JPH1060643A - 連続蒸着装置および連続蒸着製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電子ビームを用いたプラスチックフィルム蒸着
装置において有効な２次電子対策を施した製造装置およ
び製造方法を提供することである。 【解決手段】電子ビーム蒸着法でプラスチックフィルム
上に蒸着膜を作製するにあたり、プラスチックフィルム
基板近傍に蒸着材料があるルツボに対して相対的に負の
電場を形成することにより２次電子によるプラスチック
フィルムの帯電が防止することを特徴とする連続蒸着装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム加熱に
よりプラスチックフィルム表面に蒸着膜を連続的に作製
するための製造方法、及び製造装置に関する。詳細に
は、プラスチックフィルムが蒸着の際に２次電子により
チャージアップするのを防ぐためプラスチックフィルム
近傍の電位を下げることを特徴とした製造方法、及び製
造装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】一般的に、金属、金属酸化物等 無機物を
主成分とする薄膜を形成する方法としては真空蒸着、ス
バッタリング、ＣＶＤ等のドライプロセスで形成する方
法が適しているが、なかでも、高速製膜の点からは、真
空蒸着法が最も有利である。この中でも、経済性や材料
適応性が高いことから、電子ビーム（ＥＢ）を加熱源と
する電子ビーム加熱蒸着法が盛んに使われるようになっ
てきた。また、蒸着したプラスチックフィルムを大量生
産するために、プラスチックフィルムを連続的に走行さ
せるロールコーター型をはじめとする装置を併設してな
る電子ビーム加熱式連続蒸着装置が用いられる。

【０００３】このような電子ビームを加熱源とした連続
蒸着装置では電子ビームが蒸着源に照射されることによ
り蒸着材料がエネルギーを受けとり発熱する。その際同
時に加熱に使われる１次電子が材料表面で反射、あるい
は１次電子により材料から電子がはじき出され１次電子
に比べればエネルギーが低くかつ分布した２次電子が発
生する。

【０００４】２次電子は蒸着材料より広がるが１部は蒸
着中のプラスチックフィルム基板へと到達する。プラス
チックフィルムは絶縁物質であるため表面に電荷がたま
り静電気となる。

【０００５】過度に静電気が発生するとプラスチックフ
ィルムの耐圧を越えプラスチックフィルムに穴を開けキ
ャンロールに電荷が逃げたりプラスチックフィルム表面
に稲妻が走り電荷が逃げたりしてプラスチックフィルム
にダメージを与える。さらに静電気のためロールにプラ
スチックフィルムが密着しはがれなくなり、プラスチッ
クフィルムがロールに巻き付いてしまうこともおきる。
プラスチックフィルムがロールに巻き付くとプラスチッ
クフィルムの走行が出来なくなり蒸着が不可能となる。
このように２次電子は蒸着したプラスチックフィルムの
商品価値をなくしたり蒸着を不可能にしたりする。

【０００６】二次電子がプラスチックフィルムへ行くの
を防ぐため電子ビームを蒸着材料面の法線方向に対して
９０°方向よりいれ 材料面上に形成した磁場により電
子ビームの方向を９０°偏向して材料にあてる「９０°
偏向方式」がある。この方式では蒸着面からの２次電子
は材料面上に形成した磁場により１次電子と同様に９０
°偏向しプラスチックフィルムに到達する量は減少す
る。しかし、偏向した２次電子もどこかに当たりプラス
チックフィルムに１部は到達する。

【０００７】別の方法としてはプラスチックフィルムに
到達した電子を除去する方法がある。静電気を除去する
方法としてはアース電位に接地した除電バーが知られて
いる。しかし真空中ではうまく除電できずにかえって除
電バーにアークが飛んでしまいプラスチックフィルムに
ダメージを与えることがある。電子ビーム蒸着装置では
帯電したプラスチックフィルムの近くにプラズマを発生
させイオンにより帯電を中和する方法をとる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、９０°偏向方
式による２次電子の防止では生産性を上げるためにプラ
スチックフィルム幅を広げようとすると、蒸着材料面上
に形成する磁場が長くなり均一に必要強度が取れなくな
る。またプラズマにより静電気を除去する方法では２次
電子の発生の多い物質、蒸着の速度を上げるために投入
電力を上げた場合など２次電子が多くなると十分に静電
気が除去できなくなる。また十分に除去しようとすると
プラズマに晒す時間が必要となり、ロールとの接触を維
持している時間を長くする必要がある。つまりプラスチ
ックフィルムの走行速度を遅くするかキャンロールを大
きくしプラズマ発生装置を増やすかである。これは生産
性または装置コスト上問題である。

【０００９】本発明の目的は、電子ビームを用いたプラ
スチックフィルム蒸着装置において有効な２次電子対策
を施した製造装置および製造方法を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、電子ビーム蒸
着法でプラスチックフィルム上に蒸着膜を作製するにあ
たり、プラスチックフィルム基板近傍に蒸着材料を入れ
たルツボに対して相対的に負の電場を形成することによ
り２次電子によるプラスチックフィルムの帯電が防止で
きることを見いだした。

【００１１】即ち、真空内で連続的に走行する長尺なプ
ラスチックフィルムに電子ビームにより蒸発させた材料
をコーテングする巻き取り式蒸着装置においてプラスチ
ックフィルムに薄膜を形成する部分でプラスチックフィ
ルムの面近傍に負の電位を形成して薄膜を形成すること
を特徴とする製造方法およびその製造装置。さらに負電
位を形成する手段がプラスチックフィルムに薄膜を形成
するときに通過するキャンロールを電気的に絶縁し電源
によりキャンロールを負の電位にする製造方法およびそ
の製造装置。また、プラスチックフィルムに薄膜を形成
するときに通過するキャンロールを電気的に絶縁し２次
電子により負の電位を形成する製造方法およびその製造
装置、さらに付加的に負電位を形成するのに加えてプラ
スチックフィルムを蒸着した後キャンロールよりプラス
チックフィルムが離れる前もしくは離れる瞬間にあるい
はその両方にプラスチックフィルム近くでプラズマを形
成することを特徴とする製造方法およびその製造装置で
ある。

【００１２】本発明に言う電子ビームの発生源は特に限
定されるものではないが、一般には熱電子を電界で引き
出し加速電圧をかけて電子加速し電界、磁界により収束
し目的の材料にあてる熱陰極電子銃が使われる。熱陰極
電子銃には磁界偏向型、ピアス型等の種類がある。プラ
スチックフィルムのコーティングを高速に行なうのに特
にピアス型の大型銃が適している。

【００１３】本発明で言う巻き取り式蒸着装置のプラス
チックフィルム走行系は少なくとも３本のロールを持っ
ている。１本は蒸着するプラスチックフィルムをセット
する巻だしロールである。別の１本は蒸着がすんだプラ
スチックフィルムを巻き取る巻き取りロールである。も
う１本はキャンロールあるいはセンターロールと呼ぶロ
ールである。このロールはプラスチックフィルムに薄膜
を形成するときに該プラスチックフィルムを該ロールに
密着することによりプラスチックフィルムの位置を固定
する機能と該ロールを冷却することによりプラスチック
フィルムが蒸着源より受ける輻射熱および薄膜が形成さ
れる際気相より固相に相変化するのに伴う熱を逃がしプ
ラスチックフィルムが受ける熱ダメージを軽減する機能
を有している。

【００１４】本発明では、先の機能に加えキャンロール
に電圧を加え負電位にすることにより２次電子を軽減す
る機能を加える。

【００１５】前記３本のロール以外にプラスチックフィ
ルムを任意位置に導くガイドロール、テンションをピッ
クアップするダンサロール、ピックアップロール、プラ
スチックフィルムのシワを伸ばすエキスパンダーロー
ル、バナナロール、プラスチックフィルムの滑りを防ぐ
ニップロール等々で構成される。その他本発明を阻害し
ない限り他のロールがあってもよい。

【００１６】本発明で言う巻き取り式蒸着装置の薄膜を
形成する部分はプラスチックフィルムが蒸着材料の蒸気
に晒される部分である。一般的にはプラスチックフィル
ム走行系と材料の蒸気を発生する蒸着源は別々の部屋に
分けられている。プラスチックフィルムは走行系の部屋
をロールに沿い巻だしロールより巻き取りロールへ移動
する。その途中にプラスチックフィルムが蒸着源のある
部屋に露出される。そのときプラスチックフィルムは多
くの場合キャンロールに沿っている。この部分が薄膜を
形成する部分である。

【００１７】本発明でプラスチックフィルム近傍に負電
界を形成する方法としては絶縁された金属網をプラスチ
ックフィルム近くに配置して直流電源により負電位を与
え方法、走行するプラスチックフィルムの背面に電極板
を配置して直流電源により負電位を与える方法等々があ
る。好ましいのはキャンロールを絶縁して負電位を与え
ることである。

【００１８】キャンロールに負電位を与える方法として
は直流電源をキャンロールに接続し電位を与える方法、
２次電子を利用してキャンロールが自然にチャージアッ
プさせる方法がある。

【００１９】キャンロールの絶縁は軸受け部分、軸部
分、ロールの径方向の途中で絶縁する等どこでもよい。

【００２０】キャンロールに与える電位は電子ビームの
発生源、蒸着材料の種類投入電力により２次電子の持っ
ているエネルギーが異なるため適宜最適値を設定する必
要がある。おおよその範囲としては、−４０Ｖ以上−４
００Ｖ以下である。電圧の絶対値が低ければ２次電子が
防ぐことができず、電圧の絶対値が高ければ電圧をかけ
た部分が放電してしまう。

【００２１】プラスチックフィルム近傍に負の電界を形
成するのと併用してキャンロールよりプラスチックフィ
ルムが離れる前もしくは離れる瞬間にあるいはその両方
にプラスチックフィルム近くでプラズマを形成するとさ
らに２次電子の帯電が防げる。

【００２２】プラズマはプラズマ発生装置により形成す
る。プラズマを発生させやすいように希ガス等を導入し
て適当な圧力にしてもよいし、プラスチックフィルム等
より発生するガスを利用してもよい。プラズマを発生さ
せる方式は平板に高電圧（数百Ｖ程度）かけて放電させ
る方法、その平板の裏に磁石を配してより高密度なプラ
ズマを発生させる方法、ホロカソードを使って発生させ
る方法、熱電子を使いプラズマを発生させる方法、その
他マイクロ波、ｒｆ（ラジオ周波数交流電界）を使った
方法いずれでもよい。

【００２３】プラズマを発生させる部分はプラスチック
フィルムが蒸着源よりの蒸気に晒され同時に２次電子に
より帯電した後でキャンロール上を走行している途中お
よびキャンロールより離れる瞬間の位置にあることが好
ましい。

【００２４】プラズマはグロー放電領域のまたは近辺の
プラズマでありイオン温度は高々数百℃程度で低く電離
度も高々数％程度のものである。

【００２５】本発明におけるプラスチックフィルムと
は、有機高分子を溶融押出しし、必要に応じて、長手方
向及び／又は幅方向に延伸、冷却、熟固定を施したもの
いう。当該プラスチックフィルムは、その厚さが５〜50
0 μｍであることが一般的である。

【００２６】上記有機高分子としては、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエ
チレン−２，６−ナフタレート、ナイロン６、ナイロン
４、ナイロン66、ナイロン12、ポリ塩化ビニル、ポリ塩
化ピニリデン、ポリピニルアルコール、全芳香族ポリア
ミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイ
ミド、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリ
フェニレンオキサイド等が挙げられる。また、これらの
有機高分子は、他の有機高分子を少量共重合したり、ブ
レンドしたものでもよい。当該有機高分子には、公知の
添加剤、例えば紫外線吸収剤、帯電防止剤、可塑剤、滑
剤、着色剤等が添加されていてもよい。

【００２７】また、蒸着膜の密着力等を向上させる目的
で、上記プラスチックフィルムの少なくとも片面に、シ
ランカップリング剤やプライマー（ポリエステル系、ポ
リウレタン系、アクリル系、シリコン系等）による処
理、コロナ放電処理、低温プラズマ処理等の表面処理を
施したものを使用してもよい。

【００２８】ここで、図１は電子ビーム加熱式連続蒸着
装置の一例を示す図である。この図を用いてプラスチッ
クフィルムへの蒸着を説明する。ルツボ１１に入った材
料１０を電子銃２で加熱し蒸気を発生させる。プラスチ
ックフィルム１４は巻だしロール３より種々のロールを
経由してキャンロールに到達する。キャンロールは絶縁
され負電位になっている。プラスチックフィルムはキャ
ンロール上を移動しながら材料蒸気に晒され薄膜が形成
される。続いてプラズマ発生源７により発生したプラズ
マを通過してキャンロールを離れ巻き取りロール９に巻
き取る。

【００２９】次に実施例、比較例をあげて本発明をさら
に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により限
定されるものでない。 実施例１ 蒸着装置の概要を、図２に示す。加熱源は９０°偏向型
電子銃２である。ルツボ１１には蒸着材料１０としてア
ルミナをいれた。プラスチックフィルムとして厚さ１２
μｍ、幅５００ｍｍのＰＥＴフィルム（東洋紡績社製Ｅ
５１００）１４を巻だしロール３にセットした。ＰＥＴ
フィルムはフィルム走行系を２００ｍ／ｍｉｎで走行さ
巻き取りロール９に巻き取った。キャンロール５は絶縁
しルツボに対して−２００Ｖの電圧を直流電源を使いか
けた。さらに熱ダメージを避けるために−２０℃に冷却
した。電子ビーム出力６０ＫＷで加熱し材料の溶融状態
が安定したのを確認してシャッター１５を開き蒸着を開
始した。蒸着中の蒸着源室１３の真空度は５×１０^-2Ｐ
ａであった。１０００ｍ程度蒸着しシャッターを閉めた
後電子ビームを停止し、ＰＥＴフィルム走行を停止し
た。

【００３０】蒸着したＰＥＴフィルムを１０ｍごとに１
００サンプルをサンプリングし酸素透過量を測定した。
酸素透過度はＪＩＳ規格 Ｋ ７１２６ Ｂ法で測定し
た。測定装置はＭＯＣＯＮ社製 ＯＸ−ＴＲＡＮ １０
／５０Ａである。測定条件は温度２５℃ 湿度０％ＲＨ
である。測定したサンプルは酸素透過量５cc/m²/day/at
m 未満の範囲１のサンプルと５〜１５０cc/m²/day/atm
の範囲２のサンプルと１５０cc/m²/day/atm 以上の範囲
３のサンプルとに分類した。結果を表１に示す。

【００３１】実施例２ 図２で示すプラズマ源７を使用した以外 実施例１と同
様にサンプルを作成した。プラスチックフィルム走行系
室１２の圧力は５×１０^-2Ｐａであった。放電電流は５
Ａであった。実施例１と同じく酸素透過量を測定し結果
を表１に示す。

【００３２】実施例３ キャンロールに電源を使い−２００Ｖの電圧を積極的に
かけない以外実施例１と同様に蒸着しサンプルを作成し
た。サンプルの酸素透過量を測定した結果を表１に示
す。

【００３３】実施例４ キャンロールに電源を使い−２００Ｖの電圧を積極的に
かけない以外実施例２と同様にプラズマ源のみをしよう
しサンプルを作成し、酸素透過量を測定した。結果を表
１に示す。

【００３４】比較例１ キャンロールをアース電位に落とした以外実施例２と同
じくプラズマ源を使用してサンプルを作成した。サンプ
ルの酸素透過量を表１示す。

【００３５】比較例２ キャンロールをアース電位に落としプラズマも使用しな
いでサンプルを作成しようとした。シャターが開いた瞬
間にプラスチックフィルムがキャンロールに巻き付きサ
ンプル作成を中止した。

【００３６】

【表１】

【００３７】範囲２および範囲３に分類されたサンプル
を観察した実施例１および実施例３のサンプルでは目
視、光学顕微鏡テストでは異常が見られなかった。比較
例１の範囲２のサンプルには稲妻のような小さな放電痕
が見られた。範囲３のサンプルではＰＥＴフィルムにピ
ンホールが見られた。

【００３８】

【発明の効果】本発明によると電子ビームによる長尺プ
ラスチックフィルム蒸着において効率よく２次電子除去
を行ない。プラスチックフィルムのスムーズな蒸着を可
能にする。さらにプラスチックフィルム帯電による放電
を防止しプラスチックフィルムのダメージをなくし品質
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 連続蒸着装置の概略図である。

【図２】 連続蒸着装置の概略図である。

【符号の説明】

１ 真空槽 ２ 電子銃 ３ 巻だしロール ４ ダンサロール ５ キャンロール ６ エキスパンダーロール ７ プラズマ源 ８ ニャーロール ９ 巻き取りロール 10 材料 11 ルツボ 12 フィル走行系室 13 蒸着源質 14 プラスチックフィルム 15 シャッター 16 反射電子ブロック （図面のが符号の説明の１に相当する。他の数値も同
様である。）

フロントページの続き (72)発明者 山田 陽三 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 (72)発明者 宇野 利夫 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空内で連続的に走行する長尺なプラス
   チックフィルムに電子ビームにより蒸発させた材料をコ
   ーテングする巻き取り式蒸着装置においてプラスチック
   フィルムに薄膜を形成する部分でプラスチックフィルム
   の面近傍に負の電位を形成して薄膜を形成することを特
   徴とする連続蒸着装置。
2. 【請求項２】 請求項１においてプラスチックフィルム
   に薄膜を形成するときに通過するキャンロールを電気的
   に絶縁し電源によりキャンロールを負の電位にすること
   を特徴とする連続蒸着装置。
3. 【請求項３】 請求項１においてプラスチックフィルム
   に薄膜を形成するときに通過するキャンロールを電気的
   に絶縁し２次電子により負の電位を形成することを特徴
   とする連続蒸着装置。
4. 【請求項４】 請求項２においてプラスチックフィルム
   を蒸着した後、キャンロールよりプラスチックフィルム
   が離れる前もしくは離れる瞬間にあるいはその両方にプ
   ラスチックフィルム近くでプラズマを形成することを特
   徴とする連続蒸着装置。
5. 【請求項５】 請求項３においてプラスチックフィルム
   を蒸着した後、キャンロールよりプラスチックフィルム
   が離れる前もしくは離れる瞬間にあるいはその両方にプ
   ラスチックフィルム近くでプラズマを形成することを特
   徴とする連続蒸着装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかの連続蒸着装
   置を用いた事を特徴とする連続蒸着製造方法。