CN1382303A - 用于通过低压等离子体处理容器的装置的真空通路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用低压等离子体处理容器(30)的装置,该装置包括至少一个处理工位(14),该处理工位包括一个固定的空腔(32),该空腔通过一个真空通路(74)连接着一个低压源;所述的处理工位包括一个活动的盖体(34),该活动的盖体配有容器(30)的支撑装置(54),使得通过移开盖体(34)来确保将容器(30)引进空腔(32),其特征在于,该盖体(34)包括一个连接通道(64),当该盖体(34)处于将空腔(32)密封的封闭会位置时,该连接通道(64)可使空腔(32)与真空通路(74)的一个固定端(68)连通。

Description

用于通过低压等离子体处理容器的装置的真空通路

本发明涉及一种通过低压等离子体处理容器的装置，其中，该等离子体由电磁波激发一种气体而产生。

这类的装置比如在同一申请人的专利申请WO99/49991中有所描述，可参考有关可根据本发明的装置实施其方法的所有说明。在上述引用文献中描述的装置中，见到的是，每一个容器安装到一个处理工位中，该处理工位包括一个密封腔和一个外腔室的。该处理工位配有一个活动的顶盖，该顶盖可将密封腔打开，以便引入一个要处理的容器。当盖体处于关闭位置，其将空腔密封地封闭，以便在空腔中能获得产生所谓的冷等离子体所需要的低压。有利地，该装置的盖体包括支撑容器的装置，以便通过在盖体打开位置和关闭位置之间移动盖体来保证容器的引入或移出。

在WO99/49991中所述的装置是一种通过低压等离子体对容器进行处理的装置，目的是在容器壁上实现一种材料涂层。为此，需要在处理腔中充入一种将被电离成等离子体的气体原。有利地，所述文献因而提到，喷射该气体原的装置包括一个装在空腔盖上的喷射器。

另一方面，为了得到产生等离子体所需要的低压，空腔需要通过一个通路，即所谓真空通路连接泵吸装置。上述引用文献中提到，真空通路的端部布置在盖体上，用于直接通向空腔。

然而，该文献未具体描述将盖体连向真空通路的装置。

本发明的目的在于，提出一种真空通路的具体设计，该通路使配有该装置的机器能完全可靠地工作。

为了这个目的，本发明提出一种上述类型的处理装置，其特征在于，该盖体包括一个连接通道，当该盖体处于密封空腔的封闭位置时，该连接通道使空腔与真空通路的一个固定端连通。

根据本发明的其它特征：

——所述的连接通道包括：一个连接端，其与所述真空通路的所述固定端配合；和两个端口，其在所述盖体处于封闭位置时，通出一个界定所述空腔的所述盖体的下表面；而支撑装置用于将要处理的容器的开口密封地紧贴着所述盖体的所述下表面，所述开口完全包围着一个第一所述端口，使得容器在所述空腔中界定出两部分：由第一所述端口连接所述真空通路的第一部分，和由第二个所述端口连接所述真空通路的第二部分；

——两个端口中的一个包括一个控制阀，所述控制阀用于当盖体处于封闭位置时，将所述空腔密封地分为两部分；

——所述阀为一个控制阀门；

——所述连接通道的第一端口可穿过一个喷射器，用于向容器内部充入反应气体；和

——所述连接通道包括一个空气再入孔，该孔通向自由空气，并装有一个控制阀的节流门，该节流门用于在处理结束后将所述空腔与大气连通。

参照附图，本发明的其它特征和优点体现在以下的详细描述中，其中：

图1是一个本发明的包括处理装置的机器的轴向剖视图，所示盖体处于打开位置；

图2是一个与图1相似的视图，所示盖体处于封闭空腔的位置；

图3是一个本发明的处理工位的不同组件的分解透视图；

图4是一个本发明的盖体的平面图；

图5是一个按图4中的线5-5剖切的视图，其示出连接通道的两个端部；

图6是一个控制容器内部与外部不同压强的阀门控制装置的剖视图。

图1和图2示出按本发明的处理工位10的轴向剖视图。此处的工位10是旋转机器的一部分，该机器包括一个绕垂直轴A0作连续旋转运动的循环输送装置12。该循环输送装置12在其周围装有一系列与图中所示相一致的处理工位10，该工位以规则的角度位置分布在轴A0周围。

处理工位10包括一个外腔室14，该腔室通过一个径向的支撑16固定在循环输送装置12的周围。外腔室14由一种比如金属的导电材料制成，并且构成一个具有垂直轴A0的管状圆柱体18的壁。该腔室在其底端由一个底壁20封闭。

可以看到，有一个箱体22固定在腔室14的外部，该箱体22包括用于在腔室内部产生一种能制造等离子体的电磁场的装置(未画出)。在这种情况下，该装置可以是能产生在UHF范围内，也就是在微波范围内的电磁射线的装置。于此，箱体22包括一个磁控管，其天线24通向波导26中。波导26为比如矩形截面的通道，相对垂直轴A0径向延伸并穿过侧壁18直接通向腔室14的内部。尽管如此，本发明也可用配有射频类型的射线源的机器的范围内实施，和/或源装置也可不同地布置，比如可布置在腔室14的底部轴端处。

在腔室14的内部，可看到一个具有轴A1的管件28，该管件28以电磁微波能穿透的材料制成，以便使电磁微波通过波导26进入腔室14。可以用比如石英来制造管件28。管件28用于容纳需要处理的容器30。所以管件28的内径要与容器的直径相适应。该管件还应形成一个空腔32，一旦容器放入腔室内，空腔内将产生10^-4巴左右的低压。

如图1所示，腔室14在其顶端由一个顶盖36部分地封闭，顶盖36配有一个中央孔38，该中央孔38的直径与管件28的直径基本相等，使得管件28朝上完全通开，以便可将容器30放入空腔32中。相反，可以看到，在管件28底部，金属底壁20与管件28是密闭连接的，并形成空腔32的底。

为了封闭腔室14和空腔32，处理工位10包括一个盖体34，该盖体34可以在图1所示的高位置与图2所示的封闭低位置之间轴向移动。在高位置处，盖体完全脱开以便将容器30放入空腔32中。

在图2所示的封闭位置处，盖体34密封地压靠在腔室14的顶壁36的上表面上。正如管件28的顶端密封地与顶壁36相连，盖体34也密封地封闭空腔32。为此配有一个环形密封垫40，该密封垫由盖体34支撑并在中央孔38周围处正好压靠在空腔14的顶壁36上。

此外，盖体34还包括柔性导电环圈42，比如为金属软线的形状，该导电环圈也正好压靠边在壁36上，以确保当盖体34处于封闭位置时腔室14与盖体34之间有电连接。事实上，盖体是由导电材料制成，其也用于封闭腔室14，以便在其内部的空腔32中形成适宜产生等离子体的电磁场。优选方式是，环圈以柔性材料(硅酮类)为基体并充入金属微粒来制成，用以作为导电体。事实上，这类环圈可同时作为密封垫和在盖体与腔室14之间的电连接体。

在所述实施例中，盖体34相对腔室14垂直滑动。为此，盖体34由一个沿与循环输送装置12连成一体的滑道46滑动的滑架44支撑。然而，可以考虑，盖体34在打开位置和关闭位置之间相对于空腔14还有另一种运动，比如围绕水平轴作旋转运动。

在所述实施例中，有益的是，将处理工位安装在一个旋转的循环输送装置上，以便借助于一个带凸轮48和滚轮50的系统来控制盖体的移动。事实上，该机器包括一个绕轴A0成圆弧状延伸的固定凸轮48，且凸轮的上表面形成一个滚动轨道。当然，凸轮48的高度随绕轴A0的角度位置不同而变化。

滚轮50通过侧柱52连接在支撑盖体34的滑架44上，因而滚轮50与循环输送装置12可转动地连在一起。当滚轮50到达凸轮48高起的角度区域时，滚轮由此使盖体朝高位置抬起。与之相反，在另一个角度区域，凸轮高度下降且滚轮50就能使盖体34向封闭位置下降。当然，可以考虑其它控制盖体34移动的方式而没有超出本发明的范围。

尤其优选的是，不只由盖体来确保对空腔32的密封封闭。还有其它附加机构完成这一功能。

首先，盖体34带有支撑容器的装置。在所述实施例中，要处理的容器为热塑性材料，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的瓶子。这类瓶子在颈底部包括一个径节(excroissance)状的环箍，使得可借助于一个嵌紧或扣紧环箍下面的颈部的叉体54来夹住瓶子。而该叉体54安装在一根穿过盖体34的柄杆56的下端。柄杆56可相对于盖体垂直移动，使得容器30可嵌合在叉体上，同时叉体相对于盖体略微向下分开(如图1所示)。一旦容器30由叉体54支撑着，容器30可向上贴靠着盖体34的支撑表面60。优选的是，这种支撑是密封支撑，使得当盖体处于封闭位置时，空腔内的空间被容器壁分为两个部分：容器内外两部分。

这种布置可仅处理容器壁两面(内壁或者外壁)中的一面。在所述实施例中，只处理容器的内表面。

因此，这种内部处理要求能同时控制在容器内部的压强和气体的组成。为此，容器的内部应能让一个低压源和一个气体分配通道相连通。因而，盖体34包括一个布置在轴A1上的喷射器62，该喷射器也可在收起的高位置与低位置之间相对盖体34移动，在高位置时容器30可被径向带至叉体54(图1)，在低位置时喷射器62伸入到容器的内部(图2)

为了使通过喷射器62喷入的气体电离并在腔室中产生的电磁场的作用下生成等离子体，容器内的气压为10^-4巴左右是必要。为了使容器内部与一个低压源(比如一个泵)连通，盖体34包括一个内部通道64，该通道的一个主要端口65通向盖体的下表面，更准确地说，是通向支承面的中心，该支承面60紧贴着容器30的颈部。

可注意到，在所述实施例中，支承面60并非直接形成在盖体的下表面上，而是形成在一个具有轴A1的管状连接件61的环形下端处，该连接件61固定在盖体34之下的。于此，管状件61的内孔构成主要端口65的延长部分。因此，当容器颈部的上端压在支撑表面60上时，由容器30的顶端界定的开口完全包围该管孔，经过该管孔，主要端口65通向盖体34的下表面。

根据本发明，该主要端口65不直接连接泵吸装置。事实上，由于盖体34的可移动性，在盖体与泵吸通路之间就必须有挠性的管路系统。然而，这种管路系统不适用于真空通路，因为柔性的管路系统在大气压的作用下有损坏的趋向。

同样，根据本发明，盖体34的内部通道64包括一个连接端66，而该机器的真空通路包括一个固定端68，该固定端68布置为使得，当盖体位于封闭位置时，两个端部66，68彼此正对着。

在所述实施例中，腔室14的顶壁36有一个延长部分70，该延长部分70在相同的水平面内相对于轴A0向内径向地延伸。该延长部分70钻有一个通孔72，且还包括用于接合真空通路的管路系统74的装置。该管路系统74连接比如一个或多个泵(未画出)。这些泵优选布置在该机器的外部，于此，它们借助于一个旋转接头(未画出)以不妨碍循环输送装置旋转的方式连接着管路系统74。

这样，得到的是，腔室14相对于循环输送装置12固定，而管路系统74可以是刚性的或者很小挠性的。

如图3所示，从盖体34的俯视图中看出，盖体34与腔室14的顶壁具有相同的形状，并且连接端66由此通向盖体34的下表面，垂直对着孔72，孔72连接着管路系统74。

为了简化内部通道64的制造，盖体34由两部分制成：一个下基座76和一个上防护罩78，在基座76的上表面挖出内部通道64，只有连接端66与主要端口65通向下表面。因此，当防护罩78密封地紧贴在基座上时，就只有连接端66与该端口相连通，而且通道64保证在管路系统74与空腔32之间的密封连接。

图示的机器用于处理由相对容易变形的材料制成的容器的内表面。这类容器不能承受瓶子内外之间约1巴的超压。因此，为了在瓶子内部得到10^-4巴级的低压而没有使瓶子变形，就必须将空腔内瓶子外的部分至少部分减压。同样，盖体34的内部通道64除了包括主要端口65以外，还包括一个辅助端口80，该辅助端口也穿出盖体的下表面，但是径向地通向环形支承面60的外部，在支承面60上紧贴着容器的颈部58。

因此，同样的泵吸装置同时在容器的内部与外部制造真空。

为了限制泵的体积，并且为了避免在瓶子外部出现无用的等离子体，优选的是，不将外部的气压降低到0.05～0.1巴以下，而内部为10^-4巴。可注意到，除了瓶子外，薄壁也能承受这种压差而不发生明显变形。为这个原因，在盖体上配有控制阀门82，用于封闭辅助端口80。

如图4和图5所示，阀门82安置在盖体34中，位于基座76和防护罩78之间，是“常态关闭”类型的阀门。阀门82布置在阀门杆84的下端，阀门杆向上穿出盖体34的防护罩78。

正如在图6中可更详细地看到，阀门杆84由一个与固定在该机器上的凸轮88配合作用的滚轮系统86控制。在循环输送装置12旋转的某个给定点处，凸轮88使与操纵杆90连成一体的滚轮86稍微抬起，操纵杆90绞接在盖体34上的水平轴A2的周围。滚轮因而使操纵杆90旋转，借助于控制棘轮(noix)92，操纵杆90的旋转使得杆84稍微抬起。当凸轮88使滚轮下降时，一个在盖体34与操纵杆90之间起作用的回动弹簧将阀门杆84拉回至低位置，以便将阀门82紧贴着阀座96，该阀座96形成在在辅助端口80的附近。

当然，可以考虑其他控制阀门的方式而没有超出本发明的范围。也可以使用比如气缸或电磁铁。

装置的功能将在下面描述。

在循环输送装置12旋转的某个给定点，盖体34处于高位置。如图1所示，叉体54处于低位置，而喷射器处于收起的高位置。一个容器30可在这一位置，比如通过一个带槽的传输轮，引入到叉体54上。这类轮是众所周知的，并广泛用于加工机器和装填由PET材料制成的瓶子的机器中。该轮在装入容器的点与循环输送装置相切。

一旦将容器装入叉体54，循环输送装置12继续作旋转运动，盖体向封闭位置下降。与此同时，控制那个支撑叉体54的柄杆，以便将容器密封地贴靠着盖体34的支撑表面58，而喷射器62下降，以便伸入容器的内部。此外，可注意到，喷射器下降穿过通道64的主要端口65，但是喷射器没有封堵端口65。

一旦盖体处于封闭位置，就可能将空腔32中的气体抽出，该空腔32通过盖体的内部通道64连接着真空通路。

开始时，控制阀门82处于打开状态，因而使空腔32内的容器外部和内部的压强降低。当循环输送装置12到达预定角位置时，可认为，容器外部的真空度已达足够的水平，带凸轮的系统88和滚轮86控制阀门82关闭。而容器30内部可能还在用泵抽气。

一旦达到处理所需要的压强，就可以开始处理。该处理可包括比如将一涂层覆盖在容器内部，该涂层通过预先由喷射器62喷入容器内部的气体构成的等离子体在电离作用下获得。

一旦处理完成，优选通过内部通道64使空腔恢复为大气压。可以选择通过连接管路系统74达到大气压或者在通道上安装一个控制开孔(未画出)直接将通道与空气相连。在这两种实施方式中，应注意的是，首先控制阀门82的打开，因为这样可使容器的内部和外部同时恢复为大气压。

一旦容器的内部和外部压强达到平衡，就可以控制盖体移向高位置，收起喷射器，并相对于盖体向下移动叉体54，以便取出处理好的容器。

由于本发明，该机器的真空通路能以经济安全的方式设计制造，这是因为盖体没有使用那种重复受压并会由此断裂的挠性系统。

Claims (7)

1.用低压等离子体处理容器(30)的装置，其等离子体由电磁微波激发一种气体而产生，该装置包括至少一个处理工位(14)，所述处理工位包括一个用于容纳要处理的容器的固定空腔(32)，所述空腔通过一个真空通路(74)连接着一个低压源；所述的处理工位(14)包括一个可将所述空腔(32)密封地封闭的活动盖体(34)；通过将所述盖体(34)相对于所述空腔(32)移动来确保在处理前将容器引入所述空腔(32)并在处理后将容器取出；

其特征在于，所述盖体(34)包括一个连接通道(64)，当所述盖体(34)处于密封空腔(32)的封闭位置时，所述连接通道(64)可使空腔(32)与所述真空通路(74)的一个固定端(68)连通。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的连接通道(64)包括：一个连接端(66)，其与所述真空通路的所述固定端(68)配合；和两个端口(65，80)，其在所述盖体处于封闭位置时，通出一个界定所述空腔的所述盖体的下表面(60)；而支撑装置(54)用于将要处理的容器(58，30)的开口密封地紧贴着所述盖体(34)的所述下表面(60)，所述开口完全包围着一个第一所述端口，使得容器(30)在所述空腔(32)中界定出两部分：由第一所述端口(65)连接所述真空通路的第一部分，和由第二个所述端口(80)连接所述真空通路的第二部分。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，两个端口(65，80)中的一个包括一个控制阀(82)，所述控制阀用于当盖体(34)处于封闭位置时，将所述空腔密封地分为两部分。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述阀为一个控制阀门(82)。

5.如权利要求2至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述连接通道(64)的第一端口(65)可穿过一个喷射器(62)，用于向容器(30)内部充入反应气体。

6.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述连接通道包括一个空气再入孔，该孔通向自由空气，并装有一个控制阀的节流门，该节流门用于在处理结束后将所述空腔(32)与大气连通。

7.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述盖体(34)包括容器(30)的支撑装置(54)。

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