(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器の小型化に伴い使用される電子部品も小型化が要求されるようになってきている。そのような電子部品の製造に用いられる配線材料として、ポリイミドフィルム等の有機樹脂フィルム上に薄い金属層を形成し、その金属層上に更に数μm〜数十μmの厚みで銅を電気めっきした2層めっき基板が知られている。
【0003】
電気めっき法により製造された2層めっき基板は、フォトリソグラフィー技術によって表面に微細な配線パターンが形成され、携帯電話やテレビ等の液晶パネルとドライバICとの接続用配線材基板等に用いられている。
【0004】
このような金属被覆樹脂基板を製造するための装置として、硫酸銅めっき液を用いて電気めっき処理を行うめっき処理装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に記載の装置によれば、ポリイミドフィルム上に薄い金属層を形成した長尺シート状のフィルムの幅方向を上下に向けて配置し、シート状フィルムの上端および下端をクランプで把持するとともに、めっき槽を通過させながらめっきを施すことにより1層のめっき槽で、高速に電気めっきを施すことが可能になっている。
【0005】
特許文献2,3の従来技術は、上記のめっき処理装置において、めっき後に発生する金属の再結晶化に伴う寸法変化を抑制する装置を追加したものである。
具体的には、前記めっき処理装置の出側に、低張力加熱装置を設置し、その低張力加熱装置を構成する熱風加熱部においてシート状フィルムを低張力で搬送するために、熱風加熱部の前後に熱風加熱部への張力影響を遮断する吸着機能付き駆動ロールを使用している。また、熱風加熱部内で低張力を得るために、エアフローターン部においてシート状フィルムに空気を吐出する手段を具備して非接触状態としている。
【0006】
上記特許文献2,3の装置では、めっき装置と低張力加熱装置の間で常時適切な張力を維持することが必要となる。もし、搬送のシート状フィルムに異常な張力がかかるとフィルム切れが生じてしまう。
なお、一般にシートやフィルムの送り工程における張力調整にはダンサーロールが用いられるが、ダンサーロールは設置スペースに余裕がある場所でないと使うことができず、用いるとすれば装置が大型化してしまうという問題が生ずる。
【0007】
また、低張力加熱装置における加熱部手前の張力および加熱部内の張力も適切に維持しなければならない。張力を適切に維持できなければ、金属の再結晶化に伴う寸法変化を抑制できないし、場合によってはフィルム切れを起してしまう。
【0008】
ところで、張力の維持は、公知の自動制御技術によると、目標値を与えておき、実測値を検出して、比例動作(P動作)・積分動作(I動作)・微分動作(D動作)させるPID制御を行えば一応の張力制御が行える。
しかるに、PID制御による速度補正が大きいと、シート状フィルムにかかる張力が大きく変動することがある。このような場合、シート状フィルムが切れやすくなる。とくに、シート状フィルムが非常に薄い場合、たとえば厚さ15μm以下などの場合は、PID制御による補正値が大きいときには、フィルム切れの可能性が高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は上記事情に鑑み、めっき装置と低張力加熱装置との間で、シート状フィルムを損傷することなく搬送できるめっき処理装置を提供することを目的とする。
また、めっき装置と低張力加熱装置との間のフィルムにかかる張力の変化を抑え、安定して搬送できるシート状フィルム搬送方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
第1発明のめっき処理装置は、長尺のシート状フィルム
に所定の張力をかけてめっき装置でめっき処理したあと
、前記張力より低い低張力で加熱処理を行う低張力加熱装置を具備するめっき処理装置において、前記めっき装置から前記低張力加熱装置を経由して排出するよう搬送されるシート状フィルムに加えられる張力を制御する張力制御装置を備えており、該張力制御装置による張力制御は、前記シート状フィルムに加えられる張力を予め設定した上限値と該上限値に至る変化率に基づき実行することを特徴とする。
第2発明のめっき処理装置は、第1発明において、前記張力制御装置が、前記シート状フィルムに搬送力を与える駆動ロールの駆動トルクを制御するトルク制御部で構成されていることを特徴とする。
第3発明のめっき処理装置は、第2発明において、前記トルク制御部は以下の制御項目の目標値を受けて駆動ロールを制御するa)搬送開始時の
開始時トルク制限値、b
)開始時トルク制限値の継続時間、c)搬送中の
運転時トルク制限値、d)搬送開始時の
開始時トルク制限値から搬送中の
運転時トルク制限値まで徐々に制限トルクを変化させるトルク制限値変化率ことを特徴とする。
第4発明のめっき処理装置は、第2発明において、前記b)〜d)の制御項目の目標値を運転中に可変に変更することを特徴とする。
第5発明のフィルム搬送方法は、請求項3のめっき処理装置を用い、シート状フィルムを搬送力するに際し、搬送開始時には予め設定した
開始時トルク制限値にて予め設定した時間維持し、次に、トルク制限値を予め設定した一定の変化率で変化させて、予め設定した
運転時トルク制限値まで上昇させ、以後の搬送中は
前記運転時トルク制限値を維持することを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
第1発明によると、シート状フィルムに加えられる張力の上限値を設定しておくことによって過大張力を避けるのでフィルム切れを防止できる。また、張力を上限値に至るまでに変化させるときの変化率も可変に制御することによって、シート状フィルムに加えられる張力変化が過大とならないので、フィルム切れを防止できる。
第2発明によれば、駆動モーターのトルク制御を実施するトルク制御機器を用いるので、設置スペースが小さくても設置できる。
第3発明によれば、シート状フィルムに搬送力を与える駆動ロールのモーターのトルク制限値を、搬送開始時に予め設定した低トルクにて予め設定した時間維持し、次に、トルク制限値を予め設定した一定の変化率で変化させて、予め設定した上限値まで上昇させ、以後の搬送中は上限のトルク制限値を維持することができるので、めっき連続処理装置の運転開始から運転終了に至る全ての期間で、大きな張力変動を抑制できフィルム切れを防止できる。
第4発明によれば、b
)開始時トルク制限値の継続時間、c)搬送中の
運転時トルク制限値、d)トルク制限値変化率からなる制御項目を運転中にも変更できるので、シート状フィルムの性状や厚さに合わせてフィルム切れを防止することができる。
第5発明によれば、搬送開始から定常搬送状態に至るまでの間、シート状フィルムには急な張力増加が生じないので、めっき連続処理装置の運転開始から運転終了に至る全ての期間で、フィルム切れを防止できる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、
図6に基づき、本発明のめっき処理装置Aの基本構成を説明する。
めっき処理装置Aはめっき装置20と低張力加熱装置11とからなる。
【0015】
めっき装置20は、めっき処理前のシート状フィルムを供給するフィルム供給装置1、めっき処理後のシート状フィルムを巻取るフィルム巻取装置2を備えており、これらは装置全体の前面側に設置されている。3は前処理槽、4は化学処理槽、5は後処理槽、9はめっき剥離槽で、これらはめっき処理用の設備である。6はエンドレスベルトの折り返し用プーリー、8はエンドレスベルトであって、これらは上部と下部の一対が設けられ、かつめっき装置を周回するようになっている(下部のエンドレスベルト等は図示省略している)。そして、上下部のエンドレスベルトには、搬送クランプ群8aがエンドレスベルト8の長手方向に沿って取付けられている。シート状フィルム10は上下の搬送クランプ群8aでクランプされエンドレスベルト8の走行によって、前処理槽3、化学処理槽4、後処理槽5を通過してめっき処理される。
【0016】
めっき装置20における後処理槽5とフィルム巻取装置2との間には、低張力加熱装置11が設けられている。
図6においては、この低張力加熱装置11にフィルム10を供給するための搬送姿勢変更ロール12や張力検出機能付き方向転換ローラ17、低張加熱装置11を構成する駆動ロール13などが示されている。
【0017】
図2に基づき低張力加熱装置11とめっき装置20との間の機械的構成を説明する。
低張力加熱装置11はエアフローターン部15と、これに巻き掛けたシート状フィルム10を加熱する熱風加熱ヒータ16とを有している。また、低張力加熱装置11にシート状フィルム10を送り込む入側駆動ロール13と、加熱処理されたシート状フィルム10を排出する出側駆動ロール14とが設けられている。
【0018】
さらに、入側駆動ロール13の上流側(めっき装置20側)には方向転換ロール17,18が上下段違いに配置されている。また、方向転換ロール17とめっき処理装置20との間には、縦向きで送られてきたシート状フィルム10を水平に向きを換える搬送姿勢変更ロール12が設けられている。
【0019】
搬送姿勢変更ロール12で水平に向きを変えられたシート状フィルム10は、方向転換ロール17に巻き掛けられたあと、さらに上昇して方向転換ロール18に巻き掛けられ、再び下って駆動ロール13へ巻き掛けられる。駆動ロール13から送り出されるシート状フィルム10は入側の熱風加熱ヒータ16、エアフローターン部15、出側の熱風加熱ヒータ16を通り、さらに駆動ロール14で排出される。この間に熱風加熱ヒータ16の間を通ってシート状フィルム10が加熱され、その表面のめっき皮膜の再結晶が行われる。
前記方向転換ロール17には、シート状フィルム10に作用する張力を検出する張力検出器41が取付けられている。この張力検出器41は、ロードセルや歪ゲージなどで構成されている。
【0020】
低張力加熱装置11の入側にある駆動ロール13には駆動用サーボモーター42が取付けられ、出側にある駆動ロール14には駆動用サーボモーター43が取付けられている。
両駆動ロール13,14は、シート状フィルム10を吸着した状態で回転して、シート状フィルム10に与える張力を加減する吸着機能をもつものが用いられる。吸着機能をもたせるには、エアーバキューム機構を例示できる。エアーバキューム機構は、ロール内部の空洞を空気吸引装置に接続し、ロール表面に設けた多数の吸引孔から空気を吸着するもので、この吸引力により駆動ロール13,14の表面にシート状フィルム10を吸着させる。
【0021】
上記のような吸着機能付き駆動ロール13,14を用いると、駆動ロール13,14の回転にシート状フィルム10が確実に追随して移動する。このため、駆動ロール13のトルクを制御することで、めっき装置20の最終処理槽から低張力加熱装置11までの間のシート状フィルム10の張力を制御できる。また、駆動ロール14のトルクを制御することで、低張力加熱装置11内を通るシート状フィルム10の張力を任意に制御することができる。
【0022】
めっき装置20における後処理槽5などの最終処理槽を搬出されたフィルム状シート10は、低張力熱処理装置11の駆動ロール13に吸着されながら導入され、駆動ロール14によって排出されていく。そして、この間に2カ所の熱風加熱ヒータ16により、既述のごとく、めっき表面の再結晶を目指して加熱される。なお、入側の熱加熱ヒータ16を通過したシート状フィルム10はエアフローターン部15で反転されて再び出側の熱加熱ヒータ16に通されるが、反転されるシート状フィルム10はエアフローターン部15ではエアー圧により若干浮いた状態となるので、走行抵抗を大幅に低減できる。このため、フィルム表面の結晶構造を傷つけることがない。
【0023】
めっき装置20から低張力加熱装置11までの間を搬送されるシート状フィルム10には所定の高い張力が加えられる。
この所定の高張力は概ね50〜60Nとされるが、これらの数値に限定されるものではない。
なお、めっき装置20内でのシート状フィルム10の搬送中の保持はクランプによるので加える張力を正確に維持することはできない。また、めっき装置20から排出される時点でのクランプの解放タイミングのズレなどから、めっき装置20の出側から低張力加熱装置11までの間のシート状フィルム10には張力の変動が生じやすい。
しかし、この張力変動を相殺して所定の高張力に保つことが、めっきを正確に行うためには重要である。
【0024】
また、低張力加熱装置11を通過するシート状フィルム10には所定の低い張力が加えられるが、この所定の低張力は、概ね5Nとされるが、5N以下と定まったものでは無く、被めっき対象となるフィルム厚みによって異なる。5N以下に設定するのはフィルム厚みが12.5μm以下の場合の条件であり、フィルム厚みが25μm等まで厚くなってくると、5N以上の張力を与えても、問題の無いめっき皮膜の再結晶化が可能である。いずれにしろ、低張力加熱装置11内ではめっき時の前記高張力(50〜60N)よりは低張力で加熱処理が行われる。
【0025】
以上のように、所定の高張力、たとえば50〜60Nでめっき装置20内を通すことにより、シート状フィルム10に正確な厚みで、かつむら無くめっきが施される。また、所定の低張力、たとえば5N以下の状態で熱風加熱ヒータ16に通されてめっき面の再結晶化が行われることで、健全な平滑性を有するフィルム状シート10が出来上がる。そして、シート状フィルム10が駆動ロール14によって外部に導出されて処理が終了する。
【0026】
つぎに、
図1に基づき、張力制御装置の詳細を説明する。
同図において、Fはシート状フィルム10の搬送方向を示している。30Aはめっき処理装置Aを含めて制御する全体制御装置であり、これに速度設定器34と、トルク制限値設定器36が接続されている。30Bは張力制御装置であり、トルク制御部31を含んで構成されており、このトルク制御部31に張力検出器41、2個のモーター制御部32,33および張力設定器38が接続されている。
【0027】
前記2個のモーター制御部32,33は、サーボモーター42,43を駆動するための専用制御機器であり、トルク制御部31からの信号により任意のトルク以下に制限する機能を具備している。前記張力設定器38は、シート状フィルム10において、めっき装置20の出側から低張力加熱装置11の入側の高張力(たとえば、50〜60N)と、低張力加熱装置11の入側から出側までの低張力(たとえば、5N)を設定する。35、37はそれぞれ伝送経路であり、全体制御装置30を経由してトルク制御部31へ搬送速度、トルク制限値が伝送されるようになっている。
【0028】
前記速度設定器34は、めっき装置20および低張力加熱装置11の速度、加速度、駆動時間を設定する。
前記トルク制限値設定器36は、駆動ロール13、14用の駆動用サーボモーター42,43のそれぞれに対し以下の制御項目の目標値を設定する。
a)搬送開始時の
開始時トルク制限値、
b
)開始時トルク制限値の継続時間、
c)搬送中の
運転時トルク制限値、
d)搬送開始時の
開始時トルク制限値から搬送中の
運転時トルク制限値まで徐々に制限トルクを変化させるトルク制限値変化率
【0029】
(張力制御の基本)
張力制御の基本はPID制御によって行われる。すなわち、張力設定器38で設定された張力値を目標として、張力検出器41で検出された実測張力値、および速度設定器34で設定された搬送速度に基づき、トルク制御部31で演算を行い、トルク制御部31からモーター制御部32,33に駆動信号を出力し、駆動用サーボモーター42,43を実測値が目標値に近づくよう駆動する。つまり、主としてトルク制御部31の制御下でPID制御を行う。
【0030】
めっき装置20から低張力加熱装置11までの張力制御は、駆動ロール13のトルク制限付きの速度制御で行う。つまり、駆動ロール13はトルク制限付きの速度制御で駆動し、速度を制御することで、結果として張力を制御する。また、低張力加熱装置11内の張力制御は、駆動ロール14のトルク制限付きの速度制御で行う。駆動ロール14も同様に、駆動ロール13の速度を基本とし、フィルム状シート10の張力が目的値になるように、駆動ロール14の速度を変更する。
【0031】
さらに詳細に説明する。フィルム状シート10の張力は、「サーボモーターによるトルク制限付きの速度制御」にて制御する。この場合のトルク制限値は、搬送開始時に小さくしておき、搬送開始時の張力超過を防止する。また、搬送開始後、徐々にトルク制限の数値を大きくする(トルクが強くなる)。
搬送開始時に所定のトルクが出せないために、モーターの回転数が下がるが、それを補うよう早く回転するようにモーターに与える速度指示信号を大きくする。つまり、本来100回転/分の回転をする場合、トルク制限値が大きい(強いトルクで回転できる)ときは、100回転/分の速度指示信号を与えるが、トルク制限値を小さくした場合、100回転/分の速度指示信号を与えた時に、70回転/分でしか回転できないことになり、それを補うために150回転/分の速度指示信号を与え、結果として100回転/分で回転できる状態とする。この状態で、トルク制限値を大きくすると、与えた150回転/分に近づくよう速度が上昇し、結果として張力が上昇する。しかし、ゆっくりトルク制限値を大きくすると、張力が上昇することにより、張力を維持するために与えていた150回転/分の速度指示信号が、張力を下げるために少しずつ下がることになる。最終的に、100回転/分の速度指示信号で、100回転/分の回転速度になるまでトルク制限値が大きくなった段階で、回転速度、張力が目的値に近づいて安定する。
【0032】
(低張力加熱装置11より上流の張力制御)
まず、めっき装置20から低張力加熱装置11の入側までの張力制御を説明する。
この間のシート状フィルム10張力制御は、駆動ロール13(サーボモーター42)のトルクにより、搬送姿勢変更ロール12の手前(具体的にはシート状フィルム10を把持する最終クランプ以降)から駆動ロール13に至る間のシート状フィルム10に張力が付与される。
通常、付与される張力は50〜60N程度とされる。また、このとき駆動ロール13用の駆動用サーボモーター42はトルク制限値設定器36で設定されたトルク制限値によってトルク値が制限される。その詳細は後述する。
【0033】
(低張力加熱装置より上流における目標値の変動制御)
つぎに、低張力加熱装置11より上流における張力制御の詳細を説明する。
この場合の張力制御は、トルク制御値である目標値をシート状フィルム10の強度や厚さ等の性状に合わせて設定し、またこの目標値を場合により可変に制御することが特徴であり、これを
図3に基づき説明する。
【0034】
(1)搬送開始時S1
搬送開始時には予め目標値として設定した開始時トルク制限値により起動し、その開始時トルク制限値は所定の継続時間維持される。
この起動時のトルク制限値は小さく、たとえば10〜20N位に設定される。このように小さいトルク値に設定しておくことにより、起動時のフィルム切れを防止することができ、とくに厚さ15μm未満の薄物フィルムの切れ防止に効果が高い。
【0035】
設定される開始時トルク維持時間(
図3(B)のS1からS2の間の時間)は、通常5〜20sec位である。ただし、これに限定されるものではない。トルク制限値が小さいままであると、張力が安定しないので、できるだけ速やかにトルク制限値を大きくしていく。しかし、早すぎるとフィルム切れにつながるので、これらのバランスから維持時間が選択される。なお、この維持時間の間に搬送速度が安定してくる。
このトルク維持時間はシート状フィルム10の強度や厚さ等の性状に合わせて適宜変更される。なお、この維持時間は運転中でも変更可能である。
【0036】
(2)調整期S2
所定の調整時間が経過すると開始時トルク制限値から搬送中トルク制限値まで所定の変化率で変化させる。
図3(B)では、この変化率がS2からS3に至る線分の傾斜で示されている。また、この調整期S2の継続時間(
図3(B)のS2からS3までの間の時間)は概ね30秒位であるが、これに限定されるものではない。
トルク制限値を急に、あるいは矩時間で大きくするとPID補正値が大きくなり張力変動も大きくなるので、これを避けるためトルク制限値の上昇は徐々に行わせる。そうすることにより変化中のPID補正値を下げることができる。
上記の変化率は任意に設定でき、数種類を設定してもよい。また、運転中に変更することも可能である。
【0037】
このようにして、搬送開始から運転時トルク制限値に達するまで、徐々にトルク制限値を変化させることにより、搬送開始後でも、シート状フィルムを損傷させないよう、設定した張力を大きく超過させることなく、適切な張力を付与しつつ搬送することができる。
【0038】
(3)搬送中S3
シート状フィルム10の搬送が定常状態になると、所定のトルク制限値に設定される。この場合の適正値はたとえば50〜60Nとなる。
この搬送中はトルク目標値として50〜60NになるようにPID制御すればよく、フィルム切れを防止することができる。また、とくに厚さ15μm未満の薄いシート状フィルム10であっても、適切な張力を付与できフィルム切れを防止できる。この場合のトルク目標値も適宜変更され、この変更は運転中でも可能である。
【0039】
(低張力加熱装置11内の張力制御)
低張力加熱装置11内でシート状フィルム10に作用する張力は、例えば5Nの低張力に設定される。この5N等の低張力設定は、駆動ロール13の速度を基準とし、シート状フィルム10の張力が目的値になるように、駆動ロール14の速度を変更することで行う。
低張力加熱装置11内では、上流の駆動ロール13と下流の駆動ロール14との同期制御は容易に行える。つまり、駆動ロール13(サーボモーター42)の回転速度をモーター制御部32からトルク制御部31を経由して駆動ロール14(サーボモーター43)に入力して、その入力値を監視しながら同じ回転速度で駆動ロール14を回転させることは、簡単なサーボ制御の適用で可能だからである。
【0040】
しかし、低張力加熱装置11の上流側を対象とした上記のトルク制限値可変制御を低張力加熱装置11内を走行するシート状フィルム10に適用してもよい。この場合、そもそも入側と出側間の張力は5Nレベルの低張力に設定されているため、フィルム切れの可能性は低いが、張力を徐々に変化させることでめっき皮膜の結晶構造がより損傷しにくくなる。
【実施例】
【0041】
(実施例1)
実施例として、厚さ12.5μmのポリイミドフィルム製シート状フィルムを、
図1に記載の低張力加熱装置11に仕掛けた。運転張力は50N、開始時張力は15N、搬送速度は2.5m/分、開始時トルク制限値はモーター最大トルクの15%、開始時トルク制限維持時間15秒、運転時トルク制限値は50%、トルク制限の変化率を25%/分 として、搬送を開始した。
張力、モータートルク、搬送速度は
図4のような挙動を示した。張力は設定値50Nに対して最大60Nであるが、搬送開始時は50Nを下回る張力を維持し、シート状フィルムへの損傷は見られなかった。
【0042】
(比較例)
また、上記条件からトルク制限値を搬送開始から50%を維持する設定とし、厚さ25μmのポリイミド製シート状フィルムの搬送を開始したところ、張力、モータートルク、搬送速度は
図5のような挙動を示した。この場合、搬送開始時の張力は100N近くとなり、厚さ25μmのフィルムでは損傷する可能性が高くなると考えられる。この実験では、搬送開始時にトルク制限をかけ、それを50%としたが、トルク制限をかけない場合は、さらにフィルム損傷の可能性が高くなると予想される。
【0043】
上記実施例1と比較例とを対比すると、本発明による張力制御がシート状フィルム10のフィルム切れを含む損傷防止に効果の高いことが分る。