JP6130499B2 - 連続的なリールツーリール装置 - Google Patents

Description

本開示は、材料巻出しリールから材料巻取リールへ連続的に基材を移送するための、連続的なリールツーリール装置と、少なくとも２つのこのような構成を含むシステムと、基材を少なくとも１つの処理ゾーンに移送する方法と、基材の処理方法と、に関する。

連続的なリールツーリール装置では、狭長基材が、1つのリールから別のリールへと移送される。このような装置は、例えば、紙加工やラベル印刷など、様々な分野で使用され得る。リールツーリール装置はまた、連続的な可撓性基材上にコーティング又は薄膜を形成するためにも使用さる。例えば、光起電力セルの製造、電子機器産業の様々な構成要素のコーティング、及び装飾などの目的のために使用され得る。

電気メッキ、ＣＶＤ（化学的気相堆積）、又はＰＶＤ（物理気相堆積）などの、様々なコーティング方法が、そのようなリールツーリールコーティング装置において使用され得る。

上記の全ての用途では、高品質の再現可能なコーティング層を連続した基材上に生成することにおいて信頼できるコーティング装置が不可欠である。リールツーリール装置を通して基材が移送されるとき、及びコーティングされた基材を材料リール上に巻き取る間に、コーティングされた表面の傷又は損傷を防ぐこともまた重要である。

米国特許第４，７６３，６０１号には、金属又はプラスチックスのトライプ材など、連続的なストライプ材をコーティングするための連続的なコーティング装置が開示されている。コーティングは、ストライプ材の一方の面のみに適用され、コーティングされた表面は、装置のガイドローラと接触しない。したがって、コーティングされた表面が傷つく危険性は低い。この開示に係る装置は、ストライプ材の供給／取込み装置の対を含み、ストライプ材を巻き出し、ストライプ材を少なくとも２つのコーティングゾーンに伸張した状態で供給し、ストライプ材を取り込み、巻き取ることができる。少なくとも２つのコーティングゾーンは、上記のストライプ材の供給装置とストライプ材の取込み装置との間で、ストライプ材が移動する方向に順に配置された、イオンメッキコーティングゾーン、スパッタコーティングゾーン、及びプラズマＣＶＤコーティングゾーンのうちの少なくとも２つである。隣接するコーティングゾーンの間、及び供給／取込み装置と隣接するコーティングゾーンとの間には、ストライプ材を通し、コーティングゾーン内の真空を維持するように適合されたスリットを有する隔壁が存在する。隔壁は、ストライプ材に張力を与えるガイドローラの対をスリットの上縁部付近に有し、ストライプ材の経路を下方に向かって僅かに凸状にすることにより、ストライプ材をスリットの上縁及び下縁から遠ざける。

米国特許第４，７６３，６０１号に開示される連続的なコーティング装置の使用は、望ましい傷のないコーティング表面を生じ得るが、装置を通じて移送する間、及びストライプ材の巻出し／巻取り中に、連続的なストライプ材を塑性変形させる危険性がある。加えて、ストライプ材の取込み装置において、ストライプ材の様々な層が互いに摺動することにより、連続したストライプ材が摩耗を受ける危険性がある。

米国特許第４，７６３，６０１号明細書

本開示は、全体として連続的な基材を移送するために改善された連続的なリールツーリール装置を提供することを目的とする。具体的には、基材の移送中、及びその巻出し／巻取り中に、基材を塑性的に変形させる危険性が低く、基材を摩耗させる危険性が低い連続的なリールツーリール装置を提示することを目的とする。

本発明は添付の独立請求項により定義される。従属請求項、添付された図面、及び以下の記載において実施形態が説明される。

第１の態様により、材料巻出しリールから材料巻取リールへと連続的な基材を移送するための連続的なリールツーリール装置が提示され、基材が少なくとも１つの処理ゾーンを通じて駆動されるように構成される。この構成は、材料巻出しリールから巻き出されるときに、少なくとも１つの処理ゾーンに入る前に基材を位置合わせするように構成された少なくとも２つのガイドロールと、少なくとも１つの処理ゾーンを出るときに、材料巻取リール上に巻き取られる前に基材を位置合わせするように構成された少なくとも２つのガイドロールとを含む。少なくとも１つの処理ゾーンを出るときに基材を位置合わせするように構成されたガイドロールの少なくとも１つが駆動ロールであり、材料巻出しリールから巻き出されるときに基材を位置合わせするように構成されたガイドロールの少なくとも１つが、基材が、少なくとも１つの処理ゾーンを通じて駆動される際に基材に一定の制動力を加えるように構成された制動ロールである。

材料巻取リール及び材料巻出しリールは、基材の駆動及び制動に実質的に影響しない。制動ロールは、材料巻出しリールとは物理的及び機能的に別個のガイドロールである。駆動ロールは、材料巻取リールとは物理的及び機能的に別個のガイドロールである。

基材は、可撓性であり得る。

材料巻出しリールから巻き出される基材を位置合わせするように構成されたガイドロールは、基材が、少なくとも１つの処理ゾーンを通じて駆動される間、基材の移動方向に関して水平位置、並びに垂直位置において正確に位置合わせされ得るような方法で、構成される。

処理ゾーン内において、支持ロール又はガイドロールは存在せず、基材が内部で固定されずに懸架されている。

連続的なリールツーリール装置内に２つ以上の処理ゾーンが存在するとき、これらは基材の移送方向に順番に配置され得る。

材料巻出しリール及び材料巻取リールとは物理的及び機能的に別個である、少なくとも１つの駆動ロール及び少なくとも１つの制動ロールを使用することにより、材料巻出しリール／材料巻取リールに力がかかりすぎるのが防がれる。基材にかかる張力は、制動ロールの後に増加し、駆動ロールの後に減少し、基材が処理ゾーンを通過するときに最大となる。これにより、巻出し／巻取り中に、基材が塑性変形する危険性が低くなり得る。また、材料リール上で基材の様々な層が互い摺動することによる、基材の摩耗が回避され得る。更に、巻き取られたリール構造全体が潰れる可能性が回避される。

このリールツーリール装置において、少なくとも１つの制動ロールによって基材に一定の制動力がかかることにより、少なくとも１つの処理ゾーンを通じて駆動される際に基材が緊張状態に維持されることが確実になる。また、処理ゾーン内での基材の水平及び垂直位置は、材料リール上に巻かれている基材の量（層の数）とは無関係に実質的に一定であるように制御及び維持される。

このリールツーリール装置の設計において、処理ゾーンにおいて課される機械的要求は、ガイドロール及び材料巻出しリール／材料巻取リールに課される機械的要求とは別個であり得る。

一実施形態において、材料巻出しリールから巻き出される基材を位置合わせするように構成されたガイドロールの数は、少なくとも３つであり得る。

更なる実施形態において、少なくとも１つの処理ゾーンを出るときに基材を位置合わせするように構成されたガイドロールの数は、少なくとも３つであり得る。

４つ以上のガイドロールもまた、材料巻出しリールから巻き出される基材を位置合わせするように構成されてもよく、４つ以上のガイドロールが、少なくとも１つの処理ゾーンを出るときに基材を位置合わせするように構成されてもよい。

材料巻出しリールから巻き出される基材を位置合わせするように構成されたガイドロールの数は、少なくとも１つの処理ゾーンを出るときに基材を位置合わせするように構成されるガイドロールの数とは、無関係であり得る。

ガイドロールの半径は、連続的なリールツーリール装置において基材が受ける引張応力及び曲げ曲率の組み合わせによって、基材の塑性変形を生じるような半径よりも大きくてもよい。

十分に大きな半径を備えるガイドロールを使用することにより、基材が、基材の塑性変形を生じ得る引張応力又は曲げ曲率を受けることなく、連続的なリールツーリール装置において、一方の材料リールから別の材料リールへと、移送することができる。

１つの特定の実施形態において、所与の張力Ｆにおけるガイドロールの最小半径Ｒは、基材にかかる総引張応力σ_ｔｏｔが、所与の基材の降伏点σ_０．２と等しいときのものであり得る。

連続的なリールツーリールにおいて基材が受ける総引張応力σｔｏｔは、張力Ｆによる引張応力と、曲げ曲率による引張応力との合計である。降伏点は、応力を受ける基材の恒久的な変形が生じ始める、最初の点である。工学的目的において、降伏点は、一定の最小量の恒久的変形（ここでは、０．２％）が生じた点σ_０．２とする。

連続的なリールツーリール装置の一実施形態において、制動ロールは、約１８０°の角度で基材を巻き付けられてもよい。

制動ロールと基材との間の滑り又は摺動を避けるために、基材は、約１８０°の角度で制動ロールの周りに巻きつけられてもよい。

約１８０°の巻きつけ角度とは、本明細書においては１８０°±５°の角度を意味する。

制動ロールは、制動ロールに係合させるように基材を約９０°の角度でガイドする第１ガイドロールと、少なくとも１つの処理ゾーンへと更に移送するために基材を約９０°の角度でガイドする第２ガイドロールとの間に配置されてもよい。

約９０°の角度とは、本明細書においては９０°±５°の角度を意味する。

基材を、ガイドロールと、制動ロールと、駆動ロールとの間で移送させながら基材を回転させることにより、基材の一方の面のみが機械的に接触される。軸が基材の移動方向に対し垂直に向けられているガイドロールのみを使用することにより、少なくとも１つの処理ゾーンから移送される間に基材の表面が傷つく危険性が低くなる。

一実施形態において、少なくとも１つの処理ゾーンに入る前に、材料巻出しリールから巻き出される基材を位置合わせするように構成されたガイドロールの少なくとも１つが、基材に電圧を付与してもよい。

いくつかの用途において、少なくとも１つの処理ゾーン内において、電圧によりバイアスをかけられた基材が好まれることがある。

更なる実施形態において、少なくとも１つの処理ゾーンの少なくとも１つの区分において、真空排気された環境が設けられてもよい。

処理ゾーンにおける、典型的な作業真空は、１〜１０ｍＴｏｒｒであり得る。少なくとも１つの処理ゾーンは、少なくとも１つのコーティングチャンバを含み得る。

このコーティングチャンバにおいて、ＰＶＤ及びＣＶＤなどの蒸着技術が使用され得る。

ガイドロールの１つは、冷却ロールであって、少なくとも１つの処理ゾーンを出て、材料巻取リールに巻き取られる前に基材を位置合わせするように構成されてもよい。

基材は、処理ゾーンの出口付近に配置され得る冷却ロールにより、処理ゾーンを出た後に冷却され得る。冷却ロールは熱吸収材料を含んでもよく、これは、伝導により基材から熱を素早く吸収し、基材との接触領域から熱を移送することができるべきである。

好適な冷却ロールの表面は、基材の新たに蒸着された表面を汚すか、又はこれと反応することがない、良好な熱伝導性を備える任意の金属であり得る。代替として、酸化アルミニウムなどの熱伝導性セラミック材料が使用されてもよい。

基材は、ストライプ材、ワイヤ、及びホイルのいずれか１つであってもよい。

基材は、実質的に平坦であってもよく、又は三次元に形成されてもよい。基材は、例えばニッケルメッキした銅合金（例えば、真鍮又は青銅）、ステンレススチール、アルミニウムなどであってもよい。

第２の態様により、上記の連続的なリールツーリール装置の少なくとも２つを含むシステムが提示され、少なくとも１つの処理ゾーンが、少なくとも２つの連続的なリールツーリール装置に共通であり、少なくとも２つの基材は、少なくとも１つの共通の処理ゾーンを通過するときに実質的に並行であるように配置される。

このシステムは、異なる基材を互いに接触させることなく、少なくとも１つの共通の処理ゾーンを通じて２つ以上の基材を同時に移送することを可能にする。各異なる基材が、少なくとも１つの処理ゾーンを通過する際に基材の適切な張力及び位置を正確に維持するために、制動／駆動ロールを含む、個別の調節ガイドロールを通過する。

第３の態様により、少なくとも１つの連続的な基材を処理する方法が提示され、方法は、少なくとも１つの材料巻出しリールから少なくとも１つの基材を巻き出す工程と、少なくとも２つのガイドロールを使用して、少なくとも１つの基材を少なくとも１つの処理ゾーンにガイドする工程と、少なくとも１つの処理ゾーンで少なくとも１つの基材を処理する工程と、少なくとも１つの基材を少なくとも１つの材料巻取リール上に巻き取る工程とを含み、方法は、少なくとも１つの基材を駆動する工程と、制動する工程とを含む。

第４の態様により、少なくとも１つの連続的な基材を少なくとも１つの処理ゾーンに送達する方法が提示され、方法は、少なくとも１つの材料巻出しリールから少なくとも１つの基材を巻き出す工程と、制動ロールに係合させるように、第１ガイドロールの周囲に基材を約９０°の角度でガイドする工程と、約１８０°の角度で基材を制動ロールに巻き付ける工程と、第２ガイドロールの周りに基材を約９０°の角度でガイドする工程と、少なくとも１つの処理ゾーンに入る工程とを含む。

第６の態様により、連続的な基材をペイアウトチャンバから取込みチャンバへと移送するための連続的なリールツーリール装置が提示され、基材が少なくとも１つの処理ゾーンを通じて駆動されるように構成され、ペイアウトチャンバは、少なくとも１つの処理ゾーンに入る前に、ペイアウトチャンバ内の材料巻出しリールから巻き出される基材を位置合わせするように構成された少なくとも２つのガイドロールを含み、取込みチャンバは、少なくとも１つの処理ゾーンを出るときに、取込みチャンバ内の材料巻取リール上に巻き取られる前に基材を位置合わせするように構成された、少なくとも２つのガイドロールを含む。取込みチャンバ内のガイドロールの少なくとも１つが駆動ロールであり、ペイアウトチャンバ内のガイドロールの少なくとも１つが、基材が少なくとも１つの処理ゾーンを通じて駆動されるときに基材に一定の制動力をかけるように構成された制動ロールである。

連続的なリールツーリール装置内の材料巻出しリールから巻き出される基材を位置合わせするように構成されたガイドロールの数は少なくとも３つであり得る。

本開示の上記の、並びに他の態様、目的及び利益が、添付の図面を参照しながら、以下の例示的及び非限定的な、発明を実施するための形態を読むことにより、より良好に理解される。

連続的なリールツーリール装置の模式図を示す。 １つの処理ゾーンを備える、連続的なリールツーリール装置の模式図を示す。 図１の連続的なリールツーリール装置の一部の拡大図を示す。 図３の一部分の側面図を示す。 ８つの連続的なリールツーリール装置を含むシステムの一部を示し、このシステムにおいて８つの基材が実質的に並行に移送されている。 図５のシステムの一部を僅かに回転させた拡大図を示す。

図１は、連続的なリールツーリール装置１の模式図を示す。構成１は、基材３がそこから巻き出される材料巻出しリール２と、基材３がその上に巻き取られる材料巻取リール４とを含む。多数のガイドロール５は、基材３が、巻き出し材料リール２から巻き出されるときに、処理ゾーン６に入る前にこれを位置合わせするように構成される。図１に示される実施形態において、３つのこのようなガイドロール５が使用されている。別の実施形態においては、２つのガイドロール５が使用されてもよい。また更なる実施形態において、４つ以上のガイドロール５が使用されてもよい。多数のガイドロール５は、処理ゾーン６を出るときに、材料巻取リール４に巻き取られる前に基材３を位置合わせするように構成される。図１において、３つのこうようなガイドロール５を有する実施形態が示される。別の実施形態において、２つのガイドロール５が使用されてもよく、更なる実施形態において４つ以上のガイドロール５が使用されてもよい。図１において、多くの補助ガイドロール７もまた示される。これらの補助ガイドロール７は、ガイドロール５とは、物理的及び機能的に別個である。連続的なリールツーリール装置１における補助ガイドロール７の数は様々であり得る。構成１の一実施形態において、補助ガイドロール７は存在しない。ガイドロール５は、基材３が水平に配置された材料リール２から巻き出され、かつ処理ゾーン６を通じて駆動されるときに、水平位置並びに垂直位置に正確に位置合わせされ得るような方法で、構成される。別の実施形態において（図示せず）、基材３は、垂直に配置された材料リール２から巻き出される。更なる実施形態において（図示せず）、基材３は、処理ゾーン６を通じて垂直に駆動される。

処理ゾーン６内には、ガイドロール５又は補助ガイドロール７が存在せず、基材３は、内部で固定されずに懸架されている。図２に示される実施形態において、１つの処理ゾーン６が存在する。他の実施形態において、２つ以上の処理ゾーン６が、基材３の移送方向に、順番に配置されている。処理ゾーン６において、任意の種類の処理が行われ得る。いくつかの実施形態において、連続的なリールツール構成１が、処理ゾーン６でいずれの処理を行うこともなく使用されてよい。処理ゾーン６において、真空環境が設けられてもよい。典型的には、処理ゾーン６はまず、０．０５〜０．００１ｍＴｏｒｒの背景真空レベルまで、真空排気される。その後、処理ゾーン６に、１〜１０ｍＴｏｒｒの作業圧力まで、プロセスガス（アルゴンなど）が追加される。図２の処理ゾーン６は、基材の移送方向に順番に配置された、２つの蒸着チャンバ８、８'を含む。蒸着チャンバ８、８'において、ＰＶＤ又はＣＶＤなどの蒸着技術が使用されてもよい。２つ以上の蒸着チャンバ８、８'の存在は、基材３を２つ以上のコーティング層でコーティングすることを可能にする。いくつかの実施形態において、処理ゾーン６には蒸着チャンバ８、８'が存在しないか、又は１つのみ存在する。他の実施形態において、３つ以上の蒸着チャンバ８、８'が、処理ゾーン６内で順番に配置される。処理ゾーン６は、少なくとも１つのエッチングチャンバ９を更に含み得る。１つの蒸着チャンバ８、８'での処理の後、基材３は、次のコーティング工程のために別の蒸着チャンバ８、８'に移送されてもよい。異なる蒸着チャンバ８、８'で使用される蒸着技術は、異なっていても同じであってもよい。

材料巻出しリール２、及び処理ゾーン６に入る前に基材３を位置合わせするように構成されたガイドロール５は、いわゆるペイアウトチャンバ１０内に配置される（図２）。処理ゾーン６を出るときに、材料巻取リール４上に巻き取られる前に基材３を位置合わせするように構成されたガイドロール５は、いわゆる取込みチャンバ１１内に配置される。図３において、ペイアウトチャンバ１０／取込みチャンバ１１は、材料巻出しリール２／材料巻取リール４と、制動ロール１２／駆動ロール１３を含むガイドロール５とを備えるものとして示される。図４は、図３のペイアウトチャンバ１０／取込みチャンバ１１の一部分の側面図であり、制動ロール１２／駆動ロール１３を含むガイドロール５が示されている。

この連続的なリールツーリール装置１において、材料巻取リール２、及び材料巻出しリール４は、基材３の駆動及び制動に実質的に影響しない。制動ロール１２は、材料巻出しリール２とは物理的及び機能的に別個のガイドロール５である。駆動ロール１３は、材料巻取リール４とは物理的及び機能的に別個のガイドロール５である。

材料巻出しリール２から巻き出される基材３を位置合わせするように構成されたガイドロール５は、基材３が、少なくとも１つの処理ゾーン６を通じて駆動される間、基材３の移動方向に関して水平位置、並びに垂直位置において正確に位置合わせされ得るような方法で、構成される。

少なくとも１つの駆動ロール１３及び少なくとも１つの制動ロール１２を使用することにより、材料巻出しリール２／材料巻取レール４にかかる力が大きくなりすぎないようにする。基材３にかかる張力は、制動ロール１２の後に増加し、駆動ロール１３の後に減少し、基材３が処理ゾーン６を通過するときに最大となる。これにより、巻出し／巻取り中に、基材３が塑性変形する危険性が低くなる。また、材料リール２、４上で基材３の様々な層が互い摺動することによる、基材３の摩耗が回避される。更に、巻き取られたリール構造全体が潰れる可能性が回避される。

少なくとも１つの制動ロール１２によって基材３に一定の制動力がかかることにより、処理ゾーン６を通じて駆動される際に基材３が緊張状態に維持されることが確実になる。また、処理ゾーン６内での基材３の水平及び垂直位置は、材料リール２、４上に巻かれている材料の量（層の数）とは無関係に実質的に一定であるように制御及び維持される。

リールツーリール装置１において処理され得る典型的な基材３は、２ｍｍ〜５ｍｍの範囲の幅を有する薄いシート状の金属骨格（０．０５〜０．２ｍｍの厚さ）を有する。薄いシート状金属は、分布重量ρ_｜を有し、同じ水平レベルにおいて互いに距離Ｌを有して離間した２点の間で懸架され、張力Ｆを受ける。薄いシート状金属は、以下の式により表される曲率を有する：
Ｙ＝ａ×（ｃｏｓｈ（Ｘ／ａ）−１）
ここで、ａは、ａ＝Ｌ／（２×ａｒｃｓｉｎｈ（ｇ×ρ_｜×Ｌ／（２×Ｆ）））により求められる。ｇは、重力加速度である。

曲率を過剰に大きくすることなく基材３の水平位置を制御するため、基材３の張力が適切であり、一定の許容度の範囲内にあることが重要である。

上記の理論的表現を前提として、およそ５ｇ／ｍの分布重量を有する基材３にかけられる張力Ｆが２０〜２５Ｎであり、基材３の懸架長さが４メートルであるとすると、生じる基材３の曲率は、懸架点の４〜５ｍｍ下で最下点となる。

図３及び図４に示される制動ロール１２／駆動ロール１３は、約１８０°の角度で基材３に囲われている。制動ロール１２／駆動ロール１３と、基材３との間の滑り又は摺動を避けるために、基材３は、約１８０°の角度で制動ロール１２／駆動ロール１３の周りに巻きつけられている。巻きつける角度が大きいほど、制動ロール１２／駆動ロール１３と、基材３との間の滑り又は摺動の危険性が低くなる。約１８０°±５°よりも大きな巻きつけ角度は実行不可能である。約１８０°±５°よりも小さい巻きつけ角度は、望ましくなく、ペイアウトチャンバ１０／取込みチャンバ１１内でのガイドロール５の幾何学的配置を複雑にする。しかしながら、正確に１８０°の角度で巻きつける技術的解決方法はなく、基材３の誤差及び曲げ耐性は、巻きつけ角度における一定のずれを生じさせる。

ガイドロール５の材料は、ガイドロール５と基材３との間に大きな摩擦が生じるように選択されるべきである。ガイドロール５の材料はまた、基材３が傷つく危険性が低くなるように選択されるべきである。

取込みチャンバ１１内の駆動ロール１３は、外部電気モーターにより駆動され得る。

制動ロール１２は、制動ロール１２に係合させるように基材３を約９０°の角度でガイドする第１ガイドロール５と、少なくとも１つの処理ゾーン６へと更に移送するために基材３を約９０°の角度でガイドする第２ガイドロール５との間に配置されてもよい。基材３を、ガイドロール５と、制動ロール１２と、駆動ロール１３との間で移送させながら基材３を回転させることにより、基材３の一方の面のみが機械的に接触される。軸が基材３の移動方向に対し垂直に向けられているガイドロール５のみを使用することにより、少なくとも１つの処理ゾーン６から移送される間に基材３のコーティングされた表面が傷つく危険性が低くなる。このように、電気接触用ストライプ材などの、非常に高感度の面、加えてスタンピングされ三次元に形成されたストライプ材材料を有する基材３が、高感度である場合が多いコネクタピンを損傷することなく、少なくとも１つの処理ゾーン６を通じて移送され得る。

約９０°の角度が好ましい角度である。本開示の連続的なリールツーリール装置１の図に示される形状において、最適な角度は約９０±５°である。この角度からのずれは、基材３の望ましくない捻じれ、及び張力を生じる場合がある。他のガイドロール５の形状、及び他のガイド角を備える連続的なリールツーリール装置１もまた可能である。しかしながら、このような構成１は、より複雑な形状構成を生じ、これは実施がより複雑であり、より多くの空間を必要とする。

ガイドロール５の半径は、連続的なリールツーリール装置１において基材３が受ける引張応力及び曲げ曲率の組み合わせによって、基材３の変形を生じさせるような半径よりも大きくするべきである。十分に大きな半径を備えるガイドロール５を使用することにより、基材３を、基材３の塑性変形を生じ得る引張応力又は曲げ曲率を受けることなく、連続的なリールツーリール装置１内において、一方の材料リール２、４から別の材料リールへと、移送することができる。

特定の基材３に使用され得るガイドロール５の最小半径は、以下の計算から求めることができる：
曲げ曲率による、基材３の伸長は、ε＝ΔＬ／Ｌである。Ｌは、厚さｔを有する基材３の幾何学的長さである。基材３は、半径Ｒを有するガイドロール５の周囲に、接触角αで巻きつけられる。したがって、Ｌ＝α（Ｒ＋ｔ／２）である。
ストライプ材の外側表面は、伸張したα（ｒ＋ｔ）である。
したがって、曲げ曲率による伸長は、ε＝α［（Ｒ＋１）−（Ｒ＋ｔ／２）］／α［Ｒ＋１／２］＝ｔ／（２Ｒ＋ｔ）として記載される。ｔは、ｔ≪Ｒ、Ｒ≧ε＝ｔ／２Ｒとして想定される。

曲げ曲率σ_Βによる基材３における引張応力は、Ｅ×ε＝σ_Βである。Ｅは、特定の基材のヤング係数である。
そして、基材３における総引張応力は、σ_ｔｏｔ＝σ_Β＋σ_ρである。σ_ρは、基材３にかかる張力Ｆによる引張応力であり、σ_ρ＝Ｆ／Ａで表すことができる。Ａは、基材３の断面積である。

総引張応力σ_ｔｏｔが与えられた基材３の降伏点σ_０．２と等しいとき、ガイドロール５の半径は、与えられた張力Ｆにおいて基材３を塑性的に変形させることなく使用され得る最小半径Ｒである。

降伏点は、応力を受けた基材の恒久的な変形が生じ始める最初の点である。工学的観点から、降伏点は、基材３において、ある最小量の恒久的変形（ここでは、０．２％）が生じた点σ_０．２とする。

具体的な例では、ステンレススチールのストライプ材は、ヤング係数が２００ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ^２）であり、降伏点σ_０．２は２９０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ^２）である。ストライプ材の幅は３ｍｍであり、厚差は０．１ｍｍである。そして、２５Ｎの引張応力Ｆでストライプ材が伸張されるとき、ガイドロール５の最小半径は４９ｍｍである。引張応力Ｆが３０Ｎであるとき、基材３の塑性変形を防ぐために、半径は少なくとも５３ｍｍまで増加させるべきである。

基材３にかかる張力Ｆは、基材３が処理ゾーン６を通過するときに最大である。基材３にかかる張力は、制動ロール１２の後に増加し、駆動ロール１３の後に減少する。これにより、巻出し／巻取り中に、基材３が塑性変形する危険性が低くなる。

このリールツーリール装置１の設計により、処理ゾーン６において課される機械的要求は、ペイアウトチャンバ１０及び取込みチャンバ１１内の装置における機械的要求とは別であり得る。

蒸着チャンバ８、８'内で基材３に材料を蒸着する間、凝縮熱、熱放射、及びイオン流量の形態のエネルギーが、基材３の温度を上昇させる。このプロセスは通常、およそ１〜１０ｍＴｏｒｒの圧力で、制御された真空雰囲気内で行われるため、対流による冷却は僅かである。唯一の有効な冷却方法は、熱放射又は熱伝導による。おおよその、単純化した計算モデルによれば、所与の、薄く平坦なストライプ材である基材３を使用した通常の蒸着プロセスは、放射冷却のみにより６００Ｋから４００Ｋまで冷却させるのに２０秒超かかる。多くのプロセス状況において、この時間は長すぎる。なぜなら蒸着チャンバ８、８'から材料巻取リール４までの移送時間はこの時間フレームよりも短いためである。駆動ロール１３及び取込みチャンバ１１内の他のガイドロール５は、その大きな摩擦、及び基材３を傷つけにくい傾向のために選択される材料から作製されるため、高温への耐性が高くない。基材３を、ガイドロール５に適した温度まで冷ますため、冷却ロール１４（図１）は、処理ゾーン６の出口付近に配置され得る。

冷却ロール１４は、基材３との接触領域から熱を伝導及び移送することにより、基材３からの熱を素早く吸収することができるべきである。好適な冷却ロール１４の表面は、基材３の新たに蒸着された表面を汚すか、又はこれと反応することがない、良好な熱伝導性を備える任意の金属であり得る。代替的な材料の選択は、酸化アルミニウムなどの、熱伝導性セラミック材料であり得る。

ペイアウトチャンバ１０内のガイドロール５の１つ（好ましくは最後から２つ目、又は最後のガイドロール５）は、電圧を帯びている（すなわち、図１のバイアスロール１５）。いくつかの用途において、処理ゾーン６内において、電圧によりバイアスをかけられた基材３が好まれることがある。ガイドロール５の表面と接触する好適な摺動ブラシにより、バイアスロール１５に電圧が印加されてもよい。

基材３の好ましい向きにより、処理ゾーン６の前に、最終段階用ロール（図示せず）が含まれてもよい。この最終段階ロールは、基材３が蒸着ゾーン６を通じて水平位置において送達されるべき場合に、使用され得る。

少なくとも２つの連続的なリールツーリール装置１が配置されるシステムは、少なくとも２つの基材３を同時に移送するために使用され得る。

図５において、このようなシステムのペイアウトチャンバ１０／取込みチャンバ１１が示される。図５に示される実施形態において、システムは８つの連続的なリールツーリール装置１を含み、これは８つの材料巻取リール２／材料巻出しリール４、８つの制動ロール１２／駆動ロール１３を含む。加えて、システムはまた、１つの共通の処理ゾーン６を含む。システムにおける８つの基材３は、実質的に並行であるように配置される。

システムにおける連続的なリールツーリール装置１の数は様々であり得る。いくつかの用途においては、システム内で構成１は２つしか使用されず、場合によりシステムは１０以上の構成１を含み得る。

システムは、異なる基材３を互いに接触させることなく、少なくとも１つの共通の処理ゾーン６を通じて２つ以上の基材３を同時に移送することを可能にする。少なくとも１つの共通の処理ゾーン６を通過するときに、基材３の適切なテンション及び位置を、一定の許容誤差範囲内において正確に維持するため、各異なる基材３は、制動ロール１２／駆動ロール１３を含む個別の調節ガイドロール５（これはまたバイアスロール１５又は冷却ロール１４としても機能し得る）を通過する（図５及び図６に示される）。

システム内の基材３の位置及びその間の距離はまた、制動ロール１２により制御される基材３の個別の張力に依存する。ガイドロール５は全て、処理ゾーン６を通じて送達される各基材３のために個別に回転し得る。駆動ロール１３は通常、他の駆動ロール１３と同じ速度で、共通の軸を中心に回転する。しかしながら、基材３が停止する場合（例えば、基材３が尽きたとき）、その特定の駆動ロール１３内でトルク制限ブレーキが機能して回転を止め、その一方で他の基材３は、システム内で別個にそのまま動き続けることができる。

Claims (16)

1. 材料巻出しリール（２）から材料巻取リール（４）へと連続的な基材（３）を移送し、前記基材（３）が少なくとも１つの処理ゾーン（６）を通じて駆動されるように構成された連続的なリールツーリール装置（１）であって、
   前記材料巻出しリール（２）から巻き出されるときに、前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）に入る前に前記基材（３）を位置合わせするように構成された少なくとも２つのガイドロール（５）と、
   前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）を出るときに、前記材料巻取リール（４）上に巻き取られる前に前記基材（３）を位置合わせするように構成された、少なくとも２つのガイドロール（５）と、を備え、
   前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）を出るときに前記基材（３）を位置合わせするように構成された前記ガイドロール（５）の少なくとも１つが駆動ロール（１３）であり、
   前記材料巻出しリール（２）から巻き出されるときに前記基材（５）を位置合わせするように構成された前記ガイドロール（５）の少なくとも１つが制動ロール（１２）であり、前記基材（３）が前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）を通して駆動されるときに前記基材（３）に一定の制動力をかけるように構成され、
   前記制動ロール（１２）は、第１ガイドロール（５）と、第２ガイドロール（５）と、の間に配置され、前記第１ガイドロールは、前記基材（３）を前記制動ロール（１２）に係合させるように約９０°の角度でガイドし、前記第２ガイドロール（５）は、前記基材（３）を前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）へと更に移送するために約９０°の角度でガイドすることを特徴とする連続的なリールツーリール装置（１）。
2. 前記材料巻出しリール（２）から巻き出される前記基材（３）を位置合わせするように構成されたガイドロール（５）の数は、少なくとも３つである請求項１記載の連続的なリールツーリール装置（１）。
3. 前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）を出るときに、前記基材（３）を位置合わせするように構成されたガイドロール（５）の数は、少なくとも３つである請求項１又は２に記載の連続的なリールツーリール装置（１）。
4. 前記ガイドロール（５）の半径は、前記基材（３）が受ける引張応力及び曲げ曲率の組み合わせによって前記基材（３）の塑性変形を生じる半径よりも大きい請求項１〜３のいずれか１つに記載の連続的なリールツーリール装置（１）。
5. 前記基材（３）にかかる全引張応力σ_ｔｏｔが、与えられた基材（３）の降伏点σ_０．２と等しいとき、前記ガイドロール（５）は、与えられた張力Ｆにおける最小半径Ｒを有する請求項４に記載の連続的なリールツーリール装置（１）。
6. 前記制動ロール（１２）は、前記基材（３）を約１８０°の角度で巻き取る請求項１〜５のいずれか１つに記載の連続的なリールツーリール装置（１）。
7. 前記ガイドロール（５）の少なくとも１つは、前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）に入る前に、前記材料巻出しリール（２）から巻き出される前記基材（３）を位置合わせするために配置され、前記基材（３）に電圧を付与する請求項１〜６のいずれか１つに記載の連続的なリールツーリール装置（１）。
8. 前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）の少なくとも１つの区分に真空排気された環境が設けられる請求項１〜７のいずれか１つに記載の連続的なリールツーリール装置（１）。
9. 前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）は、少なくとも１つのコーティングチャンバ（８）を含む請求項１〜８のいずれか１つに記載の連続的なリールツーリール装置（１）。
10. 前記ガイドロール（５）の１つは、冷却ロール（１４）であり、前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）を出た前記基材（３）を、材料巻取リール（４）上に巻き取られる前に位置合わせする請求項１〜９のいずれか１つに記載の連続的なリールツーリール装置（１）。
11. 前記基材（３）は、ストライプ材、ワイヤ、及びホイルのいずれか１つである請求項１〜１０のいずれか１つに記載の連続的なリールツーリール装置（１）。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の連続的なリールツーリール装置（１）の少なくとも２つを備え、
    前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）は、前記少なくとも２つの連続的なリールツーリール装置（１）に共有され、
    少なくとも２つの基材（３）は、前記少なくとも１つの共通の処理ゾーン（６）を通過するときに実質的に並行に配置されるシステム。
13. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の連続的なリールツーリール装置により、少なくとも１つの連続的な基材（３）を処理する方法であって、
    少なくとも１つの材料巻出しリール（２）から前記少なくとも１つの基材（３）を巻き出す工程と、
    前記少なくとも１つの基材（３）を、少なくとも２つのガイドロール（５）を使用して少なくとも１つの処理ゾーン（６）にガイドする工程と、
    前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）において前記少なくとも１つの基材（３）を処理する工程と、
    前記少なくとも１つの基材（３）を少なくとも１つの材料巻取リール（４）に巻き取る工程と、を備え、
    前記少なくとも１つの基材（３）を駆動する工程と、制動する工程と、を含むことを特徴とする方法。
14. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の連続的なリールツーリール装置により、少なくとも１つの連続的な基材（３）を少なくとも１つの処理ゾーン（６）に供給する方法であって、
    少なくとも１つの材料巻出しリール（２）から前記少なくとも１つの基材（３）を巻き出す工程と、
    前記基材（３）を第１ガイドロール（５）の周りに約９０°の角度でガイドし。制動ロール（１２）に係合させる工程と、
    前記基材（３）を約１８０°の角度で前記制動ロール（１２）に巻き付ける工程と、
    第２ガイドロール（５）の周りに前記基材（３）を約９０°の角度でガイドする工程と、
    前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）に入る工程と、を備えた方法。
15. 連続的な基材（３）を、少なくとも１つの処理ゾーン（６）を通過させて、ペイアウトチャンバ（１０）から取込みチャンバ（１１）へと移送するための連続的なリールツーリール装置であって、
    前記ペイアウトチャンバ（１０）は、少なくとも２つのガイドロール（５）を含み、前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）に入る前に、前記ペイアウトチャンバ（１０）内の材料巻出しリール（２）から巻き出される前記基材（３）を位置合わせするように構成され、
    前記取込みチャンバ（１１）は、少なくとも２つのガイドロール（５）を含み、前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）を出るときに、前記取込みチャンバ（１１）内の材料巻取リール（４）上に巻き取られる前に前記基材（３）を位置合わせするように構成され、
    前記取込みチャンバ（１１）内の前記ガイドロール（５）の少なくとも１つが駆動ロール（１３）であり、
    前記ペイアウトチャンバ（１０）内の前記ガイドロール（５）の少なくとも１つが、制動ロール（１２）であり、前記基材（３）が前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）を通過するときに前記基材（３）に一定の制動力をかけるように構成され、
    前記制動ロール（１２）は、第１ガイドロール（５）と、第２ガイドロール（５）と、の間に配置され、前記第１ガイドロールは、前記基材（３）を前記制動ロール（１２）に係合させるように約９０°の角度でガイドし、前記第２ガイドロール（５）は、前記基材（３）を前記少なくとも１つの処理ゾーン（６）へと更に移送するために約９０°の角度でガイドすることを特徴とする連続的なリールツーリール装置。
16. 材料巻出しリールから巻き出される前記基材を位置合わせするように構成されたガイドロールの数は、少なくとも３つである請求項１５に記載の連続的なリールツーリール装置。

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