JP2009503252A - 容器内側の内部障壁層のプラズマ促進化学気相蒸着法（ｐｅｃｖｄ）のための、電磁弁によって分離されたガス管線を含む装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、容器（２）内の障壁効果を有する材料の薄膜のＰＥＶＣＤ用装置（１）に関する。前記装置（１）は、電磁波発生装置（１１）を装備して容器（２）を受ける処理装置（４）と、前駆体ガス吸気口（１７）と、容器（２）内へ出てくる底部端（１４）および対向する頂部端（１５）を有して前記前駆体ガスを容器内に導入するためのインジェクタ（１３）と、前駆体ガス吸気口（１７）とインジェクタ（１３）の頂部端（１５）の間の流体接続を確立する前駆体ガス供給管路（２０）と、供給管路（２０）内の、前駆体ガス吸気口（１７）とインジェクタ（１３）の間でインジェクタ（１３）の頂部端（１５）の上流に直ぐのところに置かれる電磁弁（２５）と、を備える。

Description

本発明は容器の製造に関し、より詳細には、ポリマー（例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））製の、各々の内壁が障壁効果材料の層で被覆されている容器の製造に関する。

例えば水素と化合した無定形炭素の層、ハードタイプ（ダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ））またはソフトタイプ（ポリマー状カーボン（ＰＬＣ））のそのような層は、従来プラズマ促進化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）によって形成される。この技術は、本出願人の特許文献１に十分に説明されている。

例えば、ソフトカーボン（ＰＬＣ）を実現するとき、使用される前駆体ガスは好ましくはアセチレン（Ｃ_３Ｈ_２）である。このガスは容器に吹き込まれるが、その内部には部分真空（約０．１ミリバール（ｍｂａｒ））が形成されており、次いでプラズマが活性化される。すなわち、極超短波（ＵＨＦ（２．４５ギガヘルツ（ＧＨｚ）））の低出力電磁気励振によって、アセチレンが低温プラズマ状態になる。生成される種の中で、水素と化合したカーボン（ＣＨ、ＣＨ_２およびＣＨ_３の結合）が認められるはずであり、これは容器の内壁によって形成された重合体基体上に薄層（約１６００オングストロームの厚さ）で蒸着されるものである。

この方法は、従来、
前駆体ガスからのプラズマを活性化するための電磁波発生装置を装備し、容器を受ける処理装置と、
前駆体ガスの吸気口と、
容器内へ開く底部端および対向する頂部端を有する、容器に前記前駆体ガスを吹き込むためのインジェクタと、
前駆体ガス吸気口をインジェクタの頂部端と流体接続にする前駆体ガス供給管路とを備える装置の内部で行われる。

容器内部の圧力が時間に関してどのように変化するかを示すグラフである図１に示される方法によれば、
ブローイングまたはストレッチブローによりあらかじめ形成された容器が、処理装置の可動の上側部分に取り付けられ、次いで装置は閉じられて、上側部分が、容器を受ける囲壁を含む下側部分上に来てリークのないようにしっかりと静止し、
真空ポンプによって、容器内部に部分真空が数秒間（ｔ_０） （約１秒（ｓ）から２秒の範囲）形成され、
次いで、容器の内部が、約１秒間（ｔ_１）前駆体ガスで一掃されるが、この一掃することの効果は、まだ存在する空気も排出する一方で容器を前駆体ガスで充填することであり（図１では「開」の代りに「Ｏ」が使用され、「閉」の代りに「Ｃ」が使用されている）、
次いで、プラズマが、マイクロ波を用いたボンバードによって、得られることを企図された内部障壁層の厚さ次第で、１秒から２秒の範囲またはさらに望ましくは１秒から３秒の範囲で変化するｔ_２の時間（ビールなどの炭酸飲料を受けるように設計された容器については時間ｔ_２が２秒から３秒の範囲であり、茶など炭酸が入っていない飲料については前記時間ｔ_２が約１秒から１．５秒の範囲である）活性化され、
次いで、プラズマから生じる残留ガスが約０．１秒間（ｔ_３）除去され、
最終的に、処理装置から容器が取り出される。

前述の段階をすべて含む容器の処理には数秒（この時間はｔ_０からｔ_３までの時間に容器の着脱にかかる時間を足した和であると想定される）かかり、実際には５秒から７秒の範囲である。
欧州特許第１０６８０３２号明細書

作業速度の向上に対する不断の要求がある。残念ながら、今日、ｔ_０からｔ_３の時間または着脱の時間におけるいかなる低減も実現するのが困難のように思われる。

しかし、本発明者には少なくとも時間ｔ_１を低減するための解決策がある。

この段階で、従来、容器に吹き込まれるガスの量が前駆体ガス吸気口と供給管路の間に配置された圧力調整器（流量計としても働く）によって制御されることに注目されたい。

本発明は、プラズマ促進化学気相蒸着法によって容器の内壁上に障壁効果材料の薄層を蒸着するための前述のタイプの装置を提供する。この装置は、開設定において前駆体ガスが供給管路からインジェクタまで通過することが可能になり、閉設定において前駆体ガスが通過するのを防ぐ、インジェクタの頂部端から前駆体ガス供給管路内の上流に直ぐのところに介在する電磁弁をさらに備える。

本発明は、プラズマ促進化学気相蒸着法によって容器の内壁上に障壁効果材料の薄層を蒸着する方法も提供し、前記方法は、上記で与えられる装置を実現し、かつ、
電磁弁が閉設定である処理装置内へ、あらかじめ形成された容器を挿入する段階と、
容器を部分真空下に置く段階と、
電磁弁を開いて前駆体ガスで容器を一掃する段階と、
プラズマを活性化するために電磁マイクロ波で前駆体ガスをボンバードする段階と、
電磁弁を閉じる段階と、
ボンバードを終える段階と、
プラズマから生じる残留ガスを排気する段階と、を含む。

本発明者は、既知のタイプの装置および方法で以下の現象を観測した。プラズマから生じる残留ガスが除去された後、容器が処理装置から分離されるとき、供給管路は周囲の大気と連絡する。次いで、供給管路は、その加圧された前駆体ガスが出されて空になり、大気圧で空気を充填される。供給管路の長さ（約１メートル（ｍ）から２ｍの範囲）を考慮すると、容器を排気するとき、前記供給管路は、前記容器の中にある空気に加えて汲み出さなければならない大量の空気をたくわえるが、このことは所要時間ｔ_０および蒸着の質にも悪影響を及ぼす。さらに、前駆体ガスが容器内に吹き込まれている間、前記前駆体ガスは、容器に達して前記容器を一掃する働きをする前に供給管路に沿って進まなければならず、このことは時間ｔ_１に悪影響を及ぼす。

本発明によれば、インジェクタから上流に直ぐのところの電磁弁の存在によって、前駆体ガスの注入に際して排出する必要のある空気の体積がかなり低減される。容器を取り出しているとき電磁弁は閉位置であり、まだ加圧された前駆体ガスで充填されている供給管路を分離することにより、インジェクタ内へ逆流する空気の量を制限する。したがって、時間ｔ_０を少し短縮することに加えて、時間ｔ_１を１０分の数秒（実際上０．２秒から０．３の秒の範囲）短縮することが可能である。

本発明の他の目的および利点は、添付図面を参照して説明する以下の説明から明らかになる。

図３から図５は、ボトルなどの容器２（その１つが図４および図５に示されている）の内壁上にプラズマ促進化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）によって障壁効果材料のそれぞれの薄層を蒸着するための装置１を示す。

この装置１は、回転ラック３を備え、その上に複数の処理装置４が取り付けられ、その各々の中で容器２に対してＰＥＣＶＤが実行される。

図４および図５に示されるように、単一の容器２を受けるように設計された各処理装置４は、上側部分５ならびに固定された下側部分７を装備し、上側部分５は、垂直の並進に動くように取り付けられ、かつ容器２がそのネックによって固定されている支持ブロック６を備え、下側部分７は、ＵＨＦ電磁マイクロ波に対して透過性の材料で作られた例えば石英製の円筒状囲壁９を含む金属空胴８を備える。下側部分７は、中心軸のまわりでそれ自体が回転運動するように取り付けられた回転ラック３に固定される。

上側部分５は、図４に示される開位置と図５に示される閉位置の間で、回転ラック３に対して垂直の並進に動くように取り付けられたブラケット１０に固定されており、開位置では、支持ブロック６に容器２を固定することができるように、上側部分５が下側部分７から離隔され、閉位置では、上側部分５は、リークのないようにしっかりと下側部分７上で静止し、容器２は、処理されるために囲壁９内に受けられている。

処理装置４も、アセチレンなど前駆体ガスからのプラズマを活性化する目的で導波路１２を介して空胴８に結合された電磁波発生装置１１を装備しており、このガスの分解によって、容器２の壁に蒸着される障壁効果のあるカーボンの薄層がもたらされる。

各処理装置も、容器２の中へ前駆体ガスを注入する目的で垂直軸に沿って延びる管状のインジェクタ１３を装備しており、前記インジェクタ１３は、容器２内へ開く底部端１４および対向する頂部端１５を有する。インジェクタ１３は、その頂部端１５を介して、上側部分５に対して高い位置（図４）と低い位置（図５）の間で垂直の並進に動くように取り付けられた支持部１６に取り付けられ、高い位置では、インジェクタ１３の底部端１４が支持ブロック６内へ引っ込み、低い位置では、インジェクタ１３が、部分的に容器２内へ延びる一方で、支持ブロック６の大部分の高さを超えて突出する。

図３に見られるように、装置１にも、回転ラック３の軸上で回転運動するように取り付けられたディスペンサ１９に結合パイプ１８を介して結合されている環状マニホールドパイプによって形成された前駆体ガス吸気口１７が与えられており、ディスペンサ１９自体は、前駆体ガスリザーバ（図示せず）に結合されている。

各処理装置には、前駆体ガス吸気口１７をインジェクタ１３の頂部端１５と流体接続にする前駆体ガス供給管路２０が与えられている。前記供給管路２０は、調整器流量計２２を間に置いて前駆体ガス吸気口１７から垂直に突出する上流の剛体部分２１、および例えばケーブルを保持するチェーン（図示せず）に支持される可撓性部分２４を介して上流の剛体部分２１に結合された、インジェクタ１３の上に垂直に延びる下流の剛体部分２３を備える。

図４および図５に見られるように、供給管路２０は、電磁弁２５を間に置いてインジェクタ１３の頂部端１５に結合されており、電磁弁２５は以下でより詳細に説明される。

供給管路２０には、処理装置４の上側部分５が確実に追跡して捕えられるように可撓性部分２４を保護するためのスプリング２６が与えられている。

電磁弁２５は２つの設定を取ることができる。すなわち、
・前駆体ガスが供給管路２０からインジェクタ１３まで通過できるようにする開設定、ならびに
・前駆体ガスが通過することおよび空気が管路へ逆流することを防ぐ閉設定である。

調整器流量計２２と電磁弁２５の間の供給管路２０の長さは、１ｍから２ｍの範囲にある。電磁弁２５は、インジェクタ１３の支持部１６に固定され、したがって、処理装置４の上側部分５に対して並進に移動するように強制される。

装置を動作させると、具体的には図２に関して以下に説明される方法が実施される。

処理装置４の上側部分５が開位置にあって電磁弁２５および調整器流量計２２が閉じられている一方で、容器２はそのネックによって支持部ブロック６に固定される。前記容器がプラスチック材料製の容器であるならば、これはブローイング（またはスロレッチブロー）によって以前に形成されたものである。

次いで、容器２およびインジェクタ１３が空気で充填され、一方、電磁弁２５が閉じられて、供給管路２０は、圧力（１バールから１．５バールの範囲にある相対圧力）下の前駆体ガスで充填される。

処理装置４の上側部分５は、次に下方の閉位置へ移動され、次いで容器２は囲壁９内に受けられる。

次いで、容器２は、真空ポンプ（図示せず）によって部分真空（約０．１ｍｂａｒの圧力）下に置かれる。この段階は、数秒間（約１秒から２秒の範囲）続く（図２のｔ_０で参照される）。

次いで、容器２は前駆体ガスで一掃される。これをするために、調整器流量計２２および電磁弁２５が同時に開かれる一方で、容器２の中にある十分な量の空気を除去し、かつ前駆体ガスをそこの圧力下に置くために、吸引を続ける。この段階は、図２のｔ´_１で参照される１０数分の１秒間、実際には０．２秒から０．３秒の範囲続く。

この段階の最後に、容器２の壁上にＰＬＣタイプの水素添加された無定形炭素を含む内部障壁層を得る目的で、低温プラズマを発生するように、２．４５ＧＨｚで低消費電力（数百ワット）のＵＨＦマイクロ波で前駆体ガスをボンバードする。

得られるべき障壁層の厚さ次第で、図２のｔ_２で参照される１秒から３秒の範囲の時間継続して前駆体ガスが送り込まれる。

次いで、容器２内への前駆体ガスの注入を止めるように、調整器流量計２２および電磁弁２５が同時に閉じられる。マイクロ波を用いたボンバードは、約０．１秒間（ｔ_３）継続され、その間中プラズマから生じる残留ガスが排気される。

次いで、処理装置４が開かれ、容器２は、直ちに充填して閉じるか、またはそのような充填および閉じる操作を保留にして保管する目的で、取り出される。

上記で説明されたように、好ましい実装形態では、調整器流量計２２は電磁弁のように閉鎖機能を有する。そのような機能は電磁弁２５によって実行されるので、省略することができる。しかし、調整器流量計２２の閉鎖機能を使用することによって、調整器流量計から下流の全管路から空気が遮断され、また、分離された管路内では、前駆体ガスが一定の残留圧力に保たれ、あらゆる汚染から保護される。

より正確には、調整器流量計の閉位置を電磁弁の閉位置と同期させると、管路２０の内部に一定の残留圧力を維持することが可能になり、この圧力によって、電磁弁２５および調整器流量計２２が開いた際に、前駆体ガスの流れが早急に速くなることが可能になる。電磁弁の閉位置は、障壁材料の適切な蒸着に有害になりえる、管路２０への空気の侵入も防ぐ。

さらに、可撓性部分の存在により供給管路２０に弾力性があることを考えると、好ましい実装形態によって、前記供給管路を、インジェクタ１３から分離する（上記で説明されたように前駆体ガスによって放出されるべき残留空気の量を制限するために）だけでなく、ガスの圧力下で供給管路２０が変形するのを回避するように、前駆体ガス吸気口１７から分離することも可能になる。

従来のＰＥＣＶＤ装置において時間の経過とともに圧力がどのように変化するかを示す図である。 本発明の装置における図１のグラフに類似の図である。 ＰＥＣＶＤ装置の全体的な構造の断片からなる透視図である。 処理装置の下側部分から分離された前記処理装置の上側部分から容器が吊り下げられている、本発明の装置の「開いた」第１の位置での断面を示す立面図である。 本装置が「閉じた」第２の位置で、容器が処理装置の下側部分に形成された空胴に受けられた様子を示す、図４に類似の図である。

符号の説明

１ 装置
２ 容器
３ 回転ラック
４ 処理装置
５ 上側部分
６ 支持ブロック
７ 下側部分
８ 空胴
９ 囲壁
１０ ブラケット
１１ 電磁波発生装置
１２ 導波路
１３ インジェクタ
１４ 底部端
１５ 頂部端
１６ 支持部
１７ 吸気口
１８ 結合パイプ
１９ ディスペンサ
２０ 供給管路
２１ 剛体部分
２２ 調整器流量計
２３ 剛体部分
２４ 可撓性部分
２５ 電磁弁
２６ スプリング

Claims (5)

1. プラズマ促進化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）によって容器（２）の内壁に障壁効果材料の薄層を蒸着するための装置（１）であって、
   前記容器（２）を受け、前駆体ガスからのプラズマを活性化するための電磁波発生装置（１１）を装備した処理装置（４）と、
   前駆体ガス吸気口（１７）と、
   前記容器（２）内へ開く底部端（１４）および対向する頂部端（１５）を有する、前記容器（２）に前記前駆体ガスを吹き込むためのインジェクタ（１３）と、
   前記前駆体ガス吸気口（１７）を前記インジェクタ（１３）の前記頂部端（１５）と流体接続にする前駆体ガス供給管路（２０）と、を備え、
   開設定において前記前駆体ガスが前記供給管路（２０）から前記インジェクタ（１３）まで通過することが可能になり、閉設定において前記前駆体ガスが通過するのを防ぐ、前記供給管路（２０）内の、前記前駆体ガス吸気口（１７）と前記インジェクタ（１３）の間で前記インジェクタ（１３）の前記頂部端（１５）から上流に直ぐのところに置かれた電磁弁（２５）と、
   前記供給管路（２０）と前記前駆体ガス吸気口（１７）の間に置かれた圧力調整器流量計（２２）であって、前記電磁弁（２５）と同期して動作するように配置されており、その結果、前記電磁弁（２５）が開設定にあるとき、前記電磁弁によって、前記前駆体ガスが、前記供給管路（２０）から前記調整器流量計（２２）を介して前記インジェクタ（１３）まで流れることが可能になり、前記電磁弁が閉設定にあるとき、前記電磁弁が、前記前駆体ガスが流れるのを防ぐ、圧力調整器流量計と、を更に備えることを特徴とする装置（１）。
2. 前記インジェクタ（１３）が、その頂部端（１５）で、前記電磁弁（２５）が固定される可動支持部（１６）に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記可動支持部（１６）が、前記処理装置（４）の上側部分（５）に取り付けられて開位置と閉位置の間で並進に移動し、開位置では容器（２）を受けるのに適した囲壁（９）を含む下側部分（７）から離隔され、閉位置ではリークのないようにしっかりと前記下側部分（７）上に静止することを特徴とする、請求項２に記載の装置（１）。
4. プラズマ促進化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）によって容器の内壁に障壁効果材料の薄層を蒸着するための方法であって、前記方法が、
   請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の装置（１）を実現し、かつ前記電磁弁（２５）が閉設定である前記処理装置（４）内へ、あらかじめ形成された前記容器（２）を挿入する段階と、
   吸引することによる排気によって前記容器（２）を部分真空下に置く段階と、
   調整器流量計（２２）および前記電磁弁（２５）を同時に開く一方で、前記前駆体ガスをそこの圧力下に置くために、前記容器（２）内にある十分な量の空気を除去するように吸引を続ける段階と、
   前記容器（２）を前記前駆体ガスで一掃する段階と、
   プラズマを活性化するために電磁マイクロ波で前記前駆体ガスをボンバードする段階と、
   前記障壁層が形成した後に、前記容器（２）への前駆体ガスの注入を止めるように、前記調整器流量計（２２）および前記電磁弁（２５）を同時に閉じる段階と、
   前記ボンバードを終える段階と、
   前記プラズマから生じる残留ガスを排気する段階と、を含む方法。
5. 前記調整器流量計（２２）および前記電磁弁（２５）が閉じられた後に、前記プラズマから生じる前記残留ガスを排気する段階のために、マイクロ波を用いた前記ボンバードが継続されることを特徴とする、プラズマ蒸着を実行する請求項４に記載の方法。

Images