ITFI20010205A1

ITFI20010205A1 - Apparato per la deposizione sotto vuoto di un rivestimento su un substrato,in particolare per la metallizzazione di un film plastico

Info

Publication number: ITFI20010205A1
Authority: IT
Inventors: Andrea Fusi; Mario Ceni
Original assignee: Galileo Vacuum Systems S R L
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2003-05-02
Also published as: WO2003038142A1; EP1440178A1

Description

Apparato per la deposizione sotto vuoto di un rivestimento su un substrato, in particolare per la metallizzazione di un film plastico

Descrizione

Campo tecnico

La presente invenzione riguarda un apparato per la metallizzazione sotto vuoto di un film plastico e più in generale un apparato per la vaporizzazione sotto vuoto di un materiale destinato a formare un rivestimento su un substrato laminare, come un film od altro.

Stato della tecnica

Per la produzione di film plastici metallizzati vengono frequentemente utilizzati impianti corredati di una camera a vuoto, dove viene disposta una prima bobina di film da metallizzare. Il film viene gradualmente alimentato ad una zona di processo, attorno ad un rullo di processo dove esso riceve il metallo che si deposita e si condensa su una superficie del film. Il film così metallizzato viene riavvolto su una seconda bobina, di film metallizzato. Di fronte al rullo di processo è disposta una batteria di sorgenti di vaporizzazione, cioè sorgenti da cui viene erogato il metallo in forma di vapore. Il metallo viene vaporizzato tramite apporto di calore, usualmente per effetto Joule. Una sorgente realizzata in materiale elettricamente conduttivo viene riscaldata facendo passare attraverso di essa una corrente di elevata intensità e bassa tensione. La resistenza della sorgente, realizzata ad esempio in materiale sinterizzato di opportuna resistenza elettrica e con proprietà di resistenza al calore, provoca un suo riscaldamento per dissipazione della potenza elettrica ed il calore generato provoca la graduale fusione di un filo metallico alimentato da un rocchetto, ad esempio un filo di alluminio. L'alluminio fuso forma una pozza in una apposita depressione realizzata nella sorgente e da qui vaporizza.

Normalmente questi apparati presentano una camera a vuoto di forma prismatica o cilindrica, con un asse orizzontale. I supporti delle due bobine, il rullo di processo e gli altri rulli di rinvio del film od altro materiale laminare da metallizzare sono estraibili lateralmente da una delle basi della camera a vuoto, con un movimento parallelo all'asse della camera stessa. Questi organi sono supportati a tale scopo da un cosiddetto "carro avvolgitore". Questa configurazione consente di disporre una bobina di materiale da metallizzare sul relativo supporto e quindi di introdurre il carro avvolgitore all'interno della camera a vuoto per iniziare il processo di metallizzazione, previa evacuazione dell'aria dall'interno della camera con opportune pompe a vuoto. Le sorgenti di vaporizzazione sono portate da un supporto solidale ad un carrello mobile parallelamente all'asse della camera a vuoto per estrarre ed inserire il supporto delle sorgenti dalla camera a vuoto e nella camera a vuoto rispettivamente. Il carrello che porta la batteria di sorgenti prende usualmente il nome di "carro sorgenti". Una flangia disposta tra il carrello ed il supporto delle sorgenti serve a chiudere la camera a vuoto dal lato di estrazione delle sorgenti stesse. Sul carrello sono montati i trasformatori che servono ad alimentare le singole sorgenti con una corrente a bassa tensione. Conduttori cilindrici rigidi si sviluppano da ciascun trasformatore alla rispettiva sorgente. Esempi di disposizioni di questo tipo sono descritti in G. Tonini et al., « A new Generation of Film Metallizing» , in Paper, Film & Foil Converter, Febbraio 1980.

L'estraibilità delle sorgenti è necessaria per consentirne la manutenzione e per sostituire i rocchetti o le bobine di filo metallico, disposte su entrambi i lati del banco o batteria di sorgenti di vaporizzazione. Le sorgenti devono essere estraibili soprattutto in quegli apparecchi che presentano una struttura particolarmente compatta, con i supporti delle bobine di materiale da metallizzare e metallizzato disposti da un lato rispetto all'asse della camera a vuoto ed il rullo di processo e le sorgenti sul lato opposto.

Questa disposizione, che presenta il carro sorgenti ed il carro avvolgitore estraibili da lati opposti della camera a vuoto, presenta alcuni vantaggi ma anche notevoli inconvenienti. In primo luogo, poiché i supporti delle bobine si estraggono da una estremità della camera a vuoto e le sorgenti si estraggono dalla estremità opposta, è necessario disporre di un elevato spazio libero su entrambi i lati dell'apparato con una notevole occupazione di superficie utile. Ciò è di per sé difficile ed oneroso e lo diventa ancor di più con l'aumentare della larghezza dei substrati da metallizzare, cioè con la lunghezza assiale della camera a vuoto. Ciò in quanto sia i supporti delle bobine sia i supporti della batteria di sorgenti di vaporizzazione presentano lunghezze utili pari almeno alla larghezza del substrato da metallizzare.

In secondo luogo il collegamento elettrico tra i trasformatori che si trovano sul carrello e le sorgenti che sono supportate a sbalzo dal carrello è complesso e costoso, e genera fortissimi disturbi elettromagnetici, a causa della lunghezza dei conduttori e del fatto che ciascun conduttore che unisce il trasformatore alla relativa sorgente porta una sola fase, mentre esiste un solo conduttore di terra comune a tutte le sorgenti di vaporizzazione. Questo genera forti campi elettromagnetici e quindi elevato inquinamento elettromagnetico.

Scopi e sommario dell'invenzione

Scopo della presente invenzione è la realizzazione di un apparato di metallizzazione di un film plastico, o più in generale di vaporizzazione e deposizione sotto vuoto di un rivestimento su un substrato laminare, comprendente una camera a vuoto e una batteria di sorgenti di vaporizzazione, che non presenti gli inconvenienti degli impianti e degli apparati esistenti.

Più in particolare, scopo della presente invenzione è la realizzazione di un apparato in cui la batteria di sorgenti di vaporizzazione sia facilmente accessibile eliminando i problemi di ingombro e di inquinamento elettromagnetico degli impianti conosciuti.

Questi, ed ulteriori scopi e vantaggi, che appariranno chiari agli esperti del ramo dalla lettura del testo che segue, sono ottenuti in sostanza con un apparato comprendente una camera a vuoto, dentro cui sono posti un dispositivo di erogazione del substrato e una batteria di sorgenti di vaporizzazione, il dispositivo di erogazione essendo portato da un carro avvolgitore estraibile dalla camera a vuoto, caratterizzato dal fatto che la batteria di sorgenti di vaporizzazione è sollevabile da una posizione di vaporizzazione, più bassa, ad una posizione di manutenzione, più alta, senza dover essere estratta da detta camera a vuoto.

In questo modo la batteria di sorgenti può essere portata ad una quota opportuna per eseguire la manutenzione senza necessità di estrarla dalla camera a vuoto e quindi riducendo lo spazio necessario sui lati dell'apparato. Questo risulta particolarmente vantaggioso soprattutto quando il substrato da metallizzare è di elevata larghezza e quindi la camera a vuoto e la batteria di sorgenti sono particolarmente lunghe.

Secondo una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa dell'invenzione, nella posizione di vaporizzazione la batteria di sorgenti di vaporizzazione è disposta accostata alla parete laterale della camera a vuoto e nella posizione di manutenzione la batteria di sorgenti si trova ad una maggiore distanza della parete laterale della camera a vuoto. In questa configurazione tra la parete e la batteria di sorgenti viene reso disponibile un passaggio per un operatore e la batteria risulta accessibile da entrambi i lati paralleli alla direzione di allineamento delle sorgenti. In assetto di lavoro, cioè con la batteria di sorgenti in posizione bassa, le sorgenti si trovano accostate alla parete laterale della camera a vuoto, e questo rende disponibile nella parte restante della camera un ampio spazio per l'introduzione dei supporti delle bobine di substrato e dei vari rulli attorno a cui il substrato viene rinviato. La camera a vuoto può quindi essere realizzata particolarmente compatta.

Secondo una vantaggiosa forma di realizzazione dell'invenzione, le sorgenti di vaporizzazione possono essere alimentate da bobine di filo metallico che viene fuso e vaporizzato da dette sorgenti. In questo caso le bobine di filo sono disposte su entrambi i lati della batteria di sorgenti e sono rese accessibili dalla mobilità della batteria di sorgenti.

Per ottenere il movimento di sollevamento ed allontanamento della batteria di sorgenti dalla parete laterale della camera a vuoto, è vantaggioso prevedere che la batteria sia supportata da un sistema a parallelogramma articolato. Questo cinematismo risulta particolarmente semplice ed economico e richiede un solo attuatore, od un attuatore per parte, ma azionati in parallelo, per ottenere il movimento richiesto.

Tipicamente, le sorgenti sono riscaldate per effetto Joule e sono previsti cavi flessibili di collegamento elettrico di dette sorgenti a trasformatori per l'alimentazione della corrente elettrica a bassa tensione. Vantaggiosamente, ciascuno di detti cavi comprende un connettore di fase ed un connettore di terra, riducendo così le emissioni elettromagnetiche. Secondo una disposizione particolarmente vantaggiosa, inoltre, i trasformatori sono disposti al di sotto della batteria di sorgenti ed in particolare al di sotto della base della camera a vuoto.

Ulteriori vantaggiose caratteristiche e forme di attuazione dell'invenzione sono indicate nelle allegate rivendicazioni dipendenti.

Breve descrizione dei disegni

II trovato verrà meglio compreso seguendo la descrizione e l'unito disegno, il quale mostra una pratica forma di attuazione non limitativa dell'invenzione. Più in particolare, nel disegno: la

Fig.l mostra una sezione, secondo un piano ortogonale all'asse della camera a vuoto, dell'apparato nel suo complesso; le

Fig.2 e 3 mostrano due sezioni analoghe alla sezione di Fig.l, limitatamente alla camera a vuoto in due distinte posizioni della batteria di sorgenti, senza i supporti delle bobine di film ed i relativi rulli di rinvio e di processo e con la batteria di sorgenti in posizione di lavoro e di manutenzione o di servizio, rispettivamente; le

Figg. 4 e 5 mostrano, in posizione di lavoro ed in posizione di manutenzione o di servizio, il banco o batteria di sorgenti di vaporizzazione; e la

Fig.6 mostra una vista schematica delle sorgenti e del circuito elettrico per la loro alimentazione, con indicazione delle tensioni a cui si trovano i vari elementi.

Descrizione dettagliata di una forma di attuazione dell ' invenzione

In Fig.l con 1 è indicato l'apparato nel suo complesso, illustrato in una vista ortogonale all'asse A della camera a vuoto, indicata con 3. Nell'esempio illustrato la camera a vuoto ha una forma sostanzialmente cilindrica a sezione circolare, tagliata lungo la base 3A con cui la camera a vuoto 3 poggia sul pavimento P. Si deve peraltro comprendere che la sezione della camera a vuoto può anche essere di forma diversa, ad esempio poligonale.

Nella camera a vuoto 3 sono disposti due supporti per altrettante bobine di film da metallizzare. Sul primo supporto 7 è portata una prima bobina B1 di film da metallizzare, mentre sul secondo supporto 9 è portata una seconda bobina B2 di film metallizzato. Il film in trattamento, indicato con F, segue un percorso definito da una pluralità di rulli di rinvio 12-21, lungo il quale è disposto un rullo di processo 23.

I supporti 7, 9, i rulli di rinvio 12-21 e il rullo di processo 23 sono portati da un equipaggio (carro avvolgitore) estraibile dalla camera a vuoto 3 in direzione parallela all'asse A della camera stessa. In Fig.2 è mostrata la camera da cui è stato estratto il carro aw olgitore.

Al di sotto del rullo di processo 23 è disposto un banco o batteria di sorgenti di vaporizzazione, complessivamente indicato con 25. La batteria di sorgenti di vaporizzazione è costituita da due serie di sorgenti tra loro sfalsate, indicate con 27 e 29 rispettivamente (vedasi in particolare Figg. 4 e 5).

La disposizione sfalsata delle sorgenti 27, 29 non è vincolante, ma solo esemplificativa. In pratica le sorgenti potrebbero anche essere tra loro allineate, anziché sfalsate. Inoltre, quando sono sfalsate esse possono presentare o meno una zona di sovrapposizione reciproca. In ogni caso, anche quando le sorgenti sono allineate, si può prevedere di alimentarle da entrambi i lati della batteria o banco di sorgenti, eventualmente anche con due fili di materiale metallico per ciascuna sorgente.

Le sorgenti 27, 29 sono portate da una unità 31 sviluppantesi sostanzialmente per l'intera lunghezza assiale della camera a vuoto 3, ortogonalmente al piano delle figure. Essa è sostenuta da due coppie di bracci oscillanti disposti alle estremità dell'unità stessa ed indicati con 33 e 35, una coppia sola di tali bracci essendo visibile nel disegno e l'altra essendo parallela alla prima. I bracci 33, 35 sono incernierati in 33A e 35A all'unità 31 ed in 33B, 35B alla base 3A della camera a vuoto 3. Al braccio 33, sagomato a gomito, è vincolata in 33C l'asta 37 di un attuatore cilindro-pistone 39, ad esempio di tipo idraulico, il cui pistone è vincolato in 39A alla base 3A della camera a vuoto 3. Non si esclude la possibilità di utilizzare un attuatore di altro tipo, ad esempio un martinetto meccanico, un motore elettrico con una opportuna trasmissione o simili.

Come visibile dal confronto delle Figg. 2, 3 e delle Figg. 4 e 5, con 1'attuatore 39 è possibile portare l'unità 35 con la batteria 25 di sorgenti di vaporizzazione 27, 29 da una posizione di lavoro (Figg.l, 2 e 4) ad una posizione di manutenzione e di servizio (Fig. 3, 5). Nella prima posizione l'unità 31 si trova vicina alla base della camera a vuoto e accostata alla parete laterale della stessa sul lato opposto ai supporti 7, 9 delle bobine Bl, B2 rispetto all'asse A. In questa posizione nella camera a vuoto rimane spazio sufficiente per introdurre il rullo di processo 23, i rulli di rinvio 12-21 del film F e i supporti 7, 9 per le bobine Bl, B2.

Nella posizione sollevata l'unità 31 si trova scostata dalla parete laterale della camera a vuoto 3, così da lasciare libero un passo d'uomo 41 e consentire l'accesso su entrambi i lati dell'unità 31 stessa, come mostrato chiaramente in Fig.3. Un operatore può così accedere alle sorgenti 27, 29 da entrambi i lati dell'unità 31. Inoltre, trovandosi l'unità 31 ad una quota sollevata rispetto alla quota di lavoro, l'operatore non ha bisogno di chinarsi per raggiungere gli organi portati dall'unità 31.

Sull'unità 31 sono portate, oltre alle sorgenti 27, 29, anche i rocchetti o bobine di filo metallico da vaporizzare, indicati con R. Questi rocchetti si trovano su entrambi i lati dell'unità 31 per alimentare con filo metallico FM le sorgenti 27 e 29 dai lati verso cui le sorgenti stesse si trovano sfalsate rispetto al piano di mezzeria. Sui due lati dell'unità 31 si trova un numero di rocchetti R fili metallici FM pari al numero di sorgenti da alimentare, supportati da corrispondenti bracci di supporto 45.

Ciascuna sorgente di vaporizzazione 27, 29 è trattenuta tra un morsetto centrale 47 e da un morsetto laterale 49, sollecitato elasticamente contro il morsetto centrale 47. I morsetti 47, 49 assicurano il contatto elettrico di ciascuna sorgente di vaporizzazione con la linea elettrica di alimentazione. Questa comprende, per ciascuna sorgente 27, 29 un organo flessibile 51 sviluppantesi da una connessione 53 attraverso la base 3A della camera a vuoto 3 all'unità 31. La connessione 53 attraversa la parete della camera a vuoto ed pone in collegamento il rispettivo cavo flessibile 51 con un trasformatore 55 trovantesi in una fossa 57 realizzata al di sotto della camera a vuoto 3 (Fig.l). Nella fossa 57 si trova una batteria di trasformatori in numero adeguato all'alimentazione di tutte le sorgenti 27, 29.

Ciascun organo flessibile 51 comprende un primo conduttore collegato alla fase ed un secondo conduttore collegato alla terra. Il conduttore 51F (Fig.6) collegato alla fase di ciascun organo flessibile 51 è fissato all'unità 31 tramite un morsetto 59 dal quale il collegamento elettrico alle sorgenti è garantito tramite barre conduttrici 61 per le sorgenti 29 e 63 per le sorgenti 27. Il conduttore 51T collegato alla terra di ciascun organo flessibile 51 è in collegamento elettrico con il morsetto centrale 47 su cui sono elettricamente collegate tutte le sorgenti ed a cui è elettricamente collegata l'intera unità 31.

In Fig.6 è mostrato con diversi tipi di tratteggio il potenziale a cui si trovano i vari elementi del sistema. L'unità 31 e la parete della camera a vuoto 3 si trovano collegate a terra tramite un connettore di terra flessibile 65 e tramite tutti i conduttori di terra di ciascun trasformatore 55.

Poiché il sistema di alimentazione generale è un sistema trifase, e ciascun trasformatore è monofase, da ciascun trasformatore partono un conduttore di fase 51F ed un conduttore di terra collegati ad una specifica sorgente. La successione dei trasformatori sulle fasi RST è fatta in modo da ottimizzare le fasi sulle sorgenti di vaporizzazione. In sostanza, la distribuzione delle fasi è realizzata in modo da avere un sistema bilanciato. In Fig.6 le due sorgenti 27, 29 risultano collegate a due barre conduttrici 61, 63 indicate con due diversi tratteggi, che stanno a rappresentare due fasi diverse del sistema trifase di alimentazione. Le due fasi provengono da due distinti trasformatori monofase. La parete della camera a vuoto 3, il morsetto centrale 47, i conduttori 51T, il conduttore 65 ed il morsetto centrale 47 sono indicati con lo stesso tratteggio che indica il fatto che tutti questi elementi si trovano a potenziale zero.

L'abbinamento di un conduttore di fase e di un conduttore di terra in ciascun organo flessibile 51 riduce drasticamente le emissioni elettromagnetiche del sistema. Inoltre, la lunghezza dei conduttori è contenuta anche quando l'apparato ha una notevole lunghezza assiale per trattare film di elevata larghezza.

In modo di per sé noto il sistema di alimentazione elettrica è raffreddato tramite circolazione di acqua. Nelle Figg. 4 e 6 sono visibili in parte i condotti di circolazione dell'acqua di raffreddamento, indicati con 70. L'acqua di raffreddamento circola anche all'interno di ciascun organo flessibile 51 portante i conduttori 51F, 51T.

E' inteso che il disegno non mostra che una pratica forma di attuazione dell'invenzione, la quale può variare nelle forme e disposizioni senza peraltro uscire dall'ambito del concetto alla base dell'invenzione. L'eventuale presenza di numeri di riferimento nelle accluse rivendicazioni ha lo scopo di facilitarne la lettura alla luce della descrizione che precede e dell'allegato disegno e non ne limita l'ambito di protezione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un apparato per la deposizione sotto vuoto di un rivestimento su un substrato, comprendente una camera a vuoto, dentro cui sono posti un dispositivo di erogazione del substrato e una batteria di sorgenti di vaporizzazione, il dispositivo di erogazione essendo estraibile dalla camera a vuoto, caratterizzato dal fatto che detta batteria di sorgenti di vaporizzazione è sollevabile da una posizione di vaporizzazione, più bassa, ad una posizione di manutenzione, più alta, senza dover essere estratta da detta camera a vuoto.
2. Apparato come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nella posizione di vaporizzazione detta batteria di sorgenti di vaporizzazione è disposta accostata alla parete laterale della camera a vuoto e che nella posizione di manutenzione detta batteria di sorgenti si trova ad una maggiore distanza della parete laterale della camera a vuoto, tra detta parete e detta batteria venendo reso disponibile un passaggio per un operatore e la batteria risultando accessibile da entrambi i lati paralleli alla direzione di allineamento delle sorgenti.
3. Apparato come da rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che dette sorgenti sono alimentate da bobine di filo metallico che viene fuso e vaporizzato da dette sorgenti, le bobine essendo disposte su entrambi i lati della batteria di sorgenti.
4. Apparato come da rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detta batteria di sorgenti è supportata da un sistema a parallelogramma articolato.
5. Apparato come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette sorgenti sono riscaldate per effetto Joule e che sono previsti cavi flessibili di collegamento elettrico di dette sorgenti a trasformatori per l'alimentazione della corrente elettrica a bassa tensione.
6. Apparato come da rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti cavi comprende un connettore di fase ed un connettore di terra.
7. Apparato come da rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che detti trasformatori sono disposti al di sotto della batteria di sorgenti.
8. Apparato come da rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti trasformatori sono posti al di sotto della camera a vuoto, connessioni elettriche passanti essendo previste attraverso la base di detta camera a vuoto.
9. Apparato come da una o più delle rivendicazioni 6 a 8, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette sorgenti è collegata ad un primo morsetto individuale a cui è collegato il connettore di fase del rispettivo cavo flessibile, e ad un conduttore comune a cui sono collegate tutte le sorgenti e tutti i connettori di terra di detti cavi flessibili.
10. Apparato come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto: che detta camera a vuoto presenta un asse longitudinale; che il dispositivo di erogazione del substrato comprende un primo supporto per una bobina di substrato da erogare ed un secondo supporto per una bobina di avvolgimento del substrato trattato su cui è stata effettuata la deposizione, ed un rullo di processo attorno a cui viene rinviato il substrato, il rullo di processo trovandosi circa al di sopra della batteria di sorgenti di vaporizzazione e detto primo e detto secondo supporto trovandosi su un lato della camera a vuoto e detta batteria di sorgenti di vaporizzazione e detto rullo di processo trovandosi sul lato opposto della camera a vuoto rispetto ad un piano di mezzeria parallelo a detto asse longitudinale della camera a vuoto; detto dispositivo erogatore essendo estraibile dalla camera a vuoto con un movimento parallelo all'asse longitudinale di essa.