JP6625656B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂製の容器にガスバリア性の膜を形成するのに好適な成膜装置に関する。

樹脂製の容器は、ガスバリア性の膜をその内周面に形成することが行われている。このガスバリア性の膜は、いくつかの目的で形成される。例えば、容器の外部からの酸素の透過を防止して、容器に充填されている製品液の品質を担保することを目的とする。また、炭酸飲料水に含まれる二酸化炭素が容器を介して外部に透過するのを防止することを目的とする。
ガスバリア性の膜（以下、バリア膜と称す）としては、特許文献１、特許文献２に記載されるように、ＤＬＣ(Diamond Like Carbon)のような硬質の炭素膜、シリカ（ＳｉＯ_２）膜など、種々のものが提案されている。

これらのバリア膜は、種々の方法で成膜できるが、代表的な成膜法として化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）があり、その中の典型例としてプラズマＣＶＤ法が知られている（特許文献１）。プラズマＣＶＤ法は、真空状態とされた成膜室において原料となる媒質ガスをプラズマで分解してイオン化し、電界で加速させたイオンを衝突させて膜を形成する。
プラズマＣＶＤ法の他のＣＶＤ法として、特許文献２，３に記載される触媒化学気相成長法（Catalytic Chemical Vapor Deposition：Ｃａｔ−ＣＶＤ）も知られている。Ｃａｔ−ＣＶＤ法は、成膜室内で通電加熱した線状の発熱体又は触媒体の表面において媒質ガスを分解し、生成した化学種を直接又は気相中で反応過程を経た後に、堆積させて膜を形成する。Ｃａｔ−ＣＶＤ法は、発熱体ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法とも称される。

Ｃａｔ−ＣＶＤ法に関して、特許文献３には、発熱体を用いて真空状態で容器の表面に成膜を行うための真空チャンバと、真空チャンバを真空引きする真空排気手段と、真空チャンバの真空引き開始後に、真空チャンバ内で容器と発熱体とを相対的に移動させる相対移動手段と、を備える成膜装置が記載されている。特許文献３の成膜装置によれば、熱変形の観点で成膜時間の制約となりうる箇所は、短時間のみ成膜することが可能となり、他の部分は十分に成膜でき、結果、容器全体のバリア性の向上が容易となる。

前述したように、Ｃａｔ-ＣＶＤ法は成膜を行う際に、成膜室内で線状の発熱体を通電により発熱させるが、媒質ガスを効率的に分解するために、発熱温度は１５５０〜２４００℃とされる。そのために、発熱体は、高融点金属として知られるＷ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｔａ（タンタル），Ｖ（バナジウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｈｆ（ハフニウム）の群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の金属元素を含む材料からなる。この材料としては、当該金属元素からなる純金属、合金又は金属の炭化物を選択でき、当該金属元素の中では、Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，Ｔａの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の金属元素を含む材料が好適とされている。

特開２００８−２３１４６８号公報 国際公開２０１２−９１０９７号公報 国際公開２０１３−９９９６０号公報

Ｃａｔ−ＣＶＤ法は、真空引きされた真空チャンバに収容された容器の内部に発熱体と発熱体に向けて媒質ガスを供給するガス供給管とを挿入し、ガス供給管の先端から媒質ガスを供給する。このように、Ｃａｔ−ＣＶＤ法において、ガス供給管は真空チャンバに対して挿入及び抜去されるので、媒質ガスの供給源とガス供給管の接続部分は、この進退に対応する必要がある。
ゴム、合成樹脂などの可撓性の材料からなるガス供給管は、この進退移動に対応することができる。しかし、このガス供給管は微小ではあるが通気性を有しているために、媒質ガスがガス供給管の外部に漏れてしまい、そうすると、必要な媒質ガスを発熱体に供給できなくなるおそれがある。
そこで本発明は、真空チャンバに挿入されたときに、媒質ガスを漏れなく発熱体に向けて供給できるガス供給管を備える成膜装置を提供することを目的とする。

係る目的のもとになされた本発明の成膜装置は、ガスバリア性膜が形成される容器を収容する成膜室を有し、ガスバリア性膜の成膜時に成膜室が真空状態とされるチャンバと、ガスバリア性膜を成膜するのに用いられる媒質ガスを容器の内部に導く第一ガス流路を有し、その軸線方向に沿って昇降移動するガス供給管と、ガス供給管がその内部を昇降するシリンダと、電力が供給されることによって発熱する発熱体と、を備える。
本発明におけるシリンダは、外部から媒質ガスが供給される給気口を有し、ガス供給管は、成膜が行われる成膜位置と成膜が行われない待機位置の間を昇降し、成膜位置において、シリンダの給気口と第一ガス流路の間を連通する第二ガス流路を備える、ことを特徴とする。

本発明の成膜装置によれば、ガス供給管とシリンダは、ピストン−シリンダ機構のように振る舞うものであり、これらの部材を金属材料などの気体を通過させない素材で作製できるので、媒質ガスの漏れを防止できる。しかも、本発明におけるガス供給管は、成膜位置において、シリンダの給気口と第一ガス流路の間を連通する第二ガス流路を備えるので、成膜する際に必要な所に媒質ガスを供給することができる。

本発明の成膜装置において、第二ガス流路は、ガス供給管に嵌装され、シリンダに摺動可能に押し付けられるシールに設けることができる。
このシールが、第一シールリングと、第一シールリングと軸線方向に間隔を空けて設けられる第二シールリングと、第一シールリングと第二シールリングの間に設けられ、第一シールリング及び第二シールリングよりも小径なスペーサと、を備える場合には、第二ガス流路を、スペーサに設けることができる。

本発明の成膜装置において、ガス供給管に支持される発熱ユニットを備えることができ、この発熱ユニットは、電力が供給されることにより発熱する発熱体と、発熱体に電気的に接続される一対のリードと、を有することが好ましい。

本発明の成膜装置において、ガス供給管は、ガスバリア性膜の成膜を行う前の待機時に、成膜室から退避してシリンダに収容されるとともに、第一ガス流路を真空引きすることができる。

本発明の成膜装置において、ガス供給管が成膜室から退避すると、成膜室と前記減圧室の連通を閉じる遮蔽ゲートを備えることができる。

本発明の成膜装置において、ガスバリア性膜の成膜を終えた後に、所定の期間だけ継続して、ガス供給管を介して媒質ガスを成膜室に供給する、ことが好ましい。

本発明の成膜装置において、ガスバリア性膜の成膜を行う前の待機時に、ガス供給管とシリンダの間の減圧室に、給気口を介して媒質ガスを供給する、ことが好ましい。

本発明によれば、ガス供給管が、成膜位置において、シリンダの給気口と第一ガス流路の間を連通する第二ガス流路を備えるので、容器への媒質ガスの供給ができる。このように、ガス供給管とシリンダは、ピストン−シリンダ機構のように振る舞うものであり、対応する部材を金属材料などの気体を通過させない素材で作製できるので、媒質ガスの漏れを防止できる結果、質ガスを漏れなく発熱体に向けて供給できる。

実施形態における成膜装置の概略構成を示す縦断面図であり、（ａ）は成膜する前又は成膜した後の待機状態を示し、（ｂ）は成膜状態を示している。 図１の成膜装置を示し、（ａ）は分解図、（ｂ）は（ａ）の待機状態の部分拡大図であり、（ｃ）は（ａ）の成膜状態の部分拡大図である。 図６の手順の中で、（ａ）は容器供給工程を、（ｂ）は真空引き＋ガス掃気工程を、（ｃ）はゲート開−ノズル下降工程を示す図である。 図６の手順の中で、（ａ），（ｂ）は成膜工程（成膜開始＋成膜完了）を、（ｃ）はノズル上昇＋ゲート閉工程を示す図である。 図６の手順の中で、（ａ）は大気開放工程を、（ｂ）は容器排出工程、を示す図である。 本実施形態における成膜装置を用いて容器にバリア膜を形成する手順を示すフロー図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示す本実施形態による成膜装置１は、Ｃａｔ−ＣＶＤ法により樹脂製の容器Ｐの内表面にガスバリア性膜を形成するものであり、発熱ユニット３０の酸化を防止する構成を備えている。
成膜装置１は、例えば飲料水を容器Ｐに充填するシステムに適用されるものである。このシステムは、一例として、容器Ｐを成形する容器成形部と、成形された容器Ｐの内周面にバリア膜を形成する成膜部と、内周面にバリア膜が形成された容器Ｐの充填空隙に飲料水を充填する充填部と、飲料水が充填された樹脂容器にキャップをする打栓部と、を備えることができる。この飲料充填システムは、容器成形部、成膜部、充填部及び打栓部の各々の要素がロータリー式の機構からなり、各要素の間には、容器Ｐを受け渡すための転送装置を設けることができる。ただし、成膜装置１をバッチ式とすることもできる。

成膜装置１は、図１に示すように、樹脂製の容器Ｐにバリア膜を成膜する成膜部３と、成膜部３に媒質ガスＧを搬送するガス搬送部５と、を備える。
成膜部３は、真空チャンバ１０を主たる構成要素として備える。また、ガス搬送部５は、容器Ｐの内部に挿抜可能に配置され、容器Ｐの内部へ媒質ガスを供給するガス供給管２０と、ガス供給管２０を収容するシリンダ４０と、を主たる構成要素として備えている。

以下、成膜装置１の構成要素を順に説明する。
［真空チャンバ１０］
成膜部３に設けられる真空チャンバ１０は、軸方向の一方端（上端）が開口された円筒状の下部チャンバ１５と、この下部チャンバ１５の上部に下部チャンバ１５と互いに着脱自在に装着される上部チャンバ１３と、を備える。真空チャンバ１０は、下部チャンバ１５と上部チャンバ１３により形成される内部空間が、容器Ｐを収容し、かつバリア膜を形成する成膜室１１を構成する。
本実施形態においては、容器Ｐが下部チャンバ１５に収容され、容器Ｐは下部チャンバ１５の上方端に形成される開口を出入口として下部チャンバ１５に搬入され、また、搬出される。したがって、下部チャンバ１５の内部空間は、そこに収容される容器Ｐの外形よりも僅かに大きくなるように形成されている。上部チャンバ１３は、容器Ｐが下部チャンバ１５に搬入されると出入口を閉じ、また、容器Ｐが下部チャンバ１５に搬入される時及び搬出される時には出入口を開く。なお、本実施形態においては、上部チャンバ１３の鉛直方向（図１の上下方向）の位置が固定される一方、下部チャンバ１５が図示を省略するアクチュエータにより両矢印に示すように昇降移動するものとするが、この逆であってもよく、下部チャンバ１５と上部チャンバ１３が相対的に移動することにより、成膜室１１の密閉及び開放がなされればよい。なお、下部チャンバ１５と上部チャンバ１３の間の密閉状態を確保するために、両者の間にＯリングなどのシール材を設けることができる。

上部チャンバ１３は、排気通路１６を備え、この排気通路１６は一方端が下部チャンバ１５の出入口に連通するとともに、他方端が図示を省略する排気ポンプに接続される。下部チャンバ１５と上部チャンバ１３が密閉状態とされ、排気ポンプを動作させると、成膜室１１の内部及び容器Ｐの内部のガス成分が排気され、減圧状態、好ましくは真空状態とされる。ここでいう減圧とは大気圧よりも低い圧力の状態をいう。
上部チャンバ１３は、ガス供給管２０及び発熱ユニット３０が進退する通過窓１７が、上部チャンバ１３の上壁を貫通して設けられている。通過窓１７には、シリンダ４０の先端部が成膜室１１に達するように挿入され、上部チャンバ１３に固定されている。ガス供給管２０及び発熱ユニット３０は、シリンダ４０の内部を通って通過窓１７を進退する。
なお、真空チャンバ１０の内部には、容器Ｐを把持するグリッパとも称される器具を設け、このグリッパで容器Ｐの首部分を把持しながら、バリア膜を成膜できる。

上部チャンバ１３は、シリンダ４０を支持する。シリンダ４０は、その下方に位置する一方端が上部チャンバ１３の表裏を貫通して上部チャンバ１３に固定されており、その内部の減圧室４３が成膜室１１と連通する。ただし、成膜室１１に通じるシリンダ４０の開口を開閉する揺動式の遮蔽ゲート１８が上部チャンバ１３の排気通路１６に設けられており、遮蔽ゲート１８が閉じられると、シリンダ４０の減圧室４３は閉じた空間を形成する。より具体的なシリンダ４０の構成については後述する。

真空チャンバ１０の内部及び外部の一方又は双方に、冷却水を循環させる構造を設けて、下部チャンバ１５及び上部チャンバ１３の温度上昇を防止することが好ましい。この冷却構造は、特に、下部チャンバ１５に対応して設けることが好ましい。バリア膜の成膜時に熱源となる発熱ユニット３０が挿入される容器Ｐがちょうど下部チャンバ１５に収容されているからである。
また、真空チャンバ１０は、下部チャンバ１５と上部チャンバ１３の成膜室１１に臨む内表面には、発熱ユニット３０の発熱に伴って放射される光の反射を防ぐ処理が施されていることが好ましい。この処理としては、たとえば、内表面を黒色に着色することや、微細な凹凸面にすることが考えられる。これにより、容器Ｐの温度上昇を抑制することができる。
なお、所定の耐熱性、耐食性などの性質を備えている限り、真空チャンバ１０を構成する材料は任意であり、好適にはアルミニウム合金を用いることができる。

［ガス供給管２０］
次に、ガス搬送部５を構成するガス供給管２０は、原料タンク２９に貯留される媒質ガスＧを、真空チャンバ１０の成膜室１１に導く。ガス供給管２０は、バリア膜の成膜時の成膜位置Ｐ１（図１（ｂ））と成膜を行わない待機時の待機位置Ｐ２（図１（ａ））の間を、図示を省略するアクチュエータにより軸線方向に沿って昇降移動が可能に支持されている。

ガス供給管２０は、図１に示すように、軸方向を貫通する第一ガス流路２２が形成される管本体２１と、管本体２１の上端に嵌装されるシール２３と、を備えている。シール２３が後述するシリンダ４０の内壁に密着することで、ガス供給管２０はシリンダ４０に摺動可能に支持されるとともに、シール２３を境にして、その上下の気密性を確保しながら昇降移動することができる。

管本体２１は、一端側（下端側）が開口しており、成膜状態において、この開口から媒質ガスＧが発熱体３１に向けて吐出される。以下、この開口を有する先端部分をノズル２８と称することがある。
管本体２１は、他端側（上端側）がシール２３に接続されており、シリンダ４０を介して供給される媒質ガスは、シール２３を通って管本体２１に流入する。
シール２３は、上側に配置される第一シールリング２４と、第一シールリング２４の下側に間隔をあけて配置される第二シールリング２５と、第一シールリング２４と第二シールリング２５の間に配置されるスペーサ２６と、を備えている。第一シールリング２４と第二シールリング２５は、シリンダ４０の内周面に密着して封止できる同じ材質、寸法を有する円板状の部材である。スペーサ２６は、第一シールリング２４及び第二シールリング２５よりも小径の円板状の部材であり、その内部にＴ字状の第二ガス流路２７が形成されている。この第二ガス流路２７は、一端がスペーサ２６の外周面に開口し、他端がスペーサ２６の下端面に開口して管本体２１の第一ガス流路２２に連通している。
後述する発熱ユニット３０は、第二シールリング２５に支持されている。なお、スペーサ２６の周囲の空隙も、本発明における第二ガス流路の一部を構成する。

ガス供給管２０は、図３（ａ），図４（ｃ）に示す待機位置Ｐ２にある時には、シール２３を含む管本体２１のほとんどの部分がシリンダ４０の内部に収容される。また、ガス供給管２０は、図４（ａ）に示す成膜位置Ｐ１にある時には、シール２３を除く大部分がシリンダ４０から露出して成膜室１１の内部に収容される。

ガス供給管２０は、耐熱性及び電気的な絶縁性を有する材料で構成されており、単純な一重の管部材から構成することができるが、冷却管を一体的に形成することができる。この構造としては、例えばガス供給管２０を二重管構造とし、内側の管構造の中を媒質ガスの流路とし、内側の管構造と外側の管構造の間に冷却水を流す流路とすることができる。

ガス供給管２０は、成膜中に発熱ユニット３０が１０００℃を超える高い温度に発熱されても溶融することなくその形態を維持し、かつ通電される発熱ユニット３０との電気的な短絡を防ぐために絶縁性を備えることが要求される。この要求を満たすセラミックス材料をガス供給管２０に用いることができるが、冷却性能をも考慮すると、熱伝導率の大きい、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウムなどのセラミックス材料を用いるのが好ましい。また、セラミックス材料に限らず、ステンレス鋼、超耐熱合金などの金属材料をガス供給管２０に用いることもできる。金属材料を用いる場合には、上述したセラミックス材料で表面を被覆することもできる。

［発熱ユニット３０］
次に、発熱ユニット３０は、図示を省略する電源から電力の供給を受けて発熱することにより、ガス供給管２０から容器Ｐの内部に供給される媒質ガスの分解を促進する。
発熱ユニット３０は、発熱体３１と、発熱体３１に先端側（図１の下端）が電気的に接続される一対のリード３２と、を備えており、リード３２の後端側が第二シールリング２５に支持されることにより、ガス供給管２０の昇降に追従して昇降する。発熱体３１とリード３２は、ガス供給管２０が成膜位置Ｐ１に達したときに、容器Ｐの内部の全体を発熱体３１が占めるように、それぞれの長さが設定されるのが好ましい。
発熱ユニット３０は、成膜に必要な発熱を担うのは発熱体３１の部分であり、リード３２は電源からの電力を発熱体３１に向けて流す電線として機能するに留まる。つまり、発熱ユニット３０は、発熱体３１の部分だけを選択的に発熱させることができる。発熱体３１の下端部は、供給される媒質ガスＧとの接触機会を増やすために、コイル状に形成することができる。
発熱体３１は、ノズル２８の近傍で折り返すＵ字状の形態をなしているので、ガス供給管２０から供給される媒質ガスＧがこの折り返し部分に漏れなく吹き付けられる。

発熱体３１は、通電により発熱するものであり、媒質ガスを効率的に分解するために、発熱温度が１５５０〜２４００℃とされる。そのために、発熱体３１は、高融点金属として知られるＷ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｔａ（タンタル），Ｖ（バナジウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｈｆ（ハフニウム）の群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の金属元素を含む材料からなる。この材料としては、当該金属元素からなる純金属、合金又は金属の炭化物を選択でき、当該金属元素の中では、Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，Ｔａの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の金属元素を含む材料が好ましい。
リード３２は、電気抵抗の小さい材質、例えば銅、アルミニウム、これらの合金などをから構成される。
なお、本実施形態では、発熱ユニット３０として通電により加熱されるものとしたが、媒質ガスＧを分解できる限り、本発明における発熱体の発熱方法は通電加熱に限定されるものではない。

［シリンダ４０］
シリンダ４０は、図１に示すように、通過窓１７に下端が挿入されることで上部チャンバ１３に立設した状態で固定される。
シリンダ４０は、シリンダ本体４１と、シリンダ本体４１の内部に設けられる減圧室４３と、を備える。前述したように、シリンダ本体４１は上部チャンバ１３の通過窓１７を貫通しており、ガス供給管２０の管本体２１が減圧室４３を昇降することで、管本体２１が成膜室１１に対して進退される。減圧室４３は、シール２３よりも下方の領域を占め、管本体２１の昇降に伴って、減圧室４３はその容積が連続的に変化する。このとき、シリンダ本体４１は、ガス供給管２０の昇降移動をガイドする機能も果たす。

シリンダ本体４１には、減圧室４３とシリンダ本体４１の外部とを連通する排気口４５が設けられており、この排気口４５は、図示を省略する排気ポンプと接続されている。遮蔽ゲート１８が閉じられていることを前提として、この排気ポンプを動作させると、減圧室４３は減圧状態、好ましくは真空状態（例えば、２×１０^−２〜８×１０^−２Ｔｏｒｒ程度）とされる。ガス供給管２０が待機位置Ｐ２にいるときには、第一ガス流路２２はシリンダ４０の減圧室４３と連通しており、減圧室４３が減圧されると、第一ガス流路２２が減圧状態とされる。

シリンダ本体４１には、減圧室４３とシリンダ本体４１の外部とを連通する給気口４７が設けられており、この給気口４７には媒質ガスＧを貯える原料タンク２９との間を接続する配管４９が接続されており、原料タンク２９に貯えられた媒質ガスＧは、開閉弁Ｖ１の開閉動作に応じて、減圧室４３に供給される。
減圧室４３の容積は、ガス供給管２０が成膜位置Ｐ１にあるときに最も小さく（図１（ｂ））、ガス供給管２０が待機位置Ｐ２に（図１（ａ））あるときには最も大きくなる。

ガス供給管２０が成膜位置Ｐ１にあるときには、図２（ｃ）に示すように、シリンダ４０の給気口４７にシール２３のスペーサ２６の水平方向の位置が一致する。したがって、原料タンク２９から供給される媒質ガスＧは、配管４９、給気口４７及びスペーサ２６の第二ガス流路２７を順に通って、管本体２１の第一ガス流路２２に流入する。
一方、ガス供給管２０が成膜位置Ｐ１以外の位置にあるときには、図２（ｂ）に示すように、シリンダ４０の給気口４７は、シール２３の第二シールリング２５よりも下方に位置する。したがって、原料タンク２９から供給される媒質ガスＧは、配管４９、給気口４７を順に通って、管本体２１とのシリンダ本体４１の間の隙間に流入する。このとき、第二ガス流路２７は閉じられることになる。

［成膜手順］
次に、成膜装置１を用いて容器Ｐにバリア膜を形成する一連の手順の一例を、図３〜図５をも参照して説明する。なお、図３〜図５には、成膜装置１の一部の要素の記載を省略している。
［容器供給工程（図３（ａ），図６ Ｓ１０１）］
上工程で成形された容器Ｐが成膜装置１に搬送されると、上部チャンバ１３から十分に退避した位置で待機した下部チャンバ１５の成膜室１１に容器Ｐが収容された後に、下部チャンバ１５が上部チャンバ１３に突き合せられ、成膜室１１が外部に対して気密に保持される。
このときには、ガス供給管２０は、真空チャンバ１０から退避した待機位置Ｐ２に置かれており、減圧室４３は最も広い状態とされている。また、遮蔽ゲート１８はシリンダ４０の開口を閉じており、減圧室４３は排気口４５を除いて閉じた空間をなしている。
また、このときには、図示を省略する排気ポンプにより、減圧室４３を通じてガス供給管２０（第一ガス流路２２）は真空引きＶａｃされている。この真空引きＶａｃは次の工程まで継続される。

［真空引き＋ガス掃気工程（図３（ｂ），図６ Ｓ１０３）］
次に、図示を省略する排気ポンプを動作させ、成膜室１１及び減圧室４３を真空引きＶａｃして成膜に備える。減圧室４３の真空引きＶａｃと同時に、原料タンク２９に貯えられている媒質ガスＧを減圧室４３に向けて供給する。供給された媒質ガスＧは、配管４９及び給気口４７を順に通過して、管本体２１とシリンダ本体４１の間の減圧室４３に達する。シリンダ本体４１の先端は遮蔽ゲート１８により閉じられているので、供給された媒質ガスＧは減圧室４３に含まれていた空気を押し出すようにして系外に排出される。継続的にこの真空引きと媒質ガスＧの供給を並行して行うことにより、減圧室４３の内部は媒質ガスＧにより掃気され、空気の残存を極めて低くできる。

［ゲート開＋ノズル下降（図３（ｃ），図６ Ｓ１０５）］
真空引きと媒質ガスＧの供給を所定時間だけ並行して行った後に、遮蔽ゲート１８を開くと同時に、ガス供給管２０の下降を開始する。ガス供給管２０の下降は、成膜位置Ｐ１（図３（ａ））に達するまで行われる。また、遮蔽ゲート１８を開くと同時に、シリンダ本体４１からの真空引きを止める一方、成膜室１１の真空引きＶａｃは継続する。この時点でも、媒質ガスＧの供給は継続される。遮蔽ゲート１８を開くので、真空チャンバ１０には減圧室４３に充填されていた媒質ガスＧが流入する。
成膜室１１の内部が所望する真空度に達するまで、排気ポンプによる排気は続けられる。このときの真空度は、１０^−１〜１０^−５Ｔｏｒｒ程度である。
なお、シリンダ４０の減圧室４３の排気は、真空引き工程よりも前の給びん工程又は真空チャンバ閉工程において行ってもよい。このときの真空度は、上記した成膜室１１の真空度と同様に１０^−１〜１０^−５Ｔｏｒｒ程度とされる。

［ノズル下降完了＋成膜開始（図４（ａ），図６ Ｓ１０７）］
成膜位置Ｐ１に達するまでガス供給管２０を下降し、かつ、成膜室１１が所望する真空度に達すると、図示を省略する電源から電力を供給して発熱ユニット３０の発熱体３１を発熱させる。
発熱ユニット３０に電力を供給することにより、成膜装置１は待機時又は待機状態から成膜時又は成膜状態に移行する。シリンダ本体４１の給気口４７にシール２３のスペーサ２６が位置合わせされるので、原料タンク２９から供給される媒質ガスＧは給気口４７、スペーサ２６の第二ガス流路２７及び管本体２１の第一ガス流路２２を順に通って、容器Ｐの内部に吹き込まれる。吹き込まれる媒質ガスＧは、発熱体３１を通過する際に発熱体３１に接触するので、媒質ガスＧが分解して化学種が生成され、容器Ｐの内表面に化学種を到達させることによってバリア膜が形成される。成膜が行われている間、真空引きＶａｃは継続される。

［成膜完了（図４（ｂ），図６ Ｓ１０９）］
所定の成膜動作が完了したならば、発熱ユニット３０への電力の供給を止める。ただし、媒質ガスＧの供給と排気ポンプの動作（Ｖａｃ）は継続される。媒質ガスＧの供給を続けることにより、成膜後にも媒質ガスＧが発熱体３１に吹き付けられることにより、発熱体３１が空気に触れるのを防止できる。
発熱ユニット３０への電力の供給を止めることにより、成膜が完了し、成膜装置１は成膜時又は成膜状態から待機時又は待機状態に移行する。

［ノズル上昇完＋ゲート閉（図４（ｃ），図６ Ｓ１１１）］
成膜完了後に、ガス供給管２０をさらに退避させ、待機位置Ｐ２に達したならば、遮蔽ゲート１８を閉じる。シール２３とシリンダ本体４１の内壁面が互いに密着されているので、シリンダ４０の減圧室４３は閉じた空間になる。
媒質ガスＧの供給及び成膜室１１の真空引きＶａｃはこの時点でも継続する。

［チャンバ大気開放（図５（ａ），図６ Ｓ１１３）］
遮蔽ゲート１８を閉じたならば、真空チャンバ１０の成膜室１１を大気に開放する。
成膜室１１の真空引きＶａｃは、大気開放Ａｉｒをする前に止めるが、媒質ガスＧの供給は継続して行われる。ただし、減圧室４３の圧力上昇を回避するために、ガス供給管２０の管本体２１の真空引きＶａｃを行う。

［容器排出（図５（ｂ），図６ Ｓ１１５）］
下部チャンバ１５を必要な位置まで下降させてから、バリア膜が形成された容器Ｐは、下工程に向けて適宜の搬送手段で移送され、成膜装置１は、次の処理対象である容器Ｐが移送されてくるまで、待機状態となる。待機状態において、減圧室４３は真空引きＶａｃが継続される。

［作用及び効果］
次に、成膜装置１が奏する効果を説明する。
ここで、成膜装置１は、管本体２１が成膜室１１を進退するために相当のストロークだけ昇降する。位置が固定される原料タンク２９を用いる場合、原料タンク２９から管本体２１に繋がるガスの供給径路には、この昇降を吸収する部位が必要になる。樹脂などの可撓性の素材からなる管を螺旋状に巻き回した配管を管本体２１と原料タンク２９の間に用いれば、昇降を吸収することができる。しかし、管本体２１は、真空引きされる減圧室４３に配置されるので、管本体２１に接続される可撓性の配管は、少なくとも一部が真空引きされる減圧室４３に置かれることになる。可撓性素材は通気性を有するので、特に真空引きの環境においては、媒質ガスＧは配管の外部に漏れ出ることになる。これでは、容器Ｐの内部への媒質ガスＧの供給を満足に行えなくなる。そこで、本実施形態は、可撓性素材を用いることなく、昇降を吸収する構造を採用した。

すなわち、本実施形態のガス搬送部５は、ガス供給管２０をシリンダ４０の中に昇降可能に収容し、管本体２１が成膜位置Ｐ１まで下降すると、シリンダ４０の給気口４７にシール２３の第二ガス流路２７の位置が一致し、管本体２１から容器Ｐへの媒質ガスＧの供給ができる。一方、待機位置Ｐ２も含め、管本体２１が成膜位置Ｐ１以外の位置に置かれていれば、媒質ガスＧを管本体２１の周囲の減圧室４３に供給できる。このように、ガス供給管２０とシリンダ４０は、ピストン−シリンダ機構のように振る舞うものであり、ガス搬送部５を金属材料などの気体を通過させない素材で作製できるので、媒質ガスＧの漏れを防止できる。

しかも、本実施形態は、成膜位置Ｐ１以外の位置において、減圧室４３に媒質ガスＧを満たすことができるので、減圧室４３を掃気できるのに加えて、成膜工程に先立って成膜室１１を掃気できるので、系内の酸素、窒素の低減に役立つ。

次に、成膜装置１によれば、ガス供給管２０の第一ガス流路２２が閉塞するのを未然に防ぐことができる。
つまり、バリア膜を成膜した後に真空チャンバ１０を大気に開放すると、ガス供給管２０や真空チャンバ１０内に付着したバリア膜と同等の成分の表面から微小な剥離片であるパーティクルが生じ、第一ガス流路２２に侵入して閉塞し得る。また、媒質ガスＧが大気中の酸素や水分と反応して化合物を生成し得る場合には、この化合物が上記のパーティクルと同様に、ガス流路を閉塞させる要因となる。
ところが、成膜装置１によれば、待機時に第一ガス流路２２が真空引きされているので、パーティクル、化合物が第一ガス流路２２に侵入しない。
以上の通りであり、成膜装置１によれば、バリア膜の成膜に必要なガス供給管２０を健全な状態に維持することができる。したがって、成膜装置１によれば、ガス供給管２０の閉塞に対するメンテナンスの頻度が低くなり、長期間に亘る連続運転を保障できる。

次に、成膜装置１によれば、発熱ユニット３０が窒素、酸素などと反応することによる破損を防ぐことができる。
発熱ユニット３０は、バリア膜の成膜中に１０００℃を超える高温になるので、成膜を終えて通電を停止したとしても、相当の高温を維持してしまう。したがって、この高温状態の発熱ユニット３０が大気に触れると、発熱ユニット３０の表面近傍が大気中の主に窒素、酸素と反応して、本来の機能を失う破損の状態に到るおそれがある。
ところが、成膜装置１によれば、成膜の後に、発熱ユニット３０はガス供給管２０とともに真空排気されている減圧室４３に収容されるので、窒素、酸素などとの反応が抑制され、健全な状態に維持することができる。したがって、成膜装置１によれば、発熱ユニット３０に対するメンテナンスの頻度が低くなり、長期間に亘る連続運転を保障できる。

次に、成膜装置１によれば、ガス供給管２０の第一ガス流路２２を減圧する手段として、減圧室４３を有するシリンダ４０を設け、この減圧室４３を介して第一ガス流路２２を減圧する。そして、このシリンダ４０は位置が固定されているために、減圧を行うための機構を簡易なものにできる。しかも、シリンダ４０は、ガス供給管２０の昇降移動を行うガイドとして機能するので、他にガス供給管２０をガイドする機構を設ける必要がない。さらに、減圧室４３は、ガス供給管２０が昇降移動するのに必要な最小限のスペースがあれば足りるので、第二ガス流路２７を減圧するのに必要な時間を抑えることができる。さらに、シリンダ４０は、ガス供給管２０を収容するだけの最小の空間があれば足り、このためシリンダ４０内の減圧室４３の減圧状態の維持が容易である。

また、成膜装置１は、シリンダ４０が上部チャンバ１３に取り付けられており、減圧室４３が成膜室１１に連通している。このように、成膜装置１は、真空チャンバ１０に管本体２１が昇降可能に収容されるシリンダ４０が、配管を介することなく直接的に接続されているので、装置の構成を簡易にかつコンパクトにできる。

以上、本発明の好適な形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることができる。

以上の実施形態では、シール２３のスペーサ２６に第二ガス流路２７を設ける例を示したが、本発明の第二ガス流路はこれに限らない。成膜位置Ｐ１において、シリンダ４０の給気口４７と第一ガス流路２２の間を連通するものであればその形態は任意であり、例えば、シールリング自体に第二ガス流路を設けることもできる。
また、給気口４７と第一ガス流路２２の間が連通される位置は成膜位置Ｐ１だけに限るものでない。つまり、本発明は、少なくとも成膜位置Ｐ１において給気口４７と第一ガス流路２２の間が連通されればよく、その前後においても給気口４７と第一ガス流路２２の間が連通していても構わない。

以上の実施形態では、発熱ユニット３０への電力の供給を止めて成膜を終了しても、媒質ガスＧの供給を継続しているが、ガス供給管２０への媒質ガスＧの供給を止めることができる。ただし、発熱ユニット３０への電力の供給を止めた後でも発熱ユニット３０は高温域にあるので、媒質ガスＧを発熱体３１に吹き付けて発熱体３１の酸化などを防止できるので、媒質ガスＧの供給を継続することが好ましい。もっとも、酸化などが生じない程度に発熱体３１を冷却することができるのであれば、成膜を終了した後の媒質ガスＧの供給を止めることもできる。

また、以上の実施形態では成膜室１１と減圧室４３を仕切るのに揺動式の遮蔽ゲート１８を用いる例を示したが、スライド式の遮蔽ゲートを用いることもできる。

また、以上の実施形態では、ガス供給管２０が昇降移動するのに必要な最小限のスペースに留めているシリンダ４０を説明したが、本発明はこれに限定されず、ガス供給管２０に対して余裕を有するシリンダとしてもよい。ただし、減圧室４３は、必要以上に広くなると、減圧排気するのに時間を要してしまうので、できる限り容積を小さくすることが好ましい。成膜される容器Ｐのサイズによって異なるが、減圧室４３は成膜室１１と容積が同等であるか又は小さくするのが好ましい。

また、本発明におけるに用いる容器Ｐを構成する樹脂は任意であり、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、シクロオレフィンコポリマー樹脂（ＣＯＣ、環状オレフィン共重合）などが掲げられる。

また、本発明における容器の用途は任意であり、例えば、水、茶飲料、清涼飲料、炭酸飲料又は果汁飲料などの飲料、液体、粘体、粉末又は固体状の食品などを収容する容器に広く適用することができる。

また、バリア膜の材質も任意であり、媒質ガスＧを用いてＣＶＤ法により成膜し得る物質、典型的には炭素膜、シリカ膜、アルミナ膜などの種々の材質を適用できる。
炭素膜として、具体的には非晶質カーボン膜があり、これは、ダイヤモンド成分（炭素原子の結合がＳＰ^３結合）とグラファイト成分（炭素原子の結合がＳＰ^２結合）、ポリマー成分（炭素原子の結合がＳＰ^１結合）が混在した非晶質状の構造を有する炭素膜のことである。非晶質カーボン膜は、それぞれの炭素原子の結合成分の存在比率の変化により硬度が変化し、硬質の炭素膜及び軟質の炭素膜を含むものをいう。また、水素が含まれる水素化非晶質カーボンも含まれる。さらに、硬質の炭素膜には、ＳＰ^３結合を主体にした非晶質なＤＬＣ膜も含まれる。
また、他のバリア膜としては、ＳｉＯｘ膜、ＡｌＯｘ膜、水素含有ＳｉＮｘ膜、水素含有ＤＬＣ膜、水素含有ＳｉＯｘ膜、水素含有ＳｉＣｘＮｙ膜などを用いることができる。

１ 成膜装置
３ 成膜部
５ ガス搬送部
１０ 真空チャンバ
１１ 成膜室
１３ 上部チャンバ
１４ 出入口
１５ 下部チャンバ
１６ 排気通路
１７ 通過窓
１８ 遮蔽ゲート
２０ ガス供給管
２１ 管本体
２２ 第一ガス流路
２３ シール
２４ 第一シールリング
２５ 第二シールリング
２６ スペーサ
２７ 第二ガス流路
２８ ノズル
２９ 原料タンク
３０ 発熱ユニット
３１ 発熱体
３２ リード
４０ シリンダ
４１ シリンダ本体
４３ 減圧室
４５ 排気口
４７ 給気口
４９ 配管
Ｇ 媒質ガス
Ｐ 容器
Ｐ１ 成膜位置
Ｐ２ 待機位置
Ｖ１ 開閉弁

Claims (7)

1. ガスバリア性膜が形成される容器を収容する成膜室を有し、前記ガスバリア性膜の成膜時に前記成膜室が真空状態とされるチャンバと、
   前記ガスバリア性膜を成膜するのに用いられる媒質ガスを前記容器の内部に導く第一ガス流路を有し、その軸線方向に沿って昇降移動するガス供給管と、
   前記ガス供給管がその内部を昇降するシリンダと、
   電力が供給されることによって発熱する発熱体と、を備え、
   前記シリンダは、
   外部から前記媒質ガスが供給される給気口を有し、
   前記ガス供給管は、
   前記成膜が行われる成膜位置と前記成膜が行われない待機位置の間を昇降し、前記成膜位置において、前記シリンダの前記給気口と前記第一ガス流路の間を連通する第二ガス流路を備え、
   前記ガス供給管が前記成膜室から退避すると、前記成膜室と前記第一ガス流路の連通を閉じる遮蔽ゲートを備える、
   ことを特徴とする成膜装置。
   
2. 前記第二ガス流路は、
   前記ガス供給管に嵌装され、前記シリンダに摺動可能に押し付けられるシールに設けられる、
   請求項１に記載の成膜装置。
   
3. 前記シールは、
   第一シールリングと、
   前記第一シールリングと前記軸線方向に間隔を空けて設けられる第二シールリングと、
   前記第一シールリングと前記第二シールリングの間に設けられ、前記第一シールリング及び前記第二シールリングよりも小径なスペーサと、を備え、
   前記第二ガス流路は、前記スペーサに設けられる、
   請求項２に記載の成膜装置。
   
4. 前記ガス供給管に支持される発熱ユニットを備え、
   前記発熱ユニットは、
   電力が供給されることにより発熱する前記発熱体と、
   前記発熱体に電気的に接続される一対のリードと、を有する、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の成膜装置。
   
5. 前記ガス供給管は、
   前記ガスバリア性膜の前記成膜を行う前の待機時に、前記成膜室から退避して前記シリンダに収容されるとともに、前記第一ガス流路が真空引きされる、
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の成膜装置。
   
6. 前記ガスバリア性膜の前記成膜を終えた後に、
   所定の期間だけ継続して、前記媒質ガスが前記ガス供給管を介して前記成膜室に供給される、
   請求項５に記載の成膜装置。
   
7. 前記ガスバリア性膜の前記成膜を行う前の待機時に、
   前記ガス供給管と前記シリンダの間の前記第一ガス流路に、前記給気口を介して前記媒質ガスが供給される、
   請求項５又は請求項６に記載の成膜装置。

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