(57)【要約】【課題】特に生鮮食品、加工食品、医療品、医療機器、電子部品等の包装用フィルムの少なくとも片面にセラミック薄膜を形成するために使用される真空蒸着材料に関するものであり、例えば電子ビーム方式による真空蒸着において、蒸着材料の加熱開始から蒸発するまでに、より少ないエネルギー、すなわち短時間、低パワーの加熱で蒸発が可能となる蒸着材料を提供する。【解決手段】酸化ケイ素粉末およびカーボン粉末を用いて形成された蒸着材料であって、前記カーボン粉末の割合が、前記酸化ケイ素粉末に対し３〜１０重量％であることを特徴とする蒸着材料。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ケイ素粉末およびカーボン粉末を用いて形成された蒸着材料であって、前記カーボン粉末の割合が、前記酸化ケイ素粉末に対し３〜１０重量％であることを特徴とする蒸着材料。
【請求項２】
前記酸化ケイ素粉末が、一酸化ケイ素粉末および二酸化ケイ素粉末から選択された１または２種の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の蒸着材料。
【請求項３】
前記蒸着材料が、ケイ素粉末を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸着材料。
【請求項４】
５００℃以上の温度で焼成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蒸着材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸着材料に関し、より詳しくは、プラスチックフィルムシートの面上に真空蒸着するのに好適な真空蒸着材料、特に生鮮食品、加工食品、医療品、医療機器、電子部品等の包装用フィルムの少なくとも片面にセラミック薄膜を形成するために使用される真空蒸着材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品、医療・医薬品などの包装材料分野や液晶、有機ＥＬなどのフラットパネルディスプレイ用樹脂基板等のエレクトロニクス分野においては、高度のガスバリア性をもつことが求められている。この観点からアルミニウムなどの金属、あるいは酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムなどの金属酸化物を高分子フィルム基材上に蒸着させたガスバリア性フィルムが使用されている。中でも酸化ケイ素系の蒸着膜は、透明であり、ガスバリア性が高く、電気絶縁性および機械的強度にも優れている。
【０００３】
酸化ケイ素の中でも、一酸化ケイ素のほうが蒸発速度の速い点で優れている。一酸化ケイ素膜の形成に使用される蒸着材料は、通常、原料室内でSiとSiO2 とを混合して加熱し、原料室の上に連結された管状の凝集室の内面にSiOを気相析出させることにより、SiOを製造する方法により作られる。製造されたSiOは緻密な析出体であり、これを所定のタブレット形状に切り出して蒸着材料に直接使用する場合もあれば、析出体を一旦破砕して粉末にし、これを所定のタブレット、キュービック等の形状に成形し、焼結して使用する場合もある。粉末を成形する場合、SiOにSiO2を混ぜることもできる。
【０００４】
焼結体を蒸着材料に使用することで、嵩密度などの特性値を広範囲にコントロールできる利点が得られる。また、焼結によって材料が緻密で硬くなることで、蒸着プロセスの課題のひとつであるスプラッシュの発生を低減することに寄与すると考えられる。
しかし材料が緻密で硬くなることで逆に、EB加熱方式においては電子で材料が蒸発しにくくなり、蒸発するまでに従来のSiO材料よりも長時間、あるいはより強いビームを当てて熱を加える必要性がある。従来より長時間、または強いビームを当てなければならない分、製造工程として効率が下がってしまい、かつ材料の機械的強度によっては、表面だけが熱くなることで、材料に熱応力が生じ、材料が割れやすくなる危険性がある。焼結体は特に緻密で硬いためこの傾向が顕著であるが、焼結しなくとも緻密に硬く作成した材料については同様の傾向があらわれる。
【０００５】
蒸着材料の焼結体について、特許文献１では蒸発残渣を少なくし、使用に耐える強度を確保し、スプラッシュの抑制をする技術が述べられている。特許文献２では、従来のSiO蒸着材料と比較して成膜速度を速める技術が述べられている。
以上をはじめ、焼結体の蒸着技術に関して多くの研究がなされてきたが、焼結していない蒸着材料に関しても、上記の問題解決に関する技術はまだ見られない。
【特許文献１】特開２００８−１３３１５７号公報
【特許文献２】特開２００３−２４６６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、例えば電子ビーム方式による真空蒸着において、蒸着材料の加熱開始から蒸発するまでに、より少ないエネルギー、すなわち短時間、低パワーの加熱で蒸発が可能となる蒸着材料の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、酸化ケイ素粉末およびカーボン粉末を用いて形成された蒸着材料であって、前記カーボン粉末の割合が、前記酸化ケイ素粉末に対し３〜１０重量％であることを特徴とする蒸着材料である。
請求項２に記載の発明は、前記酸化ケイ素粉末が、一酸化ケイ素粉末および二酸化ケイ素粉末から選択された１または２種の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の蒸着材料である。
請求項３に記載の発明は、前記蒸着材料が、ケイ素粉末を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸着材料である。
請求項４に記載の発明は、５００℃以上の温度で焼成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蒸着材料である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば電子ビーム方式による真空蒸着において、蒸着材料の加熱開始から蒸発するまでに、より少ないエネルギー、すなわち短時間、低パワーの加熱で蒸発が可能となる蒸着材料を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明で使用する酸化ケイ素粉末は、一酸化ケイ素粉末および二酸化ケイ素粉末から選択された１または２種の混合物であることが好ましい。一酸化ケイ素粉末は、化学的に安定しており、水に対しても腐食しづらい特性を有しているため、バリア性に優れた積層体を得ることができる。また、二酸化ケイ素粉末は、透明性の高い蒸着膜を得ることができる。一酸化ケイ素粉末および二酸化ケイ素粉末の混合物は、両者の比を調整することにより、蒸着膜のバリア性と透明性を制御することができる。一方、酸化ケイ素SiOxのxの値によって、粉末自体の物性、蒸発のしやすさ、溶融状態が異なり、また、粉末の粒径によって、蒸着材料の成形体を形成する工程における粉末の詰まりかた、すなわち空隙率または比表面積が異なり、材料自体の強度、熱や電気の伝導性が異なってくる。したがって、用途や真空蒸着法に応じて、酸化ケイ素粉末の種類や粒径の選定を行なうことが望ましい。
【００１０】
また、本発明で使用するカーボン粉末は、導電性材料として、摩擦材、工業炉、燃料電池等に幅広く用いられているものであればよい。カーボン粉末を本発明の蒸着材料に混入させることで、蒸着材料全体の導電性が上がり、予備加熱時間および電子ビームのパワーを減らすことができる。
本発明の蒸着材料において、カーボン粉末の割合は、酸化ケイ素粉末に対し３〜１０重量％であることが必要である。この範囲外では本発明の効果を得ることができない。すなわち、カーボン粉末の割合が３重量％未満であると、導電性向上の効果が小さすぎるため、蒸着材料は電子ビームをはじき続けてしまい、予備加熱時間の短縮及びパワーの低減にはつながらない。一方でカーボン粉末の割合が１０重量％を超えると、導電性が必要以上に上昇し、蒸着材料の温度上昇が急となり、酸化ケイ素や必要に応じて添加されるケイ素も急激に蒸発することとなり、スプラッシュを多発することにつながる。
【００１１】
また本発明の蒸着材料は、ケイ素粉末を含むことが好ましい。ケイ素粉末を加えることにより、蒸着材料全体のO/Si比を調整でき、溶融の仕方を変化させ、所望の蒸発特性を得ることができる。したがって、本発明の蒸着材料において、ケイ素粉末の添加割合はとくに制限されず、上記のように、求められる蒸着材料の物性を考慮して、適宜選択すればよい。
【００１２】
また、本発明の蒸着材料は、５００℃以上の温度で焼成し、材料を酸化させてもよい。この焼成により、スプラッシュの発生抑制に効果が生じる。一般的に、酸化ケイ素からなる蒸着材料を真空条件下で焼成すると、材料が緻密で硬くなり、一般的にスプラッシュの発生抑制に効果があるとされるが、従来技術では、上述のように、焼成した材料に電子ビームを当てると外側は温度が上がるが、内側まで熱が伝わりにくくなり、予備加熱に時間がかかるという問題も生ずる。本発明では、上記のようにカーボン粉末を蒸着材料に混入して導電性を高めることで、材料の内側にも熱が伝わりやすくすることで、材料を焼成していても予備加熱時間を短縮し、電子ビームのパワーを低減させることができる。
蒸着材料の基本的な成形手順としては、粉末を混合したのちに、成形する順序となる。
【００１３】
なお、本発明の蒸着材料の主な成形方法としては、プレス成形法、押出し成形法、泥奨鋳込み法、バインダー成形法等の公知の手段が利用できる。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されない。
【００１５】
＜実施例１＞
SiO粉末（平均粒径8μm）およびカーボン粉末を、カーボン粉末の割合がSiO粉末に対して5重量%となるように混合し、プレス成形した後に、真空アルゴンガス置換雰囲気において、10℃/分の速度で1200℃まで昇温し、1200℃で1時間保持し、材料を焼結した。
【００１６】
＜実施例２＞
SiO粉末の代わりにSiO2粉末（平均粒径5μm）を用いたこと以外は実施例１と同じ方法で材料の作成を行った。
【００１７】
＜実施例３＞
SiO粉末の代わりに、Si粉末（平均粒径10μm）およびSiO2（平均粒径5μm）を重量比１：２で混合したこと以外は、実施例１と同じ方法で材料の作成を行った。ただし、カーボン粉末はSiO2粉末に対して5重量%となるように混合した。
【００１８】
＜実施例４＞
カーボン粉末の割合を１０重量％としたこと以外は、実施例１と同じ方法で材料の作成を行った。
【００１９】
＜実施例５＞
カーボン粉末の割合を３重量％としたこと以外は、実施例１と同じ方法で材料の作成を行った。
【００２０】
＜実施例６＞
焼成雰囲気を大気とし、10℃/分の速度で1000℃まで昇温し、1000℃で1時間保持したこと以外は、実施例１と同じ方法で材料の作成を行った。
【００２１】
＜実施例７＞
焼成を行わなかったこと以外は、実施例１と同じ方法で材料の作成を行った。
【００２２】
＜比較例１＞
カーボン粉末の割合を１５重量％としたこと以外は、実施例１と同じ方法で材料の作成を行った。
【００２３】
＜比較例２＞
カーボン粉末の割合を１２重量％としたこと以外は、実施例３と同じ方法で材料の作成を行った。
【００２４】
＜比較例３＞
カーボン粉末の割合を１２重量％としたこと以外は、実施例１と同じ方法で材料の作成を行った。
【００２５】
＜比較例４＞
カーボン粉末の割合を１重量％としたこと以外は、実施例１と同じ方法で材料の作成を行った。
【００２６】
＜比較例５＞
カーボン粉末の割合を１重量％としたこと以外は、実施例６と同じ方法で材料の作成を行った。
【００２７】
＜比較例６＞
カーボン粉末の割合を１重量％としたこと以外は、実施例７と同じ方法で材料の作成を行った。
【００２８】
（評価）
電子ビーム加熱方式の巻き取り式蒸着装置を用いて、実施例及び比較例の蒸着材料を、20m/分の速度で巻き取られている12μm厚のポリエステルフィルムに、40nm厚のSiOが蒸着されるように真空蒸着させた。
いずれの蒸着材料も、予備加熱として電子ビームを8kWのパワーにて、蒸発開始まで当て続けた。8kWで5分経過して開始しない場合は、12kWで5分間当てた。更に開始しなければ、15kWで当て続けた。
各蒸着材料について、蒸着開始するまでの電子ビームのパワー及び所要時間を計測した。さらに、蒸着開始してから30秒間の間でのスプラッシュ発生の観察を行った。スプラッシュ発生の現象評価基準を以下として、評価した。
【００２９】
ランク  ：  状態
◎    ：  全くスプラッシュ現象が観察されない場合
○    ：  スプラッシュ現象がわずかに観察されたが実用上全く問題がない場合
△    ：  スプラッシュ現象が観察された場合
×    ：  スプラッシュ現象が非常に多く観察され、実用に供せない場合
得られた結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2010126781.tif 000002
【００３１】
表１からわかるように、実施例１〜７の蒸着材料はいずれも、カーボンの割合の多い比較例よりスプラッシュが出にくく、カーボンの割合の少ない比較例よりも短い時間あるいは電子ビームのパワーで蒸発開始しており、予備加熱が困難でなかったことを示している。