(57)【要約】【課題】蒸着材料の蒸発量の安定化を図ることにより、蒸着フィルムの収率及び生産性を向上させることができる蒸着装置を提供すること。【解決手段】本発明の蒸着装置は、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りながら、電子銃１６による電子ビーム１９を蒸着材料１７に照射して蒸着材料１７を樹脂フィルム基材１２の下面に蒸着するものである。移動速度制御手段２３は、蒸着材料温度測定手段２２による材料温度測定値が基準値未満であるときに蒸着材料移動手段１８による蒸着材料１７の移動速度を第１の移動速度とし、かつ、蒸着材料温度測定手段２２による材料温度測定値が前記基準値以上であるときに蒸着材料移動手段１８による蒸着材料１７の移動速度を前記第１の移動速度より速い第２の移動速度とする。【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イルム搬送巻取手段と、
真空チャンバーの内部に配置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前記樹脂フィルム基材の下面に蒸着する成膜手段と、
前記蒸着材料を支持して所定方向へ移動させる蒸着材料移動手段と、
前記蒸着材料の下面の温度を測定して材料温度測定値を生成する蒸着材料温度測定手段と、
前記材料温度測定値が基準値未満であるときに前記蒸着材料移動手段による前記蒸着材料の移動速度を第１の移動速度とし、かつ、前記材料温度測定値が前記基準値以上であるときに前記蒸着材料移動手段による前記蒸着材料の移動速度を前記第１の移動速度より速い第２の移動速度とする移動速度制御手段と、
を具備することを特徴とする蒸着装置。
【請求項２】
前記蒸着材料移動手段は、前記蒸着材料を支持して移動させる蒸着材料移動台を具備し、
前記蒸着材料温度測定手段は、前記蒸着材料移動台に内部に埋設され下部が前記蒸着材料移動台の下面から露出している複数の金属ビンと、前記複数の金属ピンの下部に接触するように配置され前記複数の金属ピン温度を測定することにより前記蒸着材料の温度を測定する複数の熱電対を具備す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】
前記移動速度制御手段は、前記材料温度測定値が１０００℃未満であるときに前記蒸着材料移動手段による前記蒸着材料の移動速度を第１の移動速度とし、かつ、前記材料温度測定値が１０００℃以上であるときに前記蒸着材料移動手段による前記蒸着材料の移動速度を前記第１の移動速度より速い第２の移動速度とす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】
前記蒸着材料は酸化珪素であ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。
【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蒸着させる蒸着装置に関する。
【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、温度及び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の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、及び、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、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った。
【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、酸化アルミニウム及び酸化珪素などの無機酸化物を透明な基材フィルムの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いることが知られ、金属箔などでは得る事ができない透明性、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。特に酸化珪素膜は酸素と水蒸気の遮断性が優れている。
【０００５】
この酸化珪素膜を得る蒸着材料として一般的に用いられる一酸化珪素(SiO)は、昇華で蒸発するため不安定である問題に関して安定化への加熱方法の試みが成されている（特許文献１）。これは、予備加熱を行い、昇華温度付近まで蒸着材料を加熱し安定な成膜を実現するものである。しかしながら、生産性を上げるために原料を多く並べると、予備加熱を均一に行うことが難しくなる。また、昇華性の原料を底まで使い切ると急激に蒸発量が低下する問題には対処できない。
【０００６】
【特許文献１】特許公報 3453190号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、蒸着材料の蒸発量の安定化を図ることにより、蒸着フィルムの収率及び生産性を向上させることができる蒸着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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イルム搬送巻取手段と、真空チャンバーの内部に配置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前記樹脂フィルム基材の下面に蒸着する成膜手段と、前記蒸着材料を支持して所定方向へ移動させる蒸着材料移動手段と、
前記蒸着材料の下面の温度を測定して材料温度測定値を生成する蒸着材料温度測定手段と、前記材料温度測定値が基準値未満であるときに前記蒸着材料移動手段による前記蒸着材料の移動速度を第１の移動速度とし、かつ、前記材料温度測定値が前記基準値以上であるときに前記蒸着材料移動手段による前記蒸着材料の移動速度を前記第１の移動速度より速い第２の移動速度とする移動速度制御手段と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明に係る蒸着装置は、請求項１の発明において、前記蒸着材料移動手段は、前記蒸着材料を支持して移動させる蒸着材料移動台を具備し、前記蒸着材料温度測定手段は、前記蒸着材料移動台に内部に埋設され下部が前記蒸着材料移動台の下面から露出している複数の金属ビンと、前記複数の金属ピンの下部に接触するように配置され前記複数の金属ピンの温度を測定することにより前記蒸着材料の温度を測定する複数の熱電対を具備することを特徴とする。
【００１０】
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のいずれかの発明において、前記移動速度制御手段が、前記材料温度測定値が１０００℃未満であるときに前記蒸着材料移動手段による前記蒸着材料の移動速度を第１の移動速度とし、かつ、前記材料温度測定値が１０００℃以上であるときに前記蒸着材料移動手段による前記蒸着材料の移動速度を前記第１の移動速度より速い第２の移動速度とすることを特徴とする。
【００１１】
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のいずれかの発明において、前記蒸着材料が酸化珪素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、材料温度測定値が基準値未満であるときに蒸着材料の移動速度を第１の移動速度とし、かつ、材料温度測定値が前記基準値以上であるときに蒸着材料の移動速度を第１の移動速度より速い第２の移動速度とするため、昇華性の蒸着材料を用いた場合に蒸着材料の蒸発状態が不安定となることを回避することができるから、蒸着材料の蒸発量の安定化を図ることができ、蒸着フィルムの収率及び生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る蒸着装置を示す概略図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る蒸着装置の蒸着材料移動台及び蒸着材料温度測定手段を示す斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る蒸着装置の主要部を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の実施の形態１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の内部の気体を排出して真空チャンバー１１の内部を真空状態にする。
【００１５】
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の内部の上部をフイルム搬送巻取室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、貫通孔を規定刷る孔内周面を有している。
【００１６】
成膜ロール１５は、上部がフイルム搬送巻取室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、予め樹脂フイルム基材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、矢印Ａ、Ｂ、Ｃ方向ヘ駆動装置（図しせず）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イルム基材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。成膜ロール１４は、樹脂フイルム基材１２の冷却を行い、成膜過程で生じた熱によるフィルム基材１２の浮きを少なくしている。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、真空チャンバー１１のフイルム搬送巻取室２１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イルム搬送巻取手段を構成している。
【００１７】
本発明の実施の形態１に係る蒸着装置は、さらに蒸着材料１７、蒸着材料移動手段１８、電子銃１６、蒸着材料温度測定手段２２及び移動速度制御手段２３を具備している。蒸着材料移動手段１８は、成膜室２０に配置され、蒸着材料１７を支持して矢印Ｄ方向へ移動させるものである。蒸着材料移動手段１８は、蒸着材料１７を支持して移動させる蒸着材料移動台１８１を具備している。
【００１８】
蒸着材料１７は、蒸着材料移動台１８１の上に載置されている。電子銃１６は、真空チャンバー１１の成膜室２０の側壁に固定されている。電子銃１６は、蒸着材料１７に電子ビーム１９を照射して蒸着材料１７を蒸発させて成膜ロール１５の下部の外表面における樹脂フイルム基材１２の下面に蒸着する。電子銃１６及び蒸着材料１７は、蒸着材料１７を成膜ロール１５の下部の外表面における樹脂フィルム基材１２の下面に蒸着する成膜手段を構成している。
【００１９】
蒸着材料温度測定手段２２は、蒸着材料１７の下面の温度を測定して材料温度測定値を生成するものである。図２に示すように、蒸着材料温度測定手段２２は、複数の金属ビン２２１と数の熱電対２２２とを具備している。複数の金属ビン２２１は、蒸着材料移動台１８１に内部に埋設され、上部が着材料移動台１８１の下面から露出し下部が蒸着材料移動台１８１の下面から露出している。複数の熱電対２２２は、複数の金属ピン２２１の下部に接触するように配置され複数の金属ピン２２１の温度を測定することにより蒸着材料１７の温度を測定して材料温度測定値を生成する。
【００２０】
移動速度制御手段２３は、真空チャンバー１１の外に配置されている。図３に示すように、移動速度制御手段２３は、蒸着材料移動手段１８及び蒸着材料温度測定手段２２に接続されている。移動速度制御手段２３は、蒸着材料温度測定手段２２による材料温度測定値が基準値未満であるときに蒸着材料移動手段１８による蒸着材料１７の移動速度を第１の移動速度とし、かつ、蒸着材料温度測定手段２２による材料温度測定値が前記基準値以上であるときに蒸着材料移動手段１８による蒸着材料１７の移動速度を前記第１の移動速度より速い第２の移動速度とする。
【００２１】
包装材料などに用いる透明バリア性薄膜は、成膜手段によって作成することがバリア性能や膜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、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による成膜手段は、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蒸着材料への昇温降温が短時間で行える点で有効である。
【００２２】
成膜の膜厚は、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を越えるとカールやクラックが発生しやすくバリア性能に悪影響を与え、かつ、可撓性が低下するため、好ましくは２０〜２００ｎｍである。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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く、限定をする例ではないが医療用品、薬品、食品等の包装には、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、樹脂フィルム基材１２が電子部材、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られる場合には、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、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が望ましい。また、樹脂フィルム基材１２は、厚さが限定するものではないが用途に応じて６μｍから２００μｍ程度のものが使用しやすい。
【００２５】
蒸着材料１７は、昇華性のものであり、例えば、一酸化珪素(SiO)、二酸化珪素(SiO2)、フッ化マグネシウム(MgF2)、酸化マグネシウム（MgO）又はインジウム−スズ酸化物（ITO）などが挙げられるが、これに限ったものではない。蒸着材料１７としては、成型された原材料が加熱した部分のみ蒸発する材料であればよい。
【００２６】
蒸着材料１７は、冷却された原料台又はルツボの内部に置かれることが多いが、本発明の実施の形態では蒸着材料１７の下部まで電子ビームが到達したとき温度が上昇することを検出するための原料台を用いることが好ましい。
【００２７】
蒸着材料移動台１８１は、カーボン製の平板で構成されている。これは、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、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、蒸着材料移動台１８１の厚さは、温度測定ができるようであれば薄いものでも構わない。蒸着材料移動台１８１は、金属ピン２２１が固定できる厚みがあれば十分である。蒸着材料移動台１８１としては、カーボンを使用する際には５ｍｍから１０ｍｍの厚さが強度や熱容量があり好ましい。また、蒸着材料移動台１８１は、複数のカーボン板を互いに重ね合わせて構成してもよい。
【００２８】
金属ピン２２１の材料としては、特に限定されるものではなく、一般的なステンレス製の金属が挙げられる。熱電対２２２は、特に限定されるものではないが、Ｋ熱電対（クロメルーアルメル）は１０００℃程度の温度測定が可能で安価であるため好ましい。
【００２９】
実際の蒸着材料１７を使い果たすと蒸着材料移動台１８１に電子ビーム１９が照射され、温度が上昇する。したがって、蒸着材料１７の蒸発量が減少するため、蒸着材料１７を供給する必要がある。そのため、蒸着材料移動台１８１の移動速度を上昇させる。蒸着材料１７の昇華温度が１０００℃である場合には、熱電対２２２による材料温度測定値が昇華温度に近い１０００℃以上になった時に蒸着材料移動台１８１の移動速度を上昇させる制御を行う。すなわち、移動速度制御手段２３は、蒸着材料温度測定手段２２による材料温度測定値が１０００℃未満であるときに蒸着材料移動手段１８による蒸着材料１７の移動速度を第１の移動速度とし、かつ、蒸着材料温度測定手段２２による材料温度測定値が１０００℃以上であるときに蒸着材料移動手段１８による蒸着材料１７の移動速度を第１の移動速度より速い第２の移動速度とする。
【００３０】
このため、蒸着材料１７からの安定蒸発を実現できる。蒸着材料１７の移動速度は蒸着材料１７の高さや加熱状態によって変えることができる。蒸着材料温度測定手段２２による材料温度測定値が基準値以上になったときに、移動速度制御手段２３は、制御信号を発生させ、蒸着材料移動台１８１の速度を上げる。そのときの制御法は公知の方法を使用することができ、特に限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１）
次に、本発明の実施例１について説明する。
図１に示す蒸着装置の真空チャンバー１１の内部にカーボン製の5ｍｍ厚のプレートが蒸着材料移動台１８１として配置された。蒸着材料移動台１８１の移動方向に直交する幅方向に蒸着材料１７として酸化珪素材料（SiO、大阪チタニウムテクノロジー社製）からなり、幅が４００ｍｍであるもが並べられた。蒸着材料１７は、移動方向と同じ方向には１５０1ｍｍの長さ有し、その高さがほぼ５０ｍｍである。
【００３２】
樹脂フィルム基材１２は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート、東レ社製P60）の厚さが１２μｍであるフィルムで形成されている。電子銃１６は、加速電圧を４０ＫＶとされ、ビーム電流を０．２５Ａとされ、酸化珪素材料からなる蒸着材料１７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として蒸着材料１７が蒸着する成膜の膜厚が４０ｎｍとなるように前記フイルム搬送巻取手段による樹脂フイルム基材１２の搬送巻取速度が調整され、電子ビーム１６による加熱蒸着を行なわれた。蒸着材料移動台１８１は５ｍｍ/ｍｉｎの移動速度で電子ビーム加熱を開始した。
【００３３】
蒸着材料移動台１８１には複数の金属ピン（材質SUS316）２２１が埋め込まれている。これらの金属ピン２２１は、移動方向と同じ方向に３箇所(５０ｍｍピッチ)だけ配置され、かつ、幅方向に５箇所(８０ｍｍピッチ)だけ配置された。熱電対(Ｋ熱電対)２２２は、蒸着材料移動台１８１及び金属ピン２２１に固定された。
【００３４】
移動速度制御手段２３は、蒸着材料温度測定手段２２による材料温度測定値が１０００℃（基準値）未満であるときに蒸着材料移動手段１８による蒸着材料１７の移動速度を５ｍｍ/ｍｉｎ（第１の移動速度）とし、かつ、蒸着材料温度測定手段２２による材料温度測定値が１０００℃（基準値）以上であるときに蒸着材料移動手段１８による蒸着材料１７の移動速度を第１の移動速度より速い９ｍｍ/ｍｉｎ（第２の移動速度）とする。
【００３５】
蒸着中は樹脂フィルム基材１２の幅方向中心点をインライン透過率計（図示せず）の波長３５０ｎｍの透過光によって樹脂フィルム基材（ＰＥＴフィルム）１２と蒸着の成膜の透過率が計測され、膜厚の安定度が透過率で確認された。透過率と膜厚の関係は成膜（酸化珪素の成膜）の吸収が膜厚に比例することから透過率と膜厚が直線関係になる。蒸着の成膜の実際の厚さは蛍光Ｘ線（リガク社製 Supermini）でSi強度が測定され、前もって電子顕微鏡の断面観察から得られた膜厚との検量線によって測定された。
【００３６】
次に、比較例１について説明する。
比較例１においては、蒸着材料移動台１８１には金属ピン２２１を埋め込まず温度測定をせずに蒸着材料移動台１８１の移動速度は５ｍｍ/ｍｉｎとされ、これ以外の条件は実施例１と同じとされた。比較例１における樹脂フィルム基材１２と蒸着の成膜の透過率が実施例１と同様に計測され、膜厚の安定度が透過率で確認された。
【００３７】
次に、比較例２について説明する。
比較例２においては、蒸着材料移動台１８１には金属ピン２２１を埋め込まず温度測定をせずに蒸着材料移動台１８１の移動速度は１２ｍｍ/ｍｉｎとされ、これ以外の条件は実施例１と同じとされた。比較例２における樹脂フィルム基材１２と蒸着の成膜の透過率が実施例１と同様に計測され、膜厚の安定度が透過率で確認された。
【００３８】
図４は、本発明の実施例１と比較例１，２における透過率(%Ｔ)と膜厚を評価した結果を説明するための図である。
実施例１では４ｍｉｎ（分）後に蒸着材料１７の移動速度を制御し、透過率%Ｔが安定し膜厚の変動率が少ないが、比較例１では４ｍｉｎ以降に透過率%Ｔが上昇し膜厚が減少している。これは、蒸着材料１７が使い果たされ蒸着材料１７の供給速度が遅いことに起因している。比較例２では透過率%Ｔが安定し膜厚の変動率が安定しているが蒸着材料１７が残っており、残っている蒸着材料１７の再利用は酸化珪素材料（蒸着材料）の蒸発量が不安定となるので難しい。よって、蒸着材料１７の供給速度を最適にするためには、蒸着材料１７の移動速度の制御が有効である。
【００３９】
本発明の実施の形態においては、蒸着材料１７の底面を温度測定することで蒸着材料１７を使い果たしたときに起こる蒸発量の不足に関して、蒸着材料移動台１８１の移動速度を増加させることにより蒸着材料１７の蒸発量が安定した成膜が行えて、蒸着フィルムの収率向上及び生産性向上を図ることができる。また、従来の蒸着装置においては、移動速度が速すぎたときに蒸着材料１７が残ってしまうため無駄になってしまうが、本発明の実施の形態においては、蒸着材料１７を使い切るところまで調整ができるため蒸着材料１７の使用効率が良くなりコストダウンの効果がある。
【００４０】
本発明の実施の形態に係る蒸着装置は、食品、日用品、医薬品等の包装分野に用いられる蒸着フィルム、又は、非包装分野での酸素および水蒸気を遮断が必要な部材分野に用いられる蒸着フィルムの製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る蒸着装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る蒸着装置の蒸着材料移動台及び蒸着材料温度測定手段を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る蒸着装置の主要部を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例１と比較例１、２における透過率(%Ｔ)と膜厚を評価した結果を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
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  蒸着材料
１８  着材料移動手段
１８１  蒸着材料移動台
１９  電子ビーム
２０  成膜室
２１  フイルム搬送巻取室
２２  蒸着材料温度測定手段
２２１  金属ピン
２２２  熱電対
２３  移動速度制御手段
【図１】
2010106320.tif 000003
【図２】
2010106320.tif 000004
【図３】
2010106320.tif 000005
【図４】
2010106320.tif 000006