JP4992383B2 - 塗布装置及びダイヘッド洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学用フィルムやＬＣＤ基板等のフィルム基材やガラス基材に塗液を所定の厚さに塗布するスロットダイコート方式の塗布機構及びスロットダイコート用のダイヘッドを洗浄する洗浄液を少量に抑えつつ、短時間でダイヘッドを洗浄する機構を備えた塗布装置及びそのダイヘッド洗浄方法に関する。

フィルム基材やガラス基材に塗液を塗布する方法には、グラビアコート方式、ロールコート方式、スピンコート方式、スロットダイコート方式などが目的に応じ利用されている。特にスロットダイコート方式は、高速で塗布を行っても均一な膜を得ることができること、無駄となる塗液の量を抑えることができること、塗液を大気にさらすことなく成膜可能なクローズド系であることなど、多くの利点を有している。また、クローズド系の利点は、外部からの塗液への異物の混入を回避でき、かつ溶媒の蒸発を回避できることである。

このようにスロットダイコート方式は多くの利点を有するものの、スロットダイコート用のダイヘッドはスリットやマニホールドを有するため、これらの内部に異物が存在すると、この異物によって塗布膜に欠陥が発生するおそれがあり、ダイヘッド内部の管理には細心の注意が必要にある。また、異物を除去するために塗液に対してフィルタリングを実施しても、塗液中の含有物の比重差によりマニホールド内に堆積物が発生し、これが異物となることがある。このため、ダイヘッド内部を定期的に洗浄する必要がある。また、塗液の切り換えを行う際にも洗浄が必要になる。

ダイヘッドの洗浄には、ダイヘッドを分解して洗浄することが最も確実な方法である反面、その分解、組立て、アライメント調整に多くの時間と労力を要し、生産性を考慮するとダイヘッドの分解洗浄方式は好ましくない。
そこで、従来においては、ダイヘッドの内部に洗浄液を送り込み、これにより、ダイヘッドの内部を少量の洗浄液で短時間のうちに洗浄する方法が提案されている。この洗浄方法は、洗浄液のタンク及びポンプをダイヘッドに接続し、洗浄液をポンプにより循環させることでダイヘッド内部を洗浄するものである（例えば特許文献１，２参照）。また、ダイヘッド内部を効率的に洗浄するために、洗浄液の送給条件を規定した方法もある（例えば特許文献３，４参照）。
特開２０００−３３３１３号公報 特開２００４−３４４６９６号公報 特開２００３−１１２０９４号公報 特開２００４−７４０３７号公報

しかしながら、ダイヘッド内部、特に、マニホールド内に発生した異物がその内壁面に強く付着している場合には、特許文献３または特許文献４に開示された洗浄液の送給条件では、上記異物の除去は困難になり多量の洗浄液が必要になる。また、洗浄液を循環させる特許文献１または特許文献２に開示された方法では、洗浄液の量が大幅に増加することはないものの、洗浄時間が長くなってしまうという問題がある。

本発明は、上記のような従来の問題を解決するためになされたもので、その目的は、マニホールドの壁面に強く異物が付着していても、これを簡便に除去できるとともにダイヘッド内部を短時間かつ少量の洗浄液で十分な洗浄を可能にした塗布装置及びそのダイヘッド洗浄方法を提供するところにある。

前記目的を達成するために本発明の塗布装置は、塗液を貯溜するマニホールド及び該マニホールドに連通され前記塗液が吐出される吐出スリットを有するダイヘッドと、前記マニホールドに塗液を供給し該マニホールドから前記吐出スリットを通して吐出される塗液を基材に塗布する塗液供給手段と、前記塗液供給手段から前記マニホールドへの塗液の供給を停止した状態で、前記マニホールドに洗浄液を供給して該マニホールド内に乱流を発生させることにより前記マニホールド内及び前記吐出スリット内を洗浄する洗浄手段を備え、前記洗浄手段は、前記マニホールドに洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、前記洗浄液供給手段から前記マニホールドに供給される洗浄液の流量を測定する流量計と、前記流量計により測定された測定値に基づいて前記マニホールドへの洗浄液の流量が１０００ｃｃ／ｍｉｎ以上となるように前記洗浄液供給手段を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、請求項１に記載の塗布装置のダイヘッド洗浄方法であって、前記洗浄液供給手段から前記マニホールドに供給される洗浄液の流量を流量計により測定し、前記測定値に基づいて前記マニホールドへの洗浄液の流量が１０００ｃｃ／ｍｉｎ以上となるように前記洗浄液供給手段を前記制御部より制御し、前記洗浄液供給手段により前記マニホールドに洗浄液を供給して該マニホールド内に乱流を発生させることにより前記マニホールド内及び前記吐出スリット内を洗浄することを特徴とする。

本発明の塗布装置及びそのダイヘッド洗浄方法によれば、レイノルズ数が２０００以上となる流量の洗浄液をマニホールドに供給して、マニホールド内に乱流を発生させるようにしたので、マニホールドの内面に強く付着した異物は、洗浄液の乱流により瞬時に剥がし取られるとともに、乱流拡散により洗浄液の主流に乗ってダイヘッド外へと排出される。そして、マニホールド内は洗浄手段から送られてくる汚染されてない洗浄液に効率的に置換されるため、短時間かつ少量の洗浄液で十分な洗浄効果が得られる。

以下、本発明にかかる塗布装置及びそのダイヘッド洗浄方法の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明にかかる塗布装置及びそのダイヘッド洗浄方法は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明のダイヘッド洗浄方法を用いた塗布装置の実施の形態を示す概略構成図、図２は本実施の形態１におけるダイヘッドの縦断側面図、図３は本実施の形態１におけるダイヘッドコート部の概略構成図である。
ダイヘッドコート方式の塗布装置は、図１に示すように、ダイヘッド１０と、このダイヘッド１０に接続された塗液供給装置（特許請求の範囲に記載した塗液供給手段に相当する）２０及び洗浄装置（特許請求の範囲に記載した洗浄手段に相当する）３０とを備えている。

ダイヘッド１０は、図１及び図２に示すように、先端部１０１ａを有する所定長さ（図３に示す基材２の幅に対応した長さ）のヘッド本体１０１と、このヘッド本体１０１内にヘッド本体１０１の長手方向に沿って形成された塗液貯溜用のマニホールド１０２と、ヘッド本体１０１内にマニホールド１０２から先端部１０１ａに向けて貫通状態に形成され、先端部１０１ａから外方に吐出する吐出スリット１０３とを有している。また、ヘッド本体１０１の長手方向の一端部には、マニホールド１０２の一端に連通する塗液の注入と洗浄液の注入を兼ねた注入口１０４が設けられ、この注入口１０４には切換弁４１を介して塗液供給装置２０及び洗浄装置３０が接続されている。さらに、ヘッド本体１０１の長手方向の他端部には、マニホールド１０２の他端に連通する洗浄液排出口１０５が設けられ、この洗浄液排出口１０５には、ダイヘッド１０の洗浄時にのみ開かれる開閉弁４２が接続されている。また、吐出スリット１０３から排出される洗浄液を捕集するための液受け４３がヘッド本体１０１の先端部１０１ａに対向して配置される。

塗液供給装置２０は、図１及び図３に示すように、塗液をマニホールド１０２内に切換弁４１及び注入口１０４を通して供給し、この塗液をマニホールド１０２から吐出スリット１０３を通して吐出することにより、支持ロール１に巻き掛けられて走行する基材２に塗液を塗布するものであり、塗液タンク２０１と、この塗液タンク２０１の塗液をマニホールド１０２に圧送する塗液供給ポンプ２０２と、マニホールド１０２への塗液の流量を測定する流量計２０３と、マニホールド１０２に供給される塗液中の異物を除去するフィルタ２０４とから構成されている。

洗浄装置３０は、塗液供給装置２０からマニホールド１０２への塗液の供給を停止した状態で、マニホールド１０２に洗浄液を所定の流量で供給してマニホールド１０２内に乱流を発生させ、この乱流によりマニホールド１０２内及び吐出スリット１０３内を洗浄するものであり、洗浄液タンク３０１と、この洗浄液タンク３０１の洗浄液をマニホールド１０２に圧送する洗浄液供給ポンプ３０２と、マニホールド１０２への洗浄液の流量を測定する流量計３０３と、この流量計３０３により測定された測定値に基づいてマニホールドへの洗浄液の流量が１０００ｃｃ／ｍｉｎ以上となるように洗浄液供給ポンプ３０２を制御する制御部３０４とから構成されている。
また、洗浄液供給ポンプ３０２は、マニホールド１０２内及び吐出スリット１０３内が洗浄された後にマニホールド１０２内に空気または窒素等の不活性ガスなどの乾燥気体を送り込んでマニホールド１０２内及び吐出スリット１０３内を乾燥する乾燥気体供給機能を備えている。このために、洗浄液タンク３０１と洗浄液供給ポンプ３０２との配管経路に切換弁３０５を設け、この切換弁３０５により洗浄液供給ポンプ３０２の吸入側を洗浄液タンク３０１または乾燥気体供給系（特許請求の範囲に記載した乾燥気体供給手段に相当する）に切り換える構成になっている。

次に、本実施の形態１における塗布装置の動作について説明する。
基材２への塗液の塗布に際しては、図３に示すように、液受け４３を取り除いた状態でダイヘッド１０の先端部１０１ａを支持ロール１に巻き掛けられて基材２に対向配置し、さらに、ダイヘッド１０に塗液が供給できるように切換弁４１を塗液供給装置２０側に切り換え、かつ開閉弁４２を閉状態に保持する。この開閉弁４１の切り換え操作及び開閉弁４２の開閉操作は手動または自動で行うようにしてもよい。
かかる状態で、塗液供給ポンプ２０２が起動されると、塗液タンク２０１の塗液は塗液供給ポンプ２０２により、流量計２０３、フィルタ２０４及び切換弁４１を通して注入口１０４からマニホールド１０２内に送給される。これに伴い、マニホールド１０２に送給された塗液は吐出スリット１０３から吐出されるとともに、支持ロール１に巻き掛けられて走行する基材２の表面に塗布され、塗膜が形成される。

次に、ダイヘッド１０を洗浄する場合について説明する。
この場合は、図３に示すように、液受け４３をダイヘッド１０の先端部１０１ａに対向配置し、さらに、ダイヘッド１０に洗浄液が供給できるように切換弁４１を洗浄装置３０側に切り換え、かつ開閉弁４２を開状態に保持する。また、切換弁３０５を洗浄液タンク３０１側に切り換え接続しておく。
かかる状態で、洗浄液供給ポンプ３０２が起動されると、洗浄液タンク３０１の洗浄液は洗浄液供給ポンプ３０２により、切換弁３０５、流量計３０３及び切換弁４１を通して注入口１０４からマニホールド１０２内に圧送されるとともに、排出口１０５から開閉弁４２を通して、図示省略の廃液タンクに排出される。また、マニホールド１０２内に流入した洗浄液の一部は吐出スリット１０３を通して液受け４３内に排出される。

ここで、マニホールド１０２内に圧送される洗浄液の流量は流量計３０３により測定され、その測定値は制御部３０４に入力される。制御部３０４では、測定値に基づいてマニホールド１０２への洗浄液の流量が１０００ｃｃ／ｍｉｎ以上となるように洗浄液供給ポンプ３０２を制御する。これにより、マニホールド１０２内にレイノルズ数が２０００以上となる乱流を発生させる。
このようにレイノルズ数が２０００以上となる乱流をマニホールド１０２内に生じさせることにより、少量の洗浄液で短時間にマニホールド１０２及び吐出スリット１０３の内部を洗浄できることが判明した。
マニホールド１０２内の流動状態はレイノルズ数Reで判別することができ、一般的に次式で算定できる。

ただし、ρは洗浄液の密度［ｋｇ／ｍ^３］、Qは流量［ｍ^３／ｓ］、ηは洗浄液の粘性［Pa・ｓ］、wは図２に示すマニホールド１０２の断面周囲長［ｍ］である。レイノルズ数が２０００を超えると、流れ場は乱流へと移行することが知られており、レイノルズ数が２０００を超える条件で洗浄液をマニホールド１０２内に流入すると、マニホールド１０２内に乱流が発生し、この乱流を利用してマニホールド内の洗浄が可能になる。したがって、レイノルズ数を洗浄条件のパラメータとして利用できる。

洗浄条件のパラメータであるレイノルズ数を管理するため、洗浄液の流量を流量計３０３で監視することが好ましい。測定された流量情報を基に、制御部３０４で洗浄液供給ポンプ３０２を制御することにより、マニホールド１０２内の洗浄に適した流動状態を成立させることができる。
また、本実施の形態１におけるマニホールド１０２の断面周囲長ｗは０．００１ｍ以上０．２ｍ以下とする必要がある。これは、マニホールド１０２に流入される洗浄液の流量には限りがあり、マニホールド１０２の断面周囲長ｗが大きくなると乱流の成立が困難となる。マニホールド１０２の断面周囲長ｗが０．２ｍを超えるような場合は、レイノルズ数が２０００を超えるような乱流の発生が困難となる。
また、本実施の形態１においては、レイノルズ数が２０００以上の乱流による洗浄を少量の洗浄液で行うためには、マニホールド１０２の断面周囲長ｗは小さい方が好ましいが、マニホールド１０２の断面周囲長ｗが０．００１［ｍ］を下回るような場合には、マニホールド１０２が液溜まりとしての機能を有することができなくなってしまう。具体的には塗布の際にスリット幅方向での塗液の吐出量にバラツキが発生することになる。

マニホールド１０２内に洗浄液を圧送する場合、吐出スリット１０３の尖端開口を閉鎖し、全ての洗浄液がマニホールド１０２内を通過し、排出口１０５からダイヘッド１０外へ排出されるような系でもダイヘッド１０の洗浄は可能であるが、吐出スリット１０３の尖端開口を閉鎖せずに吐出スリット１０３にも洗浄液が行き渡るようにすることが好ましい。吐出スリット１０３に洗浄液を分配すると、マニホールド１０２内だけでなく吐出スリット１０３内も同時に洗浄されるからである。吐出スリット１０３に洗浄液が分配されると、マニホールド１０２内の流量が低下してしまうが、マニホールド１０２内の乱流が層流へと移行してしまうほどの流量低下は発生しないため、問題とはならない。

上述のように吐出スリット１０３に洗浄液を分配させる方式では、吐出スリット１０３から汚染された洗浄液が噴出し、塗布装置の周辺を汚染してしまう。そこで、これを防ぐために吐出スリット１０３の尖端付近に噴出液を回収するための液受け４３を配置する。これにより、吐出スリット１０３から噴出される洗浄液の飛散を防止できる。
また、本実施の形態１では、洗浄液の供給方法として、ポンプ３０２を利用する場合、ダイアフラムポンプのように脈動の大きなポンプが有用である。脈動の大きなポンプは、流量に変動があるため、瞬間的なレイノルズ数は平均的なレイノルズ数に比べ大きくなり、乱流の程度が高まり洗浄効果を向上できる。このように流量の変動自体が流れを乱す効果があり、乱流の程度が高まり洗浄効果を向上できる。

また、本実施の形態１では、洗浄液によりマニホールド１０２及び吐出スリット１０３内を洗浄した後、切換弁３０５を乾燥気体供給系に切り換え接続する。この状態で洗浄液供給ポンプ３０２を駆動することにより、空気または窒素等の不活性ガスなどの乾燥気体が注入口１０４からマニホールド１０２内に流入され、排出口１０５及び吐出スリット１０３を通してダイヘッド１０外へ排出される。これにより、マニホールド１０２及び吐出スリット１０３内に残留する洗浄液をダイヘッド１０外へ排出するとともにマニホールド１０２内及び吐出スリット１０３内を乾燥することができる。
なお、空気を送り込む場合、洗浄液のポンプ３０２をそのまま利用することも可能である。また、ダイアフラムポンプで洗浄液を供給する場合、そのまま空気を送るだけでも十分な内部乾燥を行うことができる。また洗浄液供給ポンプ３０２をそのまま利用する場合は、洗浄用設備をより簡略化することができる利点がある。

以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
全長が０．５ｍ、断面周囲長が０．０４２ｍのマニホールド１０２を有するダイヘッド１０に、粒子分散系の塗液を８時間送給し、マニホールド１０２の内壁面に対して付着性の強い異物をマニホールド１０２の全内壁面に発生させた。その後、ダイアフラムポンプを用い、メチルエチルケトンを１．３×１０^−４ｍ^３／ｓの流量で、ダイヘッド１０に送給した。ダイヘッド１０の注入口１０４から流入した洗浄液の９０％以上が排出口１０５から排出され、残りの洗浄液が吐出スリット１０３の尖端から排出された。この時のレイノルズ数を算出すると、約１００００であり乱流が成立している。また、送給された洗浄液の送給量は２０００ｃｃであった。洗浄液の送給終了後もダイアフラムポンプで空気を供給し、ダイヘッド内の洗浄液の排出及び乾燥を行った。
＜評価＞
ダイヘッド１０を分解し、ダイヘッド１０内部に残された異物の状況を確認した。マニホールド１０２の壁面に付着した異物は全て除去されていた。しかし、ダイヘッド１０内はその排出口１０５から０．１ｍの付近までは清浄な溶剤に置換されきらなかったため、僅かではあるが汚れが残っていた。吐出スリット１０３は十分洗浄されていた。洗浄液を送給している時間を洗浄時間と定義すると、１５秒であった。

（実施例２）
実施例１と同様の条件で、洗浄液の送給量を４０００ｃｃに増やした。
＜評価＞
ダイヘッド１０を分解し、ダイヘッド１０内部の汚染状況を確認した。マニホールド１０２及び吐出スリット１０３内の汚れは一切確認されず、十分な洗浄状態が得られた。洗浄時間は３０秒であった。

（比較例１）
実施例１と同様の条件で、メチルエチルケトンを１．３×１０^−５ｍ^３／ｓの流量で、ダイヘッド１０に送給し洗浄を行った。この時のレイノルズ数は約１０００であり、乱流は成立してない。また、この時の洗浄液の送給量は４０００ｃｃであった。
＜評価＞
ダイヘッド１０を分解し、ダイヘッド１０内部の汚染状況を確認した。ダイヘッド１０内はその排出口１０５からダイヘッド１０の中央部まで異物が付着していた。洗浄時間は３００秒であった。

（比較例２）
比較例１と同様の条件で、洗浄液の送給量を８０００ｃｃに増やした。
＜評価＞
ダイヘッド１０を分解し、ダイヘッド１０内部の汚染状況を確認した。実施例１と同等の洗浄状態が得られた。洗浄時間は６００秒であった。

（評価結果）
評価結果をまとめると、図４に示す通りになる。レイノルズ数が１００００を超える乱流が成立する条件で洗浄液を送給すると、層流を利用し洗浄を行った時に比べ、少ない洗浄液量で行えるだけでなく、短時間で洗浄を実施できることが確認された。

本発明のダイヘッド洗浄方法を用いた塗布装置の実施の形態を示す概略構成図である。 本実施の形態１におけるダイヘッドの縦断側面図である。 本実施の形態１におけるダイヘッドコート部の概略構成図である。 本発明による洗浄方法の評価結果を示す図である。

符号の説明

１０……ダイヘッド、１０１……ヘッド本体、１０２……マニホールド、１０３……吐出スリット、１０４……注入口、１０５……排出口、２０……塗液供給装置、３０……洗浄装置、４１……切換弁、４２……開閉弁、４３……液受け、３０１……洗浄液タンク、３０２……洗浄液供給ポンプ、３０３……流量計、３０４……制御部。

Claims (10)

1. 塗液を貯溜するマニホールド及び該マニホールドに連通され前記塗液が吐出される吐出スリットを有するダイヘッドと、
   前記マニホールドに塗液を供給し該マニホールドから前記吐出スリットを通して吐出される塗液を基材に塗布する塗液供給手段と、
   前記塗液供給手段から前記マニホールドへの塗液の供給を停止した状態で、前記マニホールドに洗浄液を供給して該マニホールド内に乱流を発生させることにより前記マニホールド内及び前記吐出スリット内を洗浄する洗浄手段を備え、
   前記洗浄手段は、前記マニホールドに洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、前記洗浄液供給手段から前記マニホールドに供給される洗浄液の流量を測定する流量計と、前記流量計により測定された測定値に基づいて前記マニホールドへの洗浄液の流量が１０００ｃｃ／ｍｉｎ以上となるように前記洗浄液供給手段を制御する制御部とを備える、
   ことを特徴とする塗布装置。
2. 前記吐出スリットは前記基材の幅に対応した長さを有し、前記マニホールドは前記ダイヘッド内で前記吐出スリットの長手方向に延在形成され、前記ダイヘッドに前記マニホールドの長手方向の一端に連通する洗浄液注入口が設けられ、前記ダイヘッドに前記マニホールドの長手方向の他端に連通する洗浄液排出口が設けられていることを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
3. 前記乱流を生じさせるレイノルズ数が２０００以上となるように前記マニホールドの断面周囲長を０．００１ｍ以上０．２ｍ以下の範囲に設定し、かつ前記マニホールドへの洗浄液の流量を１０００ｃｃ／ｍｉｎ以上に設定したことを特徴とする請求項１または２記載の塗布装置。
4. 前記吐出スリットから排出される洗浄液を捕集する液受けを設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の塗布装置。
5. 前記マニホールド内及び前記吐出スリット内が洗浄された後、前記マニホールド内に乾燥用気体を送り込んで前記マニホールド内及び前記吐出スリット内を乾燥する乾燥気体供給手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の塗布装置。
6. 前記塗液供給手段と前記洗浄手段は切換弁を介して前記マニホールドに接続されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の塗布装置。
7. 請求項１に記載の塗布装置のダイヘッド洗浄方法であって、
   前記洗浄液供給手段から前記マニホールドに供給される洗浄液の流量を流量計により測定し、前記測定値に基づいて前記マニホールドへの洗浄液の流量が１０００ｃｃ／ｍｉｎ以上となるように前記洗浄液供給手段を前記制御部より制御し、前記洗浄液供給手段により前記マニホールドに洗浄液を供給して該マニホールド内に乱流を発生させることにより前記マニホールド内及び前記吐出スリット内を洗浄する、
   ことを特徴とするダイヘッド洗浄方法。
8. 前記吐出スリットは前記基材の幅に対応した長さ寸法を有し、前記マニホールドは前記ダイヘッド内で前記吐出スリットの長手方向に延在形成され、前記マニホールドの長手方向の一端は洗浄液注入口に連通され、前記マニホールドの長手方向の他端は洗浄液排出口に連通されていることを特徴とする請求項７記載のダイヘッド洗浄方法。
9. 前記乱流を生じさせるレイノルズ数が２０００以上となるように前記マニホールドの断面周囲長を０．００１ｍ以上０．２ｍ以下の範囲に設定し、かつ前記マニホールドへの洗浄液の流量を１０００ｃｃ／ｍｉｎ以上に設定したことを特徴とする請求項７または８記載のダイヘッド洗浄方法。
10. 前記マニホールド内及び前記吐出スリット内が洗浄された後、前記マニホールド内に乾燥用気体を送り込んで前記マニホールド内及び前記吐出スリット内を乾燥することを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載のダイヘッド洗浄方法。

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