JP2021172876A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐摩耗性があり、しかも着色も少ない抗菌膜を成膜する。【解決手段】基材Ｚを収容するとともに、フッ素含有ガスが供給される真空チャンバＸと、真空チャンバＸ内にプラズマを発生させるための高周波アンテナ１と、基材Ｚを真空チャンバＸ内に搬入し、プラズマ処理された基材Ｚを真空チャンバＸ内から搬出する搬送機構２と、基材Ｚの周囲に設けられ、イオンが通過可能なイオン通過孔ｈを有する導電性部材４と、導電性部材４に負の電圧を印加する電源５とを備え、電源５から導電性部材４に負の電圧を印加して、イオン通過孔ｈにプラズマ中のフッ素イオンを通過させて基材Ｚに注入することで、基材Ｚに抗菌膜を成膜するように構成した。【選択図】図１
Description
本発明は、基材に抗菌膜や抗ウィルス膜などの抗感染媒体膜（以下、本願ではこれらの膜を全て含む概念として単に「抗菌膜」と記載する）を成膜する成膜装置及び成膜方法に関するものである。
近時、ウィルスの感染を防ぐための様々な対策が行われており、その１つとして、例えばマスク、フェースガード、人が手に触れる携帯電話、携帯電話のカバーケース、或いは手すり等に抗菌膜を施すものが挙げられる。
抗菌膜としては、特許文献１に示すように、フッ素コートが知られており、これはフッ素の撥水性により水分をはじき、菌が付着しないようにするものである。
しかしながら、フッ素コートは表面にコーティングされてなるものであり、摩耗により剥がれて抗菌作用が低減していく。また、例えば透明な樹脂にフッ素コーティングをすると、樹脂が着色してしまい生地本来の特性を損なうといった問題もある。
そこで本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであり、耐摩耗性を有し長時間の使用においても効果を維持することができ、しかも着色も少なく生地本来の特性を損ない難い抗菌膜を成膜することその主たる課題とするものである。
すなわち、本発明に係る成膜装置は、基材を収容するとともに、フッ素含有ガスが供給される真空チャンバと、前記真空チャンバ内にプラズマを発生させるための高周波アンテナと、前記基材を前記真空チャンバ内に搬入し、プラズマ処理された前記基材を前記真空チャンバ内から搬出する搬送機構と、前記基材の周囲に設けられ、イオンが通過可能なイオン通過孔を有する導電性部材と、前記導電性部材に負の電圧を印加する電源とを備え、前記電源から前記導電性部材に負の電圧を印加して、前記イオン通過孔にプラズマ中のフッ素イオンを通過させて前記基材に注入することで、前記基材に抗菌膜を成膜することを特徴とするものである。
このように構成された成膜装置によれば、基材にフッ素イオンを注入して抗菌膜を成膜しているので、フッ素イオンを基材の表面から深い部分に到るまで存在させることができる。これにより、基材が摩耗しても、その表面にはフッ素イオンが残存し続けるため、耐摩耗性を有し長時間の使用においても効果を維持する抗菌膜を成膜することができる。なお、詳細なデーは後述する。
さらに、このように成膜された抗菌膜は、フッ素コートに比べて着色を抑えることができ、生地本来の特性を損ない難くすることができる。
さらに、このように成膜された抗菌膜は、フッ素コートに比べて着色を抑えることができ、生地本来の特性を損ない難くすることができる。
前記導電性部材の具体的な態様としては、メッシュ状のメッシュ電極であることが好ましい。
前記アンテアが、前記基材の両面側それぞれに設けられており、前記導電性部材が、前記各アンテナと前記基材との間それぞれに設けられていることが好ましい。
このような構成であれば、基材の表面及び裏面のそれぞれに一挙に抗菌膜を成膜することができる。
このような構成であれば、基材の表面及び裏面のそれぞれに一挙に抗菌膜を成膜することができる。
また、本発明に係る成膜方法は、基材に抗菌膜を成膜する成膜方法であって、前記基材を収容する真空チャンバ内にフッ素含有ガスを供給するとともに、当該真空チャンバ内にプラズマを発生させ、前記基材又は前記基材の周囲に設けられた高電圧パルス印加用電極にパルス電圧を印加することで、前記基材にフッ素イオンを注入して抗菌膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
このような成膜方法によれば、基材にフッ素イオンを注入して抗菌膜を成膜しているので、上述した成膜装置による作用効果で述べた通り、フッ素イオンを基材の表面から深い部分に到るまで存在させることで、耐摩耗性のある抗菌膜を成膜することができ、しかも基材への着色を抑えることができる。
耐摩耗性を十分に発揮させるためには、前記抗菌膜に含まれるフッ素イオンが、表面から少なくとも深さ１００ｎｍまで存在していることが好ましい。
基材にフッ素イオンを注入するための具体的な実施態様としては、前記パルス電圧が、−５ｋＶ以上−１ｋＶ以下であることが好ましい。
基材のより深い部分にまでフッ素イオンを注入するためには、前記フッ素イオンの注入エネルギーが、３ｋｅＶ以上であることが好ましい。
前記基材がシート状のものであり、前記基材を送り出しローラから前記真空チャンバに送り出し、前記抗菌膜が成膜された前記基材を巻き取りローラにより巻き取ることが好ましい。
このような方法であれば、シート状の基材に抗菌膜を連続的に成膜することができ、製造効率や製造速度の向上を図れる。
このような方法であれば、シート状の基材に抗菌膜を連続的に成膜することができ、製造効率や製造速度の向上を図れる。
このように構成した本発明によれば、耐摩耗性を有し長時間の使用においても効果を維持することができ、しかも着色も少なく生地本来の特性を損ない難い抗菌膜を成膜することができる。
以下に本発明に係る成膜方法の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の成膜方法は、例えばコロナウィルス等の種々のウィルスに対する抗菌膜を成膜するものであり、例えばフェースガード、携帯電話、携帯電話用カバー、ディスプレイ用保護フィルム、或いは、階段、エレベータ・スカレータ等の手すり、抗菌手術室、病室の壁面、取手、ノブなどに貼られる抗菌フィルム、或いは、マスク、布団、ソファー、ウエア、帽子、靴等に用いられる不織布、腕時計などの装飾品等に用いられるゴムなどに抗菌機能を発揮させるための抗菌膜を成膜する方法である。
＜装置構成＞
まず始めに、この抗菌膜を基材に成膜するために用いられるプラズマ処理装置の構成について説明する。なお、基材としては、例えばＰＥＴ、ＰＰ、ＰＣ、アクリ等の有機材料からなるシート状基材を取り上げて説明する。
まず始めに、この抗菌膜を基材に成膜するために用いられるプラズマ処理装置の構成について説明する。なお、基材としては、例えばＰＥＴ、ＰＰ、ＰＣ、アクリ等の有機材料からなるシート状基材を取り上げて説明する。
本実施形態のプラズマ処理装置１００は、図１に示すように、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を用いて基材をプラズマ処理するものである。
具体的にこのプラズマ処理装置１００は、基材Ｚを収容する真空チャンバＸと、真空チャンバＸ内にプラズマを生成するための高周波アンテナ１と、基材Ｚを真空チャンバＸ内に搬入し、プラズマ処理された基材Ｚを真空チャンバＸから搬出する搬送機構２と、高周波アンテナ１に高周波電力を印加する高周波電源３とを具備する。
本実施形態のプラズマ処理装置１００は、所謂ロール・ツー・ロール方式のものであり、搬送機構２が、シート状の基材Ｚを真空チャンバＸ内に送り出す送り出しローラ２１と、プラズマ処理された基材Ｚを巻き取りローラ２２とを備えている。
また、ここでのプラズマ処理装置は１００、基材Ｚを鉛直方向に沿って搬送するように構成されているが、基材Ｚを水平方向に沿って搬送するものであっても良い。
然して、本実施形態のプラズマ処理装置１００は、図１に示すように、基材Ｚの周囲に設けられ、イオンが通過可能なイオン通過孔ｈを有する導電性部材４と、導電性部材４に負の電圧を印加する電源５とをさらに備えている。
より具体的に説明すると、導電性部材４は、例えばＳＵＳ等の金属からなるメッシュ状のメッシュ電極であり、多数の網目がイオン通過孔ｈとして形成された例えば平板状のものである。
本実施形態では、図１に示すように、基材Ｚの表面側及び裏面側のそれぞれに高周波アンテナ１が設けられており、それぞれの高周波アンテナ１と基材Ｚとの間に導電性部材４が設けられている。これら一対の導電性部材４は、互いに電気的に接続されており、共通の電源５から負の電圧が印加されるものである。
電源５は、導電性部材４にプラズマ中の正のイオンを加速させるための負の電圧を印加するものであり、この負の電圧が加速電圧として作用することにより、プラズマ中の正のイオンを導電性部材４に引き寄せながら加速させるものである。具体的にこの電源４は、−５ｋＶ以上−１ｋＶ以下の負のパルス電圧を発生させる高圧パルス電源である。
なお、本実施形態では、上述した高周波電源３と電源５とを制御する図示しない制御部が設けられている。具体的にこの制御部は、高周波電源３から高周波アンテナ１に印加する高周波電流を停止した後、所定時間経過後に、電源５から導電性部材４に負の電圧を印加するように高周波電源３及び電源５を制御する。
かかる構成により、真空チャンバ２にＣＦ４やＡｒＦ２ガスなどのフッ素含有ガスを原料ガスとして供給し、高周波電源３から高周波アンテナ１に高周波電流が印加されると、導電性部材４の周囲にプラズマが発生する。ここでいうプラズマとは、正のフッ素イオンと電子とが同時に存在している状態を指す。
そこへ、電源５から導電性部材４に上述した負の高電圧パルスを印加すると、プラズマ中の電子は、導電性部材４から追いやられ、導電性部材４の周囲には正のフッ素イオンが取り残される。このように、電子が導電性部材４から追いやられることで、プラズマは、導電性部材４から徐々に遠ざかるように変化し、このプラズマと正のイオンが取り残された領域との境界をシースという。
このシースと導電性部材４との間に取り残されたフッ素イオンは、導電性部材４に印加されている負のパルス電圧、つまり加速電圧によって導電性部材４に向かって加速しながら引き寄せられ、一部のイオンが導電性部材４に形成されたイオン通過孔ｈ（本実施形態では、メッシュ電極に形成された網目）を通り抜けて高エネルギーな状態で基材Ｚに注入される。
これにより、正のフッ素イオンは、基材Ｚの表面から内部に深く侵入して基材Ｚと結合するので、このフッ素イオンの注入により成膜された抗菌膜を、例えばＣＶＤ（化学気相堆積：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成したものに比べて、剥がれにくいものにすることができる。
これにより、正のフッ素イオンは、基材Ｚの表面から内部に深く侵入して基材Ｚと結合するので、このフッ素イオンの注入により成膜された抗菌膜を、例えばＣＶＤ（化学気相堆積：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成したものに比べて、剥がれにくいものにすることができる。
＜製造方法＞
次に、上述したプラズマ処理装置１００を用いて基材Ｚの表面に抗菌膜を成膜する成膜方法について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
次に、上述したプラズマ処理装置１００を用いて基材Ｚの表面に抗菌膜を成膜する成膜方法について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、真空チャンバＸに例えばＣＦ４やＡｒＦ２ガスなどのフッ素含有ガスを原料ガスとして供給し、真空チャンバＸ内を例えば０．３Ｐａ以上１０Ｐａ以下に保持する（Ｓ１）。
次に、送り出しローラ２１により基材Ｚを真空チャンバＸに送り出すとともに、高周波アンテナ２に図示しない整合器を介して高周波電源３からの高周波電力を印加することで、真空チャンバＸにフッ素イオンを含む放電プラズマを発生させる（Ｓ２）。
続いて、導電性部材４に電源５から例えば−５ｋＶ以上−１ｋＶ以下の負のパルス電圧を印加することで、上述したように、プラズマ中の電子が導電性部材４から追いやられるとともに、導電性部材４の周囲には正のフッ素イオンが取り残される。
そして、この導電性部材４の周囲に取り残されたフッ素イオンが、導電性部材４に印加されている負のパルス電圧によって導電性部材４に向かって加速しながら引き寄せられ、一部のイオンが導電性部材４に形成されたイオン通過孔ｈを通り抜けて３ｋｅＶ以上の注入イオンエネルギーで基材Ｚに注入される（Ｓ３）。
このフッ素イオンの注入により、基材Ｚの表面にはフッ素による撥水性を発揮させることができ、これによる抗菌膜が成膜される。
ここで、図３には、上述したフッ素イオンの注入により抗菌膜を成膜した基材を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）した結果を示しており、この分析結果から、本成膜方法により成膜された抗菌膜は、基材Ｚの表面から少なくとも深さ４００ｎｍまで存在していることが分かる。より詳細には、この抗菌膜は、基材Ｚとしてアクリル板を用いており、表面からの深さが４００ｎｍにおいて１Ｅ＋０３（１０００）以上の原子数二次イオン強度（ＣＰＳ：Ｃｏｕｎｔｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）を有する。
ここで、この抗菌膜の摩耗性を評価した結果について述べる。
この摩耗性評価試験では、上述したようにアクリル板に５Ｋｅｖの注入イオンエネルギーでフッ素イオン注入して抗菌膜を成膜した試料を作成し、この試料に歯ブラシによるブラシング摩耗試験を行った。具体的には、歯ブラシに５００ｇの荷重を加えた状態で４０ｍｍ／秒の速さで約４ｋｍにわたって試料をこすった。
この摩耗性評価試験では、上述したようにアクリル板に５Ｋｅｖの注入イオンエネルギーでフッ素イオン注入して抗菌膜を成膜した試料を作成し、この試料に歯ブラシによるブラシング摩耗試験を行った。具体的には、歯ブラシに５００ｇの荷重を加えた状態で４０ｍｍ／秒の速さで約４ｋｍにわたって試料をこすった。
この摩耗正評価試験の結果、図４に示すように、４ｋｍの摩耗後も基材Ｚの表層にはフッ素イオンが残存していることが確認された。
このような成膜方法によれば、基材Ｚにフッ素イオンを注入して抗菌膜を成膜しているので、フッ素イオンを基材Ｚの表面から深い部分に到るまで存在させることができる。これにより、基材Ｚが摩耗しても、その表面にはフッ素イオンが残存し続けるため、耐摩耗性のある抗菌膜を成膜することができる。
しかも、このように成膜された抗菌膜は、フッ素コートに比べて着色を抑えることができ、デザイン性を損なうといった問題も解消し得るものである。
しかも、このように成膜された抗菌膜は、フッ素コートに比べて着色を抑えることができ、デザイン性を損なうといった問題も解消し得るものである。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態ではアクリル板に成膜した抗菌膜について説明したが、例えばゴムなどの他の基材に抗菌膜を成膜しても良い。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
１００・・・プラズマ処理装置
Ｘ ・・・真空チャンバ
Ｚ ・・・基材
１ ・・・高周波アンテナ
２ ・・・搬送機構
３ ・・・高周波電源
４ ・・・導電性部材
５ ・・・電源
Ｘ ・・・真空チャンバ
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２ ・・・搬送機構
３ ・・・高周波電源
４ ・・・導電性部材
５ ・・・電源
Claims (8)
- 基材を収容するとともに、フッ素含有ガスが供給される真空チャンバと、
前記真空チャンバ内にプラズマを発生させるための高周波アンテナと、
前記基材を前記真空チャンバ内に搬入し、プラズマ処理された前記基材を前記真空チャンバ内から搬出する搬送機構と、
前記基材の周囲に設けられ、イオンが通過可能なイオン通過孔を有する導電性部材と、
前記導電性部材に負の電圧を印加する電源とを備え、
前記電源から前記導電性部材に負の電圧を印加して、前記イオン通過孔にプラズマ中のフッ素イオンを通過させて前記基材に注入することで、前記基材に抗菌膜を成膜することを特徴とする成膜装置。 - 前記導電性部材が、メッシュ状のメッシュ電極である請求項１記載の成膜装置。
- 前記アンテアが、前記基材の両面側それぞれに設けられており、
前記導電性部材が、前記各アンテナと前記基材との間それぞれに設けられている請求項１又は２記載の成膜装置。 - 基材に抗菌膜を成膜する成膜方法であって、
前記基材を収容する真空チャンバ内にフッ素含有ガスを供給するとともに、当該真空チャンバ内にプラズマを発生させ、
前記基材又は前記基材の周囲に設けられた高電圧パルス印加用電極にパルス電圧を印加することで、前記基材にフッ素イオンを注入して抗菌膜を成膜することを特徴とする成膜方法。 - 前記抗菌膜に含まれるフッ素イオンが、表面から少なくとも深さ１００ｎｍまで存在している請求項４記載の成膜方法。
- 前記パルス電圧が、−５ｋＶ以上−１ｋＶ以下であることを特徴とする請求項４又は５記載の成膜方法。
- 前記フッ素イオンの注入エネルギーが、３ｋｅＶ以上である請求項４乃至６のうち何れか一項に記載の成膜方法。
- 前記基材がシート状のものであり、
前記基材を送り出しローラから前記真空チャンバに送り出し、前記抗菌膜が成膜された前記基材を巻き取りローラにより巻き取ることを特徴とする請求項４乃至７のうち何れか一項に記載の成膜方法。
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