WO2011099227A1 - 可撓性基板の位置制御装置 - Google Patents

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WO2011099227A1
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flexible substrate
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pair
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隆典 山田
横山 勝治
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富士電機ホールディングス株式会社
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    • Y10T156/1712Indefinite or running length work
    • Y10T156/1741Progressive continuous bonding press [e.g., roll couples]

Definitions

  • the present invention relates to a control device for the position in the width direction of a flexible substrate in an apparatus for transporting a strip-shaped flexible substrate and performing a process such as film formation on the substrate through the transport path.
  • Patent Document 1 discloses a plurality of film formations arranged in the transport direction of the flexible substrate while intermittently transporting a strip-shaped flexible substrate (polyimide film) supplied from an unwinding roll at a predetermined pitch.
  • An apparatus for manufacturing a thin film laminate is disclosed in which a plurality of thin films having different properties are stacked and formed as a unit and wound as a product roll.
  • Such a thin film laminate manufacturing apparatus includes a type in which a film is formed while being transported in a horizontal position, that is, a width direction of the strip-shaped flexible substrate, and a vertical position, that is, a width direction of the strip-shaped flexible substrate.
  • a type in which film formation is performed while transporting in the vertical direction has the advantage that the installation area is smaller than the former and the substrate surface is less likely to be contaminated, etc., but if the conveyance span becomes long, it becomes difficult to keep the conveyance height constant against gravity, The tendency that wrinkles occur on the surface of the flexible substrate or the flexible substrate hangs down becomes significant.
  • FIGS. 1A to 1B the upper and lower side edges of the flexible substrate 1 are sandwiched between the film forming units 20 and 20 constituting the thin film laminate manufacturing apparatus.
  • An apparatus that adjusts the conveyance height of the flexible substrate 1 by applying upward and downward lifting forces to the upper and lower side edges of the flexible substrate 1 so as to have ⁇ , and adjusting the conveyance height of the flexible substrate 1. (See Patent Documents 1 to 3).
  • the above apparatus is advantageous in spreading a flexible substrate and controlling the conveyance height of the flexible substrate, but is immediately applicable to a reciprocating film forming process including conveyance in the reverse direction of the flexible substrate. Can not.
  • the lifting force and the pulling force corresponding to the tilt angle act in the reverse direction, causing a problem that the flexible substrate is detached from each of the sandwiching rollers 30 and 30 ′.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to suppress the occurrence of drooping and wrinkles on a strip-like flexible substrate, enabling high-quality processing, and flexibility. It is an object of the present invention to provide a flexible substrate position control device that can handle conveyance of a conductive substrate in the reverse direction.
  • a position control device for a flexible substrate in a processing apparatus that transports a strip-shaped flexible substrate in a horizontal position in a vertical posture and performs processing on the substrate by a processing unit installed in a transport path of the substrate.
  • a pair of clamping rollers for clamping the upper edge of the substrate;
  • a support mechanism for supporting the pair of sandwiching rollers so as to be rotatable and mutually movable; and Biasing means for applying pressure to the pair of sandwiching rollers via the support mechanism; And a means for adjusting the pressing force by the biasing means,
  • Each of the rollers constituting the pair of sandwiching rollers is a conical roller having a circumferential surface inclined with respect to the axial direction, and the small-diameter side of each of the conical rollers is located on the center side in the width direction of the substrate, and the substrate is sandwiched. It is supported by the support mechanism so that the rotation direction on the surface is the same as the transport direction of the substrate.
  • the flexible substrate is moved in the vertical direction, that is, in the horizontal direction with the width direction set up and down by the conveying means such as feed rolls arranged on the upstream side and the downstream side of the processing unit (film forming unit). Processes such as film formation are performed in a processing unit that is transported and installed in the transport path.
  • the pair of sandwiching rollers that sandwich the upper edge of the flexible substrate are rotated by the conveying force of the flexible substrate, but each conical roller constituting the sandwiching roller has a large-diameter side and a small-diameter side. Therefore, as a result of this relative movement, the flexible substrate has an upward tension toward the edge of the width direction. Is granted.
  • this tension is transmitted to the flexible substrate through the frictional force of the roller peripheral surface, it is proportional to the applied pressure of the pair of sandwiching rollers.
  • the tension applied to the flexible substrate can be adjusted by adjusting the pressure applied by the urging means, thereby adjusting the position in the vertical width direction of the flexible substrate to increase the transport height. It can be kept constant.
  • the upper edge of the flexible substrate is stretched toward the edge, drooping and wrinkles due to its own weight are suppressed at the intermediate portion of the conveyance span, and high-quality processing is performed on the flexible substrate. Can be implemented.
  • control of the pressing force does not depend on the rotation direction on the clamping surface of the clamping roller, and the rotation direction on the clamping surface is the same as the conveyance direction of the substrate. Similar position control can be performed, and a reciprocating process including conveyance of the flexible substrate in the reverse direction can be handled at low cost.
  • each of the rollers constituting the pair of sandwiching rollers is a frustoconical cone roller.
  • the conical roller has a circumferential difference between the large-diameter side and the small-diameter side, thereby generating a tensile load on the flexible substrate, while generating a conveyance load due to a speed difference within the contact range. ing.
  • the conical roller is selected from a range of an inclination angle of the peripheral surface with respect to the rotation axis of 20 to 80 degrees.
  • the conical roller is selected from a range where the inclination angle of the peripheral surface with respect to the rotation axis is 45 to 65 degrees.
  • the conveyance resistance increases as the inclination angle increases, but the increase in the conveyance resistance is negligible when the inclination angle is 45 degrees or more. Further, when the inclination angle exceeds 65 degrees, the tension tension hardly increases.
  • the present invention is also directed to a mode in which a pair of sandwiching rollers is provided on each of the upper and lower sides of a flexible substrate. That is, in a preferred aspect of the present invention, a pair of lower clamping rollers that clamp the lower edge of the substrate, and the pair of lower clamping rollers configured in the same manner as the support mechanism and the urging means. A support mechanism and a biasing means.
  • the flexible substrate is raised or lowered by the difference in the stretch component of the applied pressure acting on the holding surfaces on the upper and lower sides while the flexible substrate is stretched in both the upper and lower directions in the width direction. It can be lowered and the conveyance height can be controlled, thereby effectively suppressing wrinkles of the flexible substrate and further improving the positional accuracy of the flexible substrate.
  • the processing apparatus includes, as the processing unit, a plurality of film forming units arranged in parallel at an equal pitch along the substrate transfer path, and the substrate corresponds to the film forming unit.
  • a thin film laminate manufacturing apparatus that sequentially forms thin films on the surface of the substrate while intermittently transporting at a pitch, wherein the pair of upper sandwiching rollers and the pair of lower sandwiching rollers include the plurality of components. It is arrange
  • the processing apparatus conveys the substrate continuously, and a thin film laminate manufacturing apparatus in which a thin film is formed on the surface of the substrate in a film forming section as the processing section.
  • the pair of upper sandwiching rollers and the pair of lower sandwiching rollers are arranged in a plurality of rows along the transport direction above and below the film forming unit.
  • the thin film forming region of the substrate and the plurality of pairs of upper sandwiching rollers and the plurality of pairs of lower sandwiching rollers are arranged along the transport direction to support the substrates, respectively. It is preferable to further include a plurality of support rollers.
  • the flexible substrate can be reliably supported in the vicinity of the film forming unit by the heat-resistant support roller that does not include the movable unit for adjusting the pressurizing force, and the pair of sandwiching rollers can be formed at a high temperature. It is possible to dispose the film portion away from the film portion, which can reduce the influence of radiant heat on the pinching roller, and is advantageous in improving the degree of freedom in selecting the material of the pinching roller.
  • the present invention relates to the position of a flexible substrate in a processing apparatus that transports a band-shaped flexible substrate in a horizontal direction, a vertical direction, or an oblique direction in a posture other than a vertical posture, such as a flat posture, and performs processing such as film formation. It can also be applied to a control device.
  • the present invention A position control device for a flexible substrate in a processing apparatus that transports a band-shaped flexible substrate and performs processing on the substrate in a processing unit installed in a transport path of the substrate, A pair of sandwiching rollers for sandwiching each side edge of the substrate; Each support mechanism that supports each of the pair of sandwiching rollers to be rotatable and to be able to contact and separate from each other in each pair; Biasing means for applying pressure to each of the pair of sandwiching rollers via each of the support mechanisms; And means for adjusting the applied pressure by the biasing means,
  • Each of the rollers constituting each of the pair of sandwiching rollers is a conical roller having a circumferential surface inclined with respect to the axial direction, the small-diameter side of each of the conical rollers is located on the center side in the width direction of the substrate, and
  • the present invention can also be applied as a position control device for a flexible substrate that is supported by each of the support mechanisms so that the rotation direction on the clamping surface is the same
  • the sandwiching roller composed of a pair of conical rollers that sandwich the respective side edge portions of the flexible substrate is rotated by the conveying force of the flexible substrate, and the large diameter side and the small diameter side are Due to the circumferential difference, the flexible substrate is guided to the center side in the width direction, and as a result of this relative movement, the flexible substrate is given a tension toward the edge in the width direction. Since this tension changes according to the pressure applied by each biasing means, the position in the width direction of the flexible substrate can be adjusted by adjusting the pressure applied by the biasing means on each side. The meandering of the flexible substrate can be suppressed while being expanded in the width direction. In addition, these actions do not depend on the rotation direction of each clamping roller, and the rotation direction on each clamping surface is the same as the conveyance direction of the substrate, so that the same position control can be performed even in the reverse conveyance. .
  • each roller constituting the pair of sandwiching rollers is a truncated conical roller.
  • the flexible substrate position control device as described above, is effective in generating drooping or wrinkles on the flexible substrate when carrying out processing such as film formation while transporting the belt-shaped flexible substrate.
  • processing such as film formation while transporting the belt-shaped flexible substrate.
  • it is possible to maintain the position in the width direction constant and to perform high-quality processing, and it is possible to cope with a reciprocating process including conveyance of the flexible substrate in the reverse direction at low cost.
  • FIG. 1 is a schematic plane sectional view which shows two film-forming parts of a thin film laminated body manufacturing apparatus
  • (b) is a schematic sectional side view. It is a front view which shows the board
  • (A) is an enlarged view of the main part of FIG. 2,
  • (b) is a cross-sectional view taken along the line BB of (a), and (c) is an enlarged view of (b) showing the extending action of the clamping roller.
  • (A) is a general
  • (b) is a schematic sectional side view.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4 showing a case where the substrate position control apparatus according to the first embodiment of the present invention is implemented.
  • 3A is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 3A showing a case where the applied pressure is increased, (b) where the applied pressure is increased, and (c) where the applied pressure is decreased. .
  • It is a characteristic view which shows the relationship between the applied pressure in the pinching roller which concerns on this invention embodiment, and the pinching roller of a comparative example, and a tension.
  • (A) is an enlarged view of the main part of FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line BB of (a), and (c) is an enlarged view of (b) showing the extending action of the clamping roller.
  • A) is a figure which shows the relationship between conveyance tension and conveyance resistance
  • (b) is a figure which shows the relationship between the number of clamping rollers installation, and conveyance resistance
  • (c) shows distribution of conveyance tension in a thin film laminated body manufacturing apparatus.
  • FIG. It is a figure which shows the relationship between the contact part width
  • FIG. 1 It is a schematic side view which shows one film-forming part of the continuous-type film-forming apparatus which implemented the substrate position control apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. It is CC sectional drawing of FIG. It is a schematic sectional drawing which shows the other continuous film-forming apparatus which implemented the substrate position control apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention.
  • FIG. 2 is a front view of the substrate position control apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention as viewed from the upstream side in the transport direction.
  • the thin film laminate manufacturing apparatus includes a strip-shaped flexible substrate 1 (flexible film) in a vacuum chamber 10 maintained at a predetermined degree of vacuum. Are transferred in the horizontal direction with the vertical orientation, that is, the width direction being the vertical direction, and a flexible substrate is formed by a plurality of film forming units 20 (film forming units) arranged in parallel along the transfer path of the flexible substrate 1. A thin film is laminated on the surface of 1.
  • feed rolls, tension rolls, and the like that constitute the transport means of the flexible substrate 1 are disposed, and flexible on the upstream and downstream sides in the transport direction.
  • An unwinding roll and a winding roll for the conductive substrate 1 are provided.
  • the flexible substrate 1 is guided between the upstream and downstream feed rolls and the film forming unit so as to be folded back on the upstream side and the downstream side of the film forming unit.
  • a guide roll (idle roll) for setting a linear transport path of the substrate 1 is provided. Since these configurations are the same as the conventional one, detailed illustration is omitted, but is schematically shown in FIG.
  • the substrate position control device 100 controls the position in the vertical direction of the flexible substrate 1 that is stretched between the guide rolls and transported through the film forming unit to keep the transport height constant, and is flexible.
  • the conductive substrate 1 In order to extend the conductive substrate 1 in the width direction, that is, in the vertical direction, it is disposed on the upper part of the transport path in the film forming unit, and sandwiches the upper edge of the flexible substrate 1 as shown in FIG.
  • a support mechanism 140 for supporting the rollers 131 and 132 constituting the roller 130 pair and the sandwiching roller 130 pair so that the rollers 131 and 132 are rotatable and can be brought into contact with and separated from each other.
  • the support mechanism 140 is added to the sandwiching roller pair 130 (131, 132).
  • An urging means (150) for applying pressure, a pressure adjusting means (160), and the like are included.
  • each of the rollers 131 and 132 constituting the pair of sandwiching rollers 130 has a conical roller of the same shape having peripheral surfaces 131b and 132b inclined with respect to the axial direction. Consists of. One is a fixed roller 131 and the other is a movable roller 132.
  • the fixed roller 131 is rotatably supported by a shaft 131a
  • the movable roller 132 is rotatably supported by a shaft 132a.
  • These sandwiching rollers 131 and 132 are in an operation state in which they are pressed against each other via the flexible substrate 1, and the respective distal end sides (small diameter side) are located on the central side in the vertical width direction of the flexible substrate 1.
  • the respective distal end sides are located on the central side in the vertical width direction of the flexible substrate 1.
  • each large diameter part is located in the upper part of the figure, which is the edge side of the flexible substrate 1, and the upper edge part of the flexible substrate 1 is the transport surface.
  • Each of the shafts 131a and 132a is placed on the transport surface (flexible substrate 1) in a virtual plane D perpendicular to the transport direction of the flexible substrate 1 so that the shafts 131a and 132a are sandwiched by a flat sandwich surface.
  • an inclination angle corresponding to the inclination of each of the peripheral surfaces 131b and 132b (that is, the apex angle of the conical shape) is formed and held obliquely at the distal end portions of the fixed side support member 141 and the movable side support member 142.
  • the rotation direction on the clamping surface of each clamping roller 131, 132 is the same as the conveyance direction of the flexible substrate 1.
  • the fixed-side support member 141 is fixed to the bracket 111 at its upper end, and the bracket 111 is fixed to a structural element of a vacuum chamber (not shown).
  • the fixed side support member 141 and the bracket 111 may be integrally formed.
  • the movable side support member 142 is swingably connected to the bracket 111 at the upper hinge portion 142b, and the movable roller 132 is fixed by the swing of the movable side support member 142 about the hinge portion 142b.
  • the roller 131 can contact and separate.
  • a spring 150 (tensile spring) is interposed between the fixed side support member 141 and the movable side support member 142 as an urging means.
  • One end of the spring 150 is connected to the fixed-side support member 141, and the other end of the spring 150 is connected to the movable-side support member 142 via the pressure adjustment screw 160, and the pressure adjustment screw 160 is rotated.
  • Each of the sandwiching rollers 131 and 132 constituting the pair of sandwiching rollers 130 is formed of, for example, metal, ceramic, plastic, or the like, or an elastic body such as rubber is provided around a core body formed of these materials. Constructed by attaching.
  • the rollers 131 and 132 are rotatably supported through bearings so as to be able to receive a thrust load so as to be held at predetermined axial positions with respect to the respective shafts 131a and 132a (support shafts).
  • the shafts 131a and 132a may be rotatably supported by the respective distal end portions of the fixed side support member 141 and the movable side support member 142 through bearings capable of receiving a thrust load. good.
  • each of the sandwiching rollers 131 and 132 has a circumferential length difference between the large diameter side and the small diameter side.
  • each of the sandwiching rollers 131 and 132 is contacted with the contact surface (when rotated by contact with the flexible substrate 1 moving in the transport direction F (R).
  • a rotational force VF (VR) is generated in the clamping surface
  • the flexible substrate 1 is linearly transported in a state where a predetermined transport tension is applied. Therefore, the rotational force VF (VR) in the vertical direction is generated. Only the force Qy (extension tension) is transmitted to the contact surface of the flexible substrate 1, and the upper edge of the flexible substrate 1 is extended upward by the upward extension tension Qy.
  • the tension tension Qy by each of the sandwiching rollers 131 and 132 is transmitted to the flexible substrate 1 as a frictional force, it is basically proportional to the pressure Px by each of the sandwiching rollers 131 and 132. Since the pressing force Px by each of the sandwiching rollers 131 and 132 is proportional to the elastic displacement of the spring 150, the initial displacement of the spring 150 is adjusted by turning the pressing force adjusting screw 160 to adjust the upper side of the flexible substrate 1.
  • the extension tension Qy with respect to the edge can be adjusted, and this extension tension Qy becomes a lifting force that raises the upper edge of the flexible substrate 1 against its own weight. The position of the part can be adjusted.
  • the pressure adjusting screw 160 for manual operation is used as the pressure adjusting means, and the pressure is set in advance to an optimum value obtained by a test operation or the like.
  • An actuator for rotating the pressure adjusting screw 160 or displacing the support point of the spring 150 directly or indirectly through a mechanism, a sensor for detecting the position of the upper edge of the flexible substrate 1, and a detection value of the sensor It is also possible to provide a control device for controlling the actuator based on the above, and to be able to control the transport height of the flexible substrate 1 by feedback control.
  • FIG. 7 shows the relationship between the pressure Px and the developing tension Qy of the conical sandwiching roller (130) according to the embodiment of the present invention and the cylindrical sandwiching roller (30) shown in FIG. 1 as a comparative example.
  • FIG. The expansion tension Qy of the cylindrical sandwiching roller (30) indicated by the broken line in the figure increases in proportion to the applied pressure Px when the applied pressure Px is relatively small, but if the applied pressure Px is further increased. While there is a tendency to gradually saturate, the expansion tension Qy of the conical sandwiching roller (130) indicated by the solid line in the figure tends to be proportional to the applied pressure Px over a wider range.
  • FIG. 6A shows the contact surface (clamping surface) in each case when the applied pressure is increased
  • FIG. 6C shows the contact surface in each case when the applied pressure is decreased
  • the tension tension Qy can be changed in a wide range in proportion to the pressure force Px, and the tension tension Qy is not easily saturated even in a region where the pressure force Px is large. It is a factor.
  • FIGS. 4A and 4B and FIG. 5 show the substrate position control apparatus 100 of the first embodiment in the thin film seat layer manufacturing apparatus 110 of the same step film formation method as shown in FIG. The embodiment applied to is shown.
  • a large number of film forming units 20 are arranged inside the common vacuum chamber 10 along the transport direction.
  • Each film forming unit 20 is constituted by a vacuum vapor deposition unit for performing chemical vapor deposition (CVD) such as plasma CVD or physical vapor deposition (PVD) such as sputtering.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • Each film forming unit 20 includes an electrode 21 (a high-frequency electrode or a target having a large number of source gas ejection holes on the surface) opposed to both sides of the flexible substrate 1 and a ground electrode 22 with a built-in heater.
  • the electrode 21 and the ground electrode 22 are each housed in a chamber opened toward the transport surface of the flexible substrate 1.
  • the electrode 21 and / or the ground electrode 22 advance and retreat to open and close the chamber.
  • the sandwiching roller pair 130 cannot be installed.
  • the substrate position control apparatus 100 is installed before and after the film formation unit 20, that is, between the film formation units 20.
  • a pair of sandwiching rollers 130 and 130 ' are disposed on each of the upper and lower sides of the transport path.
  • the lower sandwiching roller pair 130 ′ can have the same structure as the upper sandwiching roller pair 130 and can be used upside down.
  • the lower clamping roller pair 130 ′ simultaneously with the upward tension Qy with respect to the upper edge portion of the flexible substrate 1 by the upper clamping roller pair 130, the downward tension with respect to the lower edge portion of the flexible substrate 1 by the lower clamping roller pair 130 ′.
  • the flexible substrate 1 can be stretched up and down by applying a tensile tension ⁇ Qy of the above, and the difference between them is a force that lifts the flexible substrate 1 against its own weight. Therefore, the upper and lower nip roller pairs 130 and 130 ′ have a higher tension than the lower nip roller pair 130 ′ when the influence of their own weight is large, such as when the conveyance span is long. It will be set in the range.
  • the point at which the conveying force of the flexible substrate 1 is transmitted to the clamping roller as a static static friction force) is a point on the large-diameter side where the transmission torque is large. Slip in the direction opposite to the conveyance direction F of the conductive substrate 1 occurs.
  • the small diameter side of the conical sandwiching roller 131 rotates from S0 to S2 while the substantial clamping point described above moves from L1 to L2.
  • the axial direction of the pinching roller 131 is kept constant, when the pinching point is at L1, the small diameter side of the pinching roller 131 is at S1, and the flexible substrate 1 is equal to the difference between S1 and S0. Slip is generated in the direction opposite to the conveyance direction F, which is transmitted to the flexible substrate 1 as a frictional force and becomes a conveyance resistance Qx.
  • FIG. 10A shows the change in the conveyance resistance Qx according to the change in the conveyance tension in the substrate position control apparatus 100 according to the present invention
  • FIG. 10B shows the relationship between the number of nipping rollers and the total conveyance resistance ⁇ Qx. Is shown.
  • FIG. 10C shows the distribution of the transport tension in the thin film laminate manufacturing apparatus in which the substrate position control device (the pair of sandwiching rollers 130 and 130 ′) according to the present invention is implemented, and along the horizontal axis.
  • Nine film forming units 20 (CVD 1 to 9) are installed along the transport path from the unwinding unit 11 to the winding unit 12 of the flexible substrate 1, and the substrate position is controlled between the film forming units 20, respectively.
  • a thin film laminate manufacturing apparatus in which the apparatus (a pair of sandwiching rollers 130 and 130 ') is installed is schematically shown.
  • the conveyance resistance Qx caused by the substrate position control device is added in proportion to the number of the installation, and increases / decreases as the conveyance tension increases / decreases, and is applied to the feed roller and the tension roller installed on the downstream side in the conveyance direction.
  • the transport resistance Qx increases, the load on these transport means increases, and a tension difference occurs between the upstream side and the downstream side of the transport path. Therefore, it is preferable to reduce the transport resistance Qx as much as possible.
  • the transport resistance Qx acting in both the forward and reverse directions serves as a holding force that stabilizes the flexible substrate 1 at the stop position. There is also a preferred aspect of acting.
  • FIG. 8 is a front view showing the substrate position control apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention as seen from the upstream side in the transport direction.
  • each of the sandwiching rollers 231 and 232 constituting the sandwiching roller pair 230 is configured by a frustoconical conical roller. That is, the sandwiching rollers 231 and 232 of the second embodiment have the same shape on the large diameter side as the sandwiching rollers 131 and 132 of the first embodiment, but the small diameter side is shortened. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, detailed description will be omitted by assigning corresponding reference numerals.
  • FIGS. 9A to 9C correspond to FIGS. 3A to 3C.
  • Each of the holding rollers 231 and 232 in the illustrated example has a contact portion width ratio W / W max of 50% with respect to the contact portion width of the entire conical shape shown in FIG.
  • the stretching action on the flexible substrate 1 is basically the same, but it is advantageous in reducing the transport resistance Qx.
  • FIG. 9C showing the operation of the clamping roller 231 (232) according to the second embodiment is large. Since the shape on the radial side is the same, the movement trajectories of the substantial clamping points L1 and L2 are also the same, and thus the tension tension Qy with respect to the flexible substrate 1 is basically the same. However, in the sandwiching roller 231 (232) according to the second embodiment, the slip (S0-S1) on the small diameter side decreases with the decrease in the circumferential length difference between the large diameter side and the small diameter side, and the conveyance resistance Qx Is greatly reduced.
  • FIG. 11 shows the contact width W (ratio of the contact width to the total conical contact width: W / W max ), the spreading tension Qy, and the conveyance resistance Qx when the contact portion inclination angle of the pinching roller is constant. Showing the relationship.
  • W / W max is 100% when W and W max are equal, that is, in the case of an all-cone shape that is not a frustoconical shape, and W becomes smaller according to the degree of wharf.
  • the value of W / W max decreases.
  • W / W max 60%
  • the conveyance resistance Qx is 0.7 times (30% decrease).
  • W / W max 30%
  • it is compared with W / W max 100%.
  • the conveyance resistance Qx is 0.5 times (50% reduction). That is, the conveyance resistance Qx is greatly reduced when the width W of the contact portion is reduced.
  • Ratio of contact portion width to contact width of all cones where the line indicating the stretch tension Qy and the line indicating the conveyance resistance Qx intersect From the vicinity where the reduction of W / W max exceeds 60% The increase in Qy becomes remarkable. However, when the contact width W is extremely narrow, the control width for controlling the spreading tension Qy also decreases. Therefore, the contact width W is about 30 to 60% of the contact width W max of the entire conical shape. Is preferred.
  • FIG. 12 shows the relationship between the contact portion inclination angle ⁇ , the developing tension Qy, and the transport resistance Qx when the contact portion width W of the clamping roller is constant.
  • the developing tension Qy can be increased by increasing the contact portion inclination angle ⁇ .
  • the contact portion inclination angle ⁇ exceeds 65 °, the developing tension Qy hardly increases.
  • the contact portion inclination angle ⁇ is larger than 80 °, it is difficult to configure the apparatus.
  • the stretching tension Qy is rapidly decreased when ⁇ is less than 20 °.
  • FIG. 13 and FIG. 14 show an embodiment in which the substrate position control device 200 of the second embodiment is applied to the thin film stack manufacturing apparatus 112 of the continuous film formation method to form a substrate position control device 200a.
  • an electrode 25 (target) and a ground electrode 26 with a built-in heater are arranged opposite to each other with the flexible substrate 1 interposed therebetween.
  • the electrode 25 and the ground electrode 26 are fixed to the flexible substrate 1 with a predetermined gap, and perform continuous film formation in a non-contact manner. For this reason, the film-forming region on the flexible substrate 1 is not divided in the transport direction, and the rolls 23 and 23 for guiding the flexible substrate 1 can be arranged on the upstream and downstream sides of the film-forming unit 24 in the transport direction. .
  • the emphasis is placed on extending in the width direction so as to suppress wrinkles generated in the flexible substrate 1 due to tension and heat rather than drooping due to its own weight.
  • a plurality of upper and lower clamping roller pairs 230 and 230 ′ are arranged in a straight line along the upper and lower sides of the film forming unit 24.
  • the temperature around the electrode 25 rises to about 300 ° C. due to the radiant heat from the heater. Accordingly, in consideration of the influence of radiant heat on the pair of sandwiching rollers 230 and 230 ′, a plurality of support rollers arranged in line in the transport direction between the electrode 25 and the upper and lower sandwiching roller pairs 230 and 230 ′. 27, and each pair of sandwiching rollers 230 and 230 ′ is disposed outside the electrode 25.
  • the support roller 27 is preferably made of a metal roller having good heat resistance, and is rotatably supported on a shaft protruding from the lower surface side of the bracket 28. In the illustrated example, the bracket 28 is fixed to the fixed-side support member 241, but may be fixed to the electrode 25 side.
  • the substrate position control device according to the present invention is implemented in a thin film stack manufacturing apparatus that performs film formation processing while transporting the flexible substrate 1 in the horizontal direction in a vertical posture.
  • the substrate position control apparatus according to the present invention is implemented in various processing apparatuses or manufacturing apparatuses that perform processing such as film formation while transporting the flexible substrate 1 in a horizontal position (flat position) in a horizontal direction, a vertical direction, or an oblique direction. You can also
  • FIG. 15 is a cross-sectional view seen from the upstream side in the transport direction, showing an embodiment in which a substrate position control device 300 similar to that of the second embodiment of the present invention is applied to a continuous film formation type manufacturing apparatus 312 that transports in a horizontal posture. is there.
  • the thin-film laminate manufacturing apparatus 312 includes an electrode 325 (target) and a ground electrode 326 that are disposed opposite to each other above and below the flexible substrate 1 in a vacuum chamber maintained at a predetermined degree of vacuum.
  • a film forming unit is provided. Guide rolls (idle rolls), feed rolls, tension rolls, etc. that constitute the transport means are arranged on the upstream and downstream sides in the transport direction of the film forming unit. An unwinding roll and a winding roll for the flexible substrate 1 are disposed. Since these configurations are the same as the conventional one, illustration is omitted.
  • the substrate position control device of the thin film laminate manufacturing apparatus 312 includes two substrate position control devices 300 and 300 arranged on both sides in the width direction of the conveyance path of the flexible substrate 1.
  • the substrate position control devices 300 and 300 are arranged sideways so that the fixed-side clamping roller 331 (fixed-side support member 341) is at the bottom, both of which are provided with an actuator 366 and a sensor 367, and a spring 350.
  • the pressing force is controlled positively and the movable support member 342 is swingably connected to the fixed support member 341 that also serves as a bracket. Since the structure is the same as that of the substrate position control apparatus 200 of the second embodiment, a detailed description thereof is omitted by assigning corresponding reference numerals.
  • the ground electrode 326 is disposed on the lower surface side of the flexible substrate 1, and the influence of the flexible substrate 1 due to its own weight is small, and is similar to the substrate position control devices 300 and 300 on each side. is there. Therefore, the initial displacement of the springs 350 and 350 and the control amount of each actuator 366 in the substrate position control devices 300 and 300 on each side are basically set to be equal.
  • each side sensor 367 includes two detection units arranged adjacent to each other in the width direction corresponding to the maximum value and the minimum value of each side edge position of the flexible substrate 1 or alternatively.
  • each side sensor 367 may be composed of one image sensor, and each side edge position of the flexible substrate 1 may be detected by image processing.
  • the device as a compression spring can be obtained by appropriately changing the connection points for the fixed side and movable side support members, the links and the movable shaft. Can also be configured. In that case, an arm or the like may be added to each fixed side or movable side support member, or each link or movable shaft as necessary.
  • the coil spring may be changed to various known springs such as a spiral spring, a torsion spring, and a leaf spring.
  • the form in which the fixed side and movable side support members and the links are brought into contact with and separated from each other can be replaced by linear sliding. However, it is preferable to swing (pivotally rotate) efficiently.
  • substrate position control apparatus which concerns on this invention is organic EL etc. It can be applied not only to a semiconductor thin film manufacturing apparatus but also to various processing apparatuses that require position control and stretching of a flexible substrate in addition to film formation such as painting, cleaning, drying, heat treatment, and surface processing.

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Abstract

 帯状の可撓性基板(1)を縦姿勢で横方向に搬送し、前記基板の搬送経路に設置された処理部(20)にて、前記基板に処理を行なう処理装置における可撓性基板の位置制御装置(100)であって、前記基板の上側縁部を挟持する一対の挟持ローラ(131,132)と、前記一対の挟持ローラを回転可能かつ相互に接離可能に支持する支持機構(140)と、前記支持機構を介して前記一対の挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段(150)と、前記付勢手段による前記加圧力の調整手段(160)と、を備えるものにおいて、前記一対の挟持ローラを構成する各ローラが、軸方向に対して傾斜した周面を有する円錐ローラであり、前記各円錐ローラの小径側が前記基板の幅方向中央側に位置しかつ前記基板の挟持面における回転方向が前記基板の搬送方向と同方向になるように、前記支持機構によって支持されている。

Description

可撓性基板の位置制御装置
 本発明は、帯状の可撓性基板を搬送しその搬送経路にて前記基板に成膜等の処理を行なう装置における可撓性基板の幅方向位置の制御装置に関する。
 半導体薄膜などの薄膜積層体の基板には、通常、剛性基板が用いられるが、軽量でロールを介した取り扱いの利便性による生産性向上やコスト低減を目的として、プラスチックフィルムなどの可撓性基板が用いられる場合がある。特許文献1には、巻出しロールから供給される帯状可撓性基板(ポリイミドフィルム)を所定のピッチで間欠的に搬送しながら、前記可撓性基板の搬送方向に配列された複数の成膜ユニットで、前記可撓性基板上に性質の異なる複数の薄膜を積層形成し、製品ロールとして巻取る薄膜積層体の製造装置が開示されている。
 このような薄膜積層体の製造装置には、横姿勢すなわち帯状可撓性基板の幅方向を水平方向にして搬送しつつ成膜を行なうタイプと、縦姿勢すなわち帯状可撓性基板の幅方向を上下方向にして搬送しつつ成膜を行なうタイプがある。後者は、前者に比べて設置面積が小さく、基板表面が汚染されにくい等の利点があるが、搬送スパンが長くなると、重力に抗して搬送高さを一定に維持するのが困難になり、可撓性基板の表面に皺が発生したり、可撓性基板が垂れ下がったりする傾向が顕著になる。
 そこで、図1(a)~(b)に示すように、薄膜積層体製造装置を構成する各成膜ユニット20,20間に、可撓性基板1の上下の側縁部を挟持する上側および下側挟持ローラ対30,30′を配設し、それぞれの挟持ローラの挟持部における回転方向を、可撓性基板1の搬送方向Fに対して斜上方および斜下方に向かう傾斜角+θ,-θを有するようにして、可撓性基板1の上下の側縁部に上方および下方に向かう持ち上げ力および引き下げ力を作用させ、可撓性基板1の搬送高さを調整する装置が、本発明者らによって開発されている(特許文献1~3参照)。
特開2009-38276号公報 特開2009-38277号公報 特開2009-57632号公報
 上記装置は、可撓性基板を展張しかつ可撓性基板の搬送高さを制御するうえで有利であるが、可撓性基板の逆方向への搬送を含む往復成膜プロセスには直ちに適用できない。可撓性基板を逆方向に搬送すると、上記傾斜角に応じた持ち上げ力および引き下げ力が上下逆方向に作用し、各挟持ローラ30,30′から可撓性基板が離脱する問題を生じる。
 本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、帯状可撓性基板の下垂や皺の発生を抑制でき、高品質の処理が可能であると共に、可撓性基板の逆方向への搬送にも対応可能な可撓性基板の位置制御装置を提供することにある。
 上記課題を解決することを目的として、本発明は、
 帯状の可撓性基板を縦姿勢で横方向に搬送し、前記基板の搬送経路に設置された処理部にて、前記基板に処理を行なう処理装置における可撓性基板の位置制御装置であって、
 前記基板の上側縁部を挟持する一対の挟持ローラと、
 前記一対の挟持ローラを回転可能かつ相互に接離可能に支持する支持機構と、
 前記支持機構を介して前記一対の挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段と、
 前記付勢手段による前記加圧力の調整手段と、を備えるものにおいて、
 前記一対の挟持ローラを構成する各ローラが、軸方向に対して傾斜した周面を有する円錐ローラであり、前記各円錐ローラの小径側が前記基板の幅方向中央側に位置しかつ前記基板の挟持面における回転方向が前記基板の搬送方向と同方向になるように、前記支持機構によって支持されていることを特徴とする。
 上記処理装置において、可撓性基板は、処理部(成膜部)の上流側および下流側それぞれに配置されたフィードロール等の搬送手段により、縦姿勢すなわち幅方向を上下方向にして横方向に搬送され、搬送経路に設置された処理部にて成膜等の処理がなされる。その際、可撓性基板の上側縁部を挟持する一対の挟持ローラは、可撓性基板の搬送力によって従動回転するが、挟持ローラを構成する各円錐ローラは、大径側と小径側とで周差を有しているので、可撓性基板の幅方向中央側に誘導され、この相対運動の結果として、可撓性基板には、幅方向縁端側となる上方に向かう展張力が付与される。
 この展張力は、ローラ周面の摩擦力を介して可撓性基板に伝達されるので、挟持ローラ対の加圧力に比例し、加圧力が充分に大きい場合は、ローラ周面の傾斜角通りの展張力が可撓性基板に作用するが、加圧力が小さくなるにつれて、挟持面内での滑りが主体的になり、展張力は減少する。したがって、付勢手段による加圧力を調整することで、可撓性基板に付与される展張力を調整でき、それにより、可撓性基板の上下幅方向の位置を調整して、搬送高さを一定に維持することが可能となる。また、可撓性基板の上側縁部が縁端側に向かって展張されることで、搬送スパンの中間部で自重による垂れ下がりや皺が抑制され、可撓性基板に対して高品位の処理を実施可能となる。
 しかも、上記加圧力の制御は、挟持ローラの挟持面における回転方向に依存せず、挟持面における回転方向が基板の搬送方向と同方向であるので、逆方向の搬送においても同一の装置で全く同様の位置制御を行なうことができ、可撓性基板の逆方向への搬送を含む往復プロセスに低コストで対応可能である。
 本発明の好適な態様では、前記一対の挟持ローラを構成する各ローラが、截頭円錐形状の円錐ローラである。上述したように、円錐ローラは、大径側と小径側とで周差を有し、それにより可撓性基板に対する展張力が発生する一方で、接触範囲内での速度差による搬送負荷を生じている。挟持ローラを構成する各ローラを、截頭円錐形状の円錐ローラとすることにより、接触部幅が短縮され、搬送負荷を低減する上で有利である。
 その場合、前記円錐ローラは、回転軸に対する周面の傾斜角が20~80度の範囲から選定されていることが好ましい。傾斜角が20度未満の場合には展張力が急激に減少し、また、傾斜角が80度より大きい場合は装置を構成困難である。特に好ましい態様では、前記円錐ローラは、回転軸に対する周面の傾斜角が45~65度の範囲から選定されている。全般的に傾斜角の増加に伴い搬送抵抗も増加するが、傾斜角が45度以上では搬送抵抗の増加はごく僅かである。また、傾斜角が65度を越えると展張力は殆ど増加しなくなる。
 本発明は、可撓性基板の上下各側に挟持ローラ対が配設される態様をも対象としている。すなわち、本発明の好適な態様では、前記基板の下側縁部を挟持する一対の下側挟持ローラと、前記支持機構および前記付勢手段と同様に構成された前記一対の下側挟持ローラのための支持機構および付勢手段と、をさらに備えている。この態様では、前記加圧力の調整により、可撓性基板を幅方向の上下両方向に展張しつつ、上下各側の挟持面に作用する加圧力の展張成分の差によって可撓性基板を上昇または降下させ、搬送高さの制御を行なうことができ、これにより、可撓性基板の皺を効果的に抑制し、可撓性基板の位置精度を一層向上できる。
 本発明の好適な態様では、前記処理装置が、前記処理部として前記基板の搬送経路に沿って等ピッチで並設された複数の成膜部を備え、前記基板を前記成膜部に対応したピッチで間欠的に搬送しながら、前記基板の表面に薄膜を順次積層形成する薄膜積層体製造装置であり、前記一対の上側挟持ローラと、前記一対の下側挟持ローラとが、前記複数の成膜部の間に配設されている。
 本発明の他の好適な態様では、前記処理装置が、前記基板を連続的に搬送し、前記処理部としての成膜部にて、前記基板の表面に薄膜を積層形成する薄膜積層体製造装置であり、前記一対の上側挟持ローラと、前記一対の下側挟持ローラとが、前記成膜部の上下に搬送方向に沿って複数列設されている。
 上記態様において、前記基板の薄膜形成領域と前記複数対の上側挟持ローラとの間および前記複数対の下側挟持ローラとの間でそれぞれ前記基板を支持すべく搬送方向に沿って列設された複数の支持ローラをさらに備えることが好適である。この態様では、加圧力調節のための可動部を含まない耐熱性の支持ローラにより、成膜部の近傍で可撓性基板を確実に支持可能であるとともに、挟持ローラ対群を高温度の成膜部から離隔して配設可能となり、挟持ローラに対する輻射熱の影響を低減でき、挟持ローラの材質選択の自由度を向上するうえで有利である。
 本発明は、帯状の可撓性基板を、平姿勢など、縦姿勢以外の姿勢で横方向や上下方向あるいは斜方向に搬送し、成膜等の処理を行なう処理装置における可撓性基板の位置制御装置にも適用できる。
 すなわち、本発明は、
 帯状の可撓性基板を搬送し、前記基板の搬送経路に設置された処理部にて、前記基板に処理を行なう処理装置における可撓性基板の位置制御装置であって、
 前記基板の各側縁部をそれぞれ挟持する各一対の挟持ローラと、
 前記各一対の挟持ローラをそれぞれ回転可能かつ各対において相互に接離可能に支持する各支持機構と、
 前記各支持機構を介して前記各一対の挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段と、
 前記付勢手段による前記加圧力の調整手段と、を備え、
 前記各一対の挟持ローラを構成する各ローラが、軸方向に対して傾斜した周面を有する円錐ローラであり、前記各円錐ローラの小径側が前記基板の幅方向中央側に位置しかつ前記基板の挟持面における回転方向が前記基板の搬送方向と同方向になるように、前記各支持機構によって支持されている、可撓性基板の位置制御装置としても適用されうる。
 この態様では、可撓性基板の各側縁部をそれぞれ挟持する各一対の円錐ローラからなる挟持ローラは、可撓性基板の搬送力によって従動回転し、それぞれの大径側と小径側との周差によって、可撓性基板の幅方向中央側に誘導され、この相対運動の結果として、可撓性基板には、幅方向縁端側に向かう展張力が付与される。この展張力は、それぞれの付勢手段による加圧力に応じて変化するので、各側の付勢手段による加圧力をそれぞれ調整することにより、可撓性基板の幅方向の位置を調整可能であり、可撓性基板を幅方向に展張しつつその蛇行を抑制できる。しかも、これらの作用は各挟持ローラの回転方向に依存せず、各挟持面における回転方向が基板の搬送方向と同方向であるので、逆方向の搬送においても同様の位置制御を行なうことができる。
 この態様においても、前記一対の挟持ローラを構成する各ローラが、截頭円錐形状の円錐ローラであることが好適である。
 本発明に係る可撓性基板の位置制御装置は、上述したように、帯状の可撓性基板を搬送しつつ成膜等の処理を行なうに際して、可撓性基板の下垂や皺の発生を効果的に抑制でき、幅方向位置を一定に維持して高品質の処理を可能にするとともに、可撓性基板の逆方向への搬送を含む往復プロセスにも低コストで対応可能である。
(a)は薄膜積層体製造装置の2つの成膜部を示す概略平断面図、(b)は概略側断面図である。 本発明第1実施形態に係る基板位置制御装置を示す正面図である。 (a)は図2の要部拡大図、(b)は(a)のB-B断面図、(c)は挟持ローラの展張作用を示す(b)の拡大図である。 (a)は本発明実施形態に係る基板位置制御装置を備えた薄膜積層体製造装置の2つの成膜部を示す概略平断面図、(b)は概略側断面図である。 本発明第1実施形態に係る基板位置制御装置を実施した場合を示す図4のA-A断面図である。 (a)は標準的な加圧力の場合、(b)は加圧力を増加させた場合、(c)は加圧力を減少させた場合を示す図3(a)のB-B断面図である。 本発明実施形態に係る挟持ローラおよび比較例の挟持ローラにおける加圧力と展張力との関係を示す特性図である。 本発明第2実施形態に係る基板位置制御装置を示す正面図である。 (a)は図2の要部拡大図、(b)は(a)のB-B断面図、(c)は挟持ローラの展張作用を示す(b)の拡大図である。 (a)は搬送張力と搬送抵抗との関係を示す図、(b)は挟持ローラ設置数と搬送抵抗との関係を示す図、(c)は薄膜積層体製造装置における搬送張力の分布を示す図である。 挟持ローラの接触部幅と展張力および搬送抵抗の関係を示す図である。 挟持ローラの接触部傾斜角と展張力および搬送抵抗の関係を示す図である。 本発明第2実施形態に係る基板位置制御装置を実施した連続式成膜装置の1つの成膜部を示す概略側面図である。 図13のC-C断面図である。 本発明第3実施形態に係る基板位置制御装置を実施した他の連続式成膜装置を示す概略断面図である。
 以下、本発明の実施形態について、本発明を太陽電池用の薄膜光電変換素子を構成する薄膜積層体製造装置の基板位置制御装置に実施する場合を例にとり、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において、各実施形態に共通または対応する構成には、共通または対応する符号を付すことで説明を省略する場合がある。
 (第1実施形態)
 図2は、本発明第1実施形態に係る基板位置制御装置100を示す搬送方向上流側から見た正面図である。薄膜積層体製造装置は、図4(a)(b)に部分的に示されるように、所定の真空度に維持された真空室10の内部に、帯状の可撓性基板1(フレキシブルフィルム)を、縦姿勢すなわち幅方向を上下方向にして水平方向に搬送し、可撓性基板1の搬送経路に沿って並設された複数の成膜ユニット20(成膜部)で、可撓性基板1の表面に薄膜を積層形成するものである。
 成膜部の搬送方向上流側および下流側には、可撓性基板1の搬送手段を構成するフィードロールやテンションロールなどが配設され、さらにそれらの搬送方向上流側および下流側に、可撓性基板1の巻出しロールおよび巻取りロールが配設されている。また、上流側および下流側のフィードロールと成膜部との間には、成膜部の上流側および下流側で可撓性基板1を折り返すように案内し、成膜部での可撓性基板1の直線的な搬送経路を設定するガイドロール(アイドルロール)が配設されている。これらの構成は、従来と同様であるため、詳細な図示を省略するが、図10(c)に概略的に示されている。
 基板位置制御装置100は、上記ガイドロール間に張架されて成膜部を通って搬送される可撓性基板1の上下方向の位置を制御し搬送高さを一定に維持するとともに、可撓性基板1を幅方向すなわち上下方向に展張するために、成膜部における搬送経路の上部に配置されており、図2に示されるように、可撓性基板1の上側縁部を挟持する挟持ローラ130対、挟持ローラ130対を構成する各ローラ131,132を回転可能かつ相互に接離可能に支持する支持機構140、該支持機構140を介して挟持ローラ対130(131,132)に加圧力を付与する付勢手段(150)および加圧力調整手段(160)などで構成される。
 挟持ローラ対130を構成する各ローラ131,132は、図3(a)および(b)に示されるように、いずれも軸方向に対して傾斜した周面131b,132bを有する同形状の円錐ローラからなる。一方が固定ローラ131、他方が可動ローラ132であり、固定ローラ131は、軸131aで回転可能に支持され、可動ローラ132は、軸132aで回転可能に支持されている。
 これらの挟持ローラ131,132は、可撓性基板1を介して相互に圧接される作動状態で、それぞれの先端側(小径側)が、可撓性基板1の上下幅方向の中央側にとなる図中下方に位置し、かつ、それぞれの大径部が可撓性基板1の縁端側となる図中上方に位置しており、さらに、可撓性基板1の上側縁部が搬送面に対して平坦な挟持面で挟持されるように、それぞれの軸131a,132aが、可撓性基板1の搬送方向と直交する仮想平面内Dで、前記搬送面(可撓性基板1)に対して各周面131b,132bの傾斜(すなわち円錐形状の頂角)に相当する傾斜角をなして、固定側支持部材141、可動側支持部材142の先端部に斜めに保持されている。これにより、各挟持ローラ131,132の挟持面における回転方向は、可撓性基板1の搬送方向と同方向になっている。
 固定側支持部材141は、その上端部においてブラケット111に固定され、該ブラケット111は、図示しない真空室の構造要素に固定されている。固定側支持部材141とブラケット111が一体に構成されていても良い。一方、可動側支持部材142は、その上端のヒンジ部142bにおいてブラケット111に揺動可能に連結されており、ヒンジ部142bを中心とした可動側支持部材142の揺動により、可動ローラ132が固定ローラ131に対して接離可能となっている。
 固定側支持部材141と可動側支持部材142との間には、付勢手段としてスプリング150(引張スプリング)が介装されている。スプリング150の一端部は、固定側支持部材141に連結され、スプリング150の他端部は、加圧力調整ネジ160を介して可動側支持部材142に連結され、この加圧力調整ネジ160を回動させてスプリング150の初期変位を調整することにより、固定ローラ131に対する可動ローラ132の加圧力(接圧)を調整可能である。
 挟持ローラ対130を構成する各挟持ローラ131,132は、例えば、金属、セラミック、プラスチックなどで形成されるか、または、それらの材料で形成された芯体の周囲に、ゴムなどの弾性体を被着することにより構成される。各ローラ131,132は、それぞれの軸131a,132a(支軸)に対して所定の軸方向位置に保持されるように、スラスト荷重を受圧可能にベアリングを介して回転自在に支持されている。代替的に、それぞれの軸131a,132a(回転軸)が、スラスト荷重を受圧可能なベアリングを介して固定側支持部材141、可動側支持部材142の各先端部に回転自在に支持されていても良い。
 以上のように構成された基板位置制御装置100において、各挟持ローラ131,132は大径側と小径側とで周長差を有している。これにより、各挟持ローラ131,132は、図3(b)に示されるように、搬送方向F(R)に移動する可撓性基板1との接触によって従動回転される際に、接触面(挟持面)内で回転力VF(VR)を生じるが、可撓性基板1は所定の搬送張力を付与された状態で直線的に搬送されるので、回転力VF(VR)の垂直方向の分力Qy(展張力)のみが可撓性基板1の接触面に伝達され、この上方に向かう展張力Qyによって、可撓性基板1の上側縁部が上方に展張されることになる。
 上記各挟持ローラ131,132による展張力Qyは、摩擦力として可撓性基板1に伝達されるので、基本的に各挟持ローラ131,132による加圧力Pxに比例する。各挟持ローラ131,132による加圧力Pxは、スプリング150の弾性変位に比例するので、加圧力調整ネジ160を回動してスプリング150の初期変位を調整することにより、可撓性基板1の上側縁部に対する展張力Qyを調整可能であり、この展張力Qyは、可撓性基板1の上側縁部を自重に抗して上昇させる持ち上げ力となることから、可撓性基板1の上側縁部の位置を調整可能である。
 なお、図示例では、加圧力の調整手段として手動操作用の加圧力調整ネジ160を用い、加圧力を、試験運転などで求めた最適値に予め設定して運転する場合を示したが、加圧力調整ネジ160を回動させるかまたはスプリング150の支持点を直接もしくは機構を介して間接的に変位させるアクチュエータ、可撓性基板1の上側縁部の位置を検出するセンサ、該センサの検出値に基づいて前記アクチュエータを制御する制御装置を併設し、フィードバック制御により、可撓性基板1の搬送高さを制御可能に構成することもできる。
 図7は、本発明実施形態に係る円錐形状の挟持ローラ(130)と、比較例として、図1に示した円筒形状の挟持ローラ(30)の加圧力Pxと展張力Qyとの関係を示す特性図である。図中破線で示される円筒形状の挟持ローラ(30)の展張力Qyは、加圧力Pxが比較的小さい範囲では加圧力Pxに比例して増加するが、加圧力Pxをさらに増加させていくと次第に飽和する傾向があるのに対して、図中実線で示される円錐形状の挟持ローラ(130)の展張力Qyは、より広範囲に亘って加圧力Pxに比例する傾向がある。これは、搬送方向に対する傾斜角θに依存した円筒形状の挟持ローラ(30)の展張力Qyに対して、円錐形状の挟持ローラ(130)は、搬送方向に対する傾斜は有さず、展張力Qyの発生機構そのものが異なることに起因する。
 図6の(a)は標準的な加圧力の場合、(b)は加圧力を増加させた場合、(c)は加圧力を減少させた場合の各場合における接触面(挟持面)を、周方向に拡大して可視化した図である。挟持ローラ131(132)が円錐形状であることから、可撓性基板1との接触面131cは扇形もしくはクサビ状となり、加圧力Pxが大きくなるほど、挟持ローラ131,132による実質的な挟持点(後述する)が大径側にシフトする。
 さらに、加圧力Pxが大きい場合には各挟持ローラ131,132の形状通りの展張力Qyが可撓性基板1に伝達されるが、加圧力Pxが小さい場合には、次第に接触面内での滑りが主体的になり、伝達される展張力Qyが減少することになる。このような展張力Qyの発生機構自体の特殊性によって、加圧力Pxに比例して展張力Qyを広範囲に変化させることが可能であり、加圧力Pxが大きい領域でも展張力Qyが飽和しにくい要因となっている。
 次に、図4(a)(b)および図5は、上記第1実施形態の基板位置制御装置100を、図1に示したのと同様のステップ成膜方式の薄膜席層体製造装置110に適用した実施形態を示している。図4には、1つの成膜ユニット20のみ示されているが、先述したように、共通真空室10の内部に多数の成膜ユニット20が搬送方向に沿って並設されている。各成膜ユニット20は、プラズマCVDなどの化学蒸着(CVD)や、スパッタなどの物理蒸着(PVD)を行なうための真空蒸着ユニットで構成される。
 各成膜ユニット20は、可撓性基板1を挟んでその両側に対向配置された電極21(表面に多数の原料ガス噴出孔を有する高周波電極またはターゲット)と、ヒータを内蔵した接地電極22で構成され、これら電極21および接地電極22は、それぞれが、可撓性基板1の搬送面に向かって開口したチャンバーに収容されている。ステップ成膜プロセスでは、1つの成膜ユニット20に対応したステップ搬送の停止時に、チャンバーを開閉すべく電極21および/または接地電極22が進退するので、電極21と接地電極22との間には挟持ローラ対130を設置できない。
 そこで、ステップ成膜方式の製造装置110では、成膜ユニット20を避けてその前後に、すなわち、各成膜ユニット20の間に、基板位置制御装置100が設置される。図示例では、搬送経路の上下各側に、それぞれ挟持ローラ対130,130′を配置している。下側の挟持ローラ対130′は、図5に示されるように、上側の挟持ローラ対130と同構造のものを上下反対にして用いることができる。
 この態様では、上側挟持ローラ対130による可撓性基板1の上側縁部に対する上方への展張力Qyと同時に、下側挟持ローラ対130′による可撓性基板1の下側縁部に対する下方への展張力-Qyを作用させ、可撓性基板1を上下両方に展張可能であるとともに、それらの差が、可撓性基板1を自重に抗して持ち上げる力となる。したがって、上下各側の挟持ローラ対130,130′は、搬送スパンが長い場合など、自重による影響が大きい場合には、上側挟持ローラ対130の展張力が下側挟持ローラ対130′よりも大きくなる範囲で設定されることになる。
 基板位置制御装置100を構成する各挟持ローラ131,132が、可撓性基板1との接触によって従動回転される際に、接触面(挟持面)内で回転力VF(VR)を生じ、その垂直方向の分力が展張力Qyとして可撓性基板1に伝達されることは既に述べた通りである。より詳細に述べると、大径側と小径側とで周長差がある円錐形状の挟持ローラ131、132では、周速が可撓性基板1の搬送速度と一致する実質的な挟持点(可撓性基板1の搬送力が静止静摩力として挟持ローラに伝達される地点)は、伝達トルクの大きい大径側の地点となり、その地点より小径側では、周速差に応じて、可撓性基板1の搬送方向Fと反対方向の滑りを生じることになる。
 図3(b)の拡大図(c)において、上述した実質的な挟持点がL1からL2まで移動する間に、円錐形状の挟持ローラ131の小径側はS0からS2まで回転する。しかし、挟持ローラ131の軸方向は一定に保持されているので、挟持点がL1にあるとき、挟持ローラ131の小径側はS1にあり、S1とS0の差の分だけ、可撓性基板1の搬送方向Fと反対方向に滑りを生じており、それが可撓性基板1に摩擦力として伝達され、搬送抵抗Qxとなる。
 図10(a)は、本発明に係る基板位置制御装置100における搬送張力の変化に応じた搬送抵抗Qxの変化を示し、図10(b)は挟持ローラ設置数と総搬送抵抗ΣQxとの関係を示している。また、図10(c)は、本発明に係る基板位置制御装置(挟持ローラ対130,130′)を実施した薄膜積層体製造装置における搬送張力の分布を示しており、その横軸に沿って、可撓性基板1の巻出部11から巻取部12に至る搬送経路に沿って9つの成膜ユニット20(CVD1~9)が設置され、各成膜ユニット20の間にそれぞれ基板位置制御装置(挟持ローラ対130,130′)が設置された薄膜積層体製造装置が概略的に示されている。
 基板位置制御装置に起因した搬送抵抗Qxは、その設置数に比例して加算され、搬送張力の増減に伴って増減し、搬送方向下流側に設置されたフィードローラやテンションローラに負荷される。搬送抵抗Qxが大きくなるとこれらの搬送手段に対する負荷が大きくなるとともに、搬送経路の上流側と下流側で張力差が発生するため、搬送抵抗Qxは可及的に少なくすることが好ましい。但し、可撓性基板1を間欠的に搬送するステップ成膜方式の薄膜席層体製造装置では、正逆両方向に作用する搬送抵抗Qxが可撓性基板1を停止位置に安定させる保持力として作用するという好ましい一面もある。
 (第2実施形態)
 図8は、本発明第2実施形態に係る基板位置制御装置200を示す搬送方向上流側から見た正面図である。基板位置制御装置200は、挟持ローラ対230を構成する各挟持ローラ231,232が、何れも截頭円錐形状の円錐ローラで構成されている。すなわち、第2実施形態の各挟持ローラ231,232は、大径側の形状は第1実施形態の挟持ローラ131,132と同様であるが、小径側が短縮されている。その他の構成については、第1実施形態と同様であるので、対応する符号を付すことで詳細な説明は省略する。図9(a)~(c)は、図3(a)~(c)に対応している。
 図示例の各挟持ローラ231,232は、図11(a)に示される全円錐形状の接触部幅に対する接触部幅の比率:W/Wmaxが50%である。第2実施形態の各挟持ローラ231,232においても、可撓性基板1に対する展張作用は基本的に同様であるが、搬送抵抗Qxを低減する上で有利である。
 第2実施形態に係る挟持ローラ231(232)の作用を示す図9(c)を、先述した第1実施形態の挟持ローラ131(132)の作用を示す図3(c)と比較すると、大径側の形状は同様であるから、実質的な挟持点L1,L2の移動軌跡も同様であり、したがって可撓性基板1に対する展張力Qyも基本的に同様である。しかし、第2実施形態に係る挟持ローラ231(232)では、大径側と小径側との周長差が減少したことに伴い、小径側における滑り(S0-S1)が減少し、搬送抵抗Qxは大幅に低減される。
 図11は、挟持ローラの接触部傾斜角が一定である場合における接触部幅W(全円錐形状の接触部幅に対する接触部幅の比率:W/Wmax)と展張力Qyおよび搬送抵抗Qxの関係を示している。図11(b)において、WとWmaxが等しい場合、すなわち、截頭円錐形状でない全円錐形状の場合にW/Wmaxが100%であり、截頭の度合いに応じてWが小さくなると共にW/Wmaxの値が小さくなる。
 図中破線で示される接触部幅Wと搬送抵抗Qxの関係は上述した通りであり、WとWmaxが等しい場合(W/Wmax=100%)の搬送抵抗Qxの値を基準とすると、W/Wmax=60%の場合に、搬送抵抗Qxは0.7倍(30%減)となり、さらに、W/Wmax=30%の場合には、W/Wmax=100%に比べて搬送抵抗Qxは0.5倍(50%減)となる。すなわち、搬送抵抗Qxは、接触部の幅Wが小さくなると、大きく減少する。
 一方、展張力Qyに関しては、挟持面での圧力の上昇などにより、挟持ローラ231,232と可撓性基板1の接触部幅Wが短縮するほど展張力Qyが増大する傾向が認められ、WとWmaxが等しい場合(W/Wmax=100%)の展張力Qyの値を基準とすると、W/Wmax=60%の場合には、展張力Qyが1.04倍(4%増加)の少ない増加であるが、W/Wmax=30%の場合には、W/Wmax=100%に比べて展張力Qyは1.71倍(71%増)の急激な増加となった。展張力Qyを示す線と搬送抵抗Qxを示す線とが交差する、全円錐形状の接触部幅に対する接触部幅の比率:W/Wmaxの低減分が60%を越えた付近から、展張力Qyの増加が顕著になる。しかし、接触部幅Wが極端に狭い場合は、展張力Qyを制御する上での制御幅も減少するので、接触部幅Wは、全円錐形状の接触部幅Wmaxの30~60%程度が好ましい。
 図12は、挟持ローラの接触部幅Wが一定である場合の接触部傾斜角αと展張力Qyおよび搬送抵抗Qxの関係を示しており、展張力Qyおよび搬送抵抗Qxは、接触部傾斜角α=45°の場合に対する比率(%)で表示されている。図12に示されるように、接触部傾斜角αを大きくすることで展張力Qyを増加させることができるが、接触部傾斜角α=65°を越えると展張力Qyは殆ど増加しなくなる。接触部傾斜角α=80°より大きい場合には装置を構成困難になる。また、接触部傾斜角αを小さくする場合、α=20°を下回ると展張力Qyが急激に減少する。一方、接触部傾斜角αの全範囲で展張力Qyの増加に伴い搬送抵抗Qxも増加するが、接触部傾斜角α=45°以上では搬送抵抗Qxの増加はごく僅かである。したがって、加圧力Pxに対して大きな展張力Qyを必要とする場合は、接触部傾斜角α=45~65°が好ましい。
 次に、図13および図14は、上記第2実施形態の基板位置制御装置200を、連続成膜方式の薄膜積層体製造装置112に適用して基板位置制御装置200aとした実施形態を示している。連続成膜方式の製造装置112の各成膜部24でも、可撓性基板1を挟んでその両側に電極25(ターゲット)と、ヒータを内蔵した接地電極26とが対向配置される。しかし、これら電極25および接地電極26は、可撓性基板1に対して所定のギャップを有して固定されており、非接触で連続成膜を行なう。このため、可撓性基板1上の成膜領域は搬送方向に区分されず、成膜部24の搬送方向上流側および下流側に、可撓性基板1を案内するロール23,23を配置できる。
 したがって、連続成膜方式の製造装置112では、可撓性基板1の自重による垂下よりも、張力および熱により可撓性基板1に生じる皺を抑制すべく幅方向に展張することに重点が置かれ、図示のように、成膜部24の上下両側に沿ってそれぞれ複数の上側および下側挟持ローラ対230、230′が一直線上に列設される。
 また、連続成膜方式の製造装置112では、ヒータからの輻射熱により、電極25周辺が300℃程度まで温度上昇する。そこで、挟持ローラ対230、230′への輻射熱の影響を考慮して、電極25と上下の各挟持ローラ対230、230′との間に、搬送方向に沿って列設された複数の支持ローラ27を配設し、各挟持ローラ対230、230′を電極25の外に配置している。支持ローラ27は、好適には耐熱性が良好な金属ローラで構成され、ブラケット28の下面側に突設された軸に回転自在に支持されている。図示例では、ブラケット28は固定側支持部材241に固定されているが、電極25側に固定されていても良い。
 上記各実施形態では、本発明に係る基板位置制御装置を、可撓性基板1を縦姿勢で横方向に搬送しつつ成膜処理を行なう薄膜積層体製造装置に実施する場合について述べたが、本発明に係る基板位置制御装置は、可撓性基板1を横姿勢(平姿勢)で水平方向や上下方向あるいは斜方向に搬送しつつ成膜等の処理を行なう各種処理装置あるいは製造装置に実施することもできる。
 (第3実施形態)
 図15は、本発明第2実施形態と同様の基板位置制御装置300を、横姿勢で搬送する連続成膜方式の製造装置312に適用した実施形態を示す搬送方向上流側から見た断面図である。薄膜積層体製造装置312は、所定の真空度に維持された真空室の内部に、可撓性基板1を挟んでその上下に対向配置された電極325(ターゲット)と、接地電極326とからなる成膜部が配設されている。成膜部の搬送方向上流側および下流側には、搬送手段を構成するガイドロール(アイドルロール)やフィードロール、テンションロールなどが配設され、さらにそれらの搬送方向上流側および下流側に、可撓性基板1の巻出しロールおよび巻取りロールが配設されている。これらの構成は、従来と同様であるため、図示を省略する。
 図15において、薄膜積層体製造装置312の基板位置制御装置は、可撓性基板1の搬送経路の幅方向両側に配置された2つの基板位置制御装置300,300で構成されており、2つの基板位置制御装置300,300は、固定側の挟持ローラ331(固定側支持部材341)が下になるように横向きに配置されている点、何れも、アクチュエータ366およびセンサ367が付設され、スプリング350による加圧力を積極的に制御可能に構成されている点、および、可動側支持部材342がブラケットを兼ねた固定側支持部材341に揺動可能に連結されている点を除けば、基本的に第2実施形態の基板位置制御装置200と同じ構造であるので、対応する符号を付すことで詳細な説明は省略する。
 この製造装置312では、可撓性基板1の下面側に接地電極326が配設され、可撓性基板1の自重による影響は小さく、かつ、各側の基板位置制御装置300,300に同様である。したがって、各側の基板位置制御装置300,300におけるスプリング350,350の初期変位および各アクチュエータ366の制御量は、基本的に同等に設定される。
 一方、各アクチュエータ366による加圧力の制御は、可撓性基板1を幅方向に展張しつつ、可撓性基板1の幅方向の変位や蛇行を補正するために、各側センサ367の検知に基づいて制御装置により個別にかつ連携して実施されることになる。したがって、各側センサ367は、可撓性基板1の各側縁位置の許容される最大値と最小値とに対応して幅方向に隣接配置された2つの検出部をそれぞれ備えるか、代替的に、各側センサ367がそれぞれ1つのイメージセンサからなり、可撓性基板1の各側縁位置を画像処理によって検知するようにしても良い。
 以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記以外にも本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。
 例えば、上記各実施形態では、付勢手段として引張スプリングを用いる場合を示したが、各固定側および可動側支持部材や各リンクおよび可動軸に対する連結点を適宜変更することで、圧縮スプリングとして装置を構成することもできる。その場合、各固定側または可動側支持部材、あるいは各リンクや可動軸に必要に応じて腕部等が追加されても良い。また、コイルスプリングは、スパイラルスプリング、トーションスプリング、リーフスプリング等、周知の各種スプリングに変更されても良い。各固定側および可動側支持部材や各リンクが相互に接離する形態を、直線的な摺動で代替することもできるが、効率的には揺動(枢回動)が好ましい。
 また、上記各実施形態では、本発明に係る基板位置制御装置を太陽電池用の薄膜積層体の製造装置に実施する場合について述べたが、本発明に係る基板位置制御装置は、有機EL等の半導体薄膜の製造装置は勿論、塗装、洗浄、乾燥、熱処理、表面加工など、成膜以外にも、可撓性基板の位置制御や展張が求められる各種処理装置に適用できる。
1 可撓性基板
10 真空室
11 構造要素
20 成膜ユニット
21,25,325 電極
22,26,326 接地電極
24 成膜部
27 支持ローラ
100,200,300 基板位置制御装置
111,211 ブラケット
130,230,330 挟持ローラ対
131,231,331 固定ローラ
132,232,332 可動ローラ
140,240,340 支持機構
141,241,341 固定側支持部材
142,242,342 可動側支持部材
142b,242b ヒンジ部
150,250,350 スプリング(付勢手段)
160,260,360 加圧力調整ネジ
365 可動軸
366 アクチュエータ
367 センサ
 

Claims (9)

  1.  帯状の可撓性基板を縦姿勢で横方向に搬送し、前記基板の搬送経路に設置された処理部にて、前記基板に処理を行なう処理装置における可撓性基板の位置制御装置であって、
     前記基板の上側縁部を挟持する一対の挟持ローラと、
     前記一対の挟持ローラを回転可能かつ相互に接離可能に支持する支持機構と、
     前記支持機構を介して前記一対の挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段と、
     前記付勢手段による前記加圧力の調整手段と、を備えるものにおいて、
     前記一対の挟持ローラを構成する各ローラが、軸方向に対して傾斜した周面を有する円錐ローラであり、前記各円錐ローラの小径側が前記基板の幅方向中央側に位置しかつ前記基板の挟持面における回転方向が前記基板の搬送方向と同方向になるように、前記支持機構によって支持されていることを特徴とする可撓性基板の位置制御装置。
  2.  前記一対の挟持ローラを構成する各ローラが、截頭円錐形状の円錐ローラであることを特徴とする請求項1に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  3.  前記各円錐ローラは、回転軸に対する周面の傾斜角が20~80度の範囲から選定されていることを特徴とする請求項2に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  4.  前記各円錐ローラは、回転軸に対する周面の傾斜角が45~65度の範囲から選定されていることを特徴とする請求項2に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  5.  前記基板の下側縁部を挟持する一対の下側挟持ローラと、前記支持機構および前記付勢手段と同様に構成された前記一対の下側挟持ローラのための支持機構および付勢手段と、をさらに備えていることを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  6.  前記処理装置が、前記処理部として前記基板の搬送経路に沿って等ピッチで並設された複数の成膜部を備え、前記基板を前記成膜部に対応したピッチで間欠的に搬送しながら、前記基板の表面に薄膜を順次積層形成する薄膜積層体製造装置であり、前記一対の上側挟持ローラと、前記一対の下側挟持ローラとが、前記複数の成膜部の間に配設されていることを特徴とする請求項5に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  7.  前記処理装置が、前記基板を連続的に搬送し、前記処理部としての成膜部にて、前記基板の表面に薄膜を積層形成する薄膜積層体製造装置であり、前記一対の上側挟持ローラと、前記一対の下側挟持ローラとが、前記成膜部の上下に搬送方向に沿って複数列設されていることを特徴とする請求項5に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  8.  前記基板の薄膜形成領域と前記複数対の上側挟持ローラとの間および前記複数対の下側挟持ローラとの間でそれぞれ前記基板を支持すべく搬送方向に沿って列設された複数の支持ローラをさらに備えていることを特徴とする請求項7に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  9.  帯状の可撓性基板を搬送し、前記基板の搬送経路に設置された処理部にて、前記基板に処理を行なう処理装置における可撓性基板の位置制御装置であって、
     前記基板の各側縁部をそれぞれ挟持する各一対の挟持ローラと、
     前記各一対の挟持ローラをそれぞれ回転可能かつ各対において相互に接離可能に支持する各支持機構と、
     前記各支持機構を介して前記各一対の挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段と、
     前記付勢手段による前記加圧力の調整手段と、を備えるものにおいて、
     前記各一対の挟持ローラを構成する各ローラが、軸方向に対して傾斜した周面を有する円錐ローラであり、前記各円錐ローラの小径側が前記基板の幅方向中央側に位置しかつ前記基板の挟持面における回転方向が前記基板の搬送方向と同方向になるように、前記各支持機構によって支持されていることを特徴とする可撓性基板の位置制御装置。
     
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