JP3871735B2 - 金属箔基材への膜形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属箔基材への膜形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
金属箔や樹脂フィルム、紙、布などの厚さの薄いフィルム状の基材表面に薄膜をコーティングする装置として、真空蒸着装置やスパッタリング装置などの膜形成装置が使用されている。このような装置では、例えば本発明の説明図である図2に示すように、真空槽1内における蒸発源4からの蒸発物質4aの飛散方向に、水冷されたコーティングロール8が設けられている。このコーティングロール8にフィルム状の基材5を巻き掛け走行させながら、この基材5におけるコーティングロール8への巻き掛け領域表面に蒸発物質4aを付着させ、これによって、基材5表面への膜形成を行うようになっている。
【0003】
このような膜形成時には、基材5は蒸発源4からの輻射熱や蒸発物質4aが持ち込む熱等により温度が上昇する。そこで、基材5に過度の温度上昇が生じて損傷することのないように、上記のコーティングロール8は内部に水等の冷却媒体を循環させて冷却されている。
そして従来は、基材に対して上記の冷却効果が充分に与えられるように、コーティングロールは円筒状、すなわち、その外周面における軸心に平行な母線が真直な形状(以下、フラット状ともいう)に形成され、これにより、基材がその幅方向の全体にわたってコーティングロールに一様に密着して走行するように構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように外周面がフラット状のコーティングロールを用いて、例えば10〜100μmの厚さの金属箔に0.02μm以上の厚さのコーティングをアーク放電式の真空蒸着にて行う場合等には、図5に示すように、フィルム状の基材5’にシワ10…が発生して製品不良になり易いという問題を生じている。
つまり、厚さの薄い金属箔等の場合には熱容量が小さいために、蒸発源4’に対面する領域の温度が部分的に急上昇し、この温度上昇に伴って熱膨張する。この熱膨張に伴う基材5’の寸法変化は、その走行方向には、基材5’に加えられている張力によってコーティングロール8’の外周面を周方向に滑ることで吸収される。しかしながら、幅方向には張力は加わっておらず、しかも、基材5’は、フラット形状のコーティングロール8’に幅方向に一様に密着しているため、図中矢印sで示すような幅方向の変位は、摩擦力Ftにより全体にわたって拘束されている。この結果、コーティングロール8’表面で前記のようなシワ10…が生じるものとなっている。
【0005】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、コーティングロール上でのシワの発生を抑えて品質に優れたコーティング製品を得ることの可能なフィルム状基材への膜形成装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の金属箔基材への膜形成装置は、真空槽内に冷却手段を備えたコーティングロールが設けられ、このコーティングロール外周面にフィルム状の金属箔基材を巻き掛け走行させながら、巻き掛け領域における金属箔基材表面に蒸発源からの蒸発物質を付着させ膜形成を行う金属箔基材への膜形成装置において、上記コーティングロールは、巻き掛けられる金属箔基材の幅方向端部側に対応する位置での外径が中央よりも小さくかつその外周面における軸方向に沿う母線の形状が特定半径の円弧状としたクラウン状であって、巻き掛け走行させる前記金属箔基材が前記外周面の軸方向中央部で密着し端の部分で浮き上がった状態で膜形成を行うように構成されてなることを特徴としている。
【0007】
このように、端部側の外径を中央よりも小さくしたコーティングロールを用いることにより、このロールに巻き掛けて走行させる金属箔基材は、ロールとの密着度合いが端部側で小さくなり、幅方向への変位に対する摩擦力が低下して拘束力が弱くなる。この結果、熱膨張に伴う寸法変化を生じる際に、基材の端部側が幅方向に変位し易くなり、これによって、シワの発生が抑制され、品質に優れたコーティング製品を得ることができる。
他の本発明にかかる金属箔基材への膜形成装置は、真空槽内に冷却手段を備えたコーティングロールが設けられ、このコーティングロール外周面にフィルム状の金属箔基材を巻き掛け走行させながら、巻き掛け領域における金属箔基材表面に蒸発源からの蒸発物質を付着させ膜形成を行う金属箔基材への膜形成装置において、上記コーティングロールの外周面が、これに巻き掛けられる金属箔基材の幅方向端部側に対応する位置での外径を中央よりも小さくして形成されており、上記外周面における軸方向中央部に、径方向に局部的に突出する径大部が設けられていることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態について説明する。
図2は、膜形成装置としてのアーク放電式真空蒸着装置における真空槽1内の要部構成を模式的に示すものであって、真空槽1内は、隔壁1aによって蒸着室2と基材走行駆動室3とに区画されている。蒸着室2内には、形成膜に対応する材質から成る蒸発源4と、図示してはいないが、この蒸発源4の表面に真空アーク放電を発生させるためのアーク放電発生機構とが設けられている。
【0009】
一方、基材走行駆動室3内には、フィルム状の基材5が巻付けられた基材供給ロール6と、基材5を巻取る巻取ロール7と、コーティングロール8とが配設されている。
コーティングロール8は、前記隔壁1aに形成されている開口を通して、外周面の一部が蒸着室2側に突出するように配置されている。このコーティングロール8に基材供給ロール6から供給される基材5を巻き掛けて走行させ、この基材5を巻取ロール7で巻取るように構成されている。なお、走行状態の基材4に作用する張力Fp が所定の範囲内で維持されるように、基材5の走行経路上に張力自動調整装置(図示せず)がさらに設けられている。
【0010】
上記のコーティングロール8は、図1に示すように、外周面がクラウン状、すなわち、外周面における軸方向に沿う母線Lmの形状を半径R1の円弧状にして、軸方向端部側の外径を中央よりも小さくした形状で形成されている。なお、このコーティングロール8には、冷却手段としての冷却用配管(図示せず)が内部に設けられている。この冷却用配管に冷却水を循環させることにより、このコーティングロール8を水冷しながら回転駆動し得るようになっている。
上記装置により、例えばアルミニウム金属箔を基材5とし、これに例えばチタン膜をコーティングするときの操作手順について説明する。
【0011】
まず、基材供給ロール6に巻付けられた上記の基材5の先端部を、コーティングロール8に巻き掛けた後に巻取ロール7に係止し、真空槽1の基材走行駆動室3内に、図2に示す状態にセットする。また、蒸着室2内には、蒸発源4としてチタン製のターゲットを装着する。その後、図示しない真空ポンプを駆動して真空槽1内を排気し、所定の真空度に達した後に、前記アーク放電発生機構を作動し、カソードとしての蒸発源4と、アーク放電発生機構におけるアノード電極との間に所定の電圧を印加することによって、蒸発源4の表面にアーク放電を生じさせる。同時に、コーティングロール8への冷却水の循環を開始し、また、基材供給ロール6とコーティングロール8および巻取ロール7とを互いに同期させて回転させ、所定の速度で基材5の走行を開始させる。
【0012】
上記のように、蒸発源4の表面に真空中でアーク放電を生じさせることにより、放電電流が集中したアークスポットによって、蒸発源4表面の微小領域が蒸気化する。この蒸気はさらに電離してプラズマ流が形成され、このプラズマ流から、負のバイアス電圧が印加され、もしくは接地されている前記コーティングロール8の方向に正イオンが蒸発物質4aとして引き出される。これが、コーティングロール8に巻き掛けられて走行する基材5に付着し、基材5の表面に蒸発源4と同じ材質、すなわち、チタンから成る膜がコーティングされる。この膜厚が所定の厚さとなるように、基材5の走行速度、およびアーク放電電流を調整しながら上記の膜形成を継続する。
【0013】
なお、真空槽1内の雰囲気が上記のように真空の場合は、基材5表面には蒸発源4と同材質の膜がコーティングされるが、真空槽1内に反応性ガス、例えば窒素ガスを導入すると、蒸発物質4aとガスとの反応生成物、例えばTiNの膜がコーティングされる。
ところで、上記のような膜形成時には、コーティングロール8に巻き掛けられて走行する基材5には、蒸発源4からの輻射熱や蒸着物質4aが持込む熱等により温度が上昇する。これによって温度上昇が過度に生じると基材5が損傷するために、コーティングロール8にはその内部に水を循環させて冷却し、これによって、基材5の過熱が防止されている。
【0014】
一方、特に基材5が金属箔の場合には、熱容量が小さいために局部的な温度の上昇度合いが大きく、この温度上昇により、前述したように、従来は熱膨張に起因するシワが生じていた。すなわち、温度上昇に伴う熱膨張での寸法変化は、その走行方向には、基材5に加えられている張力Fpによって、図2中矢印u・uで示すように、コーティングロール8の外周面を基材5が周方向に滑ることで吸収される。しかしながら、幅方向には張力は加わっておらず、この状態で、従来は基材がコーティングロールに幅方向に一様に密着した構成であるため、基材の幅方向の変位が摩擦力により全体にわたって拘束され、この結果、基材にシワが発生していた。
【0015】
これに対し、本実施形態では、コーティングロール8として外周面がクラウン形状のものを使用している。この場合、図1に模式的に示すように、基材5は、コーティングロール8の軸方向中央部ではこのロール8に密着状態となっているが、端部側に向かうにつれて密着度合いは徐々に弱くなり、端の部分では浮き上がった状態となっている。したがって、端部側では、基材5がコーティングロール8の表面を、図中矢印sで示すように軸方向に変位する場合でも、摩擦による拘束力は弱くなる。
【0016】
この結果、熱膨張に伴って幅方向の寸法変化が基材5に生じる場合でも、その変化に応じて、基材5は、コーティングロール8の外周面上を軸方向両側に滑動する。これにより、従来生じていたシワの発生が無くなり、品質に優れたコーティング製品を安定して製造することが可能となる。
具体的な製造結果の一例を挙げれば、例えば、クラウン状のコーティングロール8として半径R1が150mのものを使用し、厚さ:50μm、幅:500mmのアルミニウム金属箔に0.1μmのチタン膜のコーティングを行ったが、シワが無くかつコーティング膜の付着強度にも優れた良質のコーティング製品を安定して製造することができた。
【0017】
なお、上記の実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば図3に示すように、軸方向中央部8aを半径R2の比較的小さな断面湾曲状とし、その両端側8b・8bはテーパ形状にすることによって、端部側の径を中央よりも細くした形状とすることも可能である。また、図4に示すように、中央部には半径R3の断面湾曲状の凸部(径大部)8cを設けて局部的に径大とし、その両側8d・8dは端部に至るまで軸心に平行な円筒面とした形状とすることも可能であり、これらの形状のコーティングロールを用いても、上記実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【0018】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明の金属箔基材への膜形成装置においては、基材が巻き掛けられて走行するコーティングロールは、基材の密着度が幅方向端部側で弱くなるように、端部側を中央部より小径にして形成されている。これにより、基材に局部的な温度上昇で熱膨張が生じる場合でも、幅方向の寸法変化に対して端部側の摩擦力による拘束が弱く、このため、幅方向への変位が許容されシワの発生が抑制される。この結果、製品不良の発生が低減され、品質に優れたコーティング製品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態におけるコーティングロールの形状と基材との関係を概略的に示す一部切欠断面図である。
【図2】 上記コーティングロールが組込まれた膜形成装置の要部構成を示す正面図である。
【図3】 コーティングロールの変形例と基材との関係を概略的に示す一部切欠断面図である。
【図4】 コーティングロールのさらに他の変形例と基材との関係を概略的に示す一部切欠断面図である。
【図5】 従来のコーティングロールを用いて膜形成を行ったときの基材におけるシワの発生を模式的に示す一部切欠断面図である。
【符号の説明】
1 真空槽
1a 隔壁
2 蒸着室
3 基材走行駆動室
4 蒸発源
4a 蒸発物質
5 金属箔基材(基材)
6 基材供給ロール
7 巻取ロール
8 コーティングロール
8c 凸部(径大部)
Claims (2)
- 真空槽内に冷却手段を備えたコーティングロールが設けられ、このコーティングロール外周面にフィルム状の金属箔基材を巻き掛け走行させながら、巻き掛け領域における金属箔基材表面に蒸発源からの蒸発物質を付着させ膜形成を行う金属箔基材への膜形成装置において、
上記コーティングロールは、
巻き掛けられる金属箔基材の幅方向端部側に対応する位置での外径が中央よりも小さくかつその外周面における軸方向に沿う母線の形状が特定半径の円弧状としたクラウン状であって、巻き掛け走行させる前記金属箔基材が前記外周面の軸方向中央部で密着し端の部分で浮き上がった状態で膜形成を行うように構成されてなる
ことを特徴とする金属箔基材への膜形成装置。 - 真空槽内に冷却手段を備えたコーティングロールが設けられ、このコーティングロール外周面にフィルム状の金属箔基材を巻き掛け走行させながら、巻き掛け領域における金属箔基材表面に蒸発源からの蒸発物質を付着させ膜形成を行う金属箔基材への膜形成装置において、
上記コーティングロールの外周面が、これに巻き掛けられる金属箔基材の幅方向端部側に対応する位置での外径を中央よりも小さくして形成されており、上記外周面における軸方向中央部に、径方向に局部的に突出する径大部が設けられている
ことを特徴とする金属箔基材への膜形成装置。
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