JP4859673B2

JP4859673B2 - Ｄｌｃ製膜装置

Info

Publication number: JP4859673B2
Application number: JP2006550604A
Authority: JP
Inventors: 富男内; 少歩蔡
Original assignee: 日本リビング株式会社
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2025-09-05
Also published as: KR20080041529A; KR101263700B1; EP1923484A1; JPWO2006073012A1; CA2571380A1; CN1993493A; WO2006073012A1

Description

本発明は、帯状に連続する容器成形用プラスチックシートに所定間隔で容器半製品を成形したワークが間欠的に搬送される搬送ラインにおいてその容器半製品の表面にＤＬＣ被膜を形成するＤＬＣ製膜装置に関する。

味噌容器等のプラスチック容器を製造する場合、所要幅のプラスチックシートをローラから巻き出して間欠的に搬送しながら、成形用キャビティをマトリックス状に形成した金型に挟んで容器半製品を真空成形又は圧空成形した後、その容器半製品を一つずつ切り離すのが一般的である。

このような食品用プラスチック容器においては、内容物の酸化や吸湿を防止するために、酸素や水蒸気のようは気体を透過しない高いガスバリア性が要求される。
そして、透明なプラスチックでは、エバール（株式会社クラレの商品名：エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂）やバレックス（三井化学株式会社の商品名：アクリル−ニトリル系熱可塑性樹脂）などのガスバリア性材料を積層した多層プラスチックプラスチックシートで容器を成形することにより、そのような要求に応えている。
特開平５−１０４５７２号公報

しかしながら、多層プラスチックプラスチックシートで食品容器を形成した場合、原材料費が高くその製造コストが従来の４〜５倍にも達するという問題があった。
また、厚さ１ｍｍのプラスチックシート中で厚さ２０μｍのガスバリアフィルムが一層以上積層形成されているが、リサイクル処理しようとするときに、単層でも単純計算で２％の不純物を含むこととなり、二層、三層と多層になればさらに不純物濃度が高くなり、リサイクル適正が低いという問題があった。

一方、最近では、ガスバリア材料としてＤＬＣ被膜（ダイヤモンドライクカーボン被膜）を形成したプラスチックボトルが注目されており、プラスチックプラスチックシートにＤＬＣ被膜を形成する技術も提案されている。
特開２００３−１４７５２６号公報

このＤＬＣ被膜は、炭素間のＳＰ^３結合を主体としたアモルファスな炭素膜で、高ガスバリア性・低摩擦性・高硬度・高電気絶縁性・高屈折率・高放熱性・高耐食性等の優れた物理的・化学的特性を有しており、０.０３〜０.１μｍの膜厚で十分なガスバリア性を有するので、リサイクル処理するときの不純物濃度が極めて低く、したがってリサイクル適正に優れる。

しかし、このようにＤＬＣ被膜を形成したプラスチックシートを用いて、上述のようなプラスチック容器を成形しようとすると、真空成形／圧空成形したときのプラスチックシートの延伸により、容器の高さ方向の壁の厚みがシート厚さの１／３以下に低下し、これに伴って、シート表面に形成されたＤＬＣ被膜のガスバリア性も低下してしまう。

プラスチックシートにＤＬＣ被膜を形成せずに、個々の容器に切断してからＤＬＣ被膜を形成することも考えられるが、このラインを自動化しようとすると、容器搬送ラインからＤＬＣコーティングを施す真空チャンバへ搬入する搬入装置、製膜終了した容器を真空チャンバから搬出する搬出装置が必要になるため、莫大な設備費を要し、管理者の人件費も嵩むという問題があった。
さらに、既存のプラスチック容器成形ラインでは、約１５秒間隔で真空成形が行われ、一回の真空成形で数十個の容器半製品が形成され、これらを個々の容器に切断した後、夫々の容器ごとにＤＬＣコーティングを施した場合は、容器の生産効率が著しく低下するという問題があった。

そこで本発明は、帯状に連続する容器成形用プラスチックシートに所定間隔で容器半製品を成形したワークの搬送ラインに組み込むことができ、格別な搬入出機構を一切用いることなく、間欠的に到来する容器半製品の表面にＤＬＣ被膜をインラインで製膜できるようにすることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、帯状に連続する容器成形用プラスチックシートに所定間隔で容器半製品を成形したワークが間欠的に搬送される搬送ラインにおいてその容器半製品の表面にＤＬＣ被膜を形成するＤＬＣ製膜装置であって、前記搬送ラインに、間欠的に到来する前記容器半製品を一定の単位個数ずつ収容してその表面にＤＬＣコーティングを施す真空チャンバが設置され、該チャンバは、ＤＬＣコーティング用の高周波電極を設けた第一のケーシングと、アース電極を設けた第二のケーシングとを前記搬送ラインを挟んで互いに合体させて形成されると共に、その合体箇所にチャンバ内を０.５〜５０００Ｐａの真空度に保持し得るシール材が付設され、該チャンバに前記容器半製品を搬入出させる際に、前記両ケーシングが互いに離反する方向に相対移動してその搬入出を可能とするように構成されていることを特徴としている。

本発明に係るＤＬＣ製膜装置は、搬送ラインに、間欠的に到来する前記容器半製品を一定の単位個数ずつ収容してその表面にＤＬＣコーティングを施す真空チャンバが、第一の及び第二のケーシングを搬送ラインを挟んで互いに合体させて形成されているので、ワークの搬送に伴って容器半製品が搬入搬出されるときに、互いに離反する方向に相対移動される。
次いで、各ケーシングが合体されて容器半製品が一定の単位個数収容され、チャンバ内を減圧して原料ガスを導入し電極間に高周波電圧を印加すると、ワーク内面にＤＬＣ被膜が形成される。
そして、製膜が完了した時点でケーシングを離反させてワークを搬送すれば、ＤＬＣ被膜が形成された容器半製品が搬出されると同時に、後続の未処理の容器半製品が搬入され、これを繰返してＤＬＣ被膜の製膜処理が施される。

このように、ケーシングを開閉することにより、間欠的に到来する単位個数の容器半製品に同時にＤＬＣ被膜が形成されるので、その単位個数を真空成形／圧空成形で一度に形成される数と同じ数にしておけば、真空成形／圧空成形に同期して、同じ生産効率でＤＬＣ被膜をインラインで製膜できる。
また、ケーシングを開閉するだけで、格別な搬入出装置を設けることなく容器半製品をチャンバ内に搬入出することができ、効率良くＤＬＣ製膜処理を施すことができる。
さらに、各ケーシングの合体箇所にチャンバ内を０.５〜５０００Ｐａの真空度に保持し得るシール材が設けられているので、ＤＬＣコーティングを行うために減圧してもチャンバ内で空気漏れを起こすことがない。

本例では、帯状に連続する容器成形用プラスチックシートに所定間隔で容器半製品を成形したワークが間欠的に搬送される搬送ラインに組み込むことができ、格別な搬入出機構を一切用いることなく、容器半製品の表面にＤＬＣ被膜をインラインで製膜できるようにするという目的を達成するために、その搬送ラインに、間欠的に到来する前記容器半製品を一定の単位個数ずつ収容してその表面にＤＬＣコーティングを施す真空チャンバを設置し、そのチャンバは、ＤＬＣコーティング用の高周波電極を設けた第一のケーシングと、アース電極を設けた第二のケーシングとを前記搬送ラインを挟んで互いに合体させて形成されると共に、その合体箇所にチャンバ内を０.５〜５０００Ｐａの真空度に保持し得るシール材が付設され、容器半製品を搬入出させる際に、両ケーシングが互いに離反する方向に相対移動してその搬入出を可能とするように構成した。

図１は本発明に係るＤＬＣ製膜装置の一例を示す説明図、図２及び図３はその動作を示す説明図、図４はシール材の取り付け状態を示す説明図、図５はシール材の変形状態を拡大して模式的に示す説明図、図６はシール材の変形状態を示す正面図、図７は各バルブの開閉順序を示す説明図である。

図１〜３に示すＤＬＣ製膜装置１は、帯状に連続する容器成形用プラスチックシートＳに所定間隔で容器半製品３…を成形したワークＷが間欠的に搬送される搬送ラインにおいてその容器半製品３…の表面にＤＬＣ被膜を形成するもので、本例では、味噌容器等のカップ状プラスチック製食品用器の製造ラインに組み込まれて設置されている。
この製造ラインは、原料ロール２から巻き出された帯状に連続する容器成形用プラスチックシートＳに容器半製品３…を所定間隔で形成する真空成形機４と、容器半製品３…が形成されたワークＷに対し容器半製品３の内面にＤＬＣ被膜を形成するＤＬＣ製膜装置１と、ＤＬＣ被膜が形成された容器半製品３…をプラスチックシートＳから個々の容器５に切り離す裁断機６が順に設置され、前記ワークＷを間欠的に搬送しながら、プラスチックシートＳ及びこれに連続するワークＷが停止している間に、真空成形処理、ＤＬＣ製膜処理、裁断処理が同時に行われるようになっている。

真空成形機４は、ヒータ（図示せず）で予熱されたプラスチックシートＳを挟みつける上下一対の真空成形用金型４Ａ及び４Ｂを有し、上方の金型４Ａには、例えば、３５個の容器形状のキャビティ７…が５×７のマトリックス状に形成されると共に、各キャビティ７…内を減圧して容器半製品３…を真空成形する真空ポンプ８が接続されている。
これにより、真空成形機４から、内面を下向きにした容器半製品３…がそのプラスチックシートＳの上方に突出して所定間隔で形成されたワークＷが搬出される。
また、本例では、上下の金型４Ａ及び４Ｂを型締めしてプラスチックシートＳを挟みつけてから、容器半製品３…が形成されるまでのタクトタイムが、例えば約１５秒程度に選定されている。したがって、プラスチックシートＳは、約１５秒ごとに間欠的に搬送されて、容器半製品３…が３５個の単位個数ずつ成形されて送り出されることとなる。

ＤＬＣ製膜装置１は、ワークＷの搬送ラインに、間欠的に到来する容器半製品３…を一定の単位個数（本例では３５個）ずつ収容してその内面（表面）にＤＬＣコーティングを施す真空チャンバ１１が設置されて成り、該チャンバ１１は、ワークＷの搬送ラインを挟んでその上方に配された上ケーシング（第一のケーシング）１１Ａと、その下方に配された下ケーシング（第二のケーシング）１１Ｂとが合体して形成されると共に、合体箇所にはチャンバ１１内を０.５〜５０００Ｐａの真空度に保持し得るシール材３２が付設されている。
また、容器半製品３を搬入出させる際に、両ケーシング１１Ａ及び１１Ｂが互いに離反する方向に相対移動してその搬入出を可能とするように構成され、本例では、上方に配された上ケーシング１１ＡがワークＷの搬送方向と略直交する方向へ油圧シリンダ１２により昇降されるようになっている。

上ケーシング１１Ａには、チャンバ１１内に収容された容器半製品３…の外面側に対向するボックス型の高周波電極１３が配されると共に、該高周波電極１３に高周波電源１４が整合器１５を介して接続され、高周波電極１３内には個々の容器半製品３…近傍に位置するように永久磁石１６が配されている。

また、下ケーシング１１Ｂには、チャンバ１１内に収容された容器半製品３…の内面側に対向する平板状アース電極１７が配されると共に、、各ケーシング１１Ａ及び１１Ｂが合体されたときにチャンバ１１内を０.５〜５０００Ｐａに減圧可能な減圧装置１８が接続されており、本例では到達真空度を０.５〜１５Ｐａとした。
ここで、０.５〜５０００Ｐａとしたのは、０.５Ｐａ未満にするためには、後述する真空ポンプユニット２０として特殊で高価なポンプを使用しなければならず、５０００Ｐａ以上ではＤＬＣ被膜の形成が困難に成るからである。さらに、０.５〜１５Ｐａが好ましいのは、比較的安価な真空ポンプユニット２０でも短時間で到達させることができ、ＤＬＣ被膜も短時間で所定の厚さまで製膜が可能となるからである。

減圧装置１８は、真空ポンプユニット２０及び予め減圧状態に維持される予圧タンク２１を備え、夫々が三方分岐配管２２を介してケーシング１１Ｂに接続されており、夫々の分岐管２２Ａ〜２２Ｃにはオンオフバルブ２３Ａ〜２３Ｃが介装されている。
真空ポンプユニット２０は、メカニカルブースタ２４と、その後段に接続された油回転真空ポンプ２５とを備えており、数Ｐａ程度の真空度に到達可能に設計されている。

予圧タンク２１は、大気圧（１０００００Ｐａ）のチャンバ１１を、真空ポンプユニット２０が高効率で動作する５０００Ｐａ以下に瞬時に減圧するためのもので、チャンバ１１に対する容積比が圧力比に応じて２０倍以上２００倍以下に設定されており、本例では、チャンバ１１の容積０.１ｍ^３に対して２５倍の２.５ｍ^３に選定されている。
なお、容積比が２０倍未満の場合は大気圧のチャンバ１１を５０００Ｐａ以下に減圧することができず、２００倍超の場合は容積が大きくなり過ぎ、設備費がかかるだけでなく、予圧タンク２１を減圧する場合に大容量ポンプを必要とするため作業能率の点からも好ましくない。

また、下ケーシング１１Ｂには、オンオフバルブ２６を介装した原料ガス導入管２７を介して原料ガス供給タンク２８が接続されると共に、製膜処理終了後にチャンバ１１内を瞬時に大気圧に戻すリークバルブ２９が設けられている。

そして、前記各バルブ２３Ａ〜２３Ｃ、２６、２９と、上ケーシング１１Ａを昇降させる油圧シリンダ１２と、高周波電極１３に高周波電圧を印加する整合器１５は、ワークＷの搬送機構（図示せず）のタイミング信号が入力される制御装置３０によって、それぞれの動作がコントロールされるようになされている。

さらに、下ケーシング１１Ｂの上ケーシング１１Ａと合体する開口端面（合体箇所）３１には、図５に示すようにチャンバ１１内を０.５〜５０００Ｐａの真空度に保持し得るシール材３２を装着する角型溝３３がその全周に沿って形成されている。
シール材３２は、その底面３２ａの断面が、前記角型溝３３に隙間なく嵌め付けられる角型に形成されると共に、角型溝３３に装着した状態で突出した先端部分３２ｂの断面が、半円型、半楕円型、山型又は角型に形成されて成る。

そして、図６に示すように、ケーシング１１Ａ及び１１Ｂを閉じて真空チャンバ１１内を減圧したときに、シール材３２は上ケーシング１１Ａで圧し潰されて変形すると共に、ワークＷを挟んだ状態でも隙間が生じないように変形し、チャンバ１１内を気密に保持することができる。
発明者の実験では、図に示す上述の断面形状を有し、且つ、ゴム硬度１０以上３０以下（デュロメータタイプＡ）のシール材３２を用いた場合に、０.５〜１５Ｐａに到達させることができた。

以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
原料ロール２からプラスチックシートＳが巻き出されて、約１５秒間隔で間欠的に搬送され、真空成形機４で容器半製品３…が成形されたワークＷがＤＬＣ製膜装置１に順次送られる。
ＤＬＣ製膜装置１では、真空ポンプユニット２０により予圧タンク２１を数１００Ｐａ程度まで減圧しておき、真空成形機４から容器半製品３…が到来するまで、ＤＬＣ製膜装置１の上ケーシング１１Ａを開いておく（図１参照）。

次いで、ワークＷが停止したときに出力されるタイミング信号に基づいて、制御装置３０により油圧シリンダ１２を伸長させ、ケーシング１１Ａ及び１１Ｂを合体させる（図２参照）。
このとき、ケーシング１１Ｂに装着されたシール材３２は上ケーシング１１Ａで圧し潰されて、ワークＷのフラット部分を挟み付けた状態で隙間が生じないように変形し、チャンバ１１内が気密に維持される（図５、図６参照）。

この状態で、図７（ａ）に示すように、バルブ２３Ａ及び２３Ｂを開いてチャンバ１１と予圧タンク２１を連通させると、その差圧によりチャンバ１１内が一瞬で５０００Ｐａ以下に減圧される。
次いで、図７（ｂ）に示すように、バルブ２３Ｂを閉じ、バルブ２３Ａ及び２３Ｃを開いて、チャンバ１１を起動させておいた真空ポンプユニット２０に連通させると、チャンバ１１内が数秒で０.５〜１５Ｐａ以下に減圧されるので、この時点でバルブ２３Ａを閉じる。

そして、図７（ｃ）に示すように、バルブ２６を開いて原料ガス供給タンク２８から必要量の原料ガスを供給すると共に、高周波電源１４から所定の高周波電圧を印加させると、電極１３、１７間にプラズマが生じる。
プラスチックシートＳに形成されたワークＷは、絶縁物であるから、その表面に誘起する自己バイアスのため負に帯電され、プラズマ中に集中した高密度イオンが負に帯電しているプラスチックシートＳに向って加速され、高速高エネルギーを持つイオンが、永久磁石１６により形成される磁界に案内されて、ワークＷの下面側から容器半製品３の内面に向かって略直角に衝突することにより、容器半製品３の内面全体に均一なＤＬＣ被膜が形成される。
また、この間、バルブ２３Ｂ及びバルブ２３Ｃを開いて、真空ポンプユニット２０により予圧タンク２１内の空気を排気し、予圧タンク２１を数１００Ｐａ程度まで減圧しておく。

このようにして、製膜処理が終了した時点で、図７（ｄ）に示すように、リークバルブ２９を開けば、チャンバ１１内が一瞬で大気圧に戻るので、図２に示すように、油圧シリンダ１２を収縮させて上ケーシング１１Ａを離反させることによりチャンバ１１を開き、プラスチックシートＳを搬送しながらＤＬＣ被膜の製膜処理が完了した容器半製品３…を搬出して裁断機６へ搬送すると同時に、後続の未処理の容器半製品３…を搬入して上記手順を繰り返せば、真空成型器４による成形処理と同期させて、容器半製品３…のＤＬＣ被膜の製膜処理を施すことができる。
また、ＤＬＣ製膜装置１の後段に配された裁断機６もこれらに同期して稼動させることができるので、容器５の製造ラインにおいて、真空成形機４による成形処理、ＤＬＣ製膜装置１によるＤＬＣ製膜処理、裁断機６による裁断処理成形効率を全て同期させることにより、容器５の生産効率を低下させることなく、個々の容器５ごとにＤＬＣ皮膜をコーティングすることができる。

なお、上述の説明では、プラスチックシートＳに容器半製品３…を真空成形により成形する場合について説明したが、圧空成形により成形する場合も同様である。

以上述べたように、本発明は、長手方向に連続するプラスチックシートを間欠的に搬送しながら、そのプラスチックシートに所定間隔で形成された容器半製品の内面にインラインでＤＬＣ被膜を形成する用途に適用できる。

本発明に係るＤＬＣ製膜装置の一例を示す説明図。その動作を示す説明図。その動作を示す説明図。シール材の取り付け状態を示す説明図。シール材の変形状態を拡大して模式的に示す説明図。シール材の変形状態を示す正面図。各バルブの開閉順序を示す説明図。

符号の説明

１ＤＬＣ製膜装置
Ｓプラスチックシート
Ｗワーク
３容器半製品
４真空成形機
１１真空チャンバ
１１Ａ、１１Ｂケーシング
１３高周波電極
１７アース電極
１８減圧装置
２０真空ポンプユニット
２１予圧タンク
３０制御装置
３２シール材

Claims

帯状に連続する容器成形用プラスチックシートに所定間隔で容器半製品を成形したワークが間欠的に搬送される搬送ラインにおいてその容器半製品の表面にＤＬＣ被膜を形成するＤＬＣ製膜装置であって、
前記搬送ラインに、間欠的に到来する前記容器半製品を一定の単位個数ずつ収容してその表面にＤＬＣコーティングを施す真空チャンバが設置され、該チャンバは、ＤＬＣコーティング用の高周波電極を設けた第一のケーシングと、アース電極を設けた第二のケーシングとを前記搬送ラインを挟んで互いに合体させて形成されると共に、その合体箇所にチャンバ内を０.５〜５０００Ｐａの真空度に保持し得るシール材が付設され、該チャンバに前記容器半製品を搬入出させる際に、前記両ケーシングが互いに離反する方向に相対移動してその搬入出を可能とするように構成されていることを特徴とするＤＬＣ製膜装置。
容器半製品の内面にＤＬＣ被膜を形成する場合に、前記高周波電極が容器半製品を囲むボックス型に形成されて成る請求項１記載のＤＬＣ製膜装置。
前記高周波電極内には、前記真空チャンバに収容された容器半製品の近傍に位置するように永久磁石が配されて成る請求項２記載のＤＬＣ製膜装置。
前記ケーシングの一方に、チャンバ内を０.５〜５０００Ｐａに減圧する減圧装置が接続されると共に、原料ガス導入管が接続されて成る請求項１記載のＤＬＣ製膜装置。
前記減圧装置は、前記チャンバに配管を介して接続された真空ポンプユニットと、予め減圧状態に維持される予圧タンクとを備え、前記各ケーシングを合体させて単位個数の容器半製品を収容したときに予圧タンクとの差圧により前記チャンバ内を予備減圧させるように前記チャンバを予圧タンクに接続させ、予備減圧終了後、前記チャンバを真空ポンプユニットに接続させるように前記配管に介装されたバルブの開閉制御を行う制御装置を備えた請求項４記載のＤＬＣ製膜装置。
前記シール材は、その底面部分の断面が、一方のケーシングに形成された角型溝に隙間なく嵌め付けられる角型に形成されると共に、角型溝から突出した先端部分の断面が、半円型、半楕円型、山型又は角型に形成されて成る請求項１記載のＤＬＣ製膜装置。
前記シール材は、前記真空チャンバ内を減圧したときにその真空度が０.５〜１５Ｐａに到達し得るゴム硬度に選定されている請求項１又は６記載のＤＬＣ製膜装置。
前記シール材が、ゴム硬度３０（デュロメータタイプＡ）以下の合成ゴムで形成された請求項１又は６記載のＤＬＣ製膜装置。
前記ワーク搬送路の前段に配された真空又は圧空成形機から搬出されるワークの搬送タイミングに同期して、前記成形機で同時に成形される容器半製品と同数の容器半製品にＤＬＣ被膜を形成する請求項１記載のＤＬＣ製膜装置。