JP2013146707A

JP2013146707A - Ｐｅｔフィルムの表面に形成された塗膜の乾燥方法

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Publication number: JP2013146707A
Application number: JP2012010620A
Authority: JP
Inventors: Takeki Fujita; 雄樹藤田; Yoshio Kondo; 良夫近藤; Michiro Aoki; 道郎青木
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2032-01-23
Also published as: JP4956696B1

Abstract

【課題】有機溶剤を含有する塗膜を、従来よりも短時間で、しかも乾燥された薄膜に圧縮応力を生じさせることなく乾燥させることができるＰＥＴフィルムの表面に形成された塗膜の乾燥方法を提供する。
【解決手段】有機溶剤を含有する塗膜２が表面に形成されたＰＥＴフィルム１に、フィラメント１４の外周が３．５μｍ以上の赤外線を吸収する複数の管１５、１６によって覆われ、これらの複数の管の間に冷却用流体の流路１７を形成した構造の赤外線ヒーター１３から、主波長が３．５μｍ以下の赤外線を照射し、ＰＥＴフィルム１を低温に維持したまま、塗膜２を効率よく乾燥させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＰＥＴフィルムの表面に形成された塗膜の乾燥方法に関するものである。

ＭＬＣＣ（積層セラミックコンデンサー）、チップインダクター、ＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミック）などの多層構造の電子部品の製造工程では、例えば特許文献１に示されるように、セラミック粉末や金属粉末と有機バインダーと有機溶剤とを含む塗膜をベースフィルムの表面に形成し、乾燥させたうえでベースフィルムから剥離し、積層するという手法が採用されている。このためのベースフィルムとしては、強度に優れ安価なＰＥＴフィルムが広く用いられている。

この乾燥工程の生産性を高めるために、赤外線ヒーターや温風などが加熱手段として使用されるのが一般的である。しかしこのような従来方法では、乾燥中に加熱され膨張したベースフィルムが乾燥後の冷却工程において収縮し、その表面に形成された塗膜に圧縮応力を発生させる。圧縮応力を受けた塗膜はベースフィルムから剥離されると変形するため、積層工程における寸法精度の低下を招くという問題があった。またこの問題を回避するために乾燥温度を低下させると乾燥完了までに多くの時間がかかり、生産性が低下することとなる。

特開平７−２５１４１１号公報

従って本発明の目的は上記した従来技術の問題点を解決し、ベースフィルムの表面に形成された有機溶剤を含有する塗膜を、従来よりも短時間で、しかも乾燥された薄膜に圧縮応力を生じさせることなく乾燥させることができるＰＥＴフィルムの表面に形成された塗膜の乾燥方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、３．５μｍ以下の吸収スペクトルを持つ有機溶剤を含有する塗膜が表面に形成されたＰＥＴフィルムに、フィラメントの外周が３．５μｍ以上の赤外線を吸収する複数の管によって覆われ、これらの複数の管の間にヒーター表面温度の上昇を抑制する冷却用流体の流路を形成した構造の赤外線ヒーターから、主波長が３．５μｍ以下の赤外線を照射し、ＰＥＴフィルムを加熱することなく前記塗膜を乾燥させることを特徴とするものである。

好ましい実施形態においては、前記塗膜はセラミック粉末を含有する塗膜であり、乾燥後にＰＥＴフィルムの表面から剥離されるものである。また、ＰＥＴフィルムの温度を６０℃以下に維持しながら、主波長が３．５μｍ以下の赤外線を照射することが好ましい。さらに、ＰＥＴフィルムの塗膜が形成された表面に冷却風を接触させることにより、ＰＥＴフィルムの温度を６０℃以下に維持することが好ましい。

本発明のＰＥＴフィルムの表面に形成された塗膜の乾燥方法においては、加熱源としてフィラメントの外周が３．５μｍ以上の赤外線を吸収する複数の管によって覆われ、これらの複数の管の間にヒーター表面温度の上昇を抑制する冷却用流体の流路を形成した構造の赤外線ヒーターを用いる。この構造の赤外線ヒーターは、フィラメント温度を高めて主波長が３．５μｍ以下の赤外線を照射することができるにもかかわらず、ヒーター外表面の温度を冷却用流体により低温に保つことができる。一般に赤外線ヒーターはフィラメント温度を高めると、フィラメントの外周保護管の温度も上昇して外周保護管が二次発熱体となり、長波長の赤外線を放射して乾燥室内の温度を上昇させてしまうのであるが、本発明ではこの問題を回避し、ＰＥＴフィルムの昇温を防止することができる。

従って、本発明によれば乾燥室内の温度を上昇させることなく、ＰＥＴフィルムの表面に形成された塗膜に主波長が３．５μｍ以下の赤外線を照射し、３．５μｍ以下の吸収スペクトルを持つ有機溶剤を短時間で効率よく乾燥させることができる。しかもＰＥＴフィルムは波長が３．５μｍ以下の赤外線によってはほとんど加熱されないため、ＰＥＴフィルムを加熱することなく塗膜を乾燥させることができる。この結果、従来のように乾燥後にＰＥＴフィルムが熱収縮することがなくなり、乾燥された薄膜に圧縮応力を生じさせることがない。また、低温に保ちながら乾燥することが可能であるため、ＭＬＣＣ等に用いられる金属粉の拡散を防止することができ、薄膜の多層積層における工程においても有用である。

特にＰＥＴフィルムの温度を６０℃以下に維持しながら乾燥させれば、冷却時の熱収縮の影響を実用上問題のないレベルに抑制することができる。このためにはＰＥＴフィルムの冷却を併用することが好ましく、特にＰＥＴフィルムの塗膜が形成された表面に冷却風を接触させるようにすれば、蒸発した有機溶剤の蒸気を速やかに外部に排気することができるので、更に乾燥効率を高めることが可能となる。

塗膜の模式的な拡大断面図である。本発明の実施形態を示す乾燥炉の断面図である。本発明に用いられる赤外線ヒーターの断面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は塗膜の模式的な拡大断面図であり、１はベースフィルムであるＰＥＴフィルム（ポリエチレンテレフタレートフィルム）、２はその表面に形成された塗膜である。本実施形態の塗膜２は、セラミック粉末の一種であるチタン酸バリウム粉末３等といった溶質を有機バインダーと共に有機溶媒中に分散させたもので、有機溶媒としてはテルピネオールなどが用いられている。なお、これらのセラミック粉末や有機溶媒などの種類は、目的とする製品に応じて変化させることができることはいうまでもない。

一般に有機溶媒は３．５μｍ以下の吸収スペクトルを持つため、主波長が３．５μｍ以下の赤外線を吸収して効率よく加熱され蒸発するが、ＰＥＴ樹脂は主波長が３．５μｍ以下の赤外線によってはほとんど加熱されないという物性を持つ。なお、図１の左側に示す乾燥前の状態では、本実施形態のＰＥＴフィルム１の厚さは１０〜１００μｍ、塗膜２の厚さは１．５〜２．０μｍである。

本実施形態では、塗膜２が形成されたＰＥＴフィルム１を図２に示すような乾燥炉１０により乾燥させる。この乾燥炉１０は、入口側の払い出しロール１１と出口側の巻き取りロール１２との間でＰＥＴフィルム１を所定速度で移動させるいわゆるロール・トゥ・ロール方式の炉である。乾燥炉１０の天井部には、主波長が３．５μｍ以下の赤外線を照射するための赤外線ヒーター１３が適宜の間隔で配置されている。なお、本実施形態では連続式の乾燥炉１０を用いているが、本発明においては乾燥炉の型式は特に限定されるものではなく、バッチ式の乾燥炉であっても差し支えない。

これらの赤外線ヒーター１３は、図３に示すようにフィラメント１４の外周が複数の管１５、１６によって同心円状に覆われ、これらの複数の管１５、１６の間に冷却用流体の流路１７を形成した構造のものである。内側の管１５はフィラメント１４の保護管であり、石英ガラスやホウ珪酸クラウンガラスなどの赤外線透過性の保護管である。また外側の管１６は内側の管１５の外周に冷却用流体を流すための管である。これらの管１５、１６は電磁波のショートパスフィルタとしての機能を有し、３．５μｍ以上の赤外線を吸収するものである。前記のように石英ガラスやホウ珪酸クラウンガラスなどを用いることができるが、耐熱性、耐熱衝撃性、経済性などから、石英ガラス管を用いることが好ましい。

フィラメント１４は７００〜１２００℃に通電加熱され、波長が３μｍ付近にピークを持つ赤外線を放射するが、石英ガラスやホウ珪酸クラウンガラスなどは、３.５μｍ以下の波長の赤外線を透過し、３.５μｍ以上の波長の赤外線を吸収するショートパスフィルタとしての機能を有する。このため、管１５および管１６はフィラメント１４から放射された電磁波のうち、波長が３.５μｍ未満の赤外線を選択的に透過して炉内に供給する。この波長領域の赤外線エネルギーは塗膜２中の溶剤ないし水の分子間における水素結合の振動数とも合致するため、塗膜２を効率よく乾燥させることができる。

これに対してＰＥＴフィルム１は波長が３.５μｍ以下の近赤外線によってはほとんど加熱されない物性を持つため、乾燥炉１０を通過する間に温度が上昇することはない。このため従来のように冷却工程において熱収縮することもなくなる。

ただし管１５および管１６は、３.５μｍよりも長波長領域においては逆にふく射の吸収体となり、赤外線エネルギーを吸収することによりそれ自体が昇温する。前述の温度におけるフィラメント１４からは３.５μｍよりも長波長領域の赤外線も相当量放射されているため、そのままでは管１６の表面温度が上昇し、その結果、管自身も赤外線の放射体となり、主として３.５μｍよりも長波長の赤外線を炉内に二次放射するおそれがある。このような長波長の赤外線は炉内温度の上昇を招くとともにＰＥＴフィルム１を加熱し、従来と同様の問題を生じさせるおそれがある。

そこで本発明では、管１５と管１６との間の流路１７に冷却用の流体を流し、管１５および管１６に一旦吸収された長波長領域の赤外線のエネルギーを、対流熱伝達の形で変換して前記流体に伝達し系外に除去する。その結果、最終的に炉内に供給される赤外線の波長を短波長域に限定するとともに、フィラメント１４が高温で継続的に通電加熱されている状況においても、管１５および管１６の温度を２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下に維持することが可能になる。従って長波長の赤外線の二次放射による炉内温度の上昇やＰＥＴフィルム１の加熱を、確実に防止することができる。

なお、流路１７に供給される流体は例えば空気、不活性ガスなどであるが、本実施形態では流体供給口１８から空気を吹き込み、加熱された空気を流体排出口１９から取り出している。

このように本発明においては特殊な構造の赤外線ヒーター１３を使用し、ＰＥＴフィルム１を加熱するおそれのある３．５μｍよりも長波長の赤外線を抑制しながら、３．５μｍ以下の吸収スペクトルを持つ有機溶剤を効率よく加熱し、乾燥させることができる。

しかし、３．５μｍよりも長波長の赤外線を完全にゼロとすることは困難であるため、ＰＥＴフィルム１が僅かながら昇温する可能性がある。そこで本実施形態では、図２に示すように乾燥炉１０の入口付近と出口付近に冷却風の噴出管２０と吸気管２１とをそれぞれ配置し、ＰＥＴフィルム１の塗膜２が形成された表面に沿って冷却風を接触させ、ＰＥＴフィルム１を冷却する。

またこの冷却風により炉内も冷却され、ＰＥＴフィルム１の温度を６０℃以下、より好ましくは４５℃以下に維持することが可能となる。しかもこの冷却風は塗膜２の表面から蒸発した有機溶剤の蒸気を外部に排出する機能を併せ持つため、塗膜２の乾燥をさらに促進することができる。なお、ＰＥＴフィルム１の下面からの冷却を組み合わせることも勿論可能である。

このようにして乾燥された塗膜２は図１の右側に示すようにチタン酸バリウム粉末３どうしが有機バインダーによって強固に結合された状態となり、次工程においてＰＥＴフィルム１の表面から乾燥された塗膜２を剥離し、切断などの公知の工程を経て積層される。乾燥工程におけるＰＥＴフィルム１の温度は６０℃以下、より好ましくは４５℃以下に維持されているため、冷却工程における熱収縮は無視できる程度に小さく、従って塗膜２に圧縮応力が加えられることもなく、剥離後の変形も防止される。よってその後の積層工程における寸法精度を高いレベルに維持することができる。

以上に説明したように、本発明によれば、ベースフィルムであるＰＥＴフィルム１の表面に形成された有機溶剤を含有する塗膜２を、効率よく短時間で、しかも乾燥された塗膜２に圧縮応力を生じさせることなく乾燥させることができる。その具体的なデータを、次の実施例で示す。

赤外線ヒーターを天井部に配置した実験炉を用い、塗膜乾燥速度を測定した。使用したベースフィルムは厚みが３０μｍのＰＥＴフィルムであり、その片面にスラリーを８０μｍの厚さに塗布したものを乾燥させた。このスラリーは、溶質としてセラミック粉末であるチタン酸バリウムを含有し、有機溶剤としてＮＭＰを、有機バインダーとしてＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を含有するものである。

乾燥中の温度は塗膜の表面に張り付けた熱電対温度計により計測し、塗膜温度（密着しているためＰＥＴフィルム温度とほぼ同温度）を常に４０℃以下に維持するとの制約条件下で、以下に示す４通りの方法で乾燥実験を行った。どの方法においても、試験体数Ｎは２である。

第１の方法は従来の温風乾燥法であり、５５℃の温風を炉内に流して塗膜を乾燥させた。この方法では、塗膜温度を常に４０℃以下に維持するためには風量を大幅に絞らねばならず、塗膜を乾燥させるために１１分を要した。なお、乾燥完了は塗膜の色の変化を目視により観察する方法で確認した。

第２の方法は、本発明の方法であり、図３に示した赤外線ヒーターによる加熱と、冷却風による冷却を併用する方法である。冷却風の風量は３０ｍ^３/ｈｒであり、その温度は室温（２５℃）である。フィラメント温度を８５０℃とし、冷却流体（空気）により赤外線ヒーターの表面温度を１００℃に維持した。この方法では、４分で塗膜を乾燥させることができた。

この実験により、本発明の乾燥方法によれば、塗膜温度を４０℃以下に維持しつつ、乾燥時間を従来法よりも大幅に短縮できることが確認できた。

１ＰＥＴフィルム
２塗膜
３チタン酸バリウム粉末
１０乾燥炉
１１払い出しロール
１２巻き取りロール
１３赤外線ヒーター
１４フィラメント
１５管
１６管
１７流路
１８流体供給口
１９流体排出口
２０噴出管
２１吸気管

Claims

３．５μｍ以下の吸収スペクトルを持つ有機溶剤を含有する塗膜が表面に形成されたＰＥＴフィルムに、フィラメントの外周が３．５μｍ以上の赤外線を吸収する複数の管によって覆われ、これらの複数の管の間にヒーター表面温度の上昇を抑制する冷却用流体の流路を形成した構造の赤外線ヒーターから、主波長が３．５μｍ以下の赤外線を照射し、ＰＥＴフィルムの塗膜が形成された表面に冷却風を接触させることにより、ＰＥＴフィルムの温度を６０℃以下に維持することを特徴とするＰＥＴフィルムの表面に形成された塗膜の乾燥方法。
前記塗膜が、セラミック粉末を含有する塗膜であり、乾燥後にＰＥＴフィルムの表面から剥離されるものであることを特徴とする請求項１記載のＰＥＴフィルムの表面に形成された塗膜の乾燥方法。