JPH05271932A - 薄膜作製装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】フレキシブルプラスチックフィルムの基板に、
金属や酸化物薄膜を成膜して食品包材フィルム、光選択
透過性フィルム等を製造する際、トラムラインやしわの
ない薄膜形成を可能とする薄膜作製装置を提供する。 【構成】真空室１０内に、回転する円筒状キャン１１と
成膜粒子発生源１２、フレキシブルプラスチックフィル
ム１５を走行する走行系、該フレキシブルプラスチック
フィルムを巻き出す巻き出しロールおよび巻き取りロー
ルを備えた薄膜作製装置において、該巻き出しロールと
該円筒状キャンとの間に、回転する円筒状予備冷却ロー
ル１６を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空蒸着法やスパッタ
リング法を用いて、フレキシブルプラスチックフィルム
に金属や酸化物薄膜を作製する際、トラムラインやしわ
のない薄膜作製を可能とする薄膜作製装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】長尺のフレキシブルプラスチックフィル
ム上に、金属や酸化物からなる薄膜を作製する方法とし
ては、めっき法、スパッタリング法、ＣＶＤ法や真空蒸
着法等がある。量産性を確保するため、堆積速度が速い
真空蒸着法が用いられることが多い。

【０００３】図２に、従来用いられている真空蒸着装置
の内部構造の概略を示す。フレキシブルプラスチックフ
ィルム１は、円筒状キャン２の周面にそって矢印の方向
に走行する。３および４は、それぞれフレキシブルプラ
スチックフィルム１の巻き出しロールおよび巻き取りロ
ールである。５は蒸発源、６はシャッターである。

【０００４】以下、その動作を説明する。円筒状キャン
２が一定速度で回転することにより円筒状キャン２に巻
き付けられたフレキシブルプラスチックフィルム１がそ
の周面にそって走行し、巻き取りロール４に案内され
る。円筒状キャン２の下部で蒸発源５より蒸発してくる
蒸発粒子がフレキシブルプラスチックフィルム１に堆積
する。

【０００５】このとき、フレキシブルプラスチックフィ
ルム１は、蒸発源５からの輻射熱や蒸発粒子の潜熱を受
ける。特に、真空蒸着法においては堆積速度が高いこと
から潜熱による熱負荷が増大し、フレキシブルプラスチ
ックフィルム１の温度が上昇する。この傾向は、特にＥ
Ｂ蒸着法において、生産性を上げるために投入ＥＢパワ
ーを増大するほど顕著になる。このため、フレキシブル
プラスチックフィルム１が熱負け・膨張し、最悪の場合
フレキシブルプラスチックフィルム１の穴あきや破断現
象が生じる。

【０００６】これを防ぐために、前記熱負荷を円筒状キ
ャン２に逃がす必要がある。そこで、フレキシブルプラ
スチックフィルム１の長尺方向の張力を増大させ、冷媒
により一定温度に保たれた円筒状キャン２との密着性を
高める、あるいはあらかじめフレキシブルプラスチック
フィルム１を帯電させ、静電引力により円筒状キャン２
との密着性を高める（特開昭62-219234 号公報等）こと
により、フレキシブルプラスチックフィルム１の冷却効
率を上げて熱負荷の低減をはかるという方法がとられて
いる。

【０００７】しかし、フレキシブルプラスチックフィル
ム１と円筒状キャン２との密着性をよくして冷却効率を
上げても、場合によってはフレキシブルプラスチックフ
ィルム１の膨張により、長尺方向に比べて張力の少ない
幅方向に伸びが発生し、しわや長尺方向に平行なすじ
（以下トラムラインという）が生じるという欠点もあ
る。そこで、幅方向の伸びを抑えるために幅方向に張力
を加えられるよう、円筒状キャンの両端に、フレキシブ
ルプラスチックフィルムの押圧機構を設けた薄膜作製装
置（特開昭61-261479 号公報等）が提唱されている。

【０００８】蒸発源からの輻射熱や蒸発粒子の潜熱によ
るフレキシブルプラスチックフィルムへの熱負荷を低減
し、前記フィルムの熱負け・膨張を防止してしわやトラ
ムラインのない成膜を行うために、冷却した円筒状キャ
ンにフレキシブルプラスチックフィルムを密着させ、蒸
発源直上での冷却効率をあげる、あるいは膨張を抑える
ために幅方向張力印加可能な機構を付加した従来の真空
蒸着装置には次のような問題点がある。すなわち、

【０００９】フレキシブルプラスチックフィルム基板
への熱負荷を低減するために、円筒状キャンにより該フ
ィルムを冷却することは必要であるが、そのために蒸発
源直上で急激に昇温したフレキシブルプラスチックフィ
ルム表面と円筒状キャンに接して冷却されている面との
温度差が瞬間的に大きくなり、熱応力が生じてしわが発
生してしまう。

【００１０】幅方向の膨張を抑えるために張力を印加
する方法では、常に膨張を抑えることができない。なぜ
ならば、フレキシブルプラスチックフィルムの、張力下
熱伸縮変形機構は、用いるフレキシブルプラスチックフ
ィルムの伸縮特性の違いおよび成膜時の張力条件等によ
り複雑に変化するからである。また、押圧機構を設ける
ことにより装置構成が複雑になり、さらに回転する円筒
状キャンと押圧機構の間に挟まれたフレキシブルプラス
チックフィルムが摩擦により切れてしまう恐れがある。

【００１１】このように、高エネルギーＥＢ蒸着法や高
レートスパッタリング法等のように、堆積速度が速く、
生産性に優れる成膜方法で、熱に弱いフレキシブルプラ
スチックフィルムに金属や酸化物を成膜するには、上記
のような問題点がある。

【００１２】以上の事情から、従来の薄膜作製装置を用
いて、トラムラインやしわのない蒸着フィルムを得るこ
とはきわめて困難である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題点
を解決するためなされたもので、フレキシブルプラスチ
ックフィルムの基板に、金属や酸化物薄膜を成膜して食
品包材フィルム、光選択透過性フィルム等を製造する
際、トラムラインやしわのない薄膜形成を可能とする薄
膜作製装置の提供を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】今回、フレキシブルプラ
スチックフィルムの粘弾性特性温度依存測定の結果、そ
の特性は、張力下で冷却することにより変化することを
見いだした。すなわち、フレキシブルプラスチックフィ
ルムの幅方向粘弾性温度依存性は、任意張力下、任意温
度で冷却するという処理を加えることにより任意に変化
させることができる。言い替えれば、通常フレキシブル
プラスチックフィルムが伸縮変形をおこす温度域におい
ても、伸縮変形が起こりにくく寸法安定性が保てるよう
に、粘弾性特性を変化させることが可能であることがわ
かった。内容を以下に説明する。

【００１５】汎用品標準グレードＰＥＴフィルムにおい
て、幅方向に３０Ｎ／ｍの張力を加えた状態で、室温か
ら２００℃まで昇温した時の幅方向貯蔵弾性率熱履歴の
一例を図３に示す（この測定条件を条件Ａとする。）。
次に、同グレードＰＥＴフィルムについて、幅方向に３
０Ｎ／ｍの張力を加えた状態で室温からいったん冷却
し、その後２００℃まで昇温した。冷却温度は０℃から
−１５０℃の範囲である。冷却温度−５０℃の時の幅方
向貯蔵弾性率熱履歴の一例を図４に示す（この測定条件
を条件Ｂとする。）。

【００１６】図３の熱履歴と図４の熱履歴は、測定温度
域全般にわたって異なるプロファイルを示す。さらに、
弾性を示す貯蔵弾性率と粘性を示す損失弾性率の比ｔａ
ｎδが最大となる温度は、条件Ａの場合は１２８℃、条
件Ｂの場合は１４０℃で違いが見られた。つまり、張力
を加えた状態でいったん冷却することにより、ＰＥＴフ
ィルムの粘弾性温度依存性を変化させることができると
考えられる。一方、粘弾性特性の変化は、伸縮挙動にも
変化をもたらすと考えられる。

【００１７】条件Ａと条件Ｂの測定結果から、ＰＥＴフ
ィルム温度２００℃における伸びは、それぞれ１７％、
３％であり、両者の伸縮挙動がたしかに異なっているこ
とがわかる。さらに、異なるグレードのＰＥＴフィルム
を用い、張力も増減して同様の測定を行ったところ、や
はり前述と同様の傾向が得られた。しかし、長尺方向に
ついて同様の測定を行ったところ、上述した粘弾性特性
変化は見られなかった。このように、ＰＥＴフィルムの
幅方向粘弾性特性温度依存性を変化させることにより、
その幅方向伸縮挙動を変化させることができる。つま
り、フレキシブルプラスチックフィルムの幅方向に任意
張力を与え、任意温度で冷却するという前処理を施すこ
とにより、通常はフレキシブルプラスチックフィルムが
伸縮変形をおこす温度域においても、伸縮変形が起こり
にくく寸法安定性が保てるように、粘弾性特性を変化さ
せることが可能である。

【００１８】本発明はこのことに着目し、真空室内に、
回転する円筒状キャンと成膜粒子発生源、フレキシブル
プラスチックフィルムを走行する走行系、該フレキシブ
ルプラスチックフィルムを巻き出す巻き出しロールおよ
び巻き取りロールを備えた従来の薄膜作製装置に加え
て、該巻き出しロールと該円筒状キャンとの間に、張力
と冷却温度を制御可能な回転する円筒状予備冷却ロール
を設けた。

【００１９】

【作用】本発明の薄膜作製装置により、フレキシブルプ
ラスチックフィルムは成膜粒子発生源に巻き出す前に任
意温度で冷却可能となる。さらに、熱負荷を受けても伸
縮変形が起こりにくく寸法安定性が保てるように、薄膜
作製前にあらかじめ幅方向粘弾性特性を変化させること
が可能となる。

【００２０】

【実施例】本発明の薄膜作製装置は、フレキシブルプラ
スチックフィルムの熱負けや伸縮変形によるしわ、トラ
ムラインを発生することなく生産性の高い成膜を可能と
するものである。

【００２１】以下本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図１は、本発明の実施例である薄
膜作製装置の概略説明図である。真空室10内部には、回
転する円筒状キャン11、ＥＢ加熱蒸発源12、ＰＥＴフィ
ルム15を巻き出す巻き出しロール13および巻き取りロー
ル14がある。巻き出しロール13と円筒状キャン11との間
には、回転する円筒状予備冷却ロール16を設けてある。
17および18は、円筒状予備冷却ロール16のテンションロ
ーラ、19および20は、円筒状キャン11のテンションロー
ラである。

【００２２】次に、具体的な動作を説明する。巻き出し
ロール10から供給されたＰＥＴフィルム15は、円筒状キ
ャン11上にくりだされる前に円筒状予備冷却ロール16に
接する。この時、ＰＥＴフィルム15に加わる幅方向張力
は、テンションローラ17およびテンションローラ18によ
り長尺方向張力を制御することにより、任意に設定可能
である。ＰＥＴフィルムの幅方向寸法変化がトラムライ
ン発生に関与するため、幅方向の張力制御が重要であ
る。幅方向張力制御可能な方法であれば上述には限定さ
れず、どのような方法でも適用可能である。一方、長尺
方向の張力は、小さすぎてＰＥＴフィルムが走行不能に
なったり、大きすぎて塑性変形を起こし、成膜後に膜割
れするほどにならない範囲であれば良い。

【００２３】ＰＥＴフィルム15は、一定速度で回転する
円筒状予備冷却ロール16において、張力下で冷却される
ことにより、その粘弾性特性が変化した状態で、円筒状
キャン11にそって走行する。そして、ＥＢ加熱蒸発源12
から蒸発した蒸発粒子がＰＥＴフィルム15に付着して成
膜される。

【００２４】この時、ＰＥＴフィルム15は、熱負荷をう
けて昇温する。しかし、ＰＥＴフィルム15は、あらかじ
め円筒状予備冷却ロール16において予備冷却されている
ため、ＰＥＴフィルム15の表面と円筒状キャン11に接す
る面との温度差が緩和され、熱応力発生が防止できる。
さらに、熱負荷によるＰＥＴフィルム15の幅方向寸法変
化は、円筒状予備冷却ロール16においてＰＥＴフィルム
15の粘弾性特性を変化することにより、最小に抑えられ
る。したがって、熱応力によるしわや、幅方向の寸法変
化によるトラムラインが発生することなく、完成度の高
い薄膜が製造でき、その後、巻き取りロール14に巻き取
られる。

【００２５】図１に示した構成の装置を用いて、実際に
成膜を行った。ＰＥＴフィルムとしては、厚さ１２ミク
ロン、幅５０cmのものを用いた。真空室を５×１０^-5ト
ールまで排気した後、走行速度１．５m/sec のＰＥＴフ
ィルム１０００ｍに、酸化マグネシウム薄膜を500 オン
グストローム成膜した。電子銃の投入パワーは３５kWで
ある。ＰＥＴフィルムの走行方向は、円筒状予備冷却ロ
ール16から円筒状キャン11の方向である。この時の円筒
状キャン11の温度は−２０℃、円筒状予備冷却ロール16
の温度は２５℃、５℃、０℃、および−１０℃にそれぞ
れ設定した。また、テンションロール17および18は、Ｐ
ＥＴフィルム長尺方向張力が１００Ｎ／ｍとなるように
設定した。このようにして形成した膜のしわおよびトラ
ムライン発生状況を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】円筒状予備冷却ロール16の温度が２５℃の
ときは、従来法と同様の成膜条件であり、円筒状キャン
11上で熱応力および部分的な膨張が発生し、しわ、トラ
ムラインが発生した。円筒状予備冷却ロール16の温度が
５℃のときは、熱応力の発生を多少緩和することはでき
るものの、ＰＥＴフィルムの粘弾性特性を変化するには
不十分であると考えられる。０℃、−１０℃のときは、
熱応力の緩和および熱負荷時の寸法安定性保持に適する
粘弾性特性変化に充分な予備冷却温度であることがわか
る。なお、酸化マグネシウムのかわりに膜厚１０００オ
ングストロームの酸化珪素膜を形成した場合も同様の結
果が得られた。

【００２８】また、円筒状予備冷却ロール16におけるＰ
ＥＴフィルム長尺方向張力を５０Ｎ／ｍとし、酸化マグ
ネシウムを用いて上述の実施例と同様の成膜試験を行っ
た。結果を表２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】円筒状予備冷却ロール16の冷却温度にかか
わらず、しわおよびトラムラインが多数発生した。これ
は、蒸発源直上でＰＥＴフィルムに熱応力および寸法変
化が生じたためと考えられる。つまり、円筒状予備冷却
ロール16におけるＰＥＴフィルム長尺方向張力が不適
で、ＰＥＴフィルムの予備冷却が十分におこなわれずさ
らに粘弾性特性が適切に制御されなかったと考えられ
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明の真空蒸着装置によれば、予備冷
却ロールにおいてフレキシブルプラスチックフィルムの
予備冷却温度および張力を制御することにより、熱負荷
時フレキシブルプラスチックフィルムの表面温度急変を
緩和し、さらにその寸法安定性を保つように粘弾性特性
を制御可能となる。つまり、蒸発源直上でのフレキシブ
ルプラスチックフィルムの熱応力発生、および幅方向の
膨張が防止可能となる。よって本装置は、フレキシブル
プラスチックフィルムの熱負けや伸縮変形によるしわ、
およびトラムラインを発生することなく、生産性の高い
成膜を可能にする装置として優れたものである。

【００３２】実際使用に供されるのは、高い生産性が重
視される用途であり、例えばアルミ蒸着、酸化珪素蒸着
等の食品包材用ガスバリヤ膜の製造に用いられる。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜作製装置の一実施例を示す概略説
明図である。

【図２】従来法による真空蒸着装置の内部構造の一例を
示す概略説明図である。

【図３】汎用品標準グレードＰＥＴフィルムにおいて、
幅方向３０Ｎ／ｍの張力下、室温から２００℃まで昇温
した時の幅方向貯蔵弾性率熱履歴の一例を示す説明図で
ある。

【図４】汎用品標準グレードＰＥＴフィルムにおいて、
幅方向３０Ｎ／ｍの張力下、室温から−５０℃まで冷却
し、その後２００℃まで昇温した時の幅方向貯蔵弾性率
熱履歴の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ フレキシブルプラスチックフィルム ２ 円筒状キャン ３ 巻き出しロール ４ 巻き取りロール ５ 蒸発源 ６ シャッター 10 真空室 11 円筒状キャン 12 ＥＢ加熱蒸発源 13 巻き出しロール 14 巻き取りロール 15 ＰＥＴフィルム 16 円筒状予備冷却ロール 17 テンションローラ 18 テンションローラ 19 テンションローラ 20 テンションローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空室内に、回転する円筒状キャンと成膜
   粒子発生源、フレキシブルプラスチックフィルムを走行
   する走行系、該フレキシブルプラスチックフィルムを巻
   き出す巻き出しロールおよび巻き取りロールを備えた薄
   膜作製装置において、該巻き出しロールと該円筒状キャ
   ンとの間に、回転する円筒状予備冷却ロールを設けたこ
   とを特徴とする薄膜作製装置。
2. 【請求項２】前記予備冷却ロールが温度制御可能である
   ことを特徴とする請求項１記載の薄膜作製装置。
3. 【請求項３】前記予備冷却ロールにおけるフレキシブル
   プラスチックフィルムのテンションが調節可能であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の薄膜作製装置。