JP5908114B2

JP5908114B2 - 塗布方法

Info

Publication number: JP5908114B2
Application number: JP2014546968A
Authority: JP
Inventors: 良則五十川; 敬史川口; 直樹津尾; 千景高見; 翔太大景
Original assignee: Tazmo Co Ltd
Current assignee: Tazmo Co Ltd
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2033-11-11
Also published as: TWI507251B; WO2014077208A1; TW201424862A; JPWO2014077208A1

Description

本発明は、塗工用基材に塗工液を塗布する方法に関する。

基材上に、塗工液をストライプ状に安定に塗布する方法が、特許文献１に提案されている。同文献では、まず、マニホールド(manifold)とスリットを有するダイヘッド(die head)の形状を工夫している。具体的には、ダイヘッドにおけるスリットの先端に山部分と谷部分とが交互に繰り返されたくし型状部を形成し、そのくし型状部の山部分に吐出口を設ける。そして、くし型状部の吐出口から塗工液を吐出しながら、谷部分に気体を供給する。

塗布の際は、ダイヘッドを基材との間に所定の間隔を保った状態で相対的に移動させながら定量ポンプから送られた塗工液をマニホールドからスリットを通して山部分の吐出口から吐出し、塗布部の上に載せる。塗工液の吐出を行わない谷部分は、気体を給気するためのスリットとして利用する。これにより、ダイヘッドの山部分から吐出される塗工液を、その両側の谷部分を流れる気流でサポートして安定化させ、端面が整ったストライプ状に塗布される塗工液のウエット膜を形成する。

特許第４６３２５９５号公報

しかし、特許文献１の方法では、流体である気体（空気）でウエット膜の端面を規制するだけなので、ウエット膜の幅を一定に制御することが難しい。加えて、粘性の小さい塗工液とその塗工液に対する接触角(angle of contact)が小さくなる基材との組み合わせを用いた場合、あるいは、粘性の小さい塗工液を用いた場合では、レオロジー(rheology)特性によって塗工液が基材上で濡れ広がることでウエット膜の幅が変動することもある。

また、ダイヘッドの先端部に設けられる山部と谷部は、鋳造、成形、加工など様々な方法が形成することが可能ではあるが、いずれにしてもダイヘッドと一体であるので、ダイヘッド単体で吐出口の幅やピッチを変更することは困難である。すなわち、吐出口の幅やピッチを変更するには、ダイヘッドの取り替えが必要であり、容易ではなかった。また、ダイヘッドの先端に凹凸があるので、洗浄などのメンテナンス性が良くなかった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、先端が平坦なダイヘッドを用いて簡便に行えるとともに、基材上にストライプ状に塗布される塗工液のウエット膜を所定の幅で精度良く形成することが出来る塗布方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の塗布方法は、塗工液に対する接触角に差を設定した塗布部および非塗布部が幅方向に隣接し、かつ該幅方向に直交する方向に延びて形成された基材上で、塗布部に対向して配置される吐出口を有するダイヘッドを幅方向に直交する方向に相対移動させながら、吐出口から塗工液を吐出することにより、基材上に塗布部の幅で塗工液を塗布するものである。ダイヘッドの吐出口の幅は、塗布部の幅よりも狭く設定されている。

塗工用基材の塗布部に盛られた塗工液は、レオロジー特性によって塗布部の中央部から周辺部へと流動して広がっていく性質がある。この塗工液の広がりは有限であり、接触角に差が生じる、塗布部と非塗布部との境界で止まる。これによって、ストライプ状に塗布される塗工液のウエット膜を所定の幅で精度良く形成し、安定に保つことが出来る。本発明では、先端が面一な平面に形成されたダイヘッドを使用して塗布を行えるので、簡便であり、ダイヘッドの洗浄などのメンテナンスも容易に行える。

本発明の塗布方法では、塗膜の幅を塗布部と非塗布部との境界部に設定される接触角の差で制御するので、すべての塗布部は両側から非塗布部で挟まれるレイアウトが好ましい。すなわち、基材の幅方向の両端部は、非塗布部であることが望ましい。

本発明の塗布方法では、ダイヘッドの吐出口の幅は、前記塗布部の幅で前記基材上に載せられた前記塗工液が乾燥されてなる塗膜の幅方向の両端部に形成される盛り上がりの高さが許容範囲に収まるような幅であることが好ましい。

塗布部と非塗布部との境界部に設定される接触角の差は、基材の表面に改質処理を施すことや非塗布部に相当する領域に撥水性の薄膜を形成することによって設けることが出来る。

塗布部および非塗布部が基材の幅方向に交互に並んで所定のピッチで複数形成された基材上では、複数の塗布部に対応するピッチで設けられた複数の吐出口を有するダイヘッドを相対移動させて塗工液を塗布することによって、１回のダイヘッドもしくは基材の走査で塗工液を効率良く塗布することが出来る。

この発明によれば、ストライプ状に塗布される塗工液のウエット膜を所定の幅で精度良く形成し、安定に保つことが可能である。また、その塗布を簡便な構造のダイヘッドを用いて容易に行うことが出来る。

本発明に用いられるダイヘッドの一例を先端側から見た状態で示す部分斜視図である。上記ダイヘッドを長手方向に沿う断面で示す断面図である。図２におけるIII−III線断面図である。図２におけるIV−IV線断面図である。本発明に係る塗工用基材の一例を示す斜視図である。ダイヘッドを用いた塗布装置による塗布の様子を示す斜視図である。ダイヘッドを用いた塗布装置による塗布の様子をダイヘッドの長手方向に沿う断面で示す図である。ダイヘッドを用いた塗布装置による塗布の様子をダイヘッドの長手方向に直交する方向に沿う断面で示す図である。吐出口の幅寸法（Ａ）と塗布部の幅寸法（Ｂ）とがイコールの場合におけるウエット膜および乾燥膜の形状を幅方向に沿う断面で示す模式図である。吐出口の幅寸法（Ａ）が塗布部の幅寸法（Ｂ）より小さい場合におけるウエット膜および乾燥膜の形状を幅方向に沿う断面で示す模式図である。塗布部の幅の異なる２つの基材の塗布部に、同じ幅の吐出口を持つスリット代を用いて塗布し、乾燥させて得られた塗膜の膜厚の実測値を、基材の幅方向について膜端からの位置に対してプロットしたグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

本発明方法は、専用に作成したダイヘッド１０と塗工用基材２０とを用いて実施される。

図５に示すように、塗工用基材２０は、一定の幅（図５におけるｙ軸方向寸法。）を有する。図５に示された基材２０は矩形の基板であって、一定の幅と長さ（同図におけるｘ軸方向寸法。）を有する。但し、本発明は、幅が一定であれば長さが不定の基材（例えば、ロールに捲回されたシート状の基材。）にも適用可能である。

塗工用基材２０の主面には、長さ方向に沿って、塗工液に対する接触角に差を設定した塗布部２１および非塗布部２２が幅方向において所定のピッチで交互に形成される。非塗布部２２は、基材２０の幅方向における塗布部２１の限界を規定する。したがって、非塗布部２２は、基材２０の幅方向における塗布部２１と塗布部２１との間、および基材２０の幅方向における両端部に存在する。

基材２０は、同じ幅のものでも塗布部２１の幅やピッチの異なるものが種々用意される。

塗布部２１と非塗布部２２との間に設定される上記接触角の差は、基材２０の表面の改質処理を用いて作る。塗工液は水性の液体（水溶液）が一般的に用いられる。このため、改質処理は親水性を高める処理、または撥水性を高める処理のいずれかを利用できる。このような改質処理は、プラズマ照射による処理が好適である。その他にも、紫外線照射による処理でも効果が期待出来る。

このとき、プラズマや紫外線の照射の際、不活性ガスの雰囲気で照射すれば照射した領域が親水化(hydrophilization)され、周辺雰囲気にフッ化水素(hydrogen fluoride)系のガスが存在すれば照射した箇所が撥水(water-repellent)化される。なお、塗布部２１と非塗布部２１との間に接触角の差を設けるため、改質処理の際はいずれかに領域にマスクを使用し、マスクされた領域には強制的に照射の影響が及ばないようにする。

親水化または撥水化のいずれを行うかは基材２０の材質に応じて選択する。すなわち、濡れ性の良い基材（例えば、ガラス基板など。）であれば、塗布部２１に相当する領域をマスクし、非塗布部２２に相当する領域を撥水化するのが良い。一方、比較的濡れ性(wettability)の悪い基材（例えば、樹脂フィルムなど。）であれば、非塗布部２２に相当する領域をマスクし、塗布部に相当する領域を親水化するのが良い。

また、撥水化によって非塗布部２２を作り出す方法として、基材２０上の非塗布部２２に相当する領域に撥水性の薄膜を形成することでも良い。このような薄膜は、塗布、スプレー、蒸着等、公知の手法を用いて形成することが可能である。

ダイヘッド１０は、図２に示すように、本体１１と、シム１３とから構成される。図２、図３に示すように、本体１１の内部には、マニホールド１４とスリット１２が設けられる。マニホールド１４とスリット１２はダイヘッド１０の長手方向に延びて形成され、互いに連通している。

シム１３は、本体１１に装着される。シム１３はスリット１２を長手方向に区画するものである。このため、シム１３は、くし歯状を呈する。シム１３のくし歯の先端は、本体１１の先端に一致され、スリット１２の先端と面一とされる。

シム１３を本体１１に装着すると、図１、図２に示すように、スリット１２は長手方向に区画され、複数の吐出口１２１が形成される。各吐出口１２１は共通の１つのマニホールド１４と連通している。よって、ダイヘッド１０には、マニホールド１４へ通ずる塗工液の供給口（不図示。）を1箇所設けるだけで、外部からダイヘッド１０へ塗工液を供給して複数の吐出口１２１から同時に吐出することが可能である。

シム１３は、くし歯の幅やピッチを変更した種々のものを用意しておく。ダイヘッド１０は、共通の本体１０に対して仕様の異なるシム１３を組み合わせることによって、スリット１２の長さの範囲内で、吐出口１２１の幅やピッチを適宜変更できる。したがって、ダイヘッドそのものを取り替えることなく、部品（シム１３）の交換のみによって基材２０に設けられる塗布部２１の幅やピッチの変更に容易に対応が可能となる。

また、ダイヘッド１０の先端は面一な平面に形成され、該平坦面に吐出口１２１が開口する構造となる。このため、ダイヘッド１０の先端に凹凸がなく、洗浄などのメンテナンスもしやすい。

ダイヘッド１０の先端に形成される吐出口１２１は、基材２０の塗布部２１に対応する数およびピッチで形成される。塗布する際は、図７に示すように、ダイヘッド１０の長手方向を、基材２０の幅方向に一致させ、さらに、吐出口１２１を基材２０の塗布部２１に対向させる。

そして、図６、図８に示すように、ダイヘッド１０を、基材２０との間に所定の間隔を保った状態で相対的に移動させながら、定量ポンプから送られた塗工液３０をマニホールド１４からスリット１２を通して吐出口１２１から吐出し、塗布部２１に載せる。

塗布部２１に盛られた塗工液は、レオロジー特性によって塗布部２１の中央部から周辺部へと流動して広がっていく性質がある。この塗工液の広がりは有限であり、接触角に格段の差がある、塗布部２１と非塗布部２２との境界で止まる。これによって、ストライプ状に塗布される塗工液のウエット膜を所定の幅で精度良く形成し、安定に保つことが出来る。

塗工液のウエット膜は、乾燥工程で溶媒を蒸発させることで乾燥膜に変化する。この乾燥の過程で、溶媒の蒸発速度の違いによって、出来上がった乾燥膜には幅方向における端部（周辺部）の盛り上がりが発生する現象がわかっている。

図７に示すように、吐出口１２１の幅寸法（図７中の符号Ａ参照。）は、塗布部２１の幅寸法（図７中の符号Ｂ参照。）との関係は、Ａ≦Ｂとなるように設定される。

Ａ＝Ｂの場合、図９に示すように、吐出口１２１から吐出される塗工液が塗布部２１の幅Ａにそのまま盛られることになる。塗布部２１の幅いっぱいに盛られた塗工液を乾燥させると、乾燥膜に見られる周辺部の盛り上がりが顕著であり、このため膜厚の不均一部が形成される。

これに対して、Ａ＜Ｂの場合は、図１０に示すように、吐出口１２１の幅Ｂの外側に盛られる塗工液を一様に、その幅Ｂの内側よりも薄くすることが出来る。これにより、乾燥膜に見られる周辺部の盛り上がりを抑制出来る。

この結果、Ａ＜Ｂの方が出来上がった塗膜の膜厚の均一部分が多くなる。したがって、吐出口１２１の幅が塗布部２１の幅より若干狭くなるように設定することが望ましい。

塗工液としては、水系または溶剤系レジスト等の低粘度材料、ペースト等の高粘度材料のいずれもが使用可能である。

なお、上記実施形態では、塗工液の塗布に際し、基材２０を固定し、ダイヘッド１０を水平面内の所定方向（図５におけるｘ方向参照。）走査する場合を説明したが、ダイヘッド１０を固定し、基材２０を同方向に移動させる構成を採用することも可能である。前者の方法は、基材２０が、ガラス基板、樹脂基板などの枚葉状の基材である場合に好適であり、後者の方法は、基材２０が、ロールに捲回された樹脂フィルムなどのシート状の基材である場合に好適である。

本発明の効果を実験によって確認した。以下に説明する。

＜基材＞
以下のように塗布部の幅のみが異なる２種類の基材（それぞれ、実施例１、２）を用意した。

基材２０には、樹脂フィルムを用いた。前処理としてこの樹脂フィルムの表面に、マスクを被せて紫外線照射し、ストライプ状に親水化する処理を施した。これにより、処理部を塗布部、非処理部を非塗布部とした、塗布部２１、非塗布部２２が基材２０の表面にストライプ状に交互に形成された。水に対する接触角（濡れ性）は、塗布部２１が１８°、非塗布部２２が６９°であり、その差は５１度である。塗布部２１の幅Ｂは５０ｍｍである。

基材２０の形成する塗布部２１の幅Ｂを５５ｍｍに設定されていること以外は、実施例１と同じである。

＜ダイヘッド＞
ダイヘッド１０は、吐出口１２１の幅Ａが５０ｍｍで一定のものを用いた。

＜塗工液＞
塗工液は水溶液系の塗工液であり、粘度が１０ｃＰのものを用いた。

＜塗膜形成＞
水平に保持した上記実施例１、２の基材２０を、上記ダイヘッド１０の下にセットし、ダイヘッド１０を走査しながら吐出口１２１から上記塗工液を吐出することにより塗布部２１への塗布をそれぞれ行った。ダイヘッド１０の走査速度はいずれも５０ｍｍ／ｓである。塗布後の基材２０を乾燥工程に移し、塗工液を乾燥させ、ストライプ状の塗膜（乾燥膜）を得た。

図１１は、実施例１、２の基材２０の各塗布部２１に形成された塗膜の膜厚の実測値を、基材２０の幅方向について膜端からの位置に対してプロットしたものである。塗布部２１の幅Ｂがダイヘッド１０の吐出口１２１の幅Ａと同じである（Ａ＝Ｂ）実施例１の基材２０では、出来上がった塗膜に周辺部の盛り上がりが顕著に見られる。これに対して、塗布部２１の幅Ｂがダイヘッド１０の吐出口１２１の幅Ａより長くなる（Ａ<Ｂ）実施例２の基材２０では、塗膜の周辺部の盛り上がりが抑制され、膜厚の均一性が増すことが実験からも裏付けられた。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０…ダイヘッド１２…スリット
１２１…吐出口１３…シム１４…マニホールド２０…塗工用基材２１…塗布部２２…非塗布部３０…塗工液

Claims

塗工液に対する接触角に差を設定した塗布部および非塗布部が幅方向に隣接し、かつ該幅方向に直交する方向に延びて形成された基材上で、前記塗布部に対向して配置される吐出口を有するダイヘッドを前記幅方向に直交する方向に相対移動させながら、前記吐出口から前記塗工液を吐出することにより、前記基材上に前記塗布部の幅で前記塗工液を塗布する塗布方法であって、
前記ダイヘッドの吐出口の幅は、前記塗布部の幅よりも狭い塗布方法。
前記吐出口の幅は、前記塗布部の幅で前記基材上に載せられた前記塗工液が乾燥されてなる塗膜の幅方向の両端部に形成される盛り上がりの高さが許容範囲に収まるような幅である、請求項１に記載の塗布方法。
前記塗布部および前記非塗布部が前記基材の幅方向に交互に並んで所定のピッチで複数形成された基材上で、前記複数の塗布部に対応するピッチで設けられた複数の前記吐出口を有するダイヘッドを相対移動させて塗工液を塗布する、請求項１または２に記載の塗布方法。
前記ダイヘッドの先端は平坦面に形成され、該平坦面に前記吐出口が開口する、請求項３に記載の塗布方法。