減圧雰囲気下で銅箔を巻き取るための巻き取り芯
【課題】減圧雰囲気下における銅箔ウェブ巻き取りにおいて、シワの発生を防止できる巻き取り芯。
【解決手段】減圧雰囲気下で銅箔ウェブを巻き取るための巻き取り芯であり、幅方向中心から両端方向に向かって外径が大径化する中央部を備えた巻き取り芯であって、好ましくは巻き取ろうとする銅箔の長さをＬ［ｍ］、厚みをＴ［ｍ］、幅をＷとしたとき、巻き取り芯の幅方向中心部の最小外径Ｒと、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径Ｒ’がＲ×０．０１ ≧ （Ｒ’−Ｒ） ≧ Ｚ×０．００１
但し、
であり、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径の位置が、ウェブの端部からＷ／４以内の距離に存在し、厚みＴが５〜２００μｍである巻き取り芯及びそれを使用した巻き取り方法を提供する。
【解決手段】減圧雰囲気下で銅箔ウェブを巻き取るための巻き取り芯であり、幅方向中心から両端方向に向かって外径が大径化する中央部を備えた巻き取り芯であって、好ましくは巻き取ろうとする銅箔の長さをＬ［ｍ］、厚みをＴ［ｍ］、幅をＷとしたとき、巻き取り芯の幅方向中心部の最小外径Ｒと、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径Ｒ’がＲ×０．０１ ≧ （Ｒ’−Ｒ） ≧ Ｚ×０．００１
但し、
であり、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径の位置が、ウェブの端部からＷ／４以内の距離に存在し、厚みＴが５〜２００μｍである巻き取り芯及びそれを使用した巻き取り方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧雰囲気下におけるウェブ巻き取り技術に関し、詳細には、減圧雰囲気下において銅箔ウェブを巻き取るための巻き取り芯に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
減圧雰囲気下において、ロール・ツウ・ロール搬送方式で銅箔や基板等のウェブ基材（幅広で長尺な素材）を搬送しながら乾式成膜して巻き取るウェブハンドリング技術は、例えば特許文献１に開示されているように公知である。しかしながら、このような搬送方式で搬送されるウェブの厚さを完全に均一にすることは困難であり、特に銅箔ではウェブ中心部と両端部での厚み差が生じやすい。また、搬送ロールのアライメントを完全に調整することも困難である。そして、このようなウェブ厚みの不均一やミスアライメントは、搬送経路中のフリースパン（ロール支持のない範囲）部分で、ウェブに長尺方向に略平行な波板状のくぼみを生じさせる。この長尺方向に略平行なくぼみが巻き取り直前に存在すると、巻き取り芯上にくぼみが乗り上げ、その上にさらに材料が巻かれることによって長尺方向に伸びる巻きシワとなる。巻き取り芯上に発生した巻きシワは転写されて、巻き取られるウェブの全長に渡るシワの原因となる。
【０００３】
搬送ロール間のシワであれば、搬送ロールの表面材質をウェブとの摩擦力が小さい材質に変更するなどして波板状くぼみがシワとならないようにすることができる。しかし巻芯ではウェブ同士が接触するため、巻芯材質を変更してもシワを防ぐことはできない。
大気中のウェブハンドリングで巻き取り芯上に発生する巻きシワを防止するため、例えば特許文献２では、巻き取り部分にタッチロールを設置してシワを防止する工夫が提案されている。また特許文献３では、巻き取り芯をクラウン状（中央部の径を大きくするテーパが形成されている）にすることで巻きシワを防止する工夫も示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１１８８３５号公報
【特許文献２】特開２００８−３０２４１８号公報
【特許文献３】特開２００４−０９８０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大気圧下で従来のウェブハンドリング技術を実施する場合、巻き取られるウェブに波状くぼみが存在していても、巻き取られるウェブと巻き取り芯上に巻き取られたウェブ間に気体が存在してウェブ同士があまり密着しないため、波状くぼみは端部に押しやられて巻きシワが発生しにくかった。しかし、従来技術を減圧雰囲気下や真空中で行うと、ウェブ同士が密着して巻き取られるため、波状くぼみはウェブ同士を引き離す際に生じる高い摩擦力に阻まれて、ウェブ端部に逃げられずに巻きシワが頻繁に発生する問題があった。そして、上記特許文献２の方法では、設備の改造を伴うためコストがかかり、かつ減圧雰囲気下での巻きシワ発生問題は解決できなかった。また、特許文献３の場合、巻き取り芯中央のクラウン部でウェブ同士が密着しやすいため、減圧雰囲気下での巻きシワは更に顕著であった。
本発明は、減圧雰囲気下における銅箔ウェブ巻き取りにおいて、シワの発生を防止し、長時間安定して操業できるウェブハンドリングに適した巻き取り芯を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、幅方向中心部の外径よりも端部の外径が大きい巻き取り芯を使用することにより、減圧雰囲気下での銅箔ウェブの巻き取りにおいて、シワの発生を著しく防止できることを発見し、本発明を完成した。本発明は、下記構成を有する。
（１） 減圧雰囲気下で銅箔ウェブを巻き取るための巻き取り芯であり、幅方向中心から両端方向に向かって外径が大径化する中央部を備えた巻き取り芯。
（２） 巻き取ろうとする銅箔の長さをＬ［ｍ］、厚みをＴ［ｍ］としたとき、巻き取り芯の幅方向中心部の最小外径Ｒと、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径Ｒ’が
Ｒ×０．０１ ≧ （Ｒ’−Ｒ） ≧ Ｚ×０．００１
但し、
【数１】
である（１）に記載の巻き取り芯。
（３） 巻き取ろうとする銅箔ウェブの幅をＷとしたとき、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径の位置が、ウェブの端部からＷ／４以内の距離に存在する（１）又は（２）に記載の巻き取り芯。
（４） 銅箔ウェブ厚みが５〜２００μｍである（１）〜（３）いずれかに記載の巻き取り芯。
（５） 上記（１）〜（４）いずれかに記載の巻き取り芯を使用した巻き取り方法。
【発明の効果】
【０００７】
巻き取り芯の回転周期は幅方向ならどの位置であっても同一であるので、外径が大きいほど周速度は大きい。一方、搬送中のウェブは、搬送速度の速い方へスライドする性質を有する。理論によって本発明を限定するものではないが、巻き取り芯の外径に差違がある場合、ウェブには、外径が大きく周速度が大きい方向に向かう応力が働く。巻き取り芯の外径が幅方向中心からウェブ両端部に向かって大径化している場合、ウェブ上の波板状くぼみは両端へ向かって働く応力により伸ばされ、巻きシワが発生しにくくなる。その結果、本発明の巻き取り芯を使用すると、減圧雰囲気下において、銅箔の巻き取りを長時間安定して操業できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一例であり、両端部の径が中心部より大きくなる逆クラウンが形成されている巻き取り芯の特徴を強調した概略図である。
【図２】本発明の別の一例の巻き取り芯の概略図である。
【図３】本発明の巻き取り芯を使用する銅箔スパッタリング成膜装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の巻き取り芯は、減圧雰囲気下でウェブを巻き取るために使用される。減圧雰囲気とは、大気圧以下のことを言い、例えばスパッタリング等の操作を行う際の圧力である０．８〜０．０５Ｐａ、更には０．５〜０．１Ｐａでも可能である。
本発明の巻き取り芯は、幅方向中心から両端方向に向かって外径が大径化する中央部を備える。中央部は、漸進的に大径化しても、幅方向中心から端部に向かって所定の距離まで同一外径で、中心から所定距離を超えると外径が漸進的に大径化してもよい。両端方向への大径化により得られる形状は、逆クラウン型でもテーパ型でもよい。
巻き取り芯の形状は、外径が幅方向中心から漸進的に大径化して両端部が最大外径となっている基本型であってもよいし（図１：タイプ（１））、幅方向中心から両端方向に向かって外径が漸進的に大径化し、中心から一定距離Ｙを超えた後は小径化している改変型でもよい（図２：タイプ（２））。タイプ（２）の場合、Ｙ点は、巻き取られるウェブの両端部より外側に存在しても内側に存在してもよく、ウェブ両端部と一致していてもよい。Ｙ点が、巻き取られるウェブの両端部より外側に存在する場合、タイプ（１）の巻き取り芯と本質的に同じ効果が得られる。
なお、本発明の巻き取り芯の外径は、外径の相違によりウェブに働く応力が発生するため、中心から幅方向に左右均等であることは当然である。
【００１０】
外径の差：
本発明の巻き取り芯は、幅方向中心から両端方向に向かって外径が大径化するため、幅方向中心の外径とウェブ両端部に対応する巻き取り芯の外径に差が生じる。この外径の差が大きいほど、ウェブを両端に引き延ばす力が大きくなり、巻きシワを抑制する効果は大きい。
しかし、外径の差が大きいとウェブ中央に生じるたるみが大きくなり、ウェブ幅方向に平行な巻き締まりシワが発生する。理論によって本発明を限定するものではないが、巻き締まりシワの発生する機構は下記の通りと考えられる。巻き取り時に、巻かれたウェブは多少スリップして巻き締まる。巻き取り芯の外径が大きな部分に対応するウェブ部は巻き締めにより巻き取り芯に密着する一方、外径が小さな中央部に巻かれたウェブ部は弛んだ状態で外側から巻き締められる。すると小径の中央部に巻き取られたウェブ弛み部分は、巻き締め圧力により逃げ場がなくなり、複数箇所で幅方向に平行に（長尺方向に直角に）、通常は、芯に接触している最初に巻き取られたウェブから外側のウェッブ表面に向けて形成される凸形状となり、最終的にウェッブ幅方向に平行な、横方向の巻き締まりシワを形成する。この巻き締まりシワは、次々と巻き取られる外側ウェブへ転写され、横幅方向の巻き締まりシワが周期的に発生する。巻き締まりシワは、上記の他、巻き取り張力が大きすぎる場合にも巻き取られた銅箔内で芯へ向かう巻き取りコイルの内部応力が大きくなって発生することもある。
【００１１】
巻きシワ抑制効果が大きく、かつ巻き締まりシワも強く発生させない、本発明の巻き取り芯の外径の差、即ち、巻き取り芯の幅中心部の外径である最小外径Ｒと、巻き取り芯がウェブと接する範囲内での最大外径Ｒ’との差（Ｒ’−Ｒ）は、目的の銅箔の長さをＬ［ｍ］、厚みをＴ［ｍ］としたとき、下記範囲内であることが望ましい。
Ｒ×０．０１ ≧ （Ｒ’−Ｒ） ≧ Ｚ×０．００１
但し、
【数２】
【００１２】
［外径差の上限］
（Ｒ’−Ｒ）が大きすぎると巻き締まりシワが発生する。巻き締まりシワが発生しないようにするためには、外周面全体に銅箔が密着しなければならない。そのためにはＲの部分と比較してＲ’の部分では（Ｒ’−Ｒ）×πの長さだけ銅箔が伸びなければならない。一般的な搬送張力下での銅箔の伸びは１．０％程度以下であることから（Ｒ’−Ｒ）／Ｒは０．０１以下であることが望ましい。すなわちＲ×０．０１≧（Ｒ’−Ｒ）であることが望ましい。
本発明の巻き取り芯の外径（Ｒ）は、特に限定されるものではないが、典型的には７０〜７００ｍｍ、樹脂製であると例えば８０〜５２０ｍｍである。
【００１３】
［外径差の下限］
（Ｒ’−Ｒ）が小さすぎると巻きシワ抑制効果が得られない。巻きシワを抑制するためには、（Ｒ’−Ｒ）が巻き取ろうとする銅箔コイルの外径の０．１％以上であることが望ましい。なお、巻き取ろうとする銅箔コイルの外径Ｚは、上記式で概算することができる。
上記式中、本発明の巻き取り芯に巻かれる銅箔厚み（Ｔ）は特に限定されるものではないが、典型的には５〜２００μｍ、好ましくは６〜１００、更に好ましくは６〜５０μｍである。５μｍ未満であると箔が切れやすくなる一方、２００μｍを超えると通常の巻き取り芯を使用しても巻き取りシワが発生しにくいため、本発明の効果は確認できない。
本発明の巻き取り芯に巻かれる銅箔長さ（Ｌ）は特に限定されるものではなく、銅箔厚みとの関係で選択されるが、典型的には１００〜３０，０００ｍ、好ましくは５００〜２０，０００ｍである。例えば、厚み９μｍであると、長さ２００〜２０，０００ｍ、厚さ３３μｍであると長さ１００〜５，０００ｍである。短いと生産効率が下がり、長いと銅箔コイルが重く、かつ外径が大きくなるため操作性に劣る。
なお、巻き取り芯は、銅箔を巻き取り、中心の回転軸を抜いた銅箔コイルの形態で使用される。そのため、巻き取り芯は、特定の銅箔厚み、長さを巻き取るための銅箔コイル製品用に設計されており、銅箔コイルの外径は、巻き取り芯の外径Ｒ、巻き取られる銅箔の厚みＴ及び長さＬによって特定される。銅箔コイルの外径が大きくなるに従い、本発明の巻き取り芯の外径差は大きくすることができるが、上記範囲内であるとシワの発生は効果的に抑制できる。銅箔コイルの外径は大きいので、本発明の巻き取り芯の外径差による影響は数値的に無視できるレベルである。
【００１４】
［銅箔の重量］
本発明の巻き取り芯に巻き取られる銅箔の重量（Ｌ×Ｗ×Ｔ×ｄ）は、１，５００ｋｇ〜１５ｋｇ、１，０００ｋｇ〜５０ｋｇの範囲であることが望ましい。但し、目的の銅箔の幅をＷ[ｍ]、密度をｄ[ｋｇ／ｍ3]とする。１，５００ｋｇを超えると巻き取り最終段階でシワが発生しやすく、１５ｋｇ未満であると生産性の観点から好ましくない。
【００１５】
巻き取り芯の最大径の位置：
ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径の位置がウェブの両端部に近いほど、巻きシワ抑制効果が高い。従って、ウェブ幅をＷとしたときウェブ端部からＷ／４以下、好ましくは端部からＷ／１０以下の位置に、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大径部分が存在することが望ましい。ウェブ端部からＷ／４を超える内側に最大径部分が存在する場合、シワが抑制されるウェブ幅は全幅の５０％以下となり、生産性の観点から好ましくない。
【００１６】
本発明の巻き取り芯に巻かれる銅箔ウェブは、どのような銅箔又は銅合金箔でもよく、例えば圧延銅箔、電解銅箔等の銅箔であり、規格品としては例えば、タフピッチ銅箔が挙げられる。
【００１７】
巻き取り芯の中心を貫通している、回転軸を通すための空洞の内径は、装置、芯材料の強度、銅箔厚みや巻き取り数により適宜選択される。
本発明の巻き取り芯で銅箔ウェッブを巻きとった後の、巻き取りコイル外径Ｚは、巻き取り芯の外径Ｒを基準とすると例えば１．１Ｒ〜５Ｒ、好ましくは１．２５Ｒ〜２．５Ｒである。１０Ｒを超えると体積が大きくなり減圧槽内で扱いづらくなる。一方、１．１Ｒより小さいとコイル単重（１個のコイル当たり巻き取られる銅箔重量）が小さくなるため、生産性の観点から好ましくない。
【００１８】
銅箔スパッタリング成膜装置内での本発明の巻き取り芯の使用例を、図３を利用して説明する。
図３は、本発明の巻き取り芯１３を備えた成膜装置２０の模式図である。成膜装置２０は、搬送ロール１１、１２及び巻き取り芯１０、１３と、冷却ドラム２１と、カソード部２２〜２５とを備えている。
巻き取り芯１０は一般的な巻き取り芯であり、長尺状の銅箔３０が巻き付けられており、ここから銅箔３０が所定の張力により送り出される。
搬送ロール１１により銅箔３０は冷却ドラム２１へ搬送される。
【００１９】
冷却ドラム２１、スパッタリングカソード２２〜２５でスパッタ部が構成され、搬送された銅箔３０がスパッタリング成膜処理される。
冷却ドラム２１は、搬送ロール１１から搬送された銅箔３０を受け、搬送しながら、銅箔３０表面がスパッタリングされている間、銅箔３０を冷却する。
【００２０】
スパッタリングカソード２２〜２５は、冷却ドラム２１で搬送される銅箔３０の表面にスパッタリング処理を行い、スパッタリング処理後の銅箔３０は搬送ロール１２により、巻き取り芯１３へ搬送される。
【００２１】
本発明の巻き取り芯１３は、搬送ロール１２から搬送された銅箔３０を受け取り、ロール状に巻き取る。ここで、銅箔厚みの不均一やミスアライメントにより、搬送ロール１２から巻き取り芯１３の間のフリースパンで、銅箔１２に長尺方向に略平行な波板状のくぼみが発生する場合があるが、巻き取り芯１３の外径が中心部から銅箔両端部に向かって大径化しているので、波板状くぼみは巻き取り芯１３上で両端へ向かって働く応力により伸ばされ、巻きシワが発生せずに長時間安定して操業できる。
【００２２】
なお、減圧雰囲気下において、銅箔ウェブハンドリングを長時間安定して操業するためには、搬送ロール、巻き取り芯のミスアライメント、銅箔ウェブの形状、及び、搬送張力を、当業者の通常行う設計事項として適宜調整して、より良好にシワの発生を抑制する。
【００２３】
（搬送張力）
搬送張力の上限は、シワの発生しない搬送張力の最大値であり、ロールミスアライメント、銅箔形状にもよるが、一般に２０ｋｇ／ｍｍ2程度であり、好ましくは１０ｋｇ／ｍｍ2程度である。一方下限は、スリップ、蛇行、巻きずれ等の問題が発生しない最低の張力であるが、一般的には１．５ｋｇ／ｍｍ2程度であり、好ましくは２．５ｋｇ／ｍｍ2程度である。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を提供するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
【００２５】
発明例及び比較例として、巻き取り芯に銅箔ウェブを巻き取り、シワの発生を評価した。下記に銅箔及び巻き取り時の搬送条件を記載する。
（銅箔）
箔種：１Ｃ
厚み：９μｍ、１７μｍ、３３μｍ
幅：６０５ｍｍ
長さ：２００〜２００００ｍ
密度：８９５０ｋｇ／ｍ3
（搬送条件）
張力：９．５ｋｇ／ｍｍ2
ラインスピード：１５ｍ／ｍｉｎ
雰囲気：１．０×１０-4Ｐａまで真空引きしたのちＡｒガスを導入して、巻き取りチャンバー内のＡｒガス圧を０．１０Ｐａとした。
【００２６】
（巻き取り芯）
図１のタイプ（１）に該当する逆クラウン型、図２のタイプ（２）に対応する中央部逆クラウン型の２種類の形状の巻き取り芯を準備した。比較例として、外径差のない従来の円筒型巻き取り芯を使用した。
巻きシワは巻き取り時に長尺方向に発生するので巻き取り試験中に目視確認した。巻き締まりシワは、シワ発生直後の確認は困難であるので、巻き取り完了後、巻き取り開始位置から１０〜１００ｍの距離のウェブにおいて張力をかけない状態で横幅方向のシワが周期的に存在するか目視確認して確認した。
シワの評価は、以下を基準として目視評価した。
巻きシワ○：試験中、巻きシワが発生しなかった。
巻きシワ△：巻き取り長さ１００ｍ以上で巻きシワが発生した。
巻きシワ×：巻き取り長さ１００ｍ未満で巻きシワが発生した。
巻き締まりシワ○：試験中、巻き締まりシワが発生しなかった。
巻き絞まりシワ△：巻き絞まりシワが発生したが、張力をかけた状態では判別できない程度のシワであった。
【００２７】
結果を表１に示す。表中、Ｗは銅箔ウェブの幅（６０５ｍｍ）である。
実施例の巻き取り芯は全て、幅方向中心から両端方向に向かって外径が大径化する中央部を備えているので、巻きシワ及び巻き締まりシワの発生が抑えられた。外径差が好ましい範囲を超えている実施例７及び１２では巻き締まりシワが発生しやすかった。外径差が好ましい範囲の下限未満である実施例３では巻き取り長さ６，０００ｍ前後で巻きシワが発生したが、従来例より巻きシワなく巻き取ることができる銅箔長さは長かった。
タイプ（１）の実施例１６又は実施例６と、タイプ（２）の実施例８〜１１を比較したが、いずれも良好な結果であった。
実施例８は、巻き取り芯の最大外径の位置から，幅方向中心側の範囲では巻きシワは発生しなかったが、巻き取り芯の最大外径の位置から幅方向外側の範囲では巻き取りシワが発生した。
比較例２０〜２３で外径差のない従来の円筒型巻き取り芯を使用すると、厚み９、１７及び３３μｍのいずれの銅箔でも、巻き取り長さ１００ｍ以下で巻きシワが発生した。
【００２８】
【表１】
【符号の説明】
【００２９】
２０ 成膜装置
１１、１２ 搬送ロール
１０、１３ 巻き取り芯
２１ 冷却ドラム
２２〜２５ スパッタリングカソード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧雰囲気下におけるウェブ巻き取り技術に関し、詳細には、減圧雰囲気下において銅箔ウェブを巻き取るための巻き取り芯に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
減圧雰囲気下において、ロール・ツウ・ロール搬送方式で銅箔や基板等のウェブ基材（幅広で長尺な素材）を搬送しながら乾式成膜して巻き取るウェブハンドリング技術は、例えば特許文献１に開示されているように公知である。しかしながら、このような搬送方式で搬送されるウェブの厚さを完全に均一にすることは困難であり、特に銅箔ではウェブ中心部と両端部での厚み差が生じやすい。また、搬送ロールのアライメントを完全に調整することも困難である。そして、このようなウェブ厚みの不均一やミスアライメントは、搬送経路中のフリースパン（ロール支持のない範囲）部分で、ウェブに長尺方向に略平行な波板状のくぼみを生じさせる。この長尺方向に略平行なくぼみが巻き取り直前に存在すると、巻き取り芯上にくぼみが乗り上げ、その上にさらに材料が巻かれることによって長尺方向に伸びる巻きシワとなる。巻き取り芯上に発生した巻きシワは転写されて、巻き取られるウェブの全長に渡るシワの原因となる。
【０００３】
搬送ロール間のシワであれば、搬送ロールの表面材質をウェブとの摩擦力が小さい材質に変更するなどして波板状くぼみがシワとならないようにすることができる。しかし巻芯ではウェブ同士が接触するため、巻芯材質を変更してもシワを防ぐことはできない。
大気中のウェブハンドリングで巻き取り芯上に発生する巻きシワを防止するため、例えば特許文献２では、巻き取り部分にタッチロールを設置してシワを防止する工夫が提案されている。また特許文献３では、巻き取り芯をクラウン状（中央部の径を大きくするテーパが形成されている）にすることで巻きシワを防止する工夫も示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１１８８３５号公報
【特許文献２】特開２００８−３０２４１８号公報
【特許文献３】特開２００４−０９８０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大気圧下で従来のウェブハンドリング技術を実施する場合、巻き取られるウェブに波状くぼみが存在していても、巻き取られるウェブと巻き取り芯上に巻き取られたウェブ間に気体が存在してウェブ同士があまり密着しないため、波状くぼみは端部に押しやられて巻きシワが発生しにくかった。しかし、従来技術を減圧雰囲気下や真空中で行うと、ウェブ同士が密着して巻き取られるため、波状くぼみはウェブ同士を引き離す際に生じる高い摩擦力に阻まれて、ウェブ端部に逃げられずに巻きシワが頻繁に発生する問題があった。そして、上記特許文献２の方法では、設備の改造を伴うためコストがかかり、かつ減圧雰囲気下での巻きシワ発生問題は解決できなかった。また、特許文献３の場合、巻き取り芯中央のクラウン部でウェブ同士が密着しやすいため、減圧雰囲気下での巻きシワは更に顕著であった。
本発明は、減圧雰囲気下における銅箔ウェブ巻き取りにおいて、シワの発生を防止し、長時間安定して操業できるウェブハンドリングに適した巻き取り芯を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、幅方向中心部の外径よりも端部の外径が大きい巻き取り芯を使用することにより、減圧雰囲気下での銅箔ウェブの巻き取りにおいて、シワの発生を著しく防止できることを発見し、本発明を完成した。本発明は、下記構成を有する。
（１） 減圧雰囲気下で銅箔ウェブを巻き取るための巻き取り芯であり、幅方向中心から両端方向に向かって外径が大径化する中央部を備えた巻き取り芯。
（２） 巻き取ろうとする銅箔の長さをＬ［ｍ］、厚みをＴ［ｍ］としたとき、巻き取り芯の幅方向中心部の最小外径Ｒと、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径Ｒ’が
Ｒ×０．０１ ≧ （Ｒ’−Ｒ） ≧ Ｚ×０．００１
但し、
【数１】
である（１）に記載の巻き取り芯。
（３） 巻き取ろうとする銅箔ウェブの幅をＷとしたとき、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径の位置が、ウェブの端部からＷ／４以内の距離に存在する（１）又は（２）に記載の巻き取り芯。
（４） 銅箔ウェブ厚みが５〜２００μｍである（１）〜（３）いずれかに記載の巻き取り芯。
（５） 上記（１）〜（４）いずれかに記載の巻き取り芯を使用した巻き取り方法。
【発明の効果】
【０００７】
巻き取り芯の回転周期は幅方向ならどの位置であっても同一であるので、外径が大きいほど周速度は大きい。一方、搬送中のウェブは、搬送速度の速い方へスライドする性質を有する。理論によって本発明を限定するものではないが、巻き取り芯の外径に差違がある場合、ウェブには、外径が大きく周速度が大きい方向に向かう応力が働く。巻き取り芯の外径が幅方向中心からウェブ両端部に向かって大径化している場合、ウェブ上の波板状くぼみは両端へ向かって働く応力により伸ばされ、巻きシワが発生しにくくなる。その結果、本発明の巻き取り芯を使用すると、減圧雰囲気下において、銅箔の巻き取りを長時間安定して操業できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一例であり、両端部の径が中心部より大きくなる逆クラウンが形成されている巻き取り芯の特徴を強調した概略図である。
【図２】本発明の別の一例の巻き取り芯の概略図である。
【図３】本発明の巻き取り芯を使用する銅箔スパッタリング成膜装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の巻き取り芯は、減圧雰囲気下でウェブを巻き取るために使用される。減圧雰囲気とは、大気圧以下のことを言い、例えばスパッタリング等の操作を行う際の圧力である０．８〜０．０５Ｐａ、更には０．５〜０．１Ｐａでも可能である。
本発明の巻き取り芯は、幅方向中心から両端方向に向かって外径が大径化する中央部を備える。中央部は、漸進的に大径化しても、幅方向中心から端部に向かって所定の距離まで同一外径で、中心から所定距離を超えると外径が漸進的に大径化してもよい。両端方向への大径化により得られる形状は、逆クラウン型でもテーパ型でもよい。
巻き取り芯の形状は、外径が幅方向中心から漸進的に大径化して両端部が最大外径となっている基本型であってもよいし（図１：タイプ（１））、幅方向中心から両端方向に向かって外径が漸進的に大径化し、中心から一定距離Ｙを超えた後は小径化している改変型でもよい（図２：タイプ（２））。タイプ（２）の場合、Ｙ点は、巻き取られるウェブの両端部より外側に存在しても内側に存在してもよく、ウェブ両端部と一致していてもよい。Ｙ点が、巻き取られるウェブの両端部より外側に存在する場合、タイプ（１）の巻き取り芯と本質的に同じ効果が得られる。
なお、本発明の巻き取り芯の外径は、外径の相違によりウェブに働く応力が発生するため、中心から幅方向に左右均等であることは当然である。
【００１０】
外径の差：
本発明の巻き取り芯は、幅方向中心から両端方向に向かって外径が大径化するため、幅方向中心の外径とウェブ両端部に対応する巻き取り芯の外径に差が生じる。この外径の差が大きいほど、ウェブを両端に引き延ばす力が大きくなり、巻きシワを抑制する効果は大きい。
しかし、外径の差が大きいとウェブ中央に生じるたるみが大きくなり、ウェブ幅方向に平行な巻き締まりシワが発生する。理論によって本発明を限定するものではないが、巻き締まりシワの発生する機構は下記の通りと考えられる。巻き取り時に、巻かれたウェブは多少スリップして巻き締まる。巻き取り芯の外径が大きな部分に対応するウェブ部は巻き締めにより巻き取り芯に密着する一方、外径が小さな中央部に巻かれたウェブ部は弛んだ状態で外側から巻き締められる。すると小径の中央部に巻き取られたウェブ弛み部分は、巻き締め圧力により逃げ場がなくなり、複数箇所で幅方向に平行に（長尺方向に直角に）、通常は、芯に接触している最初に巻き取られたウェブから外側のウェッブ表面に向けて形成される凸形状となり、最終的にウェッブ幅方向に平行な、横方向の巻き締まりシワを形成する。この巻き締まりシワは、次々と巻き取られる外側ウェブへ転写され、横幅方向の巻き締まりシワが周期的に発生する。巻き締まりシワは、上記の他、巻き取り張力が大きすぎる場合にも巻き取られた銅箔内で芯へ向かう巻き取りコイルの内部応力が大きくなって発生することもある。
【００１１】
巻きシワ抑制効果が大きく、かつ巻き締まりシワも強く発生させない、本発明の巻き取り芯の外径の差、即ち、巻き取り芯の幅中心部の外径である最小外径Ｒと、巻き取り芯がウェブと接する範囲内での最大外径Ｒ’との差（Ｒ’−Ｒ）は、目的の銅箔の長さをＬ［ｍ］、厚みをＴ［ｍ］としたとき、下記範囲内であることが望ましい。
Ｒ×０．０１ ≧ （Ｒ’−Ｒ） ≧ Ｚ×０．００１
但し、
【数２】
【００１２】
［外径差の上限］
（Ｒ’−Ｒ）が大きすぎると巻き締まりシワが発生する。巻き締まりシワが発生しないようにするためには、外周面全体に銅箔が密着しなければならない。そのためにはＲの部分と比較してＲ’の部分では（Ｒ’−Ｒ）×πの長さだけ銅箔が伸びなければならない。一般的な搬送張力下での銅箔の伸びは１．０％程度以下であることから（Ｒ’−Ｒ）／Ｒは０．０１以下であることが望ましい。すなわちＲ×０．０１≧（Ｒ’−Ｒ）であることが望ましい。
本発明の巻き取り芯の外径（Ｒ）は、特に限定されるものではないが、典型的には７０〜７００ｍｍ、樹脂製であると例えば８０〜５２０ｍｍである。
【００１３】
［外径差の下限］
（Ｒ’−Ｒ）が小さすぎると巻きシワ抑制効果が得られない。巻きシワを抑制するためには、（Ｒ’−Ｒ）が巻き取ろうとする銅箔コイルの外径の０．１％以上であることが望ましい。なお、巻き取ろうとする銅箔コイルの外径Ｚは、上記式で概算することができる。
上記式中、本発明の巻き取り芯に巻かれる銅箔厚み（Ｔ）は特に限定されるものではないが、典型的には５〜２００μｍ、好ましくは６〜１００、更に好ましくは６〜５０μｍである。５μｍ未満であると箔が切れやすくなる一方、２００μｍを超えると通常の巻き取り芯を使用しても巻き取りシワが発生しにくいため、本発明の効果は確認できない。
本発明の巻き取り芯に巻かれる銅箔長さ（Ｌ）は特に限定されるものではなく、銅箔厚みとの関係で選択されるが、典型的には１００〜３０，０００ｍ、好ましくは５００〜２０，０００ｍである。例えば、厚み９μｍであると、長さ２００〜２０，０００ｍ、厚さ３３μｍであると長さ１００〜５，０００ｍである。短いと生産効率が下がり、長いと銅箔コイルが重く、かつ外径が大きくなるため操作性に劣る。
なお、巻き取り芯は、銅箔を巻き取り、中心の回転軸を抜いた銅箔コイルの形態で使用される。そのため、巻き取り芯は、特定の銅箔厚み、長さを巻き取るための銅箔コイル製品用に設計されており、銅箔コイルの外径は、巻き取り芯の外径Ｒ、巻き取られる銅箔の厚みＴ及び長さＬによって特定される。銅箔コイルの外径が大きくなるに従い、本発明の巻き取り芯の外径差は大きくすることができるが、上記範囲内であるとシワの発生は効果的に抑制できる。銅箔コイルの外径は大きいので、本発明の巻き取り芯の外径差による影響は数値的に無視できるレベルである。
【００１４】
［銅箔の重量］
本発明の巻き取り芯に巻き取られる銅箔の重量（Ｌ×Ｗ×Ｔ×ｄ）は、１，５００ｋｇ〜１５ｋｇ、１，０００ｋｇ〜５０ｋｇの範囲であることが望ましい。但し、目的の銅箔の幅をＷ[ｍ]、密度をｄ[ｋｇ／ｍ3]とする。１，５００ｋｇを超えると巻き取り最終段階でシワが発生しやすく、１５ｋｇ未満であると生産性の観点から好ましくない。
【００１５】
巻き取り芯の最大径の位置：
ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径の位置がウェブの両端部に近いほど、巻きシワ抑制効果が高い。従って、ウェブ幅をＷとしたときウェブ端部からＷ／４以下、好ましくは端部からＷ／１０以下の位置に、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大径部分が存在することが望ましい。ウェブ端部からＷ／４を超える内側に最大径部分が存在する場合、シワが抑制されるウェブ幅は全幅の５０％以下となり、生産性の観点から好ましくない。
【００１６】
本発明の巻き取り芯に巻かれる銅箔ウェブは、どのような銅箔又は銅合金箔でもよく、例えば圧延銅箔、電解銅箔等の銅箔であり、規格品としては例えば、タフピッチ銅箔が挙げられる。
【００１７】
巻き取り芯の中心を貫通している、回転軸を通すための空洞の内径は、装置、芯材料の強度、銅箔厚みや巻き取り数により適宜選択される。
本発明の巻き取り芯で銅箔ウェッブを巻きとった後の、巻き取りコイル外径Ｚは、巻き取り芯の外径Ｒを基準とすると例えば１．１Ｒ〜５Ｒ、好ましくは１．２５Ｒ〜２．５Ｒである。１０Ｒを超えると体積が大きくなり減圧槽内で扱いづらくなる。一方、１．１Ｒより小さいとコイル単重（１個のコイル当たり巻き取られる銅箔重量）が小さくなるため、生産性の観点から好ましくない。
【００１８】
銅箔スパッタリング成膜装置内での本発明の巻き取り芯の使用例を、図３を利用して説明する。
図３は、本発明の巻き取り芯１３を備えた成膜装置２０の模式図である。成膜装置２０は、搬送ロール１１、１２及び巻き取り芯１０、１３と、冷却ドラム２１と、カソード部２２〜２５とを備えている。
巻き取り芯１０は一般的な巻き取り芯であり、長尺状の銅箔３０が巻き付けられており、ここから銅箔３０が所定の張力により送り出される。
搬送ロール１１により銅箔３０は冷却ドラム２１へ搬送される。
【００１９】
冷却ドラム２１、スパッタリングカソード２２〜２５でスパッタ部が構成され、搬送された銅箔３０がスパッタリング成膜処理される。
冷却ドラム２１は、搬送ロール１１から搬送された銅箔３０を受け、搬送しながら、銅箔３０表面がスパッタリングされている間、銅箔３０を冷却する。
【００２０】
スパッタリングカソード２２〜２５は、冷却ドラム２１で搬送される銅箔３０の表面にスパッタリング処理を行い、スパッタリング処理後の銅箔３０は搬送ロール１２により、巻き取り芯１３へ搬送される。
【００２１】
本発明の巻き取り芯１３は、搬送ロール１２から搬送された銅箔３０を受け取り、ロール状に巻き取る。ここで、銅箔厚みの不均一やミスアライメントにより、搬送ロール１２から巻き取り芯１３の間のフリースパンで、銅箔１２に長尺方向に略平行な波板状のくぼみが発生する場合があるが、巻き取り芯１３の外径が中心部から銅箔両端部に向かって大径化しているので、波板状くぼみは巻き取り芯１３上で両端へ向かって働く応力により伸ばされ、巻きシワが発生せずに長時間安定して操業できる。
【００２２】
なお、減圧雰囲気下において、銅箔ウェブハンドリングを長時間安定して操業するためには、搬送ロール、巻き取り芯のミスアライメント、銅箔ウェブの形状、及び、搬送張力を、当業者の通常行う設計事項として適宜調整して、より良好にシワの発生を抑制する。
【００２３】
（搬送張力）
搬送張力の上限は、シワの発生しない搬送張力の最大値であり、ロールミスアライメント、銅箔形状にもよるが、一般に２０ｋｇ／ｍｍ2程度であり、好ましくは１０ｋｇ／ｍｍ2程度である。一方下限は、スリップ、蛇行、巻きずれ等の問題が発生しない最低の張力であるが、一般的には１．５ｋｇ／ｍｍ2程度であり、好ましくは２．５ｋｇ／ｍｍ2程度である。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を提供するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
【００２５】
発明例及び比較例として、巻き取り芯に銅箔ウェブを巻き取り、シワの発生を評価した。下記に銅箔及び巻き取り時の搬送条件を記載する。
（銅箔）
箔種：１Ｃ
厚み：９μｍ、１７μｍ、３３μｍ
幅：６０５ｍｍ
長さ：２００〜２００００ｍ
密度：８９５０ｋｇ／ｍ3
（搬送条件）
張力：９．５ｋｇ／ｍｍ2
ラインスピード：１５ｍ／ｍｉｎ
雰囲気：１．０×１０-4Ｐａまで真空引きしたのちＡｒガスを導入して、巻き取りチャンバー内のＡｒガス圧を０．１０Ｐａとした。
【００２６】
（巻き取り芯）
図１のタイプ（１）に該当する逆クラウン型、図２のタイプ（２）に対応する中央部逆クラウン型の２種類の形状の巻き取り芯を準備した。比較例として、外径差のない従来の円筒型巻き取り芯を使用した。
巻きシワは巻き取り時に長尺方向に発生するので巻き取り試験中に目視確認した。巻き締まりシワは、シワ発生直後の確認は困難であるので、巻き取り完了後、巻き取り開始位置から１０〜１００ｍの距離のウェブにおいて張力をかけない状態で横幅方向のシワが周期的に存在するか目視確認して確認した。
シワの評価は、以下を基準として目視評価した。
巻きシワ○：試験中、巻きシワが発生しなかった。
巻きシワ△：巻き取り長さ１００ｍ以上で巻きシワが発生した。
巻きシワ×：巻き取り長さ１００ｍ未満で巻きシワが発生した。
巻き締まりシワ○：試験中、巻き締まりシワが発生しなかった。
巻き絞まりシワ△：巻き絞まりシワが発生したが、張力をかけた状態では判別できない程度のシワであった。
【００２７】
結果を表１に示す。表中、Ｗは銅箔ウェブの幅（６０５ｍｍ）である。
実施例の巻き取り芯は全て、幅方向中心から両端方向に向かって外径が大径化する中央部を備えているので、巻きシワ及び巻き締まりシワの発生が抑えられた。外径差が好ましい範囲を超えている実施例７及び１２では巻き締まりシワが発生しやすかった。外径差が好ましい範囲の下限未満である実施例３では巻き取り長さ６，０００ｍ前後で巻きシワが発生したが、従来例より巻きシワなく巻き取ることができる銅箔長さは長かった。
タイプ（１）の実施例１６又は実施例６と、タイプ（２）の実施例８〜１１を比較したが、いずれも良好な結果であった。
実施例８は、巻き取り芯の最大外径の位置から，幅方向中心側の範囲では巻きシワは発生しなかったが、巻き取り芯の最大外径の位置から幅方向外側の範囲では巻き取りシワが発生した。
比較例２０〜２３で外径差のない従来の円筒型巻き取り芯を使用すると、厚み９、１７及び３３μｍのいずれの銅箔でも、巻き取り長さ１００ｍ以下で巻きシワが発生した。
【００２８】
【表１】
【符号の説明】
【００２９】
２０ 成膜装置
１１、１２ 搬送ロール
１０、１３ 巻き取り芯
２１ 冷却ドラム
２２〜２５ スパッタリングカソード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧雰囲気下で銅箔ウェブを巻き取るための巻き取り芯であり、幅方向中心から両端方向に向かって外径が大径化する中央部を備えた巻き取り芯。
【請求項２】
巻き取ろうとする銅箔の長さをＬ［ｍ］、厚みをＴ［ｍ］としたとき、巻き取り芯の幅方向中心部の最小外径Ｒと、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径Ｒ’が
Ｒ×０．０１ ≧ （Ｒ’−Ｒ） ≧ Ｚ×０．００１
但し、
【数１】
であることを特徴とする請求項１に記載の巻き取り芯。
【請求項３】
巻き取ろうとする銅箔ウェブの幅をＷとしたとき、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径の位置が、ウェブの端部からＷ／４以内の距離に存在することを特徴とする請求項１又は２に記載の巻き取り芯。
【請求項４】
銅箔ウェブ厚みが５〜２００μｍである請求項１〜３いずれか１項に記載の巻き取り芯。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載の巻き取り芯を使用した巻き取り方法。
【請求項１】
減圧雰囲気下で銅箔ウェブを巻き取るための巻き取り芯であり、幅方向中心から両端方向に向かって外径が大径化する中央部を備えた巻き取り芯。
【請求項２】
巻き取ろうとする銅箔の長さをＬ［ｍ］、厚みをＴ［ｍ］としたとき、巻き取り芯の幅方向中心部の最小外径Ｒと、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径Ｒ’が
Ｒ×０．０１ ≧ （Ｒ’−Ｒ） ≧ Ｚ×０．００１
但し、
【数１】
であることを特徴とする請求項１に記載の巻き取り芯。
【請求項３】
巻き取ろうとする銅箔ウェブの幅をＷとしたとき、ウェブと接する範囲内での巻き取り芯の最大外径の位置が、ウェブの端部からＷ／４以内の距離に存在することを特徴とする請求項１又は２に記載の巻き取り芯。
【請求項４】
銅箔ウェブ厚みが５〜２００μｍである請求項１〜３いずれか１項に記載の巻き取り芯。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載の巻き取り芯を使用した巻き取り方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２１１００３（Ｐ２０１２−２１１００３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７８７８（Ｐ２０１１−７７８７８）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５０２３６２７５８）ＪＸ日鉱日石金属株式会社 (482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５０２３６２７５８）ＪＸ日鉱日石金属株式会社 (482)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]