DE10233137A1

DE10233137A1 - Vorrichtung zum Beschichten von Substraten

Info

Publication number: DE10233137A1
Application number: DE2002133137
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. Grimm; Tobias Stolley
Original assignee: Applied Films GmbH and Co KG
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Priority date: 2002-07-20
Filing date: 2002-07-20
Publication date: 2004-02-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten, die einen Verteiler für Beschichtungsmaterial aufweist. Bei dem Beschichtungsmaterial handelt es sich um einen im gasförmigen Zustand vorliegenden Stoff, der keulenförmig vom Verteiler ausgeht und die Substrate erreicht, die einen Abstand voneinander haben. Damit kein Beschichtungsmaterial in die Zwischenräume zwischen den Substraten gelangt, wird die Beschichtungskeule so ausgerichtet, dass jeweils ein Substrat das jeweils benachbarte Substrat - aus der Sicht des Verteilers - wenigstens teilweise überdeckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zahlreiche Produkte, die früher aus Glas oder Metall hergestellt wurden, werden heute aus Kunstoffen, etwa aus PET (= Polyethylenterephthalat), hergestellt. Beispiele hierfür sind Behälter, insbesondere solche für die Aufnahme von Flüssigkeiten. Kunststoffe weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie nicht ganz gasdicht sind. Bei Getränken, die mit Kohlensäure versetzt sind, kann deshalb das CO₂ allmählich nach außen diffundieren, so dass sich im schlimmsten Fall nach einiger Zeit überhaupt keine Kohlensäure mehr in dem Getränk befindet.

Damit auch Kunststoffbehälter oder Kunststofffolien gasundurchlässig werden, ist es üblich, diese zu beschichten, z.B. mit SiO_X. Weil SiO_X relativ spröde ist, wird es bisweilen sandwichartig in eine untere und eine obere Acrylatschicht eigebettet. Hierdurch wird auch die Sperre gegen das Entweichen von Gasen erheblich verbessert. Die Beschichtung von z.B. Kunststoffflaschen kann grundsätzlich von außen oder von innen erfolgen. Als vorteilhaft hat sich allerdings eine Beschichtung von außen herausgestellt, weil hierbei eine schnelle Beschichtung mehrerer Flaschen hintereinander möglich ist.

Um Substrate mit einer Barriereschicht zu versehen, wurde bereits eine besondere Beschichtungs-Vorrichtung vorgeschlagen ( DE 198 07 032 A1 ). Diese Beschichtungs-Vorrichtung enthält ein Transportband, auf dem mehrere Kunststoffflaschen angeordnet sind, die an einer Beschichtungsquelle vorbei bewegt werden. Bei dieser Beschichtungsquelle kann es sich um einen Verdampfer handeln, der eine Verdampfungskeule mit gasförmigem Beschichtungsmaterial aussendet, wobei die Mittellinie der Verdampferkeule senkrecht zur Transportrichtung der Kunststoffflaschen verläuft. Da die Kunststoffflaschen einen Abstand voneinander haben, gelangt Verdamp fermaterial in den Zwischenraum zwischen den Flaschen und beschichtet auf diese Weise das Transportband. Hierdurch wird unnötig Verdampfermaterial verschwendet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher ausschließlich die Substrate beschichtet werden.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten, die einen Verteiler für Beschichtungsmaterial aufweist. Bei dem Beschichtungsmaterial handelt es sich um einen im gasförmigen Zustand vorliegenden Stoff, der keulenförmig vom Verteiler ausgeht und die Substrate erreicht, die einen Abstand voneinander haben. Damit kein Beschichtungsmaterial in die Zwischenräume zwischen den Substraten gelangt, wird die Beschichtungskeule so ausgerichtet, dass jeweils ein Substrat das jeweils benachbarte Substrat – aus der Sicht des Verteilers – wenigstens teilweise überdeckt.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass keine Zwischenraumbedampfung erfolgt. Außerdem ist eine gleichmäßige Rundumbedampfung von Substraten möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Verteiler für Verdampfungsmaterial und eine zu bedampfende Kunststoffflasche;
2 mehrere nebeneinander angeordnete Flaschen, einen Verteiler und einen Strahlungsaushärter;
3 mehrere nebeneinander angeordnete Flaschen und ein Verteiler in einer Draufsicht.
In 1 ist das Prinzip einer herkömmlichen Beschichtung von Kunststoffflaschen dargestellt. Die Kunststoffflasche 1 wird hierbei mittels eines Linearverteilers 2 beschichtet, der sich – wie die Flasche 1 – im Vakuum befindet. Dieser Linearverteiler 2 wird mittels nicht dargesteller Vorrichtungen von einem außerhalb des Vakuums befindlichen Verdampfer mit dampfförmigem Beschichtungsmaterial versorgt (vgl. z. B. deutsche Patentanmeldungen 101 28 091.2 und 102 24 908.3). Der Linearverteiler 2 heißt deshalb so, weil er einen linearen Schlitz 3 aufweist, aus dem Beschichtungsmaterial in Dampfform austritt. Dieses Beschichtungsmaterial bildet eine Verdampfungskeule 4, die einen Öffnungswinkel α aufweist. Die Randbereiche 5 bis 8 der Verdampfungskeule 4 schließen nicht nur zwischen den Bereichen 5 und 7 bzw. 6 und 8 den Winkel a ein, sondern sie sind auch in vertikaler Richtung gespreizt, d. h. die Randbereiche 7 und 8 der Verdampfungskeule 4 sind beim Austritt aus dem Schlitz näher zusammen als am Ort der Flasche 1.
Der Linearverteiler 2 ist in der l schematisch als Quader dargestellt, von dem die Seitenflächen 9, 10 und 11 zu erkennen sind. In der Praxis wird jedoch oft ein Rohrverteiler eingesetzt.
In der 2 ist der Linearverteiler 2 noch einmal dargestellt, und zwar in einer Ansicht auf die kleine Seitenfläche 9. Mit 12 bis 16 sind die Böden von Kunststoffflaschen bezeichnet, die mit Hilfe einer Transportvorrichtung 17 in Richtung des Pfeils 18 transportiert werden. Ein Elektronenstrahlgenerator 19 ist spiegelsymmetrisch zum Linearverteiler 2 angeordnet. Die Randbereiche 5, 7 der Verdampfungskeule 4 des Linearverteilers schließen den Winkel ? ein Sowohl der Linearverteiler 2 als auch der Elektronenstrahlgenerator 19 sind zu den Linien 20, 21, die parallel zur Transportrichtung verlaufen, um einen Winkel ß geneigt.
Die Anordnung des Linearverteilers 2 und des Elektronenstrahlgenerators 19 erfolgt derart, dass die Partikel der Keulen 4 und 22 nicht in einen Zwischenraum zwischen zwei Kunststoffflaschen gelangen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass der Schatten einer Flasche, den diese in einer Keule 4, 22 erzeugt, auf die benachbarte Flasche fällt und nicht darunter. Jede vom Schlitz 3 des Linearverteilers 2 ausgehende gedachte Linie der Verdampfungskeule 4 endet somit auf einer Flasche. Die Flaschen bilden folglich – aus der Sicht des Schlitzes 3 – eine geschlossene Fläche.
Damit die Flaschen überall beschichtet werden, sind sie um ihre Längsachsen dreh bar befestigt. Aufgrund von Längsachsen-Drehungen kommen alle Umfangsbereiche der Flaschen mit den Teilchen-Keulen in Kontakt.
In der 3 sind mehrere nebeneinander angeordnete Kunststoffflaschen 30 bis 35 gezeigt, die mit der Transportvorrichtung 17 derart gekoppelt sind, dass sie um ihre Längsachse gedreht werden können. Bei der Flasche 35 ist die Drehung durch den Pfeil 36 angedeutet.
Wie man aus der 3 erkennt, ist der Linearverteiler 2 zu den Längsachsen der Flaschen 30 bis 35 bzw. zur Transportrichtung hin geneigt. Der Neigungswinkel zwischen einer gedachten Geraden 37 und der Mittelachse des Linearverteilers 2 ist mit ? bezeichnet. Durch diese Schrägstellung des Linearverteilers 2 wird ermöglicht, dass auch die Böden 12 bis 16 der Flaschen 30 bis 35 beschichtet werden können. Hierzu ist eine beheizte Rückverdampferplatte 29 unter den Böden 12 bis 16 der Flaschen 30 bis 35 vorgesehen, welche die Teilchen in der Verdampfungskeule 4 zu den Böden 12 bis 16 hin reflektiert. In der 3 ist nur eine Rückverdampferplatte 29 unter zwei Flaschen 33, 34 dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass auch Rückverdampferplatten vorgesehen sein können, die nur einer Flasche oder mehr als zwei Flaschen zugeordnet sind.
Mit dem Linearverteiler 2 wird beispielsweise SiO_x oder Acrylat in Dampfform auf die Kunststoffflaschen 30 bis 35 gegeben. Es können auch mehrere Linearverteiler nebeneinander angeordnet sein, von denen einer SiO_x und zwei Acrylat versprühen. Auf diese Weise ist ein Schichtaufbau "Acrylat – SiO_x – Acrylat" möglich.
Der Elektronenstrahlgenerator 19 hat die Aufgabe, Acrylat-Polymere auszuhärten, die sich auf den Substraten niedergeschlagen haben.
Wie man aus 3 erkennt, befindet sich die Flasche 35 näher am Linearverteiler 2 als die Flasche 30, d. h. sie wird intensiver bedampft. Da sich jedoch die Flaschen 30 bis 35 an dem Linearverteiler 2 vorbei bewegen, nimmt jede Flasche einmal die Position der Flasche 30 und einmal die Position der Flasche 35 ein, so dass die Beschichtungsdauer und -intensität für alle Flaschen gleich ist. Hierbei ist natürlich darauf zu achten, dass die Vortriebs- und Drehgeschwindigkeiten stets gleich bleiben.

Claims

Vorrichtung zum Beschichten von Substraten, bei der wenigstens zwei Substrate nebeneinander in einer Ebene angeordnet sind und einen Abstand voneinander haben und ein Verteiler für gasförmiges Beschichtungsmaterial vorgesehen ist, der das Beschichtungsmaterial in Form einer Beschichtungskeule aussendet, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Beschichtungskeule (4) an einem Substrat (z. B. 35) erzeugte Schatten auf ein benachbartes Substrat (z. B. 34) fällt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (2) ein Linearverteiler ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungskeule (4) einen Öffnungswinkel (a) besitzt und innerhalb dieses Öffnungswinkels (?) eine vorgebbare Anzahl von Substraten (30 bis 35) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (3) des Verteilers (2) zu der Ebene, in der sich die Substrate (30 bis 35) befinden, in einem Winkel (β) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Linearverteilers (2) quer zu einer Achse verläuft, welche die Substrate (30 bis 35) an den jeweils gleichen Stellen schneidet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (30 bis 35) zylindrische Körper sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindischen Körper Kunststoffflaschen (30 bis 35) sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindischen Körper (30 bis 35) um ihre Längsachse drehbar sind.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb eines Bodens (12 bis 16) eines zylindrischen Körpers (30 bis 35) eine Rückver dampferplatte (39) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außer dem Verteiler (2) noch ein Elektronenstrahlgenerator (19) vorgesehen ist, der spiegelsymmetrisch zu dem Verteiler (2) angeordnet ist, wobei eine durch alle Substrate (30 bis 35) an der jeweils gleichen Stelle durchgehende Achse die Symmetrieachse darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (2) ortsfest angeordnet ist und die Substrate (30 bis 35) an einem Träger (17) befestigt sind, der sich relativ zu dem Verteiler (2) bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außer dem Verteiler (2) noch ein Elektronenstrahlgenerator vorgesehen ist, der auf gleicher Ebene wie der Verteiler (2), aber vor oder hinter diesem angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Barrieremateriaλ SiΟ_x, Al oder A1-Oxid vorgesehen ist.