(57)【要約】【課題】  蒸発速度を上昇させ、スプラッシュの発生が抑制される蒸着材料を提供する。【解決手段】  本発明は、金属ケイ素と一酸化ケイ素と二酸化ケイ素とを含有する蒸着材料において、金属ケイ素と酸素との原子比（Ｏ／Ｓｉ比）が０．９５以上１．０５以下であり、金属ケイ素の中心粒径が５μｍ以上１０μｍ以下であり、一酸化ケイ素の中心粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ケイ素と一酸化ケイ素と二酸化ケイ素とを含有する蒸着材料において、
金属ケイ素と酸素との原子比（Ｏ／Ｓｉ比）が０．９５以上１．０５以下であり、
金属ケイ素の中心粒径が５μｍ以上１０μｍ以下であり、
一酸化ケイ素の中心粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする蒸着材料。
【請求項２】
前記金属ケイ素と酸素との原子比（Ｏ／Ｓｉ比）が０．９９以上１．０４以下である請求項１に記載の蒸着材料。
【請求項３】
前記金属ケイ素の中心粒径が５μｍ以上７μｍ以下である請求項１または２に記載の蒸着材料。
【請求項４】
前記一酸化ケイ素の中心粒径が９０μｍ以上１２０μｍ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の蒸着材料。
【請求項５】
金属ケイ素と一酸化ケイ素と二酸化ケイ素とを含有する蒸着材料の製造方法であって、
原料として、中心粒径が５μｍ以上１０μｍ以下である金属ケイ素粉末と、中心粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下である一酸化ケイ素粉末と、二酸化ケイ素粉末との混合物を、金属ケイ素と酸素との原子比（Ｏ／Ｓｉ比）が０．９５以上１．０５以下となるように調整する工程と、
その混合物に溶媒を添加してプレスする工程と、
そのプレスした成形体を焼成する工程と、を有することを特徴とする蒸着材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケイ素、一酸化ケイ素および二酸化ケイ素からなる蒸着材料に係り、より詳しくは、プラスチックフィルム表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して、ガスバリア性を有するフィルムを好適に製造することができる蒸着材料およびその製造方法に関する。
【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、フィルムが高度のガスバリア性をもつことに加え、透光性を有することが求められている。高度のガスバリア性の観点からアルミニウムなどの金属などが使用され、透光性の観点からは酸化ケイ素、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。そのうち酸化ケイ素系の蒸着膜は、高い透光性とガスバリア性を兼ね備え、電気絶縁性および機械的強度にも優れている。
【０００３】
ケイ素系の物質のうち、金属ケイ素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、炭化ケイ素などが蒸着材料として頻繁に用いられるが、それらのうち金属ケイ素、二酸化ケイ素がコストの安い点で望ましく、金属ケイ素と二酸化ケイ素を混合した材料が蒸着材料として用いられている（例えば、特許文献１〜３を参照。）。
【０００４】
一方、ケイ素系材料のうち、一酸化ケイ素は、昇華性の物質であるため、比較的蒸発速度が速い点で優れている。さらに、蒸着材料が高温の微細な粒のまま飛散する現象（スプラッシュ）の発生が抑えられた材料も市販されている。
【０００５】
但し、一酸化ケイ素膜の形成に使用される蒸着材料は、一般的に、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作られる。そのため、材料費や部材費が高く、製造コストが高くなるという課題がある。
【０００６】
この課題を解決するため、例えば、特許文献４に開示されたように、金属ケイ素と二酸化ケイ素とを添加した蒸着材料において、ケイ素と酸素との原子比（Ｏ／Ｓｉ）と、嵩（かさ）密度を特定の範囲に設定することにより、昇華性ではなく、溶融した後に蒸発させる技術が提案されている。また、必要に応じて、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃなどの金属、あるいは添加物を混合することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−３３１４１９号公報
【特許文献２】特開平９−１４３６９０号公報
【特許文献３】特開昭６３−１６６９６５号公報
【特許文献４】特開２０１１−６３８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した技術においても、蒸着速度は十分ではない。そのため、蒸着時の投入電力を大きくして蒸着速度を上げなければならない。その結果、ガスバリア性の高いフィルムを製造するコストが上がってしまう。そこで、蒸着材料からの蒸発速度を大きくするため、Ｏ／Ｓｉ比を１に近づければよいが、Ｏ／Ｓｉ比が１に近づく程、スプラッシュの発生が多くなり、ガスバリア性の高いフィルムを得ることが困難となる。
【０００９】
そこで、本発明は、金属ケイ素と二酸化ケイ素と一酸化ケイ素とを添加した蒸着材料において、Ｏ／Ｓｉ比が１に近いにも関らずスプラッシュの発生が抑制され、ガスバリア性が良好なフィルムを安価に製造できる蒸着材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の目的を達成するために本発明に係る蒸着材料は、金属ケイ素と一酸化ケイ素と二酸化ケイ素とを含有する蒸着材料において、金属ケイ素と酸素との原子比（Ｏ／Ｓｉ比）が０．９５以上１．０５以下であり、金属ケイ素の中心粒径が５μｍ以上１０μｍ以下であり、一酸化ケイ素の中心粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る蒸着材料の製造方法は、金属ケイ素と一酸化ケイ素と二酸化ケイ素とを含有する蒸着材料の製造方法であって、原料として、中心粒径が５μｍ以上１０μｍ以下である金属ケイ素粉末と、中心粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下である一酸化ケイ素粉末と、二酸化ケイ素粉末との混合物を、金属ケイ素と酸素との原子比（Ｏ／Ｓｉ比）が０．９５以上１．０５以下となるように調整する工程と、その混合物に溶媒を添加してプレスする工程と、そのプレスした成形体を焼成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、金属ケイ素と一酸化ケイ素と二酸化ケイ素とを添加した蒸着材料において、蒸着速度が速く、スプラッシュが抑制され、バリアフィルムを安価に製造できる蒸着材料が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための蒸着材料およびその製造方法を例示するものであって、本発明は、蒸着材料およびその製造方法を以下に限定するものではない。
（蒸着材料）
本発明の蒸着材料は、金属ケイ素と一酸化ケイ素と二酸化ケイ素とを含有する蒸着材料であって、金属ケイ素と酸素との原子比（Ｏ／Ｓｉ比）が０．９５以上１．０５以下であり、金属ケイ素の中心粒径が５μｍ以上１０μｍ以下であり、一酸化ケイ素の中心粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下である。より好ましくは、金属ケイ素と酸素との原子比（Ｏ／Ｓｉ比）が０．９９以上１．０４以下であり、金属ケイ素の中心粒径が５μｍ以上７μｍ以下であり、一酸化ケイ素の中心粒径が９０μｍ以上１２０μｍ以下である。
【００１４】
本発明の蒸着材料は、真空蒸着において、蒸着材料からの蒸発速度を上げて、かつスプラッシュを抑えることができる。すなわち、本発明の蒸着材料は、Ｏ／Ｓｉ比が０．９５以上１．０５以下であり、かつ金属ケイ素の中心粒径が５μｍ以上１０μｍ以下とすることにより、ＳｉとＳｉＯ２が効率よく反応するので、蒸着材料からの蒸発速度が速くなると考えられる。さらに、一酸化ケイ素の中心粒径を２０μｍ以上２００μｍ以下とすることにより、電子ビームによって加熱された一酸化ケイ素の表面から微細なＳｉが発生するので、ＳｉＯ２との反応性を高めてスプラッシュとして飛散する前にＳｉＯとして蒸発すると考えられる。
【００１５】
ここで、スプラッシュとは、蒸着の際の加熱による熱衝撃や内部から発生するガスの圧力などにより、気化していない蒸着材料が、高温の微細な粒のまま飛散する現象である。このスプラッシュの発生により、形成された蒸着膜にピンホールが生じてバリアフィルムとしての性能が出なかったり、微細な粒が異物として蒸着原反に混入したりすることも有り得る。
【００１６】
蒸着方式として、例えば、抵抗加熱方式、誘導過熱方式、電子ビーム（ＥＢ）方式などを採用することができる。特に電子ビーム方式では蒸着材料を局部的に急速に加熱でき、しかも蒸着材料の堆積速度を速め、そのため巻取蒸着加工速度を向上させて包装材料の生産性を高めることができる特徴があり、頻繁に用いられている。しかし、電子ビームを直接材料に当てるため、材料が受ける熱衝撃が大きく、スプラッシュが一層発生しやすくなる問題がある。
（蒸着材料の製造方法）
以下、本発明に係る蒸着材料の製造方法について説明する。まず、蒸着材料の原料となるケイ素系材料粉末として、金属ケイ素粉末、一酸化ケイ素粉末および二酸化ケイ素粉末の混合物を調整した後、その混合物に所定量の溶媒を添加してプレスする。そのプレスした成形体を不活性ガス雰囲気中で焼成し、蒸着材料を得る。
【００１７】
上記のように３種類のケイ素系材料粉末を混合する理由は、各々単独で蒸着材料の成形体とすると、生産性の向上、スプラッシュの抑制および蒸発速度などを制御することが困難であるためである。
【００１８】
金属ケイ素単体では、電子ビームの熱によって溶融した層が形成され、蒸発しないまま温度が高くなり、その層が弾けてスプラッシュが多発する。一酸化ケイ素単体では、昇華性物質であるため蒸発速度は速く、均一に昇華する一方で、一酸化ケイ素を合成するコストが高く金属ケイ素や二酸化ケイ素に比べて高価であるため生産性が悪い。二酸化ケイ素単体では、金属ケイ素と同じく溶融し、ガラス層ができる。また、成膜した膜がＳｉＯ２に非常に近く、ガスバリア性に乏しい。そこで、特徴の異なる３種を合わせることで、安価で、スプラッシュが発生せず、蒸発速度を大きくすることができる蒸着材料を得る。
【００１９】
金属ケイ素の中心粒径は、５μｍ以上１０μｍ以下とする。５μｍ以下では粉塵爆発を防ぐための対策などでコストが高くなってしまう。また、１０μｍ以上では金属ケイ素と二酸化ケイ素の反応性が低下するので、ＳｉＯ蒸気になる前に固体のままスプラッシュとして飛散して、スプラッシュが発生しやすい傾向がある。
【００２０】
一酸化ケイ素の中心粒径は、２０μｍ以上２００μｍ以下とする。２０μｍ以下では一酸化ケイ素の表面から金属Ｓｉが析出する前に蒸発してしまい、二酸化ケイ素との反応性が向上せず、一酸化ケイ素を添加する意義が小さいためである。また、２００μｍ以上では、一酸化ケイ素自体が大きすぎるため、表面に析出した金属Ｓｉと接触する二酸化ケイ素が少なすぎ、二酸化ケイ素との反応性が向上しない虞があるためである。
【００２１】
ケイ素と酸素との原子比（Ｏ／Ｓｉ）は、０．９５以上１．０５以下とする。０．９５以下では、電子ビーム照射部の表面に二酸化ケイ素と反応できなかった金属ケイ素が凝集し、この凝集物が飛散することでスプラッシュが発生しやすい傾向があるためである。また、１．０５以上では溶融したＳｉＯ２に覆われてしまうために蒸着速度が低下する虞があるためである。ケイ素と酸素との原子比（Ｏ／Ｓｉ）は、混合する粉末の配合量、添加剤等によって調整が可能である。
【００２２】
原料粉末を調製して混合する工程は、金属ケイ素粉末、一酸化ケイ素粉末および二酸化ケイ素粉末を、Ｏ／Ｓｉ比が所定の値となるように秤量し、粉体混合機などで混合する。ビニール袋等で凝集物をほぐしながら混合してもよい。粉末が混合したのち、溶媒を添加し、プレス成型して成形物を得る。
【００２３】
この成形物を乾燥した後、アルゴンのような不活性ガス雰囲気下で、温度が１０００℃以上１４００℃以下のもと、１〜１０時間の焼成をすることにより蒸着材料を製造する。
【００２４】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【実施例１】
【００２５】
金属ケイ素粉末（中心粒径５．２μｍ）、一酸化ケイ素粉末（中心粒径１００μｍ）、二酸化ケイ素粉末（中心粒径１μｍ）を、Ｏ／Ｓｉ比が理論値で１．０２となるようにポリエチレン製袋の中に投入し、凝集物を解しながら袋内で混合した。なお、金属ケイ素のＳｉ原子１個に対し、一酸化ケイ素におけるＳｉ原子が０．５個、二酸化ケイ素におけるＳｉ原子が１．０個となるように上記材料を混合した。更に溶媒を添加してプレス成形した。この成形物を乾燥した後、アルゴン雰囲気下１２００℃で１時間焼成することにより実施例１の成形体を作製した。
【実施例２】
【００２６】
Ｏ／Ｓｉ比を理論値で０．９５に変更したこと以外は実施例１と同じ方法で成形体を作製することにより実施例２の成形体を作製した。
【実施例３】
【００２７】
Ｏ／Ｓｉ比を理論値で１．０４に変更したこと以外は実施例１と同じ方法で成形体を作製することにより実施例３の成形体を作製した。
【実施例４】
【００２８】
一酸化ケイ素の中心粒径を３０μｍとしたこと以外は実施例１と同じ方法で成形体を作製することにより実施例４の成形体を作製した。
＜比較例１＞
金属ケイ素粉末の中心粒径を３０μｍとしたこと以外は、実施例１と同じ方法で成形体を作製することにより比較例１の成形体を作製した。
＜比較例２＞
Ｏ／Ｓｉ比を理論値で０．９０に変更したこと以外は、実施例１と同じ方法で成形体を作製することにより比較例２の成形体を作製した。
＜比較例３＞
Ｏ／Ｓｉ比を理論値で１．０８に変更したこと以外は、実施例１と同じ方法で成形体を作製することにより比較例３の成形体を作製した。
＜比較例４＞
一酸化ケイ素の中心粒径を４．０μｍとしたこと以外は実施例１と同じ方法で成形体を作製することにより比較例４の成形体を作製した。
＜比較例５＞
一酸化ケイ素の中心粒径を４００μｍとしたこと以外は実施例１と同じ方法で成形体を作製することにより比較例５の成形体を作製した。
＜比較例６＞
市販の一酸化ケイ素の塊から所定の大きさで切り出し、成形体を作製することにより比較例６の成形体を作製した。
（評価）
実施例１〜４及び比較例１〜６で作成した成形体について、電子ビーム加熱方式の蒸着装置を用いて、実施例及び比較例の蒸着評価を行った。電子ビーム出力は、７０ｍＡとし、これらの蒸着の際におけるスプラッシュ発生の有無を目視で確認した。各実施例および比較例の成膜レート及びそのとき発生したスプラッシュの評価を表１に示す。
【００２９】
ここで、中心粒径とは、レーザー回折式散乱法により測定した中心粒径をいう。また、成膜レートとは、光学膜厚１／４λ（ｎ＝１．９）を成膜するのに必要な時間から算出された蒸発の速度（Å／ｓ）を表す。スプラッシュの発生は、比較例６の一酸化ケイ素のスプラッシュ数を基準として評価したものであり、スプラッシュの発生が半減以下になった例を◎と表記し、半減以上２倍以下を○と表記し、２倍以上を×と表記した。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１からわかるように、実施例１〜４の蒸着材料はいずれも、成膜レートが一酸化ケイ素の８割以上を示し、かつスプラッシュの数も一酸化ケイ素と同等以上であった。これにより、Ｏ／Ｓｉ比が１近くにありながら金属ケイ素と一酸化ケイ素の粒径を最適化することでスプラッシュの発生が抑制される蒸着材料であることが分かった。