JP2007021395A

JP2007021395A - ダイヘッド

Info

Publication number: JP2007021395A
Application number: JP2005208001A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nakano; 公一中野
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】高精度で且つ容易にスリットギャップ寸法を塗布幅方向に均一に調整可能なダイヘッドを提供する。
【解決手段】ダイヘッド１１のスリットギャップ１４を形成するスリット面１２ａの背後に、スリットギャップ１４に平行に溝２１を形成し、その溝２１に、進行波型圧電アクチュエータ２５を設け、該進行波型圧電アクチュエータのステータ２７に押し付けた形態で配置され、ステータに生じる進行波によって前進、後退可能な移動部材２９をスリット面１２ａの背後の領域に連結し、移動部材２９によってスリット面１２ａを変形させてスリットギャップ１４のギャップ寸法ｄを調整する構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、カラーフィルタ製造工程、有機ＥＬ素子製造工程、燃料電池製造工程、フォトマスク製造工程、包装材製造工程などにおいて、ウェブや板材などの被塗工物に対して塗工液を塗布するために用いるダイヘッドに関する。

従来より、走行中のウェブ（被塗工物）にダイヘッドを対向、配置し、該ダイヘッドから塗工液を膜状に吐出して塗布する塗工装置、定盤等の支持台上に載置された板材又はシート（被塗工物）にダイヘッドを対向、配置し、そのダイヘッドから塗工液を膜状に吐出しながら板材又はシートに対して相対的に移動させ、塗布する塗工装置等が知られている。図５、図６に示すように、この種の塗工装置に用いるダイヘッド１は、第一ダイブロック２と第二ダイブロック３を備えており、その第一ダイブロック２と第二ダイブロック３はそれぞれ、スリットギャップ４を形成するためのスリット面２ａ、３ａと、互いに突き合わせて組み立てるための合わせ面２ｂ、３ｂを有し、一方のダイブロック３はマニホールド５を有している。この二つのダイブロック２、３は、その合わせ面を互いに合わせ、塗布幅方向に間隔をあけた複数箇所に配置したボルト６によって両者を締結して一体化され、スリット面２ａ、３ａの間に塗工液を吐出するためのスリットギャップ４が形成される構成となっている。

この構造のダイヘッド１では、各ダイブロック２、３のスリット面２ａ、３ａ及び合わせ面２ｂ、３ｂを高精度に加工しており、ダイブロック２、３を、合わせ面２ｂ、３ｂを合わせて、各ボルト６を一定トルクで締め付けて組み付けることにより、スリット面２ａ、３ａ間に形成されるスリットギャップ４のギャップ寸法ｄが所定の値となるようにしている。ところが、実際には全部のボルト６を一定トルクで締結しても、ボルトの状態、長さ、ダイブロック３側に切られた雌ねじのねじ山の状態等により、ダイブロック２、３に与える締付力が変化し、また、ボルト締結によりダイブロック２、３に不均一なたわみが生じることもあり、スリットギャップ４のギャップ寸法ｄに塗布幅方向のばらつきが生じ、均一とすることが困難であった。また、組立の再現性を得ることも困難であった。ギャップ寸法が一定になるように、１本１本のボルトの締結トルクを変化させて調整することは不可能ではないが、この方法の調整の場合、締結トルクが適正トルクよりも極端に大きい、或いは小さいといったことが起きてしまうため、ダイヘッドの品質劣化、液漏れといった不具合を起こす可能性がある。また、広幅ダイヘッドの場合、幅方向に設けられるボルト本数は数十本となり、洗浄などの運用面で負担が大きい。

従来より、スリットギャップ寸法のばらつきを補正する手段として、ダイヘッドの塗布幅方向に複数設けられた調整ボルトによりスリットギャップを微調整し均一化を図るものや、塗布幅方向に複数設けられた油圧ユニットに圧力を加えることにより、スリット部をたわませ、スリットギャップの均一化を図るもの（特許第３５０１１５９号公報参照）などが知られている。

しかし、調整ボルトによるスリットギャップの微調整は、調整量が雄ねじ側のねじ山のピッチに依存してしまうため、ミクロンオーダーでの微調整は困難であり、調整に長時間を要した。油圧ユニットによるスリットギャップの微調整は、短時間且つミクロンオーダーでの調整が可能であるが、スリットギャップを狭める方向にしか調整することができなかった。また、油圧ユニットは、温度変化に弱いという欠点もあった。
特許第３５０１１５９号公報

本発明は係る問題点に鑑みてなされたもので、ダイヘッドのスリットギャップを、狭める方向及び拡げる方向の両方に調整可能であり、更に、短時間且つミクロンオーダーでの調整が可能であり、しかも温度変化の影響を受けにくいダイヘッドを提供することを課題とする。

本願請求項１に係る発明は、上記課題を解決するため、それぞれがスリット面を備え、該スリット面の間に塗工液を吐出するためのスリットギャップが形成されるように組み付けられた第一ダイブロック及び第二ダイブロックを備えたダイヘッドにおいて、前記第一ダイブロック及び第二ダイブロックの少なくとも一方の前記スリット面の背後に、該スリット面をたわませて前記スリットギャップを拡大・縮小させるよう進行波型圧電アクチュエータを複数個、塗布幅方向に間隔をあけて配置するという構成としたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のダイヘッドにおいて、前記進行波型圧電アクチュエータを、環状に形成されたステータと、そのステータの内面に沿って設けられ、該ステータの対向部分を変形させる複数の圧電素子からなる圧電素子列と、前記ステータに接触して設けられ、前記ステータに生じる進行波によって移動する移動部材と、該移動部材を前記ステータに押し付ける加圧手段を備えた構成とし、前記ステータ及び圧電素子列を前記第一ダイブロック又は第二ダイブロックに対して定位置に取り付け、前記移動部材を、その移動によって前記スリット面を変形させるように該スリット面の背後の領域に連結するという構成としたものである。

請求項３に係る発明は、請求項２記載のダイヘッドにおいて、前記ステータ及び圧電素子列を長円形状とし、その直線領域に直線状の移動部材を押し付けておく構成としたものである。

本発明のダイヘッドは、ダイヘッドに形成しているスリットギャップの両側のスリット面の少なくとも一方の背後に、塗布幅方向に間隔をあけて複数の進行波型圧電アクチュエータを配置し、その進行波型圧電アクチュエータでスリット面をたわませることができる構成としたので、進行波型圧電アクチュエータによってスリット面を、スリットギャップを拡大・縮小のいずれの方向にもたわませることができ、スリットギャップのギャップ寸法を塗布幅方向に所望の許容範囲内となるように調整することができる。また、その調整動作を行うには、進行波型圧電アクチュエータに印加する２系列の交流波の位相差及び印加電圧を調整すればよいので、きわめて容易であり、しかも、スリットギャップの調整動作は、ダイヘッドを塗工装置とは別の場所で組み付ける時に行うことができるのみならず、ダイヘッドを塗工装置にセットした後でも、更には、塗工動作中でも行うことができ、このため、常にギャップ寸法のばらつきを所定の許容範囲内に保持して塗工を行うことができる。更に、進行波型圧電アクチュエータは、ギャップ調整のためにスリット面をたわませるための移動部材が、通電を停止した状態でも、調整直後の位置に保持される特性を有しているため、スリットギャップの調整後には通電を停止した状態で、スリットギャップが調整された状態に保持され、従って、通電を停止した状態で使用できる。このため、使用中に発熱することはなく、また、環境温度の変化などがあったとしても、温度変化の影響を受けやすい油圧シリンダを用いていないので、温度変化の影響をほとんど受けない。かくして、本発明のダイヘッドでは、スリットギャップを、長期間に渡って調整した状態に保持でき、このダイヘッドを用いて塗工を行うことで高精度の膜厚の塗膜を形成できる。

以下、図面に示す本発明の好適な実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係るダイヘッドを、一部を断面で示す概略斜視図、図２はそのダイヘッドの概略断面図である。全体を参照符号１１で示すダイヘッドは、第一ダイブロック１２と第二ダイブロック１３を備えており、その第一ダイブロック１２と第二ダイブロック１３にはそれぞれ、塗工液を吐出するスリットギャップ１４を形成するように向かい合って配置されるスリット面１２ａ、１３ａと、互いに突き合わせて組み立てるための合わせ面１２ｂ、１３ｂが形成され、更に一方のダイブロック１３にはマニホールド１５が形成されている。このダイヘッド１１は更に、合わせ面１２ｂ、１３ｂを突き合わせた状態の第一ダイブロック１２及び第二ダイブロック１３を、その合わせ面の位置で且つ塗布幅方向（図１のＸ−Ｘ方向）に間隔をあけた複数箇所で互いに締結する複数の締結手段１６を備えている。この実施の形態では締結手段１６としてボルトが使用されている。また、第一及び第二ダイブロック２、３の端部にはエンドプレート１７が取り付けられている。

第一ダイブロック１２には、それに形成しているスリット面１２ａの背後に、スリット面２ａに平行に溝２１が形成されている。その溝２１のスリット面１２ａ側の側面２１ａは、スリット面１２ａに平行に形成されており、且つスリット面１２ａと側面２１ａにはさまれた領域１２ｃを後述する進行波型圧電アクチュエータ２５によって変形させることができるよう、領域１２ｃの厚さを所望の値（例えば、厚さが３〜１０ｍｍ程度）とするように、側面２１ａの形成位置が定められている。

溝２１には、塗布幅方向（図１におけるＸ−Ｘ方向）に離れた複数箇所に、進行波型圧電アクチュエータ２５が取り付けられている。進行波型圧電アクチュエータ２５は、環状に（実施の形態では長円形状に）形成されたステータ２７と、そのステータ２７の内面に沿って設けられ、ステータ２７の対向部分を変形させる複数の圧電素子からなる圧電素子列２８と、ステータ２７に接触して設けられ、ステータ２７に生じる進行波によって移動させられる移動部材２９と、その移動部材２９をステータ２７に押し付ける加圧手段３０等を備えている。この実施の形態では、加圧手段３０として、スラストベアリング３０ａと押しねじ３０ｂを用いている。ステータ２７及び圧電素子列２８は支持部材３２に取り付けられており、その支持部材３２は第一ダイブロック１２にねじ等（図示せず）によって固定されている。これにより、ステータ２７及び圧電素子列２８は第一ダイブロック１２に対して定位置に取り付けられることとなる。一方、移動部材２９は、その移動部材２９の往復移動によってスリット面１２ａをスリットギャップ１４を拡大・縮小させるように変形させることができるよう、スリット面１２ａの背後の領域１２ｃに連結されている。この連結には任意の方法を用いることができ、例えば、ねじを利用した方法、アリとアリ溝の嵌合を利用した方法等を例示できる。

第一ダイブロック１２に、塗布幅方向に取り付けた複数の進行波型圧電アクチュエータ２５のピッチは、スリットギャップ１４のギャップ寸法ｄに生じる塗布幅方向のばらつきを良好に修正することができるように、定めるものであり、通常は、一定ピッチとするが、ダイヘッドによっては塗布幅方向の中央部と端部領域ではギャップ調整量が異なる場合があり、それに応じて進行波型圧電アクチュエータ２５の配置ピッチを塗布幅方向の位置によって異ならせるようにしてもよい。また、進行波型圧電アクチュエータ２５の塗布幅方向における取り付け位置を変更可能としておき、必要に応じ、取り付け位置を変更するようにしてもよい。

第一ダイブロック１２に設けられている複数の進行波型圧電アクチュエータ２５には、２系統の所望周波数の交流波を、所望の位相差で発生させる波形発生器３５、出力電圧を調整するアンプ３６、交流波を所望の進行波型圧電アクチュエータ２５の圧電素子列２８に印加するためのスイッチングボックス３７等を備えた制御ユニット３４が接続され、各進行波型圧電アクチュエータ２５の圧電素子列２８に、所望位相差の且つ所望電圧の２系統の交流波を印加するようになっている。

次に、進行波型圧電アクチュエータ２５の駆動原理を説明する。図３は進行波型圧電アクチュエータ２５の主要部分を模式的に示すものである。ステータ２７の内側に配置されている圧電素子列２８を形成している多数の圧電素子は、１個おきに同じ極性となるように配線されている。以下、説明の便宜上、一方の同じ極性となる圧電素子を２８ａで示し、他方を２８ｂで示す。図４は圧電素子２８ａ、２８ｂに印加する交流波の位相によって移動部材２９に駆動力が付与される原理を説明するものである。図４（ａ）に示すように、圧電素子２８ａ、２８ｂに電圧を印加しない状態では、圧電素子２８ａ、２８ｂは平坦な状態を保っており、ステータ２７も平坦な状態に保たれている。いま、一方の圧電素子２８ａに＋極性の電圧を印加し、他方の圧電素子２８ｂに−極性の電圧を印加すると、図４（ｂ）に誇張して示すように、一方の圧電素子２８ａは上方に凸状に変形し、他方の圧電素子２８ｂは下方に凸状に変形し、それに応じてステータ２７も変形する。各圧電素子２８ａ、２８ｂへ印加する電圧の極性を逆とすると、図４（ｃ）に誇張して示すように、一方の圧電素子２８ａは下方に凸状に変形し、他方の圧電素子２８ｂは上方に凸状に変形し、それに応じてステータ２７も変形する。従って、圧電素子２８ａ、２８ｂにそれぞれ、極性が逆の（位相が１８０度ずれた）交流波電圧を印加すると、各圧電素子２８ａ、２８ｂは上下に振動する。この際の振動数をステータ２７がモード共振する周波数に設定しておくと、ステータ２７がモード共振して振幅の大きい合成波が発生する。ただし、この場合には、隣接して配置している圧電素子２８ａと圧電素子２８ｂの極性が全く逆（位相が１８０度ずれている）であるので、ステータ２７は、同じ位置が単に上下に交互に振動するのみで進行波は発生しない。

そこで、圧電素子２８ａに加える交流波と圧電素子２８ｂに加える交流波の位相を、１８０度からずらしてゆくと、図４（ｄ）に示すように、ステータ２７に生じる合成波が進行してゆくような進行波が発生する。この進行波は圧電素子２８ａに加える交流波と圧電素子２８ｂに加える交流波の位相差を９０度とした時に最大となる。そこで、図４（ｅ）に示すように、ステータ２７に移動部材２９を強く押し付けた状態で、圧電素子２８ａ、２８ｂに位相差が９０度の交流波を印加すると、ステータ２７に進行波が発生し、その進行波を生じているステータ２７と移動部材２９との摩擦によって、移動部材２９には進行波の進む方向の駆動力が生じ、その方向（矢印Ａ方向）に移動する。駆動力の大きさは、印加電圧によって調整可能である。進行波の進む方向は、位相差を逆にすることで反対方向とすることができるので、圧電素子２８ａ、２８ｂに位相差が−９０度の交流波を印加することで、移動部材２９を矢印Ａとは反対方向に移動させることもできる。なお、移動部材２９はステータ２７に強く押し付けられているため、圧電素子２８ａ、２８ｂへの電圧印加をオフとした状態では、静止摩擦力によってその位置に保持され、移動することはない。ここで、ステータ２７が移動部材２９に付与する駆動力は、ステータ２７と移動部材２９の接触面積が大きいほど、大きくなり安定するので、図３に示すように、本実施の形態では、ステータ２７を長円形状とし、その直線領域に直線状の移動部材２９を接触させる構成としている。

次に、上記構成のダイヘッド１１におけるスリットギャップ調整動作を説明する。まず、第一ダイブロック１２と第二ダイブロック１３を突き合わせ、締結手段（ボルト）１６によって両者を組み付け、一体化する。次に、スリットギャップ１４のギャップ寸法ｄを測定装置（例えば光学顕微鏡）によって測定しながら、その測定位置近傍に配置している進行波型圧電アクチュエータ２５の圧電素子２８ａ、２８ｂに制御ユニット３４によって、適当な位相差（例えば、９０度或いは−９０度）の交流波電圧を印加し且つ印加電圧を調整して、移動部材２９を所望の方向に移動させてスリット面１２ａをたわませ、スリットギャップ１４のギャップ寸法ｄを増減させて所定の許容範囲に入るように調整する。一つの進行波型圧電アクチュエータ２５によるギャップ調整が終わった後は、その進行波型圧電アクチュエータ２５への電圧印加を停止する。この時、移動部材２９は加圧手段３０によってステータ２７に強く押し付けられているので、電圧印加を停止しても動くことはなく、従って、この後もギャップ寸法ｄは調整された状態に保持される。以下、同様な調整動作を他の進行波型圧電アクチュエータ２５についても次々と行って行く。以上のようにして、スリットギャップ１４のギャップ寸法ｄの塗布幅方向のばらつきを所定の許容範囲内に収まるように調整できる。なお、ギャップ調整に当たっては、進行波型圧電アクチュエータ２５を１個ずつ通電して調整する場合に限らず、全部あるいは複数個の進行波型圧電アクチュエータ２５に交流波を印加させた状態で、各進行波型圧電アクチュエータ２５への印加電圧を調整して、ギャップ調整を行う方法を取っても良い。

調整終了後、ダイヘッド１１を塗工装置に取り付け、塗布を行う。前記したように、ダイヘッド１１のスリットギャップ１４は、ギャップ寸法ｄが塗布幅方向にきわめて均一となるように調整されているので、膜厚精度の高い塗布を行うことができる。また、塗布動作中、進行波型圧電アクチュエータ２５には電圧が印加されていないので、発熱することはなく、温度変化に伴う精度低下はほとんど生じない。

塗布動作中、必要に応じ、得られた塗膜の膜厚を測定する。そして、ダイヘッド１１の塗布幅方向に許容範囲を越えた膜厚のばらつきが見られた場合は、ダイヘッド１１を塗工装置に取り付けた状態で、あるいは再度取り外した状態で、ギャップ調整の必要な箇所の進行波型圧電アクチュエータ２５に交流波を印加し、ギャップ寸法ｄの調整を行う。これにより、常に、スリットギャップ１４のギャップ寸法ｄを塗布幅方向にきわめて均一に保つことができ、膜厚精度の高い塗布を行うことができる。

なお、上記した実施の形態では、進行波型圧電アクチュエータ２５として、長円形状のステータ２７と直線状の移動部材２９を備えた進行波型圧電アクチュエータを用いているが、本発明はこの構成の進行波型圧電アクチュエータに限らず、他の形態のもの、例えば円形のステータと直線状の移動部材を備えたもの、円形のステータと円弧状の移動部材を備えたもの等を用いても良く、進行波によって移動させられる移動部材をスリット面を変形させることができるように連結して用いれば良い。更に、上記した実施の形態では進行波型圧電アクチュエータ２５を、第一ダイブロック１２に設けているが、本発明はこの構成に限らず、第二ダイブロック１３に設けるようにしてもよいし、更には、第一ダイブロック１２、第二ダイブロック１３の両方に、進行波型圧電アクチュエータ２５を設け、スリット面１２ａ、１３ａの位置を共に調整する構成としてもよい。両方のスリット面１２ａ、１３ａの位置を調整可能とすると、一層精密な調整が可能となる利点が得られる。また、上記した実施の形態は本発明の説明用のものであって、本発明を限定するものではなく、本発明は特許請求の範囲の記載範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。

本発明のダイヘッドは、走行中のウェブ（被塗工物）に対して塗工液を塗布するため、及び、定盤上に載置された板材又はシート（被塗工物）に対して塗工液を塗布するためのいずれにも使用可能である。また、本発明のダイヘッドは、精密塗工が可能であることから、カラーフィルタ製造工程、有機ＥＬ素子製造工程、燃料電池製造工程、フォトマスク製造工程などにおいて、被塗工物に対して厚さむらの少ない塗膜を形成するための塗工装置に用いることが好ましいが、これに限らず、他の任意の用途の塗布に用いても良い。更に、近年ダイヘッドの広幅化が進んでいるが、塗工装置の荷重付加を軽減させるようダイヘッドの軽量化が求められ、ダイヘッドの肉厚を増して剛性を高めることができない現状では、ダイヘッドの剛性を高めなくてもギャップ寸法の均一化を図ることのできる本発明はきわめて有効であり、広幅のダイヘッドへの本発明適用の効果が大きい。

本発明の好適な実施の形態に係るダイヘッドを、一部を断面で示す概略斜視図図１に示すダイヘッドの概略断面図進行波型圧電アクチュエータの主要部分を模式的に示す概略側面図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は圧電素子２８ａ、２８ｂに印加する交流波の位相によって移動部材２９に駆動力が付与される原理を説明する概略側面図従来のダイヘッドの概略断面図従来のダイヘッドの分解斜視図

符号の説明

１１ダイヘッド
１２第一ダイブロック
１３第二ダイブロック
１２ａ、１３ａスリット面
１２ｂ、１３ｂ合わせ面
１２ｃスリット面と溝の側面ではさまれた領域
１４スリットギャップ
１５マニホールド
１６締結手段（ボルト）
１７エンドプレート
２１溝
２１ａ側面
２５進行波型圧電アクチュエータ
２７ステータ
２８圧電素子列
２８ａ、２８ｂ圧電素子
２９移動部材
３０加圧手段
３０ａスラストベアリング
３０ｂ押しねじ
３２支持部材
３４制御ユニット
３５波形発生器
３６アンプ
３７スイッチングボックス

Claims

それぞれがスリット面を備え、該スリット面の間に塗工液を吐出するためのスリットギャップが形成されるように組み付けられた第一ダイブロック及び第二ダイブロックと、前記第一ダイブロック及び第二ダイブロックの少なくとも一方の前記スリット面の背後に、塗布幅方向に間隔をあけて配置され、前記スリット面をたわませて前記スリットギャップを拡大・縮小させる複数の進行波型圧電アクチュエータを備えていることを特徴とするダイヘッド。
前記進行波型圧電アクチュエータが、環状に形成されたステータと、そのステータの内面に沿って設けられ、該ステータの対向部分を変形させる複数の圧電素子からなる圧電素子列と、前記ステータに接触して設けられ、前記ステータに生じる進行波によって移動する移動部材と、該移動部材を前記ステータに押し付ける加圧手段を備えており、前記ステータ及び圧電素子が前記第一ダイブロック又は第二ダイブロックに対して定位置に取り付けられており、前記移動部材が、その移動によって前記スリット面を変形させるように該スリット面の背後の領域に連結されていることを特徴とする請求項１記載のダイヘッド。
前記ステータ及び圧電素子列が長円形状をなしており、その直線領域に直線状の移動部材が押し付けられていることを特徴とする請求項２記載のダイヘッド。