(57)【要約】【課題】リチウム金属等のワイヤを蒸発源として用いつつ、成膜を円滑に行いうる成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置１０は、リチウム金属等のワイヤ２０が巻き付けられている供給ロール２１と、ボート２７等を有する気体粒子生成部１３と、ワイヤ２０を供給ロール２１から気体粒子生成部１３まで送るための送りロール２４，２５と、ガイドロール２２，２３と、成膜部１４とを備えている。少なくとも送りロール２４，２５の表面部が高分子樹脂を主成分とする材料によって構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムまたはリチウム合金の気体粒子を生成する気体粒子生成部と、
前記気体粒子生成部で生成されたリチウムまたはリチウム合金の気体粒子から基材上にリチウム金属またはリチウム合金の膜を成膜する成膜部と、
前記気体粒子生成部に、リチウム金属またはリチウム合金のワイヤを供給するための供給部と、
少なくとも表面部が高分子樹脂を主成分とする材料によって構成され、前記供給部から前記気体粒子生成部まで前記ワイヤを送るためのロール部材と、
を備えている、成膜装置。
【請求項２】
請求項１記載の成膜装置において、
前記ロール部材の少なくともフランジ部の全体が、前記高分子樹脂を主成分とする材料によって構成されている、成膜装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の成膜装置において、
前記高分子樹脂は、ポリプロピレン，ポリエチレンおよびポリエチレンテレフタレートから選ばれる少なくとも１つの材料を主成分とする材料によって構成されている、成膜装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の成膜装置において、
前記高分子樹脂を主成分とする材料は、無機フィラーを含有している、成膜装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の成膜装置において、
前記成膜部は、シート状の基材を連続的に送る機構を有している、成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池などに用いられるリチウム金属またはリチウム合金の膜を成膜するための成膜装置に係り、特に成膜作業の円滑化対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話の高度化，ノートパソコン，ＰＤＡ等のモバイル機器の進展に伴い、電池の高密度化が求められている。リチウム金属を負極材質とする二次電池（いわゆるリチウム二次電池）は、重量当たりおよび体積当たり共に、高いエネルギー密度を実現することができる。リチウム二次電池は、電池領域を高密度化するために、正極膜やリチウム金属膜を円筒状に巻き付けた構造を採るのが一般的である。したがって、リチウム二次電池の製造工程において、リチウム金属膜を基材上に成膜する技術は特に重要な工程であり、従来より、種々の提案がなされている。
【０００３】
特許文献１には、ブロック状リチウム金属を供給源とするＣＶＤ法またはスパッタリング法により、金属リチウムの薄膜を形成することが記載されている。また、特許文献２には、高能率で長時間の成膜を行う方法として、Ｃｏなどの金属ワイヤを供給源として用い、電子ビーム加熱を用いた蒸着法により基材上に成膜する方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０３５８７号公報
【特許文献２】特開平６−３３２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の特許文献１の成膜装置を用いた場合、ブロック状リチウム金属を供給源としているので、ブロック状リチウム金属を交換するまでの期間を長く確保することができない。そこで、特許文献２の技術を応用して、ワイヤ状のリチウム金属を供給源として用いることにより、長時間の原料供給を行うことが考えられる。
【０００６】
しかしながら、リチウム金属ワイヤを供給源として用いると、ワイヤを導出するロール部材にリチウム金属が付着していく結果、リチウム金属ワイヤがロール部材に巻き付いて、ワイヤの供給が不能となるおそれがあった。
【０００７】
本発明の目的は、リチウム金属やリチウム合金のワイヤを使用しつつ、リチウム金属またはリチウム合金のロール部材への付着を抑制する手段を講ずることにより、円滑な成膜が可能な成膜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】
本発明の成膜装置は、リチウム金属またはリチウム合金（以下、リチウム金属等ともいう）のワイヤを、気体粒子源として用いており、ワイヤを気体粒子生成部に送るためのロール部材の少なくとも表面部を、リチウム金属等が付着しにくい高分子樹脂を主成分とする材料によって構成したものである。ただし、高分子樹脂で構成されている部分を有していないロール部材が別に存在していてもよい。ワイヤにそれほど強く接触しないロール部材であれば、付着性がほとんど問題にならないことがあるからである。
【０００９】
これにより、リチウム金属等のワイヤがロール部材に巻き付いたり、部分的に剥がれることがなくなり、長時間の気体粒子生成が可能である。したがって、リチウム金属等のワイヤを用いた製造工程の円滑化を図ることができる。
【００１０】
本発明の成膜装置が、以下の限定事項を有していることにより、さらに付加的な効果を得ることができる。
【００１１】
ロール部材全体が、高分子樹脂を主成分とする材料によって構成されていることにより、ロール部材の表面が摩耗しても、ロール部材の交換までの期間をできるだけ長く確保することができる。
【００１２】
高分子樹脂としては、安価で汎用性の大きいポリプロピレン，ポリエチレンおよびポリエチレンテレフタレートから選ばれる少なくとも１つの材料を用いることにより、製造コストの低減をはかることができる。
【００１３】
高分子樹脂を主成分とする材料が、無機フィラーを含有していることにより、ロール部材の耐摩耗性が向上し、ロール部材の交換やメンテナンス頻度の低減を図ることができる。
【００１４】
成膜部が、シート状の基材を連続的に送る機構を有していることにより、連続的な成膜が可能となり、気体粒子生成部における長時間の気体粒子生成が可能なことと相俟って、成膜工程の高能率化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の成膜装置によると、リチウム金属等のワイヤを気体粒子生成部に供給する構造を採用しつつ、円滑な成膜を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における成膜装置１０の要部を示す側面図である。同図に示すように、本実施の形態の成膜装置１０は、真空チャンバー１１と、真空チャンバー１１に付設された付設チャンバー１２とを備えている。付設チャンバー１２には、リチウム金属等のワイヤ２０が巻き付けられている供給ロール２１と、ワイヤ２０を案内するガイドロール２２とが配置されている。また、真空チャンバー１１内には、真空チャンバー１１の床面上に取り付けられたタングステン製のボート２７やボート台２８等を有する気体粒子生成部１３と、チャンバー１１の天井面に取り付けられた成膜部１４とが設けられている。
【００１７】
そして、真空チャンバー１１内には、ワイヤ２０を供給する供給部である供給ロール２１から気体粒子生成部１３（ボート２７）までワイヤ２０を送るためのロール部材である送りロール２４，２５と、ガイドロール２３とが配置されている。すなわち、２つの送りロール２４，２５でワイヤ２０を強くピンチした状態で回転することにより、ワイヤ２０が供給ロール２１から気体粒子生成部１３まで送られるように構成されている。送りロール２４，２５とガイドロール２２との間にも、ガイドロール２３が配置されている。ここで、各ロール２１，２２，２３，２４，２５は、いずれも、ワイヤ２０と接触するフランジ部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａと、軸部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ｂとをそれぞれ有している。
【００１８】
ボート２７は、抵抗加熱機構（図示せず）によって加熱されており、ワイヤ２０を蒸発させて、リチウムまたはリチウム合金の蒸気（気体粒子）を生成するものである。ワイヤ２０は、純度９９．８％程度の純リチウム金属であってもよいし、数％のＡｌを含むリチウム合金であってもよい。また、本発明でいうワイヤには、断面形状が円形，正方形などの線状のものだけでなく、断面形状が矩形である平板状のものも含まれる。
【００１９】
また、成膜部１４には、基材シート３１を巻き付けたシート供給ロール３２と、シート供給ロール３２から送られる基材シート３１を支える支持ロール３３と、成膜された基材シート３１を巻き取る巻き取りロール３４とが配置されている。支持ロール３３の下方には、開口を有する遮蔽板３６が配置されており、気体粒子生成部１３で生成されたリチウムまたはリチウム合金の蒸気は、開口を通って、基材シート３１に到達する。
【００２０】
基材シート３１は、リチウム二次電池の負極基材となる銅または銅合金によって構成されている。そして、基材シート３１の下面上に、リチウムまたはリチウム合金の蒸気が付着し、固化・堆積して、リチウム二次電池の負極材となるリチウム金属またはリチウム合金の膜が形成される。ワイヤ２０の送り速度は、成膜速度に応じて変わるが、ボート２７上のリチウム金属等の原料の量がほぼ一定になるように制御されている。
【００２１】
ここで、本実施の形態では、供給ロール２１，ガイドロール２２，２３および送りロール２４，２５のフランジ部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ全体が高分子樹脂を主成分とする材料によって構成されている。高分子樹脂としては、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリエチレンテレフタレート，ポリスチレン，ポリアミド，ポリアセタール，ポリカーボネート塩化ビニールなどを用いることができる。特に、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリエチレンテレフタレートは、低価格で汎用性があるので、これらを用いることにより、製造コストの低減を図ることができる。
【００２２】
ただし、供給ロール２１，ガイドロール２２，２３および送りロール２４，２５のフランジ部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａの表面だけが高分子樹脂を主成分とする材料によってコートされていてもよい。ただし、リチウム金属等の膜を成膜するに際しては、不純物の混入を防ぐために、ワイヤ２０と各ロール２１，２２，２３，２４，２５との間に潤滑剤を使用できないので、ロール表面が摩耗しやすい。したがって、これらのロールのフランジ部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ全体が高分子樹脂によって構成されていることにより、ワイヤ２０との接触で摩耗しても、ロールの使用可能な期間を延長することができる。
【００２３】
また、供給ロール２１，ガイドロール２２，２３および送りロール２４，２５の各フランジ部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａだけでなく、軸部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ｂも含む全体が高分子樹脂を主成分とする材料によって構成されていてもよい。その場合には、一体成形により、コスト低減を図ることができる。
【００２４】
また、供給ロール２１，ガイドロール２２，２３および送りロール２４，２５のすべてのロールの少なくとも表面部が高分子樹脂を主成分とする材料によって構成されている必要はなく、少なくとも送りロール２４，２５の少なくとも表面部が高分子樹脂を主成分とする材料によって構成されていればよい。他のロール２１，２２，２３は、ワイヤ２０と強く接触するわけではないので、たとえば金属等で構成されていても、リチウム金属等の付着量は比較的少ないからである。
【００２５】
また、上述のように、リチウム金属またはリチウム合金の膜の成膜に際してロール表面が摩耗しやすいことから、高分子樹脂を主成分とする材料が、無機フィラーを含有していることにより、ロールの耐摩耗性が高まり、ロールの使用可能な期間をさらに延長することができる。無機フィラーとしては、ガラス短繊維，マイカ，アルミナなどの各種セラミック，各種金属などを用いることができる。
【００２６】
（実施例１）
ワイヤ２０として、径３ｍｍφのリチウム金属からなるワイヤを用い、基材シート３１として幅１２０ｍｍ，長さ５０ｍ，厚さ１０μｍのシートを用い、供給ロール２１，ガイドロール２２，２３および送りロール２４，２５の各フランジ部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａをポリプロピレンにより構成した。その結果、リチウム金属からなるワイヤ２０が各ロールに接触しても、リチウム金属が各ロールの表面にほとんど付着せず、３ｍｍφ，５０ｍ長さのワイヤ全部をスムーズに送ることができた。
【００２７】
（実施例２）
ワイヤ２０として、径３ｍｍφのリチウム金属からなるワイヤを用い、基材シート３１として幅１２０ｍｍ，長さ５０ｍ，厚さ１０μｍのシートを用い、供給ロール２１，ガイドロール２２，２３および送りロール２４，２５の各フランジ部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａをユニチカ（株）製の「ユニレート」により構成した。「ユニレート」は、ポリエチレンテレフタレートを主成分とし、ガラス繊維，マイカ等の無機フィラーを充填したものである。その結果、リチウム金属からなるワイヤ２０が各ロールに接触しても、リチウム金属が各ロールの表面にほとんど付着せず、３ｍｍφ、８０ｍ長さのワイヤ全部をスムーズに送ることができた。また、無機フィラーを含有していることで、各ロールの摩耗も少ないことが確認された。
【００２８】
（比較例）
ワイヤ２０として、径３ｍｍφのリチウム金属からなるワイヤを用い、基材シート３１として幅１２０ｍｍ，長さ５０ｍ，厚さ１０μｍのシートを用い、供給ロール２１，ガイドロール２２，２３および送りロール２４，２５の各フランジ部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａをＳＵＳ３０４により構成した。その結果、リチウム金属からなるワイヤが各ロールに接触すると、各ロールにリチウム金属が付着し、ワイヤを２ｍ分送った時点で、送りロール２４，２５にワイヤが巻き付いて、ワイヤの供給が不能に陥った。  
【００２９】
（他の実施の形態）
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００３０】
上記実施の形態においては、成膜のためのリチウムまたはリチウム合金の気体粒子生成部として、抵抗加熱による真空蒸着設備を用いたが、電子ビーム溶解による蒸着法や、蒸着法以外のスパッタリング法などを用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の成膜装置は、リチウム二次電池などに使用されるリチウム金属またはリチウム合金の膜の成膜に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態における成膜装置の要部を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０    成膜装置
１１    真空チャンバー
１２    付設チャンバー
１３    気体粒子生成部
１４    成膜部
２０    ワイヤ
２１    供給ロール
２１ａ  フランジ部
２１ｂ  軸部
２２    ガイドロール
２２ａ  フランジ部
２２ｂ  軸部
２３    ガイドロール
２３ａ  フランジ部
２３ｂ  軸部
２４    送りロール
２４ａ  フランジ部
２４ｂ  軸部
２５    送りロール
２５ａ  フランジ部
２５ｂ  軸部
２７    ボート
２８    ボート台
３１    基材シート
３２    シート供給ロール
３３    支持ロール
３４    巻き取りロール
３６    遮蔽板
【図１】
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