JP3608415B2

JP3608415B2 - 蒸着材料保持手段および真空蒸着装置

Info

Publication number: JP3608415B2
Application number: JP01654699A
Authority: JP
Inventors: 司大嶋; 隆弘窪田; 浩藤田; 清司伊関; 秀二日高; 益明高田
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP2000212727A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種フィルム状製品の製造に適する蒸着材料保持手段および真空蒸着装置に関し、詳しくは、真空槽内を走行するフィルムに異なる元素からなる混合膜を形成するための蒸着材料保持手段および真空蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２種類の材料を同時に蒸着させて混合膜を形成する装置として、例えば特開平４−２１８６６０号公報に記載されている装置がある。これは、走行する基板と直行する方向に対向・配置された坩堝が基板の走行方向に隣接して配置されている蒸着装置である。
【０００３】
この装置は、走行基板の走行方向に坩堝を隣接して配置することにより、２種類の蒸着材料から蒸発した各々の材料が走行基板に付着するまでに時間差が生じる。このため、基板の走行方向に対して均一に分散された膜を形成することができないという問題があった。
【０００４】
このような問題点を改善する装置として、特開平６−２３５０６１号公報に記載されている装置がある。この装置は、複数の蒸着材料を収納した複数の坩堝を、図６に示すように、走行基板の走行方向と交差する方向にほぼ同一直線上に配置させたもので、複数の蒸着材料から蒸発した各材料が走行基板に付着するまでに時間差が生じ難いので、膜質が比較的均一な混合膜を形成できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記装置は複数の坩堝を走行基板の走行方向と交差する方向にほぼ同一直線上に配置させている関係上、坩堝の側壁部の厚みが厚いこともあって、隣り合う蒸着材料間にある坩堝の側壁部の幅が未蒸着領域となる。そのため、走行基板の幅方向における蒸着膜の内、坩堝の側壁部の上方近傍では蒸着速度が低下する（膜厚が低下する）。その結果、形成される幅方向の総厚みが不均一になるという問題がある。
【０００６】
このように従来の技術では、複数成分からなる混合膜を走行基板の幅方向および走行方向に均一に分散・形成させ、しかも一定の組成比および厚みとなるように、長時間連続的に、且つ、安定に形成することは困難であった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点を解消し、走行中のフィルム表面に異なる元素からなり、所定の組成比および目標厚みを有する混合膜を、連続的、且つ均ーに形成できる蒸着材料保持手段およびこれを備えた真空蒸着装置を提供することにある。尚、本発明において「フィルム」とは、幅および長さに対して厚みの薄い形状の材料を総称するものとし、本来のフィルムのみならずシート状材料を含む概念として用いる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る蒸着材料保持手段の特徴構成は、異なる蒸着材料を保持可能な容器を備え、この容器は内部に薄い仕切り部を有していると共に、仕切り部を冷却可能な冷却機能を備えていて、前記容器が坩堝からなり、前記仕切り部が前記蒸着材料に照射される電子線の入射角度と略同じ角度に傾斜していると共に、その軸芯方向が互いに平行な複数の薄銅板からなり、前記坩堝が前記電子線を照射する電子銃に向かって被蒸着物と平衡関係を保ちながら移動可能になっていることにある。この構成によれば、蒸着材料を保持可能な容器中の蒸着材料を種別に仕切り部で仕切ることができると共に、この仕切り部が薄い構成となっているので、未蒸着領域を極小にできることに加えて、例えば加熱蒸着手段として電子銃を用いた場合には、隣接する各蒸着材料の境界近傍部分にまで電子線を照射できる。従って、仕切り部の上方近傍での蒸着速度が低下するということがない。しかも、仕切り部は冷却機構を備えているので、加熱蒸着手段による長時間の連続加熱にも損傷し難い。
前記容器が坩堝からなり、前記仕切り部が前記蒸着材料に照射される電子線の入射角度と略同じ角度に傾斜している複数の薄銅板からなっているので、電子線の入射を妨げることなく隣接する各蒸着材料の極近傍部にまで電子線を照射できると共に、蒸着材料が蒸発し消耗して高さが低くなっていく際にも、仕切り板の影響を受け難くなって都合がよい。尚、坩堝は、１個の坩堝から構成されることが好ましい。複数の坩堝を独立にフィルム幅方向に配置することなく、１個の坩堝内に異なる種類の蒸着材料を交互に配置することにより、蒸着された混合膜に対する隣接坩堝どうしの側壁の影響を少なくできる。
のみならず、坩堝が前記電子線を照射する電子銃に向かって被蒸着物と平衡関係を保ちながら移動可能になっているので、被蒸着物に対して蒸着条件が一定に保たれる。その結果、本発明によれば、走行中のフィルム表面の幅方向および長さ方向にわたって、異なる元素からなり、所定の組成比および目標厚みを有する混合膜を、連続的、且つ均ーに形成できる蒸着材料保持手段を提供できた。
【００１０】
前記冷却機能が、前記仕切り部と接触する冷媒管であることが好ましい。このように構成されていると、容器中の各蒸着材料を仕切る仕切り部を直接的に冷却できるので冷却効果が大であると共に、仕切り部を構成する材質を選択することにより冷却効果を一層大きくできて都合がよい。
【００１１】
更に又、本発明に係る真空蒸着装置の特徴構成は、請求項１又は２の蒸着材料保持手段と、この蒸着材料保持手段に保持されている蒸着材料を加熱蒸発させる加熱手段とを備えたことにある。この構成によれば、蒸着材料保持手段の仕切り部の上方近傍での蒸着速度が低下するということがなく、しかも、仕切り部は冷却機構を備えているので、加熱手段による長時間の連続加熱にも損傷し難い。その結果、走行中のフィルム表面の幅方向および長さ方向にわたって、異なる元素からなり、所定の組成比および目標厚みを有する混合膜を、連続的、且つ均ーに形成できる真空蒸着装置を提供できた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る真空蒸着装置の概略全体構成を示す。この真空蒸着装置は、フィルム状の被蒸着材料として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高分子フィルムを例に用いた。真空槽６内の巻き出しロール１にセットされた高分子フィルム１１は冷却ロール３上を走行し、テンションロール５を通り、巻き取りロール２で巻き取られる。真空槽６内の真空度は、油拡散ポンプ（図示略）等からなる排気装置９により所定の真空度に維持される。尚、図番７は被蒸着材料上に均一で良好な蒸着膜を形成するための遮蔽板である。
【００１３】
真空槽６の底部には、蒸着材料１０を保持する蒸着材料保持手段の一例である坩堝８が配置されていて、この坩堝８は、加熱手段である電子銃４に向かって高分子フィルム１１の被蒸着面と平衡関係を保ちながら低速で移動するようになっている。つまり坩堝８は、移動する高分子フィルム１１に対して蒸着条件が一定に保たれるように、図１の電子銃４に対して接近または離間することにより、坩堝８内に収納されている蒸着材料を照射する電子線の照射条件（電子銃と蒸着材料との距離など）ができるだけ一定になるように配慮されている。電子銃４は、坩堝８に収納された蒸着材料１０に対して電子線１２を照射する。電子線１２により加熱・蒸発された蒸着材料の一部は、冷却ロール３上を走行する高分子フィルム１１の被蒸着面に蒸着される。
【００１４】
更に、坩堝８は、図２、３に示すように、仕切り部を構成する銅製の仕切り板１３と銅製の外枠１４とからなり、仕切り板１３には冷却水を循環させる冷媒管１５が接触している。仕切り板１３と冷媒管１５とは、溶接法によって接合され接触しているが、他の方法によって接触していてもよい。冷媒管１５は図外の循環装置と接続されていて、所定温度に制御可能になっている。もとより冷媒管１５を通す冷媒は冷却水に限られず、冷却能を有していれば、水以外の液体でも、あるいは気体でもよい。この冷媒管１５と熱伝導性の良い銅製仕切り板１３とが接触していることにより、仕切り板１３は効果的に冷却される。このように坩堝８内に仕切り板１３を設ける構成としたことにより、従来技術におけるような隣接する坩堝どうしの側壁による未蒸着面積が生じるのを、効果的に小さくできて都合がよい。
【００１５】
仕切り板１３は電子銃４から照射される電子線１２の入射角度と略同じ角度に傾斜している複数の薄銅板からなっていて、その枚数は目的、用途に応じて適宜選択できる。このように、傾斜した仕切り板１３を配置していると、電子線１２による加熱蒸着中の各蒸着材料１０が分散することがないことに加えて、電子線１２の入射を妨げることなく隣接する各蒸着材料１０の近傍部にまで電子線１２を照射できて都合がよい。
【００１６】
【実施例】
以下に、実際に行った例を示す。蒸着される高分子フィルム１１として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（東洋紡績（株）製、Ｅ５１００：商品名）を用いた。その他使用可能な高分子フィルムとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ナイロン４、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等が挙げられるが、高分子フィルムとして特に材質に限定されるものではない。
【００１７】
蒸着材料（蒸発源）として、３〜５ｍｍ程度の大きさの粒子状をした酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、純度９９．５％）と酸化珪素（ＳｉＯ_２、純度９９．９％）を用いた。これら２種類の蒸着材料を坩堝８内にフィルム幅方向に対向して交互１列に配置させるために、１２ｍｍ厚みの銅製仕切り板１３を幅方向１００ｍｍ間隔で配置させ、計８ブロックの蒸着材料を収納できる構造とした。そして、冷却ロール３と最も近い坩堝表面との距離を２００ｍｍとした。仕切り板１３は、上述したように、電子銃４の電子線１２が各蒸着材料に入射される角度と略等しい角度に傾斜して配置されている。仕切り板１３で確保された各ブロツクには、前記２種類の蒸着材料を交互に均一に収容した。図２、３に、本実施例で用いた坩堝８の概略構造を示す。坩堝８内の各仕切り板１３には夫々冷媒管１５が接触していて、この冷媒管１５には、図外の循環装置から所定温度の冷却水が所定量送られるようになっている。このときの冷却水の流量は略４ｍ^３／分であった。循環装置は１箇所とし、これから各仕切り板１３に夫々配管して順次循環させるようにしてもよいし、隣り合う仕切り板１３どうしを配管で接続して順次循環するようにしてもよい。又、各仕切り板１３毎に複数の循環装置と接続するようにしてもよい。尚、図２で，Ａは酸化アルミニウム、Ｓは酸化珪素を示す。又、酸化アルミニウムと酸化珪素を蒸着した高分子フィルムは、食品、医療品、電子部品など気密性を要求される包装材料やガス遮断材料として広く利用され得る。
【００１８】
電子銃４として、出力２５０ｋＷのものを、フィルム幅方向に平行に配置した坩堝８に対面するように配置した。この電子銃４により、坩堝内に交互配置された酸化珪素が４ブロック、酸化アルミニウムが４ブロックの計８ブロックの蒸着材料を蒸着させる仕様とした。この実施例では１台の電子銃を使用したが、坩堝８に投入する総エネルギー量が１台で確保できない場合や、広幅の高分子フィルムを蒸着する場合などでは、複数の電子銃を用いて、蒸着領域を分割する方法を採用してもよく、電子銃の設置台数は特に限定されない。
【００１９】
蒸着中の真空槽６内の圧力は、４×１０^−４Ｐａ以下を常時維持できるような排気系とした。具体的には、５００００Ｌ／秒の油拡散ポンプを真空槽底部に直接接続する構造にした。尚、蒸着した混合膜層の厚みの測定方法は特に限定されないが、テンションロール５の略真上で、且つ高分子フィルム１１の幅方向の中央に配置されたオンライン厚み測定装置（図示略）にて連続的に測定すると、連続したデータが得られ利便性が高まって好ましい。
【００２０】
図４に、本実施例による蒸発特性と膜厚分布の測定結果を示し、図５に、比較例として図６に示す坩堝に交互に酸化アルミニウムＡ及び酸化珪素Ｓを配置して蒸着した場合の蒸発特性と膜厚分布の結果を示す。図５において、各坩堝の側壁の厚みは２０ｍｍである。図４、５で、ａは酸化アルミニウムの膜厚分布、ｂは酸化珪素の膜厚分布、ｃは幅方向の厚み分布を示す。同図は、縦軸に規格化された膜厚（各位置での膜厚を最大膜厚で除して、×１００したもの）、横軸にフィルム位置を表す。
【００２１】
図４より、坩堝内の各仕切り板に区分けされた部分に収納された各蒸発材料から蒸発するガス分布は真上が最も強く、横に拡がるほど強度は徐々に低下することがわかる。この分布強度および形状は、電子ビームの強度、電子線の入射角度、電子銃と坩堝との距離、蒸発面積に主として依存する。従って、薄膜を形成するフィルムの幅方向および走行方向にわたって組成比が同一で、かつ総厚みが均一な膜を形成するためには、蒸着材料の配置が極めて重要である。図４に示すように、本実施例によれば、材料交差域での厚み変動がほとんどなく、フィルムの幅方向にわたって略１００％の規格化された膜厚となり、かつ平坦性の良い薄膜が得られ、図５の場合と比べて、幅方向に均一性の良い薄膜が得られることがわかる。尚、図４に示す膜厚分布はフィルム走行方向にわたって得られたものである。又。本実施例の銅製仕切り板に電子線を照射してみたが、仕切り板になんら損傷を発見することはなかった。
【００２２】
〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態では、蒸着材料保持手段の容器として銅製の坩堝を示したが、これに限定されず、電子線などの加熱手段に対して損傷し難い材質のものであれば、他の材料でもよい。そして、容器は蒸着材料を保持できれば、バスケットのような形状でもよく、又、加熱手段も電子銃に限られず、抵抗加熱、誘導加熱方式などによってもよい。
【００２３】
（２）又、上記実施形態では、冷却手段としての水冷管を銅製の仕切り板あるいは側壁に接触させるようにしたが、銅製仕切り板あるいは側壁内部を中空にし、これに配管を接続して外部からポンプ等を用いて冷却水を循環させるようにしてもよい。
【００２４】
（３）上記実施形態では、真空槽としていわゆる１チャンバー式を用いた例を示したが、フィルム等の被蒸着材料を走行する室と蒸着材料を加熱する室とを異なる減圧状態にして真空蒸着を行う、いわゆる２チャンバー式の装置にも、本発明を適用できる。
【００２５】
（４）上記実施形態では、被蒸着材料の巻き出しロール及び巻き取りロールを真空槽内に配置した例を示したが、巻き出しロール及び巻き取りロールを蒸着する真空槽外に配置し、蒸着を高真空槽内で行う連続方式の装置にも適用できる。
【００２６】
（５）上記実施形態では、フィルム状の被蒸着材料として高分子フィルムを例に挙げたが、被蒸着材料としては紙、布などでもよい。又、蒸着材料として、上記した酸化アルミニウムと酸化珪素以外に、種々の元素、化合物を使用することができ、更に２種以上の蒸着材料を用いて２種以上の元素または成分からなる混合膜を形成するようにしてもよい。
【００２７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている技術思想内において種々の改良・改変が可能である。
【００２８】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば走行中のフィルム表面に異なる元素の混合膜の組成比および目標厚みを有する混合膜を、フィルム幅方向および走行方向に対して長時間連続的に、且つ均ーに安定して形成できる蒸着材料保持手段および真空蒸着装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る真空蒸着装置の概略全体構成図
【図２】本発明の一実施形態に係る真空蒸着装置に用いる坩堝とその配置を説明する図
【図３】図２の坩堝の構成を説明する図
【図４】本実施形態の坩堝を用いた場合の蒸発特性と厚み分布を説明するグラフ
【図５】従来の坩堝を用いた場合の蒸発特性と厚み分布を説明するグラフ
【図６】従来の真空蒸着装置に用いられている坩堝とその配置を示す図
【符号の説明】
４加熱手段（電子銃）
８容器（坩堝）
１０蒸着材料
１２電子線
１３仕切り部
１５冷却機構（冷媒管）

Claims

異なる蒸着材料を保持可能な容器を備え、この容器は内部に薄い仕切り部を有していると共に、仕切り部を冷却可能な冷却機能を備える蒸着材料保持手段において、
前記容器が坩堝からなり、前記仕切り部が前記蒸着材料に照射される電子線の入射角度と略同じ角度に傾斜していると共に、その軸芯方向が互いに平行な複数の薄銅板からなり、前記坩堝が前記電子線を照射する電子銃に向かって被蒸着物と平衡関係を保ちながら移動可能になっていることを特徴とする蒸着材料保持手段。
前記冷却機能が、前記仕切り部と接触する冷媒管である請求項１の蒸着材料保持手段。
請求項１又は２の蒸着材料保持手段と、この蒸着材料保持手段に保持されている蒸着材料を加熱蒸発させる加熱手段とを備えた真空蒸着装置。