特開 2023-72730 冷却ロールおよび冷却ロールの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023072730

(43)【公開日】2023-05-25

(54)【発明の名称】冷却ロールおよび冷却ロールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/56 20060101AFI20230518BHJP

   F16C 13/00 20060101ALI20230518BHJP

【ＦＩ】

C23C14/56 D

F16C13/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021185339

(22)【出願日】2021-11-15

(71)【出願人】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001704

【氏名又は名称】弁理士法人山内特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浅川 吉幸

【テーマコード（参考）】

3J103

4K029

【Ｆターム（参考）】

3J103AA02

3J103AA14

3J103AA24

3J103AA33

3J103AA35

3J103AA47

3J103AA69

3J103AA80

3J103AA81

3J103AA85

3J103BA13

3J103CA03

3J103CA62

3J103CA78

3J103EA05

3J103EA11

3J103FA01

3J103GA02

3J103GA52

3J103HA04

3J103HA05

3J103HA15

3J103HA19

3J103HA33

3J103HA37

3J103HA52

4K029AA11

4K029AA25

4K029BA07

4K029BA08

4K029BA12

4K029BA25

4K029BB02

4K029BC03

4K029BD02

4K029CA05

4K029DA04

4K029DC03

4K029DC04

4K029JA10

4K029KA03

(57)【要約】

【課題】インナドラムとアウタパイプとの間の熱伝達を改善した冷却ロールを提供する。
【解決手段】冷却ロールＡＡは、内部に冷媒循環路１２を有するインナドラム１０と、インナドラム１０の外周に焼き嵌めされたアウタパイプ２０と、インナドラム１０の外周面とアウタパイプ３０の内周面との間に設けられた伝熱シート３０とを有する。インナドラム１０の外周面およびアウタパイプ３０の内周面の凹凸に沿って伝熱シート３０が変形することで、インナドラム１０とアウタパイプ２０との間の隙間がなくなり、熱が伝わりやすくなる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に冷媒循環路を有するインナドラムと、
前記インナドラムの外周に焼き嵌めされたアウタパイプと、
前記インナドラムの外周面と前記アウタパイプの内周面との間に設けられた伝熱シートと、を備える
ことを特徴とする冷却ロール。

【請求項2】

前記伝熱シートは、銅、アルミニウム、銀または金で形成された金属箔、または炭素繊維シートである
ことを特徴とする請求項１記載の冷却ロール。

【請求項3】

前記伝熱シートの厚さは１～３０μｍである
ことを特徴とする請求項１または２記載の冷却ロール。

【請求項4】

前記インナドラムと前記アウタパイプとの間に設けられたガス導入路と、
前記アウタパイプに形成され前記ガス導入路に通じるガス放出孔と、を備える
ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の冷却ロール。

【請求項5】

内部に冷媒循環路を有するインナドラムの外周面を伝熱シートで覆う被覆工程と、
前記インナドラムの外周にアウタパイプを焼き嵌める焼き嵌め工程と、を備える
ことを特徴とする冷却ロールの製造方法。

【請求項6】

前記伝熱シートは、銅、アルミニウム、銀または金で形成された金属箔、または炭素繊維シートである
ことを特徴とする請求項５記載の冷却ロールの製造方法。

【請求項7】

前記伝熱シートの厚さは１～３０μｍである
ことを特徴とする請求項５または６記載の冷却ロールの製造方法。

【請求項8】

前記被覆工程の前に、前記インナドラムの外周面にガス導入路用の溝を形成する溝形成工程と、
前記焼き嵌め工程の後に、前記アウタパイプに前記ガス導入路に通じるガス放出孔を形成する孔形成工程と、を備える
ことを特徴とする請求項５～７のいずれかに記載の冷却ロールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却ロールおよび冷却ロールの製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、スパッタリング装置のキャンロールなどとして用いられる冷却ロール、およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、焼き嵌め法によるキャンロールの製造方法が開示されている。具体的には、まず、インナドラムと、内径がインナドラムの外径よりも若干小さいアウタパイプとを準備する。アウタパイプを加熱して熱膨張させた状態で、その内部にインナドラムを挿入する。アウタパイプの温度が低下して収縮すると、インナドラムとアウタパイプとが強固に結合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２０３１７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

焼き嵌め法による結合後はインナドラムの外周面とアウタパイプの内周面とが接触することになる。これらの表面が粗いとインナドラムとアウタパイプとが密着せず、それらの間で熱が伝わりにくくなる。これによりキャンロールの冷却能力が低下する。

【0005】

本発明は上記事情に鑑み、インナドラムとアウタパイプとの間の熱伝達を改善した冷却ロール、およびその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の冷却ロールは、内部に冷媒循環路を有するインナドラムと、前記インナドラムの外周に焼き嵌めされたアウタパイプと、前記インナドラムの外周面と前記アウタパイプの内周面との間に設けられた伝熱シートと、を備えることを特徴とする。
本発明の冷却ロールの製造方法は、内部に冷媒循環路を有するインナドラムの外周面を伝熱シートで覆う被覆工程と、前記インナドラムの外周にアウタパイプを焼き嵌める焼き嵌め工程と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、インナドラムの外周面およびアウタパイプの内周面の凹凸に沿って伝熱シートが変形することで、インナドラムとアウタパイプとの間の隙間がなくなり、熱が伝わりやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る冷却ロールの縦断面図である。

【図2】図（Ａ）は、一態様に係るインナドラム、伝熱シートおよびアウタパイプの分解斜視図である。図（Ｂ）は、他の態様に係るインナドラム、伝熱シートおよびアウタパイプの分解斜視図である。

【図3】インナドラム、伝熱シートおよびアウタパイプの接触部位の模式図である。

【図4】冷却ロールの製造手順を示す説明図である。

【図5】第２実施形態に係る冷却ロールの縦断面図である。

【図6】スパッタリング装置の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る冷却ロールは、種々の処理装置に組み込むことができる。冷却ロールは、特に、長尺帯状の処理対象物をロールツーロールで搬送しつつ処理を施す装置に好適に用いられる。冷却ロールは、例えば、成膜装置、プラズマ処理装置、イオンビーム処理装置などに用いられる。成膜装置として、蒸着装置、スパッタリング装置などがある。また、蒸着装置として、電子ビーム蒸着装置、抵抗加熱蒸着装置、高周波誘導加熱蒸着装置などがある。

【0010】

例えば、スパッタリング装置ＳＰは図６に示す構成を有している。図６に示すスパッタリング装置ＳＰは、ロールツーロールにより長尺帯状の被成膜品Ｆ１を搬送しつつ、スパッタリングにより被成膜品Ｆ１に成膜して成膜品Ｆ２を連続的に製造する装置である。

【0011】

スパッタリング装置ＳＰは真空チャンバー９０を有する。真空チャンバー９０の内部には、巻出部９１と、巻取部９３とが配置されている。巻出部９１は被成膜品Ｆ１をロール状に巻回した被成膜品ロールから被成膜品Ｆ１を巻き出す。巻取部９３は成膜品Ｆ２を巻き取って成膜品ロールを形成する。

【0012】

被成膜品Ｆ１は巻出部９１から巻取部９３に向かって搬送される。真空チャンバー９０の内部には、被成膜品Ｆ１の搬送経路を画定する各種のロールが設けられている。この種のロールとして、フリーロール、張力センサロール、フィードロールなどが挙げられる。被成膜品Ｆ１はこれらのロールに巻きつけられて搬送される。また、被成膜品Ｆ１の搬送経路にはキャンロール９２が配置されている。

【0013】

キャンロール９２の外周面に対向する位置には、被成膜品Ｆ１の搬送経路に沿って複数のスパッタリングカソード９４～９７が設けられている。各スパッタリングカソード９４～９７には、キャンロール９２の外周面に対向する面にターゲットが取り付けられている。ターゲットから叩き出されたスパッタ粒子が被成膜品Ｆ１の表面上に堆積することで成膜が行なわれる。

【0014】

キャンロール９２はスパッタリング処理により熱せられる被成膜品Ｆ１を冷却する機能を有する。本実施形態の冷却ロールは、例えば、このキャンロール９２として用いられる。

【0015】

スパッタリング装置ＳＰの用途は特に限定されないが、例えば、銅張積層板の製造に用いられる。この場合、被成膜品Ｆ１として樹脂フィルムなどのベースフィルムを用いる。最も上流のスパッタリングカソード９４にニッケルクロム合金のターゲットを取り付け、下流のスパッタリングカソード９５～９７に銅のターゲットを取り付ける。スパッタリング処理を行なうと、ベースフィルムの表面にニッケルクロム合金層および銅層が積層される。必要に応じて湿式めっき法により銅層を厚膜化する。これにより銅張積層板が得られる。銅張積層板はフレキシブルプリント配線板の製造に用いられる。

【0016】

（冷却ロール）
つぎに、本実施形態の冷却ロールＡＡの構成を説明する。
図１に示すように、冷却ロールＡＡは、内部空間を有する円柱状のインナドラム１０と、インナドラム１０の外周に焼き嵌めされた円筒状のアウタパイプ２０とを有する。インナドラム１０およびアウタパイプ２０は金属製である。インナドラム１０およびアウタパイプ２０の素材として、例えば、ステンレス鋼を用いることができる。また、インナドラム１０をアルミニウム製とし、アウタパイプ２０をステンレス製とするなど、これらを異種金属で構成してもよい。

【0017】

インナドラム１０の両端部には回転軸１１が設けられている。また、インナドラム１０の内部には冷媒循環路１２が設けられている。冷媒循環路１２は冷却ロールＡＡの外部に設けられた冷媒冷却装置（図示せず）に接続されている。冷媒冷却装置で冷却された冷媒を冷媒循環路１２に循環させることで、冷却ロールＡＡを冷却できる。冷媒として、例えば、冷却水などを用いることができる。

【0018】

インナドラム１０とアウタパイプ２０との間には、冷却ロールＡＡの軸方向に沿ったガス導入路４１が円周方向に所定間隔で複数設けられている。アウタパイプ２０には内周面と外周面とを連通する多数のガス放出孔４２が形成されている。ガス放出孔４２は一端がガス導入路４１に通じ、他端がアウタパイプ２０の外周面に開口している。ガス導入路４１はロータリージョイント４３を介してガス供給源（図示せず）に接続されている。ガス供給源から供給されたガスはガス導入路４１を通り、ガス放出孔４２から放出される。

【0019】

処理対象物は冷却ロールＡＡの外周面（アウタパイプ２０の外周面）に巻き付けられて搬送される。冷却ロールＡＡの外周面には細かな凹凸が存在するため、処理対象物との間に隙間が生じる。この隙間の存在により処理対象物の熱が冷却ロールＡＡに伝わりにくくなる。冷却ロールＡＡの外周面と処理対象物との間の隙間にガスを導入することで、これらの間の熱伝達を改善できる。

【0020】

インナドラム１０とアウタパイプ２０とは焼き嵌め法により結合されている。すなわち、組み立て前の状態においては、アウタパイプ２０の内径はインナドラム１０の外径よりも若干小さく設定されている。アウタパイプ２０を加熱して熱膨張させた状態で、その内部にインナドラム１０を挿入する。アウタパイプ２０の温度が低下して収縮すると、インナドラム１０とアウタパイプ２０とが強固に結合される。

【0021】

焼き嵌め法により結合された状態では、インナドラム１０の外周面とアウタパイプ２０の内周面とが接触する。これらの表面が粗いとインナドラム１０とアウタパイプ２０とが密着せず、それらの間で熱が伝わりにくくなる。これにより冷却ロールＡＡの冷却能力が低下する。

【0022】

そこで、本実施形態の冷却ロールＡＡは、図２（Ａ）に示すように、インナドラム１０の外周面とアウタパイプ２０の内周面との間に伝熱シート３０が設けられている。伝熱シート３０はインナドラム１０の外周面の全体を覆うように設けられてる。伝熱シート３０で覆われたインナドラム１０の外周にアウタパイプ２０を焼き嵌めする。そうすれば、インナドラム１０の外周面とアウタパイプ２０の内周面との間に伝熱シート３０が挿入された状態となる。

【0023】

インナドラム１０の外周面にはガス導入路４１用の溝が複数形成されている。隣り合う溝の間の短冊状の面１３がアウタパイプ２０の内周面と係合する。インナドラム１０とアウタパイプ２０との間の熱伝達は、面１３とアウタパイプ２０の内周面との密着具合に影響される。したがって、伝熱シート３０は、少なくとも、面１３とアウタパイプ２０の内周面との間に挿入されていればよい。図２（Ａ）に示すように、伝熱シート３０はガス導入路４１用の溝を跨いでインナドラム１０の外周面の全体を覆えばよい。これに代えて、図２（Ｂ）に示すように、伝熱シート３０は面１３のみを覆う複数の短冊状部材から構成されてもよい。

【0024】

図３に示すように、インナドラム１０の外周面１０Ｓおよびアウタパイプ２０の内周面２０Ｓには切削などに起因する細かな凹凸がある。これらの間に伝熱シート３０を挿入すると、インナドラム１０の外周面１０Ｓおよびアウタパイプ２０の内周面２０Ｓの凹凸に沿って伝熱シート３０が変形する。そうすると、インナドラム１０と伝熱シート３０とが密着するとともに、伝熱シート３０とアウタパイプ２０とが密着する。これにより、インナドラム１０とアウタパイプ２０との間の隙間がなくなり、熱が伝わりやすくなる。その結果、冷却ロールＡＡの冷却能力が高くなる。

【0025】

冷却ロールＡＡの冷却能力が高くなることから、処理対象物を効率よく冷却できる。例えば、スパッタリング装置ＳＰでは、被成膜品Ｆ１の到達温度を低くできる。そのため、被成膜品Ｆ１として熱変形しやすいフィルムを用いても、フィルムの変形を抑制できる。

【0026】

なお、図３は、インナドラム１０、伝熱シート３０およびアウタパイプ２０の接触部位を模式的に示したものである。インナドラム１０、伝熱シート３０およびアウタパイプ２０の間には不可避的に隙間が生じることがある。インナドラム１０とアウタパイプ２０との間の隙間が伝熱シート３０を挿入することにより少なくなればよい。すなわち、これらの間の隙間が厳密な意味で完全になくならなくてもよい。

【0027】

伝熱シート３０は、熱伝導率が高く、また、インナドラム１０の外周面およびアウタパイプ２０の内周面に存在する細かな凹凸に追従して変形するシートであればよい。伝熱シート３０として金属箔が好適に用いられる。金属箔の素材としては、熱伝導率が高い、銅、アルミニウム、銀、金などが好ましい。また、伝熱シート３０として炭素繊維シートを用いることもできる。

【0028】

伝熱シート３０はインナドラム１０の外周面およびアウタパイプ２０の内周面に存在する細かな凹凸を吸収できる厚さがあればよい。伝熱シート３０はインナドラム１０の外周面およびアウタパイプ２０の内周面の表面粗さ（最大高さＲｚ）よりも厚ければよい。例えば、鏡面仕上げの表面粗さは最大高さＲｚが０．０５～０．８μｍである。この場合、伝熱シート３０の厚さは１μｍ以上であればよい。また、微鏡面仕上げの表面粗さは最大高さＲｚが１．６～６．３μｍ、並仕上げの表面粗さは最大高さＲｚが１２．５～２５μｍである。したがって、伝熱シート３０の厚さは３０μｍあれば充分である。すなわち、伝熱シート３０の厚さは１～３０μｍが好ましい。また、伝熱シート３０として金属箔を用いる場合、入手のしやすさから、厚さ９～２０μｍがより好ましい。

【0029】

（冷却ロールの製造方法）
つぎに、図４に基づき、本実施形態の冷却ロールＡＡの製造方法を説明する。
（１）溝形成工程
まず、インナドラム１０の外周面に溝切り加工を行ない、ガス導入路４１用の溝を形成する。

【0030】

（２）被覆工程
つぎに、インナドラム１０の外周面を伝熱シート３０で覆う。ここで、伝熱シート３０はインナドラム１０の外周面の全体を覆ってもよいし（図２（Ａ）参照）、ガス導入路４１用の溝の間の面のみに設けてもよい（図２（Ｂ）参照）。伝熱シート３０として金属箔を用いる場合には、インナドラム１０の外周面に金属箔を巻き付けた後、金属箔をゴムハンマーで叩けば、インナドラム１０の外周面に金属箔を貼り付けることができる。粘着テープなどを用いて伝熱シート３０をインナドラム１０に貼り付けてもよい。

【0031】

（３）焼き嵌め工程
つぎに、インナドラム１０の外周にアウタパイプ２０を焼き嵌める。アウタパイプ２０の内径はインナドラム１０の外径よりも若干小さく設定されている。アウタパイプ２０をバーナー、電気炉などで加熱して熱膨張させる。必要に応じてインナドラム１０を冷却して収縮させてもよい。その状態で、アウタパイプ２０の内部にインナドラム１０を挿入する。アウタパイプ２０の温度が低下して収縮すると、インナドラム１０とアウタパイプ２０とが強固に結合される。

【0032】

（４）孔形成工程
つぎに、アウタパイプ２０にガス導入路４１に通じるガス放出孔４２を形成する。ガス放出孔４２は伝熱シート３０を貫通するよう形成される。ガス放出孔４２はマイクロドリル、レーザドリルなどを用いて形成できる。

【0033】

なお、必要に応じて、アウタパイプ２０の外周面を研磨してもよい。アウタパイプ２０の外周面に傷付き防止のためのコーティングを施してもよい。また、インナドラム１０の端部に側板を取り付けてもよい。

【0034】

〔第２実施形態〕
つぎに、本発明の第２実施形態に係る冷却ロールＢＢを説明する。
図５に示すように、本実施形態の冷却ロールＢＢは、第１実施形態の冷却ロールＡＡにおいてガス導入路４１およびガス放出孔４２を有さない構成である。このように、ガスを放出する構成はなくてもよい。その余の構成は第１実施形態と同様であるので、同一部材に同一符号を付して説明を省略する。

【0035】

冷却ロールＢＢはガス導入路４１およびガス放出孔４２を有さないため、その製造には溝形成工程および孔形成工程が不要である。インナドラム１０の外周面を伝熱シート３０で覆い（被覆工程）、インナドラム１０の外周にアウタパイプ２０を焼き嵌めればよい（焼き嵌め工程）。

【実施例0036】

つぎに、実施例を説明する。
（共通の条件）
図１に示す構成の冷却ロールを作成した。つまり、冷却ロールはガス導入路およびガス放出孔を有する。インナドラムおよびアウタパイプはステンレス製（ＳＵＳ３０４）である。インナドラムの外径は３９０ｍｍである。アウタパイプの板厚は５ｍｍである。

【0037】

冷却ロールの外周面の温度を測定するため、冷却ロールの中央部に５０ｍｍ幅の黒色ポリイミドテープを１周分貼り付けた。温度測定は、冷却ロールに熱流を加えて５分後に、黒色ポリイミドテープの表面温度を放射温度計で測定することにより行なった。

【0038】

（実施例１）
インナドラムとアウタパイプとの間に伝熱シートとして厚さ１２μｍの銅箔を挿入した。インナドラムの内部の冷媒循環路に水温５℃の冷却水を循環させた状態で、冷却ロールの外部から１０Ｗ／ｍ^２の熱流を加えた。その結果、冷却ロールの外周面の表面温度は１７．５℃であった。

【0039】

（実施例２）
インナドラムとアウタパイプとの間に伝熱シートとして厚さ３０μｍのアルミニウム箔を挿入した。インナドラムの内部の冷媒循環路に水温５℃の冷却水を循環させた状態で、冷却ロールの外部から１０Ｗ／ｍ^２の熱流を加えた。その結果、冷却ロールの外周面の表面温度は１８．６℃であった。

【0040】

（比較例１）
インナドラムとアウタパイプとの間に伝熱シートを挿入しなかった。インナドラムの内部の冷媒循環路に水温５℃の冷却水を循環させた状態で、冷却ロールの外部から１０Ｗ／ｍ^２の熱流を加えた。その結果、冷却ロールの外周面の表面温度は２２．５℃であった。

【0041】

以上より、インナドラムとアウタパイプとの間に伝熱シートを挿入すれば、冷却ロールの冷却能力が高くなることが確認された。

【符号の説明】

【0042】

ＡＡ、ＢＢ 冷却ロール
１０ インナドラム
１１ 回転軸
１２ 冷媒循環路
２０ アウタパイプ
３０ 伝熱シート
４１ ガス導入路
４２ ガス放出孔
４３ ロータリージョイント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】