JP2012516946A

JP2012516946A - 真空コーティングロール基板のための高生産性装置

Info

Publication number: JP2012516946A
Application number: JP2011549084A
Authority: JP
Inventors: ヤーディン，エドガーズ; アウスヴァルド，エドゥアードス; ガイドラズダ，アイヴァーズ
Original assignee: ズィードラーベインコーポレイテッド
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2012-07-26
Also published as: WO2010090504A3; WO2010090504A2; LV14196B; LV14196A; EP2393958A2; WO2010090504A4

Abstract

真空コーティングロール基板(3)のための生産性の高い装置(1)であり、基板前面で巻取りシステムのいかなる構成要素にも触れることなく、またそのため基板前面および蒸着されたコーティングに損傷を受けることがない装置である。上記装置は少なくとも一つのループ状巻取り装置(9)から構成され、それは基板冷却装置の分離ユニット(7)の間に設けられている。上記装置は導入部転向ローラー(11)と、中間部転向ローラー(12)と、排出部転向ローラー(13)とから構成され、どの隣り合う転向ローラー同士も単一の面で基板と接触する。提案された装置は比較的幅広のポリマー薄膜、金属箔またはそれらと類する基板上に今日的なハイテクコーティングを高い生産性で蒸着することをもたらす。配合型のコーティングの場合も含め、必要な質が得られる。長尺のロール物質の加工が可能なため、長い工程周期の間、蒸着装置は、中断をすることなく作動ができるので、装置の高い生産性を保証する。

Description

発明の詳細な説明

本発明は真空コーティングロール基板用装置に関連するものであり、主に幅や長さの大きなポリマー薄膜と金属箔に関連している。この技術分野では、通常、ロール材が長くなると、かなり長い連続的工程をもたらすので、装置の有効出力を高めることができる。真空コーティングロール基板のための機械は、さまざまな産業で大変広く使用されている。それらは以前から創作的な包装材および装飾材のために広く用いられ、また電子工学、電気工学、通信設備などさまざまな製品を製造するためのハイテク産業でなお一層頻繁に活用されている。近年はこのような装置の使用に基づいて太陽光エネルギー変換機器を実現するための仕事に注力がなされてきた。ハイテク産業は蒸着層の質に更なる厳しい要求を出す一方で、コーティング構造における層の数は増加し、蒸着材料の組み合わせは拡大している。これらの材料の配合はしばしばとても込み入っており、真空加工中の機械的あるいは熱的負荷に非常に敏感である。コーティング面（前面）の損傷を防ぐこともまた非常に重要である。

帝人株式会社の日本特許出願公開特開平8-325731による真空コーティング装置が知られている。該公知出願の目的は基板前面と蒸着コーティングの損傷を防止することである。図６に示すように、従来技術にかかる装置(20)は、初期材料の引き出しロール(21)と、誘導ローラー(22)のシステムと、基板(23)と、蒸着材料源(26)と、作り終えた製品の巻き取りロール(27)とを備えている。誘導ローラーシステムは、ローラーが基板前面(24)と接触しないように構成されている。これにより、基板前面(24)とローラー表面との摩擦はないので、基板前面の損傷が防止される。そのことは、ローラーの表面が磨耗や不完全な仕上げのために理想的でない場合に特に重要である。また、蒸着コーティングと従来装置のローラーとの接触を防ぐことも重要なことである。ともかく注目すべきことは、従来技術にかかる装置には、多くの重大な不利益があるということである。

第１に、高出力の蒸着源（マグネトロンスパッタリング装置、熱蒸着器など）の使用および／または高強度の加工のために、基板の効果的な冷却が必要である時には、従来技術に係る装置は高い生産性のシステムにはあまり役に立たない。特に、極めて薄くおよび／または過度に熱に敏感な基板には効果的な冷却が必要となる。しかしながら、誘導ローラーの独特の構成は、基板が冷却ユニット（この場合では、冷却ドラム）と充分に接触することを妨げてしまう。図１に示すように、ドラムと基板との最大接触角は180度に満たない。

真空チャンバー内でドラムの半径を大きくすることにより接触面を大きくできる可能性はとても限られている。なぜなら、それには真空チャンバーをすべての次元で大きくし、かつ強力な真空ポンプを追加して使うことが必要なため、装置の総体的な価格高騰につながるからである。第２に、前述のように、今日的なハイテク材料の生産のためには、しばしば配合型の複数成分からなるコーティングの蒸着が必要である。複数成分のコーティングを行うには、高生産性のプロセスを達成できるように、さまざまなコーティングの層を蒸着するための２つ以上のゾーンを、１つの真空チャンバー内に設定することが必要である。従来技術にかかる機器ではそのようなゾーンの設定は実現不可能である。

本発明の目的は、巻取りシステムのどの要素とも基板前面が接触することのない状態で、２つ以上の蒸着ゾーンを用いることによって、蒸着装置の生産性を向上させることである。

また、本発明の目的は、真空装置の異なるゾーンにおいて、複数の成分のコーティングからなるさまざまな層を蒸着する装置の技術的能力を拡張することでもある。

本発明のさらなる目的は、300から2000mmの比較的大きな幅を持つ薄く長いロール基板をコーティングする装置の技術的能力を拡張することである。

薄く長いロール基板をコーティングする真空装置の生産性には、通常限界がある。なぜなら、そのような基板および特に基板上に施した複数の成分のコーティングは、技術的加工中に損傷を受けるからである。

生産性を向上させるためには、冷却装置の冷却稼動面と接触する基板の面を拡大することが必要である。

それが、2つ以上の冷却ユニットと、その冷却ユニットの対の間のループ状巻取り装置とを使用して、接触面を拡大することにより、上記目標を達成できる理由である。必要であれば、冷却装置はさらに多くの冷却ユニットを含むことができ、その場合にはループ状巻取り装置は各々の冷却ユニットの対の間に設けられる。大体は、それぞれの冷却ユニットは分断弧状とする周知技術によって製造される。弧の冷却稼動面と接触する基板の面を最大化するために弧の半径は重要である。冷却ユニットはまた冷却ドラムとして製造することもできるが、それを基板冷却のために用いることは真空蒸着技術でよく知られている。冷却ユニットがどのような設計であっても、それらの基板との接触面ひいては冷却効率は、冷却稼動面に沿って基板を巻き取る間の基板の張力限界により制限されている。基板と冷却基板との接触力は、基板の張力と曲線状の冷却面の半径の両者により決定される。もし上記曲線状の面の半径が大きくなれば、接触力は下がる。出願人の実施により、10mを超える半径拡大は有意な効果を持たないことを立証している。本願で提案する設計によれば、このような制限は解消される。数台の冷却ユニットの導入は、装置の技術的能力の拡大をもたらす。なぜならば、巻取りシステムの構成要素と基板の前面とが接触しない状態で基板を巻き取るという既知の原則は守られたままで、異なるゾーンにおいて、複数成分のコーティングを別々に積層できるからである。

薄いロール基板の幅を広げてゆく場合、生産性の高い真空加工の間における損傷の危険度は大きくなってゆくことが知られている。（上述した限度内で）比較的幅広いロール基板を使用するおかげで、それぞれの冷却ユニットの間にループ状巻取り装置を設けることで装置の技術的な能力を増強することができる。なぜならば、前記ループ状巻取り装置と冷却ユニットとを一緒に用いることで基板のよじれやその他の損傷を防止するからである。

図１は、各々分断弧の形状をした２つの冷却ユニットと１つのループ状巻取り装置とが使用された、本発明の好ましい実施形態を示している。

図２は、ドラムの形状をした3つの冷却ユニットと２つのループ状巻取り装置とが使用された、本発明の実施形態を示している。

図３のａ、ｂは、ループ状巻き取り装置を示している。

図４は、転向ローラーを示している。

図５は、転向ローラーと、ローラーの移動可能な紐帯を初期位置へ戻す装置(17)のある部分を示している。

図６は、基板の前面が巻取りシステムの誘導ローラーと接触しないようにした、日本特許出願公開特開平8-325731に記載の従来技術による課題解決案を示している。

長尺ロール基板を真空コーティングする高生産性装置(1)の設計を図１に提案する。

上記装置は１つあるいはいくつかの蒸着ゾーンを備えている。ロール基板(3)は、前記蒸着ゾーン内の誘導ローラー(6)に沿って、引き出しロール(4)から巻き取りロール(5)へと巻き取られる。それぞれの蒸着ゾーンは、分離した真空チャンバー内に配されてもよいし、あるいは共通の真空チャンバーの分離した仕切り内に配されてもよい。基板冷却の装置は、２つかいくつかの分断弧の形状(７の位置、図１)あるいはドラムの形状(８の位置、図２)の冷却ユニットを含むが、これらの設計は、この技術分野で周知であり、また広く利用されている。巻取り装置は１つかいくつかのループ状巻取り装置(9)を含み、それらはそれぞれ冷却ユニットの間に設けられている。

図１は、直径1mから10mの分断弧の形状をした２つの冷却ユニットを備え、ループ状巻取り装置(9)が冷却ユニットの間に設けられた本発明の実施形態を示している。

図２は、ドラム型をした３つの冷却ユニットを備え、２つのループ状巻取り装置(9)が冷却ユニットの間に設けられた本発明の実施形態を示している。ここで提案された発明に係る装置は、蒸着したコーティングの構造、基板の種類および必要とする生産性に依存して、さらに多くの冷却ユニットやループ状巻取り装置を備えることができる。ただしループ状巻取り装置はそれぞれの冷却ユニットの対の間に設けられる。

図３は、導入部転向ローラー(11)と、中間部転向ローラー(12)と排出部転向ローラー(13)とを含むループ状巻取り装置を示している。ループ状巻取り装置の隣にある巻取りシステムの誘導ローラー(6')もまた示されている。誘導ローラーの軸は、引き出しロールから巻き取りロールに到る基板の主たる輸送方向に対して垂直になっている。

図４は転向ローラー(11)または(12)のあり得べき設計を示している。この設計により、前述のローラーの表面における基板の滑り摩擦を防止する。このような効果は、移動可能な紐帯(16)と、紐帯を初期位置に戻す装置(17)とを、ローラーの外側の面に設ける既知の方法により達成される。

図１に係る蒸着装置は、本発明の好ましい実施形態である。この装置は分断弧形状の２つの冷却ユニット(7)と、２つの蒸着ゾーンと、１つのループ状巻取り装置(9)とを含む。本提案の装置は以下のように作動する。

基板(3)は、引き出しロール(4)から誘導ローラー(6)と最初の冷却ユニット(7)の曲線的な表面とに沿って輸送され、そこで基板は蒸着源(10)によりコーティングされる。既知のPVD源（マグネトロンスパッタリング装置、熱蒸着装置など）、CVD、PECVDまたは他の装置が蒸着源として使用できる。コーティングの層（複数層）を最初の冷却ユニットの基板上に蒸着後、基板は誘導ローラー(6)に沿ってループ状巻取り装置(9)へ導かれるが、ループ状巻取り装置(9)は、基板の必要な張力を与えるため、あるいは冷却ユニットの曲線的な表面と最適な接触をさせるために、冷却ユニットの最上レベルより上に設けられている。誘導ローラー(6'、図３ａ)と導入部転向ローラー(11)とは一つの面に設けられており、導入部ローラー(11)の軸は、基板の主となる輸送方向と連関した方向に向けられており、結果として、ループ状巻取り装置での基板の移動方向は、導入部ローラー(11)の転向の角度に応じて変化する。基板はローラー(11)から中間部転向ローラー(12)へ導かれ、転向ローラー(12)の軸は、ローラー(11)によって設定された基板の新たな移動方向に対して相対的に垂直である。このとき、ローラー(12)はローラー(11)と同一の平面にある。

基板はローラー(12)を周って折り返し、排出部ローラー(13)に到るが、排出部ローラー(13)の軸は、相対的に基板の主たる輸送方向と連関した方向に、ローラー(11)の軸と同じ角度だけ向けられている。このとき、ローラー(13)は、ローラー(12)または巻取りシステムの次の誘導ローラー(6')と一つの平面内にある。転向ローラー(13)の周りを回っている間に基板はその向きを変え、以下で説明するが、ある程度横軸方向にずれた状態で、再び主たる輸送方向に沿って移動する。

こうして、基板の主たる移動方向と連関した角度で、転向ローラーの角度を連続的に方向変化したこと、および隣り合うローラーを単一平面内で連続的に並べたことで、ループ状巻取り装置の所望の機能を提供している。ループ状巻取り装置と冷却ユニットとの間に誘導ローラーがないもの、例えば冷却ユニットをドラムとしたものもまた可能である。この場合には導入部ローラーと排出部ローラーとが、対応する冷却ユニットと単一の平面内にある。上記の条件のもと、ループ状巻取り装置を基板が通過する過程において、基板はその前面がローラーやその他の巻取りシステムの構成要素と接触することなしに周回する。ローラー(11)と(13)との転向角度とループ状巻取り装置に含まれるすべてのローラー同士の距離とは、基板巻取りの主たる軸方向を横方向へずらす距離が、基板の幅プラス100mmからプラス200mmに等しくなるように選択される。

方向変化ののち、基板は２番目の冷却ユニットに到着し、そこで次の層（複数の層）が蒸着され、次に巻取りロール（完成品のロール）(5)へ巻き取られる。

基板が方向変化をしたあと，後続の基板輸送路をある程度補正することは有用である。ループ状巻取り装置と次の冷却ユニットとの間に搭載した既知の設計のセンタリング装置を使用することで実行してもよい。本発明の好ましい実施形態では、センタリング装置がループ状巻取り装置に統合されている（図3ｂ）。エッジセンサー（図示しない）の信号に応答して、駆動機構により（図示しない）、フレーム(14)とこのフレーム上に搭載されたすべての転向ローラーがわずかに方向変化する。このようにして、ループ状巻取り装置は、中心(15)の周りで転向ローラーの向きを変えると同時に、基板の移動方向をわずかに角度補正する。

本発明は、比較的幅広い基板（300から2000mm）を主として意図したものであるので、既知の方法の１つを採用することで、ローラーの表面に沿って滑らせずに、基板を転向ローラー軸に沿って動かすことができる。図４に示すように、本発明の好ましい実施形態では、それぞれのローラーの外側の面は細い紐帯(16)を含む。紐帯はベアリング（図示しない）の上を簡単に軸方向に動かすことができる。

基板は転向ローラーの紐帯と接触したままで軸方向に動かされ、紐帯を同じ方向に、図４に示す距離だけ運ぶ。基板が転向ローラーとの接触状態から離脱したとき、紐帯は解き放たれ、位置戻し装置(17)によって初期位置へ戻る。位置戻し装置の基本的な部品としてばねやゴム製テープを使用することもできる。

提案の装置は、巻取りシステムのローラーと接触せずに高品質コーティングの蒸着を提供するものなので、多くの場合、材料が巻取りロールへ巻き取られる間に、高品質を保つ手段があることが望ましい。図１に示すように、例えば間紙を用いるなどの既知のコーティング保護方法を用いてもよい。間紙(18)はロール(19)から供給され、基板と一緒に巻取りロール(5)内に巻き取られる。

こうして、本提案の装置により、比較的幅広のポリマー薄膜、金属箔および類する基板に対する生産性の高いコーティングが可能であり、また複数の成分からなるコーティングであっても必要な品質が提供される。長尺のロール基板の加工が可能であることから、蒸着装置の長時間の作動周期中に中断をせずに作動ができ、そのため装置の高い生産性が保証される。

各々分断弧の形状をした２つの冷却ユニットと１つのループ状巻取り装置とが使用された、本発明の好ましい実施形態を示している。ドラムの形状をした3つの冷却ユニットと２つのループ状巻取り装置とが使用された、本発明の実施形態を示している。ａ、ｂは、ループ状巻き取り装置を示している。転向ローラーを示している。転向ローラーと、ローラーの移動可能な紐帯を初期位置へ戻す装置(17)のある部分を示している。基板の前面が巻取りシステムの誘導ローラーと接触しないようにした、日本特許出願公開特開平8-325731に記載の従来技術による課題解決案を示している。

Claims

蒸着源と、基板冷却装置と、基板巻取りシステムとを含み、これらのすべての構成要素は、コーティングされない基板面に対して設けられ、該巻取りシステムは少なくとも１つのループ状巻取り装置を備え、ループ状巻取り装置は、基板冷却装置の分離したユニット間に設けられ、ループ状巻取り装置の転向ローラーの外側の面は、軸方向に移動できる紐帯で覆われている、
真空コーティングロール基板用装置。
前記軸方向に移動できる紐帯は、初期位置へ紐帯を戻す装置を、基板との接触ゾーンの外側に備えている請求項１に係る装置。
前記紐帯を初期位置へ戻す装置は、ばねでできている請求項２に係る装置。
前記紐帯を初期位置へ戻す装置は、ゴム製テープでできている請求項２に係る装置。