JP2003512977A - 低圧プラズマを用いた容器の処理装置用の真空回路 - Google Patents

低圧プラズマを用いた容器の処理装置用の真空回路

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、真空回路７４を介して減圧源に接続されている定置空洞３２を備える少なくとも１つの処理装置１４を含むタイプで、かつ空洞３２への容器の投入が蓋３４の移動により行われるように処理装置１４が容器３０の支持手段５４を備える可動蓋３４を含むタイプの、低圧プラズマを用いた容器３０の処理のための装置であって、蓋３４が空洞３２を気密にした閉位置にある時、空洞３２を真空回路７４の固定端６８に通じさせる結合管路６４を蓋３４が含むことを特徴とする装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、電磁波によるガスの励起によりプラズマが発生する、容器を低圧プ
ラズマを用いて処理するための装置の分野に関する。
【０００２】 そのような装置はたとえば同一の出願人の特許出願ＷＯ９９／４９９９１に記
述されており、本発明に記載の装置により実施することができる方法に関するあ
らゆる説明に関して、この出願を参照することができる。上で引用した文書に記
述されている装置においては、気密空洞と外部囲壁とを含む処理装置内に各容器
が置かれるようになっている。この装置は、処理すべき容器を投入できるように
空洞を開くことが可能な可動上蓋を備える。閉位置では蓋は、低温プラズマと呼
ばれるプラズマを発生するのに必要な低圧を空洞内で得ることができるように、
気密状態でこの空洞を閉じる。有利には装置の蓋は、開位置と閉位置との間の蓋
の移動により容器の投入および取り出しが確実に行われるように、容器の支持手
段を含む。
【０００３】 文書ＷＯ９９／４９９９１に記述されている装置は、低圧プラズマによる処理
が容器の隔壁上への材料の付着を行うことを目的とする装置である。そのために
は、プラズマの形態でイオン化される前駆ガスを処理空洞内に供給することが必
要である。したがって有利には、前記文書は、前駆ガスの注入手段が空洞の蓋に
取り付けられたインジェクタを含むことを予定している。
【０００４】 さらに、プラズマの生成に必要な低圧に到達するためには、空洞を真空回路と
呼ばれる回路によりポンピング手段に接続しなければならない。その場合も、上
に引用した文書は、この真空回路の端部が空洞内に直接開口するように蓋の上に
配設されることを予定している。
【０００５】 しかしながらこの文書は、蓋を真空回路に接続することができる手段を具体的
に記述してはいない。
【０００６】 したがって本発明は、この装置を内蔵する機械の完璧に確実な動作を可能にす
る真空回路の具体的な設計を提供することを目的とする。
【０００７】 この目的のため、本発明は、蓋が空洞を気密にした閉位置にある時、空洞を真
空回路の固定端に通じさせる結合管路を含むことを特徴とする、前に記述したタ
イプの処理装置を提供する。
【０００８】 本発明の他の特徴によれば、 −結合管路は、真空回路の固定端と協働する接合端と、蓋が閉位置にあるとき
、空洞を画定する蓋の内面内に開口する２つの終端とを含み、処理すべき容器の
開口部を蓋の前記内面に気密押圧するための支持手段が設けられ、容器が、前記
終端のうちの第１終端により真空回路に接続された第１部分と、第２終端により
真空回路に接続された第２部分とを空洞内に画定するように、開口部は前記終端
の内の第１終端を完全に取り囲み、 −２つの終端のうちの一方は、蓋が閉位置にある時、空洞の２つの部分を気密
状態で分離することができるよう制御されるシャッタを含み、 −シャッタは制御弁であり、 −結合管路の第１終端により、反応ガスを容器の内部に供給するためにインジ
ェクタが通過することが可能となり、 −結合管路は、自由大気に通じ、処理の終了時、空洞を大気に接続できるよう
に制御される遮蔽シャッタを具備する空気取り込みオリフィスを含む。
【０００９】 本発明の他の特徴および長所は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照
することにより明らかになろう。
【００１０】 図１および図２に、本発明の趣旨に適合する処理装置１０の軸方向断面略図を
示した。ここでは装置１０は、垂直軸Ａ０を中心とする連続回転運動を行うター
ンテーブル１２を含む回転機械の一部をなす。したがってターンテーブル１２は
、図示する装置と同一の一連の複数の処理装置１０をその外周に支承するように
なっており、装置は軸Ａ０を中心として角度的に等間隔に分布する。
【００１１】 処理装置１０は、径方向支持体１６によりターンテーブル１２の外周に固定さ
れた外部囲壁１４を含む。囲壁１４はたとえば金属など電導性材料で作製され、
垂直軸Ａ１の管状円筒形壁１８の形を成している。囲壁は底部下部壁２０により
その下端が閉じられる。
【００１２】 囲壁１４の外側には、囲壁に固定されて、プラズマを発生することが可能な電
磁場を囲壁１４の内部に発生するための手段（図示せず）を含むハウジング２２
がある。この場合、対象となっているのは、ＵＨＦ領域、すなわちマイクロ波領
域内に電磁放射を発生することができる手段である。したがってこの場合、ハウ
ジング２２は、アンテナ２４が導波路２６内に通じるマグネトロンを内包するこ
とができる。この導波路２６はたとえば、軸Ａ０に対し放射状に延び、側壁１８
を通って囲壁１４の内部に直接通じる矩形断面トンネルである。しかしながら、
無線周波数型の放射源を備えた装置の範囲内で本発明を実施することができ、お
よび／または、放射源をたとえば囲壁１４の軸方向下端など、異なる位置に配設
することができる。
【００１３】 囲壁１４の内部には、導波路２６を経由して囲壁１４内に導入された電磁波を
透過する材料で作製された軸Ａ１の管２８がある。たとえば石英で管２８を作製
することが可能である。この管２８は処理すべき容器３０を収容するためのもの
である。したがって管の内径は容器の直径に適合しているべきである。またこの
内径は、容器が囲壁の内部に入ったら直ちに１０−４バール程度の減圧が生じる
空洞３２を画定するものでなければならない。
【００１４】 図１でわかるように、囲壁１４は、容器３０を空洞３２内に挿入するために管
２８が上方に完全に開くように、管２８の直径にほぼ等しい直径の中央開口部３
８を具備する上部壁３６により上端が部分的に閉じられる。反対に、管２８の下
端が気密的に接続されている金属製下部壁２０は空洞３２の底部を形成している
ことがわかる。
【００１５】 したがって処理装置１０は、囲壁１４および空洞３２を閉じるために、図１に
示す高位置と図２に示す閉じ低位置との間で軸方向に移動可能な蓋３４を含む。
高位置では蓋は十分に開放されるので、空洞３２内に容器３０を挿入することが
できる。
【００１６】 図２に示す閉位置では、蓋３４は、囲壁１４の上部壁３６の上面を気密的に押
圧するようになる。管２８の上端は気密的に上部壁３６に接続されるので、蓋３
４は空洞３２を気密的に閉じることができる。このために、トーリックリング型
で、蓋３４により支承され、中央オリフィス３８の周囲の空洞１４の上部壁３６
を押圧するようになるパッキン４０が設けられる。
【００１７】 さらに蓋３４は、たとえば金属製編組の形態で作製された可とう導電リング４
２を含み、このリングは、蓋３４が閉位置にあるとき、囲壁１４とこの蓋との間
に電気的結合を確保するように隔壁３６を押圧するようになる。実際、蓋は導電
材料で作製され、空洞３２内にプラズマを発生することができる電磁場を囲壁１
４の内部に確立することができるように囲壁１４を閉じる機能も有する。有利に
は、このリングは、導電性をもつようにするために金属粒子が充填された（シリ
コーン型）可とう材料を母材として作製することができる。実際このようなリン
グは、パッキンの役割と、蓋と囲壁１４との間の電気的結合の役割を同時に果た
すことができる。
【００１８】 図示例では、蓋３４は囲壁１４に対し垂直に滑動する。この目的のため、蓋は
、ターンテーブル１２に固設された案内面４６上を滑動するキャリッジ４４によ
って支承される。しかしながら、蓋３４が、たとえば水平軸を中心とする旋回運
動など、空洞１４に対する開位置と閉位置との間の他の相対運動をもつようにす
ることも可能であろう。
【００１９】 図示例においては、カム４８およびローラ５０のシステムを用いて蓋の移動を
制御するために処理装置が回転ターンテーブル上に取り付けられるという事実を
利用する。実際、機械は、軸Ａ０を中心として円弧状に延び上面が転動トラック
を形成する定置カム４８を含む。もちろんカム４８の高さは、軸Ａ０を中心とす
る角度位置に応じて変化する。
【００２０】 ローラ５０は側柱５２により蓋３４を支承するキャリッジ４４に接続され、し
たがってターンテーブル１２に回転できるように固設される。したがってカム４
８が起立する角度の領域内にローラ５０が到達すると、ローラにより、上位置側
への蓋の起立が生じる。反対に、その他の角度の領域内では、カムの高さが下が
り、ローラ５０により蓋３４は閉位置側に再度降下する。もちろん本発明の範囲
から逸脱することなく蓋３４の移動の他の制御手段を想定することが可能である
。
【００２１】 蓋３４は、空洞３２の気密閉を確保することが唯一の機能ではないことがきわ
めて有利である。実際、蓋は追加の装置を支承する。
【００２２】 まず、蓋３４は容器の支持手段を支承する。図示例においては、処理すべき容
器はたとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの熱可塑性材料のボト
ルである。これらのボトルは、首の周囲かつカラーの下側に嵌合またはラチェッ
ティングするフォーク５４を使用してボトルを把握することができるように、そ
の首５８の基部に放射状の突起のカラーを含む。したがってこのフォーク５４は
、蓋３４を横断するロッド５６の下端に取り付けられる。このロッド５６は、ボ
トル３０が蓋から若干下方に離された状態でフォークに嵌合されるように、蓋に
対し上下方向に可動である（図１）。ボトル３０はいったんフォーク５４に支承
されると、蓋３４の支承面６０を上向きに押圧することができるようになる。こ
の支承は、蓋が閉位置にある時、空洞３２の内空間が容器の隔壁により２つの部
分、すなわち容器の内部と外部とに分割されるよう気密であるのが好ましい。
【００２３】 この配置により容器の隔壁の２つの表面のうちの一方（内面または外面）のみ
を処理することが可能である。図示例は容器の隔壁の内面のみを処理するケース
である。
【００２４】 したがってこの内部処理の場合には、容器の内部に存在するガスの圧力と組成
を同時に制御できることが必要である。そのためには、容器の内部は減圧源なら
びにガス分配回路に通じることができるようになっていなければならない。した
がって蓋３４は、軸Ａ１に沿って配置され、半径方向において容器３０をフォー
ク５４まで移動させることができる隠された高位置（図１）とインジェクタ６２
が容器３０の内部に投入される低位置（図２）との間を蓋３４に対して移動可能
なインジェクタ６２を含む。
【００２５】 インジェクタ６２により注入されるガスがイオン化され、囲壁内に発生する電
磁場の作用によりプラズマを形成することができるようにするためには、容器内
の圧力は１０−４バール程度である必要がある。蓋３４は、容器の内部を減圧源
（たとえばポンプ）と通じるようにするために、主端６５が蓋の内面内、より正
確にはボトル３０の首が押圧される支承面６０の中央に開口する内部管路６４を
含む。
【００２６】 提案する実施形態においては、支承面６０は蓋の内面上に直接形成されるので
はなく、蓋３４の下に固定される軸Ａ１のはめ込み管状部材６１の環状下端上に
形成される。この場合、この管状部材６１の内径は主端６５の延長部を構成して
いる。したがって容器の首の上端が支承面６０を押圧する時、この上端により画
定される容器３０の開口部は、主端６５が蓋３４の下側面内に開口する際に通過
するオリフィスを完全に取り囲む。
【００２７】 本発明によれば、この主端６５はポンピング手段に直接結合されてはいない。
実際には、蓋３４が可動であるため、蓋とポンピング回路との間に可とう管路を
設ける必要があろう。しかしながらこのような管路は真空回路においてはほとん
ど適さない。なぜなら可とう管路は大気圧の作用により破砕する傾向があるから
である。
【００２８】 同じく本発明によれば、蓋２４の内部管路６４は接合端６６を含み、機械の真
空回路は、蓋が閉位置にある時に２つの端部６６、６８が互いに向かい合うよう
に配設される固定端６８を含む。
【００２９】 図示例においては、囲壁１４の上部壁３６は、同一面内を、半径方向において
軸Ａ０に対し内側に延びる延長部７０を有する。この延長部７０にはオリフィス
７２が穿孔され、真空回路の管路７４の接続を行えるようにするための手段を含
む。この管路７４はたとえば単数または複数のポンプ（図示せず）に接続される
。好ましくはこれらのポンプは機械の外側に配設され、この場合、ターンテーブ
ルの回転を妨げないよう、回転継手（図示せず）を介して管路７４に接続される
。
【００３０】 その結果、囲壁１４がターンテーブル１２に対し不動であることから、管路７
４は剛直であるかきわめて低い可とう性のものにすることができる。
【００３１】 図３でわかるように、上面図において蓋３４は囲壁１４の上部壁の形状と同じ
形状を有し、したがって接合端６６は、管路７４が接続されるオリフィス７２に
対し垂直に、蓋３４の下側面内に開口する。
【００３２】 内部管路６４の作製を簡単するために、蓋３４は２つの部分、すなわち下側シ
ート７６と上側カバー７８で作製される。シート７６より上の面内には内部管路
６４が穿孔され、接合端６６および主端６５のみが下面内に開口する。カバー７
８がシートに気密押圧されている時には、可能な行き来は接合端６６と端部の間
にしかなく、したがって管路６４により管路７４と空洞３２との間に気密結合が
確保される。
【００３３】 図に示す機械は、比較的変形可能な材料の容器の内表面を処理するためのもの
である。このような容器は、ボトルの外部と内部の間の１バール程度の過圧に耐
えることができないおそれがある。したがってボトルを変形することなく１０− ４ バール程度の圧力をボトル内で得るためには、ボトルの外側の空洞３２の部分
も少なくとも部分的に減圧されなければならない。また、蓋３４の内部管路６４
は、主端６５の他、同じく蓋の下面を通るが、容器の首５８が押圧される環状支
承面６０の、半径方向において外側に開口する副端８０を含む。
【００３４】 したがって同一のポンピング手段により、容器の内部および外部に同時に真空
がつくり出される。
【００３５】 ポンピング体積を制限し、ボトルの外部における不要なプラズマの発生を防止
するためには、内部の１０−４バールの圧力に対し、外部の圧力は０．０５から
０．１バールより下まで下降しないのが好ましい。さらに、たとえ薄肉ボトルで
も顕著な変形を受けることなくこの圧力差に耐えることができることがわかる。
この理由から、副端８０を塞ぐことができる制御弁８２を蓋に装備させるように
なっている。
【００３６】 図４および図５でわかるように、弁８２は蓋３４内の、シート７６とカバー７
８との間に閉じ込められ、「常時閉」型である。弁８２は、蓋３４のカバー７８
を通して上側に延びる弁のロッド８４の下端に配置される。
【００３７】 図６でより詳細にわかるように、弁のロッド８４は、機械の不動カム８８と協
働するようになっているローラシステム８６により駆動される。カム８８は、タ
ーンテーブルの回転のある所与の点において、蓋３４上の水平軸Ａ２を中心とし
て連接されたレバー９０に固設されたローラ８６の起立を発生させる。したがっ
てローラはレバー９０を旋回させ、レバーは制御ナット９２を介してロッド８４
を持ち上げる。カム８８によりローラが再度下降できるようになると、蓋３４と
レバー９０との間に作用する復元ばね９４は、弁のロッド８４を下側に移動させ
るようになり、その結果、副端８０の周囲に形成された弁座９６に弁８２を押圧
する。
【００３８】 もちろん、本発明の範囲から逸脱することなく弁８２の別の制御手段を設ける
ことが可能である。したがってたとえばシリンダまたは電磁石を使用することが
可能であろう。
【００３９】 したがって、上で記述した装置の動作は以下のようにすることができる。
【００４０】 ターンテーブルの回転のある所与の点において蓋３４は高位置にある。フォー
ク５４は低位置にあり、インジェクタは図１に示すような高い格納位置にある。
したがってたとえばノッチ方式トランスファーホイールにより、容器３０をフォ
ーク５４上のこの点に移動させることができる。そのようなホイールはひろく知
られており、ＰＥＴボトルの製造機械および充填機械において使用されている。
このホイールは容器のローディング点においてターンテーブルに接することにな
る。
【００４１】 容器が一度フォーク５４上にロードされてもターンテーブル１２はその回転運
動を継続し、蓋は閉位置側に下降する。同時に、蓋３４の支承面５８に容器を気
密に押圧するように、フォーク５４を支承するロッド５６が駆動され、インジェ
クタ６２は下降され、容器の内部に投入されるようになる。また、インジェクタ
は管路６４の主端６５を通して下降するが、主端を塞ぐことはないことに留意さ
れたい。
【００４２】 いったん蓋が閉位置になると、蓋３４の内部管路６４により真空回路に接続さ
れている空洞３２内に含まれている空気を吸引することが可能である。
【００４３】 最初、空洞３２内の圧力が一度に容器の内外で低下したとしても、弁８２は開
くように制御されている。ターンテーブル１２が所定の角度位置に到達すると、
容器の外部の真空レベルが十分なレベルに到達したとみなされ、カム８８および
ローラ８６のシステムが弁８２の閉動作を駆動する。したがって専ら容器３０の
内部でのみポンピングを継続することができる。
【００４４】 処理圧力に到達次第、処理を開始することができる。この処理としてたとえば
内部被覆を付着させることを行うことができ、この付着はインジェクタ６２によ
り容器内に注入される前駆ガスのプラズマ状態のイオン化により得られる。
【００４５】 処理が終了すると、有利には、蓋の内部管路６４を通して空洞を再度大気圧に
戻す。その場合、管路７４を大気圧に接続することによりこの作業を行うように
するか、管路を大気に直接接続することができる被制御開口部（図示せず）を管
路６４に備えるようにするかを決めることができる。両者の場合とも、大気圧が
容器の外部および内部に同時に確立されるように弁８２の開度を制御するよう初
めは注意する。
【００４６】 容器の外部と内部の間で圧力均衡に到達すると、蓋を高位置側に駆動すること
、インジェクタを格納すること、および、処理した容器の排出ができるよう、蓋
３４から下に向かってフォーク５４の位置をずらすことが可能である。
【００４７】 本発明により、機械の真空回路を経済的かつ確実に設計することができる。な
ぜなら蓋のレベルにおいては、繰り返し応力を受け、したがって破損のおそれが
ある可とうシステムを使用しないからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 蓋を開位置で図示してある本発明による処理装置を内蔵する機械の軸方向断面
略図である。
【図２】 蓋を空洞の閉位置で図示してある図１と同様の図である。
【図３】 本発明による処理装置の種々の構成要素の斜視立体分解略図である。
【図４】 本発明による蓋の平面略図である。
【図５】 結合管路の２つの終端を示す図４の線分５−５による断面略図である。
【図６】 容器の内部と外部との間の圧力の差を制御する制御弁の制御手段を示す断面略
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3E033 AA02 BA18 BA30 BB08 DB01 DD01 EA10 3E062 AA02 AC02 JA01 JA07 JB24 JC01 4K030 CA11 EA11 FA01 KA08 KA11 KA28 LA24

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理すべき容器（３０）を収納するために設けられた定置空
    洞（３２）を備える少なくとも１つの処理装置（１４）を含み、空洞（３２）が
    、真空回路（７４）を介して減圧源に接続されるようになっており、処理装置（
    １４）が、空洞（３２）を気密に閉じることができる可動蓋（３４）を含み、か
    つ処理前の空洞（３２）への容器の投入および処理後の容器の取り出しが、空洞
    （３２）に対する蓋（３４）の移動によって行われるタイプの、電磁波によるガ
    スの励起により発生する低圧プラズマを用いた容器（３０）の処理のための装置
    であって、蓋（３４）が空洞（３２）を気密にした閉位置にあるとき、空洞（３
    ２）を真空回路（７４）の固定端（６８）に連通させる結合管路（６４）を蓋（
    ３４）が含むことを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 結合管路（６４）が、真空回路の固定端（６８）と協働する
    接合端（６６）と、蓋が閉位置にある時、空洞を画定する蓋（３４）の内面内に
    開口する２つの終端（６５、８０）とを含むこと、および処理すべき容器（５８
    、３０）の開口部を蓋（３４）の前記内面（６０）に気密押圧するための支持手
    段（５４）が設けられ、容器（３０）が、前記終端のうちの第１終端（６５）に
    より真空回路に接続された第１部分と、第２終端（８０）により真空回路に接続
    された第２部分とを空洞（３２）内に画定するように、開口部が前記終端の内の
    第１終端を完全に取り囲むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 ２つの終端（６５、８０）のうちの一方が、蓋（３４）が閉
    位置にあるとき、空洞の２つの部分を気密に分離することができるように制御さ
    れるシャッタ（８２）を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 シャッタが制御弁（８２）であることを特徴とする請求項３
    に記載の装置。
  5. 【請求項５】 結合管路（６４）の第１終端（６５）により、反応ガスを容
    器（３０）の内部に供給するためにインジェクタ（６２）が通過できるようにな
    ることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 結合管路が、自由大気に通じ、処理の終了時、空洞（３２）
    を大気に接続することができるように制御される遮蔽シャッタを具備する空気取
    り込みオリフィスを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載
    の装置。
  7. 【請求項７】 蓋（３４）が容器（３０）の支持手段（５４）を含むことを
    特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
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