JPH06179959A - ガスバリヤフィルムの製造方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸素透過度及び水蒸気透湿度が小さいのみな
らず厚さが薄く透明性の良い膜が成膜されたガスバリヤ
フィルムの製造方法と装置を提供する 【構成】 電子ビーム蒸発源８に収めたガスバリヤフィ
ルムの蒸発材料１４を蒸発させて、その上方を走行する
透明な合成樹脂製の基板フィルム７の面に略垂直に入射
させるガスバリヤフィルムの製造方法に於いて、該電子
ビーム蒸発源のハースに入射する電子ビームを、該基板
フィルムの成膜ポイント２４に蒸気が略垂直に入射する
ように制御する。該蒸発源から該材料の蒸気が該基板フ
ィルムの成膜ポイントに略垂直に入射するように蒸発方
向を制御する偏向コイル１１、１２を電子銃９の銃口付
近とハース１０の側部上方とに設ける 【効果】 酸素透過度、水蒸気透湿度を損なわずに薄く
蒸発材料を蒸着して透明性のよいガスバリヤフィルムを
製造できる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、食品の包装等に使用さ
れるガス分子の透過を抑制するガスバリヤフィルムの製
造方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば食品の包装にポリエチレン
テレフタレート（ＰＥＴ）等の合成樹脂製フィルムにＳ
ｉＯｘの薄膜を付着させたガスバリヤフィルムが使用さ
れており、これで包装すると酸素透過度と水蒸気透湿度
がＰＥＴフィルムそのもので包装した場合よりも小さく
なり、内部の食品の鮮度が長く保てるようになる。具体
的には、１２μｍ厚のＰＥＴフィルムの酸素透過度を５
cc/m².day以下、水蒸気透湿度を５g/m².day以下にする
ためには、従来はＳｉＯｘ膜の膜厚に１０００オングス
トローム以上必要である。そして、１０００オングスト
ロームの膜厚では偶発的にバリヤ性の悪いものが発生し
てしまう生産管理上のことを考慮すれば、安定したバリ
ヤ性のものを得るには、少なくとも膜厚２０００オング
ストローム以上に成膜を施すことが必要であった。

【０００３】こうしたガスバリヤフィルムの製造には、
図１に示すような装置が一般的に使用されており、これ
に於いて符号ａは真空処理室で、その室内の上部には冷
却ローラーｂ、送出ローラーｃ、巻取ローラーｄを備え
た蒸着用の基板フィルムｅの巻取手段が設けられ、その
下部には電子ビーム蒸発源ｆが設けられる。該真空処理
室ａ内は排気口ｇに接続した油拡散ポンプｈ、メカニカ
ルブースターポンプｉ、油回転ポンプｊや液体窒素トラ
ップｋ、水冷（または冷凍）トラップｌで構成された真
空排気系により真空に排気される。この装置に於いて、
電子ビーム蒸発源ｆ内に例えばＳｉＯｘ膜の蒸発材料ｍ
を入れ、真空排気系により真空処理室ａ内を真空に排気
したのち、該蒸発源ｆを作動させて電子ビームを蒸発材
料ｍに照射し、蒸発が安定したところでシャッターｎを
開け、送出ローラーｃから冷却ローラーｂを巡回して巻
取ローラーｄに巻き取られるように連続走行させた基板
フィルムｅの表面に蒸発源ｆからの蒸気を入射させてＳ
ｉＯｘ膜を成膜し、ガスバリヤフィルムが製造される。

【０００４】更に、ガスバリヤ性を向上させるために、
抵抗加熱型の蒸発源にＳｉＯの蒸発材料を収め、その上
方を走行する基板フィルムの表面に被覆の初期の間、３
０〜９０°の入射角で蒸気を入射させる方法も特開昭６
１−１１３７５８号公報で提案されており、これの実施
例によれば、１１００オングストロームのＳｉＯ膜を蒸
着して酸素透過度が０．９cc/m².dayのガスバリヤフィ
ルムを製造できるということである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のＳｉＯｘ膜
を成膜したガスバリヤフィルムは透明であり、これで包
装したとき内容物を透視できる利点がある。しかし、Ｓ
ｉＯｘ膜は透明ではあるが黄色味を帯びており、１００
０〜２０００オングストロームの膜厚にすると内容物が
黄色味を帯びて観察され、内容物が食品である場合には
これは好ましくない。そのため、従来はＳｉＯｘ膜の組
成すなわちＳｉＯｘのｘ値を変化させることにより透明
に近付ける試みがなされてはいたが、この試みでは膜本
来の目的であるガスバリヤ性が損なわれてしまう結果と
なる不満があった。また、ＳｉＯｘの蒸着材料は高価で
あり、膜厚が厚いために基板フィルムの送り速度をやや
遅くせざるを得ず、生産量を多く出来ないため、ランニ
ングコストが高くなる不都合があった。ＳｉＯｘ膜の代
りに酸化チタンを基板フィルムに成膜してもガスバリヤ
フィルムを製造できるが、酸化チタンも着色を帯びた膜
であり、これも透明性に欠く。

【０００６】こうした不満、不都合は、ガスバリヤ性を
損なわずにＳｉＯｘ膜を薄く形成できれば解決できると
考えられる。ガスバリヤ性を向上させる目的で提案され
た上記公開公報の発明は、蒸気を堆積の初期に垂直に近
い入射角度で基板フィルムに入射させることにより蒸発
微粒子の一部が部分的に垂直方向に配列されて堆積し、
膜の下層が緻密な膜で形成されることによりその目的が
達成されていると推定されるが、その膜厚は黄色味を解
消できる程の厚さではない。

【０００７】本発明は、酸素透過度及び水蒸気透湿度が
小さいのみならず厚さが薄く透明性の良い膜が成膜され
たガスバリヤフィルムの製造方法と装置を提供すること
を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、真空処理室内のガスバリヤ材料の蒸発
物を収めた電子ビーム蒸発源の上方に透明な合成樹脂製
の基板フィルムを走行させ、該基板フィルムの面に該蒸
発源から該材料の蒸気を略垂直に入射させてガスバリヤ
フィルムを製造する方法に於いて、該電子ビーム蒸発源
のハースに入射する電子ビームを、該基板フィルムの成
膜ポイントに蒸気が略垂直に入射するように制御した。
この方法は、真空排気口を備えた真空処理室内に、ガス
バリヤ材料の蒸発物を収めた電子ビーム蒸発源を設け、
その上方に透明な合成樹脂製の基板フィルムを横断走行
自在に設け、該電子ビーム蒸発源から該材料の蒸気が該
基板フィルムの成膜ポイントに略垂直に入射するように
蒸発方向を制御する偏向コイルを電子銃の銃口付近とハ
ースの側部上方とに設けた装置により好都合に実施でき
る。

【０００９】

【作用】電子ビーム蒸発源内に例えばＳｉＯｘ膜の蒸発
材料を入れ、真空排気系により真空処理室内を真空に排
気したのち、該蒸発源を作動させて電子ビームを蒸発材
料に照射し、該蒸発源の上方を横断するように基板フィ
ルムを走行させ、その表面に該蒸発源から飛来する蒸気
を付着させてＳｉＯｘ膜を成膜する。こうした方法は従
来の成膜方法と特に変わりがないが、本発明では、走行
する基板フィルムが成膜ポイントを通過するとき、該蒸
発源のハースに入射する電子ビームが制御されているた
めに、該蒸発源から蒸気が該成膜ポイントに対して略垂
直に入射し、そのため該基板フィルムの表面に蒸発材料
の微粒子が略垂直方向に配列された状態で堆積し、Ｓｉ
Ｏｘ膜が形成される。この膜の全体は垂直に入射した蒸
気だけで形成されているから緻密であり、その厚さが４
００オングストローム程度で１２μｍ厚のＰＥＴフィル
ムの酸素透過度を５cc/m².day以下、水蒸気透湿度を５g
/m².day以下にすることができる。また、非常に薄い膜
でガスバリヤ性が得られるので、基板フィルムの走行速
度を従来よりも上げることが出来、生産性が向上し、高
価な蒸発材料の消費量を減少できるからコストが安くな
る。

【００１０】成膜ポイントに対して蒸気をコンスタント
に垂直に入射させるためには、該蒸発源のハースへ電子
銃から放射される電子ビームを蒸発面と成膜ポイントか
ら延ばした法線とが交わる点へ該法線に沿って入射する
ように、電子銃の銃口付近とハースの上方に設けた偏向
コイルの制御により行なわれる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づき説明すると、
図２は本発明の実施に使用したガスバリヤフィルムの製
造装置を示し、これに於いて符号１は真空排気口２を備
えた真空処理室で、その室内の上部には冷却ローラー
３、送出ローラー４、巻取ローラー５、テンションロー
ラー６を備えた蒸着用の基板フィルム７の巻取手段が設
けられ、その下部には電子ビーム蒸発源８が設けられ
る。食品包装用のガスバリヤフィルムを製造する場合、
例えばロール状に巻いたポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）等の長尺の透明な合成樹脂製のフィルムが基
板フィルム７として使用され、水冷された冷却ローラー
３を巡回して巻取ローラー５に巻き取られる。該電子ビ
ーム蒸発源８は電子銃９とハース１０を備え、該電子銃
９の銃口付近とハース１０の側部上方に設けた第１偏向
コイル１１と第２偏向コイル１２により、該電子銃９か
ら放射される電子ビーム１３がハース１０に入射する方
向を制御するようにした。該ハース１０にはＳｉＯｘや
ＴｉＯｘ、ＭｇＯなどのガスバリヤ材料の蒸発材料１４
が収められ、図示の場合は、ＳｉＯの棒状の蒸発材料１
４の複数本を基板フィルム７の走行方向に適当な間隔を
存して平行に配置した。該第１偏向コイル１１は、図３
に見られるように、電子銃９の銃口の前方に延びた水平
方向即ち左右に１対のヨーク１１ａを有する偏向コイル
と、垂直方向即ち上下に１対のヨーク１１ｂを有する偏
向コイルとを備えており、図２に示すように電源１５か
ら該第１偏向コイル１１を構成する２つの偏向コイルに
投入される電流を制御器１６により制御するようにし
た。また、第２偏向コイル１２は、図２のように、ハー
ス１０の側方で基板フィルム７の幅よりも多少広い程度
の間隔を存して設けた対向１対のヨーク１２ａ，１２ａ
を備えており、このコイル１２に投入される電源１７か
らの電流も制御器１６により制御されるようにした。該
電子銃９から放射される電子ビーム１３は、該制御器１
６が第１及び第２偏向コイル１１、１２の電流を例えば
±１０％の範囲で増減することにより、平行に配置した
棒状の各蒸発材料１４を１本ずつ順番にその長さ方向に
スキャンし、その際、電子ビーム１３が蒸発材料１４に
入射する角度も制御される。この場合、該制御器１６
は、左右１対のヨーク１１ａを持つ偏向コイルの電流を
図８に示すように３０ｍＡ位の範囲で周期的に変化さ
せ、一定時間が経過すると２００ｍＡ位の電流レベルを
変化させて再び３０ｍＡ位の範囲で周期的に変化させる
ことを繰り返すように制御する。この３０ｍＡ位の範囲
で周期的に電流を変化させると、電子ビームは同一蒸発
材料１４を幅方向に小幅にスキャンするようになり、２
００ｍＡ位の電流レベルの変化で隣の蒸発材料１４に電
子ビーム１３が移動する。そしてこれらヨーク１１ａの
電流制御とヨーク１１ｂ及び第２偏向コイル１２の電流
制御を混在させることにより、図９に示すように、各蒸
発材料１４を順次にスキャンして蒸発させることが出
来、電子ビーム１３が蒸発材料１４に入射する角度も制
御できる。尚、該電子銃９はその銃口が該蒸発材料１４
の蒸発面に対して斜めになるように設置し、電子ビーム
１３の曲げ角が少なくて済むようにした。

【００１２】該真空処理室１の排気口２には、従来と同
様の油拡散ポンプ１８、メカニカルブースターポンプ１
９、油回転ポンプ２０、液体窒素トラップ２１、水冷
（または冷凍）トラップ２２で構成された真空排気系が
接続される。２３はマスクである。

【００１３】以上の構成の装置によりＳｉＯｘのガスバ
リヤフィルムを製造する場合、真空処理室１内を１０^-5
Torr台に排気し、該室１内の用意したＰＥＴ等の基板フ
ィルム７を走行させ、制御器１６を調整して電子銃９か
ら蒸発源８のハース１０内に用意した複数本のＳｉＯｘ
の蒸発材料１４を電子ビーム１３で順番にスキャンす
る。蒸発材料１４は電子ビーム１３の照射で加熱蒸発
し、その上方を走行する基板フィルム７の表面にＳｉＯ
ｘの膜が成膜されてガスバリヤフィルムが製造される。
該ＳｉＯｘの膜の膜厚は、基板フィルム７の走行速度と
電子銃９の出力により変化し、例えば電子銃９の出力が
５Kwの場合、該膜厚を１０００オングストロームに成膜
するときは２０m/minで該基板フィルム７を走行させ、
４００オングストロームに成膜するときは５０m/minで
走行させる。

【００１４】該ハース１０から蒸発する蒸気を基板フィ
ルム７に略垂直に入射させれば、酸素透過度と水蒸気透
湿度が小さな緻密なＳｉＯｘの膜が形成され、所定の酸
素透過度等を得るために薄い膜を形成すれば足りるよう
になる。発明者の実験によれば、ＰＥＴの基板フィルム
に角度を各種に変えて４００オングストロームの厚さで
ＳｉＯ膜を成膜した場合、酸素透過度は図４に示すよう
に変化し、水蒸気透湿度は図５に示すように変化するこ
とが確認され、略垂直に蒸気を基板フィルムに入射させ
れば薄い膜で最良のガスバリヤ性を持たせ得ることが分
かった。また、０〜７°の略垂直で基板フィルムに蒸発
材料を入射させた場合、図６のように、成膜された膜厚
が変わると酸素透過度及び水蒸気透湿度も変わり、約４
００オングストローム以下ではガスバリヤ性が悪くなる
傾向が見られた。４００オングストローム程度の厚さで
は、膜自体が黄色味やグレー気味であっても薄い為に透
明と殆ど変わらない。更に、電子ビームにより蒸発材料
の蒸気の入射方向を調べるために、図１の構成の装置で
電子ビーム蒸発源の真上に平板を設置し、膜厚分布を任
意の数箇所で計測したところ、図７のようになった。つ
まり、Ｙ方向では蒸発角が０°のとき膜厚分布ｔ／ｔ₀
が最大になるが、Ｘ方向では、膜厚分布が蒸発角が５°
のときに最大となった。この蒸発角５°の方向は電子ビ
ームが蒸発材料に入射する角度に相当し、これより、蒸
気は電子ビームの入射軸の方向に蒸発することが分かっ
た。

【００１５】しかし、図１に示すような従来の蒸着の方
法では、蒸着中に一時的に垂直から大きく外れた角度で
蒸気が入射し、膜の厚さ方向には斜めに入射した部分と
垂直に入射した部分とが混在した膜が形成され、膜の厚
さ方向全体に亘り走行する基板フィルム７に蒸発材料を
無駄にすることなく略垂直に近い角度で入射させ続ける
ことは困難であり、そのため成膜を厚くする必要があっ
た。

【００１６】本発明の場合、以上の知見に基づき、走行
する基板フィルム７の成膜ポイント２４を定め、該成膜
ポイント２４から延びる法線２５に沿って電子ビーム１
３が蒸発材料１４へ入射するように第１、第２偏向コイ
ル１１、１２の電流を制御し、これにより蒸発材料１４
の蒸気を走行する基板フィルム７の表面に略垂直に入射
させるようにした。この方法によれば、走行する基板フ
ィルム７に蒸発材料１４の蒸気の殆どが略垂直に入射す
るようになり、形成される膜の膜厚が４００オングスト
ロームと薄くても酸素透過度、水蒸気透湿度が小さく透
明性の良いガスバリヤフィルムを製造できる。該成膜ポ
イント２４は該蒸発源８の上方であって、基板フィルム
７の走行方向へ多少の長さと基板フィルム７の全幅に相
当する面域で構成される。

【００１７】蒸発材料１４へ広い面積で電子ビーム１３
を照射すれば、蒸発材料１４が均一に蒸発するので長時
間に亘る蒸着を行なえ、これを可能にするため、各偏向
コイル１１、１２に流す電流を制御器１６により変化さ
せ、図示の例では棒状の蒸発材料１４であるので、その
幅方向に往復するスキャンしながらその長さ方向へ電子
ビーム１３を移動させて行なうようにした。更に、該基
板フィルム７の幅が広い場合、その全幅に亘る成膜を可
能とするために、その幅間隔の数箇所に蒸発材料１４を
設け、各偏向コイル１１、１２の電流を制御して各蒸発
材料１４を順次に蒸発させるようにした。該基板フィル
ム７が４cm走行する間に、各蒸発材料１４に対してスキ
ャンしながら長さ方向へ電子ビーム１３を移動させるこ
とを１０回ずつ行なうことが可能である。

【００１８】図２の装置を使用してガスバリヤフィルム
を製造する具体的実施例は次の通りである。真空処理室
１内に、幅２０００cm、厚さ１２μｍのロール状に巻い
たＰＥＴの基板フィルム７を用意し、図２に示すように
巻取手段に取り付け、該基板フィルム７の下方に設けた
電子ビーム蒸発源８のハース１０内に、棒状に固めた長
さ１００cm、幅５cmのＳｉＯｘの蒸発材料１４の１５本
を、１５cmの間隔を存して図３のように設け、真空処理
室１内を１０^-5Torr台に真空排気する。そして、出力１
００Kwの電子銃９からの電子ビーム１３が、成膜ポイン
ト２４からいずれか一つの蒸発材料１４に延びる法線２
５に沿って該蒸発材料１４に入射するように第１、及び
第２偏向コイル１１、１２に流す電流を調整する。この
場合、該第１偏向コイル１１のヨーク１１ｂを持つ偏向
コイルに１００ｍＡの電流を流すと共にヨーク１１ａを
持つ偏向コイルに１４００ｍＡの電流レベルを有し且つ
これより±３０ｍＡの範囲で周期的に変化する電流を流
し、第２偏向コイル１２には２．３Ａの電流を流すと、
該法線２５に沿って電子ビーム１３が蒸発材料１４に入
射した。また、第２偏向コイル１２の電流値を±１０％
の範囲で制御器１６により変化させると、電子ビーム１
３は基板フィルム７の走行方向すなわち棒状の蒸発材料
１４の長さ方向に振られ、該蒸発材料１４を法線２５に
沿った入射状態を維持しながらしかもスキャンしながら
移動し、更にこれら第１偏向コイル１１のヨーク１１ａ
の偏向コイルの電流値を２００ｍＡずつ制御器１６によ
り減少させると、電子ビーム１３は平行に並んだ蒸発材
料１４に次々と電子ビーム１３が該法線２５に沿って入
射し、順次に各蒸発材料１４が均一に昇華蒸発した。
尚、スキャンの長さは１００mmで、電子ビーム１３を基
板フィルム７の幅方向に１５０mmずつ移動するように調
整し、このスキャンと移動を毎秒２００回繰り返すよう
にした。蒸発材料１４から基板フィルム７に向かう蒸気
は、この調整で指向性をもつようになり、基板フィルム
７の幅１５００mm、長さ２００mmの成膜ポイント２４に
膜厚分布が±１０％の略均一な厚さに成膜できるように
なる。蒸発源８からの昇華蒸発が安定したところで基板
フィルム７を５０m/minの速度で巻き取り、シャッター
を開いて蒸気を基板フィルム７の表面に蒸着させ、Ｓｉ
Ｏの膜を有するガスバリヤフィルムを製造した。得られ
た製品のＳｉＯ膜の膜厚平均は４００オングストローム
で、目視では黄色味も観察できない程度に透明性が高
く、製品の酸素透過度は２cc/m².day、水蒸気透湿度は
３g/m².dayであった。該ガスバリヤフィルムの光透過率
を分光光度計により２００〜１１００nmの各波長に於い
て測定したところ、基板フィルムとほぼ同じ透過率であ
った。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明の方法によれば、電
子ビーム蒸発源に収めたガスバリヤフィルムの蒸発材料
を蒸発させて、その上方を走行する透明な合成樹脂製の
基板フィルムの面に略垂直に入射させるガスバリヤフィ
ルムの製造方法に於いて、該電子ビーム蒸発源のハース
に入射する電子ビームを、該基板フィルムの成膜ポイン
トに蒸気が略垂直に入射するように制御したので、酸素
透過度、水蒸気透湿度を損なわずに薄く蒸発材料を蒸着
して透明性のよいガスバリヤフィルムを製造でき、蒸着
膜が薄いので基板フィルムの走行速度を上げて生産性を
向上でき、電子ビームをスキャン制御して蒸発材料を有
効に使用できるから製造コストも安くなる等の効果があ
り、また本発明の装置では、該蒸発源から該材料の蒸気
が該基板フィルムの成膜ポイントに略垂直に入射するよ
うに蒸発方向を制御する偏向コイルを電子銃の銃口付近
とハースの側部上方とに設けたので、上記方法を好都合
に実施できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来例の説明図

【図２】 本発明の実施例の截断側面図

【図３】 図２のＡ−Ａ部分の截断面図

【図４】 入射角による酸素透過度の変化を示す線図

【図５】 入射角による水蒸気透湿度の変化を示す線図

【図６】 蒸着膜厚の変化とガスバリヤ性の関係を示す
線図

【図７】 膜厚分布の測定結果の線図

【図８】 左右１対のヨークを持つ偏向コイルの電流制
御の線図

【図９】 蒸発材料に対する電子ビームの入射状況の平
面図

【符号の説明】

１ 真空処理室 ２ 真空排気口 ７
基板フィルム ８ 電子ビーム蒸発源 ９ 電子銃 １０
ハース １１ 第１偏向コイル １２ 第２偏向コイル １
３ 電子ビーム １４ 蒸発材料 ２４ 成膜ポイント ２
５ 法線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空処理室内のガスバリヤ材料の蒸発物
   を収めた電子ビーム蒸発源の上方に透明な合成樹脂製の
   基板フィルムを走行させ、該基板フィルムの面に該蒸発
   源から該材料の蒸気を略垂直に入射させてガスバリヤフ
   ィルムを製造する方法に於いて、該電子ビーム蒸発源の
   ハースに入射する電子ビームを、該基板フィルムの成膜
   ポイントに蒸気が略垂直に入射するように制御したこと
   を特徴とするガスバリヤフィルムの製造方法。
2. 【請求項２】 上記電子ビームは、上記蒸発物の蒸発面
   に、これと上記成膜ポイントの法線を結ぶ線に沿って入
   射するように制御したことを特徴とする請求項１に記載
   のガスバリヤフィルムの製造方法。
3. 【請求項３】 真空排気口を備えた真空処理室内に、ガ
   スバリヤ材料の蒸発物を収めた電子ビーム蒸発源を設
   け、その上方に透明な合成樹脂製の基板フィルムを横断
   走行自在に設け、該電子ビーム蒸発源から該材料の蒸気
   が該基板フィルムの成膜ポイントに略垂直に入射するよ
   うに蒸発方向を制御する偏向コイルを電子銃の銃口付近
   と蒸発源のハースの側部上方とに設けたことを特徴とす
   るガスバリヤフィルムの製造装置。