JP2002155369A - プラスチック構造物への薄膜成膜方法 - Google Patents

プラスチック構造物への薄膜成膜方法

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JP2002155369A
JP2002155369A JP2000349230A JP2000349230A JP2002155369A JP 2002155369 A JP2002155369 A JP 2002155369A JP 2000349230 A JP2000349230 A JP 2000349230A JP 2000349230 A JP2000349230 A JP 2000349230A JP 2002155369 A JP2002155369 A JP 2002155369A
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plastic structure
thin film
electrode
cylindrical
electrodes
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Takeyuki Matsuoka
建之 松岡
Toshiaki Kakemura
敏明 掛村
Hiroto Kashima
浩人 鹿島
Manabu Tsujino
学 辻野
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Toppan Inc
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Toppan Printing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、円筒形状のプラスチック構造物にプ
ラズマ化学蒸着法により均一な薄膜を形成するための薄
膜成膜方法の提供を目的とする。 【解決手段】内側が円筒形状の外部電極と、この外部電
極内に配置された内側が円筒形状の内部電極の間に円筒
形状のプラスチック構造物を回転可能な状態で設置し、
円筒形状のプラスチック構造物の成膜される表面とそれ
に対抗する電極との間にモノマーガスを供給し、しかる
後円筒形状のプラスチック構造物を回転させながら前記
電極間に高周波を印加し、プラスチック構造物の所望表
面に薄膜を成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は円筒形状のプラスチ
ック構造物にプラズマ化学蒸着法(CVD法)により均
一な薄膜を成膜するための薄膜成膜方法に関する。
【0002】
【従来の技術】プラスチック構造物は、その成形の容易
性や軽量性、さらには低コストである点等の種々の特性
から、様々な分野において広く使用されている。しかし
ながら、プラスチック構造物は、酸素や二酸化炭素、水
蒸気のような低分子ガスを透過する性質や、低分子成分
が内部に吸着してしまうという性質、または低分子成分
が溶出してしまうという性質を有しており、用途が限定
されたり、使用状況が制限される等の問題点が多々あ
る。例えば、プラスチック製真空採血管などにおいては
これらの問題をかかえており、改善が求められていた。
【0003】これらの諸問題を解決するためにいろいろ
な方策がとられているが、どれもがちがう問題を抱えて
おり、完全に解決することができていない。例えば、プ
ラスチック構造物のガス透過性を低減する方法の1つと
して複数のプラスチック材料を積層する方法がある。一
般的には、ガス透過性の小さい材料と少なくとももう1
種類の材料を組み合わせる方法が取られるのであるが、
この方法では容器の成形工程が比較的複雑となり、製造
費用も高いといった問題を抱えている。また、上述の問
題を解決するためにシリコーンなどをスプレーコーティ
ングする例もあるが、これもコストが問題となってい
る。
【0004】一方、近年、プラスチック構造物にプラズ
マCVD法を用いて成膜を行う技術が知られてきてい
る。例えば特開平8−53117号公報に示されている
ように、容器の外形とほぼ相似形の中空状の外部電極
と、容器とほぼ相似形の内部電極の間に容器を設置して
成膜を行う方法、また特開平8−175528号公報に
示されているように、外部電極と内部電極を共に容器の
表面からほぼ一定の距離に配置して成膜を行う方法等が
知られている。しかし、これらの方法は真空度を高く
し、比較的大きな空間にプラズマを生成させて成膜を行
うものであった。これらと同様の方法で小さい容器に薄
膜をを成膜しようとするとプラズマが1カ所に集中する
場合があり、均一な薄膜が成膜しにくかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
状況に鑑みなされたものであり、円筒形状のプラスチッ
ク構造物の所望表面に、プラズマCVD法により、ガス
バリア性に優れ、低分子成分の吸着を抑え、低分子成分
の溶出を防ぐ薄膜を、均一にしかもコスト的にも安価に
成膜可能なプラスチック構造物への薄膜成膜方法の提供
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するためになされたものであり、請求項1に記載の
プラスチック構造物への薄膜成膜方法は、内側が円筒形
状の外部電極と外側が円筒形状の内部電極とを、内部電
極が外部電極内に位置するように、しかもそれぞれの中
心軸が一致するように配置し、さらにこれらの各電極間
には円筒形状のプラスチック構造物をその中心軸を前記
した電極のそれぞれの中心軸と一致させ、かつ回転可能
な状態で設置した後、円筒形状のプラスチック構造物の
成膜される表面とそれに対向する電極の間にモノマーガ
スを供給し、しかる後円筒形状のプラスチック構造物を
回転させながら前記電極間に高周波を印加し、プラスチ
ック構造物の所望表面に薄膜を成膜することを特徴とす
る。
【0007】また、請求項2に記載のプラスチック構造
物への薄膜成膜方法は、請求項1に記載のプラスチック
構造物への薄膜成膜方法において、電極とプラスチック
構造物間のプラズマが発生する領域がプラスチック構造
物の薄膜を成膜する面から10mm以下のところにあ
り、成膜時のモノマーガスの圧力が1〜100Paであ
ること特徴とする。
【0008】さらにまた、請求項3に記載のプラスチッ
ク構造物への薄膜成膜方法は、請求項1または請求項2
に記載のプラスチック構造物への薄膜成膜方法におい
て、プラスチック構造物を回転させる回転数は、0.5
回転/秒以上であることを特徴とする。
【0009】さらにまた、請求項4に記載のプラスチッ
ク構造物への薄膜成膜方法は、請求項1ないし請求項3
のいずれか1項に記載のプラスチック構造物への薄膜成
膜方法において、外部電極を高周波電極、内部電極をア
ース電極とし、プラスチック構造物内部にモノマーガス
を供給し、プラスチック構造物の内面に薄膜を成膜する
ことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照にして説明する。
【0011】プラスチック構造物の内面に薄膜を成膜す
るときの状態を示す概略断面説明図を図1に示す。図
中、1と2はそれぞれ外部電極と内部電極を示してい
る。外部電極1はその内面の形状が円筒状になってお
り、内部電極2はその外側の形状が円筒状になってい
る。そしてこれらは、内部電極2が外部電極内1に位置
するように、しかもそれぞれの中心軸が一致するように
配置してある。また、これらの各電極1、2間には円筒
形状のプラスチック構造物3がその中心軸が前記した各
電極の中心軸とも一致するように、かつ回転可能な状態
で絶縁物からなるセット部材4にセットしてある。要す
るにセット部材4は薄膜を成膜する円筒形状のプラスチ
ック構造物3を保持し回転する機構(図示せず)を有し
ており、そこに保持されていたプラスチック構造物3は
両電極1、2との間にその周縁を位置させつつ回転軸を
中心に回転するようになっている。従って、回転中には
このプラスチック構造物の周縁と両電極との距離は常に
一定に保たれるようになっている。
【0012】一方、5はゲート(排気口)であり、図示
しない吸引ポンプと繋がっていて、ここから真空引きが
できるようになっている。また、プラスチック構造物の
中心部に配置された内部電極2の先端部からは供給ガス
であるモノマーガスがプラスチック構造体3内に供給さ
れるようになっている。
【0013】以上のような構成の装置を使用し円筒形状
のプラスチック構造物に薄膜を成膜する場合、まず円筒
形状のプラスチック構造物3をゴム、金属等からなるセ
ット部材4に回転軸とプラスチック構造物3の中心軸が
一致するようにセットする。
【0014】プラスチック構造物の材質は特に限定は無
く、ポリエチレンテレフタレート樹脂をはじめ、ポリエ
チレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、
ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、ナ
イロン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体のケン化物
樹脂等を用いることができるが、成形性、透明性、経済
性の面からポリエチレンテレフタレート樹脂が特に好ま
しい。
【0015】次に、ゲート5を介して外部電極1内の空
気を排気し、真空にした後、モノマーガスを供給する。
このときの外部電極2内の圧力は1〜100Paの範囲
内で一定に保つようにする。
【0016】供給するモノマーガスの例を挙げると、珪
素酸化物を主成分とする薄膜を形成させるためには、モ
ノマーとして、1,1,3,3,−テトラメチルジシロ
キサン、ヘキサメチルジシロキサン、ビニルトリメチル
シラン、メチルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシ
ラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラ
ン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラ
ン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシ
ラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、
フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラ
ン、オクタメチルシクロテトラシロキサン等を用いるこ
とができる。
【0017】さらに、反応ガスとして酸素、二酸化炭素
等を混合しても良い。また、キャリアガスとしてアルゴ
ン、ヘリウムなどを混合することもできる。また、ダイ
アモンド状炭素膜を形成するためには、モノマーとして
脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、含酸素炭化水素
類、含窒素炭化水素類などが使用される。具体的には、
ベンゼン、トルエン、O−キシレン、m−キシレン、シ
クロヘキサンなどを用いる。
【0018】モノマーガスを供給した外部電極1内が一
定圧力に保たれるようになったら、プラスチック構造物
3をセット部材4を介して回転させつつ、外部電極1と
内部電極2との間に高周波を印加し、プラスチック構造
物3内に存在するモノマーガスをプラズマ化することに
より、プラスチック構造物3の内面に均一な薄膜を成膜
する。
【0019】この際、電極とプラスチック構造物間のプ
ラズマが発生する領域は10mm以下とし、成膜時の圧
力は1〜100Paとする。このような圧力で成膜がき
れば、成膜前の排気時間の短縮化が図れ、安価な装置構
成にすることができるようになる。また、プラスチック
構造物を回転させなながら成膜を行えば、プラズマ発生
領域を拡げることなく所期の薄膜を形成することが可能
となる。
【0020】薄膜成膜時のプラスチック構造物3の回転
数は、例えば電極とプラスチック構造物間のプラズマの
発生する領域が10mm以下で、成膜時のガス圧を1〜
100Pa、ガス流量を1〜500ml/minとし、
高周波出力を20〜500wとした場合には、0.5回
転/秒以上とすると均一な薄膜を成膜することができて
好ましい。特に、0.5〜100回転/秒の範囲で設定
することが好ましい。このような状態でプラスチック構
造物を回転させると、たとえ成膜中にプラズマが一ヶ所
に集中したとしても、プラスチック構造物の成膜する表
面全体が均一にプラズマに曝されることになり、より均
一な薄膜が形成できることになる。
【0021】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。
【0022】<実施例1>図2に示すように、内側が円筒
形状を成す外部電極1を高周波電極とし、この外部電極
1中に断面形状が円形の円筒形状のプラスチック構造物
3を絶縁物からなるセット部材14にセットし、さらに
プラスチック構造物3内部に外側が円筒形状の内部電極
2をアース電極として挿入した。このとき、外部電極1
と内部電極2のそれぞれの中心軸はセット部材14の回
転軸と一致するようにした。外部電極1の内径は20m
mで、内部電極2の外径は6mmであった。また、プラ
スチック構造物3の内径、内面側高さ、胴部肉厚はそれ
ぞれ14mm、98mm、0.9mmであった。次に、
ゲート5を介して外部電極2内を真空ポンプ(図示せ
ず)で減圧し、真空にした。さらに、内部電極2の先端
よりプラスチック構造物3の内部にヘキサメチルジシロ
キサンを2ml/min(0℃、101.325kP
a)および酸素ガスを50ml/min(0℃、10
1.325kPa)の割合で供給した。ガスを流した状
態で真空ポンプにより外部電極内を10Paの一定圧力
に保った。続いて、プラスチック構造物3を200rp
mで回転させながら電極間に高周波を20秒間印加し
た。プラスチック構造物の内面には珪素酸化物の薄膜が
被服されていた。プラスチック構造物の内面に成膜され
た薄膜の膜厚分布を4ヶ所測定すると20、22、2
1、21(nm)であり、均一な膜厚を示していた。得
られたプラスチック構造物の1パッケージ当たりの酸素
透過量は0.025fmol/(pkg・s・Pa)で
あり、薄膜を形成しなかったプラスチック構造物(1パ
ッケージ当たりの酸素透過量0.250fmol/(p
kg・s・Pa))と較べ、10倍のバリア性を示して
いた。
【0023】<比較例1>実施例1と同様の装置構成と
し、プラスチック構造物は回転させずに成膜を行った。
成膜を行ったプラスチック構造物の1パッケージ当たり
の酸素透過量を測定すると0.200fmol/(pk
g・s・Pa)であり、バリア性を向上させることはで
きなかった。また、プラスチック構造物に成膜された薄
膜の膜厚を4ヶ所で測定し、膜厚の分布状態をみた。膜
厚はそれぞれ10、2、12、30(nm)であり、不
均一な成膜状態であった。
【0024】<比較例2>実施例1と同様の装置構成と
し、プラスチック構造物の回転数を20rpmとして成
膜を行った。成膜を行ったプラスチック構造物の1パッ
ケージ当たりの酸素透過量を測定すると0.150fm
ol/(pkg・s・Pa)であり、バリア性を大幅に向
上させることはできなかった。また、プラスチック構造
物に成膜された薄膜の膜厚を4ヶ所で測定し、膜厚の分
布状態をみた。膜厚はそれぞれ18、10、35、1
(nm)であり、不均一な成膜状態であった。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、円筒形状のプラスチッ
ク構造物の所望表面に、プラズマCDV法により、ガス
バリア性があり、低分子有機化合物の吸着を抑え、低分
子成分の溶出を防ぐ均一な薄膜を短時間で、かつ安価に
成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラスチック構造物の内面に薄膜を成膜をする
ときの状態の一例を示す概略断面説明図である。
【図2】プラスチック構造物の内面に薄膜を成膜すると
きの状態の他の例を示す概略断面説明図である。
【符号の説明】
1・・・外部電極 2・・・内部電極 3・・・プラスチック構造物 4、14・・・セット部材 5・・・ゲート
フロントページの続き (72)発明者 辻野 学 東京都台東区台東1丁目5番1号 凸版印 刷株式会社内 Fターム(参考) 4D075 BB49Y BB56X BB85Y CA42 DA15 DB31 DC30 4K030 AA24 BA61 CA07 CA15 GA05 JA03 JA09 JA12 KA16 KA30 LA01 LA24

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内側が円筒形状の外部電極と外側が円筒形
    状の内部電極とを、内部電極が外部電極内に位置するよ
    うに、しかもそれぞれの中心軸が一致するように配置
    し、さらにこれらの各電極間には円筒形状のプラスチッ
    ク構造物をその中心軸を前記した電極のそれぞれの中心
    軸と一致させ、かつ回転可能な状態で設置した後、円筒
    形状のプラスチック構造物の成膜される表面とそれに対
    向する電極の間にモノマーガスを供給し、しかる後円筒
    形状のプラスチック構造物を回転させながら前記電極間
    に高周波を印加し、プラスチック構造物の所望表面に薄
    膜を成膜することを特徴とするプラスチック構造物への
    薄膜成膜方法。
  2. 【請求項2】電極とプラスチック構造物間のプラズマが
    発生する領域がプラスチック構成物の薄膜を成膜する面
    から10mm以下のところにあり、成膜時のモノマーガ
    スの圧力が1〜100Paであること特徴とする請求項
    1に記載のプラスチック構造物への薄膜成膜方法。
  3. 【請求項3】プラスチック構造物の回転数は、0.5回
    転/秒以上であることを特徴とする請求項1または請求
    項2に記載のプラスチック構造物への薄膜成膜方法。
  4. 【請求項4】外部電極を高周波電極、内部電極をアース
    電極とし、プラスチック構造物内部にモノマーガスを供
    給し、プラスチック構造物の内面に薄膜を成膜すること
    を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に
    記載のプラスチック構造物への薄膜成膜方法。
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