CN112236545B - 真空处理装置用的辊筒 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种真空处理装置用的辊筒，设置为尽量抑制在片状基材上产生其长度方向和宽度方向的温度分布。本发明的真空处理装置用的辊筒(CR)，其在使片状基材(Sw)在真空室(Vc)内运行的同时对基材表面实施规定的真空处理的真空处理装置(Dm)上，与实施真空处理的处理单元(Es)相对设置，卷绕有片状基材并可自由旋转，其特征在于，具有：轴体(1)；套在轴体外的内筒体(2)；留出间隙(Ds)地围绕内筒体的外筒面的外筒体(3)；以及分别封闭内筒体和外筒体的轴向两端的盖体(4₁，4₂)。各盖体具有多条流通路径(42₁，42₂)，沿轴向的各流通路径的剖面与盖体的剖面重叠，分别与各流通路径连通的内筒体和外筒体的间隙的剖面面积设置为可得到规定的流速的尺寸。

Description

真空处理装置用的辊筒

技术领域

本发明涉及一种真空处理装置用的辊筒，其在使片状基材在真空室内运行的同时在基材表面实施规定的真空处理的真空处理装置上，与实施真空处理的处理单元相对设置，卷绕有片状基材并可自由旋转，具体而言，涉及一种在真空处理时，在可接收热量输入的环境中使用的辊筒。

背景技术

具有上述种类的辊筒的真空蒸镀装置例如在专利文献1中已知。其中，设置为在可形成真空气氛的真空室内，从送出辊连续送出片状基材，将该送出的基材卷绕在辊筒上，对卷绕在辊筒上的片状基材的部分，通过与之相对设置的处理单元实施规定的真空处理，用卷取辊卷曲已处理的片状基材。作为辊筒，具有：轴体；套在轴体外的内筒体；留出间隙地围绕内筒体的外筒面的外筒体；以及分别封闭内筒体和外筒体的轴向两端的盖体；辊筒的轴体经轴承而轴支撑在支撑体上，所述支撑体设置于真空室的壁面和真空室内。

在对片状基材的部分实施规定的真空处理时，存在因来自处理单元的辐射热等而使辊筒和卷绕在其上的片状基材接收输入热量的情况。在上述以往例子中，在辊筒内部设置冷却水循环系统等冷却机构来冷却辊筒，通过与被冷却的辊筒的热交换使片状基材不会被加热到规定温度以上。这种情况下，可以考虑从轴向一侧的盖体向内筒体和外筒体之间的间隙中供给冷却水，从轴向另一侧的盖体排出冷却水，为此，在盖体中设置冷却水的流通路径。此处，如上所述，在构成辊筒时，如果考虑到对辊筒进行旋转驱动时的不良影响的话，优选在盖体内流动的冷却水的总量(体积)少。再有，由于设置在盖体中的流通路径是不参与和片状基材的热交换的部分，因此需要将盖体构成为不会导致辊筒大型化，此时，当流通路径的面积大时，相应地吸热或放热面积扩大会导致与片状基材的热交换率下降，因此也需要可对此进行尽量的抑制。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】日本专利公开2010-163693号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

鉴于以上情况，本发明的技术问题是提供一种辊筒，其具有可轴向小型化并可尽量抑制热交换率下降的结构。

解决技术问题的手段

为解决上述技术问题，本发明的真空处理装置用的辊筒，其在使片状基材在真空室内运行的同时对基材表面实施规定的真空处理的真空处理装置上，与实施真空处理的处理单元相对设置，卷绕有片状基材并可自由旋转，其特征在于，具有：轴体；套在轴体外的内筒体；留出间隙地围绕内筒体的外筒面的外筒体；以及分别封闭内筒体和外筒体的轴向两端的盖体；各盖体具有多条流通路径，沿轴向的各流通路径的剖面与盖体的剖面重叠，分别与各流通路径连通的内筒体和外筒体的间隙的剖面面积设置为可得到规定的流速的尺寸。

在本发明中，所述各流通路径也可采取在周向上等间隔配置并在径向上延伸的结构。再有，也可以采用在所述盖体的外周侧部上以比所述间隙更大的深度在整个周向上形成朝径向内侧凹陷的凹陷部，所述各流通路径和所述间隙经该凹陷部彼此连通的结构。此时，优选在所述间隙上设置位于彼此相邻的各流通路径之间并轴向延伸的分流体。

采用本发明，通过沿轴向的流通路径的剖面与盖体的剖面重叠，即流通路径的剖面存在于盖体的剖视图内侧，可防止包含流通路径的盖体轴向增大而使辊筒本身大型化，再有，将流通路径分为多条来构造可减小各个流通路径的比表面积，因此可减小在盖体上流过的冷却水的总量，并且，各流通路径的吸热或放热面积减小，可尽量抑制经外筒体与片状基材的热交换率下降。

再有，当在真空处理时在可接受输入热量的环境下使用辊筒和片状基材时，为了抑制在片状基材上产生其长度方向和宽度方向的温度分布，通常已知的是在套在轴体外的内筒体的外筒面上以规定间距螺旋状地突出设置突条(一根或两根亦可)。由此，如果在突条所限定的内筒体和外筒体之间的流体流通路径上，从其轴向一端向另一端流过规定温度的流体的话，则可尽量减小并抑制在该流体流通路径内的流体的温度分布，乃至可抑制在片状基材的长度方向和宽度方向上产生较大的温度分布。这想来是由于突条所限定的流体流通路径的剖面面积小(收窄)，而确保其中流过的流体的某种程度的流速且热传导率提高导致的，但这样一来内筒体的结构变得复杂，导致产品成本提高。

对此，在本发明中，例如在将规定温度的流体供给到在内筒体内沿轴体从轴向一侧向另一侧延伸的流入通道时，将流体分别供给到连通该流入通道，位于轴向另一侧的盖体(第一盖体)的各流通路径(第一流通路径)。此时，例如如果在周向上等间隔设置多根径向延伸的各第一流通路径的话，则来自流入流通路径的流体被分散并供给到各第一流通路径，可使来自各第一流通路径的流体大致均匀地流入到内筒体和外筒体之间的间隙。并且，通过该间隙，流体流向另一盖体(第二盖体)的流通路径(第二流通路径)，经各第二流通路径连通的流出通道排出到外部。

此处，本申请的发明人们经锐意研究，根据得到的认知，确认如果将间隙的剖面面积收窄到可得到与流过上述突条所限定的流体通路的流体同样程度的流速的尺寸的话，则分别从第一流通路径流入的流体沿轴向一样地流过上述间隙，此时，可尽量减小并抑制流过该间隙的流体的(特别是轴向的)温度分布(即流入间隙的流体和从该间隙流出的流体的温度差尽量减小)。此时，可无需在内筒体的外筒面上螺旋状地设置突条，可降低产品的成本，是有利的。

再有，当设置凹陷部时，凹陷部作为积液部发挥作用，一方面，在第一盖体中，通过从各第一流通路径流出的流体一旦碰撞外筒体的内壁就周向分散(换句话说，流体流回到位于彼此相邻的第一流通路径中间的位置为止)，流体对内筒体和外筒体的间隙从其大致整个周向流入，另一方面，在第二盖体中，同样地流过间隙的流体一旦受到阻止，然后向各第二流通路径流出，从而可尽量减小并抑制流过该间隙的流体在周向上的温度分布。此时，如果预设有分流体的话，则从轴向另一侧的各第一分支流通路径流入间隙的流体不会混合，可确保朝轴向一侧一样地流通，可进一步减小并抑制流过间隙的流体在轴向和周向上的温度分布。此时，分流体无需在周向上完全分离间隙，例如可通过具有粘附在内筒体的外筒面上的具有规定的板材厚度和线径的板材和线材来构成分流体。

附图说明

图1是示出具有本实施方式辊筒的真空处理装置的剖面示意图。

图2是示出辊筒结构的剖视图。

图3是局部分解并示出辊筒结构的立体图。

图4是图2的局部放大剖视图。

图5(a)和(b)是涉及变形例辊筒的局部放大剖视图和局部放大立体图。

具体实施方式

下面参照附图，以采用蒸镀源为处理单元，对卷绕在辊筒CR上的片状基材Sw蒸镀规定的薄膜(成膜)的情况为例，来说明本发明的真空处理装置用的辊筒CR的实施方式。在下面，该辊筒CR以辊筒CR的轴线方向与水平方向一致的姿态收纳在真空室Vc内，以轴线方向为X轴方向，以在同一水平面内与X轴正交的方向为Y轴方向，以与X轴和Y轴正交的垂直方向为Z轴方向，再有，“上”“下”这类方向以图1为基准。

参照图1，具有本实施方式的辊筒CR的真空处理装置Dm具有真空室Vc。在真空室Vc内，经排气管Ep连接由涡轮分子泵，旋转泵等构成的真空泵单元Pu，可形成真空气氛(例如10^-5Pa)。再有，真空室Vc被隔板Sp限定为上下两室，图1中位于下侧的一个室(蒸镀室Vs)内设置有作为处理单元的蒸镀源Es。作为蒸镀源Es使用的蒸镀源具有：收纳蒸镀材料Em的坩埚Ev；以及加热收纳在坩埚Ev内的蒸镀材料Em的护套加热器等加热装置Eh；通过加热使坩埚Ev内收纳的蒸镀材料Em升华或气化，使该升华或气化了的蒸镀粒子附着堆积在辊筒CR上卷绕的片状基材Sw的一部分上从而对其进行蒸镀(成膜)。此外，作为蒸镀源Es，并不仅限于此，可采取通过溅射法或CVD法形成的蒸镀源，由于其可使用公知的产品，因此省略进一步的说明。

图1中位于上侧的另一个室(输送室Ts)内设置有：送出辊Rr，其卷绕有片状基材Sw，由省略图示的电机旋转驱动并以固定的运行速度送出片状基材Sw；以及卷取辊Ru，其卷取已成膜的片状基材Sw。并且，在隔板Sp上形成的开口So的内侧配置有与蒸镀源Es相对并卷绕片状基材Sw的本实施方式的辊筒CR。此外，图1中Gr是引导辊。

参照图2-图4，辊筒CR具有：轴体1；套在轴体1外的内筒体2；留出间隙Ds地围绕内筒体2的外筒面的外筒体3；以及分别封闭内筒体2和外筒体3的X轴向两端的第一及第二各盖体4₁，4₂。在从各盖体4₁，4₂向其外侧突出的轴体1的一部分上，外套有一端分别固定在各盖体4₁，4₂上的中空的轴体5，轴体5经轴承51轴支撑在支撑体上，所述支撑体设置在图示省略的真空室Vc的壁面及真空室Vc内。在通过图外的电机使轴体1，5旋转时，绕轴体1的轴线以规定的速度一体地旋转驱动内筒体2，外筒体3和各盖体4₁，4₂。此外，轴体1，5相对真空室Vc的可自由旋转的安装方法可采取使用旋转接头等的公知方法，故省略进一步的说明。

在轴体1内形成作为沿Y轴方向的流入通道的内部通路11，内部通路11的一端(图2中的右侧)与连通图外的制冷单元的吸水管(未图示)相连，提供根据真空室Vc内实施的真空处理而适当选择的冷却水等流体。再有，从轴向一侧(图2中的右侧)的第二盖体4₂向其外侧突出的轴体1的外筒面和中空的轴体5的内筒面之间的空间，如下面所述地，构成流体的流出通道52，流过第二盖体4₂的各流通路径42₂的流体向流出通道52流出，返回到图外的制冷单元。此外，制冷单元本身是公知产品，故此处省略其说明。

彼此同心状配置的内筒体2和外筒体3例如是不锈钢等金属材质的，内筒体2的母线(Y轴方向)长度设置为比外筒体3短。另一方面，第一和第二各盖体4₁，4₂例如是不锈钢等金属材质的，由实心的圆盘状部件构成，所述圆盘状部件具有的板材厚度相当于内筒体2和外筒体3的母线方向长度的差的一半。形成为各盖体4₁，4₂的位于Z轴方向内侧的部分的外径与内筒体2的内径一致，各盖体4₁，4₂的位于Z轴方向外侧的部分的外径与外筒体3的内径一致，以内筒体2和外筒体3同心状配置的状态从X轴方向两侧分别嵌合各盖体4₁，4₂，分别封闭内筒体2和外筒体3的X轴方向的两端。

再有，在第一和第二各盖体4₁，4₂上，设置轴体1穿通的中央开口41以及与中央开口41连通的多条流通路径(下称第一各盖体4₁的流通路径为“第一流通路径42₁”，第二各盖体4₂的流通路径为“第二流通路径42₂”)。如图2和图3所示，沿轴向的各流通路径42₁，42₂的剖面分别与盖体4₁，4₂的剖面重叠，即流通路径42₁，42₂的剖面存在于盖体4₁，4₂的剖视图内侧，再有，各流通路径42₁，42₂形成为在周向上以规定间隔(本实施方式中是45度间隔)分别在其径向全长上延伸。这种情况下，各流通路径42₁，42₂的剖面形状是圆形，其剖面面积如下文所述地，尽量小地设置在下述范围内，即从各流通路径42₁，42₂流出的流体一旦碰撞位于外筒体3的轴向端部的内壁而周向分散，并对间隙Ds在可确保能使流体从其大致整个周向流入的流量的范围内。此外，通过各流通路径42₁，42₂的剖面形状是圆形且是直管状而使比表面积最小化，同时实现使得管道阻力最小化的结构。

再有，在辊筒CR的组装状态下，在轴体1上形成分别连通内部通路11和第一流通路径42₁的连通孔12，再有，各流通路径42₁，42₂的相位在各盖体4₁，4₂之间彼此一致。在盖体4₁，4₂的外侧面上，例如通过沉孔加工，在其整个周向上形成凹陷部43，所述凹陷部43以大于间隙Ds的深度Dp向径向内侧凹陷。此时，从内筒体2的外周面的深度Dp例如根据盖体4₁，4₂上形成的分支流通路径42₁，42₂的数量适当设置，相对于间隙Ds设置为一倍以上，优选为四倍。

在上述辊筒CR中，当由图外的制冷单元通过吸水管将规定温度的流体供给到内部通路11时，将流体分别供给到第一盖体4₁的各第一流通路径42₁。此时，在周向上等间隔设置多条各第一流通路径42₁，由于在第一盖体4₁的外侧面上存在凹陷部43，因此来自各第一流通路径42₁的流体大致均匀地分别流入到内筒体2和外筒体3之间的间隙Ds中。并且，流体通过间隙Ds流到第二盖体4₂的凹陷部43，从各第二流通路径42₂向流出通道52流出并回到制冷单元。即凹陷部43作为积液部发挥作用，一方面，在第一盖体4₁中，通过从各第一流通路径42₁流出的流体一旦碰撞位于外筒体3的轴向端部的内壁并周向分散(换句话说，通过流体流回到位于彼此相邻的第一流通路径42₁中间的位置为止)，流体对间隙Ds从其大致整个周向流入，另一方面，在第二盖体4₂中，同样地流过间隙Ds的流体一旦受到阻止，然后向各第二流通路径42₂流出。

再有，在蒸镀时如果辊筒CR和片状基材Sw接收输入热量的话，则需要抑制在片状基材Sw上产生其长度方向和宽度方向的温度分布。此处，制作了辊筒(比较品1)，其中，在全长3300mm的内筒体的外筒面上以15mm节距形成螺旋状的突条，外套外筒体使得内筒体和外筒体之间的间隙(相当于本发明所说的Ds)是25mm，嵌合具有分支流通路径的盖体，所述分支流通路径与突条所限定的内筒体和外筒体之间的流体流通路径的流入口和流出口连通。并且，在辊筒的加热下，在由分支流通路径到流体流通路径上从其轴向一端朝其另一端流通288K的流体，在测量流体流通路径的流入口和流出口的温度差时，其温度差为约2K，再有，此时的流速是约0.8m/sec。接着，准备未设置螺旋状的突条的内筒体，和比较品1一样地制作辊筒(比较品2)。并且，以与上述同样的条件在内筒体和外筒体之间的流体流通路径上从其轴向一端朝其另一端流过288K的流体，在测量流体流通路径的流入口和流出口的温度差时，其温度差为约40K，确认了流体的温度分布增大。

因此，采用本发明的实施方式制作了辊筒CR(发明品)，其中，外套外筒体3使得没有突条的内筒体2和外筒体3之间的间隙Ds是5mm，以使流过间隙Ds的流体的速度与比较品1相同，并且分别在盖体4₁，4₂上以30度间隔形成第一流通路径42₁和第二流通路径42₂。并且，以与上述同样的条件在作为内筒体2和外筒体3之间的流体流通路径的间隙Ds中从其轴向一端朝其另一端流过288K的流体，在测量间隙Ds的流入口和流出口的温度差时，间隙Ds的流入口和流出口的温度差为约1K，确认与比较品1相同。由于在发明品中，在间隙Ds的流出口侧，产生有在周向上温度较高的部分和较低的部分交替重复的温度分布，因此对于发明品，当在各盖体4₁，4₂上以与间隙Ds相比4倍的深度形成凹陷部43时，确认会消除在周向上温度较高的部分和较低的部分交替重复的温度分布。

采用以上的实施方式，通过沿轴向的各流通路径42₁，42₂的剖面与盖体4₁，4₂的剖面重叠，即流通路径42₁，42₂的剖面存在于盖体4₁，4₂的剖面视图的内侧，可防止含有流通路径42₁，42₂的盖体4₁，4₂轴向增大及辊筒CR本身大型化，再有，通过将流通路径42₁，42₂分为多条的结构可使各个流通路径的比表面积变小，因此可使流过盖体4₁，4₂的冷却水的总量变小，并且，各流通路径42₁，42₂的吸热或放热面积减小，可尽量抑制经外筒体3的与片状基材Sw的热交换率的下降。并且，无需在内筒体2的外筒面上螺旋状地设置突条，可减小并抑制流过间隙Ds的流体在轴向和径向上的温度分布(即流入间隙Ds的流体和从该间隙Ds流出的流体的温度差减小)，因此可尽量抑制在片状基材Sw上产生其长度方向和宽度方向上的温度分布。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，只要不脱离本发明的宗旨，可以进行各种变形。在上述实施方式中，作为真空处理，以成膜处理为例进行了说明，但本发明也适用于热处理，蚀刻处理等其他的真空处理。再有，作为冷媒，以冷却水为例进行了说明，但并不仅限于此，本发明也适用于流通加热到规定温度的温水，实施规定的真空处理期间，将片状基材Sw调温到规定温度的情况。

再有，在上述实施方式中，以在内筒体2和外筒体3之间的间隙Ds内没有任何部件，元件的情况为例进行了说明，但并不仅限于此。例如如图5(a)和(b)所示，也可在间隙Ds内设置分流体6，所述分流体6位于彼此相邻的分支流通路径42₁，42₂之间并轴向延伸。作为分流体6，例如可由粘附在内筒体2的外筒面上并具有规定的厚度的板材，线材构成。由此，从轴向另一侧的各第一分支流通路径42₁流入间隙Ds的流体不会混合，确保朝轴向一侧一样地流过，可进一步减小并抑制流过间隙Ds的流体在轴向和周向上的温度分布。

进而，在上述实施方式中，以形成为用圆盘状部件构成各盖体4₁，4₂，在各盖体4₁，4₂上使各流通路径42₁，42₂以规定间隔在周向上分别延伸其径向全长的方式为例进行了说明，但并不仅限于此，只要是沿轴向的各流通路径42₁，42₂的剖面分别与盖体4₁，4₂的剖面重叠即可。虽未特别图示说明，但也可以通过柱状结构物(例如形成蜂窝状结构，放开其中一部分作为流通路径)接合两块板材，设置为矩阵式的流通路径结构。

附图标记说明

CR、辊筒，Dm、真空处理装置，Es、蒸镀源(处理单元)，Sw、片状基材，Vc、真空室，1和5、轴体，2、内筒体，3、外筒体，Ds、内筒体2与外筒体3的间隙，4₁和4₂、盖体，42₁和42₂、分支流通路径，43、凹陷部，6、分流体。

Claims (3)

1.一种真空处理装置用的辊筒，其在使片状基材在真空室内运行的同时对基材表面实施规定的真空处理的真空处理装置上，与实施真空处理的处理单元相对设置，卷绕有片状基材并可自由旋转，其特征在于，具有：

轴体；套在轴体外的内筒体；留出间隙地围绕内筒体外筒面的外筒体；以及分别封闭内筒体和外筒体轴向两端的盖体；

各盖体具有多条流通路径，沿轴向的各流通路径的剖面与盖体的剖面重叠，分别与各流通路径连通的内筒体和外筒体的间隙的剖面面积设置为可得到规定的流速的尺寸，

在所述盖体的外周侧部上以比所述间隙更大的深度在整个周向上形成有朝径向内侧凹陷的凹陷部，所述各流通路径和所述间隙经该凹陷部彼此连通。

2.根据权利要求1所述的真空处理装置用的辊筒，其特征在于：

所述各流通路径在周向上等间隔配置并在径向上延伸。

3.根据权利要求2所述的真空处理装置用的辊筒，其特征在于：

在所述间隙上设置位于彼此相邻的各流通路径之间并轴向延伸的分流体。

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