(57)【要約】  気相蒸着時にフィルムを支持するためのカセットが第１のエンドプレート及び第２のエンドプレートを有する。各エンドプレート上のリブは３００ｍｍを超える幅を有するフィルムの渦巻状の巻きを縁に沿って受容する渦巻状の溝を形成する。フィルムの巻きの巻回間の間隔はガス流路を画定し、かつリブの隣接する巻回間の間隔は１つのエンドプレート内にチャネルと連通する複数の入口開口部を画定する。各リブは、所定の幅寸法と、所定の平均厚さ寸法と、少なくとも２：１の幅対厚さのアスペクト比とを有する。エンドプレート間の間隔は少なくとも３００ミリメートル（３００ｍｍ）であり、また、気相堆積温度でフィルム基材の幅寸法を超える。各リブの幅寸法はエンドプレート間隔の約０．５％から約２．０％の間である。
2013503263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相蒸着プロセスのためのフィルムカセットであって、
それを通る軸を有する中心シャフトと、
第１及び第２のエンドプレートであって、各エンドプレートは前記シャフトに取り付けられ、各エンドプレートは角度的に間隔をおいて配置される複数のスポークがそこから放射状に広がる中心ハブを含み、
各エンドプレートの前記スポークは前記シャフトの前記軸に対して実質的に垂直に配向される基準面上にある内部表面を有し、
各エンドプレートはその前記内部表面に取り付けられる渦巻状のリブを有し、
各渦巻状のリブは所定の数の均等に間隔をおいて配置される巻回及びそれに対応する所定のピッチを有し、
前記渦巻状のリブの隣接する巻回間の前記間隔は各エンドプレート上の渦巻状の溝を画定する、第１及び第２のエンドプレートと、
第１の縁端及び第２の縁端を有し、かつ３００ミリメートル（３００ｍｍ）を超える所定の幅寸法を有するフィルム基材であって、
前記フィルム基材の各縁端は前記一方のエンドプレート上の前記渦巻状の溝内に受容され複数の巻回を有するフィルムの渦巻状の巻きを画定し、
前記渦巻状のフィルムの巻きの隣接する巻回間の間隔は協働して前記エンドプレート間に前記カセットを軸方向に横切って延在するガス流路を画定する、フィルム基材と、を含み、
各リブは半径方向の面に前記シャフトの前記軸を含む断面形状を有し、前記断面形状は実質的に直線の主縁端を示し、
各リブは、上に前記リブが取り付けられる前記スポークの前記内部表面から前記シャフトの前記軸に平行する方向に測定された所定の幅寸法と、前記シャフトの前記軸に対して半径方向に測定される所定の平均厚さ寸法と、少なくとも２：１の幅対平均厚さのアスペクト比と、を有し、
前記スポークの前記内部表面は、気相堆積温度で前記フィルム基材が示す前記幅寸法を超える距離をおいて配置され、
各エンドプレート上の前記リブの前記幅寸法は前記スポークの前記内部表面間の間隔の約０．５％から約２．０％の間であり、
１つのエンドプレート上の隣接するスポーク間に配置される前記渦巻状に取り付けられるリブの隣接する巻回間の前記間隔はガス流体のための複数の入口開口部を画定し、
もう一方のエンドプレート上の隣接するスポーク間に延在する前記渦巻状に取り付けられるリブの隣接する巻回間の前記間隔はガス流体のための複数の出口開口部を画定し、
前記入口及び前記出口開口部は前記ガス流路と連通する、カセット。
【請求項２】
前記渦巻状のリブは一定のピッチを有し、各渦巻状のリブの前記ピッチは前記スポーク間の間隔の約１．２％よりも小さい、請求項１に記載のカセット。
【請求項３】
各渦巻状のリブの前記ピッチは前記スポーク間の間隔の約０．５％よりも小さい、請求項２に記載のカセット。
【請求項４】
各エンドプレート上の前記リブの前記厚さ寸法は前記ピッチの約５０パーセントよりも小さい、請求項２に記載のカセット。
【請求項５】
各渦巻状のリブはその上に所定の厚さのコーティングを有し、前記コーティング厚さは約１００から約２０００オングストロームの範囲内にあり、
前記コーティングは約５０マイクロメートルよりも小さい所定の表面粗さ及びショアＤ３０よりも高い硬度を有する、請求項１に記載のカセット。
【請求項６】
前記コーティングはアルミナであり、前記コーティング厚さは約１００から約１０００オングストロームまでの範囲内である、請求項５に記載のカセット。
【請求項７】
前記１つのエンドプレートはその上に画定される所定の面積を有し、
前記入口開口部の面積は前記１つのエンドプレートの前記所定の面積の少なくとも５０パーセントである、請求項１に記載のカセット。
【請求項８】
前記フィルムの巻きは内側端部を有し、
前記シャフトはその中に設けられる軸方向に延在するスロットを有する中空の部材であり、前記スロットは前記シャフトの前記軸に平行して延在し、
前記フィルムの巻きの前記内側端部は前記シャフト内の前記スロット内に受容される、請求項１に記載のカセット。
【請求項９】
各エンドプレートは少なくとも摂氏８０度の最低処理温度を有する水蒸気及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を使用する気相蒸着プロセスに耐えるのに十分な高分子材料で製作される、請求項１に記載のカセット。
【請求項１０】
前記エンドプレート間の前記スポーク間の間隔は１から３ミリメートル（１〜３ｍｍ）を超えて変化しない、請求項１に記載のカセット。
【請求項１１】
各エンドプレートは外側リムを有し、前記ハブとリムは前記角度的に間隔をおいて配置されるスポークにより互いに連結される、請求項１に記載のカセット。
【請求項１２】
各リブの前記断面形状は実質的に矩形である、請求項１に記載のカセット。
【請求項１３】
各リブは外側端部を有し、
各リブはその前記外側端部にフロースポイラを有する、請求項１２に記載のカセット。
【請求項１４】
各リブの前記断面形状は実質的にくさび形である、請求項１に記載のカセット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本明細書中に開示される発明の対象物は、全て本願と同時期に出願され、全て本発明の譲受人に譲渡された以下の同時係属出願に開示されかつ特許請求される。
気相蒸着のためのフィルムカセット（ＣＬ−４５８４）、
気相蒸着のためのフィルムカセットを作製するための方法（ＣＬ−４８１９）、
気相蒸着のための装置（ＣＬ−４８２１）、
気相蒸着のためのフィルムカセットを装填するための装置及び方法（ＣＬ−４８２０）及び
気相蒸着のためのフィルムカセットを非装填するための装置及び方法（ＣＬ−４８２２）。
【０００２】
本発明は、気相蒸着プロセス時にフィルム基材を支持するためのフィルムカセットと、カセットを作製するための方法と、気相蒸着プロセスを使用して基材上に１つ以上の材料を堆積させるための装置と、カセットを装填及び非装填するための装置及び方法とに関する。
【背景技術】
【０００３】
手頃な薄膜太陽電池モジュールを製造するためには、工業的な長さのウルトラバリアフィルムのロール（１０から２００メートル又はそれを上回るオーダーの）及び約３５０〜１６５０ｍｍの幅が必要とされる。許容可能なウルトラバリアフィルムであれば薄膜太陽電池モジュールの光起電層内への水蒸気及び／又は酸素の侵入を５×１０−４ｇ−Ｈ２Ｏ／ｍ２−ｄａｙよりも低い水蒸気透過率に制限できるはずである。水蒸気又は酸素の侵入はモジュールの光起電層を急速に破壊しがちであるため有害である。
【０００４】
現在、ロールツーロール法を使用してわずか１０−３ｇ−Ｈ２Ｏ／ｍ２−ｄａｙの水蒸気透過率を有する（食用のスナック製品の袋用に使用されるものなどの）コーティングされたフィルムを製造することが可能である。利用可能なロールツーロール技術を使用して有機発光ダイオード（ＯＬＥＤの）用の工業的な長さのウルトラバリアフィルムのロールを製造するという試みは、フィルムがウルトラバリアとして有効となるために必要な閾値（５×１０−４ｇ−Ｈ２Ｏ／ｍ２−ｄａｙ単位）を大幅に下回り、不成功となることが判明した。
【０００５】
ＯＬＥＤ用のコーティングされたウルトラバリアフィルムのロールツーロール製造におけるこれら従前の試みでは、フィルム基材の表面上に原子層堆積として公知のプロセスなどの化学又は気相蒸着を使用して材料が堆積された。従前のロールツーロール製造の試み時では、プロセスローラが基材の全面に接触し、基材上に表面引っかき傷を生成する。更に、基材はそれが１つのローラから別のローラに案内される際にかなりの曲げに耐えるため、堆積されたバリアコーティング中に更なるクラックを生成する。そのような引っかき傷、摩耗、折り目又はクラックは、あらゆる堆積されたバリアコーティングの、水分又は酸素の進入を防ぐ能力を破壊する。
【０００６】
化学バッチプロセス現像時にハロゲン化銀フィルムの全長（一般に幅３５から１００ｍｍの間）を支持することができるフィルムカセットは写真技術において公知である。そのようなカセットは現像されるフィルムを一般に渦巻状の様式で支持する。渦巻状に巻かれたカセットでは、処理されるフィルムはフィルムの表面に触れられることなくカセットの渦巻状の溝内に縁に沿って保持される。そのような先行技術のフィルムカセットの代表例は、Ｈｅｗｅｓ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｓ（Ｂｅｄｆｏｒｄｓｈｉｒｅ、Ｅｎｇｌａｎｄ）により販売された金属カセット及びＰａｔｅｒｓｏｎ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｌｉｍｉｔｅｄ（Ｗｅｓｔ  Ｍｉｄｌａｎｄｓ、Ｅｎｇｌａｎｄ）により販売されたプラスチックカセットである。
【０００７】
金属線（ステンレス鋼）又は一般に入手できるプラスチックの渦巻状に巻かれたカセットのいずれかを１００ｍｍを超える幅を有するフィルムでの使用のためにスケーリングすることには困難がある。
【０００８】
写真処理液が渦巻状に巻かれた写真フィルムの巻回間の間隔に浸透することを可能にするために、これらのハロゲン化銀カセットのスポーク間の間隔に対してリブのピッチが大きいこと（約２．５〜６．５％）が理想的であるが、そのような高いピッチ対スポーク間の間隔の比率はウルトラバリア用のフィルムの工業的なロールの加工には非常に非効率である。そのような大きなリブのピッチ対スポーク間の間隔を有するカセット上には短い長さのフィルムのみが担持されうる。
【０００９】
線の曲がり／溶接におけるわずかな変化又はプラスチックカセットの射出成形におけるフローラインがエンドプレートの歪みを引き起こすため、１００ｍｍよりも広い金属線カセット及び低温プラスチックカセットの作製は困難であることがわかっている。これらの構造的な歪みはフィルムを装填することを困難にするであろう。また、フィルムが渦巻状の溝から脱落する傾向を有するであろう。
【００１０】
金属線カセットはより厳しい蒸着の処理条件をとりうるが、特に約６ｍｍよりも小さいリブのピッチでは室温から処理温度で膨張するため、その対称なリブの幾何学的形状（１：１のアスペクト比）はフィルムを保持するのに十分に広くない。プラスチックカセットはプラスチックの熱変形温度を大幅に上回る、より厳しい蒸着の処理条件で歪む。加えて、いくつかのプラスチックカセットのセルフスレッディング特性によりフィルム基材がカセットの柔らかいプラスチックリブに沿って摺動する際に屑を生成する。
【００１１】
したがって、上記に鑑み、蒸着プロセス時に、加工時のフィルム表面の引っかきを最小化しかつ装填及び非装填時にフィルム又はコーティングの折り目がつくこと又はクラックが入ることの危険性を最小化する方式で、渦巻状に巻かれたフィルム基材の工業的な長さのロールを縁に沿って支持することができるフィルムカセットを提供し、そのように、工業的な長さのウルトラバリアフィルムの製造を可能にすることが有利と考えられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一態様において、本発明は気相蒸着プロセス時にフィルム基材の全長を支持するためのカセットに関する。カセットはその上に取り付けられる第１及び第２のエンドプレートを有する中心シャフトを含む。各エンドプレートは複数の角度的に間隔をおいて配置されるスポークがそこから放射状に広がる中心ハブを含む。スポークは、シャフトの軸に対して実質的に垂直に配向される基準面上にある内部表面を有する。スポークの内部表面は向かい合って配置され、かつ基準面間に画定される所定のスポーク間の間隔だけ離間して配置される。
【００１３】
各エンドプレートはその上のスポークの内部表面に取り付けられる渦巻状のリブを有する。各渦巻状のリブは所定の数の均等に間隔をおいて配置される巻回及びそれに対応する所定のピッチを有する。渦巻状のリブの隣接する巻回間の間隔は各エンドプレート上にフィルムの縁端を収容することができる渦巻状の溝を画定する。
【００１４】
各リブは半径方向の面にシャフトの軸を含む断面形状を有する。断面形状は実質的に直線の主縁端を有する。各リブは、所定の幅寸法と、所定の平均厚さ寸法と、少なくとも２：１の幅対厚さのアスペクト比とを示す。一実施形態において、リブの断面形状は実質的に矩形であり、かつその自由端部に付加的なフロースポイラを含んでもよい。別実施形態において、各リブの断面形状は実質的にくさび形である。
【００１５】
スポーク間の間隔は少なくとも３００ミリメートル（３００ｍｍ）であり、また、気相堆積温度においてフィルム基材が示す幅寸法を超える。各エンドプレート上のリブの幅寸法はスポーク間の間隔の約０．５％から約２．０％の間である。
【００１６】
他の態様において、本発明は所定の長さのフィルム基材が装填されたカセット及び装填されたカセットが中に受容されるインサートを有する蒸着装置に関する。
【００１７】
更に別の態様において、本発明はフィルムカセットを装填するための装置及び方法、並びにフィルムカセットを非装填し、それを即座に保護カバーシートに積層するための装置及び方法に関する。
【００１８】
本発明は、添付の図と関連付けて解釈され、本出願の一部を形成する以下の詳細な説明からより詳細に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるフィルムカセットを利用するガス流体蒸着プロセスを使用してフィルム基材をコーティングするための装置の様式化した概略図である。
【図２】図１の蒸着装置内に使用される任意の拡散プレートの立面図である。
【図３】ガス流体への曝露中にフィルム基材の全長を支持するための本発明によるフィルムカセットを示す、図１及び図４の断面線３−３に沿って切った断面図である。
【図４】図３の図線４−４に沿って切った立面図である。
【図５】カセットにより受容される際のフィルム基材の縁端を示す、また、フィルム基材がカセットにより支持される際にフィルム基材の隣接する巻回間に画定される、拡散プレートを通って流れ通路内に入る蒸気の流れを示す、図４の断面線５−５に沿って切った断面図である。
【図６】蒸着プロセス時にカセットにより受容される際、並びに完成した基材がカセットから取り外される際のフィルム基材の縁端間の相対的な位置を示す全般的に図５に類似する断面図である。
【図７Ａ】フィルムカセットのリブの代替的な断面形状を示す断面図である。
【図７Ｂ】フィルムカセットのリブの代替的な断面形状を示す断面図である。
【図８Ａ】カセットのためのエンドプレート及び２つのエンドプレートを含むカセットを製造するための本発明による方法のステップを示す線図である。
【図８Ｂ】カセットのためのエンドプレート及び２つのエンドプレートを含むカセットを製造するための本発明による方法のステップを示す線図である。
【図９Ａ】フィルムカセットを装填するための本発明による装置を示す線図である。
【図９Ｂ】フィルムカセットを装填するための本発明による装置を示す線図である。
【図９Ｃ】フィルムカセットを装填するための本発明による装置を示す線図である。
【図１０】フィルムカセットを非装填し、それを即座に保護カバーシートに積層するための本発明による装置を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の詳細な説明中、図面の全ての図における同様の参照符号は同様の要素を示す。
【００２１】
図１は、所定の連続的な長さのフィルム基材Ｆをガス流体蒸着プロセスを使用して１つ以上の材料でコーティングするための、（全体として参照符号１０で示される）本発明によるインサートの様式化した概略図である。同様に本発明によるカセット１００によりインサート１０内に支持されているロール形態のフィルム基材Ｆが図に示される。
【００２２】
インサート１０は気相蒸着装置内において工業的な長さのウルトラバリアフィルム、すなわち５×１０−４ｇ−Ｈ２Ｏ／ｍ２−ｄａｙよりも低い水蒸気透過率を有するフィルムの製作のために有用である。ウルトラバリアフィルムはそれ自体太陽電池モジュールの受光面を保護するのに有用である。そのようなウルトラバリアフィルムを製造するため、原子層堆積などのプロセスを使用して高分子フィルム基材の両面上に（アルミナＡｌ２Ｏ３などの）透明な材料が堆積される。ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）上へのアルミナＡｌ２Ｏ３の原子層堆積の気相堆積温度は摂氏約８０から１２０度までの範囲内である。
【００２３】
フィルム基材Ｆの工業用のロール（つまり工業的規模の太陽電池モジュールの製造のプロセスにおいて使用できるフィルムロール）は１０から２００メートル又はそれを上回る（１０から２００ｍ）オーダーの最小長さを有するべきである。好ましくは、フィルムＦは約０．００２インチから約０．０１０インチまでの範囲内の（約０．０５から約０．２５ミリメートル）及びより好ましくは０．００５インチ（０．１３ミリメートル）のオーダーの厚さを有する。そのような用途のためのフィルム基材Ｆは少なくとも３００ミリメートル（３００ｍｍ）から約１６５０ミリメートル（１６５０ｍｍ）までの範囲内の所定の名目的な幅寸法Ｗ（すなわち室温における幅寸法）を有してもよい。また、基材Ｆの幅寸法は堆積プロセス時の熱的影響のために０．４から０．６パーセントのオーダーで増加してもよいと理解される。
【００２４】
図１及び図３に図で提案されるように、並びに本明細書中で発展されるように、カセット１００の構造的な特徴は、フィルム基材Ｆがカセット１００により縁に沿って支持されると、フィルムＦの渦巻状に巻かれたロールの隣接する巻回Ｔが、それを通って気相蒸気が伝播できる、開いた（すなわち塞がれていない）流体誘導路Ｃを画定するような大きさに作られ、かつ配置される。そのような塞がれていないチャネルはコーティングが不連続性を形成されることなくフィルムの両面上に堆積されることを確実にするために不可欠である。
【００２５】
また、フィルムが装填される及びカセットから非装填される間に折り目又はクラックを発生させる可能性のある曲げ、表面摩耗及び／又は他の力がかかることを防ぐことも重要である。そのような摩耗、折り目又はクラック（ナノメートル寸法のクラックでさえも）は蒸着プロセスにより堆積されるウルトラバリアの保護効果を失わせる可能性がある。本発明によるカセット１００の構造的な特徴のサイズ及び配置は、また、この目的を念頭において選択される。
【００２６】
図１に図示されるように、気相蒸着装置で使用するためのインサート１０は、加工流体入口ポート１４及び加工流体出口ポート１６を有する圧力容器１２を含む。インサート１０を使用してもよい適切な原子層堆積装置はＰｌａｎａｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．（Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ、Ｏｒｅｇｏｎ）から入手できる「Ｐｌａｎａｒ  ４００」又は「Ｐｌａｎａｒ  ８００」として公知の装置である。
【００２７】
分岐流案内部１８が加工流体入口ポート１４に連結される。流れの矢印２６により示されるように、分岐流案内部１８はガス流体の層流をカセット１００の第１のエンドプレート１０６−１の方へ案内しかつ均等に分配するための役割を果たす。分岐流案内部１８はエンドプレート１０６−１の外部表面に接するか又はエンドプレート１０６−１の外部表面から所定の近接した距離内にある。
【００２８】
収束流案内部２８が、カセット１００の反対端に配置されるエンドプレート１０６−２に隣接してインサート１０内に配置されてもよい。流れの矢印３０により示されるように、収束流案内部２８はエンドプレート１０６−２から出口ポート１６に出る蒸気を導くための役割を果たす。好ましくは、収束流案内部２８はエンドプレート１０６−２の外部表面に接するか又はエンドプレート１０６−２の外部表面まで所定の近接した距離にある。
【００２９】
図示された実施形態において、分岐流案内部１８はエンドプレート１０６−１に面して係合するか又はエンドプレート１０６−１から近接した距離内にある任意の拡散プレート２２を含む。拡散プレート２２は図２に立面図で示され、渦巻状の形状で配置される複数の開口部２２Ｐを含む。プレートはアルミニウム又はチタンなどのアルミナに類似する熱膨張係数を有する材料から製造されてもよい。
【００３０】
図３は、フィルムカセット１００の側立面図を全体的に断面で示す。カセット１００は、第１のエンドプレート１０６−１及び第２のエンドプレート１０６−２が取り付けられる中心シャフト１０２を含む。
【００３１】
図示された実施形態において、各エンドプレート１０６−１、１０６−２は、複数の角度的に間隔をおいて配置されるスポーク１０６Ｓがそこから放射状に広がる中心ハブ１０６Ｈを含む略円形の部材である。スポーク１０２Ｓの半径方向外側の端部は外側リム１０６Ｍにより連結されてもよい。シャフト１０２は各ハブ１０６Ｈ内の開口部を通って延在する。配置されると、ハブ１０６Ｈはシャフト１０２に接着剤又は締結具１０８により便利に固設される。好ましくは、シャフト１０２に沿う各エンドプレート１０６−１、１０６−２の位置は調節可能に選択可能である。
【００３２】
シャフト１０２はその上に第１の端部及び第２の端部１０２Ａ、１０２Ｂ並びにそれを通って延在する基準軸１０２Ｒを有する細長い中空の部材である。シャフト１０２は好ましくはアルミニウム又はチタンで製作されるが、処理温度に耐えることのできる他のあらゆる適切に剛性のある金属又は高分子材料が使用されてもよい。シャフト１０２の表面はシャフトの長さに沿って所定の距離１０２Ｄで延在するスロット１０２Ｓにより遮られる。スロット１０２Ｓは基準軸１０２Ｒに平行する。
【００３３】
リム１０６Ｍ及び各スポーク１０６Ｓは、その上にそれぞれ外部表面１０６ＥＭ及び１０６ＥＳ並びにそれぞれ内部表面１０６ＩＭ及び１０６ＩＳを有する。リム１０６Ｍの外部表面１０６ＥＭはそれに分岐流案内部１８及び（設けられるとすれば）収束流案内部が接してもよい便利な表面としての役割を果たす。
【００３４】
リムの内部表面１０６ＩＭ及び１０６ＩＳ及び各エンドプレート上のスポークは互いに対して向かい合って配置される。図示された実施形態において、各エンドプレート１０６−１、１０６−２の内部表面１０６ＩＭ、１０６ＩＳは各々の基準面１１２−１、１１２−２上にある。各エンドプレート１０６−１、１０６−２は、スポーク１０６Ｓの少なくとも内部表面１０６ＩＳに取り付けられる渦巻状のリブ１０６Ｒを有する。リム１０６Ｍの内部表面１０６ＩＭは、リムの表面１０６ＩＭがリブ１０６Ｒの端部を越えて内側に延在しない限り、場合によっては基準面１１２−１、１１２−２からずれてもよい。基準面１１２−１、１１２−２はシャフト１０２の軸１０２Ｒに対して実質的に垂直に配向される。
【００３５】
シャフト１０２上の所望の位置に固設されるエンドプレート１０６−１、１０６−２により、所定の軸方向のスポーク間の間隔１１４が向かい合う基準面１１２−１、１１２−２間に画定される。カセットがエンドプレート間に所望の所定のスポーク間の間隔１１４を示すように構成されると、ハブ及びシャフトは、スポーク間の間隔１１４がエンドプレートの外周まわりにおいて４分の１ミリメートルから３ミリメートル（０．２５〜３ｍｍ）を超えて変化しないように固設されるべきである。
【００３６】
シャフト１０２の外径は、ハブ及びシャフトがエンドプレート間に半径方向に均一な表面を示すように、エンドプレート１０６−１、１０６−２のハブ１０６Ｈの外径に半径方向に等しくあるべきである。この目的のため、図示された実施形態におけるシャフト１０２はシャフト１０２上の向かい合う基準面１１２−１、１１２−２間に配置されるスリーブ１１０を有する。スリーブ１００はハブ１０６Ｈの外形と同じ外径を有する。スリーブ１１０にはシャフト１０２内のスロット１０２Ｓと位置が合ったスロットが設けられる。
【００３７】
示されたように、各エンドプレート１０６−１、１０６−２は、スポーク１０６Ｓの少なくとも内部表面１０６ＩＳに取り付けられる渦巻状のリブ１０６Ｒを有する。リブの一部は、また、リム１０６Ｍの内部表面１０６ＩＭに取り付けられてもよい。各エンドプレート１０６−１、１０６−２上の渦巻状のリブ１０６Ｒは、所定のピッチ寸法１１６を有する、所定の数の均等に間隔をおいて配置される巻回を有する。ピッチ寸法１１６はエンドプレート上の特定の位置角においてシャフト１０２の軸１０２Ｒに対して半径方向に測定される。例えば、ピッチ寸法１１６は渦巻状のリブの隣接する巻回の中心間でとられてもよい。
【００３８】
渦巻状のリブ１０６Ｒの隣接する巻回間の空いた間隔１１８は、各エンドプレート１０６−１、１０６−２上に連続的な渦巻状の溝１０６Ｇを画定する。溝１０６Ｇは、第１の、外側の端部１０６Ｆ及び第２の、内側の端部１０６Ｎ（図４）を有する。エンドプレート上の渦巻状の溝１０６Ｇは各々の溝の第１の端部と第２の端部１０６Ｆ、１０６Ｎが軸方向に揃うように配列される。
【００３９】
各リブ１０６Ｒは半径方向の面にシャフトの軸を含む断面形状を有する。概して、リブ１０６Ｒの断面形状は、図５、図７Ａ、図７Ｂにおそらく最も良く示されるような実質的に直線の主縁端を示す。各エンドプレート上のリブ１０６Ｒは所定の幅寸法１０６Ｗ及び所定の平均厚さ寸法１０６Ｔを有する。幅寸法１０６Ｗは、リブ１０６Ｒがリブの自由端部で取り付けられるスポーク１０６Ｓの内部表面１０６ＩＳから（すなわち基準面１１２−１、１１２−２から）測定され、かつシャフトの軸に平行する方向にとられる。所定の最小厚さ寸法１０６Ｔはシャフトの軸１０２に対して半径方向に測定される。平均厚さ寸法はリブの幅を横切る所定の数の点で測ったリブの厚さ寸法の平均である。本発明によれば、リブは少なくとも２：１の幅対平均厚さのアスペクト比を有する。
【００４０】
図３から図６に示される本発明の実施形態において、各リブ１０６Ｒは実質的に矩形の断面形状を有する。実質的に矩形とは、リブの断面形状の主縁端が実質的にリブの全幅に沿って実質的に互いに平行し、かつ厚さ寸法１０６Ｔが実質的にリブの全幅にわたり実質的に均一であることを意味する。所望であれば、リブの自由端部は丸い縁端を有してもよい。
【００４１】
実質的に矩形の断面を有するリブの変形実施形態が図７Ａに示される。そのような変形されたリブはその自由端部に配置されるフロースポイラ１０６Ｐを含む。フロースポイラ１０６Ｐの目的は本明細書中に詳述する。
【００４２】
本発明によるリブは、また、実質的にくさび形の断面形状１０６Ｄを示すよう構成されてもよい。そのようなリブの代替的に構成される実施形態は図７Ｂに関連して示され、かつ記載される。
【００４３】
上に言及されたように、本発明によれば、カセット１００の種々の構造的な特徴は以下の範囲内の寸法を示すような大きさに作られ、かつ配置される。
【００４４】
スポーク間の間隔１１４はカセットにより支持されるフィルム基材の名目的な幅寸法と少なくとも同じ大きさである。したがって、概して、本発明によるカセットは少なくとも約３００ミリメートル（３００ｍｍ）であるスポーク間の間隔１１４を有する。
【００４５】
加えて、スポーク間の間隔１１４は、また、気相堆積温度においてフィルム基材Ｆが示す幅寸法を超えるため、基材Ｆがカセット上に受容されると、離間距離１０６Ｃ（図３）が基材Ｆの縁端とスポークの内部表面間に画定される。
【００４６】
各エンドプレート上のリブ１０６Ｒの幅寸法１０６Ｗもまた重要である。以下の表１により示されるように、本発明によれば、幅寸法１０６Ｗはスポーク間の間隔の約０．５％から約２．０％までの範囲内とすべきである。
【００４７】
【表１】
2013503263.tif 000003
【００４８】
上で定義された範囲内のリブ幅１０６Ｗ及びスポーク間の間隔１１４を有するカセットを構成することの効果は図５及び図６から理解されうる。
【００４９】
図６に提案されるように、定義された範囲内の幅寸法１０６Ｗを有するリブ１０６Ｒを有するカセットは、渦巻状の溝１０６Ｇ内に受容されると特定の剛性を有するフィルム基材Ｆが縁に沿って支持され、たるんだり、又はそうでなければフィルムＦの隣接する巻回Ｔ間に画定される流体誘導路Ｃを塞ぐことはないことが保証される。約５００ｍｍを超えるフィルム幅を有するフィルムロールの自由外側端部は軸方向に延在する補強材Ｖ（図３）により設けられる支持を必要としてもよい。
【００５０】
離間距離１０６Ｃは処理温度におけるフィルムの処理時の熱膨張によるフィルムの幅寸法のいかなる拡張にも適応する。フィルムに縁に沿う支持を設けることは、フィルムが操作者に触れられ、フィルムの表面上に不要な有機物が残りうる可能性も最小化する。フィルムの縁に沿う支持は破損／屑及びフィルムの歩留りロスを最小化してもよい。
【００５１】
本発明によるカセット１００を通過する蒸気の流れの経路は図５に最も良く示される。フィルムＦの剛性のため、フィルムの縁端はフィルムの長さ全体を通してリブの同じ表面に接触していなくてもよいことが可能であることに留意されたい。したがって、図５に提案されるように、フィルムＦの縁端はリブの半径方向内側又は半径方向外側表面のどちらかに接するか又はリブの隣接する巻回間の間隔内に存在してもよい。
【００５２】
現在、気相蒸着装置は拡散機構に依存して、コーティングされる表面に接触するガス流体を搬送している。しかしながら、拡散をベースとした処理は、フィルム上に１つの層をコーティングするのに相対的に長いサイクル時間を必要とする。本発明のインサート１０を使用することでコーティングのサイクル時間を削減することができる。
【００５３】
図１に関連して記載されたように、インサート１０はエンドプレート１０６−１に面して接触した状態で、又はエンドプレート１０６−１から近接した距離内に配置される拡散プレート２２を有する分岐流案内部１８を含む。図５の流れの矢印により示されるように、分岐流案内部１８の存在はガス流体の層流２６を拡散プレート２２内の通路２２Ｐの方へ均等に案内し、かつ分配する役割を果たす。プロセスガスの層流は通路２２Ｐを通って押し出される際に加速し、プレートを出て、拡散プレート２２とリブ１０６Ｒ間にある（スポークの軸方向寸法により画定される）間隔に入る際に乱流に変わる。層から乱流への変換は流れの矢印２７の扇状に広がる配列により示される。エンドプレート１０６−１内に渦巻状の溝を画定する間隔をおいて配置される開口部１１８を通ってフィルムＦの隣接する巻回Ｔ間に形成される流路Ｃの方へ導かれるのはこのガスの乱流２７である。プレート２２をエンドプレート１０６−１と接触関係に（又はその近接した距離内に）配置することによりガスの漏れが最小化する。
【００５４】
したがって、拡散プレート２２と共に分岐流案内部１８を使用する場合、ガスはリブ１１８間の間隔内及び流れの矢印２８により示されるような半径方向並びに軸方向の流れ成分の両方を有するチャネルＣ内に流れる。流路Ｃ内への半径方向の流れの成分はガス内に担持される前駆体を基材と直に接触させるために必要とされる。前駆体ガスが基材に衝突する際、非常にわずかな比率の前駆体ガスのみが基材に実際に吸収されるため、吸収の可能性を高め、したがって、チャネルＣを通る流れをより効率的にし、かつ適切なウルトラバリア層が成長するための全体的なサイクル時間を削減するため、流れの半径方向の成分が必要とされる。層流のみでは、前駆体のほとんどが基材に顕著な影響を及ぼすことなく流路の全長を通過することとなり、全体的なコーティング効率が低下することに留意されたい。
【００５５】
図７Ａ又は図７Ｂに示すような変形されたリブの形態がエンドプレート１０６−１上に利用される場合は拡散プレート２２が省略されてもよい。リブ１０６Ｒがこれらの図に示すように構成される場合、流れ案内部１８からの層流はそれがチャネルＣに入ると乱流に変換される。変換はフロースポイラ１０６Ｐ（図７Ａ）又はリブのくさび形状１０６Ｄ（図７Ｂ）のいずれかにより実施される。
【００５６】
更に、定義された範囲内のスポーク間の間隔１１４はフィルム表面を過度に曲げることなくフィルムが溝内に挿入されることを可能にする。これは図６に示される。これは、それがカセット内に装填される際に折り目又はクラックがフィルム上に形成する危険性もしくはフィルムがカセットから非装填される際に基材上のコーティングにクラックが入る危険性の両方が最小化することを意味する。
【００５７】
要するに、カセットを本発明による大きさにすることにより、スポーク間の間隔１１４及びリブ幅１０６Ｗの両方は、フィルムが処理温度の全温度範囲を通して膨張する際にたるむことなくそれを縁に沿って支持するほど十分に広いが、フィルムが挿入され、かつカセットから取り外される際にはフィルムの圧縮を最小化するほど十分に狭く、したがって折り目がつくこと又はクラックが入ることを軽減する。
【００５８】
それによって支持されうるフィルムのロールの長さの点におけるカセットの容量はピッチ寸法及びリブの厚さ寸法１０６Ｒに左右される。リブは、最大のガス流体が流れることを可能とすると共に、最大長さの装填されたフィルムを装填又は非装填中に破損しないように尚十分に強くするほど可能な限り薄い。
【００５９】
リブのピッチとフィルム長さ間の関係は表２において表にされる。
【００６０】
【表２】
2013503263.tif 000004
【００６１】
リブのピッチとスポーク間の間隔との関係は表３に説明される。概して、各渦巻状のリブのピッチはスポーク間の間隔の約１．２％よりも小さく、より好ましくは、スポーク間の間隔の約０．５％よりも小さい。各エンドプレート上のリブ１０６Ｒの寸法１０６Ｔはピッチの約５０パーセントよりも小さい。より広いフィルムを収容するためにはスポーク間の間隔が増すため、リブのピッチ、したがって、チャネルＣの半径方向の寸法は、チャネルＣの同じ流れ抵抗を維持するために比例して増加されるべきである。
【００６２】
【表３】
2013503263.tif 000005
【００６３】
記載されたように、フィルムＦのロールがカセット１００上に渦巻状に巻かれると、フィルムの隣接する巻回間の間隔は協働して、エンドプレート間のカセットを軸方向に横切って延在するガス流路Ｃを画定する。図４及び図５において最も良くわかるように、各エンドプレート上の角度的に隣接するスポーク１０６Ｓ間に露出する各渦巻状の溝１０６Ｇの一部はガス流路Ｃ内へのガス流体の移入又は移出用の複数の開口部１１８を画定する。スポーク１０６Ｓの角度寸法は、溝の露出する部分の面積範囲（すなわち開口部１１８の総面積）がエンドプレートの所定の面積の少なくとも５０パーセントであるように選択される。
【００６４】
カセット１００は、ポリカーボネート、液晶、ポリイミド、アセタール共重合体、ナイロン６、ポリプロピレン及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの高温高分子材料から製造されてもよい。カセットは、また、金属又はセラミックから製作されてもよい。
【００６５】
フィルムとカセット間のこすれはカセット内の屑の生成につながるおそれがある。屑はフィルムの摩耗及び／又はカセットの材料の摩耗により発生しうる。
【００６６】
この屑はフィルム上に形成されるコーティングの特性を低下させるおそれがある。そのようなこすれ及び屑の生成を最小化するため、各エンドプレート上の少なくとも渦巻状のリブ１０６Ｒは適切なセラミック又は他の保護材の硬い、耐摩耗性の層１２０でコーティングされる。コーティング１２０の厚さは約１００から約２０００オングストロームの範囲内にある。
【００６７】
Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２及びＳｉＯ２などのコーティング材は原子層堆積プロセスを使用して塗布されてもよい。ＳｉＮ又はＳｉＣのコーティングは化学蒸着法により塗布されてもよい。コーティングがアルミナの場合、コーティング厚さは約１００から約１０００オングストロームまでの範囲内にある。
【００６８】
コーティングは約５０マイクロメートル（５０マイクロメートル）よりも低い所定の表面粗さ及びショアＤ３０を超える硬度を有する。好ましいケースにおいて、コーティングはエンドプレート全体の表面上に設けられる。
【００６９】
別の態様において本発明は、摂氏８０度又はそれを上回る温度でガス流体に曝露中にフィルムの全長を支持することができる本発明によるカセットのエンドプレート（例えばエンドプレート１０６−１、１０６−２）を作製するための方法に関する。エンドプレート及び２つのエンドプレートから作製されるカセットは高分子フィルム上の無機コーティングの原子層堆積のための方法において特に有用である。
【００７０】
上述のように、エンドプレートは、中心ハブ１０６Ｈと、外側リム１０６Ｍと、リブ１０６Ｒとを含む。中心ハブ１０６Ｈ及び外側リム１０６Ｒは間隔をおいて配置されるスポーク１０６Ｓにより連結される。リブは外側リムの近くの中心ハブから延在する渦巻状の形態である。リブは間隔をおいて配置されるスポークの内部表面に対して取り付けられ、外側リムの近くに渦巻の端部を有する。
【００７１】
エンドプレートは、ポリカーボネート、液晶、ポリイミド、アセタール共重合体、ナイロン６、ポリプロピレン及びＰＥＥＫなどの高分子材料から形成される。エンドプレートが使用されてもよいコーティング処理は摂氏８０度又はそれを上回る温度で機能するため、ポリマーはこれらの温度において使用に供されるのに適切であろう。選択されるポリマーは低圧において摂氏８０度を上回る熱変形温度を有するべきである。
【００７２】
エンドプレートを作製するための方法は図８Ａに概略的に示される。方法における第１のステップはコーティングされていないエンドプレートを成形することである。例えば、成形装置２０３から出るフィラメント２０２がベースプレート２０１上に堆積されてエンドプレートの蓄積が開始される。エンドプレートは、ラピッドプロトタイピング、粉末焼結，射出成形又はレーザ重合などの公知の技術により形成されてもよい。ラピッドプロトタイピングでは、プロトタイピング機械がＣＡＤ図面からデータを読み取り、液体、粉末、フィラメント又はシート材料の連続する層を敷きエンドプレートなどの物体を蓄積する。粉末焼結では、粉末が金型内に注入され加熱により固められる。射出成形では、溶融ポリマーが金型内に注入される。レーザ重合では、レーザビームがパターンで照射されポリマーを蒸気から堆積させる。例えば、Ｓｔｒａｔａｓｙｓ「Ｖａｎｔａｇｅ」モデルのＦＤＭとしてＳｔｒａｔａｓｙｓ，  Ｉｎｃ．（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ、ＭＮ）から入手できる熱溶融積層造形装置が使用されてもよい。
【００７３】
図８Ａに示すような任意の第２のステップにおいて、残留応力を低減するためにエンドプレートは熱処理される。図では、エンドプレート１０６−１、１０６−２は炉２０４内に配置されている。業界標準（Ｂｌｕｅ−Ｍ）の対流炉が使用されてもよい。
【００７４】
適切な熱処理温度はエンドプレートが使用されうる無機コーティング堆積プロセスの温度を少なくとも２０度上回る。例えば、ウルトラバリアを形成するために使用される原子層堆積プロセスは最低摂氏８０度で機能する。したがって、そのようなエンドプレートの熱処理温度は最低摂氏１００度であろう。
【００７５】
方法の次のステップは、高分子エンドプレートを、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２及びＳｉＯ２などの無機コーティングでコーティングすることである。コーティングがアルミナの場合、コーティング厚さは約１００から約１０００オングストロームまでの範囲内にある。
【００７６】
これは図８Ａに概略的に示される。エンドプレート１０６−１、１０６−２はコーティング装置２０５内に配置される。このコーティングは、フィルムの全長がカセット内に装填又は非装填されるときにエンドプレートの損耗により屑が生成されないよう高分子エンドプレートの表面を平滑化及び硬化させるために使用される。無機コーティングの表面粗さは約５０マイクロメートル（５０マイクロメートル）よりも低くすべきであり、かつ無機コーティングの硬度はショアＤスケールで３０を超えるべきである。屑はカセット内のフィルムに塗布されるコーティング内に欠陥を引き起こすおそれがある。コーティングシステム２０５はエンドプレート上の無機コーティングの堆積のために使用される化学蒸着、物理蒸着又はプラズマ蒸着などの公知の技術に変化をもたらしうる。コーティングの厚さは１００から２０００オングストロームであってもよく、アルミナでは好ましくは１００から１０００オングストロームである。コーティングはＰｌａｎａｒ  Ｐ−４００Ａ原子層堆積用プラットフォームを使用して堆積されてもよい。
【００７７】
本発明の別の態様は、摂氏８０度又はそれを上回る温度を有するガス流体への曝露中にフィルムの全長を支持するためのカセット（例えばカセット１００）を作製するための方法である。カセット１００はそれぞれ上記されたような方法で作製される２つのエンドプレートを含む。カセットを作製する方法は、図８Ｂに示すように中心シャフト１０２の各端部１０２Ａ、１０２Ｂの近くに各エンドプレート１０６−１、１０６−２を取り付けるステップを更に含む。中心シャフト１０２は、また、金属又はエンドプレートと同じ高分子で製作されてもよい。エンドプレートの中心ハブ内の穴は中心シャフトの直径にしっかりと合うような大きさに作られてもよい。図８Ｂに示すように、エンドプレートは中心シャフトの端部の近くに取り付けられる。
【００７８】
図８Ｂに示されるカセットを作製する方法の次のステップはリブ１０６Ｒの渦巻の端部を揃えることである。エンドプレートの両方の溝の渦巻の端部１０６Ｆは中心シャフトに対して同じ軸方向位置にあるべきである。これはフィルムの装填及び非装填をリブの渦巻の内側の間隔内に収容するために必要である。エンドプレートの１つは渦巻の端部が揃うまでシャフトを中心に回転する。リブの渦巻の端部を揃えた後、エンドプレートは締結具１０８（止めねじなどの）又は接着剤により中心シャフトに固設されてもよい。カセット内へのフィルムの装填を容易にするため中心シャフトにはフィルムの端部をしっかりと固定するスロットが付けられてもよい。中心シャフト内のスロットの寸法は約１００から約１５５０ミリメートル（１００から１５５０ｍｍ）までの範囲内であってもよい。
【００７９】
本発明の別の態様は、気相蒸着プロセスのためのフィルムカセット１００を装填するための装置及び方法である。装置は図９Ａ、９Ｂ及び９Ｃに示される。
【００８０】
装置は上述のような気相蒸着プロセス時にフィルムＦの長さを支持するための非装填されたカセット１００を含む。非装填されたカセット１００はそれ自体が軸１０２Ｒを有する中心シャフト１０２を含む。シャフトは軸方向に延在するスロット１０２Ｓを含む。非装填されたカセット１００は、また、シャフト１０２に取り付けられる第１及び第２のエンドプレート１０６−１、１０６−２を含む。各エンドプレート１０６−１、１０６−２は渦巻状の溝１０６Ｇを有する。各エンドプレート内の渦巻状の溝１０６Ｇは軸方向に揃えられる。エンドプレート１０６−１、１０６−２は所定のスポーク間の間隔１１４で離間して配置される。カセットは、カセットが中心シャフトの軸１０２Ｒを中心として自由に回転することを可能にするカセット取付スタンド３０１内に取り付けられる。カセット取付スタンド３０１は横方向のアライメントのために調節されうる。横方向のアライメント調節の技術の例はシャフト１０２上のワッシャ又はＯリングの挿入であろう。横方向のアライメントでは非装填されたカセットのエンドプレートの縁端を基準面３０６に対して動かす。供給ロール３０３の中心点とカセットのシャフト１０２は両軸に垂直かつ両中心点を通過する基準面３０６上で約３ミリメートル以内に位置合わせされるべきである。装置は、また、フィルム３０３の供給ロールを支持する供給ロール取付スタンド３０２を含む。供給ロール３０３は軸３０４を有する。供給ロール３０４の軸は非装填されたカセット１０２Ｒの軸から所定の距離をおいて配置される。供給ロール３０４の軸と非装填されたカセット１０２Ｒの軸間の距離はコーティングされるフィルムＦの幅により選択される。供給ロール３０３の軸と非装填されたカセット１００間の距離はフィルムＦの幅の約０．２５倍と３倍の間とすべきである。
【００８１】
カセット取付スタンド３０１及び供給ロール取付スタンド３０２は両方とも軸を有する。これらの軸はトラム（ｘ−方向）及び水平（ｚ−方向）において０．５度で平行すべきである。軸３０４、３０５のトラム方向におけるミスアライメントの可能性が図９Ｂに示される。軸３０４、３０８の水平方向におけるミスアライメントの可能性が図９Ｃに示される。取付スタンドは軸の平行度を調節するための機械的な機構を含んでもよい。
【００８２】
軸の平行度を調節するための機械的な機構の例には整準ねじ、ジャッキボルト及びシムを含む。
【００８３】
所望であれば、スタンド３０１、３０２はそれ自体が底板３００に取り付けられうる。
【００８４】
フィルムＦは供給ロール３０３の上部から取られ、図９Ａに示すように底部で非装填されたカセット１００に入る。フィルムの前縁はテーパ状であり、非装填されたカセット１００のシャフト１０２上のスロット１０２Ｓ内に挿入される。
【００８５】
テンションデバイス３０７がフィルム３０３の供給ロールに連結される。フィルムをカセット内に装填する間、フィルムＦは、フィルムがカセット上に巻かれる際にフィルムの表面に折り目を生成することなく供給フィルムの縁端が両エンドプレート内の渦巻状の溝内に捕捉されたままとなるように張力をかけられる。テンションデバイスの例には小型ブレーキ、空気ブレーキ、磁粉クラッチ、キャリパブレーキ及びドラムブレーキを含む。動的テンションもまた使用されうる。テンションデバイス３０７はフィルム幅１ミリメートル毎に約０．０２から０．３６ニュートンの範囲内でフィルムＦに滑らかに張力をかけることが可能でなければならない。
【００８６】
本発明は更に気相蒸着プロセスのためのフィルムカセットを装填するための方法に関する。フィルムＦの引っかきをなくすため、フィルムに接触するロールを使用する従来のフィルムアライメント及びテンション技術を使用することはできない。加えて、この方法は平行におけるアライメント及び許容オフセット距離に対して従来のウェブハンドリング方法よりもより厳しい基準を必要とする。フィルムＦの引っかき又は折り目がつくことを回避するためにはこれらの要件の両方ともが満たされなければならない。
【００８７】
方法の第１のステップはフィルムの供給ロール３０３を第１の取付スタンド３０２上に取り付けることである。フィルム３０３の供給ロールはテーパ状の自由端部を有する。供給ロールは軸３０４及び軸３０４に垂直かつ供給ロールの中心点を通過する基準面３０６を有する。
【００８８】
方法の次のステップは第１の取付スタンドから所定の距離３０９をおいて配置される第２の取付スタンド上に非装填されたフィルムカセット１００を取り付けることである。非装填されたフィルムカセットは軸１０２Ｒ及び軸に垂直かつ非装填されたカセットの中心点を通過する中心基準面３０６を有する。非装填されたカセットは軸方向に延在するスロット１０２Ｓを有する中心シャフト１０２を含む。非装填されたカセットは、また、シャフト１０２に取り付けられる第１の１０６−１及び第２の１０６−２エンドプレートも含む。各エンドプレートは渦巻状の溝１０２Ｇを有する。各エンドプレート内の渦巻状の溝１０２Ｇは軸方向に揃えられる。エンドプレートは所定のスポーク間の間隔１１４で間隔をおいて配置される。取り付けられた供給ロール及び取り付けられたカセットは図９Ａ及び図９Ｂに見られる。
【００８９】
方法の第３のステップはフィルムＦのテーパ状の自由端部を非装填されたカセット１００の中心シャフト１０２内のスロット１０２Ｒ内に挿入することである。フィルムＦは、図９Ａに示すように、供給ロール３０３の上部からカセット１００の底部までの経路をとるべきである。フィルムの自由端部からフィルムの非テーパ状の部分（すなわち幅全体）までのテーパの長さは１５から２０センチメートルとすべきである。非テーパ状の縁端及びテーパ状の縁端間の角度は１５から３０度の範囲内とすべきである。
【００９０】
方法の第４のステップは各ロール上の中心基準面３０６（図９Ｂに示される）を所定の許容オフセット距離内までに位置合わせすることである。許容オフセット距離は、供給ロール軸３０４に垂直な面と供給ロール３０３の中心点を通過する面の間、並びに非装填されたカセット軸１０２Ｒとカセットシャフト１０２の中心点の間の距離である。所定の許容オフセット距離は約３ミリメートルである。このアライメントはワッシャ、供給ロール取付スタンド３０２と供給ロール３０３間、並びにカセット取付スタンド３０１と非装填されたカセット１００間にＯリング又はシムを挿入することにより達成されてもよい。
【００９１】
方法の第５のステップは供給ロールの軸と非装填されたカセットの軸をトラム（ｘ方向）及び水平（ｚ−方向）の両方において互いに対して０．５度内の平行度で位置合わせすることである。アライメントは図９Ｂ及び図９Ｃに示される。このアライメントは取付スタンドに関連する水平ねじ、ジャックボルト又はシムを調節することにより達成されうる。
【００９２】
方法の第６のステップはフィルム内に所定の張力をかけることである。張力は供給ロール３０３に位置するテンションデバイス３０７により付与される。テンションデバイス３０７の例には小型ブレーキ、磁粉クラッチ、キャリパブレーキ及びドラムブレーキを含む。動的テンションもまた使用されうる。フィルムＦはフィルム幅１ミリメートル毎に約０．０２から０．３６ニュートンの範囲内で張力をかけられる。
【００９３】
方法の第７のステップは、フィルムＦをフィルムＦの表面に折り目又は引っかきを生成することなく両エンドプレート１０６−１、１０６−２内の渦巻状の溝１０２Ｇ内に引っ張り、非装填されたカセット１００を供給ロール３０３に対して回転させることである。非装填されたカセットはフィルムＦに触れない限りは手動で回転させてもよい。
【００９４】
約５００ミリメートルを超えるフィルム幅については、軸方向に延在する補強材Ｖ（図３内）が既に装填されたカセット内のフィルムＦの外側端部の周りに挿入される。この補強材は取り扱い及びコーティングの堆積時にカセットからのフィルムＦの巻戻りを最小化する。
【００９５】
本発明の別の態様はフィルムカセットを気相蒸着プロセスから非装填し、それを保護フィルムに積層してウルトラバリアコーティングの引っかきを最小化するための装置及び方法である。フィルムＦの引っかきをなくすため、フィルムに接触するロールを使用する従来のフィルムアライメント及びテンション技術を使用することはできない。コーティングされたフィルムを積層まで保護するため、フィルムの１つの表面上のフィルムウルトラバリアコーティングＵに触れることを回避する装置が必要である。この装置は図１０に示される。
【００９６】
非装填装置は気相蒸着プロセスから装填されたカセット１００を支持するカセット取付スタンド４０１を含む。装填されたカセット１００は軸方向に延在するスロット１０２Ｓを有する中心シャフト１０２を含む。装填されたカセット１００はシャフト１０２に取り付けられる第１の１０６−１及び第２の１０６−２エンドプレートを更に含む。各エンドプレートはその中に渦巻状の溝１０２Ｇを有する。各エンドプレート内の渦巻状の溝１０２Ｇは軸方向に揃えられる。エンドプレートは所定のスポーク間の間隔１１４で間隔をおいて配置される。コーティングされたフィルムＦは渦巻状の溝１０２Ｇにより支持される。フィルムは自由外側端部を有する。装填されたカセットは軸１０２Ｒを有する中心シャフト１０２を更に含む。
【００９７】
非装填装置は装填されたカセット１００に連結されるテンションデバイスブレーキ４０２を更に含む。テンションデバイスは、磁粉ブレーキ、空気ブレーキ又は摩擦ブレーキなどのアクティブなテンションデバイスである。テンションデバイスはロードセル４１２を含む。そのようなブレーキ及びロードセルを備えた一体型のテンションデバイスはＤｏｖｅｒ  Ｆｌｅｘｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ、ＮＨ）から入手してもよい。フィルムは１ミリメートル毎に０．１７５から０．５０ニュートンの間の張力をかけられるべきである。
【００９８】
非装填装置は保護フィルム４０４のロールを支持する取付スタンド４０３を更に含む。保護フィルムは自由端部を有する。保護フィルムは接着剤を用いて室温又はそれを上回る温度で後に積層されうるいかなる高分子であってもよい。太陽電池モジュールにおけるバリア層としての使用については、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ及びＰＦＡなどのフルオロポリマー保護フィルムが望ましい。フルオロポリマー保護フィルムは積層されるためにはコロナ処理されていなければならない（Ｅｎｅｒｃｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  Ｉｎｃ．（Ｇｅｒｍａｎｔｏｗｎ、ＷＩ））。
【００９９】
非装填装置は、コーティングされたフィルムＦ及び保護フィルム４０５の自由端部が積層体４０７を形成するようにそれらが中に挿入されるニップロール４０６を更に含む。ニップロール４０６は室温又はそれを上回る温度で作動されるべきである。ニップロールにかかる荷重はフィルム幅１ミリメートル毎に０．１０ニュートンを超えるべきである。ニップロール及びテンションデバイスは積層体の丸まりを最小化するために作動されるべきである。
【０１００】
非装填装置はニップロールから積層体を回収するための巻き取りロール４０８を更に含む。
【０１０１】
巻き取りロール４０８は巻き取りロール張力制御デバイス４０９に連結される。巻き取り張力制御デバイスはＭａｇＰｏｗｒ  Ｉｎｃ．（Ｏｋｌａｈｏｍａ  Ｃｉｔｙ、ＯＫ）より入手されうるようなロードセルで制御されてもよい。積層体４０７の張力はフィルム幅１ミリメートル毎に０．１０ニュートンを超えるべきである。
【０１０２】
非装填装置は、保護フィルムのロール４０４とニップロール４０６間にある、保護フィルム４０４に接着剤を塗布するための接着剤コータ４１０を更に含む。接着剤コータはスロットダイコータ、グラビアコータ又はリバースグラビアコータであってもよい。コータは特定の用途のために選択される接着剤に適切でなければならない。アルミナコーティングされたＰＥＴ基材に積層される片面がコロナ処理されたＦＥＰ保護フィルムについては、ｎａｔｉｏｎａｌＳｔａｒｃｈ（Ｂｒｉｄｇｅｗａｔｅｒ、ＮＪ）より商標Ｄｕｒｏ−Ｔａｋで入手できる接着剤が使用される。スロットダイコータはＥｇａｎ  Ｆｉｌｍ  ａｎｄ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＆  Ｂｌｏｗ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｓｏｍｅｒｖｉｌｌｅ、Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）から入手できる。接着剤コータは、また、保護フィルムに固体接着剤を塗布してもよい。
【０１０３】
非装填装置は接着剤コータとラミネータ間に位置する接着剤を乾燥するための任意の乾燥機４１１を更に含む。乾燥パラメータは選択された接着剤に依存する。
【０１０４】
本発明は、また、気相蒸着プロセスのためのフィルムカセット１００を非装填する、及びそれを保護フィルムに積層するための方法に関する。この方法の説明は図１０を参照のこと。フィルム上の汚れ又は屑はこの方法に害を及ぼす。この方法はクリーンルーム環境内で実施されるか又は積層ステップの前にクリーナーが設けられるべきである。この方法におけるロールは、カセットニップロールとその間の全てのロール間のトラム（ｘ）方向及び水平（ｚ）方向における平行度並びに横方向のアライメントを含む装填方法について、上述のように位置合わせされるべきである。
【０１０５】
方法の第１のステップはコーティングされたフィルムＦを保持する装填されたカセット１００を用意することである。装填されたカセット１００は、軸方向に延在するスロット１０２Ｓを有する中心シャフト１０２と、シャフト１０２に取り付けられる第１の１０６−１及び第２の１０６−２エンドプレートとを含む。各エンドプレートはその中に渦巻状の溝１０２Ｇを有する。各エンドプレート内の渦巻状の溝１０２Ｇは軸方向に揃えられる。エンドプレート１０６−１、１０６−２は所定のスポーク間の間隔１１４で離間して配置される。コーティングされたフィルムＦは渦巻状の溝１０２Ｇにより支持されかつ自由端部を有する。動作環境を設定するためコーティングされたフィルムの自由端部に犠牲リーダ（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  ｌｅａｄｅｒ）が接合されてもよい。
【０１０６】
方法の次のステップは保護フィルム４０４のロールを用意することである。保護フィルム４０４は室温又はそれを上回る温度で挟み積層されうるいかなる高分子であってもよい。太陽電池モジュールにおけるバリア層としての使用については、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ及びＰＦＡなどのフルオロポリマー保護フィルムが望ましい。フルオロポリマー保護フィルムは積層されるためにはコロナ処理されていなければならない（Ｅｎｅｒｃｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  Ｉｎｃ（Ｇｅｒｍａｎｔｏｗｎ、ＷＩ））。
【０１０７】
方法の第３のステップはコーティングされた保護フィルムを形成するために保護フィルムに接着剤を塗布することである。接着剤は接着剤コータ４１０により塗布される。接着剤コータ４１０はスロットダイコータ、グラビアコータ及びリバースグラビアコータであってもよい。コータ４１０は特定の用途のために選択される接着剤に適切でなければならない。アルミナコーティングされたＰＥＴ基材に積層される片面がコロナ処理されたＦＥＰ保護フィルムについては、ｄｕｒｏｔａｃ  ８０−１１９４（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｒｃｈ（Ｂｒｉｄｇｅｗａｔｅｒ、ＮＪ））接着剤が、Ｅｇａｎ  Ｆｉｌｍ  ａｎｄ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＆  Ｂｌｏｗ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓより入手できるスロットダイコータと共に使用される。
【０１０８】
特にフルオロポリマーでは、接着剤内などに可燃性の溶剤が存在する場合に空電除去装置が使用されるべきである。
【０１０９】
第４のステップにおいて、接着剤は乾燥機４１１内において乾燥される。乾燥温度は摂氏約６０度を上回るべきである。乾燥条件は選択された接着剤で変わる。
【０１１０】
方法の第５のステップは積層体４０７を形成するためにコーティングされたフィルム及びコーティングされた保護フィルムを積層することである。これは接着剤でコーティングされた保護フィルム及びコーティングされたフィルムをニップロール４０６内に給送することにより行われる。ニップロール４０６は室温又はそれを上回る温度で作動されるべきである。ニップロール４０６にかかる荷重はフィルム幅１ミリメートル毎に０．１０ニュートンを上回るべきである。ニップロール４０６（温度及び圧力）及びテンションデバイス４１２は選択された特定の材料について積層体の丸まりを最小化するために作動されるべきである。積層体の丸まりは接着剤、フィルム基材特性、保護フィルム特性、温度、圧力及びフィルム張力に依存する。当業者は選択される材料にとって最適なプロセスパラメータを決定することができる。
【０１１１】
第６のステップにおいて、積層体は巻き取りロール４０８上で回収される。巻き取りロール４０８は巻き取りロール張力制御デバイス４０９により制御される。巻き取り張力制御デバイス４０９はＭａｇＰｏｗｒ  Ｉｎｃ．（Ｏｋｌａｈｏｍａ  Ｃｉｔｙ、ＯＫ）より得られうるような制御されるロードセルであってもよい。積層体４０７の張力はフィルム幅１ミリメートル毎に０．１２ニュートンを超えるべきである。積層体に印加される張力にはフィルム基材上の無機コーティングが破断する上限がある。この限界は無機コーティング材及びその厚さに依存する。
【実施例】
【０１１２】
以下の実施例は原子層堆積プロセス時にフィルム基材を支持するための本発明によるカセットの使用の結果を示す。
【０１１３】
例１
Ｈｏｐｅｗｅｌｌ、ＶＡのＤｕＰｏｎｔ  Ｔｅｉｊｉｎ  Ｆｉｌｍｓから得られる厚さ０．００５インチのコーティングされていないポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のプラスチックフィルムが図３〜図６に示すように約６２ｍｍの内径及び約２００ｍｍの外径を有する渦巻状のカセット上に手動で装填された。ポリカーボネートから製作される、渦巻状に溝が付けられたエンドプレートを備えたカセットは渦巻状の溝間に４．０ｍｍのピッチを有し、カセットの幅は約３５０ｍｍであった。渦巻状のリブの巻回間の間隔（すなわち図３における溝の半径方向の幅を画定する間隔１１８）は２．５ｍｍであった。リブの厚さは１．５ミリメートル及びリブの幅は６．５ミリメートルであった。４ｍｍのピッチを有するカセット上に完全に巻かれたコーティングされていないポリエチレンテレフタレートの長さは約７メートルであった。ＰＥＴフィルムを備えたこのカセットは原子層堆積（ＡＬＤ）によりＡｌ２Ｏ３バリア層の薄膜コーティングをＰＥＴの両面上に堆積させるための反応器（Ｐｌａｎａｒ  Ｐ４００Ａ）内に装填された。ＡＬＤコーティングの前にＰＥＴのプラスチックフィルムに吸収されるあらゆる残留水分を除去するために、ＡＬＤ堆積の前にＡＬＤ反応器内の温度は１００℃まで上げられ、そこで３時間保持された。
【０１１４】
Ａｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積のため、反応器は１００℃で維持された。Ａｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積のために使用される反応物又は前駆体はトリメチルアルミニウム蒸気及び水蒸気であった。これらの前駆体はＡＬＤ反応器内に順次導入され、それは窒素ガスで連続的にパージされかつ機械的なポンプで約１トルのバックグラウンド圧力（反応物又は前駆体なし）
まで加圧された。窒素ガスは反応物のキャリアとして、また、パージガスとして使用された。より具体的には、ＰＥＴ基材に窒素ガスに担持される水蒸気を４秒間投与し、続いて反応器を流動窒素で２０秒間パージングした。次に、基材に窒素ガスに担持されるトリメチルアルミニウム蒸気を４秒間投与し、続いて流動窒素で２０秒間パージを行った。この反応シーケンスによりＰＥＴ基材の両面にＡｌ２Ｏ３の層を生成した。反応シーケンスは２００回繰り返され、厚さがＰＥＴ基材の両面で厚さ約２９ｎｍになるよう光学偏光解析法により決定され、長さが７メートルである、Ａｌ２Ｏ３バリア層が形成された。
【０１１５】
カセット上でコーティングされたＡＬＤコーティングされたＡｌ２Ｏ３フィルムを通る水蒸気の透過を評価するため、フィルムが解かれ、７メートル長のＰＥＴの中央から２つのサンプルが切り取られた（約１００ｍｍ×１００ｍｍ）。更に、カセットの外側又はより大きな径の部分の近くでコーティングされた２つのサンプル（約１００ｍｍ×１００ｍｍ）が切り取られた。全４つのサンプルの水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）は市販の計測器（ＭＯＣＯＮ  Ａｑｕａｔｒａｎ−１（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ、ＭＮ））で測定された。この測定器は５×１０−４ｇ−Ｈ２Ｏ／ｍ２−ｄａｙのＷＶＴＲ感度を有する。検査された全４つのサンプルはこの限度を下回った。つまりそれらのＷＶＴＲは５×１０−４ｇ−Ｈ２Ｏ／ｍ２−ｄａｙよりも低かった。これは４ｍｍピッチのカセット全体にわたる均一かつ高品質なＡｌ２Ｏ３のコーティングに合致する。
【０１１６】
例２
例１に記載された実験は渦巻状の溝間に２ｍｍのピッチを有するカセットで繰り返された。リブの厚さは１．０ミリメートル及びリブの幅は６．５ミリメートルであった。つまりこのカセット上に装填されたコーティングされていないＰＥＴは幅３５０ｍｍ×長さ約１４メートルであった。（すなわち図３における溝の半径方向の幅を画定する間隔１１８）は１．０ｍｍであった。ＰＥＴがコーティングされていない２ｍｍの渦巻をＡＬＤ反応器内に装填し、ＰＥＴに吸収される残留水蒸気を除去するためＡＬＤ反応器内において１００℃で加熱し、続いてＰＥＴの両面上に１００℃でＡｌ２Ｏ３のＡＬＤ堆積を行った。ＡＬＤ堆積プロセスは窒素ガスに担持される水蒸気を８秒間投与すること、続いて、反応器を流動窒素で５０秒間パージングすることからなっていた。２ｍｍピッチのカセット上のＰＥＴ基材は、次に、窒素ガスに担持されるトリメチルアルミニウム蒸気を８秒間投与され、続いて流動窒素で５０秒パージされた。この反応シーケンスによりＰＥＴ基材の両面にＡｌ２Ｏ３の層を生成した。反応シーケンスは２００回繰り返され、厚さがＰＥＴ基材の両面で厚さ約３０ｎｍになるよう光学偏光解析法により決定され、長さが１４メートルであるＡｌ２Ｏ３バリア層が形成された。
【０１１７】
ＡＬＤコーティングされたＰＥＴをカセットから解いた後の４つのサンプルについて水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）が測定された。２つのサンプルは解かれたＰＥＴの中間から測定されると共に、２つのサンプルは渦巻の外径の近くの位置でコーティングされたＰＥＴからとられた。全４つの測定値はＭＯＣＯＮ  Ａｑｕａｔｒａｎ−１測定器の感度の５×１０−４ｇ−Ｈ２Ｏ／ｍ２−ｄａｙを下回った。つまりそれらのＷＶＴＲは５×１０−４ｇ−Ｈ２Ｏ／ｍ２−ｄａｙよりも低かった。これは２ｍｍピッチのカセット全体にわたる均一かつ高品質なＡｌ２Ｏ３のコーティングに合致する。
【０１１８】
これらの実施例は全て本発明により記載されるような装填されかつ蒸着装置内で処理されるカセットの使用により５×１０−４ｇ−Ｈ２Ｏ／ｍ２−ｄａｙよりも低い水蒸気透過率を有する優れたバリアフィルムが生成されることを実証する。
【０１１９】
上述の本発明の教示の利点を得る当業者はそれに多くの変更を施すことが可能である。かかる変更は添付する請求項に定義される本発明の範囲内に包含されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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