CN101528363A - 具有错置的降压及增压回路的容器等离子处理机 - Google Patents

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CN101528363A CNA2007800387188A CN200780038718A CN101528363A CN 101528363 A CN101528363 A CN 101528363A CN A2007800387188 A CNA2007800387188 A CN A2007800387188A CN 200780038718 A CN200780038718 A CN 200780038718A CN 101528363 A CN101528363 A CN 101528363A
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L·达内尔
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Abstract

容器(3)的等离子处理机(1)，其具有：接纳一待处理容器(3)的围室(5)；在所述围室(5)的延伸部分中形成有喷口(9)的盖(8)；使容器(3)降压的降压管道(14)，其通入所述喷口(9)并使该喷口连接于负压源(15)；第一阀(19)，其具有关闭位置和开启位置，在关闭位置所述第一阀关闭所述降压管道(14)，在开启位置第一阀使喷口(9)与负压源(15)连通；使容器(3)增压的增压管道(27)，其与降压管道(14)分开，该增压管道(27)在降压管道(14)之外通到喷口(9)中且使喷口(9)连接于压力源(28)；第二阀(29)，其具有该第二阀关闭增压管道(27)的关闭位置、和该第二阀使喷口(9)与压力源(28)连通的开启位置。

Description

具有错置的降压及增压回路的容器等离子处理机
技术领域
[01]本发明涉及容器处理，其在于使容器内壁涂覆一势垒效应材料层。
背景技术
[02]公知的是采用汽相激活等离子进行势垒效应材料沉积(PEVCD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Déposition，即等离子体增强化学汽相沉积)。通常使用配有多个处理单元的处理机，每个处理单元具有至少一电磁波发生器、一腔和一围室，所述腔连接于发生器且用导体材料(一般是金属材料)制成，所述围室设置在腔中，且用透来自发生器的电磁波的材料(一般是石英)制成。
[03]在容器(一般用热塑性聚合物材料例如聚对苯二甲酸乙二醇酯制成)放入围室中之后，进行降压，以便一方面在容器中形成等离子建立所需的高真空(数微巴，其中1微巴＝10-6巴)，另一方面在容器外部于围室中形成中真空(约30毫巴至100毫巴)，从而避免容器在压力差的作用下在其壁的两侧收缩。
[04]然后，前驱气体(例如乙炔、C2H2)输入到容器中，该前驱气体进行电磁轰击(一般用低功率的达2.45GHz超高频的微波)活化，使前驱气体进入冷等离子状态，并因而产生含氢化碳(包括CH、CH2、CH3)的组分，氢化碳在容器的内壁上沉积成薄层(薄层的厚度视情况而定通常为50纳米至200纳米，其中1纳米＝10-9米)。
[05]在预定的持续时间(约数秒)产生等离子，在此过程中，继续进行容器降压，以便通过一排出管道抽吸非沉积组分。然后，前驱气体的供给、电磁轰击和降压停止；先是容器然后是围室被增压；最后排出容器。
[06]不受控制的增压(例如围室的简单开启和使围室处于自由空气中)可能导致容器内外部之间的瞬时压力失衡，导致容器收缩而报废。因此，必须在排出容器之前控制围室和容器的增压。广泛使用的方法在于使处理机的排出管道配设一三通阀，该三通阀使容器(或围室)连接于一负压源，或者连接于自由空气(即大气压)。该原理在美国专利US 5 849 366(可口可乐公司)中予以说明。
[07]尽管该方法具有结构简单和紧凑的双重优越性，但是它具有至少两个缺陷。首先，增压会将处理时淀积在排出管道中的微粒重注入容器中。这些微粒在容器中形成沉积层，因此，必须在充注容器之前消除该微粒沉积层。其次，碳沉积直至在电阀中、包括在处于自由空气中的通道中形成。该缺陷随着时间的推移可能影响该通道的密封性，导致出现有害于容器降压的泄漏。因此，必须经常清理(或更换)电阀，而这会使处理机停机，从而严重影响生产率。
发明内容
[08]本发明尤其旨在克服这些缺陷，因而提出一种处理机，其可限制在处理结束时对容器的污染，同时确保在容器降压过程中确保良好的降压质量。
[09]为此，本发明提出容器的等离子处理机，其具有：
[10]-围室，其适于接纳一待处理容器；
[11]-盖，其在所述围室的延伸部分中形成有喷口；
[12]-使容器降压的降压管道，该容器的降压管道通入所述喷口并使该喷口连接于负压源；
[13]-第一阀，其具有一关闭位置和一开启位置，在所述关闭位置，所述第一阀关闭所述降压管道，而在所述开启位置，所述第一阀使所述喷口与所述负压源连通；
[14]-使容器增压的增压管道，该容器的增压管道与所述降压管道分开，该增压管道在所述降压管道之外通到所述喷口中，且使所述喷口连接于压力源；以及
[15]-第二阀，其具有该第二阀关闭所述增压管道的关闭位置、和该第二阀使所述喷口与所述压力源连通的开启位置。
[16]这样，可保护增压管道免受等离子产生的微粒的破坏，从而在处理结束时减少容器中因增压产生的污染，且确保第二阀门的更持久的密封性，这有利于处理期间容器中的真空质量。
[17]根据一实施方式，喷口具有一中央部分，降压管道例如经由一环形室通入该中央部分中，所述环形室通过一穿孔隔板与喷口连通。该中央部分由一末端部分延长，增压管道例如经由一环形室通入所述末端部分，所述环形室通过一个或多个孔道与中央部分连通。
[18]根据一实施方式，处理机还可具有一围室降压管道和一围室增压管道，所述围室降压管道独立于容器降压管道，且使围室连接于一负压源，所述围室增压管道独立于容器增压管道，且使围室连接于一压力源。围室降压管道和围室增压管道例如通到在围室中开启的一公共管。
附图说明
[19]根据以下参照附图进行的说明，本发明的其它目的和优越性将得到很好的理解，附图如下：
[20]图1是示出符合本发明的处理机的剖面示意图；
[21]图2是示出符合本发明的处理机的一实施例的正视剖面图；
[22]图3是图2的处理机在圆框III中的细部的放大图；
[23]图4是图2的处理机沿剖面IV-IV的横剖面细部图；
[24]图5是图2的处理机沿剖面V-V的横剖面细部图；
[25]图6是图2所示的处理机沿剖面VI-VI的正视剖面细部图；
[26]图7是表示使用符合本发明的处理机处理容器的方法的进程的时序图。
具体实施方式
[27]图1示出处理机1，该处理机具有两个成对的处理单元2，用于在由塑料材料例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制的坯件预先吹制或拉伸吹制成形的容器的内壁3上，等离子沉积屏障层。处理单元2安装在转盘(未示出)的周边，所述转盘可直接布置在容器吹制机的出口处。
[28]每个处理单元2具有一腔4，该腔用导体材料制成，例如用钢制成，或者(优选地)用铝制成，或用铝合金制成。腔4中布置有一围室5，围室5用透电磁波的材料例如石英制成。处理机1也具有频率为2.45GHz的低功率电磁微波发生器6，该发生器由波导管道7连接于同一对的处理单元2的每个腔4。
[29]每个腔4的上面安装有一盖8，盖8在围室5的延伸部分中于该围室的上端部形成有喷口9，喷射器10穿过该喷口9以将前驱气体例如乙炔引入到容器中。
[30]杆11穿过盖8，杆11在下端部配有夹具12，所述夹具用于借由容器颈部握持该容器3。围室5在下端部由堵塞器13密封地封闭。堵塞器13和杆11安装成一并在高的封闭位置(图1)和低的开启位置之间滑动，在高的封闭位置，堵塞器封闭围室且夹具使容器紧贴在盖上，容器口至少部分地被接纳在喷口中，而在低的开启位置，堵塞器13打开围室5且夹具12位于围室5的下端部之下，以便卸下已处理好的容器3并装载下一容器。
[31]每个处理单元2还具有使容器3降压的一降压管道14，降压管道14通过管道路16使喷口9连接于一负压源15，管道路16一部分在处理单元2中形成，一部分在处理单元外部形成。负压源15实际上由为所有处理单元2共有的一泵装置构成，可布置在处理机1的外部。
[32]容器3的降压管道14通入喷口9。更确切地说，降压管道14通入中间室17，中间室17在盖8的厚度中形成，并通过带有洞眼的穿孔隔板18与喷口9连通。
[33]处理单元2具有第一电阀19，其布置在喷口9和负压源15之间，以便根据处理的进展阶段使喷口和负压源彼此连通或阻止它们彼此连通。该电阀19具有阀门20，阀门20延伸穿过中间室17，且安装成在一关闭位置和一开启位置(图4)之间活动，其中在所述关闭位置，阀门20贴靠于在降压管道14的管道口处形成的阀座21上，因而关闭该降压管道，从而阻止喷口9和负压源15之间的连通，而在所述开启位置，阀门20离开阀座21，使喷口9和负压源15连通。
[34]喷口9具有中央部分22，中央部分由腔道形成，从喷口9与围室5的接合处(即当容器3被接纳在围室中时，从容器3的容器口23)一直延伸至穿孔隔板18的上边限。该中央部分22构成等离子占据的一后放电(post-décharge)区域，但是，等离子由于隔板18的存在而被限制在喷口9中，隔板18通过正确选择其厚度和孔直径，形成使中间室17防护等离子的一电磁波屏障。
[35]喷口9在中央部分22的延伸部分、即在降压管道14以外，具有末端部分24，该末端部分具有环形室25，环形室25通过形成导流器的一个或多个倾斜的孔道26连接于中央部分22的孔腔(图3)。
[36]处理单元2还具有使容器3增压的增压管道27，增压管道27与降压管道14分开。增压管道27使喷口9连接于一压力源28，压力源可以是自由空气或压力等于(或接近于)大气压的气体(例如空气或另一种中性气体)源。该增压管道27通入喷口9的末端部分24，即在降压管道14以外。更确切地说，增压管道27通入环形室25。
[37]处理单元2具有第二电阀29，第二电阀间置在喷口9和压力源28之间，以便根据处理的进展阶段使喷口和压力源彼此连通或阻止它们彼此连通。该电阀29具有阀门30，阀门30安装成在一关闭位置和一开启位置(见图5)之间活动，其中在该关闭位置，阀门30贴靠在形成于增压管道27管道口的阀座31上，因而阀门关闭该增压管道，从而阻止喷口9和压力源28之间的连通，在该开启位置，阀门30离开阀座31，使喷口9和压力源28连通。
[38]由于电阀19的开启所引起的负压，使得等离子穿过隔板18朝中间室17被抽吸，借助于该布置，该等离子在处理容器3时因而不会到达喷口9的末端部分24。因此，不仅在该末端部分24、而且在电阀29和阀座31上，仅沉积很少的(或不沉积)碳质组分。由此产生双重优越性。一方面，当电磁微波中断而等离子减活之后进行容器3增压时，经增压管道27通过喷口9涌入容器3中的空气夹带极少微粒，这使得在处理结束时最大限度地减少或消除对容器3的污染。另一方面，由于第二电阀29的关闭而获得的密封性得到保持，这有利于通过降压在容器3中形成的真空质量(在电阀29保持关闭的整个期间)。
[39]另外还提出：一方面在容器3内部、另一方面在围室5内部(在容器3的外部)的增压和降压都分开进行。
[40]为此，对于每个处理单元2，处理机1都具有使围室5降压的一降压管道32和使围室5增压的一增压管道33，所述围室5的降压管道32与容器3的降压管道14分开，所述围室5的增压管道33与容器3的增压管道分开。
[41]降压管道32使在容器3外部的围室5连接于负压源15，负压源15可以与容器3通过管道14进行连接的负压源是相同的。
[42]处理单元2具有第三电阀34，其布置在围室5和负压源15之间，以便使围室5和负压源15彼此连通或阻止它们彼此连通。该电阀34具有一阀门35，阀门35安装成在一关闭位置和一开启位置(见图6)之间活动，在该关闭位置，阀门35贴靠在形成于降压管道32的管道口的一阀座36上，阀门因而关闭该降压管道，从而阻止围室5和负压源15之间的连通，而在该开启位置，阀门35离开阀座36，使围室5和负压源15连通。
[43]至于增压管道33，它于容器3的外部使围室5连接于压力源28，压力源28可以是自由空气或压力等于(或接近于)大气压的一气体(例如空气或另一种中性气体)源。该压力源28可以是与容器3通过管道27连接的压力源相同。
[44]处理单元2具有第四电阀37，其布置在围室5和压力源28之间，以使围室5和压力源28彼此连通或阻止它们彼此连通。该电阀37具有一阀门38，阀门38安装成在一关闭位置和一开启位置(见图6)之间活动，在关闭位置，阀门38贴靠在形成于增压管道33的管道口的一阀座39上，该阀门因而关闭该增压管道，从而阻止围室5和压力源28之间的连通，在开启位置，阀门38离开阀座39，使围室5和压力源28连通。
[45]如图1和6所示，围室5的降压管道32和增压管道33两者都通到一公共管40，公共管40开通在围室5中并在容器3的外部。
[46]至于喷射器10，它通过一管道42连接于一前驱气体(例如乙炔)源41，管道42一部分在盖8中形成，管道42的关闭或相反地开启由第五电阀43确保。
[47]根据图1所示的一实施方式，围室5的降压管道32和增压管道33以及第三电阀34和第四电阀37，为同一对处理单元2所公用，这有利于使处理机1结构紧凑。
[48]电阀19、29、34、37、43由一控制单元(未示出)加以控制，控制单元在处理过程中操纵处理机的自动动作，现在参照图7来说明处理过程的主要阶段，其中：
[49]-“内部真空”(Vide int.)线，表示第一电阀19的开启状态O或关闭状态F；
[50]-“外部真空”(Vide ext.)线，表示第三电阀34的开启状态O或关闭状态F；
[51]-“内部大气压P大气(Patm int.)”线，表示第二电阀29的开启状态O或关闭状态F；
[52]-“外部大气压P大气(Patm ext.)”线，表示第四电阀37的开启状态O或关闭状态F；
[53]-“C2H2”线，表示允许将乙炔喷入容器3内的第五电阀43的开启状态O或关闭状态F；以及
[54]-“微波(μondes)”线，表示微波发生器6的工作状态O或非工作状态F。
[55]堵塞器13和杆11起初处于低位，以便装载一容器3。因此，未装载容器3的围室5处于自由空气中。
[56]一容器3被装载，其颈部接纳在夹具12中。杆11与堵塞器13共同朝高位上升，在高位，容器3刚性地被密封保持在夹具12和盖8之间。该密封性旨在避免喷口9(因而容器3的内部)和围室5(即容器3的外部)之间的任何连通，以避免对围室5的碳质污染，对围室5的碳质污染会不利于围腔对电磁微波的良好传送。
[57]在杆11和堵塞器13到达其高位的时刻，第二电阀29的阀门30和第四电阀37的阀门38处于关闭位置(参见“内部大气压P大气(Patm int.)”线和“外部大气压P大气(Patm ext.)”线)。该时刻用作图7所示的时序图的时间轴(横坐标)的原点。
[58]在该时刻(或在可能的延时之后)，第一电阀19的阀门20和第三电阀34的阀门35在控制单元的控制下进入开启位置，以通过使容器3和围室5与负压源15连通(参见“内部真空”线和“外部真空”线)，确保容器3的内部和围室5(在容器3之外)的内部降压。当控制于围室5中(在容器3外部)的压力达到理想数值(数十毫巴)时，第三电阀34的阀门35在控制单元的控制下运行到关闭位置，以使围室5中的压力保持在该数值(参见“外部真空”线)，而第一电阀19的阀门20保持在开启位置以继续使容器3内部降压。
[59]在该时刻，第五电阀43由控制单元打开，以通过喷射器10将前驱气体输入到容器3中(参见C2H2线)。
[60]在旨在使前驱气体占据容器3的整个容积的延时之后，微波发生器6被启动，从而在容器内部产生冷等离子，冷等离子的电离组分呈薄膜沉积在容器3的内壁上，从而形成屏障层。
[61]在等离子的整个持续时间，第一电阀19的阀门20保持开启，以便继续容器3的降压，并因而排出由等离子产生的、不会沉积在容器3的壁上的组分。如同已经述及的那样，尽管等离子炉位于容器3中，但是等离子会扩散到喷口9中，更确切地说，扩散到中央部分22(后放电区域)，直至隔板18处，非沉积组分被抽吸穿过隔板18，但是等离子不会到达喷口9的末端部分24。
[62]在预定的期限(约数秒)之后，控制单元同时控制：
[63]-使电磁微波发生器6停止运行，从而造成等离子消失；
[64]-关闭第五电阀43，从而造成前驱气体供给停止；
[65]-使第一电阀19的阀门20进入关闭位置，从而造成容器3的降压停止；以及
[66]-使第二电阀29的阀门30进入开启位置，从而造成容器3增压。
[67]在预定的延时(不足一秒)之后，控制单元控制第四电阀37的阀门38进入开启位置，从而造成在容器3外部的围室5增压。
[68]因此，如此处理的容器3可被排出，循环过程重新开始以处理下一容器。

Claims (8)

1.等离子处理容器(3)的处理机(1)，其具有：
-围室(5)，其适于接纳一待处理容器(3)；
-盖(8)，其在所述围室(5)的延伸部分形成有喷口(9)；
-使容器(3)降压的降压管道(14)，该容器的降压管道通入所述喷口(9)并使该喷口连接于负压源(15)；
-第一阀(19)，其具有一关闭位置和一开启位置，在所述关闭位置，所述第一阀关闭所述降压管道(14)，而在所述开启位置，所述第一阀使所述喷口(9)与所述负压源(15)连通；
该处理机(1)的特征在于它还具有：
-使容器(3)增压的增压管道(27)，该容器的增压管道与所述降压管道(14)分开，该增压管道(27)在所述降压管道(17)之外通到所述喷口(9)中，且使所述喷口(9)连接于压力源(28)；
-第二阀(29)，其具有该第二阀关闭所述增压管道(27)的关闭位置、和该第二阀使所述喷口(9)与所述压力源(28)连通的开启位置。
2.根据权利要求1所述的处理机(1)，其特征在于，所述喷口(9)具有中央部分(22)，所述降压管道(14)通入该中央部分，所述中央部分(22)由所述增压管道(27)通入的一末端部分(24)延长。
3.根据权利要求2所述的处理机(1)，其特征在于，所述喷口(9)的所述末端部分(24)具有所述增压管道(27)通入的环形室(25)。
4.根据权利要求3所述的处理机(1)，其特征在于，所述环形室(25)经由一个或多个孔道(26)与所述喷口(9)的中央部分(22)连通。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的处理机(1)，其特征在于，所述降压管道(14)通入一中间室(17)，所述中间室通过一穿孔隔板(18)与所述喷口(9)连通。
6.根据前述权利要求中任一项所述的处理机(1)，其特征在于，所述处理机还具有使围室(5)降压的降压管道(32)，该围室的降压管道独立于所述容器(3)的降压管道(14)，并使所述围室(5)连接于一负压源(15)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的处理机(1)，其特征在于，所述处理机还具有使围室(5)增压的增压管道(33)，该围室的增压管道独立于所述容器(3)的增压管道(27)，并使所述围室(5)连接于一压力源(28)。
8.根据权利要求6和7所述的处理机(1)，其特征在于，所述围室(5)的所述降压管道(32)和增压管道(33)通入开通到所述围室(5)中的一公共管(40)。
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