(57)【要約】  Ｃａｔ−ＣＶＤ法によりガスバリア膜を形成する際に、発熱体が酸化するのを防止できる成膜装置を提供することを目的とする。  本発明の成膜装置１は、ガス供給管２０が、成膜室１１を進退するとともに、内部に第一ガス流路２６を有し、先端から媒質ガスＧを発熱体３１に向けて吐出する第一供給管２１と、内部に第一ガス流路２６と連通する第二ガス流路２７を有し、第一供給管２１と連なる第二供給管２３と、を備える。成膜装置１は、第一供給管２１が内部を昇降するとともに、第一ガス流路２６と連通する減圧室４３を有する第一シリンダ４１と、第二供給管２３が内部を昇降するとともに、第二ガス流路２７と連通する貯留室４７を有する第二シリンダ４５と、を備え、貯留室４７に供給された媒質ガスＧが、第二供給管２３及び第一供給管２１の順に通って、容器Ｐに供給される。
2017056133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスバリア性膜が形成される容器を収容する成膜室を有し、前記ガスバリア性膜の成膜時に前記成膜室が真空状態とされるチャンバと、
前記ガスバリア性膜を成膜するのに用いられる媒質ガスを前記容器の内部に導くガス流路を有し、その軸線方向に沿って昇降移動するガス供給管と、
前記ガス供給管がその内部を昇降するシリンダと、
電力が供給されることによって発熱する発熱体と、を備え、
前記ガス供給管は、
前記成膜室を進退するとともに、内部に第一ガス流路を有し、先端から前記媒質ガスを前記発熱体に向けて吐出する第一供給管と、
内部に前記第一ガス流路と連通する第二ガス流路を有し、前記第一供給管と連なる第二供給管と、を備え、
前記シリンダは、
前記第一供給管が内部を昇降するとともに、前記第一ガス流路と連通する減圧室を有し、前記チャンバに固定される第一シリンダと、
前記第二供給管が内部を昇降するとともに、前記第二ガス流路と連通する貯留室を有する第二シリンダと、を備え、
前記貯留室に供給された前記媒質ガスが、前記第二供給管及び前記第一供給管の順に通って、前記容器に供給される、
ことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記第一供給管に支持される発熱ユニットを備え、
前記発熱ユニットは、
電力が供給されることにより発熱する前記発熱体と、
前記発熱体に電気的に接続される一対のリードと、を有し、
前記発熱体は、前記第一供給管の前記先端の近傍に配置される、
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記第二シリンダは、
前記第一シリンダに隣接して前記チャンバに固定される、
請求項１又は請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記第一供給管は、
前記ガスバリア性膜の成膜を行わない待機時に、前記第一シリンダに収容される長さがＬ１の先端部と、
前記先端部に連なり、前記成膜時に前記第一シリンダに収容される長さがＬ２の後端部と、からなり、
前記第二供給管２３の長さをＬ３とすると、
Ｌ１≦Ｌ２  及び  Ｌ１≦Ｌ３を満足する、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記第一供給管は、
前記ガスバリア性膜の成膜を行わない待機時に、前記成膜室から退避して前記第一シリンダに収容されるとともに、前記第一ガス流路が真空引きされる、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記第一供給管が前記成膜室から退避すると、前記成膜室と前記減圧室の連通を閉じる遮蔽ゲートを備える、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記ガスバリア性膜の成膜を終えた後の待機時に、
所定の期間だけ継続して、前記媒質ガスが前記ガス供給管を介して前記成膜室に供給される、
請求項５又は請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記第一供給管と前記第二供給管は、互いに連なる部分で反転する、
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製の容器にガスバリア性の膜を形成するのに好適な成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂製の容器は、ガスバリア性の膜をその内周面に形成することが行われている。このガスバリア性の膜は、いくつかの目的で形成される。例えば、容器の外部からの酸素の透過を防止して、容器に充填されている製品液の品質を担保することを目的とする。また、炭酸飲料水に含まれる二酸化炭素が容器を介して外部に透過するのを防止することを目的とする。
ガスバリア性の膜（以下、バリア膜と称す）としては、特許文献１、特許文献２に記載されるように、ＤＬＣ(Diamond Like Carbon)のような硬質の炭素膜、シリカ（ＳｉＯ２）膜など、種々のものが提案されている。【０００３】
これらのバリア膜は、種々の方法で成膜できるが、代表的な成膜法として化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）があり、その中の典型例としてプラズマＣＶＤ法が知られている（特許文献１）。プラズマＣＶＤ法は、真空状態とされた成膜室において原料となる媒質ガスをプラズマで分解してイオン化し、電界で加速させたイオンを衝突させて膜を形成する。
プラズマＣＶＤ法の他のＣＶＤ法として、特許文献２，３に記載される触媒化学気相成長法（Catalytic Chemical Vapor Deposition：Ｃａｔ−ＣＶＤ）も知られている。Ｃａｔ−ＣＶＤ法は、成膜室内で通電加熱した線状の発熱体又は触媒体の表面において媒質ガスを分解し、生成した化学種を直接又は気相中で反応過程を経た後に、堆積させて膜を形成する。Ｃａｔ−ＣＶＤ法は、発熱体ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法とも称される。【０００４】
Ｃａｔ−ＣＶＤ法に関して、特許文献３には、発熱体を用いて真空状態で容器の表面に成膜を行うための真空チャンバと、真空チャンバを真空引きする真空排気手段と、真空チャンバの真空引き開始後に、真空チャンバ内で容器と発熱体とを相対的に移動させる相対移動手段と、を備える成膜装置が記載されている。特許文献３の成膜装置によれば、熱変形の観点で成膜時間の制約となりうる箇所は、短時間のみ成膜することが可能となり、他の部分は十分に成膜でき、結果、容器全体のバリア性の向上が容易となる。【０００５】
前述したように、Ｃａｔ-ＣＶＤ法は成膜を行う際に、成膜室内で線状の発熱体を通電により発熱させるが、媒質ガスを効率的に分解するために、発熱温度は１５５０〜２４００℃とされる。そのために、発熱体は、高融点金属として知られるＷ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｔａ（タンタル），Ｖ（バナジウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｈｆ（ハフニウム）の群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の金属元素を含む材料からなる。この材料としては、当該金属元素からなる純金属、合金又は金属の炭化物を選択でき、当該金属元素の中では、Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，Ｔａの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の金属元素を含む材料が好適とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２３１４６８号公報
【特許文献２】国際公開２０１２−９１０９７号公報
【特許文献３】国際公開２０１３−９９９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｃａｔ−ＣＶＤ法は、特許文献３にも記載されるように、真空チャンバを真空引きしてから発熱体を発熱させて成膜を行うが、発熱温度が１０００℃を優に超えるために、真空チャンバ内に微量の酸素が含まれていると、発熱体が酸化する。程度にもよるが、酸化してしまった発熱体は、以後は発熱体として機能することができなくなる。
そこで本発明は、Ｃａｔ−ＣＶＤ法によりガスバリア膜を形成する際に、発熱体が酸化するのを防止できる成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
係る目的のもとになされた本発明の成膜装置は、ガスバリア性膜が形成される容器を収容する成膜室を有し、ガスバリア性膜の成膜時に成膜室が真空状態とされるチャンバと、ガスバリア性膜を成膜するのに用いられる媒質ガスを容器の内部に導くガス流路を有し、その軸線方向に沿って昇降移動するガス供給管と、ガス供給管がその内部を昇降するシリンダと、電力が供給されることによって発熱する発熱体と、を備える。
本発明のガス供給管は、成膜室を進退するとともに、内部に第一ガス流路を有し、先端から媒質ガスを発熱体に向けて吐出する第一供給管と、内部に第一ガス流路と連通する第二ガス流路を有し、第一供給管と連なる第二供給管と、を備える。
本発明のシリンダは、第一供給管が内部を昇降するとともに、第一ガス流路と連通する減圧室を有し、チャンバに固定される第一シリンダと、第二供給管が内部を昇降するとともに、第二ガス流路と連通する貯留室を有する第二シリンダと、を備え、貯留室に供給された媒質ガスが、第二供給管及び第一供給管の順に通って、容器に供給される、ことを特徴とする。【０００９】
本発明の成膜装置によれば、必要なときに発熱体に常に媒質ガスを吹き付けることができるので、発熱体の酸化、窒化による劣化を防止することができる。しかも本発明によれば、ガス供給管を第一供給管と第二供給管に区分するとともに、第二供給管への媒質ガスの供給を、第二供給管が昇降する第二シリンダを介して行うことにした。つまり、第二供給管と第二シリンダは、ピストン−シリンダ機構のように振る舞うものであるから、金属材料などの剛性の高い素材で作製できる。
ここで、ゴム、合成樹脂などの可撓性の材料を用いたガス供給管を用いることができるが、このガス供給管は通気性を有しているために、媒質ガスが外部に漏れてしまう、そうすると、発熱体に必要な媒質ガスを供給できなくなるおそれがある。これに対して本発明は、通気を妨げることのできるピストン−シリンダ機構を用いるので、媒質ガスが吐出部分以外の所から外部に漏れるのを防止できる。【００１０】
本発明の成膜装置において、第一供給管に支持される発熱ユニットを備え、この発熱ユニットは、電力が供給されることにより発熱する発熱体と、発熱体に電気的に接続される一対のリードと、を有し、発熱体は、第一供給管ガスの先端の近傍に配置される、ことが好ましい。【００１１】
本発明の成膜装置において、第二シリンダを、第一シリンダに隣接してチャンバに固定することができる。【００１２】
本発明の成膜装置において、第一供給管は、ガスバリア性膜の成膜を行わない待機時に、第一シリンダに収容される長さがＬ１の先端部と、先端部に連なり、成膜時に第一シリンダに収容される長さがＬ２の後端部と、からなり、第二供給管２３の長さをＬ３とすると、Ｌ１≦Ｌ２  及び  Ｌ１≦Ｌ３、を満足することが好ましい。【００１３】
本発明の成膜装置において、第一供給管は、ガスバリア性膜の成膜を行わない待機時に、成膜室から退避して第一シリンダに収容されるとともに、第一ガス流路が真空引きされる、ことが好ましい。【００１４】
本発明の成膜装置において、第一供給管が成膜室から退避すると、成膜室と減圧室の連通を閉じる遮蔽ゲートを備える、ことが好ましい。【００１５】
本発明の成膜装置において、ガスバリア性膜の成膜を終えた後の待機時に、所定の期間だけ継続して、媒質ガスがガス供給管を介して成膜室に供給される、ことが好ましい。【００１６】
本発明の成膜装置において、第一供給管と第二供給管は、互いに連なる部分で反転する、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、必要なときに発熱体に常に媒質ガスを吹き付けることができるので、発熱体の酸化、窒化による劣化を防止することができる。しかも本発明によれば、第二供給管と第二シリンダが、ピストン−シリンダ機構のように振る舞うものであるから、金属材料などの剛性の高い素材で作製できるので、可撓性の材料を用いる必要がない。よって、本発明によれば、媒質ガスがガス供給管の外部に漏れるのを防止できるので、成膜を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態における成膜装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図５の手順の中で、（ａ）は容器供給工程を、（ｂ）は真空引き＋ガス掃気工程を、（ｃ）はゲート開−ノズル下降工程を示す図である。
【図３】図５の手順の中で、（ａ），（ｂ）は成膜工程（成膜開始＋成膜完了）を、（ｃ）はノズル上昇＋ゲート閉工程を示す図である。
【図４】図５の手順の中で、（ａ）は大気開放工程を、（ｂ）は容器排出工程、を示す図である。
【図５】本実施形態における成膜装置を用いて容器にバリア膜を形成する手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示す本実施形態による成膜装置１は、Ｃａｔ−ＣＶＤ法により樹脂製の容器Ｐの内表面にバリア膜を形成するものであり、発熱ユニット３０の酸化を防止する構成を備えている。
成膜装置１は、例えば飲料水を容器Ｐに充填するシステムに適用されるものである。このシステムは、一例として、容器Ｐを成形する容器成形部と、成形された容器Ｐの内周面にバリア膜を形成する成膜部と、内周面にバリア膜が形成された容器Ｐの充填空隙に飲料水を充填する充填部と、飲料水が充填された樹脂容器にキャップをする打栓部と、を備えることができる。この飲料充填システムは、容器成形部、成膜部、充填部及び打栓部の各々の要素がロータリー式の機構からなり、各要素の間には、容器Ｐを受け渡すための転送装置を設けることができる。ただし、成膜装置１をバッチ式とすることもできる。
【００２０】
成膜装置１は、図１に示すように、樹脂製の容器Ｐにバリア膜を成膜する成膜部３と、成膜部３に媒質ガスＧを搬送するガス搬送部５と、を備える。
成膜部３は、真空チャンバ１０を主たる構成要素として備える。また、ガス搬送部５は、容器Ｐの内部に挿抜可能に配置され、容器Ｐの内部へ媒質ガスを供給するガス供給管２０と、ガス供給管２０に支持された発熱ユニット３０と、ガス供給管２０と発熱ユニット３０を収容するシリンダ４０と、を主たる構成要素として備えている。
【００２１】
以下、成膜装置１の構成要素を順に説明する。
［真空チャンバ１０］
成膜部３に設けられる真空チャンバ１０は、軸方向の一方端（上端）が開口された円筒状の下部チャンバ１３と、この下部チャンバ１３の上部に下部チャンバ１３と互いに着脱自在に装着される上部チャンバ１５と、を備える。真空チャンバ１０は、下部チャンバ１３と上部チャンバ１５により形成される内部空間が、容器Ｐを収容し、かつガスバリア膜を形成する成膜室１１を構成する。
本実施形態においては、容器Ｐが下部チャンバ１３に収容され、容器Ｐは下部チャンバ１３の上方端に形成される開口を出入口１４として下部チャンバ１３に搬入され、また、搬出される。したがって、下部チャンバ１３の内部空間は、そこに収容される容器Ｐの外形よりも僅かに大きくなるように形成されている。上部チャンバ１５は、容器Ｐが下部チャンバ１３に搬入されると出入口１４を閉じ、また、容器Ｐが下部チャンバ１３に搬入される時及び搬出される時には出入口１４を開く。なお、本実施形態においては、上部チャンバ１５の鉛直方向（図１の上下方向）の位置が固定される一方、下部チャンバ１３が図示を省略するアクチュエータにより両矢印に示すように昇降移動するものとするが、この逆であってもよく、下部チャンバ１３と上部チャンバ１５が相対的に移動することにより、成膜室１１の密閉及び開放がなされればよい。なお、下部チャンバ１３と上部チャンバ１５の間の密閉状態を確保するために、両者の間にＯリングなどのシール材を設けることができる。
【００２２】
上部チャンバ１５は、排気通路１６を備え、この排気通路１６は一方端が下部チャンバ１３の出入口１４に連通するとともに、他方端が図示を省略する排気ポンプに接続される。下部チャンバ１３と上部チャンバ１５が密閉状態とされ、排気ポンプを動作させると、成膜室１１の内部及び容器Ｐの内部のガス成分が排気され、減圧状態、好ましくは真空状態とされる。ここでいう減圧とは大気圧よりも低い圧力の状態をいう。
上部チャンバ１５は、ガス供給管２０及び発熱ユニット３０が進退する通過窓１７が、上部チャンバ１５の上壁を貫通して設けられている。通過窓１７には、第一シリンダ４１の先端部が成膜室１１に達するように挿入され、上部チャンバ１５に固定されている。ガス供給管２０及び発熱ユニット３０は、第一シリンダ４１の内部を通って通過窓１７を進退する。
なお、真空チャンバ１０の内部には、容器Ｐを把持するグリッパとも称される器具を設け、このグリッパで容器Ｐの首部分を把持しながら、バリア膜を成膜できる。
【００２３】
上部チャンバ１５は、シリンダ４０を支持する。シリンダ４０の第一シリンダ４１は、その下方に位置する一方端が上部チャンバ１５の表裏を貫通して上部チャンバ１５に固定されており、その内部の減圧室４３が成膜室１１と連通する。ただし、成膜室１１に通じる第一シリンダ４１の開口を開閉する揺動式の遮蔽ゲート１８が上部チャンバ１５の排気通路１６に設けられており、遮蔽ゲート１８が閉じられると、シリンダ４０の減圧室４３は閉じた空間を形成する。また、シリンダ４０の第二シリンダ４５は、第一シリンダ４１に隣接して設けられ、その下方に位置する一方端が上部チャンバ１５で封止されるように固定されている。より具体的なシリンダ４０の構成については後述する。
【００２４】
真空チャンバ１０の内部及び外部の一方又は双方に、冷却水を循環させる構造を設けて、下部チャンバ１３及び上部チャンバ１５の温度上昇を防止することが好ましい。この冷却構造は、特に、下部チャンバ１３に対応して設けることが好ましい。バリア膜の成膜時に熱源となる発熱ユニット３０が挿入される容器Ｐがちょうど下部チャンバ１３に収容されているからである。
また、真空チャンバ１０は、下部チャンバ１３と上部チャンバ１５の成膜室１１に臨む内表面には、発熱ユニット３０の発熱に伴って放射される光の反射を防ぐ処理が施されていることが好ましい。この処理としては、内表面を黒色に着色するか、微細な凹凸面にすればよい。これにより、容器Ｐの温度上昇を抑制することができる。
なお、所定の耐熱性、耐食性などの性質を備えている限り、真空チャンバ１０を構成する材料は任意であり、好適にはアルミニウム合金を用いることができる。
【００２５】
［ガス供給管２０］
次に、ガス搬送部５を構成するガス供給管２０は、原料タンク２９に貯留される媒質ガスＧを、真空チャンバ１０の成膜室１１に導く。ガス供給管２０は、バリア膜の成膜時の成膜開始位置Ｐ１（図３（ａ））と成膜を行わない待機時の待機位置Ｐ３（図３（ｃ））の間を、図示を省略するアクチュエータにより軸線方向に沿って昇降移動が可能に支持されている。
【００２６】
ガス供給管２０は、図１に示すように、第一供給管２１と、第二供給管２３と、第一供給管２１と第二供給管２３の端部同士を繋ぐ連結管２２と、を備え、第一供給管２１と第二供給管２３が平行に隣接して配置されるように組み付けられている。第一供給管２１には、軸方向を貫通する第一ガス流路２６が形成され、第二供給管２３には、軸方向を貫通する第二ガス流路２７が形成されている。ガス供給管２０は、第一供給管２１がバリア膜の成膜時に容器Ｐの中に挿入されるが、その分だけ第一供給管２１は第二供給管２３よりも軸方向の寸法が大きく設定されている。
つまり、第一供給管２１が第一ピストン２４よりも下方の先端部と上方の後端部とに区分されるものとし、先端部と後端部の長さをそれぞれ、図１（ｂ）に示すように、Ｌ１，Ｌ２とする。また、第二供給管２３の長さをＬ３とすると、ガス供給管２０はＬ１≦Ｌ２  及び  Ｌ１≦Ｌ３を満足する。
この関係を満足することにより、第一供給管２１の先端部は、バリア膜の成膜を行わない待機時に第一シリンダ４１に収容されるが、成膜時には成膜室１１の容器Ｐの奥まで挿入される。本実施形態はＬ１とＬ２がほぼ等しいので、成膜時には、後端部が第一シリンダ４１に収容される。一方、この過程で第二供給管２３は、待機時には第二シリンダ４５の外部に置かれるが、成膜時には第二シリンダ４５の内部に収容される。本実施形態の場合、第一シリンダ４１と第二シリンダ４５の長さがほぼ等しいので、Ｌ２とＬ３の長さもほぼ等しい。
【００２７】
第一供給管２１は、一端側（下端側）が開口しており、他端側（上端側）が連結管２２により第二供給管２３と連通されている。第二供給管２３は、一端側（下端側）が開口しており、他端側（上端側）が連結管２２により第一供給管２１と連通されている。
【００２８】
第一供給管２１は、軸方向の所定位置の外周面に、第一ピストン２４が嵌合されている。第一ピストン２４は、第一シリンダ４１の内壁面に密着して、第一シリンダ４１の内部において、第一ピストン２４よりも上方と下方を封止する。また、第一ピストン２４は、発熱ユニット３０を支持する機能を有する。第一ピストン２４は、この二つの機能を有すために、電気絶縁性のセラミック材料で構成される。
第二供給管２３は、下端に第二ピストン２５が嵌合されている。第二ピストン２５は、第二シリンダ４５の内壁面に密着して、第二ピストン２５よりも上方と下方を封止する機能を有する。第二ピストン２５も、第一ピストン２４と同様の構成を備えればよい。
【００２９】
媒質ガスＧは、第二供給管２３を通ってから、連結管２２を通過すると向きを反転させて第一供給管２１を流れ、第一供給管２１の先端の開口から吐出される。以下、この先端部分をノズル２８と称することがある。
【００３０】
ガス供給管２０は、図２（ａ），図３（ｃ）に示す待機位置Ｐ３にある時には、第一供給管２１の第一ピストン２４よりも下の先端部が第一シリンダ４１の内部に収容され、第二供給管２３は第二ピストン２５の部分を除いて第二シリンダ４５の上方に退避されている。また、ガス供給管２０は、図３（ａ）に示す成膜開始位置Ｐ１にある時には、第一供給管２１の第一ピストン２４よりも下の先端部が成膜室１１の内部に収容され、第二供給管２３は第二シリンダ４５の内部に収容される。
【００３１】
ガス供給管２０は、耐熱性及び電気的な絶縁性を有する材料で構成されており、単純な一重の管部材から構成することができるが、冷却管を一体的に形成することができる。この構造としては、例えばガス供給管２０を二重管構造とし、内側の管構造の中を媒質ガスの流路とし、内側の管構造と外側の管構造の間に冷却水を流す流路とすることができる。
【００３２】
ガス供給管２０は、成膜中に発熱ユニット３０が１０００℃を超える高い温度に発熱されても溶融することなくその形態を維持し、かつ通電される発熱ユニット３０との電気的な短絡を防ぐために絶縁性を備えることが要求される。この要求を満たすセラミックス材料をガス供給管２０に用いることができるが、冷却性能をも考慮すると、熱伝導率の大きい、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウムなどのセラミックス材料を用いるのが好ましい。また、セラミックス材料に限らず、ステンレス鋼、超耐熱合金などの金属材料をガス供給管２０に用いることもできる。金属材料を用いる場合には、上述したセラミックス材料で表面を被覆することもできる。
【００３３】
［発熱ユニット３０］
次に、発熱ユニット３０は、図示を省略する電源から電力の供給を受けて発熱することにより、ガス供給管２０から容器Ｐの内部に供給される媒質ガスＧの分解を促進する。
発熱ユニット３０は、発熱体３１と、発熱体３１に先端側（図１の下端）が電気的に接続される一対のリード３３と、を備えており、リード３３の後端側が第一ピストン２４に支持されることにより、ガス供給管２０の昇降に追従して昇降する。
発熱ユニット３０は、成膜に必要な発熱を担うのは発熱体３１の部分であり、リード３３は電源からの電力を発熱体３１に向けて流す電線として機能するに留まる。つまり、発熱ユニット３０は、発熱体３１の部分だけを選択的に発熱させることができる。発熱体３１は、供給される媒質ガスＧとの接触機会を増やために、コイル状に形成されているが、直線状などの他の形態を採用することを許容する。
発熱ユニット３０は、発熱体３１の部分で折り返すＵ字状の形態をなし、発熱体３１は第一供給管２１の先端のノズル２８の近傍に配置されることで、ガス供給管２０から供給される媒質ガスＧが漏れなく吹き付けられる。
【００３４】
発熱体３１は、通電により発熱するものであり、媒質ガスを効率的に分解するために、発熱温度が１５５０〜２４００℃とされる。そのために、発熱体３１は、高融点金属として知られるＷ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｔａ（タンタル），Ｖ（バナジウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｈｆ（ハフニウム）の群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の金属元素を含む材料からなる。この材料としては、当該金属元素からなる純金属、合金又は金属の炭化物を選択でき、当該金属元素の中では、Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，Ｔａの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の金属元素を含む材料が好ましい。
リード３３は、電気抵抗の小さい材質、例えば銅、アルミニウム、これらの合金などをから構成される。
なお、本実施形態では、発熱ユニット３０として通電により加熱されるものとしたが、媒質ガスＧを分解できる限り、本発明における発熱体の発熱方法は通電加熱に限定されるものではない。
【００３５】
［シリンダ４０］
シリンダ４０は、図１に示すように、第一シリンダ４１と、第二シリンダ４５と、を備えている。第一シリンダ４１は通過窓１７に下端が挿入されることで上部チャンバ１５に立設され、また、第二シリンダ４５は第一シリンダ４１に隣接して下端がその上面に接触して上部チャンバ１５に立設される。
【００３６】
第一シリンダ４１は、シリンダ本体４２と、シリンダ本体４２の内部に設けられる減圧室４３と、を備える。前述したように、シリンダ本体４２は上部チャンバ１５の通過窓１７を貫通しており、ガス供給管２０の第一供給管２１が減圧室４３を昇降することで、第一供給管２１が成膜室１１に対して進退される。減圧室４３は、第一ピストン２４よりも下方の領域を占め、第一供給管２１の昇降に伴って、第二供給管２３はその容積が連続的に変化する。このとき、シリンダ本体４２は、ガス供給管２０の昇降移動をガイドする機能も果たす。
シリンダ本体４２には、減圧室４３とシリンダ本体４２の外部とを連通する排気口４４が設けられており、この排気口４４は、図示を省略する排気ポンプと接続されている。遮蔽ゲート１８が閉じられていることを前提として、この排気ポンプを動作させると、減圧室４３は減圧状態、好ましくは真空状態（例えば、２×１０−２〜８×１０−２Ｔｏｒｒ程度）とされる。ガス供給管２０が待機位置Ｐ３にいるときには、第一ガス流路２６はシリンダ４０の減圧室４３と連通しており、減圧室４３が減圧されると、第一ガス流路２６が減圧状態とされる。
【００３７】
第二シリンダ４５は、シリンダ本体４６と、シリンダ本体４２の内部に設けられる貯留室４７と、シリンダ本体４６の表裏を貫通する給気口４８と、を備える。貯留室４７は、第二ピストン２５よりも下方の領域を占め、ガス供給管２０の第二供給管２３が貯留室４７を昇降することで、その容積が連続的に変化する。このとき、シリンダ本体４２は、ガス供給管２０の昇降移動をガイドする機能も果たす。
給気口４８には媒質ガスＧを貯える原料タンク２９との間を接続する配管４９が接続されており、原料タンク２９に貯えられた媒質ガスＧは、開閉弁Ｖ１の開閉動作に応じて、貯留室４７に供給される。
【００３８】
減圧室４３及び貯留室４７の容積は、ガス供給管２０が成膜開始位置Ｐ１にあるときに最も小さく（図３（ａ））、ガス供給管２０が待機位置Ｐ３に（図２（ｂ））あるときには最も大きくなる。
【００３９】
［成膜手順］
次に、成膜装置１を用いて容器Ｐにバリア膜を形成する一連の手順の一例を、図２〜図４をも参照して説明する。なお、図２〜図４には、成膜装置１の一部の要素の記載を省略している。
［容器供給工程（図２（ａ），図５ Ｓ１０１）］
上工程で成形された容器Ｐが成膜装置１に搬送されると、上部チャンバ１５から十分に退避した位置で待機した下部チャンバ１３の成膜室１１に容器Ｐが収容された後に、下部チャンバ１３が上部チャンバ１５に突き合せられ、成膜室１１が外部に対して気密に保持される。
このときには、ガス供給管２０は、真空チャンバ１０から退避した待機位置Ｐ３に置かれており、減圧室４３及び貯留室４７は最も広い状態とされている。また、遮蔽ゲート１８は第一シリンダ４１の開口を閉じており、減圧室４３は排気口４４を除いて閉じた空間をなしている。
また、このときには、図示を省略する排気ポンプにより、減圧室４３を通じてガス供給管２０（第一ガス流路２６及び第二ガス流路２７）は真空引きＶａｃされている。この真空引きＶａｃは次の工程まで継続される。
【００４０】
［真空引き＋ガス掃気工程（図２（ｂ），図５ Ｓ１０３）］
次に、図示を省略する排気ポンプを動作させ、成膜室１１を真空引きＶａｃして成膜に備える。この真空引きＶａｃと同時に、原料タンク２９に貯えられている媒質ガスＧを第二シリンダ４５の貯留室４７に向けて供給する。供給された媒質ガスＧは、第二供給管２３、連結管２２及び第一供給管２１を順に通過する。第一供給管２１は、先端に位置するノズル２８が遮蔽ゲート１８により閉じられているので、供給された媒質ガスＧは減圧室４３に含まれていた空気を押し出すようにして、排気口４４を通じて系外に排出される。継続的にこの真空引きＶａｃと媒質ガスＧの供給を並行して行うことにより、減圧室４３の内部は媒質ガスＧにより掃気され、空気の残存を極めて低くできる。
【００４１】
［ゲート開＋ノズル下降（図２（ｃ），図５ Ｓ１０５）］
真空引きＶａｃと媒質ガスＧの供給を所定時間だけ並行して行った後に、遮蔽ゲート１８を開くと同時に、ガス供給管２０の下降を開始する。ガス供給管２０の下降は、成膜開始位置Ｐ１（図３（ａ））に達するまで行われる。また、遮蔽ゲート１８を開くと同時に、第一シリンダ４１及び第一供給管２１からの真空引きを止めるとともに、真空チャンバ１０に接続された排気ポンプにより、成膜室１１の内部の真空引きＶａｃに切り替える。成膜室１１に加えて第一シリンダ４１の減圧室４３及び第一供給管２１の第一ガス流路２６も真空引きされる。この時点でも、媒質ガスＧの供給は継続される。
シリンダ４０の内部が減圧排気されると、ガス供給管２０を下降させて第一供給管２１を成膜室１１に収容される容器Ｐの内部に挿入する。このときも、成膜室１１の内部が所望する真空度に達するまで、排気ポンプによる排気は続けられる。このときの真空度は、１０−１〜１０−５Ｔｏｒｒ程度である。
なお、シリンダ４０の減圧室４３の内部の排気は、真空引き工程よりも前の給びん工程又は真空チャンバ閉工程において行ってもよい。このときの真空度は、上記した成膜室１１の真空度と同様に１０−１〜１０−５Ｔｏｒｒ程度とされる。
【００４２】
［ノズル下降完了＋成膜開始（図３（ａ），図５ Ｓ１０７）］
成膜開始位置Ｐ１に達するまでガス供給管２０を下降し、かつ、成膜室１１が所望する真空度に達すると、図示を省略する電源から電力を供給して発熱ユニット３０の発熱体３１を発熱させる。
発熱ユニット３０に電力を供給することにより、成膜装置１は待機時又は待機状態から成膜時又は成膜状態に移行する。これと同時にガス供給管２０は待機位置Ｐ３に向けて上昇し始める。原料タンク２９からの媒質ガスＧの供給を係属しており、貯留室４７に供給された媒質ガスＧが、第二供給管２３、連結管２２及び第一供給管２１の順に通って、容器Ｐの内部に吹き込まれる。吹き込まれる媒質ガスＧは、発熱体３１を通過する際に発熱体３１に接触するので、媒質ガスＧが分解して化学種が生成され、容器Ｐの内表面に化学種を到達させることによってバリア膜が形成される。成膜が行われている間、真空排気は継続される。
【００４３】
［成膜完了（図３（ｂ），図５  Ｓ１０９）］
ガス供給管２０が成膜完了位置Ｐ２に達したならば、発熱ユニット３０への電力の供給を止める。ただし、媒質ガスＧの供給と排気ポンプの動作（Ｖａｃ）は継続される。媒質ガスＧの供給を続けることにより、成膜後にも媒質ガスＧが発熱体３１に吹き付けられることにより、発熱体３１が空気に触れるのを防止できる。
発熱ユニット３０への電力の供給を止めることにより、成膜が完了し、成膜装置１は成膜時又は成膜状態から待機時又は待機状態に移行する。
【００４４】
［ノズル上昇完＋ゲート閉（図３（ｃ），図５  Ｓ１１１）］
成膜完了後に、ガス供給管２０をさらに退避させ、待機位置Ｐ３に達したならば、遮蔽ゲート１８を閉じる。第一ピストン２４と第一供給管２１の内壁面が互いに密着されているので、第一シリンダ４１の減圧室４３は排気口４４を除いて閉じた空間になる。
媒質ガスＧの供給及び成膜室１１の真空引きＶａｃはこの時点でも継続する。
【００４５】
［チャンバ大気開放（図４（ａ），図５ Ｓ１１３）］
遮蔽ゲート１８を閉じたならば、真空チャンバ１０の成膜室１１を大気に開放する。
成膜室１１の真空引きＶａｃは、大気開放をする前に止めるが、媒質ガスＧの供給は継続して行われる。ただし、減圧室４３及び貯留室４７の圧力上昇を回避するために、ガス供給管２０（第一供給管２１，第二供給管２３）の真空引きＶａｃを行う。
【００４６】
［容器排出（図４（ｂ），図７ Ｓ１１５）］
下部チャンバ１３を必要な位置まで下降させてから、バリア膜が形成された容器Ｐは、下工程に向けて適宜の搬送手段で移送され、成膜装置１は、次の処理対象である容器Ｐが移送されてくるまで、待機状態となる。待機状態において、減圧室４３は真空引きＶａｃが継続される。
【００４７】
［作用及び効果］
次に、成膜装置１が奏する効果を説明する。
はじめに、成膜装置１によれば、発熱体３１に常に媒質ガスＧを吹き付けることができるので、発熱体３１の酸化、窒化による劣化を防止することができる。
【００４８】
ここで、成膜装置１は、第一供給管２１が成膜室１１を進退するために相当のストロークだけ鉛直方向に直線往復運動をする。位置が固定される原料タンク２９を用いる場合、原料タンク２９から第一供給管２１に繋がるガスの供給径路には、この直線往復運動を吸収する部位が必要になる。樹脂などの可撓性の素材からなる管を螺旋状に巻き回した配管を第一供給管２１と原料タンク２９の間に用いれば、直線往復運動を吸収することができる。しかし、第一供給管２１は、真空引きされる減圧室４３に配置されるので、第一供給管２１に接続される可撓性素材からなる配管は、真空引きされる減圧室４３に少なくとも一部が置かれることになる。可撓性素材は真空引きの環境において気密性が十分とは言えないために、媒質ガスＧは配管の外部に漏れ出ることになる。これでは、容器Ｐの内部への媒質ガスＧの供給を満足に行えなくなる。そこで、本実施形態は、可撓性素材を用いることなく、直線往復運動を吸収する構造を採用した。
【００４９】
すなわち、本実施形態のガス搬送部５は、ガス供給管２０を第一供給管２１と第二供給管２３に区分するとともに、第二供給管２３への媒質ガスＧの供給を、第二供給管２３が昇降する第二シリンダ４５を介して行うことにした。つまり、第二供給管２３と第二シリンダ４５は、ピストン−シリンダ機構のように振る舞うものであるから、金属材料などの剛性が高く通気性を有しない素材で作製できるので、可撓性素材を用いる必要がない。第二供給管２３に連なる第一供給管２１及び第一供給管２１を収容する第一シリンダ４１も同様である。
【００５０】
しかも、本実施形態は第一供給管２１と第二供給管２３が折り返された形態をなしているので、成膜装置１の鉛直方向の寸法を小さく抑えることができる。さらに、成膜装置１は、第二供給管２３を収容する第二シリンダ４５を上部チャンバ１５の上に固定することができるので、第二シリンダ４５を支持する格別の部材を設ける必要がないのに加え、ガス搬送部５をコンパクトに収めることができる。
【００５１】
次に、成膜装置１によれば、ガス供給管２０の第一ガス流路２６及び第二ガス流路２７が閉塞するのを未然に防ぐことができる。
つまり、バリア膜を成膜した後に真空チャンバ１０を大気に開放すると、ガス供給管２０や真空チャンバ１０内に付着したバリア膜と同等の成分の表面から微小な剥離片であるパーティクルが生じ、第一ガス流路２６及び第二ガス流路２７に侵入して閉塞し得る。また、媒質ガスＧが大気中の酸素や水分と反応して化合物を生成し得る場合には、この化合物が上記のパーティクルと同様に、ガス流路を閉塞させる要因となる。
ところが、成膜装置１によれば、待機時に第一ガス流路２６及び第二ガス流路２７が真空引きされているので、パーティクル、化合物が第一ガス流路２６及び第二ガス流路２７に侵入しない。
以上の通りであり、成膜装置１によれば、バリア膜の成膜開始位置Ｐ１に必要なガス供給管２０を健全な状態に維持することができる。したがって、成膜装置１によれば、ガス供給管２０の閉塞に対するメンテナンスの頻度が低くなり、長期間に亘る連続運転を保障できる。
【００５２】
次に、成膜装置１によれば、発熱ユニット３０が窒素、酸素などと反応することによる破損を防ぐことができる。
発熱ユニット３０は、バリア膜の成膜中に１０００℃を超える高温になるので、成膜を終えて通電を停止したとしても、相当の高温を維持してしまう。したがって、この高温状態の発熱ユニット３０が大気に触れると、発熱ユニット３０の表面近傍が大気中の主に窒素、酸素と反応して、本来の機能を失う破損の状態に到るおそれがある。
ところが、成膜装置１によれば、成膜の後に、発熱ユニット３０はガス供給管２０とともに真空排気されている減圧室４３に収容されるので、窒素、酸素などとの反応が抑制され、健全な状態に維持することができる。したがって、成膜装置１によれば、発熱ユニット３０に対するメンテナンスの頻度が低くなり、長期間に亘る連続運転を保障できる。
【００５３】
次に、成膜装置１によれば、ガス供給管２０の第一ガス流路２６を減圧する手段として、減圧室４３を有するシリンダ４０を設け、この減圧室４３と連通する第一ガス流路２６を介して減圧室４３を減圧する。そして、このシリンダ４０は位置が固定されているために、減圧を行うための機構を簡易なものにできる。しかも、シリンダ４０は、ガス供給管２０の昇降移動を行うガイドとして機能するので、他にガス供給管２０をガイドする機構を設ける必要がない。さらに、減圧室４３は、ガス供給管２０が昇降移動するのに必要な最小限のスペースがあれば足りるので、ガス流路２６を減圧するのに必要な時間を抑えることができる。さらに、シリンダ４０は、ガス供給管２０を収容するだけの最小の空間があれば足り、このためシリンダ４０内の減圧室４３の減圧状態の維持が容易である。
【００５４】
また、成膜装置１は、第一シリンダ４１が上部チャンバ１５に取り付けられており、減圧室４３が成膜室１１に連通している。このように、成膜装置１は、真空チャンバ１０に第一供給管２１が進退可能に収容される第一シリンダ４１が、配管を介することなく直接的に接続されているので、装置の構成を簡易にかつコンパクトにできる。
【００５５】
以上、本発明の好適な形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることができる。
【００５６】
また、以上の実施形態では、発熱ユニット３０への電力の供給を止めて成膜を終了しても、媒質ガスＧの供給を継続しているが、ガス供給管２０への媒質ガスＧの供給を止めることができる。ただし、発熱ユニット３０への電力の供給を止めた後でも発熱ユニット３０は高温域にあるので、媒質ガスＧを発熱体３１に吹き付けて発熱体３１の酸化などを防止できるので、媒質ガスＧの供給を継続することが好ましい。もっとも、酸化などが生じない程度に発熱体３１を冷却することができるのであれば、成膜を終了した後の媒質ガスＧの供給を止めることもできる。
【００５７】
また、以上の実施形態では成膜室１１と減圧室４３を仕切るのに揺動式の遮蔽ゲート１８を用いた例を示したが、スライド式の遮蔽ゲートを用いることもできる。
【００５８】
また、以上の実施形態では、ガス供給管２０が昇降移動するのに必要な最小限のスペースに留めているシリンダ４０を説明したが、本発明はこれに限定されず、ガス供給管２０に対して余裕を有するシリンダとしてもよい。ただし、減圧室４３は、必要以上に広くなると、減圧排気するのに時間を要してしまうので、できる限り容積を小さくすることが好ましい。成膜される容器Ｐのサイズによって異なるが、減圧室４３は成膜室１１と容積が同等であるか又は小さくするのが好ましい。
【００５９】
また、以上の実施形態では、第一供給管２１と第二供給管２３は、互いに連なる連結管２２の部分で反転している。これは、成膜装置１の鉛直方向の寸法を抑える上で好ましいといえるが、本発明は、第一供給管２１と第二供給管２３を直線状に繋ぐことを排除するものではない。
【００６０】
また例えば、本発明におけるに用いる容器Ｐを構成する樹脂は任意であり、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、シクロオレフィンコポリマー樹脂（ＣＯＣ、環状オレフィン共重合）などが掲げられる。
【００６１】
また、本発明における容器の用途は任意であり、例えば、水、茶飲料、清涼飲料、炭酸飲料又は果汁飲料などの飲料、液体、粘体、粉末又は固体状の食品などを収容する容器に広く適用することができる。
【００６２】
また、バリア膜の材質も任意であり、媒質ガスＧを用いてＣＶＤ法により成膜し得る物質、典型的には炭素膜、シリカ膜、アルミナ膜などの種々の材質を適用できる。
炭素膜として、具体的には非晶質カーボン膜があり、これは、ダイヤモンド成分（炭素原子の結合がＳＰ３結合）とグラファイト成分（炭素原子の結合がＳＰ２結合）、ポリマー成分（炭素原子の結合がＳＰ１結合）が混在した非晶質状の構造を有する炭素膜のことである。非晶質カーボン膜は、それぞれの炭素原子の結合成分の存在比率の変化により硬度が変化し、硬質の炭素膜及び軟質の炭素膜を含むものをいう。また、水素が含まれる水素化非晶質カーボンも含まれる。さらに、硬質の炭素膜には、ＳＰ３結合を主体にした非晶質なＤＬＣ膜も含まれる。
また、他のバリア膜としては、ＳｉＯｘ膜、ＡｌＯｘ膜、水素含有ＳｉＮｘ膜、水素含有ＤＬＣ膜、水素含有ＳｉＯｘ膜、水素含有ＳｉＣｘＮｙ膜などを用いることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１      成膜装置
３      成膜部
５      ガス搬送部
１０    真空チャンバ
１１    成膜室
１３    下部チャンバ
１４    出入口
１５    上部チャンバ
１６    排気通路
１７    通過窓
１８    遮蔽ゲート
２０    ガス供給管
２１    第一供給管
２２    連結管
２３    第二供給管
２４    第一ピストン
２５    第二ピストン
２６    第一ガス流路
２７    第二ガス流路
２８    ノズル
２９    原料タンク
３０    発熱ユニット
３１    発熱体
３３    リード
４０    シリンダ
４１    第一シリンダ
４２    シリンダ本体
４２ｈ    開口
４３    減圧室
４４    排気口
４５    第二シリンダ
４６    シリンダ本体
４７    貯留室
４８    給気口
４９    配管
Ｇ      媒質ガス
Ｐ      容器
Ｐ１    成膜開始位置
Ｐ２    成膜完了位置
Ｐ３    待機位置
【図１】
2017056133.tif 000003
【図２】
2017056133.tif 000004
【図３】
2017056133.tif 000005
【図４】
2017056133.tif 000006
【図５】
2017056133.tif 000007
【国際調査報告】
2017056133.tif 000008
2017056133.tif 000009
2017056133.tif 000010
2017056133.tif 000011