CN1223242C - 用于在等离子聚合装置中固定电极的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在等离子聚合装置中固定电极的装置，包括：一个不导电的夹持器，用于通过覆盖住电极端部固定电极；一条连接电极和电源的导线；以及一个将夹持器固定在处理室壁上的固定部件。

Description

用于在等离子聚合装置中固定电极的装置

技术领域

本发明涉及一种等离子聚合装置中的电极，更具体地说，涉及这样一种等离子聚合装置中固定电极的设备，它能使电极绝缘，通过将电极安装在一个箱室的一面壁上防止电极变形，并使得电极易于安装和拆除。

背景技术

如果一个诸如钢板这样的基质的表面上用等离子体覆盖着一层薄膜，将形成一个具有良好一致性并且耐磨的表层。具有表层的产品被用于磁盘、光盘、碳化物工具等等之类的地方。而且，如果生成在钢板表面上的油漆涂膜进行了等离子处理，则覆盖钢板的未塑化的涂层就具有良好的耐久性和抗腐蚀性。特别是，经这种处理，可以通过聚合物聚合基质的表面，增加亲水性或疏水性，从而，得到改进的材料被广泛地使用。

WO99/28530中披露了一种典型的等离子体聚合装置。在图1中，该装置包括一个真空室1，安装在该真空泵5、6室中的电极4，用于控制真空室压力，用于测量真空度的测量计7、8，用于使电极产生电势差的电源装置3，以及用于供应诸如活泼气体和氮的未反应气体的反应气体调节装置9、10。

下面说明一个上述装置的等离子体聚合过程的例子。基质2安装在箱室1中，通过启动旋转泵5用热电偶测量计7检查箱室中压力是否维持在10^-3托的真空度之后，通过启动扩散泵6用离子测量计8检查箱室中的压力是否维持在10^-6托(Torr)的真空度。基质被电源3偏置为正极(或主动电极)，而另一端的电极4接地。如果箱室的压力维持在正常的真空度，反应气体和惰性气体将良好地供应在理想位置周围。混合比由热电偶测量到的压力来控制。倘若真空室压力成为一定的真空度，真空室将放出直流电或高频波。然后，在直流电或高频波产生的等离子体中，分子键被打破，而打破的链和激活的阳离子、阴例子结合，从而在置于电极之间的基质表面上形成聚合物质。

在上述装置中，电极4没有接电源而是接地。如果该电极接了电源，则需要与箱室绝缘，并且需要一种用于固定电极装置将电极置于与被处理的基质有预定间隔的位置上。特别是对于既能进行上述不连续的处理又能连续进行等离子聚合处理的装置，当设备长时间工作时，电极可能松弛或者电极之间的间距可能变化。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种电极结构，在等离子聚合装置内的电极接电源的情况下，能使电极和箱室绝缘。

本发明的另一目的是提供一种拉紧力调整装置，用于有效地长时间固定电极并防止电极变形。

本发明还有一个目的是提供一种装置，用于在等离子聚合装置内固定电极，使得电极的安装和拆除能在短时间内轻松完成。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于在等离子聚合装置内固定电极的装置，包括一个处理室；一个真空泵，用于维持处理室中的真空状态；至少一个置于处理室中的电极，用于高压放电；一个用于固定电极的装置；以及一个电源，用于向电极施加电能。而用于固定电极的装置包括一个用绝缘材料制成的电极夹持部件，用于覆盖住和夹持电极末端；一个经过电极夹持部件的导线部件，用于电极和电源间的电连接；以及一个固定部件，用于将电极夹持部件固定在处理室中适当位置。

为了达到前述目的，本发明还提供了一种用于在等离子聚合装置内固定电极的装置，包括一个处理室；一个真空泵，用于维持处理室中的真空状态；至少一个置于处理室中的薄片状电极，用于高压放电；一个电源，用于向电极施加电能；一个用绝缘材料制成的电极夹持部件，用于覆盖住和夹持电极末端；一个经过电极夹持部件的导线部件，用于电极和电源间的导电连接；一个固定部件，用于将电极夹持部件固定在处理室中适当位置；以及一个弹性部件，用于提供沿电极纵向方向的弹力。

为了达到前述目的，本发明还提供了一种用于在等离子聚合装置内固定电极的装置，包括一个处理室；一个真空泵，用于维持处理室中的真空状态；至少一个置于处理室中的薄片状电极，用于高压放电；一个电源，用于向电极施加电能；一个用绝缘材料制成的电极夹持部件，用于覆盖住和夹持电极末端；一个经过电极夹持部件的导线部件，用于电极和电源间的导电连接；以及一个由圆柱状导电材料制成的内部夹持器，被电极夹持器固定和覆盖住并且电极的一端卷绕在其上。

附图说明

图1是传统等离子聚合装置的示意图；

图2是等离子聚合连续处理系统的剖面图；

图3是本发明的一个实施例的透视图；

图4a是本发明的另一实施例的纵向剖视图；

图4b是本发明的另一实施例的另一纵向剖视图；

图5是聚合过程中电极热变形的示意图；

图6a是本发明的又一实施例的平面图；

图6b是沿图6a中A-A线的剖面图；

图7a是热变形之前的电极结构的剖视图；

图7b是热变形之后的电极结构的剖视图；

图8是本发明的又一实施例的透视图；

图9是图8中的实施例的详细透视图；

图10是沿图8中A-A′线的剖视图；

图11是沿图8中B-B′线的透视图。

具体实施方式

下面将参照附图说明本发明。安装在等离子聚合装置中的处理室中的电极可以是各种形状的，但一般是薄片形的。薄片形的电极安装在与基质的上、下部分有预定的间距的位置。当通电时，电极间将放电，并且由于放电，供应到处理室的反应气体变成等离子体状态。

等离子体状态下的气体将改变置于处理室中的基质的表面或者形成一个新的表面层。保持电极与需表面处理的基质之间的预定间距对于通过等离子聚合进行均衡的基质表面处理非常重要。

要保持电极和要聚合的基质之间的预定间距，需要一个固定电极的装置。该固定电极的装置通过固定电极的两边并施加预定的拉紧力防止电极松弛。

另一方面，如果电极通电，则固定电极的装置和处理室之间就需要绝缘，因为固定电极的装置安装在处理室的壁上并与处理室靠近。

固定电极的装置包括一个薄片形电极；一个安装在处理室内壁上的夹持器，由完全覆盖住电极末端的绝缘材料制成；一个用于连接电极连接到处理室内壁的适当位置的导线部件。

而且，该装置可以包括一个由导电材料制成的靠近电极末端的内部夹持器，并且电极夹持器部件固定后完全盖住内部夹持器。

根据本发明的一种实施例，内部夹持器可以由圆柱形导电材料制成，电极的一端卷绕在其上，并且根据另一实施例，该夹持器可以由靠近电极末端的上下表面的两块板组成。

在任何情况下，夹持器都最好由导电材料制成。

电极夹持器最好包括内部夹持器并覆盖住电极。而且，最好电极夹持器由上夹持器和下夹持器组成，以便安装和拆除电极。

电极必须以某种方式通电，并且电流能通过直接连接电源装置和电极或者连接内部夹持器和导线流到电极。

另一方面，电极可以是薄片状的网格型金属。网格型金属电极可以防止电场集中在电极边缘，并使得容易将电极末端固定到内部夹持器上。

本发明的电极结构专为安装在等离子聚合装置的处理室中而设计，但本发明也可以应用到类似的各种装置上。本发明特别对能长时间连续进行表面处理的连续处理装置有用。

图2显示了连续等离子聚合装置的一个例子。如图所示，电极23安装在具有预定间距的上、下两侧，使得基质22能通过处理室21中的的通道，而退卷机26安装在退卷机室25中，基质卷绕在退卷机上，退卷机安装在处理室21前。在处理室21后的卷绕机室28中安装着卷绕机27，用于卷绕具有沉积的聚合膜的基质。

在图中，电极与要处理的基质的移动方向平行地安装在处理室中，但如果电极沿垂直方向安装，亦即如果电极沿与基质移动方向垂直的方向安装在相同的平面上，也可以使用本发明的用于固定电极的装置。而且，除了一个电极安装在一个表面的情况，在很多电极相互对置地安装在基质的一个表面或上下表面的情况下，本发明的用于固定电极的装置也仍可以使用。

图3显示了本发明的一个实施例。如图所示，电极31的末端是上下表面上的内部夹持器，而且在上板32a和下板32b互相靠紧的情况下被固定在联结装置33上，而在上电极夹持器34和下电极夹持器35靠紧以覆盖住整个板的情况下，每块板和电极夹持器都用外表面上的联结装置36固定。电极夹持器最好具有凹槽，使得板可以插入内表面。联结装置最好是常用的螺丝或铆钉，但也可以使用其它具有相同功能的器件。图中未显示的电极的另一端由与对侧相同的内部夹持器和电极夹持器固定。

为了使固定电极的上下板将电能传递到电极上，板的材料必须是导电的，另一方面，上下电极夹持器必须保持绝缘性能，使得电能只传递到电极而不外泄。要实现这一点，电极夹持器要用具有较好耐热性的绝缘材料制成并完全覆盖住电极和板末端，以使得电极不能传递电流到周围，比如处理室壁。

上下板贴在电极上使得电极与电极夹持器结合在一起。板的一个表面紧靠着电极夹持器，从而与电极和电极夹持器保持预定的摩擦力。因此，电极和电极夹持器通过上板和下板的中介保持联结的稳固。

要更换电极时，最好不要将电极与板分开，而要随板一起更换电极。

向电极供电的方法有很多例子，下面说明本发明中的电源装置包含在用于固定电极的装置中的情况。

图4a和4b分别显示了本发明的另一实施例的纵向和横向剖视图。电极40的两端被上部和下部的上板41和下板42靠紧固定。而板又分别被上夹持器43和下夹持器44靠紧固定。

诸如电线的导线46连接着上板。在图中的实施例中，导线连接着上板，但导线也可以连接着下板。

上夹持器43和下夹持器44通过诸如螺丝的联结装置45紧密结合并固定电极和板。电极夹持器也被固定装置固定在处理室壁上。标号47是指固定处理室内壁(图中未显示)和下夹持器43的结合部分。上板和下板通过诸如螺丝的这样的将电极中置的联结装置互相联结。

在上面的实施例中，导线靠紧覆盖住电极的上板，穿过形成在电极夹持器中的通槽，而电流间接通过电极。另一方面，板表面的一部分上可以形成一个开口，而电流施加装置可以直接接到电极上。而且，可以通过将导线连接到上下夹持器之间的联结件(例如螺丝)上形成电流。

导线另一端连接到处理室外的电源供应装置，而且要绝缘的处理室壁上最好能形成绝缘部件，或者把在处理室壁上伸出的导线部分用绝缘材料包住。

本发明中，电极夹持器的拉紧力使得电极保持预定形状，特别是它从电极的两边施加拉紧力使得电极的一部分不因为重力而在聚合处理进行时松弛。如果聚合处理长时间进行，电极的温度上升，并且电极随着时间增长而产生热变形。由于电极的热变形，电极的初始形状在重力方向上开始变得松弛，图5显示了这种现象。图5下部显示了由热变形引起的电极的下垂。标号51是指电极夹持器。当电极松弛时，基质和电极之间的距离变得随电极的各部分而不同。因此聚合在基质表面上的薄膜的一致性降低了，而形成在基质表面的聚合体材料不能良好地靠紧，因此降低了聚合体薄膜的耐久性和产品质量。

下面说明持续给电极夹持器拉紧力的装置。

图6a是本发明中的固定电极的装置中的拉紧力调节装置的一个实施例。所述装置具有一个弹力部件，用于在电极的纵向方向提供弹力。电极62与夹持器63配合安装，而夹持器位于支撑部件64上。支撑件安装在处理室的内壁上，而滑动导向销钉62的长度能穿过支撑件上的夹持器。夹持器能通过滑动导向销钉在电极的纵向方向上移动。压缩弹簧68作为弹性体夹在支撑件的一端与夹持器之间。

图6b是沿图6a中A-A线的剖视图，更详细地显示了各部件。特别详细地显示了夹在支撑件64一端和夹持器63之间的压缩弹簧68的位置。

图7a显示了夹持器63在电极62两边固定电极。此处，两边安装了活动夹持器，但另一方面，夹持器也可以是在一边固定一个夹持器而只让另一边的夹持器活动。图中所示的电极是在等离子聚合处理之前的状态，并且电极62被夹持器63紧紧固定，因此电极具有与夹持器之间距离相等的初始长度L。

图7b显示了由于长时间进行等离子聚合处理电极因热变形而松弛的长度F′。此时，电极仍保持张紧而不松弛。本发明的电极拉紧力装置使得这成为可能。图中压缩弹簧68通过弹力在电极62的纵向方向推夹持器，而用于固定电极的两个夹持器之间的距离增长了F′。因此，即使电极因热变形，也不会不松弛，而保持拉紧状态。

将板靠紧电极末端的上下表面，再用联结装置将板固定，然后将电极夹持器靠紧各板的上下部分，再用联结装置固定，就形成了电极结构。

如上装配的电极结构用于安装在处理室内的情况，而为了便于拆除电极应该以相反顺序拆除。在本发明中，电极的安装和拆除在下面说明的实施例中将变得很容易。

参照图8，上夹持器81插入安装在下电极夹持器80的上部，下电极夹持器两端都固定在处理室的内壁中，而一个圆柱形内部夹持器83位于下夹持器80和上夹持器81之间，电极的一个端部固定在圆柱形内部夹持器上。

下面参照图9详细说明电极结构。

在下夹持器80的上表面后部，沿纵向方向形成了一个向上伸出的主壁部85，而在主壁85两端前面，形成有凸起部86。在形成于凸起部86和主壁部85之间的插入槽中，圆柱形内部夹持器83的两端和上夹持器81的两端部依次插入。

而且，在插入槽的上表面上形成有一个纵向的下安装槽88a，使得内部夹持器83的下表面得以安装，而上安装槽88b形成在上夹持器81的下表面上，内部夹持器83的上表面与其紧贴。

电极安装部87形成在两个凸起部86之间，使得薄片形电极82固定在内部夹持器83  ，从而能放置卷绕的端部。

在本发明中，为了给电极通电，圆柱形内部夹持器可以伸长到上下夹持器之外，使得内部夹持器能象前述实施例一样与导线连接，导线可以通过在上夹持器上形成一个通槽连接到内部夹持器或电极。

另一方面，在形成于下夹持器80上的主壁部85的两端部，以及凸起部86和上夹持器81的两端部，分别形成有销钉孔85a、86a和81a，部件联结时各销钉孔互相贯通，而上述销钉孔中有固定销钉84用于安装和拆除，从而防止上夹持器与下夹持器脱离。

图10是是沿图8中A-A′线的剖视图，图11是沿图8中B-B′线的透视图。

在固定销钉84前部的外圆周表面上，形成有预定深度的半圆形止动槽84a。在下夹持器80的凸起部86上，与下表面垂直的方向上形成有一个垂直孔(参看图11中标号89)，使其连接到销钉孔86a。在这个垂直孔上插有一个由弹簧90支撑的止动球，通过在固定销钉84的止动槽84a上安装止动球91可以防止固定销钉84松脱。在垂直孔89的下部入口处的内圆周表面上形成有内螺纹，外圆周表面上形成有外螺纹的螺帽92联结在弹簧90下部。

上述电极结构装配好之后，圆柱形内部夹持器83将安装在形成于下夹持器80上表面的下安装槽88a中，而连接到内部夹持器83的薄片形电极82安装在电极安装部87中。

上夹持器81的两端部插在下夹持器80的插槽88中实现联结。内部夹持器83的上表面与形成于上夹持器81的下表面的上安装槽81b紧贴。

在上述情况下，固定销钉84插入在下夹持器80的主壁部85后的销钉孔85a中，而被联结的固定销钉因此穿过上夹持器的销钉孔81a和形成于下夹持器的凸起部86上的销钉孔86a。当形成于固定销钉84上的止动槽84a通过垂直孔89的上端时，被弹簧90向上支撑的止动球嵌入固定销钉84的止动槽84a中。

拆除本发明的如上装配的电极结构时，装配过程将被反过来执行。

亦即，当用户朝插入方向相反的方向拉固定销钉84时，嵌入固定销钉的止动槽84a中的止动球91向下移动脱离止动槽84a，如果用户继续拉固定销钉84，则固定销钉84将完全脱离各夹持器的销钉孔。在上述情况下，通过按顺序地从下夹持器80上分离与上夹持器81连接的内部夹持器83以及电极，可以轻松地拆除电极。

如上所述，本发明可以通过将电极有效地固定在处理室内保持与聚合基质的间距的一致性，并能使电极更换变得容易。而且，通过事先使不接电源的部件绝缘，预防了诸如电击这样的危险。

Claims (18)

1.一种用于在等离子聚合装置内固定电极的装置，包括：

一个处理室；

一个真空泵，用于维持处理室中的真空状态；

至少一个置于处理室中的薄片状电极，用于高压放电；

一个电源，用于向电极施加电能；

一个用绝缘材料制成的电极夹持部件，用于覆盖住和夹持电极末端；

一个经过电极夹持部件的导线部件，用于电极和电源间的导电连接；

一个固定部件，用于将电极夹持部件固定在处理室中适当位置；以及

一个弹性部件，用于沿电极纵向方向提供弹力。

2.如权利要求1的装置，还包括：

一个由导电材料制成的内部夹持器，覆盖住电极的末端的上下表面，其特征是，电极夹持部件完全覆盖住地固定内部夹持器。

3.如权利要求2的装置，其特征是，内部夹持器包括一个上板、一个下板和一个用于联结两块板的联结装置。

4.如权利要求1的装置，其特征是，电极夹持部件包括一个上夹持器、一个下夹持器和一个用于联结两个夹持器的联结装置。

5.如权利要求1的装置，其特征是，弹性部件包括：

一个支撑件，用于在具有前部凸起的电极夹持部件的下部支撑电极夹持部件；

一个伸长到上述凸起的滑动导向销钉，穿过电极夹持部件；以及

一个置于凸起和夹持器之间的弹性体。

6.如权利要求5的装置，其特征是，电极夹持部件能沿滑动导向销钉的纵向方向移动。

7.如权利要求1的装置，还包括：

一个由圆柱状导电材料制成的内部夹持器，被电极夹持器固定和覆盖住并且电极的一端卷绕在其上。

8.如权利要求7的装置，其特征是，电极夹持部件包括一个上夹持器、一个下夹持器以及一个用于联结这两个夹持器的联结装置。

9.如权利要求8的装置，其特征是，圆柱形内部夹持器安装在由下夹持器的上表面和上夹持器的下表面形成的安装槽内，从而被固定。

10.如权利要求8的装置，其特征是，下夹持器具有在上表面后部凸起的主壁部并且在主壁部两端前面形成有凸起部。

11.如权利要求8的装置，其特征是，下夹持器还包括：

一个固定销钉，用于固定上夹持器和内部夹持器；以及

一个防松脱装置，用于防止固定销钉松脱。

12.如权利要求11的装置，其特征是，固定销钉在前端圆周表面上具有预定深度的止动槽。

13.如权利要求11的装置，其特征是，各销钉孔分别形成在下夹持器的主壁部的两端以及凸起和上夹持器的两端，这些部件联结时各销钉孔互相贯通，在销钉孔中插入固定销钉防止上夹持器松脱。

14.如权利要求11的装置，其特征是，在下夹持器的凸起上与下表面垂直的方向上形成有一个与销钉孔连通的垂直孔。

15.如权利要求14的装置，其特征是，固定销钉的防松脱装置包括一个支撑在弹簧一端的止动球以及一个连接在弹簧另一端的螺帽，被插在垂直孔中。

16.如权利要求7的装置，其特征是，所述电极夹持部件具有一个安装槽，能让所述圆柱状内部夹持器安装在其中。

17.如权利要求16的装置，其特征是，所述内部夹持器通过一根伸长到电极夹持部件之外的导线部件连接到电源。

18.如权利要求1的装置，其特征是，所述导线部件连接所述内部夹持器和一个电源。

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