JP4436281B2 - 塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板などの被塗工物の表面に所定の膜厚で塗工液を塗工するための塗工装置に関する。

従来から、被塗工物に塗工液を塗工するために、ダイヘッドを用いる塗工装置が提案され、種々の分野で実用化されている。

これまでの塗工装置では、ダイヘッドのスリット間隙の調整を用いることなく、流路解析および加工精度において、所望の塗工液の膜厚精度を保つことができた。

しかし、特に近年のエレクトロニクス、光学分野においては、塗工液の膜厚を薄くすることが要求されることが多くなってきており、例えば、湿潤膜厚１０μＭ以下の薄膜塗工をする場合、一般にダイヘッドスリット間隙は数十μＭとなり、ダイヘッドのリップと被塗工物表面との間隙は湿潤膜厚と同程度となるため、それぞれの間隙に関係するダイヘッド平面度、真直度の精度要求値が高くなっている。

しかし、ダイヘッドの加工精度をあげるにも高精度加工技術のハードルは高く、要求品質を満足することが困難となりつつあり、使用の際にも取扱が煩雑となっている。

そこで、ダイヘッド加工精度をこれ以上向上することなく均一な塗工膜厚を得るためダイヘッドスリット間隙を調整する方法として、ボルトを使用する方法（特許文献１参照）、および圧電材料を使用する方法（特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）が提案されている。
特開２００３−１４５００７号公報 特開２００４−１１３９６０号公報 特開２００５−１０３４１６号公報 特開２００５−２１８２１号公報

ボルトを使用する方法は、締め付けるボルトの軸力をスリット調整したいダイヘッドに対して作用させてダイヘッド自身を変形させてダイヘッドスリット間隙を調整する方法である。

一般的にダイヘッドスリット間隙の調整量はボルトの操作量と同等となるため、ボルトのピッチを小さくし、または特許文献１のようにてこの原理を利用する等、分解能を細かくする工夫がなされている。

しかし、ダイヘッドスリット間隙の調整のための操作性を重視するために、ダイヘッド本体を変形しやすい構造としているので、ダイヘッド本体の加工精度自身を上げることが加工都合上困難であり、調整することを前提として設計されている。また、ボルトは細かいピッチで設置せざるを得なくなるので、ボルトの本数が多くなり、この結果、調整作業が煩雑となってしまう。

特許文献２から特許文献４に記載された圧力材料を使用する方法は、基本的にダイヘッド自身を変形させる媒体としてボルトに代えて圧電材料を採用する方法である。これらは、圧電材料に対して電圧をかけることでダイヘッドに対して変形させようとする力を発生させる。しかしその力は、ボルトによる力に対して小さいので、やはりダイヘッド自体を変形しやすいものとしなくてはならない。また、塗液に溶剤を含んでいること、塗液替えの時のダイヘッド分解洗浄は避けられないことなどの理由で、電装品をダイヘッドに取り付けるに当たっては、防爆処理、耐溶剤処理が必要となり、構成が複雑化するとともに、作業が煩雑化する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、塗工膜厚の高精度な調整を簡単に達成することができる塗工装置を提供することを目的としている。

本発明の塗工装置は、塗液を吐出するスリット（３４）を有するダイヘッド（３１）の片側に、スリットの長手方向と平行に伸びる門型ブロック（３６）を脚部で当接させて設け、この門型ブロック（３６）の脚部間長手方向の所定位置に、スリット間隙を調節するための押し荷重をダイヘッド（３１）に作用させる調節ボルト（３７）、およびスリット間隙を調節するための引き荷重をダイヘッド（３１）に作用させる調節ボルト（３８）の少なくとも調節ボルト（３８）を進退可能に取り付け、門型ブロック（３６）を基準としてダイヘッド（３１）に対して作用させる押し荷重、引き荷重の少なくとも引き荷重を締め付けトルクで管理することによってスリット間隙を調節することを特徴とするものである。

本発明の塗工装置であれば、調節ボルトの締め付けトルクを管理するだけの簡単な操作で、門型ブロックを基準としてダイヘッドに対して脚部間で作用させる押し荷重および引き荷重の少なくとも引き荷重を精度よく制御し、ひいてはスリット間隙を精度よく調節し、塗工膜厚の高精度な調整を達成することができる。

さらに説明すると、調節ボルトの操作量ではなく、締め付けトルクを管理するので、トルクレンチ以外に特別な知識、道具を必要とせず、操作を簡単化することができる。また、バックラッシュを考慮する必要がなくなるので、調整の再現性を高めることができる。さらに、ダイヘッドに入力するのは押し引きする力であるから、変形させる力に対しての変位を求める構造解析にも条件が合い、解析を容易に達成することができる。

このために、前記門型ブロックの脚部間長手方向の所定位置に、スリット間隙を調節するための押し荷重をダイヘッドに作用させる調節ボルト、およびスリット間隙を調節するための引き荷重をダイヘッドに作用させる調節ボルトの少なくとも後者を進退可能に取り付けている。

そして、前記ダイヘッドの非調整状態におけるスリット精度は、幅方向の真直性が０．１μＭ／Ｍ〜１０μＭ／Ｍであることが好ましく、調整を必要とすることなく、汎用塗工における性能を発揮することができる。換言すれば、これ以上のスリット精度が要求される場合（薄膜塗工の場合等）にのみ調節ボルトによるスリット精度の調整を行えばよい。

また、前記門型ブロック、調節ボルトの少なくとも一方が取り外し可能に取り付けられてあり、前記ダイヘッドのスリット精度は、前記門型ブロック、調節ボルトの少なくとも一方を取り外すことにより、調整操作が行われた後であっても元の精度に復元可能であることが好ましく、簡単に元の精度に復元させることができる。そして、無調整で塗工したデータを初期条件とし、調整のための基準とすることができる。

さらに、前記調節ボルトは、スリット間隙を調節するための力の調節分解能を変更可能なものであることが好ましく、調節分解能を変更することによって、塗工膜厚の高精度な調整を達成することができる。

さらにまた、前記門型ブロックは、スリット間隙を調節するための力の調節分解能を変更可能なものであることが好ましく、調節分解能を変更することによって、塗工膜厚の高精度な調整を達成することができる。

また、有限要素法構造解析計算により調節ボルトがダイヘッドに与えた力からダイヘッドスリット間隙調節量を予測する予測手段をさらに含むことが好ましく、ダイヘッドスリット間隙調節量を正確に予測することができる。

さらに、ダイヘッドスリットの変位量と門型ブロックの外部変位との関係を事前に測定しておくことにより、ダイヘッドスリットの間隙を外部変位に置き換えて制御する制御手段をさらに含むことが好ましく、ダイヘッドスリットの間隙を簡単に、かつ正確に制御することができる。

さらにまた、ダイヘッドスリット調整量の検証を、ダイヘッドヘの荷重はボルト軸力測定を用い、ダイヘッドスリット間隙は静電容量式隙間測定を用いることにより行う検証手段をさらに含むことが好ましく、ダイヘッドスリット調整量の検証を正確に達成することができる。

また、被塗工物に塗工された幅方向の膜厚を実際に測定し、その測定信号を基に所定の処理を行って調整ボルトの締め付けトルクを制御する制御手段をさらに含むことが好ましく、フィードバック制御によって、塗工膜厚の高精度な調整を達成することができる。ここで、所定の処理としては、トルクレンチなどを用いる手動処理、モータなどの駆動源を用いる自動処理、手動処理および自動処理の併用が例示できる。

本発明は、簡単な操作で塗工膜厚の高精度な調整を達成することができるという特有の効果を奏する。

以下、添付図面を参照して、本発明の塗工装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の塗工装置の一実施形態を示す概略図である。

この塗工装置は、被塗工薄板材１を案内するバックアップロール２と、被塗工薄板材１に対して所定の膜厚の塗工膜を形成するために塗液を供給するダイヘッド３と、塗液を貯留する塗液タンク４と、塗液タンク４からダイヘッド３に塗液を供給するポンプ５と、ポンプ５によりダイヘッド３に供給される塗液の流量を計測する流量計６とを有している。
図２はダイヘッド３の構成を詳細に示す縦断側面図、図３はダイヘッド３の構成を詳細に示す正面図である。

このダイヘッド３は、ダイヘッド本体３１と、ダイヘッド本体３１の内部所定位置に形成された塗液溜り３２と、塗液溜り３２に向かって塗液を供給する塗液供給路３３と、塗液溜り３２により幅方向に広げられた塗液を吐出する吐出スリット（ダイヘッドスリット）３４と、ダイヘッド本体３１のうち、吐出スリット３４の上部境界を規定する上部部材３５の所定位置に脚部が取り付けられた門型ブロック部材３６と、門型ブロック部材３６の所定位置を貫通する状態で進退可能に設けられた少なくとも１つの調節ボルト３７、３８とを有している。

前記調節ボルト３７は、門型ブロック部材３６の所定位置を貫通して、その先端部が上部部材３５の上面に圧接されており、上部部材３５に対して下向きの押圧力を作用させる。

前記調節ボルト３８は、門型ブロック部材３６の所定位置を貫通して、その先端部が上部部材３５の上部にねじ込まれており、上部部材３５に対して上向きの引っ張り力を作用させる。

なお、前記門型ブロック、調節ボルトの少なくとも一方が取り外し可能に取り付けられてあることが好ましく、吐出スリット３４を簡単に元の精度（調節ボルトによる調整が全く行われていない状態の精度）に復元させることができる。ここで、吐出スリット３４の元の精度は、幅方向の真直性が０．１μＭ／Ｍ以上、かつ１０μＭ／Ｍ以下であることが好ましい。

この場合には、調整を必要とすることなく、汎用塗工における性能を発揮することができる。換言すれば、これ以上のスリット精度が要求される場合（薄膜塗工の場合等）にのみ調節ボルトによるスリット精度の調整を行えばよい。

さらに、前記調節ボルトは、スリット間隙を調節するための力の調節分解能を、ボルトを締め付けるトルク、ボルトの材質、ボルト径、皿ばねなどにより変更可能なものであることが好ましく、調節分解能を変更することによって、塗工膜厚の高精度な調整を達成することができる。なお、調節ボルトの数は、操作性および吐出スリット３４の寸法精度を考慮して適宜定めることができる。

具体的には、調節ボルトは、例えば、サイズ範囲がＭ４〜Ｍ１６であり、所望される調整量に基づいて選択される。また、材質としてはＳＣＭ（鉄）、ステンレススチール、工業用プラスチックなどが例示され、材料自体のヤング率が分解能に影響することを考慮して、所望される分解能に基づいて選択される。

さらにまた、前記門型ブロック部材３６は、吐出スリット間隙を調節するための力の調節分解能をそれ自体の強度により変更可能なものであることが好ましく、調節分解能を変更することによって、塗工膜厚の高精度な調整を達成することができる。

上記の構成の塗工装置を採用した場合には、調節ボルト３７、３８を操作して上部部材３５に対する押圧力、引っ張り力を制御し、この結果、吐出スリット３４の寸法を制御することができる。したがって、塗工膜厚の高精度な調整を達成することができる。

さらに説明する。

門型ブロック部材３６の板厚を変更すると、門型ブロック部材３６の変形し易さが変化するので、変形し易さの変化に応じて上部部材３５が受ける軸力が変化し、上部部材３５の変形の量が変化する。したがって、門型ブロック部材３６の板厚を制御することによって、調節ボルトの締め付けトルクを単位量だけ変化させた場合の上部部材３５の変形量、ひいては吐出スリット３４の変化量を制御することができる。換言すれば、門型ブロック部材３６の板厚を制御することによってスリット間隙を調節するための力の調節分解能を制御することができる。

同様に、門型ブロック部材３６の材質、調節ボルトを締め付けるトルク、ボルトの材質、ボルト径、皿ばねなどを制御することによっても、スリット間隙を調節するための力の調節分解能を制御することができる。

図４は調節ボルト３７に押しトルクを作用させた状態を示す縦断面図、図５は調節ボルト３７に押しトルクを作用させた状態を示す正面図である。

中央部の調節ボルト３７のみに押しトルクを作用させるべく締め付けを行うと、上部部材３５は下向きの力を受けて、吐出スリット３４は対応部分を中心として間隙が小さくなり、これに伴って門型ブロック部材３６は中央部の調節ボルト３７を中心として上向きに撓む（図５中、二点鎖線参照）。

図６は調節ボルト３８に引きトルクを作用させた状態を示す縦断面図、図７は調節ボルト３８に引きトルクを作用させた状態を示す正面図である。

中央部の調節ボルト３８のみに引きトルクを作用させるべく締め付けを行うと、上部部材３５は上向きの力を受けて、吐出スリット３４は対応部分を中心として間隙が大きくなり、これに伴って門型ブロック部材３６は中央部の調節ボルト３８を中心として下向きに撓む（図７中、二点鎖線参照）。

したがって、門型ブロック部材３６の変形量を加味して吐出スリット３４の間隙が設定されることになる。

以上の動作を行うに当たって、必要に応じて、他方の調節ボルトを操作する。例えば、調節ボルト３７に押しトルクを作用させる場合には、調節ボルト３８を操作して同じ押しトルクを作用させる。

なお、図４から図７には、門型ブロック部材３６の変形のみを考慮した場合を示しているが、調節ボルト３７、３８の変形を考慮する点は、上記の説明を考慮すれば当業者に自明であるから、詳細な説明を省略する。

以上には、３本の調節ボルト３７の各々と３本の調節ボルト３８の各々とが対応付けされた状態で設けられた場合を説明しているが、１本の調節ボルト３７を中央部に設け、２本の調節ボルト３８を周縁寄りの部分に設けることが可能であり（この場合には、中央部の狭い範囲で吐出スリット３４を広げる用途に好適であり）、中央部においてのみ、調節ボルト３７および調節ボルト３８を設けることが可能であり（この場合には、液溜り部の近傍でスリットを絞り、逆に先端では広げるように、塗液の流れ方向でスリットを変化させる用途に好適であり）、その他、種々の調節ボルト配置パターンを採用することが可能である。

また、以上には、締め付けトルクを上部部材３５に作用させる実施形態を説明したが、この実施形態に加えて、または代えて、締め付けトルクを下部部材に作用させる構成を採用することが可能である。

また、従来公知の有限要素法構造解析計算により調節ボルトがダイヘッドに与えた力からダイヘッドスリット間隙調節量を予測する予測手段をさらに含むことが好ましく、ダイヘッドスリット間隙調節量を正確に予測することができる。

さらに、ダイヘッドスリットの変位量と門型ブロックの外部変位との関係を事前に測定しておくことにより、ダイヘッドスリットの間隙を外部変位に置き換えて制御する制御手段をさらに含むことが好ましく、門型ブロックの外部変位を変位測定装置３９により測定することによって（図８参照）、ダイヘッドスリットの間隙を簡単に、かつ正確に制御することができる。なお、図８においては、中央の調節ボルトを挟んで対称位置に変位測定装置３９を設けているが、一方の変位測定装置３９のみを設けることが可能である。

さらにまた、ダイヘッドスリット調整量の検証を、ダイヘッドヘの荷重は、例えばボルト軸力測定装置４０を用い、ダイヘッドスリット間隙は、例えば静電容量式隙間測定装置４１を用いることにより行う検証手段をさらに含むことが好ましく（図９参照）、ダイヘッドスリット調整量の検証を正確に達成することができる。

さらに説明する。

最終的には、締め付けトルクと実際のダイヘッドスリット間隙である。そして、ダイヘッドスリット間隙は、例えば静電容量式隙間測定装置４１を用いることにより測定することができる。また、締め付けトルクは軸力となって伝達するのであるから、トルクと軸力との関係および再現性が重要であり、ボルト軸力測定装置４０を用いることによって、トルクと軸力との関係を得ることができるとともに、高い再現性を達成することができる。したがって、上記の構成を採用することによって、締め付けトルク−ボルト軸力−ダイヘッドスリット間隙の検証を実現することができる。

また、被塗工物に塗工された幅方向の膜厚を実際に測定し、その測定信号を基に所定の処理を行って調整ボルトの締め付けトルクを制御する制御手段をさらに含むことが好ましく、フィードバック制御によって、塗工膜厚の高精度な調整を達成することができる。

具体的には、例えば、図１０に示すように、ステップＳＰ１において、被塗工物に対する塗工を行い、ステップＳＰ２において、従来公知の測定装置を用いて膜厚を実際に測定し、ステップＳＰ３において、所望の塗工厚み精度であるか否かを判定する。

そして、所望の塗工厚み精度でないと判定された場合には、ステップＳＰ４において、締め付けトルクを制御すべく調整ボルトの締め付け（ボルトアクション）を行い、再びステップＳＰ１の処理を行う。すなわち、フィードバック制御を行う。

ステップＳＰ３において、所望の塗工厚み精度であると判定された場合には、そのまま一連の処理を終了する。

図１０のフローチャートに示す処理は、自動的に行ってもよく、手動で行ってもよく、自動的処理と手動処理とを併用してもよい。

本発明の塗工装置の一実施形態を示す概略図である。 ダイヘッドの構成を詳細に示す縦断側面図である。 ダイヘッドの構成を詳細に示す正面図である。 調節ボルトに押しトルクを作用させた状態を示す縦断面図である。 調節ボルトに押しトルクを作用させた状態を示す正面図である。 調節ボルトに引きトルクを作用させた状態を示す縦断面図である。 調節ボルトに引きトルクを作用させた状態を示す正面図である。 門型ブロックの外部変位を測定することができるようにしたダイヘッドの構成を詳細に示す正面図である。 ダイヘッドヘの荷重はボルト軸力測定装置を用い、ダイヘッドスリット間隙は静電容量式隙間測定装置を用いることにより行うようにしたダイヘッドの構成を詳細に示す縦断面図である。 フィードバック制御による塗工膜厚の高精度な調整の一例を説明するフローチャートである。

符号の説明

３１ ダイヘッド本体
３４ 吐出スリット（ダイヘッドスリット）
３６ 門型ブロック部材
３７、３８ 調節ボルト
３９ 変位測定装置
４０ ボルト軸力測定装置
４１ 静電容量式隙間測定装置

Claims (9)

1. 塗液を吐出するスリット（３４）を有するダイヘッド（３１）の片側に、スリットの長手方向と平行に伸びる門型ブロック（３６）を脚部で当接させて設け、この門型ブロック（３６）の脚部間長手方向の所定位置に、スリット間隙を調節するための押し荷重をダイヘッド（３１）に作用させる調節ボルト（３７）、およびスリット間隙を調節するための引き荷重をダイヘッド（３１）に作用させる調節ボルト（３８）の少なくとも調節ボルト（３８）を進退可能に取り付け、門型ブロック（３６）を基準としてダイヘッド（３１）に対して作用させる押し荷重、引き荷重の少なくとも引き荷重を締め付けトルクで管理することによってスリット間隙を調節することを特徴とする塗工装置。
2. 前記ダイヘッド（３１）の非調整状態におけるスリット精度は、幅方向の真直性が０．１μｍ／ｍ〜１０μｍ／ｍである請求項１に記載の塗工装置。
3. 前記門型ブロック（３６）、調節ボルト（３７）（３８）の少なくとも一方が取り外し可能に取り付けられてあり、前記ダイヘッド（３１）のスリット精度は、前記門型ブロック（３６）、調節ボルト（３７）（３８）の少なくとも一方を取り外すことにより、調整操作が行われた後であっても元の精度に復元可能である請求項１、２の何れかに記載の塗工装置。
4. 前記調節ボルト（３７）（３８）は、スリット間隙を調節するための力の調節分解能を変更可能なものである請求項１、２の何れかに記載の塗工装置。
5. 前記門型ブロック（３６）は、スリット間隙を調節するための力の調節分解能を変更可能なものである請求項１、２の何れかに記載の塗工装置。
6. 有限要素法構造解析計算により調節ボルト（３７）（３８）がダイヘッド（３１）に与えた力からダイヘッドスリット間隙調節量を予測する予測手段をさらに含む請求項１から請求項４の何れかに記載の塗工装置。
7. ダイヘッドスリット（３４）の変位量と門型ブロック（３６）の脚部間外部変位との関係を事前に測定しておくことにより、ダイヘッドスリット（３４）の間隙を外部変位に置き換えて制御する制御手段をさらに含む請求項１から請求項５の何れかに記載の塗工装置。
8. ダイヘッドスリット調整量の検証を、ダイヘッド（３１）ヘの荷重はボルト軸力測定を用い、ダイヘッドスリット間隙は静電容量式隙間測定を用いることにより行う検証手段（４０）（４１）をさらに含む請求項１から請求項４の何れかに記載の塗工装置。
9. 被塗工物に塗工された幅方向の膜厚を実際に測定し、その測定信号を基に所定の処理を行って調整ボルト（３７）（３８）の締め付けトルクを制御する制御手段をさらに含む請求項１に記載の塗工装置。

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