JP3870598B2

JP3870598B2 - Plastic container deposition equipment

Info

Publication number: JP3870598B2
Application number: JP05719799A
Authority: JP
Inventors: 航飯島; 晃武田; 励白井; 恭市山本; 敏明掛村
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: JP2000256859A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空中にてプラスチック容器に真空蒸着法、化学蒸着法（CVD）等の方法により薄膜を形成する成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在までプラスチック容器は、その利便性から食品、医療など幅広い分野で包装容器として利用されている。しかし、プラスチックは周知のように酸素、二酸化炭素などの低分子ガスや水蒸気を透過してしまう性質を有している。そのため内容物が酸化してしまうなど悪影響を及ぼし、その利用範囲に制約を受けていた。
【０００３】
そこで近年プラスチック容器にガスバリア性を有する薄膜を成膜することで、その機能を向上させる技術が知られてきている。
【０００４】
その一例として、プラスチック容器にガスバリア性を有する薄膜を成膜する従来の成膜装置としては以下のようなものがあった。
例えば、図１の（ａ）に示すように、真空中で容器４を収容するために形成され収容される容器の外形とほぼ相似形の隙間８を有する中空状の外部電極２と、この外部電極の空所内に容器が収容された際にこの容器の口部が当接されると共に外部電極を絶縁する絶縁部材３と、接地され外部電極の空所内に収容された容器の内側７に容器の口部９から挿入される原料ガス供給孔６として、１個の孔からなり、かつ直径が０．５ｍｍより大きい孔を持つ内部電極５と、外部電極の空所内に連通されて空所内の排気を行う排気手段１１と、外部電極の空所内に収容された容器の内側の前記内部電極に原料ガスを供給する供給管１０と、外部電極に接続された高周波電源１３を備えていることを特徴とする装置が知られている。
【０００５】
しかしながら、上記のような従来のプラスチック容器の成膜装置では、プラスチック容器内にガス供給孔６として、１個の孔からなり、かつ直径が０．５ｍｍより大きい孔を持つ内部電極５からガスを供給し、高周波電力を投入すると、図１で示す外部電極２と内部電極５で発生したプラズマが、内部電極５の原料ガス供給管１０の内部に侵入し、この侵入したプラズマにより原料ガス供給管１０及び内部電極５が加熱され、そのふく射熱によりプラスチック容器の塑性変形を生じてしまう。
【０００６】
従って、上記ふく射熱によるプラスチック容器の塑性変形が生じない範囲に、成膜時間及び投入する高周波電力及びガス流量等の成膜条件が制限され、内壁面に十分な厚みを持ちかつ緻密である膜を成膜できず、最適な酸素もしくは水蒸気透過度を得ようとしたとき不都合である。
【０００７】
さらに、内部電極５の原料ガス供給管１０の内部にプラズマが侵入することにより、高周波電力の殆どが、内部電極５の原料ガス供給管１０の内部のプラズマに投入され、外部電極２と内部電極５の間に発生するプラズマに必要な電力が投入されない。
【０００８】
この為、内部電極５の原料ガス供給管１０の内部に発生したプラズマが供給している原料の電離及び膜生成の反応を進行させてしまい、プラスチック容器内壁面への成膜反応が十分に行われず、プラスチック容器の内壁面の膜厚分布が不均一でかつポーラスな膜になりやすいので酸素及び水蒸気透過度の低減を図る障害になっていた。
【０００９】
また、連続で成膜した場合、真空中では十分な熱伝達が期待できないことから内部電極５がプラズマに依る熱を蓄積し徐々に高温となってしまい安定した成膜を行えないというも問題も発生してくる。
【００１０】
さらに、内部電極５はプラスチック容器口栓部の内径により、寸法に制約があり水冷等の冷却手段を設けることができない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、プラスチック容器の成膜装置において、ふく射熱によるプラスチック容器の塑性変形を生ずることなく、均一で緻密な薄膜を、安定して連続成膜が可能なプラスチック容器成膜装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、外部電極の内側に配設したプラスチック製の容器内に内部電極を挿入配置し、前記容器内を真空にする手段と、内部電極から原料ガスを該容器内に供給する手段と、外部電極と内部電極間にプラズマを発生させる手段とを有し、前記容器内壁面にプラズマ化学気相析出法により薄膜を形成する成膜装置において、前記内部電極が、内部電極に着脱が可能な機構を備えた１個以上のガス供給孔を有する部材をその先端に備え、且つ該ガス供給孔の直径が０．５ｍｍ以下であることを特徴とするプラスチック容器の成膜装置である。
【００１３】
請求項２記載の発明は、
請求項１に記載のプラスチック容器の成膜装置において、前記ガス供給孔の形状が、円形であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図に基づいて、本発明の実施形態について以下に説明する。図２（ａ）は、本発明のプラスチック容器の成膜装置の断面図である。真空中で容器４を収容するために形成され収容される容器の外形とほぼ相似形の隙間８を有する中空状の外部電極２と、この外部電極の空所内に容器が収容された際にこの容器の口部が当接されると共に外部電極を絶縁する絶縁部材３と、接地され外部電極の空所内に収容された容器の内側７に容器の口部９から挿入される原料ガス供給孔６を持つ部材を備えた内部電極５と、外部電極の空所内に連通されて空所内の排気を行う排気手段１１と、外部電極の空所内に収容された容器の内側の前記内部電極に原料ガスを供給する供給管１０と、外部電極に接続された高周波電源１３を備えているプラスチック容器の成膜装置において、前記内部電極が、ガス供給孔６が１個以上の孔からなる部材を備え、且つ該ガス供給孔６の直径が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
これによると、原料ガスの吐出圧力が高くなり、高周波電力を投入した際に生じる外部電極と内部電極間に発生したプラズマの内部電極の原料ガス供給管の内部への侵入を防止することができる。
【００２０】
図２の（ｂ）は、本発明のプラスチック容器の成膜装置において、ガス供給孔の形状を示した断面図である。図に示すように、前記ガス供給孔の形状が、円形（ｂ）であることを特徴とする。これによると、ガス供給孔の加工が、安易で短時間で作製できるということから好ましい。ガス供給孔の形状を円形に変化させたりすることにより、供給ガスの流量を調節することもできる。
【００２１】
また、本発明のプラスチック容器の成膜装置において、ガス供給孔を有する部材は、１個以上のガス供給孔を有することを特徴とする。
これによると、ガス供給孔の数で、原料ガスの供給量を調整できるということから好ましい。
【００２２】
また、本発明のプラスチック容器の成膜装置において、ガス供給孔を有する部材は、前記内部電極に挿着及び着脱が可能な機構を備えたことを特徴とする。
これによると、ガス供給孔が成膜過程で目詰まりを起こした際に、ガス供給孔を有する部材のみの交換で済むことから好ましい。
【００２３】
さらに、本発明のプラスチック容器の成膜装置において、ガス供給孔を有する部材は、
射出成形法または焼結法で作製された部材であることを特徴とする。本発明では、上記部材の材質は特に限定されるものではないが、上記製法によると、該部材は大量に生産できるために非常に廉価に製造できる。従って、内部電極に、上記ガス供給孔を有する部材を結合させて使用する際に、成膜過程で目詰まりを起こしたような場合、簡単に部材のみを交換して使用しても本発明の成膜装置の運転費用に殆ど影響しない。
【００２４】
【実施例】
＜実施例１＞
本発明におけるプラスチック容器の成膜装置を用い、５００ｍｌプラスチック容器を使用して、成膜装置の原料ガスであるヘキサメチレンジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）と酸素からなる原料ガス混合比率、成膜時間、ラジオフリークエンシー（ＲＦ）電力等の条件を任意に変化させて、プラスチック容器の内壁面た薄膜を形成した時のそのプラスチック容器の酸素透過度及びプラスチック容器の内壁面の膜厚を評価した。その評価結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
＜比較例１＞
従来のプラスチック容器の成膜装置を用いて、５００ｍｌのプラスチック容器を使用して、実施例１と同様成膜条件を変化させてプラスチック容器の内壁面に薄膜を形成した時のそのプラスチック容器の酸素透過度及びプラスチック容器の内壁面の膜厚を評価した。その評価結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】

【００２８】
その結果、本発明のプラスチック容器の成膜装置を用いてプラスチック容器の内壁面に薄膜を形成した時のそのプラスチック容器の内壁面の膜厚の均一性が、従来のプラスチック容器の成膜装置を用いた場合に比較して、飛躍的に向上していることから、本発明のプラスチック容器の成膜装置を用いてプラスチック容器の内壁面た薄膜を形成した時のそのプラスチック容器の酸素透過度は、従来のプラスチック容器の成膜装置を用いた場合に比較して、条件によっては半分まで低減できている。さらに、従来のプラスチック容器の成膜装置を用いた表１の実験Ｎｏ．９及び１０の条件では成膜時間が長い為、プラスチック容器が塑性変形してしまい評価するに至らなかったが、本発明のプラスチック容器の成膜装置を用いた表２の同条件の実験では、プラスチック容器は塑性変形せず良好な酸素透過度を持つプラスチック容器の成膜が可能となった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明により、プラスチック容器の成膜装置において、配置された容器内に挿入する内部電極に、ガス供給孔として、直径が０．５ｍｍ以下の孔を有するガス供給孔部材を備えることで、内部電極の原料ガス供給管の内部に発生するプラズマを防ぎ、プラズマによる内部電極の加熱をなくすことにより、そのふく射熱によるプラスチック容器の塑性変形を防止する効果があり、また、冷却手段の無い内部電極でも熱の蓄積が無いことから安定して連続成膜が可能となる。
【００３０】
さらに、内部電極の原料ガス供給管の内部に発生するプラズマを防ぐことにより、供給している原料ガスの電離及び膜生成の反応を防止することができ、外部電極と内部電極間に十分な高周波電力が投入される。その結果、供給ガスの解離及びプラスチック容器の内壁面への成膜反応が十分に行われ、プラスチック容器の内壁面の膜厚分布が均一でかつ緻密な膜を成膜することが可能であり、酸素及び水蒸気透過度を低減させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、従来のプラスチック容器の成膜装置の全体図を示す概略断面図である。
（ｂ）は、従来のプラスチック容器の成膜装置の内部電極のガス供給孔の拡大断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明のプラスチック容器の成膜装置の一実施例を示す概略断面図である。
（ｂ）は、本発明のプラスチック容器の成膜装置の内部電極のガス供給孔の一実施例を示す拡大断面図である。
【図３】本発明のプラスチック容器の成膜装置の内部電極に装着するガス供給孔を有する部材の一実施例を示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
１・・・外部電極天蓋部
２・・・外部電極
３・・・絶縁板
４・・・プラスチック容器
５・・・内部電極
６・・・ガス供給孔
７・・・プラスチック内部空間
８・・・プラスチック容器と外部電極の隙間
９・・・容器口部
１０・・・原料ガス供給管
１１・・・排気口
１２・・・マッチングボックス
１３・・・高周波電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming apparatus for forming a thin film on a plastic container in a vacuum by a method such as vacuum vapor deposition or chemical vapor deposition (CVD).
[0002]
[Prior art]
Up to now, plastic containers have been used as packaging containers in a wide range of fields such as food and medicine due to their convenience. However, as is well known, plastic has a property of permeating low molecular gases such as oxygen and carbon dioxide and water vapor. For this reason, the contents were adversely affected, such as being oxidized, and the range of use was limited.
[0003]
Therefore, in recent years, a technique for improving the function of a plastic container by forming a thin film having a gas barrier property has been known.
[0004]
As an example, a conventional film forming apparatus for forming a thin film having a gas barrier property on a plastic container includes the following.
For example, as shown in FIG. 1A, a hollow external electrode 2 having a gap 8 that is substantially similar to the outer shape of a container that is formed and accommodated in a vacuum, and the exterior When the container is accommodated in the cavity of the electrode, the container is brought into contact with the insulating member 3 that contacts the mouth of the container and insulates the external electrode, and inside the container 7 that is grounded and accommodated in the cavity of the external electrode. As the source gas supply hole 6 inserted from the mouth portion 9, the internal electrode 5 having one hole and having a diameter larger than 0.5 mm is communicated with the space of the external electrode, and the space inside the space An exhaust means 11 for exhausting, a supply pipe 10 for supplying a raw material gas to the internal electrode inside the container accommodated in a space of the external electrode, and a high-frequency power source 13 connected to the external electrode. A featured device is known.
[0005]
However, in the conventional plastic container film forming apparatus as described above, gas is supplied from the internal electrode 5 having one hole and a diameter larger than 0.5 mm as the gas supply hole 6 in the plastic container. When the high-frequency power is supplied and plasma is generated, the plasma generated in the external electrode 2 and the internal electrode 5 shown in FIG. 1 enters the source gas supply pipe 10 of the internal electrode 5, and the source gas supply pipe is generated by the intruded plasma. 10 and the internal electrode 5 are heated, and the plastic heat causes plastic deformation of the plastic container.
[0006]
Therefore, the film forming conditions such as the film forming time, the high frequency power to be applied and the gas flow rate are limited within a range in which the plastic container is not deformed by the radiant heat, and the inner wall surface has a sufficient thickness and a dense film. It is inconvenient when it is impossible to form a film and an optimum oxygen or water vapor permeability is obtained.
[0007]
Further, when the plasma enters the source gas supply pipe 10 of the internal electrode 5, most of the high frequency power is input to the plasma inside the source gas supply pipe 10 of the internal electrode 5, and the external electrode 2 and the internal electrode No power necessary for the plasma generated during 5 is supplied.
[0008]
For this reason, the reaction of ionization and film formation of the raw material supplied by the plasma generated inside the raw material gas supply pipe 10 of the internal electrode 5 proceeds, and the film formation reaction on the inner wall surface of the plastic container is sufficiently performed. However, since the film thickness distribution on the inner wall surface of the plastic container is uneven and easily becomes a porous film, it has been an obstacle to reduce oxygen and water vapor permeability.
[0009]
In addition, when the film is continuously formed, sufficient heat transfer cannot be expected in a vacuum, so that the internal electrode 5 accumulates heat due to plasma and gradually becomes high temperature, so that stable film formation cannot be performed. Will occur.
[0010]
Furthermore, the internal electrode 5 is limited in size due to the inner diameter of the plastic container plug and cannot be provided with cooling means such as water cooling.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems. In a plastic container film forming apparatus, a uniform and dense thin film can be stably and continuously formed without causing plastic deformation of the plastic container due to radiation heat. An object of the present invention is to provide a plastic container deposition apparatus.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a means for inserting and arranging an internal electrode in a plastic container disposed inside the external electrode, and evacuating the inside of the container. In a film forming apparatus that has a means for supplying a source gas into the container and a means for generating plasma between the external electrode and the internal electrode, and forms a thin film on the inner wall surface of the container by plasma chemical vapor deposition, The internal electrode is provided with a member having one or more gas supply holes provided with a mechanism that can be attached to and detached from the internal electrode at the tip , and the diameter of the gas supply hole is 0.5 mm or less. This is a plastic container deposition apparatus.
[0013]
The invention according to claim 2
2. The film forming apparatus for a plastic container according to claim 1, wherein the gas supply hole has a circular shape.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings. FIG. 2A is a cross-sectional view of the plastic container film forming apparatus of the present invention. A hollow external electrode 2 having a gap 8 which is formed to accommodate the container 4 in a vacuum and is substantially similar to the outer shape of the container to be accommodated, and when the container is accommodated in the space of the external electrode An insulating member 3 that abuts the mouth of the container and insulates the external electrode, and a source gas supply hole 6 that is inserted from the mouth 9 of the container into the inside 7 of the container that is grounded and accommodated in the space of the external electrode The internal electrode 5 having a member having the above, the exhaust means 11 communicating with the space of the external electrode and exhausting the space, and the source gas in the internal electrode inside the container accommodated in the space of the external electrode a supply pipe 10 for supplying, in the film forming apparatus of the plastic container is provided with a high frequency power source 13 connected to the external electrode, the internal electrode is provided with a member for gas supply hole 6 is composed of one or more holes And the diameter of the gas supply hole 6 is 0.5 mm. Characterized in that it is a below.
[0019]
According to this, the discharge pressure of the source gas becomes high, and it is possible to prevent the plasma generated between the external electrode and the internal electrode generated when high-frequency power is supplied from entering the source gas supply pipe of the internal electrode. .
[0020]
FIG. 2B is a cross-sectional view showing the shape of the gas supply hole in the plastic container film forming apparatus of the present invention. As shown, the shape of the gas supply holes, characterized in that it is a circular (b). According to this, processing of the gas supply hole is preferable because it is easy and can be produced in a short time. By or the shape of the gas supply hole is changed to a circular, it is also possible to adjust the flow rate of the feed gas.
[0021]
In the plastic container film-forming apparatus of the present invention, the member having the gas supply holes has one or more gas supply holes.
This is preferable because the supply amount of the source gas can be adjusted by the number of gas supply holes.
[0022]
In the plastic container film forming apparatus of the present invention, the member having the gas supply hole includes a mechanism capable of being attached to and detached from the internal electrode.
According to this, when the gas supply hole is clogged during the film formation process, it is preferable that only the member having the gas supply hole needs to be replaced.
[0023]
Furthermore, in the plastic container film forming apparatus of the present invention, the member having the gas supply hole is:
It is a member produced by an injection molding method or a sintering method. In the present invention, the material of the member is not particularly limited, but according to the manufacturing method, the member can be produced in a large amount because it can be produced in large quantities. Accordingly, when clogging occurs during the film formation process when the member having the gas supply hole is combined with the internal electrode, even if only the member is replaced and used, the present invention can be used. Almost no influence on the operating cost of the film forming apparatus.
[0024]
【Example】
<Example 1>
Using the plastic container film formation apparatus of the present invention, using a 500 ml plastic container, the raw material gas mixture ratio of hexamethylenedisiloxane (HMDSO) and oxygen, film formation time, radio frequency (RF) The conditions such as electric power were arbitrarily changed to evaluate the oxygen permeability of the plastic container and the film thickness of the inner wall surface of the plastic container when the thin film formed on the inner wall surface of the plastic container was formed. The evaluation results are shown in Table 1.
[0025]
[Table 1]

[0026]
<Comparative Example 1>
Using a conventional plastic container film forming apparatus, using a 500 ml plastic container, changing the film forming conditions in the same manner as in Example 1 and forming a thin film on the inner wall surface of the plastic container, oxygen in the plastic container The permeability and the film thickness of the inner wall surface of the plastic container were evaluated. The evaluation results are shown in Table 2.
[0027]
[Table 2]

[0028]
As a result, when the thin film is formed on the inner wall surface of the plastic container using the film forming apparatus for the plastic container of the present invention, the uniformity of the film thickness on the inner wall surface of the plastic container is Compared to the case of using the plastic container, the oxygen permeability of the plastic container when the thin film formed on the inner wall surface of the plastic container is formed using the plastic container film forming apparatus of the present invention is improved. Compared with the case where a conventional plastic container film forming apparatus is used, it can be reduced to half depending on conditions. Furthermore, in Experiment No. 1 in Table 1 using a conventional plastic container film forming apparatus. Under the conditions of 9 and 10, since the film formation time was long, the plastic container was plastically deformed and could not be evaluated. However, in the experiment under the same conditions in Table 2 using the plastic container film formation apparatus of the present invention, plastic container became possible formation of plastic containers with good oxygen permeability without plastic deformation.
[0029]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the film forming apparatus for a plastic container, the internal electrode inserted into the disposed container is provided with a gas supply hole member having a hole having a diameter of 0.5 mm or less as the gas supply hole. This prevents the plasma generated inside the source gas supply pipe from being heated and eliminates the heating of the internal electrode due to the plasma, thereby preventing the plastic container from being plastically deformed by the radiation heat. Therefore, stable and continuous film formation is possible.
[0030]
Furthermore, by preventing plasma generated inside the source gas supply pipe of the internal electrode, ionization of the supplied source gas and reaction of film formation can be prevented, and sufficient high frequency is provided between the external electrode and the internal electrode. Power is turned on. As a result, the dissociation of the supply gas and the film forming reaction on the inner wall surface of the plastic container are sufficiently performed, and it is possible to form a dense film with a uniform film thickness distribution on the inner wall surface of the plastic container, There is an effect of reducing oxygen and water vapor permeability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing an overall view of a conventional plastic container film forming apparatus.
(B) is an expanded sectional view of the gas supply hole of the internal electrode of the film-forming apparatus of the conventional plastic container.
FIG. 2 (a) is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a film forming apparatus for a plastic container according to the present invention.
(B) is an expanded sectional view which shows one Example of the gas supply hole of the internal electrode of the film-forming apparatus of the plastic container of this invention.
FIG. 3 is an enlarged perspective view showing an embodiment of a member having a gas supply hole to be attached to the internal electrode of the film forming apparatus for a plastic container of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... External electrode canopy part 2 ... External electrode 3 ... Insulating plate 4 ... Plastic container 5 ... Internal electrode 6 ... Gas supply hole 7 ... Plastic internal space 8 ... Gap 9 between the plastic container and the external electrode ... Container opening 10 ... Raw material gas supply pipe 11 ... Exhaust outlet 12 ... Matching box 13 ... High frequency power supply

Claims

An internal electrode is inserted and arranged in a plastic container disposed inside the external electrode, means for evacuating the container, means for supplying a source gas from the internal electrode into the container, external electrode and internal Means for generating plasma between the electrodes, and in the film forming apparatus for forming a thin film on the inner wall surface of the container by plasma chemical vapor deposition, the internal electrode has a mechanism that can be attached to and detached from the internal electrode. An apparatus for forming a plastic container, comprising a member having one or more gas supply holes at a tip thereof, wherein the diameter of the gas supply holes is 0.5 mm or less.

The film forming apparatus for a plastic container according to claim 1, wherein the gas supply hole has a circular shape.