JP2010111119A - 製膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャスト（流延）法によって製膜する方法に使用する製膜装置であって、平滑性と、寸法精度の高いシート類を効率的に成形することができる新しいタイプの製膜装置を提供する。
【解決手段】基台１上に、製膜用ステージ２を配設し、長手方向と直角の位置にスクレーパー３を備えた製膜装置からなり、前記製膜用ステージが、分離可能な平板と枠で構成され、該製膜用ステージの枠上に設置した押え板とともに、取外し可能な締め付け金具で、基台上に固定された構造を有し、分解組立が簡単で、形成するシート類の性状や形状、寸法に対応して製膜用ステージの交換が可能であり、かつ製膜スペース４には、着脱可能な製膜用平滑板６を装着できる構成を有する製膜装置。
【効果】平滑性、寸法精度の優れた高品質のシートを作製することが可能な製膜装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャスト（流延）法によって、原料スラリーを成形して製膜する、製膜装置に関するものであり、更に詳しくは、基台上に、原料スラリーを注入する製膜エリアを形成した製膜用ステージが配設され、前記製膜エリアに注入された原料スラリーを、所定の厚みに均す、ガイド手段を持つスクレーパーを備え、前記製膜エリアを形成した製膜用ステージを、変換可能に設置した構造を有し、構造が簡単で、効率的に成形することができ、平滑性、寸法精度の優れた高品質のシート等を作製することを可能とする製膜装置に関するものである。

従来、キャスト（流延）法によるシートや、フィルム（以下シート等という）の工業的製造方法においては、例えば、キャリアテープ上に、シート等の原料スラリーを供給し、ドクターブレードの下を通過させ、液体分を乾燥させることによって、所定の厚みを有するシート等を成形し、前記キャリアテープと、シート等を巻き取っていく製膜装置が一般的に知られている。

具体的には、先行技術として、例えば、有機質繊維とセラミック原料を主成分とするセラミックシートを、多数の空隙を内包するセラミックシート成形物体に成形する成形工程と、該成形物体を焼成して、多数の空隙を内包するセラミック構造体を形成する焼成工程とを含むセラミック構造体の製造方法と、プレス法、ロール法又はドクターブレード法によるセラミックシートの製造装置が提案されている（特許文献１）。

しかし、この種の装置は、キャリアテープにテンションが掛かるために、テープが波打ち、成形されたシート等にうねりが生じたり、厚みが不均一になったり、また、ボイドの発生や、シート離型時の破損等の不具合が発生しやすい、という欠点を有する。これらの欠点を避け、高品質のシート等を得るべく、これまで、例えば、原料スラリーの流入量を制御する方法により、厚みの寸法精度を向上させる方法、低周波振動で均質性を高める方法、離型方法の改善により破損を防止する方法等々、多くの提案がなされている。

具体的には、先行技術として、例えば、ポリエステルフィルムを基材とする離型フィルムであって、ポリエチレンフィルムの少なくとも一方の面にシリコーン離型層を形成した構成を有し、剥離力が小さく、かつ安定した剥離性能を有する、セラミックシートの製造用等に好適な離型フィルムが提案されている（特許文献２）。

また、他の先行技術として、セラミックコンデンサー等に使用するセラミックシートの成形時に、スリップとセラミックシートの一方又は両方に低周波振動を与えながら成形することにより、成形時のセラミック粉体の均質性が高く、シート厚さのバラツキも少なく、成形性がよく、焼成後のボイドが低減された良質のセラミック板を成形するセラミックシートの成形方法が提案されている（特許文献３）。

また、他の先行技術として、電子部品用多層基板に用いられるグリーンシートを成形する製造装置であって、スラリータンク内のスラリーをスラリー溜に供給し、ドクターブレードとキャリアシートの間隙から、該スラリー溜のスラリーを押し出して、グリーンシートに成形する、グリーンシート成形機構等を具備してなるグリーンシート製造装置が提案されている（特許文献４）。

これらの製膜方法及び製膜装置は、いずれの場合も、高精度のシート等を得るためには、装置自体が複雑、かつ大型になり、型換え作業等のメンテナンス作業が繁雑であり、設置スペースも大きくなる、という問題点を有しており、それらの解決を図ることが求められていた。

粒子配向シート等の成形の場合には、実験室規模ではあるが、トレイ等にガラス板を装置し、配向性粒子を分散させたスラリーを注入し、水平に保って、静置乾燥させて成形する方法がある。該方法により、高配向の優れたシートが得られるものの、乾燥の際に、シート等がガラスに粘着したり、剥離の際に亀裂が生じたりして、シート等の品質や、作業性が悪いという問題点があり（例えば、非特許文献１参照）、当技術分野においては、そのような問題点のない新しい製膜方法及び製膜装置の開発が要請されていた。

特開平７−２４７１７９号公報 特開２０００−２５１６３号公報 特開２００２−２０５３０３号公報 特開２００４−３３８４１３号公報

白水晴雄「粘土鉱物学＝粘土科学の基礎−」朝倉書店、ｐ５７（１９８８）

このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、原料スラリーの製膜方法及び製膜装置について、種々検討を重ねる過程で、構造的に簡単で、かつ小型で、原料スラリーを効率的に製膜することができ、平滑性、寸法精度の優れた高品質のシート等を得ることを可能とする製膜装置を開発することに成功し、本発明を完成するに至った。

本発明は、構造的に簡単で、かつ小型で、原料スラリーを効率的に成形することができ、平滑性、寸法精度の優れた高品質のシート等を得ることが可能で、しかも、メンテナンス作業を容易に行うことができる新しいタイプの製膜装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）基台上に、原料スラリーを注入する製膜エリアを形成した製膜用ステージが配設され、前記製膜エリアに注入された原料スラリーを所定の厚みに均す、ガイド手段を持つスクレーパーを備え、前記製膜エリアを形成した製膜用ステージが、分離可能な平板、及び／又は枠で構成され、該製膜ステージを構成する平板、及び／又は枠が、別の平板、及び／又は枠と変換可能に設置されていることを特徴とする製膜装置。
（２）前記製膜用ステージが、分離可能な平板、及び／又は枠で構成され、該平板、及び／又は枠が、前記製膜用ステージの枠上に設置した押え板とともに、取外し可能な締め付け金具で、基台上に固定された構造を有る、前記（１）に記載の製膜装置。
（３）基台上に、製膜用ステージが配設され、該製膜用ステージの長手方向と直角の位置にスクレーパーを備えた構造を有する、前記（１）又は（２）に記載の製膜装置。
（４）前記製膜用ステージの平板、及び枠で構成された製膜エリアに、製膜用平滑板を装着できる構造を有する、前記（１）から（３）のいずれかに記載の製膜装置。
（５）前記製膜用エリアの製膜用平滑板が、離型剤で被覆されている、前記（４）に記載の製膜装置。
（６）前記製膜用ステージが、フッ素系樹脂で構成されている、前記（１）から（５）のいずれかに記載の製膜装置。
（７）前記スクレーパーが、着脱自在で、所定の押え板をガイド手段として移動可能に配設されている、前記（１）から（６）のいずれかに記載の製膜装置。
（８）基台上に、原料スラリーを注入する複数の分割された製膜エリアを形成した製膜用ステージが配設されている、前記（１）から（７）のいずれかに記載の製膜装置。
（９）前記スクレーパーにおいて、製膜ステージに垂直な方向に可動するブレードとブレードに平行な方向に移動可能な１個以上の関板とが、設置されている、（１）から（８）のいずれかに記載の製膜装置。

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、原料スラリーの製膜装置であって、基台上に、原料スラリーを注入する製膜エリアを形成した製膜用ステージが配設され、前記製膜エリアに注入された原料スラリーを、所定の厚みに均す、ガイド手段を持つスクレーパーを備え、前記製膜エリアを形成した製膜用ステージが、分離可能な平板、及び／又は枠で構成され、該製膜ステージを構成する平板、及び／又は枠が、変換可能に構成されていることを特徴とするものである。

本発明は、基台上に、製膜用ステージを配設し、該製膜ステージの長手方向と直角に位置するスクレーパーを備えた製膜装置であって、製膜用ステージが、交換可能な構造を有し、前記製膜用ステージが、分離可能な平板及び／又は枠で構成され、これらが、該製膜用ステージの枠上に設置した押え板とともに、取外しできる締め付け金具で、基台上に固定された構造を有することを特徴とするものである。

本発明では、基台上に、製膜用ステージが配設され、該製膜用ステージの長手方向と直角の位置にスクレーパーを備えた構造を有すること、前記製膜用ステージが、分離可能な平板及び／又は枠で構成され、これらが、前記製膜用ステージの枠上に設置した押え板とともに、取外し可能な締め付け金具で、基台上に固定された構造を有ること、を好ましい実施の態様としている。

また、本発明では、前記製膜用ステージの平板、及び／又は枠で構成された製膜エリアに、製膜用平滑板を装着できる構造を有すること、前記製膜用エリアの製膜用平滑板が、離型剤で被覆されていること、前記製膜用ステージが、フッ素系樹脂で形成されていること、前記スクレーパーが、着脱自在で、押え板をガイド手段として移動可能に構成されていること、を好ましい実施の態様としている。

本発明では、前記製膜用ステージの平板、及び／又は枠で構成された製膜エリアに、製膜用平滑板を装着できる構造を有している。前記製膜用エリアの製膜用平滑板は、好適には、離型剤で被覆されている。前記製膜用ステージは、好適には、フッ素系樹脂で構成されており、スクレーパーは、着脱自在で、押え板をガイドとして移動可能に構成されている。

本発明の製膜装置では、製膜用ステージの分解組立が簡単に行え、原料スラリーの性状、シート等に要求される品質特性によっては、製膜用ステージを、適切な材質のものと適宜交換することが可能である。平滑性を求められるシート類には、製膜エリアに、製膜用平滑板を装着し、また、粘着性の強いシート等には、離型性を高めるために、製膜用平滑板に、離型剤を被覆し、シート成形後の高温乾燥にも対応できるフッ素系樹脂で形成される製膜用ステージが用いられる。

本発明において、製膜用ステージは、分離可能な平板、及び／又は枠で構成されるが、
種々の厚み寸法を持つ枠を作製し、目的とする膜厚に応じて複数の枠を重ね、押え板とともに、締め付け金具で基台上に固定した構造を採ることも可能である。また、原料スラリーの性状によっては、平板と枠の隙間にスラリーが入り込むことが懸念される。それを避けるためには、平板と枠が一体化した製膜用ステージが、むしろ好ましい。膜厚が薄く、製膜用ステージの枠の厚み寸法が小さくなると、その後の乾燥工程で、枠が膨張し変形することが予想される。その場合には、枠と同等な形状の金属板を「重し」として、あらかじめ組み込んでも差し支えない。

これらの具体的な構成は、装置の形状、大きさ、及び使用目的等に応じて、任意に設計することができる。原料スラリーを注入する製膜エリアの形状、構造、及び原料スラリーの厚みは、任意に設定することができる。ガイド手段を持つスクレーパーは、製膜エリアに注入された原料スラリーを、所定の厚みに均す機能を有するものであれば、ガイド手段の具体的構成、スクレーパーの形状及び構造は、適宜のものを使用することができる。

例えば、ブレードを、製膜用ステージに対して、垂直方向に動作できる構造とし、マイクロメーター等を組込み、ブレードの位置を調節し、ステージとの隙間を目的の寸法に調整する。このスクレーパーによって、厚み寸法精度の高いシート等を作製でき、かつ両側の関板の間に、ブレードに平行に移動できる関板を１個以上設置し、製膜面積を任意に小さくできるようにすることができ、それによって、たとえ、原料スラリーが少量であっても製膜可能であり、また、種類の異なる複数の原料スラリーを、一度に製膜することも可能である。

製膜用ステージの形状は、好適には、長方形状、四角形状が例示され、長方形状の場合には、該製膜用ステージの長手方向と直角の位置に、スクレーパーがガイド手段に沿って移動可能に設置される。この場合、ガイド手段としては、適宜の形状及び構造のガイド手段が用いられる。

本発明の製膜装置は、セラミックシート、グリーンシート、有機系合成樹脂シート、粘土膜、合成樹脂膜、有機系原料、無機系原料を配合した粘土膜等の任意の原料スラリーの製膜装置として好適に使用することができるが、本発明の製膜装置は、特に、粘土膜の原料スラリーを利用した粘土膜の製膜装置として好適に使用することができる。

本発明により、次のような効果が奏される。
（１）本発明により、変換可能な適宜の形状を有する平板、及び／又は枠から構成される製膜ステージと、該製膜ステージに形成した製膜エリアと、該製膜エリアに注入された原料スラリーを所定の厚みに均す、ガイド手段を持つスクレーパーとを備えた、製膜装置を提供することができる。
（２）本発明の装置は、構造的に簡単で、かつ小型で、作業効率が高く、平滑性を容易に制御でき、寸法精度の高い高品質のシート等が得られる利点を有する。
（３）本発明の装置は、目的とする形状・寸法に応じて、製膜用ステージが簡単に交換でき、装置の洗浄等のメンテナンス作業も容易であり、設備の維持コストがほとんどかからないという、実用上の優れた効果を有する。
（４）本発明の装置は、特に、粘土膜あるいは粘土膜類似シートないしフィルムの製膜装置として好適に利用することができる。

本発明の製膜装置を示す斜視図である。 本発明の製膜装置の構成を示す斜視図である。 本発明の製膜装置の製膜ステージの一例を示す斜視図である。 本発明の製膜装置の製膜ステージに装着できる製膜用平滑板の一例を示す斜視図である。 本発明の製膜装置の別の形態のスクレーパーを示す構成図である。

次に、本発明の製膜装置を、図面に基づいて具体的に説明する。図１は、本発明によるシート等を成形する製膜装置の斜視図である。図２は、本発明の製膜装置の具体的構成を示した斜視図である。図では、取外し可能な締め付け金具は省略されている。図中、１は、基台であり、金属材料で構成され、例えば、アルミニュウム、アルミニュウム合金のような、軽くて、腐食に強い金属材料で作製されている。

製膜には、製膜装置が水平に設置されていることが好ましく、基台は、脚として、装置の水平レベルを出すアジャスター等が付設されている適宜の形態の脚を有することが望ましい。２は、シート等の形成用の製膜ステージであり、基本的には、平板２ａと枠２ｂから構成されるが、平板２ａと枠２ｂが一体型でも、複数の枠２ｂを重ね任意の厚みのシート等ができる構成にしても差し支えない。また、乾燥工程での枠２ｂの膨張による浮き上がり等を防ぐために、「重し」として、枠２ｂと同等の形状のステンレス等の金属板を組み込むこともできる。４は、製膜エリアである。製膜ステージ２は、締め付け金具又はノブボルトのような取外しが容易な金属製ボルトで、押え板５を介して、基台１に固定される。

製膜用ステージ２と、押え板５は、耐熱・耐薬品性のある材料、例えば、フッ素系樹脂から構成され、原料スラリーの有機系溶媒や、乾燥温度に耐えうる材質で構成される。スクレーパー３は、金属材料、例えば、アルミニュウム板又はアルミニュウム合金板等の金属材料で構成され、着脱自在で、押え板５又は前記金属板をガイドとして、移動可能な構造を有している。

図５は、本発明を構成する別の形態のスクレーパーを示したものである。スクレーパーに、上下可動のブレード３ｂと、マイクロメーター等を組み込み、ブレードの作動と製膜ステージとの間の寸法を計測できる構造とし、製膜シート等の厚みを精度よく制御する。スクレーパーの両側にある関板３ａの間に、同形状の可動関板３ｃを設置し、ブレード３ｂに平行に移動可能な構造とする。可動関板３ｃを移動させ、製膜面積を任意に小さくすることで、原料スラリーが少量であっても製膜可能である。また、種類の異なる原料スラリーを一度に製膜することも可能である。この場合、異種原料スラリーの混合が懸念される場合には、可動関板３ｃとブレード３ｂの間に、隙間塞ぎ板３ｄを取り付けることができる。枠２ｂは、必要に応じて、取り外してもよい。

通常は、前記製膜ステージ２上の製膜エリア４に、原料スラリーを注入し、過剰のスラリーは、スクレーパー３で除去し、１回以上のリターンを繰り返して、所定の厚みに均す操作を行う。製膜装置を水平に保ち、スラリーを静置して、沈積させた後、乾燥工程を経て、溶媒を除去し、シート等を成形し、例えば、自立膜として製膜する。

本発明の製膜装置は、好適には、図２に示されるように、基台１の上に平板２ａを載置し、その上に枠２ｂを載置し、更に、その上に押さえ板５を載置し、これらを締め付け金具等で固定し、該押さえ板５をガイドとして移動可能に設置したスクレーパー３から構成される。

図３は、前記製膜ステージ２の別の実施の形態を示す図であり、該製膜ステージには、複数の分割された製膜エリアが形成されている。製膜エリアは、必要に応じて、任意に分割して形成することができる。シート等の形状、厚みの寸法は、製膜ステージ２の枠２ｂを、所望の形状、厚み寸法のものを作製しておき、目的に応じて、適宜交換して使用するか、又は、複数の枠２ｂを重ね、所定の厚みを設定することも可能である。製膜ステージ２の枠２ｂは、締め付け金具又は取外しが容易なノブボルト等が、押え板５を介して、基台１に固定されているため、着脱交換は、容易に行うことができる。

前記押え板５の形状、締め付け金具の種類、数量等の構成は、成膜装置の大きさ、形状、使用目的によって適宜変更して差し支えない。図１、図２において、押え板５の配置は、スラリーの排出を考慮し、製膜ステージの３辺としたが、製膜ステージを確実に固定するために、周囲４辺としてもよく、また、押え板５を分割して、部分的に固定する方式でも可能である。

同様に、前記製膜ステージ２は、原料スラリーの溶質、溶媒の特性や、静置、乾燥工程の製造条件、及びシート等の特性に応じて、簡単な操作で、金属製や、フッ素系以外の樹脂製の製膜ステージに、交換することができる。

また、例えば、基材と積層したシート類を成形したい場合は、製膜ステージ２の平板２ａ上、又は基台１上に、直接、ポリエステルフィルム等の基材を配置し、必要に応じて、粘着剤を塗布し、これに、原料スラリーを注入して、積層シートを成形することができる。

更に、前記製膜ステージ２上の製膜エリア４に、研磨したステンレス鋼板や、鏡面ガラス板のように、優れた硬度と平滑性を有する製膜用平滑板６を装着し、平滑性の優れたシート等を得ることもできる。表面粗さが小さくなり、平滑性が上がると、シート類は、粘着しやすくなる。離型性を高くするために、あらかじめ、フッ素系樹脂や、シリコーン樹脂を被覆しておくことで離型性を高めることができる。

作業効率を上げるために、成形したシート等を、製膜エリア４から、製膜用平滑板６とともに取り出し、次工程に進めることができる。一方、製膜エリア４内には、新たな製膜用平滑板６を装着して、次のシート等を製膜するようにすれば、極めて効率よく、成形操作を行うことができる。

以上詳述したように、本発明は、原料スラリーの製膜装置に係るものであり、本発明の製膜装置は、構造が簡単で、かつ小型であり、製膜ステージの交換や、装置のメンテナンス作業が容易であり、高品質のシート等を効率よく成形して自立膜とすることを可能とする新しいタイプの製膜装置を提供するものとして極めて高い有用性を有する。本発明の製膜装置は、特に、粘土系自立膜の製膜装置として好適に使用することができる。

１．基台
２．製膜ステージ
２ａ．平板
２ｂ．枠
３．スクレーパー
３ａ．関板
３ｂ．ブレード
３ｃ．可動関板
３ｄ．隙間塞ぎ板
４．製膜エリア
５．押え板
６．製膜用平滑板

Claims (9)

1. 基台上に、原料スラリーを注入する製膜エリアを形成した製膜用ステージが配設され、前記製膜エリアに注入された原料スラリーを所定の厚みに均す、ガイド手段を持つスクレーパーを備え、前記製膜エリアを形成した製膜用ステージが、分離可能な平板、及び／又は枠で構成され、該製膜ステージを構成する平板、及び／又は枠が、別の平板、及び／又は枠と変換可能に設置されていることを特徴とする製膜装置。
2. 前記製膜用ステージが、分離可能な平板、及び／又は枠で構成され、該平板、及び／又は枠が、前記製膜用ステージの枠上に設置した押え板とともに、取外し可能な締め付け金具で、基台上に固定された構造を有る、請求項１に記載の製膜装置。
3. 基台上に、製膜用ステージが配設され、該製膜用ステージの長手方向と直角の位置にスクレーパーを備えた構造を有する、請求項１又は２に記載の製膜装置。
4. 前記製膜用ステージの平板、及び枠で構成された製膜エリアに、製膜用平滑板を装着できる構造を有する、請求項１から３のいずれかに記載の製膜装置。
5. 前記製膜用エリアの製膜用平滑板が、離型剤で被覆されている、請求項４に記載の製膜装置。
6. 前記製膜用ステージが、フッ素系樹脂で構成されている、請求項１から５のいずれかに記載の製膜装置。
7. 前記スクレーパーが、着脱自在で、所定の押え板をガイド手段として移動可能に配設されている、請求項１から６のいずれかに記載の製膜装置。
8. 基台上に、原料スラリーを注入する複数の分割された製膜エリアを形成した製膜用ステージが配設されている、請求項１から７のいずれかに記載の製膜装置。
9. 前記スクレーパーにおいて、製膜ステージに垂直な方向に可動するブレードとブレードに平行な方向に移動可能な１個以上の関板とが、設置されている、請求項１から８のいずれかに記載の製膜装置。

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