JP4645066B2 - 塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は、スリット式の塗工装置に関し、特に不安定な塗工液であっても定常状態を崩さず精密に吐出制御が行なえる塗工装置に関する。

従来から、塗工装置は、紙，建築材料，半導体，液晶部材をはじめとした幅広い分野でそれぞれの用途に応じた各種の方式のものが使用されている。

中でも、半導体や液晶部材等のエレクトロニクス分野においては、塗膜の品質、例えば表面の平滑性や膜厚の均一性等に対する要求が厳しく、しかも年々その要求水準は高くなるばかりであり、これに対応して塗工装置にも精密な吐出制御を行なうことが求められるようになっている。

上記したような塗膜に高い品質が求められる分野で使用される塗工装置は、精密吐出制御を実現するために、定流量ポンプや弁などを備えるのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

ところが、使用する塗工液が不安定である場合、液滞留部や摺動部を持つポンプや弁は塗工液由来の異物発生の原因となる。例えば液晶用カラーフィルターの製造において、塗工液として顔料分散型のレジストがしばしば用いられるが、弁の開閉によって顔料分が凝集し異物を発生したり、ポンプの液置換性の悪い部分に滞留・凝固してやはり異物となったりする。

このような問題に対して、吐出部に設けられた塗工ヘッドにポンプの機能を組み込んだ装置が考案されている（例えば、特許文献２参照。）。この装置では、ポンプに相当する機構は依然として残るものの、塗工ヘッドのマニホールドとポンプのマニホールドを１つにまとめることにより配管系を簡略化し、実質的にポンプのない構成と同程度まで配管容積を減少させている。

また、気体による加圧式の供給容器を使用し、弁の開閉を細かく操作することでポンプなしに吐出の制御が行なえるスリット式塗布装置（例えば、特許文献３参照。）も存在する。この装置を使用すると、ポンプに関しては全く接続せずに塗工を行なうことも可能である。
特開平１１−３３３３５２号公報 特開２００３−３４０３５３号公報 特開２００２−２５４００８号公報

本来、塗工装置において欠くべからざる部分として挙げられるのは塗工液の供給部と目的に合わせた形状をなした吐出口なのであって、それ以外の要素は、塗工液の接液面からは極力排除されていることが望ましい。
特に塗工液が不安定である場合は上記したような異物発生の問題が生じるため、ポンプや弁といった吐出制御機構は、それなしでも要求される精度の塗工が行なえる限り、使用す
べきものではない。
しかし、従来の技術では、塗工配管途中における吐出制御機構を一切使用せずに貯蔵容器から塗工液を移送することができなかったため、ポンプまたは弁、あるいはその両者が塗工装置に備えられている。

上記特許文献２の装置では、装置としてのポンプは具備していないものの、塗工ヘッドのマニホールドが実質的にポンプの機構を有しており、かつ該機構が摺動部を持つ構造となっているため、塗工液が不安定なものであった場合にヘッドマニホールド部で異物が誘発される恐れが高い。

また、上記特許文献３の装置では、ポンプなしで塗工を行なうことは可能であるものの、弁の使用は必須であり、塗工液が不安定なものであった場合にこれの開閉によってやはり異物の発生が懸念される。
さらに該装置では、精密な吐出制御にはどうしても一部制約を生ずるという問題もある。例えば、気体による塗工液の加圧と弁の開閉操作のみでは逆引き動作（サックバック）は実現不可能である。

本発明は、上記したような課題を解決すべく、塗工動作において塗工液供給ユニットと塗工ヘッド間の吐出制御機構を必要とせずに精密な吐出制御が可能な塗工装置を提供することを目的とする。

本発明において上記課題を達成するために、まず請求項１においては、少なくとも塗工液を塗工ヘッド４０に供給する塗工液供給ユニット１０と、作動液を蓄える作動液供給ユニット２０と、作動液を塗工液供給ユニット１０に移送するための定流量ポンプ３０と、被塗工基材に塗膜を形成するための塗工ヘッド４０と、塗工液の吐出制御を行なう制御ユニット５０と、を備え、
前記塗工液供給ユニット１０は、前記作動液が満たされた外容器１１と塗工液が満たされた内容器１２とからなり、
前記作動液を定流量ポンプ３０により外容器１１内に供給することによって前記作動液の圧力により内容器１２内の前記塗工液を塗工ヘッド４０に供給し、
前記作動液を前記定流量ポンプ３０により外容器１１から排出することによって前記作動液の圧力により前記塗工液を塗工ヘッド４０の出口部分から内部に引き戻すことを特徴とする塗工装置としたものである。

また、請求項２においては、前記塗工液供給ユニット１０の外容器１１に作動液エアベント弁６２を設けたことを特徴とする請求項１に記載の塗工装置としたものである。

さらにまた、請求項３においては、前記塗工液供給ユニット１０の内容器１２に塗工液エアベント弁７２を設けたことを特徴とする請求項１に記載の塗工装置としたものである。

本発明の塗工装置は、塗工液供給ユニットに設けられた外容器と塗工液が充填された内容器との間に定流量ポンプで作動液を供給し、これにより内容器を加圧して塗工液を塗工ヘッドに供給するため、作動液の流量制御で塗工液の吐出制御が可能となる結果、塗工液接液面から摺動部を排除でき、不安定な塗工液であっても定常状態を保ったままの精密塗工が実現される。

以下、本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の塗工装置の一実施例を示す塗工装置１００の模式構成図である。
本発明の塗工装置１００は、図１に示すように、塗工液を塗工ヘッド４０に供給する塗工液供給ユニット１０と、作動液を蓄える作動液供給ユニット２０と、作動液を塗工液供給ユニット１０に移送するための定流量ポンプ３０と、被塗工基材に塗膜を形成するための塗工ヘッド４０と、塗工液の吐出制御を行なう制御ユニット５０とから構成されており、作動液供給ユニット２０と塗工液供給ユニット１０とは定流量ポンプ３０を介し作動液配管５１ａ，５１ｂによって接続されていて、さらに塗工液供給ユニット１０と塗工ヘッド４０とは塗工液配管６１によって接続されている。

図２は塗工液供給ユニットの一実施例を示す模式構成断面図である。
本発明の塗工装置１００は塗工液供給ユニット１０を備えているのが特徴で、塗工液供給ユニット１０は外容器１１および塗工液が充填された内容器１２とから構成される。外容器１１と内容器１２との間には作動液２２が満たされており、さらに定流量ポンプ３０によって作動液２２を出し入れ可能となっていて、これにより内容器１２に所定の圧力がかかってその圧力で内容器１２に充填された塗工液１３が吐出吸引される。
定流量ポンプ３０は制御ユニット５０にて制御される。

具体的には、吐出時、まず作動液供給ユニット２０より定流量ポンプ３０によって作動液２２が外容器１１と内容器１２の間に送り込まれ、その力が内容器１２を介して塗工液１３に伝達されることにより、送り込まれた量と同容積の塗工液１３が容器外へ移送されて、塗工液配管７１を通り塗工ヘッド４０へ供給される結果、塗工ヘッド４０による安定した塗工が実現する。

逆に吸引時は、定流量ポンプ３０によって作動液２２が塗工液供給ユニット１０から排出され、その力が内容器１２を介して塗工液１３に伝達されることにより、吸い出された量と同容積の塗工液１３が塗工液配管７１から容器内へ還流し、塗工ヘッド４０の出口部分に付着残留していた塗工液１３は内部に引き戻される。

上記の系の中には気体が存在せず、定流量ポンプ３０の動作は塗工ヘッド４０出口の塗工液の挙動として即座に反映されるため、塗工液が接する系にポンプや弁などの吐出制御機構が存在せずとも精密な塗工が行なえる。
また、塗工ヘッド４０は、スリット方式のダイヘッドのみならず、中央滴下（センターキャスト）＋基板回転方式をはじめとした他のあらゆる方式が適用できる。

ここで、容器１１の材質は特に限定されないが、吐出・吸引の過程における圧力の変動によって体積変化が生じないことが必須であるため、ステンレス等の金属が好適である。
同じく内容器１２の材質も特に限定されないが、適度な柔軟性を有し、作動液および塗工液に侵されずかつこれらを透過しないことが求められることを考慮すると、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂が望ましい。

また、塗工液供給ユニット１０においては、外容器１１のうち作動液の接する部分の最も高い位置に空気抜き用として塗工液エアベント弁６２が接続されている。
作動液２２に気体が混入した際には、作動液エアベント弁６２を開くとともに作動液配管６１ｂから作動液２２を送り込むことにより、塗工液１３とともに気体を塗工液エアベント配管７１ａより排出することでこれを外容器１１と内容器１２との間の空間から除去できる。

図３は、塗工液供給ユニットの別の実施例を示す模式構成断面図である。
塗工液供給ユニット１０ａは、塗工液１３が充填されている内容器１２の最も高い位置に空気抜き用として塗工液エアベント弁７２を配置したものである。
塗工液１３に気体が混入した際には、塗工液エアベント弁７２を開くとともに作動液配管６１ｂから作動液２２を送り込むことにより、塗工液１３とともに気体を塗工液エアベント配管７１ａより排出することでこれを内容器１２から除去できる。

上記では、エアベント弁を塗工液供給ユニットの外容器あるいは内容器のどちらかに設けた例について個々に説明したが、外容器および内容器の双方にそれぞれエアベント弁を設けてもよい。
もちろん、作動液および塗工液の双方について、塗工液供給ユニット内に混入した気体を除く他の手段を確保できるのであれば、塗工液供給ユニットにエアベント弁を設けない構成も可能である。

以上の実施の形態においては、塗工液１１を充填した内容器１２を塗工液供給容器内に配し、内容器１２と外容器１１の間に作動液２２を供給しているが、この塗工液１３と作動液２２を入れ換えた構成として使用することも可能である。ただし、塗膜の品質および塗工装置の保守性を考慮すると、内容器１２に塗工液を充填して該塗工液を使い切るたびに内容器１２ごと交換する形態での運用が合理的と考えられる。

また本発明の装置は、塗工のみに限定されず、不安定な液体を精密に吐出制御することが求められる分野、例えば薬液・食品の充填等に適用することも可能である。

本発明の塗工装置の一実施例を示す模式構成図である。 本発明の塗工装置の塗工液供給ユニットの一実施例を示す模式構成断面図である。 本発明の塗工装置の塗工液供給ユニットの他の実施例を示す模式構成断面図である。

符号の説明

１０、１０ａ……塗工液供給ユニット
１１……内容器
１２……外容器
１３……塗工液
２０……作動液供給ユニット
２２……作動液
３０……定流量ポンプ
４０……塗工ヘッド
５０……制御ユニット
６１ａ、６１ｂ……作動液配管
６１ｃ……作動液エアベント配管
６２……作動液エアベント弁
７１……塗工液配管
７１ａ……塗工液エアベント配管
７２……塗工液エアベント弁
１００……塗工装置

Claims (3)

1. 少なくとも塗工液を塗工ヘッド（４０）に供給する塗工液供給ユニット（１０）と、作動液を蓄える作動液供給ユニット（２０）と、作動液を塗工液供給ユニット（１０）に供給するための定流量ポンプ（３０）と、被塗工基材に塗膜を形成するための塗工ヘッド（４０）と、塗工液の吐出制御を行う制御ユニット（５０）と、を備え、
   前記塗工液供給ユニット（１０）は、前記作動液が満たされた外容器（１１）と塗工液が満たされた内容器（１２）とからなり、
   前記作動液を定流量ポンプ（３０）により外容器（１１）内に供給することによって前記作動液の圧力により内容器（１２）内の前記塗工液を塗工ヘッド（４０）に供給し、
   前記作動液を前記定流量ポンプ（３０）により外容器（１１）から排出することによって前記作動液の圧力により前記塗工液を塗工ヘッド（４０）の出口部分から内部に引き戻すことを特徴とする塗工装置。
2. 前記塗工液供給ユニット（１０）の外容器（１１）に作動液エアベント弁（６２）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の塗工装置。
3. 前記塗工液供給ユニット（１０）の内容器（１２）に塗工液エアベント弁（７２）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の塗工装置。
   

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