JP4915398B2 - 冷却ロール及び真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、長尺樹脂フィルムとの摩擦によって回転しながら（従動回転しながら）この長尺樹脂フィルムを冷却できる冷却ロール、及びこの冷却ロールが組み込まれた真空処理装置に関する。

ポリイミドフィルムなどの樹脂フィルムは、フレキシブル性（可撓性）を有し、容易に加工できるので、その表面に金属膜や酸化物膜を形成して電子部品や光学部品、包装材料などとして広く産業界で用いられている。例えば液晶ディスプレイのドライバ回路には、フレキシブル性と微細配線に対応する特性を持つＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）が採用されている。ＣＯＦ用の基板は、ポリイミドフィルム上にＮｉ−Ｃｒ及び銅等の金属を真空成膜し、その後、銅を電解めっきによって形成した銅ポリイミド基板を用いてサブトラクティブ法で配線加工することにより製造される。

樹脂フィルムの表面に金属を真空成膜する方法としてスパッタリング法が知られている。スパッタリング法では、プラズマから受ける熱エネルギーによって樹脂フィルムの温度が上昇するので、この樹脂フィルムが熱変形することがある。このような熱変形を防止するために、樹脂フィルムの冷却が必要となる。この冷却のための技術として、内部に冷媒が導入されると共に動力を備えた（駆動式の）クーリングロール（キャンロール）を用いる技術が知られている。クーリングロールを用いる装置には種々のものがあり、その一つとして、クーリングロールと長尺の樹脂フィルムの密着性を向上させて冷却性能を高めるためのサブロール（テンションロール）を用いる装置（ロールツーロール真空成膜装置）が提案されている。このロールツーロール真空成膜装置では、クーリングロールの外周面に長尺の樹脂フィルムを接触させて搬送しながら成膜する際に、サブロールによってクーリングロールと長尺の樹脂フィルムの密着性を向上させて冷却性能を高めている（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭６２−２４７０７３号公報

長尺樹脂フィルムにスパッタリングする工程は、長尺樹脂フィルムが吸収している水分を加熱により除去する工程（乾燥工程）と、必要に応じて長尺樹脂フィルムを改質するためのプラズマ処理工程と、スパッタリング成膜処理工程などからなる。いずれの処理においても長尺樹脂フィルムは加熱されるので、加熱された長尺樹脂フィルムを冷却するために、冷却されたロール（冷却ロール）が必要に応じて使用される。冷却ロールとしては、その内部に冷却液体を流す構造が採用されており、動力を備えている（駆動ロールであり、通常は駆動源に接続されている。）。このような冷却ロールでは、その内部に冷媒を流す構成にするときは通常、いわゆるロータリージョイントを用いている。ロータリージョイントを用いたときは、その回転抵抗が発生するので、ロール自体を回転させる動力を備えることにより（駆動ロールを用いることにより）長尺樹脂フィルムの搬送に追従させている。しかし、複数の駆動ロールを配置した場合は、長尺樹脂フィルムの搬送を制御する制御系の構造が複雑になる。

一方、それ自体に動力の無いフリーロール（従動ロール）は、ロータリージョイントの回転抵抗があるので長尺樹脂フィルムとの摩擦だけでは回転しない。このため、フリーロールを冷却ロールとして採用することは不可能である。冷却能力の無いフリーロールが加熱された長尺樹脂フィルムに接した場合はフリーロールの温度が上昇する。特に、加熱された長尺樹脂フィルムがロールに連続して接触しながら搬送されるロールツーロール真空処理装置では、ロールの温度上昇が問題となり、この温度上昇を極力低減する必要がある。減圧容器内で長尺樹脂フィルムを処理するロールツーロール真空処理装置では、ロール周辺は１０Ｐａ未満に減圧されるので、周囲への熱伝導が大気中に比べて非常に小さい。このため、装置を長時間運転させたときはロールの温度が上昇して、この結果、長尺樹脂フィルムの温度も上昇することになり、長尺樹脂フィルムに皺（シワ）が生じる等の不具合が発生する。

本発明は、上記事情に鑑み、被処理物を冷却しながら搬送できるフリーロール（従動ロール）として用いられる冷却ロール、及びこの冷却ロールが組み込まれた真空処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の冷却ロールは、
（１）その長手方向両端の開口それぞれを塞ぐように蓋状部材が取り付けられた、その外周方向に回転する中空筒状の回転体と、
（２）前記蓋状部材を貫通する、前記回転体の回転中心軸と、
（３）前記回転体の中空部に配置されて該回転体とは非接触状態を保つ、その内部に第１の冷媒が導入される冷却筒とを備え、
（４）前記回転体の内周面と前記冷却筒の外周面とに挟まれた空間に第２の冷媒が導入されており、且つ前記回転中心軸と前記冷却筒は固定されて回転しないことを特徴とするものである。

また、
（６）前記回転中心軸は、前記蓋状部材に軸受を介して取り付けられたものであることが好ましい。

さらに、
（７）前記冷却筒は、前記回転中心軸のうち前記回転体の中空部に位置する部分に固定されたものであってもよい。

さらにまた、
（８）前記冷却筒に代えて、前記回転中心軸のうち前記回転体の中空部に位置する部分を中空状の冷却筒にしてもよい。

さらにまた、
（９）前記冷却筒に第１の冷媒を導入する、前記回転中心軸の内部を通る第１冷媒導入管を備えてもよい。

さらにまた、
（１０）前記冷却筒に導入された第１の冷媒を排出する、前記回転中心軸の内部を通る第１冷媒排出管を備えてもよい。

さらにまた、
（１１）前記第１の冷媒は液体であり、前記第２の冷媒は気体であってもよい。

さらにまた、
（１２）前記冷却筒の外周面に固定されたペルチェ素子を備えてもよい。

さらにまた、
（１３）前記回転体の長手方向一端側から前記空間に前記第２の冷媒を導入する、前記回転中心軸の内部を通って前記空間につながる第２冷媒導入管を備えてもよい。

さらにまた、
（１４）前記回転体の前記長手方向一端側とは反対側の長手方向他端側に配置された、前記回転体の長手方向他端から前記第２の冷媒が流出することを防止する第２冷媒流出防止機構を備えてもよい。

さらにまた、
（１５）前記第２冷媒流出防止機構は、前記回転体に固定された板状部材と前記回転中心軸に固定された板状部材とが交互に配置されて構成されたものであってもよい。

また、上記目的を達成するための本発明の真空処理装置は、
（１６）上記したいずれかの冷却ロールを備えたことを特徴とするものである。

本願発明の冷却ロールでは、回転中心軸と冷却筒は回転させずに固定しておくように構成し、中空筒状の回転体だけを回転させるように構成する。このように構成しておき、冷却筒に第１の冷媒を導入すると共に、上記の空間に第２の冷媒を導入する。第１の冷媒によって冷却筒が冷却され、この冷却筒によって第２の冷媒が冷却され、第２の冷媒によって回転体が冷却される。この結果、中空筒状の回転体の外周面に接触しながら搬送される被処理物は回転体によって冷却されることとなる。また、中空筒状の回転体だけが回転するので、回転体の外周面と被処理物との摩擦力によって回転体は従動回転することとなる。従って、本願発明の冷却ロールは、被処理物を冷却しながら搬送できるフリーロール（従動ロール）として用いることができる。

本発明は、長尺のポリイミドフィルムなどの樹脂フィルムに薄膜を形成する真空処理装置に実現された。

図１を参照して、本願発明の冷却ロールの一例が組み込まれた真空処理装置（真空成膜装置）を説明する。図１は、真空処理装置の一例を模式的に示す側面図である。

真空処理装置１０は、その構成部品のほとんどが収納された直方体状の減圧容器１２を備えている。減圧容器１２は円筒状でも良く、その形状は問わないが、１０^−４Ｐａ〜１Ｐａの範囲に減圧された状態を保持できる形状であれば良い。真空処理装置１０がロールツーロール真空成膜装置の場合、１０^−４Ｐａまで減圧（到達圧力という）され、減圧容器１２内の水分などを除去し、成膜室１２Ｂにはスパッタリングガス（例えばアルゴンガス）を導入し、１０^−１Ｐａ〜１Ｐａの範囲でスパッタリングが行われ、乾燥室１２Ａは１０^−４Ｐａ〜１０^−１Ｐａの範囲の圧力となるように設定されている。スパッタリング成膜の際には減圧容器１２内の成膜室１２Ｂと乾燥室１２Ａを所望の雰囲気に保持するため、各室１２Ａ，１２Ｂで独立して排気とスパッタリングガスの供給（導入）が行われる。

本実施例で説明する真空処理装置１０として、減圧容器１２内において長尺の樹脂フィルムＦを加熱乾燥し、続いて、スパッタリング成膜する真空成膜装置を挙げる。樹脂フィルムＦとしてポリイミドフィルムを用いる場合、ポリイミドフィルムは水（水分）を吸着（吸収）しているので、加熱乾燥によって水を除去する部品が必要となる。この部品も含めた真空処理装置１０の構成部品を説明する。

真空処理装置１０は、減圧容器１２の内部に配置された各種ロールなどの構成部品（部材）を備えており、減圧容器１２には、乾燥室１２Ａと成膜室１２Ｂとに区分けし且つ樹脂フィルムＦが通過するためのスリットを有する内壁１３が形成されている。処理前（成膜前）の樹脂フィルムＦ（ここではポリイミドフィルム）は巻出ロール１４に巻かれている。この巻出ロール１４から引き出された樹脂フィルムＦが矢印Ｘ方向（搬送方向、送り出し方向）に搬送されながら各種の処理を施される。巻出ロール１４は駆動力を有するロール（駆動ロールであり、モータなどの駆動源に接続されている。）であり、この巻出ロール１４に続いて、樹脂フィルムＦの搬送方向の上流側から順に、第１ガイドロール１６、第２ガイドロール１８、第１冷却ロール２０、第２冷却ロール２２が配置されている。第１ガイドロール１６及び第２ガイドロール１８は樹脂フィルムＦを矢印Ｘ方向に案内するための従動ローラであり、駆動力をもっておらず、搬送中の樹脂フィルムＦとの摩擦で回転する。第１冷却ロール２０及び第２冷却ロール２２は、本願発明の冷却ロールの一例であり、これら２つの冷却ロールの構造は同じである。この構造の詳細については図２等を参照して後述する。

樹脂フィルムＦの搬送路のうち第１冷却ロール２０と第２冷却ロール２２の間の位置には、樹脂フィルムＦを加熱して乾燥するための一対のヒータ２４が配置されている。搬送中の樹脂フィルムＦは第１冷却ロール２０で冷却された後、一対のヒータ２４に挟まれた空間を通過して加熱乾燥され、これにより、樹脂フィルムＦが吸収している水分が除去される。加熱された樹脂フィルムＦは、第２冷却ロール２２によって冷却される。２つの冷却ロール２０，２２は、後述するように冷媒供給機構（図示せず）とガス供給機構（図示せず）に接続されている。一対のヒータ２４による加熱乾燥工程では樹脂フィルムＦは加熱されるが、２つの冷却ロール２０，２２が樹脂フィルムＦを冷却（除熱）するので、真空処理装置１０の長時間運転が可能となる。また、２つの冷却ロール２０，２２を冷却構造付のフリーロール（従動ロール）とすることにより、長尺樹脂フィルムＦの搬送ずれを生じなせないように多数の駆動ローラを複雑に制御することが不要になる。なお、ヒータ２４としては、赤外線ヒータ等の公知のヒータを用いることができる。

上記したようにガイドロール１６，１８及び冷却ロール２０，２２はフリーロールであり、長尺樹脂フィルムＦの搬送速度とずれがほとんど無いので、長尺樹脂フィルムＦは傷付かない。また、冷却ロール２０，２２はガイドロールの機能も有する。なお、ガイドロール１６，１８は、ベアリング（図示せず）を介して減圧容器１２の側壁（図示せず）等に固定されている。

第２冷却ロール２２よりも搬送方向下流側には順に、第３ガイドロール２６、キャンロール２８、第４ガイドロール３０が配置されている。第３ガイドロール２６及び第４ガイドロール３０によって、樹脂フィルムＦはキャンロール２８の外周面に所定の圧力で接触して冷却されながら搬送される。キャンロール２８の外周面のうち樹脂フィルムＦが接触している一部分に対向してスパッタリングカソード３２が配置されている。このスパッタリングカソード３２によって樹脂フィルムＦの表面に所定の薄膜が形成される。

キャンロール２８の内部には水や有機溶媒などの冷媒が循環し、スパッタリングの際に樹脂フィルムＦを冷却する。また、キャンロール２８はロータリージョイント（図示せず）を備え、動力も備える駆動ローラである。樹脂フィルムＦの搬送速度は、巻出ロール１４、キャンロール２８、後述する巻取ロール３４の回転速度で決められる。キャンロール２８、４つのガイドロール１６，１８，２６，３０、及び２つの冷却ロール２０，２２の表面には硬質クロムめっきが施されていても良い。なお、スパッタリングカソード３２は、マグネトロン方式であり、スパッタリングターゲットを備えている。スパッタリングターゲットの材料は、長尺樹脂フィルムＦに成膜する膜に応じて適宜に選択される。

第４ガイドロール３０を通過した樹脂フィルムＦは、駆動力を有する巻取ロール３４に巻き取られる。上記した真空処理装置１０では、樹脂フィルムＦを乾燥した後に除熱する（冷却する）際に第２冷却ロール２２を用いる例を示したが、キャンロール２８に代わるスパッタリング成膜の際の除熱、プラズマによる表面改質などの長尺樹脂フィルムＦの温度が上昇する場合にも第２冷却ロール２２（又は、第１冷却ロール２０）を用いることができる。

上記した第１冷却ロール２０及び第２冷却ロール２２の構造について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、冷却ロールをその長手方向に切断して示す断面図であり、（ｂ）は、冷却ロールを長手方向中央部で切断して示す横断面図（Ａ―Ａ断面図）である。なお、第１冷却ロール２０と第２冷却ロール２２の構造は同じである。

第１冷却ロール（以下、冷却ロール）２０は、その外周方向に回転する中空円筒状の回転体（ロール本体）４０と、この中空円筒状の回転体４０の長手方向両端の開口それぞれを塞ぐように取り付けられた円板状の蓋状部材４２，４４と、回転体４０の回転中心軸４６と、回転体４０の中空部に配置されて回転体４０とは非接触状態を保つ冷却筒４８とを備えている。回転中心軸４６は、蓋状部材４２，４４の中心部を貫通して回転体４０の中空部も貫通している。回転中心軸４６は、蓋状部材４２，４４に軸受５２を介して取り付けられている。従って、後述するように回転中心軸４６は固定されて回転しないが、回転体４０は従動回転するように構成されている。

冷却筒４８は円筒状のものであり、その長手方向両端部に円板状の底壁４８ａ（一方を上壁といってもよい）が形成された有底円筒状のものであり、これら底壁４８ａの中心部を回転中心軸４６が貫通している。即ち、冷却筒４８は、回転中心軸４６のうち回転体４０の内部空間に位置する部分を取り囲むようにこの部分に固定されている。冷却筒４８の内部空間４８ｂには冷却液が導入される。この冷却液は、本願発明にいう第１の冷媒の一例であり、冷却筒４８を冷却できるものであれば気体でもよい。冷却筒４８の内部空間４８ｂにおいて液体の冷媒が流動するように、回転中心軸４６の長手方向一端部には、内部空間４８ｂに冷媒を導入させるための冷媒入口配管５４が設置されており、その長手方向他端部には、内部空間４８ｂから冷媒を排出させるための冷媒出口配管５６が設置されている。冷媒入口配管５４は回転中心軸４６の内部を通って内部空間４８ｂに到達している。冷媒出口配管５６は内部空間４８ｂから回転中心軸４６の内部を通って冷却ロール２０の外部に到達している。冷媒入口配管５４及び冷媒出口配管５６は、減圧容器１２（図１参照）の外部に配置された冷媒供給機構（図示せず）に接続されており、冷媒が循環される。冷却筒４８の内部に冷媒の温度を測定するセンサを設けても良い。冷媒入口配管５４を経由して内部空間４８ｂに導入された冷却液は冷却筒４８をその内側から冷却して冷媒出口配管５６から排出される。

回転体４０の内周面４０ａと冷却筒４８の外周面４８ｃとに挟まれた空間５０にはガス（本願発明にいう第２の冷媒の一例である）が導入される。回転中心軸４６の長手方向一端部には、空間５０にガスなどの冷媒を導入させるための冷媒導入管５８が設置されており、この冷媒導入管５８は回転中心軸４６の内部を通って空間５０に到達している。なお、回転中心軸４６の長手方向両端部は減圧容器１２（図１参照）の側壁などに固定されており、回転中心軸４６は回転しない（動かない）。また、上記のように冷却筒４８は回転中心軸４６に固定されているので回転しない（動かない）。さらに、冷却筒４８は、回転体４０の内面に接触することなく内包されているので、冷却筒４８の表面と回転体４０の内面とが接触することは無い。

上記したように回転体４０は円筒形状をなしており、回転中心軸４６には冷却筒４８が固定されている。冷却筒４８は回転体４０に接することなく内包され、上記のように冷却筒４８の表面と回転体４０の内面とで間隙を形成している（空間５０が形成されている）。この隙間に供給されたガスによって、回転体４０と冷却された冷却筒４８との間で熱伝導が行われる。

回転体４０の円筒部分の厚みや材質は、回転体４０の機械的強度を勘案して定めることができる。円筒部分の厚さや直径は、回転体４０の慣性モーメントと機械的強度を考慮して適宜に定められる。例えば回転体４０の厚さとしては２ｍｍ〜３ｍｍが選択できる。また、回転体４０の表面には硬質クロムめっきが施されていても良い。

上述のように、従来の冷却ロールはロール内部に冷媒が流れ且つ回転するので、軸受にロータリージョイントを用いる必要がある。ロータリージョイントの回転抵抗のため、従来の冷却ロールは動力を有する必要があった（駆動ロールである）。一方、本願発明の冷却ロール２０は、回転中心軸４６および冷却筒４８は回転しないのでロータリージョイントは不要である。このため、ロータリージョイントによる回転抵抗が生じないので、樹脂フィルムＦとの摩擦によって回転するいわゆるフリーロール（従動ロール）とすることが可能となり、冷却ロール２０それ自体が動力をもつ必要がない。即ち、無端ベルトやギアなどによって冷却ロール２０を駆動源に接続する必要がない。

また、回転体４０は、上記のように軸受５２を介して回転中心軸４６に取り付けられているので、回転体４０と、回転中心軸４６及び冷却筒４８とは互いに接触せず、回転体４０が回転するときは軸受５２のみの回転抵抗が生じる。この結果、回転体４０は樹脂フィルムＦとの摩擦によって従動回転する。

なお、冷却ロール２０では、回転中心軸４６とは別途に冷却筒４８を設けているが、冷却筒４８を設けずに（冷却筒４８に代えて）、回転中心軸４６を中空のパイプとしてこの回転中心軸４６を冷却筒としても良い。また、冷却筒４８に満たされる冷媒は、水や有機溶媒などの液体を用いることができる。冷媒の温度は−１０℃から８０℃までの範囲内であれば良い。冷却筒４８をさらに冷却したい場合には、冷却筒４８の外周面にペルチェ素子などからなる冷却機構を備えても良い。この場合、ペルチェ素子には、回転中心軸４６内に配置する配線を経由して電力が供給され、冷却筒４８によってペルチェ素子の高温になった側を冷却する。

上述したように回転体４０と冷却筒４８は接触せず（非接触であり）、これらの間には間隙（空間５０）が形成されており、この空間５０には冷媒導入管５８を経由して冷却用ガスが導入される。空間５０に導入されたガスによって、回転体４０と冷却筒４８の間で熱伝導が行われる。この熱伝導の効率（熱伝導率）を高めるためには、ガス圧力が高いことが望ましい。このガス圧力は真空処理雰囲気の圧力よりも高いので、このガスは空間５０から減圧容器１２（図１参照）内（即ち、長尺樹脂フィルムの処理空間）へ漏れ出し、この処理空間の雰囲気の圧力を高めてしまう。従って、冷却ロール２０では、ガス漏れを少なくすることが求められ、後述するガス封止機構を備えることが望ましい。さらに、回転体４０の長手方向両端側にガス封止機構を備えることが好ましい。

減圧下においてガスによる伝熱は、介在する分子の密度（即ち、圧力）に比例する。従って、熱伝導の効率を一定範囲内に保つためには、圧力は高い方が望ましい。分子の平均自由工程が熱伝導の距離よりも短い場合は、粘性流となり、圧力とともには変化しない粘性流による熱伝導となる。回転体４０の内面と冷却筒４８の表面との間隙の圧力は１０Ｐａ〜１０００Ｐａの範囲内が実用的である。この範囲の圧力は例えばスパッタリング圧力０．１Ｐａの１００倍以上である。

熱伝導距離（回転体４０の内周面と冷却筒４８の外周面との距離）を０．１ｍｍとし、回転体４０の直径（外径）を１００ｍｍ、回転体４０の長さを５００ｍｍとして、空間５０に例えば圧力１００Ｐａのアルゴンガスを導入した場合、１０℃の温度差による熱伝導量は、粘性流による伝熱として計算したときは約２５６Ｗになる。この値は、ガス圧力０．１Ｐａの場合の値１．９Ｗの１００倍相当になる。冷却筒４８の表面と回転体４０の内面の間隙が狭いほど熱伝導の効率が高いので、この間隙を構造上可能な範囲、例えば０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度に狭くすることが望ましい。

回転体４０内（正確には空間５０）に導入するガスは、減圧容器１２（図１参照）内にリークしてもコンタミネーションの発生がないように、減圧容器１２内のガスと同一のガスを用いることが好ましい。また、水素、ヘリウムなどの熱伝導率の高いガスを用いることによって、より顕著な冷却効果の向上を図ることができる。

冷媒導入管５８は、回転中心軸４６の内部を通って空間５０につながり、この空間５０にガスを導入する。空間５０に導入されたガスがガス排出管（図示せず）を通って空間５０から排出されるように構成してガスを循環させても良い。なお、ガス排出管を設けなくても、軸受５２が回転体４０内の気密性を確保できない場合は、後述するように、ガスは軸受５２を経由して減圧容器１２内にリークする。なお、冷媒導入管５８には、空間５０に導入するガスの圧力、流量、温度を測定する公知のセンサを設けても良い。また、空間５０に存在するガスの熱伝導によって回転体４０及び被処理物（例えば長尺樹脂フィルムＦ）を冷却（除熱）するのであるから、熱伝導の点からすれば、ガスよりも液体の方が冷却効率は高い。しかし、空間５０に液体を導入した場合は、液体の種類によっては、その粘性によって回転体４０の回転抵抗が増加し、いわゆるフリーロールとすることが困難となる。

回転体４０や被処理物の冷却効率を向上させたい場合、回転体４０内（即ち、空間５０）のガス圧力を高めることが望ましい。ガス圧力を高めた場合、減圧容器１２へのガスの漏れを減少するために、ガス封止機構を備えることが望ましい。空間５０に導入されたガスが漏れる経路を考察したとき、ガスは軸受５２を経由して回転体４０の外部（即ち、減圧容器１２の内部空間）に漏れ出る。軸受５２が、回転体４０内部の気密性を保持できる構成のときは、後述するガス封止機構を備えなくてもよい。ガス封止が可能な軸受としては、軸受のうち回転体４０に接触してこれと共に回転する部分と、回転中心軸４６に接触する部分とで気密を保持できるように構成されており、これらの接触部分が二硫化モリブデンやテフロンなど摩擦係数の小さい物質で構成されていることが好ましい。

ガス封止機構（本願発明にいう第２冷媒流出防止機構の一例である）について、図３と図４を参照して説明する。図３は、回転体の長手方向他端部の外側に配置されたガス封止機構の一例を模式的に示す側面図である。図４は、回転体の長手方向他端部の外側に配置されたガス封止機構の他の例を模式的に示す側面図である。これらの図では、図２に示す構成要素と同じ構成要素には同じ符号が付されている。

図３に示すガス封止機構６０は、蓋状部材４４に固定された２つの円筒状の邪魔板６２，６４と、回転中心軸４６に固定された２つの円筒状の邪魔板６６，６８とから構成されている。これらの邪魔板６２，６４，６６，６８は、本願発明にいう板状部材の一例である。２つの円筒状の邪魔板６２，６４には底壁も上壁も形成されておらず（即ち、外周壁のみからなり）、この外周壁は蓋状部材４４の外側面から回転体４０の長手方向に延びている。２つの円筒状の邪魔板６２，６４は回転体４０及び蓋状部材４４と共に回転する。２つの円筒状の邪魔板６６，６８は共通する底壁６９をもつ有底円筒状のものであり、底壁６９は邪魔板６２，６４の先端からやや離れた位置に配置されており、回転中心軸４６の外周面からその長手方向に直交する方向に広がっている。２つの円筒状の邪魔板６６，６８は、底壁６９から筒状部材４４に向かう方向に延びており、回転中心軸４６に固定されているので回転しない。

円筒状の各邪魔板６２，６６，６４，６８の内径はこの順に大きくなっており、この順に内側から交互に近接して配置されている。このため、邪魔板６２の外周面と邪魔板６６の内周面との間に隙間が形成されており、邪魔板６６の外周面と邪魔板６４の内周面との間に隙間が形成されており、同様に、邪魔板６４と邪魔板６８とによっても隙間が形成されている。ガスは、上述したように軸受５２を経由して回転体４０の外部に漏れ出るが、互いに隣り合う邪魔板６２，６６，６４，６８によって形成される隙間が迷路状になっているので、ガス漏れを極力減少できることとなる。ガス漏れの経路（ガス流路）となる間隙を極力狭く、例えば、０．１〜１ｍｍ程度にすることでガス漏れをほぼ防止できる。また、円筒状の各邪魔板６２，６６，６４，６８を高く（長く）して間隙を長くすることもガス漏れには効果的である。

邪魔板６２と邪魔板６６との隙間（他の隙間も同様である）は機械的に可能な範囲で狭いこと、例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内が望ましい。図３に示す例では、４つの円筒状の邪魔板６２，６６，６４，６８を交互に配置したが、５つ以上の多段に配置することにより、さらに漏れ量を減らすこともできる。

図４に示すガス封止機構７０は、回転体４０に固定された２つの環状（リング状）の邪魔板７２，７４と、回転中心軸４６に固定された２つの環状の邪魔板７６，７８とから構成されている。これらの邪魔板７２，７４，７６，７８は、本願発明にいう板状部材の一例である。２つの環状の邪魔板７２，７４は同一の大きさであり、回転体４０のうち蓋状部材４４よりも外側に突出した突出部４０ｂの内周面に固定されており、この内周面から回転体４０の長手方向に直交する方向に広がっている。２つの環状の邪魔板７２，７４は回転体４０及び蓋状部材４４と共に回転する。

２つの環状の邪魔板７６，７８は同一の大きさであり、回転中心軸４６のうち蓋状部材４４よりも外側の部分の外周面からその長手方向に直交する方向に広がっている。２つの環状の邪魔板７６，７８の環状の中心孔に回転中心軸４６が貫通した構成になっている。２つの円筒状の邪魔板７６，７８は回転中心軸４６に固定されているので回転しない。

環状の各邪魔板７２，７６，７４，７８はこの順に、蓋状部材４４の側から交互に近接して配置されている。このため、邪魔板７２と邪魔板７６との間に隙間が形成されており、邪魔板７６と邪魔板７４との間に隙間が形成されており、同様に、邪魔板７４と邪魔板７８とによっても隙間が形成されている。ガスは、上述したように空間５０から軸受５２を経由して回転体４０の外部に漏れ出るが、各邪魔板７２，７６，７４，７８で形成される隙間が迷路状になっているので、ガス漏れを極力減少できることとなる。ガス漏れの経路（ガス流路）となる間隙を極力狭く、例えば、０．１〜１ｍｍ程度にすることでガス漏れをほぼ防止できる。また、環状の各邪魔板７２，７６，７４，７８を大きく（広く）して間隙を長くすることも効果的である。

邪魔板７２と邪魔板７６との隙間（他の隙間も同様である）は、機械的に可能な範囲で狭いこと、例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度が望ましい。図４に示す例では、４つの環状の邪魔板７２，７６，７４，７８を交互に配置したが、５つ以上の多段に配置することにより、さらに漏れ量を減らすこともできる。

上述したようにガス封止機構６０，７０は、回転体４０と回転中心軸４６とを非接触状態に保つ構成であり、ガス封止機構６０，７０によって回転抵抗は生じない。この結果、回転体４０の回転抵抗は軸受５２の回転抵抗にのみ依存することとなるので、冷却ロール２０を、動力を備えないフリーロールとすることが可能となる。

ガス封止機構６０，７０では、各邪魔板６２〜６８，７２〜７８の一部又は全部を接触させることも可能である。この場合、各邪魔板６２〜６８，７２〜７８の接触面における摩擦係数を０．１以下とすることが望ましい。この摩擦係数が０．１を超える場合、各邪魔板６２〜６８，７２〜７８の接触部分の摩擦抵抗により回転体４０の回転抵抗が大きくなり、冷却ロール２０を所謂フリーロールにすることが困難となる。この摩擦係数を０．１以下にできる物質としては、ダイヤモンドライクカーボン、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の固体潤滑剤、テフロン（登録商標）等のフッ素樹脂が挙げられる。二硫化モリブデンであれば、公知の方法で邪魔板に被膜することができる。邪魔板をふっ素樹脂で構成することも可能である。

また、邪魔板同士を接触させなくても、隣り合う邪魔板の間隙に有機物液体を注入しても良い。この注入される有機物液体の蒸気圧は、長尺樹脂フィルム等を減圧下で処理する際の減圧容器１２（図１参照）内の雰囲気の圧力の１／１００以下であることが好ましい。回転体４０内のガスが漏れ出る（抜ける）際に、邪魔板同士の間隙に注入された有機物液体が減圧容器１２内に飛散しないように、有機物液体を捕獲するトラップを設けても良い。注入される有機物液体の蒸気圧が、長尺樹脂フィルム等を減圧下で処理する際の減圧容器１２内の雰囲気の圧力の１／１００以下とした理由は、注入した有機物液体が揮発して、長尺樹脂フィルム等を処理する際の減圧容器１２内の雰囲気を汚染することを防ぐためである。また、真空処理装置１０（図１参照）の到達圧力は、処理を行う雰囲気の圧力の１／１００までなるので、減圧容器１２内が到達圧力まで減圧されても、邪魔板同士の間隙に注入される液体が上記範囲内の蒸気圧であれば、その揮発によって減圧容器１２内が汚染されることはほとんどない。

上記した有機物液体としては、粘性抵抗の高いグリス状の有機物液体は望ましくなく、真空ポンプ油のような液体状の有機物液体が望ましい。このような有機物液体は炭化水素系やシリコーン系の真空ポンプ（拡散ポンプ）油として入手することができ、有機物液体として例えば、アルバック社製真空ポンプの純正真空ポンプ油のＵＬＶＯＩＬ（登録商標）Ｄ−１１、Ｄ−３１等を選択することができる。なお、邪魔板同士の間隙に有機物液体が注入されても、２つの邪魔板の重ね代の面積は冷却筒４８の外周面の面積よりも狭いので、冷却筒４８と回転体４０の間隙に有機物液体を注入した場合に比べて回転体４０の回転抵抗が大きくなることはない。

また、回転体４０の重量（荷重）は全て軸受５２に作用し、上記した各邪魔板６２〜６８，７２〜７８同士が接触していてもこの部分には回転体４０の荷重は作用しない。このため、回転体４０が回転する際に発生する摩擦力は非常に小さい。さらに、図３，４では模式的に大きく表しているが、実際には各邪魔板６２〜６８，７２〜７８の大きさを回転中心軸４６の外径よりもやや大きい程度にできるので、回転体４０の回転に起因する抵抗は軸受５２に起因する抵抗だけである。回転中心軸４６の直径を例えば２０ｍｍとし、ガス封止機構６０を用いて邪魔板６２（図３参照）の内径を２１ｍｍ、長さを１０ｍｍとした場合、空間５０における圧力が１００Ｐａであり、減圧容器１２における圧力が０．１Ｐａとすれば、回転中心軸４６の外周面と邪魔板６２の内周面との隙間において発生する抵抗をアルゴンガスの分子流として計算したときは、この隙間からのガス漏れ量は約４２ＳＣＣＭ（０．０８Ｐａｍ^３／ｓ）となる。この量は十分に工業的に利用できる程度の少ない量である。なお、ＳＣＣＭとは、気体の標準状態に換算した場合の流量ｃｍ^３／分であり、ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｃ／ｍｉｎ、 １ａｔｍ （大気圧１，０１３ｈＰａ）、０ ℃など一定温度で規格化された値をいう。

図１に示す真空処理装置１０を用いて、幅５００ｍｍ、厚さ２５μｍのカプトン（登録商標）長尺樹脂フィルムＦ（ポリイミドフィルム）を加熱乾燥して銅の成膜処理をした。この処理における冷却ロール２０，２２の効果を確認した。真空処理装置１０内のキャンロール２８の直径を４００ｍｍとし、ガイドロール１６，１８，２６，３０及び冷却ロール２０，２２の直径を８０ｍｍとした。冷却筒４８内に導入する冷媒の温度を２０℃とし、その流量を５リットル／分とした。また、図３に示すガス封止機構６０を採用し、各邪魔板６２〜６８としてテフロンの薄板を用いた。各邪魔板６２〜６８を互いに接触させて、回転体４０が回転する際の邪魔板６２〜６８の接触抵抗を、軸受５２の回転抵抗に対して無視できるほど小さくした。なお、ガス封止機構６０（又は７０）は回転体４０の長手方向両端側に設けることが好ましい。

減圧容器１２内を１０^−４Ｐａまで減圧して到達圧力にした後、減圧容器１２内の成膜室１２Ｂにアルゴンガスを導入して、スパッタリング圧力を０．２Ｐａとし、乾燥室１２Ａは、排気を継続することにより、１０^−２Ｐａ〜０．０５Ｐａの範囲内の圧力に維持された。冷却ロール２０，２２の空間５０には、冷媒導入管５８からアルゴンガスを１０〜５０ＳＣＣＭほど導入したが、邪魔板６２〜６８の隙間のガス圧を１００Ｐａに保つことができた。ヒータ２４に電力を供給しながら長尺樹脂フィルムＦを加熱乾燥した。ヒータ２４を通過した直後の長尺樹脂フィルムＦの温度は、表面温度計によれば１３７℃であった。赤外線温度計を用いて冷却ロール２２の表面温度を計測したところ、約５００ｍの長尺樹脂フィルムＦを処理した時点での温度は、空間５０にアルゴンガスを流さない（導入しない）ときの表面温度９０℃に対して、空間５０にアルゴンガスを流すことにより５０℃まで低下した。空間５０にアルゴンガスを流さないときは、５００ｍほど長尺樹脂フィルムＦを処理した時点で巻取ローラ３４に巻き取った樹脂フィルムＦに皺が発生したが、空間５０にアルゴンガスを導入することにより、このような皺は発生しなかった。以上説明したように、冷媒が流れる冷却筒４８を回転体４０の内部に配置しておき、回転体４０と冷却筒４８との間隙に冷却用のガスを導入することにより、回転体４０を冷却できることが判明した。

真空処理装置の一例を模式的に示す側面図である。 （ａ）は、冷却ロールをその長手方向に切断して示す断面図であり、（ｂ）は、冷却ロールを長手方向中央部で切断して示す横断面図（一部は省略）である。 回転体の長手方向他端部の外側に配置されたガス封止機構の一例を模式的に示す側面図である。 回転体の長手方向他端部の外側に配置されたガス封止機構の他の例を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１０ 真空処理装置
２０，２２ 冷却ロール
４０ 回転体
４２，４４ 蓋状部材
４６ 回転中心軸
４８ 冷却筒
５０ 空間
５２ 軸受（ベアリング）
５４ 冷媒入口配管
５６ 冷媒出口配管
６０，７０ ガス封止機構
６２，６４，６６，６８，７２，７４，７６，７８ 邪魔板

Claims (12)

1. その長手方向両端の開口それぞれを塞ぐように蓋状部材が取り付けられた、その外周方向に回転する中空筒状の回転体と、
   前記蓋状部材を貫通する、前記回転体の回転中心軸と、
   前記回転体の中空部に配置されて該回転体とは非接触状態を保つ、その内部に第１の冷媒が導入される冷却筒とを備え、
   前記回転体の内周面と前記冷却筒の外周面とに挟まれた空間に第２の冷媒が導入されており、且つ前記回転中心軸と前記冷却筒は固定されて回転しないことを特徴とする冷却ロール。
2. 前記回転中心軸は、前記蓋状部材に軸受を介して取り付けられたものであることを特徴とする請求項１に記載の冷却ロール。
3. 前記冷却筒は、前記回転中心軸のうち前記回転体の中空部に位置する部分に固定されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却ロール。
4. 前記冷却筒に代えて、前記回転中心軸のうち前記回転体の中空部に位置する部分を中空状の冷却筒にしたことを特徴とする請求項１から３までのうちのいずれか一項に記載の冷却ロール。
5. 前記冷却筒に第１の冷媒を導入する、前記回転中心軸の内部を通る第１冷媒導入管を備えたことを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか一項に記載の冷却ロール。
6. 前記冷却筒に導入された第１の冷媒を排出する、前記回転中心軸の内部を通る第１冷媒排出管を備えたことを特徴とする請求項１から５までのうちのいずれか一項に記載の冷却ロール。
7. 前記第１の冷媒は液体であり、前記第２の冷媒は気体であることを特徴とする請求項１から６までのうちのいずれか一項に記載の冷却ロール。
8. 前記冷却筒の外周面に固定されたペルチェ素子を備えたことを特徴とする請求項１から７までのうちのいずれか一項に記載の冷却ロール。
9. 前記回転体の長手方向一端側から前記空間に前記第２の冷媒を導入する、前記回転中心軸の内部を通って前記空間につながる第２冷媒導入管を備えたことを特徴とする請求項１から８までのうちのいずれか一項に記載の冷却ロール。
10. 前記回転体の前記長手方向一端側とは反対側の長手方向他端側に配置された、前記回転体の長手方向他端から前記第２の冷媒が流出することを防止する第２冷媒流出防止機構を備えたことを特徴とする請求項１から９までのうちのいずれか一項に記載の冷却ロール。
11. 前記第２冷媒流出防止機構は、
    前記回転体に固定された板状部材と前記回転中心軸に固定された板状部材とが交互に配置されて構成されたものであることを特徴とする請求項１０に記載の冷却ロール。
12. 前記請求項１から１１までのうちのいずれか一項に記載の冷却ロールを備えたことを特徴とする真空処理装置。

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