TW202009323A - 電漿鍍膜裝置 - Google Patents

Abstract

一種電漿鍍膜裝置。此電漿鍍膜裝置包含常壓電漿產生器以及至少一進料治具。常壓電漿產生器包含管狀電極以及旋轉噴嘴。旋轉噴嘴設於管狀電極之底部。旋轉噴嘴具有電漿噴口以及外側面，且外側面之下部之外徑由管狀電極之底部往電漿噴口的方向漸縮。進料治具設於旋轉噴嘴之外側面之外圍。進料治具包含至少一前驅物噴口。進料治具配置以經由前驅物噴口朝旋轉噴嘴之外側面之下部噴射鍍膜前驅物。電漿噴口噴出電漿時會在電漿噴口附近形成低壓區，鍍膜前驅物被低壓區吸引而順著旋轉噴嘴之外側面之下部流至電漿噴口前來與電漿反應。

Description

電漿鍍膜裝置

本發明是有關於一種電漿裝置，且特別是有關於一種電漿鍍膜裝置。

大氣電漿的應用非常廣泛，其可應用在工件的表面處理、表面改質、以及鍍膜上。特別是大氣電漿中的噴射式電漿(plasma jet)。由於噴射式電漿的電漿密度高，且處理效果好、處理成本低，因此目前噴射式電漿已有很多的工業應用。

隨著大氣電漿技術的蓬勃發展，現已開發出旋轉式的大氣電漿設備，來增加大氣電漿之處理面積、與降低被處理工件的溫度，藉以大幅提升大氣電漿的處理速度，並提高大氣電漿對工件材料的適用範圍。

然而，目前市售的旋轉式大氣電漿設備只能使用空氣、氮氣等氧化性氣體，若是要利用旋轉式大氣電漿設備來進行沉積或鍍膜時便產生下列數個問題。首先，利用旋轉式大氣電漿設備來進行沉積或鍍膜時，需提供沉積或鍍膜的原料，但沉積或鍍膜原料若跟著空氣或氮氣等工作氣體一起進入電漿設備的內部時，容易在電漿設備的內部產生反 應，而沉積或鍍覆在電漿設備內，如此會造成電漿裝置所產生之電漿不穩，也可能使電漿與沉積或鍍膜原料提早反應而在電漿設備中就產生電漿聚合粉末，進而影響電漿鍍膜的效率與品質。其次，為了改善前述問題，一些大氣電漿技術係在電漿噴出口附近才加入沉積或鍍膜原料。雖然這樣的調整雖可確實解決此問題，但也因此使得大氣電漿設備之噴嘴的旋轉無法順利運行，而使電漿處理面積受到局限。

因此，本發明之一目的就是在提供一種電漿鍍膜裝置，其進料治具設於鄰設於旋轉噴嘴的外圍，藉此不僅可提供旋轉電漿來進行大面積鍍膜，並可降低被處理工件在鍍膜時之溫度，更可解決旋轉噴嘴及其上之管狀電極內部的鍍膜原料汙染問題，而可提升電漿的穩定度，進而可有效率地進行鍍膜作業，提高鍍膜品質。

根據本發明之上述目的，提出一種電漿鍍膜裝置。此電漿鍍膜裝置包含常壓電漿產生器以及至少一進料治具。常壓電漿產生器配置以產生電漿。常壓電漿產生器包含管狀電極以及旋轉噴嘴。旋轉噴嘴設於管狀電極之底部。旋轉噴嘴配置以在旋轉狀態下噴射電漿。旋轉噴嘴具有電漿噴口以及外側面，且外側面之下部之外徑由管狀電極之底部往電漿噴口的方向漸縮。至少一進料治具設於旋轉噴嘴之外側面之外圍，其中此至少一進料治具包含至少一前驅物噴口。此至少一進料治具配置以經由至少一前驅物噴口朝旋轉噴 嘴之外側面之下部噴射鍍膜前驅物。電漿噴口噴出電漿時會在電漿噴口附近形成低壓區，鍍膜前驅物被低壓區吸引而順著旋轉噴嘴之外側面之下部流至電漿噴口前來與電漿反應。

依據本發明之一實施例，上述之至少一進料治具之至少一前驅物噴口正對旋轉噴嘴之外側面之下部。

依據本發明之一實施例，上述之至少一進料治具包含環狀接合部以及環狀延伸部。環狀接合部圍設於管狀電極及/或旋轉噴嘴外，其中環狀接合部並未與旋轉噴嘴接觸。環狀延伸部自環狀接合部之底部向下延伸，其中至少一前驅物噴口設於環狀延伸部中。

依據本發明之一實施例，上述之環狀延伸部具有環狀流道，此環狀流道與至少一前驅物噴口連通。

依據本發明之一實施例，上述之至少一前驅物噴口包含複數個前驅物噴口，且這些前驅物噴口之間具有相同之間距。

依據本發明之一實施例，上述之環狀延伸部之底面高於旋轉噴嘴之電漿噴口，且環狀延伸部之底面與旋轉噴嘴之電漿噴口之高度差等於或小於約2公分。

依據本發明之一實施例，上述之環狀延伸部之底面低於旋轉噴嘴之電漿噴口，且環狀延伸部之底面與旋轉噴嘴之電漿噴口之高度差小於約1公分。

依據本發明之一實施例，上述之旋轉噴嘴之外側面之下部為斜面。

依據本發明之一實施例，上述之斜面之一側邊為電漿噴口之外緣。

依據本發明之一實施例，上述之旋轉噴嘴之外側面之下部為弧面。

依據本發明之一實施例，上述之至少一進料治具固定於管狀電極上，且至少一進料治具不轉動。

依據本發明之一實施例，上述之管狀電極包含互相連接之上部與下部，旋轉噴嘴固定於管狀電極之下部，且管狀電極之下部與旋轉噴嘴一起旋轉。

依據本發明之一實施例，上述之至少一進料治具包含複數個進料治具，這些進料治具圍設於管狀電極及/或旋轉噴嘴外，且這些進料治具並未與旋轉噴嘴接觸。

依據本發明之一實施例，上述之至少一前驅物噴口包含複數個前驅物噴口分別位於這些進料治具之底面，且每個前驅物噴口高於旋轉噴嘴之電漿噴口，每個前驅物噴口與旋轉噴嘴之電漿噴口之高度差等於或小於約2公分。

依據本發明之一實施例，上述之至少一前驅物噴口包含複數個前驅物噴口分別位於這些進料治具之底面，且每個前驅物噴口低於旋轉噴嘴之電漿噴口，每個前驅物噴口與旋轉噴嘴之電漿噴口之高度差小於1約公分。

依據本發明之一實施例，上述之鍍膜前驅物為氣體、霧氣滴、液體或粉末。

100‧‧‧電漿鍍膜裝置

100a‧‧‧電漿鍍膜裝置

100b‧‧‧電漿鍍膜裝置

110‧‧‧常壓電漿產生器

112‧‧‧電漿

120‧‧‧管狀電極

120a‧‧‧上部

120b‧‧‧下部

122‧‧‧腔室

124‧‧‧底部

126‧‧‧中心軸

130‧‧‧旋轉噴嘴

130a‧‧‧旋轉噴嘴

132‧‧‧外側面

132a‧‧‧外側面

132b‧‧‧下部

132b’‧‧‧下部

134‧‧‧底面

136‧‧‧電漿噴口

138‧‧‧側邊

140‧‧‧棒狀電極

150‧‧‧進料治具

150a‧‧‧進料治具

152‧‧‧前驅物噴口

152a‧‧‧前驅物噴口

154‧‧‧環狀接合部

154b‧‧‧底部

156‧‧‧環狀延伸部

156b‧‧‧底面

156c‧‧‧環狀流道

158‧‧‧環狀通道

160‧‧‧鍍膜前驅物

170‧‧‧電源

180‧‧‧工件基材

182‧‧‧表面

184‧‧‧鍍膜

H‧‧‧高度差

h‧‧‧高度差

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種電漿鍍膜裝置的示意圖；〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種電漿鍍膜裝置的示意圖；以及〔圖3〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種電漿鍍膜裝置的示意圖。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種電漿鍍膜裝置的示意圖。電漿鍍膜裝置100係利用電漿112與鍍膜前驅物160的反應來於工件基材180的表面182上鍍膜。電漿鍍膜裝置100主要可包含常壓電漿產生器110以及至少一進料治具150。常壓電漿產生器110係配置以產生電漿112，而進料治具150則係配置以提供鍍膜前驅物160給常壓電漿產生器110。

在一些實施例中，常壓電漿產生器110主要包含管狀電極120與旋轉噴嘴130。管狀電極120具有腔室122。常壓電漿產生器110之電漿112可在管狀電極120的腔室122內產生。在一些示範例子中，如圖1所示，常壓電漿產生器110更可包含棒狀電極140，其中棒狀電極140設於 管狀電極120之腔室122內。在這樣的例子中，管狀電極120又可稱為外電極，而棒狀電極140可稱為內電極。電源170的二極分別電性連接管狀電極120與棒狀電極140，藉以使管狀電極120與棒狀電極140之間產生電位差。用以產生電漿的工作氣體可導入管狀電極120之腔室122中。

在另一些示範例子中，除了管狀電極120外，常壓電漿產生器100更包含另一管狀電極，此另一管狀電極設於管狀電極120之上方，且此另一管狀電極之腔室與管狀電極120之腔室122連通。電源170的二極分別電性連接管狀電極120與此另一管狀電極。用以產生電漿的工作氣體可導入管狀電極120之腔室122中。

旋轉噴嘴130設於管狀電極120之底部124，且旋轉噴嘴130與棒狀電極140相對。旋轉噴嘴130配置以在旋轉狀態下噴射在管狀電極120之腔室122內所產生之電漿112。旋轉噴嘴130可以管狀電極120之中心軸126為旋轉中心旋轉。旋轉噴嘴130具有外側面132與底面134，其中旋轉噴嘴130之外側面132可自管狀電極120之底部124延伸至旋轉噴嘴130之底面134，而與管狀電極120之底部124及旋轉噴嘴130的底面134接合。旋轉噴嘴130可例如具有一電漿噴口136，其中此電漿噴口136位於旋轉噴嘴130之底面134。電漿112可被旋轉噴嘴130以旋轉方式噴出電漿噴口136。電漿112氣流從旋轉噴嘴130之電漿噴口136噴出時，可在電漿噴口136附近形成低壓區。旋轉噴嘴130之外側面132的外徑可自管狀電極120之底部124往電漿噴口 136漸縮。在一些示範例子中，旋轉噴嘴130之外側面132包含下部132b，此下部132b與電漿噴口136鄰接，且下部132b的外徑可自下部132b之頂端往電漿噴口136漸縮。在圖1所示之例子中，旋轉噴嘴130之外側面132的下部132b為弧面。旋轉噴嘴130之外側面132的下部132b可較佳可例如具有流線形輪廓。

進料治具150設於旋轉噴嘴130之外側面132的外圍。進料治具150的一部分可位於管狀電極120的外圍。此進料治具150包含至少一前驅物噴口152。在一些示範例子中，進料治具150之前驅物噴口152可正對旋轉噴嘴130之外側面132的下部132b。進料治具150配置以經由前驅物噴口152朝旋轉噴嘴130之外側面132的下部132b噴射鍍膜前驅物160，藉以使鍍膜前驅物160沿著旋轉噴嘴130之外側面132的下部132b流至電漿噴口136前，而與電漿噴口136所噴出之電漿112混合並反應。進料治具150與前驅物來源管線連接。鍍膜前驅物160可為氣體、霧氣滴、液體或粉末。

在一些例子中，進料治具150不轉動。進料治具150可例如固定於管狀電極120上。在一些示範例子中，管狀電極120可包含上部120a與下部120b，其中上部120a與下部120b互相連接，且下部120b可轉動地接合於上部120a的底端。管狀電極120之下部120b可以管狀電極120之中心軸126為旋轉中心旋轉。進料治具150可固定於管狀電極120之上部120a，旋轉噴嘴130則可固定在管狀電極 120之下部120b的底部。在一些示範例子中，管狀電極120之下部120b與旋轉噴嘴130一起旋轉，而管狀電極120之上部120a則不轉動。

旋轉噴嘴130以旋轉方式噴出電漿112，藉此所噴出的電漿112也會旋轉，因此可擴展電漿112進行鍍膜作業時的鍍膜面積，而可進行大面積的鍍膜，減少鍍膜時間，提升產能，並可降低被鍍膜之工件基材180在鍍膜時的溫度，而可使得工件基材180的材料選擇更為多元。此外，旋轉噴嘴130噴出高速流動的電漿112時，會在電漿噴口136附近形成低壓區。此低壓區可對鍍膜前驅物160產生吸引力。當進料治具150朝旋轉噴嘴130之外側面132的下部132b噴射鍍膜前驅物160時，利用電漿噴口136附近之低壓區對鍍膜前驅物160的吸引，並利用旋轉噴嘴130之外側面132的下部132b的外徑朝電漿噴口136漸縮的設計來導引鍍膜前驅物160。因此，鍍膜前驅物160可沿著旋轉噴嘴130之外側面132的下部132b流動至電漿噴口136前，而與電漿噴口136旋轉噴出之電漿112瞬間混合反應，進而可在工件基材180之表面182上順利形成鍍膜184。故，常壓電漿鍍膜裝置100的應用不僅可有效改善鍍膜前驅物160散逸於大氣中而造成浪費與汙染的問題，更可在極短時間內提高鍍膜前驅物160與電漿112混合的均勻度，而可避免鍍膜前驅物160與電漿112過度反應的問題，進而可提升鍍膜184的品質。

在圖1所示之實施例中，此電漿鍍膜裝置100包含單一個進料治具150。此進料治具150係一環狀進料治具。在一些例子中，進料治具150包含環狀接合部154以及環狀延伸部156。常壓電漿產生器110穿設於環狀接合部154中，而環狀接合部154可環設於旋轉噴嘴130及/或管狀電極120外。舉例而言，環狀接合部154環設於管狀電極120與旋轉噴嘴130之外。環狀接合部154並沒有和旋轉噴嘴130接觸。環狀延伸部156自環狀接合部154之底部154b向下延伸。舉例而言，環狀延伸部156自環狀接合部154之底部154b的外周緣向下延伸。常壓電漿產生器110穿設於環狀延伸部156中，而環狀延伸部156可環設於旋轉噴嘴130及/或管狀電極120外。舉例而言，環狀延伸部156係環設於旋轉噴嘴130外。環狀延伸部156與旋轉噴嘴130之間相隔一段距離，而可在環狀延伸部156與旋轉噴嘴130之間形成一環狀通道158。

前驅物噴口152設置在環狀延伸部156中。在一些實施例中，環狀延伸部156具有環狀流道156c，且進料治具150具有單一個前驅物噴口152，其中此前驅物噴口152為環狀並與環狀流道156c連通。在一些示範例子中，前驅物噴口152與旋轉噴嘴130相對，以利朝旋轉噴嘴130之外側面132噴射鍍膜前驅物160。鍍膜前驅物160自進料治具150之前驅物噴口152中噴向旋轉噴嘴130之外側面132後，可先被侷限在環狀延伸部156與旋轉噴嘴130之間的環狀通道158內，再順著旋轉噴嘴130之外側面132流動到電 漿噴口136前。在一些例子中，如圖1所示，環狀延伸部156之底面156b高於旋轉噴嘴130之電漿噴口136，且環狀延伸部156之底面156b與旋轉噴嘴130之電漿噴口136之間的高度差H可例如等於或小於約2公分。在另一些例子中，環狀延伸部156之底面156b低於旋轉噴嘴130之電漿噴口136，且環狀延伸部156之底面156b與旋轉噴嘴130之電漿噴口136之間的高度差H小於約1公分。

在另一些實施例中，進料治具150之環狀延伸部156具有環狀流道156c，且進料治具150具有多個前驅物噴口152。這些前驅物噴口152與環狀流道156c連通，且這些前驅物噴口152與旋轉噴嘴130相對。這些前驅物噴口152環設於旋轉噴嘴130外，且這些前驅物噴口152之間可具有相同間距、或不同間距。在一些特定例子中，進料治具150之環狀延伸部156並未具有環狀流道，且前驅物噴口152彼此分隔而獨立地朝旋轉噴嘴130噴射鍍膜前驅物160。

請參照圖2，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種電漿鍍膜裝置的示意圖。本實施方式之電漿鍍膜裝置100a之架構大致與上述實施方式之電漿鍍膜裝置100的架構相同，二者之間的差異在於，電漿鍍膜裝置100a之旋轉噴嘴130a與電漿鍍膜裝置100之旋轉噴嘴130的結構不同。

在電漿鍍膜裝置100a中，旋轉噴嘴130a之外側面132a的下部132b’為斜面，即為斜平面，而非弧面。在一些示範例子中，旋轉噴嘴130a之外側面132a的下部132b’ 的一側邊138，也就是斜面的一側邊，為電漿噴口136的外緣。因此，旋轉噴嘴130a之外側面132a的下部132b’一直傾斜延伸至電漿噴口136。

請參照圖3，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種電漿鍍膜裝置的示意圖。本實施方式之電漿鍍膜裝置100b之架構大致與上述實施方式之電漿鍍膜裝置100的架構相同，二者之間的差異在於，電漿鍍膜裝置100b包含多個進料治具150a，且這些進料治具150a的結構與電漿鍍膜裝置100之進料治具150的結構不同。

在電漿鍍膜裝置100b中，這些進料治具150a圍設於管狀電極120及/或旋轉噴嘴130外。舉例而言，這些進料治具150a圍設於旋轉噴嘴130之外側面132外。這些進料治具150a並沒有與旋轉噴嘴130接觸，且這些進料治具150a可不轉動。每個進料治具150a均包含至少一前驅物噴口152a，前驅物噴口152位於進料治具150a的底面。在一些示範例子中，這些進料治具150a之前驅物噴口152a均可正對旋轉噴嘴130之外側面132的下部132b。

在一些例子中，每個進料治具150a之前驅物噴口152a高於旋轉噴嘴130之電漿噴口136，且每個前驅物噴口152a與旋轉噴嘴130之電漿噴口136之間的高度差h可等於或小於約2公分。在一些特定例子中，每個進料治具150a之前驅物噴口152a低於旋轉噴嘴130之電漿噴口136，且每個前驅物噴口152a與旋轉噴嘴130之電漿噴口136之間的高度差h可小於約1公分。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之電漿鍍膜裝置的進料治具設於鄰設於旋轉噴嘴的外圍，藉此不僅可提供旋轉電漿來進行大面積鍍膜，並可降低被處理工件在鍍膜時之溫度，更可解決旋轉噴嘴及其上之管狀電極內部的鍍膜原料汙染問題，而可提升電漿的穩定度，進而可有效率地進行鍍膜作業，提高鍍膜品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電漿鍍膜裝置

110‧‧‧常壓電漿產生器

112‧‧‧電漿

120‧‧‧管狀電極

120a‧‧‧上部

120b‧‧‧下部

122‧‧‧腔室

124‧‧‧底部

126‧‧‧中心軸

130‧‧‧旋轉噴嘴

132‧‧‧外側面

132b‧‧‧下部

134‧‧‧底面

136‧‧‧電漿噴口

140‧‧‧棒狀電極

150‧‧‧進料治具

152‧‧‧前驅物噴口

154‧‧‧環狀接合部

154b‧‧‧底部

156‧‧‧環狀延伸部

156b‧‧‧底面

156c‧‧‧環狀流道

158‧‧‧環狀通道

160‧‧‧鍍膜前驅物

170‧‧‧電源

180‧‧‧工件基材

182‧‧‧表面

184‧‧‧鍍膜

H‧‧‧高度差

Claims (16)

1. 一種電漿鍍膜裝置，包含：一常壓電漿產生器，配置以產生一電漿，其中該常壓電漿產生器包含：一管狀電極；以及一旋轉噴嘴，設於該管狀電極之一底部，其中該旋轉噴嘴配置以在一旋轉狀態下噴射該電漿，該旋轉噴嘴具有一電漿噴口以及一外側面，且該外側面之一下部之一外徑由該管狀電極之該底部往該電漿噴口的方向漸縮；以及至少一進料治具，設於該旋轉噴嘴之該外側面之外圍，其中該至少一進料治具包含至少一前驅物噴口，該至少一進料治具配置以經由該至少一前驅物噴口朝該旋轉噴嘴之該外側面之該下部噴射一鍍膜前驅物，其中該電漿噴口噴出該電漿時會在該電漿噴口附近形成一低壓區，該鍍膜前驅物被該低壓區吸引而順著該旋轉噴嘴之該外側面之該下部流至該電漿噴口前來與該電漿反應。
2. 如申請專利範圍第1項之電漿鍍膜裝置，其中該至少一進料治具之該至少一前驅物噴口正對該旋轉噴嘴之該外側面之該下部。
3. 如申請專利範圍第1項之電漿鍍膜裝置，其中該至少一進料治具包含： 一環狀接合部，圍設於該管狀電極及/或該旋轉噴嘴外，其中該環狀接合部並未與該旋轉噴嘴接觸；以及一環狀延伸部，自該環狀接合部之一底部向下延伸，其中該至少一前驅物噴口設於該環狀延伸部中。
4. 如申請專利範圍第3項之電漿鍍膜裝置，其中該環狀延伸部具有一環狀流道，該環狀流道與該至少一前驅物噴口連通。
5. 如申請專利範圍第4項之電漿鍍膜裝置，其中該至少一前驅物噴口包含複數個前驅物噴口，且該些前驅物噴口之間具有相同之間距。
6. 如申請專利範圍第3項之電漿鍍膜裝置，其中該環狀延伸部之一底面高於該旋轉噴嘴之該電漿噴口，且該環狀延伸部之該底面與該旋轉噴嘴之該電漿噴口之一高度差等於或小於2公分。
7. 如申請專利範圍第3項之電漿鍍膜裝置，其中該環狀延伸部之一底面低於該旋轉噴嘴之該電漿噴口，且該環狀延伸部之該底面與該旋轉噴嘴之該電漿噴口之一高度差小於1公分。
8. 如申請專利範圍第1項之電漿鍍膜裝置，其中該旋轉噴嘴之該外側面之該下部為一斜面。
9. 如申請專利範圍第8項之電漿鍍膜裝置，其中該斜面之一側邊為該電漿噴口之一外緣。
10. 如申請專利範圍第1項之電漿鍍膜裝置，其中該旋轉噴嘴之該外側面之該下部為一弧面。
11. 如申請專利範圍第1項之電漿鍍膜裝置，其中該至少一進料治具固定於該管狀電極上，且該至少一進料治具不轉動。
12. 如申請專利範圍第1項之電漿鍍膜裝置，其中該管狀電極包含互相連接之一上部與一下部，該旋轉噴嘴固定於該管狀電極之該下部，且該管狀電極之該下部與該旋轉噴嘴一起旋轉。
13. 如申請專利範圍第1項之電漿鍍膜裝置，其中該至少一進料治具包含複數個進料治具，該些進料治具圍設於該管狀電極及/或該旋轉噴嘴外，且該些進料治具並未與該旋轉噴嘴接觸。
14. 如申請專利範圍第13項之電漿鍍膜裝置，其中該至少一前驅物噴口包含複數個前驅物噴口分別位於該些進料治具之底面，且每一該些前驅物噴口高於該 旋轉噴嘴之該電漿噴口，每一該些前驅物噴口與該旋轉噴嘴之該電漿噴口之一高度差等於或小於2公分。
15. 如申請專利範圍第13項之電漿鍍膜裝置，其中該至少一前驅物噴口包含複數個前驅物噴口分別位於該些進料治具之底面，且每一該些前驅物噴口低於該旋轉噴嘴之該電漿噴口，每一該些前驅物噴口與該旋轉噴嘴之該電漿噴口之一高度差小於1公分。
16. 如申請專利範圍第1項之電漿鍍膜裝置，其中該鍍膜前驅物為氣體、霧氣滴、液體或粉末。

Images