JP5071339B2 - 長尺樹脂フィルムの処理方法と長尺樹脂フィルムの処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロール・トゥ・ロール方式により搬送される長尺樹脂フィルムを減圧雰囲気下において加熱処理する長尺樹脂フィルムの処理方法に係り、特に、加熱処理された長尺樹脂フィルムのロールへの巻き付きが回避される長尺樹脂フィルムの処理方法とその処理装置に関するものである。

長尺樹脂フィルムは、フレキシブル性を有し、容易に加工できることから、電子部品、光学部品、包装材料等の産業分野において広く用いられており、この長尺樹脂フィルム上に、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等の真空成膜法を適用して金属やその酸化物、窒化物、炭化物、有機物等の膜を形成する技術が古くから開発されている。

また、近年、エレクトロニクス分野においては、利用される様々な材料で高密度化、高精細化が進み、高品質な材料が求められている。そして、長尺樹脂フィルムの種類にもよるが、長尺樹脂フィルム中には一般に０．０１〜２質量％の水分が含まれ、また僅かながら種々の有機溶媒が含まれており、真空蒸着法、スパッタリング法等上述した真空成膜法を用いて金属やその酸化物等の膜を長尺樹脂フィルム上に成膜した場合、長尺樹脂フィルム中に含まれる水分や有機溶媒が長尺樹脂フィルム表面に拡散、脱離してコンタミネーション（contamination）を引き起こし、膜質に悪影響を及ぼすことがあった。

このため、金属やその酸化物等を成膜する前に、長尺樹脂フィルムを加熱乾燥して長尺樹脂フィルム中に含まれる水分や有機溶媒を除去する必要あった。加熱乾燥の条件は、長尺樹脂フィルムの材質や膜厚、長尺樹脂フィルム中に存在する有機溶媒の種類等によって異なる。例えば、長尺樹脂フィルムがポリイミド系フィルムの場合、５００℃程度に設定されたヒーターで加熱し、加熱時間を調整する等の対応がとられ、加熱された長尺樹脂フィルムの温度は３００℃程度となる。

そして、加熱された長尺樹脂フィルムを冷却するには、例えば、特許文献１に記載された冷却ロールにより行なう方法が知られている。ここで、特許文献１は減圧雰囲気下での長尺樹脂フィルムの加熱乾燥に関わる技術ではないが、プラスチックフィルムを加熱延伸した後の冷却ロールについて記載されている。

ところで、加熱された長尺樹脂フィルムが、次に接触する冷却ロールにより急激に冷やされると、長尺樹脂フィルムが収縮して静電気を発生し、最悪の場合、長尺樹脂フィルムが冷却ロールに巻き付いてしまうことがあった。尚、特許文献２には強制除電装置を用いたフィルムの製造装置が開示されている。

更に、ロール・トゥ・ロール方式の搬送手段を構成するロールに上記加熱された長尺樹脂フィルムが接触するとロールの温度が徐々に上昇し、熱膨張によりロールの軸が曲がって長尺樹脂フィルムが斜行する等の問題も存在した。

尚、搬送手段を構成するロールに冷却機能を具備させることにより、斜行等の問題を回避することはできる。そして、冷却機能を備えたロールとして、ロール内部に水や有機溶媒等の冷媒を循環させた冷却ロールが知られている。但し、冷却ロールは、その軸受けにロータリージョイントを用いている関係上、回転抵抗があるため動力を有することが一般的である。従って、ロール・トゥ・ロール方式における搬送系の制御を複雑にしてしまう問題があり、制御の負担から、冷却ロールを増やさないことが望まれている。

このような技術的背景の下、ロール・トゥ・ロール方式における搬送系の制御を複雑にすることなく、加熱処理された長尺樹脂フィルムのロールへの巻き付きや、長尺樹脂フィルムの斜行等の問題を解消できる長尺樹脂フィルムの処理方法が望まれている。
特開平６−２６２６７６号公報 特開２００８−１２８３９号公報（段落番号００４７参照）

本発明はこのような問題に着目してなされたもので、その課題とするところは、ロール・トゥ・ロール方式における搬送系の制御を複雑にすることなく、減圧雰囲気下で加熱処理された長尺樹脂フィルムのロールへの巻き付きや斜行等の問題が解消された長尺樹脂フィルムの処理方法とその処理装置を提供することにある。

すなわち、請求項１に係る発明は、
巻出軸に巻回された長尺樹脂フィルムをロール・トゥ・ロール方式により搬送して巻取軸に巻取ると共に、上記巻出軸と巻取軸間の搬送路上において搬送中の長尺樹脂フィルムに対し減圧雰囲気下で加熱処理する長尺樹脂フィルムの処理方法において、
長尺樹脂フィルムを搬送する隣り合う１組のロール・ロール間の搬送路上に加熱手段と冷却手段を連続して設け、かつ、隙間を介し対向して配置された１組の冷却板により上記冷却手段を構成すると共に、一方の上記ロールから送り出された長尺樹脂フィルムを加熱手段で加熱処理し、次いで、上記冷却手段を構成する冷却板間の上記隙間を通過させて長尺樹脂フィルムを冷却処理した後、冷却された長尺樹脂フィルムを他方の上記ロールに接触させて搬送することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係る長尺樹脂フィルムの処理方法において、
上記冷却手段を構成する冷却板の長尺樹脂フィルムと対向する面の放射率が、０．６０以上であることを特徴とし、
請求項３に係る発明は、
請求項１または２に記載の発明に係る長尺樹脂フィルムの処理方法において、
上記加熱処理が、長尺樹脂フィルムの乾燥処理であることを特徴とし、
請求項４に係る発明は、
請求項１または２に記載の発明に係る長尺樹脂フィルムの処理方法において、
上記加熱処理が、長尺樹脂フィルムの少なくとも一方の面に対するプラズマ処理若しくはイオンビーム処理であることを特徴とする。

次に、請求項５に係る発明は、
減圧室と、この減圧室内に設けられ巻回した長尺樹脂フィルムを巻出す巻出軸と、減圧室内に設けられ上記巻出軸から巻出された長尺樹脂フィルムを巻取る巻取軸と、上記巻出軸と巻取軸間の搬送路上に設けられかつロール・トゥ・ロール方式の搬送手段を構成する複数のロールと、搬送中の長尺樹脂フィルムを加熱処理する加熱手段を備える長尺樹脂フィルムの処理装置において、
上記ロール・トゥ・ロール方式の搬送手段を構成する隣り合う１組のロール・ロール間の搬送路上に加熱手段と冷却手段が連続して設けられ、この冷却手段が隙間を介し対向して配置された１組の冷却板により構成されると共に、一方の上記ロールから送り出されて加熱処理された長尺樹脂フィルムを冷却板間の上記隙間を通過させた後に他方のロールに接触させて搬送するようになっていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、
請求項５に記載の発明に係る長尺樹脂フィルムの処理装置において、
上記冷却手段を構成する冷却板の長尺樹脂フィルムと対向する面の放射率が、０．６０以上であることを特徴とし、
請求項７に係る発明は、
請求項５または６に記載の発明に係る長尺樹脂フィルムの処理装置において、
上記加熱手段が、長尺樹脂フィルムを乾燥させる乾燥手段により構成されていることを特徴とし、
請求項８に係る発明は、
請求項５または６に記載の発明に係る長尺樹脂フィルムの処理装置において、
上記加熱手段が、長尺樹脂フィルムの少なくとも一方の面をプラズマ処理するプラズマ処理手段若しくはイオンビーム処理するイオンビーム処理手段により構成されていることを特徴とするものである。

請求項１〜４に記載の発明に係る長尺樹脂フィルムの処理方法は、
長尺樹脂フィルムを搬送する隣り合う１組のロール・ロール間の搬送路上に加熱手段と冷却手段を連続して設け、かつ、隙間を介し対向して配置された１組の冷却板により上記冷却手段を構成すると共に、一方の上記ロールから送り出された長尺樹脂フィルムを加熱手段で加熱処理し、次いで、上記冷却手段を構成する冷却板間の上記隙間を通過させて長尺樹脂フィルムを冷却処理した後、冷却された長尺樹脂フィルムを他方の上記ロールに接触させて搬送することを特徴としている。

そして、この長尺樹脂フィルムの処理方法によれば、一方のロールから送り出されて加熱処理された長尺樹脂フィルムを、冷却板間の隙間を通過させて冷却し、冷却された長尺樹脂フィルムを他方のロールに接触させて搬送させており、ロールとの接触時における長尺樹脂フィルムの収縮が防止されて静電気の発生が抑制され、かつ、ロールの温度上昇も抑制されるため、ロール・トゥ・ロール方式における搬送系の制御を複雑にすることなく、減圧雰囲気下で加熱処理された長尺樹脂フィルムのロールへの巻き付きや斜行等の問題を解消することが可能となる。

次に、請求項５〜８に記載の発明に係る長尺樹脂フィルムの処理装置は、
ロール・トゥ・ロール方式の搬送手段を構成する隣り合う１組のロール・ロール間の搬送路上に加熱手段と冷却手段が連続して設けられ、この冷却手段が隙間を介し対向して配置された１組の冷却板により構成されると共に、一方の上記ロールから送り出されて加熱処理された長尺樹脂フィルムを冷却板間の上記隙間を通過させた後に他方のロールに接触させて搬送するようになっている。

そして、この処理装置においても、一方のロールから送り出されて加熱処理された長尺樹脂フィルムを、冷却板間の隙間を通過させて冷却し、冷却された長尺樹脂フィルムを他方のロールに接触させて搬送させる構造になっており、ロールとの接触時における長尺樹脂フィルムの収縮が防止されて静電気の発生を抑制でき、かつ、ロールの温度上昇も抑制できるため、ロール・トゥ・ロール方式における搬送系の制御を複雑にすることなく、減圧雰囲気下で加熱処理された長尺樹脂フィルムのロールへの巻き付きや斜行等の問題を解消することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

まず、本発明に係る長尺樹脂フィルムの処理方法は、巻出軸に巻回された長尺樹脂フィルムをロール・トゥ・ロール方式により搬送して巻取軸に巻取ると共に、上記巻出軸と巻取軸間の搬送路上において搬送中の長尺樹脂フィルムに対し減圧雰囲気下で加熱処理する長尺樹脂フィルムの処理方法において、長尺樹脂フィルムを搬送する隣り合う１組のロール・ロール間の搬送路上に加熱手段と冷却手段を連続して設け、かつ、隙間を介し対向して配置された１組の冷却板により上記冷却手段を構成すると共に、一方の上記ロールから送り出された長尺樹脂フィルムを加熱手段で加熱処理し、次いで、上記冷却手段を構成する冷却板間の上記隙間を通過させて長尺樹脂フィルムを冷却処理した後、冷却された長尺樹脂フィルムを他方の上記ロールに接触させて搬送することを特徴とする。

そして、この処理方法によれば、隣り合う１組のロール・ロール間の一方のロールから送り出されて加熱処理された長尺樹脂フィルムを、冷却板間の隙間を通過させて冷却し、冷却された長尺樹脂フィルムを他方のロールに接触させて搬送しているため、ロールとの接触時における長尺樹脂フィルムの収縮が防止されて静電気の発生を抑制することができ、これに伴い長尺樹脂フィルムのロールへの巻き付きが防止される。例えば、２００℃を超える温度に加熱された長尺樹脂フィルムが、冷却されることなく室温状態のロールに接触した場合、放射により長尺樹脂フィルムは２００℃〜１５０℃程度に冷却され、かつ、上記ロールに接触しながら室温付近の温度まで冷却されると、急激に収縮して静電気が発生する。しかし、上記冷却板間の隙間を通過させて長尺樹脂フィルムを予め１００℃以下に冷却した場合、冷却後の長尺樹脂フィルムが室温状態のロールに接しても急激に収縮することは無く、静電気の発生も無いため、長尺樹脂フィルムのロールへの巻き付きを防止することができる。

また、本発明に係る長尺樹脂フィルムの処理方法では、隣り合う１組のロール・ロール間の上記他方のロールに、冷却板間の隙間を通過させて冷却した長尺樹脂フィルムを接触させて搬送しているため、ロールの温度上昇も抑制することができる。例えば、長尺樹脂フィルムの長さが５００ｍ以上でかつ上記冷却手段が設けられていない場合、加熱された長尺樹脂フィルムによりロールが継続して加熱されることになるため、ロールの温度が上昇してロールが熱膨張し、搬送経路を歪める懸念がある。しかし、本発明の処理方法では、冷却板間の隙間を通過させて長尺樹脂フィルムを予め冷却しているため、上記懸念が解消され、かつ、ロールにかかる熱負荷も抑制されることから長時間に亘って安定した長尺樹脂フィルムの処理が可能となる。尚、上記ロールに接する前の長尺樹脂フィルムの温度は上述したように１００℃以下に抑えることが望ましい。長尺樹脂フィルムの温度が１００℃以下に抑えられれば、上記他方のロールの温度も１００℃以上には加熱されないからである。

上記加熱処理としては、長尺樹脂フィルムを乾燥させる乾燥処理、および、長尺樹脂フィルムの少なくとも一方の面に対するプラズマ処理若しくはイオンビーム処理が挙げられる。

次に、本発明に係る長尺樹脂フィルムの処理装置について説明する。まず、この処理装置は、図１に示すように真空チャンバー（減圧室）４と、この真空チャンバー４内に設けられ巻回した長尺樹脂フィルム１１を巻出す巻出軸５と、真空チャンバー４内に設けられ上記巻出軸５から巻出された長尺樹脂フィルム１１を巻取る巻取軸６と、上記巻出軸５と巻取軸６間の搬送路上に設けられかつロール・トゥ・ロール方式の搬送手段を構成する複数のロール７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと、隣り合う１組のロール７ｂ・ロール７ｃ間の搬送路上に連続して設けられた加熱手段と冷却手段を備えている。また、上記加熱手段は、隙間を介し対向して配置された１組のヒーター９ａ、９ｂにより構成され、上記冷却手段は、隙間を介し対向して配置された１組の冷却板１３ａ、１３ｂにより構成されている。

また、上記真空チャンバー４内は、真空チャンバー４に取り付けられたバルブ３を介し真空ポンプ１、２により排気されて減圧雰囲気となっている。尚、真空チャンバー４の形状は任意であり、１０^−４Ｐａ〜１０^−１Ｐａの減圧雰囲気を保持できればよい。

そして、本発明に係る長尺樹脂フィルムの処理装置において、上記長尺樹脂フィルム１１は巻出軸５から巻出され、ロール・トゥ・ロール方式の搬送手段を構成するロール７ａ、７ｂに沿って搬送されると共に、ロール７ｂから送り出されて加熱手段であるヒーター９ａ、９ｂにより加熱乾燥される。加熱乾燥後の長尺樹脂フィルム１１は、連続して（すぐに）冷却板１３ａ、１３ｂの隙間を通過して冷却され、冷却された長尺樹脂フィルム１１は上記ロール７ｃに接触し、かつ、このロール７ｃとロール７ｄに沿って搬送された後、巻取軸６に巻き取られる。すなわち、長尺樹脂フィルム１１は、隣り合う１組のロール７ｂ・ロール７ｃ間の一方のロール７ｂを離れた後、ヒーター９ａ、９ｂで加熱乾燥され、かつ、冷却板１３ａ、１３ｂで放射による冷却がなされた後、他方のロール７ｃに接触して搬送される。上記長尺樹脂フィルム１１は、ヒーター９ａ、９ｂと冷却板１３ａ、１３ｂの各隙間を通過する間、ロール等他の物とは非接触となる。そして、加熱乾燥と冷却処理が連続して行なわれ、かつ、ロール等他の物と非接触としているのは、加熱乾燥と冷却処理の間にロール等が長尺樹脂フィルム１１に接触した場合、上述した長尺樹脂フィルム１１のロールへの巻き付きや長尺樹脂フィルム１１の斜行等の問題を生ずるからである。

ここで、ロール・トゥ・ロール方式の搬送手段を構成するロール７ａ、ロール７ｂ、ロール７ｃおよびロール７ｄはいずれも動力を有しない従動ロールである。また、隣り合う１組のロール７ｂおよびロール７ｃは、長尺樹脂フィルム１１が、ヒーター９ａ、９ｂの隙間を通過しかつ冷却板１３ａ、１３ｂの隙間を通過できるような位置関係が維持されるように設置されている。上記加熱手段としてのヒーター９ａ、９ｂには公知の赤外線ヒーターが適用できるが、長尺樹脂フィルムを加熱できれば赤外線ヒーター以外の公知の加熱手段を用いることができる。また、ヒーター９ａの表面に熱電対１０を付設し、ヒーター９ａの温度が一定になるように制御することもできる。勿論ヒーター９ｂにも熱電対を付設することができる。更に、ヒーター９ａ、９ｂの隙間から搬出された長尺樹脂フィルム１１の表面を放射温度計（図示せず）で測定し、上記熱電対の測定値と合わせてヒーターの制御を行うことも可能である。ヒーター制御には、公知のＰＩＤ制御等を用いることができる。

ところで、本発明に係る長尺樹脂フィルムの処理方法において、加熱手段における温度条件や搬送条件は長尺樹脂フィルムの種類によって異なるため、使用する長尺樹脂フィルムによって上記条件を決めておく必要がある。

上記ヒーター９ａ、９ｂの寸法は、長尺樹脂フィルム１１の種類、巾寸法、搬送速度等に応じて乾燥できるように設定すればよい。すなわち、ヒーター９ａ、９ｂにおける長尺樹脂フィルム１１の長手方向の長さは、長尺樹脂フィルム１１に対しヒーター９ａ、９ｂの隙間を通過する間に長尺樹脂フィルム１１が水等を除去できる熱量を与えられる長さがあればよい。また、ヒーター９ａ、９ｂにおける長尺樹脂フィルム１１の巾方向の長さは、長尺樹脂フィルム１１の巾方向全体を覆うことができれば、長尺樹脂フィルム１１の巾方向での乾燥ムラを防ぐことができる。ヒーター９ａ、９ｂと長尺樹脂フィルム１１の配置関係は、互いに平行となるようにすることが好ましい。尚、ヒーター９ａ、９ｂと長尺樹脂フィルム１１間における放射熱のやり取りが可能となる距離については、一般的な長尺樹脂フィルムにおける処理装置の寸法の範囲に設定するのであれば影響は少ない。ヒーター９ａ、９ｂと長尺樹脂フィルム１１間の距離をあえて定めるのであれば１０ｃｍ以内である。

また、効率良く長尺樹脂フィルム中の水分や種々の有機溶媒を除去するために、減圧雰囲気下において加熱処理を行うことを要する。これは、大気圧下に較べて減圧雰囲気下では水や有機溶媒の沸点が降下するため、長尺樹脂フィルムの温度上昇が同じでも速く沸点に到達し、しかも、減圧雰囲気下では長尺樹脂フィルム表面近傍に存在する気体が希薄であるため、揮発した水や有機溶媒が再び長尺樹脂フィルム中に拡散する量が極めて少なくなる。乾燥での減圧雰囲気は上述した１０^−４Ｐａ〜１０^−１Ｐａの範囲が望ましい。尚、加熱乾燥前後の長尺樹脂フィルムの水分量や有機溶媒量の変化は、公知の熱分析方法や化学分析方法により知ることができ、真空乾燥装置の操業上の参考とすることができる。

次に、加熱された長尺樹脂フィルムをロールに接触させる以前に上述した冷却板で冷却するには、減圧雰囲気下であるため、雰囲気の物性による伝熱、対流による伝熱が著しく低下し、放射による伝熱が支配的になってくる。このため、減圧雰囲気下での冷却では放射による伝熱を考慮する必要がある。そこで、加熱された長尺樹脂フィルムをロールに接触させる以前に上述した冷却板の隙間を通過させ、長尺樹脂フィルムからの放射による熱エネルギーを吸収して冷却する際の効率が重要になる。

一組の冷却板は、長尺樹脂フィルムの表裏両面を挟むように配置されている。長尺樹脂フィルムの表裏両面を挟むように冷却板を配置するのは、加熱された長尺樹脂フィルムの冷却効率を高めるためである。そして、長尺樹脂フィルムと対向する冷却板の表面を放射率の高い材料で構成することが望ましく、また、冷却板自体は熱伝導率の高い物質で構成することが望ましい。

そして、上記冷却板の熱伝導率は４０Ｗｍ^−１Ｋ^−１以上が望ましい。かかる熱伝導率の物質は、鉄、アルミニウム、銅、銀等がある。冷却板の熱伝導率を高めることで、冷却板の冷却の効率を高めることができる。

また、長尺樹脂フィルムと対向する冷却板表面の放射率は、０．６以上であることが望ましく、より望ましくは０．８以上である。例えば、放射率０．８以上を実現するには、黒色クロムめっき処理、黒色アルマイト処理、カーボンブラック被膜の形成等公知の方法により実現することができる。尚、上記放射率の測定方法には、公知の放射率測定計を用いることができる。

次に、本発明に係る長尺樹脂フィルムの処理装置において、上記冷却板１３ａ、１３ｂは、長尺樹脂フィルム１１の対向面とは反対側である裏面または冷却板の内部に冷媒が循環する冷却管（図示せず）を備えている。冷却管は、真空チャンバー４の外部から冷媒を供給する冷媒供給機構（図示せず）に接続されている。また、冷媒としては、水、有機溶媒、気体等適宜選択できる。

また、冷却板１３ａ、１３ｂにおける長尺樹脂フィルム１１の長手方向の長さ寸法については、長尺樹脂フィルム１１の加熱条件や搬送条件により異なるが、長尺樹脂フィルム１１を所望の温度以下まで冷却できる長さがあればよく任意である。また、冷却板１３ａ、１３ｂにおける長尺樹脂フィルム１１の巾方向の寸法については、長尺樹脂フィルム１１の巾方向全体を覆うことができれば任意であり、長尺樹脂フィルム１１の巾方向での冷却ムラを防ぐことができる。また、冷却板１３ａ、１３ｂと長尺樹脂フィルム１１間の距離については、上述したヒーター９ａ、９ｂと長尺樹脂フィルム１１間の距離と同様の理由から適宜設定することができる。また、冷却板１３ａ、１３ｂと長尺樹脂フィルム１１の配置関係は、互いに平行となるようにすることが好ましい。冷却板１３ａ、１３ｂの隙間を通過した長尺樹脂フィルム１１の表面温度を測定するため、放射温度計（図示せず）を設けてもよい。

また、本発明に係る長尺樹脂フィルムの処理装置において、ヒーター９ａ、９ｂの放射熱により冷却板１３ａ、１３ｂが加熱されないようにするため、ヒーター９ａと冷却板１３ａの間、および、ヒーター９ｂと冷却板１３ｂの間にそれぞれ断熱板（図示せず）を設けてもよい。

ここで、図１に示す本発明に係る長尺樹脂フィルムの処理装置において、隣り合う１組のロール７ｂとロール７ｃ間の距離を２ｍ以内にすることが好ましい。尚、ロール間距離とは、長尺樹脂フィルム１１がロール７ｂの表面から離れてロール７ｃの表面に接するまでの距離である。ロール７ｂとロール７ｃ間の距離を規定する理由は、長尺樹脂フィルム１１の搬送時における張力との関係もあるが、熱で軟化した長尺樹脂フィルム１１に張力が加わることによる変形を防止するためである。また、図１の処理装置においては、ロール７ｂとロール７ｃ間の搬送路上に加熱手段と冷却手段が設けられ、これ等加熱手段と冷却手段を通過する長尺樹脂フィルム１１の搬送方向が水平方向に設定されているが、加熱手段と冷却手段を通過する長尺樹脂フィルム１１の搬送方向を垂直方向に設定してもよい。加熱手段と冷却手段を通過する長尺樹脂フィルム１１の搬送方向が垂直方向に設定された場合、加熱乾燥による長尺樹脂フィルム１１の軟化に際し、重力による長尺樹脂フィルム１１の変形を防止することができる。そして、隣り合う１組のロール７ｂとロール７ｃ間のより望ましい距離については、ロール７ｂとロール７ｃが垂直方向に配置されて加熱手段と冷却手段を通過する長尺樹脂フィルム１１の搬送方向が垂直方向に設定される場合には、軟化した長尺樹脂フィルム１１の重力による変形が起こり難いため２ｍ以内、ロール７ｂとロール７ｃが水平方向に配置されて加熱手段と冷却手段を通過する長尺樹脂フィルム１１の搬送方向が水平方向に設定される（図１の場合）場合には、軟化した長尺樹脂フィルム１１の重力による変形が起こり易いため１ｍ以内である。

次に、図２のグラフ図は、対向して配置した１組の冷却板の隙間を長尺樹脂フィルムが通過した場合、長尺樹脂フィルム表面のある一箇所の温度変化をシミュレーションしたものである。すなわち、図１に示す本発明に係る処理装置と同様の装置において、長尺樹脂フィルム表面のある一箇所が、冷却板１３ａと冷却板１３ｂの隙間を通過する過程での温度変化をシミュレーションしたグラフ図である。長尺樹脂フィルムの放射率を０．７とし、冷却板１３ａと冷却板１３ｂの温度を２５℃としている。尚、上記処理装置において冷却板の温度を制御するには所定の温度の冷媒を供給すればよい。また、冷却板１３ａと冷却板１３ｂを設けない場合の値は、長尺樹脂フィルムが２５０℃に加熱された後、１秒ごとの温度を測定した実測値（図２において符号２３で示すグラフ参照）である。

そして、長尺樹脂フィルムの放射熱を無限平行平板間における放射伝熱の関係式（１）より算出する。シミュレーションは、関係式（１）に基づき０．１秒毎に１ｃｍ四方（面積１ｃｍ^２）範囲での長尺樹脂フィルムの放射熱における熱量を算出し、温度Ｔ_１（長尺樹脂フィルムの温度）より放射熱の熱量から算出される温度低下値Δｔ_１を引いた値を０．１秒後の長尺樹脂フィルムの温度として実施した。関係式（２）は、温度Ｔ_１（長尺樹脂フィルムの温度）で０．１秒間に放射する熱量から算出される温度低化値ｔ_１と０．１秒後の長尺樹脂フィルムの温度の関係を示すものである。図２は、関係式（２）より算出された結果である。尚、関係式（１）において、数値２を掛けているのは、２枚の冷却板すなわち冷却板１３ａと冷却板１３ｂを用いたためである。

放射熱＝［１／（１／ε_１＋１／ε_２−１）］×σ×（Ｔ_１ ^４ −Ｔ_２ ^４）×２（１）
ε_１：長尺樹脂フィルムの放射率
ε_２：冷却板の放射率
σ：シュテファン−ボルツマン定数 ５．６７×１０^−８Ｊ／（ｓｍ^２Ｋ^４）
Ｔ_１：長尺樹脂フィルムの温度
Ｔ_２：冷却板の温度（冷媒温度２５℃ ２９８Ｋ）
長尺樹脂フィルムの０．１秒後の温度＝Ｔ_１−Δｔ_１ （２）
Δｔ_１：０．１秒間、１ｃｍ四方の範囲で長尺樹脂フィルムがＴ_１での放射熱の熱量から算出される温度低下値
図２のグラフ図に示されたシミュレーション結果（符号２１で示すグラフ参照）によれば、冷却板の温度を２５℃として、２５０℃まで加熱された長尺樹脂フィルムを約４秒間で１００℃まで冷却することができる。上記処理装置では、長尺樹脂フィルムの搬送条件にもよるが、冷却板として厚さ５ｍｍの銅板を用い、片面に黒色クロムめっきを施し、もう一方の面に銅配管をロウ付けし銅配管に２５℃の冷媒を流すことで２５０℃まで加熱された長尺樹脂フィルムを約４秒間で１００℃まで冷却できると推定できる。尚、符号２１で示すグラフは冷却板の放射率を０．９５とした場合のシミュレーション結果、符号２２で示すグラフは冷却板の放射率を０．６とした場合のシミュレーション結果である。

一方、冷却板を設けない場合、図２の符号２３に示されるように１００℃まで冷却するのに１５秒も要することが確認される。冷却板を設けずに加熱された長尺樹脂フィルムを放射熱で冷却しようとすると、時間をかける必要があり、結果的に長尺樹脂フィルムの搬送速度を下げる必要が生ずることから処理効率が低下してしまう。

次に、本発明に係る処理方法に適した長尺樹脂フィルムは特に限定されず、例えば、ポリイミド系フィルム、ポリアミド系フィルム、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンテレナフタレート等の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、ポリエチレンテレフタレート系フィルム、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の公知の長尺樹脂フィルムが挙げられる。

尚、本発明の実施の形態に係る上記処理方法並びに処理装置において、上記加熱処理として長尺樹脂フィルムの加熱乾燥処理が例示されているが、この加熱処理については、長尺樹脂フィルムの少なくとも一方の面に対するプラズマ処理であってもよい。例えば、アルゴンと酸素の混合ガスまた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うことにより、酸素プラズマまたは窒素プラズマを発生させて長尺樹脂フィルムの表面処理を施すことができる。かかる表面処理を行うのは、その後における金属等の成膜工程での長尺樹脂フィルムと金属等膜の密着性を向上させるためである。プラズマ処理は、次工程の膜の形成に応じて、長尺樹脂フィルムの一方の面または両面に施すことができる。プラズマは酸素や窒素に限定されず適宜選択することができる。プラズマ処理を行うと、長尺樹脂フィルムは加熱される。長尺樹脂フィルムの搬送条件やプラズマ処理条件で異なるが、プラズマ処理を行うと長尺樹脂フィルムの温度は２００℃以上になることがある。そこで、プラズマ処理の後にも長尺樹脂フィルムの冷却が必要になる。

尚、長尺樹脂フィルムにプラズマ処理を施す場合、図１の処理装置においてヒーター９ａ、９ｂの代わりに公知の放電電極を設け、放電電極に６００Ｖ〜４０００Ｖを印加することで可能となる。プラズマ処理の際の雰囲気圧力は０．１Ｐａ〜１００Ｐａの範囲で適宜選択できる。

また、上記加熱処理については、長尺樹脂フィルムの少なくとも一方の面に対するイオンビーム処理であってもよい。長尺樹脂フィルム表面にイオンビームを照射することで、上述したプラズマ処理と同様の効果が得られる。イオンビーム処理を行うには、イオンビーム照射を行うイオン源に強い磁場を印加した磁場ギャップ部でプラズマ放電を発生させ、プラズマ中の陽イオンを陽極による電界でイオンビームとして放出すればよい。

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。

まず、図１の処理装置を用いて長尺樹脂フィルムの加熱乾燥を実施した。ロール７ｂとロール７ｃ間の距離を１ｍとした。ヒーター９ａとヒーター９ｂの長さ（長尺樹脂フィルムにおける搬送方向の長さ）寸法を５０ｃｍとし、かつ、ヒーター９ａ、９ｂと長尺樹脂フィルム１１との距離を５ｃｍとした。また、冷却板１３ａと冷却板１３ｂの長さ（長尺樹脂フィルムにおける搬送方向の長さ）寸法を４０ｃｍとし、かつ、冷却板１３ａ、１３ｂと長尺樹脂フィルムとの距離を２ｃｍとした。また、冷却板１３ａと冷却板１３ｂは厚さ５ｍｍの銅板で構成し、対向面は黒色アルマイト処理されてその対向面の放射率は０．９５であることが放射率計で確認されている。また、冷却板１３ａと冷却板１３ｂの対向面でない裏面には冷却管を蛇行させ、ろう付けした。冷却管には真空チャンバー４の外部から供給される温度２５℃の冷却水を供給し循環させた。長尺樹脂フィルムの斜行や巻ずれは目視で確認した。長尺樹脂フィルムの表面温度は放射温度計で測定した。尚、図１中、符号８は真空計を示している。
［実施例１］
長尺樹脂フィルム１１として、厚さ３８μｍ、幅５００ｍｍのポリイミド系フィルム（東レ・デュポン社製 商品名カプトン）を巻出軸５に長さ１０００ｍ取り付けた。

そして、真空チャンバー４内を１０^−２Ｐａまで減圧した後、上記ポリイミド系フィルムを４ｍ／分の条件で搬送した。一方、ヒーター９ａ表面に取り付けられた熱電対の温度が４５０℃になるよう温度制御し、この条件下においてポリイミド系フィルムを上記ヒーター９ａ、９ｂの隙間を通過させて加熱乾燥し、続いて、冷却板１３ａ、１３ｂの隙間を通過させて冷却した後、ロール７ｃに接触させながら加熱乾燥処理されたポリイミド系フィルムを巻取軸６に巻き取った。

加熱乾燥処理されたポリイミド系フィルムが斜行して巻きずれることはなく、かつ、ロール７ｃ近傍に付設された表面電位計１２でポリイミド系フィルムの表面電位を測定したところ±１ｋｖ以下であり、長さ１０００ｍのポリイミド系フィルムを安定して加熱乾燥処理することができた。また、冷却板１３ａを通過する直前のポリイミド系フィルムの表面温度は２５０℃、通過後は７５℃であり、冷却板の通過に要する時間は６秒であった。
［実施例２］
長尺樹脂フィルム１１として、厚さ３５μｍ、幅５００ｍｍのポリイミド系フィルム（宇部興産社製 商品名ユーピレックス）を巻出軸５に長さ１０００ｍ取り付けた。

そして、真空チャンバー４内を１０^−２Ｐａまで減圧した後、上記ポリイミド系フィルムを４ｍ／分の条件で搬送した。一方、ヒーター９ａ表面に取り付けられた熱電対の温度が５００℃になるよう温度制御したこと以外は実施例１と同様の条件でポリイミド系フィルムを加熱乾燥処理した。

加熱乾燥処理されたポリイミド系フィルムが斜行して巻きずれることはなく、かつ、ロール７ｃ近傍に付設された表面電位計１２でポリイミド系フィルムの表面電位を測定したところ±１ｋｖ以下であり、長さ１０００ｍのポリイミド系フィルムを安定して加熱乾燥処理することができた。また、冷却板１３ａを通過する直前のポリイミド系フィルムの表面温度は２５０℃、通過後は７５℃であった。
［実施例３］
長尺樹脂フィルム１１として、厚さ１６μｍ、幅２５０ｍｍのアラミドフィルム（帝人アドバンストフィルム社製 商品名アラミカ）を巻出軸５に長さ１０００ｍ取り付けた。

そして、真空チャンバー４内を１０^−２Ｐａまで減圧した後、上記アラミドフィルムを４ｍ／分の条件で搬送した。一方、ヒーター９ａ表面に取り付けられた熱電対の温度が４００℃になるよう温度制御したこと以外は実施例１と同様の条件でアラミドフィルムを加熱乾燥処理した。

加熱乾燥処理されたアラミドフィルムが斜行して巻きずれることはなく、かつ、ロール７ｃ近傍に付設された表面電位計１２でアラミドフィルムの表面電位を測定したところ±１ｋｖ以下であり、長さ１０００ｍのアラミドフィルムを安定して加熱乾燥処理することができた。また、冷却板１３ａを通過する直前のアラミドフィルムの表面温度は２５０℃、通過後は７５℃であった。
［比較例１］
冷却板１３ａ、１３ｂを設置しなかったこと以外は実施例１と同様の条件で、厚さ３８μｍ、幅５００ｍｍ、長さ１０００ｍのポリイミド系フィルム（東レ・デュポン社製 商品名カプトン）を加熱乾燥処理したところ、２００ｍ以降にポリイミド系フィルムの斜行が確認され、かつ、この斜行に起因して巻取軸６に巻取ったポリイミド系フィルムに巻きずれが確認された。また、ロール７ｃを通過する直前のポリイミド系フィルムの表面温度（すなわち、ヒーター９ａ、９ｂを通過後、６秒後のポリイミド系フィルムの表面温度）は１６０℃であった。
［比較例２］
冷却板１３ａ、１３ｂを設置しなかったこと以外は実施例２と同様の条件で、厚さ３５μｍ、幅５００ｍｍ、長さ１０００ｍのポリイミド系フィルム（宇部興産社製 商品名ユーピレックス）を加熱乾燥処理したところ、５００ｍ以降にポリイミド系フィルムの斜行が確認され、かつ、この斜行に起因して巻取軸６に巻取ったポリイミド系フィルムに巻きずれが確認された。ロール７ｃを通過する直前のポリイミド系フィルムの表面温度は１６０℃であった。
［比較例３］
冷却板１３ａ、１３ｂを設置しなかったこと以外は実施例３と同様の条件で、厚さ１６μｍ、幅２５０ｍｍ、長さ１０００ｍのアラミドフィルム（帝人アドバンストフィルム社製 商品名アラミカ）を加熱乾燥処理したところ、処理したアラミドフィルムの所々に薄い皺が発生していた。また、ロール７ｃ近傍に付設された表面電位計１２でアラミドフィルムの表面電位を測定したところ−１０ｋＶ〜−１ｋＶの値を示した。

そして、巻取軸６に巻取ったアラミドフィルムを次の成膜工程で巻出した際、静電気によるフィルムの貼り付きが発生し、搬送中のアラミドフィルムがばたついて安定して搬送させることが困難であった。また、上記ロール７ｃを通過する直前のアラミドフィルムの表面温度は１６０℃であった。

本発明に係る長尺樹脂フィルムの処理方法によれば、ロール・トゥ・ロール方式における搬送系の制御を複雑にすることなく、減圧雰囲気下で加熱処理された長尺樹脂フィルムのロールへの巻き付きや斜行等の問題を解消することができるため、長尺樹脂フィルム上に金属やその酸化物等を成膜して電子部品や光学部品等の材料とする産業分野において広く利用される可能性を有している。

本発明の実施の形態に係る長尺樹脂フィルム処理装置の概略構成説明図。 １組の冷却板で構成された冷却手段を具備する本発明に係る長尺樹脂フィルム処理装置を用いて長尺樹脂フィルムを加熱処理した際のフィルム表面の温度変化をシュミレーションした結果を示すグラフ図、および、上記冷却板を具備しない比較例に係る長尺樹脂フィルム処理装置を用いて長尺樹脂フィルムを加熱処理した際の上記フィルム表面の温度変化を実測した結果を示すグラフ図。

符号の説明

１ 真空ポンプ
２ 真空ポンプ
３ バルブ
４ 真空チャンバー
５ 巻出軸
６ 巻取軸
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ ロール
８ 真空計
９ａ，９ｂ ヒーター
１０ 熱電対
１１ 長尺樹脂フィルム
１２ 表面電位計
１３ａ，１３ｂ 冷却板
２１ 冷却板の放射率を０．９５とした場合のシミュレーション結果を示すグラフ
２２ 冷却板の放射率を０．６とした場合のシミュレーション結果を示すグラフ
２３ 冷却板を用いない場合の実測値を示すグラフ

Claims (8)

1. 巻出軸に巻回された長尺樹脂フィルムをロール・トゥ・ロール方式により搬送して巻取軸に巻取ると共に、上記巻出軸と巻取軸間の搬送路上において搬送中の長尺樹脂フィルムに対し減圧雰囲気下で加熱処理する長尺樹脂フィルムの処理方法において、
   長尺樹脂フィルムを搬送する隣り合う１組のロール・ロール間の搬送路上に加熱手段と冷却手段を連続して設け、かつ、隙間を介し対向して配置された１組の冷却板により上記冷却手段を構成すると共に、一方の上記ロールから送り出された長尺樹脂フィルムを加熱手段で加熱処理し、次いで、上記冷却手段を構成する冷却板間の上記隙間を通過させて長尺樹脂フィルムを冷却処理した後、冷却された長尺樹脂フィルムを他方の上記ロールに接触させて搬送することを特徴とする長尺樹脂フィルムの処理方法。
2. 上記冷却手段を構成する冷却板の長尺樹脂フィルムと対向する面の放射率が、０．６０以上であることを特徴とする請求項１に記載の長尺樹脂フィルムの処理方法。
3. 上記加熱処理が、長尺樹脂フィルムの乾燥処理であることを特徴とする請求項１または２に記載の長尺樹脂フィルムの処理方法。
4. 上記加熱処理が、長尺樹脂フィルムの少なくとも一方の面に対するプラズマ処理若しくはイオンビーム処理であることを特徴とする請求項１または２に記載の長尺樹脂フィルムの処理方法。
5. 減圧室と、この減圧室内に設けられ巻回した長尺樹脂フィルムを巻出す巻出軸と、減圧室内に設けられ上記巻出軸から巻出された長尺樹脂フィルムを巻取る巻取軸と、上記巻出軸と巻取軸間の搬送路上に設けられかつロール・トゥ・ロール方式の搬送手段を構成する複数のロールと、搬送中の長尺樹脂フィルムを加熱処理する加熱手段を備える長尺樹脂フィルムの処理装置において、
   上記ロール・トゥ・ロール方式の搬送手段を構成する隣り合う１組のロール・ロール間の搬送路上に加熱手段と冷却手段が連続して設けられ、この冷却手段が隙間を介し対向して配置された１組の冷却板により構成されると共に、一方の上記ロールから送り出されて加熱処理された長尺樹脂フィルムを冷却板間の上記隙間を通過させた後に他方のロールに接触させて搬送するようになっていることを特徴とする長尺樹脂フィルムの処理装置。
6. 上記冷却手段を構成する冷却板の長尺樹脂フィルムと対向する面の放射率が、０．６０以上であることを特徴とする請求項５に記載の長尺樹脂フィルムの処理装置。
7. 上記加熱手段が、長尺樹脂フィルムを乾燥させる乾燥手段により構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の長尺樹脂フィルムの処理装置。
8. 上記加熱手段が、長尺樹脂フィルムの少なくとも一方の面をプラズマ処理するプラズマ処理手段若しくはイオンビーム処理するイオンビーム処理手段により構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の長尺樹脂フィルムの処理装置。

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