JP4763165B2

JP4763165B2 - 連続シート状材料の表面処理装置及びそのガスシール構造

Info

Publication number: JP4763165B2
Application number: JP2001220713A
Authority: JP
Inventors: 弘毅杉目; 浩三副島; 秀正吉村; 章嘉土谷
Original assignee: ヒラノ光音株式会社
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: JP2003027234A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックフィルム等のシート状材料を真空室内において連続して走行させ、その走行経路中においてプラズマやスパッタ、ＣＶＤ、蒸着等によって、該シート状材料の表面を改質したり、該表面に金属膜、酸化膜や窒化膜等のセラミックス膜を１層ないしは多層に成膜するなどの各種の表面処理を行なう、連続シート状材料の表面処理装置に関する。この種の表面処理装置は、例えば、透明フィルムに成膜することで、反射防止フィルムとしたり、タッチパネルなどの機能性フィルム、更には、磁気テープや太陽電池などの製造に好適に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空下において、連続シート状材料に対しプラズマ等による表面改質処理や、スパッタ、ＣＶＤ、蒸着等による成膜処理などの表面処理を行う表面処理装置がある。
【０００３】
かかる表面処理装置においては、シート状材料の表面や内部に存在する水などの不純ガス分子をシート状材料から除去したり、成膜性の向上や汚れ除去、表面の活性化などの目的として、上記表面処理に先立ってシート状材料を加熱処理したりプラズマ処理したりする場合がある。このような前処理により真空中に放出された不純ガスが、その後の成膜等の表面処理室内に入り込むと、満足のいく表面処理を行うことが難しい。とりわけ、金属膜、酸化膜、窒化膜などの成膜には、必要なガス分子以外のガスが混入することを極力避けねばならない。
【０００４】
また、種類の異なる膜を多層に積層する連続成膜の場合にも、各成膜処理工程間でのガスの混入を防止することが求められる。
【０００５】
しかしながら、従来は、このような不純ガスのみを除去することができず、装置全体を排気することにより、不純ガスを含む状態で必要なガス圧にしており、必ずしも満足のいく表面処理がなされていないのが実状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような不純ガスはその発生場所の近傍でできるだけ囲ってその分だけ排気することが、他室にまで拡散したガスを言わば薄めた状態で排気するよりも効率的であり、排気量も少ない。そのためには、前処理室とその後の表面処理室との間をガスシールする必要がある。
【０００７】
このような前処理室と表面処理室とのガスシール構造としては、両室間の仕切壁にシート状材料を通過させるスリット状の隙間を設けることが考えられる。しかしながら、かかるスリット状の隙間では、シート状材料が広幅になったときに問題が生じやすい。すなわち、広幅のシートでは、走行時に幅方向で波打ったり、耳端がカールしやすいため、シート状材料の表面の傷付きを防止する観点から上記隙間をある程度確保する必要があり、十分なガスシール性が得られない。一方、ガスシール性を重視すると、隙間を狭くする必要があり、シートがスリットの上下に擦れてキズがつきやすくなる。
【０００８】
また、前処理室と表面処理室とのガスシール構造としては、両室間の仕切壁に、シート状材料を送り出す一対のプレスロールを設けることも考えられる。しかしながら、プレスロールでは、シート状材料を装置にセットする際に、接触したロールを一旦離す必要があり、そのためのガスシール構造が複雑になる。また、ロールを駆動させるための構造も必要になり、更にロールが摩耗しやすいといった問題も生じる。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、前処理室と表面処理室との間のガスシール構造として、簡易な構造でありながら、シート状材料が広幅になった場合でも十分な性能が得られ、もって表面処理室への不純ガスの混入を抑えて良好な表面処理を行うことができる表面処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の連続シート状材料の表面処理装置は、真空室内において連続して走行するシート状材料に対し表面処理を施す表面処理装置であって、前記シート状材料に対して第１の処理を施す第１処理室と、その後該シート状材料に対して第２の処理を施す第２処理室とを備え、前記の第１処理室と第２処理室との間に仕切壁が設けられ、該仕切壁には、前記シート状材料が通過する開口と、該開口をガスシールする互いに平行な一対のシールロールとが設けられ、前記一対のシールロールは、両者間に微小隙間を空けて配置され、かつ、互いの軸がシート状材料の走行方向にずれた位置であって、シート状材料が両ロールにそれぞれ所定の抱き角で接触して走行するように配設され、前記仕切壁に、前記シールロールをシート状材料の非接触側において微小隙間を空けて覆う覆い体が設けられたものである。
【００１１】
また、本発明のガスシール構造は、真空室内において連続して走行するシート状材料に対し表面処理を施す表面処理装置において、表面処理室とこれに隣接する室との間のガスシール構造であって、両室を仕切る仕切壁と、該仕切壁に設けられた前記シート状材料が通過するための開口と、該開口をガスシールする互いに平行な一対のシールロールとからなり、前記一対のシールロールは、両者間に微小隙間を空けて配置され、かつ、互いの軸がシート状材料の走行方向にずれた位置であって、シート状材料が両ロールにそれぞれ所定の抱き角で接触して走行するように配設され、更に、前記仕切壁に、前記シールロールをシート状材料の非接触側において微小隙間を空けて覆う覆い体が設けられたものである。
【００１２】
かかる本発明によれば、両ロール間に微小隙間を空けて配置した一対のシールロールによって仕切壁の開口をガスシールしたことから、シート状材料を装置にセットしやすく、簡易な構造でのガスシールが可能になる。また、シート状材料が広幅になった場合でも、十分なガスシール性を確保しつつシート表面への傷つきを防止することができる。そして、第１処理室と第２処理室との間にこのようなガスシール構造を設けたことにより、両処理室間でのガスの拡散が防止されて、効率的な排気が可能になるとともに良好な表面処理を施すことができる。
【００１３】
また、前記仕切壁には、シールロールをシート状材料の非接触側において微小隙間を空けて覆う覆い体が設けられているので、覆い体によってシールロールの回転を妨げずにガスシールできる。
【００１４】
本発明の表面処理装置においては、上記の第１処理室と第２処理室とにそれぞれ排気装置が設けられていることが好ましい。これにより、第１処理室と第２処理室をそれぞれ独立して排気でき、効率的な排気が可能になるとともに、両処理室間に圧力差を設けることも可能になる。
【００１５】
本発明の表面処理装置においては、上記第２の処理がプラズマ、スパッタ、ＣＶＤ、蒸着等の表面処理であり、上記第１の処理が該表面処理に先立ってシート状材料に施される加熱処理やプラズマ処理などの前処理である場合がある。より具体的には、第１の処理（前処理）が加熱処理であり、第２の処理（表面処理）がプラズマによる表面改質処理、又はスパッタ、ＣＶＤ、蒸着等の成膜処理であってもよい。また、第１の処理（前処理）がプラズマによる表面改質処理であり、第２の処理（表面処理）がスパッタ、ＣＶＤ、蒸着等の成膜処理であってもよい。
【００１６】
更に、前処理として加熱処理とプラズマ処理を行ってから、成膜処理を施してもよい。その場合、前処理を施す第１処理室が、シート状材料を加熱する加熱処理室と、加熱処理したシート状材料に対してプラズマによる表面改質を行うプラズマ処理室とからなり、該加熱処理室とプラズマ処理室との間に仕切壁が設けられ、該仕切壁に前記開口と前記一対のシールロールとが設けられていることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る表面処理装置の側面断面図である。この装置は、プラスチックフィルム等の連続シート状材料Ｓに対してスパッタ又はプラズマＣＶＤによる成膜処理を行うものであり、大気圧状態から真空状態に真空引きすることができる密閉された室（内部空間）を形成する本体１０を備える。
【００１９】
本体１０の天井面には、複数の排気装置１２が取り付けられており、これらの排気装置１２を動作させることによって、本体１０内は大気圧状態から真空状態に真空引きできるようになっている。
【００２０】
本体１０内は、シート状材料Ｓの走行方向に沿って順番に、巻出室１４、加熱処理室１６、プラズマ処理室１８、第１接続室２０、成膜室２２、第２接続室２４、第３接続室２６および巻取室２８に区画されている。なお、加熱処理室１６とプラズマ処理室１８とは通常はこの順番となるが、両者を入れ換えることもできる。
【００２１】
巻出室１４内には、基材となるシート状材料ＳをコアＣ１に巻回してなる巻物体Ｗ１が水平にセットされ、この巻物体Ｗ１からシート状材料Ｓが順次に引き出されるようになっている。引き出されたシート状材料Ｓは、複数のガイドロール３０などにより支持されながら巻取室２８まで連続して走行し、巻取室２８内に水平にセットされたコアＣ２を駆動させることにより巻物体Ｗ２として巻き取られるようになっている。
【００２２】
加熱処理室１６は、巻出室１４から引き出されたシート状材料Ｓを、真空中で加熱して、脱ガス（主として水分子）を行う処理室であり、加熱源としての赤外線ヒータ３２がシート表面に赤外線を照射するように配設されている。また、赤外線の反射板３４が、ヒータ３２の背後と、シート状材料Ｓを挟んで反対側とに、対向して配置されている。
【００２３】
プラズマ処理室１８は、脱ガスされたシート状材料Ｓに対し、真空中で成膜の前処理としてプラズマによる表面改質を行う処理室であり、プラズマ源となる電極３６がシート状材料Ｓと相対するように配されている。
【００２４】
成膜室２２は、プラズマにより表面改質されたシート状材料Ｓに対して真空中で成膜する処理室であり、シート状材料Ｓの加熱又は冷却を行うバックアップロール３８と、このロール３８に沿って走行するシート状材料Ｓと相対するように配されたスパッタ源又はＣＶＤ用プラズマ源となる複数の電極４０とを備える。
【００２５】
加熱処理室１６とプラズマ処理室１８との間、プラズマ処理室１８と成膜室２２（詳細には第１接続室２０）との間、および、成膜室２２（詳細には第１接続室２０）と第２接続室２４との間には、それぞれ両室間をガスシール状態に仕切る仕切壁４２が設けられている。そして、各仕切壁４２には、シート状材料Ｓが通過するための水平方向に細長い開口４４と、シート状材料Ｓの走行を許容しながら該開口４４をガスシールするシールロールユニット４６が設けられている。なお、加熱処理室１６とプラズマ処理室１８との間を仕切らずに、両者を同一チャンバー内に設けてもよい。
【００２６】
また、第２接続室２４と第３接続室２６との間は、両室間をガスシール状態に仕切る仕切壁６０が設けられ、この仕切壁６０に、シート状材料Ｓを通過させるスリットシール６２が設けられている。スリットシール６２は、互いに平行に相対して配した一対の平行平板によって形成されるスリット状の隙間により構成されている。なお、このシール６２は、単なるスリット状の開口を仕切壁６０に設けることで構成してもよい。また、第２接続室２４と第３接続室２６との間にはガスシール構造を設けなくてもよい。
【００２７】
そして、このように仕切られた本体１０内の各空間（巻出室１４及び加熱処理室１６と、プラズマ処理室１８と、第１接続室２０及び成膜室２２と、第２接続室２４と、第３接続室２６及び巻取室２８）には、それぞれ排気装置１２が設けられて、独立して排気できるようになっている。
【００２８】
図２に示すように、シールロールユニット４６は、仕切壁４２に近接配置された上下一対の互いに平行なシールロール４８，５０と、各シールロール４８，５０を覆う上下一対の覆い体５２，５４とで構成されている。
【００２９】
一対のシールロール４８，５０は、両者間に微小隙間αを形成するように近接して対向配置されており、ともにシート状材料Ｓの幅方向に対して平行に配されている。この微小隙間αの寸法は、シート状材料Ｓの厚みの２〜１０倍程度（通常０．５〜２ｍｍ程度）に設定することが、良好なガスシール性を確保する上で好ましい。
【００３０】
また、一対のシールロール４８，５０は、互いの軸４８ａ，５０ａがシート状材料Ｓの走行方向において前後にずれた位置に配置されている。詳細には、この実施形態では、両ロールの軸４８ａ，５０ａを含む平面Ｐが鉛直面（仕切壁４２の壁面）に対してやや斜めに傾斜するように配されている。ここで、平面Ｐの鉛直面に対する傾斜角ηは１０°〜３０°程度に設定することが好適である。
【００３１】
更に、一対のシールロール４８，５０は、シート状材料Ｓが両ロールにそれぞれ所定の抱き角θ，δで接触して走行するように配設されている。すなわち、シート状材料Ｓは、各シールロール４８，５０の周面にそれぞれ所定範囲にわたって接触してその走行方向が当該周面に沿って変えられるように、手前のロール４８から他方のロール５０に渡されている。ここで、抱き角θはシート状材料Ｓのシールロール４８への入射点と放射点におけるそれぞれの接線のなす角度であり、抱き角δはシート状材料Ｓのシールロール５０への入射点と放射点におけるそれぞれの接線のなす角度であり、両者θ，δはともに１５°〜９０°程度に設定することが好適である。
【００３２】
なお、シールロール４８，５０は、その働き幅やシート状材料Ｓの厚み、その表面上に成膜する膜厚や膜質などにもよるが、外径が５０〜２００ｍｍ程度が最適である。
【００３３】
覆い体５２，５４は、上下一対のシールロール４８，５０を、それぞれ仕切壁４２における開口４４の上下に、ガスシール状態に取り付けるための部材であり、シート状材料Ｓと接触していない側のロール周面を略全体にわたって、微小空間βを空けて覆っている。この微小空間βの寸法は、上記微小空間αと同じ程度か、あるいは、ロール４８，５０が覆い体５２，５４に擦れない程度でできるだけ小さく設定することが好ましい。
【００３４】
図３に示すように、覆い体５２，５４は、シールロール４８，５０の両端面においても、周面と同様に、所定の微小隙間γを空けて覆うように設けられている。この微小隙間γは上記微小隙間βと同じ程度に設定することができる。
【００３５】
一対のシールロール４８，５０は、走行するシート状材料Ｓを通過させるのに利便性が高いことから従動ロール（フリーロール）にて構成している。詳細には、図３に示すように、シールロール４８は、固定されたシャフト部４８ｂと、該シャフト部４８ｂに対し回転用ベアリング４８ｃを介して回動自在に配されたロール部４８ｄからなり、シャフト部４８ｂの両端が覆い体５２にシール材５６を介して固定されている。なお、シール材５６としては、ゴム系Ｏリング、弗素樹脂等の樹脂系リングなど、ガスの出入りの少ない構造であれば何でもよい。また、シールロール４８，５０はシャフト部をロール部と一体に回転するように構成してもよく、その場合、磁気シール等のような回転の際の抵抗を減じるシール機構を採用することが好適である。また、シャフト部とロール部を一体に回転するようにした場合、シールロールを外部から駆動される駆動ロールとすることもできる。
【００３６】
シールロール４８，５０の面長はシート状材料Ｓの幅よりもわずかに大きく設定されている。そのため、上記シールロールユニット４６において、一対のロール４８，５０にシート状材料Ｓが渡されたとき、前後の真空室間でガスの流れを許容する隙間は、ロール４８，５０とそれぞれの覆い体５２，５４との隙間、及び、ロール面長とシート状材料Ｓの幅の差における２本のロール４８，５０間の隙間だけとなる。この隙間を流れるガスの流れ抵抗は非常に大きい。その結果、前後の真空室の圧力差を一桁ないし二桁程も大きく取ることができ、それぞれ最適な圧力での処理が可能となり、特に成膜室２２への不純ガスの混入を大幅に抑えることができる。
【００３７】
また、上記シールロールユニット４６であると、ロール４８，５０に抱かせてシート状材料Ｓを走行させることから、シート状材料Ｓが広幅になった場合でも、幅方向での波打ちや耳端のカールの問題を生じることなく、従って、上記のような優れたガスシール性を発揮しつつ、しかもシート表面に傷付きが生じることがない。
【００３８】
また、上記シールロールユニット４６は、両ロール４８，５０間に微小隙間を空けたままガスシールする構造であるため、プレスロールによるガスシール構造に比べて簡易な構造でのガスシールが可能であり、また、ロールが摩耗するといった問題もない。
【００３９】
以上より本実施形態の表面処理装置であると、加熱処理室１６やプラズマ処理室１８で発生した水分などの不純ガスを、それぞれ各室単独で排気することができ、排気量を少なくして効率的な排気が可能となる。また、これらの不純ガスの成膜室２２への混入が大幅に抑制され、優れた成膜処理が可能になる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、前処理室と表面処理室との間のガスシール構造を、簡易な構造でありながら、シート状材料が広幅になった場合でも十分な性能を発揮させることができ、もって表面処理室への不純ガスの混入を抑えて良好な表面処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面処理装置の側面断面図である。
【図２】同表面処理装置におけるシールロールユニットの縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１０……本体
１２……排気装置
１６……加熱処理室
１８……プラズマ処理室
２２……成膜室
３２……赤外線ヒータ
３６……プラズマ源
４０……スパッタ源又はＣＶＤ用プラズマ源
４２……仕切壁
４４……開口
４６……シールロールユニット
４８，５０……シールロール
５２，５４……覆い体
α，β，γ……微小隙間
Ｓ……シート状材料

Claims

真空室内において連続して走行するシート状材料に対し表面処理を施す表面処理装置であって、
前記シート状材料に対して第１の処理を施す第１処理室と、その後該シート状材料に対して第２の処理を施す第２処理室とを備え、
前記の第１処理室と第２処理室との間に仕切壁が設けられ、該仕切壁には、前記シート状材料が通過する開口と、該開口をガスシールする互いに平行な一対のシールロールとが設けられ、
前記一対のシールロールは、両者間に微小隙間を空けて配置され、かつ、互いの軸がシート状材料の走行方向にずれた位置であって、シート状材料が両ロールにそれぞれ所定の抱き角で接触して走行するように配設され、
前記仕切壁に、前記シールロールをシート状材料の非接触側において微小隙間を空けて覆う覆い体が設けられた
ことを特徴とする連続シート状材料の表面処理装置。
前記第１処理室と前記第２処理室とにそれぞれ排気装置が設けられた請求項１記載の表面処理装置。
前記第２の処理がシート状材料に対する表面処理であり、前記第１の処理が該表面処理に先立ってシート状材料に施される前処理である請求項１又は２に記載の表面処理装置。
前記第１の処理が加熱処理であり、前記第２の処理が表面改質処理又は成膜処理である請求項３記載の表面処理装置。
前記第１の処理がプラズマによる表面改質処理であり、前記第２の処理が成膜処理である請求項３記載の表面処理装置。
前記の前処理を施す第１処理室が、シート状材料を加熱する加熱処理室と、加熱処理したシート状材料に対してプラズマによる表面改質を行うプラズマ処理室とからなり、該加熱処理室とプラズマ処理室との間に仕切壁が設けられ、該仕切壁に前記開口と前記一対のシールロールとが設けられたことを特徴とする請求項３記載の表面処理装置。
真空室内において連続して走行するシート状材料に対し表面処理を施す表面処理装置において、表面処理室とこれに隣接する室との間のガスシール構造であって、
両室を仕切る仕切壁と、該仕切壁に設けられた前記シート状材料が通過するための開口と、該開口をガスシールする互いに平行な一対のシールロールとからなり、
前記一対のシールロールは、両者間に微小隙間を空けて配置され、かつ、互いの軸がシート状材料の走行方向にずれた位置であって、シート状材料が両ロールにそれぞれ所定の抱き角で接触して走行するように配設され、
更に、前記仕切壁に、前記シールロールをシート状材料の非接触側において微小隙間を空けて覆う覆い体が設けられた
ことを特徴とする連続シート状材料の表面処理装置におけるガスシール構造。