JP2870003B2 - 蒸着フィルムの製造方法 - Google Patents

蒸着フィルムの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、プラスチックフィルム等の基材上に金属、
または金属酸化物薄膜を形成した蒸着フィルムに関し、
特にプラスチックフィルム材と蒸着薄膜との密着性が優
れた蒸着フィルムの製造方法に関する。
また、ガス遮断性、防湿性、透明性に優れ、医薬、食
品包装材料等に用いられる蒸着フィルムの製造方法に関
する。
<従来技術> 医薬、食品等の包装分野において、内容物の保護性を
高めるために、包装に用いられる材料として種々の物性
が要求され、またこれらの要求される物性は益々高いも
のとなっている。
特に、内容物の保護として、内容物の変質、酸化防止
の点から、酸素バリアー性、防湿性は、包装材料には欠
くことのできない事項である。今日これらのバリアー性
を付与することは、一般的になりつつあり、その観点か
ら包装材料の設計が行われている。
また、最近の薄膜化技術の進歩はめざましく、耐熱性
のなく、かつフレキシビリティーなプラスチックフィル
ム上へ金属、または金属酸化物などの蒸着薄膜を連続的
に形成する技術は、装置、方法の両面から活発に行われ
ている。
包装材料として、一般的に定着してきたアルミニウム
蒸着フィルムは、その優れた意匠性、光沢性に加え、ガ
スバリアー性、防湿性を備え持っているため、現在で
は、アルミ箔の代替品として、アルミ蒸着フィルムが包
装材料構成の一部としてもちいられてきている。
しかしながら、このアルミ蒸着フィルムにも以下のよ
うないくつかの問題点があった。
プラスチックフィルム等の基材との密着性が不十分で
あるため、ヒートシール可能な樹脂、フィルム等を積層
して包材として用いる場合、十分なラミネート強度、ヒ
ートシール強度が得られない。
アルミ蒸着フィルムを包材構成の一部として用いた包
材をレトルト殺菌などの高温高圧で殺菌処理を行うと、
やはりと同様にプラスチックフィルム等の基材との密
着性が不十分であるため、デラミを起こしたり、アルミ
蒸着部が熱水により酸化処理されて、元の光沢性が失わ
れ、白化してしまうなどの問題があった。
このような問題を解決するために、プラスチックフィ
ルム等の基材上に特定の樹脂を蒸着アンカー層として用
いて蒸着する方法、また、プラスチックフィルム等の基
材を構成する材料そのものを分子設計時で、特定の構成
のものとする、または、添加剤、安定剤の種類、量を特
定する蒸着層上に保護コート樹脂を設けるなどの試みが
検討されているが、いずれも十分のものではなかった。
一方ガスバリヤー性、防湿性という機能を付与するた
めに従来の不透明であるアルミニウムに代わるいくつか
の金属酸化物からなる蒸着薄膜をプラスチックフィルム
上に設けた前記機能性を有するフィルムが提案され一部
市販されている。
例えば、酸化硅素、酸化アルミニウムの蒸着フィルム
については特公昭53-12953公報、特開昭62-179935公報
他に示されており、前記公報に示された蒸着フィルムに
は、特にそのガスバリアー性のバラツキがあり、その原
因は、蒸着薄膜組成に大きく関係していると考えられ
る。
この蒸着薄膜組成は、蒸着時のわずかな真空度変動、
残留酸素、水蒸気分圧、蒸着材料の種類等、蒸着加工条
件により非常に大きく影響し、その結果、透明性ガスバ
リアー性、防湿性等の機能性についてのバラツキが大き
く、実用段階で問題点を残していた。
<発明が解決しようとする課題> 本発明は、上記従来の欠点を解決するものであり、そ
の目的とすることは、プラスチックフィルム等の基材上
の金属または、金属酸化物からなる蒸着薄膜の組成のバ
ラツキが小さく、ガスバリアー性、防湿性、透明性が優
れ、かつ基材との密着性の優れた蒸着フィルムの製造方
法を提供することを目的とする。
<課題を解決するための手段> 本発明は、プラスチックフィルム等の基材上に連続的
に金属、または金属酸化物を真空蒸着する際、金属、ま
たは、金属酸化物薄膜を形成する直前、同時あるいは薄
膜形成直後にイオンビームを照射することを、同一真空
槽内で少なくとも一工程行うことを特徴とした連続的な
金属または金属酸化物の蒸着フィルムの製造方法であ
る。
以下具体的に本発明の製造方法について説明する。
まず、第1図に示したような蒸着を用い、10-4〜10-5
Torr以下の真空系内で、ポリカーボネート、ポリエチレ
ンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリア
ミド、ポリエチレン、ポリプロピレン等のプラスチック
フィルムからなる基材の巻出しロール8から基材を連続
的に一定速度で送り出し、前記基材がダンサーロール
5、エスキパンダーロール6を経て、冷却ロール9に接
触させ、裏面から冷却しながら照射部50でイオンビーム
源40により発生させたイオンビームを、前記基材上に連
続的に照射し、基材表面を活性化させながら、次いで蒸
着部51で、金属または金属酸化物の蒸着薄膜を形成す
る。そして、この蒸着薄膜を形成した基材をエキスパン
ダーロール6、ダンサーロール5を経て、巻取りロール
3により連続的に巻取り、蒸着フィルムが製造される。
本発明でいうイオンビーム照射は、前記説明では蒸着
成膜直前に行っていたが、必ずしも蒸着直前だけに限ら
ず、同一真空槽内で少なくとも一工程行えばよい。特に
基材との密着性を向上させるためには、蒸着成膜の直前
が好ましく、また基材との密着性、および蒸着成膜の内
部歪によるクラックを防止するためには、蒸着成膜と同
時にイオンビーム照射を行う。
一方、電気的絶縁物の基材上にイオンビームを照射し
ていくと、基材表面に電荷がたまり、チャージアップし
て安定したイオンビーム照射ができなくなることがある
ので、ニュートライザーを併用することが好ましい。こ
のニュートライザーを用いる場合、出力として、タング
ステンフィラメント発熱による熱電子放出で十分で、数
〜数十Aでよい。
また、本発明におけるイオンビーム照射に用いるイオ
ンビーム源としては、フィラメントを用いる熱陰極タイ
プ(Kautman型)、あるいはホローカソードタイプ、ま
たはフィラメントを用いない冷陰極タイプのいずれでも
よい。
なお、イオンビームに酸素を用いる場合は、冷陰極タ
イプのものが好ましい。
一方本発明で用いるイオンビームとは、少なくとも酸
素イオンビームを含むものであり、他のアルゴン、キセ
ノン等の不活性イオンを含むものであってもよい。そし
て、基材上のビーム電流密度としては、蒸着薄膜材料、
条件更には基材の種類等により異なるが、一般的に100
μA/cm2以下、好ましくは、10〜50μA/cm2とすることが
必要である。ビーム電流密度が100μA/cm2以上である
と、基材が熱および機械的ダーメージにより、基材フィ
ルムの劣化を生じることがある。
本発明で、基材上に形成する薄膜は金属、または金属
酸化物からなり、具体的には、アルミニウム、硅素、
錫、マグネシウム、亜鉛、チタン、ジルコニウムまたは
これらの酸化物である。特に、バリアー性、密着性の点
で酸化アルミニウム、または酸化錫が好ましい。
一方、薄膜の膜厚としては、300〜5000Å程度であ
り、好ましくは700〜3000Åである。基材フィルムとの
密着性を考慮するとできるだけ薄い法が良好であるが、
300Å以下であるとガスバリアー性等の機能が十分でな
く、また5000Å以上になるとイオンビーム照射した効果
も発揮できなくなり、蒸着薄膜にクラックが生じてく
る。
この結果、基材との密着性低下、ガスバリアー性のバ
ラツキ、劣化につながる。
<作用> 本発明は、金属、または金属酸化物を蒸着するに際
し、従来からあるマイクロ波、高周波等によりプラズマ
雰囲気をつくり、蒸発粒子、基材表面にエネルギーを付
与していないので、基材表面等への副射熱の影響が小さ
く、低温で表面のみに効率よくエネルギーを付与し、蒸
着直前にイオンビームを照射することにより、荷電粒子
の平均自由工程が大きくなり、基材表面のほこり、帯電
物、付着物等のクリーニングが効率的に行うことがで
き、さらに基材表面を十分活性化し、次に蒸着と同時に
イオンビーム照射することで、薄膜を形成する粒子に運
動エネルギーを与え、かつ形成された薄膜は緻密なもの
となっている。
またイオンビームとして、少なくとも酸素を含むもの
であるので、薄膜組成としては、酸化が完全に三次元て
きに促進され、緻密性が向上し、酸素分子、水素分子群
に対する高いバリアー性を程する。
更に、酸素イオンビームと薄膜形成スピードをコント
ロールすることで、薄膜の流れ方向の組成コントロール
が可能で、バリアー性等の機能のバラツキを小さくする
ことができる。
<実施例1> 第1図に示した蒸着装置を用い、巻出しロール8に厚
さ12μのポリエチレンテレフタレートフィルム(PET)
からなる基材をセットし、蒸着材料としてAl2O3(4N)
を用い、槽内を9×10-6Torrまで排気した。次に高純度
酸素をMFCで調整しながら導入し、第2図に示すように
冷陰極タイプのイオン源により酸素イオンビームを基材
に蒸着する直前と蒸着と同時に併用で照射しながら、酸
化アルミニウムを電子ビーム加熱により蒸発させ、基材
上に残厚が1000Åになるように連続的に蒸着薄膜を形成
した。
(蒸着条件) 加熱方式…電子ビーム加熱 真空度……2×10-4(Torr)で安定 蒸着速度…30Å/S (水晶発振式モニターによりモニター) イオン源…冷陰極タイプ (基材とイオンビーム源の距離) イオン源出力…500 V、500 mA ニュートライザー出力…20A このようにして得られた蒸着フィルムの流れ方向での
薄膜組成をXPSで確認し、またバリアー性を測定した。
薄膜組成としては、深さ方向で均一に、AlとOとCの原
子比で約62:37:1(atomic%)になっており、Cはコン
タミと考えられた。
酸素透過度、水蒸気透過度はそれぞれ、3,1cc/m2・da
y・atm(25℃‐100%RH)、2,6g/m2・dayであった。
<実施例−2、3、4> 実施例−1と同様の装置を用い、蒸着材料として酸化
錫(4N)を用いて、蒸着速度をそれぞれ20、30、50(Å
/S)で膜厚1500Åになるように連続的に蒸着した。
(蒸着条件) 加熱方式…電子ビーム加熱 真空度……2×10-4(Torr)で安定 イオン源…冷陰極タイプ イオン出力…550 V、450 mA ニュートライザー出力…15A 得られた蒸着フィルムは蒸着速度が小さいものほど透
明性に優れていた。更にこのフィルムを未延伸ポリプロ
ピレンフィルム60μ(昭和電工製、ショーレックスアロ
マーAT)とドライラミネート法による積層し、積層フィ
ルムを得た。この積層フィルムの光線透過率、酸素透過
度水蒸気透過度を測定し、更にラミネート強度をインス
トロン型引っ張り試験機で測定したところラミネート強
度は十分で、基材のPETが破断してしまった。
<比較例−1〜2> イオンビーム照射しない以外は、実施例1と同様に蒸
着材料をAl2O3、SnO2をそれぞれ、1000Å、1500Åの厚
さに連続的に薄膜蒸着形成し、実施例1と同様の評価を
した。比較例2の結果を表−1に示す。また、比較例の
実施例1と対比した基材の流れ方向における酸素透過温
度を第3図に示し、かつ比較例2の光線透過率を第4図
に示す。
<発明の効果> 以上のように基材上に金属、または金属酸化物からな
る蒸着薄膜を真空蒸着により連続的に形成する際、同一
真空系内でイオンビーム照射を蒸着直前、同時直後の少
なくとも一工程で行うことにより、従来のイオンビーム
照射を行わないで蒸着したものより基材との密着性が極
めて優れ、かつすくなくとも酸素を含むイオンビームを
用いることで、基材の流れ方向での金属酸化物薄膜組成
バラツキを小さくすることができた。
また、得られた蒸着フィルムは、酸素バリアー、防湿
性のバラツキが極めて小さく、かつ、安定した透明性を
有するバリアーフィルムであった。更に、第4図に示す
ように酸素イオンビームと蒸着速度を適当にコントロー
ルすることで、従来の方法では近紫外部に吸収が生じて
いたような金属酸化物を広い波長領域で透明性を付与す
ることができた。
【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明の製造方法に用いる蒸着装置の説明
図、第2図は実施例1におけるイオンビーム照射状態を
示す説明図、第3図は実施例1と比較例1の基材流れ方
向の酸素透過率および水蒸気透過率を示すグラフ、第4
図は、実施例2〜4および比較例2の光線透過率を示す
グラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 世良 俊 東京都台東区台東1丁目5番1号 凸版 印刷株式会社内 (72)発明者 加納 満 東京都台東区台東1丁目5番1号 凸版 印刷株式会社内 審査官 板谷 一弘 (56)参考文献 特開 昭55−139431(JP,A) 特開 昭63−111167(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空槽内でプラスチックフィルム等の基材
    上に連続的に金属酸化物を真空蒸着して薄膜を形成する
    際、連続的に該真空槽内で該基材の巻き取りながら該基
    材上に該金属酸化物を真空蒸着して形成するのと少なく
    とも同時に、前記基材へ酸素を少なくとも含むイオンビ
    ームを照射することを同一真空槽内で少なくとも一工程
    行うことを特徴とした連続的な透明性でバリアー性の金
    属酸化物の蒸着フィルムの製造方法。
  2. 【請求項2】基材上でのイオンビーム電流密度が100μA
    /cm2以下で照射したことを特徴とする請求項(1)の蒸
    着フィルムの製造方法。
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