JP6450618B2 - 塗布装置及び塗布方法 - Google Patents

Description

本発明は、吐出用スリットを有するスリットダイを備えた塗布装置、及び塗布方法に関する。

従来のスリットダイを備えた塗布装置では、供給口から供給された塗布液をマニホールドで横方向に広げ、マニホールドから押し出された塗布液を吐出用スリットから吐出することによって、基材の表面に塗布膜が形成される。ここで、均一な塗布膜を、安定して形成するためには、吐出用スリットから吐出した塗布液によって、スリットダイと基材との間で形成されるビードを安定に保持する必要がある。

しかしながら、スリットダイと基材との相対速度を上げていくと、ビードを安定して保持できなくなり、均一な塗布膜を、安定して形成できなくなる。そこで、その対策として、スリットダイの上流側（基材の搬送方向と反対方向）に減圧チャンバーを付加して、この減圧チャンバーにより、ビードの上流側を減圧することによって、ビードを安定して保持する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、ビードの上流側に均一な負圧を発生させるためには、ある程度大きな減圧チャンバーを設ける必要があり、その結果、塗布装置全体が大型化するという問題がある。

そこで、特許文献２には、吐出用スリットの上流側に凹所を形成し、この凹所に調整用ブロックを装着することによって、凹所の一部に減圧室を構成するようにした塗布装置が開示されている。これにより、減圧室を簡単に構成できるとともに、調整用ブロックの装着位置を調整することによって、減圧室の開口幅（減圧用スリットの開口幅）を、塗布液の種類や、塗布膜の膜厚などを考慮して、最適な値に設定することができる。

特開平１−２１３６４１号公報 特開２００８−２３４０５号公報

しかしながら、特許文献２に記載された塗布装置を用いて塗布膜を形成する際、スリットダイと基材との相対速度（塗布速度）を上げ、かつ、形成する塗布膜の膜厚を薄くしていくと、調整用ブロックの装着位置を調整しても、ビードを安定して保持できなくなり、均一な塗布膜を、安定して形成しにくくなる、という問題がある。特に、低粘度（例えば、３０ｍＰａ・ｓ以下）の塗布液を用いて、膜厚の薄い塗布膜を形成する場合には、この問題が顕著になる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その主な目的は、スリットダイと基材との相対速度（塗布速度）を上げ、かつ、形成する塗布膜の膜厚を薄くしても、ビードを安定して保持し、均一な塗布膜を、安定して形成することができる塗布装置、及び塗布方法を提供することにある。

本発明に係る塗布装置は、塗布液を吐出する吐出用スリットを有するスリットダイと、スリットダイの上流側に設けられた減圧ユニットとを備え、減圧ユニットは、吐出用スリットに隣接して設けられた減圧用スリットと、減圧用スリットに連結した減圧室とを備え、吐出用スリットの開口面の上流側縁部と、減圧用スリットの開口面の下流側縁部との距離が、１．０ｍｍ未満であって、減圧用スリットの開口幅が、１．０ｍｍ未満であることを特徴とする。

本発明に係る塗布方法は、上記の塗布装置を用いて、吐出用スリットから塗布液を吐出して、基材上に塗布膜を形成する塗布方法であって、吐出用スリットから吐出される塗布液のビードの上流側端部（上流側メニスカス）が、減圧用スリットの開口面の下流側縁部に位置するように制御されることを特徴とする。

本発明によれば、スリットダイと基材との相対速度（塗布速度）を上げ、かつ、形成する塗布膜の膜厚を薄くしても、ビードを安定して保持し、均一な塗布膜を、安定して形成することができる塗布装置、及び塗布方法を提供することができる。

本発明の一実施形態における塗布装置の構成を模式的に示した断面図である。 図１のＡで示した部分の拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１は、本発明の一実施形態における塗布装置の構成を模式的に示した断面図で、図２は、図１のＡで示した部分の拡大断面図である。なお、図１及び図２に示した矢印Ｘは、基材３０の搬送方向を示す。また、以下の説明において、基材３０の搬送方向Ｘと反対方向を「上流側」、搬送方向Ｘと同じ方向を「下流側」という。また、図１及び図２は、塗布装置の構成の一部を誇張して示したもので、実際の寸法を示したものではない。

本実施形態における塗布装置は、Ｘ方向に搬送される基材３０の表面に塗布膜を形成するもので、図１に示すように、塗布液を吐出する吐出用スリット１３を有するスリットダイ１０と、スリットダイ１０の上流側に設けられた減圧ユニット２０とを備えている。

スリットダイ１０は、上流側ブロック１７と、下流側ブロック１６とで構成され、上流側ブロック１７と下流側ブロック１６との間にシムプレート（不図示）を配置することによって、もしくは上流側ブロック及び／または下流側ブロックに段差を設けることによって、吐出用スリット１３が形成されている。上流側ブロック１７は先端部に上流側リップ１２を有し、下流側ブロック１６は先端部に下流側リップ１１を有する。

また、スリットダイ１０には、供給口（不図示）から供給された塗布液を塗布膜の幅方向（基材３０の搬送方向Ｘと直交する方向）に広げるためのマニホールド１４が形成されている。そして、マニホールド１４から押し出された塗布液は、吐出用スリット１３から吐出することによって、基材３０の表面に塗布膜５０が形成される。

また、図１に示すように、スリットダイ１０の上流側に設けられた減圧ユニット２０は、吐出用スリット１３に隣接して設けられた減圧用スリット２１と、減圧用スリット２１に連結した減圧室２２とを備えている。ここで、減圧用スリット２１及び減圧室２２は、上流側ブロック１７の基材３０側に減圧用ブロック２３を配置することによって構成されている。また、減圧室２２には、複数の吸引孔２４が設けられ、減圧室２２は、上流側ブロック１７内に形成された排気路１５を介して、真空ポンプ（不図示）に連結されている。

図２に示すように、吐出用スリット１３から吐出された塗布液は、スリットダイ１０と基材３０との間にビード４０を形成しながら、基材３０の表面に塗布されて、塗布膜５０が形成される。このとき、真空ポンプで、減圧室２２を介して減圧用スリット２１を減圧することによって、ビード４０の上流側が減圧される。

ところで、基材３０の搬送速度（塗布速度）を上げ、かつ、形成する塗布膜５０の膜厚を薄くしていくと、減圧用スリット２１でビード４０の上流側を減圧しても、ビード４０を安定して保持できず、その結果、均一な塗布膜を、安定して形成しにくくなる、という問題が起きる。特に、塗布液の粘度が低くなると、ビード４０の保持が不安定になり、均一な塗布膜を、安定して形成することが難しくなる。

本願発明者等は、このような問題が起きる原因を検討したところ、以下のような知見を得ることができた。

すなわち、図２に示すように、ビード４０の上流側では、空気が、減圧用ブロック２３と基材３０との隙間から、減圧用スリット２１、減圧室２２、排気路１５の順に流れる。このとき、ビード４０を安定して保持するために必要な減圧圧力は、基材３０の搬送速度（塗布速度）が大きくなるほど、大きくなる。従って、このような場合、減圧用ブロック２３と基材３０との間の距離Ｄ_１を狭くして、十分に圧力損失を与えなければ、ビード４０の上流側での減圧を十分に行うことができなくなり、ビード４０を安定して保持することが難しくなる。

また、ビード４０の上流側の減圧は、減圧用スリット２１を介して行うため、ビード４０の上流側の減圧圧力は、減圧用ブロック２３と基材３０との隙間から、減圧用スリット２１、減圧室２２、排気路１５の順に空気が流れるときの動圧の大きさ（気流の速度）によって、ほぼ制御される。

一方、ビード４０の上流側に、減圧チャンバーを配した場合には、ビード４０の上流側の減圧圧力は、減圧チャンバー内の静圧の大きさによって、ほぼ制御される。従って、ビード４０の上流側に減圧用スリット２１を配して減圧を行う場合、空気が、減圧用ブロック２３と基材３０との隙間から減圧用スリット２１に流れるとき、気流の乱れが生じると、動圧の大きさが変動する。

前述したように、基材３０の搬送速度（塗布速度）を大きくする場合は、ビード４０を安定保持するために必要な減圧圧力が高くなる。そのため、減圧用ブロック２３と基材３０との間の距離Ｄ_１を小さくして十分に圧力損失を与えることが好ましい。しかし、減圧用ブロック２３と基材３０との隙間（距離Ｄ_１）を小さくすると、この小さい隙間（距離Ｄ_１）から、開口幅の大きな減圧用スリット２１に比較的流速の大きい空気が流れて、気流の乱れが生じやすく、動圧を制御することが困難となる。その結果、ビード４０の上流側の減圧圧力が不安定になり、ビード４０を安定して保持することが難しくなる。さらに、この現象は、塗布液の粘度が低くなるほど助長される傾向にある。

上述したようなビード４０を減圧するための気流の乱れを低減するためには、図２に示すように、減圧用スリット２１の開口幅Ｗを小さくすることが好ましい。これにより、減圧用ブロック２３と基材３０との隙間（減圧用ブロック２３と基材３０との間の距離Ｄ_１）から、減圧用スリット２１に空気が流れる際に、気流の乱れが発生するのを低減することができる。

減圧用スリット２１の開口幅Ｗの最適な範囲は、１．０ｍｍ未満に設定することが好ましい。開口幅Ｗが１．０ｍｍ以上だと、減圧用ブロック２３と基材３０との隙間（減圧用ブロック２３と基材３０との間の距離Ｄ_１）から減圧用スリット２１に流入する空気の主流（中心）と、ビード４０の上流側メニスカス４０ａとの距離が大きくなる、すなわち、減圧位置がビード４０から離れる。その結果、ビード４０の上流側メニスカス４０ａが不安定になり、上流側メニスカス４０ａが振動したり、下流側に後退したりする（上流側リップ面１２ａにおいて上流側メニスカス４０ａのピンニング位置が下流側（矢印Ｘの方向）に後退する）。

また、前述したように、減圧用ブロック２３と基材３０との間の距離Ｄ_１は小さいことが好ましいが、開口幅Ｗが１．０ｍｍ以上であると、距離Ｄ_１と開口幅Ｗとの差が大きくなるため、減圧用スリット２１内で、気流の乱れが生じやすくなる。その結果、ビード４０の上流側の減圧圧力が不安定になり、ビード４０を安定して保持することが難しくなる。さらに、この現象は、塗布液の粘度が低くなるほど助長される。従って、減圧用スリット２１の開口幅Ｗを１．０ｍｍ未満とすることにより、塗布液の粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下であっても、ビード４０を安定して保持することができる。

一方、スリットダイを用いて塗布膜を塗布するに際し、図２に示すように、ビード４０の上流側メニスカス４０ａが、減圧用スリット２１の開口面２１ａの下流側縁部２１ｂ（上流側リップ１２のリップ面１２ａの上流側縁部）に位置するように（ピンニングするように）、塗布条件等が設定されることが好ましい。つまり、ビード４０の上流側メニスカス４０ａのピンニング位置が下流側縁部２１ｂとなるように、塗布膜のウエット膜厚や塗布液の物性（表面張力や粘度）により、塗布条件（例えば、ギャップ（スリットダイ１０と基材３０との間の距離Ｄ_２）や塗布速度）が設定される。

そして、その塗布条件において、ビード４０の上流側メニスカス４０ａが減圧用スリット２１の開口面２１ａの下流側縁部２１ｂに位置（ピンニング）できるように減圧圧力が制御される。

ビード４０の上流側メニスカス４０ａを、下流側縁部２１ｂに位置（ピンニング）させないと、ビード４０が不安定になり、塗布膜の外観不良（塗布ムラや膜厚の異常）が起こりやすくなる。

吐出用スリット１３の開口面の上流側縁部１３ａと、減圧用スリット２１の開口面２１ａの下流側縁部２１ｂとの距離Ｌの最適な範囲は、上述したように、ビード４０の上流側メニスカス４０ａが、減圧用スリット２１の開口面２１ａの下流側縁部２１ｂに位置（ピンニング）するように設計されることが好ましい。この観点から、例えば、塗布膜の塗布時のウエット膜厚が２０μｍ以下の場合、距離Ｌは、１．０ｍｍ未満に設定することが好ましい。

距離Ｌが、１．０ｍｍ以上だと、ビード４０の上流側メニスカス４０ａが、減圧用スリット２１の開口面２１ａの下流側縁部２１ｂに位置（ピンニング）することができず、リップ面１２ａの下流側（矢印Ｘの方向）に後退する。このようなビードは、外的要因（例えば、基材の表面状態の微小な変動、減圧圧力の微小な変動など）の影響を受けやすく、ビードが安定的に形成されず、その結果、均一な塗布膜を形成することができなくなる。

以上、説明したように、本発明における塗布装置は、塗布液を吐出する吐出用スリット１３を有するスリットダイ１０と、スリットダイ１０の上流側に設けられた減圧ユニット２０とを備え、減圧ユニット２０は、吐出用スリット１３に隣接して設けられた減圧用スリット２１と、減圧用スリット２１に連結した減圧室２２とを備える。ここで、吐出用スリット１３の開口面の上流側縁部１３ａと、減圧用スリット２１の開口面２１ａの下流側縁部２１ｂとの距離Ｌは、１．０ｍｍ未満に設定され、減圧用スリット２１の開口幅Ｗは、１．０ｍｍ未満に設定されることが好ましい。このような構成により、基材３０の搬送速度（塗布速度）を上げ、かつ、形成する塗布膜の膜厚を薄くしても、ビード４０を安定して保持することができ、これにより、均一な塗布膜を、安定して形成することができる。

本実施形態において、減圧用スリット２１の開口幅Ｗを１．０ｍｍ未満にすることによって、減圧用スリット２１内における気流の乱れを低減したが、図２に示すように、減圧用スリット２１を、減圧室２２に向けて、上流側に傾斜させてもよい。これにより、減圧用スリット２１内に流入した空気は、減圧用スリット２１内で素早く拡散することができる。その結果、減圧用スリット２１内における気流の乱れを低減することができるため、ビード４０を安定して保持することができる。

減圧用スリット２１の傾斜角θは、減圧用スリット２１の開口幅Ｗの大きさ等によって、適宜決められるが、減圧用スリット２１の開口面２１ａに対して、３０〜６０°の範囲に設定することが好ましい。この範囲の傾斜角において、気流を効果的に拡散させることができる。

本実施形態において、減圧用スリット２１及び減圧室２２は、上流側ブロック１７の基材３０側に減圧用ブロック２３を配置することによって構成することができるため、減圧ユニット２０を小型化することができ、これにより、塗布装置の小型化を図ることができる。

なお、減圧室２２の容積は、特に限定されないが、塗布装置の小型化を図るために、減圧用スリット２１の幅方向（搬送方向Ｘと直交する方向）の長さ１ｍ当たり、０．００２ｍ^３未満であることが好ましい。さらに、上記観点から、０．００１ｍ^３以下が好ましい。一方、減圧室２２の容積が小さくなり過ぎると、減圧ユニット２０内において気流の乱れが起こりやすくなるので、減圧室２２の容積の下限は、減圧用スリット２１の幅方向（搬送方向Ｘと直交する方向）の長さ１ｍ当たり、０．０００１ｍ^３以上が好ましい。

また、図１に示したように、減圧室２２には、複数の吸引孔２４が設けられているが、減圧室２２を幅方向に均一に減圧するために、吸引孔２４の数は、減圧用スリット２１の幅方向の長さ１ｍ当たり４個以上設けることが好ましい。これによって、減圧用スリット２１の幅方向（搬送方向Ｘと直交する方向）における減圧圧力を均一にすることができる。吸引孔２４の数の上限は、特に限定されないが、塗布装置の小型化の観点から、減圧用スリット２１の幅方向の長さ１ｍ当たり１２個以下が好ましい。

本発明の他の実施形態における塗布方法は、上記の塗布装置を用いて、吐出用スリット１３から塗布液を吐出して、基材３０上に塗布膜５０を形成することを特徴とする。ここで、吐出用スリット１３から吐出される塗布液のビード４０の上流側メニスカス４０ａは、減圧用スリット２１の開口面２１ａの下流側縁部２１ｂに位置（ピンニング）するように制御されることが好ましい。

なお、本実施形態における塗布方法は、塗布液の粘度が、３０ｍＰａ・ｓ以下であり、塗布膜の塗布時のウエット膜厚が、２０μｍ以下の場合に、好適に用いることができる。さらに、本実施形態における塗布方法は、塗布液の粘度が２０ｍＰａ・ｓ以下である場合に好適であり、また、塗布膜の塗布時のウエット膜厚が１０μｍ以下である場合に好適である。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

例えば、上記実施態様において、基材３０はバックアップローラ（不図示）で支持されながらＸ方向に搬送されることが好ましいが、バックアップローラを用いずに基材３０を搬送させることも可能である。

また、上記実施態様において、吸引孔２４及び排気路１５は上流側ブロック１７内に形成されているが、吸引孔２４および排気路１５は、減圧用ブロック２３の底部に設けられてもよい。

また、本実施形態における塗布液の粘度は、Ｂ型粘度計（ブルックフィールド型粘度計）で、塗布液温度２３℃で測定したものである。

また、図２において、下流側リップ１１のリップ面１１ａと、基材３０との間の距離Ｄ_２は、薄膜塗布（ウエット膜厚が２０μｍ以下で塗布）の観点から、２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、５０μｍ以下が特に好ましい。下限は、１５μｍ以上が好ましく、２０μｍ以上が特に好ましい。

また、減圧用ブロック２３のリップ面２３ａと基材３０との間の距離Ｄ_１は、前述したように、小さいことが好ましく、具体的には、２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、５０μｍ以下が特に好ましい。下限は、１５μｍ以上が好ましく、２０μｍ以上が特に好ましい。

また、下流側リップ１１のリップ面１１ａと、基材３０との間の距離Ｄ_２と、減圧用ブロック２３のリップ面２３ａと基材３０との間の距離Ｄ_１とは、同一であってもよいし、距離Ｄ_１を、距離Ｄ_２より大きくしてもよい。塗布装置の構成上（設計上）、距離Ｄ_２と距離Ｄ_１は同一であることが好ましい。

また、上流側ブロック１７の基材３０側に配置される減圧用ブロック２３は、上流側ブロック１７と一体的に形成されていてもよい。

１０ スリットダイ
１１ 下流側リップ
１２ 上流側リップ
１２ａ リップ面
１３ 吐出用スリット
１３ａ 上流側縁部
１４ マニホールド
１５ 排気路
１６ 下流側ブロック
１７ 上流側ブロック
２０ 減圧ユニット
２１ 減圧用スリット
２１ａ 開口面
２１ｂ 下流側縁部
２２ 減圧室
２３ 減圧用ブロック
２４ 吸引孔
３０ 基材
４０ ビード
４０ａ 上流側メニスカス
５０ 塗布膜

Claims (7)

1. 塗布液を吐出する吐出用スリットを有するスリットダイと、
   前記スリットダイの上流側に設けられた減圧ユニットと
   を備えた塗布装置であって、
   前記減圧ユニットは、
   前記吐出用スリットに隣接して設けられた減圧用スリットと、
   前記減圧用スリットに連結した減圧室と
   を備え、
   前記吐出用スリットの開口面の上流側縁部と、前記減圧用スリットの開口面の下流側縁部との距離は、１．０ｍｍ未満であって、
   前記減圧用スリットの開口幅は、１．０ｍｍ未満であり、
   前記減圧室は、該減圧室を減圧するための複数の吸引孔を備え、
   前記吸引孔の数は、前記減圧用スリットの幅方向の長さ１ｍ当たり４個以上である、
   塗布装置。
2. 前記減圧用スリットは、前記減圧室に向けて、上流側に傾斜している、請求項１に記載の塗布装置。
3. 前記減圧用スリットの傾斜角は、該減圧用スリットの開口面に対して、３０〜６０°の範囲にある、請求項２に記載の塗布装置。
4. 前記減圧室の容積は、前記減圧用スリットの幅方向の長さ１ｍ当たり、０．００２ｍ^３未満である、請求項１〜３の何れかに記載の塗布装置。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の塗布装置を用いて、前記吐出用スリットから塗布液を吐出して、基材上に塗布膜を形成する塗布方法であって、
   前記吐出用スリットから吐出される前記塗布液のビードの上流側メニスカスが、前記減圧用スリットの開口面の下流側縁部に位置するように制御される、塗布方法。
6. 前記塗布液の粘度は、３０ｍＰａ・ｓ以下であり、
   前記塗布膜の塗布時のウエット膜厚は、２０μｍ以下である、請求項５に記載の塗布方法。
7. 塗布液を吐出する吐出用スリットを有するスリットダイと、前記スリットダイの上流側に設けられた減圧ユニットとを備えた塗布装置であって、前記減圧ユニットは、前記吐出用スリットに隣接して設けられた減圧用スリットと、前記減圧用スリットに連結した減圧室とを備え、前記吐出用スリットの開口面の上流側縁部と、前記減圧用スリットの開口面の下流側縁部との距離は、１．０ｍｍ未満であって、前記減圧用スリットの開口幅は、１．０ｍｍ未満である塗布装置を用いて、前記吐出用スリットから塗布液を吐出して、基材上に塗布膜を形成する塗布方法であって、
   前記吐出用スリットから吐出される前記塗布液のビードの上流側メニスカスが、前記減圧用スリットの開口面の下流側縁部に位置するように制御され、
   前記塗布液の粘度は、３０ｍＰａ・ｓ以下であり、
   前記塗布膜の塗布時のウエット膜厚は、２０μｍ以下である、塗布方法。

Images