(57)【要約】【課題】      長尺基材を連続して送りつつ物理的または化学的処理を精度良く行うための基材の搬送機構、特に処理後の基材の機能が付加された部分の長さ方向での厚みのばらつきや表面の傷を抑えるための搬送機構を提供する。【解決手段】  長尺基材が連続的に供給されて所定の速度で物理的または化学的に処理される基地が置かれ、ここで処理された基材が連続的に回収される搬送機構であって、同基材が、基地の供給側で搬送方向とは逆方向の引張応力Ｔ１を、基地で摩擦応力Ｆを、また基地の回収側で搬送方向の引張応力Ｔ２を、それぞれ負荷されており、これらの応力が、Ｆ＞Ｔ１＞Ｔ２の関係にあり、前記引張応力Ｔ１が０の時の該基材の搬送速度が、該基地での搬送速度より大きくなるように、回収側での搬送速度が制御されている長尺基材連続処理用の搬送機構である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺基材が連続的に供給されて所定の速度で物理的または化学的に処理される基地が置かれ、当該処理後の基材が連続的に回収される搬送機構であって、該基材が、該基地の供給側で搬送方向とは逆方向の引張応力Ｔ１を、該基地で摩擦応力Ｆを、該基地の回収側で搬送方向の引張応力Ｔ２を、それぞれ負荷されており、これらの応力が、Ｆ＞Ｔ１＞Ｔ２の関係にあり、前記引張応力Ｔ１が０の時の該基材の搬送速度が、該基地での搬送速
度より大きくなるように、回収側での搬送速度が制御されている搬送機構。
【請求項２】
少なくとも前記処理が基材の全長に渡って終わるまで、前記供給側と回収側の基材量差の変化に応じて、前記引張応力Ｔ１およびＴ２が、一定値に補償されている請求項１に記載の搬送機構。
【請求項３】
前記基材が、供給側および回収側のトルクモータによって制御されたローラと、その間の基地のサーボモータによって制御されたローラに接触して搬送される請求項１または２に記載の搬送機構。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の搬送機構を用いた処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の搬送機構を用いた薄膜形成装置。
【請求項６】
長尺基材の全長に渡って形成された表面層の長さ方向の厚みのばらつきが、その平均値の±１０％以内である長尺部材。
【請求項７】
前記表面層が、薄膜である請求項６に記載の長尺部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺基材を連続的に物理的または化学的処理を精度良く行うための基材の搬送機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な断面形状の長尺基材を搬送しつつ、その間に連続かつ所定の速度で物理的または化学的な処理を施すための基地を設けた搬送機構は、基材全長に渡って一定の基準の機能を付与する場合に多く用いられている。物理的な処理または化学的な処理とは、例えば、アルミニウム系材料の陽極酸化、化学繊維の電子線照射などのように基材表面を改質する場合、細い金属線への樹脂層の形成やめっき、金属箔やセラミックへの半導体層や磁性体層の形成などのように基材表面を被覆する場合、および金属線の微細な溝付けや絞り成形などのように形状を付与する場合が含まれる。このような搬送機構では少なくとも基地での基材の通過速度を一定に制御する必要があるため、適正な張力を基材に基地の前後で負荷しつつ、全長に渡り同じ経路に沿わせて送る必要がある。
【０００３】
なお、例えば、樹脂、銅、アルミニウムのような柔らかい素材やセラミックス、紙のような脆い素材、断面積の小さい薄手や細手の素材を基材にする場合には、搬送中の外力、熱などの周辺環境の影響で変形し易い。また、搬送中にローラなどの部材と摺接して突っかかりや自身の伸びによる滑りなどで損傷も生じ易い。このため、このような基材の場合、処理部の全長に渡る寸法精度を確保するためには、定速搬送とともに、基材に見合った適正な張力を基地の前後で負荷する必要がある。
【０００４】
中でも、テープ状や繊維状の長尺基材の表面に高い寸法精度で薄い層を形成する場合には、送り張力の制御バランスが難しい。因みに長尺の帯状基材（以下単にテープとも言う）を薄膜形成室内に送り込み、同基材上に連続して成膜する、いわゆる巻取方式の薄膜形成装置は、磁気記録用、プリンタ用、包装用などの各種テープの製造に広く使われている。通常テープは、供給部、基地を兼ねる冷却部、および処理後の基材を回収する側にある巻取部のローラを使って、これらの面に一定の張力で触れさせながら送っており、その際のテープとローラとの密着の程度、送り速度むらによる膜の厚みのばらつきならびに膜面の損傷などが従来から問題になっており、これらの回避策が検討されて来た。以下この薄膜形成装置を例に採って、本発明の背景技術を説明する。
【０００５】
例えば、特開昭６２−２４７０７３号公報（特許文献１）は、テープの種類が変わる度に起こる冷却ローラ面へのテープの密着度のばらつきを抑えるため、基地を兼ねる冷却ローラのテープ入出側の少なくとも一方の側に速度可変のサブローラを配置した機構を提案している。しかしながら、この手段では、巻取部のローラ上の基材の巻取外径の増減によって基材の速度が変わるため、蒸着時間の長短による膜の厚みのばらつきや斑、表面の傷などの発生は避けられない。
【０００６】
また特開昭６１−２６４５１４号公報（特許文献２）は、基材の伸縮や表面からのガス発生などで生じる同基材にかかる張力やそれとローラとの密着度の変化によって生じる基材および薄膜の損傷を抑えるため、ローラ間にダンサーローラを配置して、それを緩和する方法を提案している。しかしながら、この手段では、テープと基地を兼ねる冷却ローラとの間の摩擦応力Ｆが、回収側の巻取部の搬送方向への張力Ｔ２や供給側の搬送方向とは逆方向への張力Ｔ１より小さくなると、テープが滑り易くなるか、テープが円滑に送れない懸念がある。
【０００７】
さらに特開昭６１−２７８０３２号公報（特許文献３）は、巻取テープのしわの発生を抑えるため、巻取側での基体張力調整のため、回収側に複数のガイドローラ対を配置し、その間のテープにかかる搬送方向の張力勾配を１０Ｎ／ｍｍ２以下に制御する方法を提案している。しかしながら、この手段でも特開昭６１−２６４５１４号公報と同様の問題が予想される。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−２４７０７３号公報
【特許文献２】特開昭６１−２６４５１４号公報
【特許文献３】特開昭６１−２７８０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、これら従来の問題を改善し、長尺基材を連続して送りつつ物理的または化学的処理を精度良く行うための基材の搬送機構、特に処理後の基材の機能が付加された部分の長さ方向での厚みのばらつきや表面の傷を抑えるための同機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、長尺基材が連続的に供給されて所定の速度で物理的または化学的に処理される基地が置かれ、ここで処理された基材が連続的に回収される搬送機構であって、同基材が、基地の供給側で搬送方向とは逆方向の引張応力Ｔ１を、基地で摩擦応力Ｆを、また基地の回収側で搬送方向の引張応力Ｔ２を、それぞれ負荷されており、これらの応力が、Ｆ＞Ｔ１＞Ｔ２の関係にあり、前記引張応力Ｔ１が０の時の該基材の搬送速度が、該基地での搬送速度より大きくなるように、回収側での搬送速度が制御されている長尺基材連続処理用の搬送機構である。
【００１１】
また本発明は、上記の範囲内で、少なくとも前記処理が基材の全長に渡って終わるまで、前記供給側と回収側の基材量差の変化に応じて供給側のトルクと巻取側のトルクを変えつつ供給側の引張応力Ｔ１と巻取側の引張応力Ｔ２が、一定値に補償されている搬送機構である。さらに本発明には以上の範囲内にあって、基材が、供給側と回収側のトルクモータによって制御されたローラと、基地のサーボモータによって制御されたローラに接触して搬送されるものも含まれる。
【００１２】
また本発明には、以上いずれかの搬送機構を用いた処理装置、特に薄膜形成装置と、長尺基材の全長に渡って形成された表面層の長さ方向の厚みのばらつきが、その平均値の±１０％以内である長尺部材も含む。
【発明の効果】
【００１３】
長尺基材を連続的に送り、搬送途上の基地で特定の機能を基材に付与する場合、本発明の搬送機構を使うことによって、基材に無理のかからない適正な引張応力を負荷しつつ、容易に定速で搬送することができる。このため、基材の長さ方向に優れた寸法精度（小さなばらつき）で、しかも損傷の少ない状態で機能付加された部材を得ることができる。特に断面の小さい薄ものや細ものの場合に威力を発揮する。例えば、厚み１０μｍのテープに半導体層を蒸着する場合、１μｍ程度の層の厚みの全長方向のばらつきを、±１０％以内に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、長尺基材が連続的に供給されて所定の速度で物理的または化学的に処理される基地が置かれ、ここで処理された基材が連続的に回収される搬送機構であって、同基材が、基地の供給側で搬送方向とは逆方向の引張応力Ｔ１を、基地で摩擦応力Ｆを、また基地の回収側で搬送方向の引張応力Ｔ２を、それぞれ負荷されており、これらの応力が、Ｆ＞Ｔ１＞Ｔ２の関係にあり、その場合、引張応力Ｔ１が０の時の基材の搬送速度が、基地での搬送速度より大きくなるように、回収側での搬送速度が制御されている搬送機構である。
【００１５】
この場合、基材にかかる引張応力と基地の摩擦応力Ｆのレベルを比較し、基材に無理がかからず、基地での機能付加に支障の無い基材と処理条件を選ぶ必要がある。例えば、銅箔テープのような柔らかい基材や紙のような脆性のある基材、および搬送方向の断面積の小さい薄ものや細ものなどを基材に選ぶ場合には、基地の処理能力や所望される処理時間に合わせて、各ローラの外径や回転速度、基材にかける引張応力Ｔ１およびＴ２の大きさを適正に調整する必要がある。
【００１６】
基地とは、物理的または化学的な処理を施す搬送機構の経由地である。前述のように例えば、基材表面に特定の機能を付与するために改質処理を施したり、基材表面に特定の機能材料を被覆したり、搬送する方向に沿って一定の形状を付与したりする部分である。この部分も前述の薄膜形成装置のように、ローラなどの搬送用部材で中継される。この部分では、搬送される基材に張力が負荷されるために、搬送用部材や機能を付加するための相手との間の摺接による摩擦が生じる。
【００１７】
本発明の搬送機構では、基材は、基地の供給側に搬送方向とは逆方向の張力Ｔ１を、回収側に搬送方向の張力Ｔ２をそれぞれ受ける。基材に無理がかからず、しかも基地での摩擦応力Ｆの大きさに見合ったＦ＞Ｔ１＞Ｔ２の関係を満たす範囲で供給側と回収側の引張応力を適正に決めれば、所望の処理時間に見合った基地での定速搬送ができる。したがって、この範囲内で供給側の基材量減少と回収側の基材量増加により引張応力Ｔ１とＴ２が変化しても、実際の基材搬送速度には影響しない。
【００１８】
本発明の搬送機構では、基地の駆動によって基材が搬送される。基地が停止している場合、Ｔ１およびＴ２がＦより小さく設定されているため基材に張力は加わるものの搬送されない。Ｆ＞Ｔ１＞Ｔ２の関係を絶えず満たす範囲内で制御すれば、基材の搬送速度を正確に基地の移動速度と同一に制御できる。
【００１９】
したがって、前述の中間にサブローラや速度調整用のダンサーローラが配置された従来の搬送機構例に比べ、これらの中継搬送部が少なくても、供給側と回収側での時間経過による量差変動の影響を小さく抑えることができる。これによって、長さ方向での寸法などの機能品質レベルのばらつきの小さな処理基材を提供することができるとともに、基地での基材の突っかかりや過剰な負荷による自身の伸縮や擦れなどによる損傷も大幅に減らすことができる。勿論、供給側、基地および回収側の搬送部材（例えばローラ）と引張応力調整手段は、如何なるものであっても良い。
【００２０】
本発明の搬送機構では、引張応力Ｔ１が０の時の基材の搬送速度が、基地での搬送速度より大きくなるように回収側での搬送速度が制御されるが、その場合の実施形態の一例として、少なくとも基地での処理を基材の全長に渡って終えるまで、供給側と回収側の基材量差の変化に応じてモーターの回転トルクを変えつつ、（例えば、それぞれのローラなどの送り部材の回転トルクを変えながら）Ｔ１およびＴ２が一定値に補償されている方式が挙げられる。これをローラ搬送での事例で説明する。予め供給側と回収側のローラにトルクモータを取り付けておき、二つのローラに巻かれた基材の外径の変化をセンサなどを使って検出し、その情報を演算処理して、基材にかかる張力が一定になるようモータにトルク制御指令を送る。一例として、その時点での基材の巻き外径をＣＣＤカメラで連続監視し、その画像データをトルク変化量に換算してフィードバックする方法がある。
【００２１】
このようにすることによって、基材に無理がかからず、しかも基地での摩擦応力Ｆの大きさに見合った引張応力Ｔ１およびＴ２を適正に決めれば、所望の処理時間に見合った基地での定速搬送ができる。勿論、供給側、基地および回収側の搬送部材と引張応力調整手段は、如何なるものであっても良い。例えば、搬送部材にはローラ、ベルトおよびレールのような種々のものが挙げられる。
【００２２】
本発明の具体的な実施形態の例としては、基材が、供給側と回収側のトルクモータによって制御されたローラと、基地のサーボモータによって制御されたローラに接触して搬送されるものがある。基地を挟んで、その供給側と回収側には長尺基材を巻き付けたローラが置かれる。これらのローラは、ともにトルクモータによって、その回転トルクが制御されている。基材に無理がかからず、しかも基地での摩擦応力Ｆの大きさに見合った基材の定速搬送ができるように、基地のローラは、速度調整の効くサーボモータで駆動されている。勿論この場合、例えば、基材が基地ローラと適正な面積で接触するように、さらに供給側および／または回収側に適宜ガイドローラやピンチローラを設けても良い。
【００２３】
以上述べた本発明の搬送機構は、搬送方向の断面積の小さい極薄、極細の長尺基材の基材上に、所定の寸法の機能部分を形成する場合、本発明の搬送機構は、威力を発揮する。特に数１００μｍまでの範囲の厚みの薄膜の形成、同程度の深さの表面処理、同程度の形状変化を伴う加工などを行う場合には、その厚み、深さ、形状変化の長さ方向のばらつきを容易に抑えることができる。長尺基材の厚みが１０μｍ程度の長尺基材の全長に渡って形成された表面層の長さ方向の厚みのばらつきが、その平均値の±１０％以内のものも容易に提供できる。以下実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は、この内容に限定されない。
【実施例１】
【００２４】
［金属箔テープにＳｉ蒸着層形成］
図１に本発明の搬送機構の一例として本実施例の搬送機構を模式的に示す。基材１は、供給側ローラ２からガイドローラ２３に接触しつつ処理基地のローラ３に送られ、ガイドローラ４３に接触しつつ回収側ローラ４に巻き取られ、回収される。供給側ローラ２は、例えば、電磁式のトルク制御機構２２を介してモータ２１で搬送方向とは逆方向の引張応力Ｔ１を受け、これを基材１に伝えるように設定されている。他方回収側ローラ４は、電磁式のトルク制御機構４２を介してモータ４１で搬送方向の引張応力Ｔ２を受け、これを基材１に伝えるように設定されている。
【００２５】
基材を巻いたローラの外径は、図３に示すようにＣＣＤカメラで撮影した画像を処理することによって確認する。なお図３で、１はローラに巻かれた基材、５はローラの軸芯であり、６のＣＣＤカメラによって、基材の外径７を検知する。この場合、カメラは、図に示す矢印方向に移動自在になっている。この状態で先ず径方向に移動してコントラストによって最外周部を検知し、次に軸方向に移動して露出している芯棒の外周を同様に検知し両者の座標の差分によって外径を測定する。測定された外径とトルクモータ出力の積が予め決められた値となるようトルクモータ出力を制御する。
【００２６】
図１の処理基地のローラ３は、サーボモータ３１でこれらの張力の差を常時適正な範囲内に制御するように設定されている。なお同ローラへの基材１の接触角（図のθと表示された基材がローラに摺接する外周部に対応する中心角）は、ガイドローラ２３と２４の軸の間の距離を設定することによって決めている。
【００２７】
このような搬送機構を有する蒸着装置を用いて、幅１３０ｍｍ、厚さ１０μmの銅箔テープを基材とし、その上に平均厚み５μｍのシリコン（Ｓｉ）層を形成した。蒸着は、基地に設けられた冷却液内蔵の銅製ローラ（冷却ローラ）上で行われた。同ローラへのテープの接触角θが、ほぼ２２０度になるように二つのガイドローラを配置した。この接触角から見積もった基材の接触面積、予め実験で確認された基材とローラ間の摩擦係数および供給側と回収側の張力から基材とローラの摩擦荷重３００ｇを確認した。これは、基材が自身の伸縮によって損傷を受けない程度の荷重レベルである。
【００２８】
全長が搬送し終わるまでには、基材巻き外径の供給側での減少と回収側での増加が進行するため、これによる蒸着層の品質のばらつきを抑える経時補償が要る。ローラの冷却能力と蒸着に必要な最小限の時間、基材に無理のかからない許される摩擦荷重の範囲など、蒸着品質確保の面から、ローラの回転速度の適正範囲を決めることも必要である。以上の観点から、トルクモータとサーボモータによる張力制御レベルも含めて、Ｔ１＝０の時の基材の搬送速度が基地でのそれより大きくなるように回収側での搬送速度を予め見積もり、搬送のプログラミングを行った。
【００２９】
その結果、蒸着基地のローラの回転速度を０．２ＲＰＭ（毎分の回転数、これは搬送速度に換算すると１００ｍ／分に相当する。）、Ｔ１およびＴ２に相当する引張荷重を、前者は、１６８ｇ（初期）ないし２１０ｇ（最終）、後者は、１２５ｇ（初期）ないし１００ｇ（最終）とした。このようにして基材１００ｍに渡り、２０箇所での平均厚みが５μｍで、そのばらつきが±０．４μｍ（標準偏差で０．４μｍ、平均値に対する比率で±８％）の層を形成することができた。なお基材および形成層に突っかかりや伸縮などによる傷は無かった。なおテープの搬送速度は、回収側にて基材面に検出ローラを接触させ、付属のロータリーエンコーダーで搬送距離を計量し、タイマーと連動させて間欠的に速度を確認した。その結果を図２の（ａ）に示す。
【００３０】
比較のため、蒸着基地のローラのサーボモータによる制御機構を外し、それ以外は上記と同じ条件下で蒸着を行った。テープの搬送速度は、上記の回収側の速度信号を回収側ローラに送って回収側のトルク制御機構によって、検出箇所での速度を一定にするようにした。その結果を図２の（ｂ）に示す。この結果から明らかなように、速度のばらつきが、本発明例の２倍になっていることが分かる。分析の結果、低速地点では搬送方向にかかる引張応力差ΔＴ（すなわちＴ１−Ｔ２）が時折０になっている。なお上記と同じように長さ方向の層のばらつきを確認したところ、平均値が５μｍで、そのばらつきが±１．３μｍ（標準偏差で１．３μｍ、平均値に対する比率で±２６％）であることが確認された。また搬送が進み最終段に近い速度の最大地点や最小地点では、前者では層表面に上記ばらつきを越えた凹部が見られ(基材伸び)、後者ではその表面に軽度の摺り跡が見られた。
【実施例２】
【００３１】
［樹脂テープに磁性層形成］
実施例１と同じ搬送機構を用い、同様の設定プログラミングに基づいて、幅４００ｍｍ、厚み２０μｍのポリエステル製テープを送り、これに平均厚み０．１μｍのコバルト−ニッケル磁性合金（コバルト８５質量％、ニッケル１５質量％の化学組成）の層を１００ｍに渡って形成した。蒸着基地のローラの回転速度をほぼ０．０４ＲＰＭ（毎分の回転数、これは搬送速度に換算すると２０ｍｍ／分に相当する。）の定速にしつつ摩擦荷重ほぼ３０ｋｇ、同ローラ付近で基材にかかる供給側との引張荷重を徐々に上げつつ回収側の引張荷重を徐々に下げて、引張荷重差をほぼ１０ｋｇ前後になるように設定し、連続蒸着を試みたところ、全長での厚みのばらつきが、平均値０．１μｍに対し±６％の磁性層が得られた。また表面には損傷は見られなかった。比較のために、上記銅箔の事例同様、蒸着基地ローラのサーボ機構を外し、回収側のトルク制御のみで速度調整をして蒸着層を形成したところ、厚みのばらつきは、ほぼ３倍になり、所々に摺り傷などの損傷部が見られた。
【実施例３】
【００３２】
［アルミニウム合金製レールにアルマイト層形成］
断面がコの字型（コの字の外周底辺が、肉厚１ｍｍで幅３ｍｍ、その両側に底辺に直角で肉厚１ｍｍ、高さ１．５ｍｍの立ち上げ部を有するコの字型断面）のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金レール状基材を用意した。この外周底面全体に、平均深さ１０μｍの陽極酸化層を全長１００ｍに渡って形成した。基材は、予め底面以外の面は樹脂でマスキングした。この基材を一段毎にスペーサを挟んで供給側の回転式の巻取ローラに巻きつけた。この巻取部にはトルク制御式モータで搬送方向とは逆方向に７ｋｇの引張荷重がかけられており、陽極酸化装置を挟んだ回収側の同じ型の巻取部にも同様に搬送方向の引張荷重４ｋｇがかけられている。基材にはその差３ｋｇを上回る力が、酸化処理ローラとの摩擦によって加えられ、連続的に送られる。以上の搬送プログラムは、Ｔ１＝０になった時でも回収側に搬送されるように設定されている。供給側から陽極酸化漕中に送り込まれた基材は、入口から先ずサーボ制御機構が設けられた二段の酸化処理ローラと接触して酸化され、三段目および四段目のローラで、それぞれ水洗と乾燥が施され出口から排出される。その後回収側の巻取部に巻き取られる。なお酸化槽での総摩擦荷重は、１０ｋｇである。この間供給側の引張荷重は徐々に増加し、回収側のそれは徐々に減少するように制御される。
【００３３】
以上の処理で形成された酸化層の形成された深さを、等間隔に２０箇所輪切りサンプリングして、その断面を走査型電子顕微鏡で酸素ライン分析し、全長方向でのそのばらつきを確認した。その結果、平均値１０μｍに対しばらつきは±０．６μｍ（±６％）であった。また全長に渡り表面の損傷は観察されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の搬送機構を使うことによって、長尺基材を連続的に送り、搬送途上の基地で特定の機能を基材に付与する場合、基材の長さ方向に優れた寸法精度（小さなばらつき）で、しかも損傷の少ない状態で機能付加された表面の部材を得ることができる。特に断面の小さい薄ものや細ものの搬送に威力を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１の搬送機構を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施例１の基材の搬送距離と搬送速度の相関を示す図である。図の（ａ）が本発明例、（ｂ）が比較例である。
【図３】本発明の搬送機構での基材巻取外径の連続監視手段の例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、基材
２、供給側ローラ
３、処理基地ローラ
４、回収側ローラ
５、ローラの軸芯
６、ＣＣＤカメラ
７、基材の外径
２１、供給側ローラの駆動モータ
２２、供給側のトルク制御機構
２３、供給側のガイドローラ
３１、処理基地ローラの駆動サーボモータ
４１、回収側ローラの駆動モータ
４２、回収側のトルク制御機構
４３、回収側のガイドローラ
【図１】
2007302928.tif 000003
【図２】
2007302928.tif 000004
【図３】
2007302928.tif 000005