JP2005313939A - 大気圧プラズマ型ボトル成膜装置及びガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明の目的は、低温大気圧プラズマ法により、プラスチックボトルの外表面の全体に薄膜を成膜できること且つその薄膜がガスバリア性を有することを同時に実現可能である大気圧プラズマ型ボトル成膜装置及びそのガスバリア性薄膜コーティングボトルの製造方法を提供することである。
【解決手段】
本発明に係るガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法は、大気圧プラズマ法を用いて、ガスバリア性薄膜の原料ガスのプラズマをボトルの外表面に接するか或いはほぼ接するように発生させる工程と、プラズマ化した原料ガスを外表面の全面にわたって至近距離から吹付けてガスバリア性薄膜を成膜する工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
(直接式)
(間接式)
(直接(電解液)式)
(電極の別形態)
次に、図1を参照しながら本実施形態に係る直接式成膜装置を用いてボトル1の外表面にDLC膜を形成する場合の手順について説明する。ボトル1は丸型500mlのPETボトルとする。容器壁の肉厚は約0.3mmとする。
まず、ボトルの口部をボトル保持具12aで固定する。つぎに、図1に示すようにボトルの外表面とガス吹出口20をいずれの箇所でも1〜3mmの隙間を持たせて接近させる。次にボトルをモータ12bにより回転させる。回転数は、例えば1〜200r.p.m.とする。これにより、ボトル1のセッティングが完了する。
その後、原料ガス供給手段13から流量制御されて送られた原料ガス(例えば、アセチレンガス)が、ガス分配手段7によって均一流速にされて、ガス吹出口20から吹出す。ガス吹出口20から吹出した原料は、隙間19を通って、すなわち、ボトル1の外表面を接しながら側面の円周方向に流れる。隙間19から出た原料ガスは、フード11a,11bによって吸引され、排気される。また、空隙18から出た原料ガスも、フード11cにから吸引され、排気ポンプ10によって排気される。なお、成膜圧力は大気圧であるが、10000〜100000Pa程度に減圧しても良い。原料ガスの流量は、容器の大きさ、ボトルの回転数等の他の条件によって適宜調整される。
高周波電源17を動作させることによりマッチングボックス16を介して電極部材3と電極部材2の間に高周波電圧が印加され、空隙18を流れる原料ガスがプラズマされる。このとき、マッチングボックス16は、電極部材3と電極部材2のインピーダンスに、インダクタンスL、キャパシタンスCによって合わせている。これによって、空隙18内で発生したプラズマ化した原料ガスが電極部材3に誘引され、ガス吹出口20を通過し、さらに回転しているボトル1の外表面に衝突し、DLC膜が形成される。なお、高周波電源17は、例えば、周波数1〜10kHz、放電圧10〜30kV、印加電圧パルス幅2〜20μsの条件で高周波を印加する。
高周波電源17からのRF出力を停止し、さらに原料ガスの供給と排気ポンプ10を停止する。DLC膜の膜厚は10〜2000nmとなるように形成する。成膜したボトルを実施例1とした。
次に、図2を参照しながら本実施形態に係る間接式成膜装置を用いてボトル1の外表面にDLC膜を形成する場合の手順について説明する。ボトル1は実施例1と同様のものを使用した。
実施例1と同様にボトル保持具12aでボトル1を固定した。隙間37は、1〜3mmとした。モータ12bの回転数は、実施例1と同じとした。
その後、原料ガス供給手段13から流量制御されて送られた原料ガス(例えば、アセチレンガス)が、ガス分配手段34によって均一流速にされて、空隙36を通過し、さらにガス吹出口38から吹出す。隙間37から出た原料ガスは、フード35a,35bによって吸引され、排気される。なお、成膜圧力は大気圧であるが、実施例1と同様に10000〜100000Pa程度に減圧しても良い。原料ガスの流量は、容器の大きさ、ボトルの回転数等の他の条件によって適宜調整される。
高周波電源17を動作させることによりマッチングボックス16を介して電極部材31aと電極部材31bの間に高周波電圧が印加され、空隙36内を流れる原料ガスがプラズマ化される。このとき、マッチングボックス16は、電極部材31aと電極部材31bのインピーダンスに、インダクタンスL、キャパシタンスCによって合わせている。隙間37が1〜3mmであるため、ボトル1の外表面は、原料系プラズマに接触した状態若しくはほぼ接触した状態となる。これによってプラズマ化された原料ガスが回転しているボトル1の外表面に衝突し、DLC膜が形成される。高周波電源17の条件は実施例1と同様である。成膜時間は数秒から数十秒と短いものとなる。
実施例1と同様の操作で成膜を終了させる。DLC膜の膜厚は10〜2000nmとなるように形成する。成膜したボトルを実施例2とした。
次に、図3を参照しながら本実施形態に係る直接(電解液)式成膜装置を用いてボトル1の外表面にDLC膜を形成する場合の手順について説明する。ボトル1は実施例1と同様のものを使用した。
ボトル1に電解液29としてイオン含有のスポーツ飲料を入れた。実施例1と同様にボトル保持具12aでボトル1を固定した。空隙25は、1〜3mmとした。モータ12bの回転数は、実施例1と同じとした。なお、モータ回転時にスポーツ飲料がこぼれないように、ボトル保持具12aにはボトル1の口部を密封可能とするためにO−リングが取り付けられている。
その後、原料ガス供給手段13から流量制御されて送られた原料ガス(例えば、アセチレンガス)が、ガス分配手段23によって均一流速にされて、ガス吹出口38から吹出す。吹出した原料ガスは空隙25を通って、ボトル1の外表面を接しながら側面の円周方向に流れる。空隙25から出た原料ガスは、フード24a,24bによって吸引され、排気される。なお、成膜圧力は大気圧であるが、実施例1と同様に10000〜100000Pa程度に減圧しても良い。原料ガスの流量は、容器の大きさ、ボトルの回転数等の他の条件によって適宜調整される。
高周波電源17を動作させることによりマッチングボックス16を介して電極26と電解液29の間に高周波電圧が印加され、空隙25内を流れる原料ガスがプラズマ化される。このとき、マッチングボックス16は、電極26と電解液29のインピーダンスに、インダクタンスL、キャパシタンスCによって合わせている。ボトル1の外表面は、原料系プラズマに接触した状態となる。これによって、空隙25内で発生したプラズマ化した原料ガスが電解液29側に誘引され、回転しているボトル1の外表面に衝突し、DLC膜が形成される。高周波電源17の条件は実施例1と同様である。成膜時間は数秒から数十秒と短いものとなる。
実施例1と同様の操作で成膜を終了させる。DLC膜の膜厚は10〜2000nmとなるように形成する。成膜したボトルを実施例3とした。
2,3,3a,3b,26,26a,26b,31a,31b,52,52a,52b,53,53a,53b,54,54a,54b,55,55a,55b,74,74a,74b,75,75a,75b,76,76a,76b,77,77a,77b,導電部材
4,26,31,43,52,65,70,電極
5,27,32,流速制御部
6,22,33,ガイド
7,23,34,44,45,46,ガス分配手段
8,原料ガス発生源
9,マスフローコントローラー
10,排気ポンプ
11a,11b,11c,24a,24b,35a,35b,フード
12,回転手段
12a,ボトル保持具
12b,モータ
13,21原料供給手段
14,14a,14b,15,管路
16,マッチングボックス
17,高周波電源
18,25,36,60a,60b,60c,60d,72a,72b,空隙
19,25,37,57,58,63,隙間
20,28,62,ガス吹出口
21,高周波供給手段
24,電解液
26,電極
38,端部
41,50,56,底電極
42,51,61,側電極
44,ガス分配手段(底電極用)
45,ガス分配手段(側電極用)
59a,59b,59c,59d,71,71a,71b,排気用空隙
64,側電極側電極移動手段
73,絶縁体
Claims (23)
- 空隙を設けて対向させた一対の導電部材によって形成され、且つ、前記一対の導電部材の少なくともいずれか一方に前記空隙に連通する細長状のガス吹出口が形成され、且つ、プラスチック製のボトルをその中心軸を中心に回転させたときに、前記ガス吹出口が前記ボトルの外表面のいずれの箇所にもほぼ接する形状に形成された電極と、
前記中心軸を中心に、前記ボトル又は前記電極を回転させる回転手段と、
前記空隙に前記原料ガスを供給する原料供給手段と、
前記一対の導電部材の少なくとも一方に高周波電力を供給する高周波供給手段と、
を備えることを特徴とする大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。 - 空隙を設けて対向させた一対の導電部材によって形成され、且つ、プラスチック製のボトルをその中心軸を中心に回転させたときに、ガス吹出口を兼ねた前記空隙の端部が前記ボトルの外表面のいずれの箇所にもほぼ接する形状を有する電極と、
前記中心軸を中心に、前記ボトル又は前記電極を回転させる回転手段と、
前記空隙に前記原料ガスを供給する原料供給手段と、
前記一対の導電部材の少なくとも一方に高周波電力を供給する高周波供給手段と、
を備えることを特徴とする大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。 - 前記電極は、複数組の前記一対の導電部材によって形成され、且つ、複数の前記空隙が前記中心軸を中心として均等間隔で配置され、且つ、相隣り合う前記一対の導電部材の間に排気用空隙が設けられた電極であることを特徴とする請求項1又は2に記載の大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。
- 前記電極は、前記ボトルの側面に配置される側電極と前記ボトルの底面に配置される底電極とを有することを特徴とする請求項1、2又は3に記載の大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。
- 前記側電極を前記ボトルの高さ方向に沿って相対的に上下自在に移動させる側電極移動手段を設け、
前記側電極のガス吹出口は、該側電極と前記ボトルとの相対的回転及び相対的上下移動をさせたときに、前記ボトルの側面のいずれの箇所にも前記原料ガスを吹出させることを特徴とする請求項4に記載の大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。 - 前記原料供給手段と前記空隙とのガス経路の間に、前記ガス吹出口から吹出す原料ガスの流速をいずれの箇所においてもほぼ均一とするガス分配手段を設けたことを特徴とする請求項1、2、3、4又は5に記載の大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。
- 電解液を入れたプラスチック製のボトルをその中心軸を中心に回転させたときに、前記ボトルの外表面のいずれの箇所においても一定間隔の空隙を有する形状に形成された電極と、
前記中心軸を中心に、前記ボトル又は前記電極を回転させる回転手段と、
前記空隙に前記原料ガスを供給する原料供給手段と、
前記電極又は前記電解液の少なくとも一方に高周波電力を供給する高周波供給手段と、
を備えることを特徴とする大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。 - 前記電極は、所定幅の細長状のガス吹出口を有する導電部材によって形成され、前記原料供給手段から供給された前記原料ガスは、前記ガス吹出口に導かれ、次いで前記空隙へ導かれることを特徴とする請求項7記載の大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。
- 前記電極は、複数の前記ガス吹出口が前記中心軸を中心として均等間隔で配置され、且つ、相隣り合う前記ガス吹出口の間にガス排気口が設けられた電極であることを特徴とする請求項8に記載の大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。
- 前記電極は、前記ボトルの側面に配置される側電極と前記ボトルの底面に配置される底電極とを有することを特徴とする請求項7、8又は9に記載の大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。
- 前記ボトルは、底部がペタロイド形状のボトル等の底部の水平方向断面が円形以外の形状のボトルであり、
前記電極は、前記ボトルの側面に配置される側電極と、前記ボトルの底面と一定間隔の空隙を有するように配置される底電極とを有し、
前記回転手段は、前記中心軸を中心に、前記ボトル又は前記側電極を回転させる回転手段であることを特徴とする請求項7、8又は9に記載の大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。 - 前記側電極を前記ボトルの高さ方向に沿って相対的に上下自在に移動させる側電極移動手段を設け、
前記側電極は、該側電極と前記ボトルとの相対的回転及び相対的上下移動をさせたときに、前記ボトルの側面のいずれの箇所においても前記一定間隔の空隙を有する形状に形成された電極であることを特徴とする請求項10又は11に記載の大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。 - 電解液を入れたプラスチック製のボトルの側面を囲み、該側面と一定間隔の空隙を有する形状に形成された側電極と、
前記ボトルの底面と一定間隔の空隙を有するように形成された底電極と、
前記側電極を前記ボトルの高さ方向に沿って相対的に上下自在に移動させる側電極移動手段と、
前記空隙に前記原料ガスを供給する原料供給手段と、
前記側電極及び前記底電極、又は、前記電解液の少なくとも一方に高周波電力を供給する高周波供給手段と、
を備えることを特徴とする大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。 - 前記原料供給手段と前記空隙とのガス経路の間に、前記空隙に流す原料ガスの流速をいずれの箇所においてもほぼ均一とするガス分配手段を設けたことを特徴とする請求項7、8、9、10、11、12又は13に記載の大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。
- 前記空隙の間隔は2mm以下であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13又は14に記載の大気圧プラズマ型ボトル成膜装置。
- 大気圧プラズマ法を用いて、プラスチック製のボトルの外表面の全面にガスバリア性薄膜を成膜するガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法において、
ガスバリア性薄膜の原料ガスのプラズマを前記ボトルの外表面に接するか或いはほぼ接するように発生させる工程と、
前記ボトルをその中心軸を中心として、前記プラズマに対して相対的に回転させながら、プラズマ化した原料ガスを前記外表面の全面にわたって至近距離から吹付けてガスバリア性薄膜を成膜する工程と、
を少なくとも有することを特徴とするガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法。 - 大気圧プラズマ法を用いて、プラスチック製のボトルの外表面の全面にガスバリア性薄膜を成膜するガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法において、
ガスバリア性薄膜の原料ガスのプラズマを前記ボトルの外表面に接するか或いはほぼ接するように発生させる工程と、
前記ボトルの底面にプラズマ化した原料ガスを至近距離から吹付けてガスバリア性薄膜を成膜する工程と、
前記ボトルの高さ方向に、前記プラズマを移動させながら、プラズマ化した原料ガスを前記ボトルの側面の全面にわたって至近距離から吹付けてガスバリア性薄膜を成膜する工程と、
を少なくとも有することを特徴とするガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法。 - 前記プラズマは、高周波電力が供給された電極部材と、接地された電極部材若しくは前記高周波電力とは異なる周波数の高周波電力が供給された電極部材との間に設けた空隙において発生させたプラズマであり、
前記空隙を通過することによってプラズマ化した前記原料ガスが前記ボトルの外表面に吹付けられることを特徴とする請求項16又は17に記載のガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法。 - 前記プラズマは、高周波電力が供給された電極部材と、接地された電極部材若しくは前記高周波電力とは異なる周波数の高周波電力が供給された電極部材との間に設けた空隙において発生させたプラズマであり、
前記電極部材に誘引されるプラズマ化した前記原料ガスが、該電極部材に設けた細長状のガス吹出口を通過して、前記ボトルの外表面に吹付けられることを特徴とする請求項16又は17に記載のガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法。 - 前記プラズマは、電解液が入れられた前記ボトルの外表面と電極部材との間に空隙を設けて前記電極部材と前記電解液のいずれか一方に高周波電力を供給し且つ他方を接地するか或いは他方に前記高周波電力とは異なる周波数の高周波電力を供給することにより、前記空隙において発生させたプラズマであり、
前記空隙を通過することによってプラズマ化した前記原料ガスが前記ボトルの外表面に吹付けられることを特徴とする請求項16又は17に記載のガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法。 - 大気圧プラズマ法を用いて、プラスチック製のボトルの外表面の全面にガスバリア性薄膜を成膜するガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法において、
前記ボトルに電解液を入れる工程と、
前記ボトルの側面に空隙を設けて、該側面を囲んだ状態で側電極を配置する工程と、
前記ボトルの底面に空隙を設けて、該底面を覆う如く底電極を配置する工程と、
前記側電極及び前記底電極、又は、前記電解液のいずれか一方に高周波電力を供給し且つ他方を接地するか或いは他方に前記高周波電力とは異なる周波数の高周波電力を供給することにより、ガスバリア性薄膜の原料ガスのプラズマを前記空隙において発生させる工程と、
前記空隙を通過することによってプラズマ化した前記原料ガスを前記ボトルの底面の全面に至近距離から吹付けてガスバリア性薄膜を成膜する工程と、
前記側電極を前記ボトルの高さ方向に沿って相対的に上下移動させながら、前記空隙を通過することによってプラズマ化した前記原料ガスを前記ボトルの側面の全面にわたって至近距離から吹付けてガスバリア性薄膜を成膜する工程と、
を少なくとも有することを特徴とするガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法。 - プラズマ化した前記原料ガスが通過する前記空隙の長さを6cm以下としたことを特徴とする請求項18、19、20又は21に記載のガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法。
- 前記空隙の間隔を2mm以下としたことを特徴とする請求項18、19、20、21又は22に記載のガスバリア性薄膜コーティングプラスチックボトルの製造方法。
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