CN100436642C - 用于制造包覆有dlc薄膜的塑料容器的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的设备，其特征在于，一个容器侧电极和一个嘴侧电极通过一个绝缘体相互面对，其中所述容器侧电极形成了一个用于收容塑料容器的减压腔室的一部分，所述嘴侧电极被设置在所述塑料容器的开口上方，而所述绝缘体也形成了所述减压腔室的一部分，在所述减压腔室中安装有一条由绝缘材料制成的源气体进入导管，用于对由一个用于供给等离子化源气体的源气体供给装置供送至所述减压腔室的源气体进行导引，以便在所述塑料容器的内壁表面上贴覆一层DLC薄膜，一个排气装置被安装在该设备上，用于将所述减压腔室内部的气体从所述塑料容器的开口上方排出；并且一个高频供给装置被连接在所述设备上，来向所述容器侧电极供给高频，由此，等离子体可以被稳定地产生并且可以持续不变地进行放电，与此同时，通过将所述嘴侧电极设置成与容器外部的容器侧电极相对，可以防止灰尘粘附到所述嘴侧电极上。

Description

用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的设备

技术领域

本发明涉及一种用于制造塑料容器的设备，所述塑料容器的内壁表面上包覆有一层类金刚石碳(DLC)薄膜。

背景技术

日本已公告专利申请JP(平)8-53117公开了一种用于制造包覆有碳薄膜的塑料容器的设备，其中所述塑料容器的内壁表面上包覆有一层碳薄膜。

如图8中所示，这种设备装配有一个中空的外部电极112，该外部电极112被制成收容一个容器并且包括一个空间，该空间的形状大致与所收容容器120的外部形状相似，一个绝缘构件111，其对所述外部电极进行绝缘并且当所述容器被收容在所述外部电极中的空间内时与该容器的嘴部发生接触，一个接地的内部电极116，其被从所述容器的嘴部120A插入到收容于所述外部电极中的空间内的容器内部，排气装置115，其与所述外部电极中的空间连通，来排出所述空间内部的空气，供给装置117，其将一种源气体供送至收容于所述外部电极中的空间内的容器内部，以及一个高频电源(RF电源)114，其被连接在所述外部电极上。这种设备利用一种等离子体CVD方法制取碳薄膜，所述等离子体CVD方法会在所述外部电极与内部电极之间产生出等离子体。

所述设备中的接地内部电极被从所述容器的嘴部插入到收容于所述外部电极中的空间内的容器内部。所述源气体穿过一条进气导管，该进气导管也用作一个内部电极，并且在所述容器内部靠近底部吹出之后，流向本体部分、肩部和口部，随后被排出至所述容器的外部，并且被排放至所述空间之外。以这种方式，通过向所述外部电极施加高频而在插入到所述容器内部的内部电极与设置在所述容器周围的外部电极之间产生电势差，由此通过对流过所述容器内部的源气体进行激发而产生出等离子体。

发明内容

在所述设备中，由于内部电极被插入到容器的内部，所以外部电极与内部电极之间的距离较短，并且等离子体在所述容器内部以稳定方式产生。但是，所述内部电极被完全插入到源气体型等离子体产生区域的内部，并且由于所述源气体发生分解而产生的灰尘会粘附到所述内部电极的外表面上。此外，由于与容器竖轴相关的水平横剖面的横剖面积在容器肩部突然变小，所以流过所述容器内部的源气体会在容器肩部处具有较高的气体压力和将高的等离子体密度。以这种方式，在等离子体密度高的容器肩部附近，会有非常多的灰尘量粘附在内部电极的外表面上。

因此，在所述设备中，尽管涂敷工艺的数目很少，但是灰尘会随着排出稳定的等离子体重复执行而聚积在内部电极上，并且由于所述内部电极的功能受到损害，等离子体的产生和放电会变得不稳定。当达到这种状态时，会变得无法制取DLC薄膜。因此，为了防止等离子体产生不足和不稳定放电现象的出现，往往在涂敷工艺之后执行固定次数的清洁工艺，这种清洁工艺是为了将粘附在所述内部电极上的灰尘去除所必需的。但是，在具有这样一种结构的所述设备中，即灰尘会粘附到内部电极上，所述清洁工艺必需频繁执行，并且这样会使得无法提高生产率。鉴于前述事实，为了获得稳定的等离子体放电现象，灰尘粘附问题无法与需要一种外部电极与内部电极之间距离很小的结构分割开，并且尚未提出同时解决这两种问题的技术。还有，当然，必需确保阻氧性能与利用具有所述内部电极的现有设备制成的包覆有DLC薄膜的塑料容器的阻氧性能相同。

本发明的目的在于产生稳定的等离子体并且执行连续放电操作，同时通过将一个嘴侧电极设置在容器的外部来面对着一个容器侧电极，防止了灰尘粘附到所述嘴侧电极上，无需一个被制成设置于所述容器内部的内部电极的电极。通过使得这些成为可能(by making thesecompatible)，能够减少所述清洁工艺，并且能够提高所述设备的设备运转率。

还有，本发明的目的在于提供一种嘴侧电极结构，其能够使得等离子体放电现象非常稳定。与此同时，一个目的在于使得薄膜成形在容器侧表面的圆周方向上更为均匀地分布。这样做的原因在于现有设备中的内部电极被设置成使得其中心轴线与容器的中心轴线成一直线，但是在这些轴线由于微小的机械加工误差而不成一直线的情况下，在所述容器侧表面的圆周方向上会出现等离子体密度的不均匀分布，并且在所述容器侧表面的圆周方向上会存在微小的薄膜不均匀现象(颜色不规则)。

还有，本发明提供了一种适用于嘴侧电极或者圆环端部或者管状端部的设置场所，以便使得等离子体的放电操作非常稳定。

还有，本发明的目的在于提供一种优化的源气体进入导管，其不会妨碍等离子体的产生和连续放电，并且即使位于等离子体区域的内部也不会受损。

本发明的目的在于通过将源气体进入导管设置成能够自由地插入一个深度和从该深度取出而均匀地制取DLC薄膜，其中在所述深度处进气导管从容器的本体部分到达底部，并且形成一个源气体流，该源气体流不会从所述源气体进入导管的吹出孔至排气口不会发生停滞，来将所述源气体散布到所述容器的整个内壁表面上方。

本发明的目的在于确保所述源气体均匀地散布在所述容器内部，并且通过设置源气体进入导管插入/取出装置，防止了灰尘粘附到所述源气体进入导管上。也就是说，由于成形了一个使得灰尘不会粘附到嘴侧电极上的结构，所以所述源气体进入导管插入/取出装置的引入使得无需执行源气体进入导管清洁工艺。

本发明的目的在于提供一种用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的设备，所述塑料容器为一种饮料容器。

为了防止等离子体的产生和放电连续性由于灰尘粘附到内部电极上而变得不稳定，本发明提出可以通过在容器外部设置一个嘴侧电极来解决前述问题，所述嘴侧电极面对着容器侧电极，无需设置位于所述容器内部的内部电极。也就是说，根据本发明用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的设备包括一个容器侧电极，其形成了一个用于收容一塑料容器的减压腔室的一部分，和一个嘴侧电极，其被设置在所述塑料容器的开口上方，其中所述容器侧电极和嘴侧电极被制成经由一个绝缘体相互面对，所述绝缘体也形成了所述减压腔室的一部分，还设置有源气体供给装置，用于供给一种能够被转化成等离子体的源气体，来使得所述塑料容器的内壁表面包覆一层类金刚石碳(DLC)薄膜，该源气体供给装置包括一个设置于所述减压腔室中的源气体进入导管，该源气体进入导管由一种绝缘材料制成，用于将供送至所述减压腔室的源气体导入所述塑料容器的内部；排气装置，用于将所述减压腔室内部的气体从所述塑料容器的开口上方排出；并且供给高频的高频供给装置被连接在所述容器侧电极上。

在本发明的用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的设备中，优选的是所述嘴侧电极装配有一个圆环部分，该圆环部分的孔内径大致等于所述塑料容器的开口直径，并且所述圆环部分的端部开口相对于所述塑料容器的开口同轴排列，并且被设置在所述塑料容器的开口附近。

在本发明的用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的设备中，优选的是所述嘴侧电极被制成具有一个管状部分，其从所述减压腔室的顶部下垂至一个位于所述塑料容器的开口上方的位置，由所述源气体供给装置供给的源气体被导入所述管状部分的内部，并且所述管状部分的端部被连接在所述源气体进入导管上。

在本发明的用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的设备中，优选的是本发明的嘴侧电极、本发明的圆环部分的端部或者本发明的管状部分的端部与一个由所述排气装置形成的气体流发生接触，所述气体流从一个靠近所述塑料容器的开口的位置延伸至所述减压腔室上的排气口。

在本发明的用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的设备中，优选的是所述源气体进入导管由一种足以耐受等离子体的绝缘性能和耐热性能的树脂材料制成，比如氟树脂或者类似材料，或者由一种具有绝缘性能的陶瓷材料制成，比如氧化铝或者类似材料。

在本发明的用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的设备中，优选的是所述源气体进入导管被设置成能够自由地插入一个深度位置和从该位置取出，其中在所述位置处，所述源气体进入导管通过所述塑料容器的开口从本体部分到达底部。

在本发明的用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的设备中，优选的是设置有源气体进入导管插入/取出装置，其在所述源气体被导入时将所述源气体进入导管置于一种插入所述塑料容器内部的状态，而在产生等离子体时将所述源气体进入导管置于一种从所述塑料容器中取出的状态。

在本发明的用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的设备中，优选的是所述塑料容器是一种饮料容器。

本发明能够提供一种制造设备，其以一种稳定方式执行等离子体放电操作，并且使得灰尘非常难以粘附到所述电极上。通过使得这种相反事实成为可能，可以减少清洁工艺，并且可以提供所述设备的设备运转率。当然，确保了阻氧性能与利用具有内部电极的现有设备制成的包覆有DLC薄膜的塑料容器的阻氧性能相同。本发明能够提供这样一种设备，其中等离子体的放电操作变得非常稳定，并且与此同时能够在所述容器侧表面的圆周方向上形成一个更为均匀的薄膜成形分布。尤其是，能够改善在颈部处在所述容器侧表面的圆周方向上的颜色不规则现象。本发明能够提供这样一种设备，其中可以以一种稳定方式产生等离子体和进行连续放电。本发明的源气体进入导管不会妨碍等离子体的产生和连续放电，并且即使在等离子体区域内部也不会受损。本发明能够使得源气体散布在所述容器的整个内壁表面上方，来形成一个均匀的DLC薄膜。本发明能够防止灰尘粘附到源气体进入导管上，同时确保了源气体在所述容器内部均匀散布，并且使得对源气体进入导管进行清洁的工艺不再必要。由于不存在粘附于内部电极上灰尘污垢，所以本发明尤其适用于饮料容器。

附图说明

图1是一个示意图，示出了本制造设备的一个实施例。

图2是这样一种情况的示意图，即在图1所示的设备中，在容器的外壁与容器侧电极的内壁之间存在一个间隙。

图3是一个示意图，示出了本制造设备的另外一个实施例。

图4是这样一种情况的示意图，即在图3所示的设备中，在容器的外壁与容器侧电极的内壁之间存在一个间隙。

图5是一个概念图，示出了在图3所示的设备中，气体从容器开口流向排气口。

图6是一个示意图，示出了图1所示设备中的源气体进入导管的另外一个实施例。

图7是一个示意图，示出了图3所示设备中的源气体进入导管的另外一个实施例。

图8示出了一种用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的现有设备的概念图。

图9是两张照片，示出了在嘴侧电极的管状部分(SUS拼接装置)上的灰尘粘附状态。

图10示出了多张照片，对以具体实施例1中所述条件在相同容器中重复15次进行薄膜成形操作情况下的包覆有DLC薄膜的塑料容器与以对比示例1中所述条件在相同容器中重复15次进行薄膜成形操作情况下的包覆有DLC薄膜的塑料容器进行对比。

图11示出了一个饮料容器上的各个部分的名称。

图12是一个图表，其中利用b^＊值示出了在具体实施例1和对比示例1中在容器颈部处在圆周方向上的颜色不规则度。

符号的含义如下所述。1表示一个上方电极，2表示一个下方电极，3表示一个容器侧电极，4表示一个绝缘体，5表示一个嘴侧电极，5a表示一个管状体，5b表示一个管状体端部，6表示一个减压腔室，7表示一个塑料容器，8表示一个O形环，9表示一条源气体进入导管，9a表示一个吹出孔，10表示一个开口，11表示相对电极上的一个圆环部分，12表示一个匹配盒，13表示一个高频电源，14表示高频供给装置，16表示一条管线，17表示一个源气体发生源，18表示源气体供给装置，19表示一个真空阀，20表示一个排气泵，21表示排气装置，23表示一个排气口。

具体实施方式

下面给出了对本发明的实施例的详细描述，但是并不意味着将本发明局限于这些描述。

首先，将参照图1至7对一个根据本发明用于制造包覆有DLC薄膜的塑料容器的设备的结构进行描述。此外，相同的符号被用于附图中的相同构件。图1是本制造设备的一个示意图。图1至7是一个减压腔室的横剖示意图。如图1中所示，这种制造设备具有一个容器侧电极3，其形成了一个用于收容塑料容器7的减压腔室6的一部分，和一个嘴侧电极5，其被设置在塑料容器7的开口10的上方，其中容器侧电极3和嘴侧电极5被制成经由一个绝缘体4相互面对，绝缘体4也形成了减压腔室6的一部分，源气体供给装置18，用于供给一种源气体，这种源气体能够被转化成等离子体，来使得塑料容器7的内壁表面包覆一层类金刚石碳(DLC)薄膜，包括一个设置于减压腔室6中的源气体进入导管9，该源气体进入导管9由一种绝缘材料制成，用于将供送至所述减压腔室6的源气体导入所述塑料容器7的内部，排气装置21，用于将减压腔室6内部的气体从所述塑料容器17的开口10上方排出，以及供给高频的高频供给装置14，其被连接在所述容器侧电极3上。

容器侧电极3由一个上方电极1和一个下方电极2构造而成，下方电极2可以被固连在上方电极1上和从上方电极1上移开。一个O形环8被设置在上方电极1与下方电极2之间，来确保气密性。上方电极1和下方电极2形成了一种导电状态，以便组合起来用作一个容器侧电极。该容器侧电极3具有一种被分为上方电极1和下方电极2的结构，来提供一个用于将塑料容器7收容在该容器侧电极3内部的收容开口。在图1中，容器侧电极3被分为两个上方和下方部分，但是也可以被分为用于收容所述容器的三个部分，即上方部分、中间部分以及下方部分，或者也可以被竖直分开。在图1中示出的容器侧电极3呈这样一个形状，即除了所述容器的嘴部之外，将所述容器收容起来。这样做的原因在于，减少了在所述嘴部的内壁表面上形成DLC薄膜。因此，在DLC薄膜被成形在所述嘴部的内壁表面上的情况下，所述形状可以被制成将整个容器收容起来。还有，为了调整薄膜成形区域，所述形状可以被制成除了所述容器的嘴部和颈部的一部分之外，将所述容器收容起来。再有，至于用于收容所述容器的空间的内壁，图1中的容器侧电极3具有一个类似形状，从而使得所述容器的外壁与所述空间的内壁差不多发生接触，但是必须能够在向所述容器侧电极供给高频时向容器内壁上的各个部分施加一个合适的自偏电压，如图2或图4中所示，容器侧电极3并非必需具有一个类似形状。在图2和图4中，在所述容器颈部的外壁与所述容器侧电极的内壁之间形成一个间隙。

嘴侧电极5是一个面对着容器侧电极3的电极。因此，由于在嘴侧电极5与容器侧电极3之间必须形成一种绝缘状态，所以在这些电极之间设置有一个绝缘体4。嘴侧电极5被设置成能够位于所述容器的开口10的上方。与此同时，整个嘴侧电极5或者其一部分最好被设置在开口10的附近(正上方)。这是因为与容器侧电极3的间距会较小。还有，嘴侧电极5的形状可以自由成形，但是如图1中所示，这种嘴侧电极最好装配有一个圆环部分11，该圆环部分11的孔内径大致等于塑料容器7的开口直径。所述嘴侧电极最好被制成能够使得圆环部分11的端部开口相对于塑料容器7的开口10同轴排列，并且被设置在塑料容器7的开口10的附近。成形一个圆环部分的原因在于这样能够防止排气阻力由于所述嘴侧电极的存在而增大。还有，嘴侧电极5最好接地。

在本发明中，如图3中所示，嘴侧电极5可以被制成具有一个管状部分5a，该管状部分5a从所述减压腔室的顶部下垂至一个位于塑料容器7的开口10上方的位置，其中有源气体供给装置18供给的源气体被导入该管状部分5a的内部，并且该管状部分5a的端部5b被连接在源气体进入导管9上。与此同时，管状部分5a的端部5b最好被设置在塑料容器7的开口10的上方(正上方)。在图3所示的情况下，端部5b形成了用于将所述管状部分与源气体进入导管连接起来的拼接装置。通过成形这种结构，能够使得管状部分5a随着所述嘴侧电极靠近开口10而用作所述源气体进入导管的一部分。还有，以与前面针对圆环部分11所描述的相同方式，管状部分5a的中心轴线最好与所述容器的中心轴线成一直线。这样就防止了在所述容器内部产生的等离子体发生偏心现象，并且使得等离子体的密度在所述容器的圆周方向上保持一致。

所述嘴侧电极或者图1中所示圆环部分11的端部或者图3中所示管状部分的端部，最好与由排气装置21形成的气体流发生接触，所述气体流从一个靠近塑料容器7的开口10的位置延伸至减压腔室6上的排气口23。如图5中的箭头所示，所述气体流被认为将形成于所述容器的内部和空间40的内部。通过使得所述嘴侧电极或者所述管状部分的端部与所述气体流发生接触，能够轻易地产生出等离子体，并且使得放电操作稳定。至于以这样一种方式产生等离子体和稳定放电操作，本发明人相信这是因为所述气体流将等离子体转化成了一种导体。关于这一点，空间40最好具有一种不会产生气体流并且不会产生所谓滞留的形状，并且通过使得空间40具有一种不会产生滞留的形状，能够拓宽所述嘴侧电极或者所述管状部分的端部的可能设置区域。

与类似于图8中所示的现有设备相比，在本发明中的设备内，一个嘴侧电极作为所述容器侧电极的相对电极被设置在所述容器的开口的上方，在图8中，一个内部电极被插入在所述容器的内部。本发明能够通过将嘴侧电极设置在所述容器的开口上方来产生等离子体并且进行连续放电，无需一个设置于所述容器内部的内部电极。即使所述嘴侧电极与容器侧电极之间的距离很长，如果待转化成等离子体的气体在较低压力下以连续体形式排出，也会产生出等离子体。关于这一点，通过将所述嘴侧电极设置在开口的上方，能够连续地进行等离子体放电操作并且尤其提高在颈部处的放电均匀度，其中在所述开口处，刚刚从容器开口中排出的源气体型等离子体具有较高的气体压力和较高的等离子体密度。由于所述嘴侧电极不会完全位于等离子体区域的内部，所以较少会发生灰尘粘附现象，并且与其中放电操作在大约1000次时会变得不稳定的现有设备相反，在本发明中的设备内，即使在执行20000次放电操作之后，等离子体的产生和放电连续性仍旧稳定。因此，能够延长用于执行电极清洁工艺的时间间隔，并且能够提高所述设备的设备运转率。

还有，通过向所述容器侧电极提供图1中示出的圆环部分11或者图3中示出的管状部分能够缓解所述设备的机械误差，并且减轻在所述塑料容器内部在该容器侧表面的圆周方向上的等离子体放电分布不均匀现象，还能够减轻尤其在颈部处的薄膜分布不均匀现象(薄膜厚度不均匀和颜色不规则)。

还有，所述容器侧电极和嘴侧电极的材料最好为不锈钢(SUS)或者铝。

绝缘体4用于在嘴侧电极5与容器侧电极3之间形成一种绝缘状态，并且还用于形成减压腔室6的一部分。这种绝缘体比如由一种氟树脂制成。减压腔室6通过将容器侧电极3、绝缘体4以及嘴侧电极5相互气密性地组装起来而形成，也就是说，一个O形环被设置在容器侧电极3与绝缘体4之间，来确保气密性。还有，一个O形环(附图中未示出)也被设置在绝缘体4与嘴侧电极5之间，来确保气密性。在图1所示的设备中，形成了这样一种结构，即嘴侧电极5被设置在绝缘体4的上方，但是当该嘴侧电极5形成一个面对着容器侧电极3的相对电极时，由于其尺寸可以自由设定，所以由图1中示出的绝缘体4和嘴侧电极5形成的构件的尺寸可以固定，并且所述绝缘体可以制成较大，同时所述嘴侧电极被制成恰好小于所述尺寸部分(sizeportion)。可选择地，所述绝缘体可以被制成足够小，以便于仅用作一个粗糙的绝缘体，同时所述嘴侧电极被制成恰好大于所述尺寸部分。在由绝缘体4与嘴侧电极5形成的构件的内部形成一个空间40，并且该空间40与塑料容器7内部的空间一同形成一个减压空间。减压腔室6形成了所述减压空间。

源气体进入导管9由一种绝缘材料制成具有一个中空(圆柱)形状。该源气体进入导管9被设置在减压腔室6的内部，以便通过所述容器的开口10自由地插入和取出而被设置在塑料容器7的内部。与此同时，源气体进入导管9被支撑在减压腔室6上。至于支撑方法，源气体进入导管9比如可以如图1中所示那样被支撑在嘴侧电极5上，或者所述源气体进入导管9可以如图3中所示那样经由拼接装置被支撑在管状部分5a上。还有，在源气体进入导管9的下端部上成形有一个使得该源气体进入导管9的内部与外部连通的吹出孔(9a)。另外，取代在所述下端部处设置一个吹出孔，可以形成多个吹出孔(在附图中未示出)来在径向上贯穿源气体进入导管9的内部和外部。源气体进入导管9被连接在源气体供给装置18中的一条管线的端部上，所述管线与源气体进入导管9的内部连通。还有，所述设备被构造成使得经由所述管线送入源气体进入导管9内部的源气体可以经由吹出孔9a吹入塑料容器7的内部。源气体进入导管9由一种绝缘材料成形的原因在于，这样能够减轻源气体型灰尘在源气体进入导管9的外表面上的粘附现象。在现有技术中，由于一个类似于图8中所示的源气体进入导管还被用作一个内部电极，所以大多数转化成等离子体的源气体离子会与所述容器的内壁表面发生碰撞，但是靠近所述内部电极的那部分源气体离子会与所述内部电极发生接触，并且由此形成粘附于所述内部电极上的源气体型灰尘。所述灰尘是一种绝缘物质，会使得所述内部电极绝缘并且使得等离子体的放电操作不稳定。在本发明中，由于所述源气体进入导管由一种绝缘材料制成，所以源气体型灰尘的粘附现象得以减轻，并且即使比如发生了灰尘粘附，也不会使得等离子体的放电操作不稳定。

源气体进入导管9最好由一种树脂材料制成，所述树脂材料具有足以耐受等离子体的绝缘性能和耐热性能。就这一点来说，氟树脂、聚酰胺、聚酰亚胺以及聚醚醚酮可以被用作所述树脂材料的示例。可选择地，源气体进入导管9最好由一种陶瓷材料制成，所述陶瓷材料具有一种绝缘性能。氧化铝、氧化锆、二氧化钛、硅石以及石英玻璃可以被用作所述陶瓷材料的示例。

即使在源气体进入导管9的尖端部分如图6或图7中所示那样通过塑料容器的开口插入一个靠近嘴部的位置的情况下，也能够将源气体供送至所述塑料容器的整个内部。这种方法的长处在于由于由氟树脂或者类似材料支撑的气体进入导管不会出现在等离子体浓度最高的部分中，也就是说薄膜状灰尘最易于粘附的部分中，所以几乎不会发生灰尘粘附现象。与表2中的具体实施例3中相比，灰尘粘附量明显下降。但是，当考虑到在相同薄膜成形条件下的阻氧性能时，所述源气体进入导管的尖端最好被设置成能够自由地插入一个深度位置和从该位置取出，在所述位置处，源气体进入导管的尖端如图1至4中示出的那样通过所述塑料容器的开口从本体部分到达底部。这样做的原因在于其能够如图5中示出的那样从所述容器的底部至开口形成一个无紊乱的源气体流，并且能够更为均匀地在所述容器的内壁表面上形成一个DLC薄膜。

还有，在本发明中的设备内，在一种源气体被导入时，所述源气体进入导管被插入到塑料容器的内部，并且可以设置源气体进入导管插入/取出装置(在附图中未示出)，以在产生等离子体时将源气体进入导管置于一种从所述塑料容器中取出的状态。由于所述源气体进入导管插入/取出装置能够将源气体分布在塑料容器的整个内部上方并且在整个内部上形成一个DLC薄膜，并且能够在成形薄膜时将所述源气体进入导管从等离子体区域中取出，所以不会发生灰尘粘附现象。还有，在这种情况下，即设置有源气体进入导管插入/取出装置以在产生等离子体时将所述源气体进入导管置于一种从塑料容器中取出的状态，可以设置一个能够自由打开和关闭的阀(开闭器)(在附图中未示出)，用于关闭所述开口附近的部分。

还有，可以在本发明中的设备内设置灰尘焚化装置(在附图中未示出)，来焚化粘附于陶瓷材料型源气体进入导管9上的灰尘。制备两个或者更多可以以交替方式设置的源气体进入导管，并且在以预定次数成形薄膜之后，所述源气体进入导管装置被切换，并且粘附于备用源气体进入导管上的灰尘通过使得所述灰尘焚化装置进行工作而焚毁。

源气体供给装置18将从一个源气体发生源17供送来的源气体导入塑料容器7的内部。也就是说，管线16的一侧被连接在嘴侧电极5或者绝缘体4上，而管线16的另外一侧经由一个真空阀(在附图中未示出)连接在一个大流量控制器(在附图中未示出)的一侧上。所述大流量控制器的另外一侧经由一条管线连接在源气体发生源17上。源气体发生源17会产生出一种烃气或者类似气体，比如乙炔或者类似气体。

脂族烃、芬香烃、含氧烃、含氮烃以及在室温下会形成气体或者液体的类似物质被用作一种源气体。尤其是，苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、环己烷以及具有6个或者更多碳数目的类似物质是优选的。乙烯型烃和乙炔型烃代表了脂族烃的示例。这些材料可以以这样一种方式使用，即它们由一种诸如氩气或者氦气的惰性气体进行稀释。还有，在形成一个含硅DLC薄膜的情况下，使用一种含硅烃型气体。

在本发明中，DLC薄膜指的是一种包含三维空间(SP³)键合作用的无定形碳薄膜，即也被称作i-碳薄膜，或者一种氢化的无定形碳薄膜(a-CH)。包含在DLC薄膜中的氢的量处于0％至70％的原子比范围中，用于使得薄膜的质量从坚硬到柔软(聚合物状)。

排气装置21由一个真空阀19、一个排气泵20以及将它们连接起来的管线构成。形成于由绝缘体4与嘴侧电极5形成的构件内部的空间40被连接在一条排气管线的一侧上。例如，在图1中，一条排气管线被连接在设置于嘴侧电极5左侧上方的排气口23上。所述排气管线的另外一侧经由真空阀19连接在排气泵20上。排气泵20被连接在一个排气管道(在附图中未示出)上。通过使得排气装置21进行工作，降低由减压腔室6内部的空间40和所述容器内部的空间形成的压力间隙空间内的压力。

高频供给装置14由一个匹配盒12和一个高频电源13形成，其中匹配盒12被连接在容器侧电极3上，高频电源13向匹配盒12供给高频。匹配盒12被连接在高频电源13的输出侧上。在图1中，高频供给装置14被连接在下方电极2上，但是也可以被连接在上方电极1上。还有，高频电源13被接地。高频电源13会在其本身与接地电势之间产生一个高频电压，并且以这种方式，在容器侧电极3与嘴侧电极5之间施加一个高频电压。以这种方式，塑料容器7内部的源气体被转化成等离子体。高频电源的频率是100kHz至1000MHz，并且比如使用了13.56MHz的工业用频率。

根据本发明的容器包括一种使用了盖子或者塞子或者被密封起来的容器，或者一种无需使用这些构件在敞口状态下使用的容器。所述开口的尺寸根据内容物加以确定。所述塑料容器包括一种具有中等刚度和规定厚度的塑料容器，和一种由不具有刚度的薄片材料形成的塑料容器。填充到根据本发明的塑料容器内的物质可以是一种饮料，比如碳酸型饮料或者果汁饮料或者软饮料或者类似饮料，以及药物、农药或者憎恶水分吸收的干燥食品。还有，所述容器可以是一种可回收容器或者一种一次性容器。

还有，在本发明中，一个饮料容器或者一个具有类似形状的容器上的各个部分如图11中所示那样进行命名。

当成形本发明中的塑料容器7时所使用的树脂可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯(PP)树脂、环烯共聚物(COC，圆环状烯烃共聚物)、离子键树脂、聚4-甲基戊烯-1树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚苯乙烯树脂、乙烯-乙烯醇共聚树脂、丙烯腈树脂、聚氯乙稀树脂、聚偏二氯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚甲醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚砜树脂或者四氟化乙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂。其中，PET尤其优选。

接下来，参照图1，将对一种工艺进行描述，其中利用本发明中的设备在塑料容器7的内壁上成形一个DLC薄膜。

首先，一个通气口(在附图中未示出)被打开，并且减压腔室6的内部敞口于大气中。以这种方式，空气进入空间40和塑料容器7内部的空间中，并且减压腔室6的内部达到大气压力。接下来，容器侧电极3上的下方电极2被从上方电极1上移开，并且塑料容器7被设定成使得其底部与下方电极2的顶表面发生接触。一个PET瓶子比如被用作塑料容器7。接着，通过升高下方电极2，塑料容器7被收容在减压腔室6中。与此同时，设置于减压腔室6中的源气体进入导管9穿过塑料容器7上的开口10，并且被插入到塑料容器7的内部，而嘴侧电极5被设置在所述容器的开口上方。还有，容器侧电极3由O形环8密封起来。

当下方电极2被升高至一个规定位置并且减压腔室6被密封起来时，形成这样一种状态，即塑料容器7的周边与下方电极2和上方电极1的内表面发生接触。接下来，在将通气口关闭之后，排气装置21开始工作，通过排气口23排出减压腔室6内部的空气。由此，减压腔室6内部的压力下降，直至比如达到一个4Pa或者更低的预期真空度。这是因为当允许真空度超过4Pa时，在容器内部会存在有过多的杂质。接着，从源气体供给装置18送出的源气体(例如一种碳源气体，比如脂族烃、芬香烃或者类似物质)被从源气体进入导管9上的吹出孔9a导入塑料容器7的内部，其中源气体供给装置18能够控制流速。源气体供给率最好为20至50ml/min。

在比如通过对受控气体流速与排气能力进行平衡而使得所述源气体的浓度变得固定并且将规定的薄膜成形压力稳定在7至22Pa之后，通过使得高频电源13进行工作，经由匹配单元12在嘴侧电极5与容器侧电极3之间施加一个高频电压，从而在塑料容器7中产生出源气体型等离子体。与此同时，匹配单元12利用电感L和电容C使得容器侧电极3与嘴侧电极5的阻抗发生匹配。以这种方式，一个DLC薄膜被成形在塑料容器7的内壁表面上。还有，高频电源13的输出功率(比如13.56MHz)大约为200至500瓦。

也就是说，在塑料容器7的内壁表面上成形一个DLC薄膜利用一种等离子体CVD方法来实现。由于施加于容器侧电极3与嘴侧电极5之间的高频电压，电子会聚集在容器的内壁表面上，并且这样会产生一个规定的电势落差。以这种方式，产生出等离子体，并且作为所述源气体的碳氢化合物中的碳和氢在等离子体中均被电离成阳离子。接着，这些离子会胡乱地与塑料容器7的内壁表面发生碰撞。与此同时，在相邻的碳原子之间和碳原子与氢原子之间存在有分子键，并且暂时键合起来的氢原子会被释放出来(溅射现象)。当执行前述工艺时，会在容器7的内壁表面上形成一层非常细密的DLC薄膜。通过施加一个适中的高频输出功率，将在容器侧电极3与嘴侧电极5之间连续地进行等离子体放电现象。薄膜成形时间是短暂的几秒钟。

还有，在通过对受控气体流速与排气能力进行平衡而使得源气体的浓度变得固定并且被稳定在一个规定的薄膜成形压力之后，可以通过使得所述源气体进入导管插入/取出装置进行工作而在等离子体产生之前将所述源气体进入导管从塑料容器中取出，并且接着可以通过使得高频电源13进行工作而经由匹配单元12在嘴侧电极5与容器侧电极3之间施加一个高频电压，在塑料容器7的内部产生出源气体型等离子体。与此同时，由于所述源气体进入导管在等离子体放电过程中没有位于塑料容器的内部，所以可以较好地抑制灰尘发生粘附。

接下来，停止来自于高频电源13的RF输出，并且停止源气体的供给。接着，利用排气泵20排出减压腔室6内部的烃气，直至达到2Pa或者更低的压力。接着，真空阀19被关闭，并且排气泵20停止工作。随后，通气口(在附图中未示出)被打开，来使得减压腔室6的内部敞口于大气中，并且通过重复前述薄膜成形方法，在下一个塑料容器的内侧上形成一个DLC薄膜。

在本实施例中，一个用于饮料的PET瓶被用作所述在其内侧成形有薄膜的容器，但是也可以使用用于其它用途的容器。

在本实施例中，示出了一种其中容器开口面朝上方的设备，但是也可以成形一个其中顶部和底部倒置的减压腔室。

还有，在本实施例中，DLC薄膜是利用所述制造设备制成的薄膜，但是当成形一个含硅DLC薄膜或者气体薄膜时，也可以利用前述的薄膜成形设备。

所述DLC薄膜的薄膜厚度被制成10至80纳米。

具体实施例

用在本实施例中的塑料容器是一种由聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(由Nihon Yunipet有限公司制造的PET树脂，型号为RT553)制成的PET容器，其容积为500毫升，容器高度为200毫米，容器本体部分的直径为71.5毫米，嘴部开口的内径为21.74毫米，嘴部开口的外径为24.94毫米，并且容器本体部分的厚度为0.3毫米。在23℃下利用由Modern Control公司制造的Oxtran 2/20对容器的阻氧性能进行测定。至于DLC薄膜的厚度，首先将一个硅晶片贴敷到容器的内表面上，利用胶带进行遮蔽，并且在包覆一个DLC薄膜之后，将遮蔽物去除，并且利用由Veeco公司制造的轮廓测定设备DEKTAK3对薄膜厚度进行测定。通过将灰尘从源气体进入导管上剥离下来对粘附在该源气体进入导管上的雪花状灰尘的量加以确定，并且利用一台电子秤(由Mettler公司制造的UMT2)对重量进行测定。通过计算整个进气导管在重复进行薄膜成形之前和之后的重量差值来确定出所粘附灰尘的量(利用由Sartorius公司制造的R300S)。利用Hitachi分光光度计U-3500对着色进行测定。

对阻氧性能进行测定

具体实施例1

利用图2中示出的制造设备形成一个DLC薄膜。一个具有圆环部分的嘴侧电极被设置在容器开口正上方的25毫米处。薄膜成形方法遵循在所述实施例中描述过的制造方法。源气体进入导管是一根由氟树脂制成的导管。但是，薄膜成形条件如下所述。减压腔室内部的压力从敞口状态下降至4Pa或者更低。接着，被导入源气体的流速被设定为40ml/min。通过对受控的气体流速和排气能力进行平衡，源气体的浓度变得固定，并且稳定在8至10Pa。随后，持续2秒钟以400瓦的功率施加高频(13.56MHz)。以这种方式，制造出一个内壁表面上包覆有DLC薄膜的包覆有DLC薄膜的塑料容器。这些就构成了具体实施例1。还有，DLC薄膜的平均薄膜厚度(在颈部处)为63纳米。

具体实施例2

以与具体实施例1相同的方式形成一个DLC薄膜，只是具有圆环部分的嘴侧电极被恰好设置在容器开口的上方，并且这样构成了具体实施例2。还有，DLC薄膜的平均薄膜厚度(在颈部处)为59纳米。

对比示例1

利用与具有图8中所示现有内部电极的相同类型的设备，以与具体实施例1相同的方式形成一个DLC薄膜，只是使用了一个内部电极来取代所述嘴侧电极。还有，DLC薄膜的平均薄膜厚度(在颈部处)为64纳米。

表1示出了具体实施例1、具体实施例2和对比示例1中的透氧能力。从表1中可以清楚看出，利用具有内部电极的设备制造出的包覆有DLC薄膜的塑料容器和利用具有嘴侧电极的设备制造出的包覆有DLC薄膜的塑料容器具有大致相同的阻氧性能，其中所述具有嘴侧电极的设备即根据本发明的设备。还有，即使对于具体实施例1来说使用了图1中所示设备来取代图2中所示的设备，阻氧性能也处于相同水平。还有，即使对于具体实施例2来说使用了一个类似于图1中所示的设备，即容器侧电极3的内壁形状类似于容器的外部形状，阻氧性能也处于相同水平。在表1中，pkg是用于包装物(容器)的缩写。

(表1)

对粘附灰尘的量进行测定

具体实施例3

利用图4中示出的制造设备形成一个DLC薄膜。一个具有管状部分的嘴侧电极被设置在容器开口正上方的25毫米处。还有，所述管状部分的端部装配有由SUS制成的拼接装置，用于支撑源气体进入导管。这种拼接装置形成了所述管状部分的端部。薄膜成形方法遵循在所述实施例中描述过的制造方法。薄膜成形条件与具体实施例1中相同，并且这样就构成了具体实施例3。还有，DLC薄膜的平均薄膜厚度(在颈部处)为64纳米。

对比示例2

利用与具有图8中所示现有内部电极的相同类型的设备，以与具体实施例1相同的方式形成一个DLC薄膜，只是使用了一个内部电极来取代所述嘴侧电极。还有，DLC薄膜的平均薄膜厚度(在颈部处)为64纳米。

表2示出了粘附于具体实施例3中的嘴侧电极上的粘附灰尘量和粘结于对比示例2中的内部电极上的粘附灰尘量。从表2中可以清楚看出，具体实施例3中的粘附灰尘量减少至对比示例2中1/10左右。还有，在具体实施例3中，粘附灰尘是不会脱落下来的薄膜状灰尘，这样就解决了在容器内部产生污垢的问题。还有，即使在具体实施例3中所述条件下重复执行10000次放电操作，等离子体放电操作也不会出现不稳定现象。当在对比示例2中所述条件下重复执行862次放电操作时，等离子体放电操作将会出现不稳定现象。因此，与内部电极型设备相反，可以情况看出根据本发明的设备在解决灰尘问题上是优越的。

(表2)

根据DLC薄膜成形次数对粘附在源气体进入导管上的灰尘量进行对比

与对比示例1中在薄膜形成之后粘附于内部电极上的灰尘量相比，具体实施例1中在薄膜形成之后粘附于嘴侧电极上的灰尘量较少。图9通过在薄膜形成之前和之后进行对比示出了具体实施例3中粘附于嘴侧电极上的灰尘状态。“在薄膜形成之后”是指薄膜成形操作重复执行了15次。在任何情况下，在薄膜形成之后的粘附灰尘量均很小。

还有，图10示出了几幅图片，对以具体实施例1中所述条件在相同容器中重复15次进行薄膜成形操作情况下的包覆有DLC薄膜的塑料容器与以对比示例1中所述条件在相同容器中重复15次进行薄膜成形操作情况下的包覆有DLC薄膜的塑料容器进行对比。附图的一侧指的是容器的一个侧面，而相对一侧指的是所述那个侧面的背部。通过对照这两幅图表，能够环绕整个容器的侧表面进行观察。根据图10，与在对比示例1中所述条件下执行15次薄膜成形操作之后DLC薄膜在容器颈部处非常不均匀(着色状态)(如现有技术部分中提及的那样)相反，在具体实施例1中所述条件下执行15次薄膜成形操作之后DLC薄膜在容器颈部处的不均匀度(着色状态)(本发明)很小。为了量化这些结果，相对于设备的前方顺时针旋转360度，也就是说沿着容器侧表面的圆周方向顺时针旋转一周，来对具体实施例1和对比示例1中的各个容器的颈部着色度(b^＊值)进行测定。以这种方式，能够对颜色不规则度进行评判。b^＊值是JISK7105-1981中的色差，并且利用方程式1根据三色激励值X、Y和Z计算得出。

方程式1

b^＊＝200[(Y/Y_O)^1/3-(Z/Z_O)^1/3]

使用了由Hitachi制造的U-3500型自动记录分光光度计，其带有由同一公司制造的60φ累计球固连装置(用于接近可见红外线的红外线)。一个超高灵敏度光电倍增器(R928：用于可见紫外线)和一个冷却型PbS(用于接近红外线区域)被用作探测器。至于对波长进行测定，测定出的透射性处于240纳米至840纳米的范围中。通过对PET容器的透射性进行测定，仅能够计算出DLC薄膜的透射测定值，但是本实施例中的b^＊值示出了一种包括PET容器的吸收系数的计算方程式。这些结果在图12中示出。从图12中可以看出，具体实施例1中的b^＊值在环绕容器颈部360度的整个表面上为2.5至3.0，因此能够改善颜色不规则度。相反，由于对比示例1中的b^＊值宽泛地分布在3.5至4.5上，所以能够明白在容器侧表面的圆周方向上的颜色不规则度很大。因此，本发明中的设备能够制造出一种在容器侧表面的圆周方向上具有较小DLC薄膜分布不规则度的包覆有DLC薄膜的塑料容器。

还有，即使在具体实施例3中使用了图3中所示的设备来取代图4中示出的设备，也能够获得相同的结果。

从所述具体实施例将会明白，根据本发明的设备可以将等离子体放电操作稳定在这样一个水平上，即能够确保阻氧性能与现有技术中相同，并且能够防止灰尘粘附到嘴侧电极上。因此，根据本发明的设备在制造具有优越阻氧性能的塑料容器方面具有较高的生产率，并且可以以较高的设备运转率进行工作。还有，在容器侧表面的圆周方向上的DLC薄膜分布不规则度很小。

Claims (10)

1、一种用于制造包覆有类金刚石碳薄膜的塑料容器的设备，包括：

一个容器侧电极，其形成了一个用于收容一塑料容器的减压腔室的一部分，和一个嘴侧电极，其被设置在所述塑料容器的开口上方，

其中，所述容器侧电极和嘴侧电极被制成经由一个绝缘体相互面对，所述绝缘体也形成了所述减压腔室的一部分，

还设置有源气体供给装置，用于供给一种能够被转化成等离子体的源气体，使得所述塑料容器的内壁表面包覆一层类金刚石碳薄膜，该源气体供给装置包括一个设置于所述减压腔室中的源气体进入导管，该源气体进入导管由一种绝缘材料制成，用于将供给至所述减压腔室的源气体导入所述塑料容器的内部；排气装置，用于将所述减压腔室内部的气体从所述塑料容器的开口上方排出；以及供给高频的高频供给装置，其被连接在所述容器侧电极上。

2、如权利要求1中所述的用于制造包覆有类金刚石碳薄膜的塑料容器的设备，其特征在于，所述嘴侧电极装配有一个圆环部分，该圆环部分的内孔直径大致等于所述塑料容器的开口直径，并且所述圆环部分的端部开口相对于所述塑料容器的开口同轴排列，并且被设置在所述塑料容器的开口附近。

3、如权利要求1中所述的用于制造包覆有类金刚石碳薄膜的塑料容器的设备，其特征在于，所述嘴侧电极被制成具有一个管状部分，其从所述减压腔室的顶部下垂至一个位于所述塑料容器的开口上方的位置，由所述源气体供给装置供给的源气体被导入所述管状部分的内部，并且所述管状部分的端部被连接在所述源气体进入导管上。

4、如权利要求1、2或3中所述的用于制造包覆有类金刚石碳薄膜的塑料容器的设备，其特征在于，权利要求1中所述的嘴侧电极、权利要求2中所述的圆环部分的端部或者权利要求3中所述的管状部分的端部与一个由所述排气装置的操作而形成的气体流发生接触，所述气体流从一个靠近所述塑料容器的开口的位置至所述减压腔室上的排气口。

5、如权利要求1所述的用于制造包覆有类金刚石碳薄膜的塑料容器的设备，其特征在于，所述源气体进入导管由一种具有足以耐受等离子体的绝缘性能和耐热性能的树脂材料制成，或者由一种具有绝缘性能的陶瓷材料制成，或者由石英玻璃制成。

6、如权利要求5所述的用于制造包覆有类金刚石碳薄膜的塑料容器的设备，其特征在于，所述树脂材料为氟树脂、聚酰胺、聚酰亚胺或聚醚醚酮。

7、如权利要求5所述的用于制造包覆有类金刚石碳薄膜的塑料容器的设备，其特征在于，所述陶瓷材料为氧化铝、氧化锆、二氧化钛或硅石。

8、如权利要求1所述的用于制造包覆有类金刚石碳薄膜的塑料容器的设备，其特征在于，所述源气体进入导管被设置成能够自由地插入一个深度位置和从该位置取出，其中在所述位置处，所述源气体进入导管通过所述塑料容器的开口从本体部分到达底部。

9、如权利要求1所述的用于制造包覆有类金刚石碳薄膜的塑料容器的设备，还包括源气体进入导管插入/取出装置，其在所述源气体被导入时将所述源气体进入导管置于一种插入所述塑料容器内部的状态，而在产生等离子体时将所述源气体进入导管置于一种从所述塑料容器中取出的状态。

10、如权利要求1所述的用于制造包覆有类金刚石碳薄膜的塑料容器的设备，其特征在于，所述塑料容器是一种饮料容器。

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