(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に冷却手段を備えたコーティングロールが設けられ、このコーティングロール外周面にフィルム状の金属箔基材を巻き掛け走行させながら、巻き掛け領域における金属箔基材表面に蒸発源からの蒸発物質を付着させ膜形成を行う金属箔基材への膜形成装置において、
上記コーティングロールは、
巻き掛けられる金属箔基材の幅方向端部側に対応する位置での外径が中央よりも小さくかつその外周面における軸方向に沿う母線の形状が特定半径の円弧状としたクラウン状であって、巻き掛け走行させる前記金属箔基材が前記外周面の軸方向中央部で密着し端の部分で浮き上がった状態で膜形成を行うように構成されてなる
ことを特徴とする金属箔基材への膜形成装置。
【請求項２】
真空槽内に冷却手段を備えたコーティングロールが設けられ、このコーティングロール外周面にフィルム状の金属箔基材を巻き掛け走行させながら、巻き掛け領域における金属箔基材表面に蒸発源からの蒸発物質を付着させ膜形成を行う金属箔基材への膜形成装置において、
上記コーティングロールの外周面が、これに巻き掛けられる金属箔基材の幅方向端部側に対応する位置での外径を中央よりも小さくして形成されており、上記外周面における軸方向中央部に、径方向に局部的に突出する径大部が設けられている
ことを特徴とする金属箔基材への膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属箔基材への膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属箔や樹脂フィルム、紙、布などの厚さの薄いフィルム状の基材表面に薄膜をコーティングする装置として、真空蒸着装置やスパッタリング装置などの膜形成装置が使用されている。このような装置では、例えば本発明の説明図である図２に示すように、真空槽１内における蒸発源４からの蒸発物質４ａの飛散方向に、水冷されたコーティングロール８が設けられている。このコーティングロール８にフィルム状の基材５を巻き掛け走行させながら、この基材５におけるコーティングロール８への巻き掛け領域表面に蒸発物質４ａを付着させ、これによって、基材５表面への膜形成を行うようになっている。
【０００３】
このような膜形成時には、基材５は蒸発源４からの輻射熱や蒸発物質４ａが持ち込む熱等により温度が上昇する。そこで、基材５に過度の温度上昇が生じて損傷することのないように、上記のコーティングロール８は内部に水等の冷却媒体を循環させて冷却されている。
そして従来は、基材に対して上記の冷却効果が充分に与えられるように、コーティングロールは円筒状、すなわち、その外周面における軸心に平行な母線が真直な形状（以下、フラット状ともいう）に形成され、これにより、基材がその幅方向の全体にわたってコーティングロールに一様に密着して走行するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように外周面がフラット状のコーティングロールを用いて、例えば１０〜１００μｍの厚さの金属箔に０．０２μｍ以上の厚さのコーティングをアーク放電式の真空蒸着にて行う場合等には、図５に示すように、フィルム状の基材５’にシワ１０…が発生して製品不良になり易いという問題を生じている。
つまり、厚さの薄い金属箔等の場合には熱容量が小さいために、蒸発源４’に対面する領域の温度が部分的に急上昇し、この温度上昇に伴って熱膨張する。この熱膨張に伴う基材５’の寸法変化は、その走行方向には、基材５’に加えられている張力によってコーティングロール８’の外周面を周方向に滑ることで吸収される。しかしながら、幅方向には張力は加わっておらず、しかも、基材５’は、フラット形状のコーティングロール８’に幅方向に一様に密着しているため、図中矢印ｓで示すような幅方向の変位は、摩擦力Ｆｔにより全体にわたって拘束されている。この結果、コーティングロール８’表面で前記のようなシワ１０…が生じるものとなっている。
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、コーティングロール上でのシワの発生を抑えて品質に優れたコーティング製品を得ることの可能なフィルム状基材への膜形成装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の金属箔基材への膜形成装置は、真空槽内に冷却手段を備えたコーティングロールが設けられ、このコーティングロール外周面にフィルム状の金属箔基材を巻き掛け走行させながら、巻き掛け領域における金属箔基材表面に蒸発源からの蒸発物質を付着させ膜形成を行う金属箔基材への膜形成装置において、上記コーティングロールは、巻き掛けられる金属箔基材の幅方向端部側に対応する位置での外径が中央よりも小さくかつその外周面における軸方向に沿う母線の形状が特定半径の円弧状としたクラウン状であって、巻き掛け走行させる前記金属箔基材が前記外周面の軸方向中央部で密着し端の部分で浮き上がった状態で膜形成を行うように構成されてなることを特徴としている。
【０００７】
このように、端部側の外径を中央よりも小さくしたコーティングロールを用いることにより、このロールに巻き掛けて走行させる金属箔基材は、ロールとの密着度合いが端部側で小さくなり、幅方向への変位に対する摩擦力が低下して拘束力が弱くなる。この結果、熱膨張に伴う寸法変化を生じる際に、基材の端部側が幅方向に変位し易くなり、これによって、シワの発生が抑制され、品質に優れたコーティング製品を得ることができる。
他の本発明にかかる金属箔基材への膜形成装置は、真空槽内に冷却手段を備えたコーティングロールが設けられ、このコーティングロール外周面にフィルム状の金属箔基材を巻き掛け走行させながら、巻き掛け領域における金属箔基材表面に蒸発源からの蒸発物質を付着させ膜形成を行う金属箔基材への膜形成装置において、上記コーティングロールの外周面が、これに巻き掛けられる金属箔基材の幅方向端部側に対応する位置での外径を中央よりも小さくして形成されており、上記外周面における軸方向中央部に、径方向に局部的に突出する径大部が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態について説明する。
図２は、膜形成装置としてのアーク放電式真空蒸着装置における真空槽１内の要部構成を模式的に示すものであって、真空槽１内は、隔壁１ａによって蒸着室２と基材走行駆動室３とに区画されている。蒸着室２内には、形成膜に対応する材質から成る蒸発源４と、図示してはいないが、この蒸発源４の表面に真空アーク放電を発生させるためのアーク放電発生機構とが設けられている。
【０００９】
一方、基材走行駆動室３内には、フィルム状の基材５が巻付けられた基材供給ロール６と、基材５を巻取る巻取ロール７と、コーティングロール８とが配設されている。
コーティングロール８は、前記隔壁１ａに形成されている開口を通して、外周面の一部が蒸着室２側に突出するように配置されている。このコーティングロール８に基材供給ロール６から供給される基材５を巻き掛けて走行させ、この基材５を巻取ロール７で巻取るように構成されている。なお、走行状態の基材４に作用する張力Ｆｐ  が所定の範囲内で維持されるように、基材５の走行経路上に張力自動調整装置（図示せず）がさらに設けられている。
【００１０】
上記のコーティングロール８は、図１に示すように、外周面がクラウン状、すなわち、外周面における軸方向に沿う母線Ｌｍの形状を半径Ｒ1の円弧状にして、軸方向端部側の外径を中央よりも小さくした形状で形成されている。なお、このコーティングロール８には、冷却手段としての冷却用配管（図示せず）が内部に設けられている。この冷却用配管に冷却水を循環させることにより、このコーティングロール８を水冷しながら回転駆動し得るようになっている。
上記装置により、例えばアルミニウム金属箔を基材５とし、これに例えばチタン膜をコーティングするときの操作手順について説明する。
【００１１】
まず、基材供給ロール６に巻付けられた上記の基材５の先端部を、コーティングロール８に巻き掛けた後に巻取ロール７に係止し、真空槽１の基材走行駆動室３内に、図２に示す状態にセットする。また、蒸着室２内には、蒸発源４としてチタン製のターゲットを装着する。その後、図示しない真空ポンプを駆動して真空槽１内を排気し、所定の真空度に達した後に、前記アーク放電発生機構を作動し、カソードとしての蒸発源４と、アーク放電発生機構におけるアノード電極との間に所定の電圧を印加することによって、蒸発源４の表面にアーク放電を生じさせる。同時に、コーティングロール８への冷却水の循環を開始し、また、基材供給ロール６とコーティングロール８および巻取ロール７とを互いに同期させて回転させ、所定の速度で基材５の走行を開始させる。
【００１２】
上記のように、蒸発源４の表面に真空中でアーク放電を生じさせることにより、放電電流が集中したアークスポットによって、蒸発源４表面の微小領域が蒸気化する。この蒸気はさらに電離してプラズマ流が形成され、このプラズマ流から、負のバイアス電圧が印加され、もしくは接地されている前記コーティングロール８の方向に正イオンが蒸発物質４ａとして引き出される。これが、コーティングロール８に巻き掛けられて走行する基材５に付着し、基材５の表面に蒸発源４と同じ材質、すなわち、チタンから成る膜がコーティングされる。この膜厚が所定の厚さとなるように、基材５の走行速度、およびアーク放電電流を調整しながら上記の膜形成を継続する。
【００１３】
なお、真空槽１内の雰囲気が上記のように真空の場合は、基材５表面には蒸発源４と同材質の膜がコーティングされるが、真空槽１内に反応性ガス、例えば窒素ガスを導入すると、蒸発物質４ａとガスとの反応生成物、例えばＴｉＮの膜がコーティングされる。
ところで、上記のような膜形成時には、コーティングロール８に巻き掛けられて走行する基材５には、蒸発源４からの輻射熱や蒸着物質４ａが持込む熱等により温度が上昇する。これによって温度上昇が過度に生じると基材５が損傷するために、コーティングロール８にはその内部に水を循環させて冷却し、これによって、基材５の過熱が防止されている。
【００１４】
一方、特に基材５が金属箔の場合には、熱容量が小さいために局部的な温度の上昇度合いが大きく、この温度上昇により、前述したように、従来は熱膨張に起因するシワが生じていた。すなわち、温度上昇に伴う熱膨張での寸法変化は、その走行方向には、基材５に加えられている張力Ｆｐによって、図２中矢印ｕ・ｕで示すように、コーティングロール８の外周面を基材５が周方向に滑ることで吸収される。しかしながら、幅方向には張力は加わっておらず、この状態で、従来は基材がコーティングロールに幅方向に一様に密着した構成であるため、基材の幅方向の変位が摩擦力により全体にわたって拘束され、この結果、基材にシワが発生していた。
【００１５】
これに対し、本実施形態では、コーティングロール８として外周面がクラウン形状のものを使用している。この場合、図１に模式的に示すように、基材５は、コーティングロール８の軸方向中央部ではこのロール８に密着状態となっているが、端部側に向かうにつれて密着度合いは徐々に弱くなり、端の部分では浮き上がった状態となっている。したがって、端部側では、基材５がコーティングロール８の表面を、図中矢印ｓで示すように軸方向に変位する場合でも、摩擦による拘束力は弱くなる。
【００１６】
この結果、熱膨張に伴って幅方向の寸法変化が基材５に生じる場合でも、その変化に応じて、基材５は、コーティングロール８の外周面上を軸方向両側に滑動する。これにより、従来生じていたシワの発生が無くなり、品質に優れたコーティング製品を安定して製造することが可能となる。
具体的な製造結果の一例を挙げれば、例えば、クラウン状のコーティングロール８として半径R１が１５０ｍのものを使用し、厚さ：５０μｍ、幅：５００ｍｍのアルミニウム金属箔に０．１μｍのチタン膜のコーティングを行ったが、シワが無くかつコーティング膜の付着強度にも優れた良質のコーティング製品を安定して製造することができた。
【００１７】
なお、上記の実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば図３に示すように、軸方向中央部８ａを半径Ｒ2の比較的小さな断面湾曲状とし、その両端側８ｂ・８ｂはテーパ形状にすることによって、端部側の径を中央よりも細くした形状とすることも可能である。また、図４に示すように、中央部には半径Ｒ3の断面湾曲状の凸部（径大部）８ｃを設けて局部的に径大とし、その両側８ｄ・８ｄは端部に至るまで軸心に平行な円筒面とした形状とすることも可能であり、これらの形状のコーティングロールを用いても、上記実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明の金属箔基材への膜形成装置においては、基材が巻き掛けられて走行するコーティングロールは、基材の密着度が幅方向端部側で弱くなるように、端部側を中央部より小径にして形成されている。これにより、基材に局部的な温度上昇で熱膨張が生じる場合でも、幅方向の寸法変化に対して端部側の摩擦力による拘束が弱く、このため、幅方向への変位が許容されシワの発生が抑制される。この結果、製品不良の発生が低減され、品質に優れたコーティング製品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態におけるコーティングロールの形状と基材との関係を概略的に示す一部切欠断面図である。
【図２】  上記コーティングロールが組込まれた膜形成装置の要部構成を示す正面図である。
【図３】  コーティングロールの変形例と基材との関係を概略的に示す一部切欠断面図である。
【図４】  コーティングロールのさらに他の変形例と基材との関係を概略的に示す一部切欠断面図である。
【図５】  従来のコーティングロールを用いて膜形成を行ったときの基材におけるシワの発生を模式的に示す一部切欠断面図である。
【符号の説明】
１  真空槽
１ａ  隔壁
２  蒸着室
３  基材走行駆動室
４  蒸発源
４ａ  蒸発物質
５  金属箔基材（基材）
６  基材供給ロール
７  巻取ロール
８  コーティングロール
８ｃ  凸部（径大部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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