JP2016088663A - Cylindrical supporting body of long film, and long film processing device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、長尺フィルムを外周面に巻き付けながら搬送する円筒形支持体及びこれを備えた長尺フィルムの処理装置に関し、特に長尺フィルムを効率的に加熱または冷却すべく外周面にガス放出機構を備えた長尺フィルムの円筒型支持体及びこれを備えた長尺フィルムの処理装置に関する。 The present invention relates to a cylindrical support for transporting a long film while being wound around an outer peripheral surface, and a processing apparatus for a long film provided with the same, and in particular, to release gas to the outer peripheral surface in order to efficiently heat or cool the long film. The present invention relates to a long film cylindrical support having a mechanism and a long film processing apparatus having the same.
フィルム状の樹脂、金属箔、鋼板、織物、紙等からなる長尺フィルムの製造工程やそれらの表面処理工程では、例えばロールツーロールで搬送される長尺フィルムを搬送用ロールやガイドロール等の円筒型支持体の外周面に接触状態又は非接触状態で巻き付けて高速で搬送または支持しながら所定の処理を行う技術が用いられている。 In the production process of long films made of film-like resin, metal foil, steel sheet, woven fabric, paper, etc. and their surface treatment process, for example, a long film conveyed by roll-to-roll is used as a conveyance roll or a guide roll. A technique is used in which a predetermined process is performed while being wound or contacted at high speed around the outer peripheral surface of a cylindrical support in a contact state or a non-contact state.
例えば長尺基板をロールの外周面に接触状態で巻き付けて搬送する技術としては、特許文献1にロールツーロールで搬送される長尺フィルムをキャンロールの外周面に巻き付けて冷却しながら成膜する技術が開示されている。キャンロールの外周面は通常はミクロな凹凸が存在しているため、この特許文献1のキャンロールでは外周面に全周に亘って複数のガス放出孔を設けることで、外周面とそこに巻き付けられる長尺基板との間の局所的なギャップ部に外周面側からガスを導入して伝熱効率を高める技術が提案されている。
For example, as a technique for winding and transporting a long substrate in contact with the outer peripheral surface of a roll,
一方、長尺基板を外周面に非接触状態で巻き付けて搬送する技術としては、特許文献2に、長尺フィルム(ウエブと称することもある)の塗工工程において、塗工ロールにより処理されたウエブを非接触で移送させる空気吹出しロールと、乾燥させるための加熱空気供給ロール及び加熱空気供給箱が設けられた装置が開示されている。この特許文献2に記載の装置は、ロールやガイド部材の表面に穿設された気体の噴出孔から空気を噴出させて、当該ロールまたはガイド部材と長尺フィルムとの間に空気層を形成して非接触状態で搬送および乾燥させるものである。
On the other hand, as a technique for winding and transporting a long substrate around an outer peripheral surface in a non-contact state, in
この特許文献2に記載の装置では、ウエブへの塗工直後において空気吹出しロールにてウエブを保持して塗工ロールから離れるように構成することによりウエブの走行を安定させることができ、これにより塗工液の飛び散りや塗りムラを防止し、ウエブが切れることによる操業効率の低下を防止し、設備の配置をコンパクトにすること等が可能になると記載されている。
In the apparatus described in
特許文献1のキャンロールのように外周面からガスを放出する場合は当該外周面に微細なガス放出孔をできるだけ多く設けることが均質な成膜を行う上で好ましいが、金属製の円筒部材の外周肉厚部に微細なガス放出孔を多数穿孔するのは加工技術やコストの観点から制約があった。そのため、ある程度大きな内径のガス放出孔を一定のピッチで配置せざるをえず、長尺フィルムにおいてガス放出孔の真上に位置する部位とそれ以外の部位との間で温度差が生じて細かなシワが生じることがあった。
When releasing gas from the outer peripheral surface like the can roll of
また、特許文献2の装置は、塗工直後のウエブを乾燥させるために、加熱空気供給ロール及び加熱空気供給箱から加熱空気を供給することで、浮揚と加熱を両立させるものであるため、気体によって浮揚させた状態で搬送する際に気体の圧縮性に起因する圧力の変動が生じ易く、その結果、フィルムの変動や円筒型支持体の表面の振動が生じ、フィルムの浮揚が不安定になることがあった。本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、搬送される長尺フィルムを均質且つ安定的に冷却もしくは加熱可能なフィルムの円筒型支持体を提供することを目的としている。
Moreover, since the apparatus of
上記目的を達成するため、本発明者は、搬送される長尺フィルムを外周面に巻き付けて冷却もしくは加熱する円筒型支持体の構造や製作方法について鋭意研究を重ねた結果、ガスの放出の役割を担う貫通孔もしくは溝を外周肉厚部に備えた円筒部材の外周面に略一定の隙間が維持されるピッチで円管を巻き付け、さらにこの巻き付けられた円管によって形成される凹凸を多孔質材で埋めて長尺フィルムの搬送経路となる平坦な外周面を形成することによって、当該外周面の搬送経路に巻き付けられる長尺フィルムを均質且つ安定的に冷却または加熱し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。 In order to achieve the above object, the present inventor conducted extensive research on the structure and manufacturing method of a cylindrical support that winds a long film to be conveyed around an outer peripheral surface and cools or heats it. A circular pipe is wound around the outer peripheral surface of a cylindrical member having a through-hole or groove that bears the outer peripheral wall at a pitch that maintains a substantially constant gap, and the irregularities formed by the wound circular pipe are porous. It is found that by forming a flat outer peripheral surface that becomes a long film conveyance path by being filled with a material, the long film wound around the outer peripheral surface conveyance path can be uniformly or stably cooled or heated. The invention has been completed.
すなわち、本発明の長尺フィルムの円筒型支持体は、搬送される長尺フィルムを巻き付けて冷却もしくは加熱する回転可能な円筒型支持体であって、その回転軸部の延在方向に沿って穿設されたガス放出孔群の列又は該延在方向に平行に設けられたガス放出溝が全周に亘って等間隔に設けられた円筒部材と、0.01mm以上1.0mm以下の略一定の隙間が維持されるピッチで該円筒部材の外周面に巻き付けられた冷媒もしくは熱媒循環用の円管と、該巻き付けられた円管によって形成される凹凸部のうち該円筒部材の半径方向外側の凹部を埋めるように充填された内側多孔質層と、該内側多孔質層の上に積層された厚さ0.2〜2.0mmの表面側多孔質層とからなることを特徴としている。 That is, the cylindrical support of the long film of the present invention is a rotatable cylindrical support that winds and cools or heats the transported long film, and extends along the extending direction of the rotating shaft portion. A cylindrical member in which a row of gas discharge hole groups formed or gas discharge grooves provided in parallel to the extending direction are provided at equal intervals over the entire circumference; and an abbreviation of 0.01 mm to 1.0 mm A circular pipe for circulating a coolant or a heat medium wound around the outer peripheral surface of the cylindrical member at a pitch that maintains a constant gap, and a radial direction of the cylindrical member among the uneven parts formed by the wound circular pipe It is characterized by comprising an inner porous layer filled so as to fill the outer concave portion, and a surface-side porous layer having a thickness of 0.2 to 2.0 mm laminated on the inner porous layer. .
本発明によれば、搬送される長尺フィルムを回転する円筒支持体に巻き付けながら均質且つ安定的に冷却もしくは加熱することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can cool or heat uniformly and stably, winding the elongate film conveyed around the rotating cylindrical support body.
以下、本発明の長尺フィルムの円筒型支持体の一具体例について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明における長尺基板の材質としては、限定するものではないが、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミド系フィルム、ポリアミド系フィルム、ポリエステル系フィルム、ポリテトラフルオロエチレン系フィルム、ポリフェニレンサルファイド系フィルム、ポリエチレンナフタレート系フィルム、液晶ポリマー系フィルム等を挙げることができる。 Hereinafter, a specific example of the long film cylindrical support of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the material of the long substrate in the following description is not limited, but a polyethylene terephthalate film, a polyimide film, a polyamide film, a polyester film, a polytetrafluoroethylene film, a polyphenylene sulfide film, polyethylene A naphthalate film, a liquid crystal polymer film, etc. can be mentioned.
先ず、図1を参照しながら本発明の一具体例の長尺フィルムの円筒型支持体が好適に使用される長尺フィルムの処理装置としての真空成膜装置50について説明する。この真空成膜装置50はスパッタリングウェブコータとも称される装置であり、真空チャンバー51内においてロールツーロール方式で搬送される長尺状耐熱性樹脂フィルム(以下、長尺フィルムと称する)Fに対して、その表面にスパッタリング法により連続的に熱負荷のかかる成膜処理を施す装置である。本発明の一具体例の円筒型支持体は、この真空成膜装置50においてキャンロール56として用いられる。
First, a vacuum
具体的に説明すると、真空チャンバー51は、スパッタリング成膜のため、図示しないドライポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオコイル等の減圧装置を有しており、これにより真空チャンバー51内を到達圧力10−4Pa程度まで減圧した後、アルゴンガスや目的に応じて添加される酸素ガスなどのスパッタリングガスの導入により0.1〜10Pa程度の圧力に調整できるようになっている。真空チャンバー51の形状については上記減圧状態に耐え得るものであれば特に限定はなく、直方体や円筒形などの種々の形状を採用することができる。
Specifically, the
この真空チャンバー51内に、巻出ロール52からキャンロール56を経て巻取ロール64に至る長尺フィルムFの搬送経路を画定する各種のロールが設けられている。すなわち、巻出ロール52からキャンロール56までの搬送経路には、巻出ロール52から巻き出された長尺フィルムFを案内するフリーロール53、長尺フィルムFの張力の測定を行う張力センサーロール54、キャンロール56の外周面に長尺フィルムFを密着させるべく張力センサーロール54から送り出される長尺フィルムFに対してキャンロール56の周速度に対する周速度の調整を行うモーター駆動のフィードロール55がこの順に配置されている。
In the
キャンロール56から巻取ロール64までの搬送経路にも、上記と同様に、キャンロール56の周速度に対する周速度の調整を行うモーター駆動のフィードロール61、長尺フィルムFの張力測定を行う張力センサーロール62、及び長尺フィルムFを案内するフリーロール63がこの順に配置されている。なお、張力センサーロール54及び62には、各々回転軸に垂直な方向の変位を検知するロードセルなどの張力センサーが備わっている。
Similarly to the above, the motor-driven
モーター駆動の巻出ロール52及び巻取ロール64は、パウダークラッチ等によりトルク制御が行われており、これにより長尺フィルムFの張力バランスが保たれている。また、モーター駆動のキャンロール56は、熱負荷の掛かるスパッタリング処理により熱せられる長尺フィルムFを冷却するため、内部に冷媒循環路が設けられている。すなわち、キャンロール56として用いた本発明の円筒型支持体において、被冷却物(長尺フィルム)と冷媒との間で熱交換が行われる。このキャンロール56の構造については、後で詳しく説明する。
The motor-driven
キャンロール56の外周面のうち、長尺フィルムFが巻き付けられる角度範囲A(抱き角Aとも称する)内の領域に対向する位置には、長尺フィルムFの搬送経路に沿って成膜手段として4個のマグネトロンスパッタリングカソード57、58、59、60がこの順に設けられている。これらマグネトロンスパッタリングカソード57〜60の各々には、キャンロール56の外周面に対向する面にターゲット(図示せず)が取り付けられており、これらターゲットから叩き出されたスパッタ粒子を長尺フィルムFの表面上に堆積させることで金属膜の成膜が行われる。
As a film forming means along the conveyance path of the long film F, the outer surface of the can roll 56 is opposed to a region in an angle range A (also referred to as a holding angle A) around which the long film F is wound. Four
なお、上記したマグネトロンスパッタリングカソードに板状ターゲットを用いる場合は、ターゲット上にノジュール(異物の成長)が発生することがある。これが問題になる場合は、ノジュールの発生がなく、ターゲットの使用効率も高い円筒形のロータリーターゲットを使用することが好ましい。また、この図1の長尺フィルムFの真空成膜装置50は、熱負荷の掛かる処理としてスパッタリング処理を想定したものであるため、マグネトロンスパッタリングカソードが図示されているが、熱負荷の掛かる処理がCVD(化学蒸着)や真空蒸着処理などの他のものである場合は、板状ターゲットに代えてそれらの真空成膜手段が設けられる。
When a plate-like target is used for the above-described magnetron sputtering cathode, nodules (foreign substance growth) may occur on the target. When this becomes a problem, it is preferable to use a cylindrical rotary target that generates no nodules and has high target use efficiency. Further, since the vacuum
次に、図2を参照しながら上記したキャンロール56として搭載される本発明の円筒型支持体の一具体例について詳細に説明する。この本発明の一具体例の円筒型支持体は、回転軸部1を中心に回転可能な円筒部材2と、略一定の隙間が維持されるように略一定の間隔で離間するピッチで円筒部材2の外周面2aに螺旋状に巻き付けられた円管3と、この巻き付けられた円管3によって形成される凹凸部のうち円筒部材2の半径方向外側の凹部を埋めるように充填された内側多孔質層4と、この内側多孔質層4の上に積層された厚さ0.2〜2.0mmの表面側多孔質層5とからなる。そして、この表面側多孔質層5の外周面5aが、長尺フィルムFが巻き付けられる搬送経路になる。
Next, a specific example of the cylindrical support of the present invention mounted as the above-described can
上記円筒型支持体の各構成要素についてより具体的に説明すると、円筒部材2はステンレスなどの金属からなり、その肉厚部に回転軸部1の延在方向に沿って等間隔に且つ法線方向に貫通するように穿設されたガス放出孔群6の列が全周に亘って等間隔に設けられている。この円筒部材2の内側には、円筒部材2と同心円状の内側円筒部材7が円筒部材2の内周面2bから離間して設けられている。これら円筒部材2と内側円筒部材7とで画定される環状の空間は、図3に示すようにガス放出孔群6の各列ごとに回転軸部1の延在方向に平行な1本の通気路8が連通するように複数の仕切板9によって円筒部材2の周方向に仕切られている。
The components of the cylindrical support will be described more specifically. The
円筒部材2の一方の側面部には複数のガス供給配管10が周方向に等間隔に接続しており、これら複数のガス供給配管10が上記複数の通気路8にそれぞれ連通している。複数のガス供給配管10の他端部は、流量制御手段の働きを有する弁11を介してガスロータリージョイント12に接続している。ガスロータリージョイント12は、円筒部材2と共に回転する回転部と、固定されていて回転しない固定部とから構成されており、該回転部には上記した複数のガス供給配管10にそれぞれ連通する複数の分岐路が周方向に等間隔に設けられている。一方、該固定部には真空チャンバー51の外部の図示しないガス供給源に連通する環状の気体供給路が設けられている。これら複数の分岐路の各々の末端開口部と、気体供給路の環状開口部とが該回転部と該固定部との摺接面において互いに対向している。これにより、ガス供給源からのガスが複数のガス供給配管10に分配される。
A plurality of
各ガス供給配管10に設けた弁11は、対応する各通気路8の角度位置を検出する角度位置検出手段からの信号により自動的に開閉するようになっている。これにより、ガスロータリージョイント12によって複数の通気路8に分配されたガスを各々通気路8に連通するガス放出孔群6から円筒部材2の外側に放出する際に、図1の抱き角A以外の角度範囲内に位置する通気路8のガス放出孔群6からは気体の放出を止めたり放出量を減らしたりすることができる。角度位置検出手段としては、例えば図2に示すように、円筒部材2においてガスロータリージョイント12が設けられている側面とは反対側の側面に、複数の通気路8のそれぞれの角度位置に対応させて配置した複数のリードスイッチ13と、円筒部材2の回転により図1の抱き角A以外の角度範囲にきたリードスイッチ13に対向して反発力を付与するように配置された例えば扇形状のマグネット14と、リードスイッチ13に接続する回転電極15とからなる。
A
これにより、円筒部材2の回転に伴って抱き角A以外の角度範囲内に位置する通気路8にはこれに対応するリードスイッチ13の作動を回転電極15が検出することで該通気路8に連通するガス供給配管10の弁11が閉じられる。よって当該通気路8に連通するガス放出孔群6からは気体が放出されなくなる。その結果、キャンロール56の外周面のうち長尺フィルムFが巻き付いていない領域に位置するガス放出孔群6から無駄に気体が放出されるのを防止することができる。なお、弁11を開閉弁では無く調節弁とすれば、ガス放出孔群6から放出させる気体の流量をこれに連通する通気路8の角度位置に応じて制御することが可能になる。また、気体の流れ方向を制御する機構を付加すれば、周囲圧力へ切り替えることもできるので、弁11からガス放出孔群6までの気体がガス放出孔群6から放出しないようにすることもできる。
As a result, the
上記した弁11による流量制御に代えて、ガスロータリージョイント12の流路内に流量制御手段を設けても構わない。例えば前述した固定部の環状開口部に、抱き角A以外の角度範囲に対応させて扇形の金属製邪魔板を装着し、メタルシールによって抱き角A以外の角度範囲内に位置する回転部の分岐路には気体が供給されないようにしてもよい。しかしながら、この構造は摺動シール部が多くなるため、この摺動シール部の摩耗や粉塵発生、さらには気体の漏れが発生し易いので、前述した図2に示す弁11による流量制御の方が好ましい。
Instead of the flow rate control by the
円筒部材2の外周面2aに巻き付けられている円管3は、円筒部材2の外周面2a方向で互いに隣接する部分同士が0.01mm以上1.0mm以下の一定の隙間で離間している。円筒部材2の回転軸部1内には軸方向に延在する往路20及び復路21が形成されており、これらの流路に円管3の両端部がそれぞれ連通している。往路20及び復路21は回転軸部1の一端部において二重管構造になっており、その先端部が液ロータリージョイント22を介して真空チャンバー51の外部に設けられた図示しない冷媒冷却装置に接続している。これにより、該冷媒冷却装置と円管3との間で冷媒の循環が行われ、円筒型支持体の外周面すなわちキャンロール56の外周面に巻き付けられる長尺フィルムFを冷却すると共に上記した円管3の隙間を通過するガスを冷却することが可能になる。
In the circular tube 3 wound around the outer
図2に示すように、回転軸部1の中心軸を有する面で円筒部材2を切断した断面において、円筒部材2に円管3をn回巻き付けることによって形成される(n−1)個の隙間の各々に対して1つのガス放出孔が開口するように配設されるのが好ましい。更に、ガス放出孔群6は、長尺基板が巻き付けられる搬送経路の幅方向の領域内にのみ対応させて設けること、すなわち、円筒部材2の外周面のうち幅方向両端部には配設しないのが好ましい。これにより、円筒部材2のガス放出孔群6から放出されたガスを円管3の内側を循環する冷媒によって効率的に冷却してから内側多孔質層4及び表面側多孔質層5を通過させてその外周面から噴出させることができる。なお、図2では円筒部材2の外周面2aに円管3を螺旋状にn=6回巻き付けているので、これにより形成されるn−1=5個の隙間に対応させて5個のガス放出孔を穿設している。
As shown in FIG. 2, (n−1) pieces formed by winding a circular tube 3 n times around the
本発明の一具体例の円筒型支持体では、上記した構成により通気路8に気体の圧力ヘッダーとしての役割を持たせ、ここからガス放出孔群6を経て排出されたガスを、先ず1mm以下の略一定の隙間で互いに近接するピッチで巻かれた円管3の当該隙間をスリットとして気体を通過させ、次に内層としての内側多孔質層4と表面層としての表面側多孔質層5とを通過させた後、表面側多孔質層5の外周面5aから噴出させている。これにより、円筒型支持体の外周面のほぼ全面に亘って均一且つ安定的にガスを噴出させることができる。
In the cylindrical support according to one specific example of the present invention, the above-described configuration causes the
すなわち、1mm以下の隙間を持って近接するように巻かれた円管3の隙間をガスが通過するには高い圧力損失を必要とするため、かかる円管3の隙間からは均一な流量で気体を流すことができ、また、内側多孔質層4と表面側多孔質層5とを通過する際にも高い圧力損失が必要であるため、多孔質層内の全体に均一にガスを分散させることができる。その結果、円筒型支持体の表面側多孔質層5の外周面5aから噴出される気体には、ほぼ全面に亘って均一な流量と安定した圧力を担保することができ、長尺フィルムFをキャンロール56の外周面に安定的に巻き付けて均質に冷却することができる。
That is, since a high pressure loss is required for the gas to pass through the gap between the circular pipes 3 that are wound close to each other with a gap of 1 mm or less, the gas from the gaps in the circular pipe 3 has a uniform flow rate. In addition, since a high pressure loss is required when passing through the inner porous layer 4 and the surface side
ところで、長尺フィルムと冷媒間の熱抵抗Rは、R=R12(長尺フィルムFの裏面から表面側多孔質層5の表面への熱抵抗)+R2(表面側多孔質層5と内側多孔質層4の熱抵抗)+R23(内側多孔質層4と円管3との接触面の熱抵抗)+R3(円管3の外面から内面への熱抵抗)+R34(円管3の内面から冷媒への熱抵抗)として考えることができる。R12は気体の熱伝導率と、長尺フィルムFの裏面と表面側多孔質層5の表面との隙間の距離によってほぼ決まる。
By the way, the thermal resistance R between the long film and the refrigerant is R = R12 (thermal resistance from the back surface of the long film F to the surface of the surface side porous layer 5) + R2 (surface side
上記したように表面側多孔質層5の外周面5aから噴出される気体にはほぼ全面に亘って均一な流量と安定した圧力が担保されるので、円筒型支持体の外周面とそこに巻き付けられる長尺フィルムとの間に存在しうる局所的な狭い隙間の間隔を安定的に維持することができ、熱抵抗R12を小さく維持することができる。
As described above, the gas ejected from the outer
多孔質層4、5の熱抵抗であるR2は、多孔質層4、5の材質にあらかじめ焼結されたセラミック板等のバルク材を使用すると厚みを5mm程度より薄くするのは難しいが、コーティングにより形成することで多孔質層の厚みを1mm程度にすることができ、熱抵抗R2を小さくすることができる。内側多孔質層4と円管3との接触面の熱抵抗R23は、内側多孔質層4に焼結されたセラミック板等のバルク材を使用すると接着剤を使うことになるため、その接着剤の熱抵抗によって熱抵抗R23が大きくなるおそれがある。これに対して、コーティング膜で多孔質層4を形成することで接着剤を使わないですむので、熱抵抗R23を容易に小さくできる。
R2 which is the thermal resistance of the
このようなコーティング可能な多孔質材としては、焼結されたセラミックス、焼結された金属、めっきされたニッケル系金属等の金属膜、溶射されたセラミックス、溶射された金属等を挙げることができるが、特に気孔率が小さくて薄い膜を形成するためには、めっき膜や溶射膜が好ましい。円筒型支持体の外周面の全面に亘ってより均一且つ安定的にガスを噴出させるには多孔質層をできるだけ微細にして厚く成膜するのが圧力損失を高めて高い均圧効果を得るためには望ましいが、この場合は逆に熱抵抗が大きくなり過ぎるおそれがある。 Examples of such a coatable porous material include sintered ceramics, sintered metals, plated nickel-based metal films, sprayed ceramics, sprayed metals, and the like. However, in order to form a thin film having a particularly low porosity, a plating film or a sprayed film is preferable. In order to increase the pressure loss and to obtain a high pressure equalizing effect, the porous layer should be made as thin and thick as possible in order to eject gas more uniformly and stably over the entire outer peripheral surface of the cylindrical support. In this case, however, the thermal resistance may be excessively increased.
そこで、表面側多孔質層5を内側多孔質層4よりも気孔率の小さいコーティング膜によって0.2〜2.0mmの厚さで薄く形成することによって、微細な多孔質層の形成と低い熱抵抗とを両立させることが可能になる。また、長尺フィルムが巻き付く円筒型支持体の外周部と円管3の間には薄い表面側多孔質層5が存在するのみなので表面側多孔質層5の表面温度と円管3内の冷媒の温度との温度差を小さくすることができ、伝熱効率を高くすることができる。なお、表面側多孔質層5の厚みが0.2mm未満では上記した均圧効果が得られにくくなり、厚みが2.0mmを超えると熱抵抗が大きくなり過ぎるおそれがある。
Therefore, by forming the surface-side
なお、一般的なプラズマ溶射膜では10〜15%の気孔率を有するが、溶射材等の選択によって、その気孔率を調整することが可能である。このように多孔質材の種類やその気孔率は適宜選択することができる。内側多孔質層4及び表面側多孔質層5の形成方法としては、例えば巻き付けられた円管3によって形成される凹凸部のうち円筒部材2の半径方向外側の凹部にプラズマ溶射により凸部以上の厚さまで多孔質材を充填し、その表面を研削にて平坦にし、次にこの表面の上に多孔質材を再度プラズマ溶射し、その表目を研削にて平坦且つ円筒部材2の外周面2aと同心円状にすることで、所望の気体透過性を持ち且つ表面が平滑なコーティング膜を形成することができる。なお、多孔質材による内側多孔質層4をめっきによって形成してその表面を研削にて平坦にし、次に多孔質材をプラズマ溶射してその表面を研削にて平坦にすることでコーティング膜を形成してもよい。
A general plasma sprayed film has a porosity of 10 to 15%, but the porosity can be adjusted by selecting a sprayed material or the like. Thus, the kind of porous material and its porosity can be selected as appropriate. As a method for forming the inner porous layer 4 and the front side
上記した内側多孔質層4の形成に際して、その下地となる基材に設けられている孔や隙間は、そこを通って多孔質材が流下しないように小さくしておくことが必要である。例えば、円管3を配設せずに内側多孔質層4を形成する場合、ステンレス製で肉厚が15mmの円筒型支持体に内径が10〜400μmの孔を空ける必要が生ずるが、これには放電加工やレーザー加工等の特殊な加工技術を要し、製造コストが高くなる。 When forming the inner porous layer 4 described above, it is necessary to keep the pores and gaps provided in the base material serving as the foundation small so that the porous material does not flow down therethrough. For example, when the inner porous layer 4 is formed without the circular tube 3, it is necessary to make a hole having an inner diameter of 10 to 400 μm in a cylindrical support made of stainless steel and having a wall thickness of 15 mm. Requires special machining techniques such as electric discharge machining and laser machining, which increases the manufacturing cost.
これに対して上記した本発明の一具体例の円筒型支持体は、互いに1mm以下の隙間で近接するように円管3を巻き付けるので、多孔質材が流下することがない。これにより、ガス放出孔群6の内径を大きくすることが可能になり、ドリル等の一般的な加工工具を用いて穿設することができ、極めて低コストで簡単に円筒部材2を作製することができる。しかも円筒部材2の外周面2aとそこに巻き付けた円管3との間には多孔質材が充填されないので、これらによって挟まれた中空部を通気路8と同様に気体のヘッダーとして機能させることができる。
On the other hand, since the cylindrical support of the above-described specific example of the present invention winds the circular tube 3 so as to be close to each other with a gap of 1 mm or less, the porous material does not flow down. As a result, the inner diameter of the gas
このように、ガス放出孔群6は、気体を円管3の裏側に均一に供給する働きを有するものであるので、一列に並んだ貫通孔群に代えて溝で構成しても構わない。すなわち、円筒部材2の外周面2aにその中心軸に略平行に延在する複数の気体導入溝を、円筒部材の全周に周方向に略均等な間隔をあけて設けてもよい。この場合は、気体を各溝に供給するために、各溝の少なくとも一端部に前述したガス供給配管10の端部を連通すればよい。
As described above, the gas
円管3を円筒部材2の外周面2aに当接させながら巻き付ける際は、上記した隙間において均一な圧力損失が生ずるように、円管3の隙間に所定の厚さの隙間ゲージを挟みながら巻き付けたり、あらかじめ冷却配管材の表面をサンドブラスト等によって適切な粗さにしてから互いに密接させて巻き付けたりすればよい。これにより、円管3の隙間を一定値に調整することができる。このように、互いに一定の隙間で離間させるか密接させて等ピッチで巻かれた円管3に対して、その延在方向に垂直な断面から見て逆富士山状の凹部を埋めるように多孔質材からなる内側多孔質層4を充填することにより、この内側多孔質層4が円管3によって均等に分割されたセルとなり、気体の噴出し流量をより均一化させることができる。
When the circular tube 3 is wound while being brought into contact with the outer
更に、円管3は、その延在方向に垂直な断面が円形なので、上記各セルにおいて円管3の隙間から分散して表面側多孔質層5の外周面5aにまで至る流路間の距離の差を断面四角形状の配管に比べて少なくできるので、多孔質層4、5内を分散するようにして流れるガスの圧力損失のバラツキが小さくなり、気体の噴出量を全面に亘ってより均一にすることができる。また、円管3の隙間は十分に狭いため、この部分を通過するガスの流速を速めて乱流にすることができ、円管3内を流れる冷媒とガスの熱交換効率を高めることも可能になる。
Furthermore, since the circular pipe 3 has a circular cross section perpendicular to the extending direction, the distance between the flow paths that are dispersed from the gaps of the circular pipe 3 and reach the outer
なお、上記した一具体例では、円筒部材2の外周面2a上に回転軸部1を中心として1本の円管3を1重の螺旋状で巻き付けたが、これに限定されるものではなく、互に並行に接続された複数本の円管を巻き付けてもよいし、多重に巻き付けてもよい。また、円筒部材2の外周面2a上に回転軸部1の延在方向に略平行な直線部と、円筒部材2の幅方向端部で180°折り返す折り返し部とが交互に繰り返されるように蛇行状に円管3を巻き付けても構わない。
In the above-described specific example, one circular tube 3 is wound around the outer
上記した本発明の一具体例の円筒型支持体では、スパッタリングウエブコータに搭載されるキャンロール56への適用例を説明したが、本発明の円筒型支持体はこれに限定されるものでは無く、例えば上記真空成膜装置50であれば、長尺フィルムの加熱ロールとしてフリーロール53に用いることもできる。この場合は、円管3に冷媒ではなく熱媒を循環させることになる。また、ここでは、長尺フィルムとして樹脂製フィルムの例を示したが、例えばアルミニウム箔等の金属箔でも構わない。また、真空成膜や乾式めっき処理に限らず、ラミネート加工やコーティング加工等にも応用することができる。
In the above-described cylindrical support of one specific example of the present invention, the application example to the can roll 56 mounted on the sputtering web coater has been described. However, the cylindrical support of the present invention is not limited to this. For example, if it is the said vacuum film-forming
図2および図3に示すような円筒型支持体を作製し、これを図1に示すようなスパッタリングウエブコータにキャンロール56として搭載して冷却性能を評価した。具体的には、まず、ステンレス製の回転軸部1を備えた直径400mm×幅600mm×肉厚15mmのステンレス製の円筒部材の肉厚部に、ドリルにて法線方向に貫通する内径3mmの貫通孔を複数穿孔した。これら貫通孔は、後述する円管が巻き付けられる部分に、回転軸部1の延在方向に沿って10mmピッチで並んだ貫通孔群の列が周方向に等間隔に12列配設されるようにした。その際、隣り合う列同士の貫通孔の位置を中心軸方向に5mmズラして千鳥配列にした。
A cylindrical support as shown in FIGS. 2 and 3 was prepared, and this was mounted as a can roll 56 on a sputtering web coater as shown in FIG. 1 to evaluate the cooling performance. Specifically, first, a thick cylindrical portion made of stainless steel having a diameter of 400 mm × width of 600 mm × thickness of 15 mm provided with a stainless steel rotating
この円筒部材2の内側に、円筒部材2の内周面2bと同心円状の内側円筒部材7を設け、更にこれら円筒部材2と内側円筒部材7とによって形成される環状空間内にその周方向に等間隔に12分割する12枚の仕切板9を設けた。これにより、中心軸方向に延在し且つ上記した12列の貫通孔群にそれぞれ連通する12本の通気路8を設けた。上記円筒部材2の外周面2aに、直径3mmφの銅製の円管3を、互いに0.1mm程度の隙間で離間するように隙間ゲージを差し込みながら巻き付けた。円管3は、流れ抵抗を小さくするために、10本の円管が並列に接続されたものを用いた。
An inner
次に、円筒部材2に巻き付けた円管3によって形成される凹凸部のうち円筒部材2の半径方向外側の凹部を埋めるように、アルミナを主成分とする気孔率15%のセラミックスをプラズマ溶射し、その表面を研削して円管3の該外側の凸部とほぼ同じレベルとなるように平坦にして内側多孔質層を形成した。次いで、上記と同様のアルミナを主成分とする気孔率15%のセラミックスを上記内側多孔質層の上にプラズマ溶射し、その厚みが約1mmであって且つ表面が断面略真円となるように表面研磨を行って表面側多孔質層5を形成した。
Next, a ceramic having a porosity of 15% as a main component and containing alumina as a main component is plasma sprayed so as to fill a concave portion on the radially outer side of the
次に、回転軸部1の一端部にガスロータリージョイント12を設け、その回転部に周方向に等間隔に設けた12本の分岐路をそれぞれガス供給配管10を介して上記した12本の通気路8に連通させた。各ガス供給配管10には弁11を設け、それらの開閉は、円筒部材2の一方の側部に周方向に等間隔に設けた12個のリードスイッチ13及び回転電極15でそれぞれ作動するようにした。回転軸部1の一端部には更に液ロータリージョイント22を設け、円管3の両端部をそれぞれ回転軸部1に設けた往路20及び復路21を介して液ロータリージョイント22に接続させた。
Next, a gas rotary joint 12 is provided at one end of the
上記のようにして製作した円筒型支持体を、図1に示すような真空成膜装置にキャンロール56として組み込み、ガスロータリージョイント12をガス供給源に接続すると共に、液ロータリージョイント22をチラーユニットに接続した。更に、キャンロール56の抱き角Aが200°となるように搬送経路を調整し、上記したリードスイッチ13を作動させる中心角160°の扇形マグネット14をリードスイッチ13に対向する位置に取り付けた。長尺フィルムの搬送経路のうち、キャンロール56の直前には長尺フィルム加熱用の赤外線ヒーターを設置し、キャンロール56の外周面上の搬送経路の中央部には該外周面と長尺フィルムとのギャップ間隔を計測するレーザー式の変位計を設置し、長尺フィルムがキャンロール56の外周面から離れる直前の位置には長尺フィルムの温度を測定する赤外線式温度計を配置した。
The cylindrical support manufactured as described above is incorporated as a can roll 56 in a vacuum film forming apparatus as shown in FIG. 1, the gas rotary joint 12 is connected to a gas supply source, and the liquid rotary joint 22 is connected to a chiller unit. Connected to. Further, the conveyance path was adjusted so that the holding angle A of the can roll 56 was 200 °, and the
長尺フィルムには東レ・デュポン製の厚さ12.5μm×幅500mmのポリイミドフィルム(カプトン50EN)を使用した。また、円管3に供給される冷却水温度は20℃となるようにチラーユニットの温度設定を行った。巻出ロール52側の張力と巻取ロール64側の張力はともに100Nとした。真空チャンバー51内の空気を複数台のドライポンプを用いて5Paまで排気した後、複数台のターボ分子ポンプとクライオコイルを用いて3×10−3Paまで排気した。更に、アルゴンガスを導入して、スパッタリング雰囲気を圧力0.2Paとした。ガスロータリージョイント12にはガス供給源からアルゴンガスを供給した。
A polyimide film (Kapton 50EN) made by Toray DuPont and having a thickness of 12.5 μm and a width of 500 mm was used as the long film. Further, the temperature of the chiller unit was set so that the temperature of the cooling water supplied to the circular tube 3 was 20 ° C. The tension on the unwinding
この状態で長尺フィルムを加熱しながら速度0.2m/分で搬送し、キャンロール56外周面上の搬送経路の中央部での該外周面と長尺フィルムとのギャップ間隔とキャンロール56から離れる直前の長尺フィルムの温度とを測定しながら、該ギャップ間隔の安定性および冷却の効果を確認した。ギャップ間隔に導入するアルゴンガスの圧力を変化させて、長尺フィルムの温度を測定した。アルゴンガスを流さない場合のフィルム温度は90℃で、ギャップ間隔は0μmであったが、アルゴンガスを配管内圧力が500Paになるように流した時、フィルムの温度は30℃低下して60℃となった。また、その時のギャップ間隔は10〜20μmであった。以上の結果より、本発明の円筒型支持体は、その外周面とそこに巻き付けられる長尺フィルムとのギャップ間隔を安定的に維持することができ、かつ高い伝熱性能を併せ持つことが確認できた。 While heating the long film in this state, the film is transported at a speed of 0.2 m / min, and the gap between the outer peripheral surface and the long film at the center of the transport path on the outer peripheral surface of the can roll 56 and the can roll 56 While measuring the temperature of the long film immediately before leaving, the stability of the gap interval and the effect of cooling were confirmed. The temperature of the long film was measured by changing the pressure of the argon gas introduced into the gap interval. The film temperature without flowing argon gas was 90 ° C. and the gap interval was 0 μm. However, when argon gas was flowed so that the pressure in the pipe was 500 Pa, the temperature of the film decreased by 30 ° C. to 60 ° C. It became. Further, the gap interval at that time was 10 to 20 μm. From the above results, it can be confirmed that the cylindrical support of the present invention can stably maintain the gap interval between the outer peripheral surface and the long film wound around the outer periphery and has high heat transfer performance. It was.
1 回転軸部
2 円筒部材
2a 外周面
2b 内周面
3 円管
4 内側多孔質層
5 表面側多孔質層
6 ガス放出孔群
7 内側円筒部材
8 通気路
9 仕切板
10 ガス供給配管
11 弁
12 ガスロータリージョイント
13 リードスイッチ
14 マグネット
15 回転電極
20 往路
21 復路
22 液ロータリージョイント
50 真空成膜装置(スパッタリングウェブコータ)
51 真空チャンバー
52 巻出ロール
53、63 フリーロール
54、62 張力センサーロール
55、61 フィードロール
56 キャンロール
57、58、59、60 マグネトロンスパッタリングカソード
64 巻取ロール
F 長尺フィルム
A 抱き角
DESCRIPTION OF
51
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