JP2013133494A - 薄膜の原料ガス供給機構 - Google Patents

Abstract

【課題】倒立状態のペットボトルの内面に薄膜を形成する成膜装置に好適に使用することができる改良された薄膜の原料ガス供給機構を提供する。
【解決手段】原料ガス供給機構は、原料ガス供給源に接続されるガス供給管１と、ガス棒２２を有するガス供給ユニット２１と、ガス供給ユニット２１を上下動させる昇降機構３０とを備える。ガス棒２２の端部２２ｂはガス供給管１の端部１ａに対向して配置されており、昇降機構３０は、ガス供給ユニット２７を上昇させることによりガス棒２２をガス供給管１に接続するとともに、ガス棒２２をペットボトル３７内に挿入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ペットボトル（ＰＥＴボトル）の内面にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜等のガスバリア性の高い薄膜を成膜する成膜装置に使用される原料ガス供給機構に関するものである。

従来から、清涼飲料などを充填するために軽量のプラスチックボトルであるペットボトルが用いられているが、利便性やコスト面から飲料・食品容器のペットボトル化が急速に進み、現在、総容器のかなりな部分をペットボトルが占めるまでになっている。しかしながら、ペットボトルは、金属缶やガラス壜と比較するとガスバリア性が低く、ボトル内への酸素侵入による内容物劣化、ボトル内の炭酸ガスの流出等が生じる場合があり、内容物の品質保持に劣るという欠点がある。そのため、ＤＬＣ膜等のガスバリア性の高い薄膜をボトル内面に成膜する試みがなされている。ＤＬＣ膜等のガスバリア性の高い薄膜は、真空減圧下にある真空チャンバ内でプラズマＣＶＤ法、触媒化学蒸着法、ホットワイヤー法等にてボトル内面に蒸着することにより形成され、ボトル内への酸素の流入やボトル内の炭酸ガスの流出等に対するガスバリア性を飛躍的に高めることができる。

特開２００８−１２７０５４号公報 特開２００４−１０７７８１号公報

一般的な成膜工程では、ペットボトルを正立した状態で真空チャンバ内に搬送し、この真空チャンバに据え付けられているガス供給管がペットボトルの内部に位置するまでペットボトルを真空チャンバの下から上方に移動させる。そして、真空チャンバを真空排気し、この状態でＤＬＣ膜等の薄膜の原料ガスをガス供給管を通じてペットボトル内に供給し、ペットボトルの内面に薄膜を形成する。

薄膜形成中のペットボトルが正立状態であると、カーボンダストなどの異物がペットボトル内に残存することがある。このような背景から、近年では、ペットボトルを倒立状態にして薄膜を形成する成膜装置が開発されている。
そこで、本発明は、倒立状態のペットボトルの内面にＤＬＣ膜等の薄膜を形成する成膜装置に好適に使用することができる改良された薄膜の原料ガス供給機構を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の一態様は、ペットボトル内に薄膜の原料ガスを供給する原料ガス供給機構であって、原料ガス供給源に接続されるガス供給管と、ガス棒を有するガス供給ユニットと、前記ガス供給ユニットを上下動させる昇降機構とを備え、前記ガス棒の端部は、前記ガス供給管の端部に対向して配置されており、前記昇降機構は、前記ガス供給ユニットを上昇させることにより前記ガス棒を前記ガス供給管に接続するとともに、前記ガス棒を前記ペットボトル内に挿入し、さらに、前記ガス供給ユニットを下降させることにより前記ガス棒を前記ガス供給管から離間させるとともに、前記ガス棒を前記ペットボトルの外に移動させることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記原料ガス供給機構は、電源に接続される電線をさらに備えており、前記ガス供給ユニットは、電極棒と、該電極棒に接続された触媒線をさらに有し、前記電極棒の端部は、前記電線の端部に対向して配置されており、前記昇降機構は、前記ガス供給ユニットを上昇させることにより前記ガス棒および前記電極棒を前記ガス供給管および前記電線にそれぞれ接続するとともに、前記ガス棒および前記触媒線を前記ペットボトル内に挿入し、さらに、前記ガス供給ユニットを下降させることにより前記ガス棒および前記電極棒を前記ガス供給管および前記電線からそれぞれ離間させるとともに、前記ガス棒および前記触媒線を前記ペットボトルの外に移動させることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記ガス供給ユニットは、該ガス供給ユニットが上昇したときに、前記ガス供給管と前記ガス棒との接続部の周囲空間を封止するシールを備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガス供給ユニットは筐体内に配置されており、前記ガス供給ユニットが前記昇降機構により上昇したときに、前記ガス棒が前記筐体から上方に突出することを特徴とする。

本発明によれば、ガス供給ユニットが上昇することにより、ガス棒がペットボトル内に挿入され、かつガス棒がガス供給管に接続される。したがって、本発明に係る原料ガス供給機構は、倒立状態のペットボトルの内面に薄膜を形成する成膜装置に好適に使用することができる。

また、本発明によれば、ガス供給ユニットが下降位置にあるときは、ガス棒はガス供給管から離間し、ガス供給ユニットが上昇位置にあるときにのみガス棒がガス供給管に接続される。したがって、ガス棒とガス供給管を常に接続しておく必要がなくなり、ガス棒とガス供給管とを接続するための可撓性のガス管を使用する必要がなくなる。

本発明に係る原料ガス供給機構の一実施形態を示す側面図であり、ガス供給ユニットが下降した位置にある状態を示す。 図１に示すガス供給ユニットが上昇した位置にある状態を示す図である。

以下、本発明に係る薄膜の原料ガス供給機構の実施形態について図１および図２を参照して説明する。図１および図２において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明に係る原料ガス供給機構の一実施形態を示す側面図である。図１に示すように、原料ガス供給機構は、ＤＬＣ膜等の薄膜の原料ガスを貯留する原料ガス供給源（図示せず）に接続されるガス供給管１と、このガス供給管１に隣接して延びる一対の電線２，３と、ガス棒２２および一対の電極棒２３，２４を有するガス供給ユニット２１と、このガス供給ユニット２１を上下方向に移動させる昇降機構３０とを備えている。ガス供給ユニット２１および昇降機構３０は、筐体５の内部に配置されている。

ガス供給管１および電線２，３は保持部材７に保持されており、これらガス供給管１および電線２，３の位置は固定されている。保持部材７は、筐体５の内側面に固定されている。筐体５の外側面にはフランジ８が固定されており、ガス供給管１および電線２，３は筐体５の内部からフランジ８を通って筐体５の外部に延びている。ガス供給管１の一方の端部１ａは保持部材７の下面で露出しており、ガス供給管１の他方の端部１ｂは上記原料ガス供給源に接続される。電線２，３の一方の端部２ａ，３ａは保持部材７の下面で露出しており、電線２，３の他方の端部は結線コネクタ（シール付）１２，１３にそれぞれ接続されている。これら結線コネクタ１２，１３は、さらに電源（図示せず）に接続されている。

ガス供給ユニット２１は、昇降機構３０に連結された可動アーム２５を有している。この可動アーム２５は昇降機構３０によって上下方向に移動できるようになっている。一対の電極棒（正極の電極棒２３および負極の電極棒２４）は、触媒線（触媒ワイヤー）２６に接続されている。この触媒線２６の一方の端部は、正極の電極棒２３の上端２３ａに接続され、触媒線２６の他方の端部は、負極の電極棒２４の上端２４ａに接続されている。触媒線２６は、ガス棒２２に沿って延び、ガス棒２２の上端（ガス吹き出し口）２２ａを囲むように湾曲している。触媒線２６は、タングステンまたはニッケル−クロム合金などの導電性を有する材料から構成されており、通電によりそれ自体が発熱する。

ガス棒２２および一対の電極棒２３，２４は、可動アーム２５に保持されており、ガス棒２２，電極棒２３，２４、および触媒線２６は、可動アーム２５とともに上下に移動する。可動アーム２５はＬ字型の形状を有しており、ガス棒２２および電極棒２３，２４も全体としてＬ字型の形状を有している。昇降機構３０は、ガス供給ユニット２１を上下動させる電動シリンダまたはエアシリンダなどのアクチュエータを備えている。

ガス棒２２は、その内部を原料ガスが通ることができるガス管から構成されている。このガス棒２２は、可動アーム２５を通って延びている。ガス棒２２の上端２２ａは可動アーム２５の上方に位置しており、かつ筐体５の上方にある真空チャンバ３６に近接している。ガス棒２２の下端２２ｂは、可動アーム２５の上面に配置された連結部２７の上面で露出している。連結部２７は、その上面にシール（例えば、Ｏリング）２８を有している。このシール２８は、ガス棒２２の露出した端部２２ｂを囲むように配置されている。

正極の電極棒２３および負極の電極棒２４は、ステンレス鋼から構成されている。これら電極棒２３，２４は、ガス棒２２に隣接して配置され、可動アーム２５を通って延びている。電極棒２３，２４の上端２３ａ，２４ａは可動アーム２５の上方に位置しており、上述したように触媒線２６に接続されている。正極の電極棒２３の下端２３ｂは、可動アーム２５の上面で露出しており、同様に、負極の電極棒２４の下端２４ｂは、可動アーム２５の上面で露出している。

ガス棒２２の端部２２ｂはガス供給管１の端部１ａに対向して配置されており、電極棒２３，２４の端部２３ｂ，２４ｂは電線２，３の端部２ａ，３ａに対向して配置されている。より具体的には、ガス棒２２の端部２２ｂおよび電極棒２３，２４の端部２３ｂ，２４ｂはそれぞれ上方を向いており、ガス供給管１の端部１ａおよび電線２，３の端部２ａ，３ａはそれぞれ下方を向いている。ガス棒２２の端部２２ｂの位置とガス供給管１の端部１ａの位置は互いに対応しており、電極棒２３，２４の端部２３ｂ，２４ｂの位置と電線２，３の端部２ａ，３ａの位置は互いに対応している。

したがって、図２に示すように、昇降機構３０によってガス供給ユニット２１が上昇すると、ガス棒２２の端部２２ｂがガス供給管１の端部１ａに接続される。このとき、連結部２７のシール（Ｏリング）２８が保持部材７の下面に押し付けられ、これによりガス供給ユニット２１と保持部材７との間の隙間、すなわちガス供給管１とガス棒２２の接続部の周囲空間が封止され、ガス供給管１とガス棒２２との接続の気密性が確保される。なお、シール２８はガス供給管１の端部１ａを囲むように配置されてもよい。ガス棒２２とガス供給管１とが連通すると同時に、電極棒２３，２４はそれぞれ電線２，３に接触し、これによって正極の電極棒２３と電線２が電気的に接続され、負極の電極棒２４と電線３が電気的に接続される。図２に示すように、ガス供給ユニット２１が上昇位置にあるとき、ガス棒２２および触媒線２６が筐体５の上壁から上方に突出するようになっている。

次に、上述のように構成された原料ガス供給機構の動作を説明する。
図１に示すように、ガス供給ユニット２１が下降位置にあるとき、真空チャンバ３６にペットボトル３７が倒立した状態で搬入される。次に、昇降機構３０によりガス供給ユニット２１が上昇され、図２に示すように、真空チャンバ３６内のペットボトル３７にガス棒２２および触媒線２６が挿入される。これと同時に、ガス棒２２とガス供給管１とが連結されるとともに、電極棒２３，２４と電線２，３とが電気的に接続される。ガス棒２２および触媒線２６は、ペットボトル３７の全長以上のストロークで上下動できるようになっている。

真空チャンバ３６は図示しない真空ポンプにより真空排気され、この状態で、上述した電源からは、電線２，３および電極棒２３，２４を通じて触媒線２６に電流が流される。これによって、触媒線２６が高温となり、触媒線２６は熱触媒体となる。さらに、ＤＬＣ膜等の薄膜の原料ガスがガス棒２２の上端（ガス吹き出し口）２２ａからペットボトル３７内に供給される。ガス吹き出し口２２ａから吹き出た原料ガスは、熱触媒体となった触媒線２６に接触し、触媒化学反応によって化学種に分解される。この化学種がペットボトル３７の内面に到達し、ペットボトル３７の内面にＤＬＣ膜等のガスバリア性の高い薄膜を形成する。

ペットボトル３７の内面に所定の膜厚の薄膜が成膜されたら、原料ガスの供給および触媒線２６への電流の供給が停止され、真空チャンバ３６は大気圧に戻される。そして、ガス供給ユニット２１を下降させてガス棒２２および触媒線２６をペットボトル３７の外に移動させ、さらにガス棒２２および触媒線２６を筐体５内に戻す。ガス供給ユニット２１が下降すると同時に、ガス棒２２がガス供給管１から離間するとともに、電極棒２３，２４が電線２，３から離間する。

このように、ガス供給ユニット２１が図１に示す下降位置にあるときは、ガス棒２２および電極棒２３，２４はガス供給管１および電線２，３とは接続されておらず、ガス供給ユニット２１が図２に示す上昇位置にあるときにのみガス棒２２および電極棒２３，２４がガス供給管１および電線２，３にそれぞれ接続される。したがって、ガス棒２２とガス供給管１を常に接続しておく必要がなくなり、ガス棒２２とガス供給管１とを接続するための可撓性のガス管を使用する必要がなくなる。同様に、電線２，３と電極棒２３，２４とを常に接続しておく必要がなくなり、使用される電線２，３の長さを短くすることができる。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１ ガス供給管
２，３ 電線
５ 筐体
７ 保持部材
８ フランジ
１２，１３ 結線コネクタ
２１ ガス供給ユニット
２２ ガス棒
２３，２４ 電極棒
２５ 可動アーム
２６ 触媒線
２７ 連結部
２８ シール
３０ 昇降機構
３６ 真空チャンバ
３７ ペットボトル

Claims (4)

1. ペットボトル内に薄膜の原料ガスを供給する原料ガス供給機構であって、
   原料ガス供給源に接続されるガス供給管と、
   ガス棒を有するガス供給ユニットと、
   前記ガス供給ユニットを上下動させる昇降機構とを備え、
   前記ガス棒の端部は、前記ガス供給管の端部に対向して配置されており、
   前記昇降機構は、前記ガス供給ユニットを上昇させることにより前記ガス棒を前記ガス供給管に接続するとともに、前記ガス棒を前記ペットボトル内に挿入し、さらに、前記ガス供給ユニットを下降させることにより前記ガス棒を前記ガス供給管から離間させるとともに、前記ガス棒を前記ペットボトルの外に移動させることを特徴とする原料ガス供給機構。
2. 前記原料ガス供給機構は、電源に接続される電線をさらに備えており、
   前記ガス供給ユニットは、電極棒と、該電極棒に接続された触媒線をさらに有し、
   前記電極棒の端部は、前記電線の端部に対向して配置されており、
   前記昇降機構は、前記ガス供給ユニットを上昇させることにより前記ガス棒および前記電極棒を前記ガス供給管および前記電線にそれぞれ接続するとともに、前記ガス棒および前記触媒線を前記ペットボトル内に挿入し、さらに、前記ガス供給ユニットを下降させることにより前記ガス棒および前記電極棒を前記ガス供給管および前記電線からそれぞれ離間させるとともに、前記ガス棒および前記触媒線を前記ペットボトルの外に移動させることを特徴とする請求項１に記載の原料ガス供給機構。
3. 前記ガス供給ユニットは、該ガス供給ユニットが上昇したときに、前記ガス供給管と前記ガス棒との接続部の周囲空間を封止するシールを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の原料ガス供給機構。
4. 前記ガス供給ユニットは筐体内に配置されており、前記ガス供給ユニットが前記昇降機構により上昇したときに、前記ガス棒が前記筐体から上方に突出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の原料ガス供給機構。

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