JP2005350145A - 回転設備内で基材を処理する方法および装置 - Google Patents
回転設備内で基材を処理する方法および装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 処理される基材に必要な品質パラメータを満たしながら、安定した確実な方法で高処理量で基材の処理、特に基材のコーティングを実現することである。
【解決手段】 複数の処理デバイスが、回転体上に配置されるとともに、回転体上のそれらの角度位置に応じて複数のプロセス段階、すなわち処理デバイスへの少なくとも１つの基材の導入、および基材の処理、基材の取り出しを通過し、少なくとも１つのプロセス段階に関して、回転体の現在の回転速度に応じて角度位置を可変に設定することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】 複数の処理デバイスが、回転体上に配置されるとともに、回転体上のそれらの角度位置に応じて複数のプロセス段階、すなわち処理デバイスへの少なくとも１つの基材の導入、および基材の処理、基材の取り出しを通過し、少なくとも１つのプロセス段階に関して、回転体の現在の回転速度に応じて角度位置を可変に設定することができる。
【選択図】 図１
Description
［発明の詳細な説明］
本発明は、回転設備内で基材を処理する方法および装置、より詳細には、回転設備内でプラスチック容器を均一にバリアコーティングする方法および装置に関する。
本発明は、回転設備内で基材を処理する方法および装置、より詳細には、回転設備内でプラスチック容器を均一にバリアコーティングする方法および装置に関する。
例えば、食品または医薬品梱包材料、プラスチック飲料ボトル等のような、大量生産製品をコーティングするプロセスは、工業的な製造のために高いコーティング品質で高い処理量を必要とする。
これらの製品に用いられることがますます多くなってきているプラスチック材料は、気体および液体の透過率を低減するとともに、化学的攻撃または紫外線からこれらの製品を保護するために、バリアコーティングを有する。この状況において、例えば、特に酸素および水蒸気の透過率を低減すると同時に、特に材料の透明度を維持するために、ポリマー基材に薄いＳｉＯｘコーティングまたはコーティング系を施すことは重要である。
このタイプのコーティングは、適切な場合には、ガラスからのアルカリ金属イオンのマイグレーションを防止するために、例えば医薬品梱包製品の分野においてガラス容器またはガラス基材に施されることも有用であり得る。
ＣＶＤ（化学蒸着）プロセスは、幅広いガス混合物から非常に薄く均一な層を生成するために用いることができ、基材のコーティングのための特に効果的かつ安価な技法であることが分かっている。
該して、非常に薄く均一な層は、特にプラズマＣＶＤ（plasma impulse CVD）プロセスによって、低い熱負荷下で生成することができ、このことが、これらのプロセスをプラスチック基材に特に適したものにしている。パルスプラズマ強化プロセスのさらなる利点は、例えば、非常に純粋な無機バリア層を生成できることにあるが、それは、この場合、パルス化されない（unpulsed）プラズマ励起を用いるプロセスの場合と異なり、望ましくない有機反応生成物がパルス間周期に除去され、これは著しく低いレベルの有機成分が層に組み込まれることを意味するからである。
例えばＰＥＴボトルのバリアコーティング等の基材に対するコーティングプロセスを経済的にするには、非常に高い処理量を実現することが必要である。必要とされる通常の処理量は、１時間ごとに約１０，０００本のボトルである。
必要とされる高い処理量を実現可能にするために、特に回転設備が用いられ、回転設備では、製品をコーティングするための複数のコーティングステーションが円形経路を回転している。この場合、回転中の個々のプロセス段階には、決まった円形セグメントまたは角度領域が割り当てられる。
このタイプの装置は、例えばＷＯ ００／５８６３１から既知であり、この場合、２０個の同一の処理ステーションが回転コンベヤ（carousel conveyor）上に配置される。所定の開口配置を有する分配器（distributor arrangement）は、処理ステーションにおいて、決まったプロセス段階が行われる回転体のセクタを画定する。分配器は、２つの同軸リング、すなわち固定リングおよび回転リングを備える。回転リングは、処理ステーションにそれぞれ接続される複数の開口を含む。固定リングは複数のスロットを有し、スロットのそれぞれの経路上に回転リングの開口の列があることにより、処理ステーションが角度を基準としてプロセス段階を通過するようにする。したがって、プロセス手順を変えることは全く不可能である。
これは、特にプロセス手順に乱れおよび変動がある場合に悪影響を及ぼす。このような状況に柔軟に反応することができないことにより、コーティングの品質が低下する可能性があるからである。
したがって、本発明は、処理される基材、特にコーティングに必要な品質パラメータを満たしながら、安定した確実な方法で高処理量で基材の処理、特に基材のコーティングを実現するという目的に基づく。
この目的は、独立請求項１による方法と、独立請求項１９による装置とによって達成される。本発明の有利な改良点は従属請求項に記載される。
本発明によると、回転体が1回転する間に、回転体上に配置された複数の処理デバイスが処理サイクルの複数のプロセス段階を通過し、処理デバイスのプロセス段階は、この処理デバイスの角度位置に応じて制御され、プロセス段階の少なくとも１つの角度セクションが、最大回転速度に関して画定された所定の角度セクション内での回転体の現在の回転速度に応じて設定される。処理サイクルは、少なくとも以下のプロセス段階、すなわち、
処理デバイスへの少なくとも１つの基材の導入、
処理デバイスにおける少なくとも１つの基材の処理、および
処理デバイスからの処理された１つ若しくは複数の基材の取り出し
を含む。
処理デバイスへの少なくとも１つの基材の導入、
処理デバイスにおける少なくとも１つの基材の処理、および
処理デバイスからの処理された１つ若しくは複数の基材の取り出し
を含む。
本発明による基材を処理する装置は、回転体上に配置され、回転体が１回転する間に処理サイクルの複数のプロセス段階を通過する、複数の処理デバイスを有し、各プロセス段階には回転体の１つの角度領域が割り当てられ、回転体は少なくとも以下の角度領域、すなわち、
処理デバイスに少なくとも１つの基材を導入する領域、
処理デバイスにおいて少なくとも１つの基材を処理する領域、および
処理デバイスから処理された１つ若しくは複数の基材を取り出す領域
を含み、さらに、最大回転速度に関して画定された所定の角度領域内での回転体の現在の回転速度に応じて、少なくとも１つの角度セクションを設定する制御デバイスを有する。
処理デバイスに少なくとも１つの基材を導入する領域、
処理デバイスにおいて少なくとも１つの基材を処理する領域、および
処理デバイスから処理された１つ若しくは複数の基材を取り出す領域
を含み、さらに、最大回転速度に関して画定された所定の角度領域内での回転体の現在の回転速度に応じて、少なくとも１つの角度セクションを設定する制御デバイスを有する。
特に、プロセス段階の角度領域は、最大回転速度に関して画定された各所定の角度セクションと完全に重なるように、好ましくは現在の回転速度に応じて設定され得る。これは、例えばタイミング式の制御と比較して、このように設定された複数のプロセス段階にとって特に有利である。
所定のタイミング式の手順で実行される、いくつかの後続するプロセス段階のタイミング式の制御が行われる場合、少なくとも第２の時間制御されたプロセス段階が、最大速度に関して与えられた角度セクションの範囲内にもはや完全にはなく、この角度セクションと一部が重なっているだけでしかないように変わる。しかしながら、これは、所望のコーティング結果およびプロセスフロー全体に非常に不利な影響を及ぼす場合がある。例えば、この場合、固定位置に配置されたセンサが、回転速度に応じて種々の時点でリアクタ（reactor）または加工物の状態を検出する。これとは対照的に、本発明によると、所定の処理段階と画定された角度セクションとの間の相関が維持される。
最大回転速度未満でのいくつかの連続したプロセス段階の角度セクションが、これらの段階間でアイドル段階が生じるように制御デバイスにより設定される場合にも、これを達成することができる。しかしながら、それにより、１つまたは複数のさらなるプロセス段階をアイドル段階中に続けることは排除されない。例えば、プロセスガスの供給および／または排気を、プラズマが点火される２つのコーティングステップ間のアイドル段階中に続けてもよい。
本発明の好ましい一実施形態によると、基材の処理のプロセス段階は基材のプラズマ処理、特にプラズマコーティングを含み、これは、
処理デバイス内のコーティング作業に必要な空間の排気、
プロセスガスの供給、および
プラズマの点火と、それによる基材のコーティングの実行
というプロセス段階を含む。
処理デバイス内のコーティング作業に必要な空間の排気、
プロセスガスの供給、および
プラズマの点火と、それによる基材のコーティングの実行
というプロセス段階を含む。
処理サイクルは、種々のコーティングでの複数のコーティング作業も含むことができる。この場合、回転体は、これらの段階に割り当てられた角度セクションを含む。
「プラズマの点火」というプロセス段階の角度セクションの設定は、「プロセスガスの供給」というプロセス段階の角度セクション内での回転体の現在の回転速度に応じて設定することが好ましい。このために、回転体には、設備の回転速度とは無関係に設定される「プロセスガスの供給」というプロセス段階の角度セクションが固定的に割り当てられる。各コーティング作業で同一の層厚を生成することが望まれる場合、各コーティング作業は、同一のプロセスパラメータの下で行うべきである。したがって、他の点ではほぼ一定のプロセス条件では、コーティング時間も一定に保つべきである。角度位置のみに応じたプロセス制御の場合、これは、回転体の回転速度が非常に一定である場合にのみ可能である。しかしながら、プロセスおよび製造上の理由から、プロセス手順には、遅延やさらには停止、または他の形態の故障が生じることが多く、その結果、固定的に設定された一定の回転速度を有する機械を停止させなければならないことが多い。一例として、例えば、ブロー成形機、充填機またはパレタイザー等、プロセスライン内の他の機械が、一時的に停止しなければならないか、または低処理量でしか作動できない結果として、遅延が生じる場合がある。
これとは対照的に、本発明による回転速度とは無関係のプロセス制御を用いれば、多くの場合、コーティング設備を一時的に停止させる必要をなくすことが可能である。これにより、連続作業でより効率的な生産が可能となる。
このタイプの低速化が生じる場合、一定のコーティング時間を確保する角度セクションは、現在の回転速度に応じて設定される。
この状況において、プロセスガスの供給が中断または変更されるのではなく、プラズマの点火の瞬間が変更されることが好都合である。プロセスガスの供給の中断または変更は、定常状態に設定されているプロセス条件の変動を伴うからである。したがって、一例として、「プラズマの点火」というプロセス段階の角度セクションのみが現在の回転速度に応じて設定され、これは、好ましくは、処理サイクルの少なくとも最後のコーティング作業に関して、「プラズマの点火」というプロセス段階の終了時の角度位置が、「プロセスガスの供給」というプロセス段階の終了時の角度位置に対応するように行われる。これによって同時に、プラズマが少なくとも最終コーティング作業において完全に変換され、コーティングされた容器内に望ましくないプロセスガスが残らないことが確実になる。食品または医薬品梱包製品のコーティングの場合、容器は消費されていないいかなるプロセスガスも含むべきではないことが重要である。この要件は、本発明で説明するプロセス手順によって、驚くほど簡単に満たされる。
本発明のさらなる好ましい一実施形態では、本方法は、内部および／または外部からのバリア層でのプラスチック中空体のコーティングを含む。このために、処理サイクルにおいて、少なくとも以下のプロセス段階、すなわち、
処理デバイスへの少なくとも１つの中空体の導入、
第１の圧力値までの中空体の外部の空間の領域における処理デバイスの排気、
第１の圧力値よりも低い第２の圧力値までの中空体の内部の排気、
結合層用の第１のプロセスガスの供給、
結合層での中空体のコーティングを行う、プラズマの点火、
バリア層用の第２のプロセスガスの供給、
バリア層での中空体のコーティングを行う、プラズマの点火、
処理デバイスおよび中空体のガス抜き、および
処理デバイスからのコーティングされた１つ若しくは複数の中空体の取り出し
を通過する。この場合、本発明による装置の回転体は、対応するプロセス段階に割り当てられた角度領域を有する。
処理デバイスへの少なくとも１つの中空体の導入、
第１の圧力値までの中空体の外部の空間の領域における処理デバイスの排気、
第１の圧力値よりも低い第２の圧力値までの中空体の内部の排気、
結合層用の第１のプロセスガスの供給、
結合層での中空体のコーティングを行う、プラズマの点火、
バリア層用の第２のプロセスガスの供給、
バリア層での中空体のコーティングを行う、プラズマの点火、
処理デバイスおよび中空体のガス抜き、および
処理デバイスからのコーティングされた１つ若しくは複数の中空体の取り出し
を通過する。この場合、本発明による装置の回転体は、対応するプロセス段階に割り当てられた角度領域を有する。
上述の角度セクションの設定に加えて、この状況では、「第２の圧力値までの中空体の内部の排気」というプロセス段階の開始時の角度位置を、「第１の圧力値までの中空体の外部の空間の領域における処理デバイスの排気」というプロセス段階の開始時の角度位置に対して、回転体の現在の回転速度に応じて可変に設定することも可能であり、それにより、これらのプロセス段階間で一定の遅延時間が実現されるようにする。これにより、回転体の回転速度の変動に関係なく、中空体の内部の圧力と処理チャンバの圧力との間の圧力差が同一のままであり、コーティングに関するプロセスパラメータが安定して保たれることが確実になる。
全ての処理デバイスが分配器ラインを介して少なくとも１つの共通のポンプデバイスに接続されている場合、ポンプデバイスは、処理デバイスに固定接続され、高い処理量を実現することができる。この実施形態では、ポンプデバイスは回転体上で回転することもでき、これは、シールが困難である複雑な回転接続、またはポンプ側の回転摺動リードスルーが必要ないことを意味する。
上述のように、個々の処理デバイスの排気は制御デバイスによって制御され、制御デバイスは、分配器ラインに配置された弁によって、現在のプロセス段階に応じてポンプデバイスと個々の処理デバイスとの間の対応する連動を制御する。
対応するプロセス段階中の処理デバイスの排気は共通のポンプデバイスによって行われ、中空体の排気はさらに別の共通のポンプデバイスによって行われることが好ましく、２つのポンプデバイスは互いに独立して制御することが可能である。
各共通のポンプデバイスは、異なる圧力範囲を有する複数のポンプを含むことができるため、処理デバイスまたは中空体の連続的または段階的な排気を実施することが容易になる。
さらなる好ましい一実施形態では、プロセスガスは、対応するプロセス段階中に少なくとも１つの共通のプロセスガス供給デバイスによって処理デバイスに供給され、プロセスガス供給デバイスは、分配器ラインを介して個々の処理ステーションに接続され、個々の処理ステーションへのプロセスガスの供給は、弁によって制御される。
例えば、結合／バリア層の組み合わせでのプラスチック中空体のバリアコーティングの場合のように、種々のプロセスガスが用いられる場合、各プロセスガスは、それぞれの場合に別個の共通のプロセスガス供給デバイスによって供給される。プロセスガス供給デバイスは、例えば、コーティングを生成するためのベース材料、またはプロセスに必要な他のガスを含む。
本発明の好ましい一実施形態では、コーティング作業はプラズマ強化蒸着法を用いて、マイクロ波エネルギー、好ましくはパルスマイクロ波エネルギーを用いたプラズマの点火によって行われる。
各基材は、同じ処理サイクルを通過することにより、連続した方法手順において、全ての処理デバイスが少なくとも１つの基材を常に含むとともに１つのプロセス段階を通過しているようにすることが好ましく、この時、全ての処理デバイスが全てのプロセス段階を通過し、１つの処理デバイスが先行する処理デバイスの１つまたは複数のプロセス段階に移行する。
共通のポンプデバイスおよび／または共通のプロセス供給デバイスを有する回転設備の場合、設備を始動させている際にはまだ決まったプロセス条件がない。決まった圧力および流れ条件は、全ての処理デバイスが全てのプロセス段階を通過した後で初めて、分配器ラインおよび処理チャンバにおいて確立されているからである。不十分な品質のコーティングを回避するために、連続した方法手順の開始時に最初の基材を処理デバイスに導入する前に、全ての処理デバイスが基材を有さない状態で、少なくとも一度、全てのプロセス段階を通過することが好ましい。この最初の作業の間、処理チャンバをコーティングしないために、プラズマは点火されない。通常は、全てのチャンバで、安定したプロセス条件、すなわち安定した圧力および流れを設定するためには、少なくとも２〜３回転が必要である。
この手法は、障害が生じた場合、例えば設備に基材を連続的に供給することができない場合にも用いることができる。この場合、処理デバイスは空のままプロセス段階を通過し、プラズマの点火はここでは行われない。その結果、プロセス全体は中断されることがなく、設備の圧力／流れ条件は一定に保たれる。
以下の本文では、例示的な一実施形態に基づき図面を参照して、本発明のより詳細な説明を提供する。
図１に示す中空体（１、２、・・・、２４）をコーティングする作業のプロセス手順の概略図は、個々のプロセス段階（Ａ、Ｂ、・・・、Ｉ）と、回転体上の対応する角度セクションとを示す。実線で示す角度セクションは、固定の角度セクションである。点線で示す角度セクションは、回転体の現在の回転速度に応じて可変に設定することができる。１２個の同一の処理ステーション（１０１、１０２、・・・、１１２）が、回転体上に３０°の一定間隔で配置される。各処理ステーション（１０１、１０２、・・・、１１２）は、プロセス段階（Ａ、Ｂ、・・・、Ｉ）および対応する関連の角度セクションを含む処理サイクル全体、すなわち、
中空体の導入（Ａ）、
中空体の外部の空間の領域における処理デバイスの排気（Ｂ）、
中空体の内部の排気（Ｃ）、
結合剤用のプロセスガスの供給（Ｄ）、
結合剤用のプラズマの点火（Ｅ）、
バリア層用のプロセスガスの供給（Ｆ）、
バリア層用のプラズマの点火（Ｇ）、
中空体の内部のガス抜き（Ｈ１）、
処理デバイスのガス抜き（Ｈ２）、および
中空体の取り出し（Ｉ）
を通過する。
中空体の導入（Ａ）、
中空体の外部の空間の領域における処理デバイスの排気（Ｂ）、
中空体の内部の排気（Ｃ）、
結合剤用のプロセスガスの供給（Ｄ）、
結合剤用のプラズマの点火（Ｅ）、
バリア層用のプロセスガスの供給（Ｆ）、
バリア層用のプラズマの点火（Ｇ）、
中空体の内部のガス抜き（Ｈ１）、
処理デバイスのガス抜き（Ｈ２）、および
中空体の取り出し（Ｉ）
を通過する。
図２は、図１に示す１２個の処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）の配置および図１に示す処理サイクルによる、中空体（１、２、・・・、２４）をコーティングする回転設備を概略的に示す。
回転体（図２に示さず）上に配置される全ての処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）は、コーティング、特にバリア層での内部コーティングのために、２つの中空体（１、２、・・・、２４）、特にＰＥＴボトルを収容することができる。処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）ごとに２つの基材を供給することは、一例にすぎず、異なる数も同様に実現可能である。
さらに、分配器ライン（３１）を介して各処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）に接続される第１の共通のポンプデバイス（３０１）と、分配器ライン（３２）を介して各処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）に接続される第２の共通のポンプデバイス（３０２）とが、回転体上に配置され、したがって回転体とともに回転することもできる。
分配器ライン（３１、３２）は、弁（６０１、６０２、・・・、６２４）を有し、これらの弁はそれぞれ、個別にかつ各プロセス段階（Ａ、Ｂ、・・・、Ｉ）に応じて、各処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）への各ポンプデバイス（３０１、３０２）の接続を制御する。弁（６０１、６０２、・・・、６２４）は、制御デバイス（２００）によって個別に制御することができる。
ポンプデバイス（３０１、３０２）は、異なる圧力範囲に割り当てられた複数のポンプ段を含んでもよい。ポンプ段は、図２に示す例示的な実施形態に示すように、１つの分配器ラインとともに１つのポンプによって、例えば、１つのルーツポンプによって、または、複数の別個の分配器ラインとともに複数のポンプによって、実現することができる。
プロセスガス供給デバイス（４０１、４０２、４０３）が、回転設備の固定位置に配置されることにより、回転体を停止させずにベース材料を含む供給容器を変えることができる。
結合剤用のプロセスガス供給デバイス（４０１）は、分配器ライン（４１）を介して各処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）に接続される。バリア層用のプロセスガス供給デバイス（４０２）は、分配器ライン（４２）を介して各処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）に接続され、パージガス用のプロセスガス供給デバイス（４０３）は、分配器ライン（４３）を介して各処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）に接続される。分配器ライン（４１、４２、４３）は弁（５０１、５０２、・・・、５３６）を有し、これらの弁はそれぞれ、別個にかつ各プロセス段階（Ａ、Ｂ、・・・、Ｉ）に応じて、各処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）への各プロセスガス供給デバイス（４０１、４０２、４０３）の接続を制御する。弁（５０１、５０２、・・・、５３６）は、制御デバイス（２００）によって個別に制御することができる。分配器ライン（４１、４２、４３）は、回転可能なシール接続部によって、固定のプロセスガス供給デバイス（４０１、４０２、４０３）に接続される。
結合剤用のプロセスガス供給デバイス（４０１）は、プラズマの点火時にＳｉＯｘＣｙ結合層を形成するヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）と酸素とのガス混合物を供給する。
実際のバリア層用のプロセスガス供給デバイス（４０２）は、プラズマの点火時に透明なＳｉＯｘバリア層を形成するヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳＮ）と酸素とのガス混合物を供給する。
しかしながら、代替的な技術的解決策として、バリア層の生成のためにヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）と酸素とのガス混合物を用いることも可能である。さらなる解決策は、炭化水素ガス、または炭化水素と上述のガスのうちの１つとの混合物によって、非晶質炭素から結合および／またはバリア層を生成することであろう。さらに、窒素含有ガスを上述のガス混合物の１つと混合することも可能である。
プロセスガス供給デバイス（４０３）は、未使用ガスをガス抜き段階で除去するために、パージガス、例えば、酸素、窒素、および／または乾燥空気を供給するが、これはプロセス全体で任意選択的である。
各処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）は、２つの処理場所を有するリアクタを有し、各処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）には、２つのリアクタを設けることも可能である。プラズマを点火し、パルスプラズマ強化ＣＶＤプロセスを実現するために、パルスマイクロ波エネルギーがリアクタに導入される。このために、各処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）には、リアクタまたは同時に２つのリアクタでプラズマを点火する高周波源が割り当てられる。
開始段階：
非常に様々な理由からプロセスが中断された後、ＰＥＴボトルのコーティングは再開されなければならない。この時点で、処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）は空である。
非常に様々な理由からプロセスが中断された後、ＰＥＴボトルのコーティングは再開されなければならない。この時点で、処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）は空である。
最初の２つの中空体（１、２）が第１の処理デバイス（１０１）に導入される前に、結合剤、バリアコーティング、およびパージガス用のプロセスガスが、プロセスガス供給デバイス（４０１、４０２、４０３）から対応する分配器ライン（４１、４２、４３）を介して処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）に供給され、２つのポンプデバイス（３０１、３０２）がオンに切り替えられる。このために、空の処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）は、プラズマが点火されていない状態で、プロセス段階（Ａ，Ｂ、・・・、Ｉ）を少なくとも一度通過する。プロセスガスが供給され、２つのポンプデバイス（３０１、３０２）は、図１による所定の処理サイクルおよびそれに対応する決まった制御可能な角度セクションと同様に、オンに切り替わる。その結果、処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）において安定した圧力／流れ平衡が確立される。
安定した圧力／流れ平衡が設定された後、最初の２つの中空体（１、２）が第１の処理デバイス（１０１）に供給される。第１の処理デバイス（１０１）は、最初の２つの中空体（１、２）が供給されると「中空体の導入（Ａ）」というプロセス段階の角度領域に位置付けられる処理デバイスとして定義される。
２つの中空体（１、２）を含む第１の処理デバイス（１０１）が全てのプロセス段階（Ａ、Ｂ、・・・、Ｉ）を一度通過した時点で、連続手順である場合は段階Ｂ〜Ｈ２内の処理デバイスのそれぞれに２つの中空体があり、続いて連続プロセス手順がさらに進むと、それぞれの場合に２つの中空体（１、２、・・・、２４）を含む各処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１０２）は、所定の調整可能な角度領域に従って全てのプロセス段階（Ａ、Ｂ、・・・、Ｉ）を通過する。
プロセス段階の連続手順：
以下の本文では、第１の処理デバイス（１０１）を参照してプロセス段階の連続手順を説明する。図１からわかるように、全ての処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）は３０°の角度の間隔で全ての段階を連続して通過する。
以下の本文では、第１の処理デバイス（１０１）を参照してプロセス段階の連続手順を説明する。図１からわかるように、全ての処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）は３０°の角度の間隔で全ての段階を連続して通過する。
処理デバイス（１０１）が、回転体の現在の回転速度に応じた時間ＴＡ中に「中空体の導入（Ａ）」というプロセス段階の固定的に設定された３０°の角度セクションを通過すると、２つの中空体（１、２）が処理デバイス（１０１）に導入される。
「中空体の排気（Ｃ）」というプロセス段階の角度セクションは、回転体の現在の回転速度に応じて、「処理デバイスの排気（Ｂ）」というプロセス段階の固定的に設定された６０°の角度セクション内で調整することができる。機械の回転速度とは無関係に一定のままである中空体の空洞と外部空間との間の圧力差を生成するために、固定遅延時間ＴＶＥＲを２つのプロセス段階（Ｂ、Ｃ）間で実現すべきである。このために、処理デバイス（１０１）の排気を制御する弁（６０１）が、「処理デバイスの排気（Ｂ）」というプロセス段階の開始時に開かれ、処理デバイス（１０１）の外部空間が、一定であり、したがって回転体の現在の回転速度とは無関係である期間ＴＥＢにわたって排気される。それと同時に、制御デバイス（２００）は、時間ＴＥＨに対応して（この場合、ＴＥＢ−ＴＥＨ＝ＴＶＥＲ＝一定）、回転体の現在の回転速度に応じて「中空体の内部の排気（Ｃ）」というプロセス段階の角度セクションを決定し、それにより一定の遅延時間ＴＶＥＲを設定できるようにする。中空体の排気を制御する弁（６０１）は、対応する遅延を伴って開く。これにより、機械の回転速度とは無関係に大きすぎる圧力差によってボトルが変形することが防止され、ベース圧力に関して一定の圧力レベルが得られる。
排気に続いて、「結合剤用のプロセスガスの供給（Ｄ）」および「結合剤用のプラズマの点火（Ｅ）」というプロセス段階を含む第１のコーティングプロセスが行われる。ガスの導入とプラズマの点火との間には一定の遅延時間ｔｖｅｒｚが用いられる。通常の状況下では、完全に一定のプロセスパラメータの場合、これら２つの段階はプラズマの点火から完全に並行して行うことができ、プラズマは、例えば２５°の角度セクションにわたって固定的に設定された方法で燃焼することができる。しかしながら、プロセス手順の遅延または他の故障により、回転体の回転速度が減速することが多く、その結果、３０°の固定の角度セクションの場合、コーティング時間ＴＢが延びることにより、望ましくない層厚になる。これにより、コーティングの品質が変わる。２段階が短縮される結果としてコーティングが尚早に中断された場合、処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）において安定していない圧力／流量条件が生じる。したがって、処理デバイス（１０１）には、３０°の角度セクション全体にわたってプロセスガスが供給されるが、「結合剤用のプラズマの点火（Ｅ）」というプロセス段階の角度セクションは、回転体の現在の回転速度に応じて決定されるとともに、「結合剤用のプロセスガスの供給（Ｄ）」というプロセス段階内で可変に設定され、それにより、回転体が減速した場合、角度セクションがそれに対応して短縮され、一定のコーティング時間ＴＢが実現されるようにする。これにより、このプロセス段階の角度セクション（Ｅ）は、最大回転速度に関して画定される３０°の所定の角度セクションによって完全にカバーされるように、回転体の現在の回転速度に応じて設定される。さらに、プラズマ点火のプロセスに関して少なくとも１つのアイドル段階が起こる。これにより、アイドル段階がプロセス段階（Ｅ）の後および／または先に起こり得る。結合剤へのプロセスガスの供給を制御する弁（５０３）は、「結合剤用のプロセスガスの供給（Ｄ）」というプロセス段階の固定の角度セクションを通過している間、したがって同様にプラズマ点火のプロセスのアイドル段階の間は開いたままであり、プラズマは、決定された可変角度セクションに応じて点火される。この場合、点火は、ガスの供給後の短い遅延時間ｔｖｅｒｚの直後に開始することができ、遅延時間ｔｖｅｒｚと同時に終了することができるか、あるいはそれよりも後に開始して早く終了することができる。対応する制御は、制御デバイス（２００）によって行われる。
次に、処理デバイス（１０１）は、「バリア層用のプロセスガスの供給（Ｆ）」および「バリア層用のプラズマの点火（Ｇ）」というプロセス段階を含む第２のコーティングプロセスに切り替わる。角度セクションは、第１のコーティングプロセスと同様に設定され、「バリア層用のプロセスガスの供給（Ｆ）」というプロセス段階の固定の角度セクションは、例えば１２０°に及ぶ固定の角度セクションを有する。さらに、最後のコーティングプロセスにおける２段階が同時に終了することが有利であるが、これは、中空体（１、２）にプロセスガスが残らないことを意味するからである。
最後の２つのプロセス段階である「ガス抜き（Ｈ）」および「中空体の取り出し（Ｉ）」は、図１による固定の角度セクションで行われる。
ガス抜きは「中空体の内部のガス抜き（Ｈ１）」および「処理デバイスのガス抜き（Ｈ２）」のサブステップに分割され、これらは、時間的にずれているが、ある程度は並行して行われる。この状況において、まず、ボトルの内部がガス抜きされ、固定の遅延時間ｔｖｅｒｚの後、処理デバイスがガス抜きされる。この手順は、機械の回転速度とは無関係に、サブステップ間で一定の遅延時間が常に用いられるように行われる。
ガス抜き中、中空体（１、２）は、弁（５０３）を開くことにより供給されるパージガスでパージすることもできる。
設計が異なるために、１つまたは複数の処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）がいかなる中空体も伴わずに全てのプロセス段階（Ａ、Ｂ、・・・、Ｉ）を通過する場合にも、連続手順が行われる。
ここで実施されるコーティングは、外部および／または内部コーティングに関して同様に申し分なく行うことができる。外部コーティングの場合、プロセス手順は、ガスが外部空間内に通されてプラズマがこの領域で点火される一方で、内部では適切な圧力によってプラズマの点火が防止されるように切り替えられる。
一例として説明したＰＥＴボトルのバリアコーティングプロセスは、最大約１０％のパラメータの変動およびプロセス時間の変動に関して安定であり、少なくとも１．５の、好ましくは１０を超えるＯ２ ＢＩＦが得られる。例えば、コーティングなしの場合は０．２０ｃｍ３／（Ｐｃｋ ｄ ｂａｒ）の酸素透過率（oxygen permeation）を有し、バリアコーティングありの場合は１０分の１よりも小さい酸素透過率を有するＰＥＴボトルの場合、この酸素バリア改善率（Ｏ２ ＢＩＦ）が得られる。
Ａ 中空体の導入
Ｂ 処理デバイスの排気
Ｃ 中空体の排気
Ｄ 結合剤用のプロセスガスの供給
Ｅ 結合材用のプラズマの点火
Ｆ バリア層用のプロセスガスの供給
Ｇ バリア層用のプラズマの点火
Ｈ１ 中空体の内部のガス抜き
Ｈ２ 処理デバイスのガス抜き
Ｉ 中空体の取り出し
１〜２４ 基材／中空体
１０１〜１１２ 処理デバイス
２００ 制御デバイス
３１ 第１のポンプデバイスの分配器ライン
３２ 第２のポンプデバイスの分配器ライン
３０１ 第１のポンプデバイス
３０２ 第２のポンプデバイス
４１ 結合剤用のプロセスガスの分配器ライン
４２ バリア層用のプロセスガスの分配器ライン
４３ パージガス用の分配器ライン
４０１ 結合剤用のプロセスガス供給デバイス
４０２ バリア層用のプロセスガス供給デバイス
４０３ パージガス用のプロセスガス供給デバイス
５０１〜５３６ ガス供給を制御する弁
６０１〜６２４ 排気を制御する弁
Ｂ 処理デバイスの排気
Ｃ 中空体の排気
Ｄ 結合剤用のプロセスガスの供給
Ｅ 結合材用のプラズマの点火
Ｆ バリア層用のプロセスガスの供給
Ｇ バリア層用のプラズマの点火
Ｈ１ 中空体の内部のガス抜き
Ｈ２ 処理デバイスのガス抜き
Ｉ 中空体の取り出し
１〜２４ 基材／中空体
１０１〜１１２ 処理デバイス
２００ 制御デバイス
３１ 第１のポンプデバイスの分配器ライン
３２ 第２のポンプデバイスの分配器ライン
３０１ 第１のポンプデバイス
３０２ 第２のポンプデバイス
４１ 結合剤用のプロセスガスの分配器ライン
４２ バリア層用のプロセスガスの分配器ライン
４３ パージガス用の分配器ライン
４０１ 結合剤用のプロセスガス供給デバイス
４０２ バリア層用のプロセスガス供給デバイス
４０３ パージガス用のプロセスガス供給デバイス
５０１〜５３６ ガス供給を制御する弁
６０１〜６２４ 排気を制御する弁
Claims (34)
- 基材を処理する方法であって、
回転体上に配置された複数の処理デバイスにおいて、各処理デバイスが、前記回転体が１回転する間に処理サイクルの複数のプロセス段階を通過し、
処理デバイスの前記プロセス段階は、前記処理デバイスの角度位置に応じて制御され、
処理サイクルは、少なくとも以下のプロセス段階、すなわち、
処理デバイスへの少なくとも１つの基材の導入、
処理デバイスにおける少なくとも１つの基材の処理、および
前記処理デバイスからの前記処理された１つ若しくは複数の基材の取り出し
を含み、プロセス段階の少なくとも１つの角度セクションが、最大回転速度に関して画定された所定の角度セクション内での前記回転体の現在の回転速度に応じて設定される、基材を処理する方法。 - 処理サイクルは、少なくとも１つの以下のプロセス段階、すなわち、
処理デバイスへの少なくとも１つの基材の導入、
処理デバイスにおける少なくとも１つの基材のプラズマ処理、および
前記処理デバイスからの前記処理された１つ若しくは複数の基材の取り出し
を含む、請求項１に記載の基材を処理する方法。 - 処理サイクルは、少なくとも１つの以下のプロセス段階、すなわち、
処理デバイスへの少なくとも１つの基材の導入、
前記処理デバイス内のコーティング作業に必要な空間の排気、
プロセスガスの供給、
前記基材がコーティングされるようにするプラズマの点火、および
前記処理デバイスからの前記処理された１つ若しくは複数の基材の取り出し
を含む、請求項２に記載の基材を処理する方法。 - 前記プラズマの点火プロセス段階の前記角度セクションは、前記プロセスガスの供給プロセス段階の前記角度セクション内での前記回転体の前記現在の回転速度に応じて設定され、前記プラズマの点火プロセス段階の持続時間は、各処理デバイスに関して同一である、請求項３に記載の基材を処理する方法。
- 処理サイクルは、種々のコーティングでの複数のコーティング作業を含む、請求項３または４に記載の基材を処理する方法。
- 前記プラズマの点火プロセス段階の前記角度セクションは、処理サイクルの少なくとも最後のコーティング作業に関して、前記プラズマの点火プロセス段階の終了時の前記角度位置が、前記プラズマの供給プロセス段階の終了時の前記角度位置に対応するように設定される、請求項３ないし５のいずれか１項に記載の基材を処理する方法。
- 中空体が処理される、先行の請求項のいずれか１項に記載の基材を処理する方法。
- プラスチックの中空体が、内部および／または外部からバリア層でコーティングされる、先行の請求項のいずれか１項に記載の基材を処理する方法。
- 処理サイクルは、少なくとも以下のプロセス段階、すなわち、
処理デバイスへの少なくとも１つの中空体の導入、
第１の圧力値までの前記中空体の外部の空間の領域における前記処理デバイスの排気、
前記第１の圧力値よりも低い第２の圧力値までの前記中空体の内部の排気、
結合層用の第１のプロセスガスの供給、
結合層での前記中空体のコーティングを行う、プラズマの点火、
バリア層用の第２のプロセスガスの供給、
バリア層での中空体のコーティングを行う、プラズマの点火、
処理デバイスおよび中空体のガス抜き、および
処理デバイスからの前記コーティングされた１つ若しくは複数の中空体の取り出し
を含む、請求項８に記載の基材を処理する方法。 - 前記第２の圧力値までの中空体の内部の排気プロセス段階の開始時の角度位置は、前記第１の圧力値までの中空体の外部の空間の領域における処理デバイスの排気プロセス段階の開始時の角度位置に対して、前記回転体の前記現在の回転速度に応じて可変に設定され、それにより、前記プロセス段階間で一定の遅延時間が実現されるようにする、請求項９に記載の基材を処理する方法。
- 前記処理デバイスおよび／または前記中空体は、少なくとも１つの共通のポンプデバイスによって段階的に排気され、該ポンプデバイスは、分配器ラインを介して個々の処理ステーションに接続され、前記排気は弁によって制御される、請求項３ないし１０のいずれか１項に記載の基材を処理する方法。
- 前記少なくとも１つのポンプデバイスは、前記回転体上でも回転する、請求項１１に記載の基材を処理する方法。
- 前記プロセスガスは、少なくとも１つの共通のプロセスガス供給デバイスによって前記処理デバイスに供給され、前記プロセスガス供給デバイスは、分配器ラインを介して個々の処理ステーションに接続され、前記プロセスガス供給は弁によって制御される、請求項２ないし１２のいずれか１項に記載の基材を処理する方法。
- 種々のプロセスガスが、それぞれの場合に別個の共通のプロセスガス供給デバイスによって前記処理デバイスに供給される、請求項１０に記載の基材を処理する方法。
- 前記プラズマの点火は、マイクロ波エネルギーによって行われる、請求項２ないし１４のいずれか１項に記載の基材を処理する方法。
- 前記プラズマの点火は、パルスマイクロ波エネルギーによって行われる、請求項１５に記載の基材を処理する方法。
- 連続した方法手順において、少なくとも１つの基材を含む全ての処理デバイスが常に少なくとも１つのプロセス段階を通過し、全ての処理デバイスが全てのプロセス段階を通過し、１つの処理デバイスが先行する前記処理デバイスの１つのプロセス段階に移行する、先行の請求項のいずれか１項に記載の基材を処理する方法。
- 連続した方法手順の開始時に最初の基材を処理デバイスに導入する前に、全ての処理デバイスが基材を有さない状態で、前記プラズマが点火されずに、少なくとも一度、全てのプロセス段階を通過する、先行の請求項のいずれか１項に記載の、好ましくは請求項１１および１３に記載の基材を処理する方法。
- プロセス段階の角度セクションは、最大回転速度に関して画定される各所定の角度セクションによって完全にカバーされるように、前記回転体の現在の回転速度に応じて設定される、先行の請求項のいずれか１項に記載の基材を処理する方法。
- 最大回転速度未満でのいくつかの連続したプロセス段階の前記角度セクションは、前記段階間でアイドル段階が生じるように前記制御デバイスにより設定される、先行の請求項のいずれか１項に記載の基材を処理する方法。
- 特に、先行の請求項のいずれか１項に記載の基材を処理する方法を用いて、基材（１、２、・・・、２４）を処理する装置であって、
回転体上に配置されるとともに、該回転体が１回転する間に処理サイクルの複数のプロセス段階（Ａ、Ｂ、・・・、Ｉ）を通過する、複数の処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）を有し、
各プロセス段階（Ａ、Ｂ、・・・、Ｉ）には、前記回転体の角度領域が割り当てられ、
前記回転体は、少なくとも以下の角度領域、すなわち、
処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）に少なくとも１つの基材（１、２、・・・、２４）を導入する領域、
前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）において少なくとも１つの基材（１、２、・・・、２４）を処理する領域、および
前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）から前記処理された基材（複数可）（１、２、・・・、２４）を取り出す領域
を含み、該装置は、最大回転速度に関して画定された所定の角度領域内での前記回転体の現在の回転速度に応じて少なくとも１つの角度セクションを設定する制御デバイス（２００）を有する、基材を処理する装置。 - 前記回転体は、少なくとも以下の角度領域、すなわち、
処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）に少なくとも１つの基材（１、２、・・・、２４）を導入する領域、
前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）において少なくとも１つの基材（１、２、・・・、２４）をプラズマ処理する領域、および
前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）から前記処理された基材（複数可）（１、２、・・・、２４）を取り出す領域
を含む、請求項２１に記載の基材を処理する装置。 - 前記回転体は、少なくとも以下の角度領域、すなわち、
処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）に少なくとも１つの基材（１、２、・・・、２４）を導入する領域、
前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）内のコーティング作業に必要な空間を排気する領域、
プロセスガスを供給する領域、
前記基材（１、２、・・・、２４）のコーティングが行われる、プラズマを点火する領域、および
前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）から前記処理された基材（複数可）（１、２、・・・、２４）を取り出す領域
を含む、請求項２２に記載の基材を処理する装置。 - 前記基材（１、２、・・・、２４）は中空体である、先行の請求項のいずれか１項に記載の基材を処理する装置。
- 前記基材（１、２、・・・、２４）はプラスチックの中空体である、先行の請求項のいずれか１項に記載の基材を処理する装置。
- 前記回転体は、少なくとも以下の角度領域、すなわち、
処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）に少なくとも１つの基材（１、２、・・・、２４）を導入する領域、
第１の圧力値まで前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）を排気する領域、
前記第１の圧力値よりも低い第２の圧力値まで前記中空体（１、２、・・・、２４）の内部を排気する領域、
結合層用の第１のプロセスガスを供給する領域、
結合層での前記中空体（１、２、・・・、２４）の内部からのコーティングを行う、プラズマを点火する領域、
バリア層用の第２のプロセスガスを供給する領域、
バリア層での前記中空体（１、２、・・・、２４）の内部からのコーティングを行う、プラズマを点火する領域、
前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）をガス抜きする領域、および
前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）から前記コーティングされた１つ若しくは複数の中空体（１、２、・・・、２４）を取り出す領域
を含む、請求項２５に記載の基材を処理する装置。 - 前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）は、分配器ライン（３０１、３０２）を介して少なくとも１つの共通のポンプデバイス（３１、３２）に接続され、前記分配器ライン（３０１、３０２）は、前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）の排気を制御する弁（６０１、６０２、・・・、６２４）を有する、請求項２３ないし２６のいずれか１項に記載の基材を処理する装置。
- 前記少なくとも１つのポンプデバイス（３１、３２）は、前記ロータ上に配置される、請求項２７に記載の基材を処理する装置。
- 前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）は、分配器ライン（４１、４２、４３）を介して少なくとも１つの共通のプロセスガス供給デバイス（４０１、４０２、４０３）に接続され、前記分配器ライン（４１、４２、４３）は、プロセスガスの供給を制御する弁（５０１、５０２、・・・、５３６）を有する、請求項２３ないし２８のいずれか１項に記載の基材を処理する装置。
- 各プロセスガスのための別個の共通のプロセスガス供給デバイス（４０１、４０２、４０３）が、前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）に接続される、請求項２９に記載の基材を処理する装置。
- 前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）は、マイクロ波エネルギーによってプラズマを点火するデバイスを有する、請求項２３ないし３０のいずれか１項に記載の基材を処理する装置。
- 前記処理デバイス（１０１、１０２、・・・、１１２）は、マイクロ波エネルギーによってプラズマをパルス点火するデバイスを有する、請求項３１に記載の基材を処理する装置。
- 前記制御デバイスは、最大回転速度に関して画定される各所定の角度セクションによって完全にカバーされるように、前記回転体の前記現在の回転速度に応じてプロセス段階の角度セクションを設定するように構成される、先行の請求項のいずれか１項に記載の基材を処理する装置。
- 前記制御デバイスは、前記プロセス段階間でアイドル段階が生じるように、最大回転速度未満でのいくつかの連続したプロセス段階の角度セクションを設定するように構成される、先行の請求項のいずれか１項に記載の基材を処理する装置。
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