JP2006117274A

JP2006117274A - ３次元中空容器の内面処理装置および３次元中空容器の製造方法

Info

Publication number: JP2006117274A
Application number: JP2004306463A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kusaka; 直人日下; Jun Kikuchi; 順菊池; Hidemi Nakajima; 英実中島
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】高いガスバリア性と高い生産性の両立が求められていた。
【解決手段】真空チャンバー内に、３次元中空容器の開口部から内部に処理ガス導入管を挿入してなり、該３次元中空容器を保持してなる３次元中空容器搬送手段を具備し、かつ搬送手段の両側に３次元中空容器の移動区間の一部又は全部を覆うように電極対が配置されており、かつ該電極に交流電極が接続されていることを特徴とする３次元中空容器の内面処理装置および３次元中空容器の製造方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ペットボトルなどの３次元中空容器の内面処理装置および３次元中空容器の製造方法に関する。

ペットボトルなどのプラスチック製３次元中空容器は、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、プラスチック製容器は、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を有しており、それが問題となっていることも多々ある。そうした問題を解決する手段としてプラスチック製容器の内面または外面に炭素や酸化ケイ素の薄膜を成膜し、容器のガスバリア性を向上させる技術がある。プラスチック容器の成膜方法としてはプラズマＣＶＤ法や真空蒸着法，スパッタ法が実用化されている。

プラズマＣＶＤ法を用いた成膜方法としては、例えば特許文献１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、外部電極に高周波電力を印加して容量結合型のプラズマを発生させ、容器内面にガスバリア性を有する薄膜を成膜する方法がある。プラズマＣＶＤ法の特徴として高いガスバリア性をもつ薄膜が成膜可能であり、未処理容器の１０〜２０倍程度のガスバリア性が得られている。

真空蒸着法により容器外面に成膜する装置も実用化されている。この方式では蒸着源上を次々と容器を流すことによりに多数の容器に対して連続成膜を行うことが可能である。特許文献２に示すような容器を連続的に大気中から真空チャンバ内に導入・導出可能なエアロック装置と組み合わせることにより１時間に２００００個程度の容器を処理可能な高速成膜装置も実現されている。この方式の問題点としてはプラズマＣＶＤ法に比べると処理した容器のガスバリア性が劣ることが挙げられる。

特許文献は以下の通り。
特開平８−５３１１７号公報特開平１１−３２３５５３公報

高いガスバリア性と高い生産性の両立が求められている。プラズマＣＶＤ法による成膜で上記した真空蒸着法と同じような連続成膜が可能な装置を実現可能であれば、ガスバリア性と生産性を両立できる。

本発明はかかる課題を解決するものであり、請求項１に係る課題を解決するための手段は、真空チャンバー内に、３次元中空容器の開口部から内部に処理ガス導入管を挿入してなり、該３次元中空容器を保持してなる３次元中空容器搬送手段を具備し、かつ搬送手段の両側に３次元中空容器の移動区間の一部又は全部を覆うように電極対が配置されており、かつ該電極に交流電極が接続されていることを特徴とする３次元中空容器の内面処理装置を提供するものである。

また、請求項２に係る課題を解決するための手段は、３次元中空容器搬入手段を備え、前記３次元中空容器が該搬入手段により連続的に処理ガス導入管を挿入され前記搬送手段
に保持されることを特徴とする請求項１記載の３次元中空容器の内面処理装置である。

また、請求項３に係る課題を解決するための手段は、３次元中空容器搬入手段が、エアロック装置を備え、３次元中空容器を連続的に真空チャンバー内に搬入できることを特徴とする請求項２記載の３次元中空容器の内面処理装置を提供するものである。

また、請求項４に係る課題を解決するための手段は、真空チャンバー内に、３次元中空容器を搬入する工程、搬入された３次元中空容器に処理ガス導入管を挿入し３次元中空容器搬送手段に保持する工程、搬送手段の両側に３次元中空容器の移動区間の一部又は全部を覆うように配置されている電極対間に交流電圧を印加し３次元中空容器内部にプラズマを発生させ３次元中空容器内面にプラズマ処理を施す工程、を有することを特徴とする３次元中空容器の製造方法を提供するものである。

本発明により高速で高いガスバリア性が得られる３次元中空容器の成膜装置が実現可能である。

図１は３次元中空容器内面にプラズマＣＶＤ法により薄膜を形成する成膜装置の模式図である。装置は真空チャンバ１，ボトル導入用エアロック装置２，ガス導入管ユニット３，並行平板電極４，ボトル導出用エアロック装置５から主に成る。

真空チャンバ１の内部は図示しない真空ポンプにより減圧されている。ガス導入管ユニット３は３次元中空容器内部に成膜原料ガスを導入するためのガス導入管６を複数有し、３次元中空容器の搬送動作に合わせてガス導入管を移動させる機構を持つ。このとき、３次元中空容器に必ず１本のガス導入管が入る様に同期を取る。

並行平板電極４は１対の金属板から成り（片側は図示せず）、電極の一方には高周波電力が印加され、もう一方はグランドに接続されている。エアロック装置２，５は３次元中空容器を大気中から真空チャンバ内に連続的に導入・導出することが可能である。

被成膜対象である３次元中空容器７はボトル導入用エアロック装置２を通じて次々と真空チャンバ１内に導入される。真空チャンバ内に導入された３次元中空容器は図示しない搬送装置により搬送されながら、ガス導入管挿入部８においてガス導入管６を内部に挿入される。ガス導入管６は先端に図示しないガス吐出口を有し、ガス吐出口より３次元中空容器内部に原料ガスを供給する。

次に、３次元中空容器は並行平板電極４まで搬送され、電極間において高周波電力が印加される。これにより３次元中空容器内部の原料ガスはプラズマ化し３次元中空容器内面に薄膜の形成が行われる。成膜は電極間を通過する間連続して行われる。

並行平板電極間を抜けた３次元中空容器はガス導入管６を内部に挿入されたガス導入管挿入部８の挿入を終了させる。この場合のガス導入管挿入部８の挿入とその終了は、ガス導入管６を上下させることによっても出来るが、一般にはボトル自体を上下させる方法が容易である。

その後、ボトル導出用エアロック装置５に達し、大気中に排出される。これらの動作は複数の３次元中空容器に対し連続して行われ，多数の３次元中空容器を高速で処理することが可能となる。

図２は並行平板電極部の側面図である。成膜時間を増やすために、並行平板電極１０の全長が長くし、高周波電源１１から給電する場合がある。そうした場合、並行平板電極の全長において電力の分布が均一ではなく、ボトル１２成膜に影響を与える可能性がある。

そこで、電力分布を均一化するために例えば図３に示すように電極１３を分割し各電極１３に高周波電源１４を設置することが有効である。これにより、ボトル１５に均一な成膜ができるようになる。

また、図４に示すように分割した電極１３に対しトーナメント状の電力供給系により電力供給を行うことも有効である。

図１の装置は３次元中空容器内面に薄膜を形成する装置であるため、容器にガス導入管を内挿し，容器内部に原料ガスを供給する。３次元中空容器の外面に成膜する場合は容器外部の雰囲気を原料ガスで満たすようにする。例えば、並行平板電極を表面にガス吐出口を設けたシャワー電極にし、３次元中空容器の周囲に原料ガスを流すことにより、容器外面に薄膜を形成することができる。

また、３次元中空容器への着膜をより均一にするためには、並行平板電極間で成膜する際に、容器自体を回転させながら成膜することにより容器周方向の着膜を均一にすることができる。

なお、連続的に成膜する為には、ガス導入管６を成膜部の後ろから前に順次戻す必要があるが、図１の様に上下回転してコンベア状に回転使用させる方法の他、図５の様に左右にループを形成して回転使用させる方法でも構わない。

図１に示した装置において５００ｍｌペットボトルに酸化ケイ素膜の成膜を行った。ボトル内部に酸化ケイ素膜の原料ガスであるヘキサメチルジシロキサン２ｓｃｃｍおよび酸素ガス５０ｓｃｃｍをボトル１本につき供給した。成膜動作中の真空チャンバ内圧力を真空ポンプにより１０Ｐａの一定圧力に保った。長さ１０００ｍｍ×高さ３００ｍｍで最もボトルに近いところで５ｍｍの距離の位置の設けた並行平板電極に１３．５６ＭＨｚの高周波電力２４００Ｗを印加し酸化ケイ素膜をコーティングした。本装置では１分間あたり２５０本の成膜が可能であった。

成膜したペットボトルのガスバリア性を調べるためにペットボトルの酸素透過量を調べた。成膜処理を行っていないペットボトルの酸素透過量は０．２５０ｆｍｏｌ／（ｐｋｇ・ｓ・Ｐａ）であったのに対し、成膜処理を行ったペットボトルの酸素透過量は０．０２５ｆｍｏｌ／（ｐｋｇ・ｓ・Ｐａ）であった。すなわち、未処理ペットボトルの１０倍の酸素バリア性が得られた。

ペットボトルなどの３次元中空容器のうち、特に酸素バリア性が必要な３次元中空容器の製造装置および３次元中空容器の製造方法に関する。

本発明による３次元中空容器成膜装置の装置構成例を示した模式図である。本発明による３次元中空容器成膜装置における並行平板電極部の側面図である。本発明による３次元中空容器成膜装置において並行平板電極を分割し各電極に高周波電源を設置した場合の形態である。本発明による３次元中空容器成膜装置において並行平板電極を分割し、分割した電極に対しトーナメント状の電力供給系により電力供給を行う場合の形態である。図１とは異なる本発明による３次元中空容器成膜装置の装置構成例を示した模式図である。

符号の説明

１ … 真空チャンバ
２ … ボトル導入用エアロック装置
３ … ガス導入管ユニット
４ … 並行平板電極
５ … ボトル導出用エアロック装置
６ … ガス導入管
７ … ３次元中空容器
８ … ガス導入管挿入部
９ … 高周波電源部
１０… 電極
１１… 高周波電源
１２… ボトル
１３… 電極
１４… 高周波電源
１５… ボトル１２

Claims

真空チャンバー内に、３次元中空容器の開口部から内部に処理ガス導入管を挿入してなり、該３次元中空容器を保持してなる３次元中空容器搬送手段を具備し、かつ搬送手段の両側に３次元中空容器の移動区間の一部又は全部を覆うように電極対が配置されており、かつ該電極に交流電極が接続されていることを特徴とする３次元中空容器の内面処理装置。
３次元中空容器搬入手段を備え、前記３次元中空容器が該搬入手段により連続的に処理ガス導入管を挿入され前記搬送手段に保持されることを特徴とする請求項１記載の３次元中空容器の内面処理装置。
３次元中空容器搬入手段が、エアロック装置を備え、３次元中空容器を連続的に真空チャンバー内に搬入できることを特徴とする請求項２記載の３次元中空容器の内面処理装置。
真空チャンバー内に、３次元中空容器を搬入する工程、搬入された３次元中空容器に処理ガス導入管を挿入し３次元中空容器搬送手段に保持する工程、搬送手段の両側に３次元中空容器の移動区間の一部又は全部を覆うように配置されている電極対間に交流電圧を印加し３次元中空容器内部にプラズマを発生させ３次元中空容器内面にプラズマ処理を施す工程、を有することを特徴とする３次元中空容器の製造方法。