專利名稱：多通道真空鍍膜系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及鍍膜系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種采用淀積方法進行鍍膜的多 通道鍍膜系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在真空中，塑料基材可以通過化學氣相沉積系統(tǒng)特別是等離子體增強式化學沉積 (PECVD)系統(tǒng)進行鍍膜，例如，在美國專利US 6397776和US 6872428的圖9和10中描述說 明的膨脹式熱等離子體(ETP)鍍膜系統(tǒng)。在這些真空鍍膜系統(tǒng)中，等離子體源或等離子體 發(fā)生器在包括一個或多個鍍膜區(qū)的真空室內(nèi)排成一個陣列。這些等離子體源可以排成垂直 陣列，其高度與鍍膜系統(tǒng)內(nèi)需要鍍膜的基材高度一致。通常在一個膜層淀積的過程中，一系 列基材按順序通過一個加熱區(qū)和一個(或一系列)鍍膜區(qū)。如果基材上的膜層為多層或為 包含多個子層(sub-layer)的膜層，一般地每一膜層或者子層需要一個單獨的鍍膜區(qū)域。由載架(即傳送裝置)通過同一個通道沿一個方向傳送基材的真空鍍膜系統(tǒng)被稱 為連續(xù)串聯(lián)(in-line)真空鍍膜系統(tǒng)。位于第一個鍍膜區(qū)前、最后一個鍍膜區(qū)后的傳送鎖 (transfer lock)用來將基材或載架從真空鍍膜系統(tǒng)外部(如在常壓下)自動輸送到真空 系統(tǒng)內(nèi)部，然后再將其輸送到系統(tǒng)外部。在一個連續(xù)串聯(lián)真空鍍膜系統(tǒng)中，一系列密集排列 的基材載架橫貫一連串的鍍膜區(qū)域，每一個鍍膜區(qū)用來涂覆特定的膜層或薄膜子層到基材 上，這樣有可能得到最大的年處理容量，從而使單位產(chǎn)量預期資本投入最低。然而，在某些情況下，對鍍膜材料的需求量可能并不能使連續(xù)串聯(lián)真空鍍膜系統(tǒng) 的可利用空間得到充分應用。比如下面兩例就屬此種情況1)新的真空鍍膜系統(tǒng)初始啟動 階段；2)鍍膜材料市場需求有限。真空鍍膜系統(tǒng)中所需投資與每個等離子體源相關(guān)，這表明成本取決于所需電源以 及質(zhì)量流量控制器、真空泵和組成等離子體源的機械構(gòu)件的數(shù)量。因此，減少等離子體源 (統(tǒng)一地通過整個陣列)的數(shù)目，有可能使總投資減少，不過這會降低整個陣列的有效高 度。這種方式的優(yōu)勢在于可以相對快速地將等離子體膨脹至整個陣列空間。其不足之處在 于相對減少了基材能被涂覆的高度范圍以及只能小范圍地(遠遠少于50%)減少所需投 資額。同時也可以通過降低鍍膜系統(tǒng)基礎結(jié)構(gòu)(傳送鎖和真空室)的高度來進一步降低成 本，不過這會讓上面提到的膨脹優(yōu)勢消失掉。真空鍍膜系統(tǒng)可以配置成在初始時容量較小，但在需要時也能夠方便地將其改進 以增大其容量，這樣的真空鍍膜系統(tǒng)可以降低建設、安裝和運行所需的初始資金投入。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種連續(xù)串聯(lián)真空鍍膜系統(tǒng)的替代方案，以及一種減少初始投資 的、在真空中給塑料基材鍍膜的方法。該系統(tǒng)也能夠在需要時，以最少的投入增大系統(tǒng)的總 鍍膜生產(chǎn)容量。因此，當需要逐漸增大系統(tǒng)總的鍍膜容量時，本發(fā)明的真空鍍膜系統(tǒng)能夠繼 續(xù)使用鍍膜系統(tǒng)中已有的基礎設施和組件，而不需將其全部替換掉。因此，本發(fā)明提供了一種多通道真空鍍膜系統(tǒng)和方法，用于給通過該系統(tǒng)的基材
4涂覆多層薄膜。該系統(tǒng)包括至少一個與系統(tǒng)相連的、用于在系統(tǒng)內(nèi)建立真空的真空泵，還包 括至少一個能給基材涂覆單層膜的鍍膜區(qū)和至少一個實現(xiàn)基材在系統(tǒng)外的常壓和系統(tǒng)內(nèi) 的真空之間切換的傳送鎖。為了能在系統(tǒng)內(nèi)移動基材，該系統(tǒng)中配置有一個傳送裝置，其能 夠讓基材在移出系統(tǒng)前至少通過鍍膜區(qū)兩次。一方面，本發(fā)明提供了一種給通過系統(tǒng)的基材涂覆多層膜的多通道真空鍍膜系 統(tǒng)。該系統(tǒng)包括與系統(tǒng)連接的至少一個用于在系統(tǒng)內(nèi)部建立真空的真空泵；多個區(qū)，其包 括至少一個能給基材鍍單層膜的鍍膜區(qū)；多個區(qū)內(nèi)還包括至少一個用于將基材在系統(tǒng)外部 的常壓和系統(tǒng)內(nèi)部的真空之間進行切換的傳送鎖；以及一使一個或多個基材在移出系統(tǒng)前 至少通過鍍膜區(qū)兩次的傳送裝置。本發(fā)明的另一方面，傳送裝置用于使基材從一個方向通過鍍膜區(qū)，再反轉(zhuǎn)運動方 向，沿另一方向通過鍍膜區(qū)。另一方面，多個鍍膜區(qū)中的其中一個進一步包括一卷取模塊(take-up module), 所述卷取模塊為傳送裝置的一部分，卷取模塊用于在系統(tǒng)中反轉(zhuǎn)基材的運動方向。另一方面，卷取模塊用來接收、承載以及分配多個基材使多個基材能夠同時在鍍 膜系統(tǒng)中定位。另一方面，系統(tǒng)中的卷取模塊進一步包括一盒式裝置(cassette mechanism)，該 盒式裝置用于分別接收和承載多個基材。另一方面，多個區(qū)中的一個進一步包括一含有加熱器的加熱區(qū)模塊，用于在基材 鍍膜前調(diào)整基材的溫度。另一方面，傳送鎖包括一個作為傳送裝置一部分的卷取模塊，該卷取模塊能反轉(zhuǎn) 系統(tǒng)內(nèi)基材的運動方向，傳送鎖的所述卷取模塊用于接收、承載和分配多個模塊使多個模 塊能同時在系統(tǒng)中定位。另一方面，傳送鎖為一入口傳送鎖，系統(tǒng)還包括一出口傳送鎖，入口傳送鎖和出口 傳送鎖分別用于在系統(tǒng)內(nèi)接收基材和將基材輸出系統(tǒng)。另一方面，多個區(qū)包括一再循環(huán)模塊，再循環(huán)模塊用于將移出系統(tǒng)的模塊再次送 回進入鍍膜區(qū)涂覆另一層膜。另一方面，再循環(huán)模塊與一分離模塊(splitter module)連接，分離模塊用于將基 材交替引入再循環(huán)模塊或?qū)⑵湟瞥鱿到y(tǒng)。再循環(huán)模塊也與一合并模塊(merge module)相 連接，合并模塊用于將來自再循環(huán)模塊的基材再導回合并成一系列再進入鍍膜區(qū)。另一方面，至少部分模塊的壁面與冷卻系統(tǒng)相連，該冷卻系統(tǒng)用于自動冷卻模塊 的壁面，以減少對通過模塊的基材造成的溫度影響。另一方面，本發(fā)明提供了一種給基材涂覆多層膜的方法。該法包括如下步驟在系 統(tǒng)內(nèi)建立真空；通過傳送鎖將每個基材從鍍膜系統(tǒng)外部移至系統(tǒng)內(nèi)部；在加熱區(qū)將每個基 材加熱至適宜鍍膜的溫度；使基材沿第一運動方向通過鍍膜區(qū)，并在鍍膜區(qū)給每個基材涂 覆第一層膜；使基材再次通過鍍膜區(qū)并在鍍膜區(qū)給每個基材涂覆第二層膜；通過傳送鎖將 每個基材從鍍膜系統(tǒng)內(nèi)部移至系統(tǒng)外部。另一方面，基材第二次通過鍍膜區(qū)的步驟為沿第二運動方向，該方向與第一運動 方向不為同一方向。另一方面，第二次通過鍍膜區(qū)的運動方向與第一運動方向相反。
另一方面，基材再次通過鍍膜區(qū)時沿第二方向，該運動方向與第一運動方向相同。另一方面，基材第二次通過鍍膜區(qū)的步驟包括基材通過系統(tǒng)時反轉(zhuǎn)運動方向。另一方面，反轉(zhuǎn)步驟包括接收和承載多個基材，然后將其沿第二方向分配出去。另一方面，多個基材同時移動通過系統(tǒng)。另一方面，鍍膜方法包括基材通過鍍膜區(qū)兩次以上，涂覆至基材上的膜層多于兩層。另一方面，基材通過鍍膜區(qū)多于兩次包括基材通過鍍膜區(qū)時至少有一次未將相應 膜層涂覆于基材上。


圖1為傳統(tǒng)連續(xù)串聯(lián)鍍膜系統(tǒng)示意圖，其中有兩個鍍膜區(qū)，能涂覆兩層膜或子層 膜；圖2為根據(jù)本發(fā)明設計的鍍膜系統(tǒng)示意圖，其中鍍膜系統(tǒng)內(nèi)一次只存在一個基材 或基材載架；圖3為根據(jù)本發(fā)明設計的鍍膜系統(tǒng)示意圖，其中鍍膜系統(tǒng)內(nèi)同時有多個基材或基 材載架；圖4為根據(jù)本發(fā)明設計的鍍膜系統(tǒng)示意圖，其中鍍膜系統(tǒng)內(nèi)同時有多個基材或基 材載架，并且包括一個能反轉(zhuǎn)基材方向的傳送鎖；圖5為根據(jù)本發(fā)明設計的鍍膜系統(tǒng)示意圖，其中鍍膜系統(tǒng)內(nèi)同時有多個基材或基 材載架，并且包括兩個能反轉(zhuǎn)基材方向的傳送鎖；圖6為根據(jù)本發(fā)明設計的混合串聯(lián)真空鍍膜系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式一方面，本發(fā)明與膨脹式熱等離子體鍍膜系統(tǒng)有關(guān)，其能夠涂覆多層膜或一層包 含多個子層的膜層。從下面的描述中可知，本發(fā)明中描述的各種真空鍍膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在比較 其結(jié)構(gòu)、容量和投資時，假定每種都能在基材上涂覆相似形狀和大小的本質(zhì)上類似的膜層。 本發(fā)明中包括的膨脹式熱等離子體鍍膜系統(tǒng)的構(gòu)造所需要的投資遠遠少于傳統(tǒng)連續(xù)串聯(lián) 膨脹式熱等離子體鍍膜系統(tǒng)，其中減少的投資以鍍膜容量作為代價。另一方面，本發(fā)明主要涉及能在真空中涂覆膜層或子層于基材上的鍍膜系統(tǒng)。盡 管本發(fā)明描述的角度為基材的膜層或子層通過膨脹式熱等離子體鍍膜系統(tǒng)涂覆(e. g.， such as the Exatec E900glazing by Exatec, LLC of ffixom, Michigan)，{M是:領域技 術(shù)人員要認識到本發(fā)明主要是在真空下給基材涂覆所有膜層。因此，包括本發(fā)明在內(nèi)的真 空鍍膜系統(tǒng)并不總是包括一個膨脹式熱等離子體源。需要注意的是下文描述使用的詞“基 材”，既包括直接通過鍍膜系統(tǒng)中的傳送裝置操作的基材，也包括直接通過鍍膜系統(tǒng)中的傳 送裝置操作的承載一個或更多基材的載架本身。如圖1所示，其為一個連續(xù)串聯(lián)真空鍍膜系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)情況，該系統(tǒng)有較大 鍍膜基材容量，能容納一系列密集排列的基材?；难匾粋€方向連續(xù)不斷地通過各個鍍膜 區(qū)，基材在每一個區(qū)內(nèi)被涂覆一層膜或子層膜。這個傳統(tǒng)的連續(xù)串聯(lián)鍍膜系統(tǒng)即為后面的 參考鍍膜系統(tǒng)10。如圖所示，通過使用兩個鍍膜區(qū)，參考鍍膜系統(tǒng)10用于涂覆兩層膜或包
6含兩個子層的一層膜。除了兩個鍍膜區(qū)18，參考鍍膜系統(tǒng)10還包括兩個交換鎖12、多個緩 沖區(qū)14、至少一個加熱區(qū)16、一個隔離區(qū)20，每一個區(qū)都可以視為一個單獨的模塊組件?；幕虺休d基材的載架在箭頭22處從入口鎖12進入系統(tǒng)10。同系統(tǒng)10的其他 部分相同，入口鎖12連接有一個或多個真空泵24，用于建立使鍍膜系統(tǒng)運行的真空。一系 列基材連續(xù)不斷地由入口鎖12進入，經(jīng)緩沖區(qū)14進入到加熱區(qū)16，將基材加熱至適宜鍍膜 的溫度。從加熱區(qū)16出來的基材進入第一個鍍膜區(qū)18，在此淀積第一層膜或子層膜。接 著，基材進入隔離區(qū)20。隔離區(qū)20用來將第一個鍍膜區(qū)18與后面的鍍膜區(qū)隔離開來，防止 各個膜層或子層的成分相互混合或淀積。離開隔離區(qū)20的基材進入第二鍍膜區(qū)18'，在這 里第二層膜或子層被淀積在前一層上面。這一層膜或子層與前面的一層膜或子層可能相同 也可能不同。若要在系統(tǒng)10中涂覆另外的膜層或子層，那么系統(tǒng)10則應額外包括適當數(shù) 目的隔離區(qū)20和鍍膜區(qū)18，其數(shù)目要與所需額外膜層或子層的數(shù)目一致。最后一個膜層或 子層涂覆后，鍍好膜的基材被輸送至緩沖區(qū)14'，然后再進入出口鎖12'。從出口鎖12' 出來后，涂覆好的基材就離開系統(tǒng)10，再被輸送到其他后處理工序，如圖中箭頭26所示。圖2-6描述的是根據(jù)本發(fā)明原理設計的鍍膜系統(tǒng)的具體實施方式
。這些系統(tǒng)不同 于參考鍍膜系統(tǒng)10之處在于每個基材在系統(tǒng)內(nèi)至少反轉(zhuǎn)一次方向，并且至少通過一個鍍 膜區(qū)兩次。因此，在本發(fā)明中，基材通過至少一個鍍膜區(qū)的次數(shù)多過一次。所以本發(fā)明具體 實施方式在這里即指多通道鍍膜系統(tǒng)。組成本發(fā)明所述多通道鍍膜系統(tǒng)基礎結(jié)構(gòu)的模塊組件中有許多與參考鍍膜系統(tǒng) 10中使用的模塊組件相似。因此，一些相同的模塊可以在本發(fā)明的具體實施例的多通道鍍 膜系統(tǒng)中使用。同樣，本發(fā)明的各種模塊也可以用在參考鍍膜系統(tǒng)10中。本發(fā)明的多通道鍍膜系統(tǒng)在如下描述的具體實施方式
中包括一個單獨的鍍膜區(qū)。 根據(jù)下述描寫明顯可知，多通道鍍膜系統(tǒng)用來涂覆多層膜或涂覆子層膜，不過在下文中統(tǒng) 一稱為“膜層”。更具體說，圖2和圖3所示的多通道鍍膜系統(tǒng)適宜涂覆兩層膜，而在圖4、5 和圖6中所示的多通道鍍膜系統(tǒng)適合涂覆多于兩層的膜層。相對于參考鍍膜系統(tǒng)10，本發(fā)明涉及的多通道鍍膜系統(tǒng)的額定容量較小，其原因 有兩個，如公式(1)所示。Cm/Cr = (Zm/SL) X (Um/Ur)(1)其中Cm為多通道鍍膜系統(tǒng)的額定容量Cr為參考鍍膜系統(tǒng)的額定容量Zm為多通道鍍膜系統(tǒng)的鍍膜區(qū)數(shù)目SL為鍍膜層的膜層數(shù)目Um為多通道鍍膜系統(tǒng)鍍膜區(qū)的利用率Ur為參考鍍膜系統(tǒng)鍍膜區(qū)的利用率公式⑴中因子(Zm/SL)表明容量與可利用的鍍膜區(qū)數(shù)目成正比，其中(Zm)為多 通道鍍膜系統(tǒng)中可利用鍍膜區(qū)數(shù)目，相當于參考鍍膜系統(tǒng)10中的(SL)。第二個因子(Um/ Ur)表明容量也與鍍膜區(qū)的利用率成正比。換而言之，容量也與基材在每個鍍膜區(qū)自動鍍膜 所需時間量成正比。為了便于計算，該使用時間被假定為在所有鍍膜區(qū)鍍膜時相同。由于 在參考鍍膜系統(tǒng)10中基材連續(xù)進入一個鍍膜區(qū)，Ur值近似等于公式(2)計算所得值。
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Ur = L/ (L+Gr)(2)其中L為在運動方向上基材的長度；Gr為各相連基材間的間隙。在實際過程中，在傳送裝置允許的范圍內(nèi)Gr值相對L 而言很小，所以Ur接近單位1。下面對圖2作一說明，該圖描述的是本發(fā)明原理的多通道鍍膜系統(tǒng)30。與圖1中 所示的參考鍍膜系統(tǒng)10相同，鍍膜系統(tǒng)30能涂覆兩層膜。不過多通道鍍膜系統(tǒng)30的投資 總額要少于參考鍍膜系統(tǒng)10。這是因為鍍膜系統(tǒng)30中的很多鍍膜區(qū)包括其相關(guān)基礎結(jié)構(gòu) 如膨脹式熱等離子體源陣列、電源、質(zhì)量流量控制器等的數(shù)量都只有參考鍍膜系統(tǒng)10的一 半。另外，多通道鍍膜系統(tǒng)30去除了隔離模塊20和參考鍍膜系統(tǒng)10所需的四組真空泵24 中的其中兩組。而與第二個鍍膜區(qū)18'和出口鎖12'相連的真空泵24被完全從多通道鍍 膜系統(tǒng)30中去除。更具體地說，多通道鍍膜系統(tǒng)30用來涂覆兩層膜。如箭頭32所示，基材經(jīng)由一個 傳送鎖34直接或者通過一個載架(圖中未顯示，但在本領域中這是為人所熟知的)進入鍍 膜系統(tǒng)30。傳送鎖34與鍍膜系統(tǒng)30中的相似，只是這里其操作相當于一個入口鎖和一個 出口鎖。真空泵36連接在傳送鎖34上，用于在傳送鎖34內(nèi)建立真空。眾所周知，真空泵 及其在淀積系統(tǒng)中的使用，因此這里就不做進一步詳述了。離開傳送鎖34，基材經(jīng)過緩沖區(qū)38然后進入加熱區(qū)40，加熱區(qū)40是可選的。基 材由傳送鎖34周期性地傳送過來，緩沖區(qū)38用于讓基材能夠趕上前面?zhèn)魉瓦M系統(tǒng)的基材， 以使各基材間的間隙最小(并能使鍍膜區(qū)42的利用率趨于最大)。在加熱區(qū)40，加熱器將 基材加熱至適宜鍍膜的溫度，此處的加熱器可以為本領域內(nèi)任何適合的型號。在鍍膜區(qū)42 (作為優(yōu)選方式，此處連接有一真空泵36)，可采用傳統(tǒng)方法以及任何 已知的淀積技術(shù)，包括化學氣相沉積和等離子體淀積技術(shù)(但不限于這些方法)，將第一 層膜淀積于基材的一面或兩面上。離開鍍膜區(qū)42后，經(jīng)一次鍍膜的基材通過另一緩沖區(qū) 38'，然后到達卷取模塊44。緩沖區(qū)38'具有一使基材和卷取模塊44定期相互作用的集 合區(qū)域；當鍍膜參數(shù)調(diào)整成適合基材再次通過鍍膜區(qū)42時，緩沖區(qū)38'也用來增加鍍膜區(qū) 42和基材(此時處于卷取模塊44中)之間的距離。卷取模塊44接收基材并在基材通過緩沖區(qū)38'開始時反轉(zhuǎn)基材的方向使之返回 通過鍍膜系統(tǒng)30。離開緩沖區(qū)38'，基材返回到鍍膜區(qū)42內(nèi)，再次通過該區(qū)并在其一面或 兩面上涂覆第二層膜。如上所述，第二層膜與第一層膜可能相同，也可能不同。離開鍍膜區(qū)42的基材通過加熱區(qū)40。此時加熱區(qū)40的加熱溫度與基材第一次通 過鍍膜系統(tǒng)30時相比可能相同，也可能減小了。如上所述，溫度的減小也許是由于加熱區(qū) 40處于關(guān)閉狀態(tài)，不能在基材第二次通過時自動加熱。接著鍍膜兩次的基材通過緩沖區(qū)38回到傳送鎖34。如圖中箭頭46所示，從傳送 鎖34出來后，基材離開鍍膜系統(tǒng)30。除了將輸入和輸出操作合并成一單獨的傳送鎖34，本實施例中的多通道鍍膜系統(tǒng) 30也只用一個單獨的自動裝置裝載和卸載基材，而不是如參考鍍膜系統(tǒng)10那樣需要兩個。 合并裝載和卸載裝置使其在一處作用還有一個優(yōu)點如果使用基材載架，將基材載架從輸 出地點返回或循環(huán)回到系統(tǒng)內(nèi)的輸入地點時，不再需要任何外部的裝置。
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除了組件和/或模塊數(shù)量的減少，多通道鍍膜系統(tǒng)30能像參考鍍膜系統(tǒng)10 —樣 給基材涂覆兩層膜。通過單個的鍍膜工作區(qū)涂覆兩層膜，這需要利用鍍膜系統(tǒng)30內(nèi)額外的 三個自由度。第一，基材的運動方向包括基材通過傳送鎖34的方向是能反轉(zhuǎn)的。第二，鍍膜區(qū) 42如此構(gòu)造是為了使其能夠完成給基材涂覆不同膜層的必要工序。這是由于多通道鍍膜系 統(tǒng)30中的鍍膜區(qū)42能改變氣流和/或蒸汽流速率以及膨脹熱等離子體能源，在時間尺度 上該過程比基材通過鍍膜系統(tǒng)30的中轉(zhuǎn)時間要短。第三，加熱區(qū)40的加熱元件，如石英燈 等，能夠在同樣快速的時間尺度上打開和關(guān)閉。如上所述，圖2中的多通道鍍膜系統(tǒng)30主要是使每一塊基材經(jīng)如下一系列步驟涂 覆目標膜層(1)通過傳送鎖34將基材移入鍍膜系統(tǒng)30 ；(2)通過加熱區(qū)40向卷取模塊44移動，其中的加熱器處于開啟狀態(tài)；(3)在向卷取模塊44移動的過程中，通過鍍膜區(qū)42并涂覆第一層膜；(4)從傳送鎖34離開后即進入卷取模塊44 ；(5)向傳送鎖34移動時，離開卷取模塊44 ；(6)再一次通過鍍膜區(qū)42，同時給基材涂覆第二層膜；(7)通過加熱區(qū)40，選擇性地關(guān)閉加熱器，并向傳送鎖34移動；并且(8)涂覆好的基材通過傳送鎖34從鍍膜系統(tǒng)30內(nèi)部移至系統(tǒng)外部。表面看來，基材在圖2所示的多通道鍍膜系統(tǒng)30中使用的加熱和鍍膜處理順序與 圖1所示的參考鍍膜系統(tǒng)10使用的順序相同。但是，這兩個不同的鍍膜系統(tǒng)在有效處理基 材方面具有比較細微的差別的，除非多通道鍍膜系統(tǒng)30采用下述的方法來解決其不同之 處。第一，多通道鍍膜系統(tǒng)30中單個子層的涂覆時間延遲很可能更長一些。這個延長 的時間延遲也許會造成基材在涂覆第二層膜時溫度更低。必要時，在卷取模塊44里對基材 自動加熱能有效補償該熱量損失。第二，在多通道鍍膜系統(tǒng)30中，經(jīng)充分鍍膜的基材在返回鍍膜系統(tǒng)30時要通過加 熱區(qū)40，這是上面描述過的步驟(7)。即使加熱器(如石英燈加熱器)關(guān)閉了，加熱區(qū)40的 壁面也許仍然會放熱并且讓鍍膜基材的溫度升高。這一升高的溫度很可能對鍍膜基材造成 熱損害。自動冷卻(如水冷)加熱區(qū)40的壁面以及鍍膜系統(tǒng)30內(nèi)的其他地方也許能解決 該問題。另外，由于本發(fā)明系統(tǒng)中基材(和其攜帶的熱量)的移出頻率低于參考鍍膜系統(tǒng) 10的移出頻率，多通道鍍膜系統(tǒng)30的其他壁面或組件可能吸收并再輻射多余的熱量。類似 地，可通過自動冷卻鍍膜系統(tǒng)中的這些壁面或組件來抵消其熱量。第三，鍍膜區(qū)42的利用率(Um)，比如多通道鍍膜系統(tǒng)30中的鍍膜區(qū)42被基材 占用的時間比例，遠遠小于單位1，因為每個基材移入鍍膜系統(tǒng)30后要在下一個基材進入 鍍膜系統(tǒng)30前移出去。這使得在基材于系統(tǒng)30中循環(huán)時鍍膜區(qū)42大部分時間處于閑 置狀態(tài)。如果在鍍膜基材循環(huán)時鍍膜劑持續(xù)流入鍍膜系統(tǒng)42，當鍍膜劑前驅(qū)體(coating precursor)逸散出鍍膜區(qū)時很可能會污染基材。至少有兩種方法能減輕這個問題。上述中的一個減輕方法是凈化加熱模塊40和緩沖模塊38，可使用與流過鍍膜區(qū) 42總的熱等離子體源相同的惰性氣體(如氬氣)。利用位于鍍膜系統(tǒng)42附近或里面的端
9口將工業(yè)廢氣泵出鍍膜區(qū)42，來自于加熱模塊40和緩沖模塊38的凈化氣體能把鍍膜劑前 驅(qū)體限制在鍍膜區(qū)42內(nèi)。另一減輕方法是根據(jù)鍍膜區(qū)處于占用狀態(tài)還是閑置狀態(tài)來打開和切斷鍍膜劑流 體。緩沖區(qū)38'和卷取模塊44連接在一起也有助于將基材在卷取模塊44內(nèi)受到鍍膜 劑前驅(qū)體的污染降至最低。在圖3至圖5所示的本發(fā)明的具體實施方式
里，連接有擴展的 卷取模塊時這一功能變得更為重要。相比于圖1所示的參考鍍膜系統(tǒng)10，公式(1)清楚地解釋了多通道鍍膜系統(tǒng)30容 量的減小。根據(jù)圖2所示的具體實施方式
和圖1所示的參考鍍膜系統(tǒng)10，公式(1)中第一 個因子(Zm/SL)為0. 5。第二個因子(Um/Ur)也小于1，因為根據(jù)上面所述理由Um遠遠小 于單位1 ；根據(jù)公式(2)可知，在實例中Ur接近單位1。假定Um約等于0.2，這是一個實際 的、真實的值，由公式(1)得到多通道鍍膜系統(tǒng)30的額定容量大約為鍍膜系統(tǒng)10的容量的 10%。通過在每次循環(huán)操作中涂覆一組或一系列基材而不是單個基材的方式，可大大增加 Um的值從而相應地增加多通道鍍膜系統(tǒng)30的容量。圖3至圖5所示的具體實施方式
中描 述了涂覆一組或一系列基材的方法，接下來將對其進行描述。參照圖3，為根據(jù)本發(fā)明的進一步的具體實施方式
多通道鍍膜系統(tǒng)230，該系統(tǒng)的 容量遠遠大于前面描述過的圖2中的具體實施方式
。此容量的擴大僅需要增加相對很少的 資金投入。相較于圖2中的具體實施方式
，圖3的新特征在于卷取模塊244的擴大，這樣能 夠一次容納一組“N”個基材，此處“N”值遠遠大于1。由于此具體實施方式
中的其他模塊與 圖2的具體實施方式
中的大致相同，這些模塊保留了在前一個具體實施方式
中使用的相同 附圖標記。卷取模塊244通過傳送裝置接收基材，每次一個，直到整組的“N”個基材都進入。 然后卷取模塊244將所有的“N”個基材進行分配，每次一個，使其返回到通向鍍膜區(qū)42的 緩沖區(qū)38'。這“N”個基材在卷取模塊中如一副牌一樣堆在一起，還是像旋轉(zhuǎn)木馬一樣環(huán) 繞散開，或者其他本領域技術(shù)人員知道的排列方式，屬于工程自行決定問題。通常卷取模塊 244包括一盒式裝置(圖中未顯示)或類似裝置，用于按順序校準該盒式裝置的位置來接收 和分配每一個基材。盒式裝置接收和分配基材的方式最好以先入先出原則為基礎，這能夠 確保每個基材在涂覆系列膜層中經(jīng)歷的時間段相同。另外，系統(tǒng)230的操作流程與圖2所 示的系統(tǒng)大體相同。圖3中的具體實施方式
多通道鍍膜系統(tǒng)230所需的資金投入要高于圖2中所示的具體實施方式
鍍膜系統(tǒng)30。這是由于卷取模塊244相對鍍膜系統(tǒng)30中的更大，且增加了盒 式裝置。不過在其他方面，圖2與圖3所示的鍍膜系統(tǒng)的具體實施方式
基本相同。因此可 知，兩具體實施方式
系統(tǒng)30和230之間投資差額僅占兩鍍膜系統(tǒng)中任一個總投資的一小部 分。圖3所示的多通道鍍膜系統(tǒng)230有更大的容量，這是由于鍍膜區(qū)42的利用率Um 更高。第一個具體實施方式
鍍膜系統(tǒng)30中，鍍膜區(qū)42里一次僅容納一個基材。第一個具 體實施方式的鍍膜區(qū)42的閑置(未占用)時期從基材離開鍍膜區(qū)42移向卷取模塊開始， 包括基材在卷取模塊44中反轉(zhuǎn)方向，返回移向鍍膜區(qū)42以及涂覆好的基材與未涂覆的基 材經(jīng)由傳送鎖34進行切換的所有時間。
圖3所示的具體實施方式
中，全部N個基材沿同一方向連續(xù)地通過鍍膜區(qū)42。當 全部基材都通過鍍膜區(qū)42后，鍍膜區(qū)42的閑置時期才開始。雖然閑置時期的長短本質(zhì)上 與N無關(guān)，但是隨著N值的增大閑置時期會較少出現(xiàn)，這是由于閑置時期被延長的自動鍍膜 時間打斷。因此，N值增大時利用率Um也隨之增大。當N增大到一定限度時，Um的值接近 于Ur，但是這個要以系統(tǒng)占用空間和投資為代價，因為隨著N的增大，卷取模塊的規(guī)模和復 雜程度也在增加。當N等于5時，Um的實際值為0. 5。此時根據(jù)公式⑴能得到多通道鍍 膜系統(tǒng)230的額定容量，約為參考鍍膜系統(tǒng)10的容量的25%。這個值遠遠大于第一個具體 實施方式的多通道鍍膜系統(tǒng)30的估計值10%，此系統(tǒng)為圖2中所示的系統(tǒng)30。圖4闡述的是第三個具體實施方式
多通道鍍膜系統(tǒng)330，除了卷取模塊244外，系 統(tǒng)內(nèi)的傳送鎖334這樣構(gòu)造使其也能通過利用上述的盒式裝置容納一組N個基材。與第二 個具體實施方式
相比，第三具體實施方式
的新特征是傳送鎖334的擴大。利用圖3中所示的 那種卷取模塊，基材在傳送鎖334的盒式裝置之間移動，通過鍍膜區(qū)42，移向卷取模塊244， 然后再次返回。這樣每個基材的兩邊在每次通過鍍膜區(qū)42的時候都能夠被鍍膜。該N個 基材可以作為一組或者單個的在傳送鎖334和外部環(huán)境之間進行傳送。在這兩個例子中， 所有N個基材在同一循環(huán)中被傳送。另外，系統(tǒng)330與前述的具體實施方式
和操作方式相 同。圖3中的具體實施方式
多通道鍍膜系統(tǒng)230只能在基材上涂覆兩層膜，而圖4中 的具體實施方式
能夠給基材涂覆的膜層卻多過兩層。但是當僅涂覆兩層膜時，后一個具體 實施方式的并不能提供比圖3所示的具體實施方式
大的容量，因為增加的投資與圖4中的 傳送鎖334的擴大相關(guān)。不過，當需要給基材涂覆的膜層多于兩層時，圖4中的多通道鍍膜 系統(tǒng)330的構(gòu)造方式更合適。當需要給基材涂覆的膜層多于兩層時，僅一個鍍膜區(qū)42來完 成所有膜層的涂覆。當給基材涂覆兩層以上的膜層時，擴大的傳送鎖334按卷取模塊的方 式操作，將N個基材的方向反轉(zhuǎn)使其第三次通過鍍膜區(qū)42。當涂覆的膜層數(shù)為奇數(shù)時，圖4 中的鍍膜區(qū)42的操作為基材在其中一次(比如最后一次)通過鍍膜區(qū)42時，基材上未涂 覆膜層。在此種情況下，優(yōu)選方法為使用一個能同時具有傳送鎖和卷取模塊的功用的模塊， 比如一個另外改進的傳送鎖334，來代替卷取模塊244。這個在圖5中有說明。第四個具體實施方式
(圖5)鍍膜系統(tǒng)430避免了最后一次穿越閑置鍍膜區(qū)，從 而減少了額外的時間消耗。當涂覆的膜層數(shù)為奇數(shù)時，圖4中所示的具體實施方式
就需要 通過閑置區(qū)一次，這里只要將基材送回到同時有接收和輸出模塊的功能單個傳送鎖334即 可。如果所有子層的鍍膜工序能夠相互兼容，也就是說其能在一個共同的鍍膜區(qū)里實 施，那么與參考鍍膜系統(tǒng)10需要的投資相比，只有單個鍍膜區(qū)42的多通道鍍膜系統(tǒng)的具體 實施方式30、230、330和430(如圖2至5所示)所需的投資更低。若最終的標準使得投資 最少，則圖2中的具體實施方式
為優(yōu)選方式。如果標準比如容量以及每單位容量的投資等 同于總投資額，則根據(jù)具體應用情況選擇圖3-5中的具體實施方式
作為優(yōu)選方式。例如，當 涂覆的膜層數(shù)包含兩層時，圖3所示的多通道鍍膜系統(tǒng)230可以作為優(yōu)選方式。類似的，當 基材涂覆的膜層數(shù)為偶數(shù)時，圖4所示的鍍膜系統(tǒng)330可以作為優(yōu)選方式。當基材涂覆的 膜層數(shù)為奇數(shù)時，圖5所示的多通道鍍膜系統(tǒng)530可以作為優(yōu)選方式。若兩層或兩層以上的鍍膜工序不能在一個共同的鍍膜區(qū)42里實施，比如因為可
11能存在的交叉污染，那么根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的多通道鍍膜系統(tǒng)要包括一個以上的鍍膜區(qū) 42。在這種結(jié)構(gòu)中，任何兼容的工序最好只在一個鍍膜區(qū)內(nèi)實施，這樣在涂覆相同膜層數(shù)時 多通道鍍膜系統(tǒng)包含的鍍膜區(qū)42仍然少于參考鍍膜系統(tǒng)10的。不過如上所述，傳送鎖和 卷取模塊的優(yōu)選構(gòu)造取決于投資和容量標準的權(quán)衡，同時也取決于基材具體需要涂覆的膜層。圖6中說明的是一個混合多通道鍍膜系統(tǒng)630，盡管比起圖2-5中所示的各種構(gòu)造 的多通道鍍膜系統(tǒng)該系統(tǒng)并沒有較大優(yōu)勢。與參考鍍膜系統(tǒng)10不同，混合鍍膜系統(tǒng)630包 含的鍍膜區(qū)42比基材需要涂覆的膜層數(shù)要少。假定各個膜層相互兼容，混合鍍膜系統(tǒng)630 通過單個的鍍膜區(qū)42給基材涂覆多個膜層。在混合鍍膜系統(tǒng)630中，同前面的具體實施方 式一樣，基材要多次通過鍍膜區(qū)，但是與參考鍍膜系統(tǒng)10相同，所有通過總是沿同一方向。 不用反轉(zhuǎn)方向是由于在系統(tǒng)630相對的兩端有兩個傳送鎖34、34 ‘，通過循環(huán)模塊648的一 個獨立通道，兩個傳送鎖將在鍍膜區(qū)42的輸出端的基材返回，再回到鍍膜區(qū)42的輸入端。 不用反轉(zhuǎn)基材方向，用擴大的傳送鎖代替標準傳送鎖的容量優(yōu)勢就不存在了。在多通道鍍膜系統(tǒng)630中，單個鍍膜區(qū)42以一種重復的順序給基材涂覆膜層，如 A、B、C、A、B、C等等。涂覆各種數(shù)目的膜層或子層的基材連續(xù)地進入鍍膜區(qū)42，基材膜層數(shù) 要少于每個基材需要涂覆的數(shù)目?；难h(huán)回到鍍膜系統(tǒng)42后，再根據(jù)每個基材需要涂覆 的下一膜層按順序通過鍍膜區(qū)42，該通過順序與工藝順序一致，這樣才能使每個基材在通 過鍍膜區(qū)時能涂覆適宜的膜層。如圖6中所示的構(gòu)造，若一層膜包括X個膜層，部分涂覆的 基材離開鍍膜區(qū)42，采用分離模塊650經(jīng)再循環(huán)模塊648將其X-I次轉(zhuǎn)移回到鍍膜系統(tǒng)42 的輸入端。這時基材在合并模塊652里與由入口傳送鎖34新輸送進系統(tǒng)630的未涂覆的 基材進行合并。那些涂覆了所有目標膜層的完全涂覆基材離開鍍膜區(qū)42，以同等速率移向 出口傳送鎖34'，該速率等于新的未涂覆的基材經(jīng)入口傳送鎖34進入系統(tǒng)630的速率。為了承載上述的一系列基材，參考鍍膜系統(tǒng)10中基材以與傳送速率相等的額定 速率通過入口傳送鎖。不過，等分成X"的混合鍍膜系統(tǒng)630的實際傳送速率要比該額定速 率小，因為實際過程中，混合鍍膜系統(tǒng)630中相連的基材間的空隙要大于參考鍍膜系統(tǒng)10 中的。該更大的間隙可以允許調(diào)整，并且保證在每個基材移出后下一個基材定位于其被鍍 膜的位置前時鍍膜區(qū)42的穩(wěn)定性。在參考鍍膜系統(tǒng)10中，基材能根據(jù)傳送裝置的允許范 圍密集分布，因為每個鍍膜區(qū)僅執(zhí)行一個鍍膜工序，該鍍膜工序是連續(xù)的。與參考鍍膜系統(tǒng) 10 一樣，混合多通道鍍膜系統(tǒng)630中的基材連續(xù)通過鍍膜區(qū)42，因此相對于參考鍍膜系統(tǒng) 10中利用率(Ur)，混合系統(tǒng)630的利用率(Uh)其表達式如公式(3)所示Uh/Ur = (L+Gr) / (L+Gh)(3)其中，Gh為混合鍍膜系統(tǒng)630中連續(xù)基材間的空隙，L和Gr與公式(2)中的定義 相同。實際上，相連膜層的工藝越不相同Gh值有變大的趨勢。該結(jié)果是由于需要更長的時 間來穩(wěn)定系統(tǒng)使其能進行下一個鍍膜工序。例如，若Gr為L的很小的一部分，并且Gh等于 L，則Uh約等于0.5倍Ur。若多通道鍍膜系統(tǒng)(如圖3-5所示)具有相似的利用率，那么如 系統(tǒng)630這樣的多通道鍍膜系統(tǒng)630可以作為優(yōu)選方式。部件傳送機構(gòu)的復雜度可以在系 統(tǒng)間同等考慮，一個案例中可能需要大的盒式機構(gòu)，另一個可能需要循環(huán)、分離以及合并等 模塊。不過，混合鍍膜系統(tǒng)630還有其他的復雜性以及在每個基材通過鍍膜區(qū)42后切換膜 層工序的物料低效性，而在前面討論過的多通道鍍膜系統(tǒng)的具體實施方式
中，這一切換在N
12個基材都通過鍍膜區(qū)后才需要進行。應注意的是混合鍍膜系統(tǒng)630中的其他模塊和區(qū)域的操作方式與前面的具體實 施方式大體相同。前面所述的具體實施方式
的優(yōu)選方式僅為實際中較好的實施方式，并非依此限制 本發(fā)明或其使用。本領域技術(shù)人員從上述描述可知，凡依本具體實施方式
的優(yōu)選方式所做 的修改或變更，均應涵蓋于本發(fā)明的專利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種多通道鍍膜系統(tǒng)，用于對通過該系統(tǒng)的基材涂覆多層膜，其包括至少一個與該系統(tǒng)連接的真空泵，用于在系統(tǒng)內(nèi)部建立真空；多個區(qū)，所述多個區(qū)內(nèi)包括至少一個對基材涂覆膜層的鍍膜區(qū)；多個區(qū)內(nèi)還包括至少一個用于將基材在該系統(tǒng)外部的常壓和該系統(tǒng)內(nèi)部的真空之間進行切換的傳送鎖；以及一傳送裝置，用來使得所述的一個或多個基材在移出所述系統(tǒng)前至少通過鍍膜區(qū)兩次。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的多通道鍍膜系統(tǒng)，所述傳送裝置用于使基材沿第一個方向 通過鍍膜區(qū)，再反轉(zhuǎn)運動方向，沿另一方向通過鍍膜區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的多通道鍍膜系統(tǒng)，所述的多個鍍膜區(qū)中的其中一個進一步 包括一卷取模塊，所述卷取模塊為傳送裝置的一部分，卷取模塊用于在系統(tǒng)中反轉(zhuǎn)基材的 運動方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的多通道鍍膜系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的所述卷取模塊供接收、承載 以及分配多個基材使多個基材能夠同時在鍍膜系統(tǒng)中定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的多通道鍍膜系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的所述卷取模塊進一步包括一 分別用于接收和承載多個基材的盒式裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的多通道鍍膜系統(tǒng)，所述的多個區(qū)中的其中一個進一步包括 一含有加熱器的、供基材鍍膜前調(diào)整基材溫度的加熱區(qū)模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道鍍膜系統(tǒng)，所述的傳送鎖包括一作為傳送裝置一部分 的卷取模塊，該卷取模塊供反轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)基材的運動方向，傳送鎖的所述卷取模塊用于接收、 承載和分配多個模塊使多個模塊能同時在系統(tǒng)中定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道鍍膜系統(tǒng)，所述傳送鎖為一入口傳送鎖，所述的系統(tǒng) 還包括一出口傳送鎖，所述的入口傳送鎖和出口傳送鎖分別用于在系統(tǒng)內(nèi)接收基材和將基 材輸出所述系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道鍍膜系統(tǒng)，所述的多個區(qū)包括一再循環(huán)模塊，再循環(huán) 模塊用于將移出系統(tǒng)的模塊再次送回進入鍍膜區(qū)并涂覆第二層膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多通道鍍膜系統(tǒng)，所述再循環(huán)模塊與一分離模塊連接，分離 模塊用于將基材引入再循環(huán)模塊中的一個并將其移出系統(tǒng)，再循環(huán)模塊也與一合并模塊相 連接，合并模塊用于將來自再循環(huán)模塊的各基材再導回合并成一系列再進入鍍膜區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道鍍膜系統(tǒng)，進一步包括至少部分模塊具有與冷卻系 統(tǒng)相連的壁面，該冷卻系統(tǒng)用于自動冷卻所述模塊的壁面，以減少對通過模塊的基材造成 的溫度影響。
12.—種給基材涂覆多層膜的方法，該方法包括如下步驟 在系統(tǒng)內(nèi)建立真空；通過傳送鎖將各基材從鍍膜系統(tǒng)外部移至鍍膜系統(tǒng)內(nèi)部； 以第一運動方向通過鍍膜區(qū)，并在鍍膜區(qū)給每個基材涂覆第一層膜； 再次通過鍍膜區(qū)并在鍍膜區(qū)給每個基材涂覆第二層膜；以及 通過傳送鎖將每個基材從鍍膜系統(tǒng)內(nèi)部移至鍍膜系統(tǒng)外部。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，基材第二次通過鍍膜區(qū)的步驟為沿第二運動方向，該方向與第一運動方向不為同一方向。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，第二次通過鍍膜區(qū)的運動方向與第一運動方向相反。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，基材再次通過鍍膜區(qū)是沿第二方向，該運動方向與 第一運動方向相同。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中基材第二次通過鍍膜區(qū)的步驟進一步包括基材 通過系統(tǒng)時反轉(zhuǎn)運動方向。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，所述的反轉(zhuǎn)步驟包括接收和承載多個基材，然后將 其沿第二方向分配出去。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述的多個基材同時移動通過鍍膜系統(tǒng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述方法進一步包括如下步驟基材通過鍍膜區(qū)兩 次以上，且涂覆至基材上的膜層多于兩層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，基材通過鍍膜區(qū)兩次以上的步驟包括如下步驟基 材通過鍍膜區(qū)時至少有一次未將相應膜層涂覆于基材上。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進一步包括在加熱區(qū)給各模塊加熱至適宜鍍膜的 溫度的步驟。全文摘要
本發(fā)明公開了一種多通道鍍膜系統(tǒng)和基材通過系統(tǒng)涂覆多層膜的方法。該系統(tǒng)內(nèi)至少連接有一個真空泵，用于在系統(tǒng)內(nèi)部建立真空；系統(tǒng)內(nèi)也至少包括一個基材能在其中涂覆膜層的鍍膜區(qū)以及至少一個用于將基材在系統(tǒng)外部的常壓和系統(tǒng)內(nèi)部的真空間進行切換的傳送鎖。為了使基材在系統(tǒng)間移動，系統(tǒng)內(nèi)包括了一個傳送裝置，用于使一個或多個基材在移出系統(tǒng)前至少通過鍍膜區(qū)兩次。
文檔編號C23C14/56GK101970714SQ200880126241
公開日2011年2月9日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者史蒂文·M·加斯沃爾夫 申請人:埃克阿泰克有限責任公司