JP2004269931A - ガスバリア性合成樹脂製容器の製造装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＬＣ膜５を成膜されたＰＥＴボトル１が、所望のガスバリア性を有しているかを成膜装置１０における成膜処理の状態で画一的に判断するガスバリア性合成樹脂製容器の製造装置。
【解決手段】外部電極２０は、前記容器１の内部のプラズマによる発光量を検出する検出手段５０を備えている。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスバリア性合成樹脂製容器の成膜装置及びその成膜方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
合成樹脂製容器は、ポリ・エチレン・テレフタレート製の容器いわゆるＰＥＴボトルによって特に飲料用の容器として広く普及している。しかしながら、もっとも普及しているＰＥＴボトルにあってもガスバリア性については、ガラス容器やアルミニウム缶などの性能に大きく及ばない。ガスバリア性を要求する内容物、例えばビールなどの容器にＰＥＴボトルなどの合成樹脂製容器が用いられることはほとんどなかった。
【０００３】
このような合成樹脂製容器のガスバリア性能を向上させる手段として最近注目されているのが、真空中の放電を利用したＣＶＤ（化学気層成長）コーティング技術である。合成樹脂製容器特にＰＥＴボトルのガスバリア性を格段に向上させるＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）膜をＰＥＴボトル壁面に蒸着させる技術がある（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２７８８４１２号公報（第４−７頁、図１−４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなガスバリア性が求められるＰＥＴボトルにＤＬＣ膜を蒸着させた場合、必要とされるガスバリア性能を満たしているかどうかが重要である。しかしながら、ガスバリア性を有するＰＥＴボトルを量産する際には、生産されたＰＥＴボトルの全てのガスバリア性を検査することは、不可能である。そこで、ＤＬＣ膜を成膜されたＰＥＴボトルが、所望のガスバリア性を有しているかを成膜装置における成膜処理の状態で画一的に判断することが望まれている。
【０００６】
また、複数の処理室を有する量産型の成膜装置においては、各処理室での成膜状況を確認することが望まれている。
【０００７】
本発明者は、成膜処理中のプラズマの発光量と、成膜の良否との間に、ある程度の関連があることが経験的に確かめられたので、これを利用する手段を考えるに至った。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の一態様のガスバリア性合成樹脂製容器の製造装置は、ネック部と、該ネック部に続く円筒状の胴部と、該胴部を閉塞する底部と、を有する合成樹脂製の容器の内壁に、プラズマによる薄膜を成膜する装置において、
前記容器を収容する中空状の外部電極と、
前記外部電極に接続された高周波電源と、
前記容器の内部であって、前記容器の縦軸方向に延在する内部電極と、
前記外部電極によって形成される処理室内と前記容器内を排気する排気手段と、
前記容器の内部に原料ガスを供給する供給手段と、を有し、
前記外部電極は、前記容器の内部のプラズマによる発光量を検出する検出手段を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様によれば、容器を収容する外部電極に備えられた検出手段によって、被処理体である容器の内部におけるプラズマの状態を発光量によって検出することができるので、ガスバリア性合成樹脂製容器の製造装置内で容器の良否判別を行うことができる。したがって、製造装置から容器が排出された直後に不良品としてライン外へ取り出すことも可能であり、容器のそれぞれについてガスバリア性の試験を行うことなく、良否判別することが可能になる。
【００１０】
ここで、前記検出手段は、光学センサであって、
前記光学センサは、受光部を前記容器の胴部に対向して配置され、
前記受光部は、前記容器の胴部を透過したプラズマによる発光量を検出することができる。
【００１１】
このような構成とすることで、容器毎にほとんどバラツキの無い厚さであって、薄肉に形成される前記容器の胴部に対向して受光部を配置させることで、容器内部のプラズマによる発光量を確実に検出することができる。
【００１２】
さらに、前記検出手段は、前記外部電極の内壁面に設けられた検出窓を通して発光量を検出するものであり、前記検出窓の開口径は、２ｍｍ以下であることを特徴とすることができる。
【００１３】
このような構成とすることで、前記検出窓の開口径は、２ｍｍ以下であると、前記検出窓による容器の壁部へのＤＬＣ膜の蒸着状態を変化させることが無いため、外観上の不具合もガスバリア性の低下もない。
【００１４】
ここで、前記検出手段は、前記外部電極の内壁面と外部とを連通して形成された貫通孔に設けられ、
前記貫通孔は、前記外部電極の内壁面に設けられた検出窓と、該検出窓よりも大きい内径を有する検出手段取付部と、を有し、
前記検出手段取付部には、前記外部電極と気密に保持された透明板が設けられ、前記検出手段は、該透明板を通して容器内のプラズマによる発光量を検出することができる。
【００１５】
このような構成とすることで、前記検出手段取付部において、外部電極内の真空度を低下させること無く、容器内のプラズマによる発光量を検出することができる。
【００１６】
本発明の一態様のガスバリア性合成樹脂製容器の製造方法によれば、ネック部と、該ネック部に続く円筒状の胴部と、該胴部を閉塞する底部と、を有する合成樹脂製の容器の内壁に、プラズマによる薄膜を成膜する方法において、
前記容器を収容する中空状の外部電極によって形成される処理室内と前記容器内を排気する排気工程と、
前記容器の内部に原料ガスを供給するガス供給工程と、
前記外部電極に接続された高周波電源から高周波を出力して、前記外部電極と前記容器内に配置された内部電極との間でプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、を有し、
このような構成とすることで、前記プラズマ発生工程の間、前記外部電極に備えられた検出手段によって前記容器の内部のプラズマによる発光量を検出する工程を有することを特徴とすることができる。
【００１７】
ここで、前記プラズマによる発光量が、あらかじめ設定された発光量の範囲を逸脱した場合、当該プラズマ発生工程によって製造された前記容器を不良品と判別する工程を有することができる。
【００１８】
このような構成とすることで、あらかじめ良品と判定する発光量の範囲を設定することで、プラズマ発生工程で検出された発光量に基づいて、容器の良否判別をすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態に係るガスバリア性合成樹脂製容器を示す正面図である。図２は、本発明の一実施の形態に係る合成樹脂製容器の成膜装置の断面図である。図３は、センサの取付け状態を示す図２の部分拡大図である。
【００２１】
（ガスバリア性合成樹脂製容器の説明）
本発明の一実施の形態にかかる合成樹脂製の容器１は、例えば、ポリ・エチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）製のいわゆるＰＥＴボトルであり、図１に示すように、キャップを装着するためのねじを有するネック部２と、内容物を収容する円筒状の胴部３と、胴部３の下端を閉塞しかつ容器１を自立させるための接地部を有する底部４と、を有している。
【００２２】
容器１を構成する合成樹脂材料としては、ポリ・エチレン・テレフタレート樹脂のように容器１内の光を透過する程度に透明性を有する材料であれば、例えばポリ・エチレン・ナフタレート樹脂、ポリ・ブチレン・テレフタレート樹脂、アクリロニトリル樹脂、アクリロニトリル・スチレン樹脂、ポリ・アミド樹脂、ポリ・カーボネート樹脂、ポリ・プロピレン樹脂、ポリ・エチレン樹脂などを用いて本発明を実施することができる。
【００２３】
容器１の少なくとも胴部３と底部４の内壁面は、図１の部分断面図に示すように、ＣＶＤによって成膜されたＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）膜５によってコーティングされている。ネック部２は、胴部３に比べて厚肉であり、キャップ部も装着されることから、内壁面をＤＬＣ膜５によってコーティングされなくてもよいが、本実施の形態ではネック部２の内壁面もＤＬＣ膜５によってコーティングされている。このように、容器１の内壁面をＤＬＣ膜５によってコーティングされることにより二酸化炭素や酸素などの透過性、いわゆるガスバリア性が向上し、ビールなどの炭酸飲料や内容物の酸化を防止したい医薬品などに有用である。
【００２４】
このようなガスバリア性を有する合成樹脂製の容器１は、容器１をあらかじめ成形し、図２に示す成膜装置１０によって容器１の内壁面にＤＬＣ膜５をコーティングすることによって得られる。容器１の成形方法は、射出成形した試験管状のプリフォームを二軸延伸ブロー成形する方法が最も好ましいが、押出ブロー成形やインジェクションブロー成形によって成形してもよい。
【００２５】
（成膜装置及び成膜方法の説明）
図１に示す容器１は、例えば、図２に示されるように、倒立状態で成膜装置１０の中空の処理室３０内に配置され、ＤＬＣ膜５を成膜される。成膜装置１０は、容器１を覆うように形成された有底円筒状の外部電極２０と、外部電極２０に接続されたマッチングボックス２４及び高周波電源２５と、容器１の内側に延在する接地された内部電極４０と、を有する。また、成膜装置１０は、容器１のネック部２を載置させ、容器１と外部電極２０とを絶縁する絶縁部材２６を有する。絶縁部材２６は、容器１及び外部電極２０内を真空にするための排気用開口部２８と、コーティングの原料ガスを容器１内に導入するための導入用開口部２８と、を有している。
【００２６】
外部電極２０は、絶縁部材２６に固定された円筒状の第１の外部電極２１と、第１の外部電極２１に対し昇降可能な第２の外部電極２２と、を有している。このような構成とすることで、外部電極２０を昇降させて容器１を取り出す場合、第２の外部電極２２が容器１と上下方向に干渉しない位置まで上昇し、さらに容器１を上方へ抜き出す際に干渉しない横方向へ移動させることで、外部電極２０の昇降距離を約半分に減らすことができるので、成膜装置１０の全高を低く抑えることができる。
【００２７】
第２の外部電極２２を上方及び側方へ移動させ、内部電極４０をネック部２から挿入させながら容器１を第１の外部電極２１内へ搬入し、絶縁部材２６上に配置させる。その後、退避させておいた第２の外部電極２２を第１の外部電極２１の上方へ移動させ、さらに下降させることで第１の外部電極２１と一体化して処理室３０を形成する。内部電極４０は、絶縁部材２２から容器１の内側へ容器１の縦軸方向に延在して設けられている。処理室３０が形成されると、排気用開口部２８に接続された図示せぬ真空ポンプによって処理室３０及び容器１内部の空気を排気させて真空状態にする。
【００２８】
処理室３０及び容器１の内部が所定の真空度に達すると、原料ガス例えばアセチレンを導入開口部２９から容器１の内部へ導入するとともに、高周波電源２５からの高周波電力をマッチングボックス２４でインピーダンス整合させて外部電極２０に供給する。この電力供給によって、外部電極２０と内部電極４０の間における電界エネルギーにより放電させ容器１の内部にプラズマを発生させる。プラズマが発生すると、内部電極４０はアースに接地されているので、外部電極２０は負の電位に自己バイアスされる。一方プラズマによって原料ガス例えばアセチレンから正の電荷を持つ炭素イオンが生成され、負の電位の外部電極２０に向かって飛び、容器１の内壁面に衝突する。この衝突の繰り返しにより炭素同士が結合して容器１の少なくとも胴部３及び底部４の内壁面にほぼ均一なアモルファス炭素膜いわゆるＤＬＣ膜５が形成される。
【００２９】
このようなＤＬＣ膜の成膜処理の際、原料ガスを導入すると共に、排気を効率よく行うことで、常に新しい原料ガスを容器内に導入することができる。原料ガスは、アセチレンの他に、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、エイコサンのような不飽和炭化水素、もしくはベンゼン、キシレン、ナフタレンなどの芳香族炭化水素の単体ガス、またはそれらの組み合わせを用いてもＤＬＣ膜５を形成することができる。さらには、上述の炭化水素ガスの導入と同時に、水素、窒素、酸素、もしくはアルゴンガスの単体またはそれらの混合ガスを導入しても、ＤＬＣ膜５を形成することができる。
【００３０】
そして、このプラズマ発生による成膜処理の際、図２及び図３に示すような外部電極２０に設置された光学センサ５０によってプラズマの状態を検出することで、ＤＬＣ膜５の状態を判断している。
【００３１】
本実施の形態に用いられた光学センサ５０は、受光部を有するセンサヘッド部５２と光検出回路部５４とそれらを繋ぐケーブル５３で構成されている。センサヘッド部５２は、第１の外部電極２１の側壁の一部に設けられた貫通孔６０に埋設固定されている。より詳細には、図３に示すように、貫通孔６０は、開口径Ａφ２．０ｍｍの検出窓６１と、センサヘッド５２を固定する取付部６２とを有している。取付部６２の検出窓６１側の底面にはポリ・カーボネート（ＰＣ）製の透明板５６が配置され、ブラケット５８が図示せぬボルトで第１の外部電極２１に固定されている。ブラケット５８は、透明板５６を例えばＯ−リングのようなシール材５７によって、第１の外部電極２１と気密に固定している。センサヘッド５２は、ブラケット５８にねじ込み固定されており、受光部であるセンサヘッド５２の先端面を検出窓６１に対向させて配置させている。
【００３２】
容器１に形成されるＤＬＣ膜５は、薄茶色であり、目視によってＤＬＣ膜５が成膜されているかどうかが判別できる。検出窓６１の開口径Ａが大きくなりすぎると、ＤＬＣ膜５の成膜状態にも影響を及ぼす。検出窓６１の開口径Ａの大きさを変えて容器１の検出窓６１に対向する部分におけるＤＬＣ膜５の状態を目視によって検査した結果を表１に示す。開口径Ａがφ２ｍｍ以下であるとＤＬＣ膜５の厚さにほとんど変化は見られない。開口径Ａがφ５ｍｍであると目視によって多少ＤＬＣ膜５が薄くなっていることが判別できたが、気にならない程度であった。しかし、開口径がφ６ｍｍになると、目視でも検出窓６１の対向位置においてＤＬＣ膜５の厚さに差が明らかにあることが判別できた。したがって、検出窓６１の開口径Ａは、容器１の外観を損なわない範囲で小さく形成するべきであり、φ５ｍｍ以下とすることが好ましい。特に検出窓６１の開口径Ａがφ２ｍｍ以下であるときには、容器１のガスバリア性の低下もほとんど見られなかったことから、開口径Ａはφ２ｍｍ以下とすることが特に好ましい。なお、透明板５６は、本実施の形態ではＰＣ製としたが、プラズマによる光を透過することのできる板であれば、アクリル製でもガラス製などでもよい。
【００３３】
【表１】

成膜処理によって、プラズマが容器内に発生すると、そのプラズマによる光をセンサヘッド５２が受光し、光ファイバ製のケーブル５３によってアンプを内蔵した光検出回路によって電気信号に変換増幅され、制御部７０へ出力される。
【００３４】
制御部７０には、あらかじめ良好な成膜を得られるときのプラズマの発光量を実験データから得て、そのデータを基に、良品とする発光量の範囲が設定され、記憶されている。
【００３５】
検出された受光量は、あらかじめ設定された範囲内で正常にＤＬＣ膜５が成膜されているか否かを制御部７０で判別し、設定範囲外であれば、その被処理体である容器１を不良品として判断し、生産ラインから排出させる。制御部７０に設定された受光量の正常範囲は、試験的にプラズマによる発光量を変化させ、成膜された容器１のガスバリア性を測定して設定される。すなわち、容器１に求められるガスバリア性の許容範囲内の容器１を成膜したときに検出された受光量の範囲が、制御部７０に正常範囲として設定される。
【００３６】
このように構成することで、容器１を覆う外部電極２０に光学センサ５０を設けることによって、容器１の成膜処理毎にプラズマが正常に発生しているかどうかを判別することができ、容器１毎のＤＬＣ膜５の状態をも判別することができる。
【００３７】
特に、複数の処理室３０を同時もしくは連続して成膜する成膜装置においては、各処理室３０毎の成膜処理の状態を確認することができるので、有用である。
【００３８】
本発明は、前記実施例に限らず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態に変更可能である。
【００３９】
例えば、前記実施例においては、外部電極２０の一箇所に光学センサ５０を配置しているが、この例に限らず、例えば、容器１の縦軸方向に沿って外部電極２０の複数位置に光学センサを配置することで、容器１の縦軸方向におけるＤＬＣ膜５の成膜処理状態を検出することができる。また、光学センサ５０のセンサヘッド部５２は、受光部を有する光ファイバで構成されたが、センサヘッド部５２をアンプ内蔵タイプにしてもよい。
【００４０】
さらに、本実施の形態においては、光学センサ５０のセンサヘッド部５２と第１の外部電極２１とを気密にシールして固定する手段として、透明板５６を介して取り付けたが、センサヘッド部５２と第１の外部電極２１とをシール材を介して直接固定すれば、透明板５６を不要とすることができる。また、その際、センサヘッド部５２を第１の外部電極２１の内壁面とほぼ面一にすることができれば、異常放電を回避できる点で望ましい。
【００４１】
また、本実施の形態においては、プラズマによって成膜される薄膜をダイヤモンド・ライク・カーボン膜としたが、他のプラズマによる成膜、例えば酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜の成膜にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスバリア性合成樹脂製容器の正面図である。
【図２】合成樹脂製容器の成膜装置の断面図である。
【図３】センサの取付け状態を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
１ 容器
２ ネック部
３ 胴部
４ 底部
５ ＤＬＣ膜
１０ 成膜装置
２０ 外部電極
２１ 第１の外部電極
２２ 第２の外部電極
２４ マッチングボックス
２５ 高周波電源
２６ 絶縁部材
２８ 排気用開口部
２９ 導入用開口部
３０ 処理室
４０ 内部電極
５０ 光学式センサ
５２ センサヘッド部
５３ ケーブル
５４ 光検出回路部
６０ 貫通孔
６１ 検出窓
６２ 取付部
７０ 制御部

Claims (6)

1. ネック部と、該ネック部に続く円筒状の胴部と、該胴部を閉塞する底部と、を有する合成樹脂製の容器の内壁に、プラズマによる薄膜を成膜する装置において、
   前記容器を収容する中空状の外部電極と、
   前記外部電極に接続された高周波電源と、
   前記容器の内部であって、前記容器の縦軸方向に延在する内部電極と、
   前記外部電極によって形成される処理室内と前記容器内を排気する排気手段と、
   前記容器の内部に原料ガスを供給する供給手段と、を有し、
   前記外部電極は、前記容器の内部のプラズマによる発光量を検出する検出手段を備えていることを特徴とするガスバリア性合成樹脂製容器の製造装置。
2. 請求項１において、
   前記検出手段は、光学センサであって、
   前記光学センサは、受光部を前記容器の胴部に対向して配置され、
   前記受光部は、前記容器の胴部を透過したプラズマによる発光量を検出することを特徴とするガスバリア性合成樹脂製容器の製造装置。
3. 請求項１または２において、
   前記検出手段は、前記外部電極の内壁面に設けられた検出窓を通して発光量を検出するものであり、前記検出窓の開口径は、２ｍｍ以下であることを特徴とするガスバリア性合成樹脂製容器の製造装置。
4. 請求項１〜３において、
   前記検出手段は、前記外部電極の内壁面と外部とを連通して形成された貫通孔に設けられ、
   前記貫通孔は、前記外部電極の内壁面に設けられた検出窓と、該検出窓よりも大きい内径を有する検出手段取付部と、を有し、
   前記検出手段取付部には、前記外部電極と気密に保持された透明板が設けられ、前記検出手段は、該透明板を通して容器内のプラズマによる発光量を検出することを特徴とするガスバリア性合成樹脂製容器の製造装置。
5. ネック部と、該ネック部に続く円筒状の胴部と、該胴部を閉塞する底部と、を有する合成樹脂製の容器の内壁に、プラズマによる薄膜を成膜する方法において、
   前記容器を収容する中空状の外部電極によって形成される処理室内と前記容器内を排気する排気工程と、
   前記容器の内部に原料ガスを供給するガス供給工程と、
   前記外部電極に接続された高周波電源から高周波を出力して、前記外部電極と前記容器内に配置された内部電極との間でプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、を有し、
   前記プラズマ発生工程の間、前記外部電極に備えられた検出手段によって前記容器の内部のプラズマによる発光量を検出する工程を有することを特徴とするガスバリア性合成樹脂製容器の製造方法。
6. 請求項５において、
   前記プラズマによる発光量が、あらかじめ設定された発光量の範囲を逸脱した場合、当該プラズマ発生工程によって製造された前記容器を不良品と判別する工程を有することを特徴とするガスバリア性合成樹脂製容器の製造方法。

Images