JP3778656B2 - プラズマの存在下でプラスチックフィルムを巻き解きするための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックフィルムに層を被覆するシステムに関する。本発明は、特に、回転ドラム電極を移動するフィルムに層を成長させるプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる方法の例は、参考のため本願に援用されるフェルト達の米国特許第５２２４４４１号に説明されている。この米国特許では、モノマー（すなわち、オルガノシリコン）、酸素、不活性ガス（すなわち、ヘリウム）が減圧脱気室に導入される。グロー放電プラズマが交流（ＡＣ）電源によって付勢された電極間に形成される。ウェブ基材が、ドラム電極上を移動し、プラズマによって処理されて酸化シリコン層がウェブに形成される。
プラズマ化学気相成長で生ずることがある問題は、電力供給の降下（power supply droouts) を伴うことである。電力供給降下では、電力は止まり、電力を再始動させなければならない。電力がきられている間もウェブはドラム電極を移動し続ける。このことは、電力供給が止められている間プラスチックフィルムで成長された層の質の格下げを引き起こす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電力供給降下の頻発を減らし、かくして、フィルムの成長層の質を向上させることが望まれる。
発明者は、電力供給降下がプラスチックウェブ材料のドラムへのはり付きによって引き起こされることを見いだした。静電荷がウェブにたまり、ウェブをドラムにはり付かせる。ウェブがドラムにはり付くと、ウェブ張力レベルの制御が失われる。張力の損失によりウェブはドラムから分離されてしまう。ドラムとの良好な接触は、処理帯域を通過する際の熱伝達及び処理安定性に関して必要とされる。更に、ウェブがドラムから万一取られると、アーク放電及び電力供給降下が生ずることがある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
発明者は、この問題を、ウェブがドラムから巻き解かれるニップに向けてガスを流すことによって回避することができることを見いだした。ガスが比較的低圧でウェブに向かって流れるときには、ガスはプラズマを形成する。プラズマは、散逸するウェブの静電荷の経路を提供する。
このプラズマは、巻き帯域で見られ、プラスチックウェブ材料の背面に面する。このプラズマは、成長層が置かれるプラスチックウェブ材料の前面に面するプロセスプラズマとは区別される。
プラズマを形成するのに使用されるガスは巻き帯域のバッフルに放出される。ガスはバッフルに流入し、プラズマを形成するのに十分高い圧力を作りだす。次いで、プラズマ荷電ガスは、バッフルから、ウェブがドラムと分離されるポイントに向かって流れる。形成されたプラズマは、ウェブの静電荷を散逸させる。バッフルは巻き帯域に差圧を維持する。バッフルの周囲で、ウェブがドラムから分離するポイント付近の圧力は、巻き帯域の残部の圧力よりも高い。このことは、巻き帯域で拡散ポンプを使用することを可能にする。更に、巻き帯域でプラズマが使用する電力を比較的低く維持することができる。
【０００５】
或る実施形態では、断面が三角形状であるバッフルが、ウェブがドラムから分離される位置付近で用いられる。
好ましい実施形態では、モノマーが成長帯域から巻き帯域に浸入しないように巻き帯域及び成長帯域を別々に維持する。この仕方では、誘電層はドラム電極に成長しないことになる。
好ましい実施形態では、巻き帯域のプラズマ用ガスは成長帯域で使用されるガスのサブセットである。特に、高純度（ピュア）酸化ガス又は酸素及びアルゴン混合物がウェブはり付き問題を回避するのに特に良好に働くことを見いだした。好ましい実施形態では、約２０〜３０ミクロンのガス圧がバッフルに供給される。これは、巻き帯域の残部の約１〜２０ミクロンのガス圧及び成長帯域の約５０〜１００ミクロンの圧力に匹敵する。
【０００６】
バッフルと巻き帯域の残部との間に差圧を維持することは、拡散ポンプを使用するときに好ましく、この差圧は、ウェブはり付きを減ずるため存在する必要はない。ウェブはり付きを阻止するため均一圧力を巻き帯域に形成することができる。この変形実施形態では、例えば、約２０〜３０ミクロンのガス圧を巻き帯域全体に供給することができる。この仕方では、ウェブはり付きを回避するためプラズマを形成することができる。
本発明の上記及びその他の特徴、観点は、添付図面に関連する以下の詳細な説明を読むことによってより明らかになろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、三角形状バッフル１２を使用するプラズマ化学気相成長装置１０の概略図である。プラズマ化学気相成長装置１０では、金属製回転ドラム１４がプラズマ成長装置の電極として働くように、金属ドラム１４がＡＣ電源１６に接続される。ウェブ材料１８が、ドラム１４を進み、ローラ２０によって案内される。プラズマ成長装置は、２つの帯域、すなわち、巻き帯域２２と、成長（堆積）帯域２４とに分けられる。成長帯域２４では、シリコン酸化皮膜のような層がプラスチックウェブ１８に形成される。プラズマ化学気相成長では、プラズマは、金属ドラムと、減圧脱気室２６の対電極（この実施形態では、室壁）との間に形成される。プラズマは、モノマーの解離を引起し、ウェブ１８での被覆の成長を生じさせる。ガス供給器２８が成長処理用のガスを供給する。好ましい実施形態では、酸素、ヘリウム、気化されたモノマーがガス供給器２８によって成長帯域２４内に供給される。
【０００８】
ウェブ１８と関連しているバッフル１９は、本装置を巻き帯域２２と成長帯域２４とに分けるのに役立つ。モノマーが巻き帯域内に漏洩されず、ドラム１４が誘電体で被覆されないことが好ましい。
プラスチックウェブ１８はドラム１４を連続的に進み、ウェブ１８の異なる領域が成長層で被覆される。図１には図示しないが、成長を増進させるためウェブ１８のまわりにプラズマを形成するためのバッフル及び磁石が成長帯域２４に使用される。ガス供給器３０がガスをバッフル１２に供給する。好ましい実施形態では、これらのガスは、高純度（ピュア）酸素又はアルゴン／酸素混合物からなる。高純度アルゴンは望ましくないことがわかっている。
【０００９】
バッフルを介して供給されたガスはポイントＡに差し向けられ、このポイントＡで、ウェブ１８はドラム１４から分離される。バッフルの使用は、巻き帯域２２に差圧を維持するのに役立つ。好ましい実施形態では、バッフル領域のガス圧は、約２０〜３０ミクロンである。巻き帯域２２の残部の圧力は約５ミクロン未満であるのが好ましい。好ましい実施形態では、このガス圧は、１〜２ミクロンであるのが好ましい。このことは、成長帯域２４で代表的に見られる５０〜１００ミクロンの圧力に匹敵する。巻き帯域２２に２つの異なる圧力を維持することは、拡散ポンプ３２を効率的に作動させるのに役立つ。
【００１０】
図３及び図４は、図１で使用されたバッフル１２のより詳細な説明を示す。図３は、図１に示した三角形状バッフルの斜視図である。このバッフルは、Ｌ形金属構造体４０を有し、この構造体４０はブレースバー４２によってグラウンドに接続されている。好ましい実施形態では、垂下管路４６によってガス供給器（図示せず）に連結された６つのガス噴射部分がある。バッフル１２はまた、プラスチック部品４８、５０、５２を有する。ドラム（図示せず）の形状に従うように部品５２を湾曲させることができることを理解すべきである。
【００１１】
図４は、図３及び図１に示す三角形状バッフル１２の断面である。部分４４のガス流はバッフルにプラズマを形成する。好ましい実施形態では、バッフルの底とドラムとの間の距離ｄ_b は約０．４７cm（約３／１６インチ）であり、バッフルの頂とドラムとの間の距離ｄ_t は約０．０３９cm（約１／６４インチ）である。図２は、大きなバッフル６０を使用するプラズマ化学気相成長装置１０’の概略図である。この大きなバッフル６０は、ウェブ１８’の一方の側から他方の側の大部分に延ばされることができる。
ウェブ１８’がドラム１４’分離するときにウェブ１８’にガスを供給するためのバッフルを使用することに対する変形例は、ガスが中空金属チューブを流れるときにプラズマを作りだす中空のアノードの使用を含む。プラズマが中空アノードとドラム電極との間に形成されるように中空金属チューブは接地される。
【００１２】
図５は、ドラムに供給される電力６０、電圧６２、電流６４を示す概略図である。電力６０は約２７キロワットにあり、電圧６２は５３２ボルトにあり、電流６４は５１．７アンペアにある。上述したように、ガスはバッフルに時間Ｉまで供給される。アーク放電により電力供給の降下があるが、このことは比較的滅多に起こらない。時間Ｉでバッフルへのガス供給を止める。多数の電力供給降下が劇的に増大するこを理解すべきである。時間ＩＩで電力は止められる。上述したように、電力供給降下は被覆の質の格下げを引き起こす。
装置及び方法の種々の詳細は本発明の単なる例示である。これらの詳細の種々の変更が、特許請求の範囲によってしか制限されないことになる本発明の範囲内にあることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】巻き帯域に三角形状バッフルを使用するプラズマ化学気相成長システムの概略図である。
【図２】巻き帯域により大きいバッフルを使用するプラズマ化学気相成長システムの概略図である。
【図３】図１の三角形状バッフルの斜視図である。
【図４】図１及び図３の三角形状バッフルの断面図である。
【図５】ドラムに供給される電力、電圧、電流を示すストリップチャート図である。

Claims (10)

1. 減圧脱気室（２６）と、
   ウェブ（１８）を移動させるようになっている回転ドラム（１４）とを有し、ウェブ（１８）がドラム上を移動されるときに、ウェブ（１８）が前記減圧脱気室を成長帯域（２４）と、巻き帯域（２２）とに分け、前記成長帯域（２４）は、層を成長させるべき前記ウェブの側に面し、前記巻き帯域（２２）は前記ウェブ（１８）の他方の側に面し、
   前記巻き帯域にプラズマを形成するための手段（３０、１２、６０）を有し、プラズマが前記ウェブ（１８）から静電気を散逸させて前記ドラム（１４）への前記ウェブ（１８）のはり付きを減らすようになっている、
   プラズマの存在下でプラスチックフィルムを巻き解きするための装置。
2. 前記成長帯域（２４）が、プラズマ化学気相成長によって前記ウェブに層を成長させるための手段（１６、２８）を有する、請求項１の装置。
3. 前記ドラム（１４）が電導材料で作られ、交流電源（１６）が前記ドラム（１４）に電気的に接続されている、請求項１の装置。
4. プラズマ形成手段（３０、１２、６０）は、前記ウェブが前記ドラムから分かれるポイントに向けて流れるガスを供給する装置（３０）を有する、請求項１の装置。
5. プラズマ形成手段（３０、１２、６０）は、前記ウェブ（１８）が前記ドラム（１４）から分かれるポイントにプラズマを差し向けるバッフル（１２、６０）を有する、請求項１の装置。
6. 前記バッフル（１２）は、前記ウェブ（１８）が前記ドラム（１４）から巻き解かれるポイント近くに位置決めされる、請求項５の装置。
7. 前記バッフル（６０）は、前記ウェブ（１８）が前記ドラム（１４）に巻かれるポイント近くから、前記ウェブ（１８）が前記ドラム（１４）から巻き解かれるポイント近くまで延びる、請求項５の装置。
8. 前記バッフル（１２、６０）には前記巻き帯域（２２）の残部よりも高いガス圧が維持される、請求項５の装置。
9. 均一なガス圧が前記巻き帯域（２２）に維持される、請求項１の装置。
10. 前記ウェブ（１８）が前記減圧脱気室にあり、ガスが前記成長帯域（２４）と前記巻き帯域（２２）との間を通過しないようになっている、請求項１の装置。

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