JP4945398B2 - 口部極薄炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法 - Google Patents
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Description
(数1)Δb値=JIS K 7105−1981に基づく着色度b*値(成膜後の口部で測定)−JIS K 7105−1981に基づく着色度b*値(成膜前の口部で測定)
なお、主流による前記炭素膜の堆積量は、主流のみを流した状態を経て測定すればよい。
まず、高周波プラズマCVD法により炭素膜を成膜することを特徴とする第1形態に係る成膜装置及び口部極薄炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法について説明する。第1形態に係る口部極薄炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法は、プラスチック容器の内部空間に原料ガスを供給し、原料ガスを高周波によってプラズマ化してプラスチック容器の内表面全体にプラズマCVD法によって炭素膜を成膜する炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法において、前記プラスチック容器の口部を容器外に向かって通過する前記原料ガスのうち口部の中央側に主流を流し、口部の内表両側に分岐流を流し、かつ、数1によって求められるΔb値によって換算される分岐流による炭素膜の堆積量を、主流による炭素膜の堆積量の1/300〜1/2とし、口部の内表面部分のみを他の内表面部分と比べて極薄に炭素膜を成膜する。
まず、ベント(不図示)を開いて真空チャンバ6内を大気開放する。上部外部電極1から下部外部電極2を離した後、上部外部電極1の下方からプラスチック容器7を挿入し、再び、上部外部電極1に下部外部電極2を密接させる。このとき、筒体26をプラスチック容器7の口部7bに挿入して、プラスチック容器7の口部7bの内壁面に筒体26を接近させた状態(ただし非接触とする)で配置する。以上の操作により、真空チャンバ6にプラスチック容器7が収容された状態となる。このとき、プラスチック容器7の開口部7aに原料ガス供給管9が挿入された状態となっている。
次いでベントを閉じたのち、排気ポンプ22を作動させ、真空バルブ21を開とすることにより、真空チャンバ6内の空気が排気される。そして真空チャンバ6内が必要な圧力、例えば5Paに到達するまで減圧される。これは、5Paを超える真空度で良いとすると容器内部ガスの不純物が多くなり過ぎるためである。
その後、原料ガス発生源16からマスフローコントローラー15によって流量制御されて送られた原料ガス(例えば、アセチレンガス)をプラスチック容器7の内部に向けて吹き出し口9aから吹き出させる。この原料ガスの供給量は、例えば500ml容量の容器を用いる場合、20〜200sccmが好ましい。原料ガスの濃度が一定となり、制御されたガス流量と排気能力のバランスによって所定の成膜圧力、例えば5〜25Paで安定させる。プラスチック容器7の内部では、吹き出し口9aを起点として原料ガスの流れ10が形成される。そして、口部7bを通過する際に、原料ガスの流れ10が主流7aと分岐流7bに別れ、その後、原料ガスは空間25に排出され、さらに排気ポンプ22で排気される。
高周波供給電源12を動作させることによりマッチングボックス13を介してステンレスで作製された原料ガス供給管9と外部電極3との間に高周波電圧が印加され、プラスチック容器7内に原料ガス系プラズマが発生する。このとき、マッチングボックス13は、原料ガス供給管9と外部電極3のインピーダンスに、インダクタンスL、キャパシタンスCによって合わせている。これによって、プラスチック容器7の内表面にDLC膜が形成される。なお、高周波供給電源12の出力(例えば13.56MHz)は、500ml容器の場合、おおよそ200〜1000Wである。
高周波供給電源12からの高周波出力を停止し、さらに原料ガスの供給を停止する。この後、真空チャンバ6内の残留ガスを排気ポンプ22によって排気する。その後、真空バルブ21を閉じ、排気ポンプ22を停止する。この後、ベント(不図示)を開いて真空チャンバ6内を大気開放し、成膜済みのプラスチック容器7を取り出す。新たなプラスチック容器7に対して前述した成膜方法を繰り返すことにより、次のプラスチック容器内にDLC膜が成膜される。
次に、マイクロ波プラズマCVD法によりガスバリア成膜することを特徴とする第2形態に係る成膜装置及び口部極薄炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法について説明する。第2形態に係る口部極薄炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法は、プラスチック容器の内部空間に原料ガスを供給し、原料ガスをマイクロ波によってプラズマ化してプラスチック容器の内表面全体にプラズマCVD法によって炭素膜を成膜する炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法において、数1によって求められるΔb値によって換算される分岐流による炭素膜の堆積量を、主流による炭素膜の堆積量の1/300〜1/2とし、口部の内表面部分のみを他の内表面部分と比べて極薄に炭素膜を成膜する。
(1)膜厚
DLCの膜厚は、KLA−Tencor社製α‐Step IQを用いて測定した。
(2)着色度
プラスチック容器の色の評価は着色度b*値を指標とした。b*値は、JIS K 7105−1981の色差であり、三刺激値X,Y,Zから式(数2)で求まる。
(数1)Δb値=JIS K 7105−1981に基づく着色度b*値(成膜後の口部で測定)−JIS K 7105−1981に基づく着色度b*値(成膜前の口部で測定)
なお、本発明におけるΔb値と目視による相関はおおよそ表1に示す通りである。
(3)酸素透過度
この容器の酸素透過度は、Modern Control社製 Oxtran 2/20を用いて、23℃、90%RHの条件にて測定し、窒素ガス置換開始から20時間後の測定値を記載した。
(4)収着防止性
d−リモネン100ppm、シュガーエステル0.3%からなるモデル溶液を実施例で使用する前記PET容器に500ml充填(ヘッドスペースあり)し、20℃で1週間、
蓋をして保管した。保管後は60℃の蒸留水で洗浄後、乾燥させ、PET容器の口部から底部までを含む短冊状のサンプル約3gを切り出し、ガスクロマトグラフィー専用のシリンジに収めた。当該シリンジをガスクロマトグラフィー装置(島津製作所社製GC−2010)に供し、シリンジ内のリモネン含有量を定量した。結果は、PET樹脂量でボトル1本あたり、またモデル溶液中の収着物質1ppmあたりの単位、ng/本/ppmで表示し、収着防止性の指標とした。
真空チャンバ内の到達真空度を2.2Paとした後、原料ガスとしてアセチレンを80sccmで原料ガス供給管9の吹き出し口9aからPET容器の内部に吹き出させた。ガス吹き出し口のPET容器の底からの高さを30mmとした。このとき圧力は18.2Paで安定させた。13.56MHzの高周波を出力1000W、成膜時間を2秒間とした。成膜圧力を6.6Paとした。筒体26は配置しなかった。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚は25nm、口部の内壁での膜厚は60nmであった。結果を表2にまとめた。
PET容器の口部の内壁面にポリイミド製耐熱テープを貼り付けた。このPET容器に試験1と同条件でDLC膜の成膜を行なった。なお、筒体26は配置しなかった。成膜した後、耐熱テープを剥がした。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚は25nm、口部の内壁での膜厚は0nmであった。結果を表2にまとめた。
樹脂製筒体を準備した。筒体の長さは4cmとした。筒体の外表面と口部の内壁面との間隔Lを0.1mmとした。即ち、口部の内径は筒体の外径よりも0.2mm大きくなるように設定した。筒体の上端が口部の上端から10mm上方に突出し、また、筒体の下端が口部の下端から0mm下方に位置するように筒体を配置した。そして、真空チャンバ内の到達真空度を2.2Paとした後、原料ガスとしてアセチレンを80sccmで原料ガス供給管9の吹き出し口9aからPET容器の内部に吹き出させた。ガス吹き出し口のPET容器の底からの高さを30mmとした。このとき圧力は18.2Paで安定させた。13.56MHzの高周波を出力1000W、成膜時間を2秒間とした。成膜圧力を6.6Paとした。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚は25nm、口部の内壁での膜厚は0nm(測定限界以下)であった。結果を表2にまとめた。
筒体の外表面と口部の内壁面との間隔Lを表2に示した距離となる樹脂製筒体を準備した以外は試験3と同様に成膜を行なった。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚と口部の内壁での膜厚を表2に示した。また、試験3〜17について筒体と口部内壁との距離LとΔb値との関係を図4に示した。
真空チャンバ内の到達真空度を2.2Paとした後、原料ガスとしてアセチレンを120sccmで原料ガス供給管9の吹き出し口9aからPET容器の内部に吹き出させた。ガス吹き出し口のPET容器の底からの高さを30mmとした。このとき圧力は22.4Paで安定させた。13.56MHzの高周波を出力1000W、成膜時間を2秒間とした。成膜圧力を8.9Paとした。筒体26は配置しなかった。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚は28nm、口部の内壁での膜厚は87nmであった。結果を表3にまとめた。
PET容器の口部の内壁面にポリイミド製耐熱テープを貼り付けた。この操作により、筒体の外表面と口部の内壁面との間隔Lが0の場合を再現した。このPET容器に試験1と同条件でDLC膜の成膜を行なった。なお、筒体26は配置しなかった。成膜した後、耐熱テープを剥がした。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚は28nm、口部の内壁での膜厚は0nmであった。結果を表3にまとめた。
樹脂製筒体を準備した。筒体の長さは4cmとした。筒体の外表面と口部の内壁面との間隔Lを0.75mmとした。即ち、口部の内径は筒体の外径よりも1.5mm大きくなるように設定した。筒体の上端が口部の上端から10mm上方に突出し、また、筒体の下端が口部の下端から0mm下方に位置するように筒体を配置した。そして、真空チャンバ内の到達真空度を2.2Paとした後、原料ガスとしてアセチレンを120sccmで原料ガス供給管9の吹き出し口9aからPET容器の内部に吹き出させた。ガス吹き出し口のPET容器の底からの高さを30mmとした。このとき圧力は18.2Paで安定させた。13.56MHzの高周波を出力1000W、成膜時間を2秒間とした。成膜圧力を6.6Paとした。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚は28nm、口部の内壁での膜厚は0nm(測定限界以下)であった。結果を表3にまとめた。
筒体の外表面と口部の内壁面との間隔Lを表3に示した距離となる樹脂製筒体を準備した以外は試験3と同様に成膜を行なった。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚と口部の内壁での膜厚を表3に示した。また、試験20〜31について筒体と口部内壁との距離LとΔb値との関係を図5に示した。
真空チャンバ内の到達真空度を2.2Paとした後、原料ガスとしてアセチレンを40sccmで原料ガス供給管9の吹き出し口9aからPET容器の内部に吹き出させた。ガス吹き出し口のPET容器の底からの高さを30mmとした。このとき圧力は11.0Paで安定させた。13.56MHzの高周波を出力1000W、成膜時間を4秒間とした。成膜圧力を5.3Paとした。筒体26は配置しなかった。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚は20nm、口部の内壁での膜厚は2nmであった。結果を表4にまとめた。
PET容器の口部の内壁面にポリイミド製耐熱テープを貼り付けた。このPET容器に試験1と同条件でDLC膜の成膜を行なった。なお、筒体26は配置しなかった。成膜した後、耐熱テープを剥がした。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚は20nm、口部の内壁での膜厚は0nmであった。結果を表4にまとめた。
樹脂製筒体を準備した。筒体の長さは4cmとした。筒体の外表面と口部の内壁面との間隔Lを0.75mmとした。即ち、口部の内径は筒体の外径よりも1.5mm大きくなるように設定した。筒体の上端が口部の上端から10mm上方に突出し、また、筒体の下端が口部の下端から0mm下方に位置するように筒体を配置した。そして、真空チャンバ内の到達真空度を2.2Paとした後、原料ガスとしてアセチレンを40sccmで原料ガス供給管9の吹き出し口9aからPET容器の内部に吹き出させた。ガス吹き出し口のPET容器の底からの高さを30mmとした。このとき圧力は11.0Paで安定させた。13.56MHzの高周波を出力1000W、成膜時間を4秒間とした。成膜圧力を5.3Paとした。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚は20nm、口部の内壁での膜厚は0nm(測定限界以下)であった。結果を表4にまとめた。
筒体の外表面と口部の内壁面との間隔Lを表4に示した距離となる樹脂製筒体を準備した以外は試験3と同様に成膜を行なった。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚と口部の内壁での膜厚を表4に示した。また、試験34〜45について筒体と口部内壁との距離LとΔb値との関係を図6に示した。
真空チャンバ内の到達真空度を2.2Paとした後、原料ガスとしてアセチレンを80sccmで原料ガス供給管9の吹き出し口9aからPET容器の内部に吹き出させた。ガス吹き出し口のPET容器の底からの高さを30mmとした。このとき圧力は7.1Paで安定させた。13.56MHzの高周波を出力600W、成膜時間を4秒間とした。成膜圧力を6.6Paとした。筒体26は配置しなかった。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚は20nm、口部の内壁での膜厚は16nmであった。結果を表5にまとめた。
PET容器の口部の内壁面にポリイミド製耐熱テープを貼り付けた。このPET容器に試験1と同条件でDLC膜の成膜を行なった。なお、筒体26は配置しなかった。成膜した後、耐熱テープを剥がした。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚は20nm、口部の内壁での膜厚は0nmであった。結果を表5にまとめた。
樹脂製筒体を準備した。筒体の長さは4cmとした。筒体の外表面と口部の内壁面との間隔Lを0.75mmとした。即ち、口部の内径は筒体の外径よりも1.5mm大きくなるように設定した。筒体の上端が口部の上端から10mm上方に突出し、また、筒体の下端が口部の下端から0mm下方に位置するように筒体を配置した。そして、真空チャンバ内の到達真空度を2.2Paとした後、原料ガスとしてアセチレンを80sccmで原料ガス供給管9の吹き出し口9aからPET容器の内部に吹き出させた。ガス吹き出し口のPET容器の底からの高さを30mmとした。このとき圧力は18.2Paで安定させた。13.56MHzの高周波を出力600W、成膜時間を4秒間とした。成膜圧力を7.1Paとした。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚は20nm、口部の内壁での膜厚は0nm(測定限界以下)であった。結果を表5にまとめた。
筒体の外表面と口部の内壁面との間隔Lを表5に示した距離となる樹脂製筒体を準備した以外は試験3と同様に成膜を行なった。PET容器の底から50mm高さでの平均膜厚と口部の内壁での膜厚を表5に示した。また、試験48〜59について筒体と口部内壁との距離LとΔb値との関係を図7に示した。
2,下部外部電極
3,外部電極
4,絶縁部材
5,蓋体
6,60,真空チャンバ
7,プラスチック容器
7a,プラスチック容器の開口部
7b,プラスチック容器の口部
8,O−リング
9,原料ガス供給管
9a,原料ガス供給管の吹き出し口
12,高周波供給電源
13,マッチングボックス
15,マスフローコントローラー
16,原料ガス発生源
17,貫通孔
21,53,真空バルブ
22,54,排気ポンプ
23,排気系統
25,空間
26,筒体
30,原料ガス供給手段
40,プラズマ発生手段
51,下部チャンバ
52,石英管
55,58,管
56,マイクロ波供給電源
57,プランジャスクルリュー
59,調整プランジャ
100,200,口部極薄炭素膜コーティングプラスチック容器の製造装置
Claims (5)
- プラスチック容器の内部空間に原料ガスを供給し、該原料ガスをプラズマ化して前記プラスチック容器の内表面全体にプラズマCVD法によって炭素膜を成膜する炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法において、
前記プラスチック容器の口部を容器外に向かって通過する前記原料ガスのうち口部の中央側に主流を流し、口部の内表面側に分岐流を流し、かつ、
数1によって求められるΔb値によって換算される前記分岐流による前記炭素膜の堆積量を、前記主流による前記炭素膜の堆積量の1/300〜1/2とし、前記口部の内表面部分のみを他の内表面部分と比べて極薄に炭素膜を成膜したことを特徴する口部極薄炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法。
(数1)Δb値=JIS K 7105−1981に基づく着色度b*値(成膜後の口部で測定)−JIS K 7105−1981に基づく着色度b*値(成膜前の口部で測定) - 筒体を前記プラスチック容器の口部に挿入し、前記プラスチック容器の口部の内壁面に前記筒体を接近させた状態で配置し、前記口部と前記筒体とに挟まれた空間に流れる原料ガスを前記分岐流とし、前記筒体の中を流れる原料ガスを前記主流としたことを特徴とする請求項1に記載の口部極薄炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法。
- 前記口部における炭素膜を、前記Δb値が0.1〜2.0となる膜厚に成膜したことを特徴とする請求項1又は2に記載の口部極薄炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法。
- 前記口部と前記筒体との隙間を2.5〜3.2mmとすることを特徴とする請求項2又は3に記載の口部極薄炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法。
- 前記原料ガスは、マイクロ波又は高周波によりプラズマ化されることを特徴とする請求項1、2、3又は4に記載の口部極薄炭素膜コーティングプラスチック容器の製造方法。
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