JP4409969B2

JP4409969B2 - 塗工装置

Info

Publication number: JP4409969B2
Application number: JP2004009727A
Authority: JP
Inventors: 紀雄森井; 慎太郎足助
Original assignee: Hirano Tecseed Co Ltd
Current assignee: Hirano Tecseed Co Ltd
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: JP2005199208A

Description

本発明は、平面表示装置等のガラス基板や長尺状のウエブ等の基材に塗工液を塗工する塗工装置に関するものである。

最近、液晶表示装置等が広く普及するようになり、この液晶表示装置を構成するガラス板やそのガラス板に形成された膜上に塗工液を塗工する必要が出てきている。

そのために、これらガラス板等の基材の下面に毛細管現象により塗工液を塗工する装置が提案されている（特許文献１）。

この塗工装置は、基材の下方に塗工ノズルを配し、塗工タンクから塗工ノズルの毛管状隙間に塗工液を供給し、塗工タンクの塗工液の高さを調整することによって、塗出口から塗工液を基材の下面に接液させ、所定位置まで塗工が終了すると、塗工タンクを下げて離液を行うものである。
特開２００３−１１７１公報

しかしながら、上記構成の塗工装置においては基材の下面に塗工を行うために、ガラス板等の基材を予めサクションテーブルにセットし、そのサクションテーブルを反転させて、基材を反転させ、塗工終了後に再度反転させる必要がある。

このように、基材を反転させる必要があるため生産時間が長くなり、また、反転させる装置が必要になるため装置全体が大掛かりになるという問題点がある。

また、塗工液の供給を毛細管現象のみに依存しているため、塗工液の粘度などの性状により塗工速度が遅くなったり、所定の厚みの膜を得られないという問題点もある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、塗工対象である基材を反転させる必要が無く、かつ、塗工液の性状によらず塗工速度を一定にし、かつ、目的の厚みに塗工することができる塗工装置を提供する。

本発明は、塗工対象である基材の上方に塗工ノズルが配され、上端部が大気に開放され、下端部が吐出口となった毛管状隙間が前記塗工ノズルの内部に左右方向に設けられ、前記塗工ノズルに塗工液の液入口が設けられ、前記液入口と前記毛管状隙間とを連結する連結空間が前記塗工ノズル内部に設けられ、大気開放された状態で塗工液を貯留すると共に、前記液出口にサイフォン管によって連結されて塗工液を供給する塗工液供給手段が配され、かつ、前記貯留された塗工液の液高さが前記連結空間の前記毛管状隙間側の出口より高く配置され、前記塗工ノズルを前記基材に対し相対的に前後方向に移動させる移動手段が設けられ、前記移動手段により前記基材と前記塗工ノズルとを相対的に移動させながら、前記塗工液供給手段から前記サイフォン管と前記連結空間を経て前記毛管状隙間に供給されている塗工液を、前記吐出口から前記基材の上面へ塗工し、前記塗工液供給手段が、大気開放された状態で塗工液を貯留する塗工タンクと、前記塗工タンクを前記塗工ノズルに対して相対的に上下動させる塗工タンク上下動手段と、前記塗工タンク内の液面高さを非接触で検出する液面検出手段と、前記塗工タンク上下動手段を用いて、前記液面検出手段によって検出した液面高さを設定値に調整して、前記塗工液を前記基材の上面に接液した後に塗工を開始し、塗工終了後に離液を行う液面制御手段と、を備え、前記液面制御手段は、（１）前記基材の上面に塗工液を塗工している間、前記液面高さを塗工高さ設定値に維持し、（２）前記基材が塗工開始位置に位置し、かつ、前記塗工ノズルを前記基材に近接させた状態で、前記液面高さを前記塗工高さ設定値より高い接液高さ設定値へ相対的に上昇させて、塗工液を前記基材の上面へ接液し、（３）前記基材が塗工終了位置に位置したとき、前記液面高さを前記塗工高さ設定値から離液高さ設定値へ相対的に下降させて、塗工液を前記基材の上面から離液することを特徴とする塗工装置である。

請求項１に係る発明の塗工装置について説明する。

基材を移動手段により塗工ノズルに対し相対的に移動させながら、塗工液供給手段から塗工ノズルの毛管状隙間に供給される塗工液を、塗工ノズルの吐出口から基材の上面へ塗工する。従来では塗工液の塗工を毛管状隙間の毛細管現象のみによって塗工していたが、本発明においては、塗工タンクは大気に開放された状態で塗工液を貯留すると共に、毛管状隙間の上端部が大気に開放され、かつ、前記貯留された塗工液の液高さが前記連結空間の前記毛管状隙間側の出口より高く配置されているためサイフォン現象が発生して、塗工液がその粘度などの性状によらず確実に吐出口から吐出されて塗工を行うことができる。

塗工タンクは塗工液を大気に開放された状態で塗工液を貯留し、毛管状隙間の上端部は大気に開放されているため、塗工タンクを塗工タンク上下動手段によって塗工ノズルに対し相対的に上下動させることにより、吐出口にある塗工液への圧力が変化する。そのため、塗工タンク内の液面高さを液面検出手段によって非接触で検出して所定の設定値に高さを調整して、塗工液を基材の上面へ圧力をかけて接液した後に塗工を開始し、塗工終了後に所定の設定値に調整して、その圧力を下げて離液を行ない塗工を終了する。

これによって、基材の上面に確実に塗工液を塗工することができる。

液面制御手段は、基材の上面に塗工液を塗工している間、液面高さを塗工高さ設定値に維持する。これによって、吐出口にある塗工液に対し一定の圧力がかかり、毛細管現象及びサイフォン現象により一定の厚みで塗工液を基材の上面に塗工できる。

液面制御手段は、基材が塗工開始位置に位置し、かつ、塗工ノズルを基材に近接させた状態で、液面高さを接液高さ設定値へ相対的に上昇させて塗工液を塗工ノズルへ供給して、基材の上面への接液を促進する。すなわち、液面高さを接液高さ設定値へ相対的に上昇させることにより、吐出口にある塗工液に対する圧力が高くなり、接液を促進できる。

液面制御手段は、基材が塗工終了位置にきた時、液面高さを離液高さ設定値へ相対的に下降させて、基材の上面へ接液している塗工液を吸引して離液を促進する。すなわち、塗工終了位置にきた時、塗工液にかかる圧力を下げて離液を促進する。

請求項２に係る発明の塗工装置について説明する。

基材が塗工終了位置にきた時、毛管状隙間と塗工タンクとの連通を遮断した後に、毛管状隙間に残っている塗工液を吸引して、離液を促進する。これは、吸引手段によって毛管状隙間に残っている塗工液を吸引することにより、基材の塗工終了位置にある塗工液に対する圧力が低くなり離液を促進できる。また、塗工終了位置における塗工液の盛り上がりも防止できる。

請求項３に係る発明の塗工装置について説明する。

塗工液補充手段は、基材に塗工することにより減少した塗工液量分を塗工タンクに補充することにより、塗工タンクに常時同じ塗工液量が充満されるようにして、液面制御手段による高さ調整を正確に行えるようにする。

請求項４に係る発明の塗工装置について説明する。

板状の基材をサクションテーブルに吸着し、塗工ノズルの下方を前後方向に搬送して、基材の上面に塗工する。これによって、板状の基材の上面に塗工できる。

請求項５に係る発明の塗工装置について説明する。

長尺状の基材を前後方向にバックアップロールによって搬送し、塗工ノズルによって塗工液を塗工する。これによって、板状の基材の上面に塗工できる。

請求項６に係る発明の塗工装置について説明する。

連結空間の管状隙間側の出口が、液入口側と同じ高さか、または、前記液入口側より高くなるように（すなわち、毛管状隙間側ほど上方に傾斜するように）設けられているため、気泡を滞留させることなくサイフォン現象をより発揮させることができる。

請求項７に係る発明の塗工装置について説明する。

連結空間の液入口付近に液溜め部を設けて、幅方向に均一な圧力でに塗工液を広げることができるため、毛管状隙間の幅方向に均一に塗工液を配分できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態の塗工装置１０について図１〜図４に基づいて説明する。

本実施形態の塗工装置１０は、板状の基材Ｗに塗工液を塗工するものである。例えば、液晶表示装置の製造工程において、ガラス板の表面にフォトレジストや反射防止層や保護膜を形成するためのものであり、その塗工厚さはドライ状態で０．０１μｍ〜１０μｍである。なお、これは例示であり、液晶セルのガラス板に限らず、板状の基材Ｗであれば塗工可能であり、また、塗工液の種類も限定されない。

（１）塗工装置１０の構成
まず、塗工装置１０の構成について図１に基づいて説明する。

板状の基材Ｗは、上面に複数の吸引口を有したサクションテーブル１２に吸引された状態で支持されるものであり、このサクションテーブル１２は、テーブル走行用モータ１３によって前後方向に移動し、また、このサクションテーブル１２には、バキューム装置よりなる吸引装置５８が接続され、複数の吸引口から基材Ｗを吸引できる。

サクションテーブル１２の上面には、基材Ｗの上面に塗工液を塗工するための塗工ノズル１４が配されている。この塗工ノズル１４は、その下部がくちばし状に尖った形状をなし、左右方向に沿って毛管状隙間１６が設けられ、この毛管状隙間１６の下端部が塗工液の吐出口１８である。この毛管状隙間１６の上端部は、大気に開放された状態である。塗工ノズル１４の内部には、液溜め部４０が設けられている。この液溜め部４０は、連結空間４２を通じて毛管状隙間１６と連結されている。液溜め部４０は、液入口４１を介して外部から供給された塗工液を左右方向に均等に配分して毛管状隙間１６に供給するものであり、連結空間４２は、液溜め部４０から上方に傾斜して延び、幅方向に延びた連結口４４を介して毛管状隙間１６に連結されている。この連結口４４は、液溜め部４０より上方に位置している。

塗工ノズル１４は、上下動装置２０によって上下動可能である。すなわち、ノズル高さモータ４６の回転軸に連結されたネジ棒４８にラック５０が螺合し、このラック５０に塗工ノズル１４が固定されている。ノズル高さモータ４６を回転させることにより、ラック５０及び塗工ノズル１４が上下方向に移動する。なお、塗工ノズル１４の上下動装置２０におけるネジ棒４８を支持する支持部５２は床に固定されている。

塗工ノズル１４の外部には、塗工液を供給するための塗工タンク２２が設けられている。床に固定された支持部２４には垂直方向にネジ棒２６が回転自在に配され、このネジ棒２６にラック２８が螺合している。このラック２８に塗工タンク２２が取り付けられ、ネジ棒２６はタンク高さモータ３０によって回動し、タンク高さモータ３０を回動させるとネジ棒２６が回転し、それと共にラック２８と塗工タンク２２が塗工ノズル１４に対し上下動する。

塗工タンク２２は、塗工液が貯留されており、その上部が開口し、大気に開放されている。この塗工タンク２２における塗工液の液高さは、連結空間４２の連結口４４に着目して上下動させる。

塗工タンク２２の底面から塗工ノズル１４の側面の液入口４１に向かって塗工液を供給するためのサイフォン管３４が設けられている。このサイフォン管３４は液溜め部４０の液入口４１に連結されている
塗工タンク２２の上方には非接触式（例えば、光学式）の液面レベルセンサ３２が配されている。この液面レベルセンサ３２は、塗工タンク２２に溜まっている塗工液の液面高さを測定する。

塗工タンク２２に塗工液を供給するための補充タンク３６が設けられている。この補充タンクから塗工タンク２２の上部に向かって補充パイプ３８が延びている。補充パイプ３８には、不図示のフィルターと電磁弁３９が設けられている。また、補充タンク３６は密閉式であり、コンプレッサ等のポンプ４０から送られてくるイナートガス（例えば、不活性ガス、窒素ガス）により塗工液を補充パイプ３８へ供給する。そして、電磁弁３９を操作することにより、一定量の塗工液を塗工タンク２２に補給する。ここで、不活性ガスを送るのは防爆のためであるが、防爆を目的としない場合は空気等のその他の気体でもよい。

（２）塗工装置１０の電気的構成
塗工装置１０の電気的構成について図４に基づいて説明する。

この塗工装置１０を制御するためにマイクロコンピュータよりなる制御部５６が設けられている。この制御部５６には、サクションテーブル１２の移動を行なうテーブル走行用モータ１３、上下動装置２０のノズル高さモータ４６、塗工タンク２２を上下動させるタンク高さモータ３０、液面レベルセンサ３２、ポンプ５４及びサクションテーブル１２の吸着装置５８が接続されている。

制御部５６は、液面レベルセンサ３２によって塗工液の塗工高さを検出して、この検出したデータに基づいてタンク高さモータ３０を駆動させて塗工タンク２２を上下動させ、下記で説明するように塗工タンク２２の液面高さを所定の設定値になるようにフィードバック制御する。

また、塗工によって塗工液が少なくなり、液面レベルセンサ３２によって検出した液面高さが基準値より低くなった場合には、制御部５６はポンプ５４を作動させてイナートガスによって圧力をかけ、補充タンク３６から補充パイプ３８を介して塗工液を送り、電磁弁３９を操作することにより所定量補充して、常に塗工タンク２２内部には、基準値以上の塗工液を貯留させる。

（３）塗工方法
上記構成の塗工装置１０を用いて、基材Ｗの上面に塗工液を塗工する方法について順番に説明する。

（３−１）第１工程（待機工程）
初期状態では、サクションテーブル１２の上面に基材Ｗが吸引され、塗工ノズル１４はこの上方に待機している。

（３−２）第２工程（接液工程）
サクションテーブル１２をテーブル走行用モータ１３によって移動させ、基材Ｗを塗工開始位置に停止させる。

塗工ノズル１４を上下動装置２０によって下降させ、図３に示すようにノズル高さを接液時の高さＬ１に下降させる。

塗工タンク２２を上方に移動させ、図１に示すように、塗工ノズル１４の吐出口１８から液面までの高さＨ（以下、これを塗工液高さという）を、図３に示すようにＨ１まで上昇させる。そして、塗工タンク２２における塗工液の液高さが、連結空間４２の連結口４４より高く配置されているので、サイフォン現象により塗工タンク２２内部の塗工液が、サイフォン管３４、液溜め部４０、連結空間４２を通り毛管状隙間１６に至る。ここで、連結空間４２の液入口４１側よりが毛管状隙間１６側ほど上方に傾斜するように設けられているため、サイフォン現象をより発揮させることができる。

毛管状隙間１６に至った塗工液は、毛細管現象により毛管状隙間１６から吐出口１８に至り、基材Ｗの上面に塗工液が接液される。この場合に、図４に示すように、毛管状隙間１６の上端部は大気に開放されているため、毛管状隙間１６の幅方向の長さＡが、基材Ｗの幅方向の長さＢよりも大きい場合であっても、毛細管現象により基材Ｗの幅Ｂにのみしか塗工液が供給されない。したがって、毛管状隙間１６の幅を常に基材Ｗの幅に合わせる必要が無い。

なお、この場合の液面高さＨ１は、液面レベルセンサ３２によって測定した液面の高さに基づいて決定する。そしてこの接液時の状態を約１秒継続する。なお、この時間は例示であって、塗工液の粘性、塗工幅、塗工厚さによって変化する。以下で記載されている時間も同様に例示である。

（３−３）第３工程（接待ち工程）
第２工程が終了すると、サクションテーブル１２を停止したままで、塗工液高さをＨ１からＨ２に下降する。これによって、サイフォン現象に基づいて吐出口１８の位置にある塗工液に対する圧力が小さくなる。そのため、接液工程で吐出口１８と基材Ｗの間に滞留した余分な塗工液が、塗工タンク２２側に吸引される。また、同時に塗工ノズル１４の高さも、塗工時の高さＬ０に上昇させる。これによって、目的の塗工厚さｄで塗工液が塗工できる状態となる。この接待ち工程を約５秒維持する。なお、図３に示すように、ウエット状態で塗工厚さｄは吐出口１８と基材Ｗとの距離ｍ（ｍとしては５０〜３００μｍ）より小さい。

（３−４）第４工程（塗工工程）
第３工程の状態が終了すると、サクションテーブル１２を速度Ｖ０で移動させ、塗工厚さｄで毛細管現象とサイフォン現象とを利用して塗工液を基材Ｗの上面に塗工する。この場合に、毛細管現象により、毛管状隙間１６が基材Ｗよりも幅方向の大きさが大きくても、基材Ｗの幅Ｂにしか塗工されず、かつ、サイフォン現象による圧力が一定であるため塗工厚さもｄで塗工できる。そして、サクションテーブル１２を塗工終了位置まで移動させる。

なお、塗工により塗工タンク２２内部の塗工液が減少するため、その塗工液高さを一定にする必要があるため、塗工液の減少分だけ塗工タンク２２を上昇させる（図３の点線の部分）。

塗工終了位置に来るとサクションテーブル１２を停止させる。

（３−５）第５工程（離液工程）
第４工程の状態が終了すると、サクションテーブル１２が停止し、塗工液高さをＨ０からＨ３に下降させる。これはサイフォン現象に圧力を下げて離液を促進するためである。一方、塗工ノズル１４のノズル高さもＬ０からＬ２に上昇させ、離液を行なう。

（４）第１の実施形態の効果
塗工装置１０であると、以上のようにして塗工開始位置から塗工終了位置まで所定の塗工厚さｄで塗工することができる。

塗工開始時においては、塗工液高さをＨ１からＨ２に下げることにより、接液工程から接待ち工程に移行するときに塗工量が少なくなり塗工厚さｄより厚くなることが無い。すなわち、接液時にＨ１の高さでサイフォン現象により圧力は高くなっているが、接待ち時には高さをＨ２に下降してサイフォン現象による圧力を下げて接液される塗工量を減らしているため、塗工開始部分における盛り上がり状態を防止ができる。

塗工終了時においては、塗工液高さをＨ０からＨ３に下げてサイフォン現象による圧力を下げることにより、離液を促進させ、また、塗工終了位置における盛り上がり状態を防止できる。

このように、サイフォン現象によって圧力を調整するため、ポンプ等による圧力調整よりも微調整を行なうことができ、塗工厚さを目的のｄにすることができる。

毛細管現象及びサイフォン現象による圧力を利用しているため、従来の下方から塗工液を毛細管現象によって塗工する場合よりもサクションテーブル１２の移動速度を１．５倍以上速くすることができ、生産効率も高めることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の塗工装置１０について、図５に基づいて説明する。

本実施形態と第１の実施形態の異なる点は、サイフォン管３４の途中に吸引装置６０を設けている点にある。

この吸引装置６０は、塗工が終了し、サクションテーブル１２を停止させて離液を行なう場合に、毛管状隙間１６内部の塗工液を吸引装置６０で吸引して塗工液の離液をより促進でき、また、塗工終了位置における盛り上がり状態を防止できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の塗工装置１０について、図６に基づいて説明する。

本実施形態と第１の実施形態の異なる点は、基材Ｗが板状で無く、長尺状の基材Ｗであり、この長尺状の基材Ｗをバックアップロール６２で走行させている点にある。

塗工ノズル１４は、バックアップロール６２の上方に配置させ、このバックアップロール６２の上方を走行する基材Ｗに塗工液を塗工する。

この塗工装置１０においては、バックアップロール６２を用いることにより板状の基材Ｗだけでなく長尺状の基材Ｗにも塗工できる。

（変更例１）
上記実施形態では、連結空間４２の液入口４１側より毛管状隙間１６側ほど上方に傾斜するように設けられていたが、同じ高さであってもサイフォン現象を発揮させることができる。

（変更例２）
上記実施形態では、液溜め部４０を設けたが、この液溜め部４０を設けないで、液出口から連結空間４２に直接連結してもよい。

本発明の塗工装置は、板状の基材や長尺状の基材にドライ状態で０．０１〜１０μｍの塗工厚さで塗工でき、液晶表示装置等の平面表示装置のガラス板の上面に塗工液を塗工できる。

本発明の第１の実施形態を示す塗工装置の説明図である。幅方向から観た基材Ｗと塗工状態を示す図である。塗工装置のタイムチャートである。塗工装置のブロック図である。第２の実施形態の塗工装置の説明図である。第３の実施形態の塗工装置の説明図である。

符号の説明

１０塗工装置
１２サクションテーブル
１３テーブル走行用モータ
１４塗工ノズル
１６毛管状隙間
１８吐出口
２０上下動装置
２２塗工タンク
３０タンク高さモータ
３２液面レベルセンサ
３４サイフオン管
３６補充タンク
５６制御部

Claims

塗工対象である基材の上方に塗工ノズルが配され、
上端部が大気に開放され、下端部が吐出口となった毛管状隙間が前記塗工ノズルの内部に左右方向に設けられ、
前記塗工ノズルに塗工液の液入口が設けられ、
前記液入口と前記毛管状隙間とを連結する連結空間が前記塗工ノズル内部に設けられ、
大気開放された状態で塗工液を貯留すると共に、前記液出口にサイフォン管によって連結されて塗工液を供給する塗工液供給手段が配され、かつ、前記貯留された塗工液の液高さが前記連結空間の前記毛管状隙間側の出口より高く配置され、
前記塗工ノズルを前記基材に対し相対的に前後方向に移動させる移動手段が設けられ、
前記移動手段により前記基材と前記塗工ノズルとを相対的に移動させながら、前記塗工液供給手段から前記サイフォン管と前記連結空間を経て前記毛管状隙間に供給されている塗工液を、前記吐出口から前記基材の上面へ塗工し、
前記塗工液供給手段が、
大気開放された状態で塗工液を貯留する塗工タンクと、
前記塗工タンクを前記塗工ノズルに対して相対的に上下動させる塗工タンク上下動手段と、
前記塗工タンク内の液面高さを非接触で検出する液面検出手段と、
前記塗工タンク上下動手段を用いて、前記液面検出手段によって検出した液面高さを設定値に調整して、前記塗工液を前記基材の上面に接液した後に塗工を開始し、塗工終了後に離液を行う液面制御手段と、
を備え、
前記液面制御手段は、
（１）前記基材の上面に塗工液を塗工している間、前記液面高さを塗工高さ設定値に維持し、
（２）前記基材が塗工開始位置に位置し、かつ、前記塗工ノズルを前記基材に近接させた状態で、前記液面高さを前記塗工高さ設定値より高い接液高さ設定値へ相対的に上昇させて、塗工液を前記基材の上面へ接液し、
（３）前記基材が塗工終了位置に位置したとき、前記液面高さを前記塗工高さ設定値から離液高さ設定値へ相対的に下降させて、塗工液を前記基材の上面から離液する
ことを特徴とする塗工装置。
前記基材が塗工終了位置に位置したとき、前記毛管状隙間と前記塗工タンクとの連結するサイフォン管を遮断した後に、前記毛管状隙間内に残っている塗工液を吸引して、前記離液を促進する吸引手段を備える
ことを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
前記基材に塗工することにより減少した塗工液量分を前記塗工タンクに補充する塗工液補充手段を備え、
前記塗工タンクに常時所定の塗工液量が充満される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の塗工装置。
前記基材は板状の基材であり、
前記板状の基材を上面に吸着して前後方向に搬送するサクションテーブルを前記塗工ノズルの下方に配した
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の塗工装置。
前記基材は長尺状の基材であり、
前記長尺状の基材を前後方向に搬送するバックアップロールを前記塗工ノズルの下方に配した
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の塗工装置。
前記連結空間の前記毛管状隙間側の出口が、前記液入口側と同じ高さか、または、前記液入口側より高い
ことを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
前記連結空間は前記塗工ノズルの幅方向に設けられ、
前記連結空間の前記液入口付近に液溜め部が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の塗工装置。