JP5499503B2 - 塗布装置及び塗布方法 - Google Patents

Description

本発明は、基材表面に塗工液を塗工する技術に関わり、特に、低粘度塗工液を用いて基材の表面に高精度の薄膜塗工が可能であり、マニホールド中の空気を速やかに抜くことが可能で、かつ空気の混入による影響を最小限にとどめることが可能なため、欠陥が少なく均一な塗工が行える塗布装置および塗布方法に関するものである。

従来より、ダイ先端スリットより塗工液を基材面に直接塗工するダイ型塗布装置が実用化されている。

例えば、対象はエレクトロニクス分野における１０μｍ以下の薄い膜の高精度（均一）塗工である。この場合、マニホールドの断面積は、特許文献１に示すように、端部でも中央部でも均一で、スリットとマニホールドの長さが同一であるのが普通であった。
図３は、従来例におけるエクストルージョン型のダイヘッド本体を有する塗布装置の要部を示す説明図である。ダイ内部の網目状の部分が塗液の流動する通り道である。図３には、流路の内ｚ軸正方向のみを示している。供給口３から塗工液体４が供給され、マニホールドと言われる液溜め５に液が溜められる。マニホールド５からスリット６を通って塗工液が塗工対象物２に対して塗出される。ダイヘッド本体を有する塗布装置のダイヘッド１を塗工対象物２に対して速度Vで相対移動させて塗工する。スリットの長さ方向とは図におけるｚ方向である。

ダイヘッドには幾つかの主要な要求がある。最も重要なのは、欠陥がない状態で横方向（スリットの長さ方向）に均一塗布することである。横方向への均一塗布のために要求されることとして、マニホールド中の空気を速やかに抜くことがある。

これは、液の滞留による変性を防ぐためにも必要である。

枚葉のガラスのような塗工対象物に高精度でダイ塗工を行う場合、図１の−ｙ方向が重力方向となる。このようにマニホールドに液を充填する場合、空気を抜くことが容易ではない。このエア抜きのために、従来提案されているダイヘッドには、特許文献２第８図に示すように、コートハンガ形状のマニホールドを持つものがある。しかし、この構造では、液の供給口と空気を抜くための口が近接せざるを得ないため、短時間での空気抜きが不可能である。

空気を迅速かつ充分に抜くために、特許文献３では基板上に塗布液を塗布するスリットノズルにおいて、スリットの長さ方向の中央部から両端部へ向けて徐々に高くなるように傾斜させ、両端部に設けられた通気口から空気の排出を行う方法が提案されている。

特許文献４では、ダイヘッドのスリットの高さ（ｙ方向）がスリット方向に均一で、マニホールドの長さ方向の端の断面積が中心の断面積に対して大きく、マニホールドの長さ方向の端部に空気抜き穴を設けたダイヘッドにおいて、端部の空気抜き穴を交互に開放し、空気を抜いて塗工液を充填させる方法が提案されている。

しかしこれらの方法では、端部からの空気抜きが充分でない場合があり、空気の混入による塗布欠陥が発生しやすい傾向があった。

そこで、塗膜の薄膜均一塗工が可能でかつマニホールド中の空気を速やかに抜くことが可能で、かつ空気の混入による影響が塗工時に現れず、安定に均一な塗工が行えるダイヘッドの空気抜き方法及びダイコーターが、特にエレクトロニクス分野で要望されていた。

特開平７−４７３２０号公報 特開２０００−９４４９４号公報 特開２００６−２１２５９２号公報 特開２００６−９５４６０号公報

本発明は、上記の要望を満たすべく為されたものであって、特に、低粘度塗工液を用いて基材の表面に高精度の均一薄膜塗工が可能で、塗布時に空気混入による欠陥が発生しないようマニホールド中の空気を速やかに抜くことが可能であり、塗布前の準備を速やかに、しかも確実に行える塗布装置および塗布方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、塗工液を基材に塗工するエクストルージョン型のダイヘッドを有する塗布装置であって、前記ダイヘッドは、ダイヘッド本体と、前記ダイヘッド本体の内部に水平方向に延在形成されたマニホールドと、前記マニホールドの長手方向の中間部に設けられ前記塗工液が供給される供給口と、前記マニホールドに連通されたスリットとを備え、前記スリットは、前記マニホールドの長さ方向と同一の方向に延在する長さと、前記長さと直交する幅と、前記長さおよび前記幅と直交する高さとを有し、前記高さ方向の上端の上端開口が前記マニホールドに連通し前記高さ方向の下端の下端開口が前記ダイヘッド本体の下端に開口しており、前記マニホールドの上部を仕切る上部壁は、前記マニホールドの長手方向の両端部が中間部よりも高くなるように傾斜して設けられ、前記マニホールドの長さは前記スリットの長さよりも大きく、前記マニホールドの長手方向の両端部がそれぞれ前記スリットの両端部よりも前記長さ方向に突出するように配置され、前記マニホールド内に混入した空気を前記マニホールド外に排出する空気抜き穴が少なくとも２つ設けられ、前記各空気抜き穴の下端が、前記スリットの両端部よりも前記長さ方向に突出する前記マニホールドの両端部箇所に連通され、前記マニホールドの両端部が前記スリットの両端部よりもそれぞれ前記長さ方向に突出する長さＬ３は、前記マニホールドの両端部において、前記供給口から前記マニホールドの両端部に向かう前記塗工液の流れがスリットの幅方向の中央部に向かう流れとなりこの中央部に向かう流れが前記スリットの両端部から吐出される寸法で形成されていることを特徴とする塗布装置である。

これは、マニホールドの上部を仕切る上部壁は、マニホールドの長手方向の両端部が中間部よりも高くなるように傾斜して設けられていることによって空気が空気抜き穴を有する端部に集まりやすく、空気抜きが充分に行われる構造となっており、さらにマニホールドの長さはスリットの長さよりも大きく、マニホールドの長手方向の両端部がそれぞれスリットの両端部よりも長さ方向に突出するように配置される構造にすることでマニホールドの両端部から空気が混入した状態で塗布が行われるのを防いでいるためである。

また、請求項２に係る発明は、前記スリットの前記高さは、前記スリットの長さ方向の全長にわたって均一であることを特徴とする塗布装置である。
また、請求項３に係る発明は、前記マニホールドの長さ方向の中央と前記スリットの長さ方向の中央とは一致して設けられ、前記スリットの両端部よりも前記長さ方向に突出する前記マニホールドの両端部の突出量は互いに等しいことを特徴とする塗布装置である。
また、請求項４に係る発明は、前記供給口は、前記マニホールドの長さ方向の中央に設けられていることを特徴とする塗布装置である。

また、請求項５に係る発明は、マニホールドと、前記マニホールドに連通するスリットが設けられたエクストルージョン型のダイヘッドを用いて、前記マニホールドに供給した塗工液を前記スリットの下端開口から基材に塗工するに際して、前記マニホールドを、前記スリットの長さ方向の両端からそれぞれ突出する長長さで形成しておき、前記マニホールド内に混入した空気を前記マニホールド外に排出する空気抜き穴を少なくとも２つ設け、前記各空気抜き穴は、それらの下端が、前記スリットの両端部よりも前記長さ方向に突出する前記マニホールドの両端部箇所に連通するように形成し、前記マニホールドの両端部が前記スリットの両端部よりもそれぞれ前記長さ方向に突出する長さＬ３が、前記マニホールドの両端部において、前記供給口から前記マニホールドの両端部に向かう前記塗工液の流れがスリットの幅方向の中央部に向かう流れとなりこの中央部に向かう流れが前記スリットの両端部から吐出される寸法で形成し、前記各空気抜き穴から空気を抜きつつ前記スリットの下端開口から前記塗工液を前記基材に塗工するようにしたことを特徴とする塗布方法である。

これにより、空気の混入による欠陥が発生しにくい安定な塗出が可能であり、かつスリット幅方向に高精度に均一な塗布が可能となった。

また、請求項６に関わる発明は、前記空気抜きは、前記マニホールドの長さ方向の両端から交互に行うことを特徴とする塗布方法である。

これにより、マニホールドの両端部に溜まった空気を効率よく除去でき、空気の混入による塗布欠陥をさらに抑制できるようになった。

本発明により、マニホールド端部に排気のための空気穴を設けたダイコーターにおいて、塗布時に空気の混入による欠陥発生が起きにくく、低粘度塗工液を用いて、基材表面に高精度に均一な薄膜塗工が可能で連続塗工も安定して行える塗布装置および塗布方法の提供が可能となる。

本発明におけるダイ内流路の３次元概略図である。 （ａ）は、本発明におけるダイ内流路の側面断面図（ｘｙ）で、（ｂ）は、本発明におけるダイ内流路の正面断面図（ｙｚ）である。 従来例におけるエクストルージョン型のダイヘッド本体を有する塗布装置の要部を示す説明図である。 本発明におけるエクストルージョン型のダイヘッド本体を有する塗布装置の要部を示す説明図である。 スリット長さとマニホールドの長さが同一である従来型のダイと、スリット長さがマニホールドの長さに対して短い本発明のダイの、スリット長さ方向の吐出分布を示す比較図である。

以下、本発明の一実施例としての実施形態について、図面を参照して説明する。
先ず、本発明における塗布装置であるエクストルージョン型のダイヘッドについて説明する。

図１は、提案するダイの３次元の内部構造概略図である。端部には空気抜きのための穴を設けることでダイのマニホールド５中の空気を抜き、液を充填する。特徴は、マニホールド５の長さＬ１が、スリット６の長さＬ２に対して長いこと、またスリット６の高さｌがスリット６の長さ方向（ｚ方向）の全長にわたって均一であることである。これにより、空気が溜まっているマニホールド５の両端部に空間的な余裕が生まれる構造となり、塗出時の空気混入による欠陥発生が抑えられ、かつ高精度に均一な塗布が可能となる。

空気抜きの穴７はマニホールド５内の壁の重力方向と反対方向に設けられることが好ましい。

また、マニホールド５の断面積はダイ中心より端の方を大きくする。図１には一例としてマニホールド断面が円の場合を示してある。ここで、半径に関して、Ｒ１＜Ｒ２である。
このような内部構造をもつダイに塗工液を充填すると空気はマニホールド５の両端部に集まる。マニホールド５の両端部に空気抜きのための穴７が設けられているため、空気を抜くことが容易となっている。

さらに詳細に説明するため、図２には、図１の（ａ）ｘｙ断面図及び（ｂ）ｙｚ断面図を示す。それぞれ前者が側面図、後者が正面図となる。図１は図２（ｂ）の＋ｚ方向のみを抜き出したものとなっている。

図２（ｂ）において、マニホールド５の長さ方向の中心の液供給口３から塗工液が供給される。液は左右に広がったのち、−ｙ方向に吐出される。この時空気は基本的にマニホールド５の両端の空気抜き穴７−１，７−２近傍に溜まる。この溜まった空気を除去するために、両端の穴７−１，７−２を開閉し、空気を抜く。このとき、空気穴７−１，７−２のある端部に空間的な余裕を持たせるようにするため、マニホールド５の幅がスリット６の幅よりも長くなっている。そのため、マニホールド５内で端部に存在していた液は、いったん、スリット６の幅方向の中央部に向かって集約されてから塗出される（矢印）。これにより空気抜きが迅速に可能であり、かつ空気の混入が防がれ、塗布欠陥が少なく高精度に均一な塗布が為される。

すなわち、図４に示すように、本実施の形態の塗布装置は、塗工液４を基材２に塗工するエクストルージョン型のダイヘッド１を有するものである。
ダイヘッド１は、ダイヘッド本体１Ａと、ダイヘッド本体１Ａの内部に水平方向に延在形成されたマニホールド５と、マニホールド５の長手方向の中間部に設けられ塗工液４が供給される供給口３と、マニホールド５に連通されたスリット６とを備えている。
スリット６は、図１、図２（ｂ）に示すように、マニホールド５の長さ方向と同一の方向に延在する長さＬ２と、長さＬ２と直交する幅ｍと、長さＬ２および幅ｍと直交する高さｌとを有している。
スリット６は、高さ方向の上端の上端開口６Ａがマニホールド５に連通し、高さ方向の下端の下端開口６Ｂがダイヘッド本体１Ａ（図４）の下端に開口している。

マニホールド５の上部を仕切る上部壁５００２は、マニホールド５の長手方向の両端部が中間部よりも高くなるように傾斜して設けられている。
マニホールド５の長さＬ１はスリット６の長さＬ２よりも大きく、マニホールド５の長手方向の両端部がそれぞれスリット６の両端部よりも長さ方向に突出するように配置されている。
そして、マニホールド５内に混入した空気をマニホールド５外に排出する空気抜き穴７（７−１、７−２）が少なくとも２つ設けられている。
各空気抜き穴７の下端は、スリット６の両端部よりも長さ方向に突出するマニホールド５の両端部箇所に連通されている。
また、供給口３は、マニホールド５の長さ方向の中央に設けられている。
スリット６の高さｌは、スリット６の長さＬ２方向の全長にわたって均一である。
マニホールド５の長さＬ１方向の中央とスリット６の長さＬ２方向の中央とは一致して設けられ、スリット６の両端部よりも長さ方向に突出するマニホールド５の両端部の突出量Ｌ３は互いに等しい。

したがって、本実施の形態の塗装装置を用いた塗装方法は以下のとおりである。
すなわち、マニホールド５と、マニホールド５に連通するスリット６が設けられたエクストルージョン型のダイヘッド１を用いて、マニホールド５に供給した塗工液４をスリット６の下端開口６Ｂから基材２に塗工するに際して、マニホールド５を、スリット６の長さＬ２方向の両端からそれぞれ突出する長さで形成しておき、マニホールド５の長さＬ１ 方向の両端から空気を抜きつつスリット６の下端開口６Ｂから塗工液４を基材２に塗工する。
この際、前記の空気抜きは、マニホールド５の長さＬ１方向の両端から交互に行うことが、言い換えると、２つ空気抜き穴７−１、７−２から交互に空気抜きを行うことが、マニホールド５の両端部に溜まった空気を効率よく除去し、空気の混入による塗布欠陥をさらに抑制する上で有利となる。

このように、提案する塗布装置および塗布方法を用いれば、マニホールド５内の空気を速やかに抜くことが可能で、かつ高精度に均一な薄膜塗工を安定して行える。

＜実施例＞
一方、均一塗工が可能かの検討結果を示す。対象とした塗液は、３（ｍＰａ・ｓ）、密度1000（kg/m³）のニュートン流体である。スリットの長さがマニホールドの長さに対して短いダイの寸法としては、マニホールド断面を半円、半径Ｒ１およびＲ２をそれぞれ６，１２（ｍｍ）とし、マニホールドの長さ７６０（ｍｍ）、スリットの長さ６８０（ｍｍ）、スリットの幅５０（μｍ）、スリットの高さ（ランド長）１２（ｍｍ）である。マニホールドの長さ、スリットの長さ、スリットの厚み、スリットの高さはそれぞれ図１における２Ｌ１、２Ｌ２ 、ｍ、ｌである。
また、スリット長さとマニホールド長さが同一である従来型のダイについて、マニホールド断面の半径を６（ｍｍ）、マニホールドの長さおよびスリットの長さを６８０（ｍｍ）、スリットの幅５０（μｍ）、スリットの高さ（ランド長）１２（ｍｍ）として比較を行った。

図５は、スリット６の長さとマニホールド５の長さが同一である従来型のダイを用いて塗布を行った場合のスリット方向の流量分布と、スリットの長さがマニホールドの長さに対して短いダイを用いて塗布を行った場合のスリット方向の流量分布と、との比較である。横軸がスリットの長さの中心からスリットの長さ方向の距離であり、縦軸がスリットの長さの中心の吐出流量を１とした時の相対流量である。図に示されるように、スリットの長さとマニホールドの長さが同一である従来型のダイでは、スリットの長さの中心に対して端の相対吐出量が少ない傾向にある。スリットの長さがマニホールドの長さに対して短いダイでは、中心に対して端の相対吐出量が従来型のダイの場合と比較して多く、より幅方向の吐出量が均一になっている。

これにより、スリットの長さがマニホールドの長さに対して短い塗布装置を用いて塗布を行った場合、従来型の塗布装置と同程度、もしくはそれ以上に端と中心での吐出量が均一であり、スリットの長さ方向の吐出均一性を阻害することなく空気の混入を防ぐことが可能である。

本発明は、基材表面に塗工液を塗工する技術に関わり、マニホールド内の空気を速やかに抜くための空気穴を備えているため塗布前の準備が速やかに行え、空気を充分に抜くことが可能であるため、基材の表面に空気の混入による欠陥が少なく高精度に均一な薄膜塗工が可能なエクストルージョン型のダイヘッドに利用可能で、特にエレクトロニクス分野における１０μｍ以下の薄い膜の高精度かつ均一塗工に適用可能である。

１…ダイヘッド、１Ａ…ダイヘッド本体、２…塗工対象物（基材）、３…供給口、４…塗工液、５…マニホールド、６…スリット、７、７−１、７−２…空気抜き穴。

Claims (6)

1. 塗工液を基材に塗工するエクストルージョン型のダイヘッドを有する塗布装置であって、
   前記ダイヘッドは、
   ダイヘッド本体と、前記ダイヘッド本体の内部に水平方向に延在形成されたマニホールドと、前記マニホールドの長手方向の中間部に設けられ前記塗工液が供給される供給口と、前記マニホールドに連通されたスリットとを備え、
   前記スリットは、前記マニホールドの長さ方向と同一の方向に延在する長さと、前記長さと直交する幅と、前記長さおよび前記幅と直交する高さとを有し、前記高さ方向の上端の上端開口が前記マニホールドに連通し前記高さ方向の下端の下端開口が前記ダイヘッド本体の下端に開口しており、
   前記マニホールドの上部を仕切る上部壁は、前記マニホールドの長手方向の両端部が中間部よりも高くなるように傾斜して設けられ、
   前記マニホールドの長さは前記スリットの長さよりも大きく、前記マニホールドの長手方向の両端部がそれぞれ前記スリットの両端部よりも前記長さ方向に突出するように配置され、
   前記マニホールド内に混入した空気を前記マニホールド外に排出する空気抜き穴が少なくとも２つ設けられ、
   前記各空気抜き穴の下端が、前記スリットの両端部よりも前記長さ方向に突出する前記マニホールドの両端部箇所に連通され、
   前記マニホールドの両端部が前記スリットの両端部よりもそれぞれ前記長さ方向に突出する長さＬ３は、前記マニホールドの両端部において、前記供給口から前記マニホールドの両端部に向かう前記塗工液の流れがスリットの幅方向の中央部に向かう流れとなりこの中央部に向かう流れが前記スリットの両端部から吐出される寸法で形成されている、
   ことを特徴とする塗布装置。
2. 前記スリットの前記高さは、前記スリットの長さ方向の全長にわたって均一であることを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
3. 前記マニホールドの長さ方向の中央と前記スリットの長さ方向の中央とは一致して設けられ、前記スリットの両端部よりも前記長さ方向に突出する前記マニホールドの両端部の突出量は互いに等しいことを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
4. 前記供給口は、前記マニホールドの長さ方向の中央に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。
5. マニホールドと、前記マニホールドに連通するスリットが設けられたエクストルージョン型のダイヘッドを用いて、前記マニホールドに供給した塗工液を前記スリットの下端開口から基材に塗工するに際して、
   前記マニホールドを、前記スリットの長さ方向の両端からそれぞれ突出する長さで形成しておき、
   前記マニホールド内に混入した空気を前記マニホールド外に排出する空気抜き穴を少なくとも２つ設け、
   前記各空気抜き穴は、それらの下端が、前記スリットの両端部よりも前記長さ方向に突出する前記マニホールドの両端部箇所に連通するように形成し、
   前記マニホールドの両端部が前記スリットの両端部よりもそれぞれ前記長さ方向に突出する長さＬ３が、前記マニホールドの両端部において、前記供給口から前記マニホールドの両端部に向かう前記塗工液の流れがスリットの幅方向の中央部に向かう流れとなりこの中央部に向かう流れが前記スリットの両端部から吐出される寸法で形成し、
   前記各空気抜き穴から空気を抜きつつ前記スリットの下端開口から前記塗工液を前記基材に塗工するようにした、
   ことを特徴とする塗布方法。
6. 前記空気抜きは、前記マニホールドの長さ方向の両端から交互に行うことを特徴とする請求項５記載の塗布方法。

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