Внутренний электрод, предназначенный для формирования защитной пленки, и устройство формирования пленки - RU2366757C2
Код документа: RU2366757C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к внутреннему электроду, предназначенному для формирования защитной пленки, которая обеспечивает газонепроницаемость, например, контейнера, изготовленного из полимера или подобного материала, и устройству формирования пленки.
Уровень техники
В последние годы предлагались покрытия внутренней поверхности, например, ПЭТ бутылок, являющихся одним видом пластиковых контейнеров с пленкой из твердого углерода, такого как алмазоподобный углерод (АПУ), направленные на предотвращение проникновения кислорода извне и проникновения углекислого газа изнутри (например, из газированных напитков). Также предлагались различные устройства формирования подобной пленки (смотри патентные документы №1-3).
Далее со ссылкой на фиг.9 описано устройство из патентного документа №3, в котором содержится базовое изобретение для покрытия внутренности контейнера. В указанном документе описано устройство формирования пленки, предназначенное для формирования на пластиковом контейнере углеродной пленки с использованием способа плазмохимического осаждение из паровой фазы
Как показано на фиг.9, устройство формирования пленки представляет собой устройство, осуществляющее формирование пленки с помощью плазмы разряда на внутренней поверхности пластикового контейнера 12 с отверстием 11. Указанное устройство снабжено внешним электродом 13, состоящим из внешнего верхнего электрода 13-1 и внешнего нижнего электрода 13-2, которые достаточное велики, чтобы в них поместился пластиковый контейнер 12, выпускным патрубком 14, прикрепленным через изоляционный элемент 26 к торцевой поверхности внешнего электрода 13 со стороны, где расположено отверстие 11, внутренним электродом 17, вставленным со стороны выпускного патрубка 14 во внутреннюю часть пластикового контейнера 12, расположенного во внешнем электроде 13, приблизительно на всю длину пластикового контейнера 12 в продольном направлении, при этом внутренний электрод заземлен, а также содержит газоотвод 16, предназначенный для выхода газовой средой G, вытяжное устройство, которое не показано, но которое крепится к выпускному патрубку 14, блок подачи газа, который не показан, но который подает газовую среду G к внутреннему электроду 17, и высокочастотный генератор 18, соединенный с внешним электродом 13.
Здесь внешний электрод 13 расположен внутри цилиндрической камеры 22, снабженной фланцами 21а и 21b на верхнем и нижнем концах соответственно, цилиндрическая камера 22 расположена и удерживается на кольцеобразном основании 23. Между кольцеобразным основанием 23 и нижней невидимой поверхностью внешнего нижнего электрода 13-2 расположена круглая изоляционная пластина 24. На конце газоотвода 16 внутреннего электрода 17 содержится цилиндрический изоляционный элемент 20, так что предотвращается локальная концентрация плазмы.
Далее описывается способ нанесения на бутылку углеродной пленки с использованием устройства подобной конструкции.
Сначала пластиковый контейнер 12 вставляется внутрь внешнего электрода 13 и через выпускной патрубок 14 выкачивается внутренний газ. При достижении заранее заданного уровня разрежения (типичные значения: от 10-1 до 10-5 Торр) во внутренний электрод 17 подается газовая среда G со скоростью, составляющей, например, от 10 до 200 миллилитров в минуту, и дальше подается во внутреннюю часть пластикового контейнера 12 через газоотвод 16 внутреннего электрода 17. Заметим, что в качестве газовой среды G используется, например, бензол, толуол, ксилол, алифатические углеводороды, такие как циклогексан, ароматические углеводороды, кислородсодержащие углеводороды или азотсодержащие углеводороды. Давление внутри пластикового контейнера 12 устанавливается равным, например, от 2×10-1 до 1×10-2 Торр, в зависимости от соотношения объема подаваемого газа и объема вытягиваемого газа. Далее через блок 36 согласования импедансов и входной РЧ (радиочастотный) зажим 35 высокочастотный генератор 18 подает на внешний электрод 13 высокочастотную энергию, мощность которой составляет от 50 до 2000 Вт.
При таком приложении высокочастотной энергии к внешнему электроду 13 между внешним электродом 13 и внутренним электродом 17 образуется плазма. Так как пластиковый контейнер 12 расположен внутри внешнего электрода 13 таким образом, что практически не остается свободного пространства, то плазма образуется внутри пластикового контейнера 12. Газовая среда G разлагается плазмой или ионизируется еще больше с целью образования формирующих пленку частиц, которые будут образовывать углеродную пленку. Формирующие пленку частицы осаждаются на внутренней поверхности контейнера 12 и образуют углеродную пленку. После формирования углеродной пленки заранее заданной толщины прекращается подача высокочастотной энергии и подача газовой среды, оставшийся газ вытягивается, внутрь внешнего электрода 13 подается азот, инертный газ, воздух или что-то подобное и давление в указанном пространстве сравнивается с атмосферным давлением. После этого пластиковый контейнер 12 извлекается из внешнего электрода 13. С использованием этого способа формирование углеродной пленки, толщиной от 20 до 30 мм, занимает от двух до трех секунд.
Патентный документ №1: выложенная заявка на японский патент № Н8-53116;
Патентный документ №2: японский патент №2788412;
Патентный документ №3: выложенная заявка на японский патент №2003-286571.
Раскрытие изобретении
В указанном устройстве формирования пленки иногда случается, что изоляционный элемент выходит из строя или отпадает из-за температурного напряжения, вызванного различием в коэффициентах температурного расширения при формировании пленки в течение длительного времени, так как изоляционный элемент 20, расположенный на газоотводе 16 внутреннего электрода, является цилиндрическим.
Когда он отпадает, нарушается изоляция, что приводит к образованию концентрации плазмы. Такая ситуация требует временной остановки системы изготовления, что в случае непрерывного изготовления, например, пластикового контейнера приводит к уменьшению эффективности изготовления.
Учитывая эту проблему, цели настоящего изобретения заключались в том, чтобы предложить внутренний электрод для формирования защитной пленки и устройство формирования пленки, в которых предотвращается ситуация отпадения изоляционного элемента внутреннего электрода в устройства формирования пленки, и формирование защитной пленки контейнера осуществляется всегда устойчиво.
Для решения задач и достижения цели, согласно первому аспекту настоящего изобретения, предлагается внутренний электрод для формирования защитной пленки, который вставлен внутрь пластикового контейнера с отверстием, подает газовую среду внутрь пластикового контейнера, подает высокочастотную энергию к внешнему электроду, расположенному вне пластикового контейнера, тем самым образуется плазма разряда на внутренней поверхности пластикового контейнера с целью формирования защитной пленки на внутренней поверхности пластикового контейнера. Внутренний электрод для формирования защитной пленки содержит трубку подачи газа, содержащую путь прохождения газа и предназначенную для подачи газовой среды, изоляционный элемент, который содержит газоотвод, сообщающийся с концевой частью трубки подачи газа, и структуру предотвращения отпадения, которая вкручена или другим образом зацеплена за концевую часть трубки подачи газа.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно второму аспекту настоящего изобретения между трубкой подачи газа и изоляционным элементом расположен уплотняющий элемент.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно третьему аспекту настоящего изобретения структура предотвращения отпадения изоляционного элемента так вкручена в концевую часть трубки подачи газа, что они расположены заподлицо, и содержит газоотвод, сообщающийся с трубкой подачи газа.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно четвертому аспекту настоящего изобретения структура предотвращения отпадения изоляционного элемента так вкручена в концевую часть трубки подачи газа, что они расположены заподлицо, и содержит газоотвод, сообщающийся с трубкой подачи газа, и часть генерации плазмы, включающая в себя, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину, является частью трубки подачи газа.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно пятому аспекту настоящего изобретения конец вогнутой части загнут, структура предотвращения отпадения изоляционного элемента так вкручена в концевую часть трубки подачи газа, что они расположены заподлицо, и содержит газоотвод, сообщающийся с трубкой подачи газа, и часть генерации плазмы является частью трубки подачи газа, часть генерации плазмы содержит, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину и изготовлена из материала с высокой теплопроводностью.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно шестому аспекту настоящего изобретения, с помощью связующего вещества структура предотвращения отпадения изоляционного элемента встроена в вогнутую часть, сформированную в концевой части трубки подачи газа, и содержит газоотвод, сообщающийся с путем прохождения газа.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно седьмому аспекту настоящего изобретения, с помощью связующего вещества структура предотвращения отпадения изоляционного элемента встроена в вогнутую часть, сформированную в концевой части трубки подачи газа, и содержит газоотвод, сообщающийся с путем прохождения газа, а конец вогнутой части обжат.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно восьмому аспекту настоящего изобретения, с помощью связующего вещества структура предотвращения отпадения изоляционного элемента встроена в вогнутую часть, сформированную в концевой части трубки подачи газа, и содержит газоотвод, сообщающийся с путем прохождения газа, и часть генерации плазмы, содержащую, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину, является частью трубки подачи газа.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно девятому аспекту настоящего изобретения, с помощью связующего вещества структура предотвращения отпадения изоляционного элемента встроена в вогнутую часть, сформированную в концевой части трубки подачи газа, и содержит газоотвод, сообщающийся с путем прохождения газа, и часть генерации плазмы является частью трубки подачи газа, часть генерации плазмы содержит, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину и изготовлена из материала с высокой теплопроводностью.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно десятому аспекту настоящего изобретения, структура предотвращения отпадения изоляционного элемента содержит выпуклую часть, вставленную в вогнутую часть, сформированную в концевой части трубки подачи газа, и содержит газоотвод, сообщающийся с путем прохождения газа.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно одиннадцатому аспекту настоящего изобретения, структура предотвращения отпадения изоляционного элемента содержит выпуклую часть, вставленную в вогнутую часть, сформированную в концевой части трубки подачи газа, и содержит газоотвод, сообщающийся с путем прохождения газа, а конец вогнутой части обжат.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно двенадцатому аспекту настоящего изобретения, структура предотвращения отпадения изоляционного элемента содержит выпуклую часть, вставленную в вогнутую часть, сформированную в концевой части трубки подачи газа, и содержит газоотвод, сообщающийся с путем прохождения газа, и часть генерации плазмы, содержащая, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину, является частью трубки подачи газа.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно тринадцатому аспекту настоящего изобретения, структура предотвращения отпадения изоляционного элемента содержит выпуклую часть, вставленную в вогнутую часть, сформированную в концевой части трубки подачи газа, и содержит газоотвод, сообщающийся с путем прохождения газа, часть генерации плазмы является частью трубки подачи газа, часть генерации плазмы содержит, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину и изготовлена из материала с высокой теплопроводностью.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно четырнадцатому аспекту настоящего изобретения, структура предотвращения отпадения изоляционного элемента содержит полый внутри закрывающий элемент, накрученный на выпуклую часть, так что боковые поверхности расположены заподлицо, и содержащий отверстие в центральной части торцевой поверхности, и содержит газоотвод, контактирующий со ступенчатой частью отверстия закрывающего элемента, вкручиваемый по внутренней поверхности закрывающего элемента и сообщающийся с путем прохождения газа.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно пятнадцатому аспекту настоящего изобретения, структура предотвращения отпадения изоляционного элемента содержит полый внутри закрывающий элемент, накрученный на выпуклую часть, так что боковые поверхности расположены заподлицо, и содержащий отверстие в центральной части торцевой поверхности, и содержит газоотвод, контактирующий со ступенчатой частью отверстия зарывающего элемента, вкручиваемый по внутренней поверхности закрывающего элемента и сообщающийся с путем прохождения газа, и часть генерации плазмы, содержащая, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину, является частью трубки подачи газа.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, структура предотвращения отпадения изоляционного элемента содержит полый внутри закрывающий элемент, накрученный на выпуклую часть, так что боковые поверхности расположены заподлицо, и содержащий отверстие в центральной части торцевой поверхности, и содержит газоотвод, контактирующий со ступенчатой частью отверстия зарывающего элемента, вкручиваемый по внутренней поверхности закрывающего элемента и сообщающийся с путем прохождения газа, и часть генерации плазмы является частью трубки подачи газа, часть генерации плазмы содержит, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину и изготовлена из материала с высокой теплопроводностью.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения, структура предотвращения отпадения изоляционного элемента содержит трубку подачи газа, содержащую путь прохождения газа и предназначенную для подачи газовой среды, и концевая часть которой снабжена протяженной в осевом направлении вогнутой частью, и однородный закрывающий элемент, содержащий газоотвод, вкрученный по внутренней поверхности вогнутой части трубки подачи газа и сообщающийся с путем прохождения газа, однородный закрывающий элемент так вкручен в вогнутую часть, что боковые поверхности расположены заподлицо, однородный закрывающий элемент содержит отверстие, расположенное по его осевому направлению и подходящее к внешнему краю газоотвода изоляционного элемента.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно восемнадцатому аспекту настоящего изобретения, структура предотвращения отпадения изоляционного элемента содержит трубку подачи газа, содержащую путь прохождения газа и предназначенную для подачи газовой среды, и концевая часть снабжена протяженной в осевом направлении вогнутой частью, и однородный закрывающий элемент, содержащий газоотвод, вкручен по внутренней поверхности вогнутой части трубки подачи газа и сообщается с путем прохождения газа, однородный закрывающий элемент так вкручен в вогнутую часть, что боковые поверхности расположены заподлицо, однородный закрывающий элемент содержит отверстие, расположенное по его осевому направлению и подходящее к внешнему краю газоотвода изоляционного элемента, и часть генерации плазмы, содержащая, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину, является частью трубки подачи газа.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно девятнадцатому аспекту настоящего изобретения, структура предотвращения отпадения изоляционного элемента содержит трубку подачи газа, содержащую путь прохождения газа и предназначенную для подачи газовой среды, и концевая часть снабжена протяженной в осевом направлении вогнутой частью, и однородный закрывающий элемент, содержащий газоотвод, вкручен по внутренней поверхности вогнутой части трубки подачи газа и сообщается с путем прохождения газа, однородный закрывающий элемент так вкручен в вогнутую часть, что боковые поверхности расположены заподлицо, однородный закрывающий элемент содержит отверстие, расположенное по его осевому направлению и подходящее к внешнему краю газоотвода изоляционного элемента, и часть генерации плазмы является частью трубки подачи газа, часть генерации плазмы содержит, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину и изготовлена из материала с высокой теплопроводностью.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно двадцатому аспекту настоящего изобретения, часть генерации плазмы, содержащая, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину, является частью внутреннего электрода.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно двадцать первому аспекту настоящего изобретения, часть генерации плазмы, содержащая, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину, является частью трубки подачи газа.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно двадцать второму аспекту настоящего изобретения, часть генерации плазмы является частью трубки подачи газа, часть генерации плазмы содержит, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину и изготовлена из материала с высокой теплопроводностью.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно двадцать третьему аспекту настоящего изобретения, часть генерации плазмы, содержащая, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину, является частью внутреннего электрода и выступающая часть или впадина расположена на дальнем конце трубки подачи газа, через которую подается газовая среда.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно двадцать четвертому аспекту настоящего изобретения, часть генерации плазмы является частью трубки подачи газа, часть генерации плазмы содержит, по крайней мере, одну выступающую часть или впадину и изготовлена из материала с высокой теплопроводностью, и выступающая часть или впадина расположена на дальнем конце трубки подачи газа, через которую подается газовая среда.
Во внутреннем электроде для защитной пленки, соответствующем первому аспекту, согласно двадцать пятому аспекту настоящего изобретения, трубка подачи газа изготовлена из металла.
Согласно двадцать шестому аспекту настоящего изобретения предлагается устройство формирования пленки, содержащее внутренний электрод для формирования защитной пленки, соответствующий первому аспекту изобретения, и осуществляющее формирование пленки на внутренней поверхности пластикового контейнера.
Согласно двадцать седьмому аспекту настоящего изобретения предлагается устройство формирования пленки, предназначенное для нанесения с помощью плазмы разряда защитной пленки на внутреннюю поверхность пластикового контейнера с отверстием. Устройство формирования пленки содержит внешний электрод, размеры которого достаточно велики, чтобы в нем поместился пластиковый контейнер; имеется выпускной патрубок, прикрепленный через изоляционный элемент к торцевой поверхности внешнего электрода со стороны, где расположено отверстие; соответствующий первому аспекту изобретения внутренний электрод для формирования защитной пленки, который вставлен в находящийся во внешнем электроде пластиковый контейнер приблизительно на всю его длину со стороны выпускного патрубка, внутренний электрод заземлен; вытяжное устройство, которое крепится к выпускному патрубку; блок подачи газа, который подает газовую среду к внутреннему электроду, и высокочастотный генератор, соединенный с внешним электродом.
Согласно настоящему изобретению, когда на внутреннюю поверхность пластикового контейнера или подобного изделия наносится защитная пленка, формирование пленки может надежно осуществляться в течение длительного времени. Благодаря этому возможно формировать защитную пленку на внутренней поверхности пластикового контейнера при сохранении постоянного качества формирования пленки в течение длительного времени.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематическое изображение устройства формирования пленки, соответствующее первому варианту осуществления изобретения.
Фиг.2 - схематическое изображение внутреннего электрода для формирования защитной пленки, соответствующего первому варианту осуществления изобретения.
Фиг.3 - схематическое изображение внутреннего электрода для формирования защитной пленки, соответствующего второму варианту осуществления изобретения.
Фиг.4 - схематическое изображение внутреннего электрода для формирования защитной пленки, соответствующего третьему варианту осуществления изобретения.
Фиг.5 - схематическое изображение внутреннего электрода для формирования защитной пленки, соответствующего четвертому варианту осуществления изобретения.
Фиг.6 - схематическое изображение внутреннего электрода для формирования защитной пленки, соответствующего пятому варианту осуществления изобретения.
Фиг.7 - схематическое изображение внутреннего электрода для формирования защитной пленки, соответствующего шестому варианту осуществления изобретения.
Фиг.8 - схематическое изображение внутреннего электрода для формирования защитной пленки, соответствующего седьмому варианту осуществления изобретения.
Фиг.9 - схематическое изображение устройства формирования пленки, соответствующего обычной технологии.
Ссылочные позиции
От 100-1 до 100-7 внутренний электрод;
101 трубка подачи газа;
102 газоотвод;
103 изоляционный элемент;
104 входящая часть;
105 связующее вещество;
106 закрывающий элемент;
120 уплотнительная часть;
131 часть генерации плазмы;
11 отверстие;
12 пластиковый контейнер;
13 внешний электрод;
14 выпускной патрубок;
16 газоотвод;
17 внутренний электрод;
18 высокочастотный генератор;
G газовая среда.
Осуществление изобретения
Ниже будет подробно описано настоящее изобретение со ссылками на прилагаемые чертежи. Заметим, что настоящее изобретение не ограничивается указанными вариантами осуществления. Специалисты в рассматриваемой области легко поймут назначение компонентов этих вариантов осуществления или указанные компоненты практически аналогичны компонентам прототипов.
Первый вариант осуществления изобретения
На фиг.2 схематически показан внутренний электрод для формирования защитной пленки, соответствующий первому варианту осуществления изобретения. Как показано на фиг.2, внутренний электрод 100-1 для формирования защитной пленки, соответствующий этому варианту осуществления изобретения, представляет собой внутренний электрод для формирования защитной пленки, который вставлен внутрь пластикового контейнера, имеющего отверстие, подает газовую среду внутрь пластикового контейнера и подает высокочастотную энергию к внешнему электроду, расположенному вне пластикового контейнера, таким образом образуется плазма разряда на внутренней поверхности пластикового контейнера с целью формирования защитной пленки на внутренней поверхности пластикового контейнера. Внутренний электрод снабжен трубкой 101 подачи газа, содержащей путь 101а прохождения газа и предназначенной для подачи газовой среды G, и снабжен изоляционным элементом 103, так вкрученным, что расположен заподлицо с концевой частью трубки 101 подачи газа, и снабжен газоотводом 102, сообщающимся с путем 101a прохождения газа.
Так как газоотвод 102 выполнен из изоляционного материала, то возможно предотвратить концентрацию плазмы.
Материалом для изоляционного элемента 103 могут служить термостойкие материалы, такие как фтористый каучук, полиэфирэфиркетон и полиамид, и материалы с высокой теплопроводностью и высокой ударопрочностью, такие как оксид алюминия, диоксид циркония, диоксид титана и диоксид кремния.
Кроме того, форма внутреннего электрода не содержит выступающих частей и, следовательно, возможно предотвратить локальную концентрацию плазмы.
Трубка 101 подачи газа изготовлена из металла. Большей газонепроницаемости можно добиться, если внутри трубки 101 подачи газа предусмотреть не только охватывающую часть 101b, но и вкручивающуюся в нее с целью соединения соответствующую входящую часть 104 на изоляционном элементе 103. Кроме того, газонепроницаемость можно дополнительно улучшить, если на резьбе предусмотреть уплотнительную часть 120.
Здесь, для примера, уплотнительная часть 120 может представлять собой ленту, изготовленную из тефлона (торговая марка).
Более того, даже при повторяющихся температурных расширениях можно обеспечить газонепроницаемость резьбы следующим образом: охватывающая часть 101b, представляющая собой часть с резьбой, имеет форму раскрывающегося конуса, так что ее край постепенно расширяется по направлению к концевой части, а вкручиваемая входящая часть 104 в поперечном сечении имеет конусообразную форму.
Благодаря этому на внутренней поверхности пластикового контейнера можно сформировать устойчивую защитную пленку даже при длительной работе.
Таким образом, улучшается износостойкость частей внутреннего электрода и легче проводить их техническое обслуживание.
Здесь в качестве примеров пластиковых контейнеров можно привести пластиковые контейнеры для пищевых продуктов и контейнеры для фармацевтической продукции, а защитная пленка эффективна для защиты контейнера от проникновения газов. Более того, она может применяться для контейнеров с горючим, таким как бензобак.
Здесь в качестве пластика могут использоваться хорошо известные материалы, например полиэфирная пленка, такая как полиэтилентерефталат, полиолефиновая пленка, такая как полиэтилен, полипропилен и полибутен, полистироловая пленка, полиамидная пленка, поликарбонатная пленка и полиакрилонитриловая пленка.
В настоящем изобретении под газонепроницаемой пленкой понимается пленка, изготовленная на поверхности основного материала и обладающая свойством газонепроницаемости. Примерам газонепроницаемой пленки могут служить пленки, такие как углеродная пленка, например пленка из аморфного углерода, и силиконовая пленка.
Здесь под пленкой из аморфного углерода понимается углеродная пленка с аморфной структурой, являющейся переходной формой между алмазом (связь атомов углерода представляет собой SP3 связь) и графитом (связь атомов углерода представляет собой SP2 связь), углеродная пленка включает в себя пленку из твердого углерода и пленку из мягкого углерода. Далее пленка из твердого углерода также включает в себя пленку из аморфного АПУ (алмазоподобного углерода), имеющего, в основном, SP3 связи.
В качестве способа изготовления таких пленок из аморфного углерода может использоваться, например, хорошо известное химическое осаждение из паровой фазы (ХПО), представленное способом ХПО, способом термохимического осаждения из паровой фазы, способом плазмохимического осаждения из паровой фазы и подобными.
Далее может использоваться, например, хорошо известное физическое осаждение из паровой фазы (ФПО), представленное способом реактивного распыления, способом ионного осаждения, способом электродугового напыления, способом осаждения ионов, способом внедрения ионов плазмы и подобными способами.
Эффект настоящего изобретения будет лучше проявляться при использовании способа ХПО, а не способа ФПО. Это объясняется тем, что пленка, полученная способом ХПО, содержит большее количество свободных связей в пленке из аморфного углерода.
Здесь в качестве газовой среды, основой которой служит углеводород, могут использоваться, например, алканы, такие как метан, этан, пропан, бутан, пентан и гексан, алкены, такие как этилен, пропилен, бутен, пентен и бутадиен, алкины, такие как ацетилен, ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол, ксилол, инден, нафталин и фенантрен, циклопарафины, такие как циклопропан и циклогексан, циклоолефины, такие как циклопентен и циклогексен. Кроме того, может использоваться моноксид углерода. Благодаря этому, например, возможно нанести на контейнер пленку из аморфного углерода с целью предотвращения проникновения диоксида углерода из, например, газированного напитка, содержащегося в контейнере. Более того, пленка из аморфного углерода может представлять собой пленку с градиентной функцией.
Для применения способа ФПО также может использоваться твердотельный испарительный аппарат.
Далее со ссылками на чертежи будет описан один пример устройства формирования пленки, предназначенный для формирования пленки из аморфного углерода и снабженный внутренним электродом, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.1 схематически показано устройство формирования пленки, соответствующее первому варианту осуществления изобретения. Как изображено на фиг.1, устройство формирования пленки, соответствующее настоящему примеру, является устройством, осуществляющим с помощью плазмы разряда формирование пленки на внутренней поверхности пластикового контейнера 12 с отверстием 11. Указанное устройство снабжено внешним электродом 13, размеры которого достаточно велики, чтобы в нем поместился пластиковый контейнер 12, снабжено выпускным патрубком 14, прикрепленным через изоляционный элемент к торцевой поверхности внешнего электрода 13 со стороны, где расположено отверстие 11, внутренним электродом 100-1, показанным на фиг.2 и вставленным со стороны выпускного патрубка 14 во внутреннюю часть пластикового контейнера 12, расположенного во внешнем электроде 13, приблизительно на всю длину пластикового контейнера 12 в продольном направлении, при этом внутренний электрод заземлен, а также вкручен в изоляционный элемент 103, который содержит газоотвод 102, предназначенный для выхода газовой среды G, вытяжное устройство, которое не показано, но которое крепится к выпускному патрубку 14, блок подачи газа, который не показан, но который подает газовую среду G к внутреннему электроду 100-1, и высокочастотный генератор 18, соединенный с внешним электродом 13.
Здесь внешний электрод 13 расположен внутри цилиндрической камеры 22, состоящей из камер 22-1 (верхней части) и 22-2 (нижней части), которые снабжены фланцами 21а и 21b на верхнем и нижнем концах соответственно, цилиндрическая камера 22 расположена и удерживается на кольцеобразном основании 23. Цилиндрическая камера 22 и внешний электрод 13 могут быть разделены на верхнюю часть и нижнюю часть, которые соединены с возможностью разъединения. Далее между основанием 23 и нижней невидимой поверхностью нижней части 13-2 внешнего электрода расположена круглая изоляционная пластина 24.
В участок раздела цилиндрической камеры 22 и участок раздела внешнего электрода 13 вставлены соответственно проводящие соединительные устройства 41 и вакуумные уплотнения 42 (O-образное кольцо). Для удержания пластикового контейнера 12 внутри внешнего электрода 13 участки раздела перемещаются вниз и вверх вместе.
Далее, в настоящем варианте осуществления, внутри верхней части 13-1 внешнего электрода расположена кольцевая распорная деталь 25, изготовленная из диэлектрического материала и содержащая полую часть, которая состоит из цилиндра и усеченного конуса и форма которой соответствует форме отверстия и наклонной части пластикового контейнера 12, вставляемого в указанную распорную деталь. Кольцевая распорная деталь 25 зафиксирована с помощью болтов (не показаны), вкрученных из кольцеобразного изоляционного элемента 25, расположенного и удерживаемого на распорной детали 25. Благодаря тому что кольцевая распорная деталь 25 вставлена в верхнюю часть внешнего электрода 13 и зафиксирована там указанным способом, когда пластиковый контейнер 12 вставлен со стороны нижней части внешнего электрода 13, не только отверстие и наклонная часть пластикового контейнера 12 расположены в полой части кольцевой распорной детали 25, но также внешние края пластикового контейнера 12, отличные от отверстия и наклонной части, расположены на внутренней поверхности внешнего электрода 13.
В качестве диэлектрического материала, из которого состоит кольцевая распорная деталь 25, может выступать, например, пластик или керамика. Хотя можно использовать различные виды пластиков, предпочтительным является фтористый каучук, такой как политетрафторэтилен, который характеризуется особенно малыми потерями при высокой частоте и отличной термостойкостью. Из керамики желательно использовать оксид алюминия и стеатит, характеризующиеся малыми потерями при высокой частоте, или макор, характеризующийся хорошей обрабатываемостью.
Выпускной патрубок 14, снабженный фланцами 31а и 31b, расположенными сверху и снизу соответственно, расположен и удерживается на верхних поверхностях верхнего фланца 21а камеры 22 и кольцеобразного изоляционного элемента 26. К верхнему фланцу 31а выпускной трубки 14 прикреплена крышка 32.
С целью подачи высокочастотной энергии высокочастотный генератор 18 соединен с внешним электродом 13 с помощью кабеля 34 и клеммы 35 питания. Блок 36 согласования импедансов расположен на кабеле 34 между высокочастотным генератором 18 и клеммой 35 питания.
Внутренний электрод 100-1 расположен в пластиковом контейнере 12, помещенном во внешний электрод 13 и кольцевую распорную деталь 25, при этом внутренний электрод вставлен приблизительно на всю длину пластикового контейнера. Верхний конец внутреннего электрода 100-1 также служит в качестве трубки подачи газа, расположенной на стороне пластикового контейнера 12, содержащей отверстие 11. Трубка подачи газа также служит в качестве клеммы заземления.
Отверстие для газа может быть открыто в нижней стенке внутреннего электрода 100-1 с тем, чтобы сообщаться с путем 101а прохождения газа. В этом случае предпочтительно, чтобы отверстие для газа было открыто в область боковой поверхности в пределах от нижней части внутреннего электрода 100-1 до 25 процентов от длины, вставленной в пластиковый контейнер 12 части электрода. Диаметр внутреннего электрода 100-1 выбран равным диаметру входной части пластикового контейнера или меньшим указанного диаметра. Длина внутреннего электрода выбрана таким образом, чтобы электрод мог занимать практически всю длину пластикового контейнера 12 в продольном направлении.
Внутренний электрод 100-1 изготовлен, например, из металла с высокой термостойкостью, такого как вольфрам и нержавеющая сталь, тем не менее, он может быть изготовлен из алюминия. Кроме того, при гладкой поверхности внутреннего электрода 100-1 углеродная пленка, осаждаемая на поверхность внутреннего электрода 100-1, легко отслаивается. Следовательно, предпочтительно осаждать углеродную пленку на такую поверхность, с которой ее было бы тяжело удалить, так можно предварительно обработать поверхность внутреннего электрода пескоструйным аппаратом, чтобы сделать ее шероховатой.
Далее будет описан способ изготовления пластикового контейнера, внутренняя поверхность которого покрыта пленкой из аморфного углерода, причем в этом способе используется описанное выше устройство формирования пленки. С целью открывания внутреннего пространства верхний электрод и камера разделяются толкателем, который здесь не показан. Далее пластиковый контейнер 12 вставляется внутрь открытого внешнего электрода 13, после чего не показанный на чертежах толкатель возвращает внешний электрод и камеру в первоначальные положения. При этом пластиковый контейнер 12 сообщается с выпускным патрубком 14 через свое отверстие.
Далее блок вытяжки, который не показан, через выпускной патрубок 14 откачивает газ, находящийся внутри выпускного патрубка 14 и вне пластикового контейнера 12. Газовая среда G подается в путь 101а прохождения газа внутреннего электрода 100-1 и выходит в пластиковый контейнер 12 из газоотвода 102 внутреннего электрода 100-1. Далее эта газовая среда G протекает по направлению к отверстию 11 пластикового контейнера 12. Таким образом, устанавливается баланс между объемом подаваемого газа и объемом выпускаемого газа и давление внутри пластикового контейнера 12 принимает заранее определенное значение.
Далее через кабель 34, блок 36 согласования импедансов и клемму 35 питания высокочастотный генератор 18 подает на внешний электрод 13 высокочастотную энергию. При этом образуется плазма разряда между внешним электродом 13 (по существу, между внутренней поверхностью пластикового контейнера) и заземленным внутренним электродом 100-1. Газовая среда G разлагается этой плазмой разряда, и формирующие пленку частицы осаждаются на внутренней поверхности контейнера 12 и образуют пленку из аморфного углерода.
После формирования пленки аморфного углерода заранее заданной толщины, высокочастотный генератор 18 прекращает подачу высокочастотной энергии, прекращается подача газовой среды G, оставшийся газ вытягивается, затем прекращается вытягивание газа. После указанного прекращения внутрь внешнего электрода 13 через газоотвод 102 пути 101а прохождения газа внутреннего электрода 100-1 или выпускной патрубок 14 подается азот, инертный газ, воздух или что-то подобное и давление внутри и вне пластикового контейнера становится равным атмосферному давлению. Далее извлекается пластиковый контейнер, внутренняя поверхность которого покрыта углеродной пленкой. После этого пластиковый контейнер заменяется другим пластиковым контейнером в соответствии с описанной выше процедурой, а затем выполняется операция нанесения покрытия на следующий пластиковый контейнер.
Соответствующий настоящему варианту осуществления изобретения внутренний электрод 100-1 сформирован изоляционным элементом 103, вкрученным в трубку 101 подачи газа и, следовательно, возможно проводить формирование пленки в течение долгого времени без отпадения изоляционного элемента 103.
Второй вариант осуществления изобретения
Далее описан другой вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте устройство формирования пленки аналогично устройству, показанному на фиг.1, поэтому при описании этого варианта осуществления изобретения будет опущено описание устройства формирования пленки.
На фиг.3 схематично показан внутренний электрод для формирования защитной пленки, соответствующий второму варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.3, внутренний электрод 100-2 для формирования защитной пленки, соответствующий настоящему варианту осуществления, представляет собой внутренний электрод для формирования защитной пленки, который вставлен внутрь пластикового контейнера, имеющего отверстие, подает газовую среду внутрь пластикового контейнера и подает высокочастотную энергию к внешнему электроду, расположенному вне пластикового контейнера, таким образом образуется плазма разряда на внутренней поверхности пластикового контейнера с целью формирования защитной пленки на внутренней поверхности пластикового контейнера. Внутренний электрод снабжен трубкой 101 подачи газа, содержащей путь 101а прохождения газа и предназначенной для подачи газовой среды G, и снабжен изоляционным элементом 103, встроенным с помощью связывающего вещества 105 в вогнутую часть 101с, расположенную в концевой части трубки подачи газа, и содержащим газоотвод 102, сообщающийся с путем 101а прохождения газа.
Далее благодаря обжатию конца 101d цилиндрической открытой стороны, представляющей собой вогнутую часть 101с, возможно удерживать связующее вещество 105, что предотвращает отпадение изоляционного элемента 103, объединенного со связующим веществом 105.
Заметим, что обжатие не предназначено для формирования какой-либо краевой части, так что предотвращается локальная концентрация плазмы.
Третий вариант осуществления изобретения
На фиг.4 схематично показан внутренний электрод для формирования защитной пленки, соответствующий третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.4, внутренний электрод 100-3 для формирования защитной пленки, соответствующий настоящему варианту осуществления, представляет собой внутренний электрод для формирования защитной пленки, который вставлен внутрь пластикового контейнера, имеющего отверстие, подает газовую среду внутрь пластикового контейнера и подает высокочастотную энергию к внешнему электроду, расположенному вне пластикового контейнера, таким образом образуется плазма разряда на внутренней поверхности пластикового контейнера с целью формирования защитной пленки на внутренней поверхности пластикового контейнера. Внутренний электрод снабжен трубкой 101 подачи газа, содержащей путь 101а прохождения газа и предназначенной для подачи газовой среды G, и снабжен изоляционным элементом 103, содержащим выпуклую часть 103а, подходящую к вогнутой части 101с, сформированной в концевой части трубки 101 подачи газа, также изоляционный элемент 103 содержит газоотвод 102, сообщающийся с путем 101a прохождения газа.
Так как не только изоляционный элемент 103 содержит выпуклую часть 103а, но и сторона конца 101е цилиндрической открытой стороны, представляющей собой вогнутую часть 101с, обжата так, чтобы удерживать выпуклую часть 103а, то предотвращается отпадение изоляционного элемента 103.
Заметим, что обжатие не предназначено для формирования какой-либо краевой части, так что предотвращается локальная концентрация плазмы.
Четвертый вариант осуществления изобретения
На фиг.5 схематично показан внутренний электрод для формирования защитной пленки, соответствующий четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.5, внутренний электрод 100-4 для формирования защитной пленки, соответствующий настоящему варианту осуществления, представляет собой внутренний электрод для формирования защитной пленки, который вставлен внутрь пластикового контейнера, имеющего отверстие, подает газовую среду внутрь пластикового контейнера и подает высокочастотную энергию к внешнему электроду, расположенному вне пластикового контейнера, таким образом образуется плазма разряда на внутренней поверхности пластикового контейнера с целью формирования защитной пленки на внутренней поверхности пластикового контейнера. Внутренний электрод снабжен трубкой 101 подачи газа, содержащей путь 101а прохождения газа и предназначенной для подачи газовой среды G, и содержащей на своем конце выпуклую часть 101d, снабжен закрывающим элементом 106, который так накручен на выпуклую часть 101d, что их боковые поверхности расположены заподлицо, и который содержит отверстие 106а, расположенное в центре торцевой поверхности, и который полый внутри. Также внутренний электрод содержит изоляционный элемент 103, который не только контактирует со ступенчатой частью 106b отверстия закрывающего элемента 106, но также вкручен по внутренней поверхности закрывающего элемента 106 и содержит газоотвод 102, сообщающийся с путем 101a прохождения газа.
Далее края концевой части 106 с закрывающего элемента 106 со стороны выхода газовой среды G выполнены в виде буквы R, так что предотвращается локальная концентрация плазмы.
С целью усиления газонепроницаемости изоляционного элемента 103 между выпуклой частью 101d и изоляционным элементом 103 расположен уплотняющий элемент 121, такой как прокладка или сальник.
Закрывающий элемент изготовлен из металла, что улучшает газонепроницаемость соединения в части, накрученной на трубку 101 подачи газа. Здесь металл для закрывающего элемента 106 может являться, например, нержавеющей сталью, алюминием, вольфрамом или никелем. Кроме того, вместо металла возможно использование углеродных материалов.
В рассматриваемом случае, применяя один и тот же материал для изготовления закрывающего элемента 106 и трубки 101 подачи газа, возможно добиться большого срока службы плотного винтового соединения благодаря уменьшению температурного напряжения, вызванного температурным расширением.
Заметим, что величина d выступания изоляционного элемента 103 предпочтительно составляет от 1 до 10 мм, а более предпочтительно - от 3 до 5 мм.
Таким образом, когда изоляционный элемент 103 вкручен, возможно не только с уверенностью предотвратить отпадение изоляционного элемента 103 благодаря тому, что изоляционный элемент 103 охвачен закрывающей крышкой 106, но также улучшить винтовое соединение благодаря использованию одного и того же материала для изготовления закрывающего элемента 106 и трубки 101 подачи газа.
Пятый вариант осуществления изобретения
На фиг.6 схематично показан внутренний электрод для формирования защитной пленки, соответствующий пятому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.6, внутренний электрод 100-5 для формирования защитной пленки, соответствующий настоящему варианту осуществления, представляет собой внутренний электрод для формирования защитной пленки, который вставлен внутрь пластикового контейнера, имеющего отверстие, подает газовую среду внутрь пластикового контейнера и подает высокочастотную энергию к внешнему электроду, расположенному вне пластикового контейнера, таким образом образуется плазма разряда на внутренней поверхности пластикового контейнера с целью формирования защитной пленки на внутренней поверхности пластикового контейнера. Внутренний электрод снабжен трубкой 101 подачи газа, содержащей путь 101а прохождения газа и предназначенной для подачи газовой среды G, и содержащей концевую часть, снабженную протяженной в осевом направлении вогнутой частью 101с. Также внутренний электрод содержит изоляционный элемент 103, поперечное сечение которого в продольном направлении имеет приблизительно Т-образную форму и который вкручен по внутренней поверхности вогнутой части 101 с трубки 101 подачи газа, и содержит газоотвод 102, сообщающийся с путем 101а прохождения газа, и однородный закрывающий элемент 110, который не только вкручен резьбовой частью 110b в вогнутую часть 101с, так что их боковые поверхности расположены заподлицо, но также содержит отверстие 110а в осевом направлении, которое подходит к внешним краям 102а газоотвода 102 изоляционного элемента 103.
Кроме того, в настоящем варианте осуществления изобретения внутри осевого внутреннего пространства 111 расположена проставка 112, которая изготовлена во время формирования внутренней поверхности для наворачивания вогнутой части 101с и которая предотвращает проникновение головной части 103а приблизительно T-образного изоляционного элемента 103 по направлению к задней части внутренности вогнутой части 101с.
Далее в пространстве 110с, расположенном у основания резьбовой части 110b, концевая часть вогнутой части 101с может быть согнута в направлении стрелки Х с фиг.6, что делается для дополнительного предотвращения отпадения изоляционного элемента 103.
В настоящем варианте осуществления изобретения дополнительное улучшение газонепроницаемости направлено на увеличение площади резьбы в уплотнительной части 120. Благодаря этому изоляционный элемент 103 не отпадает, что позволяет надежно формировать пленку в течение длительного времени.
Шестой вариант осуществления изобретения
На фиг.7 схематично показан внутренний электрод для формирования защитной пленки, соответствующий шестому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.7, частью внутреннего электрода 100-6 для формирования защитной пленки, соответствующего настоящему варианту осуществления, является часть 131 генерации плазмы, содержащая, по крайней мере, одну выступающую часть 131а во внутреннем электроде 100-4 для формирования пленки, показанном для четвертого варианта осуществления изобретения.
Предпочтительно, чтобы часть 131 генерации плазмы, являющаяся частью внутреннего электрода, была изготовлена из материала с высокой теплопроводностью. Материалами с высокой теплопроводностью являются, например, металлы, такие как вольфрам (W) и никель (Ni), или углерод (С).
Таким образом, с помощью расположения выступающей части 131а можно добиться стабилизации мест, где образуется плазма разряда.
Число выступающих частей 131а не ограничивается, поскольку их число равно или превосходит единицу.
Предпочтительно, чтобы указанная часть 131 генерации плазмы была расположена примерно на расстоянии 10 мм от концевой части изоляционного элемента 103. Это нужно для предотвращения образования сколов и трещин в изоляционном элементе, что происходит из-за влияния локальной концентрации плазмы, когда она расположена слишком близко к изоляционному элементу 103.
Дополнительно, в трубке 101 подачи газа с фиг.7 предпочтительно, чтобы часть 131 генерации плазмы была так расположена в любой части от центра до концевых частей контейнера, чтобы она не находилась напротив отверстия или наклонной части контейнера. Это объясняется тем, что при расположении части генерации плазмы у отверстия или наклонной части контейнера не происходит уверенного генерирования плазмы и отсутствует однородность цвета внутренней поверхности контейнера.
Кроме того, однородное формирование пленки становится возможным при генерации плазмы в центральной части контейнера.
Седьмой вариант осуществления изобретения
На фиг.8 схематично показан внутренний электрод для формирования защитной пленки, соответствующий седьмому варианту осуществления настоящего изобретения.
В шестом варианте осуществления изобретения часть 131 генерации плазмы имеет выступающую часть, а в настоящем варианте осуществления имеется впадина 131b.
Для впадины 131b аналогично выступающей части 131а возможно с уверенностью определить места, где генерируется плазма, и можно получить результаты, аналогичные результатам шестого варианта осуществления изобретения. Место расположения впадины 131b может быть таким же, как и место для выступающей части 131а.
Как и выше, внутренний электрод для формирования защитной пленки, соответствующий настоящему изобретению, подходит для изготовления контейнеров и подобных изделий и отличается отличной газонепроницаемостью, причем предотвращается отпадение изоляционного элемента внутреннего электрода устройства формирования пленки и всегда можно стабильно выполнять формирование защитной пленки контейнера.
Реферат
Внутренний электрод для формирования защитной пленки представляет собой внутренний электрод для формирования защитной пленки, который вставлен внутрь пластикового контейнера с отверстием, подает газовую среду внутрь пластикового контейнера, подает высокочастотную энергию к внешнему электроду, расположенному вне пластикового контейнера, тем самым образуется плазма разряда на внутренней поверхности пластикового контейнера с целью формирования защитной пленки на внутренней поверхности пластикового контейнера. Внутренний электрод для формирования защитной пленки содержит трубку подачи газа, содержащую путь прохождения газа и предназначенную для подачи газовой среды, и изоляционный элемент, который так вкручен в концевую часть трубки подачи газа, что он расположен с ней заподлицо, и который содержит газоотвод, сообщающийся с путем прохождения газа. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.
