JP2018522411A - 基板搬送装置 - Google Patents

Abstract

帯状基板１を、反応炉２０を通して搬送するための装置に関し、駆動装置１５、１５’により搬送方向Ｖに変位可能な搬送要素３、３’、４、４’、５、５’、６、６’により基板１が保持される。搬送手段が、基板１に対して時間的に交互に接触する第１の搬送バー３、３’、４、４’と第２の搬送バー５、５’、６、６’とを有し、基板１に接触する搬送バーが搬送方向Ｖの方に移動させられ、基板に接触していない搬送バーは搬送方向Ｖの反対方向Ｒに移動させられる。搬送台１３、１３’、１４、１４’が設けられ、それらは搬送方向Ｖにおける反応炉２０の上流側及び下流側のそれぞれに一対配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、帯状基板を、反応炉を通過させて搬送するための装置に関し、その基板が、駆動装置により搬送方向に変位可能である搬送要素により保持される。

特許文献１は、ワーク片を連続的に炉を通過させて搬送するための装置を記載しており、そのワーク片は、全部で２つのリフトバーのうちのいずれかによる交互のサイクルにて水平に搬送される。

特許文献２は、連続基板の水平搬送のための基板搬送システムを記載しており、レールに沿って案内される基板の縁部に対してロール片が接触する。

特許文献３は、連続基板のための搬送装置を記載しており、基板の縁部が、２つの移動駆動される搬送ベルトの間に挟まれる。

グラフェン又はカーボンナノチューブ又は他のカーボンナノ粒子の堆積は、１０００℃を超えるプロセス温度に基板が加熱されるプロセスチャンバを必要とする。プロセスチャンバ内で堆積プロセスが行われる反応炉において、帯状無端基板の表面がコーティングされる。基板は、反応炉の一端側において第１のロールから引き出され、反応炉の他端側において第２のロールに再び巻き取られる。基板は、金属ストリップとすることができる。プロセス温度ではその強度が低下するので、反応炉のプロセスチャンバ内での基板の搬送中に基板を安定化するために更なる補完手段が必要である。

独国特許出願公開第32 14 999号公報 独国特許出願公開第10 2013 108 056号公報 国際公開第2013/028496号明細書

本発明の目的は、帯状基板のための搬送装置であって、基板に対する機械的負荷を低減させて反応炉を通過させることである。

この目的は、請求の範囲により特定される本発明により実現され、その場合、従属項は、独立項の有益な進展を示すのみでなく、独立した課題解決手段でもある。

この目的は、先ず、実質的に、搬送手段が第１及び第２の搬送バーを有することにより実現される。本発明におけるこれらの搬送バーは、後方及び前方に移動させられる。少なくとも１つの第１の搬送バーが搬送方向に変位する一方、少なくとも１つの第２の搬送バーが搬送方向とは反対の後方移動により戻る変位を行う。制御装置と作動駆動装置が設けられ、それにより、少なくとも１つの前方に変位する搬送バーのみが基板に対して接触する一方、後方変位する搬送バーは基板に対して接触しないように、それらの搬送バーを変位させることができる。
第１の変形形態においては、第１の搬送バーが１つの方向に移動する一方、第２の搬送バーが反対方向に移動するように、搬送バーが移動を駆動される。それらの搬送バーは、それらの移動を同時に反転することができ、移動反転点において、基板に対して接触する搬送バーの各々の間の交替が行われる。その際の駆動は、ステップギアに類似して段階的に行われる。
しかしながら、基板に対する接触の交替が基板の移動中に行われるように、制御装置が搬送バーの変位のための駆動装置及び調整装置を制御することもできる。その際、搬送機能の移行は、時間的に搬送バーの移動反転点の前に行われる。例えば、第１の搬送バーが搬送方向にゆっくりと変位する一方、基板に対して接触していない第２の搬送バーが速やかに後方に変位して戻る。第１の搬送バーがその終端位置に到達する直前に、第２の搬送バーが搬送速度を加速されることによって、第１及び第２の搬送バーが同じ速度で変位する。この平行移動中、２つの搬送バーは、第１の搬送バーから第２の搬送バーへと、基板に対する接触の交替を行う。その際、第２の搬送バーが搬送速度で基板をさらに搬送する一方、第１の搬送バーは、同様の方式で搬送速度より加速されたより速い速度で戻る変位を行う。第２の搬送バーがその終端位置に近づきたとき、再び、全ての搬送バーが搬送方向に搬送速度で変位する１つのフェーズにおいて基板の搬送を引き継ぐ。
搬送バーは、基板の２つの長い縁部に対して接触することが好適である。しかしながら、搬送バーは、例えば基板の中央又は他の位置を支持することもできる。本発明の第１の態様においては、搬送バーの端縁にクランプエッジが形成されており、それはクランプ面により形成され得る。特に、上側及び下側の搬送バーが設けられ、それらは互いに対向するクランプエッジを有する。上側と下側の搬送バーの互いに近づく移動により、クランプエッジが、基板の縁部をクランプした接触位置となることができる。このようにして、基板と搬送手段との間に摩擦結合が形成されることによって、基板に対して接触する搬送手段が基板を搬送方向に搬送する一方、基板に対して接触しない同じく搬送バーである搬送手段は互いに離間しており、搬送方向の反対方向に変位して戻される。
しかしながら、基板を下側のみで支持する搬送バーを設けることもできる。下側からの支持も、基板の縁部同士の間に設けることができる。
好適には、搬送台が設けられ、それにより搬送バーが保持される。搬送台は、固定された支持体に対して水平に変位することができる。このために、制御装置により制御される水平駆動装置が機能する。水平駆動装置は、支持体の固定ギアラックに噛合して搬送台に搭載されたモータにより駆動されるピニオンとすることができる。しかしながら、ギアラックを搬送台に固定接続し、モータ及びピニオンドライブを支持体に設けることもできる。さらに、液圧又は空圧の駆動装置が設けられる。
搬送台は、基板の搬送移動の際にそれぞれ往復運動を行う。特に、反応炉の両側において、基板が反応炉に入る一方の側と、基板が反応炉から出るもう一方の側において、それぞれ２つの搬送台が配置される。第１及び第２の搬送バーの各々が、水平方向においてその両端部をその位置に設けられた搬送台に接続される。好適には、搬送バーが互いに異なる長さを有し、少なくとも１つの第１の搬送バーが少なくとも１つの第２の搬送バーよりも短い。反応炉の一方の側に配置された搬送台同士が互いに近づく移動を行う間、反応炉の他方の側に配置された搬送台同士は互いに離れる移動を行う。その際、基板は、入口側の供給ロールから引き出され、出口側のロールに巻き取られる。
反応炉の内部は、搬送バーのほぼ中央部でもあり、１０００℃を超える温度となる。従って、搬送バーは、特にその中央領域において耐熱性を有する。搬送バーは、クォーツ、セラミック又はステンレス鋼から作製できる。しかしながら搬送バーは、複数の異なる材料から作製することもできる。搬送バーの両端部においては、１００℃より低い温度とされ、好適には５０℃より低い温度とされる。従って、基板の搬送方向でもある搬送バーの延在方向には温度勾配が形成される。
搬送方向において、複数の搬送バー機構が互いに前後に配置されることも有益である。２つの互いに異なる搬送バー機構又は搬送バーの対が、プロセスチャンバの中央において互いに接続されることによって、少なくとも２つの搬送バーからなる基板搬送装置が、基板をプロセスチャンバの中央まで搬送し、そして第２の同様に少なくとも２つの搬送バーを有する基板搬送装置が、基板を中央からさらにプロセスチャンバを通過させて搬送することさえ可能である。さらに、第１及び第２の搬送バーの各々が同じ長さであるように設けることもできる。

本発明の第２の態様は、反応炉を通して帯状基板を搬送するための装置に関し、駆動装置により搬送方向に変位可能な搬送要素により基板が保持され、その場合、搬送手段が、時間的に交互に基板に対して接触する第１の搬送バーと第２の搬送バーとを有し、その場合、基板に接触する搬送バーが搬送方向に、そして基板に接触しない搬送バーが搬送方向とは反対の後方に変位させられる。搬送バーを搬送方向に変位させるために、搬送方向における反応炉の前後にそれぞれ配置された搬送台が対の態様であることが重要である。

本発明の実施形態の例は、以下に示す添付の図面を参照して説明される。

図１は、搬送コンベヤ装置の概略側面を示しており、それを用いて帯状のフレキシブルな基板１が、第１のロール１６から引き出され、反応炉２０のプロセスチャンバを通して搬送され、そして第２のロール１７に巻き取られる。その場合の１つの変位局面が図示されており、第１の搬送バー機構１３、１３’、３、４が後方Ｒに変位すると共に、第２の搬送バー機構１４、１４’、５、１４’が前方Ｖに変位するように駆動され、その場合、搬送バー５、６が基板１を２つのクランプ面１１、１２の間に挟み保持している。 図２は、ラインＩＩ−ＩＩにおける断面図であり、搬送方向Ｖにおいて第２の搬送バー機構の搬送台１４の後方に位置する部品が隠れている。 図３は、図１におけるラインＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図であり、搬送方向Ｖにおいて第１の搬送バー機構の搬送台１３の後方に位置する部品が隠れている。 図４は、図１と同様の図であるが、別の動作状態にあり、第１の搬送バー機構１３、３、４がクランプ面９、１０により基板１に接触して搬送方向に変位させられると共に、第２の搬送バー機構１４、５、６は基板１に接触せず後方Ｒに変位させられている。 図５は、図４のラインＶ−Ｖにおける断面図であり、ここでも搬送方向Ｖにおいて搬送台１４の後方に配置された部品が隠れている。 図６は、図４のラインＶＩ−ＶＩにおける断面図であり、ここでも搬送方向において搬送台１３の後方に配置された装置部品が隠れている。 図７は、第１の搬送バー機構１３、３、４及び第２の搬送バー機構１４、５、６の第１の移動反転点における図１及び図４と同様の図である。 図８は、図７と同様の図であるが、２つの搬送バー機構の第２の移動反転点における図である。 図９は、基板１の一定の移動駆動中におけるｗ１からｗ６までの移動と交替時点を例示するための行程−時間グラフである。 図１０は、第２の実施例による、２つの搬送バー機構３、４、１３と５、６、１４を有する基板搬送装置の平面図である。

各図には、ＣＶＤ反応炉２０と組み合わせた搬送装置が、概略的にのみ示されている。従来技術及び関連する文献に記載の通り、カーボンナノ粒子、グラフェン、カーボンナノチューブ等の堆積のための反応炉２０がある。特に、ガス状の開始物質が反応炉２０のプロセスチャンバに導入される。反応炉２０のプロセスチャンバを通過するように、特に金属製の無端基板１が搬送される。基板又は反応炉２０のプロセスチャンバは、１０００℃を超えるプロセス温度に加熱される。その温度においてナノ粒子が基板１の表面に堆積する。基板の幅は、約３００ミリメートルとすることができる。このように細い基板は、互いに反対向きの縁部のみを支持される必要がある。ここでは、中間領域における支持は不要であるが、可能でもある。

第１の搬送バー機構１３、３、４及び第２の搬送バー機構１４、５、６が設けられ、それらは、第１のロール１６から引き出された基板１を反応炉２０のプロセスチャンバを通過させて搬送するために、時間的に交互にクランプ面９、９’、１０、１０’又はクランプ面１１、１１’、１２、１２’が基板１の縁部２、２’を把持する。それに続いて、基板１は第２のロール１７に再び巻き取られる。その場合、基板１は搬送方向Ｖの方に搬送される。

第１の搬送バー機構は、第１の搬送台１３を有し、それは、ゲート状フレームを有し、その上に鉛直駆動装置７、７’が固定されている（図３参照）。鉛直駆動装置７、７’は、搬送台１３のゲート開口を通して搬送される基板１の縁部の近傍に配置されている。鉛直駆動装置７、７’を用いて、基板１の縁部２、２’の各々に配置された上側の搬送バー３、３’が上昇変位及び下降変位させられると共に、下側の搬送バー４、４’が上昇変位及び下降変位させられる。第１の搬送バー３、３’、４、４’は、内側の搬送バーを構成している。それらは、図３に示した離間位置から図６に示したクランプ位置に変化することができる。クランプ位置において、基板１の縁部２、２’はそれぞれ、上側の搬送バー３、３’のクランプ面９、９’と下側の搬送バー４、４’のクランプ面１０、１０’との間に位置する。

反応炉２０の入口側及び反応炉２０の出口側に、それぞれ搬送台１３、１３’があり、各々が第１の搬送バー３、３’、４、４’の端部を保持している。２つの第１の搬送台１３、１３’は、水平駆動装置１５を用いて、固定された支持体１８に対して水平方向に変位することができる。本発明によれば、後方及び前方への変位が行われる。

第２の搬送バー機構１４、５、６が設けられる。これらの搬送バー機構もまた、２つの搬送台１４、１４’を有し、搬送台１４が反応炉２０の基板入口側に配置され、搬送台１４’が反応炉２０の基板出口側に配置されている。第１の搬送バー機構と同様に、第２の搬送バー機構も全部で４つの搬送バー５、５’、６，６’を有し、これらの搬送バーは外側の搬送バーであり、同様に基板の縁部２、２’を把持することができる。その端部において第２の搬送台１４、１４’にそれぞれ固定された第２の搬送バー５、５’、６、６’は、第１の搬送バー３、３’、４，４’よりも長い。第２の搬送台１４、１４’は、第２の搬送バー機構を往復駆動するために水平駆動装置１５’を有する。

ゲート状の第２の搬送台１４、１４’は、第２の鉛直駆動装置８を搭載し、それを用いて第２の搬送バー５、５’、６、６’を、基板１の縁部２に対する図２に示したクランプ位置から図５に示した離間位置まで変位させることができる。このために、上側の搬送バー５、５’は上方に、下側の搬送バー６、６’は下方に変位させられる。そのとき、上側の搬送バー５、５’の上側のクランプ面１１、１１’が、下側の搬送バー６、６’の下側のクランプ面１２、１２’から離れる。

鉛直駆動装置８、８’、７、７’は、ラックピニオン駆動装置、スピンドル駆動装置、液圧又は空圧ピストンシリンダ駆動装置とすることができる。水平駆動装置１５、１５’は、ギアラック駆動装置とすることができ、その場合例えばピニオンが固定ギアラックに噛合する。水平駆動装置は、トルク制限サーボモータを用いることができる。鉛直変位は、回転可能な偏心アームにより行うことができる。

この装置は、ステップ方式で動作することができる。この方式では、２つの搬送バー機構がそれぞれ反対方向に変位し、その場合、クランプする搬送バー機構が、基板１を搬送する搬送方向Ｖの方に変位する。このために、クランプ面１１，１１’、１２、１２’が、それらの間に基板１の縁部２、２’をクランプする。これに対し、後方Ｒの方に変位する搬送バー機構は、クランプ面９、９’、１０、１０’を有し、それらは基板１の縁部２、２’から離間している。その際、２つの搬送バー機構は、図７及び図８に示す、同時に到達する移動反転点の間で変位する。

しかしながら、基板１を、一定の連続的な変位により搬送することも可能である。これに関連する変位グラフを図９に示す。２つの搬送バー機構Ｉ、ＩＩの変位距離Ｓを時間ｔに対して示している。

ｗ１〜ｗ６は、各搬送バー機構の機能が、基板搬送機構としての機能又は再配置機構としての機能に交替する時点を示している。ｗ１の間、基板１のクランプ状況は、第１の搬送バー機構のクランプ要素から解放され、そして第２の搬送バー機構のクランプ要素がクランプ位置となることによって、第２の搬送バー機構が基板１の搬送を引き継ぐ。その後、第１の搬送バー機構は速やかな動作で後退し、ｗ２で基板の搬送を引き継ぐ。ｗ３において、再び、第１の搬送バー機構から第２の搬送バー機構への搬送の交替が行われる。ｗ４、ｗ５、ｗ６において、同様の交替が行われる。図９は、クランプ位置を交替する時点ｗ１〜ｗ６において２つの搬送バー機構Ｉ、ＩＩの速度が同じであることを示している。

図１０は、基板搬送装置の平面図を示す。搬送コンベア装置は、外側の搬送バー５、６及び５’、６’を有し、それらはその長手方向の端部の各々にて搬送台１４、１４’に固定されている。搬送台１４、１４’は、搬送バー５、５’、６、６’を上述したように鉛直方向に変位させるための鉛直駆動装置８、８’を有する。ここでもまた、搬送台１４、１４’は、ゲート状物体である。

２つの内側に位置する搬送バー３、４及び３’、４’は、外側の搬送バー５、６、５’、６’よりも長い。それらはその長手方向の端部をそれぞれ搬送台１３、１３’に固定されている。搬送台１３、１３’もまたゲート状物体である。その変位の際、搬送台１３が搬送台１４に接触した状態、又は、搬送台１３’が搬送台１４’に接触した状態となるまで変位させることができる。鉛直駆動装置７、７’又は８、８’は、よってゲート形状の搬送台１３、１３’、１４、１４’の鉛直シャフト上における互いに反対向きの側に配置されている。

上述した説明は、本願に包含される本発明を全体として説明するためのものであり、少なくとも以下の特徴の組合せにより、また独立して従来技術をさらに進展させるものである

搬送手段が、時間的に交互に基板１に対して接触する第１の搬送バー３、３’、４、４’及び第２の搬送バー５、５’、６、６’を有し、基板１に対して接触する搬送バーの各々が搬送方向Ｖに変位させられると共に、基板１に対して接触しない搬送バーの各々が搬送方向Ｖとは反対の後方Ｒに変位させられることを特徴とする装置。

搬送方向Ｖにおいて反応炉２０の前及び後の各々に一対配置された搬送台１３、１３’、１４、１４’を特徴とする装置。

１つの変位フェーズの間、反往路２０の一方の側に配置された搬送台１３、１４が互いに近づくように変位すると共に、反往路２０の他方の側に配置された搬送台１３’、１４’が互いに離れるように変位するように搬送台１３、１３’、１４、１４’が配置されかつ搬送バー３、３’〜６、６’と互いに接続されており、第１の搬送バー３、３’、４、４’が第２の搬送バー５、５’、６、５’よりも短いことを特徴とする装置。

搬送バー３、３’、４、４’、５、５’、６、６’が、特に、２つのクランプエッジの間に基板１の縁部２、２’を保持するために、クランプエッジ９、９’、１０、１０’、１１、１１’、１２、１２’、１３、１３’を有することを特徴とする装置。

搬送バーが、下側の搬送バー４、４’、６、６’及び上側の搬送バー３、３’、５、５’を有し、前記基板１が、搬送方向Ｖに変位する前記搬送バーの各々における上側と下側の搬送バーの２つのクランプ面９、９’、１０、１０’、１１、１１’、１２、１２’の間の中間層にて保持されることを特徴とする装置。

搬送バー３、３’、４、４’、５、５’、６、６’が、鉛直駆動装置７、７’、８、８’を用いて、前記基板１の面法線と交差する方向において、前記基板１に対する接触位置から前記基板１に対する離間位置に移動可能であることを特徴とする装置。

搬送台１３、１３’、１４、１４’の水平移動のための水平駆動装置１５、１５’と、搬送バー３、３’、４、４’、５、５’、６、６’における基板１に対する接触位置と基板１に対する離間位置との間の移動のための鉛直駆動装置７、７’、８、８’とを有し、搬送バーの変位が搬送台の移動反転点において行われるか、又は、全ての搬送台１３、１３’、１４、１４’の搬送方向Ｖへの移動中に行われるように、これらの駆動装置１５、１５’；７、７’、８、８’が制御されることを特徴とする装置。

反応炉２０がＣＶＤ反応炉であることを特徴とする装置。

反応炉２０によりカーボンナノ粒子、グラフェン又はカーボンナノチューブが、基板１上に、特に１０００℃を超える温度にて堆積されることを特徴とする装置。

開示された全ての特徴（それ自体もまた互いの組合せにおいても）本発明の本質である。本願の開示には、関係する優先権書類（先願の複写）もまたその全体が、それらの書類の特徴を本願の請求の範囲に組み込む目的も含め、ここに包含される。従属項はその構成により特徴付けられ、従来技術に対する独立した進歩性ある改良であり、特にこれらの請求項に基づく分割出願を行うためである。

１ 基板
２、２’ 縁部
３、３’、４、４’、５、５’、６、６’ 搬送バー
７、７’、８、８’ 鉛直駆動装置
９、９’、１０、１０’、１１、１１’、１２、１２’ クランプ面
１３、１３’、１４、１４’ 搬送台
１５、１５’ 水平駆動装置
１６、１７ ロール
１８、１９ 支持部
２０ 反応炉
Ｒ 後方
Ｖ 搬送方向

Claims (9)

1. 反応炉（２０）を通して帯状の基板（１）を搬送するための装置であって、前記基板（１）が、駆動装置（１５、１５’）により搬送方向（Ｖ）に変位可能である搬送手段（３、３’、４、４’、５、５’、６、６’）により保持され、前記搬送手段が、時間的に交互に前記基板（１）に対して接触する第１の搬送バー（３、３’、４、４’）と第２の搬送バー（５、５’、６、６’）とを有し、前記基板（１）に対して接触する搬送バーの各々が搬送方向（Ｖ）に変位すると共に、前記基板（１）に対して接触しない搬送バーの各々が搬送方向（Ｖ）と反対の後方（Ｒ）に変位する装置において、
   前記搬送バー（３、３’、４、４’、５、５’、６、６’）が、クランプエッジ（９、９’、１０、１０’、１１、１１’、１２、１２’）を有し、それにより前記基板（１）の縁部（２、２’）を２つの前記クランプエッジの間で保持することを特徴とする装置。
2. 搬送方向（Ｖ）において前記反応炉（２０）の前及び後の各々に一対配置された搬送台（１３、１３’、１４、１４’）を特徴とする請求項１に記載の装置。
3. １つの変位フェーズの間、前記反往路（２０）の一方の側に配置された搬送台（１３、１４）が互いに近づくように変位すると共に、前記反往路（２０）の他方の側に配置された搬送台（１３’、１４’）が互いに離れるように変位するように前記搬送台（１３、１３’、１４、１４’）が配置されかつ前記搬送バー（３、３’、４、４’、５、５’、６、６’）と互いに接続されており、
   前記第１の搬送バー（３、３’、４、４’）が前記第２の搬送バー（５、５’、６、５’）よりも短いことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記搬送バーが、下側の搬送バー（４、４’、６、６’）及び上側の搬送バー（３、３’、５、５’）を有し、
   前記基板（１）が、搬送方向（Ｖ）に変位する前記搬送バーの各々における上側と下側の搬送バーの２つのクランプ面（９、９’、１０、１０’、１１、１１’、１２、１２’）の間の中間層にて保持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
5. 前記搬送バー（３、３’、４、４’、５、５’、６、６’）が、鉛直駆動装置（７、７’、８、８’）を用いて、前記基板（１）の面法線と交差する方向において、前記基板（１）に対する接触位置から前記基板（１）に対する離間位置に移動可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
6. 前記搬送台（１３、１３’、１４、１４’）の水平移動のための水平駆動装置（１５、１５’）と、前記搬送バー（３、３’、４、４’、５、５’、６、６’）における前記基板（１）に対する接触位置と前記基板（１）に対する離間位置との間の移動のための鉛直駆動装置（７、７’、８、８’）とを有し、前記搬送バーの変位が前記搬送台の移動反転点において行われるか、又は、全ての搬送台（１３、１３’、１４、１４’）の搬送方向（Ｖ）への移動中に行われるように、前記駆動装置（１５、１５’；７、７’、８、８’）が制御されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 前記反応炉（２０）がＣＶＤ反応炉であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 前記反応炉（２０）によりカーボンナノ粒子、グラフェン又はカーボンナノチューブが、前記基板（１）上に、特に１０００℃を超える温度にて堆積されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の特徴の１又は複数を特徴とする装置。

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