KR20010030823A - 플라스마 강화법으로 플라스틱병의 내벽을 처리하기 위한방법 및 장치 - Google Patents

플라스마 강화법으로 플라스틱병의 내벽을 처리하기 위한방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

병 (1)의 내면을 플라스마 강화법으로 처리하기 위한 장치는 진공실 (2), 마이크로파 발생기를 지니는 마이크로파 제한부 (3), 진공화 수단 및 가스 공급 수단 (5)을 포함한다. 마이크로파 제한부 (3)는 실질적으로 원통이고, 적어도 병 (1)의 본체 부분의 형상에 가능한 한 가깝게 처리되게 한다. 마이크로파는 마이크로파 제한부 (3) 내에서 결합하고 병 (1)의 저면부를 구성하고, 마이크로파 제한부는 공진 TM 모드에서 여기한다. 본 발명의 장치는 매우 간단하고 단순하다. 그것은 스트레치-주형 장치 또는 충전 장치 내에서 일체화할 수 있다. 규모를 키우기 위하여, 복수개의 단일-병 장치는 열 또는 하나의 행과 열 형태로 배치될 수 있고 모든 단일-병 장치는 에너지망, 진공 및 가스 공급 라인에 결합될 수 있다. 각각의 단일-병 장치는 그 자체적으로 진공실을 지닐수 있고 복수개의 마이크로파 제한부 (3)는 하나의 공통적인 진공실 내에 배치될 수 있다.

Description

플라스마 강화법으로 플라스틱병의 내벽을 처리하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TREATING THE INSIDE SURFACE OF PLASTIC BOTTLES IN A PLASMA ENHANCED PROCESS}
본 명세서에서 플라스틱 병이라고 하는 용어는 플라스틱 재료로 제조되는 용기를 가리키고, 원형 또는 원형이 아닌 단면을 지니는 직립 실린더 형태의 본체부, 본체부의 일면을 구성하는 저면부 및 본체부의 다른면 상에 비교적 협소한 개구 (opening)를 지니는 어깨 및 목부를 포함한다. 이러한 용기는 특히, 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리프로필렌 (PP) 또는 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE)으로 제조되는 것으로, 이러한 병은 예컨대 스트레치 블로 주조 (stretch blow moulding)에 의하여 제조된다. 가스 장벽 특성 (gas barrier property)을 개선하기 위하여, 이러한 병은, 플라스마 강화 화학증착법 (plasma enhanced chemical vapour deposition process)을 사용하여 산화실리콘층으로 병의 내벽을 피복하는 코팅 처리를 한다.
플라스틱 병의 내벽을 처리하기 위하여 사용되는 다른 플라스마 강화법은, 예컨대 멸균 프로세스 또는 활성화 프로세스 또는 다른 방법으로 표면을 변화시키기 위한 프로세스가 사용된다.
플라스틱 병의 내벽을 처리하기 위한 플라스마 강화법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치는 J. Weichart, B. Meyer, J. Muller의 간행물 (Vakuum in der Praxis Nr. 1, pages 22-26, 1991), 미국특허 제 5521351 호 (Wisconsin Alumni Research), 일본특허 제 0853117 호 (Kirin Brewery), 미국특허 제 5378510 호 (Polar Materials Inc.), 독일특허 제 3632748 호 (Vereinigung zur Forderung des Instituts fur Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der TH Aachen) 및 국제공개 제 95-22413 호 (Coca-Cola Company)에 기재되어 있다.
병의 내부를 처리하기 위한 플라스마 강화법은 일반적으로 병 내부의 압력을 감소시키는 단계, 적당한 전원 (DC, RF, HF, 마이크로웨이브)을 작동시켜 병 내부에서 플라스마를 인화하고 유지시키는 단계 및 플라스마를 통하여 적당한 프로세스 가스 (process gas) 또는 프로세스 가스 혼합물을 유동시키는 단계를 포함한다. 대부분의 경우에, 병이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 병의 외부 공간을 진공화시킬 필요가 있다. 병의 외부 공간이 병의 내부 압력보다 약 10배 이상 낮은 압력으로 되도록 진공화하는 것이, 병의 외부에 있어서 플라스마의 인화를 방지하기 위하여 바람직하다.
따라서, 이러한 프로세스를 수행하기 위한 장치는 다음과 같은 구성요소를 포함한다: 처리되어야 할 병이 놓여 있는 진공실, 진공실을 진공화시키기 위한 수단 및 병의 내부를 진공화시키기 위한 수단 (일반적으로 2가지의 상이한 압력으로 감소), 플라스마를 인화하고 유지시키기 위한 수단 (예컨대, RF- 또는 HF-주파수 발생기 또는 마이크로파 발생기) 및 병 내부로 프로세스 가스를 공급하기 수단을 포함한다.
본 발명은 포장 산업 분야에 속하는 것으로, 대응하는 독립 청구항의 전제부에 따른 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 방법 및 장치는 플라스마 강화법 (plasma enhanced process)을 사용하여 플라스틱 병의 내벽을 처리하기 위한 것이다.
도 1 및 도 2는, 작동 또는 닫힌 상태의 배치 (도 1) 및 열린 상태의 배치 (도 2)에 있어서 동시적으로 하나의 병을 처리하기 위한 본 발명에 따른 장치에 관한 구체적인 실시예의 원리를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예로서, 스트레치-블로-주조 장치와 일체로 구성된 장치를 도시한다. 본 장치에서 병은 스트레치-블로-주조되고 그 후 즉시 플라스마 강화법으로 처리된다.
도 4는 충전 장치와 일체로 구성된 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예를 도시한다. 본 장치에서 병은 플라스마 강화법으로 처리된 후 즉시 충전된다.
도 5 및 도 6은 플라스마 강화법으로 복수개의 병을 동시적으로 처리하기 위한 본 발명에 따른 장치의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 7은 도 5에 따른 본 발명의 장치에 관한 실시예를 3차원으로 표현한다.
도 8은 본 발명의 단일-병 장치의 어레이에서 일군의 병을 플라스마로 처리하기 위한 또 다른 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
본 발명의 목적은 플라스틱 병의 내면을 플라스마 강화법, 예컨대 실리콘 산화 코팅의 플라스마 강화 화학증착법으로 처리하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 방법 및 장치를 사용하여, 경제적인 방법으로 고품질의 생산품을 제조할 수 있고, 본 발명에 따른 장치는 고용량의 프로세스로 생산 규모를 한층 높일 수 있다.
본 발명의 목적은 특허청구의 범위에 기재된 방법 및 장치에 의하여 달성된다.
본 발명의 장치는 진공실 (vacuum chamber)과 실질적으로 원통형인 마이크로파 제한부 (microwave confinement)를 포함한다. 마이크로파 제한부에서는 마이크로파 발생기에 의하여 발생하는 마이크로파가 적당한 결합 수단에 의하여 양 측면 중 하나를 통하여 결합된다. 여기에서 마이크로파 제한부의 기능 및 진공실의 기능은 동일한 장치 부분에 의하여 부분적으로 또는 전체적으로 이어질 수 있다. 또한 그것은 진공화 수단 (evacuation means) 및 가스 공급 수단 (gas feed means)을 포함한다. 마이크로파 제한부의 형상은 적어도 병의 본체부의 형상에 가능한 한 유사하게 한다. 마이크로파 제한부, 결합 수단 및 마이크로파 발생기는 마이크로파 제한부가 TM 공진 모드 (TM resonance mode), 즉 자기장이 축방향 성분을 지니지 않는 자기적 횡파에서 여기 상태가 되도록 설계한다. 또한 고정 자석을 구비하여 영구적인 자기장을 발생시킬 수 있다. 여기에서 자기장은 처리되어야 할 병 내에서 전자 사이클로트론 공명 조건 (electron cyclotron resonance condition)이 달성되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 장치는 매우 압축적이고 간단하다. 생산 규모를 높이기 위하여, 복수개의 단일-병 장치 (one-bottle apparature)를 일렬 (row)로 또는 행과 렬 (matrix)로 정렬하고, 모든 단일-병 장치를 에너지, 진공 및 가스 공급 라인의 네트에 결합한다. 각각의 단일-병 장치는 그 자체적으로 진공실을 포함할 수 있고 복수개의 마이크로파 제한부는 하나의 공통적인 진공실 내에 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2는 동시적으로 하나의 병 (1)을 처리하기 위한 본 발명에 따른 장치의 구체적인 실시예를 도시한다. 장치는 진공실 (2) 및 원통형 마이크로파 제한부 (3) 또는 진공실 내 마이크로파 제한부 부분을 포함하고, 이러한 장치 내에 처리해야 할 병 (1)을 배치시킬 수 있다. 그것은 또한 마이크로파 발생기 (4) 및 마이크로파 제한부를 여기시키기 위한 적당한 결합 수단 (10/11) 및 병의 개구를 통하여 병의 내부에 도달하고 통기성 또는 기공성 재료로 구성되는 가스 공급 튜브 (5)를 포함한다. 도 1은 본 발명에 따른 장치가 작동 또는 닫힌 상태에 있을 경우 즉, 마이크로파 제한부와 진공실이 닫혀있을 때를 도시한다. 도 2는 본 장치가 열린 상태에 있을 때를 도시하는데, 이러한 개방 상태의 배치는 처리된 병과 다음으로 처리해야 할 병을 교환하게 한다.
마이크로파 제한부 (3)는 마이크로파는 투과하지 못하지만 그 내부 및 외부 사이의 압력 평형 (즉, 기공성 금속판으로 제조됨)을 이루게 하는 재료로 구성되어 진공실 (2) 내에 배치되거나, 마이크로파가 투과하지 못할 뿐만 아니라 진공에도 기밀한 (vacuum tight), 즉 제한부의 기능과 함께 동시적으로 진공실로서의 기능을 담당하는 재료로 구성된다. 도 1 및 도 2에 따른 실시예에 있어서, 마이크로파 제한부 (3)는 기공성 원통부 (3.1)로 구성되고, 이러한 원통부는 병 (1)의 원통형 본체 부분에 가능한 한 유사하도록 구성된다. 원통부 (3.1)는 목 플레이트 (3.2)에 의하여 한쪽면에서 닫힌다. 이러한 목 플레이트 (neck plate)는 또한 진공실 (2)의 벽 부분을 구성하고, 처리되어야 할 병 (1)의 목부분을 지지하기 위한 수단 및 외부로부터 병의 내부를 밀봉하기 위한 수단을 포함하고, 가스 공급 튜브 (5)를 지지한다. 목 플레이트는 또한 가스 공급 튜브를 프로세스 가스 G 소스에 결합시키기 위한 수단, 병의 개구를 진공 V.1 소스에 결합시키기 위한 수단 및 진공실을 진공 V.2 소스에 결합시키기 위한 수단을 포함한다.
목 플레이트 (3.2)와 마주보는 면으로서 처리되어야 할 병의 저면과도 마주보는 면 (3.3)에서, 마이크로파 발생기 (14)에 의하여 발생하는 마이크로파는 마이크로파 제한부에서, 예컨대 중공의 파동 가이드 (11)를 통하고 마이크로파 투과 윈도우 (10)을 통과하여 결합한다. 마이크로파 투과 윈도우는 동시에 진공실의 벽을 구성한다. 윈도우 (10)는, 예컨대 수정 유리 또는 플라스틱으로 제조된다.
또한, 마이크로파 제한부는 마이크로파를 투과시킬 수 있는 (수정 또는 플라스틱으로 제조됨) 진공실로 사용할 수도 있고, 마이크로파 제한부로서 그것을 부분적으로 또는 전체적으로 배치시킬 수 있다.
마이크로파 발생기 (4), 마이크로파 제한부 (3) 및 마이크로파 결합수단은 TM 공진 모드용으로 설계한다. 특히, n이 1과 4 사이에 있을 때 TM10n모드가 되도록 설계하는 것이 바람직하다. 미국특허 제 5311103 호 및 미국특허 제 4777336 호 명세서에 이와 같이 공진을 나타내는 장치가 기재되어 있다.
처리해야 할 병 (1)의 내부에 고정적인 자기장을 발생시키기 위하여, 가스 공급 튜브 (5)에 복수개의 고정 자석을 튜브의 내부에 위치하거나 또는 그 외부에 위치하도록 설치할 수 있다. 가스 공급 튜브는 또한 가스 공급 튜브 및 자석을 냉각시키기 위한 냉각 수단 및 그것을 좁은 범위 내에서 일정한 온도로 유지시키기 위한 수단을 포함할 수 있다.
가스 공급 튜브는 또한 단순한 기공성 튜브로 설계될 수 있다. 또는 처리해야 할 병의 목부분에 위치할 수 있는 가스 공급 노즐로 축소될 수 있다.
처리해야 할 병 (1)을 마이크로파 제한부 (3) (도 2 참조) 내에 위치시키기 위하여, 목 플레이트 (3.2)를 마이크로파 제한부 (3)의 원통형 부분 (3.1)으로부터 제거한다. 병의 목부분을 지지하는 수단이 열린다. 그런 다음 병 (1)을 가스 공급 튜브 (5) 또는 가스 공급 노즐 위에 위치시키고 목 유지 수단에 의하여 고정된다. 그런 다음 병을 진공실 (2) 및 마이크로파 분획 (3) 내부로 진입시킨다. 이러한 진입은 목 플레이트 (3.2)를 원통형 부분 (3.1) 쪽으로 이동시켜 이루어진다. 이러한 이동은 그것이 진공실의 다른 벽 부분 뿐만 아니라 마이크로파 제한부의 원통형 부분 (3.1)과 기밀을 형성할 때까지 진행된다.
도 3은 하나의 병 (1)을 동시적으로 피복하기 위한 본 발명에 따른 장치에 관한 구체적인 실시예를 도시한다. 본 장치는 병 (1)을 스트레치-블로-주조하기 위하여 전체로서 하나의 장치로 일체적으로 구성한다. 진공실 및 마이크로파 제한부의 기능은 블로 주조 (20)의 공동부 (cavity)로 넘어간다. 새로운 기능을 위하여, 블로 주조는 예컨대 수정 유리로 제조되는 마이크로파 윈도우 (10)를 포함하고, 이러한 윈도우 (10)에서 마이크로파 발생기 (4)에 의하여 발생하는 마이크로파 (10)는 파동 가이드 (11)를 통하여 결합된다. 또한 적어도 하나의 채널 (21)을 통하여 주조 공동부가 진공화 (V.2)될 수 있다.
스트레치-블로-주조 장치의 스트레칭 로드 (22)는 선형 모터 (23)에 의하여 여러가지 위치로 이동한다. 그것은 속이 비어 있고 통기성 또는 기공성의 재료로 제조되며, 플라스마 강화법에서 가스 공급 튜브 (5)로 작용한다. 따라서, 그것은 프로세스 가스 소오스 (G)에 결합을 구성한다.
도 3에 따른 장치는 다음과 같이 작동한다.
-. 예열된 병의 예비성형체 (30; 2점쇄선)를 주형 (20)의 공동부 내에 놓는다. 스트레칭 로드/가스 공급 튜브 (22/5)는 초기 위치에서 단말부가 예비성형체의 저면부와 마주보도록 한다. 주형의 진공 결합이 닫힌다.
-. 예비성형체의 내부로 압력 (P)를 가하고 스트레칭 로드/가스 공급 튜브 (22/5)를 그것이 병 개구와 마주보는 주형의 저면부에 도달하거나 거의 도달할 때까지 진행시킨다. 이와 같이 예비성형체를 스트레칭하는 것은 병의 축방향을 길이 방향으로 해서 제조되게 한다.
-. 그런 다음 압력 (P)을 증가시켜 예비성형체의 벽을 블로잉하고, 그것을 주형 (20)의 내부에 압착시킨다.
-. 그런 다음 스트레칭 로드/가스 공급 튜브 (22/5)를 가스 공급 위치 (병의 저면부로부터 일정한 거리 만큼 떨어져 있는 단말부)로 가져오고, 병의 내부를 주형의 캐비티와 함께 동시적으로 진공으로 되게 한다. 여기에서 병의 내부에서 감소된 압력은 플라스마를 인화시키기에 적당하고, 병의 외부에서 감소된 압력은 플라스마를 인화시키거나 또는 유지시키기에는 너무 높거나 너무 낮지만 병의 손상을 방지하는데 적당한 것이 바람직하다.
-. 마이크로파 발생기가 작동하고, 프로세스 가스가 스트레칭 로드/가스 공급 튜브 (22/5)에 공급되고, 병의 개구 (V.1)를 통하여 동시에 배출되면, 적당한 프로세스 압력을 유지하게 된다.
-. 소정의 프로세스 시간이 지난 후에, 마이크로파 발생기 및 프로세스 가스가 동작을 멈추고, 병 (1) 및 주형 공동부가 구부러진다.
-. 주형 (20)이 열리면, 스트레칭-블로-주조되고 처리된 병을 주형으로부터 내보낸다.
도 4는 하나의 병 (1)을 동시적으로 처리하기 위한 본 발명에 따른 장치에 관한 구체적인 실시예를 도시한다. 본 장치는 도 1 및 도 2에 따른 장치와 실질적으로 대응한다. 마이크로파 제한부 (3)의 기능은 진공실 (2)의 기능을 넘겨받는다. 본 장치는 또한 가스 공급 튜브 (5)를 병 (1)의 외부 위치 (2점쇄선 (5)으로 표시)로 이동시키기 위한 수단 (도시하지 않음)을 포함하고, 목 플레이트 (3.2)와 처리된 병 내부를 채우게 되는 액체 (C) 소오스의 결합부를 포함한다.
도 4에 따른 장치는 다음과 같이 작동한다.
-. 병 (1)은 마이크로파 제한부/진공실 내에 위치한다. 가스 공급 튜브 (5)를 병의 내부에 있는 가스 공급 위치 (병 저면으로부터 일정한 거리 만큼 떨어져 있는 말단부)로 가져온다.
-. 병 (1)의 내부를 진공실 (2)과 함께 동시적으로 진공으로 만든다. 여기에서 병 내부의 감소된 압력은 플라스마를 인화시키는데 적당하고, 병 외부의 감소된 압력은 플라스마를 인화하거나 또는 유지시키는데 너무 높거나 너무 낮지만 병을 손상으로부터 보호하는데 적당한 것이 바람직하다.
-. 마이크로파 발생기가 작동하고, 프로세스 가스가 가스 공급 튜브 (5)에 공급되고 동시에 그것이 병의 개구 (V.1)를 통하여 배출되면, 적당한 프로세스 압력을 유지하게 된다.
-. 소정의 시간이 흐른 후, 마이크로파 발생기와 프로세스 가스가 동작을 멈춘다.
-. 필요하다면, 병은 감소된 압력을 유지하면서 린싱 가스 (rinsing gas)로 병을 린스시킨다.
-. 액체 내용물 (C)의 소오스에 대한 결합부가 열리고, 진공 때문에 병 내부로 흡입된 액체로 병을 채운다.
-. 처리가 끝나고 속을 채운 병은 밀봉되어 마이크로파 제한부/진공실로부터 내보내진다.
도 4에 따른 본 장치의 효과는, 병을 채우기 위하여 진공을 사용하는 것 뿐만 아니라 플라스마 처리 후 즉시 병을 충전시키는 것이다. 플라스마 처리는 병의 내부면을 예컨대 피복할 뿐만 아니라 살균 처리도 한다. 따라서, 도 4에 따른 본 장치의 사용은, 살균 장치 또는 처리해야 할 병을 충전 장치로 운송하는 살균 운송 수단을 불필요하게 한다.
또한 도 3에 따른 장치의 특징과 도 4에 따른 장치의 특징을 조합할 수 있다. 그 결과, 스트레치-블로-주조/플라스마-처리/충전 장치가 하나의 동일한 장치 내에 조합되는 것이다.
도 5 및 도 6은 복수개의 병을 동시적으로 처리하기 위한 매우 개략적이고 구체화된 시스템을 도시한다. 이러한 시스템의 기본적인 구상은 도 1 및 도 2에 따른 장치 또는 도 4에 따른 장치에 실질적으로 대응하는 복수개의 유니트 (50, 51, 52...)를 제공하는 것이다. 여기에서 유니트는 공통의 진공실 (도 5) 내에 배치될 수 있거나 그 각각은 그 자체의 개별적인 진공실 (도 6)을 포함할 수 있다.
각각의 유니트 (50, 51, 52...)는 병을 진공화시키기 위하여 진공 라인망 (55)에 결합되고 프로세스 가스용 가스 공급 라인망 (56)에 결합된다. 적용할 수 있다면 개별적인 진공실을 진공화시키기 위한 진공 라인망 (57)에 결합시킬 수 있고 병 내부로 채워야 할 액체 내용물용 공급 라인에 결합시킬 수 있다.
도 5 및 도 6에 따른 시스템에 있어서, 유니트는 열 또는 행과 열로 배치되고, 하나의 공통적인 구동 장치를 사용하여 열리고 닫히는 것이 효과적이다. 복수개의 유니트는 또한 하나의 라인 또는 유니트의 회전 시스템을 형성할 수 있다. 여기에서 유니트는 연속적으로 또는 불연속적으로 이동한다.
도 7은 도 5에 따른 시스템 (70)을 보다 상세하게 도시한다. 즉 시스템은 도 1 및 도 2에 따른 유니트가 12개 (50-61) 일렬로 정렬하고 공통의 진공실 (71) 내에 일렬로 배치된다.
처리해야 할 병을 공급 컨베이어 (72) 및 브렌치 컨베이어 (73)에 의하여 시스템으로 공급하고, 유니트 열에 평행하게 저면부 열 (74)로 배치된다. 병의 열은 진공로크실 내에 위치할 수 있다. 일렬의 병 위치 (74)에 있는 병을 유니트 (50-61) 내로 위치시키기 위하여, 진공실을 개방하고 병은 일렬의 그리퍼 (75)에 의하여 포착된다. 그것은 기울어져서 공통의 목 플레이트 (76) 아래쪽의 위치에 존재하는 가스 공급 튜브 (5) 위를 이동한다. 그런 다음 가스 공급 튜브가 올라가고 진공실이 닫힌다. 그런 다음 병을 처리하고, 처리 후 진공실을 열어서 병을 빼내고, 가스 공급 튜브의 하강 및 병을 배출 컨베이어 (77) 상으로 기울인다.
또한 도 8은 본 발명의 단일-병-장치의 어레이에서 병의 배치 (batch)를 플라스마 처리하기 위한 구체적인 장치를 도시한다. 단일-병-장치의 이러한 어레이는 복수개의 마이크로파 제한부 (3)를 포함하고, 그 각각은 도시하는 바와 같이 마이크로파 발생기 (4) 및 적당한 결합 수단 (10/11)이 설치된다. 마이크로파 제한부는 도 5와 관련하여 설명한 바와 같이, 진공 펌프 (V.2)를 지니는 공통의 진공실에 위치한다. 여기에서 마이크로파 제한부 (3) 및 진공실 (2)은 목 플레이트 (82)에 의하여 닫힌다. 어레이는 또한 진공 펌프 (V.1)에 결합되는 플레넘 (plenum; 81)을 포함하고 각각의 마이크로파 제한부 (3)의 축에 배열된 개구를 지니며, 병의 개구 또는 목 플레이트 (82)에 있는 대응하는 개구에 기밀적으로 결합하는 어레인지먼트 (80)를 포함하고 가스 공급 수단 (5)의 어레이는 또한 마이크로파 제한부의 축에 정렬하고 프로세스 가스 (G)의 소오스에 결합할 수 있다.
도 8은 병 (1)에 대하여 배치와 같은 (batchwise) 플라스마 처리에 대하여 좌측으로부터 우측으로의 3단계를 도시한다. 우선 (좌측 도면), 병의 배치가 목 플레이트 (82)에 위치하고 그 축은 개구에 정렬하며 병의 목은 적당한 고정 수단에 고정된다. 그런 다음 (중앙 도면), 병 (1)의 목 플레이트 (82)는 마이크로파 제한부 (3) 및 어레인지먼트 (80) 사이에 위치한다. 그런 다음 (우측 도면), 마이크로파 제한부 (3) 내에 병 (1)을 위치시키고 제한부 (3) 및 진공실 (2)을 폐쇄하기 위하여 목 플레이트 (82)를 들어올린다. 어레인지먼트 (80)도 또한 들어올려서 가스 공급 튜브 (5)를 병 (1) 내에 위치시키고 플레넘 (81)의 개구를 병의 개구 또는 목 플레이트 (82)의 개구에 결합한다.
마이크로파 제한부만을 포함하는 진공실 (2)을 사용하고 그것을 구부리는 것 대신, 각각의 배치의 변화 또는 병을 변화시키기 위하여, 어레인지먼트 (80)를 또한 포함하고 병과 함께 목 플레이트를 진공실의 내부 및 그 외부로 진공 로크를 통하여 이동시킬 수 있는 대형의 진공실을 사용할 수 있다. 즉, 병의 목 플레이트를 진공 기밀 출입문을 지니는 진공실에 결합된 예비실에 놓고, 예비실을 진공화시키며, 출입문을 열고, 목 플레이트를 진공실 내부로 이동시킨다. 처리 후에 병을 배출시키기 위하여, 진공실은 나가는 문 및 진공으로 된 후의 진공실을 포함한다. 진공으로 된 후의 진공실은 처리된 병과 함께 목 플레이트를 제거하기 위하여 구부려진다. 이러한 어레인지먼트의 효과는, 진공실을 구부려서 배치 변화를 일으킬 필요가 없다는 사실로서, 이러한 이유 때문에 더 짧은 사이클 시간이 달성될 것이다.
상기한 모든 실시예에 있어서, 플라스마 처리는 하나의 프로세스 가스 또는 프로세스 가스의 혼합물을 사용하는 수행하는 하나의 단계로 구성되는 프로세스이다. 동일한 방식으로 프로세스를 진행할 수 있다고 하더라도 복수개의 스텝을 포함하는 플라스마 프로세스가 또한 실시될 수 있다. 이러한 프로세스에 필요한 단 하나의 장치 적용은, 제 1 프로세스 가스의 소오스로부터 그 다음의 프로세스 가스의 소오스로 프로세스 가스 공급 수단의 결합을 대응적으로 전환시키는 수단이다.
이미 언급한 바와 같이, 병의 내벽을 처리하기 위한 플라스마 프로세스의 일실시예는, 병의 가스 장벽 특성을 개선시키기 위하여 이러한 내면을 SiOx층으로 피복하는 것이다. 아래와 같은 프로세스 파라미터를 사용하여, 상기한 바와 같이 장치로 실시된, 시장에서 구입할 수 있는 500㎖ PET병에 대한 이와 같은 증착은 다음과 같은 결과를 나타낸다.
-. 병 내부의 프로세스 압력 0.2 mbar
-. 병 외부의 프로세스 압력 0.01 mbar
-. 헥사메틸디실로산의 흐름 2 sccm
-. 산소의 흐름 16 sccm
-. 마이크로파 전원 150 W
-. 프로세스 시간 12초
-. 처리되지 않은 병과 비교할때 처리된 병의 산소 흡입력 (표준 MOCON 설비에서 측정된 흡입력):
피복되지 않은 병 0.050 0.0025 ccO2/병/일/0.21atm
피복된 병 0.006 0.0025 ccO2/병/일/0.21atm
이러한 결과는 산소 흡입력이 8 이상 개선되었음을 나타낸다.
첨부하는 특허청구의 범위에 기재하는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이루어지는 모든 수정예, 변형예 및 변화는 본 명세서에서 개시하는 발명의 범위에 속한다.
본 발명은 플라스틱 병의 내면을 플라스마 강화법, 예컨대 실리콘 산화 코팅의 플라스마 강화 화학증착법으로 처리하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 방법 및 장치를 사용하여, 경제적인 방법으로 고품질의 생산품을 제조할 수 있고, 본 발명에 따른 장치는 고용량의 프로세스로 생산 규모를 한층 높일 수 있다.

Claims (18)

  1. 플라스마 강화법으로 병을 처리하기 위한 방법으로서, 플라스틱 병 (1)의 내면은 실질적으로 원통형의 본체, 본체의 일면에 저면부 및 본체의 타면 상에 비교적 좁은 개구를 지니는 어깨 및 목부분을 포함하고, 본 방법은 병 (1)의 내부 및 병의 외부 공간을 동시에 진공화시키는 단계, 병의 내부에서 플라스마를 인화시키고 유지시키는 단계 및 소정의 프로세스 시간 동안 병을 통하여 프로세스 가스 (G)를 유동시키는 단계 및 소정의 프로세스 시간이 경과한 후 병의 내부 및 외부를 동시에 배출시키는 단계를 포함하는 방법에 있어서,
    상기 프로세스 단계를 실시하기 위하여 상기 병 (1)은 실질적으로 원통형인 마이크로파 제한부 (3) 내에 실질적으로 동축으로 위치시키고, 병 (1) 내부에 플라스마를 인화하고 유지하기 위하여 마이크로파는 제한부의 일면에서부터 병 (1)의 저면부가 마주보는 면을 향하여 마이크로파 제한부 (3)에서 결합하고, 마이크로파 제한부 (3)는 공진 TM 모드에서 여기되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공진의 TM 모드는 TM01n이고, 여기에서 n은 1, 2, 3 또는 4인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 병 (1)은 스트레칭 로드 (22)의 도움으로 블로 주형 (20) 내에서 스트레치-블로-주조되고, 상기 병은 스트레치-블로-주조된 후 즉시 플라스마 강화법에서 처리되며, 여기에서 블로 주형 (20)은 진공화되고, 마이크로파 (10)는 주형 (20)의 면에서 마이크로파 윈도우 (10)를 통하여 블로 주형 (20) 내에서 결합되며, 여기에서 프로세스 가스 (G)는 가스 공급 튜브 (5)로서 작용하는 스트레칭 로드 (22)를 통하여 병 내부로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스트레칭 로드/가스 공급 튜브 (22/5)는 플라스마 강화 프로세스를 위하여 가스 공급 위치 내에 위치하고, 이 위치에서 그 말단부는 병 (1)의 저면부로부터 일정 거리만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병 (1)은 플라스마 강화법으로 처리한 후 즉시 채우는 것으로, 병의 내부를 배출시키는 것 대신에 액체 (C)가 병 내부로 흡입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스마 강화법은 일단계 또는 여러 단계의 프로세스이고, 그 중 어느 단계에 있어서 플라스틱 병의 내면은 병의 가스 장벽 특성을 개선시키기 위하여 SiO2층으로 피복되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 따르는 방법으로 제조되는 플라스틱 병에 있어서, 피복된 병의 산소 흡입력은 피복되지 않은 상태의 병과 비교할 때 약 8 만큼 개선되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치로서, 상기 장치는 진공실 (2), 진공실 및 진공실 (2)의 내부에 위치하는 병 (1)의 내부를 진공화시키는 수단, 병의 내부에서 플라스마를 인화시키고 유지시키는 수단 및 병 내부로 프로세스 가스 (G)를 공급하기 위한 수단을 포함하는 장치에 있어서,
    상기 장치는 또한 실질적으로 원통형인 마이크로파 제한부 (3)를 포함하고, 그 제한부 내에 병이 실질적으로 동축으로 위치할 수 있으며, 상기 장치는 또한 마이크로파 발생기 (4) 및 마이크로파 발생기에서 발생하는 마이크로파를 병의 저면이 마주보는 면을 향한 면으로부터 마이크로파 제한부로 결합하기 위한 수단을 포함하고, 여기에서 마이크로파 발생기 (4), 마이크로파 결합 수단 및 마이크로파 제한부 (3)는 TM 모드 내에서 마이크로파 제한부의 여기를 위하여 설계되고 맞추어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 프로세스 가스를 병 (1) 내부로 공급하기 위한 수단은 병 (1) 내부에 위치할 수 있는 가스 공급 튜브 (5)이거나 또는 병의 개구에 위치할 수 있는 가스 공급 노즐인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 마이크로파를 마이크로파 제한부 (3)에 결합시키기 위한 수단은 마이크로파 윈도우 (10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 마이크로파 제한부 (3)는 진공실 (2) 내부의 원통형 부분 (3.1), 목 플레이트 (3.2) 및 마주보는 플레이트 (3.3)에 의하여 한정되고, 2개의 플레이트 (3.2 및 3.3)는 진공실 (2)의 부분을 구성하며, 마주보는 플레이트 (3.3)는 마이크로파가 투과할 수 있는 윈도우 (10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로파 제한부 (3) 및 진공실 (3)은 스트레치-블로-주조 장치의 블로 주형 (20)의 공동부이고 주형 (20)은 또한 진공 소오스에 결합 가능한 적어도 하나의 채널 (21) 및 저면부의 영역에 있어서 마이트로파가 투과할 수 있는 윈도우 (10)를 포함하고, 스트레치-블로-주형 장치의 스트레칭 로드 (22/5)는 프로세스 가스 (G) 소오스와 결합 가능한 속이 비고 기공성인 가스 공급 튜브로 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 공급 튜브 (5)는 병 (1)으로부터 배출 가능하고, 병의 개구는 병 (1) 내부에 채워질 수 있는 액체 (C)의 소오스에 결합 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 비슷한 장치 (50-61)의 열 또는 행과 열 내에 위치하고, 이러한 장치는 동일한 진공 소오스 (55, 57) 및 가스 소오스 (56)와 결합 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 열 또는 행과 열은 공통의 진공실 (71)을 포함하고, 그것에는 복수개의 장치가 수반되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 행과 열 또는 열은 행과 열 또는 열의 전체 영역을 너머 연장하는 진공 플러넘 (81)을 포함하고, 진공실에 결합되어 있어서, 처리해야 할 병의 모든 목의 진공 플러넘 (81)에 결합 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 8 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도에 있어서, 후속하는 스트레치-블로-주형 장치의 생산 라인에 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 8 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도에 있어서, 다음 단계의 충전 장치의 생산 라인에 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
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