JP5858247B2

JP5858247B2 - 塗工装置

Info

Publication number: JP5858247B2
Application number: JP2013203509A
Authority: JP
Inventors: 弘章槇野; 充長島
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: CN104511397B; TW201515720A; JP2015066502A; TWI568503B; KR101634994B1; CN104511397A; KR20150037607A

Description

この発明は、塗工装置に関し、特に、タンクに貯留されたスラリーをポンプを用いて塗工ヘッドに供給する、塗工装置に関する。

この種の塗工装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、塗工液タンクおよびノズル（塗工ヘッド）は、送りラインによって連結される。送りラインにはポンプおよび三方切換弁が取り付けられ、三方切換弁は戻りラインによって塗工液タンクと連結される。ノズルにはリリーフラインが接続され、リリーフラインには自動弁およびリリーフ弁が取り付けられる。三方切換弁およびリリーフ弁は、制御部によって同期して制御される。

基材に塗工液を塗布する場合、自動弁は閉じられる。ポンプにより加圧された塗工液は、三方切換弁を通り、送りラインを経てノズルへ送られ、ノズルの吐出口から基材（支持体）の表面に塗布される。

塗工液の塗布を停止する場合は、制御部によって三方切換弁が切り換えられる。ポンプにより加圧された塗工液は、戻りラインを経て塗工液タンクに戻される。同時に、制御部によって自動弁が開かれ、ノズルの内部空間に残った塗工液はリリーフラインを経てリリーフ弁から外方へ排出される。このため、塗工液がノズルの吐出口から基材側へ漏れ出すことはなく、塗膜の引きずりを防止することができる。

特開２００１−２９３４１８号公報

塗工液タンクに貯留された塗工液への異物の混入を考慮して、送りラインにはフィルタを取り付ける必要がある。しかし、塗工停止期間にフィルタの上流に塗工液が滞留すると、少なくとも塗工再開後の一時的な期間において、フィルタの濾過特性ひいては塗工ヘッドに供給される塗工液の比重が不安定になり、塗工品質が低下するおそれがある。塗工停止期間は、塗工対象である支持体やタンク内の塗工液が無くなった際、もしくは塗工異常が起きた際に設けられる期間であり、量産する上で日常的に発生するものである。

それゆえに、この発明の主たる目的は、塗工品質の低下を抑制することができる、塗工装置を提供することである。

この発明に従う塗工装置(10：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、塗工液を貯留するタンク(11)と前記塗工液を対象物(19)に塗工して塗膜を形成するヘッド(12)との間を結ぶ第１流路(13)、第１流路(13)に設けられ、塗工実行期間に塗工液をタンク(11)からヘッド(12)に供給する第１ポンプ(14)、第１流路(13)上でかつ第１ポンプ(14)の上流側の位置に設けられ、塗工液を濾過するフィルタ(15)、フィルタ(15)と第１ポンプ(14)との間で第１流路(13)から分岐し、フィルタ(15)の上流側で第１流路(13)につながる第２流路(16)、および第２流路(16)に設けられ、塗工停止期間に塗工液を少なくともフィルタ(15)および第２流路(16)を経由して循環させる第２ポンプ(17)を備え、第２ポンプ(17)は少なくとも塗工停止期間の終期に先立つ時期から塗工停止期間の終期までの連続的な期間に駆動される。

また、この発明に従う塗工装置(10)は、塗工液を貯留するタンク(11)と前記塗工液を対象物(19)に塗工して塗膜を形成するヘッド(12)との間を結ぶ第１流路(13)、第１流路(13)に設けられ、塗工実行期間に塗工液をタンク(11)からヘッド(12)に供給する第１ポンプ(14)、第１流路(13)上でかつ第１ポンプ(14)の上流側の位置に設けられ、塗工液を濾過するフィルタ(15)、フィルタ(15)と第１ポンプ(14)との間で第１流路(13)から分岐し、フィルタ(15)の上流側で第１流路(13)につながる第２流路(16)、および第２流路(16)に設けられ、塗工停止期間に塗工液を少なくともフィルタ(15)および第２流路(16)を経由して循環させる第２ポンプ(17)を備え、さらに、対象物(19)に塗工された塗膜の膜厚を測定する膜厚測定装置(21)、および測定装置(21)の測定結果に基づいて第２ポンプ(17)の駆動時間を調整する駆動時間調整装置(22)を備える。

また、この発明に従う塗工装置(10)は、塗工液を貯留するタンク(11)と前記塗工液を対象物(19)に塗工して塗膜を形成するヘッド(12)との間を結ぶ第１流路(13)、第１流路(13)に設けられ、塗工実行期間に塗工液をタンク(11)からヘッド(12)に供給する第１ポンプ(14)、第１流路(13)上でかつ第１ポンプ(14)の上流側の位置に設けられ、塗工液を濾過するフィルタ(15)、フィルタ(15)と第１ポンプ(14)との間で第１流路(13)から分岐し、フィルタ(15)の上流側で第１流路(13)につながる第２流路(16)、および第２流路(16)に設けられ、塗工停止期間に塗工液を少なくともフィルタ(15)および第２流路(16)を経由して循環させる第２ポンプ(17)を備え、さらに、対象物(19)に塗工された塗膜の膜厚を測定する膜厚測定装置(21)、および測定装置(21)の測定結果に基づいて第２ポンプ(17)の駆動時間を調整する駆動時間調整装置(22)を備え、第２ポンプ(17)は少なくとも塗工停止期間の終期に先立つ時期から塗工停止期間の終期までの連続的な期間に駆動される。

好ましくは、第１ポンプ(14)および第２ポンプ(17)は択一的に駆動される。

好ましくは、第２流路(16)はタンク(11)を介して第１流路(13)につながる。

塗工停止期間にフィルタの上流に塗工液を滞留させると、少なくとも塗工再開後の一時的な期間において、フィルタの濾過特性ひいてはヘッドに供給される塗工液の比重が不安定になる。これを踏まえて、第２流路および第２ポンプが設けられる。塗工液は、塗工停止期間において第１流路の一部と第２流路とを循環する。これによって、塗工再開直後からフィルタの濾過特性ひいてはヘッドに供給される塗工液の比重が安定し、塗工品質の低下が抑制される。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１は、本発明の実施形態に係る塗工装置の一例を示す模式図である。図２は、本発明の実施形態に係る塗工装置の他の例を示す模式図である。図３は、塗工停止期間後に塗工を再開した時点からの塗工距離と塗工膜厚との関係を測定した結果を示すグラフである。図３（ａ）は、実施例におけるグラフであり、図３（ｂ）は、比較例におけるグラフである。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定および制限されない。

図１を参照して、この実施形態の塗工装置１０は、塗工液を貯留するタンク１１と塗工液を対象物１９に塗工して塗膜を形成するヘッド１２との間を結ぶ第１流路１３、第１流路１３に設けられ、塗工実行期間に塗工液をタンク１１からヘッド１２に供給する第１ポンプ１４、第１流路１３上でかつ第１ポンプ１４の上流側の位置に設けられ、塗工液を濾過するフィルタ１５、フィルタ１５と第１ポンプ１４との間で第１流路１３から分岐し、フィルタ１５の上流側で第１流路１３につながる第２流路１６、および第２流路１６に設けられ、塗工停止期間に塗工液を少なくともフィルタ１５および第２流路１６を経由して循環させる第２ポンプ１７を備える。塗工実行期間における塗工液は、実線矢印の経路を通って対象物１９上に塗工される。塗工停止期間における塗工液は、破線矢印の経路を循環し、具体的には、フィルタ１５を含む第１流路１３と、第２ポンプ１７を含む第２流路１６と、タンク１１と、によりつなげられた経路を循環する。

対象物１９に塗工された濡れ塗膜２０ａは、乾燥装置１８によって乾燥される。乾燥後の乾燥塗膜２０ｂは、膜厚測定装置２１によって厚みが連続的に測定される。そして、駆動時間調整装置２２は、膜厚測定装置２１で測定された乾燥塗膜２０ｂの厚み測定結果に基づいて第２ポンプ１７の駆動時間を調整する。

タンク１１には塗工液が貯留される。前記塗工液としては、セラミックスラリー、樹脂など、種類や性状を問わない。

前記セラミックスラリーは、セラミック粒子と樹脂成分と溶媒とを含む混合液である。セラミックスラリーは、セラミックグリーンシートの製造に用いられる。

前記セラミック粒子としては、特に限定されるものではなく、各種誘電体材料が使用できる。例えば、チタン、アルミ、バリウム、鉛、ジルコニウム、珪素、イットリウム等の金属からなる酸化物、炭酸バリウム、チタン酸バリウム、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３，Ｎｂ_２／３）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｓｍ_１／２，Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３，Ｎｂ_２／３）Ｏ_３、ＰｂＴｈＯ_３、ＰｂＺｒＯ_３などを用いることができる。これらは単体で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。

前記樹脂成分としては、バインダー樹脂、可塑剤等が含まれる。バインダー樹脂としては、ポリウレタン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂系、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどの水性高分子などを用いることができる。これらは単体で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。可塑剤としては、例えば、フタル酸ジオクチル等のフタル酸エステルを用いることができる。

前記スラリーに用いる溶剤としては、トルエン、エタノール、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール、γ−ブチロラクトンなどを用いることができる。これらは単体で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。また、スラリー中には、必要に応じて分散剤、帯電防止剤、界面活性剤などを添加してもよい。

前記スラリーの粘度は、１０〜２００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。前記スラリーは、ボールミルを用いた湿式混合等の方法で作製することができる。
タンク１１に貯留された塗工液は、第１流路１３に設けられた第１ポンプ１４によって、タンク１１から第１流路１３を経由し、ヘッド１２に供給される。第１流路１３のポンプ１４の上流側にはフィルタ１５が設けられており、塗工液はフィルタ１５で濾過されてヘッドに送られる。

フィルタ１５は、塗工液内の異物を捕集する。フィルタ１５によって塗工液が濾過されると、フィルタ１５内には、塗工液であるスラリーに含まれるセラミック粒子やバインダー樹脂等の凝固物が溜まってくる。

第１ポンプ１４は、第１流路１３のフィルタ１５の下流側に設けられ、塗工液をヘッド１２に供給する。第１ポンプ１４としては、例えばギアポンプのような容積式ポンプを用いることができるが、本発明はこれに限られず、ポンプの種類は問わず用いることができる。

前記塗工液は、ヘッド１２から押し出されて支持体（対象物）１９に塗工される。図１において、ヘッド１２はダイ塗工方式を示しているが、本発明はこれに限定されない。塗工液の粘度や比重、形成する塗膜の厚み等に応じて、例えば、ブレード、エア、ナイフ、グラビア、インクジェット等による塗工方式を採用することもできる。

支持体（対象物）１９は、塗工液を塗布するベースとなるものであり、紙、プラスチックフィルム、金属等を用いることができ、その形状は、平板状（板状）であってもよいし、ロールに巻かれたものであってもよい。前記プラスチックフィルムとしては、ポリエステルフィルム、離型層を事前に塗工したポリエステルフィルム等を用いることができ、ＰＥＴフィルム、ＰＥＮフィルム、ＰＰフィルム等を好ましく用いることができる。

支持体が、ロールに巻かれたものであると、塗工液を支持体に連続して塗工することができるが、支持体が枚葉状であったり、ロール状であってもロールの交換の際には、塗工液のヘッドからの吐出を停止させる塗工停止期間を設ける場合がある。また、タンクの交換の際にも、塗工停止期間を設けることになる。

塗工停止期間に塗工液の供給を止めると、フィルタ１５内には塗工液が滞留し、既にフィルタ１５に溜まっている凝固物に同じ成分の材料が付着して凝固物が大きくなる。そのため、フィルタ１５内に滞留した塗工液の溶媒比率が大きくなり、塗工再開直後は塗工液の比重が一時的に小さくなる。しかし、その後すぐに、凝固物に付着した材料の一部がフィルタ１５下流に流出し、塗工液の比重が一時的に大きくなる。このように、塗工再開直後には、塗工液の比重が上下して不安定になり、塗膜の厚みむら等が起こり塗工品質が低下するおそれがある。この品質低下を防ぐために、フィルタ１５と第１ポンプ１４の間で第１流路１３から分岐してフィルタ１５の上流側で第１流路１３につながる第２流路１６を設け、第２流路１６に第２ポンプ１７を配置する。第２ポンプ１７は、塗工停止期間に、塗工液をフィルタ１５および第２流路１６を経由して循環させる。本実施形態では、第２流路１６は、タンク１１を介して第１流路１３につながっている。

このように、塗工停止期間に第２ポンプ１７を用いて、フィルタ１５を通る経路で塗工液を循環させることによって、フィルタ１５下流の塗工液の比重を安定化させることができる。したがって、塗工再開時にも連続塗工時と同じ比重の塗工液をヘッド１２に供給することができるので、塗工液の比重のばらつきに起因する塗工膜厚不良を抑制することができる。

第２ポンプ１７としては、例えばギアポンプのような容積式ポンプを用いることができる。また、第２ポンプ１７は、塗工液を塗工停止期間に循環させる目的で使用されるので、第１ポンプ１４に比べて吐出精度が低くてもよい。安価で吐出精度を必要としないポンプとしては、チューブポンプやローラーポンプも用いることができる。特に、金属部品を塗工液に直接触れさせずに給送するタイプのポンプを用いると、金属の摩耗片が異物となる可能性も低く、ポンプ自体の寿命を長くできる。

第１ポンプ１４および第２ポンプ１７は塗工実行期間および塗工停止期間に対応しながら択一的に駆動させてもよいし、第２ポンプ１７は少なくとも塗工停止期間の終期に先立つ時期から塗工停止期間の終期までの連続的な期間に駆動させてもよい。塗工停止期間が短時間である場合には、塗工停止後（第１ポンプ１４の停止後）に速やかに第２ポンプ１７による循環を開始し、塗工再開（第１ポンプ１４の駆動）と同時に循環を停止させる。塗工停止期間が長時間にわたる場合には、必ずしも循環を継続して行う必要はない。例えば、塗工再開前の所定時間（塗工停止期間の終期に先立つ時期から塗工停止期間の終期まで）について第２ポンプ１７を連続的に駆動させて循環を開始させておき、塗工再開と同時に循環を停止させることもできる。

フィルタ１５内に塗工液を滞留させた場合、塗工再開直後の塗工品質の安定化までに要する時間は、塗工液の特性や塗工条件によって変化し得る。塗工液の第２ポンプ１７による循環を、塗工停止期間中において継続して行わない場合には、塗工再開時の塗工膜厚の安定状態を観察しておき、そのデータを塗工停止期間の第２ポンプ１７の駆動時間の調整にフィードバックするとよい。

塗工液を塗布した後に、濡れ塗膜２０ａを乾燥装置１８によって乾燥させる。乾燥装置１８の熱源としては、熱風、電熱、マイクロ波、赤外線、遠赤外線などを単独でまたは併用して用いることができ、熱風乾燥および遠赤外線による乾燥を単独または併用して行うことが好ましい。

乾燥工程における乾燥温度や乾燥風量は、製造ライン速度（塗工速度）、塗工液の種類などに応じて適宜選択すると良い。塗工液がセラミックスラリーである場合、スラリーに用いる溶媒の種類、スラリー濃度、スラリーの塗布厚さなどに応じて適宜選択すると良い。乾燥温度は常温〜１５０℃とするのが好ましく、より好ましくは、５０℃〜１５０℃である。乾燥温度を５０℃以上とすることで、スラリー中に溶媒が残存せず、後に行う焼成工程でセラミック中にボイドが発生するのを防ぐことができる。また、乾燥温度を１５０℃以下とすることで、溶媒の急激な揮発によるグリーンシートの表面におけるふくれやへこみの発生を抑えることができる。また、乾燥ゾーンを複数にして、各々の乾燥ゾーン毎に温度を変えてもよい。

乾燥後の乾燥塗膜２０ｂは、膜厚測定装置２１によって厚みが連続的に測定される。膜厚の測定は、蛍光Ｘ線分析、Ｘ線反射率測定、エリプソメトリー等の方法で行うことができる。本実施形態においては、膜厚の測定は乾燥後の乾燥塗膜２０ｂに対して行っているが、膜厚測定装置２１を乾燥装置１８の上流に配置し、乾燥前の濡れ塗膜２０ａに対して行うこともできる。

膜厚測定装置２１で測定された結果は、前述の第２ポンプ１７の駆動時間の調整に用いることができる。本実施形態の塗工装置１０においては、膜厚測定装置２１の測定結果に基づいて第２ポンプ１７の駆動時間を調整する駆動時間調整装置２２がさらに備えられている。駆動時間調整装置２２は、膜厚測定装置２１からの厚み変動情報から、塗工停止期間における第２ポンプ１７の駆動時間や流量等の駆動条件を調整することで、さらなる塗工品質の向上やポンプやフィルタの寿命の延長を図ることができる。例えば、膜厚が安定するまでの時間が予測より長かった場合には、駆動時間を長くする、あるいは、循環させる流量を多くするように調整を行う。一方、膜厚が安定するまでの時間が予測より短かった場合には、駆動時間を短くする、あるいは、循環させる流量を少なくするように調整を行う。駆動時間を短くする、あるいは、循環させる流量を少なくするような調整を行うことで、ポンプ（第２ポンプ１７）の寿命を延ばしたり、フィルタ１５の交換時期を延ばすことができる。

本実施形態においては、第２流路１６は、タンク１１を介して第１流路１３につながっているが、本発明はこれに限定されない。図２に示すように、第２流路１６は、タンク１１とフィルタ１５の間で第１流路１３につながっていてもよい。この場合、塗工停止期間における塗工液は、フィルタ１５を含む第１流路１３と、第２ポンプ１７を含む第２流路１６と、によりつなげられた経路を循環する。

つぎに、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。なお、本発明は、下記の実施例および比較例によってなんら限定ないし制限されない。

［実施例］
塗工液として、セラミック粒子（チタン酸バリウム）、有機溶剤（エタノール）、有機バインダー（ポリビニルブチラール）、可塑剤（フタル酸エステル）および分散剤（ポリオキシアルキレン基と酸無水物基を持つ高分子）を配合したセラミックスラリーを用いた。具体的には、チタン酸バリウムとポリビニルブチラールとフタル酸ジオクチルとエタノールとを、直径１ｍｍのジルコニア製玉石とともにボールミルに投入し、２４時間の湿式混合を行ってセラミックスラリーを作製した。

上記で作製したセラミックスラリーを、図１に示す装置で塗工し、支持フィルム１９上にスラリー層２０を形成し、乾燥させてセラミックグリーンシートを形成した。本実施例においては、支持フィルム１９としてポリエチレンテレフタレート（厚み３０μｍ）を用いた。ここで、セラミックスラリーの塗工条件は、塗工速度１５０ｍ／分とし、乾燥後厚みが２．３μｍとなるように設定した。

次に、塗工停止と同時に第２ポンプ１７の駆動を開始させ、塗工液の循環経路を第２の流路１６に切り替えた。その６０分後に塗工を再開させた。

［比較例］
塗工停止期間について、第２ポンプ１７を駆動させなかった点以外は、実施例と同様にセラミックスラリーの塗工を行った。

［評価］
塗工再開後の膜厚を測定した結果を図３に示す。図３は、塗工停止期間後に塗工を再開した時点からの塗工距離と塗工膜厚との関係を測定した結果を示すグラフである。図３（ａ）は、本発明に係る塗工装置を使用した場合（実施例）のグラフであり、図３（ｂ）は、塗工停止期間に塗工液を循環させない場合（比較例）のグラフである。同図において、横軸は塗工再開時点を起点とした塗工距離、縦軸は各塗工距離における塗工膜厚を示す。

塗工停止期間に塗工液の循環を行っていない比較例においては、塗工再開後に塗工膜厚が安定するまでに７００ｍ近い長さでの塗工開始ロスが発生した。これに対して、塗工停止期間に塗工液の循環を行った実施例においては、塗工膜厚が塗工再開直後から安定し、塗工開始ロスが小さいことがわかる。このように、本発明によると、塗工再開直後からフィルタの濾過特性ひいてはヘッドに供給される塗工液の比重が安定し、塗工品質の低下を抑制することができたものと考えられる。

１０ …塗工装置
１１ …タンク
１２ …ヘッド
１３ …第１流路
１４ …第１ポンプ
１５ …フィルタ
１６ …第２流路
１７ …第２ポンプ
１８ …乾燥装置
１９ …対象物（支持フィルム）
２０ …塗工液
２０ａ …濡れ塗膜
２０ｂ …乾燥塗膜
２１ …膜厚測定装置
２２ …駆動時間調整装置

Claims

塗工液を貯留するタンクと前記塗工液を対象物に塗工して塗膜を形成するヘッドとの間を結ぶ第１流路、
前記第１流路に設けられ、塗工実行期間に前記塗工液を前記タンクから前記ヘッドに供給する第１ポンプ、
前記第１流路上でかつ前記第１ポンプの上流側の位置に設けられ、前記塗工液を濾過するフィルタ、
前記フィルタと前記第１ポンプとの間で前記第１流路から分岐し、前記フィルタの上流側で前記第１流路につながる第２流路、および
前記第２流路に設けられ、塗工停止期間に前記塗工液を少なくとも前記フィルタおよび前記第２流路を経由して循環させる第２ポンプを備え、
前記第２ポンプは少なくとも前記塗工停止期間の終期に先立つ時期から前記塗工停止期間の終期までの連続的な期間に駆動される、塗工装置。
塗工液を貯留するタンクと前記塗工液を対象物に塗工して塗膜を形成するヘッドとの間を結ぶ第１流路、
前記第１流路に設けられ、塗工実行期間に前記塗工液を前記タンクから前記ヘッドに供給する第１ポンプ、
前記第１流路上でかつ前記第１ポンプの上流側の位置に設けられ、前記塗工液を濾過するフィルタ、
前記フィルタと前記第１ポンプとの間で前記第１流路から分岐し、前記フィルタの上流側で前記第１流路につながる第２流路、および
前記第２流路に設けられ、塗工停止期間に前記塗工液を少なくとも前記フィルタおよび前記第２流路を経由して循環させる第２ポンプを備え、さらに、
前記対象物に塗工された前記塗膜の膜厚を測定する膜厚測定装置、および
前記膜厚測定装置の測定結果に基づいて前記第２ポンプの駆動時間を調整する駆動時間調整装置を備える、塗工装置。
塗工液を貯留するタンクと前記塗工液を対象物に塗工して塗膜を形成するヘッドとの間を結ぶ第１流路、
前記第１流路に設けられ、塗工実行期間に前記塗工液を前記タンクから前記ヘッドに供給する第１ポンプ、
前記第１流路上でかつ前記第１ポンプの上流側の位置に設けられ、前記塗工液を濾過するフィルタ、
前記フィルタと前記第１ポンプとの間で前記第１流路から分岐し、前記フィルタの上流側で前記第１流路につながる第２流路、および
前記第２流路に設けられ、塗工停止期間に前記塗工液を少なくとも前記フィルタおよび前記第２流路を経由して循環させる第２ポンプを備え、さらに、
前記対象物に塗工された前記塗膜の膜厚を測定する膜厚測定装置、および
前記膜厚測定装置の測定結果に基づいて前記第２ポンプの駆動時間を調整する駆動時間調整装置を備え、
前記第２ポンプは少なくとも前記塗工停止期間の終期に先立つ時期から前記塗工停止期間の終期までの連続的な期間に駆動される、塗工装置。
前記第１ポンプおよび前記第２ポンプは択一的に駆動される、請求項１ないし３のいずれかに記載の塗工装置。
前記第２流路は前記タンクを介して前記第１流路につながる、請求項１ないし４のいずれかに記載の塗工装置。