JP2010215371A - 帯状可撓性基板搬送システムおよびそれに用いる搬送位置制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
小スペースで設置可能であり、かつ表面汚染の可能性を低減することができる、可撓性基板の搬送中における搬送位置の調整装置を提供する。
【解決手段】
帯状可撓性基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、基板を長手方向に沿って搬送する手段と、基板の搬送位置を調節する小型ロールとを含む帯状可撓性基板搬送システムであって、小型ロールが、基板の面の少なくとも上方または下方の一方の端部に接触し、基板に対する押込み量を変化させて、基板の搬送位置を調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加撓性基板の蛇行（位置ズレ）を効果的に修正する帯状可撓性基板搬送システムおよびそれに用いる搬送位置制御装置に関するものである。

半導体薄膜などの薄膜積層体基板には、通常、高剛性の基板が用いられている。しかしながら、例えば太陽電池等に使用される光電変換素子の基板には、軽量で取り扱いが容易であるといった利便性や、大量生産によるコスト低減のため、樹脂などの可撓性基板も用いられている。
このような可撓性基板を用いて薄膜積層体を製造する装置には主にロールツーロール方式のものとステッピング方式のものとがある。ロールツーロール方式は、成膜室を連続的に移動していく可撓性基板上に連続的に成膜していく方式であり、ステッピングロール方式の成膜は、成膜室内で可撓性基板をいったん停止させて成膜した後、成膜の終わった可撓性基板部分をその成膜質から次の成膜室へ送り出す方式である。

このような成膜装置では、可撓性基板の幅方向を水平方向に保持して、基板を水平方向に搬送して成膜する方法と、可撓性基板の幅方向を鉛直方向に保持して、基板を水平方向に搬送して成膜する方法がある。しかしながら、どちらの方法においても所定の搬送路から変位する基板の幅方向へのずれ、いわゆる蛇行の現象を生じやすい。さらに後者の方法では前者に比べ、基板表面が汚染されにくいなどの利点があるが、成膜室の増加などによる搬送距離の増加は重力や基板の伸びにより表面に皺が発生したり、下方へ垂れ下ったりする問題を有している。これらの問題を解決するために可撓性基板の搬送路にズレが生じたときにこれを直ちに検出して、ズレに対応した措置をとる必要がある。この制御装置として、特許文献１および２のように基板側縁位置制御装置（ＥＰＣ装置）が用いられている。

このＥＰＣ装置は、一般に基板側縁位置制御センサ（ＥＰＣセンサ）と、基板巻き出し装置もしくは巻取り装置または蛇行修正ローラと、前記基板巻き出し装置を移動させる駆動装置（ＥＰＣ駆動装置）とから構成されている。
しかし、ＥＰＣ駆動装置や蛇行修正ローラはＥＰＣセンサからの距離が離れると蛇行の修正結果がＥＰＣセンサへ反映するのに時間がかかり過大な修正となってしまう。また、ＥＰＣ駆動装置や蛇行修正ロールは広い設置スペースが必要である。蛇行修正ロールにおいては製品表面全面に接触することから異物などによる表面汚染などが懸念される。

特開平３−６１２４８号 特開平５−１３９５８９号

本発明は、上記問題点に鑑み、小スペースで設置が可能で、かつ表面汚染の可能性を低減することができる基板の搬送位置制御装置およびそれを有する基板搬送装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、帯状可撓性基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記基板を長手方向に沿って搬送する手段と、前記基板の搬送位置を調節する小型ロールとを含む帯状可撓性基板搬送システムであって、前記小型ロールが、前記基板の面の少なくとも上方または下方の一方の端部に接触し、前記基板に対する押込み量を変化させることで前記基板の搬送位置を調節することを特徴とする。

また、本発明の帯状可撓性基板搬送システムは、前記小型ロールの前方もしくは後方にガイドロールが設置されており、前記ガイドロールから前記小型ロールまでの距離が１０〜５０ｃｍであることを特徴とする。
また、本発明の帯状可撓性基板搬送システムは、前記小型ロールは、ロールの軸が前記基板に対して平行を維持し、水平方向に移動して、前記基板に対する押し込み量が変化することを特徴とする。

また、本発明の別の態様によれば、帯状可撓性基板搬送システムにおける前記基板の搬送位置を制御する装置であって、前記装置は、前記基板の面の少なくとも上方または下方の一方の端部に接触し、前記基板に対する押込み量を変化させて、前記基板の搬送位置を調節する小型ロールを備えることを特徴とする。

本発明の搬送位置制御装置によれば、小スペースで容易に設置することができ、かつ、可撓性基板の搬送中の表面汚染を低減することができる。

本発明の搬送位置制御装置を示す概略的な正面図である。 本発明の搬送位置制御装置を有する帯状可撓性基板搬送システムを示す概略的な平面図である。 本発明の搬送位置制御装置の一実施例を示す概略的な正面図である。 小型ロール押込み量とフィルム側端部の変位量との関係を示すグラフである。 小型ロール押し込みに対するフィルム側端部の変位量の応答速度を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の搬送位置制御装置を示す概略的な正面図である。図１に示すように、本発明の搬送位置制御装置は、搬送されている可撓性基板１を支持するガイドローラ４と、可撓性基板１の側端の位置を検出する変位センサ５と、可撓性基板１の蛇行による搬送位置のズレを調節する小型ロール２、３と、搬送位置調節後の可撓性基板１を支持するガイドロール６とが設けられている。

変位センサ５は、ガイドローラ４の後ろに設けられており、基板１の側端部の蛇行を検出する。具体的には、光電管、超音波式、レーザーなどの非接触式、または圧力センサなどの接触式のセンサなどにより検出する。また、変位センサ５により検出した情報は制御手段（図示省略）に送られる。

小型ロール２、３は、蛇行位置の制御を必要とする箇所付近のガイドロールの前方または後方に設けられており、変位センサで検出した基板１の蛇行情報を基に、蛇行を調節する。また、小型ロールは、成膜後の基板１を巻取る巻取コアの前方に設置することもできる。ガイドロールと小型ロールとの設置間隔および小型ロールの押し込み量は、蛇行調整への応答性に大きく影響する。ガイドロールと小型ロールとの間隔が短く、押し込み量が多いほど可撓性基板搬送位置変位量は大きくなる。しかしながら、間隔が短く、押し込み量が大きすぎるとガイドロール上で皺が発生する原因となる。従って、例えば幅が１００ｃｍの帯状可撓性基板１を搬送する際には、ガイドロールから小型ロールまでの間隔は１０〜５０ｃｍの位置に設置されていることが望ましい。小型ロールの径は、例えば幅が１００ｃｍの帯状可撓性基板１を搬送する際に、３ｃｍ〜１０ｃｍが好ましく、小型ロールの幅は、５ｃｍ〜１０ｃｍが好ましい。また、小型ロールは、可撓性基板１の搬送方向（すなわち水平方向）と同様に水平方向に回転することが好ましいが、基板１に小型ロールのエッジ部による傷が発生しない程度に、例えば水平方向に対して±０．５°〜２．０°の角度を有していてもよい。小型ロールの表面材質はシリコンゴムなど弾性を有する材質が好ましい。

小型ロールは、その押し込み量を変化させることができるような構造を有する。また、小型ロールは、前後のガイドロール間を可撓性基板が搬送する位置から直角かつ水平方向に小型ロールを押し込むことができる構造を有する。例えば、小型ロールがリニアガイドウエイなどによって可動するようにすることが好ましい。

ガイドローラ４、６は、搬送する帯状可撓性基板１を支持するガイドローラ３は、帯状可撓性基板１の幅全体を支持するように十分な長さを有する。

制御手段（図示省略）は、変位センサからの情報を受け取り、小型ロールの押込み量を算出し、小型ロールの押込み量を変化させるように指示を出す。なお、制御手段は、搬送システムの制御系に組み込んでも良いし、この制御系とは独立して小型ロールと変位センサのみを制御するものでも良い。

以上の構成によれば、変位センサ５により、搬送される基板１の側端部のズレを検出する。検出された情報を基に、小型ロール２、３は、基板１へと押込み量を調節しながら押圧され、基板１の蛇行位置を修正する。蛇行位置の調整方法としては、変位センサ５により検出された位置が、可撓性基板１位置の正常時より上方へ移動していた場合には、上側の小型ロール３により可撓性基板１の端部を押し圧する。一方、可撓性基板１位置が正常より下方へ移動していた場合には、下側の小型ロール２により可撓性基板１の端部を押圧する。帯状可撓性基板１の位置を補正する量は、小型ロールの押し込み量が多いほど、移動量は大きくなる。また、ガイドロールと小型ロールとの間隔が短いほど、帯状可撓性基板１位置の移動量は大きくなる。

次に、本発明の搬送位置制御装置を有する基板搬送システムについて詳細に説明する。図２は、本発明の搬送位置制御装置を有する帯状可撓性基板搬送装置を示す概略的な平面図である。図２に示すように、本発明の帯状可撓性基板搬送装置は、可撓性基板１を送り出す巻出部１０と、帯状可撓性基板１を巻出部１０から成膜部へ搬送する巻出側駆動部２０と、可撓性基板１に薄膜を形成する成膜部３０と、帯状可撓性基板１の搬送位置（蛇行）を制御する搬送位置制御部４０と、帯状可撓性基板１を成膜部３０から巻取部へと搬送する巻取側駆動部５０と、薄膜積層体が形成された帯状可撓性基板１を巻き取る巻取部６０とから主に構成されている。なお、帯状可撓性基板１は、その幅方向が鉛直方向を向きながら、水平方向へと搬送される。

巻出部１０には、帯状可撓性基板１がロール状に巻かれた原反から、帯状可撓性基板１を送り出す巻出コア（図示省略）と、巻出コアから送り出された帯状可撓性基板１の張力を検出する張力検出ローラ（図示省略）と、補助ローラ（図示省略）が設けられている。これら巻出コア、補助ローラ、および張力検出ローラは、軸方向が鉛直方向になるようにそれぞれ設置されている。なお、以下に説明する各ローラも、特に言及しない限り、軸方向が鉛直方向になるように設置されている。

巻出駆動部２０には、帯状可撓性基板１を巻出部１０から成膜部３０へと搬送するために回転駆動する巻出側フィルム駆動ローラ（図示省略）と、この駆動時の帯状可撓性基板１の張力を検出する張力検出ローラ（図示省略）と、帯状可撓性基板１の進行方向を９０度変えて成膜部３０へと送る補助ローラ（図示省略）が設けられている。

成膜部３０には、帯状可撓性基板１の表面上に順次、薄膜を積層するための成膜室（図示省略）が配列されている。また、これらの成膜室の入口手前側に、それぞれ、帯状可撓性基板１を挟む一対のグリップローラ３１が設けられている。また、グリップローラ３１は、帯状可撓性基板１の鉛直方向上側の端部と、下側の端部の両方に配置される。

上側の端部に接触するグリップローラ３１はローラ回転方向を、帯状可撓性基板１の搬送方向（すなわち水平方向）に対して上方に傾けて設置されている。このように、上側のグリップローラ３１の回転方向と、帯状可撓性基板１の搬送方向との間に０．１〜６°の角度をつけることで、帯状可撓性基板１が水平方向に搬送される際に、基板１を情報に持ち上げる力が発生し、基板１の鉛直方向における位置を精度高く維持することができる。角度が大きい程、基板１を持ち上げる力は高くなるが、角度が６°を超えるか、またはローラ自身の静止摩擦力を超えると、基板１を持ち上げる力はほとんど向上しなくなる。

下側のグリップローラ３１は、ローラの回転方向を、帯状可撓性基板１の搬送方向（すなわち水平方向）に対して下方に傾けて設置されている。このように、下側のグリップローラの回転方向と、帯状可撓性基板１の搬送方向との間に角度をつけることで、帯状可撓性基板１が水平方向に搬送される際に、基板１の表面に皺が発生するのをより防ぐことができる。下側グリップローラの角度は０．１〜６°が好ましい。上側グリップローラの角度と、下側グリップローラの角度は、同じであっても良いし、異なっていても良い。グリップローラは、基板との接触面がシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム、ＰＴＦＥやポリイミド等の合成樹脂で作られていることが好ましい。また、ステンレスや鉄にクロムめっきを施した素材であっても所定の性能が得られる。

搬送位置制御部４０には、上述した本発明の搬送位置制御装置が設けられており、搬送位置制御部４０は、小型ロール２、３と、ガイドロールと４、６と、変位センサ５とにより構成されている。また、変位センサ５は、巻出側駆動部２０の出口、成膜部３０の中間地点、巻取部６０内の巻取コア前方に設けることもできる。このように、数カ所に変位センサを設置することで、搬送位置を事前に検知することでさらに応答性のよい位置調整が可能となる。

巻取側駆動部５０には、帯状可撓性基板１を成膜部３０から巻取部６０へと搬送するために回転駆動する巻取側フィルム駆動ローラ（図示省略）と、この駆動時の帯状可撓性基板１の張力を制御するための張力検出ローラ（図示省略）と、成膜部３０から帯状可撓性基板１を受け取る補助ローラ（図示省略）が設けられている。

巻取部６０には、薄膜積層体が形成された帯状可撓性基板１をロール状に巻き取る巻取コア（図示省略）と、巻取り時の帯状可撓性基板１の張力を検出する張力検出ローラ（図示省略）と、補助ローラ（図示省略）が設けられている。

以上の構成によれば、先ず、巻出側および巻取り側の駆動部２０、５０によって、帯状可撓性基板１を、巻出コアから巻取コアへの方向へ搬送する。成膜部へ搬送された帯状可撓性基板１上には、薄膜が形成される。帯状可撓性基板１は、成膜部の長い距離を移動させるため、重力や基板の伸びによる下方への垂れ下り、基板の幅方向への蛇行を生じるが、グリップローラ３１によりこれらを防ぐことができる。また、グリップローラ３１は、上側端部とした側端部の両端部を挟むことから基板表面に皺が発生するのを防ぐこともできる。

このようなグリップロール３１を用いた場合であっても、搬送中の帯状可撓性基板の側端部の位置は、多少の蛇行が生じる。この基板１の側端部の蛇行を変位センサ５が検出し、小型ローラへと伝える。小型ローラは、ガイドロールの前方または後方の一定距離間に設けられており、帯状可撓性基板１のズレの大きさに依存して押込み量が制御される。制御された押込み量により小型ローラを帯状可撓性基板１へ押圧し、基板１の蛇行位置を調節する。

なお、本発明の帯可撓性基板搬送装置は、基板を連続して搬送し成膜するロールツーロール方式に限らず、基板の搬送と停止を繰り返し成膜するステッピングロール方式等、広く適用することができる。

（実施例１：押込み量の変化に対する蛇行調節の測定試験）
図２に示す搬送実験装置により、ステッピングロール搬送方式における可撓性基板の搬送位置制御を実施した。本実施例において使用した装置は幅方向を鉛直方向へ向けて搬送する装置である。可撓性基板には幅１００ｃｍ、厚さ０．０５ｍｍのポリイミドフィルムを使用した。グリップローラは、シリコンゴム製のものを用いた。変位センサは、巻出部、成膜部の直線ライン中央部、ガイドロール部、巻取部の４点に設置した。搬送位置制御部は巻出部から直線ラインの終焉部のガイドロール手前に図３のような構成とした。図３に示すように、搬送位置制御部は、小型ロール３をガイドロール手前３０ｃｍの位置でフィルム下側端部に設置した。小型ロールのロール径は、１５ｃｍ、ロール幅は５ｃｍで、搬送方向に対して鉛直方向に押圧した。小型ロールの表面材質は、シリコンゴムを用いた。押し込み量は、０、１０、２０、３０ｍｍとしてそれぞれの押し込み時の、フィルム端部の変位量をガイドロール後方の変位センサにより検知し効果を検証した。搬送方式は、ステップ搬送し、１回あたりの搬送距離１．６２ｍを５回を１バッチとして３バッチ分の搬送を実施した。その結果を図４に示す。

図４に示すように、小型ロールの押込み量増加に伴い、フィルムの位置が上昇した。図４に示すように、小型ロールの押込み量を変化させることにより、フィルム端部の変位量を調節することができる。

（実施例２：蛇行調節の応答速度測定試験）
次に、連続で小型ロールの押し込み量を変化させた場合のフィルム位置の応答性について検証した。使用する搬送装置および動作は、実施例１と同様にした。その結果を図５に示す。搬送中における押込み量０ｍｍから押込み量２０ｍｍへの小型ロールの押込み量の変化により、即座にフィルム側端部の変位量が変化した。このように、本発明の搬送位置制御装置は、蛇行修正への応答性が優れていることがわかる。

１ 可撓性基板
２ 小型ロール（上側）
３ 小型ロール（下側）
４ ガイドロール
５ 変位センサ
６ ガイドロール
１０ 巻出部
２０ 巻出部側駆動部
３０ 成膜部
３１ グリップロール
４０ 搬送位置制御部
５０ 巻取部側駆動部
６０ 巻取部

Claims (4)

1. 帯状可撓性基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記基板を長手方向に沿って搬送する手段と、前記基板の搬送位置を調節する小型ロールとを含む帯状可撓性基板搬送システムであって、前記小型ロールが、前記基板の面の少なくとも上方または下方の一方の端部に接触し、前記基板に対する押込み量を変化させて、前記基板の搬送位置を調節する帯状可撓性基板搬送システム。
2. 前記小型ロールの前方もしくは後方にガイドロールが設置されており、前記ガイドロールから前記小型ロールまでの距離が１０〜５０ｃｍである請求項１の帯状可撓性基板搬送システム。
3. 前記小型ロールは、ロールの軸が前記基板に対して平行を維持し、水平方向に移動して、前記基板に対する押し込み量が変化する請求項１または２に記載の帯状可撓性基板搬送システム。
4. 帯状可撓性基板搬送システムにおける前記基板の搬送位置を制御する装置であって、前記装置は、前記基板の面の少なくとも上方または下方の一方の端部に接触し、前記基板に対する押込み量を変化させて、前記基板の搬送位置を調節する小型ロールを備えた搬送位置制御装置。

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