WO2024009625A1 - 成膜用補助具、成膜装置、および被膜容器の製造方法 - Google Patents

成膜用補助具、成膜装置、および被膜容器の製造方法 Download PDF

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WO2024009625A1
WO2024009625A1 PCT/JP2023/018681 JP2023018681W WO2024009625A1 WO 2024009625 A1 WO2024009625 A1 WO 2024009625A1 JP 2023018681 W JP2023018681 W JP 2023018681W WO 2024009625 A1 WO2024009625 A1 WO 2024009625A1
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WO
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container
auxiliary tool
external electrode
film
dielectric
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Application number
PCT/JP2023/018681
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English (en)
French (fr)
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喜与士 廣谷
将弘 山田
一也 今峯
Original Assignee
三菱重工機械システム株式会社
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65DCONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D23/00Details of bottles or jars not otherwise provided for
    • B65D23/02Linings or internal coatings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges

Definitions

  • the present disclosure relates to an auxiliary tool used for forming a film on a container, an apparatus including the auxiliary tool, and a method for manufacturing a container having a coating using the auxiliary tool.
  • a thin film is formed on a resin container to impart gas barrier properties.
  • the barrier film has gas barrier properties that prevent gas permeation, and corresponds to, for example, a thin film of DLC (Diamond-like Carbon).
  • DLC films are produced by, for example, plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), which uses a high-frequency electric field to decompose and ionize raw material gas with plasma generated in a reduced-pressure space, which is then accelerated by the electric field. It can be formed by colliding ions against the surface of the container (see Patent Document 1, etc.).
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • the device used to form such a barrier film has two parts: an external electrode that is a divided chamber that can accommodate the container, and an electrode that is inserted inside the container.
  • the chamber is equipped with an internal electrode that also serves as an introduction pipe for raw material gas, an exhaust device for exhausting air from inside the chamber, and a high-frequency power source.
  • a dielectric material is placed between the external electrode and the container as described in Patent Documents 1 to 4.
  • Patent Documents 2 and 3 in order to bring the neck of the container and the external electrode closer to each other in order to improve gas barrier properties, the area of the external electrode facing the neck is formed to be thick, and the inner peripheral part of the external electrode is formed to have a thickness. A layer of dielectric material is superimposed.
  • the dielectric in Patent Document 4 is arranged along the surface of the container so as to fill the space between the external electrode and the container.
  • the posture of the container during film formation may be upright or inverted.
  • Patent Documents 2 and 3 when a container in an upright position is inserted from the neck into an opening of an external electrode and the opening is closed, the bottom of the container is supported by the bottom of the external electrode.
  • Patent Document 4 When a container in an inverted position is inserted from the neck into an opening of an external electrode and the opening is closed as in Patent Document 4, the mouth of the container is supported by the bottom of the external electrode.
  • the dielectric provided on the external electrode is placed opposite the body, neck, and bottom of the container.
  • Patent Document 1 discloses a means that can equalize the voltage and improve gas barrier properties without necessarily arranging the external electrode and the dielectric along the outer surface of the container.
  • a "converted distance" is defined as the thickness of the dielectric material or the gap between the external electrode and the container divided by the dielectric constant.
  • the material of the dielectric, the thickness of the dielectric and the gap, and the shape of the external electrode are adjusted so that the total converted distance from the external electrode to the container is uniform throughout the container. can be combined.
  • the external electrode and dielectric there is no need to give the external electrode and dielectric a shape similar to the shape of the container, so basically, a cylindrical external electrode and a cylindrical dielectric can be used in common for containers of different shapes. Can be done. Therefore, when changing the model, it is not necessarily necessary to replace the external electrodes and dielectric.
  • the opening of the external electrode should be opened without interfering with the container or the gripping tool.
  • the container can be inserted into the section from the bottom.
  • Patent No. 5355860 Japanese Patent Application Publication No. 2019-065318 Japanese Patent Application Publication No. 2013-256708 Japanese Patent Application Publication No. 2009-046182
  • the degree of freedom in the shape of the container to be film-formed is improved, so the film thickness of the barrier film can be adjusted while allowing various container shapes, such as containers with uneven bodies. By making these uniform, sufficient gas barrier properties can be obtained.
  • the shapes of containers have become increasingly diverse, so it is difficult to obtain sufficient gas barrier properties depending on the shape of the container.
  • a container with a neck extending over 1/2 of the height of the container is housed inside a cylindrical external electrode, and between the external electrode and the container there is a container with a shape similar to that of the neck.
  • a container with a shape similar to that of the neck is housed inside a cylindrical external electrode, and between the external electrode and the container there is a container with a shape similar to that of the neck.
  • the gas barrier property based on the oxygen permeability corresponds to the sum of the gas barrier properties according to the surface area of each region when the container is divided into a plurality of regions.
  • the gas barrier property of the container as exemplified above that is, the container in which the area ratio of the region with relatively poor gas barrier property to the entire container is too large. was insufficient.
  • the dielectric material is given a shape similar to the shape of the container, it is not necessarily possible to achieve a sufficient level of gas barrier properties for the container as a whole.
  • the external electrode is to have a shape similar to that of the container, it would be necessary to prepare an external electrode for each container with a different shape, and the work of replacing the external electrode would be required when changing the model. I end up.
  • the present disclosure further improves the degree of freedom in the shape of the container to ensure gas barrier properties, without adjusting the shape of the external electrode, etc., regarding the formation of a barrier film applied to the container using a high-frequency electric field.
  • the purpose is to
  • the film forming aid according to the present disclosure is used in a film forming apparatus that forms a film on the inner surface of a container.
  • a film forming apparatus that forms a film on the inner surface of a container.
  • Such an auxiliary device is configured to be insertable inside the external electrode housing the container.
  • such an auxiliary tool includes a conductor part and a dielectric part laminated on the conductor part, and when the auxiliary tool is inserted inside the external electrode, the dielectric part faces the outer surface of the container.
  • the dielectric part and the conductive part are sequentially arranged between the container and the external electrode from the container side.
  • a film forming apparatus is an apparatus for forming a film on the inner surface of a container, and includes an external electrode configured to accommodate the container, an internal electrode arranged inside the container, and the above-mentioned auxiliary tool. Equipped with
  • a method for manufacturing a coated container according to the present disclosure is a method for manufacturing a container having a coating on the inner surface of the container, which includes the steps of arranging the above-mentioned auxiliary tool around the container, and placing the container and the auxiliary tool inside an external electrode. a step of evacuating the space in which the container is placed and introducing a gas containing a raw material for a film applied to the container; and a step of accommodating an external electrode and an internal electrode placed inside the container. applying an electric field between them.
  • the film forming auxiliary tool of the present disclosure is a film forming auxiliary tool that is separate from the external electrode and is configured to be insertable inside the external electrode, and includes a conductor part and a dielectric part.
  • This film-forming aid By using this film-forming aid, abnormal discharge can be suppressed by the dielectric part of the aid, and there is no need to change the shape of the external electrode or the dielectric part that is pre-assembled to the external electrode to match the container.
  • the conductor portion can be placed close to the region of the container with poor gas barrier properties.
  • the auxiliary device When the auxiliary device is inserted inside the external electrode, the dielectric portion of the auxiliary device facing the outer surface of the container and the conductive portion of the auxiliary device are placed together between the container and the external electrode. It is possible to arrange the auxiliary device outside the external electrode around the container and to insert the auxiliary device together with the container inside the external electrode.
  • a barrier film is formed on a container using an auxiliary tool, the distance from the conductor part to the container is small, which improves gas barrier properties in the area of the container where the auxiliary tool is placed, and also improves the gas barrier properties between the container and the external electrode.
  • the conductor part of the auxiliary tool is disposed between them, the thickness of the dielectric material between the container and the external electrode is reduced and dielectric loss is reduced, which also improves the gas barrier properties of the region.
  • the gas barrier properties of the entire container it is possible to ensure gas barrier properties in containers of various shapes while suppressing abnormal discharge.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a film forming apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • (a) is a sectional view taken along line IIa-IIa in FIG. 1.
  • (b) is a side view of a container as a film-forming target.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a modified example of the shape of the cross-section of the container and the auxiliary tool.
  • (a) to (d) are each a cross-sectional view of a film-forming aid that can be used for film-forming the container shown in FIG.
  • FIG. 2 is a flow diagram showing a processing procedure for manufacturing a container coated with a barrier film.
  • FIG. 3 is a diagram showing how a container in an inverted position is transferred from a gripping tool of a transport device to a gripping tool of a film forming apparatus. It is a figure which shows the state in which the auxiliary tool is arrange
  • (a) is a diagram showing a state in which a container and an auxiliary tool are housed inside an external electrode and a dielectric part. In this state, a film forming process is performed to form a barrier film on the inner surface of the container.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a film forming process on a container held in an upright posture.
  • (a) and (b) are diagrams for explaining the reason why gas barrier properties are improved by using an auxiliary tool.
  • FIG. 2 is a diagram showing a typical beverage bottle in order to consider the relationship between the gas barrier properties of each region of the container and the gas barrier properties of the entire container.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining how to equalize the voltage applied to the inner surface of the container using a dielectric part and a gap.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining gas barrier properties when forming a film using a dielectric auxiliary tool, and also showing an example of application of the auxiliary tool of the present disclosure to a container of a different shape.
  • It is a longitudinal cross-sectional view which shows the modification concerning the structure of an auxiliary tool.
  • 15 is a sectional view taken along the line XVI-XVI in FIG. 14.
  • FIG. It is a perspective view which shows the modification concerning the structure of an auxiliary tool.
  • FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view showing a modified example of supporting a container during film formation, supporting an auxiliary tool, and dividing external electrodes and the like.
  • a film forming apparatus 1 shown in FIG. 1 forms a barrier film (not shown) on the inner surface of a resin container 2 by generating plasma in a reduced pressure space using a high frequency electric field.
  • the barrier film corresponds to a dense film capable of suppressing gas permeation, such as a carbon film such as DLC (Diamond-like Carbon) or a silica film.
  • the container 2 is formed into a bottle shape from a resin material such as polyethylene terephthalate (PET) or polypropylene (PP).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • This container 2 differs from the shape of a typical beverage bottle in that the neck 22, which has a smaller diameter, is longer than the cylindrical body 23 in the height direction along the axis A of the container 2.
  • the container 2 can be divided into a mouth portion 21 to which a lid (not shown) is attached after filling with contents, a neck portion 22 connected to the mouth portion 21, a body portion 23, and a bottom portion 24.
  • the diameter of the neck portion 22 gradually increases from the mouth portion 21 toward the body portion 23.
  • the film forming apparatus 1 constitutes a part of a line for producing, for example, beverage products, detergents, pharmaceuticals, etc., and the container 2 is filled with mainly liquid contents.
  • the barrier film applied to the container 2 maintains the quality of the contents filled in the container 2 by providing the container 2 with gas barrier properties that suppress gas permeation and adsorption of gas to the container 2 .
  • Examples of modes in which gas permeates through the container 2 include cases in which gas such as oxygen from outside the container 2 permeates into the inside of the container 2, and cases in which gas such as carbon dioxide inside the container 2 permeates to the outside of the container 2. There are cases where it is done.
  • the film forming apparatus 1 can significantly improve the degree of freedom in the shape of the container 2 that ensures gas barrier properties. Therefore, the film forming apparatus 1 can achieve the required level of gas barrier properties not only for typical shaped bottle containers but also for special shaped containers 2.
  • the shape of the container 2 shown in FIG. 1 is only an example.
  • the film forming apparatus 1 is particularly designed to reduce the height dimension L of the neck portion 22 or a small diameter portion adjacent to the neck portion 22 (a region smaller in radial direction than the body portion 23). However, it exhibits its strength in forming a barrier film on a container that is 1/3 or more of the height direction dimension H of the entire container, or 1/2 or more of the height direction effective film formation dimension h.
  • FIG. 1 and FIG. A first dielectric member 12 provided inside the electrode 10, an exhaust section 13 that exhausts air from the space in which the container 2 is placed, a shield member 14 surrounding the external electrode 10, a conductor section 31, and a second dielectric section 32.
  • the container 2 includes an auxiliary tool 3 (FIG. 4(a)) including a container 2, and a gripping tool 15 for gripping the container 2.
  • the film forming apparatus 1 performs a film forming process on the container 2 which is in an inverted position with the mouth 21 facing downward.
  • the external electrode 10 is made of, for example, a metal material such as copper or aluminum, or a conductive material such as carbon, and is formed in a shape that surrounds a space necessary for film formation in the container 2.
  • the external electrode 10 is connected to a matching box 162 and a high frequency power source 17 through an electric wire connected to a connector 161.
  • the high frequency power supply 17 applies a high frequency alternating electric field between the external electrode 10 and the grounded internal electrode 11.
  • the internal electrode 11 may be connected to the matching box 162 and the high frequency power source 17, and the external electrode 10 may be grounded.
  • the output of the high frequency power source 17 is, for example, 100 to 1000 W, and the frequency band of the alternating electric field by the high frequency power source 17 is, for example, 13.56 MHz to 100 MHz. It is also possible to employ frequencies lower or higher than this frequency band.
  • the external electrode 10 also functions as a chamber for accommodating a container 2 that is supplied to the film forming apparatus 1 by a transport device (not shown) inside, and for maintaining a depressurized space inside.
  • the external electrode 10, the first dielectric member 12, the auxiliary tool 3, and the container 2 are arranged concentrically, as shown in FIG. 2(a).
  • the cross section of the container 2 is not limited to a circular shape, and may be approximately rectangular like the container 2r shown in FIG. 3. In that case, it is preferable that the shape of the auxiliary tool 3r has four planes facing the side surfaces 2r1 to 2r4, in accordance with the shape of the rectangular container 2r.
  • the external electrode 10 includes a cylindrical peripheral wall 101 and an upper wall 102 continuous to the upper end of the peripheral wall 101.
  • the inner peripheral portion of the peripheral wall 101 is formed into a cylindrical surface.
  • the external electrode 10 is configured to be movable in the vertical direction z with respect to the position of the container 2 by a lifting mechanism (not shown).
  • the assembled body 19 is configured to be movable in the vertical direction z with respect to the position of the container 2 by a lifting mechanism (not shown).
  • the assembled body 19 includes insulating members 191 to 194, an exhaust section 13, and an internal electrode 11 supported by the insulating member 194.
  • the container 2 When the external electrode 10 is lowered to the position shown in FIG. 1, the container 2 is accommodated inside the external electrode 10 from the bottom 24, and the opening 103 is closed.
  • the assembly 19 When the assembly 19 is raised to the position shown in FIG. 1, the internal electrode 11 is inserted inside the container 2.
  • the opening 103 is hermetically closed by insulating members 191, 192 and the like.
  • a sealing member (not shown) is arranged between the lower end of the external electrode 10 and the insulating member 191, if necessary.
  • the internal electrode 11 is made of a heat-resistant conductive material such as tungsten or stainless steel, and is inserted into the container 2 housed inside the external electrode 10 .
  • the internal electrode 11 is formed in a tubular shape and also serves as an introduction pipe for gas containing the raw material for the barrier film.
  • a raw material gas for the barrier film is introduced inside the internal electrode 11 from a raw material gas supply source (not shown), and the inside of the container 2 is filled.
  • the source gas is, for example, acetylene when the barrier film is a DLC film.
  • the internal electrodes 11 do not need to be tubular, and may be rod-shaped, for example.
  • the gas introduction part for introducing the raw material gas into the inside of the container 2 does not need to be inserted inside the container 2.
  • a cylindrical dielectric 110 is provided at the tip of the internal electrode 11 to avoid local concentration of plasma.
  • the first dielectric member 12 (existing dielectric member) is a dielectric member made of a dielectric material such as resin or ceramic.
  • the first dielectric member 12 is provided inside the external electrode 10 in order to suppress abnormal discharge from occurring when an electric field is applied between the external electrode 10 and the internal electrode 11, and to uniformly form a barrier film. There is. Unlike the auxiliary tool 3, the first dielectric member 12 is provided in advance on the external electrode 10 before manufacturing the coated container using the film forming apparatus 1.
  • the first dielectric member 12 also includes a cylindrical peripheral wall 121 and an upper wall 122 continuous to the upper end of the peripheral wall 121.
  • the inner peripheral portion of the peripheral wall 121 is formed into a cylindrical surface. Since the inner surface of the external electrode 10 is covered with the first dielectric member 12, abnormal discharge in which the energy level locally increases due to electrons ejected from the external electrode 10 when a high frequency electric field is applied is suppressed.
  • the first dielectric member 12 can be formed from any suitable dielectric material. Based on its dielectric properties, the first dielectric member 12 functions as an insulator with no current flowing when a direct current electric field is applied, and a displacement current flows when an alternating electric field is applied. Further, the first dielectric member 12 is preferably formed of a material that has low dielectric loss in a high frequency electric field, high heat resistance, flame retardancy, and high mechanical strength. Therefore, for example, resin materials such as polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxyalkane (PFA), hard vinyl chloride, polycarbonate, polyetheretherketone (PEEK), or aluminum oxide (alumina), steatite, etc. Ceramic materials can be used. The first dielectric member 12 of this embodiment is made of PTFE.
  • the first dielectric member 12 faces the body 23 and the bottom 24 of the container 2.
  • a gap between the peripheral wall 121 and the body 23 and a gap between the top wall 122 and the bottom 24 are allowed.
  • the dimensions of these voids vary depending on the dimensions and shape of the container 2.
  • the exhaust section 13 is insulated from the external electrode 10 by insulating members 191, 192, etc., and is connected to a vacuum suction device 18 that includes a vacuum pump, a vacuum tank, and the like.
  • a vacuum suction device 18 that includes a vacuum pump, a vacuum tank, and the like.
  • the shield member 14 functions as an electromagnetic shield to prevent electromagnetic radiation and as a high frequency ground.
  • the shield member 14 is made of a conductive material such as aluminum, stainless steel, copper, or brass, and has a cylindrical shape, for example. This shield member 14 covers the entire external electrode 10 while being insulated from the external electrode 10, and is grounded.
  • the shield member 14 is supported by the external electrode 10 via an insulating member 141, and is moved up and down together with the external electrode 10.
  • the shield member 14 may be configured as a chamber that provides a depressurized space around the container 2 instead of the external electrode 10.
  • the gripping tool 15 receives the container 2 from the gripping tool Gr (FIG. 6) of a transport device (not shown), and supports the container 2 in the space inside the external electrode 10 while the film forming process is performed on the container 2.
  • the gripper 15 includes a gripper 151 that grips the neck 22 of the container 2, and a support member 152 that supports the gripper 151 and penetrates an insulating member 193.
  • the above-mentioned assembled body 19 is raised and lowered with respect to the gripping tool 15.
  • the gripper 151 is made of a dielectric material such as a resin material.
  • the gripper 151 includes a pair of gripping claws (not shown) that are configured to be openable and closable.
  • the container 2 is supported by the gripper 151 by a flange of the neck 22 (not shown).
  • Auxiliary tools 3 are arranged around the container 2 supported by the gripper 151.
  • the gripper 151 is configured so that the auxiliary tool 3 can be attached thereto.
  • auxiliary tool 3 including the conductor section 31 and the second dielectric section 32
  • the auxiliary tool 3 is placed between the external electrode 10 and the container 2 during the film forming process, thereby providing the container 2 with sufficient gas barrier properties.
  • the auxiliary tool 3 is placed around the container 2 and inserted inside the external electrode 10 .
  • the auxiliary tool 3 is assembled to the gripper 151 so as to protrude upward from the gripper 151. Since the auxiliary tool 3 is supported by the gripper 151, when the container 2 gripped by the gripper 151 is accommodated inside the external electrode 10, the auxiliary tool 3 is also accommodated inside the external electrode 10 along with the container 2. .
  • the auxiliary tool 3 is arranged between the neck 22 of the container 2 and the first dielectric member 12.
  • the auxiliary tool 3 is formed in a shape that follows the curved shape of the neck 22 and the shape of the inner peripheral part of the first dielectric member 12 when viewed from the side, and when the auxiliary tool 3 is not placed, the neck 22 and the first It is preferable to substantially fill the gap formed between the dielectric member 12 and the dielectric member 12 . Therefore, the auxiliary tool 3 has an opposing surface 3A that is curved in the longitudinal section and faces the neck portion 22, and a back surface 3B that is linear in the longitudinal section and faces the first dielectric member 12.
  • the auxiliary tool 3 is cylindrical as a whole, and its inner periphery is given a shape suitable for the external shape of the container 2 for a specific product.
  • the shape of the auxiliary tool 3 does not need to correspond exactly to the shape of the neck 22.
  • a gap is allowed to exist between the auxiliary tool 3 and the neck 22 and between the auxiliary tool 3 and the first dielectric member 12.
  • the back surface 3B of the auxiliary tool 3 is located at the same position as the outer circumferential surface of the body 23 of the container 2, or located radially inside of the container 2 from that position. ing.
  • the external electrode 10 and the first dielectric member 12 do not exist within the projection region R1 when the container 2 and the auxiliary tool 3 are projected toward the external electrode 10 in the vertical direction z. Therefore, when lowering the external electrode 10 and storing the container 2 inside the external electrode 10, the auxiliary tool 3 can be inserted inside the external electrode 10 without interfering with the external electrode 10 or the first dielectric member 12. Ru.
  • the auxiliary tool 3 includes, for example, as shown in FIG. 4(a), a bulky conductor section 31 and a second dielectric section 32 as a film covering the surface of the conductor section 31.
  • the volume ratio of the conductor portion 31 to the entire auxiliary tool 3 is approximately 100%.
  • the second dielectric part 32 shown in FIG. 4(a) is provided over the entire surface of the first conductor part 31.
  • the second dielectric portion 32 includes a first region 321 forming a facing surface 3A facing the container 2, a second region 322 forming a back surface 3B facing the external electrode 10, and a third region 323 facing the gripper 151. It has although not shown in FIG. 4(a), the second dielectric portion 32 has fourth regions 324 on both side surfaces 3C in the circumferential direction CD, as shown in FIG. 2(a). Although FIG. 2A shows the fourth region 324 only for the segment 301, the fourth region 324 is similarly provided for the segments 302 to 304 as well.
  • the second dielectric portion 32 includes a first region 321, a second region 322, a third region 323, and a fourth region 324, thereby covering the entire surface of the first conductor portion 31.
  • the relationship between the second dielectric part 32 and the conductive part 31 and the external electrode 10 and the first dielectric member 12 is as follows.
  • a first region 321 of the second dielectric portion 32 faces the outer surface of the neck portion 22 of the container 2
  • a second region 322 of the second dielectric portion 32 faces the peripheral wall 101 of the external electrode 10 .
  • the peripheral wall 121 of the first dielectric member 12 is interposed between the second region 322 and the peripheral wall 101 .
  • the conductor portion 31 faces toward the neck portion 22 of the container 2 with the first region 321 of the second dielectric portion 32 interposed therebetween. Further, the conductor portion 31 faces the peripheral wall 121 of the first dielectric member 12 with the second region 322 of the second dielectric portion 32 interposed therebetween.
  • the conductor portion 31 is made of a metal material such as aluminum, an aluminum alloy, copper, or a copper alloy, or a conductive material such as carbon.
  • the second dielectric portion 32 is made of a dielectric material such as resin or ceramic.
  • the second dielectric portion 32 can be formed, for example, from the above-mentioned materials that can be used for the first dielectric member 12.
  • the second dielectric portion 32 of this embodiment is made of PTFE similarly to the first dielectric member 12.
  • the material of the first dielectric member 12 and the material of the second dielectric portion 32 may be different.
  • the auxiliary tool 3 is manufactured, for example, by applying a PTFE coating as the second dielectric part 32 to the surface of the first conductor part 31 made of aluminum, which is formed by cutting or the like. This coating is done by attaching PTFE powder to the surface of the first conductor part 31 using a spray gun, electrostatic powder coating machine, etc., and applying PTFE softened by heat treatment to the surface of the first conductor part 31. This is done by forming a film.
  • the second dielectric portion 32 is formed to have a substantially uniform thickness. The thickness of the second dielectric portion 32 is, for example, about 10 to 150 ⁇ m, preferably about 30 to 70 ⁇ m.
  • alumite treatment it is also possible to perform alumite treatment on the aluminum conductor portion 31.
  • alumite treatment an aluminum oxide film is formed on the surface of the conductor portion 31, and aluminum oxide is a dielectric.
  • the aluminum oxide film corresponds to the second dielectric portion 32.
  • the auxiliary tool 3 consists of two or more segments 301 to 304 arranged around the container 2, as shown in FIG. 2(a). That is, the auxiliary tool 3 is divided into n segments (n ⁇ 2) in the circumferential direction of the container 2.
  • the auxiliary tool 3 in FIG. 2(a) is divided into four segments each having a central angle of 90°.
  • the auxiliary tool 3 does not necessarily have to be divided into equal angles.
  • the segments 301 to 304 are preferably arranged to surround the entire circumference of the container 2.
  • Each of the segments 301 to 304 can be produced, for example, by applying a PTFE coating as the second dielectric part 32 to the surface of the first conductor part 31 made of aluminum, which is formed by cutting or the like.
  • the auxiliary tool 3 can be placed around the container 2 without changing the container 2 from the gripper 151 to another holding mechanism.
  • the segment 302 which is separated from the other segments 301, 303, and 304, serves as an assembly as a support for supporting the internal electrode 11. 19 via an insulating member 195. Segments 301, 303, 304 are assembled to gripper 151.
  • the segment 302 is retracted to a position away from the gripper Gr, 15 and the container 2 (see FIG. 6).
  • the segments 301 to 304 are arranged around the container 2.
  • the segments 301, 303, and 304 may be combined to form an integral part. That is, the auxiliary tool 3 may be divided into two segments: a segment in which the segments 301, 303, and 304 are integrated, and a segment 302.
  • the auxiliary tool 3 can be formed into a continuous cylindrical shape in the circumferential direction without being divided in the circumferential direction. For example, when the container 2 in an inverted position is inserted into the inside of the cylindrical auxiliary tool 3 from above, the auxiliary tool 3 is placed around the neck 22 .
  • auxiliary tool 3 shown in FIG. 4(a) is arranged over the entire length of the neck 22 in the height direction of the container 2, the auxiliary tool 3 in the present disclosure is not limited thereto.
  • the shape shown in FIG. 4(a) may be deleted on the side closer to the trunk 23.
  • the film forming apparatus 1 forms barrier films on containers 2 of different shapes corresponding to multiple types of products
  • multiple types of film forming aids suitable for each of the different container shapes may be prepared.
  • an auxiliary tool for film formation is selected depending on the shape of the container of the product to be manufactured. Therefore, it is preferable that the auxiliary tool 3 is detachably assembled to the gripper 151 and the insulating member 195.
  • the auxiliary tool 3 is not necessarily used only for the film forming process of the container 2 of a single product, but can also be used for the film forming process of containers of two or more different products.
  • the auxiliary tool 3-2 shown in FIG. 4(c) can be used both as a container having a neck 22 shown by a two-dot chain line and a container having a neck 22 shown by a one-dot chain line.
  • the second dielectric portion 32 only needs to include at least the first region 321 facing the neck portion 22 of the container 2 in order to suppress abnormal discharge.
  • the second dielectric portion 32 includes only the first region 321 and the third region 323, so the back surface 31B of the conductor portion 31 is exposed. You may do so.
  • the auxiliary tool 3 when the auxiliary tool 3 is placed in the film forming chamber DC of the film forming apparatus 1, the radial direction rd toward the axis A of the film forming chamber DC where the internal electrode 11 is placed from the external electrode 10 side is , the external electrode 10, the first dielectric member 12, the auxiliary tool 3, and the container 2 are arranged in this order. Attention will be paid to the conductor portion 31 and the second dielectric portion 32 of the auxiliary tool 3. Similarly, in the case of the auxiliary tool 3 shown in FIG. (first area 321). In addition, in the case of the auxiliary tool 3-3 shown in FIG. 4(a), the external electrode 10, the first dielectric member 12, the conductor part 31, and the second dielectric part 31 (first region 321) are similarly arranged in this order. be done. Abnormal discharge can be suppressed by adopting at least the arrangement using the auxiliary tool 3-3, but if the arrangement using the auxiliary tool 3 is adopted, the effect of suppressing abnormal discharge is large.
  • the film forming aid 3 in which the segments 301 to 304 are combined is made of a conductive material, and includes a cylindrical conductor portion 31 having an inner circumferential surface IS and an outer circumferential surface OS (FIG. 2(a)). It also includes a dielectric portion 32 (first region 321) that covers the inner circumferential surface IS of the conductor portion 31. When the second region 322 is provided, the dielectric portion 32 is also provided on the outer peripheral surface OS.
  • FIGS. 5 to 8 An example of a procedure for manufacturing a container 2c provided with a barrier film will be described with reference to FIGS. 5 to 8. A series of processing is performed from receiving the container 2 as shown in FIG. 6 (S01) to discharging the coated container 2c coated with a barrier film from the film forming apparatus 1 as shown in FIG. 8(b) (S07). This is repeated at a predetermined cycle time.
  • the container 2 supplied to the film forming apparatus 1 is received by the gripper 15 by the gripper Gr of the transport device (not shown) (container supply step S01).
  • the gripper Gr of the transport device not shown
  • the segments 301, 303, and 304 assembled to the gripper 151 are arranged around the neck 22 of the container 2, and the segment 302 is retracted below the container 2. Therefore, the space between the pair of gripping claws (not shown) of the gripper 151 is open over the central angle (90°) of the segment 302 that is absent around the container 2 .
  • the neck 22 of the container 2 is inserted between the pair of gripping claws through the gap existing at the position of the segment 302 shown in FIG.
  • the neck portion 22 is gripped by the gripper 151.
  • the segments 301 to 304 are configured so that the container 2 can be transferred from the gripper Gr to the gripper 151 by appropriately determining the respective phases and center angles around the container 2.
  • the container 2 is accommodated in the space formed between the external electrode 10 and the assembled body 19 (container accommodation step S02).
  • the internal electrode 11 is inserted into the inside of the container 2 (internal electrode insertion step/auxiliary tool placement step S03).
  • the segment 302 supported by the assembly 19 together with the internal electrode 11 rises and is inserted into the circumferential gap between the segment 301 and the segment 303.
  • the opening 103 of the external electrode 10 is closed by the rising of the assembly 19, all the segments 301 to 304 are arranged around the neck 22 of the container 2 (FIG. 8(a)).
  • a film forming process is performed on the container 2 housed inside the external electrode 10 according to the following procedure. Note that when the film forming process is performed on the container 2 in an inverted position, dust and the like that have not accumulated on the container 2 are likely to be discharged from the mouth portion 21 of the container 2 due to its own weight.
  • the space between the external electrode 10 and the assembled body 19 is exhausted through the exhaust section 13, and source gas is introduced into the inside of the container 2 through the internal electrode 11 (exhaust/source gas introduction step S04).
  • an alternating electric field is applied between the external electrode 10 and the internal electrode 11 for a predetermined period of time (for example, about several seconds) by the high-frequency power source 17 (electric field application step).
  • a discharge is generated from the external electrode 10 toward the internal electrode 11 by applying a high-frequency electric field.
  • the raw material gas is decomposed and ionized by generating plasma due to the discharge, and the ions accelerated by the electric field collide with the inner surface of the container 2, thereby forming a barrier film.
  • a film forming apparatus 1-2 shown in FIG. 9 has a structure that is upside down compared to the film forming apparatus 1 shown in FIG.
  • the segments 301 to 304 are supported by the gripper 151 in a state of being suspended downward from the gripper 151.
  • the remaining segments 302 are similarly supported by the assembly 19. This segment 302 is separate from the segments 301, 303, 304 until the internal electrode 11 is inserted into the container 2.
  • the action of the auxiliary tool 3 will be explained with reference to FIGS. 10(a) and 10(b).
  • the auxiliary tool 3 is separate from the external electrode 10 and the first dielectric member 12 already installed on the external electrode 10. Therefore, it is possible to arrange the auxiliary tool 3 in the film forming chamber DC inside the external electrode 10 and the first dielectric member 12 and around the neck 22 which is thinner than the body 23 of the container 2 .
  • the auxiliary tool 3 placed around the neck 22 is inside the external electrode 10 and the first dielectric member 12, both of which are formed in a cylindrical shape, so that it does not interfere with the external electrode 10 or the first dielectric member 12 together with the container 2. It is inserted along the vertical direction z without being inserted.
  • the distance from the conductor (conductor portion 31, external electrode 10x) to the container 2 is The distance is smaller than the distance from the inner circumference of the first dielectric member 12 to the container 2. Therefore, in either case, it contributes to improving gas barrier properties.
  • FIG. 10(b) it is assumed that the area of the external electrode 10x is expanded inward. In this case, even if an attempt is made to insert the container 2 inside the external electrode 10x from the bottom 24 side, the container 2 will interfere with the external electrode 10x and the first dielectric member 12. Therefore, since the container 2 cannot be accommodated inside the external electrode 10x, the film formation process using the external electrode 10x cannot be performed.
  • an auxiliary tool J1 that has the same shape and dimensions as the auxiliary tool 3 and is made of only a conductor separate from the external electrode 10 is installed around the neck 22. shall be located at. In this case, it is possible to accommodate the container 2 and the auxiliary tool J1 inside the external electrode 10. However, since the surface of the auxiliary tool J1 is not covered with a dielectric material, electrons are ejected from the auxiliary tool J1 when a high-frequency electric field is applied, which may cause abnormal discharge.
  • the area may be expanded to the outside of the container 2 in the radial direction, as in the case of an auxiliary tool 3x shown in FIG. 11(b). Since the outer diameter of the auxiliary tool 3x is smaller than the inner diameter of the external electrode 10, the container 2 and the auxiliary tool 3x can be accommodated inside the external electrode 10 without any problem. Furthermore, the area of the auxiliary tool 3x may be expanded beyond the shoulder 28 of the container 2 to the position shown by the two-dot chain line in FIG. 11(b). At this time, the first dielectric member 12 is facing the bottom 24 of the container 2.
  • the short distance from the conductor part 31 to the container 2 increases the energy density of electrons, ions, and radicals in the plasma, and the ions and radicals originating from the raw material gas are absorbed into the inner surface of the container 2. collide with enough energy to As a result, the quality of the barrier film formed on the inner surface of the neck portion 22 is improved and the thickness of the barrier film is increased, so that the gas barrier properties of the neck portion 22 on which the auxiliary tool 3 is placed are improved.
  • the second dielectric portion 32 is present in the auxiliary tool 3, it is possible to suppress the occurrence of abnormal discharge caused by electrons emitted from the external electrode 10 jumping out into the chamber space.
  • the second dielectric portion 32 is made of a material with low dielectric loss at high frequencies and is a thin film, so it hardly attenuates the energy of the high frequency electric field.
  • a barrier film is formed on the container 2 without using the auxiliary tool 3
  • the auxiliary tool 3 is not used to form the film on the container 2, and therefore there is a large gap between the neck 22 and the first dielectric member 12, the barrier film formed on the container 2 in that state
  • the gas barrier properties due to this are insufficient for the required level.
  • an auxiliary tool made of a dielectric material that has the same shape as the auxiliary tool 3 and is made of a separate dielectric material from the first dielectric member 12 is placed around the neck 22 instead of the auxiliary tool 3, the dielectric material made of a thick dielectric material Due to the loss, the gas barrier properties do not reach the required level. This is confirmed by a comparative example of the film formation test results described below.
  • the reason why the container 2 of this embodiment is disadvantageous from the viewpoint of gas barrier properties is that the length of the narrow neck portion 22 is long compared to the container 2b, which is a typical resin bottle for beverages shown in FIG. It's because it's too much.
  • the length L in the height direction of the neck portion 22 of the container 2 (FIG. 2(b)) is equal to or more than 1/2 of the height H of the entire container 2. Further, the length L of the neck portion 22 in the height direction approaches approximately 2/3 of the effective height h of film formation disposed in the depressurized space above the gripper 151. The greater the distance from the external electrode 10 to the container 2, the lower the gas barrier properties.
  • the gas barrier property of the neck 22 furthest from the inner peripheral surface of the cylindrical external electrode 10 is higher than that of the body 23 closest to the inner peripheral surface of the external electrode 10. Inferior to gas barrier properties.
  • the neck portion 22 of the container 2 occupies more than 1/2 of the height H of the container 2. If the neck 22 occupies such a wide area of the container 2, even if the body 23 with good gas barrier properties is present, the gas barrier properties of the container 2 as the sum of the gas barrier properties of each area will deteriorate. . That is, in order to improve the gas barrier properties of the container 2, it is important to improve the gas barrier properties of regions with poor gas barrier properties, which have a large surface area ratio to the entire container. A calculation example for confirming this will be described later.
  • Gas barrier properties are typically evaluated by oxygen permeability per container 2.
  • Oxygen permeability is typically measured using the MOCON method (oxygen permeability measurement).
  • oxygen permeability per unit area of the container 2 is uniform, the oxygen permeability of the entire container 2 is expressed by the following formula. [Oxygen permeability per unit area] x [Surface area of container]
  • the oxygen permeability B of the entire container 2 can be expressed as the sum of the oxygen permeability of each region, as shown in equation (1) below.
  • b i is the oxygen permeability in region i
  • S i is the surface area of region i.
  • each region 201 to 203 of the container 2b is S 1 , S 2 , and S 3 , it can be expressed as the following equation (3).
  • the total surface area of the surface area S 1 of the region 201 and the surface area S 3 of the region 203 corresponds to 1/2 of the surface area of the entire container 2b.
  • the oxygen permeability of each region 201 to 203 after the barrier film is formed is defined as b 1 , b 2 , and b 3 . If the oxygen permeability of the entire container 2b after the formation of the barrier film is B', it can be expressed as the following equation (4).
  • BIF Barrier Improvement Factor
  • a dielectric member 4 and a gap 5 are present between the container 2 and the external electrode 10.
  • the dielectric member 4 corresponds to the first dielectric member 12 and the second dielectric portion 32 of the auxiliary tool 3, for example, at point B on the longitudinal section of the container 2 (FIG. 10(a)).
  • the dielectric member 4 corresponds to the first dielectric member 12 at the point C.
  • the dielectric member 4 corresponds to the second dielectric portion 32 of the auxiliary tool 3x at point D in FIG. 11(b).
  • the gap 5 corresponds to the gap between the auxiliary tool 3 and the neck 22 and the gap between the auxiliary tool 3 and the first dielectric member 12 at point B (FIG. 10(a)).
  • the gap 5 corresponds to the gap between the body 23 and the first dielectric member 12.
  • the gap 5 corresponds to the gap between the neck portion 22 and the auxiliary tool 3 at point D in FIG. 11(b).
  • Japanese Patent No. 5355860 uses a dielectric member 4 and a gap 5 to equalize the voltage applied to the inner surface of the container 2.
  • the gist is that the distance from the inner surface 10A of the external electrode 10 to the container 2 is a distance (d i / ⁇ i ) obtained by dividing the thickness (d i ) of the dielectric member 4 or the gap 5 by the relative dielectric constant ( ⁇ i ).
  • the material of the dielectric member 4, the thickness of the dielectric member 4 and the gap 5, and the shape of the external electrode 10 are combined so that the total sum up to the inner surface 20 is uniform throughout the container 2. By doing so, the following condition A) is satisfied.
  • Patent No. 5355860 presents the following condition B).
  • Condition B At the shortest distance from the inner surface 20 of the container 2 to the dielectric member 4 or external electrode 10 in each part of the container 2, the thickness (d i ) of the dielectric member 4 or the void 5 is divided by the relative permittivity ( ⁇ i ).
  • the ratio (Gmax/Gmin) between the maximum value Gmax and the minimum value Gmin is 11 or less.
  • Patent No. 5355860 presents the following condition C).
  • Condition C) The average thickness/relative dielectric constant of the dielectric member 4 is in the range of 0.95 to 3.8.
  • the dielectric member 4 in FIG. 13 corresponds to the first dielectric member 12 and the auxiliary tool J2 at point E in FIG.
  • the container 2e has a small diameter portion 26 that is smaller in radial dimension than the body 23 and longer in the height direction, and a neck 27 that is gripped by the gripper 151. ing.
  • the length L of the small diameter portion 26 in the height direction is approximately half the effective film formation height h.
  • the small diameter portion 26 is located between the neck portion 27 and the body portion 23 and has a constant diameter Dmin.
  • the diameter Dmin is smaller than the maximum diameter Dmax of the container 2e by 20 mm or more.
  • the auxiliary tool J2 is entirely composed of a dielectric portion.
  • the auxiliary tool J2 has a cylindrical inner circumference and an outer circumference, and is disposed over a length L between the small diameter portion 26 and the first dielectric 12.
  • condition A When the value of condition A) was calculated for the container 2e, the auxiliary tool J2, and the film forming apparatus 1, it was 0.20, so condition A) was satisfied. Further, when Gmax/Gmin is calculated for the converted distance G, it is 2.2, so condition B) is satisfied. Furthermore, the average thickness/relative permittivity of the dielectric member 4 was calculated to be 5.8. This value does not satisfy condition C).
  • condition C) is not satisfied for the container 2e.
  • the gas barrier property is the sum of the gas barrier properties of each part of the container.
  • the container 2e has good gas barrier properties over the maximum outer diameter range 231 of the body 23, the range 231 is only about 1/5 of the effective film-forming height h of the container 2e.
  • the remaining part of the container 2e has lower gas barrier properties than the range 231.
  • the length L of the small diameter part 26, which has the largest diameter difference with respect to the range 231 and therefore has the lowest barrier properties occupies about half of the effective height h.
  • the external electrode 10 is formed in a cylindrical shape over the entire vertical direction z, the outer surface 26A of the small diameter portion 26 is far from the cylindrical inner surface 10A. Therefore, between the small diameter portion 26 and the first dielectric member 12, the first dielectric member 12 and the auxiliary tool J2 are arranged as the thick dielectric member 4. That is, in the container 2e, the area where sufficient gas barrier properties can be obtained is only about half at most, and the dielectric member 4 is too thick and the dielectric loss is large, so the gas barrier properties of the container 2e are insufficient.
  • the dielectric member 4 (first dielectric member 12 and auxiliary tool J2) It is also necessary to reduce the converted distance G related to the air gap. If the difference between the maximum diameter and the minimum diameter in the effective film forming range is large, as in the container 2e, it is difficult to satisfy condition C. Therefore, by using the auxiliary tool 3 of the present disclosure instead of the auxiliary tool J2, it is preferable to arrange the conductor part 31 in the range R2 from the inner surface 10A of the external electrode 10 to the outer surface 26A of the small diameter part 26.
  • the dielectric member 4 (the first region 321 of the second dielectric part 32) facing the container 2 in the range R2.
  • the converted distance G is not counted for the conductor portion 31. Therefore, by reducing the thickness of the dielectric member 4 and the gap 5 arranged in the range R2 by the thickness of the conductor portion 31, the converted distance G becomes smaller and the dielectric loss also decreases. Gas barrier properties can be sufficiently improved.
  • the "thickness" here corresponds to the radial dimension of the container 2 and the external electrode 10.
  • the auxiliary tool 3-4 shown in FIGS. 15 and 16 includes a second dielectric part 42 and a plurality of round bars 41 as conductive parts embedded inside the second dielectric part 42. As shown in FIG. 16, the plurality of round bars 41 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the cylindrical second dielectric portion 42. As shown in FIG.
  • the round bar 41 is made of aluminum or an alloy thereof, for example.
  • the second dielectric portion 42 is made of, for example, PTFE.
  • a round rod 41 is inserted into a hole formed in the second dielectric part 42 by hole machining.
  • an auxiliary tool 3 is used in which a conductor part 31 made of aluminum is provided with a second dielectric part 32 by coating with PTFE.
  • an auxiliary tool J2 made of only a dielectric material was used to form a film on the container 2 similar to the modified example and the embodiment.
  • the shape of the auxiliary tool J2 used at this time is the same as the shape of the auxiliary tool 3 and the auxiliary tool 3-4.
  • the RF (Radio Frequency) output of the high frequency power supply 17, the film forming time, and the flow rate of the source gas are in accordance with Table 2 below.
  • the unit of flow rate, sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute), refers to ccm (cc/min) converted to a value at 1 atmosphere and 0°C.
  • the gas barrier properties of the embodiments were much more than twice the gas barrier properties of the comparative examples, reaching the required level.
  • the modified example can also improve gas barrier properties compared to the comparative example.
  • sufficiently high gas barrier properties can be obtained by the embodiment in which the ratio of the thickness of the conductor portion 31 to the total thickness of the auxiliary tool 3 is extremely high.
  • the required level of gas barrier properties can be expected depending on the modified example.
  • an increase in the volume of the conductor portion 41 in the auxiliary tool 3-4 is expected to improve gas barrier properties.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing a part of the auxiliary tool 3-5 arranged around the small diameter portion 25 of the container.
  • the auxiliary tool 3-5 includes a second dielectric part 42 made of, for example, PTFE, and a plurality of band-shaped conductive parts 43 inserted into grooves formed inside the second dielectric part 42.
  • the auxiliary tool 3-5 can be constructed by being divided into a plurality of members.
  • the plurality of conductor parts 43 are arranged in the vertical direction z and are continuous along the circumferential direction of the small diameter part 25 . Note that the plurality of band-shaped conductor portions 43 may be exposed at the outer peripheral portion 421 of the second dielectric portion 42 .
  • FIG. 18 shows an example in which, in addition to the auxiliary tool 3 having a shape corresponding to the neck 22 of the container 2f, an auxiliary tool 3-8 having a shape corresponding to the recess 241 formed in the bottom 24 is used.
  • the auxiliary tool 3-8 includes a truncated conical conductor portion 31 that follows the shape of the recess 241, and a second dielectric portion 32 as a film covering the surface of the conductor portion 31.
  • the auxiliary tool 3-8 can be provided at the bottom of the first dielectric 12, for example. Since the auxiliary tool 3-8 improves the film quality, film thickness, etc. of the barrier film formed in the recess 241, the gas barrier properties of the container 2f as a whole can be improved. Gas barrier properties can be adjusted by adjusting the respective thicknesses (dimensions in the vertical direction z) of the conductor portion 31 and the second dielectric portion 32.
  • the container 2 shown in FIG. 19 is supported by the first dielectric member 12-2 of the lower assembly 52 while it is placed in the chamber and a film forming process is performed. Therefore, the film forming apparatus 1-3 does not include the gripping tool 15 for gripping the neck 22 of the container 2.
  • the auxiliary tool 3 is supported by the first dielectric member 12-1 or the insulating member 511 of the upper assembly 51.
  • the external electrode 10, first dielectric member 12, and shield member 14 of the film forming apparatus 1-3 are each divided into an upper side and a lower side, and the divided surfaces are opened and closed by a lifting mechanism (not shown).
  • a lifting mechanism not shown.
  • the gripper Gr by opening the gripper Gr with the chamber open, the container 2 is received on the lower first dielectric member 12-2 in an upright position.
  • the gripper Gr is retreated from the container 2 and the upper assembly 51 is lowered toward the container 2, a chamber space is created between the upper external electrode 10-1 and the lower external electrode 10-2.
  • the auxiliary device 3 is placed around the neck
  • the film forming aid of the present disclosure can be given an appropriate shape according to various shapes of the container 2.
  • the region of the container 2 where the auxiliary tool 3 is placed is not limited to the neck portion 22 or its vicinity, but may be, for example, a recess formed in the body portion 23.
  • the film forming auxiliary tool (3) used in the film forming apparatus (1) that forms a film on the inner surface of the container (2) can be inserted into the inner side of the external electrode (10) that houses the container (2). configured.
  • the auxiliary tool (3) includes a conductor part (31) and a dielectric part (32) laminated on the conductor part (31).
  • the dielectric part (32) facing the outer surface of the container (2) and the auxiliary tool (3) When inserted inside the electrode (10), a dielectric part (32) and a conductor part (31) are arranged in order from the container (2) side between the container (2) and the external electrode (10). be done.
  • the conductor part (31) is arranged inside the dielectric part (32), or is located closer to the external electrode (10) than the region (321) of the dielectric part (32) on the side of the container (2). ) side, the film-forming aid (3) according to [1] or [2].
  • the dielectric part (32) is any one of [1] to [3], which corresponds to the coating (32) covering at least the surface of the conductor part (31) on the container (2) side.
  • the auxiliary tool (3) is for film formation according to any one of [1] to [4], which is divided into a plurality of segments (301 to 304) in the circumferential direction of the container (2).
  • the auxiliary tool (3) has small diameter portions (22, 25, 26) smaller in radial dimension than the body (23) having the maximum radial dimension in the bottle-shaped container (2). ), the film-forming aid (3) according to any one of [1] to [5].
  • the film forming auxiliary tool according to [6] wherein the auxiliary tool (3) is configured to be able to be assembled to a gripping tool (15) that grips a predetermined location on the neck (22) of the container (2). (3).
  • the device (1) for forming a film on the inner surface of the container (2) includes an external electrode (10) configured to accommodate the container (2), and an internal electrode (10) arranged inside the container (2). 11); and the auxiliary tool (3) according to any one of [1] to [8].
  • the film forming apparatus (1) includes an existing dielectric part (12) provided in advance inside the external electrode (10), and the dielectric part (32) of the auxiliary tool (3) ) is inserted inside the existing dielectric part (12), it faces a part of the outer surface of the container (2), and the existing dielectric part (12) faces another region of the outer surface of the container (2).
  • the auxiliary tool (3) is divided into a plurality of segments (301 to 304) in the circumferential direction of the container (2), and the separation segment (302) as at least one segment of the auxiliary tool (3) is assembled on a support (19) that supports the electrode (11);
  • the segments (301, 303, 304) other than the separation segment (302) of the auxiliary tool (3) are assembled into a gripping tool (15) that grips a predetermined location on the neck (22) of the container (2).
  • ) is housed in the outer electrode (10) and the inner electrode (11) is inserted into the container (22), all the segments (301-304) of the auxiliary tool (3) are inserted around the container (2).
  • the film forming apparatus (1) according to [9] or [10], which is arranged in [9] or [10].
  • the film forming apparatus (1) includes an alternating field source (17) that applies an alternating electric field between the outer electrode (10) and the inner electrode, and an outer electrode (17) that is insulated from the outer electrode (10). a shield member (14) that surrounds the container (10) and is grounded; an exhaust section (13) that exhausts air from the space in which the container (2) is placed; (2) The film forming apparatus (1) according to any one of [9] to [11], comprising a gas introduction part (11) that is introduced into the inside of the film. [13]
  • the film forming apparatus (1) is equipped with a gripping tool (15) that grips a predetermined location on the neck (22) of a bottle-shaped container (2), and the gripping tool (15) is configured to grip a dielectric material.
  • a method for manufacturing a container (2) having a coating on the inner surface thereof includes placing the auxiliary tool (3) according to any one of [1] to [8] around the container (2). (S03), placing the container (2) and the auxiliary tool (3) inside the external electrode (10) (S02, S03), and exhausting the space in which the container (2) is placed. , and a step (S04) of introducing a gas containing a raw material for a film to be applied to the container (2), and a step (S04) of introducing a gas containing a raw material for a film to be applied to the container (2), and an external electrode (10) and an internal electrode (11) disposed inside the container (2).

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Abstract

【課題】高周波電界を用いて容器に施されるバリア膜の形成に関して、外部電極の形状等の調整によらず、ガスバリア性が担保される容器の形状自由度をより一層向上させることを目的とする。 容器の内面に成膜する成膜装置に用いられる補助具は、容器を収容する外部電極の内側に挿入可能に構成される。補助具は、前記導電体部に積層される誘電体部と、を備える。補助具が外部電極の内側に挿入されると、誘電体部が容器の外面に対向し、補助具が外部電極の内側に挿入されると、容器と外部電極との間に、容器の側から誘電体部および導電体部が順に配置される。

Description

成膜用補助具、成膜装置、および被膜容器の製造方法
 本開示は、容器の成膜に用いられる補助具、当該補助具を備える装置、および当該補助具を用いて被膜を有する容器を製造する方法に関する。
 樹脂製の容器に薄膜(バリア膜)を形成してガスバリア性を付与することが行われている。バリア膜は、気体の透過を防ぐガスバリア性を有し、例えば、DLC(Diamond-like Carbon)の薄膜に相当する。DLC膜は、例えばプラズマ化学気相成長(PECVD;Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)法により、高周波電界を用いて、減圧空間で発生せたプラズマにより原料ガスを分解してイオン化し、電界により加速させたイオンを容器の表面に衝突させることで形成することができる(特許文献1等)。
 こうしたバリア膜の形成に用いられる装置は、例えば、容器の内面にバリア膜を形成する場合、分割されていて容器を収容可能なチャンバとしての外部電極と、容器の内側に挿入される電極であって原料ガスの導入管を兼ねる内部電極と、チャンバ内から排気する排気装置と、高周波電源とを備えている。
 従来、バリア膜を成膜する装置および方法に関しては、ガスバリア性の向上に加え、外部電極の分割面の隙間等における異常な放電の抑制、およびバリア膜の状態(膜厚等)の均一化を図ることが主要な課題とされてきた。特に、ボトル状の容器のように胴部に対して細い首部を有する容器が、典型的には円筒状に形成される外部電極からなるチャンバに収容されると、電束密度の偏り等に起因して、バリア膜の状態が不均一となり易いので、ガスバリア性を十分に得ることが難しい。
 異常放電を抑え、かつバリア膜を均一に形成するための基本的な方策としては、特許文献1~4に記載の如く、誘電体が外部電極と容器との間に配置される。
 特許文献2,3においては、ガスバリア性を高めるため容器の首部と外部電極とを近づけるように、首部に対向する外部電極の領域が厚く形成されるとともに、外部電極の内周部に厚さが一定の誘電体の層が重ねられる。特許文献4における誘電体は、容器の表面に沿って、外部電極と容器との間の空間を埋めるように配置される。
 成膜中の容器の姿勢は正立でも倒立でもよい。例えば、特許文献2,3のように正立姿勢の容器を外部電極の開口部に首部から挿入し、開口部を閉じると、容器の底部が外部電極の底部により支持される。特許文献4のように倒立姿勢の容器を外部電極の開口部に首部から挿入し、開口部を閉じると、容器の口部が外部電極の底部により支持される。容器の全体がチャンバ内に収容されると、外部電極に設けられている誘電体は、容器の胴部、首部、および底部に対向して配置される。
 交番電界の印加により、誘電体には変位電流が流れるので、特許文献2,3のように首部と誘電体との間に隙間があいていることは許容される。但し、ガスバリア性を十分に得るためには、従来、容器の外面に外部電極および誘電体をある程度は沿わせて配置する必要があった。
 そこで、特許文献1は、容器の外面に外部電極および誘電体を必ずしも沿わせて配置することなく、電圧を均一化してガスバリア性を高めることが可能な手段を開示した。
 特許文献1においては、外部電極と容器との間の誘電体または空隙の厚さを比誘電率で除した「換算距離」が定義されている。印加電圧の均一化の手段として、外部電極から容器までの換算距離の総和が容器の全体で均一化されるように、誘電体の材料と、誘電体と空隙の厚さと、外部電極の形状とが組み合わせられる。
 そうすると、外部電極および誘電体に容器の形状と相似の形状を与える必要がないので、異なる形状の容器に共通して、基本的には、円筒状の外部電極および円筒状の誘電体を用いることができる。そのため、型替え時には、必ずしも外部電極および誘電体の交換が必要ない。また、円筒状の外部電極および円筒状の誘電体が用いられる場合は、首部が把持具により把持された状態で、容器や把持具を誘電体や外部電極に干渉させずに、外部電極の開口部に容器を底部から挿入することができる。
特許第5355860号公報 特開2019-065318号公報 特開2013-256708号公報 特開2009-046182号公報
 特許文献1の手法によれば、成膜対象である容器の形状の自由度が向上するので、例えば胴部に凹凸のある容器等、種々の容器の形状を許容しつつ、バリア膜の膜厚等の均一化によりガスバリア性を十分に得ることができる。
 しかしながら、昨今、容器の形状は益々多様化しているため、容器の形状によっては、ガスバリア性を十分に得ることが難しい。
 例えば、容器の高さの1/2に亘り延びている首部を有した容器を円筒状の外部電極の内側に収容し、外部電極と容器との間には、首部の形状と相似の形状の誘電体を配置して容器にバリア膜を形成する場合を検討する。外部電極と首部との間には、厚く形成された誘電体が配置され、誘電体の厚い領域は、首部と同様に容器の高さの1/2に亘り延在している。この場合、胴部の領域のガスバリア性が良いとしても、ガスバリア性が相対的に劣る首部の領域が容器の高さの半分までを占めている。高周波電界のエネルギーは、首部に対向する誘電体の厚い領域により減衰されてしまう。
 ここで、酸素透過度に基づくガスバリア性は、容器を複数の領域に区分したときの各領域の表面積に応じたガスバリア性の総和に相当する。本開示の発明者による成膜後容器の酸素透過度の計測によると、上記に例示するような容器、すなわち、ガスバリア性が相対的に劣る領域の容器全体に対する面積比率が大き過ぎる容器のガスバリア性は不十分であった。
 つまり、容器の形状によっては、誘電体に容器の形状と相似の形状を与えたとしても、容器の全体として必ずしも十分なレベルのガスバリア性を実現することができない。これを実現するために、外部電極に容器の形状と相似の形状を与えるのならば、形状の異なる容器毎に外部電極を用意する必要があると共に、型替え時に外部電極の交換作業が発生してしまう。
 以上を踏まえ、本開示は、高周波電界を用いて容器に施されるバリア膜の形成に関して、外部電極の形状等の調整によらず、ガスバリア性が担保される容器の形状自由度をより一層向上させることを目的とする。
 本開示に係る成膜用補助具は、容器の内面に成膜する成膜装置に用いられる。かかる補助具は、容器を収容する外部電極の内側に挿入可能に構成される。また、かかる補助具は、導電体部と、導電体部に積層される誘電体部と、を備え、補助具が外部電極の内側に挿入されると、誘電体部が容器の外面に対向し、補助具が外部電極の内側に挿入されると、容器と外部電極との間に、容器の側から誘電体部および導電体部が順に配置される。
 本開示に係る成膜装置は、容器の内面に成膜する装置であって、容器を収容可能に構成される外部電極と、容器の内側に配置される内部電極と、上述の補助具と、を備える。
 本開示に係る被膜容器の製造方法は、容器の内面に被膜を有する容器を製造する方法であって、上述の補助具を容器の周りに配置するステップと、容器および補助具を外部電極の内側に収容するステップと、容器が配置される空間からの排気、および容器に施される膜の原料を含むガスの導入を行うステップと、外部電極と、容器の内側に配置される内部電極との間に電界を印加するステップと、を備える。
 本開示の成膜用補助具は、外部電極とは別体で、外部電極の内側に挿入可能に構成される成膜用の補助具であって、導電体部および誘電体部を備える。この成膜用補助具を使用することで、補助具の誘電体部により異常放電を抑制するとともに、外部電極、または外部電極に予め組み付けられる誘電体部の形状を容器に合わせて変更すること無しに、形状の特徴からガスバリア性の確保が難しい容器であっても、その容器のガスバリア性に劣る領域に導電体部を近づけて配置することが可能となる。
 補助具が外部電極の内側に挿入されると、容器の外面に対向する補助具の誘電体部と、補助具の導電体部とが、容器と外部電極との間に共に配置される。補助具を外部電極の外側で容器の周りに配置し、補助具を容器と共に外部電極の内側に挿入することが可能である。
 補助具を使用して容器にバリア膜を形成すると、導電体部から容器までの距離が小さいことで、補助具が配置される容器の領域におけるガスバリア性が向上するとともに、容器と外部電極との間に補助具の導電体部が配置される分、容器と外部電極との間における誘電体の厚さが減って誘電損失が減少することによっても、当該領域のガスバリア性が向上する。
 そうして容器全体のガスバリア性が向上することで、異常放電を抑止しつつ、多様な形状の容器にガスバリア性を担保することができる。
本開示の実施形態に係る成膜装置の全体構成を示す図である。 (a)は、図1のIIa-IIa線断面図である。(b)は、成膜対象としての容器の側面図である。 容器および補助具の横断面の形状に係る変形例を示す横断面図である。 (a)~(d)はそれぞれ、図1に示す容器の成膜に使用可能な成膜用補助具の断面図である。 バリア膜が施された容器を製造する処理手順を示すフロー図である。 搬送装置の把持具から成膜装置の把持具へと倒立姿勢の容器を受け渡す様子を示す図である。 容器の周りに補助具が配置された状態を示す図である。 (a)は、容器および補助具が外部電極および誘電体部の内側に収容された状態を示す図である。この状態で容器の内面にバリア膜を施す成膜処理が行われる。 正立姿勢で把持される容器に対する成膜処理を説明するための図である。 (a)および(b)は、補助具の使用によりガスバリア性が向上する理由を説明するための図である。(b)は、補助具の使用により概念的に外部電極の領域が拡大された状態を示す図である。 (a)は、本開示の補助具に代えて、導電体のみからなる補助具が容器の首部の周りに配置される例を示す図である。(b)は、(a)に示す外部電極に既設の誘電体部の領域の一部が補助具に置き換えられた状態を示す図である。 容器の各領域のガスバリア性と、容器全体のガスバリア性との関係を考察するために典型的な飲料用ボトルを示す図である。 誘電体部と空隙とを用いて容器内面に印加される電圧を均一化することについて説明するための図である。 誘電体の補助具を用いて成膜するときのガスバリア性について説明し、併せて、別形状の容器への本開示の補助具の適用例を示すための図である。 補助具の構成に係る変形例を示す縦断面図である。 図14のXVI-XVI線断面図である。 補助具の構成に係る変形例を示す斜視図である。 容器の底部への補助具の適用例を示す図である。 成膜中の容器の支持、補助具の支持、および外部電極等の分割に係る変形例を示す縦断面図である。
 以下、添付図面を参照しながら、一実施形態について説明する。
 図1に示す成膜装置1は、高周波電界を用いて、減圧空間でプラズマを発生させることで樹脂製の容器2の内面に図示しないバリア膜を形成する。バリア膜は、DLC(Diamond-like Carbon)をはじめとする炭素膜、あるいはシリカ膜等、気体の透過を抑制可能な緻密な膜に相当する。
 容器2は、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)等の樹脂材料からボトル状に形成されている。この容器2は、典型的な飲料用ボトルの形状とは異なり、容器2の軸線Aに沿った高さ方向における円筒状の胴部23の寸法よりも小径の首部22の寸法が長い。容器2は、内容物の充填後に図示しない蓋が装着される口部21と、口部21に連なる首部22と、胴部23と、底部24との各領域に区分することができる。首部22は、口部21から胴部23に向けて次第に径が拡大している。
 成膜装置1は、例えば、飲料製品、洗剤、医薬品等を製造するラインの一部を構成しており、容器2には、主に液体の内容物が充填される。容器2に施されるバリア膜は、気体の透過、気体の容器2への吸着を抑制するガスバリア性を容器2に与えることで、容器2に充填される内容物の品質を保持する。容器2を気体が透過する態様としては、例えば、容器2の外部の酸素等の気体が容器2の内部に透過する場合と、容器2の内部の二酸化炭素等の気体が容器2の外部に透過する場合とがある。
 成膜装置1は、成膜時に外部電極10の内側に挿入されて用いられる補助具3の使用により、ガスバリア性が担保される容器2の形状自由度を大幅に向上させることができる。そのため、成膜装置1は、典型的な形状のボトル容器のみならず、特殊な形状の容器2に対しても、要求レベルのガスバリア性を実現することが可能である。
 図1に示す容器2の形状は一例に過ぎない。成膜装置1は、図2(b)に示すように、特に、首部22、または首部22に隣接する小径部(胴部23よりも径方向の寸法が小さい領域)の高さ方向の寸法Lが、容器全体の高さ方向の寸法Hの1/3以上、または、高さ方向の成膜有効寸法hの1/2以上に及ぶ容器へのバリア膜の形成に強みを発揮する。
〔成膜装置の構成〕
 成膜装置1は、図1および図2(a)に構成の一例を示すように、容器2の外側に配置される外部電極10と、容器2の内側に配置される内部電極11と、外部電極10の内側に設けられる第1誘電部材12と、容器2が配置される空間から排気する排気部13と、外部電極10を取り囲むシールド部材14と、導電体部31および第2誘電体部32を含む補助具3(図4(a))と、容器2を把持する把持具15とを備えている。成膜装置1は、口部21を下方に向けて倒立した姿勢の容器2に対して成膜処理を行う。
(外部電極)
 外部電極10は、例えば銅やアルミニウム等の金属材料、あるいはカーボン等の導電性の材料から、容器2の成膜に必要な空間を取り囲む形状に形成されている。外部電極10は、コネクタ161に接続される電線を通じて整合器162および高周波電源17に接続されている。
 高周波電源17(交番電界源)は、外部電極10と、接地されている内部電極11との間に高周波の交番電界を印加する。なお、内部電極11を整合器162および高周波電源17に接続し、外部電極10を接地するようにしてもよい。
 高周波電源17の出力は、例えば100~1000Wであり、高周波電源17による交番電界の周波数帯域は、例えば13.56MHz~100MHzである。この周波数帯域よりも低い周波数または高い周波数を採用することも可能である。
 外部電極10は、図示しない搬送装置により成膜装置1に供給される容器2を内側に収容し、内側に減圧空間を保持するためのチャンバとしても機能する。外部電極10と、第1誘電部材12と、補助具3と、容器2とは、図2(a)に示すように、同心円状に配置される。
 なお、容器2の横断面は、円形には限らず、図3に示す容器2rのように略矩形状であってもよい。その場合は、補助具3rの形状も、角形の容器2rの形状に合わせて、側面2r1~2r4に対向する4つの平面を有した形状が与えられることが好ましい。
 外部電極10は、円筒状の周壁101と、周壁101の上端に連なる上壁102とからなる。周壁101の内周部は、円筒面に形成されている。
 外部電極10は、図示しない昇降機構により容器2の位置に対して上下方向zに移動可能に構成されている。また、組付体19は、図示しない昇降機構により容器2の位置に対して上下方向zに移動可能に構成されている。組付体19は、絶縁部材191~194、排気部13、および絶縁部材194に支持されている内部電極11を含む。
 外部電極10を昇降させることで、外部電極10の下端の開口部103が開閉される。また、組付体19を昇降させることで、内部電極11が容器2の内側に挿入される。
 外部電極10を図1に示す位置まで下降させると、容器2が外部電極10の内側に底部24から収容されて、開口部103が閉じられる。組付体19を図1に示す位置まで上昇させると、容器2の内側に内部電極11が挿入される。
 開口部103は、絶縁部材191,192等によって気密に閉塞される。外部電極10の下端と絶縁部材191との間には、必要に応じて図示しないシール部材が配置される。
(内部電極)
 内部電極11は、例えばタングステンやステンレス鋼のような耐熱性を有する導電性の材料から形成され、外部電極10の内側に収容される容器2の内側に挿入される。内部電極11は、管状に形成されており、バリア膜の原料を含むガスの導入管を兼ねる。図示しない原料ガスの供給源から、内部電極11の内側にバリア膜の原料ガスが導入され、容器2の内側に充満する。原料ガスは、バリア膜がDLC膜の場合は、例えばアセチレンである。
 内部電極11とは別途、ガスの導入部が成膜装置1に備えられている場合は、内部電極11は管状である必要はなく、例えば棒状であってもよい。この場合、容器2の内側に原料ガスを導入するガス導入部は、容器2の内側に挿入されている必要はない。
 内部電極11の先端には、局所的なプラズマの集中を避けるため、円筒状の誘電体110が設けられている。
(第1誘電部材)
 第1誘電部材12(既設誘電部材)は、例えば樹脂やセラミック等の誘電性の材料から形成される誘電体の部材である。第1誘電部材12は、外部電極10と内部電極11の間への電界印加時に、異常放電が発生するのを抑え、かつバリア膜を均一に形成するために外部電極10の内側に設けられている。第1誘電部材12は、補助具3とは異なり外部電極10に予め、成膜装置1により被膜容器を製造する前に設けられている。
 第1誘電部材12も、外部電極10と同様に、円筒状の周壁121と、周壁121の上端に連なる上壁122とからなる。周壁121の内周部は、円筒面に形成されている。
 外部電極10の内表面が第1誘電部材12により覆われているので、高周波電界の印加時に外部電極10から飛び出す電子に起因して局所的にエネルギーレベルが突出する異常な放電が抑制される。
 外部電極10と容器2との間に第1誘電部材12が存在していても、交番電界の印加により、第1誘電部材12には変位電流が流れる。同様に、誘電体である容器2にも変位電流が流れるので、第1誘電部材12および容器2を介して外部電極10と内部電極11との間に高周波電界を印加してプラズマを発生させることができる。
 第1誘電部材12は、誘電性を備える適宜な材料から形成することができる。誘電性に基づき、第1誘電部材12は、直流電界の印加時には電流が流れずに絶縁体として機能し、かつ交番電界の印加時には変位電流が流れる。
 また、第1誘電部材12は、特に、高周波電界における誘電損失が小さく、耐熱性、難燃性、および機械的強度の高い材料から形成されることが好ましい。そのため、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、硬質塩化ビニル、ポリカーボネイト、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の樹脂材料、あるいは、酸化アルミニウム(アルミナ)、ステアタイト等のセラミック材料を採用することができる。本実施形態の第1誘電部材12は、PTFEから形成されている。
 外部電極10の内側に容器2が収容されると、第1誘電部材12は、容器2の胴部23と、底部24とに対向する。周壁121と胴部23との間の空隙、および上壁122と底部24との間の空隙は許容される。これらの空隙の寸法は、容器2の寸法、形状に応じて変化する。
(排気部)
 排気部13は、外部電極10に対して絶縁部材191,192等により絶縁され、真空ポンプおよび真空タンク等を備えた真空吸引装置18に接続されている。外部電極10の開口部103が閉じられた状態で、外部電極10の内側の空間から排気部13の流路13Aを通じて排気しつつ、内部電極11から原料ガスを吹き出すと、容器2の内部および周囲に所定の真空度にまで減圧された空間が与えられる。減圧空間の圧力は、例えば0.1~1Torrである。
(シールド部材)
 シールド部材14は、電磁波輻射を防ぐ電磁シールドと高周波のアースとして機能する。シールド部材14は、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、真鍮等の導電性の材料から、例えば円筒状に形成されている。このシールド部材14は、外部電極10に対して絶縁された状態で外部電極10の全体を覆い、接地されている。シールド部材14は、絶縁部材141を介して外部電極10に支持されており、外部電極10と共に昇降される。
 なお、シールド部材14が、外部電極10の代わりに容器2の周囲に減圧空間を与えるチャンバとして構成されていてもよい。
(把持具)
 把持具15は、図示しない搬送装置の把持具Gr(図6)から容器2を受け取り、容器2に対する成膜処理が行われる間に亘り、容器2を外部電極10の内側の空間に支持する。
 把持具15は、容器2の首部22を把持するグリッパ151と、グリッパ151を支持し、絶縁部材193を貫通する支持部材152とを備えている。上述の組付体19は、把持具15に対して昇降される。
 成膜処理が行われる空間における局所的なプラズマ集中を避けるため、グリッパ151は誘電体であって、樹脂材料等から形成されている。グリッパ151は、開閉可能に構成されている図示しない一対の把持爪を備えている。
 容器2は、図示しない首部22のフランジによりグリッパ151に支持される。グリッパ151により支持される容器2の周りには、補助具3が配置される。グリッパ151は、補助具3を組み付け可能に構成されている。
〔成膜用の補助具の構成〕
 次に、導電体部31および第2誘電体部32を備えた補助具3の構成を説明する。補助具3は、成膜処理中に外部電極10と容器2との間に配置されることで、容器2に十分なガスバリア性を与える。補助具3は、容器2の周りに配置された状態で外部電極10の内側に挿入される。補助具3は、グリッパ151から上方に突出するようにグリッパ151に組み付けられる。補助具3はグリッパ151に支持されているから、グリッパ151に把持されている容器2が外部電極10の内側に収容されるとき、容器2と共に補助具3も外部電極10の内側に収容される。
 図1に示す例によると、補助具3は、容器2の首部22と第1誘電部材12との間に配置される。補助具3は、側面視において湾曲した首部22の形状と、第1誘電部材12の内周部の形状とに倣う形状に形成され、補助具3が配置されていないときに首部22と第1誘電部材12との間に形成される空隙を概ね埋めることが好ましい。そのため、補助具3は、縦断面において湾曲して首部22に対向する対向面3Aと、縦断面において直線状であり、第1誘電部材12に対向する背面3Bとを有している。
 補助具3は、全体として筒状であって、その内周部には、特定の製品の容器2の外形に適した形状が与えられる。補助具3の形状が、首部22の形状と厳密に対応している必要はない。補助具3と首部22との間、および補助具3と第1誘電部材12との間には空隙の存在が許容される。
 補助具3が容器2の周りに配置されると、補助具3の背面3Bは、容器2の胴部23の外周面の位置と同じか、その位置よりも容器2の径方向内側に位置している。図7に示すように、容器2および補助具3を外部電極10に向けて上下方向zに投影したときの投影領域R1内に外部電極10や第1誘電部材12は存在しない。そのため、外部電極10を下降させて外部電極10の内側に容器2を収容する際に、補助具3は、外部電極10や第1誘電部材12に干渉することなく外部電極10の内側に挿入される。
 補助具3は、例えば図4(a)に示すように、塊状の導電体部31と、導電体部31の表面を覆っている被膜としての第2誘電体部32とを備えている。
 補助具3の全体に対する導電体部31の体積比率は、ほぼ100%である。
 図4(a)に示す第2誘電体部32は、第1導電体部31の表面の全域に亘り設けられている。この第2誘電体部32は、容器2に対向する対向面3Aをなす第1領域321と、外部電極10に対向する背面3Bをなす第2領域322と、グリッパ151に対向する第3領域323とを有している。第2誘電体部32は、図4(a)には表れないが、図2(a)に示されるように、周方向CDの両側の側面3Cに第4領域324を有している。なお、図2(a)には、セグメント301についてのみ第4領域324が示されているが、セグメント302~304についても同様に第4領域324が設けられる。第2誘電体部32は、第1領域321、第2領域322、第3領域323および第4領域324を備えることにより、第1導電体部31の表面の全域を覆う。
 補助具3が外部電極10の内側に挿入されたときの、第2誘電体部32および導電体部31と外部電極10および第1誘電部材12との関係は以下の通りである。
 第2誘電体部32の第1領域321が容器2の首部22の外面に対向し、第2誘電体部32の第2領域322が外部電極10の周壁101の側を向く。第2領域322と周壁101の間には、第1誘電部材12の周壁121が介在する。
 導電体部31は、第2誘電体部32の第1領域321を間に介在して、容器2の首部22の側を向く。また、導電体部31は、第2誘電体部32の第2領域322を間に介在して、第1誘電部材12の周壁121の側を向く。
 導電体部31は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属材料あるいはカーボン等の導電性を有する材料から形成されている。
 第2誘電体部32は、樹脂やセラミック等の誘電性の材料から形成されている。第2誘電体部32は、例えば、第1誘電部材12に使用可能な上述の材料から形成することができる。本実施形態の第2誘電体部32は、第1誘電部材12と同様にPTFEから形成されている。第1誘電部材12の材料と、第2誘電体部32の材料とは相違していてもよい。
 補助具3は、例えば、切削等により成形されたアルミニウム製の第1導電体部31の表面に第2誘電体部32としてPTFEのコーティングを施すことにより作製される。このコーティングは、スプレーガンや静電粉体塗装機等を用いて第1導電体部31の表面にPTFEの粉体を付着させ、加熱処理により軟化したPTFEにより第1導電体部31の表面に被膜を形成することにより行われる。第2誘電体部32は、ほぼ均一な厚さに形成される。第2誘電体部32の膜厚は、例えば、10~150μm、好ましくは30~70μm程度である。
 PTFEのコーティングに代えて、アルミニウム製の導電体部31にアルマイト処理を行うこともできる。アルマイト処理により、導電体部31の表面には酸化アルミニウムの被膜が形成され、酸化アルミニウムは誘電体である。酸化アルミニウムの被膜が、第2誘電体部32に相当する。
 補助具3は、図2(a)に示すように、容器2の周りに並ぶ2つ以上のセグメント301~304からなる。つまり、補助具3は、容器2の周方向においてn個(n≦2)のセグメントに分割されている。図2(a)の補助具3は、中心角が90°ずつ、4つのセグメントに分割されている。補助具3は必ずしも等しい角度に分割されていなくてもよい。セグメント301~304は、容器2を全周に亘り囲んで配置されることが好ましい。
 セグメント301~304はそれぞれ、例えば、切削等により成形されたアルミニウム製の第1導電体部31の表面に第2誘電体部32としてPTFEのコーティングを施すことにより作製することができる。
 複数のセグメント301~304に分割されていることで、グリッパ151から別の保持機構へと容器2を持ち替えることなく、補助具3を容器2の周りに配置することができる。
 本実施形態においては、把持具Grからグリッパ151への容器2の受け渡し時に他のセグメント301,303,304とは分離しているセグメント302が、内部電極11を支持する支持体としての組付体19に絶縁部材195を介して組み付けられている。セグメント301,303,304は、グリッパ151に組み付けられている。
 容器2を把持具Grからグリッパ151に受け取る際は、セグメント302(分離セグメント)が、把持具Gr,15および容器2から離れた位置に退避されている(図6参照)。グリッパ151に容器2を受け取った後、組付体19を容器2に向けて移動させると(図7、図8(a))、全てのセグメント301~304が容器2の周りに配置される。
 上記のように補助具3を容器2の周りに配置する例によれば、セグメント301,303,304が組み合わされて部分は一体に形成されていてもよい。つまり、補助具3は、セグメント301,303,304が一体化されたセグメントと、セグメント302との2つのセグメントに分割されていてもよい。
 容器2の首部22の周りに補助具3を配置することが可能であるのならば、補助具3を周方向に分割することなく周方向に連なる一体の筒状に形成することができる。例えば、筒状の補助具3の内側に上方から倒立姿勢の容器2を挿入すると、首部22の周りに補助具3が配置される。
 図4(a)に示す補助具3は、容器2の高さ方向の首部22の全長に亘り配置されるが、本開示における補助具3は、その限りではない。図4(b)に示す補助具3-1のように、図4(a)に示す形状に対して胴部23に近い側が欠損した形状であってもよい。
 成膜装置1により複数種類の製品に対応して形状の異なる容器2にバリア膜が形成される場合は、異なる容器形状のそれぞれに適した複数種類の成膜用補助具が用意されることが好ましい。その場合、製造する製品の容器形状に応じて、成膜用の補助具が選択される。そのため、補助具3はグリッパ151および絶縁部材195に着脱自在に組み付けられることが好ましい。
 補助具3は、必ずしも単一の製品の容器2の成膜処理にのみ使用されるとは限らず、2つ以上の異なる製品の容器の成膜処理に兼用することも可能である。
 例えば、図4(c)に示す補助具3-2は、二点鎖線で示す首部22を有する容器と、一点鎖線で示す首部22を有する容器とに兼用することができる。
 第2誘電体部32は、異常放電を抑制するために、少なくとも、容器2の首部22に対向する第1領域321のみを備えていれば足りる。例えば、図4(d)に示す補助具3-3のように、第2誘電体部32が第1領域321および第3領域323のみを備えているため、導電体部31の背面31Bが露出していてもよい。
 本実施形態において、補助具3が成膜装置1の成膜室DCに配置されると、外部電極10の側から内部電極11が配置される成膜室DCの軸線Aに向けた半径方向rdにおいて、外部電極10、第1誘電部材12、補助具3および容器2の順に配置される。
 補助具3の導電体部31および第2誘電体部32に着目する。図4(a)に示す補助具3の場合、同様に、外部電極10、第1誘電部材12、第2誘電体部32(第2領域322)、導電体部31および第2誘電体部32(第1領域321)の順に配列される。また、図4(a)に示す補助具3-3の場合、同様に、外部電極10、第1誘電部材12、導電体部31および第2誘電体部31(第1領域321)の順に配列される。少なくとも補助具3-3による配列を採用すれば、異常放電を抑制することができるが、補助具3による配列を採用すれば、異常放電を抑制する効果が大きい。
 セグメント301~304が組み合わされた成膜用補助具3は、導電材料からなり、内周面ISと外周面OS(図2(a))とを有する筒状の導電体部31と、少なくても導電体部31の内周面ISを覆う誘電体部32(第1領域321)と、を備えることになる。第2領域322を備える場合には、外周面OSにも誘電体部32を備えることになる。
〔被膜容器の製造手順〕
 図5~図8を参照し、バリア膜が施された容器2cを製造する手順の一例を説明する。
 図6に示すように容器2を受け取り(S01)、図8(b)に示すようにバリア膜が施された被膜容器2cが成膜装置1から排出される(S07)までの一連の処理が所定のサイクルタイムにて繰り返し行われる。
 図6に示すように、図示しない搬送装置の把持具Grにより成膜装置1に供給される容器2を把持具15に受け取る(容器供給ステップS01)。このとき、容器2の首部22の周りには、グリッパ151に組み付けられているセグメント301,303,304のみが配置され、セグメント302は容器2よりも下方に退避している。そのため、グリッパ151の図示しない一対の把持爪の間は、容器2の周りには不在のセグメント302の中心角(90°)に亘り開放されている。このとき、容器2の首部22は、図2に示すセグメント302の位置に存在する間隙から一対の把持爪の間に挿入される。図示しない駆動機構により一対の把持爪が閉じると、グリッパ151により首部22が把持される。つまり、セグメント301~304は、容器2の周囲におけるそれぞれの位相および中心角が適宜に定められることにより、把持具Grからグリッパ151への容器2の受け渡しが可能に構成されている。
 次いで、図7に示すように、外部電極10を容器2に向けて下降させることで、外部電極10および組付体19の間に形成される空間に容器2を収容する(容器収容ステップS02)。これと並行して、組付体19を容器2に向けて上昇させることで、内部電極11が容器2の内側に挿入される(内部電極挿入ステップ・補助具配置ステップS03)。
 内部電極11の挿入に伴い、内部電極11と共に組付体19に支持されているセグメント302が上昇し、セグメント301とセグメント303との間の周方向の間隙に挿入される。
 組付体19の上昇により外部電極10の開口部103が閉塞されると、全てのセグメント301~304が容器2の首部22の周りに配置される(図8(a))。
 図8(a)に示すように外部電極10の内側に収容された容器2に対して、次の手順により成膜処理を行う。なお、倒立姿勢の容器2に対して成膜処理が行われると、容器2に堆積しなかったダスト等が容器2の口部21から自重によって排出され易い。
 外部電極10と組付体19との間の空間から排気部13を通じて排気させ、容器2の内側には、内部電極11を通じて原料ガスを導入する(排気・原料ガス導入ステップS04)。
 排気によりチャンバの空間が所定の真空度にまで減圧された状態で、高周波電源17により外部電極10と内部電極11との間に所定時間(例えば、数秒程度)交番電界を印加する(電界印加ステップS05)。高周波電界の印加により外部電極10から内部電極11に向けて放電が発生する。放電によりプラズマが発生することで原料ガスが分解されてイオン化し、電界により加速したイオンが容器2の内面に衝突することで、バリア膜が形成される。
 外部電極10と内部電極11との間に第1誘電部材12および第2誘電体部32が配置されていることにより、バリア膜および容器2の損傷の原因となり得る異常放電の発生が抑制される。
 容器2への成膜が終了すると、図示しない経路を通じて、チャンバ空間に空気を導入する(大気開放ステップS06)。
 その後、図8(b)に示すように外部電極10を上昇させて開口部103を開き、組付体19を下降させることで内部電極11を被膜容器2cから抜き取る。そして、セグメント301~304の少なくとも一つを首部22から退避させることで、被膜容器2cを排出可能となる。把持具15から図示しない把持具へと被膜容器2cを渡して、成膜装置1から排出させる(容器排出ステップS07)。
 以上により、バリア膜を有する被膜容器2cの製造を終了する。
 なお、図9に示すように正立姿勢で把持される容器2に対して成膜処理を行うことも可能である。図9に示す成膜装置1-2は、図1に示す成膜装置1に対して上下反転した構成を備えている。セグメント301~304のうちセグメント301,303,304は、グリッパ151から下方に吊り下げられた状態にグリッパ151に支持される。残りのセグメント302は、組付体19に同様に支持される。このセグメント302は、内部電極11が容器2に挿入されるまではセグメント301,303,304から分離している。
〔成膜用補助具の作用〕
 図10(a)および(b)を参照し、補助具3による作用を説明する。
 補助具3は外部電極10と、外部電極10に既設の第1誘電部材12とは別体である。そのため、外部電極10および第1誘電部材12の内側であって、容器2の胴部23よりも細い首部22の周りの成膜室DCに補助具3を配置することが可能である。首部22の周りに配置された補助具3は、いずれも円筒形に形成された外部電極10および第1誘電部材12の内側に、容器2と共に外部電極10や第1誘電部材12に干渉することなく上下方向zに沿って挿入される。
 このとき、半径方向rdにおいて、容器2と第1誘電部材12との間は、補助具3の表層の第2誘電体部32を除き、ほぼ全域が導電体部31により占められることとなる。そうすると、あたかも導電体部31が外部電極10の一部を構成し、図10(b)に示すように、外部電極10xの半径方向rdの内側に向けて肉厚を大きくし、容器2の周りに外部電極10xが近づくのとほぼ等しくなる。つまり、補助具3を使用することにより外部電極10(図10(a))の導電領域を外部電極10xの導電領域まで事実上拡大できる。
 補助具3を容器2の周りに配置し、外部電極10の領域を容器2に近接する位置まで拡張したとしても、導電体(導電体部31、外部電極10x)から容器2までの距離が、第1誘電部材12の内周部から容器2までの距離と比べて小さい。そのため、いずれの場合でもガスバリア性の向上に寄与する。
 しかし、図10(b)に示すように、外部電極10xの領域が内側に拡大されたものとする。そうすると、容器2を底部24側から外部電極10xの内側に挿入しようとしても、外部電極10xおよび第1誘電部材12に容器2が干渉してしまう。したがって、外部電極10xの内側に容器2を収容することができないから、外部電極10xを用いる成膜処理は成立しない。
 図11(a)に示すように、補助具3の代わりに、補助具3と同一形状および寸法であって、外部電極10とは別体の導電体のみからなる補助具J1が首部22の周りに配置されるものとする。この場合は、外部電極10の内側に容器2および補助具J1を収容することが可能である。しかし、補助具J1の表面は誘電体により覆われていないので、高周波電界の印加時に、補助具J1から電子が飛び出し、それに起因して異常放電が発生しうる。
 図11(b)に示す補助具3xのように、容器2の径方向の外側に領域が拡大されていてもよい。補助具3xの外径は外部電極10の内径よりも小さいので、容器2と補助具3xとを外部電極10の内側に収容可能であり、支障がない。
 さらには、図11(b)に二点鎖線で示す位置まで、容器2の肩28の位置を超えて補助具3xの領域を拡大してもよい。このとき、第1誘電部材12は容器2の底部24に対向している。
 補助具3の使用によれば、導電体部31から容器2までの距離が小さいことで、プラズマにおける電子やイオンおよびラジカルのエネルギー密度が高まり、原料ガスに由来するイオンおよびラジカルが容器2の内面に十分なエネルギーで衝突する。その結果、首部22の内面に形成されるバリア膜の膜質は良化し、バリア膜の膜厚は増加するので、補助具3が配置される首部22のガスバリア性が向上する。
 しかも、補助具3には第2誘電体部32が存在するので、外部電極10から放出された電子のチャンバ空間への飛び出しに起因する異常放電の発生を抑えることができる。第2誘電体部32は、高周波における低誘電損失の材料が選定されている上に、薄い被膜であるため、高周波電界のエネルギーを殆ど減衰させない。
 以下、補助具3が用いられずに容器2にバリア膜が形成される場合について、ガスバリア性の基本的な考え方にも言及して説明する。
 仮に、容器2の成膜に補助具3が用いられず、そのため首部22と第1誘電部材12との間に大きな空隙があいているとすれば、その状態で容器2に形成されたバリア膜によるガスバリア性は要求レベルに対して不十分である。補助具3の代わりに、補助具3と同一の形状であって、第1誘電部材12とは別体の誘電体からなる補助具を首部22の周りに配置した場合でも、厚い誘電体による誘電損失により、ガスバリア性は要求レベルには達しない。
 これは、後述する成膜試験結果の比較例により確認されている。
 本実施形態の容器2が、ガスバリア性の観点から不利である理由は、細い首部22の長さが、図12に示す典型的な飲料用の樹脂性ボトルである容器2bを基準とすれば長過ぎるためである。容器2の首部22の高さ方向の長さL(図2(b))は、容器2全体の高さHの1/2以上に及ぶ。また、首部22の高さ方向の長さLは、グリッパ151よりも上の減圧空間に配置される成膜有効高さhの約2/3に迫る。
 外部電極10から容器2までの距離が大きいほどガスバリア性は低下する。円筒形の外部電極10の内周面からの最も遠い首部22のガスバリア性は、誘電体のスペーサーを首部22の周りに配置したとしても、外部電極10の内周面から最も近い胴部23のガスバリア性に比べて劣る。
 上述のように容器2の首部22は、容器2の高さHの1/2以上を占めている。これほどまでに首部22が容器2の広範囲を占めていると、ガスバリア性の良好な胴部23が存在しているとしても、各領域のガスバリア性の総和としての容器2のガスバリア性は低下する。
 つまり、容器2のガスバリア性を高めるためには、容器全体に対する表面積の比率が大きい、ガスバリア性に劣る領域のガスバリア性を高めることが重要である。これを確認するための計算例について後述する。
(ガスバリア性の考え方)
 ガスバリア性の考え方について説明する。「ガスバリア性」は、典型的には、容器2の1本あたりの酸素透過度によって評価される。酸素透過度は、典型的にはMOCON法(酸素透過度測定)を用いて計測される。
 容器2の単位面積当たりの酸素透過度が一様である場合、容器2全体の酸素透過度は、下記式により表される。
 [単位面積当たりの酸素透過度]×[容器の表面積]
 容器2の領域によって酸素透過度が異なる場合、容器2全体の酸素透過度性Bは、下記の式(1)の如く、各領域の酸素透過度の総和として表すことができる。式(1)において、bは領域iにおける酸素透過度、Sは領域iの表面積である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 図12に示す典型的な飲料用の容器2bを参照して、容器2bの各領域のガスバリア性と容器2b全体のガスバリア性との関係を考察する。
 未成膜の容器2bの酸素透過度が、容器2bの全体において一様であるとすると、容器2bの単位面積当たりの酸素透過度bは、下記の式(2)により表せる。なお、式(2)中、SおよびBは以下を意味する。
 S:容器2b全体の表面積
 B:未成膜(バリア膜形成前)の容器2bの全体の酸素透過度
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 図12に示すように、ボトル2bを3つの領域201~203に区分するものとする。
 ここで、容器2bの各領域201~203の表面積をS,S,Sとすると、下記の式(3)のように表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 領域201,202,203のそれぞれの表面積は、例えば、
 S=0.3S、S=0.5S、S=0.2S であるものとする。
 領域201の表面積Sと領域203の表面積Sとを合計した表面積は、容器2b全体の表面積の1/2に相当する。
 各領域201~203のバリア膜形成後の酸素透過度をb,b,bとする。
 バリア膜形成後の容器2b全体の酸素透過度をB´とすると、下記の式(4)のように表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 そのときのBIF(Barrier Improvement Factor)は下記の式(5)で表される。BIFは、「ガスバリア性」に該当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 容器の各領域のガスバリア性の良否と面積比率との関係を確認するため、下記表のように、CASE1とCASE2とを想定し、領域201~203のそれぞれの酸素透過度が変化したときの全体の酸素透過度の変化について計算した例を表1に示す。S=1、B=1であるものとして計算した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 CASE1とCASE2とから、最もガスバリア性の良い領域202のガスバリア性を多少悪化させてでも、合計すれば容器2b全体の表面積の1/2に及ぶほど表面積が大きくてガスバリア性に劣る領域201,202のガスバリア性を良化させることで、容器2全体のガスバリア性が向上すると言える。
〔特許第5355860号の記載技術の利用〕
 ところで、本開示は、特許第5355860号の記載に基づいて、容器2内面に印加される電圧を均一化する手段を利用することができる。
 図13に模式的に示すように、容器2と外部電極10との間には、誘電部材4と、空隙5とが存在している。
 誘電部材4は、例えば、容器2の縦断面上の地点B(図10(a))においては、第1誘電部材12と、補助具3の第2誘電体部32とに相当する。誘電部材4は、地点Cにおいては、第1誘電部材12に相当する。また、誘電部材4は、図11(b)の地点Dにおいては、補助具3xの第2誘電体部32に相当する。
 空隙5は、例えば、地点B(図10(a))においては、補助具3と首部22との間の空隙と、補助具3と第1誘電部材12との間の空隙に相当する。空隙5は、地点Cにおいては、胴部23と第1誘電部材12との間の空隙に相当する。また、空隙5は、図11(b)の地点Dにおいては、首部22と補助具3との間の空隙に相当する。
 特許第5355860号は、誘電部材4と、空隙5とを用いて容器2内面に印加される電圧を均一化する。その要旨としては、誘電部材4又は空隙5の厚さ(di)を比誘電率(εi)で除した換算距離(di/εi)の、外部電極10の内表面10Aから容器2の内表面20までの総和が、容器2の全体で均一化されるように、誘電部材4の材料と、誘電部材4と空隙5の厚さと、外部電極10の形状とを組み合わせる。そうすることにより、下記条件A)を満たす。
 条件A)
 容器2の縦断面上の各表面地点における、誘電部材4又は空隙5の厚さ(di)を比誘電率(εi)で除した換算距離(di/εi)の外部電極10の内表面10Aから容器2の内表面20までの各地点総和について、容器2全体における各地点総和の標準偏差を平均値で除した値が0.75以下である。
 次に、特許第5355860号は、上記要旨から、下記条件B)を提示する。
 条件B)
 容器2の各部の容器2の内表面20から誘電部材4又は外部電極10までの最短距離において、誘電部材4又は空隙5の厚さ(di)を比誘電率(εi)で除したものの総和である換算距離Gについて、その最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)が11以下である。
 さらに、特許第5355860号は、上記要旨から、下記条件C)を提示する。
 条件C)誘電部材4の平均厚さ/比誘電率が、0.95~3.8の範囲である。
 さて、上記の条件A~Cについて、図14に示す容器2e、誘電体からなる補助具J2、および成膜装置1について計算した結果を示す。図13の誘電部材4は、図14の地点Eにおいては、第1誘電部材12と、補助具J2とに相当する。
 容器2eは、本実施形態の容器2の首部22と同様、胴部23よりも径方向の寸法が小さく、高さ方向に長い小径部26と、グリッパ151により把持される首部27とを有している。小径部26の高さ方向の長さLは、成膜有効高さhのほぼ半分である。
 小径部26は、首部27と胴部23との間に位置し、一定の径Dminを有している。径Dminは、容器2eの最大径Dmaxに対して、20mm以上小さい。
 補助具J2は、全体に亘り誘電体部からなる。補助具J2は、内周部および外周部のいずれも円筒状であり、小径部26と第1誘電体12との間に長さLに亘り配置される。
 容器2e、補助具J2、および成膜装置1について、条件A)の値を計算したところ、0.20であるから、条件A)を満足する。また、換算距離GについてGmax/Gminを計算したところ、2.2であるから、条件B)を満足する。さらに、誘電部材4の平均厚さ/比誘電率を計算したところ、5.8である。この値は条件C)を満足しない。
 容器2eについて条件C)を満たさないのは、上述したように、ガスバリア性は容器の各部のガスバリア性の総和であることによる。容器2eは、胴部23の最大外径の範囲231に亘りガスバリア性が良いものの、その範囲231は容器2eの成膜有効高さhの1/5程度に過ぎない。この容器2eの残部は、範囲231と比べてガスバリア性が低い。
 残部の中でも、範囲231に対して最も径差があるため最もバリア性が低い小径部26の長さLが、有効高さhの約半分を占めている。
 加えて、外部電極10は、上下方向zの全体に亘り円筒状に形成されているから、円筒状の内表面10Aから小径部26の外表面26Aまでが遠い。そのため、小径部26と第1誘電部材12との間には、厚い誘電部材4として、第1誘電部材12および補助具J2が配置されることとなる。
 つまり、容器2eは、十分なガスバリア性の得られる領域が多く見積もっても約半分しかなく、なおかつ誘電部材4が厚すぎて誘電損失が大きいので、容器2eのガスバリア性は不十分である。
 上述の条件B)から、ガスバリア性を向上させるには、外部電極10の内表面10Aから小径部26の外表面26Aまでの範囲R2において、誘電部材4(第1誘電部材12および補助具J2)および空隙に係る換算距離Gを小さくする必要がある。そして、容器2eのように成膜有効範囲における最大径と最小径との差が大きいと、条件Cを満足させることは困難である。
 そこで、補助具J2に代えて、本開示の補助具3を用いることで、外部電極10の内表面10Aから小径部26の外表面26Aまでの範囲R2に導電体部31を配置すると良い。但し、範囲R2には、異常放電を抑制する観点から、容器2に対向する誘電部材4(第2誘電体部32の第1領域321)だけは残す必要がある。
 換算距離Gは、導電体部31に関して計上されない。そのため、導電体部31の厚さの分、範囲R2に配置される誘電部材4・空隙5の厚さが減ることで、換算距離Gが小さくなるとともに、誘電損失も減少するから、容器2eのガスバリア性を十分に向上させることができる。ここで言う「厚さ」は、容器2や外部電極10の径方向の寸法に相当する。
 そして、以上で述べた換算距離Gの数論から、補助具3の導電体部31の厚さと、第2誘電体部32の厚さとの比率を調整することにより、ガスバリア性を調整することができる。真空チャンバを兼ねる外部電極10や、外部電極10に既設の第1誘電部材12の厚さを調整することは難しくても、全体の厚さdall(図4(a))に対する導電体部31の厚さdと第2誘電体部32の厚さdとの比率を異ならせた補助具3の作製は容易に行うことができる。
〔本実施形態の効果〕
 以上で説明したように、本実施形態の成膜用の補助具3、それを備えた成膜装置1、および補助具3を用いる被膜容器2cの製造方法によれば、異常放電を抑止しつつ、従来は十分なガスバリア性を与えることが困難な特殊な形状の容器2にも十分なガスバリア性を担保することができる。
 容器2の形状、チャンバの内部の寸法等に応じて、形状の異なる複数種類の補助具3を用意することは容易であって、それと比べるとコストや型替え時の作業負担が大きい第1誘電部材12や外部電極10の形状変更は必要ない。
 本実施形態によれば、補助具3の形状の選択、導電体部31と第2誘電体部32との厚さの比率の設定等により、多様な形状の容器2に要求レベルのガスバリア性を実現することが可能となる。
〔変形例〕
 以下、本開示の変形例について説明する。なお、既に述べた要素と同様の要素には同じ符号を付している。
 図15および図16に示す補助具3-4は、第2誘電体部42と、第2誘電体部42の内部に埋め込まれた導電体部としての複数の丸棒41とを備えている。図16に示すように、複数の丸棒41は、円筒状の第2誘電体部42の周方向に等間隔に並べられている。
 丸棒41は、例えば、アルミニウムまたはその合金からなる。第2誘電体部42は、例えば、PTFEからなる。孔加工により第2誘電体部42に形成された孔に丸棒41が挿入されている。
 ここで、本変形例と、上記実施形態と、比較例とについて成膜装置1により行われた成膜試験の結果を下記の表に示す。実施形態は、アルミニウム製の導電体部31にPTFEのコーティングにより第2誘電体部32を設けてなる補助具3を用いた。比較例は、図14に示す例の如く、誘電体のみからなる補助具J2を変形例および実施形態と同様の容器2の成膜に用いた。このとき用いられた補助具J2の形状は、補助具3や補助具3-4の形状と同一である。高周波電源17のRF(Radio Frequency)出力、成膜時間、および原料ガスの流量は下記の表2に従う。流量の単位のsccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)は、1気圧、および0℃での値に換算したccm(cc/min)を言う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 上記の表2より、実施形態のガスバリア性は、比較例のガスバリア性に対して2倍を大きく超え、要求レベルに達した。そして変形例によっても、比較例に対してガスバリア性を向上させることができる。
 上記の表より、補助具3の全体の厚さにおける導電体部31の厚さの比率が著しく高い実施形態によって、十分に高いガスバリア性を得ることができる。容器2の形状によっては、変形例により要求レベルのガスバリア性が見込める。また、補助具3-4における導電体部41の体積増加によりガスバリア性の向上が見込める。
 図17は、容器の小径部25の周りに配置される補助具3-5の一部を示す模式図である。補助具3-5は、例えば、PTFEからなる第2誘電体部42と、その内部に形成された溝に挿入される複数の帯状の導電体部43とを備えている。補助具3-5は、複数の部材に分割して構成することができる。複数の導電体部43は、上下方向zに並んだ状態で、それぞれが小径部25の周方向に沿って連続している。
 なお、帯状の複数の導電体部43は、第2誘電体部42の外周部421に露出していてもよい。
 図18は、容器2fの首部22に対応する形状の補助具3に加えて、底部24に形成された凹部241に対応する形状の補助具3-8を用いる例を示す。補助具3-8は、凹部241の形状に倣う円錐台状の導電体部31と、導電体部31の表面を覆う被膜としての第2誘電体部32とを備えている。
 補助具3-8は、例えば、第1誘電体12の底部に設けることができる。補助具3-8により、凹部241に形成されるバリア膜の膜質・膜厚等が良化するので、容器2fの全体としてのガスバリア性を向上させることができる。導電体部31と第2誘電体部32とのそれぞれの厚さ(上下方向zの寸法)の調整により、ガスバリア性を調整することが可能である。
 図19に示す容器2は、チャンバに配置されて成膜処理が行われている間は、下部組付体52の第1誘電部材12-2に支持される。そのため、成膜装置1-3は、容器2の首部22を把持する把持具15を備えていない。補助具3は、上部組付体51の第1誘電部材12-1または絶縁部材511に支持されている。
 成膜装置1-3の外部電極10、第1誘電部材12、およびシールド部材14はそれぞれ、上側と下側とに分割されており、図示しない昇降機構により分割面が開閉される。
 図示するようにチャンバが開いた状態で、把持具Grを開くことで容器2を正立姿勢のまま下側の第1誘電部材12-2上に受け取る。次いで、把持具Grを容器2から退避させ、上部組付体51を容器2に向けて下降させると、上側の外部電極10-1と下側の外部電極10―2との間にチャンバ空間が形成されるとともに、補助具3が首部22の周りに配置される。
 上記以外にも、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可能である。
 本開示の成膜用補助具には、種々の多様な容器2の形状に応じて、適宜な形状を与えることができる。補助具3が配置される容器2の領域は、首部22やその近傍に限らず、例えば、胴部23に形成された凹部であってもよい。
〔付記〕
 以上の開示より、以下に示す構成が把握される。
〔1〕容器(2)の内面に成膜する成膜装置(1)に用いられる成膜用補助具(3)は、容器(2)を収容する外部電極(10)の内側に挿入可能に構成される。補助具(3)は、導電体部(31)と、導電体部(31)に積層される誘電体部(32)と、を備える。補助具(3)は、補助具(3)が外部電極(10)の内側に挿入されると、容器(2)の外面に対向する誘電体部(32)と、補助具(3)が外部電極(10)の内側に挿入されると、容器(2)と外部電極(10)との間に、容器(2)の側から誘電体部(32)および導電体部(31)が順に配置される。
〔2〕容器(2)の径方向における導電体部(31)の厚さは、径方向における誘電体部(32)の厚さよりも大きい、〔1〕に記載の成膜用補助具(3)。
〔3〕導電体部(31)は、誘電体部(32)の内部に配置されるか、あるいは、誘電体部(32)の容器(2)側の領域(321)よりも外部電極(10)側に配置される、〔1〕または〔2〕に記載の成膜用補助具(3)。
〔4〕誘電体部(32)は、導電体部(31)の少なくとも容器(2)側の表面を覆っている被膜(32)に相当する、〔1〕から〔3〕のいずれか一項に記載の成膜用補助具(3)。
〔5〕補助具(3)は、容器(2)の周方向において複数のセグメント(301~304)に分割されている、〔1〕から〔4〕のいずれか一項に記載の成膜用補助具(3)。
〔6〕補助具(3)は、ボトル状に形成される容器(2)において径方向の寸法が最大である胴部(23)よりも径方向の寸法が小さい小径部(22,25,26)の周りに配置される、〔1〕から〔5〕のいずれか一項に記載の成膜用補助具(3)。
〔7〕補助具(3)は、容器(2)の首部(22)における所定箇所を把持する把持具(15)に組付可能に構成される、〔6〕に記載の成膜用補助具(3)。
〔8〕小径部(22,26)は、容器(2)の高さの1/3以上に亘り高さ方向に延在している、〔6〕または〔7〕に記載の成膜用補助具(3)。
〔9〕容器(2)の内面に成膜する装置(1)は、容器(2)を収容可能に構成される外部電極(10)と、容器(2)の内側に配置される内部電極(11)と、〔1〕から〔8〕のいずれか一項に記載の補助具(3)と、を備える、成膜装置(1)。
〔10〕成膜装置(1)は、外部電極(10)の内側に予め設けられる既設誘電体部(12)を備え、補助具(3)の誘電体部(32)は、補助具(3)が既設誘電体部(12)の内側に挿入されると容器(2)の外面の一部の領域に対向し、既設誘電体部(12)は、容器(2)の外面の他の領域に対向する、〔9〕に記載の成膜装置(1)。
〔11〕補助具(3)は、容器(2)の周方向において複数のセグメント(301~304)に分割され、補助具(3)の少なくとも一つのセグメントとしての分離セグメント(302)は、内部電極(11)を支持する支持体(19)に組み付けられ、
 補助具(3)の分離セグメント(302)を除くセグメント(301,303,304)は、容器(2)の首部(22)における所定箇所を把持する把持具(15)に組み付けられ、容器(2)が外部電極(10)に収容され、かつ内部電極(11)が容器(22)に挿入されると、補助具(3)の全てのセグメント(301~304)が、容器(2)の周りに配置される、〔9〕または〔10〕に記載の成膜装置(1)。
〔12〕成膜装置(1)は、外部電極(10)と内部電極との間に交番電界を印加する交番電界源(17)と、外部電極(10)と絶縁された状態で外部電極(10)を囲み、接地されるシールド部材(14)と、容器(2)が配置される空間から排気させる排気部(13)と、容器(2)に施される膜の原料を含むガスを容器(2)の内側に導入するガス導入部(11)と、を備える、〔9〕から〔11〕のいずれか一項に記載の成膜装置(1)。
〔13〕成膜装置(1)は、ボトル状に形成される容器(2)の首部(22)における所定箇所を把持する把持具(15)を備え、把持具(15)は、誘電体に相当する、〔9〕から〔12〕のいずれか一項に記載の成膜装置(1)。
〔14〕容器(2)の内面に被膜を有する容器(2)を製造する方法は、〔1〕から〔8〕のいずれか一項に記載の補助具(3)を容器(2)の周りに配置するステップ(S03)と、容器(2)および補助具(3)を外部電極(10)の内側に収容するステップ(S02,S03)と、容器(2)が配置される空間からの排気、および容器(2)に施される膜の原料を含むガスの導入を行うステップ(S04)と、外部電極(10)と、容器(2)の内側に配置される内部電極(11)との間に電界を印加するステップ(S05)と、を備える、被膜容器(2c)の製造方法。
1,1-2,1-3   成膜装置
2,2r,2b   容器
2r1,2r2,2r3,2r4   側面
2c   被膜容器
3,3r 補助具(成膜用補助具)
3A   対向面
3B   背面
4    誘電部材
5    空隙
10   外部電極
10A  内表面
10x  外部電極
11   内部電極(内部電極、ガス導入部)
12   第1誘電部材(既設誘電部材)
13   排気部
13A  流路
14   シールド部材
15   把持具
17   高周波電源
18   真空吸引装置
19   組付体(支持体)
20   内表面
21   口部
22   首部(小径部)
23   胴部
24   底部
26   小径部
27   首部
28   肩
26A  外表面
31   導電体部
31B  背面
31C  底面
32   第2誘電体部(被膜)
41   丸棒(導電体部)
42   第2誘電体部
51   上部組付体
52   下部組付体
101  周壁
102  上壁
103  開口部
110  誘電体
121  周壁
122  上壁
141  絶縁部材
151  グリッパ
152  支持部材
161  コネクタ
162  整合器
191~195   絶縁部材
301~304   セグメント(分離セグメント302を含む)
321  第1領域
322  第2領域
323  第3領域
A    軸線
Gr   把持具
H    高さ
h    成膜有効高さ
J1,J2   補助具
L    長さ
R1   投影領域
R2   範囲
S01  容器供給ステップ
S02  容器収容ステップ
S03  内部電極挿入・補助具配置ステップ
S04  排気・原料ガス導入ステップ
S05  電界印加ステップ
S06  大気開放ステップ
S07  容器排出ステップ
z    上下方向
 

Claims (14)

  1.  容器の内面に成膜する成膜装置に用いられる補助具であって、
     前記補助具は、前記容器を収容する外部電極の内側に挿入可能に構成され、
       前記補助具は、
       導電体部と、前記導電体部に積層される誘電体部と、を備え、
     前記補助具が前記外部電極の内側に挿入されると、前記誘電体部が前記容器の外面に対向し、
     前記補助具が前記外部電極の内側に挿入されると、前記容器と前記外部電極との間に、前記容器の側から前記誘電体部および前記導電体部が順に配置される、成膜用補助具。
     
  2.  前記容器の径方向における前記導電体部の厚さは、前記径方向における前記誘電体部の厚さよりも大きい、
     請求項1に記載の成膜用補助具。
  3.  前記導電体部は、前記誘電体部の内部に配置されるか、あるいは、前記誘電体部の前記容器側の領域よりも前記外部電極側に配置される、
     請求項1または2に記載の成膜用補助具。
  4.  前記誘電体部は、前記導電体部の少なくとも前記容器側の表面を覆っている被膜に相当する、
     請求項1または2に記載の成膜用補助具。
  5.  前記補助具は、前記容器の周方向において複数のセグメントに分割されている、
     請求項1または2に記載の成膜用補助具。
  6.  前記補助具は、ボトル状に形成される前記容器において径方向の寸法が最大である胴部よりも前記径方向の寸法が小さい小径部の周りに配置される、
     請求項1または2に記載の成膜用補助具。
  7.  前記補助具は、前記容器の首部における所定箇所を把持する把持具に組付可能に構成される、
     請求項6に記載の成膜用補助具。
  8.  前記小径部は、前記容器の高さの1/3以上に亘り高さ方向に延在している、
     請求項6に記載の成膜用補助具。
  9.  容器の内面に成膜する装置であって、
     前記容器を収容可能に構成される外部電極と、
     前記容器の内側に配置される内部電極と、
     請求項1または2に記載の補助具と、を備える、成膜装置。
  10.  前記外部電極の内側に予め設けられる既設誘電体部を備え、
     前記補助具の前記誘電体部は、前記補助具が前記既設誘電体部の内側に挿入されると前記容器の前記外面の一部の領域に対向し、
     前記既設誘電体部は、前記容器の前記外面の他の領域に対向する、
     請求項9に記載の成膜装置。
  11.  前記補助具は、前記容器の周方向において複数のセグメントに分割され、
     前記補助具の少なくとも一つの前記セグメントとしての分離セグメントは、前記内部電極を支持する支持体に組み付けられ、
     前記補助具の前記分離セグメントを除く前記セグメントは、前記容器の首部における所定箇所を把持する把持具に組み付けられ、
     前記容器が前記外部電極に収容され、かつ前記内部電極が前記容器に挿入されると、前記補助具の全ての前記セグメントが、前記容器の周りに配置される、
     請求項9に記載の成膜装置。
  12.  前記外部電極と前記内部電極との間に交番電界を印加する交番電界源と、
     前記外部電極と絶縁された状態で前記外部電極を囲み、接地されるシールド部材と、
     前記容器が配置される空間から排気させる排気部と、
     前記容器に施される膜の原料を含むガスを前記容器の内側に導入するガス導入部と、を備える、
     請求項9に記載の成膜装置。
  13.  ボトル状に形成される前記容器の首部における所定箇所を把持する把持具を備え、
     前記把持具は、誘電体に相当する、
     請求項9に記載の成膜装置。
  14.  容器の内面に被膜を有する容器を製造する方法であって、
     請求項1または2に記載の補助具を前記容器の周りに配置するステップと、
     前記容器および前記補助具を外部電極の内側に収容するステップと、
     前記容器が配置される空間からの排気、および前記容器に施される膜の原料を含むガスの導入を行うステップと、
      前記外部電極と、前記容器の内側に配置される内部電極との間に電界を印加するステップと、を備える、被膜容器の製造方法。
     
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