JP5928079B2

JP5928079B2 - 真空蒸着装置

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Publication number: JP5928079B2
Application number: JP2012074866A
Authority: JP
Inventors: 清司伊関
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: JP2013204098A; WO2013146601A1

Description

本発明は真空蒸着装置に関し、詳しくは、フィルム上に異なる元素からなる混合膜を形成するための真空蒸着装置に関する。

従来、真空槽中を走行するフィルムに複数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、特許文献１には、複数の蒸着材料１０を収納した複数の坩堝を、図７に示すように、走行するフィルムの走行方向と交差する方向にほぼ同一線上に、混在するように配置された装置が記載されている。この装置は、複数の蒸着材料１０（主として金属）から蒸発した各々の材料が走行フィルムに付着するまでに時間差が生じ難いために、蒸着膜の厚み方向に均一な混合膜を形成できる利点がある。

しかしながら、この装置では、隣り合う異なる蒸着材料の間にある坩堝の側壁部の幅が未蒸発領域となるため、走行フィルムの幅方向に形成される実際の蒸着膜の総厚みは、上記側壁部の略上方では蒸着速度が低下することにより、不均一になるという問題があった。

この問題を改善する装置として、例えば、特許文献２には、真空槽内で走行するフィルムに異なる元素からなる混合膜を形成可能な真空蒸着装置において、異なる種類の蒸着材料を保持するため、これらの蒸着材料を仕分ける複数の仕切り部を備えた装置が記載されている。この装置は、異なる複数の蒸着材料間は厚みが厚い壁ではなく、薄い仕切り部で区分けされるため、異なる蒸着材料間の未蒸発領域を小さくでき、例えば加熱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ため、仕切り部の上方近傍での蒸着速度が均一になるという利点がある。

特開平６−２３５０６１号公報特開２０００−２３９８３２号公報

しかしながら、この装置では、仕切り部を固定しているために仕切り部が高温になり仕切り部が熱膨張をした場合、仕切り部がたわんでしまい意図した位置で仕切れなくなったり、装置の運転および停止を長期間繰り返した場合、仕切り部が破損したりするという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術が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、所定の組成および膜厚を有する混合膜を、高度なレベルで長時間連続的かつ安定的に形成でき、仕切り部の耐久性に優れた真空蒸着装置を提供することにある。なお、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。

上記目的は、請求項記載の発明により達成される。すなわち、真空槽内に少なくとも２種類以上の異なる蒸着材料を仕分ける仕切り部および該仕切り部を一定の間隔で保持する連結板を有する材料保持手段、ならびに蒸着材料を蒸発させる加熱手段を備え、真空槽内で走行するフィルム上に蒸着膜を形成させる真空蒸着装置において該仕切り部が仕切方向と垂直方向に伸縮可能な機構を有することを特徴とするものである。

前記材料保持手段が銅製の外枠を有しその中に仕切り部が収容されていることが好ましい。

前記材料保持手段の仕切り部と垂直方向の少なくとも１方の端部と前記材料保持手段との間にクッション材を有することが好ましい。

前記仕切り部の長尺方向がフィルムの走行方向と平行となるように設置されていることが好ましい。

前記材料保持手段がフィルム走行方向に水平移動する機構を有することが好ましい。

本発明でいう仕切り部とは少なくとも２種類の蒸着材料を保持する手段において、個々の蒸着材料が混ざらないように区分する機能を持つ部分をいう。また、本発明で使用している仕切方向とは、ある蒸着材料から隣り合う材料に向かう方向であり、板で仕切った場合には板の厚み方向となる。また、仕切方向に垂直方向とは、板で仕切った場合は板の面に沿った方向となる。本発明では仕切り部に隣接して蒸着材料が充填されている。材料は上面より蒸発していくが、垂直方向の内蒸着材料の深さ方向に平行な方向を深さ方向、それに直行する方向が長さ方向とする。本発明でいう仕切り部が仕切方向と垂直方向に伸縮可能な機構とは、長さ方向に仕切り部が寸法変化したとき、長さ方向には伸縮が可能で仕切り方向には固定されている機構をいう。

この構成によれば、異なる複数の蒸着材料間は厚みが厚い壁ではなく、薄い仕切り部で区分けされるため、異なる蒸着材料間の未蒸発領域を小さくでき、例えば加熱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。したがって、仕切り部の上方近傍での蒸着速度の低下が抑えられる。また、蒸着材料の加熱蒸発時に仕切り部が熱膨張しても、伸縮可能な機構を有しているために変形しない。さらに、前記伸縮可能な機構により、装置の運転および停止を長期間繰り返しても、仕切り部が破損しにくい。

その結果、少なくとも２種類以上の材料からなり、所定の組成および膜厚を有する混合膜を、今日求められている高度なレベルで連続的、かつ均一に形成でき、蒸着加工を繰り返しても仕切り部が破損しにくい真空蒸着装置を提供できた。

本発明の一実施形態に係る真空蒸着装置の概略全体構造を説明する図である。本発明の真空蒸着装置に用いる材料保持手段の構成を説明する図である。本発明の一実施形態に係る仕切り部の伸縮可能な機構を説明する図である。本発明の一実施形態に係る仕切り部の伸縮可能な機構を説明する図である。本発明の一実施形態に係る仕切り部と連結板との位置関係を説明する図である。本発明の一実施形態に係る仕切り部、連結板、クッション材および材料保持手段の位置関係を説明する図である。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である。

本発明の真空蒸着装置を適用できるフィルム、例えば高分子フィルムは、特に限定するものではないが、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド１２、ポリアミド４、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどからなるフィルムが挙げられる。

以下に本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態における真空蒸着装置の概略全体構造を示す。この真空蒸着装置では、真空槽６内の巻き出しロール１にセットされたフィルム１１が冷却ロール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。真空槽６の底部に配置された材料保持手段８は、加熱手段の一例である電子銃４の軸方向に向かってフィルム１１の蒸着面と平行を保ちながら低速で水平移動する。電子銃４は、材料保持手段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により加熱され蒸発した材料の一部は、冷却ロール３上を走行するフィルム１１の表面に蒸着される。なお、符号７はフィルム１１上に均一で良好な蒸着膜を形成するための遮蔽板であり、符号１５は材料保持手段８の外枠を冷却するために冷水などを流通させる冷却管である。

前記材料保持手段８が前記電子銃４から照射される電子線１２に対して遠近移動可能になっていると、電子銃４による加熱位置を変化させずに材料保持手段８を水平移動させることにより、蒸発によって減少した蒸着材料１０を供給することができる。このため、材料保持手段８内に収納されている蒸着材料１０を照射する電子線１２の照射条件、例えば電子銃４と蒸着材料１０との距離などを可能な限り一定にでき、蒸着材料１０を被蒸着材の幅方向に均一かつ長時間安定的に蒸着できる。

図２は、材料保持手段８内での仕切り部１３と蒸着材料ＡおよびＳとの状態を示したものである。図２に示すように、前記材料保持手段８内には、前記仕切り部１３が複数配置されている。このように構成されていると、異なる蒸着材料間の未蒸発領域を小さくできる。なお、蒸着材料１０が２種類の場合には、蒸着材料（例えばＡ）と蒸着材料（例えばＳ）とを交互に、すなわちＡ、Ｓ、Ａ、Ｓ・・・となるように隣り合う仕切り部１３で形成されたボックスに装填する。

仕切り部１３の間隔は、１０〜１２０ｍｍとすることが好ましい。このようになっていると、蒸着膜の組成を幅方向に均一にできるので好ましい。仕切り部１３の間隔を１０ｍｍより小さくすると、蒸着材料１０を装填するボックスの容積に比べて、仕切り部１３同士の容積が相対的に大きくなるため、補充頻度が多くなるなどの蒸着効率の低下が発生するので好ましくない。一方、仕切り部１３同士の間隔を１２０ｍｍより大きくすると、異なる蒸着材料をフィルムの幅方向に均一に蒸発させにくくなるので好ましくない。

仕切り部としては、主として炭素材よりなるカーボン板が好ましい。特に耐久性がよい、炭素繊維強化複合材料が一層好ましい。炭素材の厚みは、２〜１０ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ前後であることが一層好ましい。仕切り部１３の厚みは薄い程好ましいが、２ｍｍ未満にまで薄くすると、加熱手段からの加熱による消耗のため使用可能時間が短くなり、かえってコスト高になるので好ましくない。

図３は、材料保持手段８の内壁、クッション材１４、連結板１６および仕切り部１３の位置関係を示したものである。図３に示すように、前記仕切り部１３が前記連結板１６の溝に嵌め合わされて支持され、前記連結板１６と前記材料保持手段８の内壁との間にクッション材１４が装填されている。クッション材としては炭素繊維でできているカーボンフェルトが耐熱性も優れており好ましい。

図３の態様では、連結板１６の溝のない部分の厚みは１０〜２０ｍｍであることが好ましく、溝深さは５〜１０ｍｍであることが好ましい。連結板１６の溝のない部分の厚みおよび溝深さがこの範囲にあれば、連結板１６による仕切り部１３の支持を安定化させることができるとともに、蒸着加工時の連結板１６の局所的な変形を抑制することができる。仕切り部１３と連結板１６とのクリアランスは、仕切り部１３の長尺方向が合計０．４〜２．０ｍｍであることが好ましく、仕切り部１３の厚み方向が合計０．２〜０．５ｍｍであることが好ましい。仕切り部１３の長尺方向のクリアランスがこの範囲にあれば、２枚の連結板１６の間に仕切り部１３を容易に嵌め合わせることができる。一方、仕切り部１３の厚み方向のクリアランスがこの範囲にあれば、蒸着加工時の仕切り部１３の厚み方向の熱膨張による伸びを吸収できるとともに、２枚の連結板１６間に仕切り部１３を容易に嵌め合わせることができる。

材料保持手段８の内壁と連結板１６との間には、厚み２〜１５ｍｍのクッション材１４が少なくとも１枚装填されている。クッション材１４を装填するためのクリアランスは、クッション材をやや圧縮して入れる間隔が好ましい。

図４は、材料保持手段８の内壁、クッション材１４、連結板１６および仕切り部１３の位置関係を示した別の態様である。図４に示すように、前記仕切り部１３が前記連結板１６のクッション材が埋め込まれた溝に嵌め合わされて支持された状態で前記材料保持手段８内に収容されている。

図４の態様では、連結板１６の溝のない部分の厚みは１０〜２０ｍｍであることが好ましく、溝深さは５〜１０ｍｍであることが好ましい。連結板１６の溝深さがこの範囲にあれば、蒸着加工時の仕切り部１３の長尺方向の熱膨張による伸びを吸収できるとともに、連結板１６による仕切り部１３の支持を安定化させることができる。連結板１６の溝のない部分の厚みがこの範囲にあれば、蒸着加工時の連結板の局所的な変形を抑制することができる。

材料保持手段８の内壁と連結板１６とのクリアランスは、仕切り部１３が連結板１６に嵌め合わされた状態で、材料保持手段８から容易に取り出せれば、特に限定するものではない。

フィルム１１として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムロール（東洋紡績（株）製の東洋紡エステル（登録商標）フィルム、Ｅ５１０２、厚み１２μｍ、幅１０００ｍｍ、巻長３００００ｍ）を用いた。

仕切り部１３および連結板１６の材料として、市販の厚みが１０ｍｍの炭素繊維強化炭素材を用いた。仕切り部としては図５、図６に示した形で実施した。

蒸着源として、３〜５ｍｍ程度の大きさの粒子状の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、純度９９．５％）と酸化珪素（ＳｉＯ_２、純度９９．９％）を用い、図１に示した装置で蒸着を行った。これら蒸着材料１０を保持する材料保持手段８の外枠を銅で製作すると共に、仕切り部１３、連結板１６およびクッション材１４を材料保持手段８内に配置した。また、材料保持手段８は電子線１２の入射側に近づく方向で移動させた。さらに、底部に外径２０ｍｍφの冷却用水冷管１５を設けた構造とした。冷却水の流量は略４ｍ^３である。そして、厚みが５ｍｍの仕切り部１３で確保された幅が約１００ｍｍの各ボックスには、前記２種類の蒸着材料を交互に均一に収容した。なお、図２で，Ａは酸化アルミニウム、Ｓは酸化珪素を示す。また、酸化アルミニウムおよび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。

電子銃４として、出力２５０ｋＷのものを、材料保持手段８に対面するように配置した。この電子銃４により、材料保持手段８内に交互配置された酸化珪素、酸化アルミニウムを加熱した。この実施例では１台の電子銃４を使用したが、材料保持手段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４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４の設置台数は特に限定されない。この場合、材料保持手段８の幅を広げて仕切り部の数を増やすことで対応できる。

蒸着中の真空槽６内の圧力は、４×１０^-2Ｐａ以下を常時維持できるような排気系とした。

［比較例］
仕切り部１３と連結板１６との組み方は実施例と同じであるが、クッション材を入れずに材料保持手段８と仕切り部端面を直接接触させた。

実施例は、上記の蒸着を３００００ｍに亘って行なうという工程を３０回繰り返しても仕切り部１３が破損しなかった。一方、比較例は、１回目の蒸着加工で仕切り部１３が破損した。

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、明細書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。

本発明の真空蒸着装置は、クッション材が仕切り部の熱膨張による伸びを吸収するため、蒸着加工を繰り返しても、仕切り部が破損しにくい装置である。

１巻き出しロール
２巻き取りロール
３冷却ロール
４電子銃
５テンションロール
６真空槽
７遮蔽板
８材料保持手段
９排気装置
１０蒸着材料
１１フィルム
１２電子線
１３仕切り部
１４クッション材
１５冷却管
１６連結板

Claims

真空槽内に少なくとも２種類以上の異なる蒸着材料を仕分ける仕切り部および該仕切り部を一定の間隔で保持する連結板を有する材料保持手段、ならびに蒸着材料を蒸発させる加熱手段を備え、真空槽内で走行するフィルム上に蒸着膜を形成させる真空蒸着装置において該仕切り部が仕切方向と垂直方向に伸縮可能な機構を有することを特徴とする真空蒸着装置。
前記材料保持手段が銅製の外枠を有しその中に仕切り部が収容されている請求項１に記載の真空蒸着装置。
前記材料保持手段の仕切り部と垂直方向の少なくとも１方の端部と前記材料保持手段との間にクッション材を有する請求項１あるいは２の真空蒸着装置。
前記仕切り部の長尺方向がフィルムの走行方向と平行となるように設置されている請求項１〜３のいずれかに記載の真空蒸着装置。
前記材料保持手段がフィルム走行方向に水平移動する機構を有する請求項１〜４のいずれかに記載の真空蒸着装置。