Brevet FR2871813A1 — publié le 20051223

DISPOSITIF DE DEPOT, PAR PLASMA MICRO-ONDES, D'UN REVETEMENT SUR UNE FACE D'UN RECIPIENT EN MATERIAU THERMOPLASTIQUE La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux dispositifs agencés pour déposer un revêtement sur une face d'au moins un récipient en matériau thermoplastique à l'aide d'un plasma à basse pression par excitation d'un gaz précurseur par des ondes électromagnétiques UHF dans une cavité sous vide de forme circulaire recevant ledit récipient, ces dispositifs comprenant un générateur d'ondes UHF et un guide d'ondes UHF pour raccorder ledit générateur à une fenêtre de la paroi latérale de la cavité, laquelle cavité renferme au moins une enveloppe transparente aux ondes UHF et disposée sensiblement coaxialement à au moins un champ central engendré dans la cavité et, extérieurement à celle-ci, deux plateaux respectivement inférieur et supérieur à positionnement vertical réglable pour le réglage d'impédance du champ de retour, et des colonnes respectives de support réglable des deux plateaux inférieur et supérieur. Pour fixer les idées, il s'agit plus particulière-ment de déposer une couche barrière à l'intérieur de bouteilles ou de pots en matière thermoplastique telle que le PET afin d'en améliorer les propriétés barrière aux gaz intérieurs et aux gaz extérieurs, et éventuellement pour améliorer l'isolation du produit de remplissage desdites bouteilles ou pots vis-à-vis de l'extérieur. Un exemple de dispositif permettant d'effectuer un tel dépôt est décrit et représenté dans le document FR 2 792 854 pour ce qui concerne le traitement de récipients un à un et dans le document FR 2 847 912 pour 2 2871813 ce qui concerne le traitement de récipients simultanément deux par deux. Dans ces dispositifs connus, les colonnes destinées au support des plateaux inférieur et supérieur 5 sont métalliques, notamment en aluminium. Or, il s'est avéré que la présence de ces colonnes métalliques pouvait entraîner une perturbation dans la propagation des micro-ondes et l'établissement du champ électromagnétique, avec pour conséquence un défaut possible de l'homogénéité du plasma, ce qui peut conduire finalement à un dépôt irrégulier du revêtement en surface et/ou en épaisseur. L'invention a essentiellement pour but de remédier à cet inconvénient et de proposer un agencement perfectionné du dispositif qui soit propre à mieux donner satisfaction dans la pratique courante. A cette fin, l'invention propose, dans un dispositif tel que mentionné au préambule, qu'au moins la colonne de support du plateau supérieur soit constituée en un matériau transparent aux ondes UHF mises en oeuvre pour la génération du susdit plasma. Grâce à cet agencement, la colonne de support du plateau supérieur, qui est la plus exposée dans la cavité, ne perturbe plus les micro-ondes et le champ peut s'établir de façon correcte et symétrique à l'intérieur de la cavité : il en résulte que le plasma devient homogène et que la couche est déposée régulièrement. Le fait de constituer au moins la colonne de support du plateau supérieur en ce matériau transparent aux ondes UHF améliore donc significativement la qualité de fonctionnement du dispositif. Bien que la colonne de support du plateau inférieur, plus courte, soit moins exposée dans la cavité 3 2871813 et soit donc moins perturbatrice, il est toutefois avantageux de faire en sorte qu'elle aussi soit constituée en un matériau transparent aux ondes UHF mises en oeuvre pour la génération du susdit plasma et donc que les colonnes de support des plateaux inférieur et supérieur soient simultanément constituées en un matériau transparent aux ondes UHF mises en oeuvre pour la génération du susdit plasma. Dans le cas d'un dispositif tel que décrit dans le document FR 2 847 912 dans lequel la cavité renferme deux enveloppes en quartz disposées sensiblement coaxialement à deux champs centraux générés par un couplage TM 120, deux plateaux respectivement inférieur et supérieur à positionnement vertical réglable étant propres à régler les champs de retour respectifs, on prévoit avantageusement que toutes les colonnes de support de tous les plateaux soient constituées en un matériau transparent aux ondes UHF mises en oeuvre pour la génération du susdit plasma. Dans un mode de réalisation concret, il est intéressant que le matériau transparent aux ondes UHF mises en oeuvre pour la génération du susdit plasma soit du quartz, matériau dans lequel en pratique est déjà réalisée l'enveloppe ou les enveloppes de confinement du vide. Mais il est possible d'avoir recours à d'autres matériaux tels que le polyéther-éther- kétone (PEEK), le polyéther imide (PEI), certaines céramiques à bonnes caractéristiques diélectriques, des verres très résistants et peu fusibles. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation préférés donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: 4 2871813 - la figure 1 est une vue schématique de côté, en coupe, d'un dispositif visé par l'invention pour le traitement de récipients un par un, - la figure 2 est une vue schématique de dessus selon la ligne II-II du dispositif de la figure 1, la figure 3 est une vue schématique de côté, en coupe, d'un dispositif visé par l'invention pour le traitement de récipients deux par deux, et la figure 4 est une vue schématique de dessus selon la ligne IV-IV du dispositif de la figure 3. Aux figures 1 et 2 est illustré schématiquement un dispositif agencé conformément aux dispositions du document FR 2 792 854 pour le traitement de récipients un par un et qui se présente sous forme d'un poste 1 de traitement propre à assurer le dépôt par plasma à basse pression d'un revêtement sur la face interne d'un récipient en matériau thermoplastique, tel que préférentiellement, bien que non exclusivement, une bouteille en polyéthylène téréphtalate (PET), le revêtement à former pouvant être constitué d'un matériau à base de carbone ou encore de silice. Dans une mise en oeuvre préférée, un tel poste est intégré à une machine rotative comportant une série de postes identiques, afin qu'un grand nombre de bouteilles 25 puisse être traité dans un temps donné. Succinctement, le poste 1 comporte donc une cavité 2 extérieure en matériau conducteur, notamment métallique. La cavité 2 est cylindrique d'axe A et elle est dimensionnée pour favoriser un mode particulier de couplage d'un champ électromagnétique de type micro-ondes. Un générateur 3, qui est agencé à l'extérieur de la cavité 2, est susceptible de délivrer un champ électromagnétique dans le domaine des micro-ondes, la fréquence du champ de 2871813 micro-ondes pouvant être typiquement de 2,45 GHz. Le rayonnement électromagnétique délivré par le générateur est amené jusqu'à la cavité 2 par un guide d'ondes 4 en forme de tunnel d'étendue radiale qui débouche au travers d'une fenêtre 5 rectangulaire aménagée dans la cavité, sensiblement à mi-hauteur de celleci. La forme et les dimensions du guide d'ondes 4 sont elles aussi adaptées pour permettre un couplage favorable du champ de micro-ondes dans la cavité 2. A l'intérieur de la cavité 2 est disposée une enveloppe 6 qui est coaxiale à la cavité, qui est sensiblement transparente pour les micro- ondes, et qui délimite, à l'intérieur de la cavité 2, une enceinte cylindrique 7 coaxiale à la cavité 2. En pratique l'enveloppe 6 est par exemple réalisée en quartz. L'enceinte 7 est fermée inférieurement par une paroi transversale inférieure 8 de la cavité 2, et supérieure-ment par un couvercle 9 destiné à une fermeture étanche de telle sorte que le vide puisse être établi dans l'enceinte 7. La bouteille est disposée de manière sensiblement coaxiale à la cavité 2 et à l'enceinte 7. Pour permettre l'introduction d'un récipient 10 à traiter à l'intérieur de l'enceinte 7, le couvercle 9 est amovible. Sur le couvercle 9, il est prévu des moyens 11 pour supporter le récipient 10 par son col 12, des moyens pour créer différents niveaux de vide dans l'enceinte 7, ainsi que des moyens pour injecter à l'intérieur du récipient 10 un fluide réactionnel qui contient au moins un précurseur pour le matériau que l'on souhaite déposer sur la paroi interne du récipient. Le dispositif comporte aussi des plateaux 14, 15 annulaires respectivement supérieur et inférieur d'axe A qui sont disposés dans la cavité 2, autour de l'enveloppe 6 2871813 6. Les deux plateaux 14, 15 sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre de manière à être disposés axialement de part et d'autre de la fenêtre 5 par laquelle le guide d'ondes 4 débouche dans la cavité 2. Toutefois, leurs positions axiales respectives peuvent varier en fonction de la forme du récipient 10 à traiter. Les plateaux 14, 15, qui sont réalisés en matériau conducteur de l'électricité, sont destinés à former des courts-circuits pour le champ électromagnétique formé dans la cavité 2, de manière à confiner axialement le champ pour obtenir un maximum de l'intensité au niveau de la zone effective de traitement. Les plateaux 14, 15 sont donc portés par des colonnes 16, 17 respectives coulissantes axialement qui permettent un réglage rapide et aisé de la position axiale des plateaux. En pratique une seule colonne suffit pour supporter un plateau: la colonne 16 supporte le plateau 14 supérieur et la colonne 17 supporte le plateau 15 inférieur (sur la figure 1, la colonne 17 cache la partie inférieure de la colonne 16 située en arrière). Des moyens de blocage sont avantageusement associés aux plateaux 14, pour les empêcher de tourner sur leurs colonnes 16, 17 respectives; à cet effet, on peut par exemple prévoir une colonne 18 traversant des ouvertures respectives pratiquées dans les deux plateaux. Les colonnes 16, 17 sont disposées de manière à ne pas perturber, ou ne perturber qu'au minimum la symétrie de l'agencement par rapport à l'axe de la fenêtre 5. Dans le cas d'une colonne unique par plateau (cas illustré à la figure 1), les deux colonnes 16, 17 sont situées symétriquement de part et d'autre du plan vertical de symétrie de la fenêtre 5 comme visible à la figure 2. 7 2871813 Quant à la colonne 18 de blocage en rotation des plateaux, elle est située en regard et dans l'axe de la fenêtre 5. Des informations plus complètes sur ce dispositif sont données dans le document FR 2 792 854 auquel on 5 pourra se reporter. Au surplus, toujours dans le but de perturber au minimum le champ électromagnétique et donc d'obtenir un plasma aussi homogène que possible conduisant à un dépôt aussi régulier que possible, on prévoit qu'au moins la colonne 16 supportant le plateau 14 supérieur (et qui s'étend par conséquent en partie dans le volume encadré par les plateaux dans lequel débouche le guide d'ondes 4) est, elle aussi, constituée en un matériau transparent aux ondes UHF. Toutefois de préférence, on agence de la même manière toutes les colonnes de support des plateaux, et la colonne 17 supportant le plateau 15 inférieur est, elle aussi, constituée en un matériau transparent aux ondes UHF. En pratique, on réalisera les colonnes 16, 17 dans le même matériau que l'enveloppe 6, c'est-à-dire en quartz. Bien entendu, les dispositions qui viennent d'être exposées relativement aux colonnes de support des plateaux ne sont pas exclusives du type de dispositif considéré (ici un dispositif de traitement unitaire des récipients), et elles peuvent trouver application dans des dispositifs d'autres types, tel que le dispositif de traitement de deux récipients à la fois décrit et illustré dans le document FR 2 847 912. Ce dispositif est illustré schéma- tiquement aux figures 3 et 4 des dessins annexés (la figure 3 correspondant à la figure 2 du document FR 2 847 912) sur lesquelles les mêmes références numériques qu'à a 2871813 la figure 1 ont été conservées pour désigner les organes identiques à ceux de la figure 1. Dans le dispositif des figures 3 et 4, la cavité 2 renferme deux enveloppes 61r 62 transparentes aux ondes UHF (notamment en quartz) et disposées sensiblement coaxialement à deux champs centraux générés par un couplage TM 120 conformément aux dispositions exposées de façon plus complète dans ledit document auquel on pourra se reporter. Deux plateaux 14, 15 annulaires respective- ment supérieur et inférieur, à positions réglables verticalement, entourent les deux enveloppes 61i 62 en suivant le contour intérieur de la cavité 2. Compte tenu de la dimension des plateaux, chaque plateau 14, 15 est supporté par une paire de colonnes respectivement 16a, 16b et 17a, 17b qui sont disposées symétriquement de part et d'autre de la fenêtre 5 du guide d'ondes; les grandes colonnes 16a, 16b sont les plus proches de la fenêtre 5 tandis que les petites colonnes 17a, 17b en sont les plus éloignées, les quatre colonnes étant mutuellement décalées angulairement de 90 comme visible à la figure 4. On notera que, si chaque plateau du dispositif des figures 1 et 2 est supporté par deux colonnes, les colonnes sont agencées comme il vient d'être expliqué en regard des figures 3 et 4. Dans ce contexte, toutes les colonnes 16a, 16b, 17a, 17b sont constituées en un matériau transparent aux ondes UHF. Typiquement le matériau est du quartz. D'une façon générale, d'autres matériaux que le quartz peuvent être utilisés pour constituer les colonnes de support des plateaux, notamment le polyéther-étherkétone (PEEK) et le polyéther imide (PEI), certaines céramiques ayant de bonnes caractéristiques diélectriques, 9 2871813 des verres très résistants et peu fusibles (tels que celui commercialisé sous la dénomination de PYREX). 2871813 REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) pour déposer un revêtement sur une face d'au moins un récipient (10) en matériau thermoplastique à l'aide d'un plasma à basse pression par excitation d'un gaz précurseur par des ondes électromagnétiques UHF dans une cavité (2) sous vide de forme circulaire recevant ledit récipient, ce dispositif comprenant un générateur (3) d'ondes UHF et un guide d'ondes (4) UHF pour raccorder ledit générateur à une fenêtre (5) de la paroi latérale de la cavité, laquelle cavité (2) renferme au moins une enveloppe (6) transparente aux ondes UHF et disposée sensiblement coaxialement à au moins un champ central engendré dans la cavité et, extérieurement à celle-ci, deux plateaux (14, 15) respectivement inférieur et supérieur à positionnement vertical réglable pour le réglage d'impédance du champ de retour, et des colonnes (16, 17) respectives de support réglable des deux plateaux inférieur et supérieur, caractérisé en ce qu'au moins la colonne (16) de support caractérisé en ce que les colonnes (16, 17) de support des plateaux (14, 15) inférieur et supérieur sont constituées en un matériau transparent aux ondes UHF mises en uvre pour la génération du susdit plasma. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la cavité (2) renferme deux enveloppes (61, 62) transparentes disposées sensiblement coaxialement à deux champs centraux générés par un couplage TM 120, deux plateaux (14, 15) respectivement inférieur et supérieur à (14) supérieur est constituée en un matériau aux ondes UHF mises en uvre pour la la revendication 1, du plateau transparent génération du susdit plasma. 2. Dispositif selon 11 2871813 positionnement vertical réglable étant propres à régler les champs de retour respectifs, caractérisé en ce que toutes les colonnes (16a, 16b; 17a, 17b) respectives de support des plateaux sont constituées en un matériau transparent aux ondes UHF mises en oeuvre pour la génération du susdit plasma. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau transparent aux ondes UHF mises en oeuvre pour la génération du susdit plasma est du quartz.