JP6594263B2 - 表面処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、処理チャンバ内に置換ガスを供給してガス置換放電によってフィルムの表面を改質する表面処理装置に関する。

放電電極を備えた処理チャンバ内に窒素などの置換ガスを供給してガス置換放電を形成し、上記処理チャンバと対向して移動するフィルム表面を改質する表面処理装置が知られている。
例えば、特許文献１に示すものは、アースされた処理ローラに対向して処理チャンバが設けられ、この処理チャンバ内には放電電極が設けられるとともに、置換ガスを供給している。
そして、上記処理ローラに接触して搬送されるフィルムの表面を、ガス置換放電のエネルギーによって処理するようにしている。

このような表面処理装置において、上記処理チャンバ内で安定したガス置換放電状態を維持するためには、処理チャンバ内のガスの置換度が重要である。
しかし、移動するフィルムの表面には、処理チャンバの外部の大気などが付着して同伴流として処理チャンバ内に流入する可能性がある。処理チャンバ内に同伴流が流入して内部の置換ガスの濃度が低下すると、ガス置換放電状態が不安定になってしまう可能性がある。

そのため、同伴流の流入に対応して処理チャンバへの置換ガスの供給量を増やしたり、同伴流の流入を防止したりしなければならない。
上記置換ガスの供給量を増やしてその消費量が多くなれば、その分コストがかかってしまうという問題がある。また、供給量を増やした置換ガスが処理チャンバの外部へ漏れ出て問題を起こすこともある。例えば、窒素などが大量に外部に流出すれば、外部で酸欠状態を起こすことになる。

このような問題に対応するため、特許文献１の装置では、同伴流の流入を防止するために、フィルム表面に接触して上記処理ローラの回転力に従動して回転するニップローラを処理チャンバの開口に近接させて設けている。この従来の装置は、処理チャンバの近傍に、フィルムに接触するニップローラを設けた装置で、このニップローラによって、フィルム上の同伴流の層が遮断され、同伴流の処理チャンバへの流入が防止されるというものである。
ところが、様々な条件によって処理チャンバの近傍に、同伴流を遮断するためのニップローラを設けられないことがある。

そこで、図６に示す装置が考えられる。
この装置も、フィルムＦを接触させた処理ローラ１に処理チャンバ２を対向配置させている。そして、この処理チャンバ２内に放電電極３を設けるとともに、ガス供給管４，５によって上記処理チャンバ２内に置換ガスを供給する。
なお、図中の矢印ｘは処理ローラの回転方向、矢印ａは上記処理ローラ1の回転によって移動するフィルムＦの移動方向である。
また、ガス供給管４は放電電極３の先端近傍に置換ガスを導くためのものであり、ガス供給管５は処理チャンバ２内全体に置換ガスを供給するためのものである。

そして、フィルムＦの移動方向における上記処理チャンバ２の上流側に、大気の同伴流を遮断するためのニップローラ６を設けているが、このニップローラ６を処理チャンバ２と別体にし、上記処理チャンバ２から間隔を保った任意の位置に設けるようにしている。

特開２００５−０７６０６３号公報

上記図６に示す従来の装置では、ニップローラ６とフィルムＦとの接触部Ｐにおいて上流からの同伴流ｂを確実に遮断することができる。
しかし、この接触部Ｐから処理チャンバ２の上流側開口２ａまでの距離が長いと、この間で、フィルムＦに大気などを同伴させてしまうことがある。この同伴流の量は、ニップローラ６から処理チャンバ２までの距離やフィルムＦの幅、フィルムＦの移動速度などによって変わるが、その量が多くなれば処理チャンバ２内の置換度が低下してしまうという問題が発生する。
この発明の目的は、同伴流遮断ローラと処理チャンバとの間に間隔を設けた場合であっても、処理チャンバ内の置換度の低下を防止できる表面処理装置を提供することである。

この発明は、処理ローラと、この処理ローラに対向し、内部に置換ガスを供給してガス置換放電を形成する処理チャンバとが設けられ、上記処理ローラに接触して移動するフィルム表面を上記ガス置換放電のエネルギーで改質する表面処理装置を前提とする。
上記装置を前提とし、第１の発明は、上記処理チャンバより上記フィルムの移動方向上流側であって、上記処理ローラに接触したフィルムに対向する位置に、上記処理チャンバと別体にした同伴流遮断ローラが設けられ、上記同伴流遮断ローラは、表面から置換ガスを放出させる置換ガス放出機構を備えるとともに、当該同伴流遮断ローラの上流側において上記フィルムに付着した同伴流を遮断し、当該同伴流遮断ローラの下流側において表面から放出された置換ガスを上記フィルムに同伴させる構成にしたことを特徴とする。

第２の発明は、上記同伴流遮断ローラが、特定の回転角度範囲に対応した置換ガス放出範囲のみから置換ガスが放出される構成を備えたことを特徴とする。

第３の発明は、上記同伴流遮断ローラが、内部に置換ガスが供給される置換ガス供給体と、この置換ガス供給体の外側で相対回転可能に支持された筒状の外層とからなり、上記置換ガス供給体には、上記置換ガス放出範囲に対応する部分のみに置換ガス放出口が形成され、上記外層には、全周もしくはほぼ全周にわたって置換ガスの流通を可能にする放出孔が形成されたことを特徴とする。

第４の発明は、上記同伴流遮断ローラの置換ガス放出範囲が、上記フィルム表面に対向して固定されたことを特徴とする。

第１の発明によれば、同伴流遮断ローラと処理チャンバとの間で、同伴流遮断ローラから放出された置換ガスがフィルム表面に付着して置換ガスの同伴層が形成されるため、置換ガス以外の例えば大気などが同伴流として再付着することを防止できる。したがって、同伴流遮断ローラと処理チャンバとの間に間隔を設けたとしても、処理チャンバ内に置換ガス以外の気体が流入することを防止でき、処理チャンバ内の置換度の低下を防止できる。
言い換えれば、この発明の遮断流防止ローラなら、その設置位置が処理チャンバの上流側近傍に限定されず、設置位置の自由度が高くなる。

第２〜４の発明によれば、同伴流遮断ローラの表面から放出される置換ガスの放出範囲を限定して、必要個所に必要量の置換ガスを放出することができる。そのため、置換ガスの消費量を抑えることができ、その分、コストを抑えることができる。
また、置換ガスの種類によっては、周囲に放出することによる問題が発生する場合もあるが、この発明によれば、そのような問題も防止できる。
特に、第４の発明によれば、同伴流遮断ローラの上流側では、置換ガスが大気などの同伴流に対向して同伴流の遮断をより確実にしながら、同伴流遮断ローラの下流側では、フィルムに向かって放射される置換ガスをフィルムに同伴させ、置換ガス以外の気体の付着をより効率的に防止できる。

第１実施形態を示す概略図である。 第１実施形態の同伴流遮断ローラの断面図である。 第２実施形態を示す概略図である。 第２実施形態の同伴流遮断ローラの軸方向断面図である。 図４のＶ-Ｖ線断面図である。 従来の表面処理装置を示す概略図である。

図１，２に示す第１実施形態は、処理チャンバ２よりフィルムＦの移動方向上流側であって、上記処理ローラ１に接触するフィルムＦに対向する位置に、処理チャンバ２と別体にした同伴流遮断ローラ７を設けた表面処理装置である。
上記同伴流遮断ローラ７以外の構成は、図６に示す従来の装置と同様である。したがって、従来と同様の構成要素には、図６と同じ符号を用い、個々の説明は省略する。
この第１実施形態の同伴流遮断ローラ７は、図２に示すように、中心のガス供給管８の外周にこの発明の外層である多孔層９を備えている。また、上記ガス供給管８の側壁には複数の放出口８ａが形成され、ガス供給管８の端部には、図示しない置換ガス供給源が接続されている。
なお、この実施形態の説明において上流側、下流側とは、特にことわらない限り、フィルムＦの移動方向を基準としたものである。

上記置換ガス供給源から供給された置換ガスは、上記ガス供給管８の放出口８ａから多孔層９を介して上記同伴流遮断ローラ７の外周から外部に向かって放出される。この第１実施形態では、上記置換ガス供給源、ガス供給管８、放出口８ａ及び多孔層９によって、この発明の置換ガス放出機構を構成している。
なお、上記多孔質の多孔層９は、例えば、焼結セラミックや、連続気泡を備えた発泡樹脂などで形成することができる。

上記のような同伴流遮断ローラ７が、処理チャンバ２と間隔を保った位置でフィルムＦに接触させて設けられている。
この第1実施形態の装置で、処理ローラ１がｘ方向に回転すると、上記同伴流遮断ローラ７は、処理ローラ１の回転方向ｘとは反対のｙ方向に回転しながら、その外周から矢印で示す置換ガスを外部に向かって放出する。
上記同伴流遮断ローラ７の表面から置換ガスが放出されると、同伴流遮断ローラ７の上流側の同伴流ｂが、上記置換ガスによって押し退けられるとともにフィルムＦとの接触部Ｐにおいて遮断される。その結果、同伴流遮断ローラ７の上流側の同伴流ｂは、接触部Ｐを越えて同伴流遮断ローラ７の下流側まで移動することはほとんどない。

そのうえで、同伴流遮断ローラ７の下流側では、多孔層９の表面からフィルムＦに向かって放出される置換ガスがフィルムＦ上に付着して同伴層を形成し、置換ガス以外の気体を付着させにくくする。
したがって、処理チャンバ２には、同伴流遮断ローラ７の下流側においてフィルムＦに形成された置換ガスの同伴層が流入するが、大気など、置換ガス以外の気体の同伴流が流入することはない。そのため、上記処理チャンバ２内の置換度が下がってしまうことはない。
なお、上記同伴流遮断ローラ７は、接触したフィルムＦの移動によってｙ方向に回転するように、フリー回転状態を保っておくようにしている。

図３〜５に示す第２実施形態は、上記第１実施形態の同伴流遮断ローラ７に替えて図４，５に示す同伴流遮断ローラ１０を用いた装置である。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態と同様の構成要素には、図１と同じ符号を用い、個々の説明は省略する。
この第２実施形態の同伴流遮断ローラ１０は、図４，５に示すように、中空の多孔筒体１１内に、この発明の置換ガス供給体である中央筒体１２を、ボールベアリング１３を介して相対回転可能に組み込んだものである。

多孔筒体１１は、第１実施形態の多孔層９と同様に形成された多孔質の円筒部材からなり、この発明の外層を構成する。
一方、中央筒体１２は上記多孔筒体１１の内壁に小さな隙間を介して対向するガスチャンバ１２ａと、その両端に連結された一対の支持軸１２ｂとからなる。上記支持軸１２ｂは、上記ガスチャンバ１２ａの内部と連通する筒部材である。
また、上記ガスチャンバ１２ａには、その周方向における特定の範囲内に複数の小孔１２ｃが形成されている。
上記小孔１２ｃが形成されている範囲は、図５に示すように、多孔筒体１１の回転角度α分に対応する範囲である。

図示のようなローラ１０は、例えば次のようにして組み立てることができる。
先ず、上記多孔筒体１１内に上記中央筒体１２を挿入し、多孔筒体１１の軸方向両端から中央筒体１２の支持軸１２ｂを突出させる。次に、上記支持軸１２ｂと上記多孔筒体１１との間にボールベアリング１３を嵌め込む。このとき、ボールベアリング１３の内輪１３ａに上記支持軸１２ｂが圧入されるとともに、ボールベアリング１３の外輪１３ｂが上記多孔筒体１１に圧入される寸法関係を備えている。

また、上記中央筒体１２の支持軸１２ｂには、図示しない置換ガス供給源に接続された置換ガス供給用の配管１４を接続して内部に置換ガスを供給可能にしている。
さらに、上記ボールベアリング１３はシール付きベアリングで、上記多孔筒体１１内の置換ガスがこのボールベアリング１３を介して外部へ漏れ出ないようにしている。
この第２実施形態では、上記置換ガス供給源、上記配管１４、上記中央筒体１２、小孔１２ｃ及び多孔筒体１１によって、この発明の置換ガス放出機構を構成している。

上記のような同伴流遮断ローラ１０の外周、すなわち多孔筒体１１を処理ローラ１上のフィルムＦに接触するように設け、上記中央筒体１２の支持軸１２ｂを外部の図示しないベースに固定する。このとき、小孔１２ｃが形成された、ガスチャンバ１２ａの上記回転角度αの範囲を、フィルムＦとの接触部Ｐ（図３参照）側に位置するようにしている。
また、上記多孔筒体１１は上記中央筒体１２を中心にして自由回転可能な状態になっている。したがって、上記処理ローラ１が回転して上記フィルムＦが移動すれば、その移動に応じて上記多孔筒体１１が処理ローラ１と反対のｙ方向に回転する（図３参照）。

上記したように、この第２実施形態では、ガスチャンバ１２ａに形成された小孔１２ｃが、フィルムＦとの接触部Ｐ側に位置するようにして上記中央筒体１２が固定されている。
そのため、多孔筒体１１がフィルムＦとともに回転したとしても、固定された中央筒体１２に形成された小孔１２ｃは常時フィルムＦに対向する側の位置を保つことになる。
したがって、全体が多孔質で形成されている多孔筒体１１においても、上記回転角度αに相当する範囲からのみ置換ガスが放出されることになる。つまり、上記小孔１２ｃがこの発明の置換ガス放出口であり、上記回転角度αの範囲が置換ガス放出範囲に相当する。

この第２実施形態では、中央筒体１２に置換ガスが供給されれば、同伴流遮断ローラ１０の表面である多孔筒体１１から放出される置換ガスは、フィルムＦの表面に向かって放出されることになる。
ただし、上記中央筒体１２と多孔筒体１１との間には隙間があるので、この隙間に供給された置換ガスが上記置換ガス放出範囲以外の部分からも多少漏れ出る可能性はある。
上記中央筒体１２の外周面であって、回転角度αの両外側に対応する位置に、中央筒体１２の軸線方向に連続する線状凸部などを形成して、置換ガスの流通に対する絞り機構を形成すれば、上記回転角度αに相当する置換ガス放出範囲とその他の部分とがより明確に区画され、置換ガスの放出方向の指向性を高めることができる。

この第２実施形態の装置においても、フィルムＦの移動過程で表面に付着した大気などの同伴流ｂは、同伴流遮断ローラ１０の接触部Ｐで遮断されるとともに、その下流側では多孔筒体１１からフィルムＦに向かって放出される置換ガスを同伴させることができる。
このように、この第２実施形態でも、同伴流遮断ローラ１０の下流側において置換ガスをフィルムＦに積極的に同伴させることによって、処理チャンバ２との間で大気などの置換ガス以外の気体が付着することを防止できる。

また、この第２実施形態では、同伴流遮断ローラ１０の中央筒体１２のガスチャンバ１２ａに形成された小孔１２ｃの位置が回転角度α内に限定されていることによって、置換ガス放出範囲が限定されている。そのため、フィルムＦに向かわずにそのまま大気に放出される置換ガス量を少なくすることができる。つまり、置換ガスを無駄にせず、コストを抑えることができる。
さらに、置換ガスが装置外へ流出することによって、様々な問題を発生するような場合には、処理チャンバ２の外部に放出された置換ガスの排気手段を設けなければならないが、この第２実施形態のように、置換ガス放出範囲を限定すれば、上記排気手段を省略することも可能である。

なお、上記置換ガス放出範囲は、目的に応じて設定すればよい。例えば、フィルムの移動速度が速くて置換ガスを付着させる時間が短くなるうえ、同伴流遮断ローラ１０と処理チャンバ２との間の間隔が大きい場合には、フィルムＦに対して置換ガスを接触させる時間を長くするために置換ガス放出範囲を大きくすることなどが考えられる。

以上のように、第１，２実施形態の表面処理装置では、処理チャンバ２と間隔を保った位置に設けた同伴流遮断ローラ７，１０によって、その上流側からの同伴流を遮断するとともに、その下流側では、置換ガスをフィルムＦに同伴させて、処理チャンバ２内に置換度を低下させる原因となる気体の流入をより確実に防止できる。
しかも、同伴流遮断ローラ７，１０の設置位置の自由度を上げられる。

なお、第１，２実施形態では、同伴流遮断ローラ７，１０の外表面をフィルムＦに接触させているが、上記同伴流遮断ローラ７，１０をフィルムＦに対して非接触にしても構わない。ただし、同伴流遮断ローラ７，１０とフィルムＦ表面との距離は、同伴流に対して遮断効果を発揮できる程度の近さにする必要がある。また、上記同伴流遮断ローラ７，１０とフィルムＦとを非接触にした場合には、駆動機構によって同伴流遮断ローラ７，１０を回転させ、その回転によって同伴流ｂに対向する気体の流れを形成するようにしてもよい。

また、図１，３では、処理ローラ１に対して処理チャンバ２を上方に位置させているが、処理ローラ１と処理チャンバ２との位置関係もこれに限らない。両者は、処理対象であるフィルムＦを挟んで対向配置されていればよく、例えば、処理ローラ１の横や下方に、処理チャンバ２を位置させてもよい。
なお、上記実施形態では、処理ローラ１をアースに接続しているが、処理チャンバ２内の放電電極３との間でガス置換放電が形成可能な電位差を保つことができれば、処理ローラ１はアース電位でなくてもよい。
さらに、処理チャンバ２の構成も、内部に置換ガスを導いてガス置換放電を形成できるものであれば、どのような構成でも構わない。上記実施形態に限定されない。
また、処理対象であるフィルムの材質や厚さも、限定されない。例えば、樹脂のほか紙や金属の表面改質にも用いることができる。

ガス置換放電によって様々特性のフィルム表面を改質する表面処理装置に適用可能である。

１ 処理ローラ
２ 処理チャンバ
３ 放電電極
４ ガス供給管
５ ガス供給管
７ 同伴流遮断ローラ
８ ガス供給管
８ａ 放出口
９ （外層）多孔層
１０ 同伴流遮断ローラ
１１ （外層）多孔筒体
１２ （ガス供給体）中央筒体
１２ａ ガスチャンバ
１２ｂ 支持軸
１３ ボールベアリング
１４ （置換ガス供給用の）配管
Ｆ フィルム
α 回転角度（置換ガス放出範囲）

Claims (4)

1. 処理ローラと、
   この処理ローラに対向し、内部に置換ガスを供給してガス置換放電を形成する処理チャンバとが設けられ、
   上記処理ローラに接触して移動するフィルム表面を上記ガス置換放電のエネルギーで改質する表面処理装置において、
   上記処理チャンバより上記フィルムの移動方向上流側であって、上記処理ローラに接触したフィルムに対向する位置に、上記処理チャンバと別体にした同伴流遮断ローラが設けられ、
   上記同伴流遮断ローラは、
   表面から置換ガスを放出させる置換ガス放出機構を備えるとともに、
   当該同伴流遮断ローラの上流側において上記フィルムに付着した同伴流を遮断し、当該同伴流遮断ローラの下流側において表面から放出された置換ガスを上記フィルムに同伴させる構成にした表面処理装置。
2. 上記同伴流遮断ローラは、
   特定の回転角度範囲に対応した置換ガス放出範囲のみから置換ガスが放出される構成を備えた請求項１に記載の表面処理装置。
3. 上記同伴流遮断ローラは、
   内部に置換ガスが供給される置換ガス供給体と、
   この置換ガス供給体の外側で相対回転可能に支持された筒状の外層とからなり、
   上記置換ガス供給体には、上記置換ガス放出範囲に対応する部分のみに置換ガス放出口が形成され、
   上記外層には、全周もしくはほぼ全周にわたって置換ガスの流通を可能にする放出孔が形成された請求項２に記載の表面処理装置。
4. 上記同伴流遮断ローラの置換ガス放出範囲が、上記フィルム表面に対向して固定された請求項２又は３に記載の表面処理装置。

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