(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸着材料として昇華材料を用いた場合でも蒸着材料の飛散を防止して均一な膜を形成することができる蒸着装置及び蒸着方法を提供する。【解決手段】蒸着装置は、真空チャンバー１１の内部において樹脂フィルム基材１２を連続的に搬送して巻き取るフィルム搬送巻取手段と、真空チャンバー１１の内部のるつぼ１７に収容されている蒸着材料１８に電子ビーム１９照射して蒸着材料１８を蒸発させて樹脂フィルム基材１２の下面に蒸着を行う成膜手段と、樹脂フィルム基材１２と蒸着材料１８との間に配置され多数の空孔を規定する多数の空孔内周面を有する蒸着材料飛散防止部材２２と、を具備している。蒸着材料飛散防止部材２２における樹脂フィルム基材１２への蒸着材料１８の蒸発粒子が到達する成膜有効面積部分の空孔率は５０%から７０%までの範囲であり、かつ、蒸着材料飛散防止部材２２は加熱装置２３により加熱されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバーの内部において樹脂フィルム基材を連続的に搬送して巻き取るフィルム搬送巻取手段と、前記真空チャンバーの内部のるつぼに収容されている蒸着材料に電子ビームを照射して前記蒸着材料を蒸発させて前記樹脂フィルム基材の下面に蒸着を行う成膜手段と、
前記樹脂フィルム基材と前記蒸着材料との間に配置され多数の空孔を規定する多数の空孔内周面を有する蒸着材料飛散防止部材と、を具備し、
前記蒸着材料飛散防止部材における前記樹脂フィルム基材への前記蒸着材料の蒸発粒子が到達する成膜有効面積部分の空孔率は５０%から７０%までの範囲であり、かつ、前記蒸着材料飛散防止部材は加熱手段により加熱されていることを特徴とする蒸着装置。
【請求項２】
前記蒸着材料飛散防止部材は、カーボンで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、ヒーター及び電子ビームのいずれかであることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれかに記載の蒸着装置。
【請求項４】
前記蒸着材料は、昇華により蒸発することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の蒸着装置。
【請求項５】
前記蒸着材料は、珪素酸化物であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の蒸着装置。
【請求項６】
真空チャンバーの内部において樹脂フィルム基材を連続的に搬送して巻き取るフィルム搬送巻取手段と、前記真空チャンバーの内部のるつぼに収容されている蒸着材料に電子ビームを照射して前記蒸着材料を蒸発させて前記樹脂フィルム基材の下面に蒸着を行う成膜手段と、を具備する蒸着装置における蒸着方法であって、
多数の空孔を規定する多数の空孔内周面を有し前記樹脂フィルム基材への前記蒸着材料の蒸発粒子が到達する成膜有効面積部分の空孔率が５０%から７０%までの範囲であり、かつ、加熱手段により加熱されている蒸着材料飛散防止部材を用意し、前記樹脂フィルム基材と蒸着材料との間に前記蒸着材料飛散防止部材を配置することを特徴とする蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバーの内部において樹脂フィルム基材に蒸着材料を蒸発させて前記樹脂フィルム基材の下面に蒸着を行う蒸着装置および蒸着方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、食品、日用品及び医薬品の包装分野では、内容物の変質を防止することが求められてきた。これら内容物の変質は、酸素や水蒸気などのガスが包装材料を透過して内容物と反応してしまう。よって、酸素や水蒸気などのガスを透過させない性質（ガスバリア性）を備えていることが求められており、温度、湿度などに影響されないアルミニウムなどの金属箔やアルミニウム蒸着フィルムが用いられてきた。
【０００３】
ところが、アルミニウムなどの金属箔やアルミニウム蒸着フィルムを用いた包装材料は、ガスバリア性に優れるが、包装材料を透視して内容物を確認することができないだけではなく、使用後の廃棄の際は不燃物として処理しなければならない点や包装後の内容物などの検査の際に金属探知器が使用できない点などの欠点を有していた。また、包装用途ではなくとも酸素や水蒸気の進入で耐久性が劣化するようなエレクトロニクス部材等にもガスバリア性が必要とされる。同時に可視光線の透過が求められるときは、金属箔やアルミニウム蒸着フィルムでは対応しきれない問題がある。
【０００４】
そこで、これらの欠点を克服した包装用材料として、最近では酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム又は酸化珪素などの無機酸化物を透明な基材フィルム上に蒸着した蒸着フィルムが提案されている。これらの蒸着フィルムは、透明性及び酸素、水蒸気等のガス遮断性を有しており、金属箔などでは得ることが出来ない透明性、ガスバリア性の両方を有する包装材料として好適とされている。
【０００５】
しかし、これら蒸着材料は、蒸発の際スプラッシュと呼ばれる飛沫現象が発生して、蒸着材料が飛散して膜への異物混入や樹脂フィルムに損傷を与える場合がある。特に酸化珪素膜を得るための蒸着材料として用いる一酸化珪素(ＳiO)は、加熱すると昇華が始まり気化する部分と気化しない部分が存在しスプラッシュが多く発生する。これによって樹脂フィルムに貫通穴（ピンホール）を引き起こし、蒸着フィルムの性能低下を引き起こす。この現象に対して、蒸着装置の改良が試みられている（特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１に記載の蒸着装置は、電子ビームを管状の案内部の基板側開口部の近傍にて磁界によって偏向し前記管状の案内部を通して微粒子発生源に導く磁界発生手段を有するものである。
【０００７】
【特許文献１】特許第2864692号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の蒸着装置においては、磁性材料などの溶融し蒸発する材料に蒸着材料の飛散防止効果があるものの、この構成では電子ビームを蒸着材料の一点にしか照射できず、蒸着材料として昇華材料を用いた場合に均一な膜を形成することが難しいため、昇華材料には適応できない問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、蒸着材料として昇華材料を用いた場合でも蒸着材料の飛散を防止して均一な膜を形成することができる蒸着装置および蒸着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明に係る蒸着装置は、真空チャンバーの内部において樹脂フィルム基材を連続的に搬送して巻き取るフィルム搬送巻取手段と、前記真空チャンバーの内部のるつぼに収容されている蒸着材料に電子ビームを照射して前記蒸着材料を蒸発させて前記樹脂フィルム基材の下面に蒸着を行う成膜手段と、前記樹脂フィルム基材と前記蒸着材料との間に配置され多数の空孔を規定する多数の空孔内周面を有する蒸着材料飛散防止部材と、を具備し、前記蒸着材料飛散防止部材における前記樹脂フィルム基材への前記蒸着材料の蒸発粒子が到達する成膜有効面積部分の空孔率は５０%から７０%までの範囲であり、かつ、前記蒸着材料飛散防止部材は加熱手段により加熱されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明に係る蒸着装置は、請求項１に記載の蒸着装置において、前記蒸着材料飛散防止部材が、カーボンで形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明に係る蒸着装置は、請求項１及び請求項２のいずれかに記載の蒸着装置において、前記加熱手段が、ヒーター及び電子ビームのいずれかであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明に係る蒸着装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の蒸着装置において、前記蒸着材料が、昇華により蒸発することを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明に係る蒸着装置は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の蒸着装置において、前記蒸着材料が、珪素酸化物であることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明に係る蒸着方法は、真空チャンバーの内部において樹脂フィルム基材を連続的に搬送して巻き取るフィルム搬送巻取手段と、前記真空チャンバーの内部のるつぼに収容されている蒸着材料に電子ビームを照射して前記蒸着材料を蒸発させて前記樹脂フィルム基材の下面に蒸着を行う成膜手段と、を具備する蒸着装置における蒸着方法であって、多数の空孔を規定する多数の空孔内周面を有し前記樹脂フィルム基材への前記蒸着材料の蒸発粒子が到達する成膜有効面積部分の空孔率が５０%から７０%までの範囲であり、かつ、加熱手段により加熱されている蒸着材料飛散防止部材を用意し、前記樹脂フィルム基材と蒸着材料との間に前記蒸着材料飛散防止部材を配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、蒸着材料として昇華材料を用いた場合でも蒸着材料の飛散を防止し均一な膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る蒸着装置を示す概略図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る蒸着装置は、真空チャンバー１１及び２つの真空ポンプ１０を具備している。真空ポンプ１０は、真空チャンバー１１の内部の空気を排出して真空状態にする。
【００１９】
真空チャンバー１１の内部のほぼ中央部には、成膜ロール１５が配置されている。真空チャンバー１１の内部の上部には、繰り出しロール１３及び巻き取りロール１４が配置されている。真空チャンバー１１の内部の下部には、仕切り板１１ａが配置されている。この仕切り板１１ａは、真空チャンバー１１に固定されている。仕切り板１１ａは、真空チャンバー１１の内部の上部をフィルム搬送巻取室２１とし、真空チャンバー１１の内部の下部を成膜室２０としている。仕切り板１１ａは、貫通孔を規定する孔内周面を有している。
【００２０】
成膜ロール１５は、上部がフィルム搬送巻取室２１に配置され、かつ、下部が仕切り板１１ａの貫通孔を貫通して成膜室２０に配置されている。繰り出しロール１３には、予め樹脂フィルム基材１２が巻かれている。繰り出しロール１３、成膜ロール１５及び巻き取りロール１４は、蒸着時に矢印Ａ、Ｂ、Ｃ方向へ駆動装置（図示せず）により回転される。繰り出しロール１３から繰り出される樹脂フィルム基材１２は、成膜ロール１５の下部の外周面を介して巻き取りロール１４に巻き取られる。繰り出しロール１３、成膜ロール１５、巻き取りロール１４及び前記駆動装置は、フィルム搬送巻取室２０において樹脂フィルム基材１２を連続的に搬送して巻き取るフィルム搬送巻取手段を構成している。
【００２１】
本発明の一実施の形態に係る蒸着装置は、さらに、るつぼ１７、蒸着材料１８、電子銃１６、蒸着材料飛散防止部材２２及び加熱装置２３を具備している。るつぼ１７は、成膜室２０の底部に配置されている。蒸着材料１８は、るつぼ１７に収容されている。電子銃１６は、成膜室２０の側壁に固定されている。電子銃１６は、蒸着材料１８に電子ビーム１９を照射して蒸着材料１８を加熱蒸発させて成膜ロール１５の下部の外周面における樹脂フィルム基材１２の下面に蒸着を行う。るつぼ１７、蒸着材料１８及び電子銃１６は、るつぼ１７に収容されている蒸着材料１８に電子ビーム１９を照射して蒸着材料１８を蒸発させて樹脂フィルム基材１２の下面に蒸着を行う成膜手段を構成している。
【００２２】
蒸着材料飛散防止部材２２は、樹脂フィルム基材１２と蒸着材料１８との間に配置されている。図２及び図３に示すように、蒸着材料飛散防止部材２２は、多数の空孔２２ａを規定する多数の空孔内周面を有している。蒸着材料飛散防止部材２２における樹脂フィルム基材１２への蒸着材料１８の蒸発粒子が到達する成膜有効面積部分の空孔率は５０%から７０%までの範囲である。また、蒸着材料飛散防止部材２２は加熱装置（加熱手段）２３により所定範囲内の温度に加熱されている。
【００２３】
包装材料などに用いる透明バリア性薄膜は、真空成膜によって作成することがバリア性能や均一性の観点から好ましい。成膜手段は、真空蒸着法、スパッタリング法、又化学的気相成長法（ＣＶＤ法）などの公知の方法で作成することができるが、成膜速度が速く生産性が高いことから真空蒸着法が好ましい。その真空蒸着法の中でも、特に、電子ビーム加熱方式は、成膜速度が照射面積や電子ビーム電流などで制御し易いことや材料への昇温降温が短時間で行える点で有効である。また、電子ビームは、薄膜を形成する誘電体材料に照射すると反射や散乱などの現象が起こるが、局所的な加熱が進み蒸発が開始されると電子ビームの反射や散乱が少なくなる。
【００２４】
薄膜を形成する蒸着材料１８としては、各種選択できるが、透明バリア性薄膜では酸化アルミニウム、酸化珪素などの酸化化合物や窒化珪素などの窒化化合物又は酸窒化珪素等が挙げられる。上記にあげた各種の薄膜は、可視光領域の透過率が高く、酸素や水蒸気の透過を防ぐ性質があるため透明バリア性薄膜として好ましい。前記薄膜の膜厚は、用途によって選ぶことができるが、１０ｎｍ以下では薄膜の連続性に問題があり、また３００ｎｍ越えるとカールやクラックが発生しやすく、可撓性が低下するため、好ましくは、２０〜２００ｎｍである。
【００２５】
樹脂フィルム基材１２は、特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。樹脂フィルム基材１２の材料としては、例えば、ポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド系（ナイロン−６、ナイロン−６６等）、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエーテルスルホン、アクリル又はセルロース系（トリアセチルセルロース又はジアセチルセルロース等）などが挙げられるが、特に限定されない。
【００２６】
樹脂フィルム基材１２の材料としては、実際的には、用途や要求物性により適宜選定をすることが望ましい。限定をする例ではないが、医療用品、薬品、食品等の包装に用いる樹脂フィルム基材１２の材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン又はナイロンなどがコスト的に用いやすい。また、電子部材、光学部材等の極端に水分を嫌う内容物を保護する包装に用いる樹脂フィルム基材１２の材料としては、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド類又はポリエーテルスルホンなどのそれ自体も高いガスバリア性を有する材料を用いることが望ましい。また、樹脂フィルム基材１２の厚みは、限定するものではないが、用途に応じて、６μｍから２００μｍ程度が使用しやすい。
【００２７】
蒸着材料飛散防止部材２２は、樹脂フィルム基材１２と蒸着材料１８との間に配置され、多数の空孔２２ａを規定する多数の空孔内周面をもつ構造体である。蒸着材料１８から蒸発した蒸発粒子は、蒸着材料飛散防止部材２２の空孔２２ａの間を通過し樹脂フィルム基材１２に到達し膜を形成する。蒸着材料飛散防止部材２２は、ヒーター及び電子ビームのいずれかの加熱装置２３によって加熱されているため付着した蒸発粒子を再蒸発させることができる。その再蒸発温度は、各種の蒸着材料１８の蒸気圧によって決まるが９００℃以上であって１５００℃以下であることが好ましい。
加熱装置２３としてヒーターを使用する場合には、カーボンヒーターが減圧下での温度使用範囲が広い点で好ましい。蒸発プロセスで使用している電子ビームを蒸着材料飛散防止部材２２へ照射して加熱することもできる。
【００２８】
蒸着材料１８から蒸発した蒸発粒子の分布（蒸発雲）と蒸着材料１８の飛散方向が異なっていることから、蒸着材料飛散防止部材２２は、蒸発雲の形状に沿って配置され、蒸発中にスプラッシュが発生した場合でも蒸着材料飛散防止部材２２に衝突すれば樹脂フィルム基材１２まで飛散した蒸発材料は到達しない。樹脂フィルム基材１２へ蒸発粒子が到達する成膜有効面積部分の空孔率は５０%未満であると成膜有効面積の範囲内で蒸発粒子が樹脂フィルム基材１２に到達する確率が低くなり成膜速度が低下し、生産性が悪くなる問題がある。また、空孔率が７０%を超えると前述とは逆に成膜速度が高くなるが蒸着材料飛散防止部材２２の強度が弱くなり、かつ、成膜有効面積の範囲内に飛散した粒子が通過する確率が多くなる。したがって、蒸着材料飛散防止部材２２における樹脂フィルム基材１２への蒸着材料１８の蒸発粒子が到達する成膜有効面積部分の空孔率は５０%から７０%までの範囲であることが好ましい。
【００２９】
空孔２２ａの径は、３ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の値であることが望ましい。空孔２２ａの径が３ｍｍ未満であると、成膜速度が低下し、生産性が悪くなる。また、空孔２２ａの径が１０ｍｍより大きいと、前述とは逆に成膜速度が高くなるが蒸着材料飛散防止部材２２の強度が弱くなり、かつ、成膜有効面積の範囲内に飛散した粒子が通過する確率が大きくなる。
【００３０】
蒸着材料飛散防止部材２２は、カーボンで形成することにより炭素質からくる優れた特性、代表的なものでは導電性、耐熱性、低熱膨張率、化学安定性及び高熱伝導性を併せもつため、加熱による変形がないため好ましい。一般的にカーボンは、市販されているものを使用することができてフェルトやプレートなどの形で限定されるものではない。また、カーボンの厚さが薄いものであれば、お互いを重ね合わせて利用ができる。この場合には、なるべく隙間が無いようにカーボンを密着させることが熱伝導性を損なわず好ましい。蒸着材料飛散防止部材２２の厚さは装置の空間によって制限されるが、特に限定されるものではないが３０ｍｍから５０mmの厚さがあれば蒸発雲に影響が少なく、飛散した材料が蒸着材料飛散防止部材２２に衝突して樹脂フィルム基材１２への到達を防止することができる。
【００３１】
蒸発材料１８は、耐熱性を有するるつぼ１７に入れられ、蒸発材料１８に高エネルギーの電子ビーム１９衝突することで加熱蒸発する。繰り出しロール１３から繰り出される樹脂フィルム基材１２は成膜ロール１５へ送られる。樹脂フィルム基材１２は、成膜室２０の内部で蒸発材料１８が蒸着され、成膜ロール１５から離れ巻き取りロール１４に巻き取られる。成膜ロール１５は、樹脂フィルム基材１２の冷却を行い、成膜過程で生じた熱による樹脂フィルム基材１２の浮きを少なくしている。さらに、この過程で成膜室２０の内部の蒸着材料１８の蒸発中に酸素などの反応性ガスを入れることで比較的容易に酸化物薄膜などを成膜することができ、一般に反応性蒸着と呼ばれている。
【００３２】
蒸着材料飛散防止部材２２は、成膜ロール１４と蒸着材料１８（るつぼ１７）の間に配置されている。蒸着材料飛散防止部材２２の大きさは、成膜ロール１４の開口幅に基づいて空孔２２ａを形成する範囲を決めることができる。また、蒸着材料飛散防止部材２２は、設置のため断熱材で挟み込んで固定する部分が必要となるが、固定さえできれば特に大きさは限定しない。
【００３３】
（実施例１）
次に、本発明の実施例１を説明する。蒸着装置の真空チャンバー１１の内部にカーボン製であって５mm厚の６枚のプレートを６枚重ねることにより形成された厚さが３０mmの蒸着材料飛散防止部材２２がるつぼ１７の上２５０mmの所に配置された。蒸着材料飛散防止部材２２はアルミナプレートで挟み込まれ、真空チャンバー１１の内部に固定された。
【００３４】
図２に示すように、実施例１においては、蒸着材料飛散防止部材２２は、多数の空孔２２ａを規定する円形形状の空孔内周面を有し、空孔率が６８%である。蒸着材料飛散防止部材２２における空孔内周面は、成膜ロール１５の開口部（１０００cm2）と同じ範囲に作成されている。蒸着材料飛散防止部材２２は、加熱装置２３であるカーボンヒーターにより９００℃に加熱された。
【００３５】
樹脂フィルム基材１２はとして、PET（ポリエチレンテレフタレート、東レ社製P60）の１２μｍ厚のフィルムが用いられた。電子銃１６は、加速電圧を４０kVとし、ビーム電流を０．２５Aとして、蒸着材料１８である酸化珪素材料（SiO、大阪チタニウムテクノロジー社製）を電子ビーム１９により加熱した。成膜室２０の圧力は８．３×１０-3Paであって酸化珪素薄膜の膜厚が４０nmとなるように樹脂フィルム基材１２の搬送速度を調整して、電子ビーム１９による加熱蒸着を行なわれた。
【００３６】
蒸着後のPETフィルムは、裏面を白く印刷し、色抜けがあるか確認することでピンホールがあるかどうかを判断された。色抜け検査機の速度は５０m/分として蒸着後のPETフィルムを１０００m計測して個数が数えられた。蒸着膜の厚さは蛍光X線（リガク社製 Supermini）でSi強度を測定され、前もって電子顕微鏡の断面観察から得られた検量線によって膜厚の測定がされた。
【００３７】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２を説明する。
図３に示すように、実施例２においては、蒸着材料飛散防止部材２２は、多数の空孔２２ａを規定する六角形（ハニカム）形状の空孔内周面を有し、空孔率が５５%である。実施例２は、これ以外の条件が実施例１と同一条件である下で実施された。
【００３８】
（比較例１）
比較例１は、実施例１と同一条件の下で蒸着材料飛散防止部材２２を使わずに、これ以外は実施例１と同一条件の下で実施された。
【００３９】
（比較例２）
比較例２においては、蒸着材料飛散防止部材として、多数の空孔を規定する円形形状の空孔内周面を有し、空孔率が４０%であるものが用いられた。比較例２は、これ以外の条件が実施例１と同一条件である下で実施された。
【００４０】
（比較例３）
比較例３においては、蒸着材料飛散防止部材として、多数の空孔を規定する円形形状の空孔内周面を有し、空孔率が８０%であるものが用いられた。比較例３は、これ以外の条件が実施例１と同一条件である下で実施された。
【００４１】
表１に評価した結果を示す。
表１  
2010037589.tif 000003
【００４２】
表１に示すように、実施例１、２は色抜けが少ないことから蒸発材料の飛散が樹脂フィルム機材１２に到達していないのでピンホール防止に効果があった。比較例２の空孔率が４０％では蒸発レートが遅くなり、蒸着材料飛散防止部材２２を設置しない比較例１や比較例３の空孔率８０%では異物が入り、色抜けも多かったのでピンホール防止には効果が無かった。
【００４３】
ホン発明の実施の形態においては、蒸着材料飛散防止部材２２を具備するため、蒸着材料の飛散によるピンホールや異物混入を防止でき、蒸着材料として昇華材料を用いた場合でも蒸着材料の飛散を防止して均一な膜を形成することができ、蒸着フィルムの収率向上及び生産性向上を図れる蒸着装置及び蒸着方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る蒸着装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る蒸着材料飛散防止部材の１例を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る蒸着材料飛散防止部材の他の例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  真空ポンプ
１１  真空チャンバー
１２  樹脂フィルム基材
１３  繰り出しロール
１４  巻き取りロール
１５  成膜ロール
１６  電子銃
１７  るつぼ
１８  蒸発材料
１９  電子ビーム
２０  成膜室
２１  フィルム搬送巻取室
２２  蒸着材料飛散防止部材
２３  加熱装置
【図１】
2010037589.tif 000004
【図２】
2010037589.tif 000005
【図３】
2010037589.tif 000006