JP2013169539A - 塗布バーおよび塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反りやうねりがあり、剛性が高い基材に対しても、安定して均一な膜を塗布することを目的とする。
【解決手段】塗布装置における塗布バー１として、円筒状軸心の表面に、塗布バー１と基材３との接点から、進行方向およびその逆方向に向かう溝２を軸心の幅方向に並べて設けることにより、反りやうねりがあり、剛性が高い基材３に対しても、安定して均一な膜を塗布することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池用ガラス基板などの基材へ、反射防止膜などの材料を塗布する塗布装置およびそれに用いる塗布バーに関する。

太陽電池やディスプレイパネル、照明などを対象に、反射防止膜や特定の波長光を遮る波長調整膜など機能性膜を大面積に薄く塗布する塗布技術開発がなされている。
例えば、基材に塗布薄膜を形成する方法として特許文献１のようなバーコート法が用いられている。図６は従来のバーコート法を説明する概略図である。

図６に示すように、バーコート法は、塗布幅方向に長手のバー１１１を設置し、別途設置されるディスペンサーやダイコータなどの吐出ノズル１１２から基材１１３上に塗布液１１４を供給した後、上記バー１１１を基材１１３に接触させながら、バー１１１および基材１１３を相対的に横方向に移動させることにより、余分な塗布液を掻きとりつつ広げ、所定量の塗布液１１４を基材１１３上に残して均一な膜厚の薄膜を塗布する方法である。以後、バー１１１に対し、吐出ノズル１１２が存在する側を上流側、塗布液１１４を掻きとり均一な膜を形成した側を下流側とする。

また、バー１１１の表面には、微細な凹凸が形成されており、その凹凸と基材表面との間にできる隙間分だけ塗布液１１４が基材１１３に残るため、その凹凸の大きさを変化させることで膜厚を調整していた。

次に、バーコート法で用いるバーとして、例えば特許文献２に示す形状があった。図７は従来のバーの構造を例示する概略図であり、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は断面図である。図７に示すバー１１１は、軸心１１５に所定の太さのワイヤ１１６を巻きつけた構造になっている。そのワイヤ１１６間の隙間に生じる凹凸と基材１１３との隙間１１７分だけ塗布液１１４が基材１１３上に残ることにより一定膜厚の塗布を実現していた。

実開昭６２−１８３５８６号公報 特開２００４−１４８２０４号公報

しかしながら上記バーコート法においては、基材に対しバーの幅方向全体が接触していることが必要である。
図７（ａ）から分かるように、バーコート法を適用する必要条件として、バー１１１の表面に巻きつけられたワイヤ１１６によって生じた凹凸部と基材１１３とが接触し、隙間１１７のみが開口している必要がある。成膜精度を損なうためである。そのためには、塗布される基材１１３がフィルムのように剛性が弱くバー１１１に基材１１３が沿う場合、もしくは、基材１１３自体の平面性が高い、またはステージへの吸着などにより基材１１３の反りを矯正することができ、バー１１１全体が基材１１３に接する場合に限られる。

言い換えれば、従来のバーコート法では、基材１１３とバー１１１との間に隙間１１７以外の空間が生じる可能性があるため、厚いガラス基板のような剛性が強く、且つ平坦性が悪い基材に適用することが困難である。

そこでバー１１１の基材１１３に対する追従性を上げる方法として、バー自体の剛性を低下させるため、断面積を小さくする方法が考えられる。つまり、断面形状は多角形より丸型が望ましく、さらにバー１１１断面の直径を細くされていた。

しかしながら、バー１１１断面の直径を細くすればするほど、図７（ｂ）に示すように、基材１１３上に供給された塗布液１１４が、バー１１１を乗り越えてしまう不具合が発生していた。

詳しく説明すると、塗布上流１１８側の塗布液１１４をバー１１１で掻き取り、隙間１１７を通過した塗布液１１４が下流１１９に残り、一定膜厚の塗布を実現できる。しかし、バー１１１の径が細いと、塗布液１１４自体の表面張力や塗布液１１４を掻き取る際の圧力で塗布液１１４がバー１１１表面に存在する溝に沿って上昇（図中１２０矢印）し、バー１１１の下流１１９側に流れ込んで塗布面上に塗布液１１４が流れてしまう（図中１２１矢印）問題が発生する。その結果、塗布後の膜厚ムラが発生し、膜厚バラツキが悪化する問題が生じていた。

そこで本発明は、前記従来の問題を解決するもので、反りやうねりがあり、剛性が高い基材に対しても、安定して均一な膜を塗布することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の塗布バーは、円筒体の塗布バーであって、その表面に複数の溝が形成されており、前記溝は、前記円筒体の断面円周よりも短く設けられてなることを特徴とする。

また、前記溝は、断面形状が略円形のワイヤと、前記ワイヤ上の一部上を覆う被覆材とで構成され、前記ワイヤ間の隙間のうちの、前記被覆材から露出する領域を前記溝としても良い。

また、前記被覆材は樹脂またはゴムであっても良い。
また、前記被覆材はゴムであり、前記円筒体の表面を前記円筒体の断面円の円周方向に移動可能であることが好ましい。

前記円筒体の断面径が２ｍｍ〜６ｍｍであることが好ましい。
また、前記円筒体の軸心から前記表面を結ぶ直線を基準とした際、前記溝の一端は第１の方向に９０°以上１２０°以下の位置まで形成され、他端は前記第１の方向と逆方向である第２の方向に０°より大きく６０°以下の位置まで形成されることが好ましい。

また、前記溝の端部領域において、端部に近づくほど前記溝の深さが浅くなっても良い。
さらに、本発明の塗布装置は、基材を保持する基材保持ステージと、前記基材上に塗布液を前記基材の幅方向にわたって供給する吐出機構と、前記塗布バーとを有することを特徴とする。

以上のように、塗布装置における塗布バーとして、円筒状軸心の表面に、塗布バーと基材との接点から、進行方向およびその逆方向に向かう溝を軸心の幅方向に並べて設けることにより、反りやうねりがあり、剛性が高い基材に対しても、安定して均一な膜を塗布することができる。

実施の形態１における塗布バーの形状を示す概略図 実施の形態１における溝形成角度と塗布膜の関係を示す図 実施の形態２における樹脂を付加した塗布バーの形状を示す概略図 実施の形態２におけるゴムを付加した塗布バーの形状を示す概略図 本発明の溝の端部の形状を例示する図 従来のバーコート法を説明する概略図 従来のバーの構造を例示する概略図 塗布バーを用いる塗布装置の構成を例示する斜視図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における塗布バーの形状を示す概略図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）のＸ−Ｘ’断面図、図１（ｂ）は側面図を示す。図１において、塗布バー１の軸芯表面には塗布幅全域にわたって、円周方向の溝２が並べて複数形成されている。またこの溝２は、軸芯の断面図において、軸芯の外周の一部分のみに形成されていることが特徴的である。つまり、１つの溝２は円周上を１周せず円周長より短く形成される。ここで、上記溝２の形成方法は特に限定されるものではなく、軸芯の切削や、軸芯へ電鋳、メッキなどで形成することが可能である。

次に、上記塗布バーを用いた塗布装置構造の一例について詳細を説明する。
図８は塗布バーを用いる塗布装置の構成を例示する斜視図である。図８において、塗布装置は、基材２０３を搬送する手段としても機能する基材保持ステージ２０２に設置された基板２０３上に、基材２０３の幅方向に必要な量だけ塗布液２０４を供給する供給手段２０１を具備している。また、塗布液２０４を基材２０３の塗布面に幅方向にわたって供給する供給手段２０１は、供給手段２０１を基材２０３の幅方向に移動させる手段として、上下動する支持部材２０７に両端が保持されたボールネジ２０８に連結されており、基材２０３の幅方向に塗布できる機構になっている。ここで、図８の供給手段２０１の先端は、シリンジ２０５の先に供給針２０６を取付けたディスペンサーを用いた図であるが、ディスペンサーの替わりに基材幅方向に長い塗布液吐出ノズル（例えばダイコート）を用いても良い。

また、余分な塗布液２０４を長さ方向に掻き出す塗布バー２０９が基材２０３上の幅方向にわたって設置され、塗布バー２０９が基材２０３表面に向けて加圧されるように保持加圧手段２１１を有している。具体例としては複数の保持チャック２１０で塗布バー２０９を保持し、複数のチャック２１０は、例えばゴムのような弾性材やバネ、空圧などにより所定の圧力で塗布バー２０９を加圧できるような加圧手段（図示せず）を有した機構を具備している。

また、基材２０３の交換時など塗布液２０４を塗布しないときは塗布バー２０９と基材２０３が接触しないように保持加圧手段２１１を昇降する昇降手段２１２を具備している。

ここで、例えば基材２０３として太陽電池用保護ガラスを用いる場合について説明する。太陽電池用保護ガラスは、厚みは２〜４ｍｍ程度と厚みが厚く、１ｍｍ以下のガラス基板のように容易に形状を撓ませることは不可能である。また、太陽電池用保護ガラスは、通常のフロート法により形成されるのではなく、片面には凹凸形状を有しており、一般的に溶融したガラスをローラ型でプレスしながら冷却し、上記凹凸形状を形成しているため、ガラスに応力が発生し、ガラス自体の反りやうねりが大きい。さらに強化処理として高温状態からガラス表面のみ急冷する工程を経ることもあり、より熱応力が発生しやすく太陽電池用保護ガラスはミリオーダーで反りやうねりが存在する。

そのため、太陽電池用保護ガラス用にバーコート法を適用するためには、塗布バー２０９自体がミリオーダーの反り・うねりに追従する必要がある。そこで、基材２０３の反りやうねりに追従させるために、塗布バー２０９の剛性を低下させる目的で、材質はＳＵＳよりＡｌやＣｕなど剛性の低い材質が望ましく、塗布バー２０９の弾力性を確保するために、塗布バー２０９自体の断面は円形状とし、直径は２〜６ｍｍ程度まで細くすることが望ましい。これは、直径が２ｍｍより小さいとチャック２１０で保持することが困難となり、直径が６ｍｍより大きくなると塗布バー２０９の剛性が強くなって基材２０３の反りやうねりに追従し難くなるからである。また、剛性が強くなると反りやうねりに追従させるために塗布バー２０９を基材２０３に強く押し付ける必要が生じ、塗布バー２０９の磨耗が大きくなることも理由である。また、必要に応じて軸心の中心部を空洞にして剛性を低くする方法も有効的である。なお、溝の深さは塗布する膜厚に応じて決定される。

また、上記図８で示す塗布装置の説明で述べたように、塗布バー２０９の幅方向において塗布バー２０９を加圧する保持加圧機構２１１の様に、塗布バー２０９を所定間隔で加圧する、もしくは塗布バー２０９の幅方向全体をゴムのような弾性を有した材料で加圧する機構（図示せず）をさらに設けて、基材２０３の塗布面と垂直な方向に塗布バー２０９を塗布装置に固定することにより、基板２０３の幅方向の反りやうねりに追従しやすくすることができる。

本発明の塗布バーおよび塗布装置では、さらに、塗布バー２０９の表面の一部に図１に示すような溝２を設けることにより、溝２を設けない部分で塗布液の流れ込みを防止することができるため、３００〜２０００ｍｍ程度の幅広な面積で、反りやうねりがあり、剛性が高い基材に対しても、塗布ムラがない均一な塗布膜を形成することが可能となる。

次に、塗布バーの溝を形成する位置関係について説明する。図１（ａ）に示すように、塗布バー１が基材３と接触する箇所から塗布バー１の相対的進行方向（上流側）の溝２の形成領域が成す角度を角度αとし、塗布バー１が基材３と接触する箇所から塗布バー１の相対的進行逆方向（下流側）の溝２を形成する角度βとする。この際、α、βを変化させた場合の塗布膜の良否を目視観察した結果を図２を用いて説明する。図２は実施の形態１における溝形成角度と塗布膜の関係を示す表である。ここで、一般的な太陽電池における反射防止膜の形成条件に合わせて、使用した塗布液は、乾燥・焼成後に反射防止膜を形成する材料を含有し、主溶剤として粘度２〜１０ｍＰａ・ｓの溶剤を用いた溶液を用いた。また、塗布速度として、塗布バーと基材の相対的移動速度を１０〜５０ｍｍ／ｓで走引させた。

まず、塗布バー１が基材３と接触する箇所から塗布バー１の相対的進行方向（上流側）の溝２を形成する角度αを変化させた場合について説明する。図２から分かるように、角度βを６０°に固定し、角度αを３０、６０、９０、１２０°と変化させる毎に、塗布バー１の外周全体に溝２が形成された場合に発生していた塗布液４が塗布バー１を乗り越える不具合は低減し、前記理由起因による塗布ムラは解消することが確認された。しかし、角度αが３０°、６０°の場合、塗布膜に気泡が混入しやすい問題が発生した。これは以下の現象を原因とする。まず、溝２に塗布液４が接する際、溝２の端部５に塗布液４が被さり、溝２内に気泡が巻き込まれた状態で塗布液４に閉じ込められることになり、その気泡が端部５に滞留しやすい。さらに、その滞留した気泡が、塗布中の振動などの影響で塗布膜面に混入したためと推測される。しかし、角度αが９０°、１２０°の場合、溝２の端部５が常に塗布液４より上部（大気中）に露出している状態になるため、溝２に巻き込まれた気泡が端部５を通じて逃げ易くなる。さらに、端部５の角度が基材３に対してより垂直方向になるため、角度αが３０、６０°の場合と比較して気泡が抜けやすくなり、角度αが３０、６０°の場合には気泡が残り、角度αが９０°、１２０°の場合には気泡が残らないものと考えられる。また、角度αが１２０°より大きくなると、塗布液４が塗布バー１の上方に回りこみやすくなり、チャックに塗布液４が付着し、チャックの保持力が低化する可能性を生じる。

つまり、上記結果から、通常の太陽電池の反射防止膜の形成条件と等価な条件である、塗布液が乾燥・焼成後に反射防止膜を形成する材料を含有し、主溶剤として粘度２〜１０ｍＰａ・ｓの溶剤を用いた溶液を用い、塗布速度として、塗布バーと基材の相対的移動速度を１０〜５０ｍｍ／ｓで走引させた場合には、塗布バー１が基材３と接触する箇所からバー１の相対的進行方向の溝２を形成する角度αは、９０°以上１２０°以下が望ましい。

次に、塗布バー１が基材３と接触する箇所から塗布バー１の相対的進行逆方向（下流側）の溝２を形成する角度βを変化させた場合について説明する。角度αを９０°に固定し、角度βを３０、６０、９０、１２０°と変化させると、３０、６０°の場合は均一な塗布膜を得ることができたが、９０、１２０°の場合、膜厚バラツキが悪くなる傾向が見られた。これは、塗布液４が毛細管現象で溝２を伝って上昇し、溝２の端部６まで塗布液４が盛り上がった状態になり、塗布中の振動などの影響で塗布バー１の下流側に生じる液溜り７の量が不安定になるため、塗布ムラが発生したものと考える。一方、角度βが０°だと、基材３と接触した場合、溝の開口部が得られないことから、安定した塗布は不可能である。

そのため、通常の太陽電池の反射防止膜の形成条件と等価な条件である、塗布液が乾燥・焼成後に反射防止膜を形成する材料を含有し、主溶剤として粘度２〜１０ｍＰａ・ｓの溶剤を用いた溶液を用い、塗布速度として、塗布バーと基材の相対的移動速度を１０〜５０ｍｍ／ｓで走引させた場合には、塗布バー１が基材３と接触する箇所から塗布バー１の相対的進行逆方向（下流側）の溝２を形成する角度βは、０°より大きく６０°以下が望ましい。

以上のように、塗布装置における塗布バーとして、断面円の直径が小さな円筒状軸心の表面の一部に、塗布バーと基材との接点から、塗布時の基材との相対的な進行方向およびその逆方向に向かう溝を軸心の幅方向に並べて設けることにより、塗布液の回り込みや液溜りによる塗布膜厚のバラツキや塗布ムラが発生することを抑制でき、反りやうねりがあり、剛性が高い基材に対しても、安定して均一な膜を塗布することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２の塗布装置に用いる塗布バーでは、塗布バーに巻きつけられたワイヤ間の隙間を実施の形態１における溝とし、樹脂やゴム等の被覆材により溝として機能する隙間の露出領域を形成する。

次に、実施の形態２として、塗布装置において、実施の形態１の塗布バーと異なる構造の塗布バーについて図３，図４を用いて説明する。
図３は実施の形態２における樹脂を付加した塗布バーの形状を示す概略図であり、図３（ａ）は断面、図３（ｂ）は側面を示す。また、図４は実施の形態２におけるゴムを付加した塗布バーの形状を示す概略図であり、図４（ａ）は初期状態を示す断面図、図４（ｂ）はゴム移動後の状態を示す断面図である。

図３を用いて、実施の形態１と同様に、塗布バーの表面の一部分に溝を設ける塗布バーの構造および形成方法について説明する。
実施の形態２における塗布バー１２は、塗布バー１２の基材３との接触部を含む外周表面に所定の径の断面がほぼ円形のワイヤ８を巻いたものを用意し、そのワイヤ８同士の隙間９の一部を塞ぐように樹脂１０でコーティングする構成である。樹脂１０をコーティングしない領域にはワイヤ８が露出し、ワイヤ８とワイヤ８との間の隙間９が実施の形態１の溝２（図１参照）と同様の作用・効果を奏する。そして、樹脂１０を設けない領域を、実施の形態１と同様に、塗布バー１２が基材３と接触する箇所から塗布バー１２の相対的進行方向側（上流側）の領域（図における角度αの範囲の領域）と、塗布バー１２が基材３と接触する箇所から塗布バー１２の相対的進行逆方向側（下流側）の領域（図における角度βの範囲の領域）に設ける。特に、実施の形態１と同様に、塗布液が乾燥・焼成後に反射防止膜を形成する材料を含有し、主溶剤として粘度２〜１０ｍＰａ・ｓの溶剤を用いた溶液を用い、塗布速度として、塗布バー１２と基材３の相対的移動速度を１０〜５０ｍｍ／ｓで走引させた場合には、角度αを９０°以上１２０°以下とし、角度βを０°より大きく６０°以下とすることが望ましい。

ただし、ここで使用する樹脂１０は、塗布する塗布液により腐食しない材質を選定する必要がある。
以上のように、塗布装置における塗布バー１２として、断面円の直径が小さな円筒状軸心の表面にワイヤ８を巻きつけ、塗布バー１２と基材３との接点から、塗布時の基材３との相対的な進行方向およびその逆方向に向かう領域を開口して樹脂１０を設けることにより、塗布時の基材３との相対的な進行方向およびその逆方向に向かう領域にワイヤ８間の隙間９を露出することができ、樹脂１０により塗布液の流れを抑止して塗布液の回り込みや液溜りによる塗布膜厚のバラツキや塗布ムラが発生することを抑制できるため、反りやうねりがあり、剛性が高い基材３に対しても、安定して均一な膜を塗布することができる。さらに、ワイヤ８の巻きつけや樹脂１０の形成は軸心に溝を形成するより容易であるので、実施の形態１で説明した塗布バーより、低コストで容易に塗布ムラがない均一な膜を塗布することが可能となる。

さらに、図４に示すように、上記樹脂１０の替わりに、弾力性のあるゴム１３を貼り付けることで、ワイヤ８同士の隙間９（図３参照）を塞ぐことも可能である。この場合、そのゴム１３をずらすことができる態様にすることで、塗布バー１４を回転して取り付けることにより、基材３との接触部１１をずらすことが可能である。つまり、所定回数塗布を繰り返して基材３と接触する接触部１１であるワイヤ８の表面１５が磨耗した場合（図４（ａ）の状態）、ゴムを少しずらすことで新たなワイヤ８面の表面１６を接触部１１として露出させて利用することができるため（図４（ｂ）の状態）、塗布バー１４の使用寿命の長期化を図ることが可能であり、設備ランニングコストを安く抑える効果も期待できる。

さらに、実施の形態１および実施の形態２における塗布バーにおいて、図５に例示するように、溝あるいは露出する隙間の端部に傾斜を持たせることも有用である。図５は本発明の溝の端部の形状を例示する図であり、図５（ａ）は溝の形状、図５（ｂ）は隙間で形成した溝の形状を例示する。

図５（ａ）に示すように、溝２の端部領域を、端部に近づくほど溝２の深さが浅くなる形状にする。また、図５に示すように、ワイヤに形成される隙間９の端部領域を、端部に近づくほど隙間９の深さが浅くなるように樹脂１０またはゴム１３を設ける。このように、溝２または隙間９の端部を深さが徐々に浅くなるように形成することにより、塗布液中の気泡が逃げ易くなり、また、塗布液４の盛り上がりが抑制され、より、安定して均一な膜を塗布することができる。

本発明は、反りやうねりがある基材上に安定して均一に塗布膜を形成することができ、太陽電池用ガラス基板などの基材へ、反射防止膜などの材料を塗布する塗布装置およびそれに用いる塗布バー等に有用である。

１ 塗布バー
２ 溝
３ 基材
４ 塗布液
５ 溝端部
６ 溝端部
７ 液溜り
８ ワイヤ
９ 隙間
１０ 樹脂
１１ 接触部
１２ 塗布バー
１３ ゴム
１４ 塗布バー
１５ 表面
１６ 表面

上記目的を達成するために、本発明の塗布バーは、薄膜を形成する対象となる基材上を走引きして塗布液を掻き広げる円筒体の塗布バーであって、その表面に複数の溝が形成されており、前記溝は、前記円筒体の断面円周よりも短く設けられてなることを特徴とする。

前記円筒体の断面径が２ｍｍ〜６ｍｍであることが好ましい。
また、前記円筒体の軸心から、走引き時に前記基材と接触する前記表面の接触部を結ぶ直線を基準とした際、前記溝の一端は第１の方向に９０°以上１２０°以下の位置まで形成され、他端は前記第１の方向と逆方向である第２の方向に０°より大きく６０°以下の位置まで形成されることが好ましい。

また、前記溝の端部領域において、端部に近づくほど前記溝の深さが浅くなっても良い。
さらに、本発明の塗布装置は、基材を保持する基材保持ステージと、前記基材上に塗布液を前記基材の幅方向にわたって供給する吐出機構と、前記塗布バーと、で構成され、前記塗布バーは、走引き時に前記円筒体は回転せず、前記円筒体の円周表面のそれぞれの前記溝の間隔における特定の接触部のみで前記基材と接することを特徴とする。

Claims (8)

1. 円筒体の塗布バーであって、
   その表面に複数の溝が形成されており、
   前記溝は、前記円筒体の断面円周よりも短く設けられてなることを特徴とする塗布バー。
2. 前記溝は、
   断面形状が略円形のワイヤと、
   前記ワイヤ上の一部上を覆う被覆材と
   で構成され、前記ワイヤ間の隙間のうちの、前記被覆材から露出する領域を前記溝とすることを特徴とする請求項１記載の塗布バー。
3. 前記被覆材は樹脂またはゴムであることを特徴とする請求項２記載の塗布バー。
4. 前記被覆材はゴムであり、前記円筒体の表面を前記円筒体の断面円の円周方向に移動可能であることを特徴とする請求項２記載の塗布バー。
5. 前記円筒体の断面径が２ｍｍ〜６ｍｍであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の塗布バー。
6. 前記円筒体の軸心から前記表面を結ぶ直線を基準とした際、前記溝の一端は第１の方向に９０°以上１２０°以下の位置まで形成され、他端は前記第１の方向と逆方向である第２の方向に０°より大きく６０°以下の位置まで形成されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の塗布バー。
7. 前記溝の端部領域において、端部に近づくほど前記溝の深さが浅くなることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の塗布バー。
8. 基材を保持する基材保持ステージと、
   前記基材上に塗布液を前記基材の幅方向にわたって供給する吐出機構と、
   前記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の塗布バーと
   を有することを特徴とする塗布装置。

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