TWI551712B - 容器內部鍍膜裝置及其方法 - Google Patents

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蔡陳德
王裕銘
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財團法人工業技術研究院
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Description

容器內部鍍膜裝置及其方法
本揭露係有關一種鍍膜之技術領域，尤指一種容器內部鍍膜之裝置及其方法。
市售的啤酒、紅酒或高單價的機能飲料係採用玻璃盛裝，其藉由玻璃的高阻氣性，以阻擋外界氧氣的滲入以及氣泡飲料之二氧化碳的滲出，維持內裝物的品質、風味及保存期限。然而，玻璃的重量與易破碎的缺點，使得在製造、裝填及運輸上的成本提升。因此，在近年來，業界思考採用塑膠容器取代玻璃瓶的可行性。然而，塑膠容器主要缺點在於阻氣性質差(以PET為例，阻氣性約在10-1g/bottle．day)，其阻氣性並無法維持氣泡飲料之品質，而無法大量使用，因而發展了於塑膠容器內鍍膜的技術。
目前業界的鍍膜方式，係採用內外電極的形式，於塑膠容器之瓶身內通入一個由導電材質製作的內電極，當電漿激發類鑽碳(Diamond Like Carbon,DLC)前驅物而使該前驅物解離時，於塑膠容器之瓶身內側會產生奈米級的類鑽碳鍍膜。然而，此方式的缺點在於內電極直接與鍍膜環 境接觸，當連續操作一段時間後，內電極上會逐漸累積污染物，內電極上的汙染物若剝落而留存在瓶內，後續在裝填液態內容物時，會使液態內容物產生懸浮雜質，影響產品的品質。
因此，在製程上必須經常清潔內電極，以避免鍍膜剝落而在瓶內殘留，此將造成成本的增加。
因此，如何克服習知技術之種種問題，避免耗費大量的時間及成本來清潔內電極，實為本領域技術人員亟欲解決的重要課題之一。
鑒於上述習知技術之缺點，本揭露係提供一種容器內部鍍膜裝置，係包括：柱狀殼體，其內具有貫通該柱狀殼體之二端的容置空間以容置一容器；第一弧形電極及第二弧形電極，係分別環繞包覆該柱狀殼體之外側，其中，該第一弧形電極及該第二弧形電極之間形成有間隙而不互相電性連接；第一導電環及第二導電環，係分別固定於該第一弧形電極及該第二弧形電極上，並環繞該第一弧形電極及第二弧形電極；上支撐座及下支撐座，係分別設於該柱狀殼體之二端，以使該容置空間形成密閉環境；以及閥件，包括導氣管，該閥件係穿設於該上支撐座並使該導氣管伸入該容器之瓶口內，以提供該容器內部鍍膜時所需之氣體；其中，透過射頻電源通電至該第一弧狀電極，以激發該氣體而產生電漿，並透過該第二弧形電極之接地電極，以於該容器之內壁上鍍膜，以得到經鍍膜之該容器。
本揭露又提供一種使用上述容器內部鍍膜裝置之容器內部鍍膜方法，係包括：容置容器於柱狀殼體之容置空間內；開啟馬達，以使電極組件開始旋轉；開啟真空設備對該柱狀殼體之容置空間進行抽氣，以達到所需之真空度；利用導氣管伸入至該容器中之瓶口內，以將製程氣體導入該容器內部，俾提供該容器內部鍍膜時所需之氣體；以及開啟射頻電源通電至第一弧狀電極，以激發該製程氣體而產生電漿，並透過第二弧形電極之接地電極，以於該容器之內壁上鍍膜，以得到經鍍膜之該容器。
本揭露藉由二弧形電極設置於塑膠容器外的技術特徵，如此可避免習知技術中將內電極設置於塑膠容器內而必須清潔內電極的問題，並且具有減少鍍膜的時間及成本之功效，以提升產品競爭力。
1‧‧‧電極組件
2‧‧‧鍍膜裝置
10‧‧‧滾珠軸承固定件
101‧‧‧螺栓
11‧‧‧滾珠軸承
12‧‧‧第一固定環
13‧‧‧皮帶輪
14‧‧‧第一弧形電極
141‧‧‧第一導電環
1411‧‧‧穿孔
1412‧‧‧螺紋
1413、1513‧‧‧弧長
15‧‧‧第二弧形電極
151‧‧‧第二導電環
16‧‧‧第二固定環
20‧‧‧外殼
21‧‧‧閥件
211‧‧‧排氣管
212‧‧‧量測管
213‧‧‧抽氣管
214‧‧‧外螺紋
215‧‧‧導氣管
22‧‧‧固定板
23‧‧‧上支撐座
24‧‧‧容器固定件
25‧‧‧柱狀殼體
251‧‧‧密封墊
252‧‧‧第一端
253‧‧‧容置空間
254‧‧‧第二端
26‧‧‧馬達組件
261‧‧‧馬達固定件
262‧‧‧皮帶
263‧‧‧馬達
27‧‧‧第一電刷元件
28‧‧‧第二電刷元件
29‧‧‧容器
30‧‧‧下支撐座
31‧‧‧升降裝置
32‧‧‧密封墊
S101-S106‧‧‧步驟
第1圖係為本揭露之電極組件之分解示意圖；第2圖係為本揭露之電極組件之組合示意圖；第3A圖係為本揭露之第一、二弧狀電極組合後之剖視圖；第3B圖係為本揭露之第一、二弧狀電極組合後之立體結構圖；第3C圖係為本揭露之第一、二弧形電極之實施態樣之剖視圖；第4圖係為本揭露之鍍膜裝置之分解示意圖；第5圖係為本揭露之鍍膜裝置之組合示意圖；以及 第6圖係為運用本揭露之鍍膜裝置之鍍膜方法流程圖。
以下藉由特定的具體實施例說明本揭露之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本揭露之其他優點及功效。
須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本揭露可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本揭露所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本揭露所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如“第一”、“第二”、“上”及“下”等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本揭露可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本揭露可實施之範疇。
請參閱第1及2圖，第1圖係說明本揭露之電極組件之分解示意圖，第2圖係說明本揭露之電極組件之組合示意圖。
如第1圖所示，本揭露之電極組件1依序由上至下之各部件名稱係為：螺栓101、滾珠軸承固定件10、滾珠軸承11、第一固定環12、皮帶輪13、第一弧形電極14、第一導電環141、第二弧形電極15、第二導電環151、第二 固定環16、滾珠軸承11及滾珠軸承固定件10。
如第1圖所示，滾珠軸承固定件10具有二個，分別位於上、下方，其用以將上、下兩個之滾珠軸承11分別固定至第一固定環12及第二固定環16，其中，滾珠軸承固定件10可使用螺栓101固定於第一固定環12及第二固定環16，亦可採其他方式進行固定。於一實施例中，滾珠軸承固定件10、第一固定環12及第二固定環16係由絕緣材料所製成。而滾珠軸承11之設計可增加電極組件1旋轉時之穩定性。
皮帶輪13係可透過螺栓固定於第一固定環12上，以使皮帶輪13帶動電極組件1旋轉。旋轉電極組件1的方法，將詳細敘述如後。
第一弧形電極14及第二弧形電極15係以對向且間隔一間隙之方式進行組合，而形成有如管體之外形，且該間隔將使第一弧形電極14與第二弧形電極15不互相電性連接。於一實施例中，第一弧形電極14及第二弧形電極15係由導電之材料所製成。於另一實施例中，第一弧形電極14係連接至射頻電源供應器，且第二弧形電極15係為接地電極。
請同時參閱第3A圖，係說明本揭露之第一、二弧狀電極組合後之剖視圖。第一導電環141係固定於該第一弧形電極14上，並環繞該第一弧形電極14及第二弧形電極15。另第二導電環151亦以相同方式固定於該第二弧形電極15上，並環繞該第一弧形電極14及第二弧形電極15， 以下僅以第一導電環141及第一弧形電極14來進行說明。
於一實施例中，第一導電環141可透過螺栓穿設穿孔1411之方式鎖固於第一弧形電極14之螺紋1412上，以使第一導電環141電性連接第一弧形電極14。第二導電環151與第二弧形電極15之連接方式與上述相同，故不再贅述。於另一實施例中，第一導電環141及第二導電環151係由導電之材料所製成，且第一弧形電極14係具有複數個螺紋1412，第一導電環141係具有複數個穿孔1411，本揭露並不限制穿孔1411或螺紋1412之數量。
第一弧形電極14及第二弧形電極15係透過螺栓之方式與第一固定環12固定。詳言之，第一弧形電極14及第二弧形電極15之上端具有螺孔，且第一固定環12亦具有相對應之穿孔，當第一固定環12與第一弧形電極14及第二弧形電極15結合時，將螺栓穿過該穿孔鎖入該螺孔，即可固定第一固定環12與第一弧形電極14及第二弧形電極15。第一弧形電極14及第二弧形電極15之下端與第二固定環16之固定方式與上述相同，故不再贅述。
最後，將上述各部件結合後，將呈現如第2圖所示的電極組件1。
接著請再參閱第3B-3C圖。如第3B圖所示，係說明本揭露之第一、二弧狀電極組合後之立體結構圖。第一弧形電極14電性連接第一導電環141，且第二弧形電極15電性連接第二導電環151，其中，該第一弧形電極14及該第二弧形電極15之間形成有間隙，使得第一導電環141 不電性連接第二弧形電極15，以及第二導電環151不電性連接第一弧形電極14。此外，第一導電環141與第二導電環151亦相距一間隔，而不會彼此電性連接。
如第3C圖所示，係說明本揭露之第一、二弧形電極之實施態樣之剖視圖。於一實施例中，第一弧形電極14之弧長1413與第二弧形電極15之弧長1513相等(如第3C圖中之(a)小圖所示)。於另一實施例中，第一弧形電極14之弧長1413大於第二弧形電極15之弧長1513(如第3C圖之(b)小圖所示)。
請參閱第4及5圖，第4圖係說明本揭露之鍍膜裝置之分解示意圖，第5圖係說明本揭露之鍍膜裝置之組合示意圖。
如第4圖所示，本揭露之鍍膜裝置2依序由上至下之各部件名稱係為：外殼20、閥件21、固定板22、密封墊32、上支撐座23、容器固定件24、柱狀殼體25、馬達組件26、第一電刷元件27、第二電刷元件28、下支撐座30及升降裝置31。於一實施例中，本揭露之鍍膜裝置2可於下支撐座30上置放容器29，以利用鍍膜裝置2於容器29之內壁進行鍍膜製程。
外殼20係用於罩住電極組件1及其他鍍膜時所需之部件，以防止電漿鍍膜時射頻(Radio frequency,RF)外洩。於一實施例中，外殼20係由金屬材料或導電材料製成。
閥件21係具有排氣管211、量測管212、抽氣管213及導氣管215。排氣管211係連接至真空幫浦設備，以經 由抽氣管213抽出柱狀殼體25內之氣體，其中，抽氣管213係藉由外螺紋214以連接至固定板22中間之內螺孔內。量測管212係連接至壓力錶，藉以量測柱狀殼體25內之壓力。導氣管215係為穿過閥件21且伸出抽氣管213之開口的獨立管道，其用以供應鍍膜製程所需之氣體。於一實施例中，導氣管215係由絕緣材料所製成。於較佳實施例中，閥件21係由絕緣材料所製成。鍍膜製程所需之氣體種類，將詳細敘述如後。
固定板22、上支撐座23、容器固定件24、柱狀殼體25及下支撐座30係用於固定容器29以形成密閉環境。固定板22係連接上支撐座23與閥件21之抽氣管213，該上支撐座23呈凸緣狀，該凸緣之上端使用螺栓(未示於圖中)固定在固定板22上，且該上支撐座23與固定板22之間設置有一密封墊32，及該上支撐座23之凸緣下端使用螺栓(未示於圖中)固定在柱狀殼體25之凸緣上，且該上支撐座23與柱狀殼體25之凸緣間設置有一密封墊251，抽氣管213之下端具有外螺紋214鎖在固定板22中間之內螺孔內，其中，固定板22與上支撐座23之中間具有一通道，以使導氣管215可穿過該通道並延伸至容器29之瓶口內，且該固定板22使用螺栓固定在外殼20之上端。容器固定件24係用於固定容器29，以防止容器29晃動。於一實施例中，該容器固定件24係由絕緣材料所製成，其上端與該上支撐座23之下端相接觸，且該容器固定件24之外形與該容器29的頸部曲線相符，具有導引容器29瓶身至定位 點的功能。於另一實施例中，容器29之材質可為PET、PE、PVC、PE、PP及PS等，但不以此為限，只要容器29為非導體材質皆可。
上述柱狀殼體25係具有密封墊251、第一端252、容置空間253及第二端254，其中，柱狀殼體25由電極組件1所圍繞。第一端252係接於上支撐座23，且容器固定件24位於容置空間253中，其中，上支撐座23與柱狀殼體25之第一端252之間具有密封墊251，以防止氣體外洩。當下支撐座30藉由升降裝置31將容器29推入至柱狀殼體25之容置空間253中時，下支撐座30會密合於柱狀殼體25之第二端254，以形成一密閉環境，其中，下支撐座30與柱狀殼體25之第二端254之間具有密封墊(未示於圖中)，以防止氣體外洩。於一實施例中，柱狀殼體25之內徑等於或略大於該容器29之外徑。於另一實施例中，該柱狀殼體25之材質為高分子材料或石英，並具有足夠的機械性質及可承受10-3托之負壓。
第一電刷元件27係連接至第一導電環141，並透過電刷將射頻電源供應器連接至電極組件1之第一導電環141(未示於圖中)，以及第二電刷元件28係連接至第二導電環151，並透過電刷將電極組件1之第二導電環151(未示於圖中)連接至接地端。
馬達組件26係具有馬達固定件261、皮帶262及馬達263。馬達固定件261係固定於固定板22上，且皮帶262係連接於馬達263與皮帶輪13(如第1圖所示)，以使馬 達263運作時透過皮帶262將動力傳至電極組件1之皮帶輪13(如第1圖所示)，以旋轉電極組件1。於一實施例中，馬達263係為同步馬達、感應馬達、可逆馬達、步進馬達、伺服馬達及線性馬達等，但不以此為限。而馬達組件26之設置，主要是為了因應第一、二弧形電極14、15之間的間隙及電位差而可能導致鍍膜不均的情況，故利用馬達組件26令第一、二弧形電極14、15繞著柱狀殼體25旋轉，可增加鍍膜的均勻性。第一、二導電環141、151與第一、二電刷元件27、28即是可隨第一、二弧形電極14、15旋轉的導電結構設計。
最後，將上述各部件結合後，將呈現如第5圖所示之鍍膜裝置2。
請參閱第6圖及配合參閱第4圖，第6圖係說明運用本揭露鍍膜裝置之鍍膜方法流程圖。
於步驟S101中，將容器29放置於下支撐座30上，再利用升降裝置31將下支撐座30與柱狀殼體25之第二端254接合，以將容器29容置在柱狀殼體25之容置空間253內。
於步驟S102中，開啟馬達263，以使電極組件1開始旋轉。
於步驟S103中，開啟真空設備對柱狀殼體25之容置空間253進行抽氣，以達到所需之真空度。上述所需之真空度係為1托(Torr)至10-3托(Torr)之間。於較佳實施例中，上述所需之真空度係為0.5托(Torr)至10-3托(Torr) 之間。
於步驟S104中，利用導氣管215將製程氣體導入至容器29中。上述製程氣體係為直鏈的碳化氫類氣體(如烷、烯、炔)、含氧或含氮的碳化氫或酯肪族碳化氫類。
於步驟S105中，開啟射頻電源通電至第一弧形電極14，以激發製程氣體而產生電漿，並透過第二弧形電極15之接地電極，以於容器29之內壁上鍍膜。上述產生電漿的時間內，電極組件1至少旋轉一圈，以使容器29之鍍膜能更加均勻。該鍍膜之厚度與產生電漿的時間成正比，鍍膜之均勻性與電極組件轉速有關，轉速須配合電漿，例如，當產生電漿的時間為兩秒時，電極組件的轉速至少為30RPM以上；或者當產生電漿的時間為一秒時，電極組件的轉速至少為60RPM以上。本揭露並不以此為限，所屬技術領域中具有通常知識者自可依實際需求進行調整。
於步驟S106中，退出升降裝置31，以得到經鍍膜之容器29。
綜上所述，本揭露藉由二弧形電極設置於塑膠容器外的技術特徵，如此可避免習知技術中將內電極設置於塑膠容器內而必須清潔內電極的問題，並藉由馬達組件之設置而使二弧狀電極進行旋轉，可得到鍍膜更均勻之功效。本揭露另具有減少鍍膜的時間及成本之功效，以提升產品競爭力。
上述實施例僅例示性說明本揭露之原理及其功效，而非用於限制本揭露。任何熟習此項專業之人士均可在不違 背本揭露之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有此項專業知識者，在未脫離本揭露所揭示之精神與技術原理下所完成之一切等效修飾或改變，仍應由後述之申請專利範圍所涵蓋。
14‧‧‧第一弧形電極
141‧‧‧第一導電環
15‧‧‧第二弧形電極
151‧‧‧第二導電環

Claims (23)

  1. 一種容器內部鍍膜裝置，係包括：柱狀殼體，其內具有貫通該柱狀殼體之二端的容置空間以容置一容器；第一弧形電極及第二弧形電極，係分別環繞包覆該柱狀殼體之外側，其中，該第一弧形電極及該第二弧形電極之間形成有間隙而不互相電性連接；第一導電環及第二導電環，係分別固定於該第一弧形電極及該第二弧形電極上，並環繞該第一弧形電極及第二弧形電極；上支撐座及下支撐座，係分別設於該柱狀殼體之二端，以使該容置空間形成密閉環境；以及閥件，包括導氣管，該閥件係穿設於該上支撐座並使該導氣管伸入該容器之瓶口內，以提供該容器內部鍍膜時所需之氣體；其中，透過射頻電源通電至該第一弧狀電極，以激發該氣體而產生電漿，並透過該第二弧形電極之接地電極，以於該容器之內壁上鍍膜，以得到經鍍膜之該容器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，其中，該第一弧形電極及該第二弧形電極之弧長相同。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，其中，該第一導電環及該第二導電環係分別電性連接射頻電源供應器及接地電極，且該第一弧形電極之弧長 大於該第二弧形電極之弧長。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，更包括第一固定環及第二固定環，係分別環繞固定於該第一弧形電極及該第二弧形電極之二端。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之容器內部鍍膜裝置，更包括皮帶輪，係環繞固定於該第一固定環上。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之容器內部鍍膜裝置，更包括馬達，係透過皮帶與該皮帶輪連接，以旋轉該第一固定環之時令該第一弧形電極及該第二弧形電極同時進行旋轉。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之容器內部鍍膜裝置，其中，該馬達的最低轉速為在電漿實際激發時間內達成該第一弧形電極及該第二弧形電極旋轉一圈。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，更包括升降裝置，係帶動該下支撐座向上移動，以將置於該下支撐座上之該容器推入至該柱狀殼體之容置空間中，並使該下支撐座密合於該柱狀殼體之一端。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，更包括容器固定件，係安裝於該柱狀殼體之容置空間中，以固定該容器，其中，該容器固定件係由絕緣材料所製成，且該容器固定件之外形與該容器的頸部曲線相符。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，其中，該閥件更包括排氣管，該排氣管連接一真空幫浦， 以對該容置空間進行抽氣而形成真空密閉環境。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，其中，該柱狀殼體之內徑等於或略大於該容器之外徑。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，其中，該氣體係為直鏈的碳化氫類氣體、含氧或含氮的碳化氫或酯肪族碳化氫類。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，其中，該柱狀殼體之材質為高分子材料或石英。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，更包括外殼，係用以罩覆該柱狀殼體、該第一弧形電極及第二弧形電極、該第一導電環及第二導電環、該上支撐座及下支撐座以及該閥件，以防止電漿鍍膜時射頻外洩。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之容器內部鍍膜裝置，其中，該外殼之材料為金屬材料或導電材料。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，更包括固定板，係透過複數螺栓固定於該上支撐座之上端，其中，該上支撐座與該固定板之間設有一密封墊。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，其中，該上支撐座之下端透過複數螺栓固定於該柱狀殼體上，且該上支撐座與該柱狀殼體之間設有一密封墊。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，其中，該閥件更包括一抽氣管，且該抽氣管具有一能連接至該固定板之內螺孔之外螺紋。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之容器內部鍍膜裝置，更包括第一電刷元件及第二電刷元件，係分別連接至該第一導電環與該第二導電環。
  20. 一種容器內部鍍膜方法，係包括：容置容器於柱狀殼體之容置空間內；開啟馬達，以使電極組件開始旋轉；開啟真空設備對該柱狀殼體之容置空間進行抽氣，以達到所需之真空度；利用導氣管伸入至該容器之瓶口內，以將製程氣體導入該容器內部，俾提供該容器內部鍍膜時所需之氣體；以及開啟射頻電源通電至第一弧狀電極，以激發該製程氣體而產生電漿，並透過第二弧形電極之接地電極，以於該容器之內壁上鍍膜，以得到經鍍膜之該容器。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之容器內部鍍膜方法，其中，容置該容器於該柱狀殼體之容置空間內之步驟，係將該容器先放置於下支撐座上，再利用升降裝置將該下支撐座與該柱狀殼體之第二端接合，以將該容器容置在該柱狀殼體之容置空間內。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之容器內部鍍膜方法，其中，該馬達的最低轉速為在電漿實際激發時間內達成該第一弧形電極及該第二弧形電極旋轉一圈。
  23. 如申請專利範圍第20項所述之容器內部鍍膜方法，其 中，該製程氣體係為直鏈的碳化氫類氣體、含氧或含氮的碳化氫或酯肪族碳化氫類。
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