WO2006073012A1

WO2006073012A1 - Ｄｌｃ製膜装置

Info

Publication number: WO2006073012A1
Application number: PCT/JP2005/016209
Authority: WO
Inventors: Tomio Uchi; Shaobu Cai
Original assignee: Fukuwauchi Technologies Inc.
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2006-07-13
Also published as: JP4859673B2; CA2571380A1; KR20080041529A; KR101263700B1; CN1993493A; EP1923484A1; JPWO2006073012A1

Abstract

　帯状に連続する容器成形用プラスチックシートに容器半製品を成形したワークの搬送ラインで、格別な搬入出機構を用いることなく、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。　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（１１Ａ）と下方に配された下ケーシング（１１Ｂ）とが合体して、間欠的に到来する容器半製品（３…）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（１１）が構成され、その合体箇所にチャンバ（１１）内を０.５～５０００Ｐａの真空度に保持し得るシール材（３２）を付設すると共に、真空チャンバ（１１）に容器半製品（３…）を搬入出させる際に、両ケーシング（１１Ａ，１１Ｂ）を互いに離反する方向に相対移動させてその搬入出を可能とした。　

Description

明細書

DLC製膜装置

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 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口ーラ力巻き出して間欠的に搬送しながら、成形用キヤ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。

[0003] 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、高、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、ェバール (株式会社クラレの商品名：エチレンビュルアルコール共重合榭脂）ゃバレックス（三井ィ匕学株式会社の商品名：アクリル

—二トリル系熱可塑性榭脂）などのガスノリア性材料を積層した多層プラスチックブ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。

特許文献 1 :特開平 5— 104572号公報

[0004] しカゝしながら、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 lmmのプラスチックシート中で厚さ 20 μ mのガスノリアフィルムが一層以上積層形成されている力リサイクル処理しょうとするときに、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。

[0005] 一方、最近では、ガスノリア材料として 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 DL

C被膜を形成する技術も提案されてヽる。特許文献 2 :特開 2003— 147526号公報

[0006] この DLC被膜は、炭素間の SP³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'ィ匕学的特性を有しており、 0.03〜0.1 mの膜厚で十分なガスノ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ぐしたがってリサィクル適正に優れる。

[0007] 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ょうとすると、真空成形 Z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 1Z3以下に低下し、これに伴って、シート表面に形成された DLC被膜のガスノリア性も低下してしまう。

[0008] 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、容器搬送ライン力も 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。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 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ぐ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、る。

課題を解決するための手段

[0010] 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ぉヽ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、 DL C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ヽることを特徴としている。

発明の効果

[0011] 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ノが、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、チヤ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。

[0012] 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 Z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 Z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ヽるので、 DLCコーティングを行うために減圧してもチヤンバ内で空気漏れを起こすことがな、。発明を実施するための最良の形態

[0013] 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ぐ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。

[0014] 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。

実施例 1

[0015] 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ブラスチックシート 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 DL C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つている。

[0016] 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個の容器形状のキヤビティ 7· · ·が 5 X 7のマトリックス状に形成されると共に、各キヤビティ 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が接続されてヽる。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。

[0017] 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） 11 A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、る。

[0018] 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。

[0019] 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 11 A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力である。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。

[0020] 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-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。

[0021] 予圧タンク 21は、大気圧（lOOOOOPa)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、チヤンバ 11の容積 0. lm³に対して 25倍の 2.5m³に選定されて!、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、設備費が力かるだけでなく、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。

[0022] 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。

[0023] 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、る。

[0024] さらに、下ケーシング 11Bの上ケーシング 11 A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ヽる。

シール材 32は、その底面 32aの断面力前記角型溝 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。

[0025] 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、ヮーク Wを挟んだ状態でも隙間が生じなヽように変形し、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（デュ口メータタイプ 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。

[0026] 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〖こ順次送られる。

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 lOOPa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）。

[0027] 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 11 A及び 11 B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、チヤンバ 11内が気密に維持される（図 5、図 6参照)。 [0028] 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!、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。

[0029] 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力永久磁石 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 lOOPa程度まで減圧しておく。

[0030] 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、ブラスチックシート 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ぐ個々の容器 5ごとに DLC皮膜をコーティングすることができる。

[0031] 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。

産業上の利用可能性

[0032] 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。

図面の簡単な説明

[0033] [図 1]本発明に係る DLC製膜装置の一例を示す説明図。

[図 2]その動作を示す説明図。

[図 3]その動作を示す説明図。

圆 4]シール材の取り付け状態を示す説明図。

[図 5]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]シール材の変形状態を示す正面図。

[図 7]各バルブの開閉順序を示す説明図。

符号の説明

[0034] 1 DLC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 予圧タンク制御装置シール材

Claims

請求の範囲

[1] 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っ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、ることを特徴とする DLC製膜装置。

[2] 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。

[3] 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。

[4] 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。

[5] 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、前記チヤ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。

[6] 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、角型溝力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 DL C製膜装置。

[7] 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。

[8] 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。

[9] 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力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。