JP2010507020A

JP2010507020A - 変位性与圧回路と減圧回路を含む、プラズマによる容器処理装置

Info

Publication number: JP2010507020A
Application number: JP2009532847A
Authority: JP
Inventors: ドゥクロス，イブス−アルバン; ダニェル，ラウレント; ブートルイックス，ナイマ
Original assignee: シデルパーティシペイションズ
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2010-03-04
Also published as: MX2009004100A; EP2077919B1; FR2907351A1; CN101528363A; US9737909B2; WO2008050002A2; US20100206232A1; EP2077919A2; WO2008050002A3; FR2907351B1

Abstract

プラズマによる容器（３）の処理用装置（１）であり、同装置は、処理すべき容器（３）を受け入れるのに適切な囲い（５）、同囲い（５）の延長部内にノズル（９）を画定する覆い８、同ノズル（９）内に通じていて、同ノズルを減圧源（１５）に連結する、容器（３）の減圧用導管（１４）を含んでおり、第１の電磁弁（１９）が閉鎖位置において減圧用導管（１４）を閉鎖し、開放位置でノズル（９）と減圧源（１５）を連絡させる、減圧用導管（１４）とは別個である、容器（３）の与圧用導管（２７）、減圧用導管（１４）の先でノズル（９）内に通じていて、ノズル（９）を圧力源（２８）に連結する与圧用導管（２７）、閉鎖位置で与圧用導管（２７）を閉鎖し、開放位置でノズル（９）と圧力源２８を連結させる第２の電磁弁（２９）を含んでいる装置（１）である。
【選択図】図２

Description

本発明は、遮断効果を有する材料層で内壁を被覆することからなる、容器の処理に関する。

気相に活性化したプラズマによって遮断効果を有する材料を付着させる方法（PECVD：プラズマ化学気相成長法）は知られている。従来から、複数の処理用ユニットを具えた装置が使用されており、同装置は、それぞれ、少なくとも１の電磁波発生装置、電導性材料（通常、金属製の）で製作して、同発生装置に連結されている１の凹部、ならびに発生装置から来る電磁波を透す材料（通常、水晶）からなる、凹部内に配置してある１の囲いを含む。

容器（通常、ポリエチレンテレフタラートのような熱可塑性ポリマーで製造されている）を囲い内に挿入後、一方では、プラズマの生成のために、強度の真空（数マイクロバー：１マイクロバー＝１０^−６バー。念のために指摘しておく）が必用であり、他方では、容器がその壁面の内外で異なる圧力の作用によって収縮することがないように、中程度の真空（約３０ミリバールないし１００ミリバール）になるように減圧が行われる。

次に、前駆的ガス（例えばアセチレン、Ｃ₂Ｈ₂）が容器内に導入される。この前駆的ガスは、電磁気的衝撃（通常、弱い出力のＵＨＦないし２.４５ＧＨｚのマイクロ波である）で活性化される。同ガスを冷たいプラズマ状に移行させて、炭水化物（ＣＨ，ＣＨ₂，ＣＨ₃を含む）を含む単体を発生させるためであり、同プラズマは、容器の内壁に、薄い層となって付着する（その厚さは、場合によって、通常、５０ないし２００ナノミリである。念のために指摘するが、１ナノミリ＝１０^−９である）。

プラズマは、あらかじめ定められた時間（約数秒間）に発生し、その間、付着しなかった単体が排出用導管を経て吸引されるように、容器の減圧が継続される。次に、前駆的ガスの供給、電磁気的衝撃および減圧は停止され、容器、次いで囲いが与圧される。最後に容器が排出される。

調節しない与圧（例えば、囲いを単純に開けて、外気に晒す）は、容器の内側と外側の瞬間的な圧力の不均衡を生じて、同容器の収縮をもたれし、その廃棄に至ることがあり得る。故に、容器の排出前に、あらかじめ囲いと容器の与圧を調節することは肝要である。普及している１の方式は、容器（または囲い）を、あるいは減圧源、あるいは外気（すなわち大気圧）に接続する３路のゲート弁を装置の排出用導管に設置することにある。この原理を表した図は、アメリカ特許ＵＳ５８４９３６６（コカコラ社）に示されている。

この方式には単純さとコンパクトであると言う二重の利点があるが、それでも、少なくとも２つの欠点がある。第１に、与圧は、処理のときに、排出用導管内に付着した粒子の容器内への再噴射を引き起こすからである。この粒子は、容器内に沈殿物になり、容器を充填する前に、同沈殿物を除去する必用がある。第２に、炭化物の沈殿が、外気の導入路を含めて、電磁弁内にまで形成されることである。この欠点は、時が経つと、同路の機密性を侵し、容器の減圧に有害な漏洩をついに出現させる。したがって、電磁弁を頻繁に掃除（または交換）しなければならないので、装置の休止の原因になり、その結果、生産を停滞させる。

本発明は、減圧中に、品質の良い減圧を確立しながら、処理の終了時に、容器の汚染を制限することのできる装置を提案することによって、この諸欠点を排除することを特に狙いとしている。

そのために、本発明は、下記を含む、プラズマによる容器の処理装置を提案する。
― 処理すべき容器を受け入れる専用の囲い、
― 囲いの延長部内のノズルを画定する覆い、
― 容器の与圧用導管、同導管は、ノズルに通じており、同ノズルを減圧源に連結する。
― 第１のゲート弁、閉鎖用位置にあると、減圧用導管を封鎖し、解放用位置にあると、ノズルと減圧源が連絡する。
― 減圧用導管とは別個の与圧用導管、同与圧用導管は、減圧用導管の先でノズルに通じており、ノズルを圧力源に連結する。
― 第２のゲート弁、同ゲート弁は、閉鎖用位置にあると、加圧用導管を封鎖し、解放用位置にあると、ノズルと加圧源が連絡する。

したがって、加圧用導管は、プラズマで生じた粒子から保護されるので、処理の終了時に、与圧によって容器内に発生する汚染が減少して、第２のゲート弁のより長い機密性を確立するので、処理中に容器内に存続している真空の質に幸いする。

１の実施態様によれば、ノズルは、中央部を有し、例えば、孔付き間仕切りでノズルに通じている環状室を介して減圧用導管がその中に通じている。この中央部は、末端部で延長されており、与圧用導管が同末端部内に、例えば１または複数の穿孔で、中央部と連絡する環状室を介して通じている。

１の実施態様によれば、本装置は更に、容器の減圧用導管とは独立していて、囲いを減圧源に連結する、囲いの減圧用導管、ならびに容器の与圧用導管とは独立していて、囲いを加圧源に連結する、囲いの与圧用導管を含むことができる。囲いの減圧用導管と与圧用導管は、例えば、囲い内に開いている共同管に通じている。

本発明のその他の目的と利点は、添付図を参照しながら行う記述に照らすことによって明らかになるだろう。

本発明に適合する装置を示す断面概略図である。本発明に適合する装置の実施例を示す断面立面図である。本装置の図２の区域IIIの拡大詳細図である。本装置の図２のIV―IVにおける横断面の詳細図である。本装置の図２のＶ―Ｖにおける断面の横断面の詳細図である。本装置の図２のVI―VIにおける断面の立面詳細図である。本発明に適合する装置による容器の処理法の展開を示すクロノグラフによる記録である。

図１に、例えばポリエチレンテレフタラートのようなプラスチック製素材をブローまたは引き抜きブローであらかじめ成形した容器３の内壁に、プラズマによる遮断層を付着させるための１対の２の処理用ユニット２を含む本装置１を示した。処理用ユニット２は、回転装置（図示していない）の周囲に取り付けてあり、同回転装置は、容器のブロー加工の出口に直接配置できる。

各処理用ユニット２は、例えば鋼鉄製または（好ましいことに）アルミニウムかアルミニウムの合金製の電導性材料でできている凹部４を含む。同凹部４内に、例えば水晶のような電磁波を透す材料からなる囲い５が配置される。本装置１はまた、２.４５ＧＨｚの弱い出力のマイクロ波の電磁波発生装置６も含んでおり、同発生装置は、電磁波の誘導装置７で、同一対の処理用ユニット２の処理用ユニット２の各凹部４に連結されている。

各凹部４には覆い８がかぶさっており、同覆いは、囲い５の延長部で、同囲いの上端部においてノズル９を画定し、同ノズルは、例えばアセチレンの如き前駆的ガスを容器内に導入するためのインゼクタ１０に貫通されている。

覆い８は、軸１１で貫通されており、同軸には、容器３の首を捕捉するための挟具１２が下端に具えてある。囲い５は、下端において、止め弁１３で気密状に閉鎖される。止め弁１３と軸１１は、止め弁が囲いを閉鎖し、挟具が容器を覆いにぴったり押しつけて、呑口が少なくともノズル内に受入れられている、いわゆる閉鎖用位置（図１）である高位置と、止め弁１３が囲い５を開放し、挟具が、処理された容器３の排出および次の容器の積載ができるように、囲い５の下端よりも低位置にある、いわゆる開放用位置である低位置間で、同時に滑動状に取り付けてある。

各処理用ユニット２は、他方では、容器３の減圧用導管１４を含んでおり、動導管は、一部分が処理用ユニット２内に、他の部分が同ユニットの外部に形成されている管路１６を介してノズル９を減圧源１５に連結する。現実に処理用ユニット２全体に共通のポンピング群からなる減圧源１５は、本装置１の外部に配置できる。

容器３の減圧用導管１４は、ノズル９内に通じている。もっと正確に言えば、覆い８の厚み内に形成してあり、ノズル９と共に、孔空き間仕切り１８を経て、中間室１７内に通じている。

処理用ユニット２は、第１の電磁弁１９を含んでおり、同電磁弁は、ノズル９と減圧源１５の間に介在していて、処理の進展段階に應じて、この両者間の連絡を許可し、または禁止する。この電磁弁１９は、弁２０を含んでおり、同弁は、中間室１７内に伸びており、減圧用導管１４の入口に形成してある弁座２１に押しつけられて、同導管を封鎖し、したがって、ノズル９と減圧源１５間の連絡を禁止する閉鎖用位置と、弁座２１から引き離されて、ノズル９と減圧源１５を連絡する開放用位置（図４）間に可動状に取り付けてある。

ノズル９は、中央部２２を有しており、同中央部は、囲い５とノズル９の接続部から（すなわち、容器３が同囲い内に受け入れられたとき、容器３の呑口２３から）孔空き間仕切り１８の上方境界まで伸びている中ぐりからなる。この中央部２２は、プラズマで充満する放出後用区域になるが、しかしながら、同プラズマは、孔空き間仕切り１８があることによってノズル９に閉じ込められており、同間仕切り１８の適切な厚みと孔の口径によって、電磁波に対する障壁になり、中間室１７をプラズマから保護する。

ノズル９は、中央部２２の延長部内で、すなわち減圧用導管１４の先で、じゃま板になる１ないし複数の傾斜孔２６によって中央部２２の中ぐりに連結されている環状室２５を含む末端部２４を有する（図３）。

処理用ユニット２は更に、減圧用導管１４とは別に、容器３の与圧用導管２７を含んでいる。与圧用導管２７は、ノズル９を圧力源２８に連結する。圧力源は、外気または大気圧に等しい（またはそれに近い）ガス源（空気または他の中性ガス）であり得る。この与圧用導管２７は、ノズル９の末端部２４内、すなわち減圧用導管１４の先に通じている。もっと正確に言って、与圧用導管２７は、環状室２５内に通じている。

処理用ユニット２は、ノズル９と圧力源２８間に介在する第２の電磁弁２９を含んでおり、処理の進展段階に應じて、この双方間の連絡を許可し、または禁止する。この電磁弁２９は、弁３０を含んでおり、同弁は、与圧用導管２７の入口に形成してある弁座３１に押しつけられて、同導管を封鎖し、したがって、ノズル９と圧力源２８間の連絡を禁止する閉鎖用位置と、弁座３１から引き離されて、ノズル９と圧力源２８を連絡する開放用位置（図５に見える）間に可動状に取り付けてある。

この配置によって、容器３の処理時に、孔空き間仕切り１８を通じて、第１の電磁弁１９の開口で生じた減圧によって中間室１７の方に吸引されたプラズマは、ノズル９の末端部２４に達しない。したがって、炭化物は、この末端部２４だけでなく、第２の電磁弁２９と弁座３１に僅かに到達するだけ（または到達しない）である。その結果、二重の利点が得られる。一方では、電磁マイクロ波の切断によるプラズマの非活性化に続く容器３の加圧の時に、与圧用導管２７からノズル９を経て容器３内に流れ込む空気は、わずかな量の粒子を運ぶだけであるので、処理の終了時に、容器３の汚染が僅かであるか、汚染が排除される。他方では、第２の電磁弁２９の閉鎖によって生じる気密性は、減圧（電磁弁２９が閉鎖し続けられている間中）で容器３内に生じる真空の質によって保護される。

なお、一方では、容器３の内部および他方では、囲い５（容器３の外部）の減圧と同じく、与圧が別々に実施されることが予定されている。

そのために、本装置１は、各処理用ユニット２毎に、容器３の減圧用導管１４とは別個の囲い５の減圧用導管３２および容器３の与圧用導管とは別個の囲い５の与圧用導管３３を含む。

減圧用導管３２は、容器３の外部で、囲い５を減圧源１５に連結する。同減圧源は、減圧用導管１４を介して容器３が連結されている減圧源と同一であることができる。

処理用ユニット２は、囲い５と減圧源１５間に、双方間の連絡を許可し、または禁止するために設置してある第３の電磁弁３４を含んでいる。この電磁弁３４は、弁３５を含んでおり、同弁は、減圧用導管３２の入口に形成してある弁座３６に押しつけられて、同導管を封鎖し、したがって、囲い５と減圧源１５間の連絡を禁止する閉鎖用位置と、弁座３６から引き離されて、囲い５と減圧源１５を連絡する開放用位置（図６に見える）間に可動状に取り付けてある。

与圧用導管３３の方は、容器３の外部で、囲い５を圧力源２８に連結する。同圧力源は、外気または大気圧に等しい（またはそれに近い）ガス源（空気または他の中性ガス）であり得る。この圧力源２８は、与圧用導管２７を介して、容器３に連結される圧力源と同一であり得る。

処理用ユニット２は、囲い５と圧力源２８間に介在する第４の電磁弁３７を含んでおり、処理の進展段階に應じて、この双方間の連絡を許可し、または禁止する。この電磁弁３７は、弁３８を含んでおり、同弁は、与圧用導管３３の入口に形成してある弁座３９に押しつけられて、同導管を封鎖し、したがって、ノズル９と圧力源２８間の連絡を禁止する閉鎖用位置と、弁座３９から引き離されて、囲い５と圧力源２８を連絡する開放用位置（図６に見える）間に可動状に取り付けてある。

図１と図６に示してあるように、囲い５の減圧用導管３２と与圧用導管３３は、両方とも、容器３の外部で、囲い５内に開いている共通の管路４０に通じている。

インゼクタ１０の方は、覆い８内に部分的に形成してある導管４２で前駆的ガス（例えばアセチレン）源４１に連結してあり、その封鎖または逆にその開放が第５の電磁弁４３で確立されている。

図１に示した実施態様では、減圧用導管３２と与圧用導管３３、ならびに第３の電磁弁３４と第４の電磁弁３７は、同一対の処理用ユニット２に共通していることによって、本装置１のコンパクト化に寄与している。

電磁弁１９、２９、３４、３７、４３は、処理中に本装置の自動化を管理する１のコントロールユニット（図示されていない）に制御されており、図７を参照しながら、その主要段階を記すことにする。図７では、
― 「Vide int.」で示した線は、第１の電磁弁１９の開放（Ｏ）または閉鎖（Ｆ）状態を表している。
― 「Vide ext.」で示した線は、第３の電磁弁３４の開放（Ｏ）または閉鎖（Ｆ）状態を表している。
― 「Patm int.」で示した線は、第２の電磁弁２９の開放（Ｏ）または閉鎖（Ｆ）状態を表している。
― 「Patm ext.」で示した線は、第４の電磁弁３７の開放（Ｏ）または閉鎖（Ｆ）状態を表している。
― 「C2H2」で示した線は、容器３内へのアセチレンの注入を許可する、第５の電磁弁４３の開放（Ｏ）または閉鎖（Ｆ）状態を表している。
― 「μondes」で示した線は、マイクロ波発生装置６の開放（Ｏ）または閉鎖（Ｆ）状態を表している。

止め弁１３と軸１１は、容器３を積載できるために、基本的に低位置にある。容器３が入っていない囲い５は、そのとき、大気中にある。

容器３を積載すると、同容器の首は、挟具１２に捕捉される。軸１１は、止め弁１３と共に、容器３が気密状態で、挟具１２と覆い８に固く保持されている高位置に上昇する。この気密状態は、囲い５の炭化物汚染を避けるために、ノズル９（すなわち容器３の内側）と囲い５（すなわち容器の外側）間の連絡を避けることを狙いとしている。囲い５による炭化物汚染が電磁マイクロ波の順調な伝達を損なわないためである。

軸１１と止め弁１３が高位置に達したとき、第２の電磁弁２９と第４の電磁弁３７の弁３０と３８は、閉鎖状態になる（Patm int.とPatm ext.参照）。この瞬間は、図７のクロノグラムの時間軸（横座標）の基になる。

この瞬間（または偶発的なタイミング後）に、第１の電磁弁１９と第３の電磁弁３４は、コントロールユニットの制御によって、開放位置に移行する。容器３と囲い５（容器３の外側）を減圧源１５と連絡させることによって、開放位置で、容器３と囲い５の減圧を確立するためである（Vide int線.とVide ext.線参照）。囲い５内（容器３の外側）を支配する圧力が希望している値（数１０ミリバール）に達すると、第３の電磁弁３４の弁３５は、コントロールユニットの制御によって、閉鎖位置に移行する。囲い５内の圧力がこの値に維持されるためであり（Vide ext.線参照）、それに対して、第１の電磁弁１９の弁２０は、容器３内の減圧が続けられるために開放位置に維持される。

この瞬間に、第５の電磁弁４３は、インゼクタ１０を介して、前駆的ガスを容器内に導入するために開放される（C2H2線参照）。

前駆的ガスが容器３の内部に充満するための時間の経過後、マイクロ波の発生装置６は活性化して、容器３の内部で冷たいプラズマが発生し、イオン化単体は、容器３の内壁に、薄いフィルム状に付着して、したがって遮断層が容器内に形成される。

プラズマが続いている間中、第１の電磁弁１９の弁２０は、開放位置に維持されるので、容器３の減圧が継続され、容器３の内壁に付着しなかったプラズマで発生した単体が排除される。既に指摘したように、プラズマの発生地が容器３の中であるにもかかわらず、プラズマは、ノズル９内に傳播し、もっと正確に言って、中央部２２（放出後区域）で、孔空き間仕切り１８に直角にまで傳播し、容器に付着しなかった単体が同間仕切りを通過するが、しかしながらプラズマは、ノズル９の末端部２４に達しない。

あらかじめ定めた時間（だいたい数秒間）後、コントロールユニットは、同時に下記指図をする。
― 電磁マイクロ波の発生装置６の活動停止、それによってプラズマの消滅を引き起こす、
― 第５の電磁弁４３の閉鎖、それによって前駆的ガスの供給の停止を引き起こす、
― 第１の電磁弁１９の弁２０の閉鎖位置への移行、それによって容器３の減圧の停止を引き起こす、
― 第２の電磁弁２９の弁３０の開放位置への移行、それによって容器３の与圧開始を引き起こす。

あらかじめ定めた時間（だいたい数秒間）後、コントロールユニットは、第４の電磁弁３７の弁３８の開放位置への移行を指図して、それによって容器３の外部における囲い５の加圧を引き起こす。

このサイクルは、このようにして処理された容器３の排出が可能で、同サイクルは、次の容器の処理のために繰り返される。

１．本装置
２．処理用ユニット
３．容器
４．凹部
５．囲い
６．電磁波発生装置
７．電磁波の誘導装置
８．覆い
９．ノズル
１０．インゼクタ
１１．軸
１２．挟具
１３．止め弁
１４．減圧用導管
１５．減圧源
１６．管路
１７．中間室
１８．孔空き間仕切り
１９．第１の電磁弁
２０．弁
２１．弁座
２２．中央部
２３．呑口
２４．末端部
２５．環状室
２６．傾斜孔
２７．与圧用導管
２８．圧力源
２９．第２の電磁弁
３０．弁
３１．弁座
３２．減圧用導管
３３．与圧用導管
３４．第３の電磁弁
３５．弁
３６．弁座
３７．第４の電磁弁
３８．弁
３９．弁座
４０．管路
４１．ガス源
４２．導管
４３．第５の電磁弁

Claims

― 処理する容器（３）を受け入れるのに適切な囲い（５）、
― 囲い（５）の延長部内におけるノズル（９）を画定する覆い（８）、
― ノズル（９）内に通じて、同ノズルを減圧源１５に連結する、容器（３）の減圧用導管（１４）、
― 減圧用導管（１４）を閉鎖する閉鎖位置と、ノズル（９）と減圧源（１５）を連絡させる開放位置を有する第１の電磁弁１９、
を含む、プラズマによる容器（３）の処理用装置（１）であり、この装置（１）は更に、
― 減圧用導管（１４）とは別個である、容器（３）の与圧用導管（２７）、同与圧用導管は、減圧用導管（１４）の先で、ノズル（９）内に通じており、同ノズル（９）を圧力源２８に連結している。
― 与圧用導管（２７）を閉鎖する閉鎖位置およびノズル（９）と圧力源２８を連絡する開放位置を有する第２の電磁弁２９
を含むことを特徴とする。
ノズル（９）が中央部（２２）を有しており、減圧用導管（１４）が同中央部に通じていて、この中央部（２２）が末端部（２４）で延長されており、与圧用導管（２７）が同末端部２４内に通じている、請求項１による装置（１）。
ノズル（９）の末端部（２４）が環状室（２５）を含んでおり、与圧用導管（２７）が同環状室内に通じている、請求項２による装置（１）。
環状室（２５）が１または複数の穿孔（２６）でノズル（９）の中央部（２２）に連絡している、請求項３による装置（１）。
減圧用導管（１４）が中間室（１７）に通じており、同中間室が孔空き間仕切り（１８）を介して、ノズル（９）に連絡する、請求項１から４までのいずれか１の請求項による装置（１）。
容器（３）の減圧用導管（１４）から独立していて、囲い（５）を減圧源（１５）に連結する、囲い（５）の減圧用導管（３２）を更に含む、前記諸請求項のいずれか１の請求項による装置（１）。
容器（３）の与圧用導管（２７）とは独立していて、囲い（５）を圧力源（２８）に連結する、囲い（５）の与圧用導管（３３）を更に含む、前記諸請求項のいずれか１の請求項による装置（１）。
囲い（５）の減圧用導管（３２）と与圧用導管（３３）が、囲い（５）内に開いている共通の管路（４０）に通じている、請求項６および７による装置（１）。