JP4977316B2 - 工作物のプラズマ処理方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作物を処理ステーションの少なくとも部分的に排気可能なチャンバーのなかへ挿入し、工作物を処理ステーションの内部で保持要素により保持するようにした工作物をプラズマ処理するための方法に関するものである。
さらに本発明は、工作物を受容するための少なくとも１つの排気可能なプラズマチャンバーを有し、プラズマチャンバーが処理ステーションの領域に配置され、該プラズマチャンバーがチャンバー底部とチャンバーカバーと側部のチャンバー壁とによって画成され、且つ工作物を位置決めするための少なくとも１つの保持要素を有している、工作物をプラズマ処理するための装置にも関わる。

この種の方法および装置はたとえばプラスチックに表面被覆を備えさせるために使用される。特に、液体をパッキングするために設けられる容器の内表面と外表面とをコーティングするためのこの種の方法および装置はすでに知られている。さらにプラズマ殺菌装置も知られている。

特許文献１には、ＰＥＴから成る容器の内面をコーティングするためのプラズマチャンバーが記載されている。コーティングされる容器は可動底部により持ち上げてプラズマチャンバーのなかへ挿入され、容器開口部の領域でアダプタと結合される。アダプタを通じて容器内部を真空にさせることができる。さらに、プロセスガスを供給するため、アダプタを通じて中空の長棒が容器の内部空間内へ挿入される。プラズマの点火はマイクロ波を使用して行なわれる。

また、上記特許文献１からは、多数のプラズマチャンバーを回転するホイールに配置することも知られている。これにより単位時間当たりの容器の高生産率が促進される。

特許文献２に記載の供給装置は、容器内部空間を真空にしてプロセスガスを供給するためのものである。特許文献３に記載のプラズマチャンバーには、前もって容器の開口領域と結合された可動なカバーによって容器が挿入される。

特許文献４も回転するホイールにプラズマステーションを配置することを開示しており、このような配置構成に対して低圧ポンプとプラズマステーションとをグループごとに関連づけて、チャンバーと容器の内部空間との好ましい真空化を促進させるようにすることを記載している。さらに、複数個の容器のコーティングを１つの共通のプラズマステーションまたは１つの共通のキャビティで行なうことが記載されている。

容器の内面をコーティングするための他の装置は特許文献５に記載されている。この文献には、特に、マイクロ波発生器をプラズマチャンバーの上方に配置すること、プラズマチャンバーの底部を貫通するように真空パイプと作動媒体管とを配置することが記載されている。

公知の方法の大部分は、熱可塑性プラスチック材のバリヤー特性を改善するため、一般に化学式ＳｉＯ_ｘで表される酸化珪素から成る容器コーティング層をプラズマで発生させて使用する。付加的に、これによって生成したバリヤー層に炭素、水素、窒素といった成分をも含ませることができる。この種のバリヤー層はパッキングされた液体への酸素の侵入を阻止するとともに、ＣＯ_２を含んでいる液体の場合には二酸化炭素の流出をも阻止する。

従来知られている方法および装置は、大量生産に使用するにはまだ十分適していない。大量生産の場合、１個の工作物あたりのコーティングコストは安くなければならないし、生産速度も高くなければならないからである。

国際公開第９５／２２４１３号パンフレット 欧州特許公開第１０１０７７３号公報 国際公開第０１／３１６８０号パンフレット 国際公開第００／５８６３１号パンフレット 国際公開第９９／１７３３４号パンフレット

本発明の課題は、処理ステーションへの作動媒体の供給がコンパクトな構成で、プロセス非作動時間を短くして、且つ高い信頼性で支援されるように冒頭で述べた種類の方法を提供することである。

本発明の他の課題は、プラズマチャンバーへの作動媒体の供給がコンパクトな構成で支援されるように冒頭で述べた種類の装置を構成することである。

上記の課題は、方法においては、回転するプラズマホイールによって担持されているプラズマステーションの１つのチャンバー台座上に載置された少なくとも２つのプラズマチャンバー内の個々の工作物の内部空間に、コーティングに必要な少なくとも１つのプロセスガスを同時に供給するため、プロセスガスの流動を、少なくとも１つの第１の分岐部を介して少なくとも２つの部分流に分岐させるとともに、チャンバー台座内部に設けた少なくとも１つの第２の分岐部を介して、前記工作物の内部空間および前記工作物を取り囲むプラズマチャンバーの内部空間に第１の負圧を提供する工程と、前記工作物の内部空間に第１の負圧よりも相対的に低いほぼ０．１ｍｂａｒまたはほぼ０．３ｍｂａｒの第２の負圧を提供する工程とを、前記少なくとも１つの第２の分岐部に接続可能な第１次および第２次の真空弁を切換え制御することにより行うことにより行うことによって解決される。

また装置においては、回転するプラズマホイールによって担持されているプラズマステーションが、少なくとも２つのプラズマチャンバーを載置するための１つのチャンバー台座を有し、コーティングに必要な少なくとも１つのプロセスガスを供給するプロセスガス供給源と工作物の内部空間とに接続可能な少なくとも１つの第１の分岐部と、負圧源と前記工作物の内部空間および前記工作物を取り囲むプラズマチャンバーの内部空間とに接続可能であるようにチャンバー台座内部に配置される少なくとも１つの第２の分岐部とが設けられ、第２の分岐部は、前記工作物の内部空間および前記工作物を取り囲むプラズマチャンバーの内部空間に第１の負圧を提供するための第１次真空弁と、第１の負圧に対し相対的に低いほぼ０．１ｍｂａｒまたはほぼ０．３ｍｂａｒの第２の負圧を前記工作物の内部空間に提供するための第２次真空弁とに切換え接続可能であることによって解決される。

複数のチャンバーに作動媒体を同時に供給し、且つ少なくとも１つの作動媒体流を分岐させることにより、複数のプラズマチャンバーの空間的に密な配置を支援し、組み立ても後の保守作業も容易な非常にコンパクトなユニットが提供される。さらに、分岐により非常に短い接続管路が提供され、これはプロセス非作動時間を短縮させる。というのは、従来ではたとえば真空化を行なう際に接続管路も排気せねばならず、これに対応して時間コストを要するからである。

分岐部が鉛直方向に延びていることにより、好ましい流動案内が支援される。

他の実施形態によれば、分岐部は水平方向に延びている。

開口部が下向きになるように配置されている中空の工作物をコーティングする場合には、プラズマステーションのキャビティの排気をチャンバー底部を通じて行なうのが有利である。

装置技術的に簡単な実現は、チャンバー底部を通じてプロセスガスを供給することによっても得られる。

プロセスガスを工作物の内部空間内へ迅速且つ均一に分配させるため、プロセスガスを長棒を通じて工作物の内部空間のなかへ供給する。

工作物を取り囲んでいるプラズマチャンバーの空間に作動媒体を供給するため、本発明によれば、少なくとも１つの作動媒体を少なくとも１つの分岐部により直接少なくとも２つのチャンバー内へ誘導する。

工作物の内部空間に作動媒体を供給するため、少なくとも１つの作動媒体を少なくとも１つの分岐部により少なくとも２つの工作物の内部空間内へ誘導する。

工作物の内部空間のなかへ作動媒体を目的に応じて局部的に挿入するため、少なくとも１つの作動媒体を少なくとも１つの分岐部により少なくとも２つの長棒内へ誘導する。

すべてのプラズマアプリケーションにおいて、分岐部により負圧の供給を分岐させるのが有利である。

プラズマコーティングを行なう場合には、分岐部によりプロセスガスの供給を分岐させる。

それぞれの処理工程を簡単に終了させるため、分岐部により通気の供給を分岐させる。

プラズマの制御可能な点火を支援するため、チャンバーカバーの領域でマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波をキャビティ内へ導入する。

代表的な使用例は、熱可塑性プラスチックから成る工作物を処理することにある。

特に、中空体状の工作物の内部空間を処理することが考えられる。

広範囲の使用範囲は、工作物として容器を処理することによって得られる。

特に、工作物として飲料物のボトルを処理することが考えられる。

高信頼度と高生産品質とで高い生産率を達成するため、少なくとも１つのプラズマステーションを回転するプラズマホイールにより供給位置から排出位置へ移送する。

装置コストをわずかに増大させるだけで生産能力を高めるため、プラズマステーションにより複数のキャビティを準備する。

構造的な更なる簡潔化は、分岐部によりマイクロ波の供給を分岐させることによって支援される。

代表的な使用例は、プラズマ処理としてプラズマコーティングを実施することにある。

特に、プラズマ処理を低圧プラズマを利用して実施することが考えられる。

プラスチックから成る工作物をコーティングする場合、プラズマ重合処理を実施するのが有利である。

優れた表面付着性は、プラズマにより少なくとも部分的に有機物質を析出させることによって支援される。

食料品を包装するための工作物において特に有利な使用特性は、プラズマにより少なくとも部分的に非有機物質を析出させることによって達成される。

包装物を処理する場合、特に、プラズマにより工作物のバリヤー特性を改善させる物質を析出させることが考えられる。

高い使用クオリティを支援するため、工作物の表面上での物質の付着力を改善させる結合剤を付加的に析出させることが提案される。

高い生産率は、１つの共通のキャビティで少なくとも２つの工作物を同時に処理することによって支援される。

他の使用分野は、プラズマ処理としてプラズマ殺菌を実施することにある。

同様に、プラズマ処理として工作物の表面活性処理を実施することが考えられる。

プラズマの点火に対するコストを低減させるため、少なくとも１つの分岐部が少なくとも１つのマイクロ波発生器に接続されている。

プラズマチャンバーの効果的な排気は、少なくとも１つの分岐部が第１の負圧を供給するための第１次真空弁に接続されていることによって支援される。

工作物の変形を阻止するため、第１次真空弁は少なくとも一時的に工作物の内部空間とプラズマチャンバーの内部空間との双方を１つの共通の負圧供給部に接続させる。

低コストで迅速な排気を行なうには、少なくとも１つの分岐部が第１の負圧に対し相対的に低い負圧を供給するための第２次真空弁に接続されているのが有利である。

工作物の内部空間内にプラズマチャンバーよりも低い負圧を発生させるため、本発明によれば、第２次真空弁は少なくとも一時的に工作物の内部空間のみを負圧源と連結させる。

完成した工作物の変形も、少なくとも１つの分岐部が工作物の内部空間を周囲圧と連通させるための工作物脱気弁に接続されていることによって阻止される。

プラズマチャンバーを簡単に開口させるため、本発明によれば、少なくとも１つの分岐部はプラズマチャンバーの内部空間を周囲圧と連通させるためのチャンバー脱気弁に接続されている。

プラズマガスの案内は、少なくとも１つの分岐部が第１次プロセスガス弁に接続されていることによって支援される。

組成の異なるプロセスガスを時間的に順次連続的に供給するのを可能にするため、本発明によれば、少なくとも１つの分岐部はが第２次プロセスガス弁に接続されている。

プラズマ処理工程を実施している間に負圧を維持するため、少なくとも１つの分岐部はプロセス真空弁に接続されている。

プラズマチャンバーの内部空間に対する工作物の内部空間の隔絶は、少なくとも１つの分岐部がチャンバー真空弁に接続されていることによって支援される。

コンパクトな実施態様は、少なくとも１つの分岐部がプラズマステーションのチャンバー台座の領域に配置されていることによって提供される。

優れたアクセス性を支援するため、特に、少なくとも１つの分岐部が鉛直方向においてチャンバー底部の下方に配置されていることが考えられる。

非常にコンパクトな構成は、少なくとも１つの分岐部がチャンバー台座とともに１つの共通の部材を形成していることによって提供される。

同様に、複数個の弁のうち少なくとも２つの弁が１つの共通の弁ブロックの領域に配置されていることによってもコンパクトな構成に寄与する。

非常に省スペースな構成は、複数個の分岐部のうち少なくとも１つの分岐部が弁ブロックの領域に配置されていることによって達成できる。

特に、簡単な組み立てと簡単な保守作業の実施とを支援するため、少なくとも２つの弁と少なくとも１つの分岐部とを備えた弁ブロックが鉛直方向においてチャンバー台座の下方に配置されていることが考えられる。

コンパクト性の更なる増長は、弁ブロックが少なくとも１つの分岐部とともに１つの共通の部材を形成していることによって達成できる。

種々の使用条件に適合可能な制御は、複数個の弁のうち少なくとも１つの弁が電磁制御弁として構成されていることによって提供される。

次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１はプラズマモジュール（１）を示している。プラズマモジュール（１）は回転するプラズマホイール（２）を備えている。プラズマホイール（２）の周囲に沿って多数のプラズマステーション（３）が配置されている。プラズマステーション（３）は処理対象である工作物（５）を受容するためのキャビティまたはプラズマチャンバー（１７）を備えている。

処理対象である工作物（５）は装入部（６）の領域でプラズマモジュール（１）に供給され、個別化ホイール（７）を介して受け渡しホイール（８）へ転送される。受け渡しホイール（８）は位置決め可能な担持アーム（９）を備えている。担持アーム（９）は受け渡しホイール（８）の台座（１０）に対し相対的に回動可能に配置されているので、工作物（５）相互の間隔を相対的に変化させることができる。これにより、受け渡しホイール（８）から供給ホイール（１１）への工作物（５）の受け渡しは個別化ホイール（７）に比べて工作物（５）相互の間隔を大きくして行なわれる。供給ホイール（１１）は処理対象である工作物（５）をプラズマホイール（２）へ受け渡す。処理対象である工作物（５）は処理を行なった後、排出ホイール（１２）によりプラズマホイール（２）の領域から離間し、排出経路（１３）の領域へ移送される。

図２の実施形態では、プラズマステーション（３）はそれぞれ２つのキャビティ（４）またはプラズマチャンバー（１７）を備えている。これによりそれぞれ２つの工作部（５）を同時に処理できる。基本的には、キャビティ（４）を互いに完全に切り離して構成してよく、他方共通のキャビティ空間内で一部領域のみを互いに境界づけてすべての工作物（５）の最適なコーティングを保証するようにしてもよい。この場合には、少なくとも別個にマイクロ波をカップリングすることにより個々の部分キャビティを互いに境界づけることが考えられる。

図３はプラズマホイール（２）を一部取り付けたプラズマモジュール（１）の斜視図である。プラズマステーション（３）は担持リング（１４）上に配置されている。担持リング（１４）は回転結合部の一部として形成され、機台（１５）の領域で支持されている。プラズマステーション（３）はそれぞれステーションフレーム（１６）を有し、ステーションフレーム（１６）はプラズマチャンバー（１７）を保持している。プラズマチャンバー（１７）は筒状のチャンバー壁（１８）とマイクロ波発生器（１９）とを有している。

プラズマホイール（２）の中心部には回転分配器（２０）が配置されている。回転分配器（２０）を介してプラズマステーション（３）は作動媒体とエネルギーの供給を受ける。作動媒体を分配するため、特にリング管（２１）を使用してよい。

処理対象である工作物（５）は筒状のチャンバー壁（１８）の下方に図示されている。プラズマチャンバー（１７）の下部部分は図を簡潔にするために図示していない。

図４はプラズマステーション（３）の斜視図である。図からわかるように、ステーションフレーム（１６）はガイドバー（２３）を備え、ガイドバー（２３）上には、筒状のチャンバー壁（１８）を保持するための送り台（２４）が案内されている。図４はチャンバー壁（１８）を備えた送り台（２４）を持ち上げた状態で示したものである。したがって工作物（５）は解放状態にある。

プラズマステーション（３）の上部領域にはマイクロ波発生器（１９）が配置されている。マイクロ波発生器（１９）は転向部８２５）とアダプタ（２６）とを介して連結管路（２７）に接続されている。連結管路（２７）はプラズマチャンバー（１７）に開口している。基本的にはマイクロ波発生器（１９）をチャンバーカバー（３１）の領域に直接チャンバーカバー（３１）に接続してもよいし、また間隔要素を介してチャンバーカバー（３１）に接続してもよい。後者の場合には、マイクロ発生器（１９）はチャンバーカバー（３１）に対し予め設定可能な距離で配置され、よってチャンバーカバー（３１）のより大きな周囲領域に配置される。アダプタ（２６）は移行要素の機能を有し、連結管路（２７）は同軸管として形成されている。連結管路（２７）がチャンバーカバー（３１）へ開口している領域には石英ガラス窓が配置されている。転向部（２５）は中空管として形成されている。

工作物（５）は保持要素（２８）により位置決めされる。保持要素（２８）はチャンバー底部（２９）の領域に配置されている。チャンバー底部（２９）はチャンバー台座（３０）の一部として形成されている。位置調整を容易にするため、チャンバー台座（３０）をガイドバー（２３）の領域に固定してよい。変形実施形態では、チャンバー台座（３０）は直接ステーションフレーム（１６）に固定される。このような配置構成の場合には、たとえばガイドバー（２３）を鉛直方向において２分割に形成してもよい。

図５は図３のプラズマステーション（３）の正面図であり、プラズマチャンバー（１７）が閉じている状態で示したものである。筒状のチャンバー壁（１８）を備えた送り台（２４）は図４に図示した位置に比べて降下しており、したがってチャンバー壁（１８）はチャンバー底部（２９）のほうへ移動した状態にある。この位置決め状態においてプラズマコーティングを実施することができる。

図６は図５の配置構成の鉛直断面図である。この図から特にわかるように、連結管路（２７）はチャンバーカバー（３１）に開口し、チャンバーカバー（３１）は側部に突出フランジ（３２）を有している。この突出フランジ（３２）の領域にパッキン（３３）が配置され、パッキン（３３）はチャンバー壁（１８）の内側フランジ（３４）の作用を受ける。これにより、チャンバー壁（１８）が降下した状態でチャンバーカバー（３１）に対するチャンバー壁（１８）の密封が行なわれる。チャンバーカバー（１８）の下部領域には他のパッキン（３５）が配置され、ここでもチャンバー底部（３９）に対する密封が保証されている。

図６に図示した位置でチャンバー壁（１８）がキャビティ（４）を取り囲んでいるので、キャビティ（４）の内部空間も工作物（５）の内部空間も真空にさせることができる。プロセスガスの供給を補助するため、チャンバー台座（３０）の領域に中空の長棒（３６）が配置され、長棒（３６）は工作物（５）の内部空間のなかへ移動可能である。長棒（３６）の位置決めを行なうため、長棒（３６）はガイドバー（２３）に沿って位置決め可能な長棒送り台（３７）によって保持される。長棒送り台（３７）の内部にはプロセスガス管路（３８）が延びており、プロセスガス管路（３８）は図６に図示した持ち上げ位置でチャンバー台座（３０）のガス接続部材（３９）と連通している。このような配置構成により、長棒往復代（３７）にホース状の連通要素を設けずに済む。

図７と図８は図５と図６の配置構成を、チャンバー壁（１８）を持ち上げた状態で示したものである。チャンバー壁（１８）がこの位置決め状態にあるとき、処理した工作物（５）をプラズマステーション（３）の領域から除去し、新たに処理する工作物（５）を取り付けることが難なく可能である。チャンバー壁（１８）が上方へ移動することによりプラズマチャンバー（１７）が開口状態になっている図面に図示したチャンバー壁（１８）の位置とは択一的に、構造的に変形したスリーブ状のチャンバー壁を鉛直方向において下方へ移動させることにより開口過程を行ってもよい。

図示した実施形態では、連結管路（２７）は筒状の構成であり、チャンバー壁（１８）に対し実質的に同軸に配置されている。

図９はチャンバー壁（１８）の周辺の一部を拡大して示した図６の鉛直断面図である。図から特にわかるように、チャンバー壁（１８）の内側フランジ（３４）はチャンバーカバー（３１）のフランジ（３２）とオーバーラップし、工作物（５）は保持要素（２８）により保持されている。さらに図からわかるように、長棒（３６）は保持要素（２８）の繰り抜き部（４０）を貫通するように案内されている。

密封要素（２８）の領域における工作物（５）の位置決め態様を、図１０にもう一度拡大して図示した。密封要素（２８）は、スプリングチャンバー（４２）を備えたガイドスリーブ（４１）に挿着されている。スプリングチャンバー（４２）には圧縮ばね（４３）が挿着され、圧縮ばね（４３）は密封要素（２８）の外側フランジ（４４）をガイドスリーブ（４１）に対し弾性的に固定させている。

図１０に図示した位置では、長棒（３６）に取り付けられた送りディスク（４５）が外側フランジ（４４）のほうへ案内され、保持要素（２８）をその上部終端位置へ押している。この位置で工作物（５）の内部空間はキャビティ（４）の内部空間に対し絶縁されている。長棒（３６）が降下した状態では圧縮ばね（４３）が保持要素（２８）をガイドスリーブ（４１）に対し相対的に変位させて、工作物（５）の内部空間とキャビティ（４）の内部空間とを連通させる。

図１１は保持要素（４６）を用いたプラズマチャンバー（１７）内部での工作物（５）の位置決め態様を示している。保持要素（４６）は舌片状に形成され、回動可能に支持されている２つの保持アーム（４７，４８）を有している。保持アーム（４７，４８）は回転軸（４９，５０）に対し相対的に回動可能である。保持要素（４６）による工作物（５）の自動的な固定を保証するため、保持アーム（４７，４８）はばね（５１，５２）によりそれぞれの保持位置へ押される。

保持要素（４６）はチャンバー台座（３０）の上方に配置されているので、チャンバー壁（１８）を持ち上げた後に保持要素（４６）に対する側方からのアクセスが与えられている。これにより工作物（５）を位置決め要素から保持要素（４６）へ受け渡すことができ、キャビティ縦軸線（５３）の方向へ工作物（５）を往復運動させる必要がない。

図１２は２つの工作物（５）を同時にプラズマ処理するための２つのプラズマチャンバー（１７）を備えたプラズマチャンバー（３）を示している。それぞれのプラズマチャンバー（１７）は連結管路（２７）とアダプタ（２６）と転向部（２５）とを介してそれぞれマイクロ波発生器（１９）に接続されている。基本的には、２つまたはそれ以上のプラズマチャンバー（１７）に対し１つの共通のマイクロ波発生器（１９）を使用し、発生したマイクロ波の放射を図示していない分岐部を介して分割することにより、それぞれのプラズマチャンバー（１７）内でプラズマを均等に点火するよう保証するようにしてもよい。

プラズマチャンバー（１７）には連結管路（５４）が開口している。連結管路（５４）は供給された作動媒体の量を２つの部分量に分割するための分岐部（５５）に接続されている。２つ以上のプラズマチャンバー（１７）を使用する場合には、分岐部（５５）に適当な数の出口を備えさせるか、或いは、複数の部分分岐部をカスケード状に直列に配置する。図１２に図示した配置構成では、分岐部（５５）はプラズマチャンバー（１７）のすぐ近くに配置されているが、これは連結管路（２７）を非常に短くさせる。このため、負圧の供給の際に、連結管路（２７）の比較的小さな容積を排気すればよいという利点がある。

図１３は図１２の配置構成の鉛直断面図であり、長棒送り台（３７）をも併せて図示してある。図示した位置においてプラズマチャンバー（１７）は閉じており、且つ長棒送り台（３７）はチャンバー台座（３０）のほうへ案内されているので、工作物（５）の内部空間内へのプロセスガスの流動を制御することができる。

チャンバー台座（３０）の領域には、プラズマチャンバー（１７）の内部空間をそれぞれの作動媒体供給部と位置決め管路（５７）とへ接続するためのチャンバー管路（５６）が配置されている。位置決め管路（５７）内では、長棒送り台（３７）内部のプラズマ管路（３８）と連通する連結管（５８）が長手方向へ移動可能に密封して案内されている。これにより、チャンバー台座（３０）に対する長棒送り台（３７）の位置に関係なく長棒（３６）はプロセスガス供給部に接続されるので、プロセスガス供給部内への周囲空気の侵入が阻止されている。

図１４は図１２の配置構成を極めて概略的に図示したものであり、作動媒体の供給を制御する弁（５９）をも併せて図示してある。図示した実施形態の場合、連結管路（５４）が回路技術的配置構成になっているので３つの分岐部（５５-１，５５-２，５５-３）が設けられている。石英ガラス窓（６８）も設けられていることがわかる。石英ガラス窓（６８）はプラズマチャンバー（１７）の内部空間を連結管路（２７）の内部空間に対して密封するとともに、マイクロ波放射線の貫通をも可能にする。

本実施形態では、第１の負圧段を供給するための第１次真空弁（６０）と、第１の負圧段に対し低い負圧を供給するための第２次真空弁（６１）とが設けられている。さらに、プロセスガスの供給に同期して真空を維持するため、プロセス真空弁（６２）が設けられている。プロセス真空弁（６２）は吸引されたプロセスガスが第１次真空及び第２次真空のための供給回路内へ侵入するのを阻止する。

工作物（５）の内部空間および／またはプラズマチャンバー（１７）の内部空間に対する負圧の選択的供給または同時供給を支援するため、適当な遮断機能を実施するチャンバー真空弁（６３）が使用される。特に、それぞれの供給真空を弁（６０，６１，６２）を介してそれぞれ直接に工作物（５）の内部空間に供給し、チャンバー真空弁（６３）を介して制御しながらプラズマチャンバー（１７）の内部空間を必要に応じて接続することが考えられる。

工作物（５）の内部空間とプラズマチャンバー（１７）の内部空間とを予め設定可能に且つ互いに独立に脱気するため、工作物脱気弁（６４）とチャンバー脱気弁（６５）とが設けられている。

各種組成のプロセスガスの供給を支援するため、第１次プロセスガス弁（６６）と第２次プロセスガス弁（６７）とが設けられている。

次に代表的な処理工程をコーティング工程を例にとって説明する。コーティング工程は、まず装入ホイール（１１）を使用して工作物（５）をプラズマホイール（２）のほうへ搬送し、スリーブ状のチャンバー壁（１８）を高く変位させた状態で工作物（５）をプラズマステーション（３）に取り付ける。取付け工程の終了後、チャンバー壁（１８）をその密封位置へ降下させ、キャビティ（４）と工作物（４）の内部空間とを同時に真空にさせる。

キャビティ（４）が十分に真空になった後、長棒（３６）を工作物（５）の内部空間のなかへ挿入し、保持要素（２８）を変位させることにより工作物（５）の内部空間をキャビティ（４）の内部空間に対し隔絶させる。また、長棒（３６）を、キャビティの内部空間を真空にさせる工程の開始に同期して工作物（５）のなかへ挿入させてもよい。次に、工作物（５）の内部空間の圧力をさらに降下させる。また、長棒（３６）の位置決め運動の少なくとも一部をすでにチャンバー壁（１８）の位置決めに並行して行なってもよい。工作物（５）の内部空間が十分低圧になった後、プロセスガスを該内部空間のなかへ導入し、マイクロ波発生器（１９）を用いてプラズマを点火させる。特に、プラズマを用いて結合剤等の表面処理剤を工作物（５）の内表面にも固有のバリヤー層にも酸化珪素から析出させることを想定している。

コーティング工程の終了後、長棒（３６）を再び工作物（５）の内部空間から除去し、プラズマチャンバー（１７）と工作物（５）の内部空間とを通気させる。キャビティ（４）内部が大気圧に達した後、チャンバー壁（１８）を再び持ち上げて、コーティングした工作物（５）の取り出しと新たに処理する工作物（５）の装入とを行なう。工作物（５）を側方から位置決めするのを可能にするため、密封要素（２８）を少なくとも部分的に再びチャンバー台座（３０）のなかへ挿入する。

上述した工作物（５）の内面コーティングとは択一的に、外面コーティング、殺菌、或いは表面活性を行なってもよい。

プラズマ壁（１８）、密封要素（２８）および／または長棒（３６）の位置決めは、異なる駆動装置を使用して行なうことができる。基本的には空気圧式駆動装置および／または電気駆動装置が考えられ、特に１実施形態ではリニアモータが考えられる。特に、プラズマホイール（２）との正確な運動的整合性を補助するため、カム制御を行なってもよい。カム制御部は、たとえばプラズマホイール（２）の周囲に沿って制御カムを配置し、該制御カムに沿ってカムローラを案内させるように構成することができる。カムローラはその都度位置決めされるべき構成要素と連結されている。

分岐部（５５）に関しては、基本的には、複数個のプラズマチャンバー（１７）を共通の弁（５９）に接続させてもよい。これとは択一的に、或いはこれに加えて、分岐部を介して複数個のキャビティをプラズマチャンバー内部で共通の弁（５９）と接続させてもよい。また、これらの実施形態とは択一的に、或いはこれらの実施形態に加えて、工作物（５）の複数個の内部空間を１つの共通のプラズマチャンバー（１７）の内部で或いは１つの共通のキャビティの内部で共通の弁（５９）と接続させてもよい。

弁（５９）の操作は有利にはプログラミング可能な電子制御装置を介して行なう。まず、プラズマチャンバー（１７）を閉じた後に第１次真空弁（６０）およびチャンバー真空弁（６３）を開き、工作物（５）の内部空間とプラズマチャンバー（１７）の内部空間とを同時に排気させる。この場合圧力レベルは２０ｍｂａｒないし５０ｍｂａｒの範囲に達する。第１次真空弁（６０）を閉じた後、第２次真空弁（６１）を開き、工作物（５）の内部空間とプラズマチャンバー（１７）の内部空間とを当初同時に、より低い圧力レベルを持った負圧源に接続させる。工作物（５）を取り囲んでいるプラズマチャンバー（１７）の内部空間を十分に排気させた後、チャンバー真空弁（６３）を閉じ、工作物（５）の内部空間のみをさらに排気させる。この場合ほぼ０．１ｍｂａｒの圧力レベルが達成される。

チャンバー真空弁（６３）を閉じ、通常はすでに前もって行なわれている、工作物（５）の内部空間内での長棒（３６）の位置決めを行なった後、第１次プロセスガス弁（６６）を開き、第１の組成のプロセスガスを供給する。長棒（３６）にプロセスガスを供給するため、たとえば図６に図示したようなガス接続部材（３９）をチャンバー台座（３０）の領域に設けて、穴状の繰り抜き部内で管状の連結要素を縦方向に可動に案内させることが考えられる。密封は動的リングパッキンを介して行なうことができる。前記管状の連結要素は長棒スリット（３７）により担持され、該長棒スリット（３７）内部でのプラズマガス管路（３８）への連通部を形成する。前記穴状の繰り抜き部内で管状の連結要素を適当に変位させることにより、長棒スリット（３７）がどの位置にあってもプロセスガスが分布した状態の連通が保証されている。

十分にプロセスガスが供給された後、マイクロ波発生器（１９）が工作物（５）の内部空間内のプラズマを点火させる。予め設定可能な時点で第１次プロセスガス弁（６６）を閉じるとともに第２次プロセスガス弁（６７）を開いて、第２の組成のプロセスガスを供給する。プロセスガス弁（６６，６７）の開弁に並行して少なくとも一時的にプロセス真空弁（６２）をも開いて、十分に低い負圧を工作物（５）の内部空間内で維持する。この場合圧力レベルがほぼ０．３ｍｂａｒであるのが合目的であることが判明した。

プラズマコーティングの終了後、まず工作物脱気弁（６４）を開き、工作物（５）の内部空間を周囲圧に接続させる。工作物脱気弁（６４）の開弁後、予め設定可能な時間的遅延を伴ってチャンバー脱気弁（６５）をも開弁させて、プラズマチャンバー（１７）の内部空間を再び完全に周囲圧へ高める。プラズマチャンバー（１７）の内部が少なくともほぼ周囲圧に達した後プラズマチャンバー（１７）を開き、コーティングした工作物（５）を取り出し、コーティングすべき新たな工作物（５）に交換する。

工作物（５）の内部にプラズマ処理の残滓物が存在する場合には、これを除去するため、工作物（５）をプラズマチャンバー（１７）から取り出す前に圧縮空気を工作物（５）の内部に挿入して不純物を取り除くことが可能である。圧縮空気の排気はプラズマステーション（３）の周囲へ行なうか（特に、同時に圧力付勢のために負圧接続部の１つを作動させて不純物の所定吸引を行なうことも考えられる）、或いは、付加的な負圧付勢だけでクリーニング工程を実施し、クリーニング工程を周囲空気の流動により行なってもよい。

圧縮空気を供給する場合、特に長棒（３６）を通じての供給が考えられる。これにより、洗浄空気を工作物（５）の内部空間の領域であって工作物（５）の開口部とは逆の側にある前記領域へ挿入できるからである。これによって工作物（５）の開口部方向への洗浄空気の流動が支援され、効果的なクリーニング工程が行なわれる。

供給ホイールおよび排出ホイールと連結されている回転するプラズマホイール上に配置された多数のプラズマチャンバーの基本的な配置構成図である。 プラズマステーションがそれぞれ２つのプラズマチャンバーを備えている配置構成を図示した図１と同様の図である。 多数のプラズマチャンバーを備えたプラズマホイールの斜視図である。 １つのキャビティを備えた１つのプラズマステーションの斜視図である。 プラズマチャンバーが閉じた状態の図４の装置の正面図である。 図５の線ＶＩ−ＶＩによる横断面図である。 プラズマチャンバーが開口している状態の、図５に対応する図である。 図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩによる鉛直断面図である。 コーティングされる容器をも併せて示した図６のプラズマチャンバーの拡大図である。 プラズマチャンバーで工作物を保持するための接続要素の拡大図である。 舌片状の保持要素を使用してプラズマチャンバー下方でボトル状の工作物を位置決めする態様の概略図である。 管路状の分岐部を介して１つの共通の作動媒体供給部に接続されている２つりプラズマチャンバーを備えたプラズマステーションの鉛直断面図である。 図１２の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩによる鉛直断面図である。 分岐した接続管路を備えたチャンバー台座と多数の弁との接続部の概略図である。

Claims (51)

1. 中空体状の工作物をプラズマステーション（３）の少なくとも部分的に排気可能なプラズ
   マチャンバー（１７）のなかへ挿入し、プラズマチャンバー（１７）の内部で前記工作物
   （５）を保持要素（２８）により位置決めしてその内部空間をコーティングするようにし
   た、前記工作物をプラズマ処理するための方法において、
   回転するプラズマホイール（２）によって担持されているプラズマステーション（３）の１つのチャンバー台座（３０）上に載置された少なくとも２つのプラズマチャンバー（１７）内の個々の前記工作物（５）の内部空間に、コーティングに必要な少なくとも１つのプロセスガスを同時に供給するため、プロセスガスの流動を、少なくとも１つの第１の分岐部（５５-１）を介して少なくとも２つの部分流に分岐させるとともに、チャンバー台座（３０）内部に設けた少なくとも１つの第２の分岐部（５５-２，５５-３）を介して、前記工作物（５）の内部空間および前記工作物（５）を取り囲むプラズマチャンバー（１７）の内部空間に第１の負圧を提供する工程と、前記工作物（５）の内部空間に第１の負圧よりも相対的に低いほぼ０．１ｍｂａｒまたはほぼ０．３ｍｂａｒの第２の負圧を提供する工程とを、前記少なくとも１つの第２の分岐部（５５-２，５５-３）に接続可能な第１次および第２次の真空弁（６０，６１）を切換え制御することにより行うことを特徴とする方法。
2. 分岐（５５）を鉛直方向において行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 分岐（５５）を水平方向において行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. プラズマチャンバー（１７）の内部空間（４）の排気をチャンバー底部（２９）を通じて行なうことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
5. チャンバー底部（２９）を通じてプロセスガスを供給することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
6. プロセスガスを長棒（３６）を通じて前記工作物（５）の内部空間のなかへ供給することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
7. 少なくとも１つのプロセスガスを少なくとも１つの前記第１の分岐部（５５-１）により少なくとも２つの長棒（３６）内へ誘導することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
8. 前記第１の分岐部（５５-１）および第２の分岐部（５５-２，５５-３）により通気の供給を分岐させることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
9. チャンバーカバー（３１）の領域でマイクロ波発生器（１９）により発生させたマイクロ波をプラズマチャンバー（１７）の内部空間（４）内へ導入することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
10. 熱可塑性プラスチックから成る前記工作物（５）を処理することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
11. 前記工作物（５）として容器を処理することを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一つに記載の方法。
12. 前記工作物（５）として飲料物のボトルを処理することを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一つに記載の方法。
13. 少なくとも１つのプラズマステーション（３）を回転するプラズマホイール（２）により供給位置から排出位置へ移送することを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一つに記載の方法。
14. マイクロ波の供給を分岐させることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一つに記載の方法。
15. 前記コーティングとしてプラズマコーティングを実施することを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一つに記載の方法。
16. プラズマ重合処理を実施することを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか一つに記載の方法。
17. プラズマにより少なくとも部分的に有機物質を析出させることを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか一つに記載の方法。
18. １つの共通のプラズマチャンバー（１７）で少なくとも２つの前記工作物（５）を同時に処理することを特徴とする、請求項１から１７までのいずれか一つに記載の方法。
19. プラズマ処理としてプラズマ殺菌を実施することを特徴とする、請求項１から１８までのいずれか一つに記載の方法。
20. プラズマ処理として前記工作物（５）の内部空間（４）で該工作物の内面の表面活性処理を実施することを特徴とする、請求項１から１９までのいずれか一つに記載の方法。
21. プラズマステーション（３）と、該プラズマステーション（３）に設けられる、中空体状の工作物を受容するための少なくとも１つの排気可能なプラズマチャンバー（１７）とを有し、該プラズマチャンバー（１７）がチャンバー底部（２９）とチャンバーカバー（３１）と側部のチャンバー壁（１８）とによって画成され、且つ前記工作物（５）を位置決めするための少なくとも１つの保持要素（２８）を有している、前記工作物（５）の内部空間をプラズマ処理するための装置において、
    回転するプラズマホイール（２）によって担持されているプラズマステーション（３）が、少なくとも２つのプラズマチャンバー（１７）を載置するための１つのチャンバー台座（３０）を有し、コーティングに必要な少なくとも１つのプロセスガスを供給するプロセスガス供給源と前記工作物（５）の内部空間とに接続可能な少なくとも１つの第１の分岐部（５５-１）と、負圧源と前記工作物（５）の内部空間および前記工作物（５）を取り囲むプラズマチャンバー（１７）の内部空間とに接続可能であるようにチャンバー台座（３０）内部に配置される少なくとも１つの第２の分岐部（５５-２，５５-３）とが設けられ、第２の分岐部（５５-２，５５-３）は、前記工作物（５）の内部空間および前記工作物（５）を取り囲むプラズマチャンバー（１７）の内部空間に第１の負圧を提供するための第１次真空弁（６０）と、第１の負圧に対し相対的に低いほぼ０．１ｍｂａｒまたはほぼ０．３ｍｂａｒの第２の負圧を前記工作物（５）の内部空間に提供するための第２次真空弁（６１）とに切換え接続可能であることを特徴とする装置。
22. 第１の分岐部（５５-１）または第２の分岐部（５５-２，５５-３）がプロセスガスまたは負圧を鉛直方向に分岐させることを特徴とする、請求項２１に記載の装置。
23. 第１の分岐部（５５-１）または第２の分岐部（５５-２，５５-３）がプロセスガスまたは負圧を水平方向に分岐させることを特徴とする、請求項２１に記載の装置。
24. プラズマチャンバー（１７）を排気するため、チャンバー台座（３０）内に、負圧源に接続されている少なくとも１つの真空管路が配置されていることを特徴とする、請求項２１から２３までのいずれか一つに記載の装置。
25. チャンバー台座（３０）内に、プロセスガスを供給するための少なくとも１つの管路が配置されていることを特徴とする、請求項２１から２４までのいずれか一つに記載の装置。
26. プロセスガスを前記工作物（５）の内部空間内へ供給するため、長棒（３６）がチャンバー底部（２９）に対し相対的に位置決め可能に配置されていることを特徴とする、請求項２１から２５までのいずれか一つに記載の装置。
27. 少なくとも１つの第２の分岐部（５５-２，５５-３）が少なくとも２つのプラズマチャンバー（１７）の内部空間に直接に接続されていることを特徴とする、請求項２１から２６までのいずれか一つに記載の装置。
28. 少なくとも１つの第１の分岐部（５５-１）が少なくとも２つの前記工作物（５）の内部空間を連通させるための連結管路（５４）に接続されていることを特徴とする、請求項２１から２７までのいずれか一つに記載の装置。
29. 少なくとも１つの第１の分岐部（５５-１）が少なくとも２つの長棒（３６）に接続されていることを特徴とする、請求項２６に記載の装置。
30. 少なくとも１つの第１および第２の分岐部（５５-２，５５-３）が少なくとも１つの通気供給部に接続されていることを特徴とする、請求項２１から２９までのいずれか一つに記載の装置。
31. チャンバーカバー（３１）の領域にマイクロ波発生器（１９）が配置されていることを特徴とする、請求項２１から３０までのいずれか一つに記載の装置。
32. 前記工作物（５）をコーティングするため、プラズマステーション（３）が熱可塑性プラスチックから形成されていることを特徴とする、請求項２１から３１までのいずれか一つに記載の装置。
33. プラズマステーション（３）が容器状の前記工作物（５）をコーティングするために構成されていることを特徴とする、請求項２１から３２までのいずれか一つに記載の装置。
34. プラズマステーション（３）が飲料物のボトルの形態の前記工作物（５）をコーティングするために構成されていることを特徴とする、請求項２１から３３までのいずれか一つに記載の装置。
35. 少なくとも２つのプラズマチャンバー（１７）を提供するために設けられるチャンバー壁（１８）が位置決め可能に配置されていることを特徴とする、請求項２１から３４までのいずれか一つに記載の装置。
36. マイクロ波発生器（１９）から発生したマイクロ波を分岐させることを特徴とする、請求項３１に記載の装置。
37. 第１次真空弁（６０）が少なくとも一時的に前記工作物（５）の内部空間とプラズマチャンバー（１７）の内部空間との双方を１つの共通の負圧供給部に接続させることを特徴とする、請求項２１から３６までのいずれか一つに記載の装置。
38. 第２次真空弁（６１）が少なくとも一時的に前記工作物（５）の内部空間のみを負圧源と連結させることを特徴とする、請求項２１から３７までのいずれか一つに記載の装置。
39. 少なくとも１つの第１の分岐部（５５-１）が前記工作物（５）の内部空間を周囲圧と連通させるための工作物脱気弁（６４）に接続されていることを特徴とする、請求項２１から３８までのいずれか一つに記載の装置。
40. 少なくとも１つの第２の分岐部（５５-２，５５-３）がプラズマチャンバー（１７）の内部空間を周囲圧と連通させるためのチャンバー脱気弁（６１）に接続されていることを特徴とする、請求項２１から３９までのいずれか一つに記載の装置。
41. 少なくとも１つの第１の分岐部（５５-１）が第１次プロセスガス弁（６６）に接続されていることを特徴とする、請求項２１から４０までのいずれか一つに記載の装置。
42. 少なくとも１つの第１の分岐部（５５-１）が第２次プロセスガス弁（６７）に接続されていることを特徴とする、請求項２１から４１までのいずれか一つに記載の装置。
43. 少なくとも１つの第２の分岐部（５５-２，５５-３）がプロセス真空弁（６２）に接続されていることを特徴とする、請求項２１から４２までのいずれか一つに記載の装置。
44. 少なくとも１つの第２の分岐部（５５-２，５５-３）がチャンバー真空弁（６３）に接続されていることを特徴とする、請求項２１から４３までのいずれか一つに記載の装置。
45. 少なくとも１つの第１および第２の分岐部（５５-２，５５-３）が鉛直方向においてチャンバー底部（２９）の下方に配置されていることを特徴とする、請求項２１から４４までのいずれか一つに記載の装置。
46. 少なくとも１つの第２の分岐部（５５-２，５５-３）がチャンバー台座（３０）とともに１つの共通の部材を形成していることを特徴とする、請求項２１から４５までのいずれか一つに記載の装置。
47. 複数個の前記弁のうち少なくとも２つの弁（５９）が１つの共通の弁ブロックの領域に配置されていることを特徴とする、請求項２１から４６までのいずれか一つに記載の装置。
48. 第１の分岐部が弁ブロックの領域に配置されていることを特徴とする、請求項４７に記載の装置。
49. 前記少なくとも２つの弁（５９）と第１の分岐部（５５-１）とを備えた弁ブロックが鉛直方向においてチャンバー台座（３０）の下方に配置されていることを特徴とする、請求項４７または４８に記載の装置。
50. 弁ブロックが第１の分岐部（５５-１）とともに１つの共通の部材を形成していることを特徴とする、請求項４７から４９までのいずれか一つに記載の装置。
51. 前記少なくとも２つの弁（５９）のうち少なくとも１つの弁が電磁制御弁として構成されていることを特徴とする、請求項４７から５０までのいずれか一つに記載の装置。

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