透過を防止するためにその内面に例えばDLC(Diamond Like Carbon)のような硬質炭素膜コーティングすることが試みられており、その成膜装置が種々提案されている(特許文献1、2、3)。

0003

ここで、高周波プラズマCVDを用いたプラスチック容器への炭素膜を成膜装置としては、容器内部にコーティングする基本的な発明である前記特許文献3にかかる装置について、図9を参照して説明する。

0004

図9に示すように、成膜装置は、口部11を有するプラスチック容器12の内面に放電プラズマにより成膜を施す成膜装置であって、プラスチック容器12の外周を取り囲む大きさを有する外部上部電極13−1及び外部下部電極13−2からなる外部電極13と、前記口部11が位置する側の前記外部電極13の端面に絶縁部材26を介して取り付けられた排気管14と、前記外部電極13内の前記プラスチック容器12内に前記排気管14側から前記プラスチック容器12の長手のほぼ全長に亙って挿入され、接地側に接続されると共に、媒質ガスGを吹き出すためのガス吹出し孔16が穿設された内部電極17と、前記排気管14に取り付けられた図示しない排気装置と、前記内部電極17に媒質ガスGを供給するための図示しないガス供給装置と、前記外部電極13に接続された高周波電源18とを具備してなるものである。
ここで、前記外部電極13は、上下端フランジ21a,21bを有する円筒状のチャンバ22内に設けられており、該円筒状のチャンバ22は、円環状基台23上に載置されている。また、円板状の絶縁板24は、前記円環状基台23と前記外部下部電極13−2の底部側との間に配置されている。前記内部電極17のガス吹出し孔16の先端には円筒の絶縁部材20を設けることで局所的なプラズマ集中を防止するようにしている。

0005

このような構成の装置を用いてボトルへ炭素膜をコーティングする方法について説明する。

0006

まず、外部電極13内にプラスチック容器12を挿入し、内部のガスガス排気管14を通して排気する。規定の真空度代表値:10-1〜10-5Torr)に到達した後、媒質ガスGを内部電極17に例えば10〜200mL/minの流量で供給し、さらに内部電極17のガス吹き出し孔16を通してプラスチック容器12内に吹き出す。なお、この媒質ガスGとしては、例えばベンゼントルエンキシレンシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類芳香族炭化水素類含酸素炭化水素類含窒素炭化水素類が用いられる。前記プラスチック容器12内の圧力は、ガス供給量と排気量バランスによって例えば2×10-1〜1×10-2Torrに設定する。その後、高周波電源18から50〜2000Wの高周波電力整合器36及びRF入力端子35を通して外部電極13に印加する。

0007

このような高周波電力の外部電極13への印加によって、前記外部電極13と内部電極17の間にプラズマが生成される。この時、プラスチック容器12は外部電極13の内にほぼ隙間無く収納されているため、プラズマはプラスチック容器12内に発生する。前記媒質ガスGは、前記プラズマによって解離、又は更にイオン化して、炭素膜を形成するための成膜種が生成され、この成膜種が前記容器12内面に堆積し、炭素膜を形成する。炭素膜を所定の膜厚まで形成した後、高周波電力の印加を停止し、媒質ガス供給の停止、残留ガスの排気、窒素希ガス、又は空気等を外部電極13内に供給し、この空間内を大気圧に戻す。この後、前記プラスチック容器12を外部電極13から取り外す。なお、この方法において炭素膜を厚さ20乃至30nm成膜するには2〜3秒間要する。

0008

特開平8−53116号公報
特許第2788412号公報(特開平8−53117号公報)
特開2003−286571号公報

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら前記成膜装置においては、内部電極のガス吹出し口16に設けられた絶縁材料は円筒状のものであるので、長期間に亙って成膜をする間のその熱膨張率相違に起因する熱応力により破損したり、落下したりするような場合がある。

0010

この脱落するような場合には、絶縁機能焼失し、プラズマ集中が発生することになり、例えばプラスチック容器等の連続した生産の場合に、製造システム一時停止する必要があり、製造効率の低下の原因となる。

0011

本発明は、前記問題に鑑み、成膜装置における内部電極の絶縁部材の落下を防止し、常に安定して容器のバリア膜を成膜することができるバリア膜形成用内部電極及び成膜装置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0012

上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスを供給するガス流路を有するガス供給管と、前記ガス供給管の端部に面一に螺合してなり、前記ガス流路と連通するガス吹出し口を有する絶縁部材とを具備することを特徴とするバリア膜形成用内部電極にある。

0013

第2の発明は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスを供給するガス流路を有するガス供給管と、前記ガス供給管の端部に形成された凹部内に接着剤を介して一体に設けられ、前記ガス流路と連通するガス吹出し口を有する絶縁部材とを具備することを特徴とするバリア膜形成用内部電極にある。

0014

第3の発明は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスを供給するガス流路を有するガス供給管と、前記ガス供給管の端部に形成された凹部内に嵌合してなる膨出部を有し、前記ガス流路と連通するガス吹出し口を有する絶縁部材とを具備することを特徴とするバリア膜形成用内部電極にある。

0015

第4の発明は、第2又は3の発明において、前記凹部の先端がかしめられてなることを特徴とするバリア膜形成用内部電極にある。

0016

第5の発明は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスを供給するガス流路を有し、先端部が凸部であるガス供給管と、前記凸部に側面が面一となるように螺合すると共に、端面の中心部に開口を有する内部が中空キャップ部材と、前記キャップ部材の開口の段差部に係合すると共に、キャップ部材の内面に螺合し、前記ガス流路と連通するガス吹出し口を有する絶縁部材とを具備することを特徴とするバリア膜形成用内部電極にある。

0017

第6の発明は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスを供給するガス流路を有し、先端部が軸方向に長い空間を有する凹部を設けたガス供給管と、前記ガス供給管の凹部の内面に螺合し、前記ガス流路と連通するガス吹出し口を有する絶縁部材と、前記凹部に側面が面一となるように螺合部で螺合すると共に、前記絶縁部材のガス吹出し口の外周と嵌合する軸方向に亙って孔を形成してなる中実のキャップ部材とを具備することを特徴とするバリア膜形成用内部電極にある。

0018

第7の発明は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、前記内部電極に少なくとも1以上の突起部又は窪み部を有するプラズマ発生部を一体に設けてなることを特徴とするバリア膜形成用内部電極にある。

0019

第8の発明は、第1乃至6のいずれか一つの発明において、前記ガス供給管に少なくとも1以上の突起部又は窪み部を有するプラズマ発生部を一体に設けてなることを特徴とするバリア膜形成用内部電極にある。

0020

第9の発明は、第8の発明において、前記プラズマ発生部は、熱伝導率が高い材料からなることを特徴とするバリア膜形成用内部電極にある。

0021

第10の発明は、第1、第5又は第6の発明において、前記螺合部分をシールするシール部材を設けてなることを特徴とするバリア膜形成用内部電極にある。

0022

第11の発明は、第1乃至8のいずれか一つの発明において、前記ガス供給管が金属製であることを特徴とするバリア膜形成用内部電極にある。

0023

第12の発明は、第1乃至11のいずれか一つの発明のバリア膜形成用内部電極を備えてなり、プラスチック容器の内面にバリア膜を成膜してなることを特徴とする成膜装置にある。

0024

第13の発明は、口部を有するプラスチック容器の内面に放電プラズマによりバリア膜を施す成膜装置であって、プラスチック容器の外周を取り囲む大きさを有する外部電極と、前記口部が位置する側の前記外部電極の端面に絶縁部材を介して取り付けられた排気管と、前記外部電極内の前記プラスチック容器内に前記排気管側から前記プラスチック容器の長手のほぼ全長に亙って挿入され、接地側に接続された請求項1乃至11のいずれか一つのバリア膜形成用内部電極と、前記排気管に取り付けられた排気装置と、前記内部電極に媒質ガスを供給するガス供給装置と、前記外部電極に接続された高周波電源とを具備してなることを特徴とする成膜装置にある。

発明の効果

0025

本発明によれば、プラスチック容器等の内面にバリア膜を成膜する際において、長期間に亙って安定して成膜を行うことができる。これにより、成膜品質を長期間に亙って維持しつつプラスチック容器内面のガスバリア膜を成膜することができる。

発明を実施するための最良の形態

0026

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

0027

本発明にかかる第1の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略を図2に示す。図2に示すように、本実施例にかかるバリア膜形成用内部電極100−1は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスGを供給するガス流路101aを有するガス供給管101と、前記ガス供給管101の端部に面一に螺合してなり、前記ガス流路101aと連通するガス吹出し口102を有する絶縁部材103とを具備するものである。

0028

前記ガス吹出し口102を絶縁材料としている為、局所的なプラズマの集中を防止できる。
ここで、前記絶縁部材103の材料としては、フッ素系樹脂、PEEK、ポリイミドなどの耐熱性を有する材料や、アルミナジルコニアチタニアシリカ等熱伝導率、耐熱衝撃性の高い材料を挙げることができる。

0029

また、内部電極形状全体で突起部分がない為、局所的なプラズマの集中を防止できる。
前記ガス供給管101は金属製であり、該金属製のガス供給管101内にメス部101bを形成すると共に、絶縁部材103にはオス部104を形成して、両者を螺合結合させることで、シール性を高める構造となる。また、シール部120を螺合部に設けることで、さらにシール性を向上させることができる。
ここで、前記シール部120の材料としては、例えばテフロン登録商標)製のテープ等を例示することができる。

0030

また、前記螺合部を構成するメス部101bは奥に行くにつれて漸次広がるような末広がり形状とすることで、螺合したオス部104を断面テーパ状とすることで、熱膨張が繰り返された場合においても螺合性を維持するようにしてもよい。

0031

これにより、長期運転しても、安定したバリア膜をプラスチック容器内面に形成することができる。
よって、内部電極部品耐久性が向上し、そのメンテナンス性が向上する。

0032

ここで、前記容器としては、例えば食品用医薬品用容器プラスチック容器を挙げることができ、容器以外には、フィルム等に対するガスバリア膜として有効である。また、ガソリンタンク等の燃料充填する容器等にも適用することが可能である。

0034

ここで、本発明において、前記ガスバリア膜とは、基材の表面に形成され、ガス不透過性を備えた膜をいう。ガスバリア膜としては、例えば、アモルファスカーボン膜等の炭素膜、珪素膜等の膜を例示することができる。

0035

ここで、前記アモルファスカーボン膜とは、ダイヤモンド炭素原子の結合がSP3結合)とグラファイト(炭素原子の結合がSP2結合)の中間形態アモルファス状の構造を有する炭素膜のことであり、硬質の炭素膜及び軟質の炭素膜を含むものをいう。また、前記硬質の炭素膜には、SP3結合を主体にしたアモルファスなDLC(Diamond Like Carbon)膜も含まれる。

0036

このようなアモルファスカーボン膜を製造する方法としては、例えばCVD法、熱CDV法、プラズマCVD法等に代表される公知の化学気相成長法(CHEMICAL Vapor Deposition,CVD)を用いることができる。
また、例えば反応性スパッタ法イオンプレーティング法アーク蒸着法イオン蒸着法、プラズマイオン注入法等に代表される公知の物理気相成膜法(Physical Vapor Deposition:PVD)を用いることができる。
なお、本発明においては、前記PVD法よりCVD法を適用する場合において、本発明の効果をより発揮することになる。これは、前記CVD法で作製する膜の方が、アモルファスカーボン膜中にダングリングボンドを多く含むためである。

0037

ここで、前記媒質ガスとしては炭化水素を基本とし、例えばメタンエタンプロパンブタンペンタンヘキサン等のアルカン類エチレンプロピレンブテンペンテンブタジエン等のアルケン類アセチレン等のアルキン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、インデンナフタリンフェナントレン等の芳香族炭化水素類;シクロプロパン、シクロヘキサン等のシクロパラフィン類シクロペンテンシクロヘキセン等のシクロオレフィン類などが使用でき、その他一酸化炭素も使用できる。これにより、例えば容器に充填された例えば炭酸飲料水からの二酸化炭素の透過を防止するためのアモルファスカーボン膜をコーティングすることができる。また、アモルファスカーボン膜が傾斜機能を有する膜であってもよい。
なお、PVD法を用いる場合には、固体蒸発源利用可能となる。

0038

以下、本発明にかかる内部電極を備えたアモルファスカーボン膜を形成する成膜装置の一例について図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る成膜装置を示す概念図である。図1に示すように、本実施例に係る成膜装置は、口部11を有するプラスチック容器12の内面に放電プラズマにより成膜を施す成膜装置であって、プラスチック容器12の外周を取り囲む大きさを有する外部電極13と、前記口部11が位置する側の前記外部電極13の端面に絶縁部材を介して取り付けられた排気管14と、前記外部電極13内の前記プラスチック容器12内に前記排気管14側から前記プラスチック容器12の長手のほぼ全長に亙って挿入され、接地側に接続されると共に、媒質ガスGを吹き出すためのガス吹出し口102を有する絶縁部材103が螺合されてなる図2に示す内部電極100−1と、前記排気管14に取り付けられた図示しない排気装置と、前記内部電極17に媒質ガスGを供給するための図示しないガス供給装置と、前記外部電極13に接続された高周波電源18とを具備してなるものである。

0039

ここで、前記外部電極13は、上下端にフランジ21a,21bを有するチャンバ(上部)22−1及びチャンバ(下部)22−2から構成される円筒状のチャンバ22内に設けられており、該円筒状のチャンバ22は、円環状基台23上に載置されている。前記円筒状のチャンバ22と前記外部電極13は、上部側と下部側とに二分割可能としており、着脱可能に取り付けられている。また、円板状の絶縁板24は、前記基台23と前記外部下部電極13−2の底部側との間に配置されている。

0040

なお、前記円筒状のチャンバ22の分割部と外部電極13には分割部に導電コネクタ41及び真空シール(Oリング)42が介装されている。そして、プラスチック容器12を外部電極13内に収納するには、分割部を一体的に上下動させている。

0041

また、本実施例では、内部に挿入されるプラスチック容器12の口部および肩部に対応する円柱および円錐台を組み合わせた形状をなす空洞部を有する誘電体材料からなる円柱状のスペーサ25が外部上部電極13−1の内側に配設されている。前記円柱状のスペーサ25は、この上に載置される環状の絶縁部材26から螺着されたねじ(図示せず)により固定されている。このように円柱状のスペーサ25を前記外部電極13の上部に挿入固定することにより、前記外部電極13の底部側からプラスチック容器12を挿入すると、そのプラスチック容器12の口部および肩部が前記円柱状のスペーサ25の空洞部内に位置し、かつこれ以外のプラスチック容器12の外周が前記外部電極13内面に位置する。

0042

前記円柱状のスペーサ25を構成する誘電体材料としては、例えばプラスチックまたはセラミックを挙げることができる。プラスチックとしては、種々のものを用いることができるが、特に高周波損失が低く、耐熱性の優れたポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素系樹脂が好ましい。セラミックとしては、高周波損失が低いアルミナ、ステアタイトまたは機械加工性が高いマコールが好ましい。

0043

上下にフランジ31a,31bを有するガス排気管14は、前記チャンバ22の上部フランジ21aおよび前記環状の絶縁部材26の上面に載置されている。蓋体32は、前記排気管14の上部フランジ31aに取り付けられている。

0044

高周波電力を出力する高周波電源18は、ケーブル34および給電端子35を通して前記外部電極13に接続されている。整合器36は、前記高周波電源18と前記給電端子35の間の前記ケーブル34に介装されている。

0045

内部電極100−1は、前記外部電極13および円板状のスペーサ25内に挿入されたプラスチック容器12内にこの容器長手方向のほぼ全長に亙って配置され、その上端が前記プラスチック容器12の口部11側に位置する前記ガス供給管と兼用している。なお、ガス供給管は接地端子を兼ねるようにしている。

0046

なお、ガス吹き出し孔は前記内部電極100−1の下部側壁に前記ガス流路37と連通するように開口してもよい。この場合、ガス吹き出し孔は前記内部電極100−1の底部から前記プラスチック容器12内に挿入された長さの25%までの範囲内の側面領域に開口することが好ましい。前記内部電極100−1の径は、プラスチック容器の口金径以下とし、その長さはプラスチック容器12の長手方向のほぼ全長にわたって挿入可能な長さとする。

0047

前記内部電極100−1は、例えばタングステンステンレス鋼のような耐熱性を有する金属材料により作られるが、アルミニウムで作ってもよい。また、内部電極100−1表面が平滑であると、その内部電極100−1の表面に堆積する炭素膜を剥離し易くなる虞がある。このため、内部電極の表面を予めサンドブラスト処理し、表面粗さを大きくして表面に堆積する炭素膜を剥離し難くすることが好ましい。

0048

次に、上述した成膜装置を用いて内面にアモルファスカーボン膜を被覆してなるプラスチック容器の製造方法を説明する。図示しないプッシャーにより上部電極とチャンバとを分割し、内部を開放する。つづいて、プラスチック容器12を開放した外部電極13内に挿入した後、図示しないプッシャーにより外部電極及びチャンバを元に戻す。このとき、前記プラスチック容器12は排気管14にその口部を通して連通する。

0049

次いで、図示しない排気手段により排気管14を通して前記排気管14及び前記プラスチック容器12内外のガスを排気する。媒質ガスGを内部電極100−1のガス流路101aに供給し、この内部電極100−1のガス吹き出し孔102からプラスチック容器12内に吹き出させる。この媒質ガスGは、さらにプラスチック容器12の口部11に向かって流れていく。つづいて、ガス供給量とガス排気量のバランスをとり、前記プラスチック容器12内を所定のガス圧力に設定する。

0050

次いで、高周波電源18から高周波電力をケーブル34、整合器36および給電端子35を通して前記外部電極13に供給する。このとき、前記外部電極13(実質的に前記プラスチック容器内面)と接地された前記内部電極100−1との間に放電プラズマが生成される。この放電プラズマによって媒質ガスGが解離し、生成した成膜種が前記プラスチック容器12内面に堆積し、アモルファスカーボン膜が形成される。

0051

前記アモルファスカーボン膜の膜厚が所定の厚さに達した後、前記高周波電源18からの高周波電力の供給を停止し、媒質ガスGの供給の停止、残留ガスの排気を行い、ガスの排気を停止する。この停止後、窒素、希ガス、又は空気等を内部電極100−1のガス流路101aのガス吹出し口102又は排気管104を通してプラスチック容器12内に供給し、このプラスチック容器12内外を大気圧に戻し、内面炭素膜被覆プラスチック容器を取り出す。その後、前述した順序に従ってプラスチック容器を交換し、次のプラスチック容器のコーティング作業へ移るようにしている。

0052

本実施例にかかる内部電極100−1はガス供給管101に絶縁部材103を螺合してなるので、長期間に亙って落下することなく、成膜することができる。

0053

次に、本発明にかかる他の実施例について説明する。なお、成膜装置は図1に示すものと同様であるので、以下の実施例の説明においては、成膜装置についての説明は省略する。
本発明にかかる第2の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略を図3に示す。図3に示すように、本実施例にかかるバリア膜形成用内部電極100−2は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスGを供給するガス流路101aを有するガス供給管101と、前記ガス供給管の端部に形成された凹部101c内に接着剤105を介して一体に設けられ、前記ガス流路101aと連通するガス吹出し口102を有する絶縁部材103とを具備するものである。

0054

また、凹部101cを構成する筒部の開放側先端101d側をかしめるようにすることで、接着剤105を抱きかかえ、接着剤105と一体となった絶縁部材103の落下を防止するようにしている。
なお、前記かしめの際にはエッジ部がないようにすることで、局所的なプラズマの集中を防止するようにしている。

0055

本発明にかかる第3の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略を図4に示す。図4に示すように、本実施例にかかるバリア膜形成用内部電極100−3は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスGを供給するガス流路101aを有するガス供給管101と、前記ガス供給管101の端部に形成された凹部101c内に嵌合してなる膨出部103aを有し、前記ガス流路101aと連通するガス吹出し口102を有する絶縁部材103とを具備するものである。

0056

前記絶縁部材103は膨出部103aを有すると共に、該膨出部103aを抱えるように凹部の101cを構成する筒部の開放側先端101e側をかしめるようにしているので、絶縁部材103が落下することが防止される。
なお、前記かしめの際にはエッジ部がないようにすることで、局所的なプラズマの集中を防止するようにしている。

0057

本発明にかかる第4の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略を図5に示す。図5に示すように、本実施例にかかるバリア膜形成用内部電極100−4は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスGを供給するガス流路101aを有し、先端部を凸部101dとしてなるガス供給管101と、前記凸部101dに側面が面一となるように螺合すると共に、端面の中心部に開口106aを有する内部が中空のキャップ部材106と、前記キャップ部材106の開口の段差部106bに係合すると共に、キャップ部材106の内面に螺合し、前記ガス流路101aと連通するガス吹出し口102を有する絶縁部材103とを具備する。

0058

また、媒質ガスGのガス吹き出し側における前記キャップ部材106の端部106cはその角にRを形成することで、局所的なプラズマの集中を防止するようにしている。
なお、前記凸部101dと絶縁部材103との間にはパッキン又はガスケット等のシール部材121が介装されており、そのガスシール性を向上させるようにしている。

0059

前記キャップ部材106は金属材料とすることで、ガス供給管101との螺合部における接合においてシール性が向上する。ここで、キャップ部材106の金属材料とは例えばステンレス、アルミニウム、タングステン、ニッケルを挙げることができる。また、金属材料以外には炭素材料としてもよい。
この場合、キャップ部材106とガス供給管101とを同種の材料とすることで熱膨張による熱応力緩和に起因する螺合部の密着性の長期間に亙る維持をすることができる。

0060

なお、絶縁材料103の突き出し量dは焼く1乃至10mm程度、より好ましくは3乃至5mm程度とするのが好ましい。

0061

このように、絶縁部材103を螺合する際に、キャップ部材106を用いて、該キャップ部材106の内部に包むようにして保持することで、絶縁部材103の落下を積極的に防止すると共に、前記キャップ部材106とガス供給管101とは同種金属として螺合性を向上させることができる。

0062

本発明にかかる第5の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略を図6に示す。図6に示すように、本実施例にかかるバリア膜形成用内部電極100−5は、口部を有するプラスチック容器の内部に挿入され、該プラスチック容器内に媒質ガスを供給し、前記プラスチック容器の外部に設けた外部電極に高周波電力を供給することで、プラスチック容器内面に放電プラズマを発生させプラスチック容器の内面にバリア膜を形成するバリア膜形成用内部電極であって、媒質ガスGを供給するガス流路100aを有し、先端部が軸方向に長い空間を有する凹部101cを設けたガス供給管101と、前記ガス供給管101の凹部101cの内面に螺合し、前記ガス流路101aと連通するガス吹出し口102を有する縦方向断面が略T字形状の絶縁部材103と、前記凹部101cに側面が面一となるように螺合部110bで螺合すると共に、前記絶縁部材103のガス吹出し口102の外周102aと嵌合する軸方向に亙って孔110aを形成してなる中実のキャップ部材110とを具備するものである。

0063

また、本実施例では、凹部101c内面に螺合面を形成する際に形成される軸内部空間部111内にはスペーサ112が配設されており、略T字形状の絶縁部材103のヘッド部103aが凹部101cの内部奥側への侵入を防止するようにしている。

0064

また、螺合部110bの基端部で形成される空間部110cにおいて、凹部101cの先端部分を、図中矢印X方向へかしめるようにして、絶縁部材103の落下をさらに防止するようにしてもよい。

0065

本実施例ではシール部120における螺合面積が増大し、シール性の更なる向上を図るようにしている。これにより、絶縁部材103の落下がなくなり、長期間に亙っての成膜を安定して行うことができる。

0066

本発明にかかる第6の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略を図7に示す。図7に示すように、本実施例にかかるバリア膜形成用内部電極100−6は、実施例4に示すバリア膜形成用内部電極100−4において、該内部電極に少なくとも1以上の突起部131aを有するプラズマ発生部131を一体に設けてなるものである。

0067

前記一体に設けられるプラズマ発生部131の材質は、熱伝導率が高い材料からなることが好ましい。ここで、熱伝導率が高い材料としては、例えばタングステン(W)、ニッケル(Ni)等の金属又はカーボン(C)等を例示することができる。
このように、積極的に突起部131aを設けることにより、プラズマ放電によるプラズマ発生個所の安定化を図ることができる。

0068

突起部131aの個数は1以上あれば特に限定されるものではない。
このプラズマ発生部131は絶縁部材103の先端部分から10mm程度離れた場所に設置することが望ましい。これは、絶縁部材103とあまりにも近いとプラズマの局所的な集中の影響により、絶縁材料に欠け割れが生じるのを防止するためである。
また、図1におけるガス供給管101においては、容器の口部から肩部にかけての位置は避けるようにし、容器の中央部分から先端部分のいずれかにプラズマ発生部131を設けるようにすることが好ましい。これは、口部及び肩部でのプラズマの積極的な発生を防止し、容器内面色ムラを防止するためである。
また、容器の中央部分において積極的にプラズマを発生させることで、均一の成膜が可能となる。

0069

本発明にかかる第7の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略を図8に示す。
実施例6においては、プラズマ発生部131に突起を設けたものであるが、本実施例では窪み部131bを設けるようにしている。
窪み部131bは突起部131aと同様に積極的にプラズマ発生個所を特定することができ、実施例7と同様の効果を得ることができる。なお、窪み部131bの設置場所は突起部131aの設置場所と同様とすればよい。

0070

以上のように、本発明にかかるバリア膜形成用内部電極は、成膜装置における内部電極の絶縁部材の落下を防止し、常に安定して容器のバリア膜を成膜することができる、ガスバリア性の良好な容器等の製造に用いて適している。

図面の簡単な説明

0071

第1の実施例にかかる成膜装置の概略図である。
第1の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略図である。
第2の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略図である。
第3の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略図である。
第4の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略図である。
第5の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略図である。
第6の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略図である。
第7の実施例にかかるバリア膜形成用内部電極の概略図である。
従来技術にかかる成膜装置の概略図である。

符号の説明

0072

100−1〜100−7内部電極
101ガス供給管
102ガス吹出し口
103絶縁部材
104オス部
105接着剤
106キャップ部材
120シール部
131プラズマ発生部
11 口部
12プラスチック容器
13外部電極
14排気管
16ガス吹き出し孔
17 内部電極
18高周波電源
G 媒質ガス

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