JP2010084175A - 製膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステッピングロール方式またはロールツーロール方式において、可撓性基板上に製膜後、巻き取りローラに巻き取られるまでの間に発生するシワを抑制する製膜装置を提供する。
【解決手段】可撓性基板１０１を巻き出す巻き出しローラと、巻き出しローラから巻き出された可撓性基板１０１上に製膜を行う製膜室と、製膜後の可撓性基板１０１を巻き取る巻き取りローラからなる製膜装置であって、前記製膜室にて製膜された可撓性基板１０１を冷却する冷却ローラ１０３を備え、前記冷却ローラは、前記可撓性基板１０１の幅方向に対し傾斜して配置されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻き出しローラから巻き出された可撓性基板の表面に製膜を行い、巻取りローラに巻き取られる製膜装置に関し、特にステッピングロール方式、ロールツーロール方式の製膜装置に関する。

ステッピングロール方式やロールツーロール方式の製膜装置では、巻き出しローラから巻き出された可撓性基板は、真空中でスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法などにより製膜され、巻き取りローラに巻き取られるようになっている。このような製膜装置は、生産性に優れている点から、太陽電池などの分野で広く用いられている。
しかしながら、上記製膜装置では、製膜時に加熱された可撓性基板が、高温状態のまま巻き取りローラに巻き取られると、その後の温度低下に伴う収縮によって応力がかかり、太陽電池の性能低下などの問題が発生する。

そこで、製膜装置の製膜室と巻き取りローラ間の距離を長く取る構成とすることにより、その搬送中に可撓性基板を冷却することが考えられる。しかし、真空中で製膜を行い搬送する製膜装置では、熱の移動は放射だけであり、放射冷却では熱の移動量が少なく、搬送距離を長くする必要があり、装置が大型化してしまうという欠点がる。
また、製膜後、可撓性基板を冷却ローラに接触させることによって温度を低下させ、冷却された状態で巻き取りローラに巻き取る方法もある（特許文献１）が、可撓性基板が急激に冷却されるため、シワが発生する。
特開平８−１１６０７７号公報

図３、図４に基づいて、従来の製膜装置を説明する。
図３は、従来の製膜装置の概略を示す正面図、図４は、図３におけるフィルム基板に発生するシワの状態を示す概略図である。
図３において、３０１は、フィルム基板（可撓性基板）、３０２は、搬送ローラ、３０２ａは、搬送ローラ３０２の軸線、３０３は、冷却ローラ、３０３ａは、冷却ローラ３０３の軸線である。

フィルム基板３０１は、搬送ローラ３０２にて冷却ロール３０３の方向に搬送され、冷却ローラ３０３により冷却されるようになっている。搬送ローラ３０２の軸線３０２ａと冷却ローラ３０３の軸線３０３ａの向きは、鉛直方向すなわちフィルム基板３０１の幅方向に対して平行な方向である。搬送ローラ３０２と冷却ローラ３０３の間には、図示しないスパッタリング等の製膜を行う製膜室が備えられており、フィルム基板３０１はこの製膜室内で加熱・製膜され、高温状態まま冷却ローラ３０３と接触して、冷却されるようになっている。

図４において、（ａ）は、正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はフィルム基板３０１の断面図（（ａ）のI−I断面）、（ｄ）はフィルム基板３０１の断面図（（ａ）のII−II断面）であり、３０６は、冷却ローラ３０３と接触する前のフィルム基板３０１のシワ、３０８は、シワ３０６の山部、３０９は、シワ３０６の谷部、３１０は、冷却ローラ３０３によって冷却された後のシワ、３１３は、シワ３１０の山部、Ｌ３は、フィルム基板３０１と冷却ローラ３０３が接触し始める接触ライン、Ｌ４は、フィルム基板３０１と冷却ローラ３０３が離脱し始める離脱ラインである。

製膜後高温状態のフィルム基板３０１は、冷却ローラ３０３に接触し、その下流側に設けられた巻き取りローラに巻き取られるようになっている。フィルム基板３０１が、冷却ローラ３０３と接触する間、すなわち接触ラインＬ３と、離脱ラインＬ４との間で、熱伝導により熱量が冷却ローラ３０３に移動し、フィルム基板３０３の温度が低下するとともに、フィルム基板３０１が幅方向に収縮する。その結果、接触ラインＬ３から上流側（搬送ローラ３０２の方向）に向かって、シワ３０６が発生する。すなわち、接触ラインＬ３近傍では、図４（ｃ）に示すように、フィルム基板３０１に山部３０８と谷部３０９からなるシワ３０６が形成されることとなる。

シワ３１０の谷部３０９は、冷却ローラ３０３と最初に接触し、温度が低下して収縮するが、山部３０８は、冷却ローラ３０３への接触が遅れることになり、接触しない場合には冷却ローラ３０３を通過後にもシワ３１０として残る。この場合、離脱ラインＬ４を通過した後のフィルム基板３０１には、図４（ｄ）に示すように、フィルム基板３０１には、シワ３１０の山部３１３が残ることになる。このようなシワ３１０が形成されると、そのまま巻き取りローラに巻き取られて、最終製品である太陽電池を製造したときに、性能を低下させるとともに、概観上も好ましくない。

本願発明は、ステッピングロール方式またはロールツーロール方式の製膜装置において、製膜後巻き取りローラに巻き取られるまでの間に発生するシワを抑制することを目的とするものである。

本発明は、上記従来の製膜装置が有する課題を解決するためになされたものであり、巻可撓性基板を巻き出す巻き出しローラと、巻き出しローラから巻き出された可撓性基板上に製膜を行う製膜室と、製膜後の可撓性基板を巻き取る巻き取りローラからなる製膜装置において、製膜室にて製膜された可撓性基板を冷却する冷却ローラを備え、冷却ローラは、前記可撓性基板の幅方向に対し傾斜して配置されたことを特徴とする。

また、冷却ローラの可撓性基板の幅方向に対する傾斜角度は、５度乃至１０度の範囲であることを特徴とする。
また、可撓性基板を巻き出す巻き出しローラと、巻き出しローラから巻き出された可撓性基板上に製膜を行う製膜室と、製膜後の可撓性基板を巻き取る巻き取りローラからなる製膜装置において、製膜室にて製膜された可撓性基板を冷却する冷却ローラを備え、冷却ローラは、可撓性基板の幅方向に対し傾斜自在に支持されたことを特徴とする。

さらに、可撓性基板は、幅方向が鉛直方向を向くように搬送されることを特徴とする。

本発明によれば、可撓性基板を巻き出す巻き出しローラと、巻き出しローラから巻き出された可撓性基板上に製膜を行う製膜室と、製膜後の可撓性基板を巻き取る巻き取りローラからなる製膜装置において、可撓性基板を冷却する冷却ローラを備え、冷却ローラは、可撓性基板の幅方向に対し傾斜して配置される構成としたので、製膜後の可撓性基板を搬送する過程で冷却されることによって発生するシワを抑制することができる。

また、可撓性基板を巻き出す巻き出しローラと、巻き出しローラから巻き出された可撓性基板上に製膜を行う製膜室と、製膜後の可撓性基板を巻き取る巻き取りローラからなる製膜装置において、可撓性基板を冷却する冷却ローラを備え、冷却ローラは、可撓性基板の幅方向に対し傾斜自在に支持される構成としたので、冷却ローラの可撓性基板に対する傾斜角度を適宜変更することが可能となり、可撓性基板の材質、幅方向の長さ、冷却直前の温度等に応じて、より効果的にシワの発生を抑制することができる。

本発明による製膜装置の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による製膜装置の概略を示す正面図、図２は、図１におけるフィルム基板の収縮の様子を示す概略図である。
図１において、１０１は、高分子材料からなるフィルム基板、１０２は、フィルム基板１０１を上流側から下流側に向けて搬送するための搬送ローラ、１０２ａは、搬送ローラ１０２の軸線、１０３は、フィルム基板１０２を冷却する冷却ローラ、１０３ａは、冷却ローラ１０３の軸線である。フィルム基板１０２は、その両端部が図示しない巻き出しローラと巻き取りローラに固定されており、巻き出しローラから巻き出されたフィルム基板１０１は、搬送ローラ１０２にて下流方向（紙面に向かって左から右の方向）に向けて搬送され、搬送ローラ１０２と、冷却ローラ１０３との間に備えられた製膜室（図示せず）でプラズマＣＶＤ法によって、表面上に製膜が行われる。表面上に製膜がなされたフィルム基板１０１は、冷却ローラ１０３を介して巻き取りローラに巻き取られるようになっている。

ここで、フィルム基板１０１は、幅が５００ｍｍ、長さ５００ｍあり、鉛直に立てられた巻き出しローラから、同じく鉛直に立てられた巻き取りローラまで、その幅方向が鉛直方向を向く姿勢で搬送されるようになっている。また、搬送ローラ１０２は、その軸線１０２ａの向きが、フィルム基板１０１の幅方向に対して平行になるように配置されており、冷却ローラ１０３の軸線１０３ａの向きは、フィルム基板１０１の幅方向（鉛直方向）に対して角度αだけ傾けて配置されている。

図２は、図1における可撓性基板の収縮の様子を示す概略図である。図２において、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図であり、ＬＷは、フィルム基板１０１の幅方向を示す幅方向ライン、Ｌ１は、フィルム基板１０１と冷却ローラ１０３が接触し始める接触ライン、Ｌ２は、フィルム基板１０１と冷却ローラ１０３が離脱し始める離脱ラインである。製膜室で３００℃近くにまで加熱されプラズマＣＶＤ法により製膜されたフィルム基板１０１は、下流方向に搬送されて高温状態を維持しながらラインＬ１で冷却ローラ１０３に接触して冷却された後、さらにラインＬ２で冷却ローラ１０３と離れて搬送され、巻き取りローラに巻き取られる。フィルム基板１０１が、冷却ローラ１０３と接触する間（接触ラインＬ１と離脱ラインＬ２の間）に、熱伝導により熱量が移動し、フィルム基板１０１の温度が低下するとともに、接触点１０５で矢印１４１の方向に収縮する。

このとき、フィルム基板１０１について、幅方向ラインＬＷ上でみると、フィルム基板１０１は、最初の接触点１３１付近で冷却ローラ１０３と接触して収縮し、フィルム基板１０１は、わずかに接触点１３１の方向に矢印１４１の方向に移動する。さらに、フィルム基板１０１が搬送されると、フィルム基板１０１と冷却ローラ１０３との接触部分は順次接触点１３２，１３３のように下方に移動し、それに伴ってフィルム基板１０１の幅方向全体の収縮が徐々に進み、冷却ローラ１０３と接触ラインＬ１で接触し始めて、離脱ラインＬ２で離脱するまでの間にフィルム基板１０１の冷却がなされ、巻き取りローラに巻き取られる。ここに、冷却ローラ１０３の軸線１０３ａは、フィルム基板１０１の幅方向に対して角度αだけ反時計周り方向に傾けて配置されているため、フィルム基板１０１が冷却ローラ１０３と接触して冷却される間に、下流方向に対して斜め上方に力がかかるが、フィルム基板１０１の幅方向の収縮により、フィルム基板１０１の上端部は一定の高さを保ちながら下流方向に搬送される。このようにして巻き取られた製膜済のフィルム基板１０１は、シワの発生がなく、良好な光電変換効率を達成することができた。

なお、フィルム基板１０１の幅方向と冷却ローラの軸線１０３ａのなす角度αは、冷却ローラ１０３に接触する前のフィルム基板１０１の温度、フィルム基板（可撓性基板）１０１の材質、幅方向の長さなどにより適宜変更させるべきものであるが、概ね５度乃至１０度の範囲でシワの発生を有効に防止できることを確認した。
本発明は、上記実施の形態に限られるものではない。

すなわち、本実施の形態では、本実施の形態では、冷却ローラ１０３の軸線１０３ａの向きは、一定にされているが、任意の角度に調整自在とすることによって、より効果的にシワの発生を抑制することができる。
また、本実施の形態では、冷却ローラは、可撓性基板を下流側に向かって上方に持ち上げることによって、シワの発生を防止しているが、可撓性基板を下流側に向かって下方に下げるように力を加えてもよい。

さらに、本実施の形態では、製膜室と、巻き取りローラとの間に冷却ローラを設けているが、複数の製膜室を有する製膜装置では、各製膜室間に冷却ローラを設ける構造であってもよい。例えば、高温で製膜した後で、比較的低温で製膜する場合、高温製膜室と低温製膜室との間に冷却ローラを備えた製膜装置であってもよい。

本願発明による製膜装置の概略を示す正面図である。 図1におけるフィルム基板の収縮の様子を示す概略図である。 従来の製膜装置の概略を示す正面側面図である。 図３におけるフィルム基板に発生するシワの状態を示す概略図である。

符号の説明

１０１ フィルム基板（可撓性基板）
１０２ 搬送ローラ
１０２ａ 搬送ローラ１０２の軸線
１０３ 冷却ローラ
１０３ａ 冷却ローラ１０３の軸線
１３１、１３２、１３３ 接触点
１４１ 矢印
ＬＷ 幅方向ライン
Ｌ１ 接触ライン
Ｌ２ 離脱ライン
α フィルム基板１０１の幅方向と冷却ローラの軸線１０３ａのなす角度

Claims (4)

1. 可撓性基板を巻き出す巻き出しローラと、巻き出しローラから巻き出された可撓性基板上に製膜を行う製膜室と、製膜後の可撓性基板を巻き取る巻き取りローラからなる製膜装置であって、
   前記製膜室にて製膜された可撓性基板を冷却する冷却ローラを備え、
   前記冷却ローラは、前記可撓性基板の幅方向に対し傾斜して配置されたことを特徴とする製膜装置。
2. 前記冷却ローラの可撓性基板の幅方向に対する傾斜角度は、５度乃至１０度の範囲であることを特徴とする請求項１記載の製膜装置。
3. 可撓性基板を巻き出す巻き出しローラと、巻き出しローラから巻き出された可撓性基板上に製膜を行う製膜室と、製膜後の可撓性基板を巻き取る巻き取りローラからなる製膜装置であって、
   前記製膜室にて製膜された可撓性基板を冷却する冷却ローラを備え、
   前記冷却ローラは、前記可撓性基板の幅方向に対し傾斜自在に支持されたことを特徴とする製膜装置。
4. 前記可撓性基板は、幅方向が鉛直方向を向くように搬送されることを特徴とする請求項1乃至３のいずれかに記載の製膜装置。

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