JP3561998B2

JP3561998B2 - 枚葉塗工方法およびその装置

Info

Publication number: JP3561998B2
Application number: JP32908894A
Authority: JP
Inventors: 俊英関戸; 浩充金森; 高男佐野
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: JPH08182954A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は枚葉塗工方法およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、精密塗工用のダイコータに代表される塗料吐出装置を用いて枚葉塗工を行うための方法およびその装置に関する。この方法および装置は、液晶ディスプレイ用のカラーフィルタを作成するために基板上に塗膜を形成する場合のほか、液体状の塗料を枚葉方式で供給される被塗工材の表面に薄く均一に塗工する場合に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から液晶ディスプレイ用のカラーフィルタを製造するための塗工工程を行うに当って、スピナー、バーコータ、ロールコータが用いられていたが、塗料の利用効率の向上が強く要求され、また得られる塗膜の物性を向上させることが強く要求されるようになってきたので、近年に至って、ダイコータを用いることが検討され始めてきた。
【０００３】
ダイコータは、従来から厚膜塗工や、高粘度塗料を連続塗布する用途に広く採用されており、ダイコータに塗料を送液するために定量ポンプとしてギアポンプが採用されている。
このような構成を採用すれば、ギアポンプにより脈流のない送液が可能であり、長尺の被塗工材の表面にほぼ均一な塗膜を形成することができると思われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ダイコータを用いて被塗工材上に膜厚が均一な塗膜を形成するに当っては、ダイコータの下面と被塗工材の上面との間隔をダイコータの口金の全幅範囲にわたって一定にしなければならない。そして、ダイコータの口金の全幅範囲にわたって被塗工材との間隔を一定にするために、従来は、支持部材に対してダイコータを取付けた状態で口金と被塗工材との間の平行度を隙間ゲージ等で測定し、両者が十分に平行になっていない場合には、指示部材に対するダイコータの取付け状態を作業者の手作業で調整するようにしている。
【０００５】
したがって、ダイコータの取付け、調整に必要な作業が繁雑であるとともに、所要時間が著しく長くなってしまい、実際に塗工動作を行わせることができる時間が短くなってしまう。また、塗膜が薄膜である場合には、上述の調整により設定された平行度が僅かにずれた場合に、形成されるべき塗膜の膜厚に対する厚みのばらつきの割合が大きくなってしまい、塗膜の品質が著しく低下してしまう。
【０００６】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、塗料吐出装置の幅方向における塗膜の膜厚のばらつきを著しく小さくすることができる枚葉塗工方法およびその装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の枚葉塗工方法は、被塗工材に対する塗膜形成動作を開始する前に、塗料吐出装置の塗料吐出を行わせる下面の互いに離れた所定位置とステージの上面の対応する位置との間隔を、ステージの隅角部に設けた１対の距離センサーで測定し、前記１対の距離センサーにより測定した両間隔が互いに等しくなるように塗料吐出装置を回転させる方法である。
【０００８】
請求項３の枚葉塗工装置は、被塗工材に対する塗膜形成動作を開始する前に、塗料吐出装置の塗料吐出を行わせる下面の互いに離れた所定位置とステージの上面の対応する位置との間隔を測定するステージの隅角部に設けられた１対の間隔測定手段と、前記１対の間隔測定手段により測定した両間隔が互いに等しくなるように塗料吐出装置を回転させる塗料吐出装置駆動手段とを有している。
【０００９】
【作用】
請求項１の枚葉塗工方法であれば、被塗工材に対する塗膜形成動作を開始する前に、塗料吐出装置の塗料吐出を行わせる下面の互いに離れた所定位置とステージの上面の対応する位置との間隔を、ステージの隅角部に設けた１対の距離センサーで測定し、前記１対の距離センサーにより測定した両間隔が互いに等しくなるように塗料吐出装置を回転させ、その後に塗料吐出装置から塗料を吐出しながらステージによって被塗工材を移動させることにより被塗工材の表面に塗膜を形成するのであるから、被塗工材の上面と塗料吐出装置の塗料吐出を行わせる下面との間隔を正確に設定することができ、ひいては塗膜の膜厚を全幅範囲にわたって均一化することができる。
【００１０】
請求項３の枚葉塗工装置であれば、被塗工材に対する塗膜形成動作を開始する前に、ステージの隅角部に設けられた１対の間隔測定手段により塗料吐出装置の塗料吐出を行わせる下面の互いに離れた所定位置とステージの上面の対応する位置との間隔を測定し、塗料吐出装置駆動手段により、前記１対の間隔測定手段により測定した両間隔が互いに等しくなるように塗料吐出装置を回転させ、その後に塗料吐出装置から塗料を吐出しながら被塗工材搬送用のステージによって被塗工材を移動させることにより被塗工材の表面に塗膜を形成するのであるから、被塗工材の上面と塗料吐出装置の塗料吐出を行わせる下面との間隔を正確に設定することができ、ひいては塗膜の膜厚を全幅範囲にわたって均一化することができる。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例を示す添付図面によってこの発明を詳細に説明する。
図１はこの発明の枚葉塗工装置の一実施例を概略的に示す図である。
この枚葉塗工装置は、塗料タンク１と、マイクロシリンジポンプ２と、塗料吐出用のスリット３ａを有する塗料吐出装置３と、ボールネジ機構４ａにより往復動されるステージ４と、ステージ４上の被塗工材８の位置を検出する光学センサなどからなる位置センサ５と、位置センサ５からの出力信号、ボールネジ機構４ａを駆動するＡＣサーボモータ（図示せず）からの状態信号、塗料吐出装置３の状態信号を入力として塗料吐出装置３、ＡＣサーボモータを制御するシーケンサ６と、シーケンサ６からの出力信号（マイクロシリンジポンプ制御用の信号など）およびマイクロシリンジポンプ２の状態信号を入力としてマイクロシリンジポンプ２を制御するコンピュータ７とを有している。なお、塗料タンク１とマイクロシリンジポンプ２との間を塗料吸引管路１ａで連通しており、マイクロシリンジポンプ２と塗料吐出装置３との間を塗料吐出管路３ｃで連通している。また、マイクロシリンジポンプ２は切換え弁２ａにより選択的に塗料吸引管路１ａ、塗料吐出管路３ｂに連通されている。塗料吐出装置３は、ステージ４上に支承された被塗工材としてのカラーフィルタ基板８の上面に近接する位置と十分に離れた位置との間において昇降されるものであり、シーケンサ６からの塗工動作開始指令に応答して下降し、塗工動作終了指令に応答して上昇する。また、コンピュータ７は切換え弁２ａをも制御する。また、図１には特には図示していないが、塗料吸引管路１ａの所定位置に開閉弁、フィルタなどを設けることが好ましい。ただし、前記位置センサ５に代えて、ＡＣサーボモータに組み込まれたエンコーダからの出力パルス信号をカウントすることによりステージ４の位置を検出する構成を採用することが好ましい。
【００１２】
前記塗料吐出装置３は、塗料吐出用のスリット３ｂを有する口金３ａを主要構成部分とするものである。
図２は塗料吐出装置３とステージ４との関係を示す概略斜視図である。
基台９の上部所定位置にステージ４をスライド自在に支持するガイドレール４ｂおよび図示しないボールネジ機構４ａを設けているとともに、ボールネジ機構４ａを収容する空間の大部分およびガイドレール４ｂの周囲を覆うカバー部材４ｃを設けている。そして、ボールネジ機構４ａにより駆動力が伝達され、かつガイドレール４ｂにより案内されるステージ４を設けている。前記カバー部材４ｃのうち、最も外側部に位置するカバー部材は上端部がほぼ直角に内向きに折曲されており、ステージ４の外側面所定位置に形成された溝部４ｄと係合している。したがって、ボールネジ機構４ａから発生する塵埃が外部に飛散する程度を大幅に低減することができ、また、ステージ４の上方から落下する塗料などがボールネジ機構４ａ、ガイドレール４ｂに到達するという不都合を防止することができる。なお、図２においてカバー部材４ｃのうち、中央部に位置するカバー部材は単純化のために上面に開口部を全く有していないものとして示されているが、実際には、ボールネジと螺合する部材とステージ４とを連結するために必要な開口（ボールネジと平行な開口）を有している。また、ステージ４は図示しないリフトピンを有しており、リフトピンを後退させて先端部をステージ４の上面よりも下方に位置させることにより、被塗工材８をステージ４の上面に支承させ、ステージ４の上面に形成した多数の吸気孔（図示せず）を通して被塗工材８を吸着保持することができる。逆に、リフトピンを前進させて先端部をステージ４の上面よりも上方に位置させることにより、被塗工材８を持ち上げ状態で支承することができる。
【００１３】
また、基台９の上部所定位置（カバー部材４ｃから離れた所定位置）に設けたほぼ逆Ｌ字状の支持部材４ｄの先端部に被塗工材８の厚みを測定するための厚みセンサ４ｅが昇降可能に設けられている。図３は厚みセンサとステージ４上の被塗工材８との関係を示す概略図である。この図から明らかなように、厚みセンサ４ｅのケーシングは仮想的な中心線を基準として図３中左半部の下端部が山形に突出形成されているとともに、図３中右半部が全く突出部を有していないほぼ平坦面に形成されている。そして、平坦面に対応させてレーザ光などの測定光を被塗工材８に対して斜めに照射する光源４ｅ１を有しているとともに、この測定光に起因する被塗工材８の表面における反射光および裏面における反射光を受光する受光部４ｅ２を有している。この受光部４ｅ２は例えばアレイ型センサなどからなるものであり、両反射光の受光位置どうしの間隔を得て図示しないコンピュータなどに供給することにより被塗工材８の厚みを算出することができる。ただし、厚みセンサ４ｅとして、レーザ変位計、電子マイクロ変位計、超音波厚さ計などを用いることが可能である。
【００１４】
さらに、基台９の上部所定位置（カバー部材４ｃおよび前記支持部材４ｄから離れた所定位置）に設けたほぼ逆Ｌ字状の支持部材４ｆの先端部に塗料吐出装置３の塗料吐出用スリット部材としての口金３ａ（例えば、ダイコータのスリットダイ）が設けられている。ただし、この口金３ａは直接に支持部材４ｆに設けられているのではなく、図４にも示すように、支持部材４ｆの先端部に設けた上下移動軸部材４ｇ（例えば、ボールネジ機構４ｇ１とガイドレール４ｇ２とからなるもの）の所定位置に架台４ｈを昇降可能に設けているとともに、架台４ｈの所定位置に回転軸４ｉを介して垂直面内において回転可能に口金支持枠体４ｊを設け、口金支持枠体４ｊにより抱持されるように口金３ａを設けている。そして、口金支持枠体４ｊよりも上方に位置するように架台４ｈに対して調整用架台４ｋを連結しているとともに、この調整用架台４ｋの所定位置（図４中、左右の端部）に１対のアクチュエータ４ｌを設けており、両アクチュエータ４ｌの動作量を制御することにより、口金３ａを回転軸４ｉを中心として回転させ、口金３ａと被塗工材８との平行度を調整することができる。
【００１５】
さらにまた、ステージ４の、塗工動作方向の上流側の１対の隅角部にそれぞれ電磁誘導型センサ、電子マイクロ変位計などからなる距離センサ４ｍを設けている。ただし、この距離センサ４ｍとして、例えば、光電センサ、超音波センサなどを採用することが可能である。
また、特には図示していないが、ステージ４に被塗工材８を供給するためのローダ、および塗工終了後にステージ４から被塗工材８を取出すためのアンローダを有している。ローダ、アンローダとしては、例えば、円筒座標系産業用ロボットなどを主要構成部分とするものが採用可能であり、リフトピンが前進している状態において被塗工材８の供給を行い、リフトピンを前進させた状態において被塗工材８を取出すことが好ましい。
【００１６】
次いで枚葉塗工方法を説明する。
塗工動作開始前（例えば、枚葉塗工装置を組み立てた当初、または塗料吐出装置３を交換した当初など）に、ステージ４に設けた１対の距離センサ４ｍを塗料吐出装置３の直下位置まで移動させて停止させ、この状態において１対の距離センサ４ｍにより塗料吐出装置３の対応する下面所定位置との間の距離を測定する。そして、両距離が互いに異なる場合には、両距離を互いに等しくすべく両アクチュエータ４ｌを動作させることにより塗料吐出装置３が回転により調節され、塗料吐出装置３の下面（口金３ａの下面）をステージ４の上面と平行にする。
【００１７】
そして、先ず、塗工装置の各部の原点復帰を行った後、切換え弁２ａを塗料タンク側に切換えるとともに、マイクロシリンジポンプ２による吸引動作を行う。そして、リフトピンを上昇させた状態で図示しないローダから被塗工材８を受け取り、リフトピンを下降させて被塗工材８をステージ４上の所定位置に納め、さらに被塗工材８を真空吸引することにより被塗工材８をステージ４上に固定する。
【００１８】
そして、この状態において、厚みセンサ４ｅを所定位置まで下降させ、光源４ｅ１からの光の被塗工材８による反射光を受光部４ｅ２により受光し、受光部４ｅ２からの出力信号を図示しないコンピュータに供給することにより被塗工材８の厚みを算出する。もちろん、受光部４ｅ２による受光が行われた後は厚みセンサ４ｅを上昇させる。
【００１９】
そして、塗料タンク１からマイクロシリンジポンプ２に所定量の塗料が吸引された後に、切換え弁２ａを口金側に切換えるとともに、ステージ４を順走行させて被塗工材８を口金３ａの直下の直前まで移動させ、ステージ４の順走行を停止させる。次いで、口金３ａを下降させ、下降動作時間を制御することにより所定のクリアランス（間隔）を確保する。この場合において、クリアランスは、被塗工材８上に形成されるべき塗膜の膜厚により一義に定まるのであるが、ステージ４の上面と口金３ａとの間隔は被塗工材８に厚みのばらつきがあることに起因して一義には定まらない。しかし、厚みセンサ４ｅを用いて被塗工材８の厚みを測定しているのであるから、この厚みを考慮して口金３ａを下降させることにより、被塗工材８の上面と口金３ａとの間隔を正確に設定することができる。具体的には、距離センサ４ｍを用いて口金３ａとの間の距離を測定し、厚みセンサー４ｅからの被塗工材８の厚みの情報を考慮しながら口金３ａを下降させることにより、被塗工材８の上面と口金３ａとの所望の間隔を正確に設定する。その後、ステージ４を再び順走行させることにより、被塗工材８の塗工開始位置を口金３ａの直下に位置させ、ステージ４を停止させる。そして、ステージ４のこの停止動作と実質的に同時にマイクロシリンジポンプ２を動作させることにより塗料を口金３ａに供給して塗料の吐出を開始し、塗料の吐出開始後、所定時間だけステージ４を停止状態に維持することにより、口金３ａと被塗工材８との間に所定の渡り方向の全域（全幅範囲）にわたる塗料ビード３ｅを形成させる。ただし、ステージ４を一時停止させることなく口金３ａからの塗料吐出を行わせ続けるようにしてもよい。
【００２０】
以上のようにして塗料ビード３ｅが形成された後に、ステージ４を所定速度で順走行させることにより塗工を開始する。また、塗工開始と実質的に同時に図示しない加圧室または減圧室の気圧を所定圧力に保つことにより加減圧を行い、塗料ビード３ｅを安定化する。したがって、塗料ビード３ｅの安定化により塗膜形成に消費される塗料と口金３ａのスリット３ｂから吐出される塗料とが平衡し、塗工開始後、短時間が経過した時点で安定な塗膜の形成を行うことができる定常塗工状態になる。
【００２１】
被塗工材８が塗工終了位置よりも所定距離だけ手前の位置に到達した時点でマイクロシリンジポンプ２による塗料の供給を停止し、ほぼ同時に口金３ａの加減圧を停止することにより、塗料ビード３ｅを消費しながらいわゆるスキージ塗工により塗膜を形成する。ただし、被塗工材８が塗工終了位置に到達した時点で塗料の供給を停止してもよい。そして、被塗工材８が塗工終了位置に到達すれば、マイクロシリンジポンプ２を逆動作させることにより口金３ａのスリット３ｂを通して所定量の塗料を吸引回収する。ただし、被塗工材８が塗工終了位置に到達した時点で塗料の供給を停止する場合には、被塗工材８が塗工終了位置を通りすぎた時点で塗料の吸引回収を行えばよい。その後、口金３ａを上昇させて被塗工材８から遠ざけることにより塗工を終了する。その後、塗料の吸引回収によりスリット３ｂに形成されている可能性がある空隙を解消させるためにマイクロシリンジポンプ２を動作させて塗料を吐出させる。ステージ４はその後も順走行を行って、被塗工材８を次工程に移載するための所定位置まで搬送して停止し、真空吸着を解除するとともに、リフトピンを上昇させて被塗工材８を持ち上げ、その位置で被塗工材８をアンローダ（図示せず）に渡す。そして、同時にマイクロシリンジポンプ２による塗料の吐出および口金３ａの拭き取りを行って口金３ａの先端部に残留する塗料を除去する。次いで、ステージ４を逆走行させ、次の被塗工材８を受け取るべく所定位置まで復帰することにより一連の処理を終了し、次の被塗工材８の塗工に備える。
【００２２】
したがって、被塗工材８毎に厚みのばらつきがかなりあっても、被塗工材８の厚みを測定し、この厚みを考慮して口金３ａを下降させるようにしているのであるから、被塗工材８の上面と口金３ａとの間隔を正確に設定することができ、この結果、得られる塗膜の膜厚を設定厚みに高精度に一致させることができる。
また、被塗工材と口金３ａとの間隔を高精度に設定できるので、塗膜の薄膜化に簡単に対処できる。
【００２３】
なお、以上の実施例においては、被塗工材８をステージ４に吸着保持した状態で被塗工材８の厚みを測定するようにしているが、上昇したリフトピンにより支承されている状態において被塗工材８の厚みを測定することが可能であり、この場合には、リフトピンの下降開始時点から厚みの算出処理を開始することができ、口金３ａの下降動作を開始させることができるタイミングを早くすることができるので、全体として処理を高速化することができる。
【００２４】
また、被塗工材８をローダによりステージ４に供給する前の工程（例えば、洗浄済みの被塗工材をラックに収納した状態で乾燥する工程など）において被塗工材の厚みを測定することが可能であり、この場合には、塗工工程のタクトタイムを短縮することができる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、被塗工材の表面に形成される塗膜の膜厚を全幅範囲にわたって均一化することができるという特有の効果を奏する。
請求項２の発明は、請求項１と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の枚葉塗工装置の一実施例を概略的に示す図である。
【図２】塗料吐出装置とステージとの関係を示す概略斜視図である。
【図３】厚みセンサと被塗工材との関係を示す概略図である。
【図４】口金支持機構とステージとを示す概略図である。
【符号の説明】
３塗料吐出装置４ステージ
４ｌアクチュエータ４ｍ距離センサ
８被塗工材

Claims

塗料吐出装置（３）から塗料を吐出しながらステージ（４）によって被塗工材（８）を移動させることにより被塗工材（８）の表面に塗膜を形成する枚葉塗工方法であって、被塗工材（８）に対する塗膜形成動作を開始する前に、塗料吐出装置（３）の塗料吐出を行わせる下面の互いに離れた所定位置とステージ（４）の上面の対応する位置との間隔を、ステージ（４）の隅角部に設けた１対の距離センサー（４ｍ）で測定し、前記１対の距離センサー（４ｍ）により測定した両間隔が互いに等しくなるように塗料吐出装置（３）を回転させることを特徴とする枚葉塗工方法。
前記塗料吐出装置（３）の回転は、回転軸（４ｉ）を介して回転可能な支持枠体（４ｉ）に塗料吐出装置（３）を抱持させ、前記回転軸（４ｉ）を中心として行う請求項１に記載の枚葉塗工方法。
塗料吐出装置（３）から塗料を吐出しながら被塗工材搬送用のステージ（４）により被塗工材（８）を移動させることにより被塗工材（８）の表面に塗膜を形成する枚葉塗工装置であって、被塗工材（８）に対する塗膜形成動作を開始する前に、塗料吐出装置（３）の塗料吐出を行わせる下面の互いに離れた所定位置とステージ（４）の上面の対応する位置との間隔を測定するステージ（４）の隅角部に設けられた１対の間隔測定手段（４ｍ）と、前記１対の間隔測定手段（４ｍ）により測定した両間隔が互いに等しくなるように塗料吐出装置（３）を回転させる塗料吐出装置駆動手段（４ｌ）とを有していることを特徴とする枚葉塗工装置。
前記間隔測定手段（４ｍ）は、電子マイクロ変位計であることを特徴とする請求項３に記載の枚葉塗工装置。
前記塗料吐出装置駆動手段（４ｌ）は、塗料吐出装置（３）を、回転軸（４ｉ）を介して回転可能な支持枠体（４ｉ）に抱持させ、前記回転軸（４ｉ）を中心として回転させるものであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の枚葉塗工装置。