JP2023091835A - Manufacturing method of metal roll - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス放出機構を備えた金属ロールの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a metal roll having a gas release mechanism.
液晶パネル、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話等の電子機器には、耐熱性樹脂フィルム上に配線パターンが形成されたフレキシブル配線基板が用いられている。このフレキシブル配線基板は、耐熱性樹脂フィルムの片面若しくは両面に金属膜を成膜した金属膜付耐熱性樹脂フィルムにパターニング加工を施すことによって作製することができる。近年、電子機器の高性能化に伴い、フレキシブル配線基板の配線パターンはますます高精細化、高密度化する傾向にあり、これに対応可能なように金属膜付耐熱性樹脂フィルムにおいてもシワやキズのない高品質のものが求められている。 A flexible wiring substrate having a wiring pattern formed on a heat-resistant resin film is used in electronic devices such as liquid crystal panels, notebook computers, digital cameras, and mobile phones. This flexible wiring board can be produced by patterning a heat-resistant resin film with a metal film formed by forming a metal film on one side or both sides of a heat-resistant resin film. In recent years, as the performance of electronic devices has improved, the wiring patterns of flexible wiring substrates have tended to become more precise and denser. High quality products without scratches are required.
上記の金属膜付耐熱性樹脂フィルムの製造方法として、従来、金属箔を接着剤により耐熱性樹脂フィルムに貼り付けて製造する方法(3層基板の製造方法)、金属箔に耐熱性樹脂溶液をコーティングした後、乾燥させて製造する方法(キャスティング法)、耐熱性樹脂フィルムに真空成膜法単独で、又は真空成膜法と湿式めっき法との併用で金属膜を成膜して製造する方法(メタライジング法)等が知られている。また、上記メタライジング法では、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタリング法等が真空成膜法として一般的に採用されている。 As a method for producing the above heat-resistant resin film with a metal film, conventionally, a method in which a metal foil is attached to a heat-resistant resin film with an adhesive (method for manufacturing a three-layer substrate), a method in which a heat-resistant resin solution is applied to a metal foil A method of manufacturing by drying after coating (casting method), a method of manufacturing by forming a metal film on a heat-resistant resin film by a vacuum film-forming method alone, or by a combination of a vacuum film-forming method and a wet plating method. (metallizing method) and the like are known. In the metallizing method, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, an ion beam sputtering method, and the like are generally employed as vacuum film forming methods.
上記の金属膜付耐熱性樹脂フィルムの製造方法の中では、メタライジング法が高精細化に特に適しており、これに関連する様々な技術が提案されている。例えば、特許文献1には、ポリイミド絶縁層上にクロム層をスパッタリングした後、銅をスパッタリングして導体層を形成する方法が開示されている。また、特許文献2には、銅ニッケル合金をターゲットとするスパッタリングによる第1の金属薄膜と、銅をターゲットとするスパッタリングによる第2の金属薄膜とがこの順でポリイミドフィルム上に成膜されたフレキシブル回路基板用材料が開示されている。これらスパッタリング法による成膜(以下、スパッタ成膜とも称する)は、密着力に優れた金属膜付耐熱性樹脂フィルムが得られるが、その反面、真空蒸着法に比べて基材としての耐熱性樹脂フィルムに大きな熱負荷がかかりやすく、耐熱性樹脂フィルムに熱負荷によるシワが生じやすいという問題を抱えている。
Among the above methods for producing a heat-resistant resin film with a metal film, the metallizing method is particularly suitable for achieving high definition, and various techniques related to this method have been proposed. For example,
そこで、上記のポリイミドフィルムなどの耐熱性樹脂フィルムに対してスパッタ成膜により金属膜付耐熱性樹脂フィルムを作製する工程では、冷却機能を有する金属ロールからなるいわゆるキャンロールを備えたスパッタリングウェブコータと称する成膜装置が一般的に使用されている。この成膜装置は、冷媒が内部で循環するキャンロールの外周面に、ロールツーロールで搬送される長尺の耐熱性樹脂フィルムを巻き付けながらスパッタ成膜を行なうものであり、耐熱性樹脂フィルムに対して、その表面側にスパッタ成膜する際に生じる熱をその裏面側から同時に除熱することができるので、シワの発生を効果的に防ぐことが可能になる。 Therefore, in the process of preparing a heat-resistant resin film with a metal film by sputtering film formation on a heat-resistant resin film such as the polyimide film, a sputtering web coater equipped with a so-called can roll made of a metal roll with a cooling function is used. A so-called film forming apparatus is generally used. In this film forming apparatus, a long heat-resistant resin film transported in a roll-to-roll manner is wrapped around the outer peripheral surface of a can roll in which a coolant circulates to perform sputtering film formation. On the other hand, since the heat generated when forming a film by sputtering on the front side can be removed from the back side at the same time, it is possible to effectively prevent the occurrence of wrinkles.
例えば特許文献3には、スパッタリングウェブコータの一例である巻出巻取式(ロールツーロール方式)の真空スパッタリング装置が開示されている。この巻出巻取式の真空スパッタリング装置には、キャンロールの役割を担うクーリングロールが具備されている。更に、クーリングロールの少なくともフィルム送入れ側若しくは送出し側にサブロールが設けられており、これにより耐熱性樹脂フィルムをクーリングロールに密着する制御が行われている。
For example,
しかしながら、非特許文献1に記載されているように、キャンロールの外周面はミクロ的に見て平坦ではないため、スパッタ成膜時にキャンロールの外周面に巻き付いている耐熱性樹脂フィルムと該外周面との間は、真空空間を介して離間する無数の隙間(ギャップ部)が存在している。このため、スパッタ成膜の際に生じる耐熱性樹脂フィルムの熱はキャンロールに効率よく伝熱されているとはいえず、これがフィルムのシワ発生の原因となっていた。
However, as described in Non-Patent
この問題を解決するため、外周面にガスを放出する機構を備えたガス放出機構付きキャンロール(以下、単にガス放出キャンロールとも称する)が提案されており、これにより、キャンロールの外周面と耐熱性樹脂フィルムとの間の上記ギャップ部にキャンロール側からガスを導入することができるので、該ギャップ部の熱伝導率を真空に比べて高くすることが可能になる。 In order to solve this problem, a can roll with a gas release mechanism (hereinafter simply referred to as a gas release can roll) has been proposed, which has a mechanism for releasing gas on the outer peripheral surface of the can roll. Since the gas can be introduced from the can roll side into the gap between the heat-resistant resin film and the heat-resistant resin film, the thermal conductivity of the gap can be made higher than in a vacuum.
例えば特許文献4には、キャンロール側からガスを導入する方法として、キャンロールの外周面にガスの放出口となる多数の微細なガス放出孔を設ける技術が開示されている。なお、非特許文献2によれば、ギャップ部内に導入するガスが圧力500Paのアルゴンガスであって、且つこのギャップ部におけるキャンロールの外周面と耐熱性樹脂フィルムとの離間距離が約40μm以下の分子流領域の場合は、このギャップ部における熱コンダクタンスは250(W/m2・K)になると記載されている。
For example,
特許文献4に示すようなガス放出機構を備えた金属ロールをキャンロールに採用することで、その外周面に耐熱性樹脂フィルムを巻きつけて成膜処理を施す際に該外周面のガス放出孔からガスを放出できるので、該成膜処理時に耐熱性樹脂フィルムにかかる熱負荷を効果的に低減することができる。よって、該耐熱性樹脂フィルムにシワが発生するのを抑制する技術として極めて有効である。とはいうものの、成膜処理時に耐熱性樹脂フィルムが接する金属ロールの外周面は、伝熱性を高めるためできるだけ平坦であるのが好ましく、そのため、該金属ロールの製造段階では、研磨後の外周面の表面粗さが該金属ロールの外周肉厚部を構成するステンレスの素地より小さくなるように、ハードクロムめっき等の表面処理を施すことが望ましい。このハードクロムめっきは、後述するようにレーザー照射によりガス放出孔を穿孔する前に施す必要がある。その理由は、レーザー照射によりガス放出孔を穿孔した後にハードクロムめっきを施すことを試みると、めっき槽内でガス放出孔に気泡が発生し、その結果、ガス放出孔の周囲にハードクロムめっきを形成するのが困難になるからである。
By adopting a metal roll equipped with a gas release mechanism as shown in
ところで、ハードクロムめっきが施された金属ロールの外周面はステンレス素地より硬度が高く、しかも該外周面は所定の曲率で湾曲しているため、マイクロドリルによるガス放出孔の穿孔では、ドリルの先端を穿孔部位に当接させたときに滑って該穿孔部位から逃げてしまうので実質的に穿孔することができなかった。そこで、ハードクロムめっきが施された金属ロールの場合は、レーザーにより非接触でガス放出孔を穿孔するのが好ましい。ところが、ハードクロムめっきが外周面に施された金属ロールは、レーザーによる穿孔の際に熱負荷によって容易にクラックが入ることがあった。このようにハードクロムめっきにクラックが入ると、スパッタ成膜時に耐熱性樹脂フィルムの裏面に傷をつけるおそれがあるうえ、ガス放出キャンロールの冷却性能に悪影響を及ぼすおそれがあった。本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、外周面にハードクロムめっき等のめっき被膜を有する金属ロールの外周肉厚部にレーザーによりガス放出孔を穿孔する際に、該めっき被膜に熱負荷によってクラック等のダメージが発生するのを抑えることが可能な金属ロールの製造方法を提供することを目的としている。 By the way, the outer peripheral surface of the hard chrome-plated metal roll has a higher hardness than the stainless base material, and the outer peripheral surface is curved with a predetermined curvature. When it is brought into contact with the perforation site, it slips and escapes from the perforation site, so that the perforation could not be performed substantially. Therefore, in the case of a metal roll plated with hard chromium, it is preferable to pierce the gas discharge holes without contact using a laser. However, a metal roll with hard chrome plating applied to the outer peripheral surface may easily crack due to heat load during laser perforation. If the hard chromium plating cracks in this manner, the back surface of the heat-resistant resin film may be damaged during sputtering, and the cooling performance of the gas-releasing can roll may be adversely affected. The present invention has been made in view of the above circumstances. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a metal roll capable of suppressing the occurrence of damage such as cracks due to heat load.
上記目的を達成するため、本発明に係る金属ロールの製造方法は、外周面にめっき被膜を有する金属ロールの外周肉厚部に、レーザービーム照射によるピアシング工程及びトレパニング工程により複数のガス放出孔を穿孔する金属ロールの製造方法であって、前記ピアシング工程では、1パルス当たり1kJ/cm2未満のパワー密度を有する複数の連続するパルスからなる積算パワー密度10kJ/cm2未満のパルス群を繰り返し照射すると共に、相前後する該パルス群同士の間に1パルス群の照射時間の10倍以上の照射休止時間を設けることを条件とし、前記トレパニング工程では、レーザービームのビーム中心のスキャン円直径が前記ピアシング工程により穿孔した貫通孔の内径を越えないようにスキャンすると共に、該貫通孔を1周スキャンする毎に該1周のスキャン時間の1/3を越える照射休止時間を設けることを条件とすることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the method for manufacturing a metal roll according to the present invention provides a metal roll having a plated coating on its outer peripheral surface, and a plurality of gas discharge holes are formed in the thick outer peripheral portion of the roll by piercing and trepanning by laser beam irradiation. A method for manufacturing a perforated metal roll, wherein in the piercing step, a pulse group consisting of a plurality of continuous pulses having a power density of less than 1 kJ/cm 2 per pulse and an integrated power density of less than 10 kJ/cm 2 is repeatedly irradiated. In addition, provided that an irradiation pause time of at least 10 times the irradiation time of one pulse group is provided between the successive pulse groups, and in the trepanning step, the scanning circle diameter of the beam center of the laser beam is set as described above. Scanning is performed so as not to exceed the inner diameter of the through-hole pierced by the piercing process, and an irradiation pause time exceeding 1/3 of the scanning time for one round is provided every time the through-hole is scanned once. It is characterized by
本発明によれば、外周面にめっき被膜を有する金属ロールの外周肉厚部に穿孔するに際して、該めっき被膜に熱負荷によるクラック等のダメージが発生するのを抑えることができる。これにより、熱伝導性能及び冷却性能に優れ、且つスパッタ成膜時に耐熱性樹脂フィルムの裏面に傷をつけることのないガス放出キャンロールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of damage such as cracks in the plated coating due to heat load when piercing the outer peripheral thick portion of the metal roll having the plated coating on the outer peripheral surface. As a result, it is possible to provide a gas-releasing can roll that is excellent in heat conduction performance and cooling performance and that does not damage the back surface of the heat-resistant resin film during sputtering film formation.
以下、図1を参照しながら、本発明の金属ロールの製造方法の実施形態について、該金属ロールを2重筒構造(ジャケット構造とも称する)のガス放出キャンロールとして作製する場合を例に挙げて説明する。先ず2重筒構造の第1筒部1を用意し、その外周面側に溝切り加工法により複数の溝1aを形成し(a工程)、この第1筒部1の外周面に内周面が接するようにパイプ状の第2筒部2を焼き嵌める(b工程)。次に、周方向に互いに隣接する溝1a同士の間に対応する第2筒部2の厚肉部分において、第1筒部1と第2筒部2とをレーザー溶接若しくは電子ビーム溶接により接合する(c工程)。そして、第2筒部2の外周面を円筒切削研磨加工し(d工程)、ハードクロムめっきを施すことで表面処理層3を形成し(e工程)、更に研磨加工する(f工程)。次に、第2筒部2の肉厚部にレーザー穴開け加工を施すことで、複数の溝1aと第2筒部2の内周面とでそれぞれ画定される複数のガス導入路の各々に対してその外周面側に開口する複数のガス放出孔2aを形成する(g工程)。そして、第2筒部2の両端に例えばレーザー溶接により側板4を取り付け(h工程)、最後に仕上げとして研磨加工を施す(i工程)。
Hereinafter, with reference to FIG. 1, an embodiment of the method for manufacturing a metal roll of the present invention will be described by taking as an example a case where the metal roll is produced as a gas-releasing can roll having a double-tube structure (also referred to as a jacket structure). explain. First, a first
上記の第1筒部1と第2筒部2の材質は、互いに同種の金属でもよいし異種の金属でもよい。同種金属であれば熱膨張係数が同じになるので、昇温時や降温時に両者の間に互いに離間する方向の熱応力がほとんどかからないようにすることができる。一方、異種金属の場合は、例えば第1筒部1をアルミニウム製とし、第2筒部2をステンレス製とすることで、熱伝導率が高くて軽量であり且つ機械加工性にも優れた金属からなる第1筒部1と、クロムめっきを極めて強靱に密着させることが可能な金属からなる第2筒部2とで金属ロールを構成することができる。
The materials of the first
キャンロールの外周面となる第2筒部2の外周面は、スパッタ成膜時に耐熱性樹脂フィルムが接するため、研磨後の表面粗さができるだけ小さいのが好ましく、そのため上記のようにハードクロムめっき等の表面処理が施される。ハードクロムめっき以外の表面処理としては、例えばニッケルめっき、ダイヤモンドライクカーボンコーティング、タングステンカーバイトコーティング、窒化チタンコーティング等を挙げることができる。このハードクロムめっき等の表面処理は、前述したようにレーザーによりガス放出孔を穿孔する前に施すのが好ましい。その理由は、レーザーによりガス放出孔を穿孔した後にハードクロムめっきを施すことを試みると、めっき槽内でガス放出孔に気泡が発生してしまい、ガス放出孔の周囲にハードクロムめっきを形成することが困難になるからである。
Since the outer peripheral surface of the second
しかしながら、ハードクロムめっき等の表面処理を施した第2筒部2の外周面は、ステンレス素地より硬度が高く且つ所定の曲率で湾曲しているため、マイクロドリルによるガス放出孔の穿孔では、ドリルの先端を所定の穿孔部位に当接させたときにその部位に留めておくことができず、その部位から容易に滑って逃げてしまう。そこで、本発明の実施形態の金属ロールの製造方法では、マイクロドリルに代えて、レーザー照射により非接触でガス放出孔を穿孔することを選択した。ところが、ハードクロムめっき等の表面処理を外周面に施した金属ロールは、レーザーによるガス放出孔の穿孔時の熱負荷によって表面側にクラックが非常に入り易い。このようにハードクロムめっき等の表面処理層にクラックが入ると、スパッタ成膜時に耐熱性樹脂フィルムの裏面を傷つけてしまううえ、ガス放出キャンロールの冷却性能に悪影響を及ぼすおそれがある。
However, the outer peripheral surface of the second
そこで、本発明の実施形態の金属ロールの製造方法では、外周面にハードクロムめっきを有する金属ロールの外周肉厚部にレーザー照射により複数のガス放出孔を穿孔するに際して、所定の条件下でピアシング及びトレパニングを行なうことによって過度に熱負荷がかからないようにしている。これにより、レーザー照射によりガス放出孔を穿孔する場合においても、金属ロールの外周面に施したハードクロムめっき等の表面処理層に対して熱負荷によるクラック等のダメージが発生するのを抑えることができる。 Therefore, in the method for manufacturing a metal roll according to the embodiment of the present invention, when piercing a plurality of gas discharge holes in a thick outer peripheral portion of a metal roll having a hard chrome plating on the outer peripheral surface by laser irradiation, piercing is performed under a predetermined condition. and trepanning to prevent excessive heat load. As a result, even when the gas discharge holes are drilled by laser irradiation, it is possible to suppress the occurrence of damage such as cracks due to heat load to the surface treatment layer such as hard chrome plating applied to the outer peripheral surface of the metal roll. can.
以下、かかる金属ロールの製造方法のうち、表面処理層3を有する第2筒部2の肉厚部分にガス放出孔群を穿孔する上記のレーザー穴開け加工(g工程)において、各ガス放出孔の中心部に該当する部位にレーザー照射により貫通孔を穿孔するピアシング工程と、この穿孔した貫通孔の内径をレーザー照射により徐々に広げるトレパニング工程について別々に説明する。
Hereinafter, in the above-described laser drilling process (step g) for drilling gas release hole groups in the thick portion of the second
先ずピアシング工程では、図2に示すように、表面処理層3を有する第2筒部2の表面側からのレーザー照射によるピアシングに際して、1パルス当たり1kJ/cm2未満のパワー密度を有する複数の連続するパルスからなる積算パワー密度10kJ/cm2未満のパルス群を繰り返し照射すると共に、相前後する該パルス群同士の間に1パルス群の照射時間の10倍以上の照射休止時間を設けることを条件とする。
First, in the piercing step, as shown in FIG. 2, during piercing by laser irradiation from the surface side of the second
上記のように、レーザービームの1パルス当たりのパワー密度を1kJ/cm2未満とし、該パルスを連続パルス照射するときのパルス群の積算パワー密度を10kJ/cm2未満とし、相前後するパルス群同士の間に1パルス群の照射時間の10倍以上の照射休止時間を設けることにより、第2筒部2の外周面に施したハードクロムめっき等の表面処理層3への熱負荷によるダメージを最小限に抑えることができるので、該表面処理層3にクラックを生じさせることなく穿孔することが可能になる。なお、第2筒部2の外周面からガス導入路までの距離(すなわちガス放出孔の深さ)に応じて照射休止時間やパルス群の照射回数を適宜調整すればよい。上記のパワー密度(単位面積当たりのエネルギーとも称する)は、レーザーパワーにパルス幅を乗じて求めたパルスエネルギーを、レーザービーム径から求まる円の面積で除することで求めることができる。ここで、レーザービーム径とは加工表面に照射されるレーザービームの直径であり、一般的にレーザービームの強度分布はガウシャン分布と仮定できるので、そのピーク強度の1/e2の位置をレーザービーム径と表現する。このレーザービーム径内に総エネルギーの約86%のエネルギーが含まれている。
As described above, the power density per pulse of the laser beam is less than 1 kJ/cm 2 , the integrated power density of the pulse group when the pulses are continuously applied is less than 10 kJ/cm 2 , and the successive pulse groups By providing an irradiation pause time of 10 times or more the irradiation time of one pulse group between them, damage due to heat load to the
一方、トレパニング工程では、図3に示すように、表面処理層3を有する第2筒部2の表面側からのレーザー照射によるトレパニングに際し、レーザービームのビーム中心によって描かれる円形の軌跡の直径が上記ピアシング工程により穿孔した貫通孔の内径を越えないようにスキャン(走査)すると共に、該貫通孔のエッジに沿ってトレパニングのために1周スキャンする毎にこの1周のスキャン時間の1/3を越える照射休止時間を設けることを条件とする。これにより、第2筒部2の外周面に施したハードクロムめっき等の表面処理層3に熱負荷によるクラックを生じさせることなく貫通孔の内径を拡張することが可能になる。
On the other hand, in the trepanning step, as shown in FIG. 3, during trepanning by laser irradiation from the surface side of the second
すなわち、図4に示すように、従来のトレパニング工程では、加工速度を重視して、トレパニングのスキャン時にレーザービームのビーム中心によって描かれる円形の軌跡の直径(以降、スキャン円直径とも称する)が、パワー分布パターン1のように、ピアシングで予め穿孔した貫通孔若しくは既存の貫通孔の内径を越えるようにスキャンすることが多いが、この場合はパワー密度が高いレーザービームの中心部の熱負荷によってハードクロムめっき等の表面処理層にクラックが発生してしまうことがあった。この対策として、分布パターン2に示すようにレーザーパワーを低下させることでレーザービームの中心部付近のパワー密度を下げることが考えられるが、この分布パターン2ではレーザービームの中心部とその周囲とのパワー密度の分布パターンの傾きが分布パターン1に比べて小さく、よって、依然としてトレパニングで開口される部分より外側の領域におけるハードクロムめっきへの熱負荷が大きく、クラック発生の懸念がある。
That is, as shown in FIG. 4, in the conventional trepanning process, the diameter of the circular trajectory drawn by the beam center of the laser beam during the trepanning scan (hereinafter also referred to as the scan circle diameter) is As in
これに対して、本発明の実施形態の金属ロールの製造方法においては、分布パターン3に示すように、トレパニング時のレーザービームのビーム中心のスキャン円直径を、ピアシングで予め穿孔した貫通孔の内径よりも中心側となるようにスキャンする。これにより、レーザービームの中心部とその周囲のパワー密度分布の傾きを従来の分布パターン2に比べて大きくしても、該トレパニングで開口される部分より外側の領域のレーザービームのパワー密度を低く抑えることができ、結果的にこの領域における熱負荷を低減することができる。なお、上記のピアシング及びトレパニングによるガス放出孔の穿孔では、表面処理層3を有する第2筒部2の外周面に溶けた金属が付着したり、わずかな凹凸が生じたりすることがあるので、必要に応じて最終仕上げとしてこれらを除去して平坦にする仕上げを行なうのが好ましい。また、トレパニング対象となる貫通孔は、ピアシングにより予め穿孔されたものに限定されるものではなく、マイクロドリルなどの他の穿孔法で穿孔されたものであっても構わない。
On the other hand, in the metal roll manufacturing method of the embodiment of the present invention, as shown in
なお、上記のピアシング工程及びトレパニング工程で用いるレーザービームには、近赤外線領域の発振波長を有するパルスレーザーを用いることが好ましく、具体的には発振波長が780~2500nm程度であるのが好ましく、1000~1100nm程度であるのがより好ましい。その理由は、産業用高出力レーザーとして近赤外線領域の高出力ファイバレーザーが広く普及しているうえ、本発明の実施形態の金属ロールの製造方法において穴開け加工の対象となるワーク(被加工物)に対して、より光吸収されやすい波長であるからである。また、ガス放出孔の内径は、レーザービームのビーム径の10倍以内で且つ1mm以下であるのが好ましい。ガス放出孔の内径がレーザービームのビーム径の10倍を超えたり、1mmを超えたりした場合は、キャンロールの外周面に巻き付いている耐熱性樹脂フィルムのうち各ガス放出孔の特に中央部に対向する領域では、冷却されているキャンロールから離れ過ぎてしまうので、ガスを放出したとしても伝熱による冷却効果が期待できなくなるからである。更に、ガス放出孔の内径に対するガス放出孔の深さとして表わされるアスペクト比が5~20の範囲内であることが好ましい。このアスペクト比が5未満では外筒の強度を保つことが難しく、逆に20を超えると微細孔のレーザー加工が難しくなるからである。 As the laser beam used in the piercing process and the trepanning process, it is preferable to use a pulsed laser having an oscillation wavelength in the near-infrared region. It is more preferably about 1100 nm. The reason for this is that high-power fiber lasers in the near-infrared region are widely used as industrial high-power lasers, and in addition, in the method for manufacturing a metal roll according to the embodiment of the present invention, a workpiece to be punched (workpiece ), it is a wavelength at which light is more likely to be absorbed. Also, the inner diameter of the gas discharge hole is preferably within 10 times the beam diameter of the laser beam and 1 mm or less. If the inner diameter of the gas discharge hole exceeds 10 times the beam diameter of the laser beam or exceeds 1 mm, the heat-resistant resin film wrapped around the outer peripheral surface of the can roll should be removed from the heat-resistant resin film, particularly in the center of each gas discharge hole. This is because the opposing area is too far from the cooled can roll, so even if the gas is released, the cooling effect due to heat transfer cannot be expected. Furthermore, it is preferable that the aspect ratio expressed as the depth of the gas discharge holes to the inner diameter of the gas discharge holes is within the range of 5-20. This is because if the aspect ratio is less than 5, it is difficult to maintain the strength of the outer cylinder, and conversely, if it exceeds 20, laser processing of fine holes becomes difficult.
上記のようにして作製した金属ロールにガスロータリージョイントを取り付けることにより、互いに焼き嵌められ且つ溶接された第1筒部及び第2筒部からなる外筒部と、その内周部側に設けられた内筒部とで構成される2重筒構造のガス放出キャンロールが完成する。これら外筒部及び内筒部と、外筒部の両端部に設けた側板とによって画定される空間内に冷媒循環路が形成される。なお、上記の2重筒構造に代えて、外筒部の内側に冷媒循環路となるパイプを螺旋状に巻いた構造でもよい。 By attaching a gas rotary joint to the metal roll manufactured as described above, an outer cylindrical portion consisting of a first cylindrical portion and a second cylindrical portion shrink-fitted and welded to each other, and an outer cylindrical portion provided on the inner peripheral side thereof A gas release can roll having a double tubular structure is completed. A refrigerant circulation path is formed in a space defined by the outer cylinder portion, the inner cylinder portion, and the side plates provided at both ends of the outer cylinder portion. Instead of the above-described double tube structure, a structure in which a pipe serving as a coolant circulation path is spirally wound inside the outer cylindrical portion may be used.
上記の冷媒循環路内を流れる冷媒は、中心軸を例えば2重配管構造にすることで、外部のチラーなどの冷媒冷却装置との間で循環させることが可能になる。これにより、ガス放出キャンロールの外筒部の温度を調節することが可能になる。このガス放出キャンロールの中心軸は、回転軸の役割をも担っており、ガス放出キャンロールは該中心軸の周りを摺動するベアリングを介して回転自在に軸支されている。これにより該中心軸を中心としてガス放出キャンロールを回転させることができ、その外周面の速度にロールツーロールで搬送される長尺の耐熱性樹脂フィルムの搬送速度を合わせることで、該外周面に巻き付けられた耐熱性樹脂フィルムをその裏面側から効率よく冷却することが可能になる。 The coolant flowing through the coolant circulation path can be circulated to and from an external coolant cooling device such as a chiller by, for example, forming a double pipe structure for the central axis. This makes it possible to adjust the temperature of the outer tube portion of the outgassing can roll. The central axis of the gas-releasing can roll also serves as a rotation axis, and the gas-releasing can roll is rotatably supported via a bearing that slides around the central axis. As a result, the gas-releasing can roll can be rotated about the central axis. It is possible to efficiently cool the heat-resistant resin film wound around from the back side thereof.
上記のガス放出キャンロールの外周面のうち、耐熱性樹脂フィルムが巻き付く領域に設けたガス放出孔からガスが放出される。すなわち、ガス放出キャンロールの外筒部の肉厚部分には、その中心軸方向に延在する複数のガス導入路が周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って設けられている。これら複数のガス導入路は、前述したように、第1筒部1の外周面に設けられた複数の溝1aと第2筒部2の内周面とでそれぞれ画定される流路である。各ガス導入路には、その延在方向に沿って複数のガス放出孔が設けられており、それらは外筒部の外周面側に開口している。これら複数のガス導入路にガスロータリージョイントを介してガス供給源からガスが供給される。
Gas is discharged from the gas discharge holes provided in the region around which the heat-resistant resin film is wound on the outer peripheral surface of the gas discharge can roll. That is, a plurality of gas introduction passages extending in the direction of the central axis are provided along the entire circumference of the outer cylindrical portion of the gas release can roll at substantially equal intervals in the circumferential direction. . These gas introduction paths are flow paths defined by the plurality of
上記のガス導入路の本数や、各ガス導入路に設ける複数のガス放出孔の内径や個数は、ガス放出キャンロールの外周面に巻き付くときの長尺樹脂フィルムの抱き角や張力、ガス放出キャンロールの外周面に巻き付いたときに外周面と耐熱性樹脂フィルムとの間に生ずるギャップ部内に放出するガスの放出量等に応じて適宜定められる。一般的には、できるだけ小さな内径を有するガス放出孔を狭ピッチにして多数配置することが好ましく、これにより無数のギャップ部により均等にガスを導入できるので、外筒部の外周面の熱伝導性を全面に亘って均一化することが可能になる。しかしながら、内径の小さなガス放出孔を狭ピッチで多数設ける加工技術は困難を伴う。一方、ガス放出孔の内径が1000μmを超えるとガス放出孔付近の冷却効率が低下する原因となる。そのため、一般的にはガス放出孔の内径は30~1000μm程度が好ましく、200~300μm程度が現実的であるのでより好ましい。また、ガス放出孔は、ピッチ5~10mmで配置することが好ましい。 The number of gas introduction paths and the inner diameter and number of the plurality of gas discharge holes provided in each gas introduction path are determined by the holding angle and tension of the long resin film when it wraps around the outer peripheral surface of the gas discharge can roll, and the gas discharge. It is appropriately determined according to the amount of gas released into the gap between the outer peripheral surface of the can roll and the heat-resistant resin film when it is wrapped around the outer peripheral surface of the can roll. In general, it is preferable to arrange a large number of gas discharge holes having an inner diameter as small as possible at a narrow pitch. can be made uniform over the entire surface. However, a processing technique for providing a large number of gas discharge holes with a small inner diameter at a narrow pitch is accompanied by difficulties. On the other hand, if the inner diameter of the gas discharge holes exceeds 1000 μm, it causes a decrease in the cooling efficiency in the vicinity of the gas discharge holes. Therefore, the inner diameter of the gas discharge hole is generally preferably about 30 to 1000 μm, more preferably about 200 to 300 μm because it is realistic. Also, the gas discharge holes are preferably arranged at a pitch of 5 to 10 mm.
上記の複数のガス導入路の各々には、前述したように、ガス供給源から供給されるガスがガスロータリージョイントによって分配されて供給される。このガスロータリージョイントは、ガス放出キャンロールの回転によって周方向に回転するガス導入路の各々に常にガスを供給するのではなく、長尺の耐熱性樹脂フィルムが巻き付けられている角度範囲(この角度範囲を抱き角とも称する)以外の角度範囲を通過するときにはガスを供給しないような機能を有していることが好ましい。かかる機能は、例えば、ガスロータリージョイント内の分配配管を電気的又は電磁気的に作動するバルブで開閉したり、ガスロータリージョイント自身の回転を利用して機械的に開閉したりすることで実現可能となる。 As described above, the gas supplied from the gas supply source is distributed and supplied to each of the plurality of gas introduction paths by the gas rotary joint. This gas rotary joint does not always supply gas to each of the gas introduction passages that rotate in the circumferential direction due to the rotation of the gas release can roll, but instead uses the angle range (this angle It is preferable to have a function of not supplying gas when passing through an angle range other than the range (also called an embrace angle). Such a function can be realized, for example, by opening and closing the distribution piping in the gas rotary joint with a valve that operates electrically or electromagnetically, or by mechanically opening and closing using the rotation of the gas rotary joint itself. Become.
次に、図5を参照しながら上記のガス放出キャンロールを備えたスパッタリングによる真空成膜装置について説明する。この図5に示す真空成膜装置50はスパッタリングウェブコータとも称され、上記の冷却機能を備えたガス放出キャンロールの外周面に長尺樹脂フィルムFを巻き付けて裏面側から冷却しながら表面側にスパッタ成膜を行なう装置であり、ロールツーロールで連続的に搬送される長尺樹脂フィルムFに対して、スパッタ成膜時の熱的ダメージを抑えながら表面側に効率よくスパッタ成膜することが可能になる。
Next, with reference to FIG. 5, a description will be given of a sputtering vacuum film-forming apparatus equipped with the above-described gas-releasing can roll. The vacuum
具体的に説明すると、真空成膜装置50を構成する主要な機器は真空チャンバー51内に収められており、この真空チャンバー51内は、スパッタ成膜に際して先ず到達圧力10-4Pa程度まで減圧された後、スパッタリングガスの導入により0.1~10Pa程度の圧力調整が行われる。スパッタリングガスにはアルゴンなど公知のガスが使用され、目的に応じて更に酸素などのガスが添加される。真空チャンバー51の形状は、上記の減圧状態に耐え得るものであれば図5に示す直方体形状に限定されるものではなく、様々な形状や材質のものを使用することができる。なお、真空チャンバー51内の減圧状態を維持するため、真空成膜装置50には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種々の真空生成装置が具備されている。
Specifically, the main equipment constituting the vacuum
かかる減圧雰囲気の真空チャンバー51内において巻出ロール52から巻き出された長尺樹脂フィルムFは、モータで回転駆動されるガス放出キャンロール56の外周面に巻き付けられてスパッタ成膜が施された後、巻取ロール64で巻き取られる。巻出ロール52からガス放出キャンロール56までの搬送経路には、長尺樹脂フィルムFを案内するフリーロール53、長尺樹脂フィルムFの張力測定を行なう張力センサロール54、及びガス放出キャンロール56の周速度に対する調整を行なうモータ駆動のフィードロール55がこの順に配置されている。これによりガス放出キャンロール56の外周面に長尺樹脂フィルムFを密着させて搬送することが可能になる。ガス放出キャンロール56から巻取ロール64までの搬送経路にも、上記と同様に、ガス放出キャンロール56の周速度に対する調整を行なうモータ駆動のフィードロール61、長尺樹脂フィルムFの張力測定を行なう張力センサロール62、及び長尺樹脂フィルム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。
The long resin film F unwound from the unwinding
巻出ロール52及び巻取ロール64では、パウダークラッチ等によるトルク制御によって、ロールツーロールによる搬送時の長尺樹脂フィルムFの張力バランスが保たれている。また、ガス放出キャンロール56の回転と、これに連動して回転するモータ駆動のフィードロール55、61により、巻出ロール52から巻き出された長尺樹脂フィルムFは、ガス放出キャンロール56の外周面に矢印Aで示す抱き角で巻き付けられた後、巻取ロール64に巻き取られるようになっている。
In the unwinding
上記のガス放出キャンロール56の外周面のうち、長尺樹脂フィルムFが巻き付けられる抱き角Aの範囲内の搬送経路に対向する位置に、成膜手段としてのマグネトロンスパッタリングカソード57、58、59、60が設けられている。マグネトロンスパッタリングは、磁石の力で磁場の中に高密度に捉えられているプラズマ状態の陽イオンが、マイナス電位のターゲットの表面に次々と衝突することで該ターゲットの金属粒子を弾き飛ばして長尺樹脂フィルムFの表面に成膜させる方式であり、効率よくスパッタ成膜を行なうことが可能になる。なお、ターゲットの形状は図5に示す板状に限定されるものではなく、円筒状のターゲットを回転させてクリーニングしながらスパッタを行なう方式のロータリーターゲットを使用してもよい。これにより、ノジュール(異物の成長)の発生を抑えることができるうえ、ターゲットの使用効率を板状のものに比べて高めることができる。 Magnetron sputtering cathodes 57, 58, 59 as film forming means are provided on the outer peripheral surface of the gas-releasing can roll 56 at positions facing the conveying path within the range of the embrace angle A around which the long resin film F is wound. 60 is provided. In magnetron sputtering, positive ions in a plasma state, which are trapped in a magnetic field at high density by the force of a magnet, collide one after another with the surface of a target at a negative potential, thereby repelling metal particles from the target and forming a long film. In this method, a film is formed on the surface of the resin film F, and it is possible to efficiently perform sputtering film formation. The shape of the target is not limited to the plate shape shown in FIG. 5, and a rotary target may be used in which sputtering is performed while a cylindrical target is rotated and cleaned. As a result, the generation of nodules (growth of foreign matter) can be suppressed, and the usage efficiency of the target can be increased compared to a plate-shaped target.
例えば搬送経路の最も上流側に位置するマグネトロンスパッタリングカソード57にNi系合金のターゲットを用い、残りのマグネトロンスパッタリングカソード58、59、60にCuのターゲットを用いることで、耐熱性の長尺樹脂フィルムFの表面にNi系合金膜及びCu膜をこの順に積層させることができる。この場合のNi系合金膜はシード層と呼ばれ、Ni-Cr合金、インコネル、コンスタンタン、モネル等の各種公知の合金を用いることができるが、その組成は金属膜付耐熱性樹脂フィルムの電気絶縁性や耐マイグレーション性等の所望の特性に応じて適宜選択される。
For example, a Ni-based alloy target is used for the magnetron sputtering cathode 57 located on the most upstream side of the transport path, and a Cu target is used for the remaining
上記のスパッタ成膜で得た金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムの金属膜を更に厚くしたい場合は、上記のスパッタ成膜による乾式めっきの後に湿式めっきすることで効率よく金属膜を厚くすることができる。この湿式めっきは、電気めっき処理のみで金属膜を形成してもよいし、一次めっきとしての無電解めっき処理と、二次めっきとしての電解めっき処理等とを組み合わせて金属膜を形成してもよい。この湿式めっきの処理条件については特に限定はなく、一般的な湿式めっき条件を採用することができる。 When it is desired to further thicken the metal film of the long heat-resistant resin film with a metal film obtained by the above sputtering film formation, the metal film can be efficiently thickened by wet plating after dry plating by the above sputtering film formation. can be done. In this wet plating, a metal film may be formed only by electroplating, or a metal film may be formed by combining electroless plating as primary plating and electrolytic plating as secondary plating. good. Processing conditions for this wet plating are not particularly limited, and general wet plating conditions can be employed.
このようにして製造された積層構造の金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムに対して、不要な金属膜部分を取り除くサブトラクティブ法によるパターニング加工を施すことにより、所定の回路パターンを有するフレキシブル配線基板が得られる。このサブトラクティブ法は、具体的には金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムの金属膜の表面にレジストを塗布した後、このレジストをフォトマスクを介して露光及び現像することでパターニングし、パターニングされたレジストで覆われていない金属膜(例えば、上記Cu膜)をエッチングにより除去してフレキシブル配線基板を製造する方法である。 A flexible wiring board having a predetermined circuit pattern is obtained by subjecting the long heat-resistant resin film with a metal film having a laminated structure manufactured in this manner to a patterning process by a subtractive method for removing unnecessary metal film portions. is obtained. Specifically, in this subtractive method, a resist is applied to the surface of the metal film of the long heat-resistant resin film with a metal film, and then the resist is patterned by exposing and developing through a photomask. In this method, the metal film (for example, the Cu film) that is not covered with the resist is removed by etching to manufacture a flexible wiring board.
上記の金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムの基材となる耐熱性樹脂フィルムには、例えば、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好適に用いることができる。これらの耐熱性樹脂フィルムは、フレキシブル配線基板として使用する際に求められる特性である柔軟性、実用上必要な強度、配線材料として好適な電気絶縁性を有しているので好ましい。 Examples of heat-resistant resin films that serve as substrates for the long heat-resistant resin film with a metal film include polyimide films, polyamide films, polyester films, polytetrafluoroethylene films, polyphenylene sulfide films, and polyethylene. A naphthalate-based film, a liquid crystal polymer-based film, and the like can be preferably used. These heat-resistant resin films are preferable because they have flexibility required for use as a flexible wiring board, strength required for practical use, and electrical insulation suitable for use as a wiring material.
本発明の実施形態の金属ロールの製造方法で作製したガス放出キャンロールは、前述したように外周面のハードクロムめっき等の表面処理層にクラック等のダメージがほとんどないため、これを用いて長尺樹脂フィルムにスパッタ成膜を行なう際に該長尺樹脂フィルムの裏面を傷つけることがなく、また、外周面から放出されるガスによって該外周面とそこに巻き付く長尺樹脂フィルムとの間のギャップ部の伝熱性を高めることができるので、熱負荷によるシワが生じにくい。すなわち、本発明の実施形態の金属ロールの製造方法で作製したガス放出キャンロールを用いることで、シワや傷がほとんどない高品質の金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムを作製することが可能になる。 The gas-releasing can roll produced by the metal roll manufacturing method of the embodiment of the present invention has almost no damage such as cracks in the surface treatment layer such as hard chrome plating on the outer peripheral surface as described above. The back surface of the long resin film is not damaged when sputter deposition is performed on the long resin film, and the gas released from the outer peripheral surface creates a gap between the outer peripheral surface and the long resin film wound thereon. Since the thermal conductivity of the gap portion can be enhanced, wrinkles due to heat load are less likely to occur. That is, by using the gas-releasing can roll produced by the method for producing a metal roll according to the embodiment of the present invention, it is possible to produce a long heat-resistant resin film with a metal film of high quality with almost no wrinkles or scratches. Become.
なお、本発明の実施形態の金属ロールの製造方法で作製したガス放出キャンロールは、スパッタ成膜を行なう上記の真空成膜装置50に採用することで特に顕著な効果が得られるが、スパッタ成膜以外の長尺樹脂フィルムに熱負荷の掛かる真空成膜処理である、CVD(化学蒸着)や真空蒸着などの装置にも適用することができる。また、長尺樹脂フィルムの表面を改質して皮膜の密着性を高めるために成膜前に行なうプラズマ処理装置やイオンビーム処理装置にも適用することができる。上記のプラズマ処理は、例えばアルゴンと酸素の混合ガス又はアルゴンと窒素の混合ガスによる減圧雰囲気下において放電を行なうことにより、酸素プラズマ又は窒素プラズマを発生させて長尺樹脂フィルムを表面処理するものであり、上記のイオンビーム処理は、強い磁場を印加した磁場ギャップでプラズマ放電を発生させて、プラズマ中の陽イオンを陽極による電解でイオンビームとして長尺樹脂フィルムに照射して表面処理するものである。
The gas-releasing can roll manufactured by the method for manufacturing a metal roll according to the embodiment of the present invention can obtain a particularly remarkable effect by being employed in the above-described vacuum
図5に示すような真空成膜装置50(スパッタリングウェブコータ)のガス放出キャンロール56に、本発明の実施例の金属ロールの製造方法を用いて作製した、完成寸法が直径800mm、幅750mmの金属ロール(ガス放出キャンロール)を採用し、長尺樹脂フィルムFの表面にシード層としてのNi-Cr膜とCu膜とをこの順に成膜した。なお、長尺樹脂フィルムFには、幅500mm、長さ800m、厚さ25μmの東レ・デュポン株式会社製の耐熱性ポリイミドフィルム「カプトン(登録商標)」を使用した。 The gas release can roll 56 of the vacuum film forming apparatus 50 (sputtering web coater) as shown in FIG. A metal roll (gas discharge can roll) was employed, and a Ni—Cr film and a Cu film were formed as seed layers on the surface of the long resin film F in this order. For the long resin film F, a heat-resistant polyimide film "Kapton (registered trademark)" manufactured by DuPont-Toray Co., Ltd. and having a width of 500 mm, a length of 800 m, and a thickness of 25 μm was used.
ガス放出キャンロール56は図1に示す工程に沿って製造した。すなわち、先ず外径798mm、肉厚15mmのステンレスのパイプを用意し、その内周面側に冷媒循環路の役割を担う内筒部、2重配管、及び回転軸等を組み込んで2重筒構造のジャケットロールからなる第1筒部1を製作した。この第1筒部1の外周面側に、中心軸方向に延在する幅3mm、深さ4mmの溝を溝切りカッターにより角度2°毎に掘っていくことで、全周に亘って180本の溝1aを形成した。その後、良好な焼き嵌めができるように第1筒部1の外周面を円筒研磨加工して外径796mmに仕上げた。
The gas releasing can roll 56 was manufactured along the steps shown in FIG. That is, first, a stainless steel pipe with an outer diameter of 798 mm and a wall thickness of 15 mm is prepared, and an inner cylindrical portion that plays a role of a refrigerant circulation path, a double pipe, a rotating shaft, etc. are incorporated on the inner peripheral surface side to form a double cylindrical structure. A first
次に、第2筒部2として内面研磨加工分及び焼き嵌め時の熱膨張分を考慮して上記の第1筒部1の仕上げ外径796mmよりも1~数mm小さな内径を有する肉厚12mmのステンレスのシームレスパイプを用意し、その内周面を良好な焼き嵌めができるように内面研磨加工した後、バーナーで加熱しながら第1筒部1の外側に第2筒部2を焼き嵌めた。そして、第1筒部1の複数の溝1aと第2筒部2の内周面とによってそれぞれ画定される複数のガス導入路の各々に対して次工程のレーザー穴開け加工で容易に複数のガス放出孔を穿孔できるようにするため、この焼き嵌めにより第1筒部1と第2筒部2とが一体化した金属ロールの外周面部をその外径が802mmになるまで円筒切削した。
Next, the second
次に、第2筒部2のうち、周方向に互いに隣接する第1筒部1の溝1a同士の間に対応する部分に対して、その外周面からその肉厚方向に波長1.07μm、出力5kWのファイバレーザーを照射してレーザー溶接した。これにより、第1筒部1と第2筒部2とを接合した。この接合された金属ロールの外周部をその外径が800mmになるまで円筒切削・円筒研磨した。更に、厚み100μmのハードクロムめっきを施した後、研磨加工した。上記のようにして作製された表面処理層3を有する金属ロールに対して、発振波長が近赤外線領域のパルスレーザーからなるレーザービームによるピアシング及びトレパニングにより複数のガス放出孔を穿孔した。
Next, a wavelength of 1.07 μm was applied to a portion of the second
これら複数のガス放出孔の穿孔に採用した条件は、以下に示す別途作製したダミーロール(成膜には使用しない)に対して行なった試験結果に基づいて決定した。すなわち、先ず上記の製造方法と同じ工程を経て製作したダミーロールに対して、様々な条件でガス放出孔を穿孔してその仕上がりを目視にて評価することで、ピアシングに適した条件及びトレパニングに適した条件をそれぞれ求めた。 The conditions adopted for punching the plurality of gas discharge holes were determined based on the results of a test performed on a separately prepared dummy roll (not used for film formation) shown below. That is, first, a dummy roll manufactured through the same process as the above manufacturing method was perforated with gas discharge holes under various conditions, and the finish was visually evaluated to determine conditions suitable for piercing and trepanning. We sought suitable conditions for each.
具体的には、レーザービーム照射によるピアシング工程では、レーザーパワー、Duty比、照射周波数、1パルス群の照射時間、パルス群間の照射休止時間、及びパルス群の照射回数を様々に変えて貫通孔を穿孔した後、穿孔後の貫通孔の周囲の表面状態を目視により確認し、ハードクロムめっきにレーザー照射によりクラックが発生した場合をNG、クラックが発生していない場合をOKと評価した。なお、レーザービーム径は0.13mmのまま変化させなかった。その結果を下記表1に示す。 Specifically, in the piercing process by laser beam irradiation, the laser power, duty ratio, irradiation frequency, irradiation time of one pulse group, irradiation pause time between pulse groups, and the number of pulse group irradiations are variously changed to pierce through holes. After drilling, the surface condition around the through-hole after drilling was visually confirmed, and if cracks occurred in the hard chrome plating due to laser irradiation, it was evaluated as NG, and if no cracks occurred, it was evaluated as OK. Note that the laser beam diameter was kept unchanged at 0.13 mm. The results are shown in Table 1 below.
上記表1の結果から、レーザービーム照射によるピアシングでガス放出孔を穿孔する場合は、1パルス当たりのパワー密度を1kJ/cm2未満とし、且つ1パルス群当たりの連続パルス照射の積算パワー密度を10kJ/cm2未満とし、且つ相前後するパルス群同士の間に1パルス群の照射時間の10倍以上の照射休止時間を設けることで、第2筒部2の外周面に施したハードクロムめっきへの熱ダメージを抑えることができ、よってクラックを生じさせることなく貫通孔を穿孔できることが分かった。なお、第2筒部2の外周面からガス導入路までの距離(すなわち、ガス放出孔の深さ)に応じて照射休止時間を含むパルス群の照射回数を調整すればよいことが分かった。
From the results in Table 1 above, when piercing gas discharge holes by laser beam irradiation, the power density per pulse should be less than 1 kJ/cm 2 and the cumulative power density of continuous pulse irradiation per pulse group should be less than 1 kJ/
一方、レーザービーム照射によるトレパニング工程では、ピアシングで予め穿孔しておいた内径0.12mmの貫通孔に対して、レーザーパワー0.75kW、Duty比4%、照射周波数200Hz、レーザービーム径0.16mmの各条件は変えずに、ビーム中心のスキャン円直径、貫通孔を1周スキャンした後の照射休止時間を様々に変えて1~3回のトレパニングを行なった。そして上記のピアシング工程の場合と同様に穿孔後のガス放出孔の周囲の表面状態を目視により確認し、ハードクロムめっきにレーザー照射によりクラックが発生した場合をNG、クラックが発生していない場合をOKと評価した。なお、レーザービームのスキャン速度は毎分30mmとし、各回のトレパニングでは貫通孔を2周スキャンさせた。その結果を下記表2に示す。 On the other hand, in the trepanning process by laser beam irradiation, the laser power was 0.75 kW, the duty ratio was 4%, the irradiation frequency was 200 Hz, and the laser beam diameter was 0.16 mm. Without changing each condition, trepanning was performed 1 to 3 times by variously changing the scanning circle diameter at the center of the beam and the irradiation pause time after scanning the through-hole once. In the same way as in the above piercing process, the surface condition around the gas discharge hole after piercing was visually checked, and if cracks occurred in the hard chrome plating due to laser irradiation, it was NG, and if there were no cracks. It was evaluated as OK. The scanning speed of the laser beam was 30 mm per minute, and the through-hole was scanned twice in each trepanning. The results are shown in Table 2 below.
上記表2の結果から、レーザービーム照射によるトレパニング工程でガス放出孔を穿孔する場合は、トレパニングの際に予めピアシング又は他の穿孔法で穿孔しておいた貫通孔に対して同芯円状にスキャンさせるレーザービームのビーム中心が描くスキャンパターンのスキャン円直径が、該貫通孔の内径を越えないこと、且つ該貫通孔のエッジに沿ってトレパニングのために1周スキャンする毎に1周分のスキャン時間の1/3を越える照射休止時間を設けることで、第2筒部2の外周面に施したハードクロムめっきへの熱ダメージを抑えることができ、よってクラックを生じさせることなく該貫通孔の大きさを広げて所望の内径を有するガス放出孔を穿孔できることが分かった。
From the results in Table 2 above, when the gas release holes are drilled in the trepanning process using laser beam irradiation, the through holes are formed concentrically with the through holes previously drilled by piercing or other drilling methods during the trepanning. The scan circle diameter of the scan pattern drawn by the beam center of the laser beam to be scanned does not exceed the inner diameter of the through hole, and the diameter of the scan circle is 1 round per scan for trepanning along the edge of the through hole. By providing an irradiation pause time that exceeds 1/3 of the scan time, it is possible to suppress thermal damage to the hard chrome plating applied to the outer peripheral surface of the second
なお、第2筒部2の外周面からガス導入路までの距離(すなわち、ガス放出孔の深さ)に応じて照射休止時間を含むスキャンの周回数を調整すればよいことが分かった。また、トレパニング対象となる予め穿孔しておいた貫通孔の内径に対して、トレパニングにより形成するガス放出孔の内径が約1.5倍を超える場合は、条件番号T14~T39に示すように、スキャンさせるレーザービームのビーム中心のスキャン円直径が該スキャン直前の貫通孔の内径を越えないようにしながらトレパニングを複数回行なうことで、徐々に広げていけば良いことが分かった。
In addition, it was found that the number of rounds of scanning, including the irradiation pause time, should be adjusted according to the distance from the outer peripheral surface of the second
上記の表1及び表2の結果から、ピアシング工程は表1の条件番号P3(P6、P12、P16、P20も同じ)を採用し、トレパニング工程は表2の条件番号T37を採用して、前述した表面処理層3を有する金属ロールに対して、各ガス導入路に向けて法線方向からレーザービームを照射することで内径240μmのガス放出孔群を穿孔した。この場合、ガス放出孔の内径に対するガス放出孔の深さとして表わされるアスペクト比は8.33となった。また、上記のダミーロールに対して複数のガス放出孔を穿孔したときに採用したガス導入路の延在方向のピッチと同じ7mmピッチでガス放出孔群が並ぶように穿孔した。ただし、第2筒部2の外周面のうち、長尺樹脂フィルムが巻き付けられない領域である両端からそれぞれ20mm内側までの領域にはガス放出孔を穿孔しなかった。上記のようにしてレーザー穴開け加工によりガス放出孔群を穿孔した後、第1筒部1及び第2筒部2の両端に環状の側板をレーザー溶接し、鏡面研磨を施した。そして、得られた筒状体の一端部に、回転リングユニットと固定リングユニットで構成されるガスロータリージョイントを取り付けた。このようにしてガス放出キャンロールを完成させた。
From the results in Tables 1 and 2 above, the piercing step adopts condition number P3 (P6, P12, P16, and P20 are the same) in Table 1, and the trepanning step adopts condition number T37 in Table 2. A group of gas discharge holes having an inner diameter of 240 μm was formed by irradiating the metal roll having the
上記構造のガス放出キャンロールは、真空成膜装置50に搭載したとき、ロールツーロールで搬送される長尺樹脂フィルムの抱き角Aは約330°となった。すなわち、ガス放出キャンロールの外周面のうち、長尺樹脂フィルムFが巻き付けられない角度範囲は約30°となり、この角度範囲内には15本のガス導入路が存在することになる。そこで、ガスロータリージョイントの回転リングユニット側の複数のガス供給路のうち、上記の約30°の角度範囲を通過するときの15本のガス導入路に連通するガス供給路の開口部が対向する固定リングユニット側の摺動面には、ガス供給路を設けずに流路を閉鎖することで、上記約30°の角度範囲内のガス導入路にはガスが供給されないようにした。
When the gas discharge can roll having the above structure was mounted on the vacuum
長尺樹脂フィルムFにシード層としてのNi-Cr膜を成膜した後にCu膜を積層するため、マグネトロンスパッタリングカソード57にはNi-Crターゲットを用い、マグネトロンスパッタリングカソード58~60にはCuターゲットを使用した。そして、ロール状の長尺樹脂フィルムFを巻出ロール52にセットし、その先端部を引き出してガス放出キャンロール56を含む複数のロール群を経由させて巻取ロール64に巻き付けた。その後、真空チャンバー51内を複数台のドライポンプにより5Paまで排気した後、更に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。
A Ni—Cr target is used for the magnetron sputtering cathode 57 and a Cu target is used for the
この状態で搬送速度4m/分で長尺樹脂フィルムFをロールツーロールで搬送させた。その際、巻出ロール52と巻取ロール64の張力は80Nとし、ガス放出キャンロール56の冷媒循環路には冷媒としてチラーにて20℃に温度制御された水を循環させた。マグネトロンスパッタリングカソード57~60の各々にアルゴンガスを300sccm(0℃、1気圧において毎分300cm3)で導入して5kWの電力を印加した。更に、ガス放出キャンロール56にはアルゴンガスを1000sccm(0℃、1気圧において毎分1000cm3)供給した。このようにして、長尺樹脂フィルムFの表面にNi-Cr膜及びCu膜をこの順に連続的にスパッタ成膜した。
In this state, the long resin film F was conveyed by roll-to-roll at a conveying speed of 4 m/min. At this time, the tension of the unwinding
このスパッタ成膜の際、隣接するマグネトロンスパッタリングカソードの間に設置したレーザー変位計により、長尺樹脂フィルムFの表面形状を測定したところ、長尺樹脂フィルムFはガス放出キャンロール56の外周面から約40μm離れていることが確認された。そして、ガス放出キャンロール56の外周面上の成膜中の長尺樹脂フィルムFの表面の観察が可能な観察窓から観察しながら、マグネトロンスパッタリングカソード57~60への印加電力を徐々に増加していき、スパッタリングの熱負荷によるシワが発生しない最大スパッタリング電力(4台の合計)を求めた結果80kWであった。 During this sputtering film formation, the surface shape of the long resin film F was measured by a laser displacement meter installed between the adjacent magnetron sputtering cathodes. It was confirmed that they were about 40 μm apart. Then, the electric power applied to the magnetron sputtering cathodes 57 to 60 is gradually increased while observing the surface of the long resin film F during film formation on the outer peripheral surface of the gas discharge can roll 56 through an observation window. As a result, the maximum sputtering power (total of four units) at which wrinkles due to the heat load of sputtering do not occur was found to be 80 kW.
その後、ガス放出キャンロール56へのアルゴンガスの供給を停止し、上記と同様に観察窓から観察しながらスパッタリングの熱負荷によるシワが発生しない最大スパッタリング電力(4台の合計)を求めた結果40kWであった。上記の成膜終了後は巻取ロール64から金属膜付の長尺樹脂フィルムFを取り外してNi-Cr膜及びその上のCu膜が成膜されていない裏面側(耐熱性ポリイミドフィルム面)を観察したところ、傷は確認されなかった。
After that, the supply of argon gas to the gas discharge can roll 56 was stopped, and while observing through the observation window in the same manner as described above, the maximum sputtering power (total of four units) that does not cause wrinkles due to the thermal load of sputtering was obtained. The result was 40 kW. Met. After the completion of the above film formation, remove the long resin film F with the metal film from the take-
1 第1筒部
1a 溝
2 第2筒部
2a ガス放出孔
3 表面処理層
4 側板
50 成膜装置
51 真空チャンバー
52 巻出ロール
53 フリーロール
54 張力センサロール
55 フィードロール
56 ガス放出キャンロール
57、58、59、60 マグネトロンスパッタリングカソード
61 フィードロール
62 張力センサロール
63 フリーロール
64 巻取ロール
F 長尺樹脂フィルム
A 抱き角
1 first
Claims (4)
前記ピアシング工程では、1パルス当たり1kJ/cm2未満のパワー密度を有する複数の連続するパルスからなる積算パワー密度10kJ/cm2未満のパルス群を繰り返し照射すると共に、相前後する該パルス群同士の間に1パルス群の照射時間の10倍以上の照射休止時間を設けることを条件とし、
前記トレパニング工程では、レーザービームのビーム中心のスキャン円直径が前記ピアシング工程により穿孔した貫通孔の内径を越えないようにスキャンすると共に、該貫通孔を1周スキャンする毎に該1周のスキャン時間の1/3を越える照射休止時間を設けることを条件とすることを特徴とする金属ロールの製造方法。 A method for manufacturing a metal roll in which a plurality of gas release holes are bored in a thick outer peripheral portion of a metal roll having a plated coating on the outer peripheral surface by a piercing process and a trepanning process using laser beam irradiation,
In the piercing step, a pulse group composed of a plurality of continuous pulses having a power density of less than 1 kJ/cm 2 per pulse and having an integrated power density of less than 10 kJ/cm 2 is repeatedly radiated, and the pulse groups that follow each other are irradiated. Provided that an irradiation pause time of 10 times or more of the irradiation time of one pulse group is provided in between,
In the trepanning step, scanning is performed so that the scanning circle diameter of the beam center of the laser beam does not exceed the inner diameter of the through-hole drilled in the piercing step, and the scanning time for one round each time the through-hole is scanned one round A method for manufacturing a metal roll, characterized in that an irradiation pause time exceeding 1/3 of the above is provided as a condition.
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