【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、減圧雰囲気下において、電気絶縁性を有するプラスチックフィルム、織布、不織布、紙、またはこれらを含む積層体等のシートを帯電させ、帯電シートを得る方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラスチックフィルム等の電気絶縁性シートに、減圧雰囲気下で蒸着やスパッタ等による薄膜を形成することが行われている。なかでも、真空蒸着は膜形成レートが高く、量産に適している。
【０００３】
電気絶縁性シートに真空蒸着により金属薄膜、酸化金属薄膜等を形成する方法としては、巻取式、すなわち、減圧室内においてシートロールからシートを繰り出し、搬送ローラや薄膜形成部を経て再びロールとして巻き取る方式が一般的である。
【０００４】
ところで、電気絶縁性シート、特に電気絶縁性の高いプラスチックフィルムを減圧雰囲気下で搬送したり、巻き取るときに、シートが蛇行したり、巻きずれを起こすことがよくある。そのような不都合を生ずる原因には、シート側の原因として、シートロールの変形やシートの厚み斑、シート表面の摩擦係数不足等があり、また、装置側の原因として、搬送ローラの速度や搬送張力、搬送ローラの平行度、機械的振動等がある。従来は、これらを最適化することで上述の不都合を回避しようとしてきたが、近年、生産効率化のため、高速化、シートの長尺化等が進んできたため、これらの回避策では対応しきれなくなってきた。
【０００５】
また、減圧雰囲気下で電気絶縁性シートに薄膜を形成する場合、薄膜形成材料供給部からの輻射熱や蒸着潜熱等に起因して、シートに熱変形や熱分解等の、いわゆる熱負けが起こり、安定した薄膜形成が困難であるという問題もある。特に、シートがプラスチックフィルムであるような場合、また、薄膜の形成を真空蒸着による場合、かかる問題が顕著になる。すなわち、薄膜の形成は、一般に、シートを薄膜形成材料供給部で冷却キャン上に接触搬送させながらシート上に薄膜物質を堆積していくことによって行うが、搬送の高速化に伴う膜付着レートの増大（熱量の増大）や、薄物化に伴うシートの熱容量低下、冷却能力の限界等により、熱負けの問題が顕在化してきている。
【０００６】
このような問題に対して、いくつかの静電気応用技術が試みられている。すなわち、電気絶縁性シートの蛇行や巻きずれについては、シートをあらかじめ帯電させておき、静電気力によって搬送ローラや巻取ロールに密着させ、滑りにくくする試みがある。たとえば、特開昭５７−５７１５２号公報や特開平１０−１５８１２号公報は、減圧下ではなく、大気圧下ではあるが、針状電極等の非接触電極を用いてシートの帯電を制御し、搬送や巻き取りを最適化することを提案している。また、特開平９−２０２４９６号公報や特表平１２−５０５０３２号公報は、やはり大気圧下ではあるが、シートに接触または近接するローラ電極に電圧を印加し、シートの表裏にそれぞれ逆極性の帯電を与えて蛇行や巻きずれを防止することを提案している。しかしながら、前者の技術は、針状電極等の非接触電極ではシート表面に到達するイオン量が少ないため、１００ｍ／分以上の高速での搬送には無理がある。また、後者の技術は、電極とシートとの間の放電で帯電させるものであるため、帯電量は大きいが、帯電斑があったり放電によりシートが損傷を受けたりしやすいという問題がある。
【０００７】
一方、減圧雰囲気下での薄膜形成における熱負け対策としては、減圧雰囲気下でシートを帯電させ、その静電気力によってシートと冷却キャンとを密着させることが提案されている。たとえば、特開平２−２３９４２８号公報や特開平１０−２５１８３３号公報は、電子銃やイオン銃を用いて電子やイオンをシートに照射し、シートを帯電させた後に薄膜形成することを提案している。しかしながら、この技術は帯電装置のコストが高く、また、広幅のシートに対して均一に帯電させることが困難であるという問題がある。また、形成する薄膜が導電性を有するものである場合には、特開昭６０−９２４６７号公報が提案しているように、薄膜形成工程直後の導電性薄膜に電圧を印加し、冷却キャンとの間に電位差を設けて静電気力によりシートと冷却キャンとを密着させることも可能であるが、薄膜形成材料が電気絶縁性を有する場合には適用することができない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来の技術の上述した問題点に鑑み、簡単かつ安価な帯電シートの製造方法および装置を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、減圧雰囲気下において、電圧が印加された電荷吸引電極に接触または近接して電気絶縁性のシートを走行させながら、シートの表面に荷電子を供給するとともに電荷吸引電極により裏面側から荷電子を引き寄せ、シートの表面を帯電させる、帯電シートの製造方法を特徴とするものである。本発明にいう荷電子とは、電子、電子を授受した原子、電荷をもった分子、浮遊粒子等、さまざまな形態の電荷担体の総称である。シートの表面を帯電させた後、シートの裏面に荷電子を供給してシートの裏面を表面とは逆極性に帯電させるのも好ましい。また、帯電させた後のシートの電位を測定し、シートの電位が所望の値になるように電荷吸引電極への印加電圧を制御するのも好ましい。さらに、シートに供給する荷電子の量をシートの走行速度に応じて制御するのもよい。
【００１０】
また、本発明は、上記目的を達成するために、減圧室と、この減圧室内において対向配置した電荷供給源および電荷吸引電極と、電荷吸引電極に電圧を印加する電源とを備えている、帯電シートの製造装置を提供する。電荷供給源は、プラズマ発生源およびガス供給源から選ばれる少なくとも１種であるのが好ましく、また、電荷吸引電極は導電性ローラであるのが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明は、減圧室と、この減圧室内に配置したシート巻出手段、上述した帯電シートの製造装置、薄膜形成手段および薄膜付シート巻取手段とを備えている、薄膜付シートの製造装置を提供する。帯電シートの製造装置は、シート巻出手段と薄膜形成手段との間に配置されている。また、薄膜形成手段と薄膜付シート巻取手段との間には、シートの除電手段が配置されているのが好ましい。
【００１２】
本発明によれば、磁気テープ等の磁気記録媒体用として好適な、表裏面が互いに逆極性に帯電しており、かつ、表裏各面の帯電電荷密度の空間分布測定値の標準偏差がその空間分布測定値の平均値の５０％以下の範囲内にあるような電気絶縁性シートが得られる。表裏面が互いに逆極性に帯電しており、かつ、表裏各面の平均電荷密度の絶対値が３０〜５００μＣ／ｍ２の範囲内にある部分を含んでいるのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１において、本発明の装置１は、電荷供給源１ａと、この電荷供給源１ａに対向配置された、直流電源１ｂに接続された平板状の電荷吸引電極１ｃとを有し、全体が減圧雰囲気下におかれている。電荷供給源１ａと電荷吸引電極１ｃとの間には、電気絶縁性シートＳの走行経路が形成されている。そして、シートＳが矢印方向に走行しているとき、電荷供給源１ａから、シートＳ上に、図示するように正の荷電子および／または負の荷電子が供給される。供給された荷電子は、電荷吸引電極１ｃによってシートＳの表面に引き寄せられ、シートＳの表面を帯電させる。この例では、電荷吸引電極１ｃに負の電圧が印加されているから、正の荷電子が引き寄せられ、シートＳの表面が正に帯電されることになる。
【００１４】
上記において、電気絶縁性シートは、電荷吸引電極と接触しながら走行してもよく、非接触で走行してもよいが、シートと電荷吸引電極との間の静電容量が大きいほうがシートの表面に電荷を貯めやすいため、両者の間隙はできるだけ小さいほうが好ましい。最も好ましいのは、シートを電荷吸引電極に接触させながら走行させ、接触部分においてシートの表面を帯電させることである。また、電荷供給源と電荷吸引電極とは、シートを挟んで対向配置することが必要である。もっとも、電荷供給源は、電荷吸引電極に向けて荷電子を供給できればよいわけであるから、物理的な位置関係において両者が対向している必要はない。
【００１５】
電荷供給源は、減圧雰囲気下で正や負の荷電子を発生させるもので、たとえば、電子銃やイオン銃、プラズマ発生源のようなものである。なかでも、低コストで、しかも、正負いずれの極性の帯電にも利用できるプラズマ発生源が好ましい。
【００１６】
図２は、別の形態の装置を示すものである。図２において、装置２は、電荷供給源たる、交流電源２ａに接続されたマグネトロンプラズマ電極２ｂと、このマグネトロンプラズマ電極２ｂに対向配置された、電荷吸引電極たる、直流電源２ｃに接続された導電性ローラ２ｄとを有し、全体が減圧雰囲気下におかれている。マグネトロンプラズマ電極２ｂと導電性ローラ２ｄとの間には、導電性ローラ２ｄに接触しながら走行する電気絶縁性シートＳの走行経路が形成されている。そして、シートＳが矢印方向に走行しているとき、マグネトロンプラズマ電極２ｂでのプラズマ放電により発生した正の荷電子および／または負の荷電子が、シートＳ上に供給される。供給された荷電子は、導電性ローラ２ｄによってシートＳの表面に引き寄せられ、シートＳの表面を帯電させる。この例では、導電性ローラ２ｄに負の電圧が印加されているから、正の荷電子が引き寄せられ、シートＳの表面が正に帯電されることになる。
【００１７】
上記において、マグネトロンプラズマ電極には、プレーナータイプや同軸タイプ等があるが、コンパクトであることや大電力を必要としないという理由で、同軸タイプのマグネトロンプラズマ電極が好適である。そのようなマグネトロンプラズマ電極は、たとえば特開平８−１７６８２２号公報に記載されているように、電極部が接地された隔壁で囲まれており、その隔壁内でプラズマ放電を発生させ、隔壁の一部に設けたスリットから荷電子を放出するようにしたもので、スリットの大きさを変えることで電荷供給量を調整することができ、しかも、周囲の圧力環境の影響を受けにくいので安定した電荷供給ができる。隔壁内にガスを導入して隔壁内の圧力を調整することもできる。ガスは、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスや酸素から選択できる。また、これらのガスの混合ガスの使用も可能である。マグネトロンプラズマ電極に印加する交流電圧は、電圧１００〜１，０００Ｖ、周波数５０Ｈｚ〜５０ＭＨｚの範囲において、帯電させる場所の圧力環境に応じて適宜選択できる。マグネトロンプラズマ電極とシートとの距離は、１〜１００ｍｍの範囲が適当である。あまり近いとシートと接触する可能性があり、その場合、シートを損傷しかねない。また、１００ｍｍよりも大きくなると荷電子がシートまで十分に供給されなくなる。導電性ローラへの印加電圧は、極性は正負いずれでもよいが、５〜５，０００Ｖの範囲が適当である。あまり低いと電荷を十分に引き寄せられなくなり、また、５，０００Ｖよりも高くなるとシートとの間で異常放電を起こす可能性がある。
【００１８】
図２に示す形態のように、電荷吸引電極としてシートを接触しながら搬送する導電性ローラを用いると、電荷吸引電極とシートとの間の静電容量を大きくでき、高密度の帯電効果を得ることができる。また、シートと同一速度で導電性ローラを回転させることで、シートに擦り傷等の損傷を与えることもない。導電性ローラの導電性は、シートを均一に帯電するために重要である。また、導電性が低すぎるとローラ表面の電位分布に斑ができ、荷電子を引き寄せる電界に斑ができるため、均一帯電が難しくなる。好ましくは、シートに接するローラ表面の任意の部位から電源までの間の電気抵抗が１ＭΩ以下となるようにする。
【００１９】
電荷吸引電極として導電性ローラを用いるもう一つの利点は、図２に示すように帯電したシートが導電性ローラから剥離する部分で放電が起き、その放電によって発生した荷電子がシートの帯電によって引き寄せられ、最終的にシートの表裏面が互いに逆極性に帯電したシートが得られることである。この場合、表裏それぞれの電荷密度が同程度になれば、帯電電荷により発生する電界は、近接する正負の電荷によりシート内部またはその極く近傍に集中するため、シートの外部に向かう電界は弱くなる。シートの外部への電界が弱くなれば、外部から荷電子を引き寄せて除電されるという現象が起きにくくなり、非常に安定した帯電状態となる。また、シートと導電性ローラとの接触面積はできるだけ大きくとるほうがシートを帯電させやすい。電荷吸引電極である導電性ローラに対するシートの静電容量ができるだけ大きくなるほうが帯電させやすいためである。そのためには、導電性ローラの径を大きくするか、シートの導電性ローラへの巻付角度を大きくするようにする。シート走行方向における接触部分の長さは、１０ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００２０】
このように、導電性ローラの導電性を確保し、かつ、シートがローラから剥離するときの放電を利用することで、表裏各面が互いに逆極性に帯電し、かつ、均一な帯電を得ることができる。均一さの目安として、表裏各面の帯電電荷密度の空間分布測定値の標準偏差がその空間分布測定値の平均値の５０％以下の範囲内にあるようなシートが得られる。また、マグネトロンプラズマ電極を使用と比較的多くの荷電子を供給できることから、シート搬送速度が比較的速い場合でも高い帯電効果が得られる。たとえば、５００ｍ／分のシート搬送速度においても帯電処理条件を最適化することで５００μＣ／ｍ２程度まで帯電させたシートを得ることができる。
【００２１】
図３は、さらに異なる形態の装置を示すものである。図３において、装置３は、電荷供給源たる、直流電源３ａに接続された針電極３ｂと、この針電極３ｂに対向配置された、電荷吸引電極たる、直流電源３ｃに接続されたプレート電極３ｄとを有する。また、針電極３ｂの近傍には、接地された隔壁板３ｅが設置されている。さらに、電気絶縁性シートＳの走行方向に関してプレート電極３ｄの下流側には、直流電源３ｆに接続された針電極３ｇが設置されている。この装置３は、全体が減圧雰囲気下におかれている。シートＳは、針電極３ｂとプレート電極３ｄとの間を走行し、さらに針電極３ｇの近くを走行する。そして、シートＳが矢印方向に走行しているとき、針電極３ｂの針先付近での放電により発生した正の荷電子および／または負の荷電子がシートＳに供給される。供給された荷電子は、プレート電極３ｄによってシートＳの表面に引き寄せられ、さらに針電極３ｇから供給される荷電子がシートＳの帯電によりシートＳの裏面に引き寄せられ、シートＳをその表面とは逆極性に帯電させる。この例では、プレート電極３ｄには負の電圧が印加されているから、正の荷電子が引き寄せられ、シートＳの表面が正に帯電され、その後針電極３ｇから供給される荷電子により、シートＳの裏面が負に帯電されることになる。
【００２２】
減圧雰囲気における圧力が、比較的プラズマ（グロー）放電を発生させやすい５〜１，０００Ｐａの環境において、図３に示したような鋭利な先端部をもつ針電極を使用すれば、３００〜５，０００Ｖ程度の電圧を印加することで先端部に優先的にプラズマ放電を発生させることができる。帯電に必要な供給電荷量は、スパッタリング装置や表面改質用プラズマ処理装置のように大電力プラズマ装置で発生するほどの電荷量は必要としない。したがって、上述の圧力環境下では、比較的簡単な構造で消費電力も低いプラズマ発生源を用いるのが好ましい。針電極を使用する場合、帯電させたい領域に向けて等間隔に針が配置された電極を使用するのが好ましい。針間の間隔は１〜５０ｍｍが好ましい。間隔が狭すぎると電界の集中度が小さくなり、放電しない針電極が存在する等、針電極を用いることの利点を十分には生かせない。また、広すぎると帯電斑を生ずる虞がある。針電極以外に、直径の小さいワイヤ電極を使うことも低消費電力化の面で好ましい。これら針電極やワイヤ電極に印加する電圧は、直流、交流いずれでもよいが、直流の場合には電荷吸引電極に印加されている電圧とは逆極性の電圧をかけるほうが電荷吸引電極への電荷供給の効率がよくなる。
【００２３】
電荷吸引電極としては、図３に示したように、シートとは非接触のプレート電極を使用することができる。シートとプレート電極との間隙は、２０ｍｍ以下とするのが好ましい。２０ｍｍを超えると、シートとプレート電極との間の静電容量が小さくなり、シートの表面に電荷を十分に蓄積させることができない場合がある。また、逆に、間隙が狭くなりすぎると、帯電したシートとプレート電極との間でクーロン力による引力が働き、シートがプレート電極と接触し、擦り傷等の欠点を発生させることがあるので、間隙は２ｍｍ以上とするのが好ましい。ただ、図２に示した導電性ローラのようなシートと接触する電極にくらべるとシートと電荷吸引電極との間の静電容量が小さくなるため、帯電効果は劣る。帯電効果を向上させるためには、プレート電極の面積をできるだけ大きくする。シートの走行方向におけるプレート電極の長さは、５０ｍｍ以上とするのが好ましい。また、シートとプレート電極との間隙は、できるだけ均一にしたほうがよい。間隙に斑があると、シートとプレート電極との間の静電容量に斑を生じ、帯電が不均一になる虞がある。シートとプレート電極との間隙のシート幅方向における分布は、間隔の平均値に対して±２０％以内になるようにするのが好ましい。また、プレート電極の導電性もシートに均一な帯電を与えるために重要である。導電性が低いと、プレート電極の電位分布に斑ができ、荷電子を引き寄せる電界に斑ができるため、帯電の均一性が低下する。好ましくは、シートに近接するプレート電極表面の任意の部位から電源までの間の電気抵抗が１ＭΩ以下であるようにする。このように、シートとプレート電極との間隔を均一にし、かつ、プレート電極の導電性を確保することにより、シートの帯電電荷密度の空間分布測定値の標準偏差がその空間分布測定値の平均値の５０％以下の範囲内にあるようなシートが得られる。
【００２４】
また、プレート電極の印加電圧は、１００〜１０，０００Ｖの範囲とするのが好ましい。１００Ｖよりも低いと電荷を十分に引き寄せられず、また、１０，０００Ｖよりも高いとシートとの間で異常放電を起こすことがある。
【００２５】
さらに、プレート電極の下流側に設置する針電極は、帯電させたシートの裏面に荷電子を供給する機能をもつ。シートの裏面に荷電子を供給するための電荷供給源は、先に示したマグネトロンプラズマ電極や後述するガス供給源等いずれでもよく、圧力環境や必要な電荷供給量により適宜選択すればよい。供給された荷電子は、シートの帯電による電界により引き寄せられ、シート裏面が帯電せしめられて表裏各面が互いに逆極性に帯電した帯電シートを得ることができる。シートの表裏を逆極性に帯電させ、かつ、表裏それぞれの電荷密度の絶対値を同程度にすれば、帯電電荷により発生する電界は、近接する正負の帯電電荷の間に集中するため、シートの外部に向かう電界は弱くなる。このようにシートの外部への電界が弱くなれば、外部から荷電子を引き寄せて除電されるという現象が起きにくくなり、非常に安定した帯電状態となる。また、表裏各面が互いに逆極性に帯電したシートは、強制的に荷電子を照射したり、表裏同時にプラズマ雰囲気に曝したりしない限り、除電されない。たとえば、一度表裏逆極性の帯電処理を施したシートを大気に曝したり、数日間の保管を経た後、熱負けや巻きずれが問題となるような薄膜形成工程に供給したりしても、帯電状態が経時劣化することはない。したがって、巻きずれや熱負けが問題となる工程で帯電処理を施す以外にも、その前の工程で前処理として上述した帯電処理を施すことも可能となり、対策の幅が広がる。
【００２６】
また、図３に示した隔壁板は、針電極から供給された荷電子がシート走行方向に拡散するのを防止する。電荷吸引電極が存在しないところでシート表面に荷電子が供給され、荷電子がシート自身の帯電による電界によって引き寄せられて帯電が除去されてしまうのを避けるためである。このように、電荷吸引電極を通過した帯電シートに電荷供給源からの荷電子の影響が及ばないようにするのが好ましい。
【００２７】
図３に示した装置による場合も、帯電処理条件を最適化することによって５００μＣ／ｍ２程度まで帯電させたシートを得ることができる。
【００２８】
図４は、さらに別の形態の装置を示すものである。図４に示す装置４は、電荷供給源たるガスノズル４ａと、このガスノズル４ａに対向配置された、電荷吸引電極たる、直流電源４ｂに接続された導電性ローラ４ｃとを有する。これらは、いずれも減圧雰囲気下におかれている。ガスノズル４ａと導電性ローラ４ｃとの間には、導電性ローラ４ｃに接触しながら走行する電気絶縁性シートＳの走行経路が形成されている。ガスノズル４ａは、ガスボンベ４ｄに充填されているガスを減圧弁４ｅ、バルブ４ｆを経て噴出する構成になっており、ガスボンベ４ｄからバルブ４ｆまでは大気圧下にある。シートＳが矢印方向に走行しているとき、ガスノズル４ａからシートＳに向けてガスが吹き出され、導電性ローラ４ｃから発生する電界によってガス分子の一部が電離し、シートＳ近傍に正の荷電子および／または負の荷電子が供給される。供給された荷電子は、導電性ローラ４ｃによってシートＳの表面に引き寄せられ、シートＳの表面を帯電させる。この例では、導電性ローラ４ｃに負の電圧が印加されているから、正の荷電子が引き寄せられ、シートＳの表面が正に帯電されることになる。
【００２９】
このように、電荷供給源としてガスを用いれば、装置コストをさらに安くできる。ガス分子の電離により荷電子を発生させる場合、その発生量は他の方法と比較して少なく、帯電には、ある程度のガス密度、すなわち、比較的高い圧力条件が必要である。この条件を実現するために、シートを挟んで電荷吸引電極に対向する位置からガスを導入することにより、圧力を局所的に１０〜５００Ｐａの範囲に制御するのが好ましい。また、荷電子の発生量が少ないため、高速で走行するシートを帯電するには、たとえば、１００μＣ／ｍ２以上の帯電電荷密度の帯電シートを得るには、シートの走行速度は１００ｍ／分以下とするのが好ましい。使用するガスは、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスや酸素ガスから選択できる。また、これらのガスの混合ガスも使用できる。シート幅が３００ｍｍ以上と広い場合は、複数個のガス吹出口を幅方向に分布させて配置するのが好ましい。シート幅方向に均一に帯電させたい場合は、均等に分布させたほうがよい。ガスの流量は、シート幅１ｍあたり１００〜５，０００ｓｃｃｍ／ｍの範囲が適当である。ガス流量が少なすぎると、帯電効果が低くなったり、帯電斑が発生しやすい。また、多すぎると周囲の圧力条件に悪影響を与える可能性がある。ガスノズルと導電性ローラの表面、または全体をチャンバで囲うと、チャンバ内を適した圧力条件に保つことができる。さらに、ガスノズルに導電性のノズルを使用し、かつ、そのノズルを接地すると、電荷吸引電極とノズルとの間の電界によってもガス分子の電離が起こって荷電子が発生するため、より帯電効果を上げることが可能になる。
【００３０】
この図４に示す装置によっても、帯電処理条件を最適化することにより５００μＣ／ｍ２程度まで帯電させたシートを得ることができる。
【００３１】
以上、図１〜４に示した形態の装置において、帯電の調整は次のようにして行う。すなわち、電荷吸引電極への印加電圧の調整であるが、電気絶縁性シートに帯電する電荷密度は主に電荷吸引電極の電圧印加条件に依存する。これは、電荷密度が電気絶縁性シートと電荷吸引電極との間の静電容量に依存するためである。たとえば、シート厚みがｔ（ｍ）で、比誘電率εの材質の単層からなるシートを電荷吸引電極と接触させながら帯電させる場合（たとえば図２、図４に示したような導電性ローラを用いる場合）、真空誘電率をε０（Ｆ／ｍ）とすると、単位面積（１ｍ２）あたりの静電容量Ｃ（Ｆ）は、式（１）で表される。
【００３２】
Ｃ＝ε０ε／ｔ・・・（１）
また、電荷吸引電極への印加電圧をＶ（Ｖ）とすると、その電圧による荷電子吸引で帯電可能な電荷密度σ（Ｃ／ｍ２）の最大値は、式（２）で表される。
【００３３】
σ＝ＣＶ
＝ε０εＶ／ｔ・・・（２）
したがって、シートの材質と厚みが決まれば、電荷密度の制御は電荷吸引電極への印加電圧Ｖにより制御できる。たとえば、プラスチックフィルムの場合、比誘電率εを２〜３、厚みを５〜１００μｍの条件において、電荷密度３０〜５００μＣ／ｍ２の帯電効果を得るには、電荷吸引電極への印加電圧は５〜３，０００Ｖの範囲となる。
【００３４】
次に、電荷供給源の電荷供給条件についてであるが、電荷供給源から電気絶縁性シートの表面に供給する電荷量によってもシートの帯電電荷密度は異なってくる。走行するシートの帯電電荷密度をできるだけ一様にするためには、電荷供給源の電荷供給量よりもむしろ電荷吸引電極の印加電圧を設定することにより調整するのが好ましい。これは、電荷供給源がプラズマ放電やガスによる場合、電極位置による放電斑やノズル配置によるガス供給斑による帯電斑が生ずる可能性があり、幅方向の電荷密度の均一性を確保できなくなることがあるためである。したがって、電気絶縁性シートの電荷密度は前述のように電荷吸引電極の印加電圧で調整し、電荷供給源からの供給電荷量は、式（２）の電荷密度で計算されるシートの総電荷量を十分満たす量とする。具体的には、式（２）と電気絶縁性シートの幅および走行速度から必要電荷量を算出する。電気絶縁性シートの幅ｄ（ｍ）、走行速度ｖ（ｍ／秒）とすると、式（２）の条件を満たすための単位時間あたりの必要電荷量Ｑ（Ｃ／秒）は、式（３）で表される。
【００３５】
Ｑ＞σ×ｄ×ｖ
＞ε０εＶｄｖ／ｔ・・・（３）
この必要電荷量を目安にして、電荷供給条件を調整すればよい。そのほかに、式（３）の電荷量Ｑの単位（Ｃ／秒）は電流の単位であるため、たとえば、電荷供給源としてプラズマ発生源を利用する場合、その電源（直流もしくは交流）の電流値により条件設定をすることもできる。ただ、この場合は、プラズマ発生源からシート表面に向かう以外の荷電子の量も含めて設定値を考慮する必要があるため、一概に式（３）で定まる電荷量とはならない。プラズマ発生源の電極構造や設置位置によって適宜設定する必要がある。
【００３６】
次に、帯電条件の制御についてであるが、帯電条件の調整は、前述のように電荷吸引電極の印加電圧を設定することで行うのが好ましい。さらに好ましいのは、帯電処理直後の電気絶縁性シートの電位または電荷密度をモニタリングし、その値が一定になるように電荷吸引電極の印加電圧を制御することである。電気絶縁性シートの電位をモニタリングする方法としては、表面電位計をフリースパンのシート搬送経路上に配置し、走行中のシートの表面電位を測定する方法がある。また、表面電荷密度をモニタリングする方法として、接地された導電性の搬送ローラ上を電気絶縁性シートが走行するところで微小スポットタイプの電位計から表面電荷密度を求める方法がある。電位計から得られた電位値Ｖを式（２）に代入すれば、電荷密度が得られる。この電荷密度がほぼ一定になるように電荷吸引電極の印加電圧を制御することもできる。
【００３７】
次に、本発明の装置を組み込んだ薄膜形成装置について説明する。図５は、図１〜図４に示したような本発明の装置を真空蒸着における熱負け抑制対策に適用した場合の真空蒸着装置を示すものである。巻取式真空蒸着装置５は、減圧室５ａの中に、隔壁５ｂで仕切られた巻取室５ｃと蒸着室５ｄとを備えている。巻取室５ｃおよび蒸着室５ｄの内部は、真空ポンプ５ｅ、５ｆおよびバルブ５ｇ、５ｈを有する排気装置により減圧される。巻出ロール５ｉから繰り出された電気絶縁性シートＳは、蒸着室５ｄに搬送され、蒸着室５ｄで蒸発源５ｊから蒸発した薄膜形成材料粒子５ｋがシートＳの表面に蒸着された後、再び巻取室５ｃに入り、巻取ロール５ｍに巻き取られる。巻出ロール５ｉから冷却キャン５ｎまでの間には、電荷供給源５ｐと、電荷吸引電極たる電圧を印加した導電性ローラ５ｑを配置し、シートＳを帯電させ、冷却キャン５ｎに送る。帯電したシートＳは、冷却キャン５ｎと静電気力により十分に密着した状態で蒸着されるため、熱負けを起こしにくくなる。なお、電気絶縁性シートに帯電斑がある場合は、局所的な皺や冷却キャンとの未接触部分が生じ、その部分が熱負けを起こしやすくなる。帯電の条件として、一様な電荷密度で帯電していることが必要になる。また、蒸着後のシートの少なくとも非蒸着面には帯電が残っている。この帯電は、後工程でブロッキングなどの弊害を引き起こす可能性がある。その場合は、冷却キャン５ｎから巻取ロール５ｍまでの搬送途中に、非蒸着面から除電を施すように除電器５ｒを設置すればよい。除電の方法としては、プラズマ（グロー）発生源が利用できる。
【００３８】
図６は、図５に示したような巻取式真空蒸着装置において、減圧雰囲気下で走行する電気絶縁性シートの蛇行防止や巻取時の巻きずれ防止に本発明の装置を適用した例を説明するものである。図６に示す巻取式真空蒸着装置５において、図５に示したものと同じ部分には同じ符号が付されている。巻出ロール５ｉから繰り出される電気絶縁性シートＳは、いくつかの搬送ローラを通り、蒸着室５ｄで薄膜形成後、再び巻取室５ｃに入り、巻取ロール５ｍに巻き取られる。蛇行や巻きずれは、搬送ローラや巻取ロール上でシートＳが滑りにくくする対策で抑制することができる。そこで、シートＳを本発明の装置を用いて帯電させ、静電気力によりシートと搬送ローラおよび巻取ロールと密着させて滑りにくくする。図６に示す例では、蒸着室５ｄから巻取室５ｃに送られるシートＳを、搬送ローラの一つを電荷吸引電極５ｑとして利用し、それに対向して電荷供給源５ｐを配置して帯電させている。電荷供給源５ｐには、プラズマ発生源等を利用することができる。これにより、それ以降の搬送工程で起こりうる蛇行や巻きずれを抑制できる。
【００３９】
本発明による電気絶縁性シートの帯電状態は、大気中での帯電にくらべて帯電斑の少ない一様な電荷分布で高密度に帯電できる点が特徴である。また、シートの表裏面に互いに逆極性の帯電をさせる場合においても、各面の電荷密度のレベルが同等で、しかも、一様な分布の帯電を形成することができる。大気中での帯電においては、ある一定以上の電荷密度で帯電させようとすると、図７に示すように、電気絶縁性シートＳには正極性帯電７ａと負極性帯電７ｂとが複雑に混在した帯電斑が発生しやすい。このような帯電状態は、巻取工程において、皺や形状不良の問題を引き起こしたり、後工程で塗布抜け等の欠点を起こしやい。したがって、電気絶縁性シートの全領域のうち、後工程では使用されない幅方向端部の領域にのみ帯電処理を施して巻きずれ対策を行う等の対策が施されてきた。この場合、巻取ロールの端部にのみ巻き締まりなどの形状不良が起きていた。本発明によれば、図７のような帯電斑が発生しないため、シートの全領域に帯電処理を施しても問題はない。むしろ、シートの全領域に一様な分布の帯電処理を施したほうが、巻取ロールの変形や巻きずれがなく、きれいな巻き上がり状態を実現することができる。なお、必ずしも全領域に帯電処理を施す必要はなく、少なくとも幅方向の８０％以上、長さ方向の８０％以上のエリアにおいて、表裏面が逆極性帯電を示すような帯電処理を施すことにより、きれいな巻き上がり状態を維持できる。また、帯電電荷密度の一様性については、表裏各面の電位の空間分布測定値における標準偏差が、空間分布測定値の平均値の５０％以内であるのが好ましい。５０％以上の帯電ムラがある場合は、熱負けや巻き姿対策の効果の一様性が低下する。帯電電荷密度については、表裏各面の平均電荷密度の絶対値がともに３０μＣ／ｍ２以上、５００μＣ／ｍ２以下の範囲内にあり、かつ、表裏面の平均電荷密度が逆極性の値であることが好ましい。３０μＣ／ｍ２以下では帯電が弱く、熱負け対策における冷却キャンへの密着効果や、蛇行、巻きずれの対策効果が不十分になることがある。５００μＣ／ｍ２以上では、帯電が強すぎて巻取ロール上でブロッキング等の障害が発生する場合がある。
【００４０】
本発明が適用される電気絶縁性シートは、その全部、または少なくとも一方の面がプラスチックフィルムで構成される電気絶縁性シートであることが好ましい。プラスチックフィルムは、一般的に電気絶縁性が高く、帯電させる表面として好適である。特に、プラスチックフィルムがポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、アラミド、ポリ乳酸を原料とするプラスチックフィルム、またはこれら原料を含むアロイ化プラスチックフィルムが本発明の適用対象として好適である。
【００４１】
シートの電気絶縁性については、シート材料の表面抵抗が１０１０Ω／□以上であることが好ましい。表面抵抗が１０１０Ω／□よりも小さい場合は、シート表面を帯電させてもその直後に帯電した電荷が漏洩してシートの帯電が維持できない場合がある。
【００４２】
電気絶縁性シートの幅および厚みは、シート搬送の難しさ、熱負けのしやすさの点で、広幅および薄ものの電気絶縁性シートが好適である。具体的には、幅１００ｍｍ以上、厚み１０μｍ以下の電気絶縁性シートが好ましい。
【００４３】
さらに、用途としては、磁気記録媒体の蒸着工程がある。磁気テープ等の磁気記録媒体は、薄いプラスチックフィルム基材に蒸着物質として比較的融点の高いＣｏを含む磁性層を比較的厚く蒸着するため、特に熱負けしやすい。この磁気記録媒体の基材として、本発明による帯電処理を施したプラスチックフィルムを用いれば、熱負けを抑制し、歩留まりを改善できる。
【００４４】
【実施例および比較例】
以下に示す実施例および比較例において、帯電状態の可視化は、プリンタや複写機に使用される粉末トナーを電気絶縁性シートにふりかけることによって行った。また、帯電電荷密度の測定は、接地した金属板上に電気絶縁性シートを密着するように張り付け、その上から微小スポットタイプの表面電位計をギャップ３ｍｍで取り付けて電位を測定し、測定電位値と式（２）から電荷密度σ（Ｃ／ｍ２）を求めた。電荷密度の分布は、金属板をＸＹ方向にスキャンしながら５ｍｍピッチの間隔で電位を測定することによって求めた。
［実施例１］
図３に示した装置を用い、厚み５μｍ、幅５００ｍｍのＰＥＴフィルムを減圧雰囲気下で帯電処理した。帯電処理条件等は以下のとおりである。なお、２個の電荷供給源は同一条件である。また、以下においては、便宜上、ＰＥＴフィルムの電荷吸引側の面を裏面、その反対側の面を表面という。
【００４５】
電荷供給源：長さ５００ｍｍ、針ピッチ２０ｍｍの針電極
電荷供給源とＰＥＴフィルムとの間隙：５０ｍｍ
電荷供給源印加電圧：６００Ｖ
電荷吸引電極：表面をハードクロムめっき処理した、長さ方向１００ｍｍ、幅５００ｍｍのステンレス板
電荷吸引電極とＰＥＴフィルムとの間隙：５ｍｍ
電荷吸引電極印加電圧：−５００Ｖ
圧力：１０Ｐａ
フィルム速度：１０ｍ／分
帯電処理したＰＥＴフィルムの長さ方向および幅方向の電荷密度分布をそれぞれ図８、図９に示す。電位分布の平均値は、長さ方向においては表面５８μＣ／ｍ２、裏面−４５μＣ／ｍ２であり、幅方向においては表面５８μＣ／ｍ２、裏面−４２μＣ／ｍ２であった。標準偏差は、長さ方向においては表面１１．７μＣ／ｍ２、裏面１０．４μＣ／ｍ２であり、幅方向においては表面１０．０μＣ／ｍ２、裏面１０．３μＣ／ｍ２であり、いずれも平均値の５０％以内であった。
［実施例２］
図２に示した装置を用い、厚み５μｍ、幅５００ｍｍのＰＥＴフィルム減圧雰囲気下で帯電処理した。帯電処理条件等は以下のとおりである。なお、以下においては、便宜上、ＰＥＴフィルムの電荷吸引側の面を裏面、その反対側の面を表面という。
【００４６】
電荷供給源：同軸型マグネトロンプラズマ電極。ＰＥＴフィルムに対向する向きに幅２ｍｍのスリット開口部が５００ｍｍの長さで設けられている。電極内にはＡｒガスを０．３ｌ／分の割合で導入
電荷供給源とＰＥＴフィルムとの間隙：１０ｍｍ
電荷供給源印加電圧：交流３０ｋＨｚ ５００Ｖｒｍｓ
電荷吸引電極：表面をハードクロムめっき処理した直径１００ｍｍの金属製ローラ。セラミックス軸受を用い、減圧室とは電気的に絶縁し、直流電源と接続
電荷吸引電極印加電圧：−２，０００Ｖ
フィルム速度：３０ｍ／分
帯電処理したＰＥＴフィルムの長さ方向および幅方向の電荷密度分布をそれぞれ図１０、図１１に示す。電位分布の平均値は、長さ方向においては表面２０４μＣ／ｍ２、裏面−１８６μＣ／ｍ２であり、幅方向においては表面２０４μＣ／ｍ２、裏面−１９４μＣ／ｍ２であった。標準偏差は、長さ方向においては表面３３μＣ／ｍ２、裏面２４μＣ／ｍ２であり、幅方向においては表面２５μＣ／ｍ２、裏面２３μＣ／ｍ２であり、いずれも平均値の５０％以内であった。
［比較例１］
図１２に示す装置を用い、厚み５μｍ、幅５００ｍｍのＰＥＴフィルムを大気中で帯電処理した。図１２に示す装置１２は、直流電源１２ａに接続された、電荷供給電極たる針電極１２ｂと、直流電源１２ｃに接続された、電荷吸引電極たる導電性ローラ１２ｄとを有する。帯電処理条件等は以下のとおりである。なお、以下においては、便宜上、ＰＥＴフィルムの針電極側の面を表面、その反対側の面を裏面という。
【００４７】
電荷供給源：長さ５００ｍｍ、針ピッチ２０ｍｍの針電極
電荷供給源とＰＥＴフィルムとの間隙：５０ｍｍ
電荷供給源印加電圧：−６，０００Ｖ
電荷吸引電極：表面をハードクロムめっき処理した直径２００ｍｍの金属製ローラ
電荷吸引電極印加電圧：２，０００Ｖ
フィルム速度：３０ｍ／分
帯電処理したＰＥＴフィルムの長さ方向および幅方向の電荷密度分布をそれぞれ図１３、図１４に示す。電位分布の平均値は、長さ方向においては表面−２４μＣ／ｍ２、裏面３５μＣ／ｍ２であり、幅方向においては表面−２２μＣ／ｍ２、裏面３３μＣ／ｍ２であり、帯電レベルは弱かった。標準偏差は、長さ方向においては表面２５μＣ／ｍ２、裏面１７μＣ／ｍ２であり、幅方向においては表面２６μＣ／ｍ２、裏面２３μＣ／ｍ２であり、平均値の５０％を上回る値があった。
［比較例２］
特開平９−２０２４９６号公報の図１および図２に記載の装置を用い、厚み１０μｍ、幅５００ｍｍのＰＥＴフィルムについて、幅１５ｍｍの範囲を大気中で帯電処理した。帯電処理条件等は以下のとおりである。なお、以下においては、便宜上、ＰＥＴフィルムの電圧印加ローラ側の面を表面、その反対側の面を裏面と呼ぶ。
【００４８】
電圧印加ローラ：電気抵抗率２×１０−６Ωｃｍの導電性ハイパロンゴムを表層とした幅１５ｍｍのコンタクトローラ。フィルムは、電圧印加ローラとガイドローラとにニップされながら搬送される
電圧印加ローラへの印加電圧：−２，０００Ｖ
ガイドローラ：表面をハードクロムめっき処理した直径２００ｍｍの金属製ローラ
フィルム速度：５０ｍ／分
帯電処理したＰＥＴフィルムの長さ方向の電荷密度分布を図１５に示す。電位分布の平均値は、長さ方向においては表面−１７３μＣ／ｍ２、裏面１６３μＣ／ｍ２であった。標準偏差は、長さ方向においては表面１５７μＣ／ｍ２、裏面１７３μＣ／ｍ２であり、帯電レベルは高いものの標準偏差はいずれも平均値の５０％以上であった。
［実施例３］
図５に示した巻取式真空蒸着装置を用いて厚み４μｍ、幅５００ｍｍのＰＥＴフィルムに厚さ１５０ｎｍのアルミニウム蒸着膜を形成するに際し、図２に示した装置を用いた。帯電処理条件等は以下のとおりである。蒸着後、蒸着されたフィルムロールを巻きほぐし、熱負けの様子を観察した。
【００４９】
電荷供給源：同軸型マグネトロンプラズマ電極。電極内にＡｒガス０．３ｌ／分の割合で導入
電荷供給源とＰＥＴフィルムとの間隙：１０ｍｍ
電荷供給源印加電圧：交流３０ｋＨｚ ５００Ｖｒｍｓ
電荷吸引電極：表面をハードクロムめっき処理した直径１００ｍｍの金属製ローラ
電荷吸引電極とＰＥＴフィルムとの間隙：５ｍｍ
電荷吸引電極印加電圧：−２，０００Ｖ
蒸着方式：誘導加熱蒸着
冷却キャン温度：−２０℃
蒸着室圧力：３×１０−２Ｐａ
フィルム速度：６０ｍ／分
帯電処理した上でアルミニウムを蒸着したフィルムには熱変形が全く見られず、良質のアルミニウム蒸着膜をＰＥＴフィルム上に形成することができた。
［比較例３］
電荷供給源および電荷吸引電極への電圧印加を停止した以外は、実施例３と全く同様にして、ＰＥＴフィルムへのアルミニウム蒸着を試みたが、ＰＥＴフィルムに部分的に熱変形が発生した。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、減圧下において電気絶縁性シートに均一かつ高密度の帯電を形成することができ、さらには表裏逆極性の均一帯電を形成することができるようになる。そのため、放電痕などの局所的な強帯電部分の少ない電気絶縁性シートを得ることができ、後工程での塗布抜け等の不都合を防止することができるようになる。また、本発明を巻取式薄膜形成装置等に適用すれば、搬送ローラ上や巻取ローラ上でのシートの滑りを抑えることができ、シートの蛇行や巻きずれを防止することができるとともに、装置をコンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る装置の概略正面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る装置の概略正面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態に係る装置の概略正面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態に係る装置の概略正面図である。
【図５】本発明の装置を適用した巻取式真空蒸着装置の概略正面図である。
【図６】本発明の装置を適用した巻取式真空蒸着装置の概略正面図である。
【図７】大気圧下で帯電処理を施した従来の電気絶縁性シート上に見られる放電痕の模式図である。
【図８】実施例１における帯電シートの長さ方向電荷密度分布を示すグラフである。
【図９】実施例１ににおける帯電シートの幅方向電荷密度分布を示すグラフである。
【図１０】実施例２における帯電シートの長さ方向電荷密度分布を示すグラフである。
【図１１】実施例２における帯電シートの幅方向電荷密度分布を示すグラフである。
【図１２】比較例１で用いた従来の装置を示す概略正面図である。
【図１３】比較例１における帯電シートの長さ方向電荷密度分布を示すグラフである。
【図１４】比較例１における帯電シートの幅方向電荷密度分布を示すグラフである。
【図１５】比較例２における帯電シートの長さ方向電荷密度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１：帯電シートの製造装置
１ａ：電荷供給源
１ｂ：直流電源
１ｃ：電荷吸引電極
２：帯電シートの製造装置
２ａ：交流電源
２ｂ：マグネトロンプラズマ電極（電荷供給源）
２ｃ：直流電源
２ｄ：導電性ローラ（電荷吸引電極）
３：帯電シートの製造装置
３ａ：直流電源
３ｂ：針電極（電荷供給源）
３ｃ：直流電源
３ｄ：プレート電極（電荷吸引電極）
３ｅ：隔壁板
３ｆ：直流電源
３ｇ：針電極
４：帯電シートの製造装置
４ａ：ガスノズル（電荷供給源）
４ｂ：直流電源
４ｃ：導電性ローラ（電荷吸引電極）
４ｄ：ガスボンベ
４ｅ：減圧弁
４ｆ：バルブ
５：巻取式真空蒸着装置
５ａ：減圧室
５ｂ：隔壁
５ｃ：巻取室
５ｄ：蒸着室
５ｅ：真空ポンプ
５ｆ：真空ポンプ
５ｇ：バルブ
５ｈ：バルブ
５ｉ：巻出ロール
５ｊ：蒸発源
５ｋ：薄膜形成材料粒子
５ｍ：巻取ロール
５ｎ：冷却キャン
５ｐ：電荷供給源
５ｑ：導電性ローラ（電荷吸引電極）
５ｒ：除電器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for obtaining a charged sheet by charging a sheet such as a plastic film, woven fabric, nonwoven fabric, paper, or a laminate containing the same under a reduced pressure atmosphere.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a thin film has been formed on an electrically insulating sheet such as a plastic film by evaporation or sputtering under a reduced pressure atmosphere. Above all, vacuum deposition has a high film formation rate and is suitable for mass production.
[0003]
As a method of forming a metal thin film, a metal oxide thin film and the like by vacuum evaporation on an electrically insulating sheet, a winding type, that is, a sheet is unwound from a sheet roll in a decompression chamber, and is again rolled as a roll via a transport roller or a thin film forming unit. The method of taking is common.
[0004]
By the way, when an electrically insulating sheet, particularly a plastic film having a high electrical insulating property is conveyed or wound under a reduced-pressure atmosphere, the sheet often meanders or slips off. The causes of such inconvenience include deformation of the sheet roll, unevenness of the thickness of the sheet, insufficient coefficient of friction of the sheet surface, and the like on the sheet side. There are tension, parallelism of the transport roller, mechanical vibration, and the like. Conventionally, the above problems have been avoided by optimizing them, but in recent years, speeding up, lengthening of sheets, etc. have been progressing for production efficiency. Is gone.
[0005]
Further, when forming a thin film on the electrically insulating sheet under reduced pressure atmosphere, so-called heat loss, such as thermal deformation or thermal decomposition, occurs in the sheet due to radiant heat from the thin film forming material supply unit or latent heat of vapor deposition. There is also a problem that it is difficult to form a stable thin film. In particular, when the sheet is a plastic film, or when the thin film is formed by vacuum deposition, such a problem becomes remarkable. In other words, thin films are generally formed by depositing a thin film substance on a sheet while bringing the sheet into contact with a cooling can in a thin film forming material supply unit. Due to an increase (increase in the amount of heat), a decrease in the heat capacity of the sheet due to thinning, a limit of the cooling capacity, and the like, the problem of heat loss has become apparent.
[0006]
Several electrostatic application techniques have been tried to solve such a problem. That is, with respect to meandering and winding deviation of the electrically insulating sheet, there is an attempt to charge the sheet in advance and bring the sheet into close contact with a transport roller or a take-up roll by electrostatic force to prevent slippage. For example, JP-A-57-57152 and JP-A-10-15812 control charging of a sheet using a non-contact electrode such as a needle-shaped electrode under atmospheric pressure, not under reduced pressure. It proposes to optimize transport and winding. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-202496 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 12-505032 also apply a voltage to a roller electrode which is in contact with or close to a sheet, even under atmospheric pressure. It has been proposed to apply a charge to prevent meandering and winding deviation. However, in the former technique, a non-contact electrode such as a needle electrode has a small amount of ions reaching the sheet surface, so that it is impossible to convey at a high speed of 100 m / min or more. In the latter technique, since the charging is performed by the discharge between the electrode and the sheet, the charge amount is large, but there is a problem that the sheet is easily damaged due to spots of charge or the discharge.
[0007]
On the other hand, as a countermeasure against heat loss in forming a thin film under a reduced-pressure atmosphere, it has been proposed to charge a sheet under a reduced-pressure atmosphere and bring the sheet into close contact with a cooling can by the electrostatic force. For example, JP-A-2-239428 and JP-A-10-251833 propose that a sheet is irradiated with electrons or ions by using an electron gun or an ion gun, and the sheet is charged to form a thin film. I have. However, this technique has a problem that the cost of the charging device is high and it is difficult to uniformly charge a wide sheet. Further, when the thin film to be formed has conductivity, a voltage is applied to the conductive thin film immediately after the thin film forming step, as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-92467, so that the cooling can be performed. It is also possible to provide a potential difference between the sheets so that the sheet and the cooling can are brought into close contact with each other by electrostatic force, but this cannot be applied when the thin film forming material has electrical insulation.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a simple and inexpensive method and apparatus for manufacturing a charged sheet in view of the above-mentioned problems of the conventional technology.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for achieving the above object is to supply charged electrons to the surface of a sheet while running an electrically insulating sheet in contact with or in close proximity to a voltage-applied charge attracting electrode under a reduced pressure atmosphere. The present invention is characterized by a method for manufacturing a charged sheet, in which charge electrons are attracted from the back side by a charge attraction electrode and the surface of the sheet is charged. The term “charged electrons” as used in the present invention is a general term for various forms of charge carriers such as electrons, atoms that have given and received electrons, charged molecules, and suspended particles. After charging the surface of the sheet, it is also preferable to supply valence electrons to the back surface of the sheet to charge the back surface of the sheet to a polarity opposite to that of the front surface. It is also preferable that the potential of the charged sheet is measured, and the voltage applied to the charge suction electrode is controlled so that the potential of the sheet becomes a desired value. Further, the amount of valence electrons supplied to the sheet may be controlled according to the traveling speed of the sheet.
[0010]
Further, in order to achieve the above object, the present invention includes a decompression chamber, a charge supply source and a charge attraction electrode which are disposed to face each other in the decompression chamber, and a power supply for applying a voltage to the charge attraction electrode. Provided is a sheet manufacturing apparatus. The charge supply source is preferably at least one selected from a plasma generation source and a gas supply source, and the charge attraction electrode is preferably a conductive roller.
[0011]
Further, the present invention provides a method of manufacturing a sheet with a thin film, comprising: a decompression chamber; a sheet unwinding unit disposed in the decompression chamber; the above-described apparatus for manufacturing a charged sheet; a thin film forming unit; Provide equipment. The apparatus for manufacturing a charged sheet is disposed between the sheet unwinding means and the thin film forming means. In addition, it is preferable that a sheet static eliminator is arranged between the thin film forming unit and the sheet winding unit.
[0012]
According to the present invention, suitable for a magnetic recording medium such as a magnetic tape, the front and back surfaces are charged with opposite polarities, and the standard deviation of the spatial distribution measurement value of the charged charge density on each surface is determined by the space. An electrically insulating sheet is obtained that is within 50% of the average of the distribution measurements. The front and back surfaces are charged with opposite polarities, and the absolute value of the average charge density of each surface is 30 to 500 μC / m. 2 It is preferable to include a portion falling within the range.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In FIG. 1, a device 1 of the present invention has a charge supply source 1a, and a flat plate-like charge suction electrode 1c connected to a DC power supply 1b opposed to the charge supply source 1a. It is under the atmosphere. A traveling path of the electrically insulating sheet S is formed between the charge supply source 1a and the charge suction electrode 1c. When the sheet S is traveling in the direction of the arrow, positive charge electrons and / or negative charge electrons are supplied from the charge supply source 1a onto the sheet S as illustrated. The supplied valence electrons are attracted to the surface of the sheet S by the charge suction electrode 1c, and charge the surface of the sheet S. In this example, since a negative voltage is applied to the charge attraction electrode 1c, positive valence electrons are attracted and the surface of the sheet S is positively charged.
[0014]
In the above, the electrically insulating sheet may run while being in contact with the charge attraction electrode, or may run without contact, but the larger the capacitance between the sheet and the charge attraction electrode, the greater the surface of the sheet. It is preferable that the gap between the two is as small as possible, since the electric charge can be easily stored. Most preferably, the sheet is run while being in contact with the charge suction electrode, and the surface of the sheet is charged at the contact portion. Further, it is necessary that the charge supply source and the charge attraction electrode are opposed to each other with the sheet interposed therebetween. However, since the charge supply source only needs to be able to supply the charge electrons to the charge attraction electrode, it is not necessary for the two to face each other in a physical positional relationship.
[0015]
The charge supply source generates positive and negative valence electrons under a reduced pressure atmosphere, and is, for example, an electron gun, an ion gun, or a plasma generation source. Among them, a plasma source that is inexpensive and can be used for charging of either positive or negative polarity is preferable.
[0016]
FIG. 2 shows another form of the apparatus. In FIG. 2, a device 2 includes a magnetron plasma electrode 2b connected to an AC power supply 2a serving as a charge supply source, and a conductive member connected to a DC power supply 2c serving as a charge attraction electrode disposed opposite to the magnetron plasma electrode 2b. And the entire roller is placed under a reduced pressure atmosphere. Between the magnetron plasma electrode 2b and the conductive roller 2d, a traveling path of the electrically insulating sheet S traveling while contacting the conductive roller 2d is formed. When the sheet S travels in the direction of the arrow, positive and / or negative valence electrons generated by plasma discharge at the magnetron plasma electrode 2b are supplied onto the sheet S. The supplied charged electrons are attracted to the surface of the sheet S by the conductive roller 2d, and charge the surface of the sheet S. In this example, since a negative voltage is applied to the conductive roller 2d, positive valence electrons are attracted and the surface of the sheet S is positively charged.
[0017]
In the above, the magnetron plasma electrode includes a planar type and a coaxial type, but a coaxial type magnetron plasma electrode is preferable because it is compact and does not require large power. Such a magnetron plasma electrode has an electrode portion surrounded by a grounded partition wall, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-176822, and generates a plasma discharge in the partition wall to form one of the partition walls. Charges can be adjusted by changing the size of the slit, and stable charge is obtained because it is hardly affected by the surrounding pressure environment. Can supply. It is also possible to adjust the pressure inside the partition by introducing a gas into the partition. The gas can be selected from an inert gas such as nitrogen gas, carbon dioxide gas, argon gas, helium gas, and oxygen. It is also possible to use a mixture of these gases. The AC voltage applied to the magnetron plasma electrode can be appropriately selected in a voltage range of 100 to 1,000 V and a frequency of 50 Hz to 50 MHz according to the pressure environment of the place to be charged. The distance between the magnetron plasma electrode and the sheet is suitably in the range of 1 to 100 mm. Too close may cause contact with the sheet, in which case the sheet may be damaged. On the other hand, if it is larger than 100 mm, the charged electrons cannot be sufficiently supplied to the sheet. The voltage applied to the conductive roller may be positive or negative, but is preferably in the range of 5 to 5,000 V. If the voltage is too low, the charge cannot be sufficiently attracted, and if it is higher than 5,000 V, an abnormal discharge may occur between the sheet and the sheet.
[0018]
As shown in FIG. 2, when a conductive roller that transports a sheet while contacting the sheet is used as the charge attraction electrode, the capacitance between the charge attraction electrode and the sheet can be increased, and a high-density charging effect can be obtained. be able to. Further, by rotating the conductive roller at the same speed as the sheet, there is no damage such as abrasion on the sheet. The conductivity of the conductive roller is important for uniformly charging the sheet. On the other hand, if the conductivity is too low, the potential distribution on the roller surface is uneven, and the electric field for attracting valence electrons is uneven, making uniform charging difficult. Preferably, the electric resistance from any part of the roller surface in contact with the sheet to the power supply is set to 1 MΩ or less.
[0019]
Another advantage of using a conductive roller as the charge attraction electrode is that, as shown in FIG. 2, a discharge occurs at a portion where the charged sheet separates from the conductive roller, and the valence electrons generated by the discharge are attracted by the charging of the sheet. In the end, a sheet in which the front and back surfaces of the sheet are charged with opposite polarities is obtained. In this case, if the charge densities on the front and back sides are substantially the same, the electric field generated by the charged charges is concentrated inside or very close to the sheet due to the adjacent positive and negative charges, so the electric field toward the outside of the sheet is weakened. . If the electric field to the outside of the sheet is weakened, the phenomenon of attracting electrons from the outside and eliminating the charge is less likely to occur, and a very stable charged state is obtained. Further, it is easier to charge the sheet if the contact area between the sheet and the conductive roller is as large as possible. This is because the sheet is more likely to be charged when the capacitance of the sheet with respect to the conductive roller serving as the charge attraction electrode is as large as possible. To this end, the diameter of the conductive roller is increased, or the winding angle of the sheet around the conductive roller is increased. It is preferable that the length of the contact portion in the sheet running direction is 10 mm or more.
[0020]
In this way, by ensuring the conductivity of the conductive roller, and by utilizing the discharge when the sheet is peeled from the roller, the front and back surfaces are charged with opposite polarities, and a uniform charge is obtained. Can be. As a measure of uniformity, a sheet is obtained in which the standard deviation of the measured value of the spatial distribution of the charge density on each side is within 50% of the average of the measured values of the spatial distribution. Further, since a relatively large number of valence electrons can be supplied by using the magnetron plasma electrode, a high charging effect can be obtained even when the sheet conveying speed is relatively high. For example, even at a sheet conveying speed of 500 m / min, by optimizing the charging processing conditions, 2 It is possible to obtain a sheet charged to a certain degree.
[0021]
FIG. 3 shows a further different form of the device. In FIG. 3, a device 3 includes a needle electrode 3b connected to a DC power supply 3a serving as a charge supply source, and a plate electrode 3d connected to the DC power supply 3c serving as a charge attraction electrode disposed opposite to the needle electrode 3b. And A grounded partition plate 3e is provided near the needle electrode 3b. Further, a needle electrode 3g connected to a DC power supply 3f is provided downstream of the plate electrode 3d with respect to the running direction of the electrically insulating sheet S. This device 3 is entirely under a reduced pressure atmosphere. The sheet S travels between the needle electrode 3b and the plate electrode 3d, and further travels near the needle electrode 3g. When the sheet S is traveling in the direction of the arrow, positive and / or negative valence electrons generated by the discharge near the needle tip of the needle electrode 3b are supplied to the sheet S. The supplied charged electrons are attracted to the surface of the sheet S by the plate electrode 3d, and the charged electrons supplied from the needle electrodes 3g are further attracted to the back surface of the sheet S by charging the sheet S. Charge to the opposite polarity. In this example, since a negative voltage is applied to the plate electrode 3d, positive valence electrons are attracted, the surface of the sheet S is positively charged, and thereafter, the sheet is supplied by the valence electrons supplied from the needle electrode 3g. The back surface of S will be negatively charged.
[0022]
In an environment where the pressure in a reduced pressure atmosphere is relatively 5 Pa to 1,000 Pa where plasma (glow) discharge is relatively likely to occur, if a needle electrode having a sharp tip as shown in FIG. By applying a voltage of about 000 V, plasma discharge can be preferentially generated at the tip. The amount of charge required for charging does not need to be large enough to be generated by a high-power plasma apparatus such as a sputtering apparatus or a plasma processing apparatus for surface modification. Therefore, it is preferable to use a plasma source having a relatively simple structure and low power consumption under the above-described pressure environment. When a needle electrode is used, it is preferable to use an electrode in which needles are arranged at regular intervals toward a region to be charged. The distance between the needles is preferably 1 to 50 mm. If the interval is too small, the concentration of the electric field becomes small, and there is a needle electrode that does not discharge, so that the advantage of using the needle electrode cannot be fully utilized. On the other hand, if the width is too large, there is a possibility that uneven charging may occur. It is also preferable to use a wire electrode having a small diameter in addition to the needle electrode from the viewpoint of reducing power consumption. The voltage applied to the needle electrode or the wire electrode may be either direct current or alternating current. In the case of direct current, it is better to apply a voltage of the opposite polarity to the voltage applied to the charge attraction electrode to supply the charge to the charge attraction electrode Efficiency is improved.
[0023]
As shown in FIG. 3, a plate electrode that is not in contact with the sheet can be used as the charge attraction electrode. The gap between the sheet and the plate electrode is preferably set to 20 mm or less. If it exceeds 20 mm, the capacitance between the sheet and the plate electrode will be small, and it may not be possible to sufficiently accumulate charges on the surface of the sheet. Conversely, if the gap is too narrow, attractive force due to Coulomb force acts between the charged sheet and the plate electrode, and the sheet comes into contact with the plate electrode, which may cause defects such as abrasions. Is preferably 2 mm or more. However, compared to an electrode that comes into contact with the sheet, such as the conductive roller shown in FIG. 2, the electrostatic capacity between the sheet and the charge attraction electrode is smaller, so that the charging effect is inferior. In order to improve the charging effect, the area of the plate electrode is made as large as possible. The length of the plate electrode in the running direction of the sheet is preferably 50 mm or more. The gap between the sheet and the plate electrode should be as uniform as possible. If there is unevenness in the gap, unevenness may occur in the capacitance between the sheet and the plate electrode, and the charging may be uneven. It is preferable that the distribution of the gap between the sheet and the plate electrode in the sheet width direction is within ± 20% of the average value of the gap. In addition, the conductivity of the plate electrode is also important for giving a uniform charge to the sheet. When the conductivity is low, the potential distribution of the plate electrode is uneven, and the electric field for attracting valence electrons is uneven, so that the uniformity of charging is reduced. Preferably, the electric resistance from any part of the surface of the plate electrode close to the sheet to the power source is 1 MΩ or less. In this way, by equalizing the distance between the sheet and the plate electrode, and ensuring the conductivity of the plate electrode, the standard deviation of the measured value of the spatial distribution of the charge density of the sheet is the average value of the measured values of the spatial distribution. Is obtained within a range of 50% or less of the above.
[0024]
The voltage applied to the plate electrode is preferably in the range of 100 to 10,000 V. If the voltage is lower than 100 V, the electric charge cannot be sufficiently attracted. If the voltage is higher than 10,000 V, abnormal discharge may occur between the sheet and the sheet.
[0025]
Further, the needle electrode provided downstream of the plate electrode has a function of supplying valence electrons to the back surface of the charged sheet. The charge supply source for supplying valence electrons to the back surface of the sheet may be any of the above-described magnetron plasma electrode or a gas supply source described later, and may be appropriately selected depending on the pressure environment and the required charge supply amount. The supplied valence electrons are attracted by the electric field due to the charging of the sheet, and the back surface of the sheet is charged, so that a charged sheet whose front and back surfaces are charged to opposite polarities can be obtained. If the front and back sides of the sheet are charged with opposite polarities and the absolute values of the charge densities on both sides are the same, the electric field generated by the charged charges is concentrated between the adjacent positive and negative charged charges, so the sheet The electric field going to the outside weakens. When the electric field to the outside of the sheet becomes weak in this way, the phenomenon that attracts electrons from the outside and the charge is eliminated is less likely to occur, and a very stable charged state is obtained. In addition, a sheet whose front and back surfaces are charged with opposite polarities is not discharged unless charged electrons are forcibly irradiated or the front and back surfaces are simultaneously exposed to a plasma atmosphere. For example, a sheet that has been subjected to charging treatment with the opposite polarity once exposed to the atmosphere, or after being stored for several days and then supplied to a thin film forming process in which heat loss or winding misalignment becomes a problem, can be charged. The state does not deteriorate over time. Therefore, in addition to performing the charging process in a process in which winding deviation or heat loss is a problem, it is possible to perform the above-described charging process as a pre-process in a previous process, and the range of measures is expanded.
[0026]
Further, the partition plate shown in FIG. 3 prevents the charged electrons supplied from the needle electrode from diffusing in the sheet traveling direction. This is to prevent charged electrons from being supplied to the sheet surface where the charge attraction electrode does not exist, and the charged electrons to be attracted by the electric field due to the charging of the sheet itself and the charge to be removed. As described above, it is preferable that the influence of the electrons from the charge supply source does not affect the charged sheet that has passed through the charge attraction electrode.
[0027]
Also in the case of the apparatus shown in FIG. 3, by optimizing the charging process conditions, 500 μC / m 2 It is possible to obtain a sheet charged to a certain degree.
[0028]
FIG. 4 shows still another form of the apparatus. The device 4 shown in FIG. 4 includes a gas nozzle 4a serving as a charge supply source, and a conductive roller 4c connected to a DC power supply 4b serving as a charge attraction electrode, which is disposed to face the gas nozzle 4a. These are all placed under a reduced pressure atmosphere. Between the gas nozzle 4a and the conductive roller 4c, a traveling path of the electrically insulating sheet S traveling while contacting the conductive roller 4c is formed. The gas nozzle 4a is configured to eject the gas filled in the gas cylinder 4d through the pressure reducing valve 4e and the valve 4f, and the pressure from the gas cylinder 4d to the valve 4f is under atmospheric pressure. When the sheet S is traveling in the direction of the arrow, gas is blown out from the gas nozzle 4a toward the sheet S, and a part of gas molecules is ionized by an electric field generated from the conductive roller 4c, so that a positive load near the sheet S is generated. Electrons and / or negative valence electrons are provided. The supplied charged electrons are attracted to the surface of the sheet S by the conductive roller 4c, and charge the surface of the sheet S. In this example, since a negative voltage is applied to the conductive roller 4c, positive valence electrons are attracted and the surface of the sheet S is positively charged.
[0029]
As described above, if a gas is used as the charge supply source, the apparatus cost can be further reduced. When valence electrons are generated by ionization of gas molecules, the generation amount is smaller than in other methods, and charging requires a certain gas density, that is, a relatively high pressure condition. In order to realize this condition, it is preferable to locally control the pressure in the range of 10 to 500 Pa by introducing a gas from a position facing the charge suction electrode with the sheet interposed therebetween. In addition, since the amount of generated valence electrons is small, to charge a sheet traveling at high speed, for example, 100 μC / m 2 In order to obtain a charged sheet having the above-described charged charge density, the running speed of the sheet is preferably set to 100 m / min or less. The gas to be used can be selected from an inert gas such as a nitrogen gas, a carbon dioxide gas, an argon gas, a helium gas, or an oxygen gas. Also, a mixed gas of these gases can be used. When the sheet width is as wide as 300 mm or more, it is preferable to arrange a plurality of gas outlets distributed in the width direction. If it is desired to charge uniformly in the sheet width direction, it is better to distribute the charge evenly. An appropriate gas flow rate is in the range of 100 to 5,000 sccm / m per 1 m of sheet width. If the gas flow rate is too small, the charging effect is reduced, and charging unevenness is likely to occur. If the amount is too large, the surrounding pressure condition may be adversely affected. When the surface or the entirety of the gas nozzle and the conductive roller is surrounded by the chamber, the inside of the chamber can be maintained at a suitable pressure condition. Furthermore, if a conductive nozzle is used as the gas nozzle and the nozzle is grounded, gas molecules are also ionized due to the electric field between the charge attraction electrode and the nozzle, and valence electrons are generated. It becomes possible to raise.
[0030]
The device shown in FIG. 4 also allows the charging conditions to be optimized to 500 μC / m 2 It is possible to obtain a sheet charged to a certain degree.
[0031]
As described above, in the apparatus of the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, the adjustment of charging is performed as follows. In other words, the adjustment of the voltage applied to the charge attraction electrode, but the charge density charged on the electrically insulating sheet mainly depends on the voltage application condition of the charge attraction electrode. This is because the charge density depends on the capacitance between the electrically insulating sheet and the charge attraction electrode. For example, when a sheet having a sheet thickness of t (m) and made of a single layer of a material having a relative dielectric constant of ε is charged while being in contact with the charge attraction electrode (for example, a conductive roller as shown in FIGS. 2 and 4 is used). If used, the vacuum dielectric constant is ε 0 (F / m), the unit area (1 m 2 The capacitance C (F) per) is expressed by equation (1).
[0032]
C = ε 0 ε / t (1)
When the voltage applied to the charge attraction electrode is V (V), the charge density σ (C / m 2 ) Is represented by equation (2).
[0033]
σ = CV
= Ε 0 εV / t (2)
Therefore, if the material and thickness of the sheet are determined, the control of the charge density can be controlled by the voltage V applied to the charge suction electrode. For example, in the case of a plastic film, the charge density is 30 to 500 μC / m under the condition that the relative dielectric constant ε is 2 to 3 and the thickness is 5 to 100 μm. 2 In order to obtain the charging effect, the voltage applied to the charge attraction electrode is in the range of 5 to 3,000 V.
[0034]
Next, regarding the charge supply conditions of the charge supply source, the charge density of the sheet also differs depending on the amount of charge supplied from the charge supply source to the surface of the electrically insulating sheet. In order to make the charge density of the running sheet as uniform as possible, it is preferable to adjust the voltage by setting the voltage applied to the charge attraction electrode rather than the charge supply amount of the charge supply source. This is because when the charge supply source is plasma discharge or gas, there is a possibility that discharge spots due to electrode positions and charge spots due to gas supply spots due to nozzle arrangement may occur, and it is not possible to ensure uniformity of charge density in the width direction. Because there is. Therefore, the charge density of the electrically insulating sheet is adjusted by the voltage applied to the charge attraction electrode as described above, and the amount of charge supplied from the charge supply source is calculated by the total charge amount of the sheet calculated by the charge density of Expression (2). Should be sufficient. Specifically, the required charge amount is calculated from Expression (2), the width of the electrically insulating sheet, and the traveling speed. Assuming that the width of the electrically insulating sheet is d (m) and the traveling speed is v (m / sec), the required charge amount Q (C / sec) per unit time to satisfy the condition of Expression (2) is expressed by Expression (3) ).
[0035]
Q> σ × d × v
> Ε 0 εVdv / t (3)
The charge supply condition may be adjusted using the required charge amount as a guide. In addition, since the unit (C / sec) of the charge amount Q in the formula (3) is a unit of current, for example, when a plasma generation source is used as a charge supply source, the current value of the power source (DC or AC) is used. Can be used to set conditions. However, in this case, it is necessary to consider the set value including the amount of valence electrons other than those traveling from the plasma generation source to the sheet surface, so that the charge amount is not completely determined by Expression (3). It is necessary to set appropriately according to the electrode structure and the installation position of the plasma generation source.
[0036]
Next, regarding the control of the charging condition, it is preferable to adjust the charging condition by setting the applied voltage of the charge attraction electrode as described above. More preferably, the potential or charge density of the electrically insulating sheet immediately after the charging treatment is monitored, and the voltage applied to the charge attraction electrode is controlled so that the value becomes constant. As a method of monitoring the electric potential of the electrically insulating sheet, there is a method of arranging a surface electrometer on a free-span sheet conveyance path and measuring the surface electric potential of the running sheet. As a method of monitoring the surface charge density, there is a method of obtaining the surface charge density from a minute spot type electrometer where the electrically insulating sheet runs on a grounded conductive transport roller. By substituting the potential value V obtained from the electrometer into the equation (2), the charge density can be obtained. The voltage applied to the charge attraction electrode can be controlled so that the charge density is substantially constant.
[0037]
Next, a thin film forming apparatus incorporating the apparatus of the present invention will be described. FIG. 5 shows a vacuum deposition apparatus in which the apparatus of the present invention as shown in FIGS. 1 to 4 is applied to measures against heat loss in vacuum deposition. The take-up type vacuum evaporation apparatus 5 includes a take-up chamber 5c partitioned by a partition wall 5b and a deposition chamber 5d in a decompression chamber 5a. The pressure inside the winding chamber 5c and the inside of the vapor deposition chamber 5d is reduced by an exhaust device having vacuum pumps 5e and 5f and valves 5g and 5h. The electric insulating sheet S fed out from the unwinding roll 5i is transported to the vapor deposition chamber 5d, where the thin film forming material particles 5k evaporated from the evaporation source 5j are vapor-deposited on the surface of the sheet S in the vapor deposition chamber 5d, and then wound again. It enters the take-up chamber 5c and is taken up by the take-up roll 5m. Between the unwinding roll 5i and the cooling can 5n, a charge supply source 5p and a conductive roller 5q to which a voltage serving as a charge suction electrode is applied are arranged to charge the sheet S and send the sheet S to the cooling can 5n. Since the charged sheet S is deposited in a state in which the sheet S is sufficiently adhered to the cooling can 5n by electrostatic force, heat loss hardly occurs. If the electrically insulating sheet has uneven spots, local wrinkles and a portion that is not in contact with the cooling can occur, and the portion tends to lose heat. As a condition for charging, it is necessary to charge at a uniform charge density. Further, at least the non-deposited surface of the sheet after the vapor deposition remains charged. This charging may cause adverse effects such as blocking in a later step. In that case, a charge remover 5r may be provided so as to remove electricity from the non-evaporated surface during the conveyance from the cooling can 5n to the winding roll 5m. As a method for removing electricity, a plasma (glow) source can be used.
[0038]
FIG. 6 shows an example in which the apparatus of the present invention is applied to the winding type vacuum evaporation apparatus shown in FIG. 5 to prevent meandering of the electrically insulating sheet running under reduced pressure atmosphere and to prevent winding deviation during winding. It is for explanation. In the roll-to-roll vacuum evaporation apparatus 5 shown in FIG. 6, the same parts as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. The electric insulating sheet S fed from the unwinding roll 5i passes through several transport rollers, forms a thin film in the vapor deposition chamber 5d, reenters the winding chamber 5c, and is wound up by the winding roll 5m. Meandering and winding deviation can be suppressed by taking measures to prevent the sheet S from slipping on the transport roller or the take-up roll. Then, the sheet S is charged by using the apparatus of the present invention, and the sheet is brought into close contact with the conveying roller and the take-up roll by electrostatic force to prevent slippage. In the example shown in FIG. 6, the sheet S sent from the vapor deposition chamber 5d to the winding chamber 5c is charged by using one of the transport rollers as the charge suction electrode 5q and arranging the charge supply source 5p opposed thereto. ing. A plasma generation source or the like can be used as the charge supply source 5p. As a result, meandering and winding deviation that may occur in the subsequent transport process can be suppressed.
[0039]
The charged state of the electrically insulating sheet according to the present invention is characterized in that it can be charged at a high density with a uniform charge distribution with less charge spots compared to charging in the atmosphere. Further, even when the front and back surfaces of the sheet are charged with opposite polarities, it is possible to form a charge having the same level of charge density on each surface and a uniform distribution. In charging in the atmosphere, when charging is performed at a certain charge density or higher, as shown in FIG. 7, positively charged 7a and negatively charged 7b are complicatedly mixed in the electrically insulating sheet S. Electrostatic spots are likely to occur. Such a charged state easily causes problems such as wrinkles and shape defects in the winding step, and causes defects such as coating omission in a later step. Therefore, among the entire area of the electrically insulating sheet, measures have been taken such as applying a charging treatment only to an area at an end in the width direction which is not used in a subsequent process to take measures against winding deviation. In this case, a shape defect such as tight winding has occurred only at the end of the winding roll. According to the present invention, there is no problem in that the charging process is performed on the entire area of the sheet because the charging unevenness as shown in FIG. 7 does not occur. Rather, if the entire area of the sheet is subjected to the charging treatment having a uniform distribution, the winding roll can be prevented from being deformed or displaced, and a clean winding state can be realized. Note that it is not always necessary to perform the charging process on the entire region. By performing the charging process such that the front and back surfaces exhibit reverse polarity charging in at least 80% or more in the width direction and 80% or more in the length direction, A beautiful rolled up state can be maintained. Regarding the uniformity of the charged electric charge density, it is preferable that the standard deviation in the measured value of the spatial distribution of the potential on each surface is within 50% of the average of the measured values of the spatial distribution. If there is charging unevenness of 50% or more, the uniformity of the effects of measures against heat loss and winding is reduced. Regarding the charge density, the absolute value of the average charge density on each of the front and back surfaces was 30 μC / m. 2 Above, 500 μC / m 2 It is preferable that the average charge density is in the following range, and the average charge density on the front and back surfaces is a value of opposite polarity. 30 μC / m 2 In the following, charging is weak, and the effect of adhering to the cooling can and the effect of preventing meandering and winding deviation in measures against heat loss may be insufficient. 500 μC / m 2 Above, the charging may be so strong that a trouble such as blocking may occur on the winding roll.
[0040]
The electric insulating sheet to which the present invention is applied is preferably an electric insulating sheet in which all or at least one surface is made of a plastic film. A plastic film generally has high electrical insulation and is suitable as a surface to be charged. Particularly, the plastic film is made of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyimide (PI), aramid, polylactic acid, or an alloy containing these materials. Plasticized plastic film is suitable as an application object of the present invention.
[0041]
Regarding the electrical insulation of the sheet, the sheet material has a surface resistance of 10 10 It is preferably Ω / □ or more. Surface resistance is 10 10 If it is smaller than Ω / □, even if the sheet surface is charged, the charged charge may leak immediately after that, and the charge of the sheet may not be maintained.
[0042]
Regarding the width and thickness of the electrically insulating sheet, a wide and thin electrically insulating sheet is preferable in terms of difficulty in sheet conveyance and easiness of heat loss. Specifically, an electrically insulating sheet having a width of 100 mm or more and a thickness of 10 μm or less is preferable.
[0043]
Further, as an application, there is a vapor deposition step of a magnetic recording medium. A magnetic recording medium such as a magnetic tape has a relatively thick magnetic layer containing Co having a relatively high melting point as a vapor-deposited substance on a thin plastic film base material, and thus is particularly susceptible to heat loss. If a plastic film subjected to the charging treatment according to the present invention is used as the base material of the magnetic recording medium, heat loss can be suppressed and the yield can be improved.
[0044]
[Examples and Comparative Examples]
In the following Examples and Comparative Examples, visualization of the charged state was performed by sprinkling a powder toner used in a printer or a copying machine on an electrically insulating sheet. To measure the charge density, an electrically insulating sheet was attached to a grounded metal plate so that it adhered closely, and a fine spot type surface voltmeter was attached with a gap of 3 mm from above, and the potential was measured. From equation (2), the charge density σ (C / m 2 ). The distribution of the charge density was determined by measuring the potential at intervals of 5 mm while scanning the metal plate in the XY directions.
[Example 1]
Using the apparatus shown in FIG. 3, a PET film having a thickness of 5 μm and a width of 500 mm was subjected to a charging treatment under a reduced pressure atmosphere. The charging conditions and the like are as follows. The two charge supply sources are under the same condition. In the following, for convenience, the surface on the charge suction side of the PET film is referred to as the back surface, and the surface on the opposite side is referred to as the front surface.
[0045]
Charge supply source: Needle electrode with length 500mm and needle pitch 20mm
Gap between charge supply source and PET film: 50 mm
Charge supply source applied voltage: 600 V
Charge attraction electrode: Stainless steel plate whose surface is hard chrome-plated and has a length of 100 mm and a width of 500 mm
Gap between charge attraction electrode and PET film: 5 mm
Charge attraction electrode applied voltage: -500V
Pressure: 10Pa
Film speed: 10m / min
8 and 9 show the charge density distribution in the length direction and the width direction of the charged PET film, respectively. The average value of the potential distribution is 58 μC / m on the surface in the length direction. 2 , Back side -45μC / m 2 And the surface is 58 μC / m in the width direction. 2 , Back side -42 μC / m 2 Met. The standard deviation is 11.7 μC / m surface in the longitudinal direction. 2 , Back 10.4μC / m 2 And the surface is 10.0 μC / m in the width direction. 2 , Back 10.3μC / m 2 And all were within 50% of the average value.
[Example 2]
Using the apparatus shown in FIG. 2, a charging treatment was performed under a reduced pressure atmosphere of a PET film having a thickness of 5 μm and a width of 500 mm. The charging conditions and the like are as follows. In the following, for convenience, the surface on the charge suction side of the PET film is referred to as the back surface, and the surface on the opposite side is referred to as the front surface.
[0046]
Charge source: coaxial magnetron plasma electrode. A slit opening having a width of 2 mm and a length of 500 mm is provided in a direction facing the PET film. Ar gas is introduced into the electrode at a rate of 0.3 l / min.
Gap between charge supply source and PET film: 10 mm
Charge supply source applied voltage: AC 30 kHz, 500 Vrms
Charge attraction electrode: a metal roller with a diameter of 100 mm, the surface of which is hard chrome plated. Using ceramic bearings, electrically insulated from decompression chamber and connected to DC power supply
Charge applied electrode voltage: -2,000V
Film speed: 30m / min
The charge density distribution in the length direction and the width direction of the charged PET film are shown in FIGS. 10 and 11, respectively. The average value of the potential distribution is 204 μC / m on the surface in the length direction. 2 , Back side -186 μC / m 2 And the surface is 204 μC / m in the width direction. 2 , Back-194μC / m 2 Met. The standard deviation is 33 μC / m on the surface in the length direction. 2 , Back side 24μC / m 2 25 μC / m in the width direction 2 , Back side 23μC / m 2 And all were within 50% of the average value.
[Comparative Example 1]
Using a device shown in FIG. 12, a PET film having a thickness of 5 μm and a width of 500 mm was charged in the atmosphere. The device 12 shown in FIG. 12 includes a needle electrode 12b serving as a charge supply electrode connected to a DC power supply 12a, and a conductive roller 12d serving as a charge attraction electrode connected to a DC power supply 12c. The charging conditions and the like are as follows. In the following, for convenience, the surface on the needle electrode side of the PET film is called the front surface, and the surface on the opposite side is called the back surface.
[0047]
Charge supply source: Needle electrode with length 500mm and needle pitch 20mm
Gap between charge supply source and PET film: 50 mm
Charge supply source applied voltage: -6,000 V
Charge attraction electrode: 200 mm diameter metal roller with hard chrome plating on the surface
Charge application voltage: 2,000 V
Film speed: 30m / min
The charge density distribution in the length direction and the width direction of the charged PET film are shown in FIGS. 13 and 14, respectively. The average value of the potential distribution is −24 μC / m on the surface in the length direction. 2 , Back 35μC / m 2 And -22 μC / m in the width direction. 2 , Back surface 33μC / m 2 And the charge level was weak. Standard deviation is 25 μC / m surface in the length direction 2 , Back 17μC / m 2 26 μC / m in the width direction 2 , Back side 23μC / m 2 And there was a value exceeding 50% of the average value.
[Comparative Example 2]
Using the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 of JP-A-9-202496, a PET film having a thickness of 10 μm and a width of 500 mm was subjected to charging treatment in the air in a range of 15 mm in width. The charging conditions and the like are as follows. In the following, for convenience, the surface of the PET film on the voltage application roller side is referred to as the front surface, and the opposite surface is referred to as the back surface.
[0048]
Voltage applying roller: Electric resistivity 2 × 10 -6 A contact roller having a width of 15 mm and a conductive hypalon rubber of Ωcm as a surface layer. The film is conveyed while being nipped by the voltage applying roller and the guide roller
Applied voltage to voltage applying roller: -2,000 V
Guide roller: 200 mm diameter metal roller with hard chrome plating on the surface
Film speed: 50m / min
FIG. 15 shows the charge density distribution in the length direction of the charged PET film. The average value of the potential distribution is −173 μC / m on the surface in the length direction. 2 , 163 μC / m on the back 2 Met. Standard deviation is 157 μC / m surface in the longitudinal direction 2 , 173μC / m on the back 2 Although the charge level was high, the standard deviation was 50% or more of the average value.
[Example 3]
In forming a 150-nm-thick aluminum vapor-deposited film on a PET film having a thickness of 4 μm and a width of 500 mm using the roll-up vacuum vapor-deposition device shown in FIG. 5, the device shown in FIG. 2 was used. The charging conditions and the like are as follows. After the deposition, the deposited film roll was unwound and observed for heat loss.
[0049]
Charge source: coaxial magnetron plasma electrode. Ar gas is introduced into the electrode at a rate of 0.3 l / min.
Gap between charge supply source and PET film: 10 mm
Charge supply source applied voltage: AC 30 kHz, 500 Vrms
Charge attraction electrode: 100 mm diameter metal roller with hard chrome plating on the surface
Gap between charge attraction electrode and PET film: 5 mm
Charge applied electrode voltage: -2,000V
Evaporation method: induction heating evaporation
Cooling can temperature: -20 ° C
Deposition chamber pressure: 3 × 10 -2 Pa
Film speed: 60m / min
No thermal deformation was observed in the film on which aluminum was deposited after the charging treatment, and a high-quality aluminum deposited film could be formed on the PET film.
[Comparative Example 3]
Except that the application of the voltage to the charge supply source and the charge attraction electrode was stopped, aluminum deposition on the PET film was attempted in exactly the same manner as in Example 3, but thermal deformation was partially generated in the PET film.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, uniform and high-density charging can be formed on an electrically insulating sheet under reduced pressure, and further, uniform charging with opposite polarities can be formed. Therefore, it is possible to obtain an electrically insulating sheet having few local highly charged portions such as discharge traces, and it is possible to prevent inconvenience such as coating omission in a later step. Further, if the present invention is applied to a winding-type thin film forming apparatus or the like, it is possible to suppress slippage of a sheet on a transport roller or a winding roller, and to prevent meandering and winding deviation of the sheet, The device can be made compact.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic front view of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic front view of an apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic front view of an apparatus according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic front view of an apparatus according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic front view of a roll-to-roll vacuum evaporation apparatus to which the apparatus of the present invention is applied.
FIG. 6 is a schematic front view of a roll-to-roll vacuum evaporation apparatus to which the apparatus of the present invention is applied.
FIG. 7 is a schematic diagram of a discharge mark seen on a conventional electrically insulating sheet subjected to a charging treatment under atmospheric pressure.
FIG. 8 is a graph showing the charge density distribution in the length direction of the charged sheet in Example 1.
FIG. 9 is a graph showing the charge density distribution in the width direction of the charged sheet in Example 1.
FIG. 10 is a graph showing a charge density distribution in a length direction of a charged sheet in Example 2.
FIG. 11 is a graph showing a charge density distribution in a width direction of a charged sheet in Example 2.
FIG. 12 is a schematic front view showing a conventional apparatus used in Comparative Example 1.
FIG. 13 is a graph showing the charge density distribution in the length direction of the charged sheet in Comparative Example 1.
FIG. 14 is a graph showing the charge density distribution in the width direction of the charged sheet in Comparative Example 1.
FIG. 15 is a graph showing the charge density distribution in the length direction of the charged sheet in Comparative Example 2.
[Explanation of symbols]
1: Charged sheet manufacturing equipment
1a: charge supply source
1b: DC power supply
1c: charge attraction electrode
2: Manufacturing equipment for charged sheets
2a: AC power supply
2b: magnetron plasma electrode (charge supply source)
2c: DC power supply
2d: conductive roller (charge attraction electrode)
3: Equipment for manufacturing charged sheets
3a: DC power supply
3b: needle electrode (charge supply source)
3c: DC power supply
3d: plate electrode (charge attraction electrode)
3e: partition plate
3f: DC power supply
3g: Needle electrode
4: Equipment for manufacturing charged sheets
4a: gas nozzle (charge supply source)
4b: DC power supply
4c: conductive roller (charge attraction electrode)
4d: Gas cylinder
4e: pressure reducing valve
4f: Valve
5: Roll-up vacuum evaporation system
5a: decompression chamber
5b: partition
5c: Winding room
5d: evaporation chamber
5e: vacuum pump
5f: vacuum pump
5g: Valve
5h: Valve
5i: Unwind roll
5j: evaporation source
5k: Thin film forming material particles
5m: winding roll
5n: Cooling can
5p: charge supply source
5q: conductive roller (charge attraction electrode)
5r: static eliminator