JP2000510910A - 容器の内面を処理する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 被処理容器（１）の内面に、プラズマ処理が施され、例えば、清浄化され、活性化され、殺菌され又はコーティングされる。この場合、プラズマは内部部材（３）と被処理容器（１）との間の狭い空間に閉じ込められ、内部部材（３）は、被処理容器（１）の内部の形状に対応させられ、中空であり、プロセスに応じて、非導電材料又はマイクロ波を透過させない有孔質状態又は多孔質状態の壁を有する。内部部材（３）はガス／蒸気混合物の供給源に接続され、前記ガス／蒸気混合物は、内部部材（３）の壁を通して内部部材（３）と被処理容器（１）の内面との間の空間に押し込まれる。壁を介してガス／蒸気混合物を押し込むときに十分な圧力降下が生じ、内部部材（３）内の圧力（ｐ₂）がプラズマを励起するには高過ぎ、内部部材（３）外の圧力（ｐ₁）がプラズマを励起するには十分に低くなるように、内部部材（３）の有孔質状態又は多孔質状態が設計される。狭い開口を備えた被処理容器（１）に適用することができるように、内部部材（３）は、好ましくは、弾性を有し、かつ、膨張可能な材料から成り、圧力差によって膨張するように設計される。

Description

【発明の詳細な説明】 容器の内面を処理する方法及び装置 本発明は、包装容器産業の分野におけるものであり、第１の独立請求項の包括 部分に対応する方法及び該方法を実施するための装置に関する。前記方法及び装 置は、容器、特に、瓶（びん）のように狭い開口を有し、各種の材料、例えば、 プラスチック又は厚紙のように感熱性を有する材料から成る容器の内面にプラズ マ処理を施すためのものである。 従来、包装容器、又は包装容器の材料の表面に、主として、保護層又は他の特 定の機能を備えた層を積層するため、及び表面を清浄化したり、活性化したり、 殺菌したりするためにプラズマ処理が施される。多くの場合、該プラズマ処理に は、プラズマ化学蒸着法又はプラズマ重合法が適用されるが、スパッタリング又 はその他の公知のプロセスを適用することもできる。 プラズマは、プラズマ処理が施される表面、すなわち、被処理面の領域におい て、適切な減圧状態、及び高周波（例えば、４０〔ＭＨｚ〕）の交番電場又は電 磁波場（例えば、マイクロ波の場）を形成することによって励起される。そして 、プラズマ化学蒸着法においては、ガス及び蒸気のうちの少なくとも一方の最適 な混合物（以下「ガス及び／又は蒸気混合物」という。）がプラズマを通して流 されることによって、被処理面上に化学反応を誘引する化学的に活性な粒子が形 成される。 経験によると、プラズマ処理によって得られる表面の質は、プラズマの領域又 は被処理面の領域における交番電場又は電磁波場の一様性、ガス及び／又は蒸気 混合物の集中度合の一様性等に依存する。そして、プラズマ処理の種類及び設定 の仕方によっては、プラズマを維持するために多量のエネルギーが必要になるの で、プラズマ処理を施そうとする容器、すなわち、被処理容器に大きい熱負荷が 加わることになる。したがって、被処理容器を感熱性の低い容器に限るか、被処 理容器を冷却する必要が生じる。 平坦（たん）な基材にプラズマ処理を施す場合、公知の方法で被処理面の品質 を良好にすることができるが、被処理面が平坦でない場合には問題が生じる。 ＤＥ−３６３２７４８、ＤＥ−３９０８４１８、ＷＯ−９５／２１９４８及び ＷＯ−９３／２４２４３の各公報には、例えば、瓶のような容器の内面に施され るプラズマ処理が記載されている。 ＤＥ−３６３２７４８はプラスチック製の容器のコーティングのためのプロセ スに関するものである。この場合、真空室内に容器が置かれ、ガス及び／又は蒸 気混合物の供給源に接続されたガス及び／又は蒸気混合物供給管の開放端が容器 内に置かれる。また、前記ガス及び／又は蒸気混合物供給管は、真空室の壁に対 して絶縁される。そして、前記真空室の真空引きが行われるとともに、真空室の 壁はマイクロ波発生装置に連結される。この場合、励起されたプラズマが真空室 内に充満するので、容器の内面だけでなく、ガス及び／又は蒸気混合物供給管、 容器の外面及び真空室の壁にプラズマ処理が施されることになり、多量のエネル ギーが消費されてしまう。そこで、被処理容器が真空引きに対して十分な機械的 強度を有している場合には、真空室の真空引きを行う必要はなく、被処理容器の 真空引きを行うだけでよい。その場合、プラズマは被処理容器内に閉じ込められ るので、エネルギーの消費量は少なくなり、被処理容器内、並びにガス及び／又 は蒸気混合物供給管にだけプラズマ処理が施されることになる。また、被処理容 器が置かれる室を気密にする必要がなくなる。 そして、ＤＥ−３９０８４１８には同様のプロセスが記載されている。該プロ セスにおいて、金属材料から成るガス及び／又は蒸気混合物供給管は、被処理容 器内に必要なガス及び／又は蒸気混合物を供給するために使用されるとともに、 高周波発生器に連結された二つの電極のうちの一つとして、又はマイクロ波放出 器として使用される。ＤＥ−３６３２７４８に記載されたプロセスの場合と同様 に、被処理容器が真空引きに対して十分な機械的強度を有していない場合、及び 被処理容器が、金属製であって、電極として使用されたり、マイクロ波を透過さ せなかったりする場合、プラズマは被処理容器内外で励起され、また、沈積プロ セスにおいて、沈積が容器の内面だけでなく容器の外面及び真空室の壁にも発生 してしまう。 ＷＯ−９５／２１９４８には、瓶のような容器の内面のコーティングのための 同様のプロセスが記載されている。この場合、容器内に蒸気発生器が配設され、 該蒸気発生器は、ガス及び／又は蒸気混合物供給管並びに電極として使用される 。そして、プラズマ処理を良好に行うために、蒸気発生器は容器の軸に沿って移 動させられ、容器はプラズマ処理が行われている間回転させられる。 ＷＯ−９３／２４２４３には、容器の内面のプラズマ処理のプロセスが記載さ れており、該プロセスにおいては、プラズマが別の室において励起され、酸化ガ ス混合物がプラズマ室に流される。このとき、活性核種が生成されて被処理容器 内に急激に流入し、前記活性核種が他の反応物質と混合し、交番電場内において 、被処理容器の内面にコーティングを施す。ここで、被処理容器内において反応 混合物を均等に分配するために、活性核種及び他の反応物質の吸入管を特定した り、被処理容器を回転させたり、被処理容器を活性核種及び／又は他の反応物質 の吸入管に対して移動させたりする。この方法においては、プラズマの容積と被 処理容器又はプラズマ室の容積とは直接的に相関しないので、プラズマの容積を 必要最小限にまで小さくすることができる。一方、電場は、瓶の領域において維 持されなければならない。 本発明の目的は、容器、特に、狭い開口を有し、感熱性を有する材料から成る 容器の内面にプラズマ処理を施すための方法及び装置を提供することを目的とす る。本発明の方法及び装置は、プラズマ処理が行われている間のエネルギーの消 費量を少なくし、被処理容器に加わる熱負荷を小さくするためのものである。そ して、本発明の方法は、公知の方法と比べて、ガス及び／又は蒸気混合物を均等 に分配するのを容易にするためのものである。また、本発明の装置は、単純な構 成で、バッチ的操作、すなわち、一つの装置において複数の被処理容器に同時に プラズマ処理を施すためのものである。さらに、本発明の装置は、異なった形状 及びサイズの被処理容器に対してプラズマ処理を容易に施すためのものである。 これらの目的は請求の範囲において定義された方法及び装置によって達成され る。 本発明の方法によれば、被処理容器内に配設された一つの電極と前記被処理容 器外に配設された他の一つの電極との間に高周波電場を形成することによって、 又は、被処理容器内にマイクロ波放出器を配設することによって、被処理容器内 にプラズマが維持される。該プラズマは、被処理容器内の全体を満たすのではな く、被処理容器の内面と被処理容器内に配設された内部部材との間に閉じ込めら れる。該内部部材は、被処理容器の壁に沿って、かつ、被処理容器の内面の全領 域にわたって薄い層を残して、被処理容器内を満たすような形状を有する。前記 薄い層は、５〜１５〔ｍｍ〕、好ましくは約１０〔ｍｍ〕の、できる限り一定な 幅を有する。そして、前記室内に被処理容器が置かれる。 この場合、発生させられる圧力は次のとおりである。すなわち、内部部材内の 圧力は、プラズマを励起するには高過ぎる値に、内部部材と被処理容器の壁との 間の圧力は、プラズマを励起するのに適した程度に低い値に、被処理容器の外側 の圧力は、被処理容器の機械的強度によるが、好ましくは、プラズマを励起する には高過ぎる値か又は低過ぎる値にされる。 内部部材は、プラズマを被処理容器の内面に沿った薄い層の中に閉じ込めるた めに配設されるとともに、プラズマ処理に必要なガス及び／又は蒸気混合物を供 給する供給装置として配設される。そのために、内部部材は、中空で、かつ、有 孔質状態又は多孔質状態にされ、ガス及び／又は蒸気混合物は、内部部材の壁の 穴又は内部部材の気孔を通る間に所定の値だけ圧力が低くなる。また、狭い開口 又は口を備えた被処理容器にプラズマ処理を施すことができるように、内部部材 は、被処理容器の開口を通して中に挿入することができるような細い形状から、 被処理容器の内部形状に対応する作業時の形状にまで膨張させられる。そして、 内部部材を作業時の形状に維持するために、内部部材内に供給されるガス及び／ 又は蒸気混合物の圧力が調整される。なお、内部部材は、内部に圧力を加えなく ても作業時の形状が維持され、内部の圧力を低くすることによって細い形状にな るものでもよい。 内部部材の有孔質状態又は多孔質状態は、内部部材の内側から外側に十分な量 のガス及び／又は蒸気混合物を流したときに、十分に大きい圧力差が形成され、 内部部材内においてプラズマが励起されず、内部部材外においてプラズマが励起 されるように設計される。 また、内部部材の全体は、使用されるマイクロ波、他の電磁波、又は電場に対 して透過性を有する材料によって形成される。なお、電極又は波放出器（例えば 、マイクロ波放出器）は内部部材内に配設される。 プラズマ中におけるガス及び／又は蒸気混合物の集中状態をできる限り均一に するために、内部部材の壁の有孔質状態又は多孔質状態において、内部部材の表 面に規則的なパターンが形成される。例えば、被処理容器の形状が複雑であるた めに、異なる幅のプラズマ領域が形成される場合、前記パターンは、一層広い（ 内部部材と被処理容器の壁との距離が一層長い）プラズマ領域において、一層多 くの又は大きい、孔（あな）又は気孔が形成され、一層多くのガス及び／又は蒸 気混合物が内部部材の壁を通過するように設計される。 本発明の方法を、例えば、プラスチック製の瓶の内面に無機物、例えば、Ｓｉ Ｏ_x又はＡｌＯ_xの保護層を沈積させるために適用すると、第１に、被処理容器の 内面の状態を全体にわたって一様にすることができ、第２に、エネルギーの消費 量を少なくすることができるので、熱又は放電によってコーティング層又は被処 理容器が損傷するのを防止することができる。 本発明の方法及び装置は、以下の図面に基づいて詳細に説明される。 第１図は本発明の方法及び装置の原理を示す図である。 第２図及び第３図は、特定の応用のための内部部材の二つの具体例をより詳細に 示す図である。 第１図には、本発明の装置の一つの具体的な実施の形態に基づく本発明の方法 の原理が示される。被処理容器１は、該被処理容器１をセットするために開閉自 在（開放された状態は図示されない。）にされた室２内に配設される。該室２は 、図示されない真空ポンプに接続されて真空引きが行われ、室２内の圧力が制御 される。また、前記被処理容器１の口は室２に対して閉じられ、被処理容器１は 、図示されない真空ポンプに接続されて真空引きが行われ、被処理容器１内の圧 力が制御される。そして、内部部材３は、作業時の膨張させられた状態（３）、 及び被処理容器１の口を介して被処理容器１内に挿入するために収縮させられた 細い状態（３’）を採る。また、内部部材３の口は被処理容器１の口を介して装 置６に接続され、該装置６によって、ガス及び／又は蒸気混合物の供給容器６’ 、又は同様の供給源からのガス及び／又は蒸気混合物の流量が調整される。また 、前記内部部材３内には電極又は放出器４が配設され、該電極又は放出器４は、 内部部材３の口を介して高周波電圧源５又はマイクロ波発生器に接続される。 室２は、例えば、支持部分及びカバー部分の二つの部分から成り、前記支持部 分には被処理容器１内に真空を形成するための真空接続部、内部部材３、該内部 部材３にガス及び／又は蒸気混合物を供給するための接続部、並びに電極又は放 出器４が取り付けられ、前記カバー部分は前記支持部分上に緊密に配設される。 なお、複数の被処理容器１に同時にプラズマ処理を施すことができるように、前 記室２を変形することができる。その場合、電極又は放出器４を備えた複数の内 部部材が、互いに十分に距離を置いて配設される。 本発明の方法は次のように実施される。すなわち、まず、内部部材３へのガス 及び／又は蒸気混合物の供給が停止され、内部部材３内の加圧状態が解除される ことによって、又は積極的に加圧状態を解除することによって、内部部材３が収 縮させられる。次に、室２が開放され、被処理容器１が内部部材３上にセットさ れ、被処理容器１の口が対応する真空接続部に固定される。そして、室２が閉鎖 され、室２内及び被処理容器１内の真空引きが同時に行われる。続いて、ガス及 び／又は蒸気混合物の供給が開始され、電源スイッチがオンにされることによっ て、内部部材３が膨張させられ、プラズマが交番電場又は電磁波場において励起 される。このような条件のもとで、ガス及び／又は蒸気混合物は、内部部材３か らプラズマ領域を通って被処理容器１の排気部（真空接続部）に流れ、かつ、流 量が制御される。その結果、被処理容器１に、設定された時間だけプラズマ処理 が施される。そして、電源スイッチがオフにされ、システムが停止させられて、 室２が開放され、被処理容器１が取り外される。 異なる形状の被処理容器１にプラズマ処理を施そうとする場合、この装置にお いて、内部部材、及び必要に応じて被処理容器１の口に接続される真空接続部だ けが交換される。 例えば、内部部材３と被処理容器１の壁との間のプラズマ領域における圧力ｐ₁ は１０^-3〜１０^-2〔ｍｂａｒ〕にされ、中空の内部部材３内の圧力ｐ₂は１０〜 １００〔ｍｂａｒ〕にされ、室２内の圧力ｐ₃は１０^-3〔ｍｂａｒ〕より低いか 、又は１００〔ｍｂａｒ〕より高くされる。 前記被処理容器１が十分な機械的強度を有している場合、圧力ｐ₃を大気圧と 等しくして室３を大気に開放するか、又は、マイクロ波を使用するときで被処理 容器１がマイクロ波を透過しない材料で形成されているときは、室３を除去する こともできる。 前述されたように、本発明の方法及び装置は、被処理容器１の内面をコーティ ングしたり活性化したり殺菌したりするための各種のプラズマ処理に適用するこ とができる。すなわち、プラスチック材料、例えば、ポリエチレンテトラフタレ ート、ＰＥＮ、ポリエチレン、ポリアミド、ポリプロピレン等から成る被処理容 器１を酸化シリコンによってコーティングすることができる。このコーティング は、有機シリコン化合物（例えば、ヘキサメチルジシロキサン、1,1,3,3-テトラ メチルシロキサン、メチルジメトキシシラン、ビニルトリメチルシラン又はビニ ルトリメトキシシラン）、酸素、及びヘリウム、アルゴン等の不活性ガスから成 るガス及び／又は蒸気混合物を使用するプラズマ蒸着法として行われる。 同様のプロセスにおいては、プラスチック材料だけでなく、例えば、厚紙、紙 、金属、セラミック又はガラスによって形成された被処理容器に、他の無機化合 物又は有機化合物が沈積される。これらすべてのプロセスは、本発明の方法に従 った被処理容器１の内面を処理するために適用される。 プラズマプロセスがコーティングプロセスである場合、内部部材３がコーティ ングされるのを防止することはできない。しかし、内部部材３が一連のコーティ ングサイクルの間で膨張し収縮する場合、内部部材３のコーティングは、コーテ ィングが臨界的な厚さになると、変形に伴って除去される。したがって、内部部 材３は自動的に自己浄化を行う。 第２図は特定の内部形状を有する被処理容器１にプラズマ処理を施すための内 部部材３の具体例を第１図よりも詳細に示す断面図である。内部部材３は、作業 時の膨張させられた状態（３）、及び被処理容器１の口１１を介して被処理容器 １内に挿入するために収縮させられた細い状態（３’）を採る。内部部材３は弾 性的に膨張可能な材料、例えば、高分子材料から成る。そして、内部部材３は、 例えば、わずかだけ伸長させようとする部分において厚くされ、大きく伸長させ ようとする部分において薄くされ、このように内部部材３の厚さを局部的に変更 することによって、圧力差が大きくなったときの内部部材３の形状が変化する。 内部部材３は、微細な穴のパターンを有する有孔質状態又は多孔質状態にされ、 内部部材３と被処理容器１の壁との距離が比較的長いプラズマ領域Ａにおいて、 孔又は気孔がより多く又は大きく形成される。 好ましくは、内部部材３の材料としては、少なくとも収縮させられた状態で、 内部部材３が自己支持することができるようなものが選択される。 第３図は、内面がコーティングされる被処理容器１内に配設された内部部材３ の他の具体例を示す断面図である。内部部材３は、多孔質材料、例えば、高分子 発泡体から成り、内部部材３の形状は被処理容器１の内部の形状に対応させられ る。そして、内部部材３を被処理容器１にセットするために、又は内部部材３を 被処理容器１から取り出すために、内部部材３に接続された供給管３０を通して 内部部材３の真空引きが行われる。この場合、真空引きの効果によって内部部材 ３内の気孔の寸法が小さくなる。したがって、内部部材３の全体の寸法が小さく なる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ 【要約の続き】 ように設計される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．開口を備えた被処理容器（１）内にプラズマを形成し、該プラズマ中に特定 のガス及び／又は蒸気混合物を流し、被処理容器（１）の内面にプラズマ処理を 施すことによって容器の内面を処理する方法において、被処理容器（１）の内部 の形状に対応する形状を備えた内部部材（３）内にガス及び／又は蒸気混合物を 供給し、有孔質状態又は多孔質状態にされた内部部材（３）の壁を通して、前記 ガス及び／又は蒸気混合物を内部部材（３）と被処理容器（１）の内面との間の 空間に押し込んで所定の圧力降下を生じさせ、かつ、前記空間の真空引きを行っ て、プラズマを励起するのに適した圧力（ｐ₁）を前記空間内に形成し、プラズ マを励起するには高過ぎる圧力（ｐ₂）を内部部材（３）内に形成して、前記空 間内にプラズマを閉じ込めることを特徴とする容器の内面を処理する方法。 ２．内部部材（３）と被処理容器（１）の内面との間の空間が５〜１５〔ｍｍ〕 の幅にされる請求項１に記載の容器の内面を処理する方法。 ３．内部部材（３）は、膨張可能にされ、収縮した状態で被処理容器（１）の開 口（１１）内に挿入され、ガス及び／又は蒸気混合物が供給されて膨張して作業 時の形状になる請求項１又は２に記載の容器の内面を処理する方法。 ４．内部部材（３）は、内部の真空引きを行うことによって収縮可能にされる請 求項１又は２に記載の容器の内面を処理する方法。 ５．プラズマ処理が施される被処理容器（１）は室（２）内に配設され、被処理 容器（１）内の真空引きを行うのと同時に室（２）内の真空引きが行われる請求 項１〜４のいずれか１項に記載の容器の内面を処理する方法。 ６．プラズマは、内部部材（３）内に配設されたマイクロ波の放出器によって補 助されて励起される請求項１〜５のいずれか１項に記載の容器の内面を処理する 方法。 ７．プラズマは、内部部材（３）内に配設された電極、及び被処理容器（１）外 に配設された電極によって補助されて励起され、一方の電極は交流電圧源に接続 され、他方の電極はアースに接続される請求項１〜５のいずれか１項に記載の容 器の内面を処理する方法。 ８．被処理容器（１）はプラスチック又は厚紙によって形成され、プラズマ処理 は酸化シリコン又は酸化アルミニウムによるプラズマ化学蒸着法によって行われ る請求項１〜７のいずれか１項に記載の容器の内面を処理する方法。 ９．少なくともプラズマ処理を施そうとする被処理容器（１）内に交番電場又は 電磁波場を形成する手段（４、５）と、前記被処理容器（１）内にガス及び／又 は蒸気混合物を制御して供給する手段（６、６’）と、被処理容器（１）内の真 空引きを行う手段とを有するとともに、前記被処理容器（１）内にガス及び／又 は蒸気混合物を供給する手段（６、６’）は内部部材（３）を備え、該内部部材 （３）は、中空で被処理容器（１）内の形状に対応する形状を備え、かつ、設定 された圧力降下を生じさせるために有孔質状態又は多孔質状態の壁を備え、被処 理容器（１）の開口内に挿入可能にされることを特徴とする容器の内面を処理す る装置。 １０．内部部材（３）と被処理容器（１）の内面との間の空間が５〜１５〔ｍｍ 〕の幅にされる請求項９に記載の容器の内面を処理する装置。 １１．内部部材（３）の壁は、弾性を有し、かつ、膨張可能な材料から成り、ガ ス及び／又は蒸気混合物の圧力によって膨張させられる請求項９又は１０に記載 の容器の内面を処理する装置。 １２．内部部材（３）は、内部の真空引きを行うことによって収縮可能にされる 請求項９又は１０に記載の容器の内面を処理する装置。 １３．被処理容器（１）をセットすることができ、かつ、内部の圧力を低くする ことができる室（２）を有する請求項９〜１１のいずれか１項に記載の容器の内 面を処理する装置。 １４．被処理容器（１）内に交番電場又は電磁波場を形成する手段（４、５）は 、内部部材（３）内にそれぞれ配設された電極又は放出器である請求項９〜１２ のいずれか１項に記載の容器の内面を処理する装置。 １５．放出器（４）はマイクロ波放出器である請求項１４に記載の容器の内面を 処理する装置。