(57)【要約】【課題】本発明は、プラズマ発生の為に外部より供給されたマイクロ波エネルギーの偏りや集中を防ぎ、コーティング層の厚さのばらつきや発熱による容器の変形を抑えることができるプラズマを使用した容器処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】円筒形のプラズマ処理を行う処理チャンバー（１）を取り囲むように配置された外部導波路空洞体（２）とマイクロ波を供給する為の同軸導波管（３）とを備えたプラズマを使用した容器処理装置において、前記同軸導波管（３）から供給されたマイクロ波エネルギーは第一外部導波路（１１）により同心円状に均等に分配され、第二外部導波路（１２）を通り容器側面の任意の箇所よりガス導入管(５)を中心導体とする同軸導波路に結合することを特徴とするプラズマを使用した容器処理装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形のプラズマ処理を行う処理チャンバーを取り囲むように配置された外部導波路空洞体とマイクロ波を供給する為の同軸導波管とを備えたプラズマを使用した容器処理装置において、前記同軸導波管から供給されたマイクロ波エネルギーは第一外部導波路により同心円状に均等に分配され、第二外部導波路を通り容器側面の任意の箇所よりガス導入管を中心導体とする同軸導波路に結合することを特徴とするプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項２】
前記第一外部導波路及び第二外部導波路を構成する処理チャンバーと外部導波路空洞体との間隙が１/２λ以下となることを特徴とする請求項１記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項３】
前記プラズマ処理を行う処理チャンバーと第二外部導波路の境界部分にガラス、水晶体等のマイクロ波を透過する誘電体リングを配置したことを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項４】
前記プラズマ処理を行う処理チャンバーとガス導入管との間にマイクロ波の反射を調整する整合調整板を配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックや紙を原料としたプラスチックボトルや紙容器等の３次元中空容器の表面にマイクロ波プラズマＣＶＤコーティングを行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス、金属、紙、プラスチック容器に代表される３次元中空容器は食品や医薬品など様々の分野で一般的に利用されている。特にプラスチック容器に関しては、軽量、低コストといったメリットを生かし広く用いられるようになってきている。３次元中空容器には様々な機能が要求されているが、プラスチック容器に対しては内容物保護の面から炭酸ガスや酸素に対するバリア性を持たせる要求がなされている。このため、プラスチック容器に所定の物質をコーティングする技術が開発されてきている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。これらの技術は、金属中空胴体内部にプロセスガスを注入したプラスチック等の３次元容器を配置して金属中空胴体内に入力されたマイクロ波エネルギーにより発生したプラズマを利用して薄膜を成膜するものである。
【０００３】
以下に先行技術文献を示す。
【特許文献１】特表２００３−５１８５５５号公報
【特許文献２】特表２００２−５０９８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のプラズマを利用して薄膜を成膜する場合、マイクロ波エネルギーをプラズマ容器処理装置に如何に効率よく供給してプラズマを発生させることが重要となる。コーティング対象容器を透過するようにマイクロ波エネルギーを供給する場合、コーティング対象容器が誘電体となりマイクロ波エネルギーの反射や損失をおこす。特にコーティング対象容器の一部分にマイクロ波エネルギーが集中した場合はコーティング膜品質のばらつきの原因となるだけでなく発熱による容器の変形といった問題が発生する。
【０００５】
例えば、プラスチックボトルの底部の形状は強度を補う為に形状や厚さに変化をもたせているが、アンテナにより供給されたマイクロ波エネルギーがプラスチックボトルの底部を通してガス供給中心導体と結合する場合はボトルの底部の形状によってマイクロ波の結合状態が変化する。容器底面部に厚さがある場合、マイクロ波エネルギーの反射や損失が大きくなる。また、マイクロ波を対象容器の側面から供給する場合についても、矩形導波管等により容器の一方向からマイクロ波エネルギーを入力した場合、容器の片面のみにエネルギーが集中することによるコーティング品質のばらつきや容器の熱変形といった問題が発生しやすい。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決しようとするものであり、プラズマ発生の為に外部より供給されたマイクロ波エネルギーの偏りや集中を防ぎ、コーティング層の厚さのばらつきや発熱による容器の変形を抑えることができるプラズマを使用した容器処理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】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、本発明の請求項１に係る発明は、円筒形のプラズマ処理を行う処理チャンバー（１）を取り囲むように配置された外部導波路空洞体（２）とマイクロ波を供給する為の同軸導波管（３）とを備えたプラズマを使用した容器処理装置において、前記同軸導波管（３）から供給されたマイクロ波エ
ネルギーは第一外部導波路（１１）により同心円状に均等に分配され、第二外部導波路（１２）を通り容器側面の任意の箇所よりガス導入管(５)を中心導体とする同軸導波路に結合することを特徴とするプラズマを使用した容器処理装置である。
【０００８】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１記載のプラズマを使用した容器処理装置において、前記第一外部導波路（１１）及び第二外部導波路（１２）を構成する処理チャンバー（１）と外部導波路空洞体（２）との間隙が１/２λ以下となることを特徴とするプラズマを使用した容器処理装置である。
【０００９】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載のプラズマを使用した容器処理装置において、前記プラズマ処理を行う処理チャンバー（１）と第二外部導波路（１２）の境界部分にガラス、水晶体等のマイクロ波を透過する誘電体リング（４）を配置したことを特徴とするプラズマを使用した容器処理装置である。
【００１０】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のプラズマを使用した容器処理装置において、前記プラズマ処理を行う処理チャンバー（１）とガス導入管（５）との間にマイクロ波の反射を調整する整合調整板（６）を配置したことを特徴とするプラズマを使用した容器処理装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るプラズマを使用した容器処理装置は、円筒形のプラズマ処理を行う処理チャンバーを取り囲むように配置された外部導波路空洞体とマイクロ波を供給する為の同軸導波管とを備えたプラズマを使用した容器処理装置において、前記同軸導波管から供給されたマイクロ波エネルギーは第一外部導波路により同心円状に均等に分配され、第二外部導波路を通り容器側面の任意の箇所よりガス導入管を中心導体とする同軸導波路に結合することにより、プラズマ発生の為に外部より供給されたマイクロ波エネルギーの偏りや集中を防ぎ、コーティング層の厚さのばらつきや発熱による容器の変形を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を図１に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明に係るプラズマを使用した容器処理装置の１実施例を示す側断面図である。
【００１４】
本発明に係るプラズマを使用した容器処理装置の１実施例は、図１に示すように、同軸導波管（３）及びガス導入管（５）を中心軸として、処理チャンバー（１）の外部導波路空洞体（２）と誘電体リング（４）が軸に対称となるように配置される。マイクロ供給装置（８）より発生したマイクロ波エネルギーは、同軸導波管（３）によってプラズマ処理装置内に導かれる。本実施例のマグネトロンの発振周波数は２．４５ＧＨｚを使用しているが他の周波数を使用しても問題はない。
【００１５】
前記同軸導波管（３）より供給されたマイクロ波エネルギーは第一外部導波路（１１）を構成する外部導波路空洞体（２）と処理チャンバー（１）との間にある空間を同心円状に広がってゆく。第一外部導波路（１１）及び第二外部導波路（１２）は平行板線路と考えることが出来るためにＴＥＭ波（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗａｖｅ）によってエネルギーが伝送される。
【００１６】
外部導波路空洞体（２）と処理チャンバー（１）との間隙については、高次モードの発生を防ぐ為に１／２λ以下が望ましく、装置の小型化を考慮した場合、２５〜３５ｍｍの
範囲が好適である。
【００１７】
第一外部導波路（１１）によって分配されたマイクロ波エネルギーは、誘電体リング（４）を通して処理チャンバー（１）内に導かれる。該誘電体リング（４）の材質は石英ガラスなどマイクロ波の損失の少ない物を使用するのが望ましい。該誘電体リング（４）の高さは外部導波路の間隙と同じ２５〜３５ｍｍが好適であり、該誘電体リング（４）の周方向の厚さは５〜１５ｍｍの範囲とする。
【００１８】
該誘電体リング（４）は処理チャンバー（１）の気密性を確保することでプラズマを安定して発生させる目的で配置される。但し、処理チャンバー（１）内部にコーティング対象容器であるプラスチック容器（９）を取り囲むようにガラス容器を配置するなど、処理チャンバー（１）内部の気密性が保たれている場合は誘電体リング（４）を省略可能である。
【００１９】
該処理チャンバー（１）の内径は対象となるプラスチック容器（３次元中空容器）（９）の形状により変更可能である。今回の実施例ではプラスチックボトルを処理することを想定しているため内径は９０〜１１０ｍｍとする。
【００２０】
該処理チャンバー（１）内は導体であるガス導入管（５）を中心導体とした同軸導波管の構成をとる。プラスチックボトルからなるプラスチック容器（９）の口栓側となるガス導入管（５）の根元部分は、プロセスガスを排出するため気体を透過出来るようなメッシュ状の金属からなる金属メッシュ（１３）により支持台（１０）を通して外部導波路空洞体（２）に電気的に短絡されており短絡箇所からガス管の先端までの長さ（Ｌ）は１２０〜１４０ｍｍまたは１８０〜２００ｍｍの値をとる。
【００２１】
ガス導入管（５）と処理チャンバー（１）との間には、プラスチックボトルの底部の形状による影響を防ぐ為に整合調整板（６）を設置することが可能である。該ガス導入管（５）の先端部分と該整合調整板（６）の軸方向に対する間隙の最短距離は２０〜４０ｍｍの範囲とする。該整合調整板（６）はプラスチックボトルの底面の形状に合わせたものとする。
該整合調整版（６）を使用しない場合のガス導入管（５）の先端部分と処理チャンバー（１）の軸方向に対する間隙の距離は２０〜４０ｍｍの範囲とする。
【００２２】
本装置によるプラズマ処理を行う容器はプラスチック等の３次元中空容器が対象としているが、ここではポリエチレンテレフタレート等のポリエステル材料を原料とした容量５００ｍｌ、平均肉厚０．５ｍｍのプラスッチック容器（９）を対象にプラズマ化学蒸着法［ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎの略）法］により容器内面に薄膜を成膜した実施例を以下に示す。
【００２３】
薄膜形成を行うための原料ガスは、主ガスとしてヘキサ・メチル・ジ・シロキサン（以下、ＨＭＤＳＯと記載。）、またはテトラ・メチル・ジ・シロキサンなどを用いることが可能であり、サブガスとして酸素、窒素といったものが用いられる。これらの原料ガスはガス導入管（５）側面及び天面に開けられた穴からコーティング対象容器であるプラスッチック容器（９）内部に供給される。
【００２４】
上記のガスを使用して形成される薄膜は、いわゆるセラミック層ＳｉＯxＣy（ｘ＝１〜２．２/ｙ＝０．３〜３）を主成分とするものである。次に成膜プロセスについて以下に示す。
【００２５】
本装置の処理チャンバー（１）内部に薄膜を形成するためのプラスッチック容器（９）を設置して、該チャンバー（１）内部を１．３３３Ｐａ（パスカル）まで真空装置で吸引して減圧環境を保つ。次にプラスッチック容器（９）内面にバリア性の薄膜コーティングを行うための原料ガスＨＭＤＳＯを流量１０ｍｌ／分にて、かつ酸素の流量を５０ｍｌ／分にて注入してプラスッチック容器（９）内の真空度を１３．３３Ｐａの真空圧力に調整した状態において、マイクロ波供給装置（８）よりマイクロ波エネルギーを約５秒間に渡り供給する。このとき電源から供給されるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ、電力３００〜５００Ｗの値に設定される。同軸導波管（３）を通して入力されたマイクロ波エネルギーは第一外部導波路（１１）及び第二外部導波路（１２）を通して処理チャンバー（１）内部に供給されて内部の原料ガスにプラズマを発生させ薄膜を形成する。以上の条件でＰＥＣＤＶ法により容器内面に薄膜を成膜したプラスチック容器（９）はマイクロ波による熱変形は認められず酸素バリア値は１．０３〜１．６６（ｆｍｏｌ／ｍ2／ｓ／Ｐａ）を示した。
【実施例】
【００２６】
以下に、本発明の具体的実施例を挙げて、さらに詳しく説明するが、それに限定されるものではない。
【００２７】
＜実施例１＞
本装置（誘電体リング（４）：あり、整合調整板（６）：なし、ガス導入管（５）の長さ（Ｌ）：１９０ｍｍ）の処理チャンバー（１）内部に薄膜を形成するための５００ｍｌＰＥＴボトル（９）を設置して、該チャンバー（１）内部を１．３３３Ｐａ（パスカル）まで真空装置で吸引して減圧環境を保った。該ＰＥＴボトル（９）内面にバリア性の薄膜コーティングを行うための原料ガスは、ヘキサ・メチル・ジ・シロキサン（ＨＭＤＳＯ）を使用して、流量１０ｍｌ／分にて、かつ酸素の流量を５０ｍｌ／分にて注入して該ＰＥＴボトル（９）内の真空度を１３．３３Ｐａの真空圧力に調整した状態において、マイクロ波供給装置よりマイクロ波エネルギーを約５秒間に渡り供給した。このとき電源から供給されるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ、電力４００Ｗの値に設定した。同軸導波管（３）を通して入力したマイクロ波エネルギーは第一外部導波路（１１）及び第二外部導波路（１２）を通して処理チャンバー（１）内部に供給され内部の原料ガスにプラズマを発生させ該ＰＥＴボトル（９）内面に薄膜を形成した。
【００２８】
＜実施例２＞
実施例１において、本装置に整合調整板（６）を備えた以外は、実施例１と同様にしてＰＥＴボトル（９）内面に薄膜を形成した。
【００２９】
＜実施例３＞
実施例１において、本装置のガス導入管（５）の長さ（Ｌ）を１３０ｍｍにした以外は、実施例１と同様にしてＰＥＴボトル（９）内面に薄膜を形成した。
【００３０】
以下に、本発明の比較例について説明する。
【００３１】
＜比較例１＞
実施例１において、本装置のガス導入管（５）の長さ（Ｌ）を１６０ｍｍにした以外は、実施例１と同様にしてＰＥＴボトル（９）内面に薄膜を形成した。
【００３２】
＜評価＞
実施例１〜３、及び比較例１で得たＰＥＴボトル（９）の容器変形の有無の観察、酸素バリア値の測定、総合評価（○：合格、×：不合格）を行なった。その結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
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表１は、ＰＥＴボトル（９）の容器変形の有無、酸素バリア値、総合評価の結果を記す。
【００３４】
＜評価結果＞
実施例１〜３は、マイクロ波の熱による容器変形は認められず、酸素バリア値は１．０３〜１．６６（ｆｍｏｌ／ｍ2／ｓ／Ｐａ）の範囲内を示し、総合評価は合格であった。比較例１は容器変形が有り、酸素バリア性は全く無く、総合評価は不合格であった
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るプラズマを使用した容器処理装置の１実施例を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・処理チャンバー（導体）
２・・・外部導波路空洞体（導体）
３・・・同軸導波管
４・・・誘電体リング
５・・・ガス導入管（中心導体）
６・・・整合調整板（導体）
７・・・同軸導波管中心導体
８・・・マイクロ波供給装置
９・・・プラスチック容器（３次元中空容器・ＰＥＴボトル）
１０・・・支持台（導体）
１１・・・第一外部導波路
１２・・・第二外部導波路
１３・・・金属メッシュ
【図１】
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