JP2006508247A - 熱可塑性容器面上にマイクロ波プラズマによってコーティングを付着させる方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱可塑性容器の表面（３）上に、この容器を受け入れる円形の真空キャビティ（１）内にＵＨＦ電磁波により前駆ガスを励起することによって低圧プラズマを用いてコーティングを付着させることに関する。本発明は、キャビティの内部にいくつかの電磁界を発生する結合モードが得られるようにＵＨＦ電磁波の周波数に対してキャビティ（１）の大きさを定めることから成る。特に、キャビティの内部に２つの中心磁界（４Ａ、４Ｂ）を発生し、それによって２つの容器（３）をキャビティ（１）内で同時に処理するのを可能にするＴＭ１２０結合モードが得られる。

Description

本発明は、熱可塑性容器の面上に、この容器を含む円形の真空チャンバ（または反応器）内でＵＨＦ電磁波により前駆ガスを励起することによって低圧プラズマを用いてコーティングを付着させる分野における改良に関する。

本発明は、特に、ＰＥＴなどの熱可塑性プラスチックで作られたびんまたはポットの内側に障壁層を付着させることによる、内部ガスまたは外部ガスに対するガス障壁特性の改善、場合によってはびんまたはポットに充填される製品の外側からの分離の改善に適用される。

ＵＨＦ電磁波により前駆ガスを励起することによって低圧プラズマを用いてこのようなコーティングを付着させる装置は、フランス特許第２７９９９９４号に記載され例示されている。ＵＨＦ発生器は、チャンバの側壁の窓内へと延び、チャンバ内に軸線方向の中心磁界を発生するＴＭ０２０結合モードを有するＵＨＦ導波路を介してチャンバに連結されている。したがって、意図した処理を受けるために、処理すべき容器は、チャンバと同軸の石英エンベロープ内のチャンバの中心に配置される。

工業製造機械では、いくつかの（通常２０個の）装置が、１時間当たり約１０００本のびんを処理することのできる回転構造上で互いに連結される。

このような機械は、得られた容器の品質に関して満足行くものである。

しかし、ユーザは処理速度を速くすることに強い関心がある。

速度を速くすることは、回転構造上により多くの装置を設置することによって達成されることが一般に認められている。しかし、装置の数をこのように増やすことは、回転構造の寸法を大きくすることによってのみ可能である。このことは、装置がより大形になり、重量が増し、したがってより高価になることになるため、受け入れられない。

同様に、第１の装置に平行に延びる第２の装置を動作させることによって速度が２倍になることが知られているが、この場合も、必要な空間が大きくなり、コストが高くなるため、受け入れられない。

したがって、本発明の目的は、従来の装置を改良し、受け入れられるサイズおよび受け入れられるコストを維持しつつ、生産面でより効率的な装置を得ることである。

この目的のため、本発明の第１の態様によれば、本発明は、熱可塑性プラスチックで作られた容器の１つの面上に、この容器を含む円形の真空チャンバ内でＵＨＦ電磁波により前駆ガスを励起することによって低圧プラズマを用いてコーティングを付着させる方法であって、本発明によれば、チャンバが、チャンバの内部にいくつかの電磁界を発生し、それによって、いくつかのそれぞれの容器を同じチャンバ内で同時に処理するのを可能にする結合モードが得られるようにＵＨＦ電磁波の周波数に関して大きさが決められている方法を提案する。好ましい実施態様では、チャンバの内部に２つの対称的な磁界を発生し、磁界自体が２つのエネルギー領域を有し、それによって、このチャンバ内で２つの容器を同時に処理することを可能にするＴＭ１２０結合モードが確立される。この方法は、周波数２．４５５ＧＨｚで動作する市販の磁電管と一緒に簡単に実施できるという利点がある。

したがって、本発明の方法によれば、単に現在公知の手段の構成によって、したがって、比較的安価に容器の処理速度を２倍にすることが可能になる。

本発明の第２の態様によれば、本発明は、上述の方法を実施するために、熱可塑性プラスチックで作られた容器の１つの面上に、この容器を含む円形の真空チャンバ内でＵＨＦ電磁波により前駆ガスを励起することによって低圧プラズマを用いてコーティングを付着させる、ＵＨＦ波発生器と、この発生器をチャンバの側壁の窓に連結するＵＨＦ導波路とを有し、本発明によって構成された装置において、チャンバが、２つの対称的な磁界をキャビティ内に発生させ、磁界自体が２つの別々のエネルギー領域を有し、それによって２つの容器をこのチャンバ内で同時に処理するのを可能にするＴＭ１２０結合モードを確立するように、ＵＨＦ電磁波の周波数に関して大きさが決められている装置を提案する。

好ましい実際的な実施態様では、発生器は、周波数ｆ＝２．４５５ＧＨｚの電磁波を放出し、チャンバの直径は約２７３ｍｍである。発生器は、他の分野で一般に使用されている磁電管である。チャンバの直径に関しては、これは従来の装置の構造に完全に適合する。したがって、従来の装置を単に修正することのみによって、装置の処理能力を２倍にするのが可能である。というのは、チャンバの直径によって、それぞれの２つの中心磁界内に並べて配置された０．５リットルまたはそれよりも小さいサイズの２本のびんを同時に処理することができるからである。

特に有利なことに、チャンバは、それぞれ２つの上述の対称的な磁界と概ね同軸になるように配置された２つの石英エンベロープを含み、かつチャンバは、ＵＨＦ波を噴射し、各側に２つの中心磁界が位置する対称面に対称的にまたがって配置された単一の窓を含み、チャンバを密閉する単一のカバーが、真空源に連結され、本発明の構成を使用する際に、必要な装置（容器の内側と外側に圧力センサなど）をそれぞれ２つずつ用意しなくてもように、上述の２つのそれぞれのエンベロープに連結されるように２つに分割された単一のカプラであって、単一の前駆ガス源に連結された２つの前駆ガス噴射器と、２つのそれぞれの容器の２つの支持手段とを有する単一のカプラを備えている。

本発明の装置が、それぞれの位置を調整することができ、処理できる様々な種類の容器に応じて結合を修正するようにそれぞれの戻り磁界に作用するのに適している底板および上板も含むと有利である。

考えられる特に好ましい用途の範囲内で、本装置は、容器の内側をコーティングするように構成され、このために、前駆ガス噴射器は、容器がエンベロープ内の支持手段によって支持されるときにそれぞれの容器の内側に位置するように構成されている。

本発明は、容器の内側のコーティングに特に適しており、かつ単に非限定的な例としてのみ与えられている好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を読んだときにより明確に理解されよう。

図１は、ＵＨＦ電磁波発生器（不図示）に接続された導波路が入る開口部２を側面に有する概ね回転円筒の形をしたチャンバ１を概略的に示している。

ＵＨＦ発生器は、周波数２．４５５ＧＨｚで動作する磁電管である。

チャンバ１内でいくつかの容器３（２つの容器３が点線で概略的に示されている）を同時に処理できるように、チャンバの寸法は、チャンバの内部でいくつかの電磁界を発生する結合モードが得られるようにＵＨＦ電磁波の周波数に関連して選択され、各容器３はそれぞれの磁界内に同軸に配置されている。

この構成の１つの実際的な実施形態では、２つの対称的な電磁界を発生し、これらの磁界自体が、図１に示されているように、２つの別々のエネルギー領域、すなわち、２つの中心磁界４_Aおよび４_Bと、周辺に配置されたインゲンマメの形をした、内側の磁界に面する２つの戻り磁界５_A、５_Bとを有するＴＭ１２０結合モードが確立される。処理すべき２つの容器３は、それぞれの中心磁界４_A、４_Bに同軸に配置されている。位置調整可能な底板１７_iおよび上板１７_s（図２に示されている）は、処理できる様々な種類の容器に応じて反応器との結合を修正するために戻り磁界５_A、５_Bに作用することも望ましい。

これらの条件の下では、遮断波長は次式によって与えられる。

ここで、Ｒはチャンバの半径であり、Ｔ₁₂₀モードの特徴を示すＵ₁₂は、値Ｕ₁₂＝７．０１５６を有する。

遮断波長λ_cは、発生器の波長λに近い（しかし、波長λよりわずかに大きい）値を有する。

チャンバの半径Ｒは次式で表される。

したがって、チャンバの直径は約２７３ｍｍである必要がある。

このように形成されたチャンバ１の直径は、容積が５０ｃｌまたはそれ未満の２本のびんのような２つの容器が同時に処理されるのを可能にする。このように動作することによって、各チャンバの処理能力が２倍になる。これによって、現在使用されている回転構造に適合する寸法を持つチャンバを維持しつつ、ユーザの要件を非常にうまく満たすことができる。すなわち、本発明による構成は、回転構造全体を再構成する必要なしに実施することができる。

図２は、図１に概略的に示されているチャンバ１の周りに作製された容器処理装置の側面図である。

図２に示されている装置は、その全体が参照番号６で示されており、直径が約２７３ｍｍの回転円筒であるキャビティ（すなわち反応器）１を含んでいる。チャンバ１の側壁は、周波数２．４５５ＧＨｚで動作することのできる、たとえば、磁電管で形成されたＵＨＦ発生器７（大部分はチャンバによって隠されている）に接続された導波路（不図示）が通過する開口部２を、概ね中間高さに有している。この装置は、図２に示されている軸線ＡおよびＢを中心とする、図１に示されている２つの中心磁界を有するＴＭ１２０結合モードを発生する。

この装置の構成は、特に上述のフランス特許出願公開第２７９９９９４号に記載され図示されている、単一の容器を処理する装置の構成を変更したものである。特に、２つの石英エンベロープ８が、チャンバ内に、軸線ＡおよびＢに同軸に配置され、エンベロープの内側に２つのそれぞれの容器３が配置されている。これら２つのエンベロープ８は、チャンバ内に（シール１８によって）真空状態になるように取り付けられており、各エンベロープは、容器を配置できる容積の小さいキャビティを形成し、各容器内にコーティングを付着させるのに必要なプラズマを発生するのに必要とされる真空を発生させるのをより容易にする。

しかし、採用された構成の１つの利点は、本装置が依然として、ただ１つの上部構造を必要とすることである。すなわち、チャンバの単一のカバー９は、一方では、２つの容器３を支持する部材１０を組み込み、他方では、チャンバ内に真空を形成し、かつプラズマを形成するのに必要な前駆ガスを噴射するのに必要な連結手段と、内圧センサおよび外圧センサを組み込んでいる。

このように、カバー９は、（図２に示されていない管路を介して）真空源に連結され、２つの容器３の上方を延び、容器の内部と１１の所で連通するエンクロージャ１０を備えている。図示の例では、通路１１は、各容器３を支持する手段１２と組み合わされている。

容器の内部をコーティングする本発明を実施する好ましい方法によれば、各通路１１は、対応する容器３の内側に位置する前駆ガス噴射器１３によって同軸に貫通されている。２つの噴射器１３は、前駆ガス源（不図示）に連結される単一の管路１４にカバー９の外側において連結されていてもよい。

カバー９は、真空を形成しつつ容器３の内部をエンベロープ８の内部と連通させるか、または容器内にプラズマを発生させるのに適した差圧条件を生成できるように容器を分離するために、エンクロージャ１０をダクト１６と連通させる弁１５をさらに備えてよい。

全体として、２つの容器を同時に処理できるようにＴＭ１２０結合モードを確立することから成る、本発明による構成は、２つの容器と直接協働するすべての部材を確かに２つ（すなわち、２つの石英エンベロープ、２つの噴射器、２つの支持手段、２つの真空オリフィス）準備する必要があるが、それにもかかわらず装置の残りの部分は共通のままである（すなわち、単一のキャビティ、単一のＵＨＦ発生器、単一の真空源および単一の真空供給路、単一の前駆ガス源および前駆ガス供給路、単一の内圧センサ、単一の外圧センサ、単一のカバー、したがって、カバーを作動させる（下降／上昇させる）単一の機構、容器を所定の位置に保持し、かつ容器を取り出すようにするため容器を把持する単一の機構など）という意味で有利である。

さらに、カバー９が１つしかないので、フランス特許出願公開第２７９９９９４号に記載されているようなチャンバ１を開閉するために、このカバーを作動させる手段は１つのままである。

一般に、チャンバ１の構成は、２つの中心磁界４_A、４_Bによって与えられる対称性に適合しなければならない。特に、導波路がチャンバ１に入るときに通る窓２は、図１および２を見ると分かるように、２つの中心磁界４_A、４_B間の軸線上に配置されている。同様に、それぞれの外部磁界５_A、５_B用のインピーダンス整合板１７_i、１７_sを支持する柱（これらの柱は、図面を煩雑にしないために示されていない。たとえば、フランス特許出願公開第２７９２８５４号を参照されたい）は、窓２の各側に対称に配置しなければならない。

本発明の方法が実施される条件を示す図である。 本発明の方法を実施する装置の概略図である。

Claims (7)

1. 熱可塑性プラスチックで作られた容器（３）の１つの面上に、前記容器を含む円形の真空チャンバ（１）内でＵＨＦ電磁波により前駆ガスを励起することによって低圧プラズマを用いてコーティングを付着させる方法において、前記チャンバ（１）は、前記チャンバの内部にいくつかの電磁界を発生し、それによって、いくつかのそれぞれの容器（３）を同じチャンバ（１）内で同時に処理するのを可能にする結合モードが得られるようにＵＨＦ電磁波の周波数に関して大きさが決められていることを特徴とする、低圧プラズマを用いてコーティングを付着させる方法。
2. 前記チャンバ（１）内で２つの容器（３）を同時に処理できるように、前記チャンバの内部に２つの中心磁界（４_A、４_B）を発生するＴＭ１２０結合モードが確立されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 熱可塑性プラスチックで作られた容器（３）の１つの面上に、前記容器（３）を含む円形の真空チャンバ内でＵＨＦ電磁波により前駆ガスを励起することによって低圧プラズマを用いてコーティングを付着させる、ＵＨＦ波発生器（７）と、前記発生器を前記チャンバ（１）の側壁の窓（２）に連結するＵＨＦ導波路とを有する装置において、前記チャンバ（１）は、２つの中心磁界（４_A、４_B）を前記キャビティ（１）内に発生させ、それによって２つの容器（３）をこのチャンバ（１）内で同時に処理するのを可能にするＴＭ１２０結合モードを確立するために、ＵＨＦ電磁波の周波数に関して大きさが決められていることを特徴とする、低圧プラズマを用いてコーティングを付着させる装置。
4. 前記発生器（７）は、周波数ｆ＝２．４５５ＧＨｚの電磁波を放出し、前記チャンバ（１）の直径は約２７３ｍｍであることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記チャンバ（１）は、前記チャンバ内に真空状態で取り付けられ、それぞれ２つの中心磁界（４_A、４_B）と概ね同軸になるように配置された２つの石英エンベロープ（８）を含み、前記チャンバ（１）は、前記ＵＨＦ波を噴射し、前記２つの中心磁界（４_A、４_B）の対称軸線に沿って配置された単一の窓（２）を含み、前記チャンバ（１）を密閉する単一のカバー（９）が、真空源に連結されるために、前記２つのそれぞれのエンベロープ（８）に連結されるように（１１の所で）２つに分割されている単一のカプラ（１０）であって、単一の前駆ガス源に連結された２つの前駆ガス噴射器（１３）と、前記２つのそれぞれの容器（３）の２つの支持手段（１２）とを有するカプラ（１０）を備えていることを特徴とする、請求項３または４に記載の装置。
6. 処理できる様々な種類の容器（３）に応じて結合を修正するように前記それぞれの戻り磁界（５Ａ、５Ｂ）に作用するのに適した位置調整可能な底板（１７_i）および上板（１７_s）を含むことを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 容器の内側をコーティングするように構成され、このために、前記前駆ガス噴射器は、前記容器が支持手段によって前記エンベロープ（８）内に支持されるときに前記それぞれの容器（３）の内側に位置するように構成されていることを特徴とする、請求項５または６に記載の装置。

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