(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線加熱によって蒸着を行う蒸着室と、前記蒸着室内に電子線を照射する電子銃とを備える電子線加熱式蒸着装置であって、
前記蒸着室内に、電子を吸収する吸収部と電子を反射する反射部とからなる電子吸収体を備え、該電子吸収体は、蒸着材料に照射され、全反射した電子線が進む方向に設置されることを特徴とする電子線加熱蒸着装置。
【請求項２】
前記電子吸収体の反射部の材質がカーボンであることを特徴とする請求項１に記載の電子線加熱蒸着装置。
【請求項３】
前記電子吸収体の吸収部の材質が金属であり、前記金属の熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子線加熱蒸着装置。
【請求項４】
前記金属が銀または銅であることを特徴とする請求項３に記載の電子線加熱蒸着装置。
【請求項５】
基材フィルムを連続的に供給できる巻取機構を具備する巻取室を備え、前記蒸着室および前記巻取室の各々に真空排気機構を設けることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電子線加熱蒸着装置。
【請求項６】
前記蒸着室に備える蒸着材料が、酸化珪素化合物であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電子線加熱蒸着装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空成膜のなかでも電子線加熱蒸着に特化した装置に関する。特に蒸着材料が酸化物などの絶縁体で昇華により蒸発し、巻取り機構により連続して蒸着かつ大面積の電子線加熱が可能な装置に関する。これらにより、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、あるい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を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、食品や日用品、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。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った。
【０００３】
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、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上市されている。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。特に、酸化珪素による透明ガスバリア膜に関しては酸素・水蒸気バリア性が高く、水分に関しての耐久性が高いことから、産業資材での要求品質をクリアできる蒸着膜として使用される。しかし、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）は絶縁体であるため、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、熱エネルギーとして変換されない電子線のエネルギーは反射や拡散現象によって電子銃や真空装置のある部分に反射電子・散乱電子が集中して蒸着材料以外の箇所を加熱する問題がある。これによって装置に局所的な異常加熱を引き起こし、冷却が追いつかず、場合によっては装置を破損する恐れがある。このことにより、ビーム出力の上限が制限され所望の蒸発速度を得られないことや、装置部品のライフタイムが短くなる等、生産性や製造コストが悪化することが問題となっている。
一方、電子線の電子を吸収する技術としては、例えば、電子線を照射してX線発生させるX線発生用ターゲットとして、X線発生層の下層に電子線吸収層としてベリリウム箔とを備えたものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１８８０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、Ｘ線発生用の電子線による加熱に対して効果が見られるが、連続蒸着を目的とした大面積用途の電子線照射に対応できない問題があった。
【０００６】
本発明では、電子線加熱蒸着において、絶縁体である蒸着材料を用いた場合でも、蒸着材料に対し熱エネルギーとして変換されない電子が反射現象または拡散現象によって蒸着材料以外の箇所を加熱してしまう問題を解消し、大面積のフィルム基材への連続蒸着にも対応できることを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、電子線加熱によって蒸着を行う蒸着室と、前記蒸着室内に電子線を照射する電子銃とを備える電子線加熱式蒸着装置であって、前記蒸着室内に、電子を吸収する吸収部と電子を反射する反射部とからなる電子吸収体を備え、該電子吸収体は、蒸着材料に照射され、全反射した電子線が進む方向に設置されることを特徴とする電子線加熱蒸着装置である。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、前記電子吸収体の反射部の材質がカーボンであることを特徴とする請求項１に記載の電子線加熱蒸着装置である。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、前記吸収部の材質が金属であり、前記金属の熱伝導率が３００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子線加熱蒸着装置である。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、前記金属が銀または銅であることを特徴とする請求項３に記載の電子線加熱蒸着装置である。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、基材フィルムを連続的に供給できる巻取機構を具備する巻取室を備え、前記蒸着室および前記巻取室の各々に真空排気機構を設けることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電子線加熱蒸着装置である。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、前記蒸着室に備える蒸着材料が、酸化珪素化合物であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電子線加熱蒸着装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電子吸収体及びそれを用いた電子線加熱式蒸着装置によれば、蒸着材料に対し熱エネルギーとして変換されず反射または拡散した電子を捕捉し吸収することで、蒸着室内の蒸着材料以外の箇所の加熱を防止することができ、かつ、大面積のフィルム基材への連続蒸着にも対応できることで、蒸着フィルムの生産性が向上する電子線加熱式蒸着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の電子吸収体の側面の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態の電子吸収体の正面からの説明図である。
【図３】本発明の一実施形態の電子吸収体の断面の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態の電子線加熱蒸着装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明の実施の形態は、以下に記載する実施の形態に限定されうるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の実施の形態の範囲に含まれうるものである。
【００２０】
図１から３は、本発明の電子吸収体１８の側面図、正面図、断面図である。電子吸収体１８は電子を反射する反射部１８ａと電子を吸収する吸収部１８ｂとで構成されている。
【００２１】
本発明の反射部１８ａは、４つの面で構成され、４つの面で空間を囲うように組み立てられている。４つの面で囲まれた空間に電子が捕捉されることで、効率的に電子を吸収部１８ｂに誘導することができる。
【００２２】
図１から３の電子吸収体１８の反射部１８ａは、４つの面で構成された筒型の形状を有しているが、効率的に電子を吸収部１８ｂに誘導することができればいかなる形状でもよい。例えば、矩形形状の開口部が吸収部に向かって面積が小さくなる、すなわちホーンアンテナのような形状が挙げられる。
【００２３】
反射部１８ａの材質は、二次電子放出比が低い方が好ましく、そのなかでもカーボン（Ｃ）は導電性、耐熱性、低熱膨張率、化学安定性を備えた二次電子放出比が低い材料であり、より好ましい。
【００２４】
本発明の吸収部１８ｂは、４つの面で構成された筒型の反射部１８ａの一方の口をふさぐように取り付けられる。反射部１８ａで捕捉され、誘導された電子が吸収部１８ｂに衝突することで電子が吸収される。
【００２５】
吸収部１８ｂの形状は、反射部１８ａの形状に合わせて適宜設計される。反射部１８ａで捕捉され、誘導された電子が吸収部１８ｂに効率的に到達するような形状であれば、いかなる形状でもよい。
【００２６】
吸収部１８ｂの材質は、電子を吸収する金属であることが好ましい。また、吸収部は電子が集中する部分であり冷却水にて充分に冷却する必要があるため、導電性と熱伝導性が高い材料がより好ましい。特に、熱伝導率が３００［Ｗ／ｍ・Ｋ］である銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）が好ましく、材料コストと加工のしやすさの点で銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）がより好ましい。
【００２７】
電子吸収体１８は、吸収部１８ｂが電子を吸収することで熱を発生するため、吸収部１８ｂを冷却する冷却機構を備えていてもよい。冷却方法としては、冷却水等が挙げられる。
【００２８】
図４は、本発明の電子吸収体１８を用いた電子線加熱蒸着装置１１である。本発明の電子線加熱蒸着装置１１は、フィルム基材１２を巻出す巻出しロール１３と、成膜後のフィルム基材１２を巻取る巻取りロール１４とを備える巻取室２１と、フィルム基材１２に蒸着材料１７を成膜する蒸着室２０とで構成される。巻出しロール１３により巻出されたフィルム基材１２は、成膜ロール１５に保持された状態で、蒸着室２０に搬送される。蒸着室２０に搬送されたフィルム基材に対し、蒸着室２０に配置される電子銃１６によって電子線１９を照射することで加熱された蒸着材料１７から蒸発した材料を蒸着させる。成膜したフィルム基材１２は、巻取室２１に搬送され、巻取りロール１４に巻取られる。このような電子線加熱蒸着装置１１であれば、大面積のフィルム基材への連続蒸着が可能であり、蒸着フィルムの生産性を向上させることができる。
【００２９】
また、蒸着室２０および巻取室２１の各々に真空排気機構１０を設けることが好ましい。真空排気機構１０を設けることによりフィルム基材１２からの脱ガスの影響を少なくし、蒸着プロセスを安定にすることができるメリットがある。また、各々に真空排気機構１０を設けることで巻取室２０にてプラズマを用いた帯電緩和装置（図示せず）を設置することができる。
【００３０】
包装材料などに用いる蒸着フィルムは、真空成膜によって作製することがバリア性能や均一性の観点から好ましく、その成膜手段としては、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製することができる。その中でも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、特に本発明のように電子線（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ）加熱方式は成膜速度が照射面積や電子線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。
【００３１】
また、本発明のように電子線加熱方式を用いると、電子線が絶縁体に照射した場合、反射や散乱などの現象が起こる。また、蒸着材料の局所的な加熱が進み蒸発が開始されると電子線の反射や散乱は少なくなるが、反射や散乱は依然として発生する。そこで、本発明の電子線加熱蒸着装置１１は、蒸着室２０に電子吸収体１８を設置することで、電子線の反射や散乱によって生じた反射電子または散乱電子１９ａを捕捉し、吸収することで、蒸着材料以外の局所的な異常加熱による装置の破損を防止することができる。さらに、局所的な異常加熱を防止するためにビーム出力を制限する必要もないため、所望の蒸発速度で成膜することができる。
【００３２】
電子線加熱蒸着装置１１に用いられる電子吸収体１８の設置場所は、任意に決めることができ、蒸着室２０内に生じた反射電子または散乱電子１９ａを効率よく捕捉し、吸収できれば、いかなる設置場所でもよい。例えば、図４のように蒸着材料１７に照射される電子線１９が全反射する方向に、電子線吸収体１８の中心がくるように設置することができる。
【００３３】
また、電子線加熱蒸着装置１１に用いられる電子吸収体１８の形状は、蒸着室２０の形状、またはフィルム基材１２の幅方向の大きさなどによって適宜設計される。また、フィルム基材１２の幅が大きい場合は、電子吸収体１８を幅方向に複数設置してもよい。蒸着室２０内に生じた反射電子または散乱電子１９ａを効率よく捕捉し、吸収できる形状であれば、いかなる形状でもよい。
【００３４】
基材として用いるフィルム基材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。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、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。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、ナイロンなどがコスト的に用いやすく、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基材を用いることが好ましい。また、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。
【００３５】
蒸着材料１７としては、例えば、酸化珪素化合物である一酸化珪素（ＳｉＯ）や二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）などが挙げられるが、特に、酸化珪素化合物であることが好ましい。蒸着材料として一酸化珪素を用いることで、電子線加熱で反射電子や散乱電子は多いが蒸着速度が速くバリア性能が高い蒸着フィルムを得ることができる。
【００３６】
フィルム基材１２上に成膜された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。
【実施例】
【００３７】
＜実施例１＞
電子線加熱蒸着装置に、反射部が開口２００ｍｍｘ１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍのカーボン板（日本カーボン社製、５ｍｍ厚）からなり、吸収部が１００ｍｍｘ６０ｍｍの銀板（純度９９．８％、３ｍｍ厚）からなる電子吸収体を設置した。この吸収部は冷却水によって充分冷却されている。電子線加熱蒸着装置内に蒸着材料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）を１２００ｍｍ幅に並べた。フィルム基材はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート、東レ社製Ｐ６０）の１２μｍ厚のフィルムを用い、電子線の加速電圧を３０ｋＶ、ビーム電流を０．３Ａとして酸化珪素材料の加熱を開始した。蒸着材料の電子線照射面の全面が予備加熱したのちに、ビーム電流を変化させて酸化珪素材料の蒸着を行った。蒸着室圧力は９．０×１０−３Ｐａとして酸化珪素薄膜の膜厚が３０ｎｍとなるように巻取速度を調整して、電子線加熱蒸着を行った。そのときのビーム電流値と巻取速度、目視による電子線反射状態を表１に示す。
【００３８】
＜実施例２＞
実施例１で示した電子吸収体の吸収部を鉄（Ｆｅ純度９９．９％、厚さ３ｍｍ）としたときに他の条件は実施例１と同様に行い，そのときのビーム電流値と巻取速度、目視による電子線反射状態を表１に示す。
【００３９】
＜比較例１＞
実施例１で示した電子吸収体の反射部を取り除き、吸収部のみを設置した以外は実施例１と同様に行い、そのときのビーム電流値と巻取速度、目視による電子線反射状態を表１に示す。
【００４０】
＜比較例２＞
実施例１で示した電子吸収体全体を取り除き、他の条件は実施例１と同様に行い、そのときのビーム電流値と巻取速度、目視による電子線反射状態を表１に示す。
【００４１】
【表１】
0005423288.tif 000002
【００４２】
比較例１、２では、ビーム電流を上昇すると蒸着室内で電子が集中して部分的に加熱される部分があり、蒸着装置の壁面に損傷を与えるためビーム電流が表１に示す値が上限となった。実施例２では反射電子の状態は少なかったものの、電子吸収ホーンの吸収部の変形があったためビーム電流値の上限があったが蒸着速度が高いため、巻取速度を高くすることができた。実施例１は、反射電子は確認できず電流値が２．４Ａまで確認でき、蒸発速度も高く巻取速度が高くすることができた。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
電子線加熱蒸着装置で蒸着フィルムなどの包装用材料を作製する場合、蒸着材料を蒸発させるときにビーム出力の上限が反射電子等で制限されずに蒸発速度を上げられることで生産性が向上する。また、反射電子による装置部品の加熱を少なくすることができるため部品交換のライフタイムが長くなり製造コストダウンとなる。
【符号の説明】
【００４４】
１０・・・真空排気機構
１１・・・電子線加熱蒸着装置
１２・・・フィルム基材
１３・・・巻出しロール
１４・・・巻取りロール
１５・・・成膜ロール
１６・・・電子銃
１７・・・蒸着材料
１８・・・電子吸収体
１８ａ・・・反射部
１８ｂ・・・吸収部
１９・・・電子線
１９ａ・・・反射電子または散乱電子
２０・・・蒸着室
２１・・・巻取室
【図１】
0005423288.tif 000003
【図２】
0005423288.tif 000004
【図３】
0005423288.tif 000005
【図４】
0005423288.tif 000006