(57)【要約】【課題】  長尺の熱可塑性樹脂フィルムに対し抵抗加熱方式により蒸着を行う際に発生するピンホールを改善するため、蒸着材料からなる金属ワイヤーの実際の供給状態を監視することができる真空蒸着装置を提供する。【解決手段】  真空槽内の蒸発源に蒸着材料である金属ワイヤーを連続的に供給する金属ワイヤー供給機構を有し、該金属ワイヤー供給機構が駆動ローラーと対向フリーローラーの間で金属ワイヤーを挟み込みながら供給するものであり、該駆動ローラーと該対向フリーローラーの周速度の差を検知する機構を有する真空蒸着装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内の蒸発源に蒸着材料である金属ワイヤーを連続的に供給する金属ワイヤー供給機構を有し、該金属ワイヤー供給機構が駆動ローラーと対向フリーローラーの間で金属ワイヤーを挟み込みながら供給するものであり、該駆動ローラーと対向フリーローラーの周速度の差を検知する機構を有する真空蒸着装置。
【請求項２】
前記駆動ローラーと対向フリーローラーの周速度の差を検知する機構が、前記駆動ローラーの周長ＬＤ（ｍｍ）と設定回転速度ＮＤ（／ｓ）の積から求めた該駆動ローラーの周速ＬＤ×ＮＤ（ｍｍ／ｓ）と、前記対向フリーローラーの周長ＬＦ（ｍｍ）と実回転速度ＮＦ（／ｓ）の積から求めた該対向フリーローラーの周速ＬＦ×ＮＦ（ｍｍ／ｓ）を比較することで周速差を検知するものであることを特徴とする、請求項１記載の真空蒸着装置。
【請求項３】
前記駆動ローラーと前記対向フリーローラーとの距離が調整可能であり、金属ワイヤーを挟み込んでいない時には駆動ローラーと対向フリーローラーが接触しないことを特徴とする請求項１または２に記載の真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空蒸着装置に関し、特に蒸着材料の金属ワイヤーの搬送の速度監視機構を有する真空蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂フィルムの表面に蒸着によってアルミニウムや酸化アルミニウムの薄膜を形成した蒸着フィルムは、遮光性や美麗性又は光線透過性を有し、さらにガスバリア性に優れることから包装材料用途に幅広く用いられている。蒸着の方法には誘導加熱方式や電子ビーム加熱方式、抵抗加熱方式などがあるが、熱可塑性樹脂フィルムへの蒸着には、熱負荷が小さく高速での蒸着加工が可能な点から抵抗加熱方式による蒸着が有効である。
【０００３】
長尺フィルムに連続的に蒸着する際には、蒸発源として窒化ホウ素を主成分として成形したボートと呼ばれる抵抗体を用い、電流を流して加熱したボートにアルミニウムなどの蒸着材料からなる金属ワイヤーを連続的に供給して蒸着することが一般的に行われている。この時、蒸発源で溶融したアルミニウムが突沸してその飛沫がフィルムに到達するとピンホールが発生する。蒸着フィルムが包装材料用として貼り合わせ印刷されると、そのピンホール部分が外観不良となるため問題となる。
【０００４】
このピンホールの発生原因のひとつとして、ボート上の溶融アルミニウムの面積が変化した時に、溶融アルミニウムのない高温になったボート上に溶融アルミニウムが流れ込むことで、溶融アルミニウムに急激な温度変化が生じて突沸し、ピンホールとなることが考えられる。溶融アルミニウムの面積の変化を引き起こす要因としては、金属ワイヤーの供給速度の変動があげられる。
【０００５】
ピンホールの発生は、後工程の最終検査にて発見されることが多いため、ピンホールの発生状況は蒸着後時間が経ってから判明する。そのため、ピンホール発生要因調査に時間を要すると共に、長尺フィルム数本に渡り同じ原因によりピンホールが発生し製品の歩留まりに大きな影響を与えるなどの問題がある。
【０００６】
また、酸化アルミニウム蒸着による透明蒸着を施している場合、金属ワイヤーがなくなった場合、透過率の変動が小さく金属ワイヤーがなくなったことが分からないなどの問題もある。
【０００７】
特許文献１では、真空蒸着装置におけるワイヤーの供給や巻癖の矯正について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−６７９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１においては、真空蒸着装置におけるワイヤー供給速度はワイヤーを送りだすための駆動ロールの回転数を制御することにより調整されている。そのため、ワイヤーが実際に設定値通りに搬送されているか、また連続的に安定して搬送されているかを確認することはできない。つまりワイヤーの実搬送状態が分からないため工程安定性を確認することができないという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、長尺の熱可塑性樹脂フィルムに対し抵抗加熱方式により蒸着を行う際に発生するピンホールを改善するため、蒸着材料からなる金属ワイヤーの実際の供給状態を監視することができる真空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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は次の構成からなる。
【００１２】
すなわち、真空槽内の蒸発源に蒸着材料である金属ワイヤーを連続的に供給する金属ワイヤー供給機構を有し、該金属ワイヤー供給機構が駆動ローラーと対向フリーローラーの間で金属ワイヤーを挟み込みながら供給するものであり、該駆動ローラーと対向フリーローラーの周速度の差を検知する機構を有する真空蒸着装置である。
【００１３】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記駆動ローラーの周長ＬＤ（ｍｍ）と設定回転速度ＮＤ（／ｓ）の積から求めた該駆動ローラーの周速ＬＤ×ＮＤ（ｍｍ／ｓ）と、前記対向フリーローラーの周長ＬＦ（ｍｍ）と実回転速度ＮＦ（／ｓ）の積から求めた該対向フリーローラーの周速ＬＦ×ＮＦ（ｍｍ／ｓ）を比較することで周速差を検知する前記に記載の真空蒸着装置である。
【００１４】
さらに、前記駆動ローラーと前記対向フリーローラーとの距離が調整可能であり、金属ワイヤーを挟み込んでない時には駆動ローラーと対向フリーローラーが接触しないことを特徴とする真空蒸着装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下に説明するとおり、真空蒸着装置において金属ワイヤー供給機構の駆動ローラーと対向フリーローラーの周速差を検知することにより、金属ワイヤー供給速度の変動や、金属ワイヤー切れをリアルタイムに監視することができる。これにより、ピンホールや、蒸着膜が基準膜厚より薄いなどの蒸着欠点の発生を即座に感知することができ、条件調整や蒸着中止などのトラブル対応が迅速に対応可能となる。これにより、工程安定化を図り、欠点削減や製品の歩留まり向上を達成ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の真空蒸着装置の概略断面図である。
【図２】本発明における金属ワイヤー供給機構の側面図である。
【図３】本発明における周速度差検知機構の一例を示す側面図である。
【図４】本発明における対向フリーローラー設置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の実施形態の例について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本発明の真空蒸着装置の概略断面図である。長尺フィルム８に薄膜を形成するためにロール・ツー・ロールの真空蒸着装置を使用する。真空蒸着装置は繰出し軸９や巻取り軸１０のある搬送槽１１と、蒸着膜を成膜する蒸着槽１２に分けられている。長尺フィルム８は繰出し軸９から繰出された後、蒸着槽１２に入る。蒸着槽１２には加熱された蒸発源５があり、蒸発源５にワイヤードラム１３から金属ワイヤー１が連続的に供給される。ワイヤードラム１３と蒸発源５の間には金属ワイヤー供給機構２が備わっている。加熱された蒸発源５に供給された金属ワイヤー１は溶融した後蒸発し、蒸着槽１２に露出した冷却機能を備えたコーティングドラム１４の表面に沿って搬送される長尺フィルム８の表面に蒸着膜が成膜される。成膜された長尺フィルム８は搬送槽１１に戻り、巻取り軸１０に巻き取られる。
【００１９】
本発明において、金属ワイヤー供給機構とはモーターによって駆動される駆動ローラーと駆動ローラーに対抗して設置した対向フリーローラーから構成されているものをいう。金属ワイヤーを中心として片側に駆動ローラーを設け、その反対側に対向フリーローラーが設置されている。対向フリーローラーは支持バーに固定されており、支持バーの片端を回転可能な状態で固定されている。対向フリーローラーは支持バーの固定された部分を支点として円弧状に移動させることができる。駆動ローラーと対向フリーローラーの間に一定の圧力をかけて金属ワイヤーを挟み込み、駆動ローラーを回転させることにより金属ワイヤーを供給できる機構になっている。
【００２０】
次に金属ワイヤー供給機構２の詳細について説明する。図２は本発明における金属ワイヤー供給機構の側面図である。真空蒸着装置で長尺フィルム８への蒸着を行うために、金属ワイヤー１を蒸発源５へ連続的に供給する必要がある。ワイヤードラム１３に巻かれた金属ワイヤー１は金属ワイヤー供給機構２により連続的に加熱された蒸発源５に供給される。金属ワイヤー供給機構２はモーターにより駆動される駆動ローラー４とベアリングなどを使用して自由に回転が可能な対向フリーローラー３から構成されている。金属ワイヤー１は対向フリーローラー３と駆動ローラー４の間を通過する。対向フリーローラー３と駆動ローラー４の間に一定の圧力をかけることで金属ワイヤー１と対向フリーローラー３との間、および金属ワイヤー１と駆動ローラー４との間をスリップすることなく搬送することが可能となる。対向フリーローラー３の回転負荷が大きくなると対向フリーローラー３と金属ワイヤー１との間でスリップが発生しやすくなるため、対向フリーローラー３はベアリングを用いて低トルクで回転できるように構成することが望ましい。
【００２１】
ピンホールを発生させないためには、金属ワイヤー１の供給速度の変動を抑制する必要がある。しかし、長期間の使用のなかで対向フリーローラー３で使用しているベアリングの劣化や、ワイヤードラム１３の巻姿不良や金属ワイヤー１が搬送される途中に金属ワイヤー１が通過するパイプなどに異物が混入することによる搬送抵抗の増加などにより、金属ワイヤー１の供給速度が変動することでピンホールが増加することがあった。そこで本発明では、金属ワイヤー１の供給状態を監視するために、駆動ローラー４と対向フリーローラー３の周速度の差を検知するための周速度差検知機構を設ける。
【００２２】
金属ワイヤー１の供給速度が一定で駆動ローラー４と金属ワイヤー１との間、もしくは対向フリーローラー３と金属ワイヤー１との間でスリップが発生していないときには、金属ワイヤー１、駆動ローラー４、対向フリーローラー３共に同速度となり、駆動ローラー４と対向フリーローラー３との周速度の差は発生しない。駆動ローラー４と対向フリーローラー３の押え圧の低下や、ワイヤードラム１３の巻姿不良により金属ワイヤー１が安定して繰出されないときには、駆動ローラー４と金属ワイヤー１間でスリップが発生する。
【００２３】
駆動ローラー４にステッピングモーターを使用している場合は、駆動ローラー４は指令した速度で一定で回転し続けるが、対向フリーローラー３の回転が遅くなることによる周速度の差をリアルタイムに検知することができる。また対向フリーローラー３の回転負荷が増大したときに、対向フリーローラー３と金属ワイヤー１間でスリップが発生する。この時も同様に、対向フリーローラー３の回転が遅くなることによる周速度の差をリアルタイムに検知することができる。この場合は、金属ワイヤーの供給速度は設定どおりであっても、対向フリーローラーの異常を早期に検知し対応をとることができる。
【００２４】
また、駆動ローラー４と対向フリーローラー３が接触しないようにすることで、金属ワイヤーが切れた時に対向フリーローラーが駆動ローラーの影響を受け回転しないようになり、ワイヤー切れが発生したときにリアルタイムに検知することができる。
【００２５】
駆動ローラー４と対向フリーローラー３の周速は、各ローラーの周長Ｌ(ｍｍ)と回転速度Ｎ(／ｓ)が判れば、Ｌ×Ｎ(ｍｍ/ｓ)として求めることができる。ローラーの回転速度は、例えばロールの回転に周期したパルス信号を光学的あるいは電気的に検出したものから演算により求める方法などに任意の手段によって測定することができる。また駆動ローラー４の回転速度については駆動モーターとしてステッピングモーターを用いて、モーターの回転を指令するパルスの周波数から計算で求めるなどの方法を用いても構わない。これにより、駆動ローラー４と対向フリーローラー３の各周速度を算出し、各周速度の差を検知する周速度差検知機構を設ける。
【００２６】
次に、金属ワイヤー１の供給速度を監視するための周速度差検知機構の一例について、図３を用いて説明する。周速度差検知器機構のために、対向フリーローラー３に側板７を設ける。側板７には側面に被検知部１８がフリーローラーの中心から等距離の位置に等配角に設けられており、側板７は対向フリーローラー３に固定されて対向フリーローラー３と共に回転する。この被検知部１８を回転検知装置６で検知させ周速度の検知を行う。ここで用いる回転検知装置６としては近接センサーと被検知部は凹みを用いて構成することができるが、その構成に限るものではない。
【００２７】
側板７に取り付ける被検知部１８は片側面の円周状に等間隔に設置するのが好ましい。被検知部１８が等間隔に設置されていないと、金属ワイヤー１が一定速度で供給されている場合、側板７が等速に動いていても、回転検知装置６での被検知部１８の検知が等間隔にならず、一定速度と感知しなくなる。また、被検知部１８は側板７の回転中心からの距離が等しくなるように設置することが好ましい。回転中心位置から等しい距離の位置に被検知部１８が設置されていないと、側板が一定速度で動いていても回転検知装置６が被検知部１８を検知しないことにより一定速度と検知しなくなる。
【００２８】
側板７の設置について一例をあげる。被検知部の数は多いほど検知する間隔が短くなり、低速搬送時においても信頼性が高くなるため、φ３０ｍｍの側板７の場合、周上に１６点以上設置することが望ましい。ただし、高速回転のみを検知する場合には１６点以下でも有効となる。また被検知部のサイズは一例として、φ３mm、深さ３mmを設けることができるが、被検知部はセンサーが感知すれば良いので、形状やサイズはこの限りでない。
【００２９】
回転検知装置６は検知部を側板７に垂直で被検知部と中心位置から同一距離に設置する。回転検知装置はエンコーダーなどの接触式センサーでも検知可能だが、回転トルクが大きくなることにより、金属ワイヤーとのスリップの発生リスクが高まるので、近接センサーや光電センサーなどの非接触式センサーが望ましい。
【００３０】
対向フリーローラー３により金属ワイヤー１を介して駆動ローラー４に加える押し圧は２ｋｇ以上であることが好ましい。この押し圧力が弱いと金属ワイヤー１と駆動ローラー４との間でスリップが発生し、安定搬送をすることができなくなる。
【００３１】
対向フリーローラー３に圧力をかけているため、ワイヤードラム１３が空になり金属ワイヤー１が対向フリーローラー３と駆動ローラー４の間に存在しなくなった時には、対向フリーローラー３と駆動ローラー４とが接触する。接触した状態で駆動ローラー４が回転している場合、それに合わせて対向フリーローラー３も回転してしまう。そのため、金属ワイヤー１が供給されていないにも関わらず、駆動ローラー４と同速で金属ワイヤー１が供給されているものと誤検知してしまう。そのため、金属ワイヤー１の半径以下で対向フリーローラー３と駆動ローラー４の間に隙間を保つ必要がある。
【００３２】
次に、金属ワイヤー１がなくなったことを検知させるための周速度差検知機構について図４を用いて説明する。ワイヤー供給機構２は駆動ローラー４を固定し、対向フリーローラー３を可動するようになっている。具体的にはベアリング支持バー１５に対向フリーローラー３を取り付け、支持バー固定部１６で片端を固定し、そこを支点として円周状に可動する構造とする。そのため、支持バー固定部１６の反対側にスペーサー１７を設置して金属ワイヤー１の半径以下では対向フリーローラー３と駆動ローラー４の間に隙間を保つようにすることが好ましい。これにより、金属ワイヤー１がない状態になっても、対向フリーローラー３と駆動ローラー４が接触しなくなるため、金属ワイヤー１が供給されない状態を検知することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明について実施例を挙げて説明するが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。
【００３４】
図１に示す真空蒸着装置を用いて、金属ワイヤーとしてφ１．８ｍｍのアルミニウム線を使用し、長尺フィルムへアルミニウム薄膜を形成した。長尺フィルム８としては、厚さ２５μｍで２０００ｍｍ幅、４５０００ｍ長の無延伸のポリプロピレンフィルムを使用した。金属ワイヤー供給機構および蒸発源は図２に示す構成のものをフィルムの幅方向に３０個並べて全てに対して周速度差検知機構を設置した。
【００３５】
周速度差検知機構としては図３に示すものを適用した。対向フリーローラー３としてはφ２０ｍｍのベアリングを使用し、その外周に厚さ１０ｍｍでφ３０ｍｍの側板７を取り付けた。側板７にはベアリングの中心から１２．５ｍｍの位置に、φ３ｍｍ、深さ３ｍｍの被検知部を周状に等配角に１６ヶ所取り付けた。回転検知装置６には、近接センサーを用い、ベアリング支持バー１５に固定した回転検知装置６と側板７との距離は１ｍｍにし、側板７を検知すると共に回転に負荷を与えないようにした。対向フリーローラー３と駆動ローラー４の押し圧力は、ばねばかりで、２０Ｎに調節し、φ１．８ｍｍの金属ワイヤーを蒸発源に供給するため、０．５ｍｍのスペーサー１７を設置し、金属ワイヤー１がなくなった時の対向フリーローラー３と駆動ローラー４の間にスペースを確保した。
【００３６】
本構成の真空蒸着装置を用いて、金属ワイヤー速度を監視しながらピンホール発生状況を長尺フィルム１００本分確認した。ピンホール発生状況は、金属ワイヤーの設定速度が一定であるが、速度変動がある時には、発生が多くなることが確認できた。またピンホールが増加している部分は、金属ワイヤーの速度変動のある部分に対応することが確認できた。また、速度変動があっても、ピンホール発生がない場合も、その後の加工において、速度変化が継続し、ピンホールが増加することが確認できた。
【００３７】
これらの知見により、金属ワイヤーの速度変動の要因としての対向フリーローラーのベアリングの回転トルクの増大を迅速に発見でき、ベアリングの交換を行い、回転トルクを軽くすることで、金属ワイヤーの速度変動の対策を実施することができ、ピンホール発生を早期に抑制することができた。また、ワイヤーがなくなった場合に、対向フリーロールによる金属ワイヤー速度が０ｍｍ／ｍｉｎであると検知でき、金属ワイヤーがなくなることによる、基準蒸着膜厚より薄い蒸着欠点の発生を感知できた。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の真空蒸着装置を用いると、蒸着工程の安定化が図れ、欠点削減や製品の歩留まり向上が図れる。抵抗加熱方式による熱可塑性樹脂フィルムへの蒸着に対し、利用価値が高い。
【符号の説明】
【００３９】
１    金属ワイヤー
２    金属ワイヤー供給機構
３    対向フリーローラー
４    駆動ローラー
５    蒸発源
６    回転検知装置
７    側板
８    長尺フィルム
９    繰出し軸
１０  巻き取り軸
１１  搬送槽
１２  蒸着槽
１３  ワイヤードラム
１４  コーティングドラム
１５  ベアリング支持バー
１６  支持バー固定部
１７  スペーサー
１８  被検知部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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