CN87104097A - 薄状物等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

薄状物等离子体处理装置包括固定在贯穿真空容器里的转轴上、与转轴一起旋转的滚筒形第一放电电极，薄状物被安置沿着第一放电电极的外圆周移过。处理装置还包括在真空器里与第一放电电极相对安装的第二放电电极。真空容器与连接这两个放电电极的电路是绝缘的，两个放电电极之间相互绝缘，这些绝缘零件安插在第一放电电极滚筒的圆柱体与转轴之间。

Description

本发明是关于薄状物的等离子体处理装置，具体说来，就是在处于等离子体气氛的真空容器内，把薄状物卷贴于转动的滚筒形放电电极的外表面，进行低温等离子体处理的装置。

近年来，等离子体处理作为改善薄状物（譬如塑料薄膜、布帛等）的化学、物理、力学、光学和静电性质以及表面构造的处理方法而受到重视。也就是说，通过等离子体处理，可以改善薄状物的迭合性能、摩擦特性、手感、光泽和染色牢度，以及防止发生静电、表面老化、起毛和粘合，并可使染色物的颜色鲜艳，这是人们早已熟知的（例如，参见日本特开昭57-18737号公报和特开昭60-149441号公报）。

先有的这种薄状物等离子体处理装置是把滚筒形放电电极和与它相对的棒状放电电极装在真空容器内，滚筒形放电电极固定在穿通真空容器的转轴上。并且连接上述两个放电电极的电子回路与真空容器绝缘，从而可防止两个放电电极向真空容器产生等离子体放电而消耗电力。

但在先有的装置中，由于滚筒形放电电极是直接固定在转轴上的，所以转轴也处于充电状态，棒状放电电极也向转轴发生等离子体放电，导致浪费电力。

另外，由于要处理的薄状物的幅面均较宽，薄状物等离子体处理装置通常是一个大型设备，为了使之能在工业上应用，必须具备与巨额设备费相称的处理能力。也就是说，必须通过把产生等离子体气氛的等离子体处理装置原本就很大的输入功率进一步增大，提高等离子体密度，从而增强处理能力。但在处于电阻很小的等离子体气氛的真空容器内，增大上述输入功率时，在用作放电的电子回路与真空容器之间，局部范围将产生较大的导电不均匀，而电子回路在真空容器内是相互绝缘的，因此，在局部角落（譬如穿通真空容器的转轴与靠近转轴的真空容器之间的那部分区域）将导致绝缘不良，致使真空容器内有电流通过，使真空容器的内壁发光，并产生瞬时的异常弧光放电。因此，等离子体的放电状态将变得不稳定，以致不能连续运转。

鉴于先有装置存在上述问题，本发明的目的旨在提供一种在大功率状态下可连续运转、并可防止浪费电力、能在工业上应用的薄状物等离子体处理装置。

为了达到上述目的，在本发明的薄状物等离子体处理装置中，真空容器与连接滚筒形第一放电电极和与该电极相对的第二放电电极的电子回路是绝缘的，并且在上述滚筒形第一放电电极的圆筒部分与穿通真空容器的转轴之间装有绝缘另件。

按照本发明，和先有装置一样，真空容器与电子回路是绝缘的，所以可防止等离子体向真空容器放电而引起的损耗。另外，由于转轴与圆筒部分之间装有绝缘另件，整个转轴与第一放电电极是绝缘的，所以不会发生第二放电电极对转轴的等离子体放电。

此外，因转轴与第一放电电极绝缘，并且真空容器与连接第一和第二放电电极的电子回路绝缘，所以不会发生局部角落（譬如穿通真空容器的转轴与靠近转轴的真空容器之间的那部分区域）的绝缘不良，从而不会产生异常的弧光放电。

下面，参照图纸说明本发明的实施例。

图1是本发明的第1个实施例，滚筒形的滚筒电极（第一放电电极）2和第二放电电极3平行地安装在真空容器1内，第二放电电极3由与滚筒电极2相对的多根棒状电极组成。交流电源4通过变压器5和连接上述放电电极2和3的电子回路6，把电压加在这两个放电电极2和3之间。

上述真空容器1由不锈钢制成，利用内装等离子体处理气体的气体容器7和用来使真空容器1内抽成真空的真空抽气机8使其内部保持为充有极低气压的等离子体处理气体的状态。真空容器1的两侧通过法兰盘分别与内部安装有卷出机11和卷取机13的其他真空容器1A和1B连接。A是薄状物，从卷出机11经多个导辊12从转动的滚筒电极2的外表面通过，卷到卷取机13上。也就是说，卷出机11上的薄状物A通过保持为等离子体气氛的真空容器1内的滚筒电极2的连续低温等离子体处理后，卷到卷取机13上。

在图2中，上述滚筒电极2的圆筒部分2C上设有水套（冷却通路）2a，用以流通蒸馏水或硅油等导电性差的冷却物。滚筒电极2的两个侧面2b向内弯成球面形状，通过绝缘另件14、15和接头16固定在穿过其中心的转轴17上。上述绝缘另件14是由耐候性好的玻璃衬构成的圆环，其剖面呈

字形，垫在上述接头16的轴套16a上。上述玻璃衬14是在接头16的表面涂上一层玻璃粉末经烧结而形成的。另外，上述绝缘另件15是由聚碳酸酯材料制成的圆环。30是橡胶圈，装配在滚筒电极2的两个侧面2b上的环形沟槽内，将滚筒电极2与绝缘另件14之间密封。31是橡胶圈，装配在接头16上的环形沟槽内，把接头16与转轴17之间密封。由于绝缘另件14衬在接头16上，所以接头16与绝缘另件14之间当然是密封状态。因此，滚筒电极2的内部空间2d与真空容器1的内部空间1a是隔绝的。

上述转轴17由安装在真空容器1外面的马达（图中未示出）驱动，该转轴穿通真空容器1的穿通部分17a和未穿通的一头17b分别通过轴承支座18和19的轴承18a和19a支承在真空容器1上。也就是说，穿通滚筒电极2的转轴17从该滚筒电极2的两个侧面2b穿出，两端的穿出部分通过轴承进行支承。18b利用机械密封的方式装配在上述轴承支座上，使真空容器1的内部空间1a与大气隔绝。

在上述转轴17上，有两条从右端17d通到滚筒电极2的内部空间2d的通道孔17c。如图3所示，铜管20插在通道孔17c内，铜管20的外面套着由氟化树脂制成的绝缘套管26，铜管20与通道孔17c之间留有一定的间隙17e。上述铜管20通过图2所示的软管21与水套2a接通，冷却物在铜管20的内部冷却通道2a内流通。

因此，冷却物沿着箭头P所示的方向，从图2的上面铜管20的内部冷却物通道20a经上面的软管21流入水套2a，然后经下面的软管21从下面的铜管20的内部冷却物通道20a流出。

图3的32是气体联通器，用来通过转轴17上的小孔17f和通道孔17c的间隙17e把图1的气体容器7内的等离子体处理气体供给图2的滚筒电极2的内部空间2d。如图3所示，在转轴17的右端17d，用橡胶圈33把通道孔17c与大气隔绝。即，图2的滚筒电极2的内部空间2d充有等离子体处理气体，以保持其压强比真空容器1的内部空间1a内的压强高。上述多根棒状电极3的两端3a固定在一对支持架22A和22B上。该支持架22通过绝缘子23安装在真空容器1内。

上述电子回路6的一端通过使真空容器1与电子回路6绝缘的输入接线柱6a插入真空容器1内，与棒状电极3连接;另一端通过滑动环25、铜管20和导线27等与滚筒电极2相接。也就是说，真空容器1与电子回路6是电绝缘的，并且处于接地状态。电子回路6和两个放电电极2和3处于非接地状态，与真空容器1保持严格地绝缘。

在上述结构中，本发明的真空容器1和先有的装置一样，与电子回路6是绝缘的，所以棒状电极3不会向真空容器1发生等离子体放电而消耗电力。

另外，在滚筒电极2的圆筒部分2c与转轴17之间装配有绝缘另件14和15。即，转轴17与滚筒电极2是绝缘的，棒状电极3不会向转轴17发生等离子体放电而浪费电力。

如上所述，由于转轴17与滚筒电极2绝缘，真空容器1与连接两个放电电极2和3的电子回路6绝缘，所以转轴17的穿通部分17a与靠近它的真空容器1的轴承支座18之间即狭窄角落不会发生绝缘不良的问题。因此，真空容器1的内壁不会发生异常弧光放电，从而可连续运转。另外，如上所述，由于穿通真空容器1的转轴17与滚筒电极绝缘，保持在非充电状态，所以不会发生操作者触电的事故。

此外，如上所述，由于转轴不充电，所以结构复杂的机械密封另件18b处于等离子体气氛中不会发生弧光放电。因此，可长期连续运转。

同样，轴承19a也不会发生弧光放电，所以轴承19a可安装在保持等离子体气氛的真空容器1内。于是，在真空容器1内，可通过转轴17在靠近滚筒电极2的两侧用轴承18a和19a支撑重量大的滚筒电极2，与轴承安装在真空容器1外面的情况相比，两个轴承之间的距离小，所以转轴17的直径可减小，轴承18a和19a可小型化。

然而，如下述图4所示，对于转轴17与滚筒电极2绝缘但转轴17的内部不插铜管（导体）的情况，由于不能通过转轴17从真空容器1的外面给滚筒电极2通电，所以必须把滑动环25安装在真空容器1内。与此相反，在本实施例中，由于将电子回路6与滚筒电极2连接起来的铜管（导体）20插在与图2的滚筒电极2一起转动的转轴17内，所以，尽管转轴17与滚筒电极2绝缘，但可把给转动的滚筒电极2通电的滑动环25安装在真空容器1的外面。因此，不会因滑动环25的摩损粉末而影响等离子体气氛或粉末产生弧光放电的问题，从而等离子体处理装置可良好地连续运转。

另外，为了有效地进行等离子体处理，必须防止因功率大而引起滚筒电极2和铜管20发热。在本实施例中，冷却物的冷却通路即水套2a与铜管20是连通的，因此不必为了冷却铜管20即电子回路6中插入转轴17的部分而另外设置冷却套管，利用铜管20作导线可有效地冷却发热的铜管20。另外，由于转轴17是由磁导率和体电阻率小的不锈钢制成的，所以在流过铜管20的电流的电磁感应作用下产生的热量很少。

在本实施例中，作为冷却物的往、返通路设置了两条铜管20，但也可设置三条以上或一条。设置一条铜管20时，可把铜管20的内、外分别作为冷却通路的往、返通路。

另外，在本实施例中，用橡胶圈30和31将滚筒电极2的内部空间2d与真空容器1的内部空间1a隔绝。上述滚筒电极2的内部空间2d通过气体联通器32使其内部的压强比真空容器1的内部空间1a高。因此，内部空间1a的等离子体气体不会进入内部空间2d并在此内部空间2d内引起等离子体放电，保证等离子体放电很稳定。另外，将等离子体处理气体从气体容器7（参见图1）导入内部空间2d时，通过从内部空间2d向内部空间1a泄漏气体，可防止真空容器1内的等离子体处理气体的纯度降低。

另外，也可通过转轴17上的小孔17f（见图3）将内部空间2d与大气连通。这时，内部空间2d被大气充满，成为非等离子体气氛，使内部空间2d内的局部发光减弱，从而保证等离子体放电稳定。

处在等离子体气氛中的绝缘另件14（见图2）是耐候性良好的玻璃衬，不会因低温等离子体处理或弧光放电而变质。因此，绝缘另件14本身不会被腐蚀或在真空容器1内产生不纯气体。除用玻璃衬作绝缘另件14外，也可单独或组合使用陶瓷、优质陶瓷、以及耐热、耐紫外线和耐电子射线的塑料。

图4是本发明的第二个实施例。

在本实施例中，滚筒电极2的圆筒部分2c通过中央开孔的平板状绝缘另件40固定在转轴17上。如图5所示，绝缘另件41用螺钉42固定在滚筒电极2的侧面2e，绝缘帽43嵌入上述绝缘另件41的埋头孔41a内，上述侧面2e被绝缘另件41复盖着。上述绝缘另件40和41由聚碳酸酯树脂或陶瓷等材料制成。上述滚筒电极2的内部空间2d依靠绝缘另件40、橡胶圈30和31等与真空容器1的内部空间1a及大气完全隔绝。

在图4中，转轴17上设有插孔17g，导管17h插在该插孔17g内，导管17h的内部和外部分别作为冷却物流通的往、复冷却通道44和45。46是用橡胶等绝缘材料制成的连通管（套管材料），用来将上述冷却通道44、45与水套2a连通。

另外，如图6所示，与上述滚筒电极2（第一放电电极）相对的多根棒状电极3₁、3₂、…、3_n的两端3a焊接在一对具有导电性的支持架22A和22B上，该支持架22A和22B通过绝缘子23安装在真空容器1内。上述多根棒状电极3₁、3₂、…、3_n和支持架22A、22B构成笼型放电电极3（第二放电电极）。该笼型电极3上的多根棒状电极3₁、3₂、…、3_n基本上等间距地固定在一对支持架22A和22B上，该支持架22A和22B依靠支持托座56A和56B通过上述绝缘子23安装在真空容器1内。上述棒状电极3₁、3₂、…、3_n的间距最好是等间距，但由于加工费昂贵等原因，实用上可允许多根棒状电极3₁～3_n中至少不到50%的棒状电极的间距误差小于棒状电极3₁～3_n的平均外径的3倍，最好能小于1.3倍。

考虑到加工、安装和维修的方便，当然也可把将棒状电极3₁、3₂、…、3_n排列在假想圆柱面上进行固定的上述支持架22A和22B沿圆周方向分成两部分或更多部分。

57A和57B分别是冷却物的入口和出口。也就是说，图例表示冷却物可将整个笼型电极3进行冷却，在棒状电极3₁、3₂、…、3_n的内部设有通过冷却物的冷却通路，同时在支持架22A和22B

上设有向该棒状电极3₁、3₂、…、3_n提供冷却物和排出冷却物的冷却物通道。另外，冷却物的入口和出口57A和57B的结构如图7为代表所示的出口57B那样，通过由长度大于30毫米的陶瓷绝缘材料制成的连通管58，与穿通真空容器1并固定在其上的冷却物的供给管和排出管59接通，由于中间装有绝缘性的连通管58，所以，与不装配上述连通管58的情况相比，可大大减少在上述供给管和排出管59的周围发生局部发光和瞬时的异常弧光放电。

图8和图9是具有冷却手段的笼型电极3的详细结构，图8是该笼型电极的正投影图，图9是它的侧视图。在本例中，设在支持架22A端的冷却物通道22PA是各棒状电极3₁～3_n的冷却物通道3P₁～3P_n公共入口端的冷却通路，设在支持架22B端的冷却物通道22PB是各棒状电极3₁～3_n的冷却物通道3P₁～3P_n公共出口端的冷却通路。

在第二个实施例中，图4的滑动环25安装在真空容器1内，该滑动环25通过导线47与滚筒电极2的侧面2e的一部分连接。其结构与图2的第一个实施例相同，相同部分或相当的部分标以相同的符号，详细说明省略。

按照图4～图9的第二个实施例，滚筒电极2的侧面2e被绝缘另件41复盖，可防止棒状电极3向上述侧面2e产生不必要的等离子体放电，并由此还可防止滚筒电极2的两个侧面2e附近的温度升高，从而可使薄状物全面地、均匀地进行等离子体处理。

另外，水套2a通过由绝缘材料制成的连通管46与冷却物通道44和45连通，滚筒电极2到转轴17仅在冷却物流过时才通电流，所以可使转轴17与滚筒电极2保持很严格地绝缘。

滚筒电极2是在大气中进行装配的，所以密封的滚筒电极2的内部空间2d内充满了大气，是非等离子体气氛，所以内部空间2d内的局部发光减弱，保证等离子体放电稳定。

依靠支持架22A和22B将多根棒状电极3₁～3_n装配成笼型结构的电极3是安装在真空容器1内的，所以与棒状电极3₁～3_n穿通真空容器1的伸出端支承在外部基座上的一般结构相比，棒状电极3₁～3_n省去了穿通真空容器1的机构，所以不存在该穿通处的局部发光和瞬时的异常弧光放电而引起放电不稳定的问题，从而可在大功率条件下连续运转。

另外，多根棒状电极3₁～3_n是在两端支持的，与在上述伸出端支持的一般结构相比，棒状电极3₁～3_n上产生的应力很小，所以可使棒状电极3₁～3_n的直径做得很小，从而可降低成本。正因为棒状电极3₁～3_n的直径很小，所以可缩小间距并大量增加棒状电极3₁～3_n的数量，从而大大增加棒状电极3₁～3_n的输入功率。

棒状电极3₁～3_n的两端固定在支持架22A和22B上，它们的位置经长期使用也不发生变化，所以产品的质量稳定。

另外，上述笼型结构的放电电极3依靠冷却物来冷却构成该放电电极3的棒状电极3₁～3_n，所以该棒状电极3₁～3_n的表面温度恒定、均匀，不会出现局部温度升高的现象。也就是说，不会使被处理的薄状物A因异常加热而导致物品变质，所以可长时间稳定地进行低温等离子体处理。

图10是本发明的第三个实施例，是具有冷却手段的笼型电极3的变形，本图是与图9对应的支持架22A与各棒状电极3₁～3_n焊接处的部分放大剖面图。在本实施例中，棒状电极3₁～3_n的冷却物通道3P₁～3P_n上具有节流孔60，适当选择该节流孔60的内径，可使从支持架22A送至各棒状电极3₁～3_n的冷却物很均匀地分配给各棒状电极3₁～3_n。在本例中，上述节流孔60是由设在支持架22A上的小孔构成的。

图11和图12是本发明的第四个实施例，是具有冷却手段的笼型电极3的另一种变形，图11是笼型电极3的正投影图，图12是它的侧视图。在本实施例中，利用隔板61将支持架22A和22B之冷却物通路22PA、22PB进行分隔，使各棒状电极3₁～3_n的冷却物通道3P₁、3P₂、…3P_n顺序形成串联的结构。

另外，图2的第一个实施例也可像图13所示的第五个实施例那样，用绝缘另件41将滚筒电极2的侧面2e复盖起来。并且图2的棒状电极3也可采用图6～图12所示的冷却结构。

图14是另一个应用本发明的薄状物等离子体处理装置。图中，9和10是预备真空室，在薄状物A的移动方向设有多个密封的导辊（图中未示出）和密封室（图中未示出），密封室被抽成真空，其内部压强逐渐降低，保证真空容器1内为指定的压强。

另外，虽然未用图画出，但本发明也可应用于将图1的卷出机11和卷取机13与两个电极2和3都安装在真空容器1内的情况。

如上所述，按照本发明，即可防止功率大的薄状物等离子体处理装置浪费电力，又可防止异常弧光放电，所以上述处理装置具有可在工业上采用的处理能力，并可连续运转。

图1是本发明的第一个实施例的简略结构图，图2是图1的侧剖面图，图3是转轴右端的侧剖面图;图4是第二个实施例的侧剖面图，图5是将图4的滚筒电极的侧面进行复盖的绝缘另件的装配剖面图，图6是图4的第二放电电极的斜视图，图7是图6的第二放电电极的冷却物入、出口侧视图，图8和图9分别是图6的放电电极的冷却结构的正投影图和侧视图;图10是第三个实施例的主要部分的侧剖面图;图11和图12分别是第四个实施例的正投影图和侧视图;图13是将图2的滚筒电极的侧面用绝缘另件复盖起来的第五个实施例的侧剖面图;图14是另一个应用本发明的薄状物等离子体处理装置的简要结构图。

1……真空容器，1a……内部空间，

2……第一放电电极（滚筒电极），

2a……冷却通路（水套），2b……侧壁部分，

2c……圆筒部分，2d……内部空间，

2e……侧面部分，3……第二放电电极，

3₁～3_n……棒状电极，7……气体源（气体容器）

14、15、40……绝缘另件，17……转轴，

17a、17b……突出部分（穿通部分，左端），

20……导体，22A、22B……支持架，

23……绝缘另件，41……绝缘另件，

44、45……冷却通道，46……连通管，A……薄状物。

Claims (13)

1、薄状物等离子体处理装置的特征是：滚筒形第一放电电极和与第一放电电极相对的第二放电电极安装在真空容器内，滚筒形第一放电电极固定在穿通真空容器的转轴上，与转轴一起转动，薄状物在其外面移动，上述真空容器与连接上述两个放电电极的电子回路是电绝缘的，在上述第一放电电极的圆筒部分与上述转轴之间装有使二者保证电绝缘的绝缘另件。

2、按权利要求1所述的薄状物等离子体处理装置，其特征是上述电子回路与第一放电电极相连接的导体插在上述转轴之内。

3、按权利要求2所述的薄状物等离子体处理装置，其特征是上述第一放电电极具有通过冷却物的冷却通道，该冷却通道与冷却插入上述转轴内的上述导体的冷却物的冷却通道串联连通。

4、按权利要求1所述的薄状物等离子体处理装置，其特征是上述第一放电电极具有通过冷却物的冷却通道，该冷却通道通过由绝缘材料制成的连通管与转轴内部的冷却通道接通。

5、按权利要求1所述的薄状物等离子体处理装置，其特征是上述第一放电电极的内部空间与内装等离子体气体的气体源接通，保持其内部压强比上述真空容器的内部空间的压强高。

6、按权利要求1所述的薄状物等离子体处理装置，其特征是上述第一放电电极的内部空间与大气相通。

7、按权利要求1所述的薄状物等离子体处理装置，其特征是上述第一放电电极的内部空间是密封的。

8、按权利要求1所述的薄状物等离子体处理装置，其特征是上述第一放电电极的侧面是用绝缘另件复盖起来的。

9、按权利要求1所述的薄状物等离子体处理装置，其特征是构成上述第二放电电极的多根棒状电极相互平行地排列在包围第一滚筒形电极的假想圆柱面上，各棒状电极的两端固定在支持架上，构成笼型结构，并通过绝缘另件安装在真空容器内。

10、按权利要求9所述的薄状物等离子体处理装置，其特征是构成笼型结构的棒状电极的内部具有通过冷却物的冷却物通道，支持架把上述各棒状电极的冷却物通道的各个入口和出口分别连成并联的冷却通路。

11、按权利要求9所述的薄状物等离子体处理装置，其特征是构成笼型结构的棒状电极的内部具有通过冷却物的冷却物通道，支持架把上述各棒状电极的冷却物通道连成串联的冷却通路。

12、按权利要求10或11所述的薄状物等离子体处理装置，其特征是与各棒状电极的冷却物通道连通的冷却物的入口和出口设在支持架上。

13、按权利要求12所述的薄状物等离子体处理装置，其特征是上述入口和出口通过由绝缘材料制成的连通管与穿通真空容器的供液管和排液管接通。

Images