KR20050085174A - 마이크로파에 의한 플라스마를 이용하여 열가소성 용기표면상에 코팅층을 부착시키는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 컨테이너를 수용하는 원형 진공 중공체(1) 내에서 UHF 전자파에 의한 전구체 가스의 여기에 의한 저압 플라스마를 이용하여 열가소성 용기 표면(3)에 코팅층을 부착시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 중공체 내측에 여러 전자장을 생성하는 커플링 모드를 얻기 위하여 UHF 전자파의 주파수에 대하여 상기 체임버(1)의 크기를 설정한다. 특히, 중공체(1) 내측에 2개의 중앙 전자장(4A, 4B)들을 생성하는 TM 120 커플링 모드가 제공되고, 그에 따라 2개의 용기(3)들 각각을 상기 중공체(1) 내에서 동시에 처리할 수 있다.

Description

마이크로파에 의한 플라스마를 이용하여 열가소성 용기 표면상에 코팅층을 부착시키는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR MICROWAVE PLASMA DEPOSITION OF A COATING ON A THERMOPLASTIC CONTAINER SURFACE}
본 발명은, 열가소성 용기를 수용하는 원형 진공 체임버(또는 반응기) 내에서 UHF 전자파에 의한 전구체 가스의 여기에 의한 저압 플라스마를 이용하여 열가소성 용기의 표면에 코팅층을 부착시키는 분야에 있어서 이루어진 개선에 관한 것이다.
특히 본 발명은, PET와 같은 열가소성체로 이루어진 병 또는 용기 내측의 배리어(barrier)층의 부착에 적용되어, 내부 가스 또는 외부 가스에 대하여 가스 배리어 특성을 향상시키고 병 또는 용기 내에 수용된 물질의 외측으로부터의 격리를 향상시킬 수 있다.
UHF 전자파에 의한 전구체 가스의 여기에 의한 저압 플라스마를 이용하여 그와 같은 코팅층을 부착시키는 장치가 프랑스 특허공개공보 제FR 2 799 994호에 개시되어 있다. UHF 발생기가 UHF 도파관을 통해 체임버에 연결되고, 이 체임버 내에는 축방향 중앙 전자장을 생성하는 TM 020 커플링 모드(coupling mode)가 형성된다. 따라서, 계획된 처리를 실시하기 위하여, 처리될 용기를 체임버와 동축인 석영 포위체(envelope) 내에 체임버 중앙에 배치한다.
산업적 생산의 설비에 있어서는, 시간당 약 10,000병을 처리할 수 있는 회전 구조체 상에 여러(전형적으로 20대) 장치들이 서로 결합된다.
이러한 설비는 얻어지는 용기들의 품질의 측면에서는 만족스럽다.
그러나, 사용자로서는 보다 높은 처리 속도를 달성하는 것이 상당히 중요하다.
회전 구조체 상에 보다 많은 수의 장치들을 설치함으로써 처리 속도를 증가시키는 것이 가능하다. 그러나, 이와 같은 장치의 수의 증가는 회전 구조체의 크기를 증가시킴으로써만 가능하게 될 뿐이다. 이러한 방안은, 기계가 보다 대형화되고 보다 중량이 커지고 그에 따라 보다 비용이 증가하게 되어 채용하기가 어렵다.
마찬가지로, 제1 설비와 병렬로 가동되는 제2 설비의 조업에 의하여 처리 속도를 향상시킬 수는 있으나, 이러한 방안도 보다 넓은 공간 및 보다 고비용을 필요로 하므로 채용하기가 어렵다.
도 1은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 조건을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치의 개략도이다.
본 발명의 목적은, 허용 가능한 크기 및 허용 가능한 비용을 유지하면서 생산에 있어서 기계를 보다 효율화할 수 있도록 현행 장치를 개선하는 것이다.
이러한 목적을 위하여, 본 발명은 제1 태양에 따르면, 열가소성체로 이루어진 용기를 수용하는 원형 진공 체임버 내에서 UHF 전자파에 의한 전구체 가스의 여기에 의한 저압 플라스마를 이용하여 용기의 한 면에 코팅층을 부착시키는 방법을 제안하며, 본 발명에 따른 상기 방법은, 체임버 내측에 여러 전자장을 생성하는 커플링 모드를 얻기 위하여 UHF 전자파의 주파수에 대하여 상기 체임버의 크기를 설정하고 그에 따라 여러 용기들 각각을 동일한 체임버 내에서 동시에 처리할 수 있는 것을 특징으로 한다. 보다 바람직한 실시예에 있어서는, 에너지 영역이 2부분으로 분리된 2개의 대칭 전자장들을 체임버 내측에 생성하는 M 120 커플링 모드가 형성되고, 그에 따라 2개의 용기들을 체임버 내에서 동시에 처리하는 것이 가능하며, 이러한 방법은 2.455GHz의 주파수에서 작동하는 상용 마그네트론과 조합하여 간단하게 실시할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법에 의하면, 현재 공지되어 있는 수단의 배열만에 의해 비교적 저비용으로 용기의 처리 속도를 2배로 하는 것이 가능하다.
본 발명은, 전술한 방법을 실시하기 위한 제2 태양에 따르면, 열가소성체로 이루어진 용기를 수용하는 원형 진공 체임버 내에서 UHF 전자파에 의한 전구체 가스의 여기에 의한 저압 플라스마를 이용하여 용기의 한 면에 코팅층을 부착시키는 장치로서, UHF 전자파 발생기 및 이 발생기를 상기 체임버의 측벽의 창에 연결시키기 위한 UHF 도파관을 포함하는 장치를 제안하며, 본 발명에 따라 설계된 장치는, 에너지 영역이 2부분으로 분리된 2개의 대칭 전자장들을 중공체 내에 생성하는 TM 120 커플링 모드가 형성되도록 UHF 전자파의 주파수에 대하여 상기 체임버의 크기가 설정되어 있고, 그에 따라 상기 체임버 내에서 2개의 용기들이 동시에 처리될 수 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하고 실용적인 실시예에서, 발생기는 주파수가 f=2.455GHz인 전자파를 방출하고, 상기 체임버의 직경은 약 273mm이다. 발생기는 다른 분야에서도 통상 사용되고 있는 마그네트론이다. 체임버의 직경과 관련하여, 이 직경은 현행 기계의 구조체와 정확히 일치한다. 따라서, 현행 기계의 단순한 변경을 통해, 체임버는 2개의 중앙 전자장들 각각의 내에 나란히 배치된 1/2 리터 이하의 용적의 2개의 병을 동시에 처리하는 것을 가능하게 하므로, 기계의 처리 용량을 2배로 하는 것이 가능하다는 것이 명백하다.
체임버는, 전술한 2개의 대칭 전자장 영역들과 대략 동축이 되도록 각각 배치된 2개의 석영 포위체들을 수용하고, UHF 전자파를 주입하기 위한 단일 창(window)(2)을 포함하며, 상기 창은 2개의 중앙 전자장들이 양측에 위치하게 되는 대칭면을 따라 대칭적으로 배치되고, 체임버를 폐쇄하기 위한 단일 커버는, 진공원에 연결되고 둘로 분할되어 전술한 2개의 포위체들에 연결된 단일 연결기(coupler)와, 단일 전구체 가스원에 연결되는 2개의 전구체 가스 주입기들과, 2개의 용기들 각각에 대한 지지 수단(12)들을 구비하고, 그에 따라 본 발명에 따른 설비는 (용기의 내측과 외측 상의 압력 센서와 같은) 필요 장비를 별도로 구비할 필요가 없게 되어 특히 바람직하다.
상기 장치는, 처리될 수 있는 용기의 여러 유형에 따라 커플링을 미세 조절하도록, 각각의 복귀 전자장(return field) 상에 작용하기에 적합하고 위치 조절이 가능한 하판과 상판을 또한 포함하는 것이 바람직하다.
가능하고 바람직한 특정 용도의 범위 내에서, 상기 장치는 용기의 내측을 코팅하도록 설계되고, 이러한 목적으로, 용기들 각각이 포위체 내의 지지 수단에 의해 지지되어 있을 경우에, 전구체 가스 주입기는 용기들 각각의 내측에 배치되도록 설계된다.
용기의 내측을 코팅하기에 특히 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 참조하면 본 발명을 보다 명확히 이해할 수 있으며, 실시예는 비제한적인 예로서 제시되어 있다. 실시예 설명에 있어서는 첨부한 도면을 참조하기로 한다.
도 1은 형상이 일반적으로 원통 실린더인 체임버(1)를 나타내며, 체임버는 UHF 전자파 발생기(미도시)에 연결된 도파관이 통과하는 개구부(2)를 측벽에 구비한다.
UHF 발생기는 2.455GHz의 주파수에서 작동하는 마그네트론이다.
여러 용기(3)들(2개의 용기(3)들이 점선으로 개략적으로 도시되어 있음)을 체임버(1) 내에서 동시에 처리할 수 있기 위해서는, 체임버 내측에 여러 전자장들을 생성하는 커플링 모드(coupling mode)를 얻도록 UHF 전자파의 주파수에 대하여 체임버의 크기를 선택하며, 각 용기(3)를 각 전자장 내에 동축으로 배치한다.
이러한 구성의 실용적인 실시예에 있어서는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 2개의 대칭 전자장들을 생성하는 TM 120 커플링 모드가 형성되며, 이 전자장 자체는 2개의 분리된 에너지 영역 즉 2개의 중앙 전자장(4A, 4B)들 및 원주 방향으로 배치되고 내측 전자장과 대향하는 강낭콩 형상의 2개의 복귀 전자장(5A, 5B)들을 구비한다. 처리될 2개의 용기(3)들은 각 중앙 전자장(4A, 4B)에 동축으로 배치된다. 처리될 수 있는 용기(3)의 여러 유형에 따라 반응기(reactor)로의 커플링을 미세 조정하기 위하여, 위치 조정식 하판(17i)과 상판(17s)이 복귀 전자장(5A, 5B)에 작용하는 것이 바람직하다.
이러한 조건하에서, 차단(cut-off) 파장은 다음과 같다.
여기서, R은 체임버의 반경이고, T120 모드를 특정하는 U12의 값은 U12=7.0156이다.
차단 파장 λc의 값은 다음과 같은 발생기의 파장 λ에 가까우나 발생기의 파장 λ보다는 약간 크다.
체임버의 반경은 다음과 같다.
따라서 체임버의 직경은 약 273mm이다.
이와 같이 형성된 직경의 체임버에는 용적이 50cl 이하인 2개의 병과 같은 2개의 용기가 수용되어 처리될 수 있다. 이와 같은 작업에 의하여, 각 체임버의 처리 용량은 2배가 된다. 이에 따라 현재 사용되는 회전 구조체와 양립하는 크기의 체임버를 유지하면서도 사용자의 요건을 만족시킬 수 있게 되어 매우 바람직하다. 즉, 전체 회전 구조체를 재설계하지 않더라도 본 발명에 따른 구성의 장치를 실현할 수 있다.
도 2는, 도 1에 개략적으로 도시된 체임버(1)와 조합되어 제작된 용기 처리 장치의 측면도를 나타낸다.
도 2에 도시되어 있는 장치는 전체가 도면 부호 6으로 표시되어 있고, 약 273mm 직경의 원통 실린더인 중공체(cavity)(1)(또는 반응기)를 포함한다. 체임버(1)의 측벽은 높이의 대략 중간 위치에 도파관(1)이 관통하는 개구부(2)를 구비하고, 이 도파관은 예를 들면 2.455GHz의 주파수에서 작동 가능한 마그네트론에 의해 형성되는 UHF 발생기(7)(대부분이 체임버에 의해 가려져 있음)에 연결된다. 이 장치는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 2개의 중앙 전자장을 갖는 TM 120 커플링 모드를 생성시키고, 이 두 중앙 전자장은 도 2에 도시되어 있는 축(A, B)들을 중심으로 형성된다.
이러한 장치의 구성은 특히 전술한 문헌인 프랑스 특허공개공보 제FR-A-2 799 994호에 개시되어 있는 단일 용기를 처리하기 위한 장치의 구성과는 상반된다. 특히, 2개의 석영 포위체들이 체임버 내에 축(A, B)과 동축으로 배치하고, 이 포위체 내에는 2개의 용기(3)들 각각이 배치된다. 이러한 2개의 포위체(8)는 체임버 내에 진공 기밀이 유지되도록 (밀봉부(18)와 함께) 설치되며, 각 포위체는 용기가 배치되는 작은 용적의 중공부를 형성하고 각 용기 내의 코팅층 부착에 필요한 플라스마의 생성에 필요한 진공을 용이하게 생성할 수 있도록 해 준다.
그러나, 본 발명에서 채용한 구성의 장점은, 장치가 단지 하나의 대형 구조체(superstructure)만을 필요로 한다는 사실이다. 즉, 체임버용 단일 커버(9)는, 한편으로는 2개의 용기를 지지하기 위한 부재(10)와, 다른 한편으로는 체임버 내의 진공을 생성하고 플라스마를 형성시키는 데 필요한 전구체 가스를 주입하기 위한 연결 수단을 포함하고, 내압 센서 및 외압 센서를 또한 포함한다.
따라서, 커버(9)에는 진공원에 연결(도 2에 도시되어 있지는 않으나 배관을 통해 연결)된 인클로져(enclosure)(10)가 제공되고, 이 인클로져(10)는 2개의 용기(3)의 상방에 형성되고 도면 부호 11의 위치에서 용기의 내측과 연통한다. 도시된 예에 있어서는, 통로(11)가 각 용기(3)를 지지하기 위한 수단(12)에 결합되어 있다.
용기의 내측을 코팅하기 위하여 본 발명을 실시하는 바람직한 방법에 따르면, 전구체 가스 주입기(13)가 각 통로(11)를 관통하여 대응하는 용기(3)의 내측으로 하강된다. 2개의 주입기(13)들은 커버(9)의 외측에서 단일 배관(14)에 연결되어 전구체 가스의 공급원(도면에는 도시되어 있지 않음)에 연결된다.
커버(9)에는 인클로져(10)를 도관(16)과 연통시키는 밸브(15)가 또한 설치되고, 이 밸브는 진공 형성 중에 용기(3)의 내부를 포위체(8)의 내부와 연통시키거나, 용기 내에 플라스마 생성에 적절한 차압 조건을 생성할 수 있도록 인클로져와 도관을 차단한다.
총괄하자면, 2개의 용기들을 동시에 처리하기 위하여 TM 120 커플링 모드를 형성시키는 본 발명에 따른 설비는, 2개의 용기들과 직접 협동하는 부재(즉, 2개의 석영 포위체, 2개의 주입기, 2개의 지지 수단, 2개의 진공 오리피스(orifice))를 2개씩 구비할 필요가 있지만, 설비의 나머지 부재들(즉, 하나의 단일 중공체, 하나의 단일 UHF 발생기, 진공에 대한 하나의 단일 진공원과 단일 공급로, 전구체 가스에 대한 하나의 단일 가스원과 단일 공급로, 하나의 단일 내압 센서, 하나의 단일 외압 센서, 하나의 단일 커버와 그에 따라 커버를 작동(하강/상승)시키기 위한 단일 기구, 및 용기를 처리 위치에 배치시키고 제거하기 위하여 용기를 파지하는 단일 기구 등)을 공용할 수 있다는 점에 있어서 바람직하다.
또한, 커버(9)가 단지 하나뿐이므로, 체임버(1)를 개폐하기 위해서는 프랑스 특허공개공보 제FR-A-2 799 994호에 개시되어 있는 바와 같이 커버를 작동시키는 단일 수단만이 필요하다.
일반적으로, 체임버(1)의 배치는 2개의 중앙 전자장(4A, 4B)들에 의해 제공되는 대칭성과 부합되어야 한다. 특히, 도파관이 체임버(1) 내로 도입되도록 통과하는 창(2)은 도 1과 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 2개의 중앙 전자장(4A, 4B)들 사이의 축 상에 배치된다. 마찬가지로, 외측 전자장(5A, 5B)들 각각에 대한 임피던스-정합(impedance-matching) 판(17i, 17s)을 지지하기 위한 지주(이 지주는 도면을 복잡하게 하므로 생략하였음; 예를 들면 프랑스 특허공개공보 제FR-A-2 792 854호 참조)는 창(2)의 양측에 대칭적으로 배치되어야 한다.

Claims (7)

  1. 열가소성체로 이루어진 용기(3)를 수용하는 원형 진공 체임버(1) 내에서 UHF 전자파에 의한 전구체 가스의 여기에 의한 저압 플라스마를 이용하여 용기(3)의 한 면에 코팅층을 부착시키는 방법에 있어서,
    상기 체임버 내측에 여러 전자장들을 생성하는 커플링 모드를 얻기 위하여 UHF 전자파의 주파수에 대하여 상기 체임버(1)의 크기를 설정하고, 그에 따라 여러 용기(3)들 각각을 동일한 체임버(1) 내에서 동시에 처리할 수 있는 것을 특징으로 하는 용기의 한 면에 코팅층을 부착시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 체임버 내측에 2개의 중앙 전자장(4A, 4B)들을 생성하는 TM 120 커플링 모드를 형성시키고, 그에 따라 2개의 용기(3)들을 상기 체임버(1) 내에서 동시에 처리할 수 있는 것을 특징으로 하는 용기의 한 면에 코팅층을 부착시키는 방법.
  3. 열가소성체로 이루어진 용기(3)를 수용하는 원형 진공 체임버(1) 내에서 UHF 전자파에 의한 전구체 가스의 여기에 의한 저압 플라스마를 이용하여 용기(3)의 한 면에 코팅층을 부착시키는 장치로서, UHF 전자파 발생기(7) 및 상기 발생기를 상기 체임버(1)의 측벽의 창(2)에 연결시키기 위한 UHF 도파관을 포함하는 장치에 있어서,
    상기 체임버(1)의 크기는, 상기 체임버(1) 내에 2개의 중앙 전자장(4A, 4B)들을 생성하는 TM 120 커플링 모드가 형성되도록, UHF 전자파의 주파수와 연계되어 설정되어 있고, 그에 따라 상기 체임버(1) 내에서 2개의 용기(3)들이 동시에 처리될 수 있는 것을 특징으로 하는 용기의 한 면에 코팅층을 부착시키는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발생기(7)는 주파수 f=2.455GHz의 전자파를 방출하고, 상기 체임버(1)의 직경은 약 273mm인 것을 특징으로 하는 용기의 한 면에 코팅층을 부착시키는 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 체임버(1)는, 체임버 내에 진공 기밀 방식으로 설치되고 2개의 중앙 전자장(4A, 4B)들과 대략 동축이 되도록 각각 배치된 2개의 석영 포위체(8)들을 수용하고, 2개의 중앙 전자장(4A, 4B)들의 대칭 축을 따라 배치되고 UHF 전자파를 주입하기 위한 단일 창(2)을 포함하고,
    상기 체임버(1)를 폐쇄하기 위한 단일 커버(9)에는, 진공원에 연결되고 (도면부호 11에서) 상기 2개의 포위체(8)들 각각에 연결되도록 두 부분으로 분할된 단일 연결기(10)와, 단일 전구체 가스원에 연결되는 2개의 전구체 가스 주입기(13)들과, 2개의 용기(3)들 각각에 대한 지지 수단(12)들이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 용기의 한 면에 코팅층을 부착시키는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    처리될 수 있는 용기의 여러 유형에 따라 커플링을 미세 조정하기 위하여 복귀 전자장(5A, 5B)들 각각에 작용하기에 적합한 위치 조정식 하판(17i)과 상판(17s)을 포함하는 것을 특징으로 하는 용기의 한 면에 코팅층을 부착시키는 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    용기의 내측 코팅용으로 설계되고, 그 적용 목적에 따라 상기 전구체 가스 주입기(13)는, 용기들 각각이 포위체(8) 내의 지지 수단에 의해 지지되어 있을 때에, 용기(3)들 각각의 내측에 배치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 용기의 한 면에 코팅층을 부착시키는 장치.
KR1020057009570A 2002-11-28 2003-11-25 마이크로파에 의한 플라스마를 이용하여 열가소성 용기표면상에 코팅층을 부착시키는 방법 및 장치 KR20050085174A (ko)

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