JP4673157B2 - 塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は、板状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、この液晶表示装置のガラス板や、そのガラス基板に貼られる保護板に塗工液を塗工する必要がある。

このようなガラス基板等の基材に塗工液を塗工する方法として、毛細管現象を利用した塗工装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

この塗工装置は、塗工液によって満たされた液槽の内部に毛管状隙間を備えたノズルを沈めておき、塗工する際にはこのノズルを上昇させて基材の下面近傍に位置させ、毛管状隙間から塗工液を接液して、基材の下面に塗工液を塗工するものである。

しかしながら、この塗工装置においては、液槽を塗工液によって満たし、この内部にノズルを沈めておく必要があるため、塗工が終わった後、この液槽に満たされた塗工液は捨てる必要がある。しかし、液晶表示装置に用いられる塗工液は非常に高価であり、この塗工液を少しでも有効利用する必要がある。

また、ノズルを液槽の内部に沈めておくため、ノズルを液槽から突出させた状態では、ノズルの周辺に付いた塗工液が固まり、この部分の掃除が必要になるとともに、ノズルを液槽に沈めた際にこの固まった塗工液が不純物となるという問題点もある。

また、毛管状隙間から基材に対し塗工液を接液、及び、離液する場合に、毛細管現象を利用しているため、この接液、及び、離液に時間がかかるという問題点もある。

そこで、本出願人は先に、この問題点を改良した塗工装置を提供した（特許文献３参照）。

この特許文献３の塗工装置は、塗工液を貯留するとともに、塗工ノズルに連通されて塗工液を塗工ノズルに供給可能な塗工液供給手段を設け、この塗工液供給手段は、塗工液を貯留する塗工タンクと、塗工タンクを塗工ノズルに対し相対的に上下動させる上下動装置と、塗工タンク内の液面高さを非接触で検出する液面検出装置を有している。

この塗工装置であると、基材を塗工ノズルに対し相対的に移動させながら、塗工タンク内から塗工液を塗工ノズルに供給し、塗工ノズルの吐出口から基材の下面へ毛細管現象により塗工するものであり、この場合に塗工タンク内の液面高さを液面検出装置で検出しながら、常に塗工タンク内の液面高さが一定になるように調整している。
特開平８−２２４５２８号公報 特開平６−３４３９０８号公報 特開２００３−１１７１公報

上記構成の塗工装置においては、塗工ノズルによって塗工液を塗布すると塗工タンク内の液面が下がり、それを液面検出装置が検出し、塗工タンク内の液面高さが一定になるようにフィードバック制御している。そのため、このフィードバック制御する時間だけ、塗工液の液面高さが下がり、基材への塗工分布が安定しないという問題点がある。

また、この液面高さの変化も塗工速度によっても変わるという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、塗工タンク内の液面高さが常に必要とされる塗工高さになるように調整することができる塗工装置を提供する。

請求項１に係る発明は、毛管状隙間を備え、その上端部が塗工液の吐出口となった左右方向に延びる塗工ノズルと、大気開放された状態で塗工液を貯留すると共に、前記塗工ノズルに連通されて塗工液を前記塗工ノズルに供給可能な塗工液供給手段と、塗工対象である板状の基材に前記塗工ノズルを近接させた状態で、前記吐出口に沿って前記基材を相対的に前後方向に移動させる移動手段と、を備え、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より前記塗工ノズルに供給されている塗工液を、前記塗工ノズルの吐出口から前記基材の下面へ毛細管現象により塗工する塗工装置において、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、液面制御手段と、を備え、前記液面制御手段は、前記基材の下面に塗工液を塗工している間、前記塗工タンクの高さＨＴを塗工高さ設定値から上昇速度ｖ１で上昇させるものであり、上昇速度ｖ１＝ａ×ｃ１／ｂ１（但し、ａは塗工速度、ｂ１は前記基材の塗工距離、ｃ１は予め試験により求めた前記塗工速度ａで前記基材を前記塗工距離ｂ１だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す）であることを特徴とする塗工装置である。

請求項２に係る発明は、前記液面制御手段は、塗工開始時に前記塗工タンクの高さＨＴを待機状態から接液高さ設定値に上昇させ、前記基材の下面に塗工液が接液した後に前記退避高さ設定値に下降させ、前記基材の下面に塗工液の塗工開始するときに、前記塗工タンクの高さＨＴを前記退避高さ設定値から前記塗工高さ設定値まで上昇速度ｖ０で上昇させるものであり、上昇速度ｖ０＝ａ×ｃ０／ｂ０（但し、ｂ０は前記基材の塗工開始時における塗工距離、ｃ０は予め試験により求めた前記塗工速度ａで前記基材の塗工開始時近傍における前記塗工距離ｂ０だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す）であることを特徴とする請求項１記載の塗工装置である。

請求項３に係る発明は、前記液面制御手段は、前記塗工開始時に前記塗工タンクの高さＨＴを待機状態から接液高さ設定値に上昇させると同時、または、所定時間後に前記塗工ノズルを接液高さまで上昇させ、前記塗工タンクを前記退避高さ設定値に下降させることを特徴とする請求項２記載の塗工装置である。

請求項４に係る発明は、前記液面制御手段は、前記基材の下面に対し塗工液の塗工を終了するときに、前記塗工タンクの高さＨＴを塗工終了時の高さから下降速度ｖ２で下降させるものであり、下降速度ｖ２＝ａ×ｃ２／ｂ２（但し、ｂ２は前記基材の塗工終了時における塗工距離、ｃ２は前記塗工速度ａで前記基材の塗工終了時近傍における前記塗工距離ｂ２だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す）であることを特徴とする請求項１記載の塗工装置である。

請求項５に係る発明は、前記液面制御手段は、前記塗工終了時に、前記塗工タンクの高さＨＴを待機高さに下降させると同時、または、所定時間後に前記塗工ノズルを待機高さまで下降させることを特徴とする請求項４記載の塗工装置である。

請求項６に係る発明は、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、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する塗工装置であって、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、前記塗工タンク上下動手段を用いて、前記塗工タンク内の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、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、前記塗工タンクの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、また、前記基材の上面に塗工液を塗工している間、前記塗工タンクの高さＨＴを塗工高さ設定値から上昇速度ｖ１で上昇させるものであり、上昇速度ｖ１＝Ｖ０×ｃ１／ｂ１（但し、Ｖ０は塗工速度、ｂ１は前記基材の塗工距離、ｃ１は予め試験により求めた前記塗工速度Ｖ０で前記基材を前記塗工距離ｂ１だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す）であることを特徴とする塗工装置である。

請求項７に係る発明は、前記液面制御手段は、塗工開始時に前記塗工タンクの高さＨＴを待機状態から接液高さ設定値に下降させ、前記基材の上面に塗工液が接液した後に前記退避高さ設定値に上昇させ、前記塗工タンクの高さＨＴを前記退避高さ設定値から前記塗工高さ設定値まで上昇速度ｖ０で上昇させるものであり、上昇速度ｖ０＝Ｖ０×ｃ０／ｂ０（但し、ｂ０は前記基材の塗工開始時における塗工距離、ｃ０は予め試験により求めた前記塗工速度Ｖ０で前記基材の塗工開始時近傍における前記塗工距離ｂ０だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す）であることを特徴とする請求項６記載の塗工装置である。

請求項８に係る発明は、前記液面制御手段は、前記塗工開始時に前記塗工タンクの高さＨＴを接液高さ設定値から前記退避高さ設定値に下降させると同時、または、所定時間後に前記塗工ノズルを塗工高さまで上昇させることを特徴とする請求項６記載の塗工装置である。

請求項９に係る発明は、前記液面制御手段は、前記基材の上面に塗工液の塗工終了するときに、前記塗工タンクの高さＨＴを塗工終了時の高さから下降速度ｖ２で下降させるものであり、下降速度ｖ２＝Ｖ０×ｃ２／ｂ２（但し、ｂ２は前記基材の塗工終了時における塗工距離、ｃ２は前記塗工速度Ｖ０で前記基材の塗工終了時近傍における前記塗工距離ｂ２だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す）であることを特徴とする請求項６記載の塗工装置である。

請求項１０に係る発明は、前記液面制御手段は、前記液面制御手段は、前記塗工終了時に、前記塗工タンクの高さＨＴを待機高さに下降させると同時、または、所定時間後に前記塗工ノズルを待機高さまで上昇させることを特徴とする請求項６記載の塗工装置である。

請求項１に係る発明の塗工装置では、塗工による塗工タンク中の塗工液の減少に応じて塗工タンクを上昇速度ｖ１で上昇させることにより、絶対的な液面高さは変化せず、常に同じ量の塗工液が塗工ノズルに供給されて、塗工厚さにムラが発生しない。

請求項２に係る発明の塗工装置では、まず、塗工開始時に前記塗工タンクの高さＨＴを待機状態から接液高さ設定値に上昇させ、前記基材の下面に塗工液が接液した後に前記退避高さ設定値に下降させる。次に、塗工開始時の塗工による塗工タンク中の塗工液の減少に応じて塗工タンクを上昇速度ｖ０で上昇させることにより、常に同じ量の塗工液が塗工ノズルに供給されて、接液時の塗工厚さにムラが発生しない。すなわち、接液時は塗工液の供給量が多くなり、他の塗工部分より塗工部分が盛り上がる傾向があるが、塗工タンクを上昇速度ｖ０で上昇させることにより、塗工開始時の盛り上がりを防止できる。

請求項３に係る発明の塗工装置では、塗工ノズルから塗工タンクに塗工液が逆流しない。

請求項４に係る発明の塗工装置では、塗工終了時の塗工による塗工タンク中の塗工液の減少に応じて塗工タンクを上昇速度ｖ２で下降させることにより、常に同じ量の塗工液が塗工ノズルに供給されて、離液時の塗工厚さにムラが発生しない。すなわち、離液時は塗工液の供給量が多くなり、他の塗工部分より塗工部分が盛り上がる傾向があるが、この塗工タンクを下降速度ｖ２で下降させることにより、塗工終了時の盛り上がりを防止できる。

請求項５に係る発明の塗工装置では、塗工ノズルから塗工タンクに塗工液が逆流しない。

請求項６に係る発明の塗工装置では、塗工による塗工タンク中の塗工液の減少に応じて塗工タンクを上昇速度ｖ１で上昇させることにより、絶対的な液面高さは変化せず、常に同じ量の塗工液が塗工ノズルに供給されて、塗工厚さにムラが発生しない。

請求項７に係る発明の塗工装置では、塗工開始時の塗工による塗工タンク中の塗工液の減少に応じて塗工タンクを上昇速度ｖ０で上昇させることにより、常に同じ量の塗工液が塗工ノズルに供給されて、接液時の塗工厚さにムラが発生しない。すなわち、接液時は塗工液の供給量が多くなり、他の塗工部分より塗工部分が盛り上がる傾向があるが、塗工タンクを上昇速度ｖ０で上昇させることにより、塗工開始時の盛り上がりを防止できる。

請求項８に係る発明の塗工装置では、塗工ノズルから塗工タンクに塗工液が逆流しない。

請求項９に係る発明の塗工装置では、塗工終了時の塗工による塗工タンク中の塗工液の減少に応じて塗工タンクを下降速度ｖ２で下降させることにより、離液時の塗工厚さにムラが発生しない。すなわち、離液時は塗工液の供給量が多くなり、他の塗工部分より塗工部分が盛り上がる傾向があるが、この塗工タンクを下降速度ｖ２で下降させることにより、塗工終了時の盛り上がりを防止できる。

請求項１０に係る発明の塗工装置では、塗工ノズルから塗工タンクに塗工液が逆流しない。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の塗工装置１０について図１から図３に基づいて説明する。

本実施形態の塗工装置１０は、板材の基材Ｗに塗工液を塗工するものである。例えば、液晶表示装置の液晶セルに用いられるガラス板に反射防止層や保護膜を形成するため、または、露光機のマスクを形成するときにＣｒ膜などを塗工する場合である。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
図１は、塗工装置１０の構成図である。

ガラス板等の板状である基材Ｗは、下面に吸引口を有したサクションテーブルに吸引された状態で支持されたものであり、このサクションテーブル１２は、モータ１３によって前後方向（図１においては、右側から左側）に移動可能となっている。

サクションテーブル１２の下方には、基材Ｗの下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、上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の上端部が塗工液の吐出口１８となっている。また、毛管状隙間１６の下端部には、供給された塗工液を左右方向に均等に配分する空間である液溜め部１９が設けられている。

塗工ノズル１４は、その下方に配されたエアシリンダまたはモータよりなる上下動装置２０によって上下動可能となっている（図１における点線の状態から実線の状態）。

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。すなわち、塗工ノズル１４の壁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が設けられている。このラック２８に前記した塗工タンク２２が取り付けられている。ネジ棒２６は減速機付きのモータ３０によって回動自在であり、モータ３０を回動させるとネジ棒２６は回転し、それと共にラック２８、すなわち、塗工タンク２２が塗工ノズル１４に対し上下動する。また、支持部２４は塗工ノズル１４に固定されているため、塗工ノズル１４が上下動装置２０によって上下動するとそれと共に塗工タンク２２も上下動する。

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、大気に開放された状態となっている。

塗工タンク２２の底面から、塗工ノズル１４の側面に向かって塗工液を供給するための供給パイプ３４が設けられている。この供給パイプ３４から供給された塗工液は液溜め部１９に至る。

支持部２４の上部から非接触式（例えば、光学式）の液面センサ３２が突出している。この液面センサ３２は、塗工タンク２２に溜まっている塗工液の液面高さを検出する。

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３６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、コンプレッサなどのポンプ５４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（Ｎ_２ ））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に供給する。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、空気などのその他の気体でもよい。

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の移動を行うモータ１３、上下動装置２０、塗工タンク２２を上下動させるモータ３０、液面センサ３２、電磁弁３９，ポンプ５４が接続されている。

制御部５６は、液面センサ３２によって塗工液の液面高さを検出して、その検出したデータに基づいてモータ３０を駆動させて塗工タンク２２を上下動させ、そして、塗工タンク２２内の液面高さを下記で説明する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。これによって、従来のように廃棄される塗工液を最小限にすることができる。

この塗工の具体的な数値としては、例えば下記のようなものである。

塗工厚さは、ドライ状態で０．１ミクロンから５．０ミクロン、塗工液の粘度は３０ｃｐｓ以下、塗工液の固形分は１０％以下、塗工速度ａは０．１ｍ／分〜５．０ｍ／分、塗工距離（基材Ｗに塗工する長さ）は０．１ｍ〜２ｍ、塗工タンク２２の容量は０．０１リットル（１０ｃｃ）〜５リットルである。

（２）塗工装置１０の塗工方法
上記構成の塗工装置１０を用いて、基材Ｗの下面に塗工液を塗工する塗工方法について図２及び図３に基づいて順番に説明していく。

（２−１）第１工程（図２（１）参照）
第１工程では、サクションテーブル１２に基材Ｗは吸引され、塗工ノズル１４はその下方に待機した状態となっている。図３においては、塗工ノズル１４のノズル高さは待機高さＨＮ０であり、塗工タンク２２のタンク高さは待機高さＨＴ０となっている。

（２−２）第２工程（図２（２）参照）
サクションテーブル１２をモータ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。

また、塗工ノズル１４を上下動装置２０によって上昇させ、吐出口１８を塗工開始位置における基材Ｗの下面の近傍に停止させる。この場合に、塗工ノズル１４とともに塗工タンク２２も上昇してくるが、その上昇分だけでなくモータ３０を用いて塗工タンク２２に収納されている塗工液の液面高さを、塗工ノズル１４の毛管状隙間１６における上端部の位置（すなわち、吐出口の位置）の位置になるように設定する。この設定には、図１に示すように、毛管状隙間１６の液高さが、ｈ１だけ塗工タンク２２に収納された液高さよりも高くなることを考慮する。このｈ１の高低差がある理由は、毛管状隙間１６では毛細管現象によって塗工ノズル１４の上端まで塗工液が上昇するからである。

（２−３）第３工程（図２（３）参照）
塗工ノズル１４を基材Ｗの下面に対し接液高さＨＮ１まで上昇させる。これと同時に、塗工タンク２２も上昇させ、接液高さＨＴ１に上昇させる。これによって、塗工タンク２２内の毛管状隙間１６から塗工液が吐出し基材Ｗの下面に接液が行われる（図２（３）参照）。

次に、この接液が行われると、ノズル高さは接液高さＨＮ１のまま維持し、タンク高さを退避高さＨＴ２まで下降させる。このようにタンク高さを下げることにより、塗工ノズル１４から吐出している塗工液、すなわち接液されている塗工液の量が減り、塗工を開始した時における塗工液の盛り上がりによりムラを少なくすることができる。

次に、塗工液が、基材Ｗの下面に接液した状態のままで塗工ノズル１４のノズル高さを塗工高さＨＮ２まで下降させる。

（２−４）第４工程
上記のようにタンク高さが退避高さＨＴ２の状態にあり、ノズル高さが塗工高さＨＮ２の状態にある状態で、サクションテーブル１２をモータ１３によって移動を開始する。このときに塗工開始時の塗工状態のムラを防止するため、タンク高さを退避高さＨＴ２から塗工高さＨＴ３まで上昇させる。なお、
ｖ０＝ａ×ｃ０／ｂ０
である。但し、ａは塗工速度であり、ｂ０は基材Ｗの塗工開始時における塗工距離であり、ｃ０は予め試験により求めた前記塗工速度ａで基材Ｗの塗工開始時における塗工距離ｂ０だけ塗工をした場合の塗工タンク２２の液面の高さの変化した距離を表す。

このようにして、上昇速度ｖ０でタンク高さを塗工高さＨＴ３まで上昇させる。このように、予め試験により求めた減少する液面高さの分だけ上昇させることにより、塗工開始時におけるムラを防止することができる。

（２−５）第５工程（図２（４）参照）
基材Ｗの下面に塗工速度ａで塗工液を塗工する。この場合に、タンク高さを塗工高さＨＴ３から上昇速度ｖ１で上昇させる。なお、
ｖ１＝ａ×ｃ１／ｂ１
である。但し、ｂ１は基材Ｗの塗工距離であり、ｃ１は予め試験により求めた塗工速度ａで基材Ｗを塗工距離ｂ１だけ塗工した場合の塗工タンク２２の液面高さが変化した距離を表す。

このように、予め試験により求めた液面高さが減少する分だけ塗工タンク２２を上昇させながら塗工するため、従来のようなフィードバック制御するよりも塗工厚さを均一にすることができる。

（２−６）第６工程
塗工終了時において、タンク高さの上昇速度ｖ１から逆に下降速度ｖ２で下降させる。

ｖ２＝ａ×ｃ２／ｂ２
である。但し、ｂ２は基材の塗工終了時における塗工距離であり、ｃ２は予め試験により求めた塗工速度ａで基材の塗工終了時における塗工距離ｂ２だけ塗工した場合の塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す。

このように下降速度ｖ２で下降させて離液時におけるムラを防止することができる。すなわち、下降させることにより予め離液時における塗工液の供給量が多くなる状態を防止し、離液が行われた場合でも塗工液の量が増えて盛り上がりが発生して塗工厚さが大きくなるのを防止することができる。

（２−７）第７工程
塗工終了位置に基材Ｗが移動すると、タンク高さ及びノズル高さを待機高さＨＴ０及びＨＮ０まで下げ、離液を行う。

以上により、塗工厚さを均一にしつつ基材Ｗの下面に塗工液を塗工することができる。

（３）変更例１
上記第３工程では、塗工ノズル１４を接液高さＨＮ１まで上昇させると同時に、塗工タンク２２も接液高さＨＴ１に上昇させている。

これに代えて、塗工タンク２２を接液高さＨＴ１に上昇させた後、０秒〜１５秒後に塗工ノズル１４を接液高さＨＮ１に上昇させてもよい。

これにより、塗工ノズル１４から塗工タンク２２への塗工液の逆流を防止でき、接液部分の塗工不良をより確実に防止できる。

（４）変更例２
上記第７工程では、塗工ノズル１４の下降と同時に、塗工タンク２２も待機高さＨＴ０まで下降させている。

これに代えて、塗工タンク２２を下降させた後、０秒〜１５秒後に塗工ノズル１４を下降させてもよい。

これにより、塗工ノズル１４から塗工タンク２２への塗工液の逆流を防止でき、離液部分の塗工不良をより確実に防止できる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態の塗工装置１０について図４〜図７に基づいて説明する。

本実施形態の塗工装置１０は、板材の基材Ｗに塗工液を塗工するものである。例えば、液晶表示装置の液晶セルに用いられるガラス板に反射防止層や保護膜を形成するため、または、露光機のマスクを形成するときにＣｒ膜などを塗工する場合である。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４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６２が配されている。この塗工ノズル６２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６２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６２は、上下動装置６４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６２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６２が上下方向に移動する。なお、塗工ノズル６２の上下動装置６４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６２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６２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６２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５４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７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６４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６２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６２を上下動装置６４によって下降させ、図６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４に示すように、塗工ノズル６２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６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７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、塗工タンク２２を下降させて塗工液高さをＨ１から退避高さＨ２に下降させる。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６２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６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、塗工タンク２２を上昇させて退避高さ設定値Ｈ２から塗工高さ設定値Ｈ０に上昇させる。サクションテーブル１２を速度ａ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６の点線の部分）。

具体的には、基材Ｗの上面に塗工液を塗工している間、塗工タンク２２の高さを塗工高さ設定値Ｈ０から下記の上昇速度ｖ１（ｍ／分）で上昇させる。

ｖ１＝ａ×ｃ１／ｂ１
但し、ａ（ｍ／分）は塗工速度、ｂ１（ｍｍ）は前記基材の塗工距離、ｃ１（ｍｍ）は予め試験により求めた前記塗工速度で前記基材を前記塗工距離だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す。

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６２のノズル高さもＬ０からＬ２に上昇させ、離液を行なう。

（４）第２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。

（５）変更例１
上記実施形態では、塗工開始時から塗工終了時まで、上昇速度ｖ１で上昇させ塗工タンク２２を上昇させたが、これに代えて下記のように塗工タンク２２の高さを制御してもよい。

（５−１）塗工開始時
基材Ｗの上面に塗工液の塗工開始時の退避高さＨ２から塗工高さＨ０に上昇させるときに塗工タンク２２を下記の上昇速度ｖ０（ｍ／分）で上昇させる。

ｖ０＝ａ×ｃ０／ｂ０
但し、ｂ０（ｍｍ）は基材Ｗの塗工開始時における塗工距離、ｃ０（ｍｍ）は予め試験により求めた塗工速度ａで基材Ｗの塗工開始時近傍における塗工距離ｂ０だけ塗工した場合の塗工タンク２２の液面高さが変化した距離を表す。

これにより、接液時の塗工厚さのムラをさらに防止できる。すなわち、接液時は塗工液の供給量が多くなり、他の塗工部分より塗工部分が盛り上がる傾向があるが、塗工タンクを上昇速度ｖ０で上昇させることにより、塗工開始時の盛り上がりを防止できる。

（５−２）塗工終了時
基材Ｗの上面に塗工液の塗工終了時の塗工タンク２２の高さをｖ１で塗工を終了した時の高さから下記の下降速度ｖ２（ｍ／分）で下降させる。

ｖ２＝ａ×ｃ２／ｂ２
但し、ｂ２（ｍｍ）は基材Ｗの塗工終了時における塗工距離、ｃ２（ｍｍ）は予め試験により求めた塗工速度ａで基材Ｗの塗工終了時近傍における塗工距離ｂ０だけ塗工した場合の塗工タンク２２の液面高さが変化した距離を表す。

これにより、離液時の塗工厚さのムラをさらに防止できる。すなわち、離液時は塗工液の供給量が多くなり、他の塗工部分より塗工部分が盛り上がる傾向があるが、この塗工タンクを下降速度ｖ２で下降させることにより、塗工終了時の盛り上がりを防止できる。

（６）変更例２
上記第３工程では、塗工ノズル６２の上昇と同時に、塗工タンク２２を下降させている。

これに代えて、塗工タンク２２を下降させた後、０秒〜１５秒後に塗工ノズル６２を上昇させてもよい。

これにより、塗工ノズル６２から塗工タンク２２への塗工液の逆流を防止でき、接液部分の塗工不良をより確実に防止できる。

（７）変更例３
上記第５工程では、塗工ノズル６２の下降と同時に、塗工タンク２２も上昇させている。

これに代えて、塗工タンク２２を下降させた後、０秒〜１５秒後に塗工ノズル６２を上昇させてもよい。

これにより、塗工ノズル６２から塗工タンク２２への塗工液の逆流を防止でき、離液部分の塗工不良をより確実に防止できる。

（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８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。

本発明は、液晶表示装置、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ表示装置などの平面表示装置のガラス基板における反射防止層や保護膜の形成、または、露光機のマスクを形成するときにＣｒ膜などを塗工する場合に好適である。

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。 （１）から（４）は、塗工装置の塗工工程を示す図面である。 本実施形態の塗工装置の塗工状態を示すタイムチャートである。 第２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
１４ 塗工ノズル
１６ 毛管状隙間
１８ 吐出口
２２ 塗工タンク
３２ 液面センサ
３４ 供給パイプ

Claims (10)

1. 毛管状隙間を備え、その上端部が塗工液の吐出口となった左右方向に延びる塗工ノズルと、
   大気開放された状態で塗工液を貯留すると共に、前記塗工ノズルに連通されて塗工液を前記塗工ノズルに供給可能な塗工液供給手段と、
   塗工対象である板状の基材に前記塗工ノズルを近接させた状態で、前記吐出口に沿って前記基材を相対的に前後方向に移動させる移動手段と、
   を備え、
   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より前記塗工ノズルに供給されている塗工液を、前記塗工ノズルの吐出口から前記基材の下面へ毛細管現象により塗工する塗工装置において、
   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、
   液面制御手段と、
   を備え、
   前記液面制御手段は、
   前記基材の下面に塗工液を塗工している間、前記塗工タンクの高さＨＴを塗工高さ設定値から上昇速度ｖ１で上昇させるものであり、
   上昇速度ｖ１＝ａ×ｃ１／ｂ１（但し、ａは塗工速度、ｂ１は前記基材の塗工距離、ｃ１は予め試験により求めた前記塗工速度ａで前記基材を前記塗工距離ｂ１だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す）である
   ことを特徴とする塗工装置。
2. 前記液面制御手段は、
   塗工開始時に前記塗工タンクの高さＨＴを待機状態から接液高さ設定値に上昇させ、前記基材の下面に塗工液が接液した後に前記退避高さ設定値に下降させ、
   前記基材の下面に塗工液の塗工開始するときに、前記塗工タンクの高さＨＴを前記退避高さ設定値から前記塗工高さ設定値まで上昇速度ｖ０で上昇させるものであり、
   上昇速度ｖ０＝ａ×ｃ０／ｂ０（但し、ｂ０は前記基材の塗工開始時における塗工距離、ｃ０は予め試験により求めた前記塗工速度ａで前記基材の塗工開始時近傍における前記塗工距離ｂ０だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す）である
   ことを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
3. 前記液面制御手段は、
   前記塗工開始時に前記塗工タンクの高さＨＴを待機状態から接液高さ設定値に上昇させると同時、または、所定時間後に前記塗工ノズルを接液高さまで上昇させ、前記塗工タンクを前記退避高さ設定値に下降させる
   ことを特徴とする請求項２記載の塗工装置。
4. 前記液面制御手段は、
   前記基材の下面に対し塗工液の塗工を終了するときに、前記塗工タンクの高さＨＴを塗工終了時の高さから下降速度ｖ２で下降させるものであり、
   下降速度ｖ２＝ａ×ｃ２／ｂ２（但し、ｂ２は前記基材の塗工終了時における塗工距離、ｃ２は前記塗工速度ａで前記基材の塗工終了時近傍における前記塗工距離ｂ２だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す）である
   ことを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
5. 前記液面制御手段は、
   前記塗工終了時に、前記塗工タンクの高さＨＴを待機高さに下降させると同時、または、所定時間後に前記塗工ノズルを待機高さまで下降させる
   ことを特徴とする請求項４記載の塗工装置。
6. 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する塗工装置であって、
   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、
   前記塗工タンク上下動手段を用いて、前記塗工タンク内の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、
   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、前記塗工タンクの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、
   また、前記基材の上面に塗工液を塗工している間、前記塗工タンクの高さＨＴを塗工高さ設定値から上昇速度ｖ１で上昇させるものであり、
   上昇速度ｖ１＝Ｖ０×ｃ１／ｂ１（但し、Ｖ０は塗工速度、ｂ１は前記基材の塗工距離、ｃ１は予め試験により求めた前記塗工速度Ｖ０で前記基材を前記塗工距離ｂ１だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す）である
   ことを特徴とする塗工装置。
7. 前記液面制御手段は、
   塗工開始時に前記塗工タンクの高さＨＴを待機状態から接液高さ設定値に下降させ、前記基材の上面に塗工液が接液した後に前記退避高さ設定値に上昇させ、
   前記塗工タンクの高さＨＴを前記退避高さ設定値から前記塗工高さ設定値まで上昇速度ｖ０で上昇させるものであり、
   上昇速度ｖ０＝Ｖ０×ｃ０／ｂ０（但し、ｂ０は前記基材の塗工開始時における塗工距離、ｃ０は予め試験により求めた前記塗工速度Ｖ０で前記基材の塗工開始時近傍における前記塗工距離ｂ０だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す）である
   ことを特徴とする請求項６記載の塗工装置。
8. 前記液面制御手段は、
   前記塗工開始時に前記塗工タンクの高さＨＴを接液高さ設定値から前記退避高さ設定値に下降させると同時、または、所定時間後に前記塗工ノズルを塗工高さまで上昇させる
   ことを特徴とする請求項６記載の塗工装置。
9. 前記液面制御手段は、
   前記基材の上面に塗工液の塗工終了するときに、前記塗工タンクの高さＨＴを塗工終了時の高さから下降速度ｖ２で下降させるものであり、
   下降速度ｖ２＝Ｖ０×ｃ２／ｂ２（但し、ｂ２は前記基材の塗工終了時における塗工距離、ｃ２は前記塗工速度Ｖ０で前記基材の塗工終了時近傍における前記塗工距離ｂ２だけ塗工した場合の前記塗工タンクの液面高さが変化した距離を表す）である
   ことを特徴とする請求項６記載の塗工装置。
10. 前記液面制御手段は、
    前記塗工終了時に、前記塗工タンクの高さＨＴを待機高さに下降させると同時、または、所定時間後に前記塗工ノズルを待機高さまで上昇させる
    ことを特徴とする請求項６記載の塗工装置。

Images