(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の形状及び大きさを有するプラスチック容器を収容するための空間であってその壁面が前記プラスチック容器の壁面と略同一形状である空間を有する外部電極、前記外部電極を絶縁状態で収容するための反応器、及び、接地された内部電極を用いる成膜方法であって、
前記外部電極が前記反応器に収容され、前記プラスチック容器が前記外部電極の空間に収容され、前記内部電極が前記プラスチック容器の口部に挿入された状態となるように、前記プラスチック容器、前記外部電極及び前記内部電極を前記反応器の内部に配置する手順、及び
前記反応器に収容された前記外部電極の空間を排気し、前記空間に収容された前記プラスチック容器の内部へ珪素酸化物膜の原料ガスを供給し、前記外部電極に高周波電力を投入する手順
を備えることを特徴とするプラスチック容器の壁面への成膜方法。
【請求項２】
所定の形状及び大きさを有するプラスチック容器を収容するための空間であって、内壁面が前記プラスチック容器の内壁面と略同一形状である空間を有する外部電極、
前記外部電極を絶縁状態で収容するための反応器、
前記外部電極が前記反応器に収容され、前記プラスチック容器が前記外部電極に収容されているときに、前記プラスチック容器の口部に挿入される、接地された内部電極、
前記反応器の内部を真空にするための排気手段、
前記外部電極が前記反応器に収容され、前記プラスチック容器が前記外部電極の空間に収容されているときに、前記プラスチック容器の内部へ珪素酸化物膜の原料ガスを供給するための原料ガス供給手段、及び
前記反応器に収容された前記外部電極へ高周波電力を投入するための電力投入手段
を備えることを特徴とするプラスチック容器の壁面への成膜装置。
【請求項３】
請求項１に記載の方法により又は請求項２に記載の装置を用いて壁面に珪素酸化物膜を形成したプラスチック容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック容器の壁面にコーティング膜を形成する方法及びそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック容器は成形が容易であること、軽量であること、低コストであること等の理由から飲食物や医薬品の容器として広く利用されているが、どんな物でも入れることができるというわけではない。例えば、プラスチックには酸素や二酸化炭素のような低分子ガスを透過させる性質がある。このため、例えば飲料をプラスチック容器に充填すると、プラスチック容器を通過して入ってくる酸素により飲料が酸化されて品質が低下するという問題が生じる。また、その飲料が炭酸飲料であれば、飲料中に溶解した炭酸ガスがプラスチック容器を通過して外部へ飛散し、品質が低下する。また、別の問題として、プラスチックによる低分子有機化合物の収着（内部に吸収、定着させる）に起因するものがある。すなわち、プラスチック容器の使用後回収までの間に相当の時間が経過すると、カビ成分等の低分子有機化合物が容器に収着される。そして、このようにプラスチック容器に収着された物質は通常の洗浄では除去されない。これがプラスチック容器のリターナブル容器としての利用を妨げる一因となっているのである。
【０００３】
上記問題に鑑みて成された発明が特開平８−５３１１７号公報に開示されている。同公報に記載の発明はプラスチック容器の内壁面に炭素膜コーティングを施す方法及びそのための装置に関する。同発明に従った成膜処理では、プラスチック容器の内外に電極を配置し、同容器の内部を真空にしてそこに原料ガスを供給し、外部電極に高周波電力を投入する。これにより容器内の原料ガスがプラズマ化され、内壁面に炭素膜が形成される。このようにプラスチック容器の内壁面に炭素膜コーティングを施せば、酸素、二酸化炭素、水蒸気等がプラスチック容器を通過できなくなるため、内容物の品質低下が防止される。また、炭素膜コーティングにより内容物の容器壁面への収着等が防止されるため、プラスチック容器をリターナブル容器として利用することが可能となる。
【０００４】
また、特開平８−５３１１７号公報に記載の発明の改良発明が特開２０００−２３００６４号公報に開示されている。同公報に記載の成膜装置は、容器の形状や大きさに応じたプラスチック製外筒を外部電極と容器との間に配置するようにしたもので、これにより、外部電極を交換することなく外部電極と容器の隙間による非常に高い真空度を容易に維持することができるとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマ処理によってプラスチック容器の壁面に成膜を行う場合、膜厚を均一にするには電極から壁面までの距離をほぼ一定にすることが好ましい（特開平８−５３１１７号公報の段落［００２４］、［００２７］を参照）。しかし、特開２０００−２３００６４号公報に記載の成膜装置は電極一式を交換することなく様々な形状及び大きさの容器に対応しようとするものであるため、ある容器については電極から壁面までの距離がほぼ一定となるものの、別の容器についてはそのようにならず、成膜が均一にならない。本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、プラスチック容器の形状や大きさに関わらず容器の壁面に均一に膜を形成することができる成膜方法及びそのための装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明に係るプラスチック容器の壁面への成膜方法は、
所定の形状及び大きさを有するプラスチック容器を収容するための空間であってその壁面が前記プラスチック容器の壁面と略同一形状である空間を有する外部電極、前記外部電極を絶縁状態で収容するための反応器、及び、接地された内部電極を用いる成膜方法であって、
前記外部電極が前記反応器に収容され、前記プラスチック容器が前記外部電極の空間に収容され、前記内部電極が前記プラスチック容器の口部に挿入された状態となるように、前記プラスチック容器、前記外部電極及び前記内部電極を前記反応器の内部に配置する手順、及び
前記反応器に収容された前記外部電極の空間を排気し、前記空間に収容された前記プラスチック容器の内部へ珪素酸化物膜の原料ガスを供給し、前記外部電極に高周波電力を投入する手順
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るプラスチック容器の壁面への成膜装置は
所定の形状及び大きさを有するプラスチック容器を収容するための空間であってその壁面が前記プラスチック容器の壁面と略同一形状である空間を有する外部電極、
前記外部電極を絶縁状態で収容するための反応器、
前記外部電極が前記反応器に収容され、前記プラスチック容器が前記外部電極に収容されているときに、前記プラスチック容器の口部に挿入される、接地された内部電極、
前記反応器の内部を排気するための排気手段、
前記外部電極が前記反応器に収容され、前記プラスチック容器が前記外部電極の空間に収容されているときに、前記プラスチック容器の内部へ珪素酸化物膜の原料ガスを供給するための原料ガス供給手段、及び
前記反応器に収容された前記外部電極へ高周波電力を投入するための電力投入手段
を備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態及び発明の効果】
本発明に係る方法は、高周波電力を利用したプラズマ処理によってプラスチック容器の壁面に成膜を行う方法の一種である。このような方法では、処理対象となる容器の大きさ及び形状に応じた空間を有する外部電極を用いることにより、どのような大きさ及び形状の容器の壁面にも均一に膜を形成することができる。例えば、容器が特に飲料の収容に用いるものである場合は、特開平８−５３１１７号公報の段落［００１５］に記載されているように、主として容器の内壁面が成膜の対象となるが、このような場合は、外側電極の空間の内壁面形状を容器の内壁面形状と略同一とすればよい。
【０００９】
本発明では、外部電極を収容するための反応器を用意し、この反応器を介して外部電極を装置に取り付けるようにしている。このような構成により得られる効果は以下のとおりである。
【００１０】
まず装置への外部電極の取り付け構造が複雑であると、容器に応じて外部電極を交換する作業が面倒なものとなる。しかし、上記反応器を用いると、例えば填め込みにより外部電極を反応器に対して着脱自在にするという構造が容易に実現できる。また、プラズマ処理では高度の真空が要求されるが、特開平８−５３１１７号公報の装置では、外部電極の複数の構成部材を組み合わせて成る空間（同公報では空所）がプラズマ処理室としても機能する。従って、容器の形状に応じて複数の外部電極を用意する場合、全ての外部電極において部材間の高い気密性を達成しなければならない。これに対し本発明では、反応器において部材間の高い気密性を達成しておけば、個々の外部電極についてはそのような気密性を考慮する必要がなく、低コストで多様な外部電極を作成することができる。
【００１１】
【実施例】
本発明の一実施例である成膜装置について図面を参照しながら説明する。図１に本実施例の成膜装置の平面図及び同平面図のＩ−Ｉ線における断面図を示す。なお、図１に示した部分はケーシングの中に収納されているが、これは図示していない。また、断面図に示された部品の一部は平面図では省略されている。
【００１２】
本実施例の成膜装置は、導電体で作成された第一反応器部材１１及び第二反応器部材１２から構成される反応器１０を備えている。第一反応器部材１１は第一反応器支持体１３を介してベース板１４に取り付けられている。第一反応器支持体１３にはテフロン（商標）製の絶縁部材１３１が用いられており、これにより第一反応器部材１１はベース板１４から絶縁されている。第一反応器部材１１の、第二反応器部材１２との接触部分にはＯリング１３２が備えられている。一方、第二反応器部材１２は、台座１６１によってガイドレール１８（ベース板１４に固定されている）に載置された第二反応器支持体１６に取り付けられている。第二反応器支持体１６にも絶縁部材１６２が用いられており、これにより第二反応器部材１２はガイドレール１８及びベース板１４から絶縁されている。
【００１３】
第一反応器部材１１の一側面には給排気口１１３が設けられており、ここに給排気ユニット２０が取り付けられている。給排気ユニット２０は、反応器１０から空気を除去するための排気管２０１及び珪素酸化物膜の原料ガスを反応器１０の内部へ供給するためのガスマニホールド２１を有する。排気管２０１は図示せぬ真空ポンプに接続されており、ガスマニホールド２１は図示せぬ原料ガス供給源に接続されている。ガスマニホールド２１は導電体で作成されており、本発明にいう接地された内部電極としても機能する。給排気ユニット２０には絶縁部材２０３が用いられており、これにより第一反応器部材１１は給排気ユニット２０から絶縁されている。また、ベース板１４の下にはＲＦ銅板２４１を通じて第一反応器部材１１に高周波電力を投入するための高周波電源２４が配置されている。
【００１４】
第一反応器部材１１と第二反応器部材１２とを組み合わせて成る反応器１０の中には有底筒状の外部電極２６が収容されている。この外部電極２６は、第一反応器部材１１に収容された第一電極部材２７と、第二反応器部材１２に収容された第二電極部材２８とを組み合わせて成る。第一電極部材２７及び第二電極部材２８にはそれぞれ穴２７１及び２８１が形成されており、第一電極部材２７及び第二電極部材２８を図１に示したように組み合わせたとき、これらの穴２７１及び２８１はプラスチック容器３０（以下、容器３０とする）を収容するための空間を形成する。この空間の内壁面は容器３０の壁面と略同一形状に成形されており、更に、先に説明したガスマニホールド２１の先端部の外壁面も容器３０の壁面形状に合わせて成形されている。第一電極部材２７の穴２７１は同電極２７を長さ方向（容器３０の挿入方向）に貫通している。一方、第二電極部材２８の穴２８１には底があり、そこに導電体から成るスペーサ部材２８２が装填されている。
【００１５】
反応器１０への外部電極２６及び容器３０の収容手順について図２を参照しながら説明する。まず、第一電極部材２７及び第二電極部材２８を第一反応器部材１１及び第二反応器部材１２にそれぞれ収容する（図２（Ａ））。第一電極部材２７を第一反応器部材１１に収容すると、第一電極部材２７の穴２７１が第一反応器部材１１の給排気口１１３と接続され、ガスマニホールド２１が穴２７１に挿入された状態になる（図２（Ｂ））。次に、容器３０を、ガスマニホールド２１を口部に挿入しつつ、第一電極部材２７の穴２７１に収容する。そして、第二反応器支持体１６をガイドレール１８に沿って図２上で左方向に滑らせ、第二反応器部材１２を第一反応器部材１１に密着させて、係止具２９により両者を結合させる。
【００１６】
以上のような作業の結果、図１に示したように、反応器１０に外部電極２６が収容され、その外部電極２６の空間に容器３０が収容され、ガスマニホールド（内部電極）２１が容器３０に挿入された状態となる。この状態で、図示せぬ真空ポンプにより外部電極２６の空間を真空にし、図示せぬガス供給源からガスマニホールド２１を通じて容器３０の中へ珪素酸化物膜の原料ガスを供給する。原料ガスは、例えば、ＴＥＯＳ（Tetraethoxy Silane）、ＴＭＯＳ（Tetramethoxy Silane）等のシリコンアルコキシド系を含む有機珪素化合物及び酸素を含む混合ガスとする。このような原料ガスの供給とともに高周波電源２４を起動すると、高周波電力がＲＦ鋼板２４１及び反応器１０（導電体から成る）を通じて外部電極２６に投入され、容器３０の中の原料ガスが、接地された内部電極２１と外部電極２６との間でプラズマ化される。ここで、外部電極２６は内部電極２１より大きな表面積を有するが、常にプラズマの電位は外部電極２６の電位よりも高いため、その電位差によりプラズマ中の正イオンが外部電極２６の壁面に沿った容器３０の内壁に向けて加速されて衝突し、そこに珪素酸化物膜が形成される。
【００１７】
本実施例では反応器１０を導電体で作成しているため、外部電極２６だけでなく、反応器１０と外部電極２６の全体が内部電極２１と対になる外部電極として機能する。ただし、反応器１０を導電体で作成することは本発明にとって必須ではない。例えば、第一反応器部材１１の底部にＲＦ銅板２４１と第一電極部材２７とを電気的に接続するための導電性部材を配設してもよい。
【００１８】
本実施例の装置では、反応器１０の内部で外部電極２６及び容器３０が略水平（横長）に配置される。このような配置形態にすると、外部電極２６及び容器３０を略垂直（縦長）に配置する形態に比べて、反応器１０への外部電極２６及び容器３０の出し入れが容易となる。また、外部電極２６の構成部材２７及び２８は重いため、水平配置により垂直方向の移動量を減らすことは有利である。また、本実施例の装置では、反応器１０の構成部材１１及び１２は外部電極２６の構成部材２７及び２８の挿入方向に対して斜めの面で密着するように構成されている。このようにすると、反応器１０の各構成部材１１及び１２の開口が斜め方向に大きく開くため、反応器１０への外部電極２６の構成部材２７及び２８の出し入れがより容易になる。同様に、外部電極２６の構成部材２７及び２８を容器３０の挿入方向に対して斜めの面で密着するように構成することにより、外部電極２６の空間への容器３０の出し入れがより容易になる。
【００１９】
上記装置においては、高周波電力投入時に反応器１０が高熱を発生することがある。このような場合を想定し、例えば、反応器１０の外部表面に配設した管に冷却水を流す冷却機構を設けるようにすれば、高熱に弱いプラスチック容器でも処理が可能となる。また、反応器１０の外側を接地した導電シールド部材で覆って外部に放射される高周波及び熱を遮断するようにすれば、安全性が高まる。なお、この導電シールド部材は反応器１０に接触して配置する必要はなく、例えば、図１に示した装置全体を収納するケース状としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例である成膜装置の平面図及び同平面図のＩ−Ｉ線における断面図。
【図２】  反応器への外部電極及び容器の収容手順を示す図。
【符号の説明】
１０…反応器
１１…第一反応器部材
１２…第二反応器部材
１４…ベース板
１８…ガイドレール
２１…ガスマニホールド（内部電極）
２４…高周波電源
２６…外部電極
２７…第一電極部材
２８…第二電極部材
３０…プラスチック容器
【図１】
0004678959.tif 000002
【図２】
0004678959.tif 000003