JP5375995B2 - 塗布バルブ、および塗布システム - Google Patents

Description

本発明は、タンクから塗布ヘッドへの塗布液の供給を制御する塗布バルブ、およびその塗布バルブを備えたシステムに関する。

塗布対象物の一つである金属箔に塗布液を塗出することによって金属箔に塗布膜を形成する塗布システムが知られている（特許文献１参照）。図９は、本発明に関連する塗布システムの構成を示す図である。図９に示す塗布システム１００では、タンク１１０に貯蔵された塗布液１６０は、ポンプ１４０によって塗布バルブ１３０に送り込まれた後、塗布ヘッド１２０に供給される。その後、搬送ローラ１５０が金属箔１７０を搬送しているときに、塗布ヘッド１２０が塗布液をスリット１２１から金属箔１７０に吐出する。塗布システム１００では、塗布バルブ１３０が、タンク１１０から塗布ヘッド１２０への塗布液１６０の供給を制御する。以下、塗布バルブ１３０の動作内容について図１０を参照しながら説明する。

図１０は、図９に示す塗布バルブ１３０の動作内容を示す図である。図１０に示すように、塗布開始時には、シャフト１３２の先端部に設けられた弁体１３３が弁箱１３１の内部に形成された弁座１３１ａに接触している。このとき、塗布バルブ１３０では、シール部材１３４によって、弁箱１３１とシャフト１３２との隙間から塗布液が漏れないようになっている。弁箱１３１の内部では、弁体１３３が弁座１３１ａに接触することによって塗布液は弁座１３１ａを通過できない。すなわち、弁体１３３が、塗布ヘッド１２０への塗布液の供給を遮断している。その後、初期状態では、ジョイントブロック１３５を介してシャフト１３２に連結された駆動源１３６によってシャフト１３２が上昇し始める。シャフト１３２の上昇により弁体１３３が弁座１３１ａから離れる。そのため、塗布液が弁座１３１ａを通過して塗布ヘッド１２０に流れ込む。続いて、塗布ヘッド１２０が塗布液を金属箔１７０に吐出することによって、塗布膜１８０の形成が始まる。その後、定常状態では、シャフト１３２はその先端部が塗布ヘッド１２０に最も近付いた位置（弁体１３３が弁座１３１ａから最も離れた位置）に達するまで上昇し続け、当該位置で静止している。定常状態では、塗布液は塗布ヘッド１２０から一定の速度で吐出されるので、塗布膜１８０の膜厚は均一に保たれる。その後、終期状態では、駆動源１３６がシャフト１３２を下降させ、その後、塗布終了時にシャフト１３２は塗布開始時と同じ状態になる。

特開２０１１−１９４３２９号公報

上述した塗布バルブ１３０では、図１１に示すように、シャフト１３２の上昇時（弁座１３１ａの開放時）に、弁箱１３１の内部では、シャフト１３２の先端部と弁体１３３により塗布液を塗布ヘッド１２０側へ押す圧力が発生する。この圧力が大きい場合、塗布液が塗布ヘッド１２０に急激に押し出される。その結果、塗布膜形成の初期に膜厚が厚くなる現象、いわゆるオーバーシュートが発生する可能性がある（図１２参照）。オーバーシュートが発生すると、塗布膜の膜厚の均一性が損なわれる。

そこで、本発明は、塗布対象物に形成される塗布膜の膜厚の均一性を保つことが可能な塗布バルブ、およびその塗布バルブを備えた塗布システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の塗布バルブは、前記塗布液を塗布対象物に吐出する塗布ヘッドに連通する弁箱と、前記弁箱の内部に、前記塗布液が通過可能な開口部を備えた弁座と、前記開口部を貫通するように延び、前記塗布ヘッドに向かって移動可能なシャフトと、を有し、前記シャフトは、前記シャフトの先端部に設けられ、前記開口部を開閉可能な弁体と、前記先端部で前記弁体に囲まれた入口と、前記先端部と異なる箇所で前記弁箱の前記内部に連通した出口とを備え、前記シャフトの内部を前記シャフトの軸方向に沿って延びている空洞部と、前記出口に設けられ、前記空洞部から前記シャフトの外側に向かう方向にのみ前記出口を開放する逆止弁と、を有する。

上記目的を達成するために本発明の塗布システムは、前記塗布バルブと、前記塗布バルブに塗布液を供給するタンクと、前記塗布バルブを介して前記タンクに連通し、前記塗布バルブから供給された前記塗布液を塗布対象物に吐出する塗布ヘッドと、を有する。

本発明によれば、塗布対象物に形成される塗布膜の膜厚の均一性を保つことが可能となる。

本発明の実施形態１の塗布システムの構成を示す図である。 図１に示す塗布バルブの構成を示す図である。 図２に示す塗布バルブにおいて、逆止弁が出口を塞いだ状態を示す断面図である。 図３に示す塗布バルブの動作内容を示す図である。 図３に示す塗布バルブの動作内容を示す図である。 本発明の実施形態２の塗布バルブの構成を示す図である。 本発明の実施形態３の塗布バルブの構成を示す図である。 塗布バルブのシャフトの他の形態を示す断面図である。 本発明に関連する塗布システムの構成を示す図である。 図９に示す塗布バルブの動作内容を示す図である。 図９に示す塗布バルブの上昇時の弁箱内部の様子を示す図である。 オーバーシュートを説明するためのグラフである。

（実施形態１）
本発明の実施形態１について説明する。図１は、実施形態１の塗布システムの構成を示す図である。図１に示す塗布システム１０では、タンク１に塗布液６が貯蔵されている。塗布液６は、ポンプ４によって塗布バルブ３に送り込まれた後、塗布ヘッド２に供給される。塗布ヘッド２は、塗布液をスリット２１から吐出する。塗布液の吐出方向の前方では、塗布対象物である金属箔７が搬送ローラ５によって搬送されている。搬送ローラ５が金属箔７を搬送しているときに塗布ヘッド２が金属箔７に塗布液を吐出することによって、金属箔７に塗布膜８が形成される。塗布システム１０では、塗布バルブ３が、タンク１から塗布ヘッド２への塗布液６の供給を制御する。以下、塗布バルブ３の構成および動作について説明する。

まず、塗布バルブ３の構成について説明する。図２は、図１に示す塗布バルブ３の構成を示す図である。図２に示す塗布バルブ３では、タンク１に貯蔵された塗布液６が流入路９ａを通じて弁箱３１に流れ込む。一方、弁箱３１に貯蔵された塗布液は、流出路９ｂを通じて塗布ヘッド２に流出する。弁箱３１の内部には、弁座３１ａが形成されている。弁座３１ａは、開口部３１ｂを有する。

弁箱３１の内部において、タンク１から流れ込んだ塗布液は、弁座３１ａの開口部３１ｂを通過した後に塗布ヘッド２に供給される。開口部３１ｂは、弁体３３によって開閉される。弁体３３は、シャフト３２の先端部に設けられている。シャフト３２は、弁箱３１を貫通して弁箱３１の外部に延びている。塗布バルブ３には、弁箱３１とシャフト３２の隙間から塗布液が漏れないようにシール部３７が設けられている。シャフト３２の後端部は、ジョイントブロック３８によって駆動源３９に連結されている。駆動源３９は、例えば、エアシリンダ、モータなどで構成されている。

シャフト３２の内部には、空洞部３４が形成されている。空洞部３４は、シャフト３２の先端部で弁体３３に囲まれた入口３５ａと、シャフト３２の外周部に形成された出口３５ｂとを備え、シャフト３２の内部を、シャフト３２の軸方向に沿って延びている。出口３５ｂは、シャフト３２の外周部で開口し、かつ、弁座３１ａよりも塗布ヘッド２から離れている。出口３５ｂは、逆止弁３６によって開閉される。図３は、図２に示す逆止弁３６が出口３５ｂを閉じた状態をシャフト３２の軸方向に垂直な断面で示す断面図である。逆止弁３６は、空洞部３４からシャフト３２の外側に向かう方向にのみ出口３５ｂを開放する。

次に、塗布バルブ３の動作について説明する。図４、図５は、図３に示す塗布バルブ３の動作内容を示す図である。

図４（ａ）に示す塗布開始時には、弁体３３が弁座３１ａに接触している。そのため、弁箱３１の内部において塗布液は開口部３１ｂを通過できない。すなわち、弁体３３が、塗布ヘッド２への塗布液の供給を遮断している。

図４（ａ）に示す塗布開始時の後、図４（ｂ）に示す初期状態では、駆動源３９がシャフト３２を移動方向Ａに上昇させる。シャフト３２の上昇に伴って弁体３３が弁座３１ａから塗布ベッド２に向かって移動する。この移動により塗布液が開口部３１ｂを通過し、塗布ベッド２側に流れ始める。このとき、シャフト３２の先端部に入口３５ａが形成され、かつ、シャフト３２の内部に空洞部３４が形成されているので、塗布液の一部が入口３５ａから空洞部３４に流れ込む。流れ込んだ塗布液は、空洞部３４内を移動方向Ａと反対方向に流れる。すると、空洞部３４は、塗布液の流圧によって内部圧力が増加する。この内部圧力が弁箱３１の内部を流れる塗布液の流圧よりも大きくなると、逆止弁３６が出口３５ｂを開放する。これにより、空洞部３４に流れ込んだ塗布液は、出口３５ｂから弁箱３１の内部に戻る。

図４（ｂ）に示す初期状態の後、図４（ｃ）に示す定常状態では、シャフト３２は、先端部が塗布ヘッド２に最も近付いた位置（弁体３３が弁座３１ａから最も離れた位置）に達するまで上昇し続け、当該位置で静止している。定常状態では、塗布液は塗布ヘッド２から一定の速度で塗出されるので、塗布膜８の膜厚は均一に保たれる。さらに、シャフト３２の静止により空洞部３４の内部圧力が弁箱３１の内部を流れる塗布液の流圧よりも小さくなるので逆止弁３６が出口３５ｂを塞ぐ。

図４（ｃ）に示す定常状態の後、図５（ａ）に示す終期状態では、駆動源３９がシャフト３２を下降させ始める。その後、図５（ｂ）に示す塗布終了時には、初期状態（図４（ａ）参照）と同様に、弁体３３が弁座３１ａと接触し、かつ、逆止弁３６が出口３５ｂを塞いでいる。

実施形態１によれば、シャフト３２の先端部には入口３５ａが形成されているので、シャフト３２の上昇時に塗布液を押す押圧面の面積が塗布バルブ１３０（図９参照）に比べて小さくなる。さらに、シャフトの内部には、入口３５ａと出口３５ｂを備えた空洞部３４が形成され、出口３５ｂの外側には逆止弁３６が設けられている。そのため、シャフト３２の上昇に伴って塗布液が入口３５ａから空洞部３４に流れ込む。これにより、空洞部３４の内部圧力が上昇する。内部圧力の上昇により逆止弁３６が出口３５ｂを開放する。出口３５ｂの開放により、塗布液が弁箱３１の内部に戻る。したがって、シャフト３２の上昇時に塗布液を塗布ヘッド２側へ押す圧力が塗布バルブ１３０に比べて緩和される。その結果、塗布液が塗布ヘッド２に急激に押し出される事態を回避できるので、塗布膜８の膜厚の均一性を保つことが可能となる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２について説明する。実施形態２の塗布システムは、塗布バルブを除いて実施形態１の塗布システム１０と同様の構成である。以下、実施形態１と異なる部分を中心に説明する。図６は、実施形態２の塗布バルブの構成を示す図である。実施形態１の塗布バルブ３と同じ構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

図６に示す塗布バルブ１３では、シャフト３２は、筒状部材１４と、棒状部材１５と、連結部材１６と、を有する。筒状部材１４の先端部には、弁体３３が設けられ、かつ、弁体３３に囲まれた入口３５ａが形成されている。筒状部材１４の内部には、空洞部３４が形成されている。空洞部３４は、入口３５ａと、筒状部材１４の後端部に形成された出口３５ｂとを備えている。棒状部材１５は、筒状部材１４よりもシャフト３２の移動方向Ａの後方に位置し、弁箱３２を貫通して弁箱３２の外部に延びている。棒状部材１５は、弁箱３２の外部でジョイントブロック３８によって駆動源３９に連結されている。連結部材１６は、筒状部材１４に棒状部材１５を連結させるための中空状の部材である。連結部材１６の一端は筒状部材１４の外周部に取り付けられている。連結部材１６の他端は、棒状部材１５の外周部に取付けられている。連結部材１６の中央部は、円形の穴部１７が貫通している。穴部１７の内面には逆止弁３６が固定されている。

実施形態２では、駆動源３９がシャフト３２を上昇させると、塗布液の一部が入口３５ａから空洞部３４に流れ込み、空洞部３４を通って出口３５ｂから流出する。その後、流出した塗布液は、連結部材１６の穴部１７を通過して弁箱３２の内部に戻る。

実施形態２によれば、実施形態１と同様に、シャフト３２の上昇時に塗布液を塗布ヘッド２側へ押す圧力が塗布バルブ１３０に比べて緩和される。したがって、塗布液が塗布ヘッド２に急激に押し出される事態を回避できるので、塗布膜８の膜厚の均一性を保つことが可能となる。

実施形態２では、図６に示すように、筒状部材１４および棒状部材１５を挟んで互いに対向する２つの連結部材１６を有する形態であるが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、出口３５ｂから流出した塗布液を弁箱３２の内部に戻しやすくする（多くの流路を確保する）ために、連結部材１６は、筒状部材１４および棒状部材１５を連続的または断続的に囲むように複数設置されていてもよい。

（実施形態３）
本発明の実施形態３について説明する。実施形態３の塗布システムは、塗布バルブを除いて実施形態１の塗布システム１０と同様の構成である。以下、実施形態１と異なる部分を中心に説明する。図７は、実施形態３の塗布バルブの構成を示す図である。実施形態１の塗布バルブ３と同じ構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

図７に示す塗布バルブ２３は、実施形態１の塗布バルブ３（図２参照）にパッキング部材１８を加えた構成である。実施形態１の塗布バルブ３では、上昇前の弁体３３と弁座３１ａとの隙間が大きい場合、この隙間から塗布液が漏れて流れの遮断が不十分になる。さらに、塗布バルブ３では、シャフト３２が上昇し始めたとき、塗布液が勢いよく開口部３１ｂを通過することによって、流量の大きな塗布液が一時的に塗布ヘッド２に流れ込む可能性がある。この場合、塗布膜８の膜厚の均一性が損なわれるおそれがある。

そこで、実施形態３では、パッキング部材１８が上昇前の弁体３３と弁座３１ａとの隙間に位置することによって、開口部３１ｂをより確実に閉鎖する手段として機能している。さらに、駆動源３９がシャフト３２を上昇させると、パッキング部材１８は、開口部３１ｂを通過する塗布液の流圧によって上昇後の弁体３３および弁体３３から離れた位置に変位する。そのため、塗布液が勢いよく開口部３１ｂを通過してもパッキング部材１８が塗布液の流れを抑制する手段として機能する。よって、流量の大きな塗布液が一時的に塗布ヘッド２に流れ込む事態を回避できるので、塗布ヘッド２３は、塗布ヘッド３に比べ、塗布膜８の膜厚の均一性が損なわれる可能性がより低くなる。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

本発明では、シャフト３２の上昇時に塗布液を塗布ヘッド２側へ押す圧力を緩和して塗布液を空洞部３４に流しやすくするために、空洞部３４が、図８に示すように、シャフト３２の内部から入口３５ａに近付くにつれて開口幅が広がった形状であってもよい。図８（ａ）に示す空洞部３４は、例えば、図２に示す弁体３３の入口３５ａ側の角部を斜めに面取りすることによって形成できる。一方、図８（ｂ）に示す空洞部３４は、例えば、図２に示す弁体３３の入口３５ａ側の角部を、丸みを帯びた形状に面取りすることによって形成できる。

１、１１０ タンク
２、１２０ 塗布ヘッド
３、１３、２３、１３０ 塗布バルブ
４、１４０ ポンプ
５、１５０ 搬送ローラ
６、１６０ 塗布液
７、１７０ 金属箔
８、１８０ 塗布膜
９ａ 流入路
９ｂ 流出路
１０、１００ 塗布システム
１４ 筒状部材
１５ 棒状部材
１６ 連結部材
１７ 穴部
１８ パッキング部材
２１、１２１ スリット
３１、１３１ 弁箱
３１ａ、１３１ａ 弁座
３１ｂ 開口部
３２、１３２ シャフト
３３、１３３ 弁体
３４ 空洞部
３５ａ 入口
３５ｂ 出口
３６ 逆止弁
３７、１３４ シール部
３８、１３５ ジョイントブロック
３９、１３６ 駆動源

Claims (6)

1. 塗布液を塗布対象物に吐出する塗布ヘッドに連通する弁箱と、
   前記弁箱の内部に、前記塗布液が通過可能な開口部を備えた弁座と、
   前記開口部を貫通するように延び、前記塗布ヘッドに向かって移動可能なシャフトと、を有し、
   前記シャフトは、
   前記シャフトの先端部に設けられ、前記開口部を開閉可能な弁体と、
   前記先端部で前記弁体に囲まれた入口と、前記先端部と異なる箇所で前記弁箱の前記内部に連通した出口とを備え、前記シャフトの内部を前記シャフトの軸方向に沿って延びている空洞部と、
   前記出口に設けられ、前記空洞部から前記シャフトの外側に向かう方向にのみ前記出口を開放する逆止弁と、を有する塗布バルブ。
2. 前記出口は、前記シャフトの外周部で開口し、かつ、前記弁座よりも前記シャフトの移動方向の後方側に位置している、請求項１に記載の塗布バルブ。
3. 前記シャフトが、
   前記弁体と、前記空洞部とを備えた筒状部材と、
   前記筒状部材から前記シャフトの移動方向の後方に離れ、前記弁箱を貫通して前記弁箱の外部に延び、該外部で前記シャフトの駆動源に連結された棒状部材と、
   一端が前記筒状部材の外周部に取り付けられ、他端が前記棒状部材の外周部に取り付けられている連結部材と、を有し、前記連結部材は、前記連結部材の中央部を貫通した穴部を備え、前記穴部に前記逆止弁が固定されている連結部材と、
   を有する、請求項１に記載の塗布バルブ。
4. 前記弁座と移動前の前記弁体との隙間に挟み込まれた位置と、前記弁座および移動後の前記弁体から離れた位置との間を変位可能なパッキング部材をさらに有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の塗布ヘッド。
5. 前記空洞部は、前記シャフトの前記内部から前記入口に近付くにつれて開口幅が広がった形状となっている、請求項１から４のいずれか１項に記載の塗布ヘッド。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の塗布バルブと、
   前記塗布バルブに塗布液を供給するタンクと、
   前記塗布バルブを介して前記タンクに連通し、前記塗布バルブから供給された前記塗布液を塗布対象物に吐出する塗布ヘッドと、
   を有する塗布システム。

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