DE3788160T2

DE3788160T2 - Plasmabehandlungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE3788160T2
Application number: DE87108331T
Authority: DE
Inventors: Takao Akagi; Motoyasu Koyama; Akira Namba; Isao Okagaki; Itsuki Sakamoto; Hidetoshi Teraoka; Shinji Yamaguchi
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1986-06-10
Filing date: 1987-06-10
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2007-06-11
Also published as: CN1015614B; EP0249198A3; KR880000215A; CN87104097A; DE3788160D1; EP0249198B1; EP0249198A2; US4803332A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft insgesamt eine Vorrichtung zum Behandeln einer blattartigen Struktur, wie beispielsweise einer Kunststoffolie oder von Stoffen oder dergleichen mit Plasma, um die chemischen, physikalischen, mechanischen, optischen und/oder elektrischen Eigenschaften zu verbessern und/oder einer Oberflächenstruktur der blattartigen Struktur. Die vorliegende Erfindung betrifft, genauer gesagt, eine Plasmabehandlungsvorrichtung jener Art, die einen Vakuumbehälter aufweist, der mit einem Plasma gefüllt ist, und eine drehbar gelagerte, trommelförmige Entladungselektrodenanordnung aufweist, längs deren die blattartige bzw. bahnartige Struktur für die Plasmabehandlung bei niederer Temperatur vorbeigeführt wird.

Beschreibung des Standes der Technik

In jüngerer Zeit hat die Plasmabehandlung die Aufmerksamkeit der Fachleute als eine wirksame Methode zum Behandeln einer bahnartigen Struktur, wie beispielsweise einer Kunststoffolie oder von Stoffen mit Plasma auf sich gezogen, um die chemischen, physikalischen, mechanischen, optischen und/oder elektrischen Eigenschaften zu verbessern, und/oder einer Oberflächenstruktur der bahnartigen Struktur. Es ist, genauer gesagt, beispielsweise aus der JP-A-57-18737, 1982 veröffentlicht, und der JP-A-60-149441, 1985 veröffentlicht, durchaus bekannt, daß durch Plasmabehandlung die Schweißbarkeit, die Reibungsfähigkeit, das Anfühlverhalten oder die Handhabungseigenschaft, die Glanz- und/oder Farb-Halteeigenschaft der bahnartigen Struktur verbessert werden kann, um den Aufbau einer elektrostatischen Ladung zu vermeiden, die Oberflächenhärtung oder Aufrauhung zu erleichtern, das Auftreten einer Stauung zu vermeiden und/oder es der eingefärbten Farbe zu gestatten, eingedickt zu werden.
Die bekannte Plasmabehandlungsvorrichtung zum Behandeln der bahnartigen Struktur mit Plasma, wie sie in jeder der oben erwähnten Veröffentlichungen offenbart ist, macht, wie es auch beim Vorläufer einer solchen Vorrichtung der Fall ist, Gebrauch von einer insgesamt zylindrischen Entladungselektrodenanordnung, die fest an einer rotierenden Welle angebracht ist, die sich durch einen Vakuumbehälter erstreckt, und einer insgesamt stabförmigen Entladungselektrodenanordnung, die innerhalb des Vakuumbehälters in zugewandter Zuordnung zur trommelförmigen Entladungselektrodenanordnung angeordnet ist. Gemäß dieser Plasmabehandlungsvorrichtung aus dem Stand der Technik wurde eine Anordnung vorgenommen, um jedes mögliche Auftreten einer Plasmaentladung von den beiden Entladungselektrodenanordnungen in den Vakuumbehälter hinein zu vermeiden, indem man den Behälter gegenüber beispielsweise einem elektrischen Stromkreissystem isoliert, an das die beiden Entladungselektrodenanordnungen angeschlossen sind, um hierdurch den Verbrauch von elektrischem Strom auf ein Mindestmaß zu verringern.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß, weil die trommelförmige Entladungselektrodenanordnung unmittelbar an der drehbaren Welle zur gemeinsamen Drehung hiermit fest angebracht ist, die rotierende Welle ebenfalls während des Betriebs der Vorrichtung elektrisch aufgeladen wird. Deshalb neigt eine Plasmaentladung dazu, von der stabförmigen Entladungselektrodenanordnung zur rotierenden Welle hin stattzufinden, was zum Verbrauch einer verhältnismäßig erhöhten Menge an elektrischem Strom führt.
Es neigt auch die speziell für die Plasmabehandlung einer bahnartigen Struktur ausgelegte Plasmabehandlungsvorrichtung dazu, angesichts der Tatsache sperrig zu sein, daß die bahnartige Struktur, die mit Plasma zu behandeln ist, eine wesentliche Breite aufweist, und deshalb muß, damit die Plasmabehandlungsvorrichtung in der Praxis von Industriebetrieben herangezogen wird, die Plasmabehandlungsvorrichtung eine Verarbeitungskapazität aufweisen, die ausreicht, daß sie einer verhältnismäßig großen Anlageninvestition entspricht. In anderen Worten, damit die Verarbeitungskapazität der Plasmabehandlungsvorrichtung erhöht wird, muß die ursprünglich schon große Eingabe in die Plasmabehandlungsvorrichtung zum Erzeugen einer plasmagefüllten Atmosphäre noch weiter erhöht werden, um die Plasmadichte innerhalb des Vakuumbehälters zu erhöhen. Wenn jedoch der Vakuumbehälter im Inneren mit einem Plasma gefüllt ist, das einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand aufweist, dann würde die Zunahme der Eingabe zur örtlichen Ungleichmäßigkeit der elektrischen Verteilung zwischen dem elektrischen Aufladungsstromkreis, der innerhalb des Vakuumbehälters angeordnet ist, elektrisch aber gegenüber diesem isoliert ist, und dem Vakuumbehälter führen, und aus diesem Grunde kann deshalb eine unzulängliche elektrische Isolierung in einem Eckenbereich stattfinden, beispielsweise einem Bereich zwischen der rotierenden Welle, die sich durch den Vakuumbehälter hindurch erstreckt, und einem Abschnitt des Vakuumbehälters nahe der rotierenden Welle, was es einem elektrischen Strom ermöglicht, durch den Vakuumbehälter hindurchzuströmen, weswegen eine Innenwand des Vakuumbehälters elektrisch überladen wird (leuchtend wird), um so zur augenblicklichen anomalen Funkenentladung zu führen. Dementsprechend wird die Plasmaentladung, die im Inneren des Vakuumbehälters stattfindet, bis zu einem solchen Ausmaß unstabil, daß die Plasmabehandlungsvorrichtung nicht länger kontinuierlich betrieben werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde dementsprechend im Hinblick darauf vorgenommen, daß man die oben erörterten Probleme ausräumt, die der Plasmabehandlungsvorrichtung aus dem Stand der Technik anhaftet, und sie hat zu ihrem wesentlichen Ziel, eine verbesserte Plasmabehandlungsvorrichtung für die Behandlung einer bahnartigen Struktur mit Plasma zu liefern, die ständig mit der Zufuhr einer verhältnismäßig großen Menge an elektrischem Strom betrieben werden kann, während man den Verbrauch des elektrischen Stromes auf ein Mindestmaß reduziert, und die deshalb in der Praxis von der Industrie herangezogen werden kann.
Um das oben beschriebene Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist eine verbesserte Plasmabehandlungsvorrichtung vorgesehen, die eine zylindrische erste Entladungselektrodenanordnung, eine zweite Ladungselektrodenanordnung, die in einer zur ersten Entladungselektrodenanordnung zugewandten Zuordnung angeordnet ist, einen elektrischen Schaltkreis, der eine Verbindung zwischen der ersten und zweiten Entladungselektrodenanordnung herstellt, und ein elektrisch isolierendes Material aufweist, das zwischen der rotierenden Welle, die sich durch den Vakuumbehälter hindurch erstreckt, und einem zylindrischen Körper der ersten Entladungselektrodenanordnung angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da der Vakuumbehälter, wie es beim Fall der Plasmabehandlungsvorrichtung aus dem Stand der Technik ist, elektrisch gegenüber dem elektrischen Schaltkreis isoliert ist, ein Verlust an Plasma, das in den Vakuumbehälter hinein entladen wird, auf ein Mindestmaß verringert oder im wesentlichen ausgeräumt werden. Da das elektrisch isolierende Material zwischen der rotierenden Welle und dem zylindrischen Körper angeordnet ist, kann auch die rotierende Welle ihrerseits elektrisch gegenüber der ersten Entladungselektrodenanordnung isoliert sein und es besteht deshalb im wesentlichen keine Möglichkeit, daß eine Plasmaentladung von der zweiten Entladungselektrodenanordnung zur rotierenden Welle hin stattfinden kann.
Da außerdem die rotierende Welle gegenüber der ersten Entladungselektrodenanordnung isoliert ist und der Vakuumbehälter auch elektrisch gegenüber dem elektrischen Schaltkreis isoliert ist, an den sowohl die erste als auch die zweite Entladungselektrodenanordnung angeschlossen ist, besteht im wesentlichen keine Möglichkeit, daß beispielsweise ein schmaler Eckenbereich zwischen dem Vakuumbehälter, durch den sich die rotierende Welle erstreckt, und einem Abschnitt der rotierenden Welle, die sich durch den Vakuumbehälter erstreckt, unzulänglich elektrisch isoliert sein kann, und es besteht deshalb im wesentlichen keine Möglichkeit des Auftretens einer anomalen Funkenentladung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In jedem Fall wird die vorliegende Erfindung aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele noch deutlicher verständlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird. Die Ausführungsbeispiele und Zeichnungen werden jedoch nur zum Zweck der Erläuterung und Erklärung vorgelegt und sollen in keiner Weise als irgendeine Einschränkung der vorliegenden Erfindung angesehen werden, deren Umfang alleine durch die beigefügten Ansprüche bestimmt ist. In Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten und:
Fig. 1 ist eine schematische Schnittdarstellung, die den Aufbau einer Plasmabehandlungsvorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Plasmabehandlungsvorrichtung;
Fig. 3 ist ein Längsschnitt in vergrößertem Maßstab eines äußeren Endabschnitts einer rotierenden Welle;
Fig. 4 ist eine Ansicht der Fig. 2, die ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist ein Schnitt, der die Art und Weise zeigt, auf welche ein elektrisch isolierendes Material so eingepaßt ist, daß es einen Endabschnitt einer trommelförmigen Entladungselektrodenanordnung in der in Fig. 4 gezeigten Plasmabehandlungsvorrichtung abdeckt;
Fig. 6 ist eine Perspektivansicht in vergrößertem Maßstab einer zweiten Entladungselektrodenanordnung, die in der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung benutzt ist;
Fig. 7 ist eine schematische Seitenansicht mit einem abgeschnittenen Abschnitt eines Verrohrungssystems, durch das ein Kühlmedium alternierend der Entladungselektrodenanordnung, die in Fig. 6 gezeigt ist, zugeführt und von dieser abgelassen wird;
Fig. 8 und 9 sind eine Frontansicht bzw. Seitenansicht, die das in Fig. 7 gezeigte Verrohrungssystem zeigen;
Fig. 10 ist ein Längsschnitt, der einen wesentlichen Abschnitt gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 11 und 12 sind eine Frontansicht bzw. Seitenansicht, die ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 13 ist ein Längsschnitt, der die Art und Weise zeigt, auf welche ein elektrisch isolierendes Material so eingepaßt ist, daß es einen Endabschnitt einer trommelförmigen Entladungselektrodenanordnung gemäß einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung abdeckt; und
Fig. 14 ist ein schematischer Schnitt, der den Aufbau einer unterschiedlichen Art einer Plasmabehandlungsvorrichtung zeigt, die für die Behandlung einer bahnartigen Struktur angewandt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEI- SPIELE

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen; ein insgesamt mit 1 bezeichneter Vakuumbehälter nimmt in seinem Inneren eine zylindrische Elektrodenanordnung 2 (oder eine erste Entladungselektrodenanordnung) und eine zweite Entladungselektrodenanordnung 3 auf, die aus einer Anzahl insgesamt stabförmiger Elektroden besteht, die radial außerhalb der zylindrischen Elektrodenanordnung 2 angeordnet sind und sich in paralleler Zuordnung zueinander und auch zur zylindrischen Elektrodenanordnung 2 erstrecken. Diese Entladungselektrodenanordnungen 2 und 3 sind dazu eingerichtet, daß aus einer Wechselstromquelle 4 durch einen Transformator 5 und einen Stromkreis 6, der an beide Entladungselektrodenanordnungen 2 und 3 angeschlossen ist, eine elektrische Spannung angelegt wird.
Der Vakuumbehälter 1 ist aus rostfreiem Stahl hergestellt und ist mittels einer Evakuierungseinrichtung 8 bei einem sehr niedrigen Druck gehalten, die verwendet ist, um im Inneren des Vakuumbehälters 1 im wesentlichen ein Vakuum herzustellen, während es durch ein Plasmabehandlungsgas gefüllt wird, das aus einem Druckgasbehälter 7 zugeführt wird, das unter Druck stehendes Plasmabehandlungsgas enthält. Dieser Vakuumbehälter 1 hat Hilfs-Vakuumbehälter 1A und 1B, die auf der jeweiligen Seite des Vakuumbehälters 1 angeordnet und am Vakuumbehälter 1 in Strömungsmittelverbindung hiermit angeflanscht sind, wobei die Hilfs-Vakuumbehälter 1A und 1B in ihrem Inneren eine Bahn-Zuführungseinheit 11 bzw. eine Bahn-Aufnahmeeinheit 13 aufnehmen. Das Bezugszeichen A stellt ein Bahnmaterial dar, das von der Bahn-Zuführungseinheit 11 zur Bahn-Aufnahmeeinheit 13 zugeführt wird, die dann durch einen Motor betrieben ist, und zwar über eine Anzahl von Führungsrollen 12, wobei ein im wesentlichen mittlerer Abschnitt des genannten Bahnmaterials A rund um die zylindrische Entladungselektrodenanordnung 2 herumgelegt ist. In anderen Worten, während das Bahnmaterial A von der Bahn-Zuführungseinheit 11 abgezogen und auf die Bahn-Aufnahmeeinheit 13 über die Führungsrollen 12 und rund um die zylindrische Entladungselektrodenanordnung 2 aufgewickelt wird, kann der Flächenabschnitt des Bahnmaterials ständig mit Niedertemperaturplasma behandelt werden, wenn er über die zylindrische Entladungselektrodenanordnung 2 innerhalb des Vakuumbehälters 1 hinwegläuft, der mit der Plasmaatmosphäre gefüllt ist.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen; die zylindrische Entladungselektrodenanordnung 2 ist mit einem Kühlmittelmantel (einem durchgehenden, aber gewundenen Kanal für den Strom eines Kühlmittels) 2a für den Durchlaß eines Kühlmediums mit einer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit versehen, wie beispielsweise destilliertes Wasser oder Silikonöl, wobei dieser Mantel 2a in einem zylindrischen Wandabschnitt der Trommel gebildet ist, die die zylindrische Entladungselektrodenanordnung 2 bildet. Gegenüberliegende Endwände 2b der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 sind insgesamt einwärts zur zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 in einer Richtung dicht zueinander kugelig gekrümmt. Die zylindrische Entladungselektrodenanordnung 2 ist starr an einer rotierenden Welle 17 zur Drehung gemeinsam hiermit mittels ringförmiger elektrisch isolierender Teile 14 und 15 und ringförmiger Kupplungen 16 angebracht, die an jeweils mittigen Abschnitten der gegenüberliegenden Endwände 2b der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 angeordnet sind, während sich die rotierende Welle 17 axial durch die gegenüberliegenden Endwände 2b erstreckt. Jedes der ringförmigen, elektrisch isolierenden Teile 14 weist einen insgesamt U-förmigen Querschnitt auf und umfaßt beispielsweise eine Glasbeschichtung 14 mit einer hervorragenden Wetterbeständigkeit, wobei diese Glasbeschichtung 14 auf einer Ringmanschette 16a der jeweiligen Kupplung 16 als Beschichtung aufgebracht ist. Die Glasbeschichtung 14 kann beispielsweise dadurch gebildet werden, daß man eine Aufschlämmung von Glaspartikeln aufträgt, um eine Aufschlämmungsschicht auf einer Oberfläche der jeweiligen Kupplung 16 zu bilden, und man dann die Aufschlämmungsschicht brennt. Andererseits ist jedes der ringförmigen, elektrisch isolierenden Teile 16 beispielsweise aus Polycarbonatharz hergestellt.
Das Bezugszeichen 30 stellt einen Gummiring dar, der in einer Ringnut sitzt, die in jeder der gegenüberliegenden Endwände 2b der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 gebildet ist, um einen Ringspalt zwischen der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 und dem jeweiligen elektrisch isolierenden Teil 14 abzudichten. Das Bezugszeichen 31 stellt einen Gummiring dar, der in einer Ringnut sitzt, die in der jeweiligen Kupplung 16 gebildet ist, um einen Ringspalt zwischen der jeweiligen Kupplung 16 und der rotierenden Welle 17 anzudichten. Es muß vermerkt werden, daß, da die elektrisch isolierenden Teile 14 als Belag auf die jeweiligen Kupplungen 16 aufgebracht sind, Ringspalte zwischen jeder jeweiligen Kupplung 16 und dem zugeordneten elektrischen Isolierteil 14 tatsächlich abgedichtet werden. Dementsprechend ist das Innere 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 vollständig gegenüber dem Inneren 1a des Vakuumbehälters 1 abgedichtet.
Die rotierende Welle 17 ist dazu eingerichtet, von einem elektrisch betriebenen Antriebsmotor (nicht gezeigt) angetrieben zu werden, der außerhalb des Vakuumbehälters 1 angeordnet ist, und ist drehbar vom Vakuumbehälter 1 an einem im wesentlichen mittleren Abschnitt 17a und einem inneren Ende 17b hiervon durch jeweilige Lageranordnungen 18 und 19 gelagert, die jeweils ein Kugellager 18a oder 19a aufweisen. In anderen Worten, die rotierende Welle 17 erstreckt sich koaxial durch die zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2, wobei ihre entgegengesetzten Endabschnitte axial nach außen aus den gegenüberliegenden Endwänden 2b der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 in einer Richtung voneinander weg heraus stehen und ihrerseits drehbar gelagert sind. Das Bezugszeichen 18b stellt eine mechanische Dichtung dar, die in der Lageranordnung 18 vorgesehen ist, um das Innere 1a des Vakuumbehälters 1 gegenüber der Umgebungsluft abzudichten.
Die rotierende Welle 17 weist zwei axiale Bohrungen 17c auf, um das Innere 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 mit der Außenseite des Vakuumbehälters 1 in Verbindung zu setzen, wobei diese axialen Bohrungen 17c in der rotierenden Welle 17 so festgelegt sind, daß sie sich axial vom äußeren Ende 17d der rotierenden Welle 17 aus nach innen erstrecken. Ein Kupferrohr 20, das an seiner Außenumfangsfläche mit einer isolierenden Schicht 26 aus elektrisch isolierendem Material beschichtet ist, wie beispielsweise fluorhaltigem Harz, ist, wie am besten in Fig. 3 gezeigt, in jeder der axialen Bohrungen 17c eingesetzt, wobei ein kleiner Ringspalt 17e zwischen der isolierenden Schicht 26 und der Innenumfangsfläche der jeweiligen axialen Bohrung 17c gebildet ist. Jedes der Kupferrohre 20 weist einen Kühlmittelkanal 20a auf, der hierin über dessen gesamte Länge für die Strömung eines Kühlmediums festgelegt ist, und steht mit dem Kühlmittelmantel 2a durch eine jeweilige flexible Rohrleitung 21 so in Strömungsmittelverbindung, daß die Kupferrohre 20, die flexiblen Rohrleitungen 21 und der Kühlmittelmantel 2a gemeinsam einen durchgehenden Strömungskanal für die Strömung des Kühlmediums festlegen, der sich von einem der Kühlmittelkanäle 20a in den jeweiligen Kupferrohren 20 bis zum anderen der Kühlmittelkanäle 20a über den Kühlmantel 2a erstreckt. Dementsprechend kann, soweit gezeigt ist, das Kühlmedium vom Kühlmittelkanal 20a im einen der Kupferrohre 20, das über dem anderen der Kupferrohre 20 angeordnet ist, wie in Fig. 2 zu sehen, in den Kühlmittelmantel 2a durch die obere flexible Rohrleitung 21 eingespeist werden, und kann, nachdem es durch den Kühlmantel 2a hindurchgeströmt ist, vom Kühlmantel 2a zur Außenseite durch die untere, flexible Rohrleitung 21 und dann durch den Kühlmittelkanal 20a in dem anderen der Kupferrohre 20 abgegeben werden, das unterhalb des einen solchen Kupferrohres 20 angeordnet ist.
Das Bezugszeichen 32, das in Fig. 3 gezeigt ist, stellt eine Gaskupplung dar, um hierdurch ein Plasmabehandlungsgas zuzuführen, das einem Druckgasbehälter 7 entstammt, der in Fig. 1 gezeigt ist, und zwar in das Innere 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 durch eine Öffnung 17f, die in der rotierenden Welle 17 gebildet ist, und dann durch die Ringspalte 17e innerhalb der axialen Bohrungen 17c. Es muß vermerkt werden, daß die axialen Bohrungen 17c gegenüber der Umgebungsluft mittels einer Anzahl von Gummidichtungsringen 33 für jede axiale Bohrung 17c abgedichtet sind, die in enger Berührung mit dem jeweiligen Kupferrohr 20 am äußeren Endabschnitt der rotierenden Welle 17 und an der Innenoberfläche der jeweiligen axialen Bohrung 17c angeordnet sind, wie am besten in Fig. 3 gezeigt ist. Somit ist das Innere 2d der trommelförmigen Entladungselektrodenanordnung 2 mit dem Plasmabehandlungsgas gefüllt und ist unter einem Druck gehalten, der höher ist als Druck innerhalb des Inneren 1a des Vakuumbehälters 1.
Die stabförmigen Entladungselektroden 3 sind an ihren gegenüberliegenden Enden mit mit Abstand angeordneten Halteglieders 22A und 22B befestigt, die ihrerseits innerhalb des Vakuumbehälters 1 mittels Isolatoren 23 getragen sind.
Eine Seite des elektrischen Schaltkreises 6 ist in den Vakuumbehälter 1 durch einen Eingangsanschluß 6a eingeführt, der den Vakuumbehälter 1 gegenüber dem elektrischen Schaltkreis 6 isoliert, und ist seinerseits mit der stabförmigen Entladungselektrodenanordnung 3 verbunden, während die andere Seite des elektrischen Schaltkreises 6 an die zylindrische Entladungselektrodenanordnung 2 durch einen Gleitring 25, die Kupferrohre 20 und einen Leiter 27 angeschlossen ist. Der Vakuumbehälter 1 ist elektrisch gegenüber dem elektrischen Schaltkreis 6 isoliert und ist in einem Zustand gehalten, in dem er sich in Masseschluß an Erde befindet. Es muß allerdings vermerkt werden, daß sowohl die Entladungselektrodenanordnungen 2 und 3 als auch der elektrische Schaltkreis 6 in einem nicht geerdeten Zustand gehalten sind und gegenüber dem Vakuumbehälter 1 strikt isoliert sind.
In dem oben bislang beschriebenen Aufbau gibt es, da gemäß der vorliegenden Erfindung der Vakuumbehälter 1, wie es auch der Fall bei der Vorrichtung aus dem Stand der Technik ist, elektrisch gegenüber dem elektrischen Schaltkreis 6 isoliert ist, im wesentlichen keine Möglichkeit, daß irgendeine Plasmaentladung von der stabförmigen Entladungselektrodenanordnung 3 zum Vakuumbehälter 1 hin stattfinden kann, und deswegen kann im wesentlichen jede mögliche Verschwendung von elektrischem Strom ausgeräumt werden.
Es sind auch die zylindrische Entladungselektrodenanordnung 2 und die rotierende Welle 17 gegeneinander durch Zwischenwirkung der isolierenden Teile 14 und 15 zwischen dem zylindrischen Körper 2c der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 und der rotierenden Welle 17 elektrisch isoliert. Auf diese Weise ist die rotierende Welle 17 gegenüber der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 elektrisch isoliert und es besteht deshalb keine Möglichkeit, daß irgendeine Plasmaentladung von der stabförmigen Entladungselektrodenanordnung 3 zur rotierenden Welle 17 hin stattfinden kann, weshalb jede mögliche Verschwendung von elektrischem Strom im wesentlichen ausgeräumt werden kann.
Da außerdem die rotierende Welle 17 elektrisch gegenüber der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 isoliert ist und der Vakuumbehälter 1 ebenfalls elektrisch gegenüber dem elektrischen Schaltkreis 6 isoliert ist, an dem beide Entladungselektrodenanordnungen 2 und 3 angeschlossen sind, wie voranstehend voll beschrieben, wird keine Möglichkeit vorliegen, daß eine unzulängliche elektrische Isolierung im Bereich eines verhältnismäßig engen Winkels stattfinden kann, d. h. an einer Stelle zwischen diesem mittleren Abschnitt 17a der rotierenden Welle 17, die sich durch die Wand des Vakuumbehälters 1 erstreckt, und der benachbarten Lageranordnung 18, die fest mit der Wand des Vakuumbehälters 1 verbunden ist. Dementsprechend besteht im wesentlichen keine Möglichkeit des Auftretens einer anomalen Bogenentladung an der Innenoberfläche der Wand des Vakuumbehälters 1 und deshalb kann die Plasmabehandlungsvorrichtung kontinuierlich betrieben werden. Da zusätzlich die Endabschnitte der rotierenden Welle 17, die aus der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 nach außen überstehen, elektrisch gegenüber der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 isoliert sind, kann die rotierende Welle 17 in einem elektrisch nicht geladenen Zustand gehalten werden und es besteht deshalb im wesentlichen keine Möglichkeit, daß die Bedienungsperson einen elektrischen Schlag erhalten kann.
Da ferner die rotierende Welle 17 durch den voranstehend beschriebenen Grund nicht elektrisch geladen ist, besteht auch keine Möglichkeit, daß irgendeine Lichtbogenentladung an der mechanischen Dichtung 18b stattfinden kann, die zur Plasmaatmosphäre hin freiliegt und die insgesamt im Aufbau kompliziert ist. Deshalb kann die Plasmabehandlungsvorrichtung über einen längeren Zeitraum hinweg kontinuierlich betrieben werden.
Da in ähnlicher Weise keinerlei mögliche Lichtbogenentladung am Lager 19a stattfinden kann, kann ein Aufbau verwendet werden, um das Lager 19a innerhalb des Vakuumbehälters 1 anzubringen, dessen Atmosphäre mit Plasma gefüllt ist. Da die verhältnismäßig schwere zylindrische Entladungselektrodenanordnung 2 deshalb an der rotierenden Welle 17 innerhalb des Vakuumbehälters 1 mittels der Lagerungen 18a und 19b getragen werden kann, die auf der jeweiligen Seite der trommelförmigen Entladungselektrodenanordnung 2 gelegen sind, kann der Abstand zwischen diesen beiden Lagerungen 18a und 19a auf ein Mindestmaß verringert werden, verglichen mit dem Fall, in dem sie außerhalb des Vakuumbehälters 1 angeordnet sind, und deshalb kann nicht nur die rotierende Welle einen verringerten Durchmesser haben, sondern es können auch die Lagerungen 18a und 19a in ihrer Größe auf ein Mindestmaß reduziert werden.
Wo eine Ausbildung verwendet wird, in welcher eine rotierende Welle 17 und die zylindrische Entladungselektrodenanordnung 2 elektrisch gegeneinander isoliert sind und allerdings auch keine Kupferrohre, die als elektrische Leiter dienen, durch die rotierende Welle 17 hindurch eingeführt sind, wie dies in Fig. 4 gezeigt und später unter Bezugnahme auf diese beschrieben ist, dann kann auch keine elektrische Stromzufuhr von der elektrischen Stromquelle her, die außerhalb des Vakuumbehälters 1 gelegen ist, zur zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 durch die rotierende Welle 17 bewirkt werden. Bei diesem Aufbau muß, damit elektrischer Strom der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 zugeführt wird, der Gleitring 25 im Inneren des Vakuumbehälters 1 angeordnet sein. Bei dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten und unter Bezugnahme auf diese beschriebenen Ausführungsbeispiel trägt jedoch die rotierende Welle 17, die gemeinsam mit der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 drehbar ist, die Kupferrohre 20, die durch diese hindurch eingeführt sind, und eines der Kupferrohre 20 ist elektrisch an den elektrischen Schaltkreis 6 angeschlossen, so daß dieses eine der Kupferrohre 20 als elektrischer Leiter dient, durch welches der elektrische Strom wirksam von der Stromquelle der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 zugeführt werden kann. Deshalb kann selbst dann, wenn die rotierende Welle 17 und die zylindrische Entladungselektrodenanordnung 2 elektrisch gegeneinander isoliert sind, der Gleitring 25 zum Zuführen des elektrischen Stroms durch diesen zur zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2, die sich dann gemeinsam mit der rotierenden Welle 17 dreht, vorteilhafterweise außerhalb des Vakuumbehälters 1 angeordnet sein, wie bereits voranstehend beschrieben. Die Anordnung des Gleitrings 25 außerhalb des Vakuumbehälters 1 ist dahingehend von Vorteil, daß jede mögliche Verschmutzung der Plasmaatmosphäre im Inneren des Vakuumbehälters 1 und/oder jedes mögliche Auftreten einer Lichtbogenentladung, die sich aus der Anwesenheit von Metallpartikeln ergeben könnte, die vom Gleitring durch Abrieb entfernt sind, wirksam ausgeräumt werden kann und deshalb die Plasmabehandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise kontinuierlich über einen verlängerten Zeitraum hinweg betrieben werden kann.
Zum Bewirken einer günstigen Plasmabehandlung müssen auch Gegenmaßnahmen ergriffen werden, um jede mögliche Erzeugung von Wärme von der rotierenden Welle 17 und/oder den Kupferrohren 20 her zu vermeiden, die als Ergebnis des Verbrauchs einer beträchtlichen Menge an elektrischem Strom auftreten würde. Beim voranstehenden Ausführungsbeispiel ist jedoch, da der Kühlmantel 2a, der den Kanal für die Strömung des Kühlmediums bildet, und die Kupferrohre 20 sich hintereinanderliegend in Strömungsmittelanschluß aneinander befinden, keine besondere, einen Kühlmittelkanal festlegende Rohrleitung erforderlich, um die Kupferrohre 20 zu kühlen, d. h. jenen Abschnitt des elektrischen Schaltkreises 6, der durch die rotierende Welle 17 hindurch eingeführt ist. Außerdem können angesichts der Tatsache, daß die Kupferrohre 20 als elektrische Leiter benutzt sind, die Kupferrohre 20, die die Wärme erzeugen würden, wirksam gekühlt werden. Da außerdem die rotierende Welle 17 aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, der eine verhältnismäßig niedrige magnetische Permeabilität aufweist und auch einen verhältnismäßig geringen Volumenwiderstand, besteht nicht die Möglichkeit, daß durch magnetische Induktion Wärme erzeugt werden kann, die durch den Fluß des elektrischen Stromes durch die Kupferrohre 20 induziert werden könnte.
Es muß vermerkt werden, daß, obwohl in der vorangehenden Beschreibung Bezug auf die Verwendung zweier Kupferrohre 20 genommen wurde, von denen eines für die Zufuhr des Kühlmediums in den Kühlmantel und das andere für die Rückführströmung oder Abgabe des benutzten Kühlmediums aus demselben Kühlmantel benutzt wird, es auch eine Alternativlösung bilden könnte, ein Kupferrohr oder drei oder mehr Kupferrohre statt der beiden Kupferrohre zu benutzen, wie sie gezeigt und beschrieben sind. Wo nur ein Kupferrohr verwendet wird, kann die rotierende Welle 17 dementsprechend eine Bohrung mit einem Durchmesser aufweisen, der größer ist als der Außendurchmesser des Kupferrohres, so daß der Hohlraum des Kupferrohres und ein Ringraum zwischen der Wand, die eine solche Bohrung in der rotierenden Welle festlegt, und der äußeren Umfangsfläche eines solchen einzigen Kupferrohres für die Einströmung und Ausströmung des Kühlmediums relativ zum Kühlmantel benutzt werden können.
Im vorangehenden Ausführungsbeispiel wurde gezeigt und beschrieben, daß das Innere 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 gegenüber dem Inneren 1a des Vakuumbehälters 1 durch die Wirkung der Gummidichtungsringe 30 und 31 abgedichtet ist. Andererseits veranlaßt die Zufuhr des gasförmigen Mediums in das Innere 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 durch die Gaskupplung 32, wie voranstehend beschrieben, zwangsweise, daß der Druck innerhalb des Inneren 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 höher ist als der innerhalb des Inneren 1a des Vakuumbehälters 1. Dementsprechend besteht im wesentlichen keine Möglichkeit, daß das Plasmagas innerhalb des Inneren 1a des Vakuumbehälters 1 in das Innere 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 eintreten kann, und deshalb wird keine mögliche Plasmaentladung im Inneren 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 induziert, was es der Plasmaentladung ermöglicht, stabilisiert zu werden. Wo das Plasmabehandlungsgas von dem Druckgasbehälter 7, der in Fig. 1 gezeigt ist, in das Innere 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 eingeleitet wird, wie dies im voranstehenden Ausführungsbeispiel bewirkt wurde, kann jede mögliche Verringerung der Reinheit des Plasmabehandlungsgases innerhalb des Vakuumbehälters 1 dadurch vermieden werden, daß ein Anteil des gasförmigen Mediums aus dem Inneren 2d in das Innere 1a des Vakuumbehälters 1 als Leckage austritt.
Es muß vermerkt werden, daß, falls erwünscht, das Innere 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 in Verbindung mit der Umgebungsluft durch die Öffnung 17f (gezeigt in Fig. 3) gebracht werden kann, die in der rotierenden Welle 17 festgelegt ist. In einem solchen Fall, kann, weil das innere 2d nicht mit irgendeiner Plasmaatmosphäre gefüllt sein wird und der Druck innerhalb des Inneren 2d einen Wert aufweisen kann, der gleich ist dem der Atmosphäre, jedes mögliche Auftreten einer örtlichen Funkenentladung innerhalb des Inneren 2d vorteilhafterweise auf ein Mindestmaß verringert werden und die Plasmaentladung kann stabilisiert werden.
Da nun die Isolierteile 14, die der Plasmaatmosphäre ausgesetzt sind, wie in Fig. 2 gezeigt, in Form eines Gasbelages vorliegen, der eine hervorragende Verwitterungsbeständigkeit aufweist, werden sie als Folge des Umstandes, daß die Isolierteile 14 mit dem Niedertemperaturplasma behandelt werden und/oder in Anwesenheit einer Lichtbogenentladung vorliegen, nicht wesentlich geschädigt. Dementsprechend besteht keine Möglichkeit, daß die Isolierteile 14 selbst Schaden nehmen könnten und/oder ein gasförmiges Verunreinigungsmedium innerhalb des Vakuumbehälters 1 erzeugt werden kann. Es muß jedoch vermerkt werden, daß statt der Benutzung eines Gasbelags auch ein keramisches Material, ein feinkeramisches Material und Kunststoffe mit Wärmebeständigkeit gegenüber Ultraviolettstrahlen und/oder Beständigkeit gegenüber Elektronenstrahlen allein oder als Mischung als Material für jedes der Isolierteile 14 benutzt werden kann.
Fig. 4 und 5 stellen die Plasmabehandlungsvorrichtung gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zylindrische Körper 2c der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 fest an der rotierenden Welle 17 durch insgesamt plattenförmige, gegenüberliegende Isolierteile 40 angebracht, die jeweils eine Mittelbohrung aufweisen, durch welche sich die rotierende Welle 17 erstreckt. An den gegenüberliegenden ringförmigen Enden 2e der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 ist jeweils ein ringförmiges Isolierteil 41 durch die Benutzung von Paßschrauben 42 mit Schraubenaufnahmebohrungen 41a in dem ringförmigen Isolierteil 41 befestigt, die ihrerseits durch jeweilige elektrische Isolierstopfen 43 verschlossen sind, wie in Fig. 5 gezeigt, wodurch die gegenüberliegenden Endteile 2e im wesentlichen vollständig von den ringförmigen Isolierteilen 41 abgedeckt sind. Jedes der Isolierteile 40 und 41 ist beispielsweise aus Polycarbonadharz oder Keramikmaterial hergestellt. Das Innere 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 ist hermetisch gegenüber sowohl der Umgebungsluft als auch dem Inneren 1a des Vakuumbehälters 1 durch die Isolierteile 40, die Gummiringe 30 und 31 usw. abgedichtet.
In Fig. 4 ist die rotierende Welle 17 mit einer Axialbohrung 17g ausgebildet, durch welche eine Rohrleitung 17a so eingeführt ist, daß der Einströmungskanal 44 für das Kühlmedium und der Ausströmungskanal 45 für dasselbe Kühlmedium im Inneren bzw. außerhalb der Rohrleitung 17a gebildet werden kann. Das Bezugszeichen 46 stellt Verbindungshülsen (Rohrleitungen) dar, die aus Isoliermaterial hergestellt sind, wie beispielsweise Gummi, und die so betreibbar sind, daß sie den Einströmungs- und Ausströmungskanal 44 und 45 mit dem Kühlmittelmantel 2a in Strömungsmittelverbindung bringen.
Die stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1;, 3&sub2; . . . und 3n, die der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 zugewandt sind (der ersten Entladungselektrodenanordnung), sind, wie am besten in Fig. 6 gezeigt, mit ihren entgegengesetzten Enden 3a an jeweiligen Haltegliedern 22A und 22B starr befestigt oder sonstwie angeschweißt, welche Teile 22A und 22B ihrerseits vom Vakuumbehälter 1 mittels der Isolatoren 23 in Fig. 4 getragen sind. Eine insgesamt käfigförmige Entladungselektrodenanordnung 3 (die zweite Entladungselektrodenanordnung) wird von diesen stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1;, 3&sub2; . . . und 3n sowie den Halteteilen 22A und 22B gebildet. Diese käfigförmige Entladungselektrodenanordnung 3 weist eine Ausbildung auf, worin die stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1;, 3&sub2; . . . und 3n von den Halteteilen 22A und 22B getragen sind, während sie mit einer gleichförmigen Teilung zueinander einen Abstand aufweisen, und ist ihrerseits innerhalb des Vakuumbehälters 1 abgestützt, während die Halteteile 22A und 22B mit entsprechenden Tragehaltern 56A und 56B verbunden sind, die an den jeweiligen Isolatoren 23 befestigt sind.
Während jede der benachbarten stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1;, 3&sub2; . . . und 3n vorzugsweise mit gleichmäßiger Teilung zueinander in Abstand angeordnet sind, kann in der Praxis eine solche Abweichung angesichts der Betrachtung von Kosten, die erforderlich sind für die Montage oder Herstellung, hinnehmbar sein, daß die Hälfte oder weniger als der Gesamtzahl der stabförmigen Entladungselektroden voneinander durch eine Teilung mit Abstand angeordnet sein können, mit einer Abweichung, die gleich oder kleiner ist als das Dreifache, vorzugsweise das 1,3-fache, des mittleren Außendurchmessers aller stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1;, 3&sub2; . . . und 3n.
Jedes der Halteteile 22A und 22B zum Tragen der stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1;, 3&sub2; . . . und 3n kann, um zu gestatten, daß diese einen Teil eines gedachten Kreises einnehmen, einen geteilten Aufbau aufweisen, der zwei oder mehr Teile enthält, falls gewünscht, und zwar angesichts von Betrachtungen der Herstellungs- und/oder Einbauvorgänge und/oder zum Zweck bequemer Instandhaltung und Wartung.
Die Bezugszeichen 57A und 57B stellen eine Zufuhr- und Abgabeöffnung für die Strömung des Kühlmediums dar. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die käfigförmige Entladungselektrodenanordnung 3 so ausgebildet, daß sie wirksam vom Kühlmedium gekühlt werden kann, und zu diesem Zweck weist jeder der stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1;, 3&sub2; . . . und 3n der Art nach einen Kühlmittelkanal auf, der hierin gebildet ist, und andererseits weist jedes der Halteteile 22A und 22B einen solchen Aufbau auf, daß es in seinem Inneren einen Kühlmittelkanal für Zufuhr und Abgabe des Kühlmediums in die stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1;, 3&sub2; . . . und 3n hinein und aus diesen heraus aufweist. Jede der Zufuhr- und Abgabeöffnungen 57A und 57B ist, wie in Fig. 7 anhand der Abgabeöffnung 57B als repräsentatives Beispiel dargestellt, so ausgebildet, daß sie in Strömungsmittelverbindung mit einer Zufuhr- oder Abgabe-Rohrleitung 59 steht, die sich fest durch den Vakuumbehälter 1 erstreckt, und zwar durch jeweils eine Verbindungsrohrleitung 58 mit 30 mm oder mehr Länge, die aus Isoliermaterial hergestellt ist, wie beispielsweise Keramikmaterial, und durch die Zwischenschaltung der isolierenden Verbindungsrohrleitung 58 kann jedes mögliche Auftreten eines örtlichen Funkens und einer gelegentlichen anomalen Lichtbogenentladung rund um die Zufuhr- oder Abgaberohrleitung 59 beträchtlich auf ein Mindestmaß verringert werden, vergliche mit dem Fall, in dem keine isolierende Verbindungsrohrleitung verwendet ist.
Die Fig. 8 und 9 stellen die Einzelheiten der käfigförmigen Entladungselektrodenanordnung 3 dar, die mit dem Kühlsystem versehen ist, worin Fig. 8 eine Frontansicht hiervon und Fig. 9 eine Seitenansicht hiervon ist. In diesem dargestellten Fall dient ein Kühlmittelkanal 22PA, der in einem der Halteteile 22A gebildet ist, als Zufuhrkanal, der gemeinsam mit den Kühlmittelkanälen 3P&sub1; bis 3Pn in den jeweiligen stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n in Verbindung steht, während ein Kühlmittelkanal 22 PB, der im anderen der Halteteile 22B gebildet ist, als Abgabekanal dient, der gemeinsam mit den Kühlmittelkanälen 3P&sub1; bis 3PP in den jeweiligen stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n in Verbindung steht.
Es muß vermerkt werden, daß bei der Plasmabehandlungsvorrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Gleitring 25, der in Fig. 4 gezeigt ist, innerhalb des Vakuumbehälters 1 angeordnet und mit einem Abschnitt eines ringförmigen Endes 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 durch einen Leiter 47 verbunden ist. Die verbleibenden baulichen Einzelheiten hiervon sind im wesentlichen identisch mit jenen des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2 gezeigt ist, und werden deshalb nicht wiederholt, während gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 4 bis 9 gezeigt und unter Bezugnahme auf diese beschrieben ist, kann, da die ringförmigen gegenüberliegenden Enden 2e der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 von Isolierteilen 41 abgedeckt sind, jede unnötige Plasmaentladung von der stabförmigen Entladungselektrodenanordnung 3 zu den ringförmigen Enden 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 vermieden werden. Auch dieses Merkmal erbringt einen zusätzlichen Vorzug dahingehend, daß jede mögliche Erhöhung der Temperatur in der Nähe der gegenüberliegenden Enden 2e der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 vermieden werden kann, so daß die Plasmabehandlung gleichförmig über die gesamte Oberfläche der bahnartigen Struktur bewirkt werden kann.
Da außerdem der Kühlmantel 2a mit den Kühlmittelkanälen 44 und 45 durch die Verbindungsmanschetten 46 in Verbindung steht, die aus Isoliermaterial hergestellt sind, wird es dem elektrischen Strom gestattet, von der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 zur rotierenden Welle 17 nur durch das Kühlmedium zu strömen, und deshalb kann die rotierende Welle 17 elektrisch sehr strikt gegenüber der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 isoliert sein.
Da zusätzlich das hermetisch abgedichtete Innere 2d der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 mit der Umgebungsluft gefüllt ist, nicht mit der Plasmaatmosphäre, weil sie in der Atmosphäre montiert ist und nicht mit dem Plasmabehandlungsgas gespeist wird, kann jedes mögliche Auftreten eines örtlichen Funkens im Inneren 2d auf ein Mindestmaß reduziert werden und die Plasmaentladung kann stabilisiert werden.
Da ferner die vielen stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n so angeordnet sind, daß sie von den Halteteilen 22A und 22B gehalten werden, um hierbei die käfigförmige Entladungselektrodenanordnung 3 zu bilden, die ihrerseits im Vakuumbehälter 1 getragen ist, wird, verglichen mit einer allgemeinen baulichen Anordnung, worin die stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n so ausgebildet sind, daß sie sich durch den Vakuumbehälter 1 erstrecken und überkragend von einem Sockel getragen werden, der außerhalb des Vakuumbehälters 1 getragen ist, ein Aufbau, in dem die stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n sich durch den Vakuumbehälter 1 erstrecken, ausgeräumt, und es besteht deshalb keine Möglichkeit, daß die Entladung unstabil werden kann als Ergebnis des Auftretens eines örtlichen Funkens und einer kurzzeitigen anomalen Lichtbogenentladung an einer Stelle, wo sich die stabförmige Entladungselektrodenanordnung durch den Vakuumbehälter hindurch erstreckt, was es der Plasmabehandlungsvorrichtung gestattet, über einen längeren Zeitraum hinweg kontinuierlich betrieben zu werden, mit der Zufuhr einer verhältnismäßig großen elektrischen Strommenge hierzu.
Da ferner ein Aufbau verwendet ist, in dem mehrere stabförmige Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n an ihren entgegengesetzten Enden getragen sind, und da die Spannungen, die in den stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n aufgebaut werden können, deshalb verringert werden können, verglichen mit denen in der oben beschriebenen überkragenden Trageanordnung, können die stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n verwendet werden, die einen verringerten Durchmesser haben, und deshalb können die Kosten, die zur Herstellung der Vorrichtung erforderlich sind, auf ein Mindestmaß reduziert werden. Zusätzlich gestattet die Verwendung stabförmiger Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n mit verringertem Durchmesser es, daß die Teilung zwischen benachbarten stabförmigen Entladungselektroden verringert wird, und gestattet deshalb die Verwendung einer beträchtlich erhöhten Anzahl der stabförmigen Entladungselektroden, wodurch es gestattet wird, daß der eingegebene elektrische Strom von den stabförmigen Entladungselektroden her merklich erhöht werden kann.
Da ferner die vielen stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n fest an ihren gegenüberliegenden Enden durch die Halteteile 22A und 22B getragen sind, wird sich im Lauf der Zeit ihre Lage nicht ändern, und deshalb tritt in den Produkten keinerlei Abweichung in der Qualität auf.
Da noch weiter die Entladungselektrodenanordnung 3 der käfigförmigen Anordnung eine Anordnung ist, worin die stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n, die die Entladungselektrodenanordnung 3 bilden, durch die Verwendung des Kühlmediums gekühlt werden, kann die Oberflächentemperatur einer jeden der stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n bei einem konstanten Wert gehalten und auch gleichförmig gehalten werden, und deshalb kann die Niedertemperatur-Plasmabehandlung dauerhaft über einen längeren Zeitraum hinweg ohne Möglichkeit eines örtlichen Temperaturanstiegs bewirkt werden, d. h. ohne Möglichkeit, daß die bahnartige Struktur A, die behandelt ist, übermäßig bis zu einem solchen Ausmaß erwärmt wird, daß dies zur Änderung der Qualität der Erzeugnisse führt.
Fig. 10 stellt ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar und zeigt eine modifizierte Form der käfigförmigen Entladungselektrodenanordnung 3, die mit dem Kühlsystem versehen ist, und ist ein teilweise vergrößerter Schnitt der Verbindung zwischen dem Trageteil 22A und den stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n, die Fig. 9 entspricht. In diesem Ausführungsbeispiel ist jeder der Kühlmittelkanäle 3P&sub1; bis 3Pn in den jeweiligen stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n mit einer kleinen Öffnung 60 so versehen, daß durch geeignete Auswahl des Innendurchmessers der kleinen Öffnung 60 das Kühlmedium, das vom Halteteil 22A zu jeder der stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n strömt, in gleichförmiger Weise auf die stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n verteilt werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jede kleine Öffnung 60 von einer kleinen Perforierung gebildet, die im Halteteil 22A festgelegt ist.
Fig. 11 und 12 stellen ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar und zeigen eine weitere modifizierte Form der käfigförmigen Entladungselektrodenanordnung 3, die mit dem Kühlsystem versehen ist, worin Fig. 11 eine Vorderansicht der käfigförmigen Entladungselektrodenanordnung 3 und Fig. 12 eine Seitenansicht hiervon ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kühlmittelkanal 22PA oder 22PB in jedem der Halteteile 22A und 22B durch Trennwände 61 so unterteilt, daß jeder der Kühlmittelkanäle 3P&sub1;, 3P&sub2; . . . und 3Pn in den jeweiligen stabförmigen Entladungselektroden 3&sub1; bis 3n aufeinanderfolgend und in Reihe angeordnet werden kann.
Es muß vermerkt werden, daß im ersten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, die ringförmigen Enden 2e der zylindrischen Entladungselektrodenanordnung 2 von den Isolierteilen 41 abgedeckt sein können, wie dies der Fall ist beim fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 13 gezeigt ist. Es kann auch die stabförmige Entladungselektrodenanordnung 3, die in Fig. 2 gezeigt ist, mit dem Kühlsystem versehen sein, das unter Bezugnahme auf Fig. 6 bis 12 gezeigt und beschrieben ist.
Fig. 14 zeigt eine unterschiedliche Plasmabehandlungsvorrichtung für die bahnartige Struktur, woran die vorliegende Erfindung anwendbar ist. In dieser Figur stellen die Bezugszeichen 9 und 10 jeweils Hilfs-Vakuumkammern dar, und während eine Vielzahl von Dichtungsrollen (nicht gezeigt) und Dichtungskammern (nicht gezeigt) im Inneren der Hilfs-Vakuumkammern 9 und 10 sowie längs der Bewegungsrichtung der bahnartigen Struktur A angeordnet sind, kann das Aufrechterhalten des Drucks innerhalb der Vakuumkammer 1 bei einem vorbestimmten Wert dadurch unterstützt werden, daß man die Dichtungskammern auf ein Vakuum auspumpt, so daß der Druck fortlaufend vom Umgebungsluftdruck aus verringert werden kann.
Obwohl nicht gezeigt, kann die vorliegende Erfindung in gleicher Weise an einer Anordnung anwendbar sein, worin die Bahnzuführeinheit 11 und die Bahnaufnahmeeinheit 13 innerhalb der Vakuumkammer 1 zusammen mit beiden Entladungselektrodenanordnungen 2 und 3 angeordnet sind.
Aus der vorangehenden Beschreibung hat es sich nun verdeutlicht, daß gemäß der vorliegenden Erfindung die Verschwendung von elektrischem Strom, der durch die Plasmabehandlungsvorrichtung für die bahnartige Struktur verbraucht wird, die eine verhältnismäßig große Menge an elektrischem Strom verbraucht, in vorteilhafter Weise auf ein Mindestmaß reduziert werden kann und auch das Auftreten einer anomalen Lichtbogenentladung wirksam vermieden werden kann, was es der Plasmabehandlungsvorrichtung gestattet, eine Bearbeitungskapazität aufzuweisen, die ausreicht, um es zu gestatten, daß sie industriell benutzt und kontinuierlich betrieben wird.

Claims

1. Plasmabehandlungsvorrichtung zur Behandlung einer blattartigen Struktur, umfassend eine zylindrische erste Entladungselektrodenanordnung (2), die starr auf einer rotierenden Welle (17) zur gemeinsamen Rotation angebracht ist, wobei sich die rotierende Welle durch ein Vakuumgefäß (1) erstreckt und die blattartige Struktur so angepaßt ist, daß sie der Außenkontur der ersten Entladungselektrodenanordnung (2) folgt; eine zweite Entladungselektrodenanordnung (3), die im Inneren des Vakuumbehälters und der ersten Entladungselektrodenanordnung gegenüberliegend angeordnet ist, wobei der Vakuumbehälter gegenüber einem elektrischen Schaltkreis (6) isoliert ist, der sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Entladungselektrodenanordnung verbunden ist; und elektrische Isolatoren (14, 15), die zwischen der zylindrischen ersten Entladungselektrodenanordnung und der rotierenden Welle eingefügt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Leiter (27), der mit der ersten Entladungselektrodenanordnung (2) verbunden ist, durch die rotierende Welle eingeführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Entladungselektrodenanordnung (2) mit einer ersten Kühlleitungseinrichtung (2a) versehen ist, über die ein Kühlmittel strömt, wobei diese erste Kühlleitungseinrichtung (2a) strömungsmäßig in Reihe mit einer zweiten Kühlleitungseinrichtung (20, 20a) für die Leitung eines Kühlmittels zur Kühlung des durch die rotierende Welle eingeführten Leiters (27) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Entladungselektrodenanordnung (2) mit einer ersten Kühlleitungseinrichtung (2a) versehen ist, die über eine aus Isolationsmaterial gebildete Verbindungsleitung (21) mit einer zweiten, in der rotierende Welle gebildeten Kühlleitungseinrichtung (20a) strömungsmäßig verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Entladungselektrodenanordnung (2) ein trommelartiges Inneres aufweist, das mit einer Quelle (7) eines gasförmigen, das Plasmabehandlungsgas enthaltenden Mediums verbunden ist und das auf einem höheren Druck als der im Inneren des Vakuumbehälters herrschende Druck gehalten wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Entladungselektrodenanordnung ein mit der Umgebung kommunizierendes trommelartiges Inneres aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Entladungselektrodenanordnung ein vollkommen abgedichtetes trommelartiges Inneres aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Entladungselektrodenanordnung entgegengesetzte Enden (2b) aufweist, die mit jeweiligen Isolatoren (14, 15) bedeckt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Entladungselektrodenanordnung (2) mehrere im wesentlichen stabartige Entladungselektroden (3&sub1; . . . 3n) aufweist, die an ihren entgegengesetzten Enden mittels zugeordneter Halteglieder (22A, 22B) gestützt sind, während sie sich parallel zueinander erstrecken, um einen Teil eines imaginären Kreises einzunehmen, welcher der Außenkontur der zylindrischen ersten Entladungselektrodenanordnung (2) folgt, und um eine im wesentlichen käfigartige Struktur zu bilden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei jede der stabartigen Entladungselektroden (3&sub1; . . . 3n) eine im Inneren gebildete erste Kühlleitung (3P&sub1; . . . 3Pn) aufweist, die für die Durchleitung eines Kühlmediums vorgesehen ist, und die Halteglieder (22A, 22B) entsprechende Kühlleitungen zur zueinander parallelen Verbindung der Eingangs- und Ausgangsenden der Kühlleitungen der stabartigen Entladungselektroden bilden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei jede der stabartigen Entladungselektroden (3&sub1; . . . 3n) eine im Inneren gebildete erste Kühlleitung (3P&sub1; . . . 3Pn) aufweist, die für die Durchleitung eines Kühlmediums vorgesehen ist, und die Halteglieder (22A, 22B) entsprechende Kühlleitungen (22PA, 22PB) zur Reihenverbindung der Kühlleitungen der stabartigen Entladungselektroden bilden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei Zu- und Abführöffnungen (57A, 57B) in jeder der ersten Kühlleitungen (22PA, 22PB) der stabartigen Entladungselektroden in den jeweiligen Haltegliedern (22A, 22B) gebildet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei Zu- und Abführöffnungen von jeder der ersten Kühlleitungen der stabartigen Entladungselektroden in den jeweiligen Haltegliedern gebildet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Zu- und Abführöffnungen (57A, 57B) über aus Isolationsmaterial gefertigte Verbindungsleitungen (58) mit Zu- und Abführrohren (44, 45, 59), die durch das Vakuumgefäß verlaufend angeordnet sind, strömungsmäßig verbunden sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Zu- und Abführöffnungen (57A, 57B) über aus Isolationsmaterial gefertigte Verbindungsleitungen (58) mit Zu- und Abführrohren (59), die durch das Vakuumgefäß verlaufend angeordnet sind, strömungsmäßig verbunden sind.