JPH0730450B2 - 連続真空蒸着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は紙、プラスチックフィルム等の基板に金属ない
し非金属を連続して蒸着する連続真空蒸着装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、紙、プラスチックフィルム等の基板に金属ないし
非金属を蒸着する薄膜形成方法は、予めコイル状に巻い
た基板を真空容器内に装填し、真空容器を充分排気した
後該基板を走行，蒸発するバッチ方式であり、大気中か
ら基板を連続して装置内に搬送する完全な連続蒸着装置
は蒸着室前後に圧力勾配を発生させ大気側と高真空室と
をシールする差動排気システム自体の考え方は公知であ
るものの連続蒸着装置としての実用化は未だ達成されて
いないのが現状である。このバッチ式従来例と差動排気
システムを第３図，第４図に示す。

第３図において、コイル状に巻かれた基板１は、蒸着室
２内にデフレクタロール３及び冷却ロール４を介して巻
取リール５に連絡して装填されている。基板１は蒸着室
２内が排気ポンプユニット29により所定の真空度に達し
た後巻取りリール５により走行し、冷却ロール４上で蒸
着時の加熱による温度上昇を減ずるように冷却されなが
ら、蒸着装置７により蒸着され巻取られる。蒸着装置７
は蒸着材８と基板１の幅方向に一定間隔を置いて複数個
配設され蒸着材８を収納する収納容器９及び該容器９の
加熱装置10から構成され蒸着材８を走行基板１に向け蒸
発させる。この時蒸発した蒸着材８は直上のみならず斜
め方向にも広がって飛ぶため、基板１から外れた冷却ロ
ール４自体に付着しないよう基板１の両端部と隙間を有
し且つ両端部とオーバラップするように位置してエッジ
マスク11で設置されている。以上のように蒸着作業は１
コイル毎基板の幅に合わせて収納容器９の数エッジマス
ク11の位置を事前に手動で設定し、真空引き、加熱、走
行、蒸着、大気開放を繰り返すバッチ作業となる。

第４図は基板を大気中から連続して真空中に供給するた
めの差動排気システムを第３図に示す蒸着室前後に付加
した図を示しており、文献等（シラー著、真空蒸着）で
公知となっている。蒸着室２はシールロール15a,15b,15
c…で仕切られ、それぞれ排気ポンプユニットと接続さ
れている圧力室16a,16b,16c…から成る入側シール装置1
2と同構成の出側シール装置13を前後に接続され大気側
から蒸着室２までシールロール15a,15b,15c…の抵抗に
よる圧力勾配の発生によって所定の真空度に保持され
る。基板１は大気中から入側シール装置12を経て蒸着室
２に搬送され、蒸着装置７により蒸着された後出側シー
ル装置13を経て大気中に搬出されることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上の連続化が実施されていない要因として、次の問題
点があげられる。先づ第１は大気側から高真空側へ圧力
勾配を発生するための排気量が膨大で排気ポンプ系が非
常に大きくなる点にある。このためシールロールにより
走行基板をピンチし、各圧力室間のリーク面積を減少さ
せる方式が取られているが、紙、プラスイチックフィル
ムのような薄い基板ではピンチにより傷が発生し、製品
品質上致命的な欠陥となるため実用上困難である。第２
は圧力室を走行基板が通過する時、圧力室間の隙間から
流れ込む気流により基板がバタツキ、傷、破損の原因と
なる点にある。第３の問題点は蒸着材が蒸着材収納容器
から蒸発し広がって飛んでいくため基板上に蒸着される
だけでなく、マスクにもトラップされる点にある。バッ
チ式の場合１バッチの時間が少なく堆積量なわずかであ
り又バッチ毎に除去作業を行えばよいが、連続式の場
合、マスク冷却ロール等にトラップされた蒸着材は蓄積
され厚みを増すため冷却ロールとマスク間の隙間を閉塞
させ該隙間を通過する基板を破損させる原因となる。更
に連続式の場合、走行基板の幅変えに対応できる必要が
あり、冷却ロールに蒸着材がトラップされると幅によっ
てはトラップされた蒸着材の上を基板が通過することに
なり蒸着が困難となる。本問題点は従来のバッチ方式で
蒸着材の歩留りが50％以下であることからも実用上極め
て深刻な問題であると言える。

第４の問題点は複数の蒸着材収納容器から蒸発させるた
め１つの収納容器から上方へ広がった蒸気が隣接する収
納容器からの蒸気とオーバラップした形で蒸着膜となる
ため幅方向の均一な膜厚分布を得るためにはそれぞれの
蒸着材温度をコントロールする熟練の技を要すバッチ方
式自体の問題点にある。即ち連続化を達成させるために
は異なった基板の幅に連続して対応する必要があり個々
の蒸着材温度管理及び収納容器加熱数の増減は時定数が
大きく実用上極めて不利である。

以上述べた主な問題点の他連続化を具現化するには大気
中から真空容器内への蒸着材の連続供給化、走行基板の
連続供給、巻取を達成する必要があり、以上の課題の解
決に実用的提案が生れず具現化に到っていないのが現状
である。

本発明の課題は、上記従来の問題点を解消することがで
きる連続真空蒸着装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による連続真空蒸着装置は、基板の接着、切断手
段を付帯し基板をシール装置へ搬入するアンコイラと、
基板の接着、切断手段を付帯し基板をシール装置から搬
出するコイラと、３本１組のシールロールによって仕切
られる複数の圧力室よりなり、各圧力室内には基板をシ
ールロールに巻付けるデフレクタロールを有するシール
装置と、上方に位置する冷却ロールとの間にチャンネル
およびエッジマスクを有し、一端に外部蒸着金属供給装
置からの蒸着金属投入口を有する長尺状蒸着材収納容器
を内装する蒸着室とを具備してなることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の作用は以下の通りである。

（１）シールロールを３本１組とし、３本ロールの２ケ
所のロール間隙間に１ケ所は大気中から真空室へ向う走
行基板を、他方は真空室から大気中へ向う走行基板を通
すことにより入側シール装置と出側シール装置を一体化
し、即ち１組３本ロールの内第１ロールと第２ロールの
隙間に大気側から真空室側へ走行する基板を通過させ、
第２ロールと第３ロールの隙間に真空室側から大気側へ
逆行する基板を通過させるシールロール１組を複数個間
隔を置いて配設し、隣設する３本１組の同構成シールロ
ール間に圧力室を形成することにより、ロール数が減少
しロール間隙間が減少することになり、排気系の容量を
大幅に低減することができることとなり併せてシール装
置のコンパクト化を図ることができる。

（２）前記シールロール各組間にデフレクタロールを設
置し、走行基板が各シールロールに10度以上巻付くよう
に配設することにより、シールロール間隙間を流れる気
流による基板のバタツキを防止できる。

（３）冷却ロールと蒸着材収納容器間に該ロール及び収
納容器と一定隙間を有し、且つ収納容器から蒸発する蒸
気を囲うようチャンネルを設置し同チャンネルを蒸気側
の内面が蒸着材融点以上に保持されるよう保熱層と外側
断熱層の２重構造に形成することにより、走行基板に蒸
着した量以外の蒸着材はチャンネルによりトラップさ
れ、液となって蒸着材収納容器内へ還流するため蒸着材
の歩留りが大幅に向上すると共に蒸着材が堆積しフィル
ムと干渉する問題も無くなる。因みに研究成果では蒸着
材歩留りが90％以上に達している。

（４）前記チャンネル内に該チャンネルと基板幅方向に
摺動可能に基板両端側にエッジマスクを設置し、走行基
板の幅に併せエッジマスクと基板との相対位置を制御す
る即ちエッジマスクを冷却ロールと一定隙間保持して設
置し、且つ走行基板の幅方向両端で微少量オーバラップ
する位置に常に位置制御することにより、チャンネル内
を上昇する蒸気が走行基板の幅以上に飛び出し、冷却ロ
ールに付着するのを防止できることになり、幅の異なる
基板を連続して安定蒸着することができる。

（５）蒸着材収納容器を基板幅方向に対して一体の容器
とすることにより蒸発面が幅方向に連続となり、基板へ
の蒸着膜厚分布が均一となり、更にエッジマスクを本容
器の上部で基板の幅に合わせて位置を変えても分布状態
が変わることが無いため安定して連続蒸着ができる。

（６）前記蒸着材収納容器の一端にせきを設け、せきの
外側に蒸着材投入口を設置すること、即ち収納容器内で
加熱され溶融状態にある蒸着材を底部で流通するように
上層をせきにより仕切り、仕切られた外側の溶融蒸着材
上に設置した蒸着材投入口からあらたな蒸着材を連続供
給することにより、蒸着材中の酸化物等が仕切られた内
側に入りこみ溶融蒸着材表面に蓄積され蒸発性能を阻害
する問題を防止できる。

（７）蒸着材は一旦受入ホッパに投入され別置の真空ポ
ンプで所定の真空度に保持された後下部のバルブを開く
ことで下段の供給ホッパに貯えられ、供給ホッパからは
スクリューフィーダ等の供給機で前記収納容器上の投入
口に蒸発量に見合った量に制御されながら連続的に投入
される。供給ホッパ内の蒸着材が下限量になった時点で
受入ホッパ下部のバルブが閉じ、受入れホッパに新たな
蒸着材が投入されるパターンを繰り返すことよって大気
とシールしながら蒸着材を投入することが可能となる。

（８）シール装置入側，出側にそれぞれ２対のリールを
旋回可能に取り付け一対のリールから払い出される又は
巻き取られている走行基板を他のリールに接着するため
の押えロール及び接着後元のリールから払い出されてい
る又は巻き取られている走行基板を切り離す切断機を備
えた基板の連続巻取・巻出機を設置することにより基板
の連続供給が可能となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成を示す部分断面側面
図、第２図は第１図における矢視Ａに沿う部分拡大断面
図である。

第１図および第２図において、1,1′は走行基板、２は
蒸着室、３はデフレクタロール、４は冷却ロール、５は
巻取リール、６は巻出リール、７は蒸着装置、８は蒸着
材、９は蒸着材収納容器、10は加熱装置、11はエッジマ
スク、12は入側シール装置、13は出側シール装置、14は
シール装置、15a,15b,15cはシールロール、16a,16b,16c
は圧力室、17はチャンネル、18は蒸着材投入口、19はア
ンコイラ、20はコイラ、21は押付ロール、22は切断機、
23はせき、24は定量供給機、25は受入ホッパ、26は供給
ホッパ、27はバルブ、28は真空ポンプ、29は排気ポンプ
ユニットを示す。

第１図において、走行基板１はアンコイラ19の２対のリ
ール６の１対に取り付けられデフレクタロール３を介し
てシール装置14に送られる。該シール装置14は３本１組
のシールロール15a,15b,15c…を複数組間隔を置いて配
設されることによって仕切られた圧力室16a,16b,16c…
を有し、同圧力室16a,16b,16c…と接続された排気ポン
プユニット29により蒸着室２に至るまで大気側から圧力
勾配を発生させ蒸着室２を所定の真空度に保っている。
走行基板１は該シールロール15a,15b,15c…の３本ロー
ルの内片側２本のロール間隙間を次々と通過し、冷却ロ
ール４上で蒸着装置７によって蒸着された後再びシール
ロール15a,15b,15c…の３本ロールの内反対側２本のロ
ール間隙間を逆に走行しシール装置14から搬出される。
大気中に搬出された走行基板はデフレクタロール３を介
してコイラ20の２対のリール５の１対に巻き取られる。
走行基板を連続して巻出，巻取るため、新しい基板１′
がアンコイラ19の他のリール６に取り付けられ、図示外
駆動装置により走行している基板１の速度と同調された
後、押付ロール21の作動により走行基板１に押し付けら
れ、新しい基板１′上に新の取り付けられている両面テ
ープ等で両基板１′,1′が接着される。更に接着される
と同時に切断機22が古い基板１を切断し、新基板１′の
みが通板される。又巻き取りも同様にコイラ20の他のリ
ール５が新の両面テープ等を貼られており、走行基板１
と同調された後押付ロール21により走行基板１を接着
し、接着と同時に切断機22が走行基板１を切断すること
により新リール５に巻き取り始める。

一方蒸着は、第２図に示すように、蒸着材収納容器９上
に設置されたチャンネル17により構成された通路内を蒸
発した蒸着材８が通過し、更に上方に設置されたエッジ
マスク11により基板幅方向に広がりを制限されて基板１
に到達することで行なわれる。この時蒸発した蒸着材８
はエッジマスク11、チャンネル17にもトラップされる
が、それぞれ内面が蒸着材収納容器９の輻射熱により蒸
着材融点以上に保持されているための液となって蒸着材
収納容器９内へ還流される。

蒸着による蒸着材８の消耗分は第２図に示す蒸着材受入
れホッパ25、バルブ27、供給ホッパ26、スクリューフィ
ーダ等の定量供給機24から成る蒸着材投入装置により供
給される。即ち先づ一定量の蒸着材８を受入れホッパ25
内に投入した後、真空ポンプ28で受入れホッパ25内を所
定の真空度に保持した後、バルブ27を開き供給ホッパ26
へ受入ホッパ25内の蒸着材８を移動させる。移動後、バ
ルブ27を閉め真空ポンプ28を停止し、供給ホッパ26内の
蒸着材８が下限量になった時点で再び前記作業を繰り返
す。この間定量供給機24は連続して蒸着材８を搬送して
いるため蒸着材収納容器９内の蒸着材８は常に一定量が
確保されている。

尚新規に投入される蒸着材は微少ではあるが、酸化物等
の不純物が含まれているため、収納容器内で蓄積され蒸
発レートが低下する問題ともなるため、収納容器の一端
にせき23を設け、せき23の外側に設けた蒸着材投入口18
から蒸着材８を投入することで不純物がせき23の外側に
蓄積し、高純度の蒸着材がせき23の下側を通過するよう
に配慮されている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来バッチ方式でしか行なわれなかっ
た紙、プラスチックフィルム等への蒸着を連続して実施
できるようになり、大幅に稼働率が向上し、生産コスト
を従来の1/2から1/3に低減することができる。又バッチ
式の場合、多品種少量生産でも同一のバッチ作業を行な
わねばならず稼働効率が悪いが、本発明によれば、小ロ
ット、大ロットを連続して接続蒸着ができるため、更に
稼働率の向上が期待できると同時に、生産のスケジュー
ルフリー化が可能である。更に大気中での巻取りのた
め、計器類が容易に設置でき、品質管理が容易であるこ
と、蒸着材の歩留りが高く逆に言えば機器内付着蒸着材
の除去作業が低減される等操作性、メンテナンス性向上
への貢献も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す部分断面側面
図、第２図は第１図における矢視Ａに沿う部分拡大断面
図、第３図および第４図は、それぞれ従来例を示す側面
図である。 1,1′……走行基板、２……蒸着室、３……デフレクタ
ロール、４……冷却ロール、５……巻取リール、６……
巻出リール、７……蒸着装置、８……蒸着材、９……蒸
着材収納容器、10……加熱装置、11……エッジマスク、
12……入側シール装置、13……出側シール装置、14……
シール装置、15a,15b,15c……シールロール、16a,16b,1
6c……圧力室、17……チャンネル、18……蒸着材投入
口、19……アンコイラ、20……コイラ、21……押付ロー
ル、22……切断機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の接着、切断手段を付帯し基板をシー
   ル装置へ搬入するアンコイラと、基板の接着、切断手段
   を付帯し基板をシール装置から搬出するコイラと、３本
   １組のシールロールによって仕切られる複数の圧力室よ
   りなり、各圧力室内には基板をシールロールに巻付ける
   デフレクタロールを有するシール装置と、上方に位置す
   る冷却ロールとの間にチャンネルおよびエッジマスクを
   有し、一端に外部蒸着金属供給装置からの蒸着金属投入
   口を有する長尺状蒸着材収納容器を内装する蒸着室とを
   具備してなることを特徴とする連続真空蒸着装置。