JP5095624B2 - 巻取式真空成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばフィルムコンデンサの製造に好適に用いられる巻取式真空成膜装置に関する。

従来より、フィルムコンデンサの製造には、プラスチックフィルム等の絶縁性フィルムを巻出しローラから巻き出しながら、そのフィルムの一表面に金属膜を蒸着した後、当該フィルムを巻取りローラに巻き取る形式の巻取式真空蒸着装置が用いられている。

ところで、この種のフィルムコンデンサには、フィルムの表面に形成される金属蒸着膜が複数のコンデンサ片に個片化され、隣接し合うコンデンサ片が同一蒸着膜でなる幅狭の連接部で相互に接続された、自己保安機能型と呼ばれるものがある。このタイプのフィルムコンデンサは、一部で絶縁破壊が生じた際に上記連接部を溶断させることにより（ヒューズ機能）、コンデンサの絶縁破壊領域が個片単位で最小限に抑えられるようになっている。

このような自己保安型のフィルムコンデンサを上述の巻取式真空蒸着装置で製造する場合、巻出しローラと蒸発源との間に、フィルムの成膜面に対して金属膜の蒸着領域を画定するマスクパターンを形成するマスク形成ユニットが設置される。マスク形成ユニットとしては、例えば、図６に示すように、フィルムＦを印刷ローラ（版胴）Ｐとバックアップローラ（圧胴）Ｂとの間に挟んで搬送しながら、オイル供給源Ｓからオイル凝縮ローラＣを介して印刷ローラＰに供給されたマスクパターンＭの形成用オイルを、印刷ローラＰからフィルムＦの成膜面へ連続的に転写形成するものが知られている（下記特許文献１参照）。

ここで、オイル凝縮ローラＣは、オイル供給源Ｓから噴出されたオイル蒸気をその周面で凝縮させ、付着したオイルを保持する機能を有する。従って、オイル凝縮ローラＣは、オイル蒸気の凝縮熱で加熱される一方、表面が高温になるほどオイルの凝縮効率が低下し、オイル付着量が減少するため、オイル凝縮ローラＣを所定温度以下に冷却する必要がある。また、マスクパターンＭのパターン形状によっては、オイル凝縮ローラＣと印刷ローラＰとの接触位置が固定されてしまい、印刷ローラＰに対するオイルの転写精度が低下してマスクパターンＭのパターン精度が劣化するおそれがある。

このような問題を解決するため、図６に示した従来のマスク形成ユニットにおいては、オイル凝縮ローラＣに冷却媒体の循環機構を設けて強制冷却させる構成とするとともに、オイル凝縮ローラＣをその軸方向（矢印Ａ方向）に周期的に揺動させる揺動機構Ｗを設けている。これにより、オイル凝縮ローラＣへのオイル凝縮付着効率の低下防止と、印刷ローラＰに対するオイルの転写精度の低下防止を図るようにしている。

特開２０００−１４４３７５号公報

しかしながら、図６に示した構成の従来のマスク形成ユニットを備えた巻取式真空蒸着装置においては、オイル凝縮ローラＣが強制冷却機構と揺動機構とを具備する構成であるため、オイル凝縮ローラＣの構成が複雑化し、組立て作業性が煩雑化するという問題がある。また、真空下において可動部へ冷却水を循環供給させる必要があるため、特殊な継ぎ手構造が必要となり、装置コストの上昇を招くという問題もある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、オイルの凝縮付着効率の低下および印刷ローラに対するオイルの転写効率の低下を抑制しつつ、オイル凝縮ローラの構成の簡素化と組立て作業性の向上を図ることができる巻取式真空成膜装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の巻取式真空成膜装置は、フィルムに成膜材料の成膜領域を画定するマスクパターンを形成するマスク形成手段を備え、このマスク形成手段は、マスクパターンを形成するオイルの供給源と、供給源から供給されたオイルを外周に保持する第１ローラと、フィルムの成膜面にオイルをマスクパターンとして転写する第２ローラと、第１ローラと第２ローラとの間に配置され第１ローラから第２ローラへオイルを転写する第３ローラとを有するとともに、第１ローラを冷却する冷却機構と、第３ローラを第１，第２ローラに対して軸方向に周期的に揺動させる揺動機構とを備えたことを特徴とする。

本発明において、第１ローラは、オイル蒸気を凝縮付着させるオイル凝縮ローラに対応し、第２ローラは、オイルパターンをフィルムの成膜面に印刷する印刷ローラに対応する。本発明では、これら第１ローラと第２ローラとの間に、第１ローラから第２ローラへオイルを転写する転写ローラを第３ローラとして配置している。そして、上記冷却機構を第１ローラに設置する一方、上記揺動機構を第３ローラに設置することにより、第１ローラにおけるオイル凝縮付着効率の低下と、第２ローラに対するオイルの転写効率の低下を抑制するようにしている。

従って、本発明によれば、オイル凝縮ローラをその軸方向に揺動させない構成であるので、オイル凝縮ローラに対する冷却機構の設置を容易とし、冷却機能を有するオイル凝縮ローラの構成を簡素化し、組立て性の向上と製造コストの低減を図ることができる。

一方、オイル凝縮ローラは、通常、その表面層がセラミック系の比較的硬質の材料からなるとともに、表面に微細な凹凸構造を有する。一方、印刷ローラは、ゴムや樹脂などのプラスチック系材料で表面の印刷版が形成されている。従って、上述した従来のマスク形成ユニットにおいては、オイル凝縮ローラが軸方向に揺動することで、これに接触する印刷ローラの表面層が摩耗し易くなる。その結果、フィルムに対するマスクパターンの転写精度が低下し、印刷ローラの交換頻度が高くなるなどして、長期にわたるマスクパターンの転写精度を安定に維持することができなくなる。

そこで、本発明では、第１ローラ（オイル凝縮ローラ）と第２ローラ（印刷ローラ）との間に第３ローラ（転写ローラ）を配置した上記構成において、第３ローラの表面層を、第１ローラよりも軟質の材料（例えばウレタンゴム等の軟質樹脂材料）で形成することにより、この第３ローラと第２ローラとの間の相対移動による第２ローラの表面層の摩耗低減を図っている。これにより、第２ローラの寿命を高めて、フィルムに対するマスクパターンの高精度な転写形成を長期にわたり安定して行うことが可能となる。より好適には、第３ローラの表面層を第２ローラの表面層よりも軟質の材料で形成する。これにより、第２ローラをより長期にわたって保護することが可能となる。

以上述べたように、本発明の巻取式真空成膜装置によれば、オイル凝縮ローラと印刷ローラとの間に第３のローラとして転写ローラを設置するとともに、オイル凝縮ローラを冷却する冷却機構と、転写ローラを軸方向に周期的に揺動させる揺動機構とを有しているので、オイルの凝縮付着効率の低下および印刷ローラに対するオイルの転写効率の低下を抑制しつつ、オイル凝縮ローラの構成の簡素化と組立て作業性の向上を図ることができる。また、印刷ローラによるフィルムへのマスクパターンの転写精度の低下防止を図ることができる。

また、転写ローラの表面層をオイル凝縮ローラの表面層よりも軟質の材料で形成することにより、印刷ローラに対する転写ローラの相対移動による印刷ローラの表面層の磨耗低減を図り、印刷ローラの寿命を高めて、フィルムに対するマスクパターンの高精度な転写形成を長期にわたり安定して行うことが可能となる。

本発明の実施形態による巻取式真空成膜装置としての巻取式真空蒸着装置の概略構成図である。 図１の巻取式真空蒸着装置におけるマスク形成ユニットによって形成されるマスクパターンの一例を示す図であり、Ａは金属膜の蒸着前、Ｂはその蒸着後を示している。 図１の巻取式真空蒸着装置におけるマスク形成ユニットの構成を示す概略側面図である。 図３のマスク形成ユニットの概略平面図である。 図３のマスク形成ユニットにおける転写ローラの揺動機構の構成例を説明する図である。 従来の巻取式真空成膜装置におけるマスク形成ユニットの構成を示す概略斜視図である。

符号の説明

１０ 巻取式真空蒸着装置
１１ 真空チャンバ
１２ 原料フィルム
１３ 巻出しローラ
１４ キャンローラ（冷却用ローラ）
１５ 巻取りローラ
１６ 蒸発源
２０ マスク形成ユニット
２１ バックアップローラ
２５ オイルパターン
２６ 金属膜
３１ オイル凝縮ローラ
３２ 転写ローラ
３３ 印刷ローラ

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、巻取式真空成膜装置として、巻取式真空蒸着装置に本発明を適用した例について説明する。

図１は、本発明の実施形態による巻取式真空蒸着装置１０の概略構成図である。本実施形態の巻取式真空蒸着装置１０は、真空チャンバ１１と、フィルム１２の巻出しローラ１３と、冷却用キャンローラ１４と、フィルム１２の巻取りローラ１５と、蒸着物質の蒸発源１６とを備えている。

真空チャンバ１１は、配管接続部１１ａ，１１ｃを介して図示しない真空ポンプ等の真空排気系に接続され、その内部が所定の真空度に減圧排気されている。真空チャンバ１１の内部空間は、仕切板１１ｂにより、巻出しローラ１３、巻取りローラ１５等が配置される室と、蒸発源１６が配置される室とに仕切られている。

フィルム１２は、所定幅に裁断された長尺の絶縁性プラスチックフィルムでなり、例えば、ＯＰＰ（延伸ポリプロピレン）フィルム、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）フィルム等が用いられる。フィルム１２は、巻出しローラ１３から繰り出され、複数のガイドローラ及びキャンローラ１４を介して巻取りローラ１５に巻き取られるようになっている。なお、巻出しローラ１３及び巻取りローラ１５には、図示せずとも回転駆動部が設けられている。

キャンローラ１４は筒状で鉄等の金属製とされ、内部には冷却媒体循環系等の冷却機構や、キャンローラ１４を回転駆動させる回転駆動機構等が備えられている。キャンローラ１４の周面には所定の抱き角でフィルム１２が巻回される。キャンローラ１４に巻き付けられたフィルム１２は、その外面側の成膜面が蒸発源１６からの蒸着物質で成膜されると同時に、キャンローラ１４によって冷却される。

以上の巻出しローラ１３、キャンローラ１４、巻取りローラ１５及びその他のガイドローラにより、真空チャンバ１１内でフィルム１２を走行させる本発明に係る「走行手段」が構成されている。

蒸発源１６は、蒸着物質を収容するとともに、蒸着物質を抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱等の公知の手法で加熱蒸発させる機構を備えている。この蒸発源１６は、キャンローラ１４の下方に配置され、蒸着物質の蒸気を、対向するキャンローラ１４上のフィルム１２上へ付着させ被膜を形成させる。なお、この蒸発源１６は、走行中のフィルム１２に成膜材料を成膜する本発明に係る「成膜手段」に対応する。

蒸着物質としては、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）等の金属元素単体のほか、Ａｌ−Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｆｅ（鉄）ッＣｏ等の二種以上の金属あるいは多元系合金が適用される。なお、蒸発源１６は一つに限らず、複数設けられてもよい。

本実施形態の巻取式真空蒸着装置１０は、更に、マスク形成ユニット２０を備えている。マスク形成ユニット２０は、蒸発源１６の上流側、即ち、巻出しローラ１３と蒸発源１６（キャンローラ１４）との間に設置されている。マスク形成ユニット２０は、本発明の「マスク形成手段」を構成する。

図２はフィルム１２の成膜面を示している。マスク形成ユニット２０は、例えば図２Ａにおいてハッチングで示す形状のマスクパターン（オイルパターン）２５をフィルム１２の成膜面のほぼ全面にわたって塗布するように構成されている。マスクパターン２５上には金属膜が成膜されないので、成膜後は、マスクパターン２５の開口部２５ａに蒸着物質が被着した略矩形状の金属パターンが連接部２６ａを介して所定ピッチで連接される形態の金属膜２６が成膜される。なお、金属膜２６の成膜形態は上記に限定されるものではない。

なお、各金属膜２６はそれぞれコンデンサ片を構成するとともに、連接部２６ａは、一部で絶縁破壊が生じた際に、発生した電流のジュール熱で溶断するように構成され、コンデンサの絶縁破壊領域を個片単位で最小限に抑える、自己保安機能型のフィルムコンデンサとして機能する。

図３はマスク形成ユニット２０の概略構成図である。マスク形成ユニット２０は、オイル噴射源３１Ａと、オイル凝縮ローラ（第１ローラ）３１と、転写ローラ（第３ローラ）３２と、印刷ローラ（第２ローラ）３３と、バックアップローラ２１とを有している。

オイル凝縮ローラ３１は、オイル噴射源３１Ａから噴出されたオイル蒸気をその周面で凝縮させ、付着したオイルを保持する。オイル凝縮ローラ３１の表面層は、セラミック系の比較的硬質の材料からなり、表面に微細な凹凸構造を有している。

転写ローラ３２は、オイル凝縮ローラ３１に転接し、オイル凝縮ローラ３１の周面に付着したオイルを印刷ローラ３３へ転写する。転写ローラ３２の表面層は、オイル凝縮ローラ３１の表面層よりも軟質の材料、例えばウレタンゴム等の軟質樹脂材料で形成されている。

印刷ローラ３３は、その外周面に、転写ローラ３３から供給されたオイルをフィルム１２の成膜面へマスクパターン２５として転写形成する印刷版を備えている。印刷版はゴムや樹脂等で作製されている。バックアップローラ２１は、印刷ローラ３３との間でフィルム１２を挟み、印刷ローラ３３にフィルム１２を圧接させる。

オイル噴射源３１Ａ、オイル凝縮ローラ３１、転写ローラ３２及び印刷ローラ３３の各軸の両端は、共通のフレーム体３４に支持されている。フレーム体３４は、真空チャンバ１１の内壁面に一体固定されている。オイル凝縮ローラ３１、転写ローラ３２及び印刷ローラ３３は、フィルム１２の走行に同期して連れ回り回転するように構成されるか、これらローラの一部または全部を回転駆動させる駆動ユニットが設けられる。

図４は、マスク形成ユニット２０の概略平面図である。マスク形成ユニット２０は、オイル凝縮ローラ３１を冷却する冷却機構と、転写ローラ３２をオイル凝縮ローラ３１及び印刷ローラ３３に対して軸方向（矢印Ｈ方向）に周期的に揺動させる揺動機構とを備えている。

オイル凝縮機構３１の冷却機構は、オイル凝縮ローラ３１の内部に形成された冷却媒体（冷却油、冷却水など）の循環パイプ３５と、この循環パイプ３５へ冷却媒体を送出する循環ポンプ（図示略）で構成されている。これにより、オイル凝縮ローラ３１の周面温度は所定温度以下に維持され、オイルの凝縮付着効率の低下が防止される。具体的に、オイルの蒸気温度が１２５℃〜１３５℃の場合、冷媒温度は４０℃〜５０℃に設定される。

一方、上記揺動機構は、転写ローラ３２から印刷ローラ３３へのオイルの転写精度の低下を抑制するために設けられる。すなわち、マスクパターンがフィルム１２の走行方向（印刷ローラ３３の周方向）に連続したパターンを有する場合、印刷ローラ３３の当該パターン部位に連続かつ安定したオイル供給が必要となるため、転写ローラ３２を軸方向に周期的に揺動させることで、印刷ローラ３３に対する転写ローラ３２の接触領域を軸方向に広くとり、印刷ローラ３３への必要量のオイル転写を安定して行えるようにしている。

図５Ａ，Ｂは、転写ローラ３２の揺動機構の構成例を示している。
図５Ａに示した構成例では、転写ローラ３２の軸部３２Ａの一部にねじ部３２Ｂを形成するとともに、ねじ部３２Ｂに螺合する第１ギヤ３８と、この第１ギヤ３８の外周部に噛合する第２ギヤ３９を設置し、モータ４０で第２ギヤ３９を順逆両方向へ周期的に回転駆動させることにより、転写ローラ３２をＨ方向に揺動させる。
また、図５Ｂに示した構成例では、転写ローラ３２の軸部３２Ａの一端側にカム４１を配置するとともに、転写ローラ３２の軸部３２Ａの他端側に復帰ばね４２を設置し、モータ４３によるカム４１の回転駆動により、転写ローラ３２をＨ方向に周期的に揺動させる。

次に、以上のように構成される本実施形態の巻取式真空蒸着装置１０の動作について説明する。

所定の真空度に減圧された真空チャンバ１１の内部において、巻出しローラ１３から連続的に繰り出されたフィルム１２は、マスク形成工程と、蒸着工程とを経て、巻取りローラ１５に連続的に巻き取られる。

マスク形成工程では、マスク形成ユニット２０において、フィルム１２の成膜面に図２Ａに示した形態のマスクパターン２５が印刷される。マスクパターン２５が形成されたフィルム１２は、キャンローラ１４に巻回される。なお、必要に応じて、フィルム１２に電子線等の荷電粒子線を照射する等のキャンローラ１４に対する密着力を高める処理を施してもよい。そして、蒸発源１６から蒸発した蒸着物質がフィルム１２の成膜面に堆積することによって、図２Ｂに示す金属膜２６が形成される。金属膜２６が蒸着されたフィルム１２はガイドローラを介して巻取りローラ１５に巻き取られる。

本実施形態において、マスク形成ユニット２０は、オイル凝縮ローラ３１と印刷ローラ３３との間に転写ローラ３２が配置された構成を有するとともに、オイル凝縮ローラ３１を冷却する冷却機構と、転写ローラ３２を軸方向へ周期的に揺動させる揺動機構とを備えている。上記冷却機構により、オイル凝縮ローラ３１におけるオイル蒸気の凝縮効率の低下を抑え、必要量のオイル付着量を安定して確保できる。また、上記揺動機構により、印刷ローラ３３に対して必要量のオイルを転写供給することが可能となり、フィルム１２に対するマスクパターン２５の転写精度の低下を防ぐことができる。

そして、本実施形態によれば、図６に示した従来のマスク形成ユニットの構成と異なり、オイル凝縮ローラ３１をその軸方向に揺動させない構成であるので、オイル凝縮ローラ３１に対する冷却機構の設置を容易とし、冷却機能を有するオイル凝縮ローラの構成を簡素化し、組立て性の向上を図ることができる。

更に、本実施形態においては、転写ローラ３２の表面層をオイル凝縮ローラ３１の表面層よりも軟質の材料で形成したので、図６に示した従来のマスク形成ユニットの構成と比較して、印刷ローラ３３の表面層の摩耗低減を図ることができる。これにより、印刷ローラ３３の耐久性を高め、フィルム１２に対するマスクパターン２５の高精度な転写形成を長期にわたり安定して行うことが可能となる。より好適には、転写ローラ３３の表面層を印刷ローラ３３の表面層よりも軟質の材料で形成する。これにより、印刷ローラ３３をより長期にわたって保護することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば、以上の実施形態では、成膜手段として蒸発源１６を用いる真空蒸着法を適用して金属膜を成膜する例を説明したが、これに限られず、スパッタ法や各種ＣＶＤ法等、金属膜あるいは非金属膜を成膜する他の成膜法も適用可能であり、これら成膜法に合わせてスパッタターゲット等の成膜手段を適宜採用することができる。
なお、転写ローラ３２を複数のローラで構成し、この複数のローラのうち、少なくとも一つを揺動させてもよい。また、この複数のローラのうち、印刷ローラ３３に接触するローラを、印刷ローラ３３の表面層より軟質の材料としてもよい。

Claims (1)

1. 真空チャンバと、前記真空チャンバ内でフィルムを走行させる走行手段と、走行中の前記フィルムに成膜材料を成膜する成膜手段と、前記成膜手段の上流で前記フィルムに前記成膜材料の成膜領域を画定するマスクパターンを形成するマスク形成手段とを備えた巻取式真空成膜装置であって、
   前記マスク形成手段は、
   前記マスクパターンを形成するオイルを蒸発して供給する供給源と、
   前記供給源から供給されたオイルを外周で凝縮して保持し、表面層がセラミックで形成され、表面に凹凸を有する第１ローラと、
   前記フィルムの成膜面に前記オイルをマスクパターンとして転写し、表面にゴムまたは樹脂で形成された印刷版を有する第２ローラと、
   前記第１ローラと前記第２ローラとの間に配置され前記第１ローラから前記第２ローラへ前記オイルを転写し、前記第１ローラの表面層よりも軟質の樹脂材料で形成された表面層を有する第３ローラとを有するとともに、
   前記第１ローラを冷媒を循環させて冷却する冷却機構と、
   前記第３ローラを前記第１，第２ローラに対して軸方向に周期的に揺動させる揺動機構とを備えたことを特徴とする巻取式真空成膜装置。

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