(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム状又はシート状の被処理物（２３）を真空チャンバ内に配された製膜用電極間に挿通させ、当該電極間に原料ガスを供給すると共にプラズマを発生させて被処理物の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を連続的に形成する製膜装置であって、
製膜前の被処理物（２３）を真空チャンバ（２４）内に導入する入口（２４in）から製膜後の被処理物（２３）を搬出する出口（２４out）に向って被処理物（２３）を連続的に走行させる搬送ライン（２５）が形成され、
前記製膜用電極が、前記搬送ライン（２５）に沿って被処理物（２３）を巻き掛けるガイドローラ兼用電極（２７）と、当該ローラ兼用電極（２７）の被処理物（２３）を巻き掛ける部分に対向して形成された略同心円弧状の対向電極（２８）からなり、
前記入口（２４in）及び出口（２４out）は断面中細ノズル状に形成されると共に、その中間スロート部（３６）に形成されたガス噴射孔（３７）からチャンバ（２４）の外側に向ってシール用ガスを噴き出させることによりチャンバ内の空気を被処理物の両面に沿って外部に排出させるインジェクションシール（３５）に形成され、
前記真空チャンバ（２４）内の真空度を０.８〜１００Ｐａに維持する圧力調整手段（３１）を備えたことを特徴とする製膜装置。
【請求項２】
真空チャンバ（２４）内に形成されたフィルム状又はシート状の被処理物（２３）の搬送ライン（２５）に沿って、被処理物の（２３）の表側と裏側に個別にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する二組の製膜用電極（２６Ａ、２６Ｂ）が配されて成る請求項１記載の製膜装置。
【請求項３】
真空チャンバ（２４）内に形成された前記搬送ライン（２５）に沿って、その入口（２４in）側に、水素雰囲気下でプラズマ処理することによりフィルムフィルム状又はシート状の被処理物（２３）の製膜面をクリーニングする前処理装置（４１）が形成された請求項１又は２記載の製膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム状又はシート状の被処理物表面にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する製膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンドライクカーボン膜は、炭素間のＳＰ３結合を主体としたアモルファスな炭素で、高ガスバリア性・低摩擦性・高硬度・高電気絶縁性・高屈折率・高放熱性・高耐食性等の優れた物理的・化学的特性を有する硬質炭素膜である。
【０００３】
そして、互いに対向する電極間を真空雰囲気に維持し、当該電極間に被処理物を位置させて原料ガスを導入すると共に高周波を印加してプラズマを発生させることにより、被処理物の表面にダイヤモンドライクカーボン膜が形成される。
【０００４】
したがって、この膜をＰＥＴボトルなどの飲料容器や点滴用ソフトバッグ・包装フィルムにコーティングすればその高ガスバリア性から内容物の変質防止を図ることができるだけでなく機械的強度が高くなり、電子部品にコーティングすれば放熱性・電気絶縁性が向上するなど、金属にコーティングすれば腐食し難くなるなど極めてその用途が広い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、電極を配した真空チャンバを１０−３〜１０−２Ｐａ程度の高真空雰囲気にして内部の不純物を排除し、次いで、被処理物の表面に対するダイヤモンドライクカーボン膜の密着性を向上させるためにアルゴンガスを導入してその表面をプラズマ処理した後、その後、電極間に原料ガスを導入すると共に高周波を印加してプラズマを発生させることによりダイヤモンドライクカーボン膜を形成するようにしている。
【０００６】
したがって、真空チャンバを高真空耐圧容器に形成しなければならないだけでなく、真空ポンプが大型化し、排気系の気密性が要求され、さらに排気に時間とエネルギーを要するという問題があった。
特に、点滴バッグの原料となるプラスチックフィルム等のようにロールにまかれたフィルムに連続的にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する場合に、真空チャンバ内の不純物を排除するために、その内部を１０−３〜１０−２Ｐａ程度の高真空雰囲気にする必要があることから、真空チャンバは完全に密閉されたものでなければならず、したがって、フィルムの巻出ロール及び巻取ロールをもすべて収容し得る極めて大型のものにしなければならなかった。
【０００７】
また、ダイヤモンドライクカーボン膜の密着性を向上させるため、従来はアルゴンガスを導入してプラズマ処理を行っているが、この前処理は被処理物が金属の場合には有効であるが、非金属、特にプラスチックなどの柔らかい材質の場合は、必ずしも密着性が向上せず、製膜後に却って脱落しやすくなるものもあった。
【０００８】
そこで本発明は、このような発明者の知見に基づき、フィルムやシートのように連続しているものでも、その巻出ロール及び巻取ロールをチャンバ外に設け、小型の真空チャンバ内を通過させながら製膜できるようにすることを技術的課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
これら課題を解決するために、請求項１の発明は、フィルム状又はシート状の被処理物を真空チャンバ内に配された製膜用電極間に挿通させ、当該電極間に原料ガスを供給すると共にプラズマを発生させて被処理物の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を連続的に形成する製膜装置であって、製膜前の被処理物を真空チャンバ内に導入する入口から製膜後の被処理物を搬出する出口に向って被処理物を連続的に走行させる搬送ラインが形成され、前記製膜用電極が、前記搬送ラインに沿って被処理物を巻き掛けるガイドローラ兼用電極と、当該ローラ兼用電極の被処理物を巻き掛ける部分に対向して形成された略同心円弧状の対向電極からなり、前記入口及び出口は断面中細ノズル状に形成されると共に、その中間スロート部に形成されたガス噴射孔からチャンバの外側に向ってシール用ガスを噴き出させることによりチャンバ内の空気を被処理物の両面に沿って外部に排出させるインジェクションシールに形成され、前記真空チャンバにはその真空度を０.８〜１００Ｐａに維持する圧力調整手段を備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項１の製膜装置によれば、例えばロールフィルムにダイヤモンドライクカーボン膜を形成する場合、真空チャンバ内に導入されたフィルムを巻き掛けるガイドローラ兼用電極に対向して、同心円弧状の電極が配されているので、フィルムをローラ兼用電極に巻き掛けて走行させると、その電極間でプラズマが生じ、円弧状の電極と対向する面にダイヤモンドライクカーボン膜が形成される。
このとき、製膜前のフィルムを巻いた巻出ロールや、製膜後のフィルムを巻き取る巻取ロールを真空チャンバ外に形成できるので、真空チャンバを小型化することができる。
また、真空チャンバ内は低真空に維持されると共に、その入口及び出口に形成されたインジェクションシールにより、外気が流入することなくチャンバ内の空気が排出されるので、所定の真空度を維持でき、ＤＬＣ被膜の連続処理が可能となった。
【００１１】
また、請求項２の発明のように、真空チャンバに形成されたフィルムの搬送ラインに沿って、フィルムの表側と裏側に個別にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する二組の製膜用電極を設ければ、夫々の電極間を通過するだけでフィルムの両面にダイヤモンドライクカーボンを製膜できる。
【００１２】
さらに、請求項３の発明のように、搬送ラインに沿ってその入口側に、水素雰囲気下でプラズマ処理することによりフィルムの製膜面きれいにクリーニングされて不純物が除去されるので、高真空に維持したりアルゴンガスで表面を処理する必要がない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る製膜装置の一例を示す説明図である。
【００１４】
本例の製膜装置２１は、フィルムやシートのように連続して搬送される被処理物の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を形成するために用いられる。
製膜装置２１は、巻出ロール２２Ａから巻き出された耐熱温度の低いプラスチックフィルム（被処理物）２３を真空チャンバ２４内に導入し、その表裏両面にダイヤモンドライクカーボン膜を連続的に形成した後、真空チャンバ２４外に配された巻取ロール２２Ｂに巻き取るようにしたもので、真空チャンバ２４の入口２４inから出口２４outに向って前記フィルム２３を連続的に走行させる搬送ライン２５が形成されている。
【００１５】
真空チャンバ２４内には、フィルム２３の表裏両面に個別にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する二組の製膜用電極２６Ａ及び２６Ｂが配されている。
各製膜用電極２６Ａ、２６Ｂは、搬送ライン２５に沿ってフィルム２３を巻き掛けるガイドローラ兼用電極２７と、当該ローラ兼用電極２７のフィルム２３を巻き掛ける部分に対向して形成された略同心円弧状の対向電極２８からなる。
【００１６】
また、各製膜用電極２６Ａ、２６Ｂは、夫々のガイドローラ兼用電極２７がフィルム２３の表側と裏側に巻き掛けられるように配されて、そのフィルム２３の走行に伴って回転するように形成されている。
そして、各ガイドローラ兼用電極２７にフィルム２３が巻掛けられて、真空チャンバ２４内で搬送ライン２５が折り曲げられており、しかも、各ガイドローラ兼用電極２７はガイドローラと電極を兼用しているので、搬送ライン２５に沿って別途電極を設ける必要もなく、これにより真空チャンバ２４が小型化されている。
【００１７】
これらガイドローラ兼用電極２７及びその対向電極２８は中空に形成されて、その内部に冷却水が循環供給され、互いに対抗する面の背面側はテフロンなどの絶縁カバー２７ａ、２８ａで覆われている。
なお、ガイドローラ兼用電極２７はマッチング回路２９を介して高周波電源装置３０に接続されており、その対向電極２８はアースされている。
【００１８】
また、真空チャンバ２４は、その真空度を０.８〜１００Ｐａ、好ましくは１.０〜５０Ｐａに設定する真空ポンプ（圧力調整手段）３１が接続されると共に、当該チャンバ２４内に原料ガスを供給する原料ガス供給手段３２が接続され、メタンガスなどの炭素系ガス充填したタンク３３Ｃと、水素ガスを充填したタンク３３Ｈが、各ガスの混合比及び全体流量をコントロールする流量制御装置３４を介して真空チャンバ２４に接続されている。
【００１９】
さらに、入口２４in及び出口２４outには、インジェクションシール３５が形成されており、入口２４in及び出口２４outからの外気の侵入が確実に阻止されている。
【００２０】
このインジェクションシール３５は、入口２４in及び出口２４outの開口部が断面中細ノズル形に形成され、そのスロート部３６の上下にフィルム２３の両面に沿って真空チャンバ２４の内側から外側に向ってシール用ガスを吹き出させるガス噴射孔３７が形成されてなる。なお、シール用ガスは水素でも空気でも任意のガスを採用し得る。
【００２１】
このガス噴射孔３７からシール用ガスを吹き出せば、中細ノズルのエジェクタ効果により、スロート部３６にチャンバ２４内の空気を吸い込んで外部に排出させようとする流れが生じるので、外気がチャンバ２４内に吸い込まれることがない。
【００２２】
また、真空チャンバ２４の入口２４in及び出口２４out内側には、その近傍を水素雰囲気にする水素ガス供給手段３８が配されており、夫々入口２４in及び出口２４outからフィルム２３の走行に伴って多少の外気が侵入することがあってもダイヤモンドライクカーボン膜の悪影響を及ぼさないようにしている。
【００２３】
さらに、入口２４in内側には、フィルム面を水素雰囲気でプラズマ処理してクリーニングする前処理装置４１が形成されている。
この前処理装置４１は、フィルム２３の表裏両面に接触して回転する金属ローラ４２及び４３を備えた２組のローラ電極４４Ａ、４４Ｂからなり、フィルム２の片面に接触する一方のローラ４２がマッチング回路４５を介して高周波電源４６に接続され、反対面に接触する他方のローラ４３がアースされている。
【００２４】
そして、高周波電源４６に接続された夫々のローラ４２、４２がフィルム２３の表側と裏側に夫々接触するように形成され、フィルム２３を挟んだローラ４２、４３間で放電を起させて、フィルム２３の両面をクリーニングすることができるようになっている。
【００２５】
以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
この製膜装置２１によれば、まず、巻出ロール２２Ａから巻き出したプラスチックフィルム２３を、搬送ライン２５に沿ってセットし、その始端を巻取ロール２Ｂに巻き付けておく。
そして、真空ポンプ３１を起動すると共に、入口２４in及び出口２４outに形成されたインジェクションシール３５のガス噴射孔３７からシール用ガスを噴出させて真空チャンバ２４内を０.８〜１００Ｐａ、好ましくは１〜５０Ｐａに維持し、巻取ロール２２Ｂにより所定の速度でフィルム２３を巻き取りながら、前処理装置４１及び製膜電極２６Ａ及び２６Ｂに高周波を印加する。
【００２６】
これにより、真空チャンバ２４内に送られたフィルム２３は、まず、前処理装置２１でその表裏両面が水素雰囲気でプラズマ処理されてクリーニングされる。
次いで、製膜電極２６Ａを通過するときにフィルム２３の下面側に、また、製膜電極２６Ｂを通過するときにフィルム２３の上面側に、ダイヤモンドライクカーボン膜が形成される。
【００２７】
発明者の実験によれば、高周波２００〜１０００Ｗの高周波を印加し、原料ガス供給手段３２からメタンガス濃度（ＣＨ４／Ｈ２）が体積流量比で１５０〜２００％、合計流量５〜１０ｃｃ／ｍｉｎ、フィルム２３の巻取速度１〜４４ｃｍ／ｓｅｃで製膜したところ、片面５００〜７００Åの膜厚で製膜することができた。
なお、ガイドローラ兼用電極２７にフィルム２３が巻き掛けられている部分の長さが約１０ｃｍの場合、高周波の印加時間は約０.２３〜１０秒となる。
【００２８】
このように、水素雰囲気で前処理した後、ダイヤモンドライクカーボン膜を形成したところ良質な膜を製膜することができた。
このとき、真空チャンバ２４内は比較的低真空に維持されているので、その入口２４in及び出口２４outが開口されていてもインジェクションシール３５により外気の侵入が確実に阻止される。
【００２９】
したがって、巻出ロール２２Ａから巻き出されたフィルム２３を連続的に供給しながら真空チャンバ２４内に導入して、その表面にダイヤモンドライクカーボン膜を形成した後、真空チャンバ２４外の巻取ロール２２Ｂに巻き取ることができるので、真空チャンバ２４自体を小型にでき、その耐圧性も低くて足りる。
【００３０】
しかも、真空度０.８〜１００Ｐａのときプラズマ温度を２０〜８０℃に、真空度１〜５０Ｐａのときプラズマ温度を２０〜５０℃に抑えることができるので、耐熱温度の低いプラスチックなどの被処理物にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する場合に被処理物が変形したり変質したりすることもない。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、高真空にしなくても比較的低真空で製膜することができるので、強度の比較的低い真空チャンバ内でダイヤモンドライクカーボン膜を製膜することができ、設備を簡素化できるという効果がある。
【００３２】
さらに、低真空で製膜できることから、真空チャンバに入口及び出口を開口形成しても、そこにインジェクションシールを設ければ足り、フィルムやシートのように連続しているものに製膜処理しようとする場合に、その巻出ロール及び巻取ロールをチャンバ外に設けてチャンバ内を走行させながらＤＬＣ製膜処理を施すことができる。
また、製膜用の電極がガイドローラを兼用しているので別途電極を設ける必要がなく、チャンバを小型化することができるという大変優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る製膜装置の一例を示す説明図。
【符号の説明】
２３………プラスチックフィルム（被処理物）
２１………製膜装置
２４………真空チャンバ
２４in……入口
２４out……出口
２５………搬送ライン
２６Ａ、２６Ｂ…製膜電極
２７………ガイドローラ兼用電極
２８………電極
３０………電源装置
３１………真空ポンプ（圧力調整手段）
３２………原料ガス供給手段
３５………インジェクションシール
４１………前処理装置
【図１】
0004023775.tif 000002