(57)【要約】【課題】ロール  トゥ  ロールにより基材の表面に製膜処理しつつ形成された薄膜に接触することなく基材をハンドリングして搬送することができる搬送製膜装置を提供する。【解決手段】薄板長尺体の基材を送出リール部から巻取リール部に連続的に搬送し、搬送中の基材に所定の処理を行って、基材の表面に薄膜を形成する搬送製膜装置であって、基材の搬送経路には、基材の走行状態を調整する基材ハンドリング部を有しており、基材ハンドリング部には、ネルソンロールが用いられ、基材は、ネルソンロールに裏面を接触させて架け渡されることにより、基材の表面が送出リール部から巻取リール部まで非接触で搬送されながら処理が行われるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板長尺体の基材を送出リール部から巻取リール部に連続的に搬送し、搬送中の基材に所定の処理を行って、基材の表面に薄膜を形成する搬送製膜装置であって、
基材の搬送経路には、基材の走行状態を調整する基材ハンドリング部を有しており、
前記基材ハンドリング部には、ネルソンロールが用いられ、基材は、前記ネルソンロールに裏面を接触させて架け渡されることにより、基材の表面が送出リール部から巻取リール部まで非接触で搬送されながら処理が行われることを特徴とする搬送製膜装置。
【請求項２】
基材の搬送経路には、基材が架け渡される複数の搬送ロールが設けられており、前記基材ハンドリング部のネルソンロールは、搬送経路における基材の裏面側に配置され、ネルソンロールの入口側における基材の巻付位置は、前記ネルソンロールの上流側に位置する前記搬送ロールの出口側における基材の巻付位置よりも基材の裏面側に位置するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の搬送成膜装置。
【請求項３】
前記基材ハンドリング部のネルソンロールは、主ロールと主ロールに対して一定の角度を有するように配置される副ロールとを有しており、前記主ロール又は副ロールにウエイト付与機構が設けられるとともに、主ロールと副ロールとが相対的に接離することにより、前記基材ハンドリング部が基材の張力調整機構として作用することを特徴とする請求項１又は２に記載の搬送成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送中の薄板長尺体の基材上に処理を行って基材の表面に製膜する搬送製膜装置に関するものであり、特に基材表面に処理を行って、有機ＥＬ照明、太陽電池セルを形成する搬送製膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ照明、太陽電池モジュール等は、金属材料の基材上に薄膜を形成することによって形成されている。すなわち、基材に薄膜を形成する処理（製膜処理）を複数回行うことにより、基材上に複数層の薄膜を積層させることによって形成される。
【０００３】
例えば、太陽電池モジュールとして、複数枚の短冊状の太陽電池セルを短手方向に並べて接合したスラット構造型のものが知られており（例えば、特許文献１参照）、金属材料からなる基材上に、下部導電膜（Ａｇ、ＺｎＯ等）、光電変換膜（アモルファスシリコン等）及び上部導電膜（ＩＴＯ等）等の薄膜を積層することによって形成されている。
【０００４】
近年では、このような太陽電池セル、有機ＥＬ照明は、生産効率に優れるという観点から、ロール  トゥ  ロールにより形成されている。具体的には、図５に示すように、基材送出リール１００に巻回された基材１０１が複数のチャンバー１０２を経ることにより各チャンバー内でスパッタやＣＶＤ法等により下部導電膜、光電変換膜、及び上部導電膜が基材１０１上に積層されて薄膜が形成され、この製膜処理された基材１０１が基材巻取リール１０３に巻き取られる。このようにして得られた基材は、切断工程経て太陽電池セルとなり、これら太陽電池セルが接合工程を経ることにより、スラット構造型の太陽電池モジュールが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０１０３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記搬送製膜装置では、製膜処理された基材１０１を適切にハンドリングすることが困難であるという問題があった。すなわち、ロール  トゥ  ロールでは、搬送される基材１０１のテンションを調整したり、基材１０１を次のチャンバー１０２に誘導するために搬送経路を変更する等、搬送される基材１０１の走行状態を調整する必要がある。例えば、搬送される基材１０１のテンションを調整する場合には、図５に示すようなダンサ機構１０４が用いられ、搬送経路を変更する場合には、基材１０１をローラ１０５に当接させることにより変更することができる。
【０００７】
ところが、太陽電池セルの基材１０１のように基材１０１の表面が製膜処理されている場合には、基材１０１の表面に触れることができないため、上述したダンサ機構１０４や搬送経路変更用のローラ１０５等、基材１０１をハンドリングする部材（基材ハンドリング部材１０６）を用いて基材１０１の走行状態を調整することが困難であるという問題があった。すなわち、従来のダンサ機構１０４では、ダンサロール１０７を基材１０１の表面に当接させる必要があり、また、搬送経路の変更は、基材１０１の裏面側は当接できるため元の搬送経路よりも表面側（上側）への変更は可能であるが（図６（ａ）参照）、元の搬送経路よりも裏面側（下側）への変更は、搬送経路変更用のローラ１０５を製膜機材の表面に当接させる必要がある（図６（ｂ）参照）。このように、いずれの場合も、従来の基材ハンドリング部材１０６を用いた場合には、基材１０１の表面に接触するため、膜質を低下させる要因になるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、ロール  トゥ  ロールにより基材の表面に製膜処理しつつ形成された薄膜に接触することなく基材をハンドリングして搬送することができる搬送製膜装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明の搬送製膜装置は、薄板長尺体の基材を送出リール部から巻取リール部に連続的に搬送し、搬送中の基材に所定の処理を行って、基材の表面に薄膜を形成する搬送製膜装置であって、基材の搬送経路には、基材の走行状態を調整する基材ハンドリング部を有しており、前記基材ハンドリング部には、ネルソンロールが用いられ、基材は、前記ネルソンロールに裏面を接触させて架け渡されることにより、基材の表面が送出リール部から巻取リール部まで非接触で搬送されながら処理が行われることを特徴としている。
【００１０】
上記搬送製膜装置によれば、基材ハンドリング部にネルソンロールが用いられており、このネルソンロールには、基材の裏面が接触するように架け渡されているため、基材ハンドリング部が基材上に形成された薄膜に当接するのを防止することができる。すなわち、基材上に形成された薄膜に非接触で基材のテンション調整、搬送経路の変更等、搬送される基材の走行状態を調節することができるため、従来の基材ハンドリング部材を用いた場合に比べて、膜質を低下させることなく基材上に薄膜を形成することができる。
【００１１】
また、  基材の搬送経路には、基材が架け渡される複数の搬送ロールが設けられており、前記基材ハンドリング部のネルソンロールは、搬送経路における基材の裏面側に配置され、ネルソンロールの入口側における基材の巻付位置は、前記ネルソンロールの上流側に位置する前記搬送ロールの出口側における基材の巻付位置よりも基材の裏面側に位置するように設定されている構成にすることができる。
【００１２】
この構成によれば、ネルソンロールの入口側における基材の巻付位置は、前記ネルソンロールの上流側に位置する前記搬送ロールの出口側における基材の巻付位置よりも裏面側に設定されているため、基材の搬送経路を元の搬送経路よりも裏面側に変更することができる。そして、上流側に位置する前記搬送ロールに対する基材の巻付け量を大きくすることができるため、基材が搬送ロール上で滑ることを防止でき基材の搬送を安定させることができる。
【００１３】
また、前記基材ハンドリング部のネルソンロールは、主ロールと主ロールに対して一定の角度を有するように配置される副ロールとを有しており、前記主ロール又は副ロールにウエイト付与機構が取付けられるとともに、主ロールと副ロールとが相対的に接離することにより、前記基材ハンドリング部が基材の張力調整機構として作用する構成にしてもよい。
【００１４】
この構成によれば、基材上に形成された薄膜に非接触で基材のテンション（張力）を調整することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の搬送製膜装置によれば、いわゆるロール  トゥ  ロールにより基材の表面に製膜処理しつつ形成された薄膜に接触することなく基材をハンドリングして搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態における搬送製膜装置を示す図である。
【図２】ネルソンロールを示す図であり、（ａ）は、上方から見た図であり、（ｂ）は、搬送方向から見た図である。
【図３】ダンサ機能を有するネルソンロールを示す図であり、（ａ）は、側方から見た図であり、（ｂ）は、上方から見た図である。
【図４】（ａ）は、太陽電池モジュールを示す図であり、（ｂ）は太陽電池セルを示す図である。
【図５】従来の搬送製膜装置を示す図である。
【図６】従来のダンサ機構を示す図であり、（ａ）は、ダンサロールを下側から当接させた図であり、（ｂ）は、ダンサロールを上側から当接させた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の搬送製膜装置の実施の形態について説明する。ここで、図１は、本実施形態における搬送製膜装置全体を示す概略図である。なお、本発明の搬送製膜装置は、スパッタ、ＣＶＤ法等により基板上に薄膜を形成するものに適用可能であるが、本実施形態では、太陽電池モジュールの製膜形成に適用した例として説明することとする。
【００１８】
図１に示すように、搬送製膜装置は、送出リール部１０と、巻取リール部２０と、製膜処理部３０とを有しており、送出リール部１０に巻回された基材２が製膜処理部３０を通過することにより基材２上に太陽電池セル４を形成する表面処理が行われ（製膜処理が行われ）、巻取リール部２０に巻き取られることにより、ロール状の太陽電池セル母材４’が形成される。すなわち、送出リール部１０から巻取リール部２０に基材２が連続的に搬送される、いわゆるロール  トゥ  ロールにより、基材２上に太陽電池に必要な薄膜が積層されて太陽電池セル母材４’が形成される。この太陽電池セル母材４’は、後工程である切断工程により、図４（ｂ）に示す短冊状の太陽電池セル４が形成され、さらに接合工程を経ることにより、太陽電池セル４同士が短手方向に配列して接合された太陽電池モジュール１が形成される（図４（ａ））。
【００１９】
なお、本実施形態では、送出リール部１０側を上流側とし、基材２が処理される後工程側、すなわち、巻取リール部２０側を下流側として説明を進めることにする。
【００２０】
送出リール部１０は、基材２を下流側に供給するためのものである。送出リール部１０は、基材２を巻き付ける送出ロール１１を有しており、この送出ロール１１を駆動制御することにより基材２を送り出すことができるようになっている。すなわち、図示しない制御装置により送出ロール１１の回転が制御されることにより、基材２の送出量を増加及び減少させることができる。具体的には、基材２が下流側から引張力を受けた状態で送出ロール１１を回転させることにより基材２が下流側に送り出され、適宜、送出ロール１１にブレーキをかけることにより基材２が一定速度で送り出されるようになっている。
【００２１】
ここで、基材２は、薄板の長尺体であり、厚み０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ、幅５ｍｍ〜５０ｍｍの平板形状を有する長尺体が適用される。また、材質として、特に限定しないが、ステンレス、銅等が好適に用いられる。
【００２２】
巻取リール部２０は、製膜された基材２を巻き取るものである。巻取リール部２０は、送出リール部１０と同様に、巻取ロール２１を有しており、この巻取ロール２１を駆動制御することにより基材２を巻き取ることができるようになっている。すなわち、図示しない制御装置により巻取ロール２１の回転が制御されることにより、基材２の巻取量を増加及び減少させることができる。具体的には、巻取ロール２１の回転が調節されることにより、送り出された基材２が撓むのを抑えつつ、逆に基材２が必要以上の張力がかからないように巻き取られるようになっている。この巻取ロール２１には、薄膜が形成された基材２の裏面が当接し、基材２の裏面が巻取ロール２１の中心側を向く姿勢で巻き取られるようになっている。そして、基材２の巻取りと同時に合紙が巻き取られるようになっており、巻取ロール２１に巻き取られた基材２と、その基材２上に巻き取られる基材２との間に合紙が介装されることにより、基材２上に形成された薄膜が損傷するのが防止される。また、これら送出リール部１０と巻取リール部２０は、真空環境を形成するチャンバー（破線で示す）内に配置されている。なお、図１における破線は、特に記載のない場合は、チャンバーを示しており、その内部は所定の真空環境に調節されている。そして、図示していないが、各チャンバー間は配管で連結されており、基材２は、この配管内を走行している。
【００２３】
製膜処理部３０は、基材２上に太陽電池に必要な薄膜を形成する（製膜する）ためのものであり、本実施形態では、複数の製膜処理部３０が設けられている。具体的には、送出リール部１０と巻取リール部２０との間に３つの製膜処理部３０が配置されており、上流側から製膜処理部３０ａ、３０ｂ、３０ｃがこの順に配置されている。すなわち、送出リール部１０から送り出された基材２が各製膜処理部３０ａ〜３０ｃを走行して通過することにより基材２上に順次薄膜が形成される。具体的には、基材２上に下部電極層３ａ、光電変換層３ｂ、上部電極層３ｃ等の薄膜がこの順に製膜され、太陽電池セル母材４’が形成される（図４（ｂ）参照）。なお、製膜処理部３０ａ〜３０ｃは、特に区別なく指す場合は、単に製膜処理部３０と呼ぶことにする。
【００２４】
これら製膜処理部３０は、ＣＶＤ又はスパッタ装置で構成されており、チャンバー３１と、このチャンバー３１に収容される処理ロール３２と材料供給部３３とを有している。処理ロール３２は、円筒形状を有しており、その外周面に基材２の裏面を当接させた状態で処理ロール３２が駆動されることにより、基材２がチャンバー３１内を搬送されるようになっている。処理ロール３２により基材２が搬送されると、基材２の表面と材料供給部３３とが対向するようになっており、真空環境に保たれたチャンバー３１内に材料供給部３３から特定の原料ガス（薄膜を形成する材料）が供給されることにより基材２上に所定の薄膜が形成されるようになっている。すなわち、基材２は、その裏面を処理ロール３２に当接支持されて搬送されることにより、基材２の表面には、所定の薄膜が形成されるようになっている。
【００２５】
また、搬送製膜装置の搬送経路には、基材ハンドリング部５が設けられている。この基材ハンドリング部５は、搬送される基材２を適切にハンドリングし、基材２の走行状態を調整するものであり、例えば、搬送経路の走行方向の変更、基材２に負荷されるテンションの調整等を行うものである。本実施形態では、基材ハンドリング部５として、搬送経路の走行方向の変更を行う搬送ロール５１が用いられ、基材２のテンションの調整を行うネルソンロール５２が用いられている。
【００２６】
搬送ロール５１は、搬送経路上に固定されるロールであり、搬送経路の走行方向を変えるためのものである。搬送ロール５１は、円筒形状を有しており、その外周面に基材２の裏面を当接させることにより、搬送経路を変更させることができる。具体的には、基材２の裏面に当接させることにより、基材２の搬送経路を表面側（上側）に変更することができる。そして、搬送ロール５１は、基材２を外周面に沿って走行させることにより、外周面の接線方向に基材２を導くことができる。例えば、製膜処理部３０ｂのすぐ上流側に配置される搬送ロール５１ａを例にとれば、上流側から搬送された基材２を一度上側に搬送経路を変更し、その後、搬送ロール５１ａの外周面に沿って下流側の処理ロール３２に対して基材の接触位置が安定するように走行位置を変更している。
【００２７】
ネルソンロール５２は、基材２に負荷されるテンション（張力）の調整を行うものである。すなわち、ネルソンロール５２により基材２の表面に触れることなく、基材２に負荷されるテンションを調節することができ、また、基材２の表面に触れることなく搬送経路の位置を調整することができる。
【００２８】
ネルソンロール５２は、図２に示すように、主ロールと副ロールとを有している。これら主ロール５２ａ及び副ロール５２ｂは、円筒形状に形成されており、それぞれ軸回りに回転可能に支持されている。副ロール５２ｂは、主ロール５２ａに対して所定距離離れた位置で、主ロール５２ａの軸に対して所定角度傾斜した状態で配置されている。すなわち、主ロール５２ａに対して副ロール５２ｂが傾斜する姿勢で、互いの外周面５３が対向するように配置されている（図２（ａ）参照）。
【００２９】
ここで、主ロール５２ａと副ロール５２ｂとの位置関係は、この主ロール５２ａの回転軸と副ロール５２ｂの回転軸とがねじれの位置関係になるように配置されている。このねじれの位置関係とは、それぞれの回転軸が、互いに平行でなく、かつ、交わっていない場合をいい、回転軸同士が同一平面上にない状態をいう。
【００３０】
そして、これら主ロール５２ａ及び副ロール５２ｂには、搬送される基材２がこれらの外周面５３に１回ずつ巻き付けられて搬送される。具体的には、搬送されてきた基材２の裏面が主ロール５２ａの外周面５３に当接するように巻き付けられ、次に、副ロール５２ｂの外周面５３に基材２の裏面が当接するように巻き付けられた後、基材２が下流側に搬送される。
【００３１】
そして、主ロール５２ａと副ロール５２ｂの位置関係と副ロール５２ｂの傾斜角度を調節することにより、基材２を上流側から下流側に走行させると、主ロール５２ａ及び副ロール５２ｂが軸回りに回転し、主ロール５２ａの外周面５３及び副ロール５２ｂの外周面５３に巻き付けられた基材２の位置が軸方向にずれることなく、基材２を下流側に走行させることができる。
【００３２】
このように、基材２がネルソンロール５２を走行することにより、裏面が主ロール及び副ロールに当接しながら走行しているが、搬送経路全体で見た場合、基材２は、実質的にネルソンロール５２を設けた位置で停滞させることができる。すなわち、ネルソンロール５２の位置を適宜変更することにより、基材２の表面に触れることなく搬送経路の位置を調整することができる。例えば、製膜処理部３０ａから排出された基材２に対して、ネルソンロール５２を水平方向に対して裏面側に下げて配置することにより、基材２上に形成された薄膜に接触することなく、基材２の搬送経路を裏面側（下側）に変更することができる。すなわち、従来のように基材２の表面側をロール等で押さえることなく、基材２の搬送経路を裏面側に変更することができる。そして、ネルソンロール５２の最上位に位置する巻付位置が、ネルソンロール５２の上流側又は下流側に位置する搬送ロール５１の最上位に位置する巻付位置よりも低い位置に設定することにより、上流側の搬送ロール５１、下流側の搬送ロールに対して、基材２の裏面との接触領域を増加させることができるため、基材２に十分なテンションを与えて基材２の走行状態を安定させることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、搬送ロール５１とネルソンロール５２との位置関係が鉛直方向に異なっているが、搬送ロール５１とネルソンロール５２との位置関係が水平方向の場合でも、ネルソンロール５２が搬送経路における基材２の裏面側に配置されており、ネルソンロール５２の入口側における基材２の巻付位置が、ネルソンロール５２の上流側に位置する搬送ロール５１の出口側における巻付位置よりも基材２の裏面側に位置するように設定されていることにより、基材２の裏面との接触領域を増加させて、基材２に十分なテンションを与えて基材２の走行状態を安定させることができる。
【００３４】
また、ネルソンロール５２Ｄは、ダンサ機能を有しており、基材２の表面に触れることなく、搬送される基材２の弛みを適正に保ち基材２のテンション（張力）を調整することができる。すなわち、運転開始時おける駆動ロールの加速度差、運転途中において基材の熱延びなどによるテンション変化、さらに、各製膜処理部３０では、製膜速度に差があるため、それぞれの製膜処理部３０で形成される薄膜の形成時間に差が生じることなどにより、基材２に弛みが生じる。ロール  トゥ  ロールでは、生じた基材２の弛みをネルソンロール５２Ｄにより調整することができる。
【００３５】
このネルソンロール５２Ｄは、副ロール５２ｂにバランスウエイトＷ（本発明のウエイト付与機構）が連結されており、このバランスウエイトＷにより基材２に生じるテンションを調節し、基材２に生じる弛みを調整することができる。具体的には、図３に示すように、ネルソンロール５２Ｄは、チャンバ内に設けられる副ロール５２ｂと、チャンバ外に設けられるバランスウエイトＷとがダンサフレーム６１で連結されて構成されている。ダンサフレーム６１は、副ロール５２ｂを載置する副ロール載置部６２と、バランスウエイトＷを取付けるウエイト取付部６３とを有しており、副ロール載置部６２とウエイト取付部６３とが中心軸６４を介して連結されている。すなわち、中心軸６４がチャンバ壁７を貫通するように設けられており、副ロール載置部６２とウエイト取付部６３とがチャンバ壁７を介してオフセット位置に配置されている。そして、中心軸６４が軸周りに回転可能になっていることにより、中心軸６４を中心にして、副ロール載置部６２とウエイト取付部６３とが釣り合いをとるように構成されている。すなわち、副ロール５２ｂは、中心軸６４を中心にして弧を描くように変位することができるため、主ロール５２ａに対して相対的に接離方向に移動することができる。すなわち、基材２の弛みを主ロール５２ａと副ロール５２ｂとの間に吸収し、基材２の弛みを調節しテンションを調整することができる（本発明の張力調整機構）。したがって、例えば、下流側の搬送速度が低下して基材２に弛みが生じた場合には、副ロール５２ｂが主ロール５２ａに対して離れる方向に移動して、主ロール５２ａ、副ロール５２ｂ間に基材２が吸収される。そして、副ロール５２ｂが下向きに移動することにより、バランスウエイトＷが上昇し、バランスウエイトＷの重さと基材２のテンションとが釣り合いの取れる位置で停止する。これにより、基材２の表面に形成された薄膜に触れることなく基材２のテンションを調整することができる。
【００３６】
このように、上記実施形態における搬送製膜装置によれば、基材ハンドリング部５にネルソンロール５２が用いられており、このネルソンロール５２には、基材２の裏面が接触するように架け渡されているため、基材ハンドリング部５が基材２上に形成された薄膜に当接するのを防止することができる。すなわち、基材上に形成された薄膜に非接触で基材のテンション調整、搬送経路の変更等、搬送される基材２の走行状態を調節することができるため、従来の基材ハンドリング部５材を用いた場合に比べて、膜質を低下させることなく基材２上に薄膜を形成することができる。
【００３７】
そして、基材ハンドリング部５にネルソンロール５２を用いることにより、基材２の搬送経路を自由に設定できるため、送出リール部１０と、巻取リール部２０と、製膜処理部３０を自由に配置することができ、省スペース化を図ることができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、バランスウエイトＷが副ロール５２ｂに設けられる例について説明したが、主ロール５２ａ又は副ロール５２ｂのどちらに設けるものであってもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、基材ハンドリング部５に、搬送ロール５１、ネルソンロール５２を用いる例について説明したが、ネルソンロール５２のみを用いて搬送製膜装置を構成してもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、ウエイト付与機構について、バランスウエイトＷを設ける例について説明したが、例えばエアシリンダなど、ウエイトを付与させる他の機構を用いるものであってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
２  基材
５  基材ハンドリング部
１０  送出リール部
２０  巻取リール部
３０  製膜処理部
５２  ネルソンロール
５２ａ  主ロール
５２ｂ  副ロール
【図１】
2014125308.tif 000003
【図２】
2014125308.tif 000004
【図３】
2014125308.tif 000005
【図４】
2014125308.tif 000006
【図５】
2014125308.tif 000007
【図６】
2014125308.tif 000008