(57)【要約】【課題】ロール・ツー・ロール方式による搬送系の駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力を測定できる張力測定装置と張力測定方法等を提供すること。【解決手段】外周面に長尺状ウエブを接触させながら搬送する駆動ロール４に設けられる張力測定装置であって、駆動ロールの中心軸に対し垂直でかつ互いに直交する方向の軸荷重を測定する２つの加重計５、６と、加重計により測定された軸荷重のスカラー量Ｆｘ、Ｆｙと駆動ロールに対する長尺状ウエブの抱き角θが入力されかつ下記数式（但しα＝θ／２）に基づき駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力Ｔ1と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力Ｔ2を計算する演算手段を具備することを特徴とする。Ｔ1＝(Ｆｘ/ｓｉｎα−Ｆｙ/ｃｏｓα)/２、Ｔ2＝(Ｆｘ/ｓｉｎα＋Ｆｙ/ｃｏｓα)/２【選択図】図３
2018017513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール・ツー・ロール方式によるウエブ搬送系ロール群の一部を構成し、かつ、外周面に長尺状ウエブを接触させながら搬送する駆動ロールに設けられ、駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力をそれぞれ測定するウエブの張力測定装置において、
駆動ロールの中心軸に対し垂直でかつ互いに直交する方向の軸荷重を測定する少なくとも２つの加重計と、加重計により測定された軸荷重のスカラー量Ｆｘ、Ｆｙと駆動ロールに対する長尺状ウエブの抱き角θが入力されかつ下記数式（但しα＝θ／２）に基づき駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力Ｔ１と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力Ｔ２を計算する演算手段を具備することを特徴とするウエブの張力測定装置。
Ｔ１＝(Ｆｘ/ｓｉｎα−Ｆｙ/ｃｏｓα)/２、
Ｔ２＝(Ｆｘ/ｓｉｎα＋Ｆｙ/ｃｏｓα)/２
【請求項２】
上記加重計が、駆動ロールにおける中心軸の略水平方向を測定する加重計と略鉛直方向を測定する加重計とで構成されることを特徴とする請求項１に記載のウエブの張力測定装置。
【請求項３】
駆動ロールが、トルク計を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のウエブの張力測定装置。
【請求項４】
ロール・ツー・ロール方式によるウエブ搬送系ロール群の一部を構成し、かつ、外周面に長尺状ウエブを接触させながら搬送する駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力をそれぞれ測定するウエブの張力測定方法において、
駆動ロールの中心軸に対し垂直でかつ互いに直交する方向の軸荷重を測定する少なくとも２つの加重計により軸荷重のスカラー量Ｆｘ、Ｆｙを測定し、かつ、駆動ロールに対する長尺状ウエブの抱き角θに基づき、下記数式（但しα＝θ／２）から駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力Ｔ１と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力Ｔ２を算出することを特徴とするウエブの張力測定方法。
Ｔ１＝(Ｆｘ/ｓｉｎα−Ｆｙ/ｃｏｓα)/２、
Ｔ２＝(Ｆｘ/ｓｉｎα＋Ｆｙ/ｃｏｓα)/２
【請求項５】
上記駆動ロール表面のトルクを測定し、測定した駆動ロールの回転モーメントＭｋ（駆動ロール表面のトルクと同一）および駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力Ｔ１と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力Ｔ２に基づき、下記数式から加重計の機械的な係数（β）を算出し、この機械的な係数（β）により加重計の測定結果を補正することを特徴とする請求項４に記載のウエブの張力測定方法。Ｍｋ＝β（Ｔ１−Ｔ２）
【請求項６】
ロール・ツー・ロール方式によるウエブ搬送系ロール群の一部を構成し、かつ、外周面に長尺状ウエブを接触させながら搬送する１つ以上の駆動ロールを具備するウエブ搬送装置において、
請求項１〜３のいずれかに記載のウエブの張力測定装置が少なくとも１つの駆動ロールに設けられていることを特徴とするウエブ搬送装置。
【請求項７】
真空チャンバー内に、ロール・ツー・ロール方式によるウエブ搬送系の一部を構成しかつ外周面に長尺状ウエブを接触させながら搬送する１つ以上の駆動ロールと、上記長尺状ウエブに皮膜を形成する成膜手段を具備する成膜装置において、
請求項１〜３のいずれかに記載のウエブの張力測定装置が少なくとも１つの駆動ロールに設けられていることを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロール・ツー・ロール方式によるウエブ搬送系ロール群の一部を構成する駆動ロールに設けられ、該駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力をそれぞれ測定できるウエブの張力測定装置と張力測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネル、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話等には、フレキシブル配線基板が用いられている。フレキシブル配線基板は、耐熱性樹脂フィルムの片面若しくは両面に金属膜を成膜した金属膜付耐熱性樹脂フィルムから作製される。近年、フレキシブル配線基板に形成される配線パターンはますます微細化、高密度化しており、金属膜付耐熱性樹脂フィルム自体が皺等のない平滑なものであることが重要になってきている。
【０００３】
この種の金属膜付耐熱性樹脂フィルムの製造方法としては、接着剤により金属箔を耐熱性樹脂フィルムに貼り付けて製造する方法（３層基板の製造方法と称される）、金属箔に耐熱性樹脂溶液をコーティングした後、乾燥させて製造する方法（キャスティング法と称される）、乾式めっき法（真空成膜法）若しくは乾式めっき法（真空成膜法）と湿式めっき法との組み合わせにより耐熱性樹脂フィルムに金属膜を成膜して製造する方法（メタライジング法と称される）等が従来から知られている。また、メタライジング法における上記乾式めっき法（真空成膜法）には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタリング法等がある。
【０００４】
上記メタライジング法については、特許文献１に、ポリイミド絶縁層上にクロムをスパッタリングした後、銅をスパッタリングしてポリイミド絶縁層上に導体層を形成する方法が開示されている。また、特許文献２に、銅ニッケル合金をターゲットとするスパッタリングで形成した第一の金属薄膜と、銅をターゲットとするスパッタリングで形成した第二の金属薄膜とが、この順でポリイミドフィルム上に積層されたフレキシブル回路基板用材料（すなわち、銅張積層樹脂フィルム基板）が開示されている。
【０００５】
尚、ポリイミドフィルムのような耐熱性樹脂フィルム（長尺状ウエブ）に真空成膜を行って金属膜付耐熱性樹脂フィルムを製造する場合、長尺状ウエブをロール・ツー・ロール方式により搬送させる特許文献３に記載の成膜装置を用いることが一般的である。
【０００６】
ところで、金属膜が成膜されるポリイミドフィルムのようなフィルムは薄いため、熱膨張による伸縮でフィルム皺が入り易い。このため、いずれの工程においても、フィルムを適正に加熱し、冷却することが必要である。その際、フィルムは張力で伸びるため、張力を精密に制御することが必要となる。特に、近年、薄いフィルムへの要望が高まり、このようなフィルムでは従来以上に精密な張力制御が必要とされる。
【０００７】
長尺状ウエブの張力は、通常、動力を備えずフリーに回転するロール（フリーロール）の軸受けに設けられた加重計によって容易に測定することができる。
【０００８】
しかし、動力を備えた駆動ロールでの張力測定は困難である。その理由は、測定されるロール荷重に、(i)駆動モータの重量が加重されること、(ii)駆動モータの駆動軸とロール軸の軸中心づれに起因する加重が加わること、および、(iii)駆動ロールで搬送されるウエブにおいて駆動ロールに送り込まれる側（上流）と送り出される側（下流）でウエブの張力が本質的に異なること等に起因する。
【０００９】
そして、駆動モータの重量が加重される上記(i)については、モータを含めて重量測定すれば解決される。また、駆動モータの駆動軸とロール軸の軸中心づれに起因する加重が加わる上記(ii)についても、例えば、特許文献４に記載されている駆動軸とロール軸をつなぐカップリングを柔軟材にすることで低減でき、モータ等荷重の影響の少ない駆動と反対側のロール軸受け側加重のみから張力を算出する方法が現実的である。しかしながら、上記(iii)については、駆動ロールを境にウエブの張力が変化するため、これまで知られている方法で駆動ロールに送り込まれる側と送り出される側のウエブ張力を測定することは困難であった。特許文献４に記載された方法では、駆動ロールを境に駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力と送り出される側のウエブ張力を測定できない。
【００１０】
このため、駆動ロールを境にして駆動ロールに送り込まれる側と送り出される側の各ウエブ張力を測定するには、張力測定用のフリーロールを駆動ロールの前後に組み込む必要があり、その分、ウエブの搬送系を複雑にしてしまう問題が存在した。
【００１１】
尚、特許文献５において、ウエブとこれを搬送するロール間の摩擦係数をスリップ法により測定する方法が提案されている。しかし、特許文献５で提案された方法は最大静止摩擦係数を測定する方法であり、実運転時における摩擦力を測定する方法ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平２−９８９９４号公報
【特許文献２】特許第３４４７０７０号公報
【特許文献３】特開昭６２−２４７０７３号公報
【特許文献４】特開２００３−２１２４０７号公報
【特許文献５】特開２００８−８１２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、従来の測定方法では困難であった駆動ロールを境にして駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力を測定できるウエブの張力測定装置と張力測定方法を提供し、合わせて張力測定装置が組み込まれたウエブ搬送装置と成膜装置を提供すると共に、実運転時におけるウエブと駆動ロール間の摩擦係数を計算により求める方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
すなわち、本発明に係る第１の発明は、
ロール・ツー・ロール方式によるウエブ搬送系ロール群の一部を構成し、かつ、外周面に長尺状ウエブを接触させながら搬送する駆動ロールに設けられ、駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力をそれぞれ測定するウエブの張力測定装置において、
駆動ロールの中心軸に対し垂直でかつ互いに直交する方向の軸荷重を測定する少なくとも２つの加重計と、加重計により測定された軸荷重のスカラー量Ｆｘ、Ｆｙと駆動ロールに対する長尺状ウエブの抱き角θが入力されかつ下記数式（但しα＝θ／２）に基づき駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力Ｔ１と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力Ｔ２を計算する演算手段を具備することを特徴とする。
Ｔ１＝(Ｆｘ/ｓｉｎα−Ｆｙ/ｃｏｓα)/２、
Ｔ２＝(Ｆｘ/ｓｉｎα＋Ｆｙ/ｃｏｓα)/２
【００１５】
また、第２の発明は、
第１の発明に記載のウエブの張力測定装置において、
上記加重計が、駆動ロールにおける中心軸の略水平方向を測定する加重計と略鉛直方向を測定する加重計とで構成されることを特徴とし、
第３の発明は、
第１の発明または第２発明に記載のウエブの張力測定装置において、
駆動ロールが、トルク計を備えていることを特徴とする。
【００１６】
次に、第４の発明は、
ロール・ツー・ロール方式によるウエブ搬送系ロール群の一部を構成し、かつ、外周面に長尺状ウエブを接触させながら搬送する駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力をそれぞれ測定するウエブの張力測定方法において、
駆動ロールの中心軸に対し垂直でかつ互いに直交する方向の軸荷重を測定する少なくとも２つの加重計により軸荷重のスカラー量Ｆｘ、Ｆｙを測定し、かつ、駆動ロールに対する長尺状ウエブの抱き角θに基づき、下記数式（但しα＝θ／２）から駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力Ｔ１と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力Ｔ２を算出することを特徴とする。
Ｔ１＝(Ｆｘ/ｓｉｎα−Ｆｙ/ｃｏｓα)/２、
Ｔ２＝(Ｆｘ/ｓｉｎα＋Ｆｙ/ｃｏｓα)/２
【００１７】
また、第５の発明は、
第４の発明に記載のウエブの張力測定方法において、
上記駆動ロール表面のトルクを測定し、測定した駆動ロールの回転モーメントＭｋ（駆動ロール表面のトルクと同一）および駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力Ｔ１と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力Ｔ２に基づき、下記数式から加重計の機械的な係数（β）を算出し、この機械的な係数（β）により加重計の測定結果を補正することを特徴とする。Ｍｋ＝β（Ｔ１−Ｔ２）
【００１８】
次に、第６の発明は、
ロール・ツー・ロール方式によるウエブ搬送系の一部を構成し、かつ、外周面に長尺状ウエブを接触させながら搬送する１つ以上の駆動ロールを具備するウエブ搬送装置において、
第１の発明〜第３発明のいずれかに記載のウエブの張力測定装置が少なくとも１つの駆動ロールに設けられていることを特徴とし、
第７の発明は、
真空チャンバー内に、ロール・ツー・ロール方式によるウエブ搬送系ロール群の一部を構成しかつ外周面に長尺状ウエブを接触させながら搬送する１つ以上の駆動ロールと、上記長尺状ウエブに皮膜を形成する成膜手段を具備する成膜装置において、
第１の発明〜第３発明のいずれかに記載のウエブの張力測定装置が少なくとも１つの駆動ロールに設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るウエブの張力測定装置と張力測定方法によれば、従来法では測定が困難であった駆動ロールを境にして駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力と送り出される側のウエブ張力を測定することができ、かつ、ウエブと駆動ロール間の摩擦係数も計算により求めることが可能となる。
【００２０】
このため、張力測定用のフリーロールを駆動ロールの前後に組み込む必要がなくなることから、その分、ウエブの搬送系を簡略化できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】駆動ロールにより長尺状ウエブが抱き角θの条件で搬送される状態と、角度ｕでのウエブが駆動ロールから受ける抗力Ｎとウエブ張力Ｔとの関係を示す説明図である。
【図２】駆動ロールにより長尺状ウエブが抱き角θの条件で搬送される状態と、角度ｕでのウエブと駆動ロール間の摩擦力Ｆｒｉｃを示す説明図である。
【図３】図３（Ａ）は駆動ロール４とその中心軸に取付けられた略鉛直方向加重計５と略水平方向加重計６を示す正面図、図３（Ｂ）はその側面面である。
【図４】図４（Ａ）は略鉛直方向加重計５の概略斜視図、図４（Ｂ）は略水平方向加重計６の概略斜視図である。
【図５】本発明に係るウエブの張力測定装置が組み込まれたウエブ搬送装置と成膜装置の構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るウエブの張力測定方法について説明する。
【００２３】
尚、簡略化するためにウエブの搬送速度が時間変化せずに略一定の場合を条件として説明する。ここで、搬送速度が略一定とは駆動ロールの角速度ωが略定常であり、角加速度を０と近時できる状態であることを意味する。すなわち、ウエブの搬送装置の運転開始時や停止時、更には搬送速度の変更時ではないことを意味する。
【００２４】
まず、図１に示すようにウエブがロールに抱き角θで巻かれている場合、該ロールに送りこまれる側の張力Ｔ１と、該ロールから送り出される側の張力Ｔ２には「オイラーのベルト理論」により次式(1)の関係がある。
Ｔ２＝Ｔ１＊ｅｘｐ（μθ）                        (1)
【００２５】
ここで、式(1)中、μはウエブとロール間の摩擦係数であり、最大静止摩擦係数ではなく、回転している駆動ロールと搬送されるウエブ間の摩擦係数である。また、上記式(1)中の記号「＊」は「×」を意味し、以下に記載する式中の「＊」も同様である。
【００２６】
また、ウエブの厚みは厚くても数百μｍで、かつ、本発明に係るウエブの張力測定装置が組み込まれる駆動ロールの半径は２５ｍｍ以上であり、ウエブの厚みは駆動ロールの半径に比べて十分に薄く、上記「オイラーのベルト理論」を当てはめることができる。
【００２７】
駆動ロールにより長尺状ウエブが抱き角θの条件で搬送される状態を示す図１において、ｘ軸に対し駆動ロールの回転する方向を正の角度、逆転する方向を負の角度とする。また、駆動ロール外周部の内、ウエブが巻き付いた範囲でｘ軸と交わる箇所を「角度０°」と定義する。
【００２８】
そして、駆動ロールの角度ｕでのウエブの張力は、上記式(1)から以下の式(2)で求めることができる。
Ｔ（ｕ）＝Ｔ１＊ｅｘｐ［μ（ｕ＋α）］
＝Ｔ１＊ｅｘｐ（μｕ）＊ｅｘｐ（μα）      (2)
【００２９】
ここで、αは以下のように定義する。
α＝θ／２（但し、θは上記「抱き角」である）
【００３０】
そうすると、角度ｕが−α、すなわち、ウエブが駆動ロールに送り込まれた位置における張力Ｔ（−α）は、以下の式(3)のようになる。
Ｔ（−α）＝Ｔ１＊ｅｘｐ（μ＊−α）＊ｅｘｐ（μα）＝Ｔ１      (3)
【００３１】
一方、角度ｕがα、すなわち、ウエブが駆動ロールから送り出される位置における張力Ｔ（α）は、以下の式(4)のようになる。
Ｔ（α）＝Ｔ１＊ｅｘｐ（μα）＊ｅｘｐ（μα）
＝Ｔ１＊ｅｘｐ（μθ）＝Ｔ２                            (4)
【００３２】
ところで、ウエブがロールから受ける抗力とウエブの張力関係は式(5)のようになる。
Ｎ＝Ｔ／ｒ                            (5)
但し、Ｎはロールからの抗力、Ｔはウエブの張力、ｒはロールの半径である。
【００３３】
そして、図１に示されるように、ロールの法線方向における「ウエブの張力」と「ロールからウエブが受ける抗力」はつりあっているので式(5)から式(6)が成立する。
Ｎｕｒｄｕ＝Ｔｕｓｉｎｄｕ                (6)
ここで、Ｎｕは角度ｕでのウエブが受ける抗力、Ｔｕは角度ｕでのウエブの張力である。
【００３４】
また、抗力Ｎは単位面積当たりの力なので、式(6)においてはロールの微小角度ｄｕにおけるロールの周方向の長さ（円弧の長さ：ｒｄｕ）を掛けている。
【００３５】
更に、角度ｄｕは微小なので、次の式(7)、式(8)に近似できる。
ｓｉｎｄｕ＝ｄｕ                  (7)
Ｎｕｒｄｕ＝Ｔｕｄｕ                (8)
【００３６】
得られた式(8)の両辺をｄｕで割れば、式(9)に示す抗力と張力の関係が得られる。
Ｎｕ＝Ｔｕ／ｒ                      (9)
【００３７】
そして、抗力と張力の関係を示す式(9)と上記式(2)から以下の式(10)が導かれる。
【００３８】
更に、ウエブと駆動ロール間の摩擦力Ｆｒｉｃは抗力に摩擦係数を乗じた値なので以下の式(11)を導くことができる。
【００３９】
すなわち、角度ｕでのウエブが受ける抗力N(u)は式(10)により、角度ｕでのウエブと駆動ロール間の摩擦力F(u)は式(11)により導くことができる。
【００４０】
【数１】
2018017513.tif 000003
【００４１】
次に、本発明に係るウエブの張力測定方法において、「加重計」はロール周方向の異なる２方向の軸荷重を測定している。測定されるこれ等の荷重は、ロールとウエブに作用による抗力と摩擦力に合計する。
【００４２】
ロールとウエブ間には摩擦が生じている。また、駆動ロールの場合、上述した式(1)からウエブが駆動ロールに入る側と、送り出される側で張力が異なる場合がある。
【００４３】
このように駆動ロールを境にウエブの張力が変化するのは、駆動ロールのトルクによる力がウエブに作用し、また、周辺ロールの影響による。
【００４４】
ここで、ウエブにトルクを与えないフリーロール（すなわち駆動系を具備しないロール）では、ニップロール等特別な手段を用いない限りフリーロールを境にウエブの張力は変化しない。
【００４５】
ウエブの搬送速度が時間変化せずに略一定の場合、駆動ロールに入る側のウエブの張力Ｔ１と、駆動ロールから送り出される側のウエブの張力Ｔ２と、摩擦力Ｆｒｉｃとの関係は以下の式(12)の通りである。
Ｆｒｉｃ＝Ｔ２−Ｔ１                    (12)
【００４６】
ここで、上記加重計が測定する荷重の方向は互いに直交しており、一方の測定方向を図２のｘ軸方向、他方の測定方向を図２のｘ軸に直交する方向すなわちｙ軸方向とし、加重計が測定するｘ軸方向の抗力をＦｎｘとし、ｙ軸方向をＦｎｙとする。
【００４７】
ここで、抗力は、ロール周方向でのウエブの単位長さ当たりの力である。また、張力は、ウエブが搬送される際の力である。
【００４８】
従って、抗力Ｎと張力には上記式(9)を変形した関係が成立する。
Ｎｒ＝Ｔ                            (13)
【００４９】
そして、加重計が測定するｘ軸方向の抗力Ｆｎｘ、ｙ軸方向の抗力Ｆｎｙは、以下に示す式(14)と式(15)で与えられる。
【００５０】
すなわち、角度ｕでのウエブが受ける抗力Ｎに係る式(8)と式(10)に基づき、図１に示す角度ｕを駆動ロールの回転方向「−α＝−θ／２」〜「α＝θ／２」で積分すると、抗力Ｆｎｘと抗力Ｆｎｙは以下の式(14)と式(15)から算出され、これら式(14)と式(15)から抗力Ｆｎｘと抗力Ｆｎｙは張力Ｔ１および張力Ｔ２で表すことができる。
【００５１】
【数２】
2018017513.tif 000004
【００５２】
【数３】
2018017513.tif 000005
【００５３】
次に、ウエブと駆動ロール間の摩擦力Ｆｒｉｃは、上述したように抗力に摩擦係数μを乗じた値であることから、ｘ軸方向の摩擦力Ｆｒｉｃｘ、および、ｙ軸方向の摩擦力Ｆｒｉｃｙは、上記式(14)と式(15)を介し以下の式(16)と式(17)により求めることができる。また、図２に摩擦力のｘ軸方向、ｙ軸方向での解析を示す。
【００５４】
【数４】
2018017513.tif 000006
【００５５】
そして、「加重計」で測定される張力測定用ｘ軸方向における荷重をFxと定義した場合、図１と図２に示されるように、ｘ軸方向の抗力Ｆｎｘとｘ軸方向の摩擦力Ｆｒｉｃｘは、ともに作用する方向は整合するので、Fxは、加重計が測定するｘ軸方向の抗力Ｆｎｘとｘ軸方向の摩擦力Ｆｒｉｃｘの和で示されるため、上記式(14)と式(16)からFxは以下の式(18)により示すことができる。
【００５６】
【数５】
2018017513.tif 000007
（但し、Fricxはｘ軸方向におけるウエブへの摩擦力である）
【００５７】
同様に、「加重計」で測定される張力測定用ｙ軸方向における荷重をFyと定義した場合、図１と図２に示されるように、ｙ軸方向の抗力Ｆｎｙとｙ軸方向の摩擦力Ｆｒｉｃｙは、作用する方向が逆なので、Fyは、加重計が測定するｙ軸方向の抗力Ｆｎｙとｙ軸方向の摩擦力Ｆｒｉｃｙの差で示されるため、上記式(15)と式(17)からFyは以下の式(19)により示すことができる。
【００５８】
【数６】
2018017513.tif 000008
（但し、Fricyはｙ軸方向におけるウエブへの摩擦力である）
【００５９】
そして、式(18)と式(19)から、Ｔ１，Ｔ２について解くと、
Ｔ１＝(Ｆｘ/ｓｉｎα−Ｆｙ/ｃｏｓα)/２、
Ｔ２＝(Ｆｘ/ｓｉｎα＋Ｆｙ/ｃｏｓα)/２
が得られ、Ｆｘ（加重計で測定される張力測定用ｘ軸方向における荷重），Ｆｙ（加重計で測定される張力測定用ｙ軸方向における荷重）を計測すれば、駆動ロールの上流、下流の張力Ｔ１，Ｔ２が計算により求められることが理解される。
【００６０】
上述した計算式から理解されるように駆動ロールの中心軸に対し垂直でかつ互いに直交する２方向の軸荷重Ｆｘ、Ｆｙを測定することで、駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力Ｔ１と送り出される側のウエブ張力Ｔ２を測定することが可能となり、更に、上述した式(1)、すなわちＴ２＝Ｔ１＊ｅｘｐ（μθ）に基づき駆動ロールとウエブ間における摩擦係数μが以下の式より求めることができる。
μ＝ｌｎ［（Ｔ２／Ｔ１）／θ］
【００６１】
本発明に係るウエブの張力測定装置は、上述したように駆動ロールの中心軸に対し垂直でかつ互いに直交する方向の軸荷重を測定する少なくとも２つの加重計と、加重計により測定された軸荷重のスカラー量Ｆｘ、Ｆｙと駆動ロールに対する長尺状ウエブの抱き角θが入力されかつ下記数式（但しα＝θ／２）に基づき駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力Ｔ１と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力Ｔ２を計算する演算手段を具備することを特徴としている。
Ｔ１＝(Ｆｘ/ｓｉｎα−Ｆｙ/ｃｏｓα)/２、
Ｔ２＝(Ｆｘ/ｓｉｎα＋Ｆｙ/ｃｏｓα)/２
【００６２】
ところで、本発明に係るウエブの張力測定装置においては、駆動ロールの中心軸に対し垂直でかつ互いに直交する方向の軸荷重を測定する少なくとも２つの加重計を組み込むことを必要としている。この理由は、駆動ロールに加わる荷重の２方向成分を測定する加重計が市販されておらず、２方向を同時に計測する構造が困難なことによる。
【００６３】
このため、本発明に係るウエブの張力測定装置を完成させる際、本発明者は、駆動ロールに加わる荷重の１方向成分を測定するための加重計を２個用いる方法を検討した。２個の加重計はそれぞれ測定する方向の軸荷重に耐えられると同時に、その直交する方向の軸荷重にも耐えられることが必要となる。また、駆動ロールと隣り合うロールとの平行度を維持するため、荷重による軸位置変位が少ないことも要求される。このような技術検討の結果、公知のロードセルの内、軸位置変位の少ないロードセルを選定し、かつ、駆動ロールの中心軸に対し垂直でかつ互いに直交する方向の軸荷重を測定する少なくとも２つの加重計を組み込む方法を見出している。尚、ロードセルは、ロードセルと該ロードセルを動作させるオペレーションアンプとで構成してもよい。
【００６４】
次に、本発明に係るウエブの張力測定装置に組み込まれる上記演算手段としてはパーソナルコンピュータ等を用いることができる。例えば、上記ロードセル（加重計）についてオペレーションアンプを介してコンピュータに接続し、各ロードセル（加重計）が測定した軸荷重のスカラー量Ｆｘ、Ｆｙと駆動ロールに対する長尺状ウエブの抱き角θのデータから、数式（但しα＝θ／２）に基づき駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力Ｔ１と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力Ｔ２を演算する計算プログラムが実行されれば、本発明に係るウエブの張力測定装置によりウエブ張力Ｔ１とウエブ張力Ｔ２をそれぞれ測定することができる。
【００６５】
上記ロードセル（加重計）の具体例としては、軸荷重による軸位置変位量の少ない磁歪効果を応用したＡＢＢ社の張力測定システムが挙げられる。ＡＢＢ社から提供されるいくつかの種類の内、以下の組み合わせが例示される。図１と図２において駆動ロールにおけるｘ軸方向（すなわち、駆動ロールの略鉛直方向）の軸荷重を測定するロードセル（加重計）として、ＡＢＢ社の「ＰＥＲＬ型」（図４ＡにＰＥＲＬ型ロードセルの概略斜視図を示す）が適している。ＰＥＲＬ型ロードセルは、測定方向に対し直角方向の耐荷重が測定荷重の３倍から５倍と大きいからである。また、図１と図２において駆動ロールにおけるｙ軸方向（すなわち、駆動ロールの略水平方向）の軸荷重を測定するロードセル（加重計）としては、ＡＢＢ社の「ＰＦＴＬ型」（図４ＢにＰＦＴＬ型ロードセルの概略斜視図を示す）が適している。ＰＦＴＬ型ロードセルは、測定方向が装置の設置面に対し平行であり、測定方向に対し直角方向の耐荷重が測定荷重の５倍と大きいからである。また、ＰＥＲＬ型ロードセル並びにＰＦＣＬ型ロードセルの荷重による変位量はいずれも０．０１〜０．０２ｍｍと実用上支障のない値である。尚、これ等ロードセルは、測定方向に応じて適正に設置することが望ましいのはいうまでもない。また、駆動ロールへのウエブの抱角がθである場合に、水平方向に伏角「−θ／２」から仰角「θ／２」でウエブが巻きついていることが望ましいのもいうまでもない。
【００６６】
図３に示すように、モータ１、駆動ロール４とその中心軸に取付けられた略鉛直方向加重計５と略水平方向加重計６を配置することで、図１と図２において駆動ロールにおけるｘ軸方向（すなわち、駆動ロールの略鉛直方向）の軸荷重と、図１と図２において駆動ロールにおけるｙ軸方向（すなわち、駆動ロールの略水平方向）の軸荷重を測定するができる。また、駆動ロール４には公知の自動調心ベアリングを備えてもよい。カップリング２はモータ１の回転を駆動ロール４に伝達する。図３では、駆動ロール４におけるモータ１配置側とは反対側の軸にのみ略鉛直方向加重計５と略水平方向加重計６が配置されているが、モータ１配置側にも、略鉛直方向加重計と略水平方向加重計とを追加して配置してもよい。略鉛直方向加重計と略水平方向加重計を駆動ロールの両側に配置する場合は、両側の略鉛直方向加重計と略水平方向加重計の各方向毎測定値の合計値を、略鉛直方向の荷重と略水平方向の荷重とすることができる。
【００６７】
なお、図３の略鉛直方向加重計５は、モータ１や駆動ロール４の荷重も負荷されるが、ウエブ張力Ｔ１とＴ２の負荷がかからない場合を無負荷状態（０負荷）とすれば、モータ１や駆動ロール４の荷重は、キャンセルできる。
【００６８】
次に、本発明に係るウエブの張力測定方法は、上述したように駆動ロールの中心軸に対し垂直でかつ互いに直交する方向の軸荷重を測定する少なくとも２つの加重計により軸荷重のスカラー量Ｆｘ、Ｆｙを測定し、かつ、駆動ロールに対する長尺状ウエブの抱き角θに基づき、下記数式（但しα＝θ／２）から駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力Ｔ１と駆動ロールから送り出される側のウエブ張力Ｔ２を算出することを特徴としている。
Ｔ１＝(Ｆｘ/ｓｉｎα−Ｆｙ/ｃｏｓα)/２、
Ｔ２＝(Ｆｘ/ｓｉｎα＋Ｆｙ/ｃｏｓα)/２
【００６９】
また、本発明に係るウエブの張力測定方法は、「駆動ロールのトルク」と「ウエブの張力Ｔ１とＴ２の差」の関係に基づき、加重計により測定された軸荷重から求められたウエブ張力Ｔ１とウエブ張力Ｔ２の値を補正することができる。例えば、加重計の設置等の関係で水平方向に設置するべき加重計が水平からずれた場合、駆動ロールにおける軸荷重の負荷により加重計が検出する荷重が弱く若しくは強くなったりしている場合等は、「駆動ロールのトルク」と算出された「ウエブの張力Ｔ１とＴ２の差」から、ロードセル（加重計）の機械的な定数（β）を求め、かつ、ロードセル（加重計）の測定結果に上記定数（β）乗じれば修正することができる。
Ｍｋ＝β（Ｔ２−Ｔ１）
【００７０】
ここで、駆動ロールの駆動モーメントＭｋは駆動ロール表面の回転トルクと同じで、駆動ロールの運動方程式は次式で与えられる。
Ｊｄω／ｄｔ＝Ｍｋ−βＦｒｉｃ              （20）
【００７１】
ここで、Ｊは駆動ロールの慣性モーメント、ｄω／ｄｔは駆動ロールの角加速度である。ウエブを略等速で搬送する場合は、条件として角速度は略一定なので角加速度ｄω／ｄｔは零である。
【００７２】
また、ウエブを略等速で搬送する場合は、駆動ロールとウエブ間の摩擦（Ｆｒｉｃ）と「ウエブの張力Ｔ１とＴ２の差」には次式の関係がある。
Ｔ２−Ｔ１＝Ｆｒｉｃ＝Ｍｋ／β
【００７３】
このため、ウエブを略等速で搬送する場合は、「駆動ロールの駆動モーメントＭｋ」と「ウエブの張力Ｔ１とＴ２の差」は以下の関係が成り立つ。
Ｍｋ＝β（Ｔ２−Ｔ１）
【００７４】
図３に示すように、駆動ロール４は、トルク計３を備えるので、回転トルク（駆動モーメント）を知ることができる。
【００７５】
また、式（20）の関係が成立する限り、すなわち搬送されるウエブが駆動ロール４の外周面で滑らないで、且つ、駆動ロール４が回転している限り、角速度が変化しても、張力Ｔ１と張力Ｔ２の変化を推定することもできる。
【００７６】
更に、本発明に係る張力測定方法によれば、上記式(1)  Ｔ２＝Ｔ１＊ｅｘｐ（μθ）に基づき駆動ロールとウエブ間における摩擦係数μを以下の式から求めることもできる。
μ＝ｌｎ［（Ｔ２／Ｔ１）／θ］
【００７７】
ところで、本発明に係る張力測定方法に関し、駆動ロールを境にして駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力Ｔ１と送り出される側のウエブ張力Ｔ２をそれぞれ測定する方法について説明してきたが、例えば、ニップロールとフリーロールとでウエブを挟み込み、ニップロールを境にウエブの張力を変化させるウエブ搬送系ロール群（駆動ロールでない）を想定した場合であっても、本発明に係るウエブの張力測定方法を適用できるのはもちろんである。
【００７８】
次に、上記ウエブ張力測定装置が組み込まれた本発明に係るウエブ搬送装置と成膜装置５０について図５を用いて説明する。
【００７９】
本発明に係るウエブ搬送装置と成膜装置５０において、ウエブ５２は、巻出ロール５１から巻き出されてフリーロール５３、５４を介しウエブ張力測定装置が組み込まれた前フィードロール（駆動ロール）５５を経て冷却キャンロール（駆動ロール）５６に搬入され、かつ、フリーロール６１、６２、６３を介して巻取ロール６４に巻き取られる。冷却キャンロール（駆動ロール）５６と対向するウエブ搬送路近傍にスパッタリングカソード５７、５８、５９、６０の成膜手段が配置されている。冷却キャンロール（駆動ロール）５６の内部には冷媒が循環し、スパッタリング成膜の際にウエブ５２を冷却することができる。
【００８０】
そして、上記ウエブ張力測定装置が組み込まれた本発明に係るウエブ搬送装置と成膜装置５０においては、駆動ロールで構成されている前フィードロール５５と冷却キャンロール５６におけるウエブ張力を測定することができる。駆動ロール５５は、冷却キャンロール（駆動ロール）５６外周面にウエブを密着させる目的のため、張力をかけて冷却キャンロール（駆動ロール）５６にウエブを直接送り出すフィードロールである。そして、前フィードロール（駆動ロール）５５と冷却キャンロール（駆動ロール）５６との間には、スペース的に張力測定用のフリーロールを配置することはできない。
【００８１】
本発明に係るウエブの張力測定装置は、ロール・ツー・ロール方式によるウエブ搬送系が採用された成膜装置５０における前フィードロール（駆動ロール）５５のように、フリーロールで構成される張力測定用ロールを配置することができない箇所でその効果を発揮する。また、ウエブ搬送経路上で前フィードロール（駆動ロール）５５よりも上流側に張力測定用のフリーロールを配置しても、前フィードロール（駆動ロール）５５と冷却キャンロール（駆動ロール）５６間のウエブ張力を知ることはできない。ウエブ張力測定装置が組み込まれた本発明に係るウエブ搬送装置と成膜装置５０によれば、張力測定用のフリーロールを配置することができない隣接する駆動ロール間（前フィードロール５５と冷却キャンロール５６間）におけるウエブの張力を知ることができる。
【００８２】
更に、ウエブ張力測定装置が組み込まれた本発明に係るウエブ搬送装置と成膜装置５０によれば、巻出ロール５１から前フィードロール（駆動ロール）５５間に張力測定用のフリーロールを備えなくても、前フィードロール（駆動ロール）５５に送り込まれるウエブ張力Ｔ１と送り出されるウエブ張力Ｔ２を知ることができる。
【００８３】
ロール・ツー・ロール方式によるウエブ搬送系を採用した成膜装置５０では、前フィードロール（駆動ロール）５５についてその周速度を冷却キャンロール（駆動ロール）５６の周速度より遅くすることで、両ロール５５、５６間のウエブに張力が与えられる。前フィードロール（駆動ロール）５５のトルクは、ウエブと前フィードロール（駆動ロール）５５間の摩擦力であり、前フィードロール（駆動ロール）５５を境にウエブの張力Ｔ１がＴ２へ変化することに寄与している。
【実施例】
【００８４】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【００８５】
ロール・ツー・ロール方式によるウエブ搬送系が採用された成膜装置５０の前フィードロール（駆動ロール）５５に本発明に係るウエブの張力測定装置を取り付けた。
【００８６】
加重計は、図１と図２におけるｘ軸方向が略鉛直方向に、図１と図２におけるｙ軸方向が略水平方向となるようにウエブ搬送経路を調整した。また、前フィードロール（駆動ロール）５５の半径ｒは７５ｍｍ、抱き角θは１２０°とし、ウエブは厚みが３８μｍのポリイミドフィルムを用いた。
【００８７】
そして、図１と図２において駆動ロールにおけるｘ軸方向（すなわち、駆動ロールの略鉛直方向）の軸荷重を測定するロードセル（加重計）５としてＡＢＢ社の「ＰＥＲＬ１０１Ａ」が適用され、図１と図２において駆動ロールにおけるｙ軸方向（すなわち、駆動ロールの略水平方向）の軸荷重を測定するロードセル（加重計）６としてはＡＢＢ社の「ＰＦＴＬ３０１Ｅ−０．１ｋＮ」が適用され、かつ、図３に示すように駆動ロール４におけるモータ１配置側とは反対側の軸にそれぞれ取り付けられており、各ロードセル（加重計）５、６からパーソナルコンピュータへ測定データを送り、演算した。
【００８８】
図５に示すウエブ搬送装置と成膜装置５０において、冷却キャンロール（駆動ロール）５６の回転速度は一定で前フィードロール（駆動ロール）５５の速度を変化させると、両ロール５５、５６間のウエブ張力が変化する。すなわち、上記前フィードロール（駆動ロール）５５よりも冷却キャンロール（駆動ロール）５６の方を速く回転させると、ウエブが引っ張られるので、前フィードロール（駆動ロール）５５と冷却キャンロール（駆動ロール）５６間のウエブ張力は大きくなる。
【００８９】
この原理を利用して、本発明に係るウエブの張力測定装置が正確に動作するか否かを試験した。前フィードロール（駆動ロール）５５と冷却キャンロール（駆動ロール）５６の速度が同じ場合、軸荷重のスカラー量Ｆｘは「約１７０Ｎ」、軸荷重のスカラー量Ｆｙは「約０Ｎ」であった。これは、ウエブ張力Ｔ１＝ウエブ張力Ｔ２＝１００Ｎに相当する。
【００９０】
また、前フィードロール（駆動ロール）５５の回転速度を冷却キャンロール（駆動ロール）５６より遅くした場合、軸荷重のスカラー量Ｆｘは「１９０Ｎ」、軸荷重のスカラー量Ｆｙは「−１０Ｎ」であり、これを演算すると、ウエブ張力Ｔ１＝１００Ｎ、ウエブ張力Ｔ２＝１２０Ｎとなる。そして、ｘ軸方向（すなわち、駆動ロールの略鉛直方向）のロードセル（加重計）５は、ウエブ張力Ｔ１およびＴ２によりｘ軸に正の方向に引かれるのでプラスの変位をしている。一方、ｙ軸方向（すなわち、駆動ロールの略水平方向）のロードセル（加重計）６は、ウエブ張力Ｔ２（＝１２０Ｎ）が、ウエブ張力Ｔ１（＝１００Ｎ）より大きいのでＴ２方向、すなわちｙ軸方向に負に変位をしている。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明に係るウエブの張力測定装置と張力測定方法によれば、従来法では測定が困難であった駆動ロールを境にして駆動ロールに送り込まれる側のウエブ張力と送り出される側のウエブ張力を測定することが可能となるため、液晶パネル、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話等に使用される銅張積層樹脂フィルム（金属膜付長尺樹脂フィルム）基板を製造する成膜装置に組み込まれる産業上の利用可能性を有している。
【符号の説明】
【００９２】
１  モータ
２  カップリング
３  トルク計
４  駆動ロール
５  ｘ軸方向（略鉛直方向）のロードセル（加重計）
６  ｙ軸方向（略水平方向）のロードセル（加重計）
【図１】
2018017513.tif 000009
【図２】
2018017513.tif 000010
【図３】
2018017513.tif 000011
【図４】
2018017513.tif 000012
【図５】
2018017513.tif 000013