JP4544552B2

JP4544552B2 - バリア性フィルムの製造方法及びバリア性フィルムの基材

Info

Publication number: JP4544552B2
Application number: JP32169699A
Authority: JP
Inventors: 公二市村; 寿坂元
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2019-11-11
Also published as: JP2001140079A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック基材にプラズマＣＶＤ法（化学気相成膜法）を利用してバリア層を形成したバリア性フィルムの製造方法及び装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品の包材等に使用されるバリア性フィルムとして、ポリエステル系樹脂フィルムやポリアミド系樹脂フィルム等のプラスチック基材の表面にプラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition）法を利用して珪素酸化物等で構成されるバリア層を形成したものがある。
【０００３】
この種のバリア性フィルムを製造する方法としては、真空チャンバ内に設けられたドラムに基材を巻き掛け、そのドラムを回転させて基材を走行させるとともに、ドラムの外周付近に原料ガスを供給しつつドラムを一方の電極としてドラムの外周付近にプラズマ放電を生じさせ、それにより走行中の基材の表面にバリア層を連続的に成膜する方法が知られている（例えば特開平８−１４２２５２号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した製造方法によれば成膜を連続的に行えるため、効率よく低コストでバリア性フィルムを製造できる。しかしながら、製造途中でフィルムに皺が発生してプラズマが不安定になる等、フィルムの品質に影響を与える現象が生じることがあった。
【０００５】
本発明は、基材を走行させつつプラズマＣＶＤを利用してバリア層を形成する場合の品質の安定性を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、発明者は種々の検討を重ね、その結果、次の知見を得るに至った。ドラムと基材とを密着させながらその基材の表面にプラズマＣＶＤで成膜を行うと、プラズマ発生領域の熱により基材が加熱されて水蒸気等のガスが基材から放出される。基材とドラムとは密着しているため、基材のドラムに対する密着面側からガスが放出されると、そのガスにより基材が膨らんでドラムから浮き上がり、その結果として基材に皺が生じて成膜の品質が劣化する。プラズマによる基材の加熱を抑えるためにドラムは常温以下に冷却されるが、基材がドラムから浮き上がるとドラムによる冷却効果も損なわれ、この点でもフィルムの品質が損なわれる。
【０００７】
そこで、発明者は基材から放出されるガスによるフィルムの浮き上がりを抑える手段を種々検討し、その結果として本発明を完成するに至ったものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、ドラム（１６）にフィルム状の基材（１）を巻き掛けて該基材を走行させ、その走行中の前記基材の表面（１ａ）にプラズマＣＶＤ法を利用してバリア層（２）を成膜するバリア性フィルムの製造方法において、前記基材と前記ドラムとが対向する部分に前記基材から放出されるガスの逃げ場を設けた状態で成膜を行うことにより、上述した課題を解決する。
【０００９】
この製造方法によれば、基材から放出されたガスの逃げ場が確保されているので、基材がドラムから浮き上がって成膜等の品質が高く維持される。なお、前記逃げ場は前記ドラムの表面に設けてもよい。前記逃げ場として、前記基材の前記ドラムに対する接触面を成膜に先立って凹凸形状に加工してもよい。
【００１０】
また、本発明は、ドラム（１６）にフィルム状の基材（１）を巻き掛けて該基材を走行させ、その走行中の前記基材の表面にプラズマＣＶＤ法を利用してバリア層（２）を成膜するバリア性フィルムの製造装置において、前記基材と前記ドラムとが対向する部分に前記基材から放出されるガスの逃げ場が設けられていることを特徴とするバリア性フィルムの製造装置としても構成できる。
【００１１】
この製造装置によれば、上記の製造方法と同様の理由により、基材がドラムから浮き上がって成膜等の品質が高く維持される。
【００１２】
本発明の製造装置においては、前記ドラムの表面に線材（３０）を巻き付けて前記逃げ場を設けることができる。空隙を有するシート材（３１）を前記ドラムの表面に巻き付けて前記逃げ場を設けてもよい。シート材（３１）は紙又は不織布にて構成できる。また、シート材は導電性を有していてもよい。さらに、前記ドラムの表面に凹凸加工を施して前記逃げ場を設けてもよい。前記基材の前記ドラムに対する接触面を成膜に先立って凹凸形状に加工して前記逃げ場を設けてもよい。
【００１３】
さらに本発明は、片面（１ａ）にプラズマＣＶＤ法を利用してバリア層（２）が形成されるバリア性フィルムの基材（１）であって、前記バリア層の形成される面に対する反対側の面（１ｂ）に凹凸加工が施されていることを特徴とするバリア性フィルムの基材としても構成できる。
【００１４】
この基材をドラムに巻き掛けて成膜を行えば、基材から放出されるガスが凹凸加工された表面の凹部に逃げるため、基材のフィルムからの浮き上がりが防止されて成膜等の品質が高く維持される。
【００１５】
さらに本発明に係るバリア性フィルムは、片面（１ａ）にプラズマＣＶＤ法を利用してバリア層（２）が形成されたバリア性フィルム（Ａ）であって、前記バリア層が形成された面に対する反対側の面に凹凸加工が施されていることを特徴とする。このフィルムは、上述した理由により製造途中に基材がドラムから浮き上がることがないためにバリア層が高品質に成膜され、信頼性の高いバリア効果を発揮する。
【００１６】
なお、以上においては各請求項の発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明が対象とするバリア性フィルムの一例を示している。バリア性フィルムＡは、プラスチック基材１の片面１ａにバリア層２を設けた構成を有している。このバリア性フィルムＡは図１（ａ）の状態のまま包材として使用されてもよいが、図１（ｂ）に示すように、バリア層２の表面にさらに樹脂層３が形成された積層材Ｂの状態で包材として使用されてもよい。
【００１８】
基材１には、例えばポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂等の各種の可撓性の樹脂フィルムを用いることができる。具体的には、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、セルロース、ポリアクリレート、ポリウレタン、セロハン、ポリエチレンテレフタレート、アイオノマー等の延伸又は未延伸の樹脂フィルムを挙げることができる。基材１の厚みは、バリア性フィルムの使用目的、製造時の安定性等から適宜設定することができるが、例えば、１０〜１００μｍ程度とすることができる。
【００１９】
バリア層２は例えば珪素酸化物を主体とする連続層として構成される。バリア層２を構成する珪素酸化物は、ＳｉＯx（Ｘ＝１〜２）の薄膜、好ましくは連続層であり、厚みは１０〜３０００Å、好ましくは６０〜４００Å程度である。特に、透明性の点から、珪素酸化物の連続層は、ＳｉＯx（Ｘ＝１．７〜２）である薄膜が好ましい。バリア層２には、珪素酸化物に加えて、炭素、水素、珪素および酸素のなかの１種類、あるいは２種類以上の元素からなる化合物が少なくとも１種類含有されてもよい。例えば、Ｃ−Ｈ結合を有する化合物、Ｓｉ−Ｈ結合を有する化合物、または炭素単体がグラファイト状、ダイヤモンド状、フラーレン状になっている場合、さらに原料の有機珪素化合物やそれらの誘導体を含有する場合がある。具体例を挙げると、ＣＨ₃部位をもつハイドロカ−ボン、ＳｉＨ₃シリル、ＳｉＨ₂シリレン等のハイドロシリカ、ＳｉＨ₂ＯＨシラノールなどの水酸基誘導体などを挙げることができる。上記以外でも、蒸着過程の条件を変化させることによりバリア層に含有される化合物の種類、量等を変化させることができる。
【００２０】
樹脂層３はフィルムＡの使用目的に応じて種々選択できるが、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エチレン／ビニルアルコール共重合体、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂等の樹脂層とすることができる。樹脂層３は単層であってもよいが、２種以上の樹脂からなる多層構造であってもよい。このような樹脂層３の厚みは、例えば、１０〜１０００μｍ程度とすることができる。
【００２１】
図２はバリア性フィルムＡを製造するためのプラズマＣＶＤ装置の一例を示している。このプラズマＣＶＤ装置１１においては、チャンバ１２内に配置された巻き出しロール１３に基材１が巻き付けられる。ロール１３から引き出された基材１は補助ロール１４Ａ，１５Ａを経てドラム１６に巻き掛けられ、さらに補助ロール１５Ｂ，１４Ｂを経て巻き取りロール１７に巻き取られる。ドラム１６及び巻き取りロール１７は不図示の駆動装置により図中の矢印方向に回転駆動され、それにより基材１が巻き出しロール１３からドラム１６を経て巻き取りロール１７へと所定の速度（例えば１００ｍ／min.）で搬送される。
【００２２】
ドラム１６は電源１８と接続され、チャンバ１２はアースされている。また、ドラム１６は不図示の冷却装置により常温以下（例えば−１０〜０°Ｃ）に冷却される。ドラム１６の冷却温度は、成膜中の基材１の温度がそのガラス転移温度以上に上昇しないように設定される。ドラム１６の表面は例えばクロムメッキにより平滑に形成されている。
【００２３】
チャンバ１２は真空ポンプ１９と接続される。成膜時、真空ポンプ１９によりチャンバ１２の内部は所定の圧力まで減圧される。圧力はプラズマが発生できる範囲に設定され、一般には１．３３３２２〜１３．３３２２Ｐａ（１０〜１００mmtorr）の範囲、好ましくは６．６６６１Ｐａ（５０mmtorr）に設定される。
【００２４】
チャンバ１２の外部にはガス供給装置２０Ａ，２０Ｂ及び原料揮発供給装置２１が設けられ、各装置２０Ａ，２０Ｂからはそれぞれ酸素ガス及び不活性ガス（例えばアルゴンガスやヘリウムガス）が供給され、原料揮発供給装置２１からはバリア層２の原料となる有機珪素酸化物を揮発させて生成された成膜用モノマーガスが供給される。これらのガスが所定の比率で混合されて成膜用混合ガスが構成され、その混合ガスがノズル２２からドラム１６の外周近傍に供給される。ドラム１６の外側にはプラズマの発生を促進するための磁石２３が設置され、ノズル２２はその磁石２３とドラム１６とに挟まれたプラズマ発生領域Ｐに開口する。
【００２５】
このような装置１１によれば、チャンバ１２を真空ポンプ１９により所定圧まで減圧した状態で、基材１を巻き出しロール１３から巻き取りロール１７に向かって走行させつつノズル２２から混合ガスを供給すると、ドラム１６とノズル２２との間の電位差によってプラズマ発生領域Ｐにプラズマが発生し、基材１がプラズマ発生領域Ｐを通過する際にその表面にバリア層２が形成される。
【００２６】
以上のような装置１１においては、プラズマ発生領域Ｐに生じる熱で基材１が加熱され、基材１とドラム１６との間にガスが放出されることがある。例えば基材１としてポリアミド系樹脂フィルムを使用した場合、そのフィルムは、２〜３％、多いときで４％程度の水分を含んでおり、これが加熱されると基材１とドラム１６との間に水蒸気が放出される。この水蒸気を適切に処理しないと、ドラム１６から基材１が浮き上がり、基材１に皺が生じたり、プラズマが不安定となる等の現象が生じて成膜後のフィルムの品質に影響が及ぶことがある。
【００２７】
この基材１の浮き上がりは、例えば図３〜図８に示す実施形態により効果的に抑えることができる。
【００２８】
図３は、ドラム１６の表面にワイヤー３０を巻き付けた実施形態を示している。このワイヤー３０の上から基材１を巻き掛けて成膜を行えば、ドラム１６の表面と基材１との間に隙間が生じて基材１から放出されたガスがその隙間に逃げることができる。従って、基材１はワイヤー３０から浮き上がらず、成膜の品質が安定する。なお、図３ではワイヤー３０を誇張して描いているが、その線径はドラム１６の直径に対して遥かに小さくてよい。好適には線径を０．１〜１．０ｍｍの範囲に、さらに好ましくは０．２〜０．５ｍｍの範囲に設定するとよい。また、ワイヤー３０のピッチＰＴはワイヤー３０の径と等しく設定する、言い換えればドラム１６にワイヤー３０を隙間なく巻き付けることが望ましいが、最大でピッチＰＴを１ｍｍ程度に設定してもよい。ワイヤー３０に代え、樹脂糸等の各種の線材を用いてよい。上記のＣＶＤ装置１１ではドラム１６を電極としてプラズマを発生させているため、線材は導電性を有するものが望ましい。
【００２９】
図４はドラム１６の表面をシート材３１にて覆った実施形態を示している。シート材３１は例えば紙や不織布にて構成される。これらの素材は繊維質であり、基材１から放出される水蒸気等のガスを逃がすに十分な空隙をその表面及び内部に有している。従って、シート材３１の上から基材１を巻き掛けて成膜を行えば、基材１から放出されたガスがそのシート材３１内に逃げ、基材１がシート材３１から浮き上がらず、成膜の品質が安定する。シート材３１に使用する紙としては坪量が１００〜４００ｇ／ｍ²の白板紙、特に導電性を有する白板紙が好ましく、不織布としては乾式不織布、特に導電性を有する不織布が好ましい。不織布に代え、折られた布地を使用してもよい。なお、上記のＣＶＤ装置１１ではドラム１６を電極としてプラズマを発生させているため、シート材３１には導電性を付与することが好ましい。
【００３０】
図３及び図４の実施形態ではドラム１６の表面に別の部材を追加してガスの逃げ場を確保したが、図５に示すようにドラム１６の表面に凹凸部１６ａを直接加工してもよい。凹凸部１６ａは、図６に示すように複数の凹所１６ｂをドラム１６の表面に繰り返し設けたものでもよいし、ドラム１６の軸方向又は周方向に複数の溝を形成したものでもよい。凹所１６ｂは、図７（ａ）〜（ｇ）に示すように種々の形状や配置にて設けることができる。なお、図６の場合、凹所１６ｂの幅Ｗ１は０．１〜１ｍｍ、間隔Ｗ２は０．１〜１ｍｍ、深さＤＰは０．０１〜０．５ｍｍの範囲が好適に用いられる。凹凸部１６ａは例えばドラム１６の表面にショットブラスト加工を施して形成してもよい。
【００３１】
基材１から放出されるガスの逃げ場はドラム１６に限らず基材１にも設けることができる。例えば図８に示すように、基材１のドラム１６に対する接触面（非成膜面）１ｂに対してエンボス加工やマット加工等の凹凸加工を施すことにより、基材１から放出されるガスを基材１自身の表面の隙間に逃がすことができる。
【００３２】
本発明は上述した実施形態に限定されず、種々の形態にて実施できる。ドラムは円筒状のものに限らず、フィルムが押し付けられた状態で一定方向に動作してフィルムを搬送するものであればドラムの概念に含まれる。
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、基材をドラムに巻き掛けて搬送しつつプラズマＣＶＤ法により連続的にバリア層を形成する場合において、基材からドラム側へ放出されるガスを適切に逃がしてドラムからの基材の浮き上がりを防止できる。従って、高品質のバリア層を連続的にかつ安定して形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるバリア性フィルム及びそれを利用した包材の一例を示す図。
【図２】図１の基材にバリア層を形成するためのプラズマＣＶＤ製造装置の構成を示す図。
【図３】ドラムに線材を巻き付ける実施形態を示す図。
【図４】ドラムにシート材を巻き付ける実施形態を示す図。
【図５】ドラムの表面に凹凸加工を施す実施形態を示す図。
【図６】図５のドラムの表面を拡大して示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図７】図６の凹所の構成や配置を変更した例を示す図。
【図８】バリア性フィルムの基材に予め凹凸加工を施す実施形態を示す図。
【符号の説明】
１基材
１ａバリア層が形成される面
１ｂバリア層が形成される面に対する反対側の面
２バリア層
１６ドラム
１６ａ凹凸部
１６ｂ凹所
３０ワイヤー（線材）
３１シート材

Claims

ドラムにフィルム状の基材を巻き掛けて該基材を走行させ、その走行中の前記基材の表面にプラズマＣＶＤ法を利用してバリア層を成膜するバリア性フィルムの製造方法において、
前記基材の前記ドラムに対する接触面を成膜に先立って凹凸形状に加工し、前記基材から放出されるガスの逃げ場を設けた状態で成膜を行うことを特徴とするバリア性フィルムの製造方法。
ドラムにフィルム状の基材を巻き掛けて該基材を走行させ、その走行中の前記基材の表面にプラズマＣＶＤ法を利用してバリア層を成膜するバリア性フィルムの製造に用いられるバリア性フィルムの基材であって、
前記基材の前記ドラムに対する接触面が凹凸形状に加工が施されていることを特徴とするバリア性フィルムの基材。