Brevet FR2907531A1 — publié le 20080425

Dispositif à double étanchéité pour une machine de traitement de récipients par plasma L'invention concerne le traitement des récipients, consistant au moyen d'un plasma à revêtir leur paroi interne d'une couche d'un matériau à effet barrière. A cet effet, on utilise classiquement une machine comprenant un générateur d'ondes électromagnétiques, une cavité reliée au générateur et réalisée dans un matériau conducteur (généralement métallique), et une enceinte disposée dans la cavité et réalisée dans un matériau (généralement du quartz) transparent aux ondes électromagnétiques en provenance du générateur. Après introduction du récipient (généralement réalisé dans un matériau polymère thermoplastique tel que PET) dans l'enceinte, on les dépressurise tous les deux pour obtenir, d'une part, dans le récipient, un vide poussé (de quelques pbars û rappelons que 1 pbar = 10-6 bar) nécessaire à l'établissement du plasma et, d'autre part, dans l'enceinte à l'extérieur du récipient, un vide moyen (de l'ordre de 30 mbar à 100 mbar) pour éviter que le récipient ne se contracte sous l'effet de la différence de pression de part et d'autre de sa paroi. Un gaz précurseur (tel que de l'acétylène, C2H2) est ensuite introduit dans le récipient, ce précurseur étant activé par bombardement électromagnétique (il s'agit généralement de micro-ondes UHF à 2,45 GHz, de faible puissance) pour le faire passer à l'état de plasma froid et ainsi générer des espèces incluant du carbone hydrogéné (comprenant CH, CH2, CH3), lequel se dépose en couche mince (dont l'épaisseur est classiquement comprise entre 50 et 200 nm selon les cas û rappelons que 1 nm = 10-9 m) sur la paroi interne du récipient. Il est essentiel, au cours du traitement, d'éviter toute communication entre l'intérieur et l'extérieur du récipient. A défaut, la surpression régnant à l'extérieur du récipient entraînerait l'injection d'air dans celui-ci et une oxydation des espèces générées par le plasma, au détriment de la qualité de la couche barrière déposée. C'est pourquoi les machines de traitement connues sont équipées de dispositifs d'étanchéité comprenant un joint annulaire contre lequel vient s'appliquer l'ouverture (également appelée buvant) du récipient 2907531 2 lors de son introduction dans la machine. A titre d'illustration, on pourra se référer à la demande de brevet français FR 2 872 148 (Sidel) ou à la demande internationale équivalente WO 2006/000539, ou encore au brevet américain US 5 849 366. 5 Cette technique est perfectible. En effet, des fuites ont été constatées au niveau du joint d'étanchéité. Ces fuites sont dues au dépôt progressif, sur le joint, d'espèces carbonées générées par le plasma. Au cours du temps, ce dépôt forme à la surface du joint un film qui diminue la flexibilité de celui-ci, des jours apparaissant à l'interface 10 entre le joint et le buvant du récipient. Afin d'éviter que de telles fuites ne se produisent, la solution qui a cours actuellement est le nettoyage ou le remplacement du joint, ce qui implique une immobilisation de la machine pendant la durée de l'intervention. L'invention vise à perfectionner l'étanchéité des machines de 15 traitement des récipients. A cet effet, l'invention propose un dispositif d'étanchéité pour une machine de traitement de récipients par plasma, qui comprend au moins une première et une deuxième surfaces annulaires d'étanchéité, propres à coopérer respectivement avec une première et une deuxième 20 zones annulaires distinctes d'un col de récipient. Ce dispositif procure sur le récipient une double étanchéité qui permet de réduire la fréquence de dépollution ou de remplacement du joint pollué, au bénéfice de la productivité. Suivant un mode de réalisation, la première surface est propre à 25 coopérer avec un buvant du récipient. La deuxième surface est par exemple propre à coopérer avec une collerette du récipient. Les surfaces d'étanchéité peuvent être portées par au moins un joint d'étanchéité, et par exemple par deux joints d'étanchéité distincts. Suivant un mode de réalisation, le dispositif comprend une douille, 30 propre à recevoir le col du récipient et formant une armature pour le ou chaque joint d'étanchéité. Cette douille comprend par exemple un corps cylindrique prolongé par une jupe tubulaire. Un premier joint d'étanchéité peut être emboîté dans un lamage formé dans la douille à la jonction entre le corps et la jupe, tandis qu'un second joint 35 d'étanchéité est par exemple monté sur la jupe. Suivant un mode de réalisation, un évent met en communication un espace interne délimité par la jupe, avec l'extérieur de la douille. 2907531 3 L'invention propose également une machine de traitement de récipients par plasma, qui comprend un dispositif d'étanchéité tel que décrit ci-dessus. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la 5 lumière de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue d'élévation en coupe d'une machine de traitement de récipients comprenant un dispositif perfectionné d'étanchéité ; 10 la figure 2 est une vue en coupe, à échelle agrandie, d'un détail de la machine de la figure 1 ; la figure 3 est une vue en coupe, à échelle agrandie, d'un détail de la machine de la figure 2, montrant un dispositif perfectionné d'étanchéité ; 15 la figure 4 est une vue de détail en coupe du dispositif d'étanchéité de la figure 3, suivant le plan de coupe IV-IV ; Sur la figure 1 est représentée une machine 1 de traitement de récipients 2 préalablement mis en forme par soufflage ou étirage soufflage à partir d'ébauches en matière plastique, par exemple en 20 PET. Le traitement consiste à effectuer un dépôt par plasma, sur la paroi interne des récipients, d'une couche barrière comprenant du carbone hydrogéné. La machine 1 comprend une cavité 3 réalisée dans un matériau conducteur, par exemple en acier ou (de préférence) en aluminium ou 25 dans un alliage d'aluminium. Dans la cavité 3 est disposée une enceinte 4 réalisée dans un matériau transparent aux ondes électromagnétiques, tel que du quartz. La machine 1 comprend également un générateur (non représenté) de microondes électromagnétique de faible puissance à une fréquence de 2,45 GHz, relié à la cavité 3 par un guide 5 30 d'ondes. La cavité 4 est surmontée d'un couvercle 6 dans lequel est montée une chemise 7 définissant, dans le prolongement de l'enceinte 4 à une extrémité supérieure de celle-ci, une tuyère 8 traversée axialement par un injecteur 9 au moyen duquel un gaz précurseur, tel que de 35 l'acétylène, est introduit dans le récipient 2. 2907531 4 Le récipient 2 destiné à être traité comprend un corps 10 qui définit le volume interne du récipient 2, ce corps 10 se terminant par un fond 11 et se prolongeant, à l'opposé du fond 11, par un col 12 présentant une épaisseur de paroi supérieure à celle du corps 10. Le col 12 définit 5 une ouverture 13 annulaire, également appelée buvant. Sur sa paroi externe, le col 12 présente des aspérités 14, telles que des nervures ou un filet, au moyen desquelles il est possible, après avoir rempli le récipient 2, de fixer de manière amovible un bouchon. Le col 12 comprend en outre, au-dessous des aspérités 14 au voisinage du corps 10 10, une collerette 15 permettant la préhension du récipient 2 au cours des différentes étapes de sa fabrication puis de son remplissage. Le récipient 2 représenté sur les dessins est une bouteille. Son col 12 est par conséquent d'un diamètre inférieur au corps 10. Toutefois, la présente description n'est pas limitée aux bouteilles mais peut 15 s'appliquer à tout type de récipient, y compris ceux dont le col est d'un diamètre équivalent, voire supérieur à celui du corps. La machine 1 est équipée d'un dispositif 16 de préhension du récipient 2, qui comprend une tige 17 montée coulissante par rapport au couvercle 6, à une extrémité inférieure de laquelle est fixée une pince 20 18, également appelée fourchette, qui saisit le récipient 2 sous son col 12 et en assure la sustentation. Le dispositif 16 de préhension est mobile entre une position basse (non représentée), où la fourchette 18 fait saillie sous la cavité 3 pour permettre le chargement d'un récipient 2, et une position haute 25 (représentée sur les figures) où la fourchette 18 vient buter contre une paroi supérieure 19 de la cavité et maintient le col 12 du récipient 2 à l'intérieur du couvercle 6, dans le prolongement de la tuyère 8. Pour assurer la sustentation du récipient 2, la fourchette 18 définit une ouverture 20 semi-circulaire dans laquelle le récipient 2 est 30 encliqueté et sur un bord 21 supérieur de laquelle celui-ci repose, en appui par une face 22 inférieure de la collerette 15. La machine 1 est en outre équipée d'un dispositif 23 d'étanchéité, monté dans le couvercle 6 à une extrémité inférieure de la chemise 7. Ce dispositif 23 d'étanchéité comprend au moins deux surfaces 24, 25 35 d'étanchéité contre lesquelles le récipient 2 vient s'appuyer par l'intermédiaire de deux zones 13, 15 annulaires distinctes de son col 12. 2907531 5 Plus précisément, un première surface 24 d'étanchéité, dite surface supérieure d'étanchéité, coopère avec le buvant 13 du récipient 2, tandis qu'une deuxième surface 25 d'étanchéité, dite surface inférieure d'étanchéité, coopère avec la collerette 15, et plus 5 exactement avec une face 26 supérieure de celle-ci, opposée à la face inférieure 22. Le positionnement axial des surfaces 24, 25 d'étanchéité est effectué de sorte que le buvant 13 et la face 26 supérieure de la collerette 15 viennent repousser les surfaces 24, 25 d'étanchéité grâce 10 à l'élasticité de leurs supports respectifs. Les surfaces 24, 25 d'étanchéité sont portées par au moins un joint élastique. Suivant un mode de réalisation préféré, illustré sur les figures, les surfaces 24, 25 d'étanchéité sont portées respectivement par deux joints 27, 28 élastiques distincts, réalisés dans une matière 15 compressible tel que silicone ou caoutchouc (naturel ou synthétique). Plus précisément, la surface 24 supérieure d'étanchéité est formée sur un premier joint 27, dit joint de buvant, tandis que la surface 25 inférieure d'étanchéité est formée sur un second joint 28, dit joint de collerette. 20 Afin d'assurer le maintien et le positionnement correct des joints 27, 28, le dispositif 23 d'étanchéité comprend une douille 29 réalisée dans un matériau rigide, par exemple en aluminium ou, de préférence, en acier. Cette douille 29 présente, du côté de la chemise 7 contre laquelle elle est en appui et dans laquelle elle est emmanchée (ou, de 25 préférence, vissée), un corps 30 cylindrique percé d'un trou 31 traversant qui s'étend coaxialement et dans le prolongement de la tuyère 8. Le corps 30 se prolonge, à l'opposé de la chemise 7, par une jupe 32 tubulaire qui définit intérieurement un logement dans lequel est reçu au moins en partie le col 12 du récipient 2. 30 Comme cela est visible notamment sur la figure 3, le joint 27 de buvant présente en section un profil en cornière ; il est reçu dans un lamage 33 réalisé dans la douille 29 à la jonction entre le corps 30 et la jupe 32 et présente une portion inférieure 34 qui s'étend en saillie en direction de l'enceinte 4 et à l'extrémité de laquelle est formée la 35 surface 24 supérieure d'étanchéité, qui s'étend annulairement dans un plan perpendiculaire à l'axe de la tuyère 8. La surface 24 supérieure d'étanchéité présente radialement une dimension supérieure à celle du 2907531 6 buvant 13, de sorte qu'elle déborde de celui-ci et en épouse la courbure pour améliorer l'étanchéité du contact. Le lamage 33 est bordé intérieurement par une saillie 35 tubulaire qui sert d'armature au joint 27 de buvant, afin d'éviter que sous la 5 pression exercée par le récipient 2 le joint 27 ne s'écrase trop. Le joint 28 de collerette est quant à lui monté sur la jupe 32 qui lui sert d'armature et dont il épouse un bourrelet 36 annulaire qui fait saillie radialement. Le joint 28 de collerette comprend une portion 37 centrale cylindrique, qui circonscrit le bourrelet 36 et se prolonge, d'une 10 part, du côté de la chemise 7, au-delà du bourrelet 36, par un premier retour 38 annulaire de moindre diamètre, et d'autre part, du côté de l'enceinte 4, par un second retour 39 annulaire qui prolonge axialement la jupe 32 et à l'extrémité duquel est formée la surface 25 inférieure d'étanchéité, qui, comme la surface 24 supérieure, s'étend 15 annulairement dans un plan perpendiculaire à l'axe de la tuyère 8. Le joint 27 de buvant, en contact avec le plasma, peut au cours des cycles de traitement répétés, se couvrir peu à peu de particules carbonées. Toutefois, un tel dépôt n'aboutit pas à l'apparition de fuites entre le récipient 2 et l'enceinte 4, grâce à la présence du joint 28 de 20 collerette. Cette double étanchéité réalisée sur le récipient 2 permet à tout le moins d'espacer les interventions visant à dépolluer ou remplacer le joint 27 de buvant. Le col 12 du récipient 2 d'une part, la douille 29 et le joints 27, 28 d'autre part, définissent entre eux un interstice 40 annulaire qui se 25 trouve isolé de l'intérieur du récipient 2 par le joint 27 de buvant, contre lequel vient s'appliquer le buvant 13, et de l'enceinte 4 par le joint 28 de collerette contre lequel vient s'appliquer la collerette 15. Lors de l'introduction du col 12 dans la douille 29, avant que ne débute le traitement, cet interstice 40 est à la pression atmosphérique. 30 Le vide étant réalisé tant dans le récipient 2 que dans l'enceinte 4, il existe un risque que la surpression régnant alors dans l'interstice 40 provoque des fuites au niveau des joints 27, 28. Afin d'éliminer ce risque, l'interstice 40 est raccordé à la tuyère 8 au moyen d'évents 41 pratiqués radialement et/ou axialement dans le corps 30 de la douille 35 29, ces évents 41 mettant en communication l'espace délimité intérieurement par la jupe (et donc l'interstice 40) avec une face extérieure de la douille 29, et plus précisément avec un espace 42 2907531 7 annulaire défini entre la chemise 7 et la douille 29 au moyen d'un lamage 43 pratiqué dans celle-ci. Un canal 44, percé axialement dans l'épaisseur de la chemise 7, débouche dans cet espace 42 annulaire qu'il met en communication 5 avec une chambre 45 annulaire creusée dans la chemise 7, laquelle chambre 45 communique d'une part avec la tuyère 8 par des trous 46 obliques, et d'autre part avec un conduit de mise à l'air libre par l'intermédiaire d'une électrovanne (non représentée). Ainsi, d'une part, lors de la mise au vide du récipient 2, l'air 10 résiduel présent dans l'interstice 40 est aspiré via les évents 41 et le canal 44. La pression régnant in fine dans l'interstice 40 est égale, ou sensiblement égale, à celle régnant dans le récipient 2. La (légère) différence de pression qui existe de part et d'autre de la collerette 15 tend donc à plaquer celle-ci davantage encore contre le joint 28 de 15 collerette. D'autre part, lors de la remise à la pression atmosphérique du récipient 2, de l'air non pollué parvient dans l'interstice 40 depuis la chambre 45 (mise à l'air libre par ouverture de l'électrovanne), via le canal 44. Il en résulte une pollution minimale de l'interstice 40 et donc 20 de la surface 25 d'étanchéité. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation qui viennent d'être décrites. En particulier, si les joints 27, 28 sont de préférence, comme cela est décrit ci-dessus, des pièces fabriquées séparément de la douille 29, 25 rapportées et fixées sur celle-ci par simple emboîtement ou emmanchement, ils pourraient toutefois, en variante, être surmoulés sur la douille 29. De même, nous avons vu que les surfaces 24, 25 d'étanchéité sont réalisées sur deux joints 27, 28 distincts. En variante, ces surfaces 30 pourraient appartenir à un joint unique qui pourrait, par exemple, être surmoulé sur la douille 29. Dans cette hypothèse, le joint pourrait recouvrir la face interne de la jupe 32. Quel que soit d'ailleurs le nombre de joints, les surfaces d'étanchéité pourraient être d'un nombre supérieur à deux, ou encore 35 venir en appui contre des zones annulaires distinctes du buvant 13 ou de la collerette 15. REVENDICATIONS 1. Dispositif (23) d'étanchéité pour une machine (1) de traitement de récipients (2) par plasma, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une première et une deuxième surfaces (24, 25) annulaires d'étanchéité, propres à coopérer respectivement avec une première et une deuxième zones (13, 15) annulaires distinctes d'un col (12) de récipient (2). 2. Dispositif (23) selon la revendication 1, dans lequel la première surface (24) d'étanchéité est propre à coopérer avec un buvant (13) du récipient (2). 3. Dispositif (23) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la deuxième surface (25) d'étanchéité est propre à coopérer avec une collerette (15) du récipient. 4. Dispositif (23) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les surfaces (24, 25) d'étanchéité sont portées par au moins un joint d'étanchéité. 5. Dispositif (23) selon la revendication 4, dans lequel les surfaces (24, 25) d'étanchéité sont portées par deux joints (27, 28) d'étanchéité distincts. 6. Dispositif (23) d'étanchéité selon la revendication 4 ou 5, qui comprend une douille (29) propre à recevoir le col (12) du récipient (2), cette douille (29) formant une armature pour le ou chaque joint (27, 28) d'étanchéité. 7. Dispositif (23) selon la revendication 6, dans lequel la douille (29) comprend un corps (30) cylindrique prolongé par une jupe (32) tubulaire. 8. Dispositif (23) selon les revendications 5 et 7, prises en combinaison, dans lequel le premier joint (24) d'étanchéité est emboîté dans un lamage (33) formé dans la douille (29) à la jonction entre le corps (30) et la jupe (32), et le second joint (25) d'étanchéité est monté sur la jupe (32). 9. Dispositif (23) selon la revendication 7 ou 8, qui comprend au moins un évent (41) mettant en communication un espace délimité intérieurement par la jupe (32), avec l'extérieur de la douille (29). 2907531 9 10. Machine (1) de traitement de récipients par plasma, qui comprend un dispositif (23) d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 9. 5