成膜装置

【課題】プラズマ処理対象となるプラスチック等の３次元中空容器に発生する変形を防ぐこと。
【解決手段】３次元中空容器を収納する空隙を設けた誘電体で構成される治具が内部に配置され前記３次元中空容器にプラズマ処理を行って成膜する処理槽と、前記処理槽内部にプラズマを発生させる為の高周波電源と、前記３次元中空容器内部にガス導入管を介してプロセスガスを供給するプロセスガス供給装置と、前記処理槽内部から排気を行う真空排気装置とを備え、
導電性を有する部品を前記治具の一部に配置し前記ガス導入管と接続して同電位にしたことを特徴とする成膜装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックや紙を原料としたプラスチックボトルや紙容器等の３次元中空容器の表面に高周波電源を使用してＰＥＣＶＤ法（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）でコーティングを行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス、金属、紙、プラスチック容器に代表される３次元中空容器は食品や医薬品など様々分野で一般的に利用されている。特にプラスチック容器に関しては、軽量、低コストといったメリットを生かし広く用いられるようになってきている。
【０００３】
３次元中空容器には様々な機能が要求されているが、プラスチック容器に対しては内容物保護の面から炭酸ガスや酸素に対するバリア性を持たせる要求がなされている。
【０００４】
このため、プラスチック容器に所定の物質をコーティングする技術が開発されてきている。このようなコーティング技術には、金属中空胴体内部にプロセスガスを注入したプラスチック等の３次元中空容器を配置して、金属中空胴体内に入力された高周波電力により発生したプラズマを利用して薄膜を成膜するものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のようにプラズマ対象容器が入る大きな金属筐体を外部電極として利用して、プラズマ対象容器の内側にプロセスガス導入管を接地した状態で内部電極として配置したプラズマを利用した容器処理装置では、プラズマ対象容器の形状によってはプラズマによる熱で容器が変形する事例があり、特に図６に示すように容器の胴回り寸法が開口部周辺で絞られたような形状では容器の肩部周辺で変形が発生しやすいといった問題があった。
【特許文献１】特開２０００−２３００６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は斯かる背景技術に鑑みてなされたもので、プラズマ処理対象となるプラスチック等の３次元中空容器に発生する変形を防ぐことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明において上記課題を解決するために、まず請求項１の発明では、３次元中空容器を収納する空隙を設けた誘電体で構成される治具が内部に配置され前記３次元中空容器にプラズマ処理を行って成膜する処理槽と、前記処理槽にプラズマを発生させる為の高周波電源と、前記３次元中空容器内部にガス導入管を介してプロセスガスを供給するプロセスガス供給装置と、前記処理槽内部から排気を行う真空排気装置とを備え、
導電性を有する部品を前記治具の一部に配置し前記ガス導入管と接続して同電位にしたことを特徴とする成膜装置としたものである。
【０００８】
また請求項２の発明では、
前記３次元中空容器はボトル形状であり、
前記導電性を有する部品は前記３次元中空容器の肩部全体又はその一部を取り囲んで配置されたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置としたものである。
【０００９】
また請求項３の発明では、
前記導電性を有する部品の材質はアルミニウムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置としたものである。
【００１０】
また請求項４の発明では、
前記３次元中空容器はプラスチック容器であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の成膜装置としたものである。
【００１１】
また請求項５の発明では、
前記プラスチック容器がポリエチレンテレフタレートを使用した容器であることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置としたものである。
【００１２】
［作用］
本発明は、成膜対象となるプラスチック等の３次元中空容器を固定する冶具の一部に導電性を有する部品を使用してガス導入管と同電位となるように電気接続することにより、プラズマの発生状態を調整して、その３次元中空容器の変形を抑える作用がある。その作用を、以下に詳しく説明する。
【００１３】
プラスチック等の３次元中空容器にプラズマ処理を施した場合に発生する容器の変形は、容器内部で発生したプラズマガスが容器内面に熱エネルギーを与えて容器が過熱されることが原因となっている。
【００１４】
ガス導入管から排出されたプロセスガスはプラズマガスとなり成膜対象となるプラスチック等の３次元中空容器の開口部より排出される。容器の胴回りに対して開口部を絞った形状の容器の場合、開口部周辺にプラズマガスが集中するため容器肩部周辺は発熱しやすい。
【００１５】
そこで本発明では、容器変形が発生しやすい箇所に導電部品を配置してアース側となるガス導入管に電気的に接続することにより、容器変形が発生し易い箇所のプラズマの発生状態を制御して容器の変形を防ぐことを可能にした。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、プラズマ処理対象となるプラスチック等の３次元中空容器に発生する変形を防ぐことが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の最良の一実施形態を具体的に説明する。
【００１８】
まず本実施形態の成膜装置の元となる従来の成膜装置について説明する。
【００１９】
この従来の成膜装置では、図１〜３に示すように、形状の異なるプラスチック等の３次元中空容器（８）が入る大きさの外形を備えた金属空洞筐体（１）と金属蓋（２）とは、外部電極として使用されるために整合装置（３）を介して高周波電源（４）に接続されている。対向電極として使用されるガス導入管（５）と金属支持筐体（６）とは接地されており、金属空洞筐体（１）及び金属蓋（２）とは誘電体部品３（７）によって絶縁されている。尚、誘電体部品３（７）は、テフロン（登録商標）、ポリエチレンテレフタレート（以後ＰＥＴと記載する）、セラミック等の誘電体材料を加工したものである。
【００２０】
また図１〜３に示すように、プラズマ処理対象となるプラスチック等の３次元中空容器（８）と金属空洞筐体（１）との間に出来た空間には、テフロン（登録商標）、ＰＥＴ、
セラミック等の誘電体材料を加工した誘電体部品１（９）及び誘電体部品２（１０）が配置される。この結果、金属空洞筐体（１）、金属蓋（２）、金属支持筐体（６）、誘電体部品１（９）、誘電体部品２（１０）、誘電体部品３（７）から構成されるプラズマ処理槽が形成される。また、誘電体部品１（９）、誘電体部品２（１０）、誘電体部品３（７）から、成膜対象の３次元中空容器が収納出来る空隙を設けた誘電体で構成される治具が形成される。誘電体部品１（９）及び誘電体部品２（１０）は、プラスチック等の３次元中空容器（８）の形状に合わせて加工されており、容器の形状が変更された場合にそれぞれの容器に合わせた形状の部品を選択され使用される。
【００２１】
また、プラスチック等の３次元中空容器（８）を固定する冶具は誘電体部品２（１０）であって、図３に示すようにプラスチック等の３次元中空容器（８）開口部の端面や外周部の凹凸部分の端面部分が誘電体部品２（１０）と接触することによりプラズマ処理槽内部に固定される。それ以外の箇所は容器の交換等の作業を行いやすくするために周囲の部品とは接触せず適当な間隙が空けられている。
【００２２】
本発明の成膜装置は、この従来の成膜装置に、図４又は５に示すように、誘電体部品１（９）、誘電体部品２（１０）それぞれの代わりに誘電体部品４（１１）、誘電体部品５（１２）を配置し、導電体部品１（１３）又は導電体部品２（１４）を、プラスチック等の３次元中空容器（８）と誘電体部品５（１２）の間に挟むように挿入してガス導入管（５）又は金属支持筐体（６）に電気的に接続する改良を施したものである。それ以外の箇所は従来と同様に容器の交換等の作業を行いやすくするために、容器と周囲の部品とは接触せず適当な間隙が空けられている。導電体部品１（１３）及び導電体部品２（１４）の材質は特に放熱性を考慮してアルミニウムを加工した物がより望ましい。尚、誘電体部品５（１２）も、テフロン（登録商標）、ＰＥＴ、セラミック等の誘電体材料を加工したものである。
【００２３】
以後、本実施形態の成膜装置を詳細に説明する。
【００２４】
図４に示す本実施形態の一例では、金属空洞筐体（１）、金属蓋（２）、金属支持筐体（６）、誘電体部品４（１１）、誘電体部品５（１２）、誘電体部品３（７）、導電体部品１（１３）から、プラズマ処理槽が形成される。また図５に示す本実施形態の一例では、金属空洞筐体（１）、金属蓋（２）、金属支持筐体（６）、誘電体部品４（１１）、誘電体部品５（１２）、誘電体部品３（７）、導電体部品２（１４）から、プラズマ処理槽が形成される。また図４又は５に示す本実施形態の何れの例でも、誘電体部品４（１１）、誘電体部品５（１２）、誘電体部品３（７）から、成膜対象の３次元中空容器が収納出来る空隙を設けた誘電体で構成される治具が形成される。
【００２５】
ここで、図７に、導電体部品１（１３）の形状の一例を示す。また、図８に、導電体部品２（１４）の形状の一例を示す。
【００２６】
図７に示す形状の一例では、ガス導入管（５）に直接固定する配置となるために、導電体部品１（１３）の底面に排気用の貫通穴を多数設け排気穴とする。また底面中央部にガス導入管（５）の直径に等しい穴を空けてガス導入管（５）と導電体部品１（１３）とが接触した状態にする。固定が不十分な場合は必要に応じてガス導入管（５）と導電体部品１（１３）とにネジ加工等を施す方法により固定をする。
【００２７】
図８に示す形状の一例では、導電体部品２（１４）とガス導入管（５）とは直接接触しないため３次元中空容器（８）の開口部からの排気ガスはそのまま導電体部品２（１４）の下部に設けた穴から排出される。導電体部品２（１４）の底部をネジ等で金属支持筐体（６）に固定して接地される。
【００２８】
ガス導入管（5）と導電体部品１（１３）又は導電体部品２（１４）とは接地され同電位となるために、導電体部品１（１３）又は導電体部品２（１４）に囲まれた３次元中空容器の部分には、電気エネルギーは供給されない。しかし実際にはプラズマガスが容器開口部に向かって流れているため、プラズマをある程度残した状態で導電体部品１（１３）又は導電体部品２（１４）に囲まれた部分を通過する。
【００２９】
整合装置（３）はプラズマ発生時の反射電力を抑える目的で設置され、高周波電源（４）はプラズマ処理対象容器毎に２００〜４００W程度の電力供給が行える能力を有する物を使用する。１つの電源で複数のプラズマ処理槽に電力を供給する場合は、並列に接続した処理槽の数に見合う能力を有する電源を準備する必要がある。高周波電源（４）の電源周波数の一例としては工業用電源である１３．５６ＭＨｚ等の物を使用することが可能である。
【００３０】
プラスチック等の３次元中空容器（８）は金属空洞筐体（１）の内部に挿入され金属蓋（２）が閉められる。プラズマ処理槽内部は真空排気装置（図示せず）により処理槽内の気体は瞬時に吸引され、その内部を１．５Ｐａ（パスカル）以下の減圧環境を保つ。その後プラズマ処理対象のプラスチック等の３次元中空容器（８）内面にバリア性の薄膜コーティングを行うための原料ガスを、プロセスガス供給装置（図示せず）からガス導入管（５）を介して供給する。
【００３１】
原料ガスは、主ガスとしてヘキサ・メチル・ジ・シロキサン（以下ＨＭＤＳＯと記載）またはテトラ・メチル・ジ・シロキサンなどを用いることが可能であり、サブガスとして酸素、窒素といったものが用いられる。上記のガスを使用して形成される薄膜は、いわゆるセラミック層ＳｉＯｘＣｙ（ｘ＝１〜２．２、ｙ＝０．３〜３）を主成分とするものである。
【００３２】
原料ガスの供給を行いながら高周波電源（４）により電力を供給しプラズマ処理槽内部にプラズマを発生させ、プラスチック等の３次元中空容器（８）内面に薄膜形成を行う。
【実施例】
【００３３】
本装置によるプラズマ処理を行う容器はプラスチック等の３次元中空容器を対象としている。ここではポリエチレンテレフタレート等のポリエステル材料を原料とした容量５００ｍｌ平均肉厚０．５ｍｍの四角柱の形状をしたＰＥＴボトル容器（８）を対象にＰＥＣＶＤ法により容器内面に薄膜を成膜した場合のプラズマガスによる変形防止効果について実施例を以下に示す。
【００３４】
実施例の実験装置は、上記プラズマ処理槽を上記実施形態の成膜装置のように構成し、このプラズマ処理槽を４台並列に整合装置（３）を介して高周波電源（４）に接続したもので、金属空洞筐体（１）の内径は１００ｍｍである。誘電体部品３（７）及び誘電体部品４（１１）の材質はテフロン（登録商標）を使用、誘電体部品５（１２）についてはＰＥＴ材を加工した物を使用した。導電体部品はアルミニウム材を開口部の直径に合わせてリング状に加工した物を使用した。
【００３５】
比較例の実験装置は、導電体部品を使用せず、誘電体部品４（１１）、誘電体部品５（１２）それぞれの代わりに誘電体部品１（９）、誘電体部品２（１０）を使用して、プラズマ処理槽を上記従来の成膜装置のように構成したこと以外実施例の実験装置と同じである。尚、誘電体部品１（９）の材質はテフロン（登録商標）を使用、誘電体部品２（１０）についてはＰＥＴ材を加工した物を使用した。
【００３６】
プラズマ処理条件は原料ガスＨＭＤＳＯを流量１０ｍｌ／分にて、かつ酸素の流量を５０ｍｌ／分にて注入してＰＥＴボトル容器（８）内の真空度を１５Ｐａ前後の真空圧力に調整した状態において、高周波電源（４）によりプラズマ処理槽あたり、実施例１及び比較例１では２８０Ｗ、実施例２及び比較例２では３２５Ｗにて電力供給を約１０秒間行い、ＰＥＴボトル容器（８）に変形が発生していないか目視による確認を行った。
【００３７】
以下に、各実施例及び各比較例に共通する条件を列挙する。
【００３８】
＜共通条件＞
高周波電源の周波数：１３．５６ＭＨｚ。
対象容器：５００ｍｌのＰＥＴボトル。
プラズマ処理槽接続台数：４台。
【００３９】
以下に、各実施例及び各比較例ごとに異なる条件を列挙する。
【００４０】
＜実施例１＞
プラズマ処理回数：１０回。
入力電力：１１２０Ｗ（各２８０Ｗ）。
【００４１】
＜実施例２＞
プラズマ処理回数：１０回。
入力電力：１３００Ｗ（各３２５W）。
【００４２】
＜比較例１＞
プラズマ処理回数：５回。
入力電力：１１２０Ｗ（各２８０Ｗ）。
【００４３】
＜比較例２＞
プラズマ処理回数：５回。
入力電力：１３００Ｗ（各３２５W）。
【００４４】
実施例１、２においては、ＰＥＴボトル（８）内部にプラズマの発生が確認され、ＰＥＴボトル容器（８）にはいずれも容器の変形は確認されなかった。
【００４５】
比較例１、２においては、ＰＥＴボトル容器（８）の肩部分にプラズマの熱が原因と思われる容器変形が確認された。
【００４６】
以下の表１に、各実施例及び各比較例ごとに各処理槽におけるプラスチック容器変形の発生件数を示す。
【００４７】
［表１］
処理槽１処理槽２処理槽３処理槽４
実施例１なしなしなしなし
実施例２なしなしなしなし
比較例１なし１件なしなし
比較例２２件４件２件３件
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】改良前の従来の成膜装置の縦断面図。
【図２】図１の成膜装置で金属蓋を外し上から見た横断面図。
【図３】図１の成膜装置の拡大縦断面図。
【図４】本実施形態の一例の縦断面図。
【図５】本実施形態のもう一例の縦断面図。
【図６】３次元中空容器の形状の一例を示す投影図。
【図７】図４における導電体部品１（１３）の形状の一例を示す斜視図。
【図８】図５における導電体部品２（１４）の形状の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００４９】
（１）…金属空洞筐体
（２）…金属蓋
（３）…整合装置
（４）…高周波電源
（５）…ガス導入管
（６）…金属支持筐体
（７）…誘電体部品３
（８）…３次元中空容器
（９）…誘電体部品１
（１０）…誘電体部品２
（１１）…誘電体部品４
（１２）…誘電体部品５
（１３）…導電体部品１
（１４）…導電体部品２

【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元中空容器を収納する空隙を設けた誘電体で構成される治具が内部に配置され前記３次元中空容器にプラズマ処理を行って成膜する処理槽と、前記処理槽にプラズマを発生させる為の高周波電源と、前記３次元中空容器内部にガス導入管を介してプロセスガスを供給するプロセスガス供給装置と、前記処理槽内部から排気を行う真空排気装置とを備え、
導電性を有する部品を前記治具の一部に配置し前記ガス導入管と接続して同電位にしたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記３次元中空容器はボトル形状であり、
前記導電性を有する部品は前記３次元中空容器の肩部全体又はその一部を取り囲んで配置されたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記導電性を有する部品の材質はアルミニウムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記３次元中空容器はプラスチック容器であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記プラスチック容器がポリエチレンテレフタレートを使用した容器であることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。

【図１】