JP2018040714A - 塗膜ムラ画像測定装置及び画像測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクや高分子樹脂溶液などの塗料を基板に塗布した塗膜の乾燥過程において、その外観状態を観察して塗膜ムラを検出するとともに、塗膜の乾燥状態を画像測定する装置及び方法を提供する。【解決手段】非レーザー光での平行光照明と平行ないしは略平行光を測定するレンズを用い、周期的な電極パターンを有する基板に塗膜を形成し、乾燥過程の外観上のムラとともに、電極パターンに電場を発生させて塗膜を変形して乾燥状態のムラを変形させて強調して画像測定する。【選択図】図１

Description

本発明は、インクや高分子樹脂溶液などの塗料を基板に塗布した塗膜の乾燥過程において、外観状態を観察するとともに、基板に形成した周期的な電極パターンに電圧を加えて電場を生じさせて塗膜を変形し、その変形形状から塗膜の乾燥状態を画像測定する装置及び方法に関する。

光学フィルムやガスバリアフィルム、液晶関連のカラーフィルタなど、インクや高分子樹脂溶液などの塗料で塗膜を形成する工程では、外観上のムラが原因で製品が欠陥となる場合がある。特に光学フィルムやカラーフィルタでは光学特性の欠陥となる可能性があり、ガスバリアフィルムではバリア性能の不良などが生じるおそれがある。

このようなムラの発生を抑えるには、各塗料と各塗布乾燥条件において、どの条件で、またどの段階でムラが生じるかを測定し、最適な塗料と塗布乾燥条件を把握して適用することで、ムラを発生させないことが有効である。

しかし、膜の乾燥状態が場所によって異なる場合、その部分を外観上のムラとして確認することが難しい。すなわち光学的に塗膜のムラが観察されなくても、実際の乾燥状態がどの程度塗膜の面内で分布しているかを、物理的に塗膜に接触せず、光学的に観察することは難しい。しかしながら、塗膜面内での乾燥状態の違いが、その後の製品で不良を生じさせるおそれがある。

このような外観上のムラや乾燥状態の違うことによるムラの発生を抑えるには、各塗料と各塗布乾燥条件において、どの条件で、どの段階で外観及び乾燥状態のムラが生じるか、外観と乾燥状態の分布を測定し、最適な塗料と塗布乾燥条件を把握して適用することで、ムラを発生させないことが有効である。

従来、塗膜のムラを画像検査する方法が多く用いられている（例えば特許文献１参照）。従来の方法の塗膜のムラの画像検査方法では、塗膜のムラを、照明方法などを変えて強調して画像計測する方法が多く用いられている。

しかし、ムラを光学的に強調して画像化する従来の方法では、外観上のムラのみの測定であり、外観上判別できない乾燥状態の測定ができない。また、塗膜が液体の状態で塗布されて乾燥する過程において、塗料と乾燥条件を変えてムラが発生しない条件を求めたい場合、乾燥過程において塗膜の性状は変化していき、ムラが画像測定できる光学条件も異なっていくので、ムラを外観上だけで測定することは困難であった。また、乾燥状態の違いが外観で光学的に観察できない場合は、画像測定することが困難であった。

特開平１０−１４２１０１号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、インクや高分子樹脂溶液などの塗料を基板に塗布した塗膜の乾燥過程において、その外観状態を観察して塗膜ムラを検出するとともに、塗膜の乾燥状態を画像測定する装置及び方法を提供することを課
題とする。

本発明はかかる課題を解決するものであり、本発明に係る請求項１の発明は、
周期的な電場が生じる周期的な電極パターンが形成された基板と、電極パターンに電圧を印加する電圧源と、基板に平行光を照射する光源と、光源を同時落射照明する半透鏡と、基板の反射光を平行または略平行で検出するカメラ及びレンズを備えた画像検出手段と、前記画像検出手段により検出した画像を処理する画像処理手段とを備え、
基板に塗布した塗膜の外観及び前記周期的な電場で生じる周期的な変形を前記画像検出手段により検出し、前記画像処理手段により外観上のムラと乾燥状態のムラを検出する機能を有することを特徴とする塗膜ムラ画像測定装置である。

本発明に係る請求項２の発明は、
前記基板がガラスであり、前記周期的な電極パターンが平行な線パターンを形成し、基板の裏側がベタ電極であり、周期的な電極パターンに電圧が印加され、基板の裏側が接地されていることを特徴とする請求項１記載の塗膜ムラ画像測定装置である。

本発明に係る請求項３の発明は、
前記平行な線パターン間の間隔が塗膜の膜厚の５倍以上２０倍以下であることを特徴とする請求項２記載の塗膜ムラ画像測定装置である。

本発明に係る請求項４の発明は、
前記平行な線パターンの各線パターンの幅が塗膜の厚さより長く、各線パターン間の間隔が塗膜の膜厚の２倍以上５倍以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の塗膜ムラ画像測定装置である。

本発明に係る請求項５の発明は、
基板上に周期的な電場が生じる周期的な電極パターンを形成し、前記電極パターンに電圧源から電圧を印加する工程と、
前記基板に平行光を照射して、基板の反射光を平行または略平行で検出する画像検出工程と、
前記画像検出工程で検出された、基板に塗布した塗膜の外観及び前記周期的な電場で生じる周期的な変形を画像処理することにより、外観上のムラと乾燥状態のムラを検出する画像処理工程と、
を含むことを特徴とする塗膜ムラ画像測定方法である。

本発明の塗膜ムラ画像測定装置および塗膜ムラ画像測定方法によれば、乾燥中あるいは乾燥後の塗膜の外観を観察して、外観上のムラを画像測定し、さらに基板に電場を印加することで周期的な電極パターンに沿って塗膜を変形させて、乾燥状態のムラを塗膜の変形として画像測定することができる。

また、本発明によれば、塗布した塗膜のムラを光学的に検出することが難しい場合でも、塗膜を電場で変形させてムラが強調され、高感度に検出することができる。塗膜の厚さの違いによるムラだけでなく、場所によって異なる塗膜の乾燥状態の違いが、電場による塗膜の変形状態としてムラとして画像測定できる。よって乾燥状態の場所による違いも、乾燥中に画像測定することができる。

本発明の塗膜ムラ画像測定装置の実施形態例を示す概念的構成図である。 本発明の塗膜ムラ画像測定装置の実施形態例の一部分を示す構成図である。 本発明の塗膜ムラ画像測定方法により測定した画像例を示す図である。 本発明の塗膜ムラ画像測定装置の実施形態例の一部分を示す構成図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

＜実施例１＞
まず本発明の方法を実施する装置及び方法を図１に従って説明する。
図１は、本発明の塗膜ムラ画像測定装置の実施形態例を示す概念的構成図である。
なお、本発明は図１で示した装置の構成に限定するものではなく、同様な技術的特徴を有する限り、様々な応用的構成、あるいは機能を付加した構成であってもよい。

図１において、平行光源１から出射した光は、半透鏡２を介して周期的な電極パターン３をもつ基板４へ、カメラ５およびレンズ６の光軸と等しく同軸落射する。

カメラ５は、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳのエリアカメラを用い、プログレッシブスキャン方式が好適である。基板４の基材には、絶縁性が高く、塗膜が平滑性良く塗布でき、電極パターン３が形成できる基板用ガラスを用いるが、例えば石英ガラス、ソーダガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、無アルカリガラスなどを用いることが好ましい。

平行光源１は、レーザー光はスペックルが発生することや可干渉性が強いので基板４上での観察に適さず、例えばインコヒーレントなハロゲン光、メタルハライド光、ＬＥＤ光、キセノン光などを用いることが好ましい。平行光源１からは、平行な光を照射する必要があり、テレセントリックレンズなどを用いて平行度の高い光を照射する。

カメラ５には平行光または略平行光を撮像できるレンズ６として、テレセントリックレンズ、または望ましくは焦点距離８０ｍｍ以上の望遠レンズを、絞りを望ましくはＦ値を５．６以上として装着する。

電極パターン３には、複数の線パターンの電極が平行に多数形成され、線パターン同士はその端部で接続されていてすだれ状パターンとなっている。このすだれ状パターンを２つ互い違いになるように組み合わせて、図１に示されるすだれ状電極３−１を形成しており、２つのすだれ状電極パターンには交互に電圧を印加できる。

この基板４に、塗膜７を塗布する。そして電圧源８から電極パターン３の隣り合う線パターンに交互に電圧印加と接地をすると、電極パターン３間に電気力線９が生じる。塗膜７を電気力線９が通ると、塗膜７と空気の誘電率が異なるためマクスウェル応力が働き、電場によって塗膜７が変形し、塗膜の変形１０が生じる。図１においては変形の一例として、電気力線９に沿ってマクスウェル応力により張力が働いて盛り上がった形状の変形例が示されている。

塗膜７は、インク、あるいは高分子樹脂溶液などの塗料からなり、塗膜を形成する製品、例えば光学フィルムやバリアフィルム、液晶関連デバイス、有機ＥＬデバイス等の目的に応じて選定される。塗布方法は特に限定されず、例えばロールコート法、ダイコート法、スピンコート法など公知の方法を用いてよい。

すだれ状電極３−１において、塗膜７を電気力線９で変形させるためには、塗膜４の膜厚は１００μｍ以下、電極パターン３での交互に配置された距離は１００μｍ以下が好適である。電圧源８から約５０Ｖ以上の電圧を発生させると、塗膜７に塗膜の変形１０が生
ずる。塗膜７の乾燥状態のムラは、塗膜の変形１０の形状の違いとなって現れる。

平行光源１から出射した平行光は同軸落射され、塗膜７の表面から反射した光がレンズ６に入射する。レンズ６はテレセントリックレンズないしは望遠レンズでＦ値の設定が大きいため、平行ないしは略平行な反射光がカメラに結像され、塗膜７の表面の起伏が高感度に表面のムラとして検出され、画像処理手段１１で外観上のムラとして測定される。

塗膜の変形１０は同様に、変形形状が乾燥状態のムラとして高感度に測定される。前述したように塗膜の変形は電圧印加時の電気力線によってマクスウェル応力が働くことによるものであって、マクスウェル応力は塗膜の誘電率値に対して比例関係があり、塗膜の誘電率は塗膜中の水分量すなわち塗膜の乾燥状態によって異なる。従って、塗膜に局所的な乾燥状態の差異がある場合にはそこにマクスウェル応力の差が生じ、その結果、塗膜の変形形状にも違いが生じる。この変形形状を、画像処理手段１１を用いて測定すればよい。

画像処理手段１１は、例えばカメラ５と接続された汎用的な画像解析計測ソフトなどを用いることができる。画像処理手段１１によって、連続的または断続的に外観画像から外観のムラを測定し、電圧印加時の画像から乾燥状態のムラを測定できる。

＜実施例２＞
請求項２記載の本発明の第二の実施例を、図２を用いて説明する。

図２で示すガラス材質からなる基板２１において、周期的な電極パターン２２が平行な線パターンを含み、基板の片面に形成され、反対面にベタ電極２３が形成されている。ベタ電極とは、基板の反対面のほぼ全体が電極で覆われた状態である。

この基板２１に塗膜２４を塗布した。そして電圧源８から周期的な電極パターン２２を同電位として電圧を印加し、ベタ電極２３を接地すると、周期的な電極パターン２２から基板２１を通り、ベタ電極２３へ電気力線２５が生じた。

周期的な電極パターン２２は、図１のすだれ状電極３−１を用いて２つのすだれ状電極パターンを同電位としてもよいし、図２の電極パターン２６のように平行な線パターンが接続されていてもよい。電気力線２５によって、マクスウェル応力による塗膜の変形２７が生じて、実施例１と同様の方法で測定が実施できた。

発明者の知見によれば、数μｍ以上１００μｍ以下の塗膜２４に対して、基板２１の厚さは約５００μｍ以下とすることが、電気力線２５を発生させて塗膜の変形２７を生じさせるために好適である。
実施例２においては、周期的な電極パターン２２を同電位とすることで、交互に対向する線状の電極間に電位差が生じず、液体の状態から塗布されて導電率が変化する塗膜２４において、電気的短絡を防ぎ測定することができる。

＜実施例３＞
請求項３記載の本発明の第三の実施例を、図１、図２、図３を用いて説明する。

周期的な電極パターン２２において、平行な線パターン間のピッチ３０を、塗膜２４の膜厚に対して５倍以上１０倍以下の長さとする。これによって塗膜２４には、塗膜の変形２７が電極パターン２２の平行な線パターンに沿って有効に生じる。

例として、塗膜２４として厚さ１００μｍのシリコンオイルを用い、平行な線パターンのピッチ３０が１ｍｍの周期的な電極パターン２２を設けた基板２１に塗布したとき、図
１の実施例と同様にして画像処理手段１１によって、外観画像３１を求めた。ここではまだ電圧は印加していない。このとき外観画像３１のように塗膜２４の外観には画像の周辺部に濃淡の模様が観察されることで、塗膜の外観のムラが確認された。

次に、周期的な電極パターン２２に電圧を印加し、塗膜の変形２７が生じたとき、図１の実施例と同様にして、周期的な塗膜の変形画像３２を求めた。塗膜の変形画像３２において、変形が周囲と異なる部分があり、画像のその部分に塗膜２４の乾燥過程のムラが生じていることが確認でき、外観画像３１とあわせて、外観上のムラと、乾燥状態のムラを確認できた。

＜実施例４＞
請求項４記載の本発明の第四の実施例を図４を用いて説明する。

周期的な電極パターン４０において、平行な線パターンの各線パターンの幅４１を塗膜４２の膜厚より長くした。さらに、各線パターン間の間隔４３を、塗膜４２の膜厚の２倍以上５倍以下の長さとした。これによって電圧印加時に、塗膜４２に塗膜の変形４４が、電極パターン４０の平行な線パターンに沿って有効に生じた。

次に図１の実施例と同様にして、周期的な塗膜の変形画像を求め、塗膜２４の乾燥過程のムラが生じていることが確認できた。

１・・・平行光源
２・・・半透鏡
３、２２、４０・・・電極パターン
３−１・・・すだれ状電極
４、２１・・・基板
５・・・カメラ
６・・・レンズ
７、２４、４２・・・塗膜
８・・・電圧源
９、２５・・電気力線
１０、２７、４４・・・塗膜の変形
１１・・・画像処理手段
２３・・・ベタ電極
２６・・・電極パターン
３０・・・線パターン間のピッチ
３１・・・外観画像
３２・・・塗膜の変形画像
４１・・・線パターンの幅
４３・・・線パターン間の間隔

Claims (5)

1. 周期的な電場が生じる周期的な電極パターンが形成された基板と、電極パターンに電圧を印加する電圧源と、基板に平行光を照射する光源と、光源を同時落射照明する半透鏡と、基板の反射光を平行または略平行で検出するカメラ及びレンズを備えた画像検出手段と、前記画像検出手段により検出した画像を処理する画像処理手段とを備え、
   基板に塗布した塗膜の外観及び前記周期的な電場で生じる周期的な変形を前記画像検出手段により検出し、前記画像処理手段により外観上のムラと乾燥状態のムラを検出する機能を有することを特徴とする塗膜ムラ画像測定装置。
2. 前記基板がガラスであり、前記周期的な電極パターンが平行な線パターンを形成し、基板の裏側がベタ電極であり、周期的な電極パターンに電圧が印加され、基板の裏側が接地されていることを特徴とする請求項１記載の塗膜ムラ画像測定装置。
3. 前記平行な線パターン間の間隔が塗膜の膜厚の５倍以上２０倍以下であることを特徴とする請求項２記載の塗膜ムラ画像測定装置。
4. 前記平行な線パターンの各線パターンの幅が塗膜の厚さより長く、各線パターン間の間隔が塗膜の膜厚の２倍以上５倍以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の塗膜ムラ画像測定装置。
5. 基板上に周期的な電場が生じる周期的な電極パターンを形成し、前記電極パターンに電圧源から電圧を印加する工程と、
   前記基板に平行光を照射して、基板の反射光を平行または略平行で検出する画像検出工程と、
   前記画像検出工程で検出された、基板に塗布した塗膜の外観及び前記周期的な電場で生じる周期的な変形を画像処理することにより、外観上のムラと乾燥状態のムラを検出する画像処理工程と、
   を含むことを特徴とする塗膜ムラ画像測定方法。