(57)【要約】【課題】基材に塗布された塗布液の塗布厚不足領域の発生を再現性よく抑制し、材料および工程の無駄を減少させることが可能な塗工装置および塗工装置の制御方法を提供する。【解決手段】塗布液７を吐出口１０から連続的に吐出して前記基材の表面に塗布するダイヘッド４と、ダイヘッドへ塗布液を供給するポンプ５と、吐出口１０と基材２表面の間の隙間への塗布液の吐出完了を検出する溜まり検出部１７，１８と、ダイヘッド４へ供給される塗布液７の性状を検出する性状検出部１３，１４と、制御部６と、を有する塗工装置１である。制御部６は、溜まり検出部からの検出信号を予め設定された閾値と比較することで、ダイヘッドの移動を開始させ、性状検出部から入力される検出信号に基づいて、基材に塗布される塗布液の厚さを一定に保つようにポンプからの塗布液の送液速度およびダイヘッドの移動速度の少なくとも一方を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に対して相対的に移動しつつ塗布液を吐出口から連続的に吐出して前記基材の表面に塗布するダイヘッドと、
前記ダイヘッドへ塗布液を供給するポンプと、
前記吐出口と前記基材表面の間の隙間への塗布液の吐出完了を検出する溜まり検出部と、
前記ダイヘッドへ供給される塗布液の性状を検出する性状検出部と、
前記溜まり検出部から入力される検出信号を予め設定された閾値と比較することで、前記隙間への塗布液の吐出完了を判断して前記ダイヘッドの移動を開始させ、前記性状検出部から入力される検出信号に基づいて、前記基材に塗布される塗布液の厚さを一定に保つように前記ポンプからの塗布液の送液速度および前記ダイヘッドの移動速度の少なくとも一方を制御する制御部と、を有する塗工装置。
【請求項２】
前記溜まり検出部は、光学的検出装置である請求項１に記載の塗工装置。
【請求項３】
基材に対して相対的に移動しつつ塗布液を吐出口から連続的に吐出して前記基材の表面に塗布するダイヘッドの移動の開始を、前記吐出口と前記基材表面の間の隙間への塗布液の吐出完了を検出した溜まり部検出信号を予め設定された閾値と比較することで判断し、
前記ダイヘッドの移動速度および前記ダイヘッドへ塗布液を供給するポンプからの塗布液の送液速度を、前記ダイヘッドへ供給される塗布液の性状を検出した性状検出信号に基づいて、前記基材に塗布される塗布液の厚さを一定に保つように制御する、塗工装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗工装置および塗工装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材上に塗布液を塗布するために、基材に対して相対的に移動しつつ塗布液を吐出するダイヘッドを用いた塗工装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の塗工装置は、ダイヘッドに塗布液を供給するポンプとダイヘッドの間の配管に、当該配管内を所望の圧力に保持する背圧弁を設けた構成となっている。この構成により、ポンプの停止中も配管内が所望の圧力に保たれており、塗布開始のためにポンプの作動を開始した時点における吐出圧力は、何も圧力をかけていない場合に比べて、圧力の立ち上がりが速く滑らかになる。これにより、短時間で所望の吐出速度を確保でき、塗布開始時に生じる塗布厚不足領域を短くしている。
【特許文献１】特開２００４−５００２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の特許文献１の塗工装置は、背圧によって塗液配管の内圧を保持するという構成であるため、塗布開始時点で背圧から所望圧へ加圧されるまでの間は、塗布液の吐出速度が所望値に対して不足する状態となっており、多少なりとも塗布厚不足領域が生じる。また、塗布液の温度、或いは塗布液の品質のばらつきによる塗布液の粘性の変動により、望ましい液圧は変動するため、塗布厚不足領域の短縮の再現性を維持できない。また、このように発生した塗布厚不足領域は、この後の工程で排除する必要があり、材料および工程に無駄が生じる。
【０００４】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、基材に塗布された塗布液の塗布厚不足領域の発生を再現性よく抑制し、材料および工程の無駄を減少させることが可能な塗工装置および塗工装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明に係る塗工装置は、基材に対して相対的に移動しつつ塗布液を吐出口から連続的に吐出して前記基材の表面に塗布するダイヘッドと、前記ダイヘッドへ塗布液を供給するポンプとを有する。当該装置は、さらに、溜まり検出部と、性状検出部と、制御部とを有している。溜まり検出部は、前記吐出口と前記基材表面の間の隙間への塗布液の吐出完了を検出し、性状検出部は、前記ダイヘッドへ供給される塗布液の性状を検出する。制御部は、前記溜まり検出部から入力される検出信号を予め設定された閾値と比較することで、前記隙間への塗布液の吐出完了を判断して前記ダイヘッドの移動を開始させる。制御部は、さらに、前記性状検出部から入力される検出信号に基づいて、前記基材に塗布される塗布液の厚さを一定に保つように前記ポンプからの塗布液の送液速度および前記ダイヘッドの移動速度の少なくとも一方を制御する。
【０００６】
上記目的を達成する本発明に係る塗工装置の制御方法は、基材に対して相対的に移動しつつ塗布液を吐出口から連続的に吐出して前記基材の表面に塗布するダイヘッドの移動の開始を、前記吐出口と前記基材表面の間の隙間への塗布液の吐出完了を検出した溜まり部検出信号を予め設定された閾値と比較することで判断する。本制御方法は、さらに、前記ダイヘッドの移動速度および前記ダイヘッドへ塗布液を供給するポンプからの塗布液の送液速度を、前記ダイヘッドへ供給される塗布液の性状を検出した性状検出信号に基づいて、前記基材に塗布される塗布液の厚さを一定に保つように制御する。
【発明の効果】
【０００７】
上記のように構成した本発明に係る塗工装置は、溜まり検出部からの検出信号を閾値と比較することで、ダイヘッドの移動を開始させるため、隙間への塗布液の吐出完了をより正確に判断でき、基材に塗布される塗布液の塗布厚不足領域の発生を再現性よく抑制して、材料および工程の無駄を減少させることができる。また、本塗工装置は、性状検出部から入力される検出信号に基づいて、塗布液の送液速度およびダイヘッドの移動速度を制御するため、基材に塗布される塗布液の厚さをより正確に一定に保つことができ、材料および工程の無駄を減少させることができる。
【０００８】
上記のように構成した本発明に係る塗工装置の制御方法は、ダイヘッドの移動の開始を、溜まり部検出信号を閾値と比較することで判断するため、吐出口と基材表面の間の隙間への塗布液の吐出完了をより正確に判断でき、基材に塗布される塗布液の塗布厚不足領域の発生を再現性よく抑制して、材料および工程の無駄を減少させることができる。また、本制御方法は、ダイヘッドの移動速度および塗布液の送液速度を、性状検出信号に基づいて制御するため、基材に塗布される塗布液の厚さをより正確に一定に保つことができ、材料および工程の無駄を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係る塗工装置を示す概略斜視図、図２は、塗布液の塗布前の塗工装置を示す正面図、図３は、塗布液の塗布時の塗工装置を示す正面図である。図４は、塗布液の塗布前の塗工装置を示す側面図、図５は、塗布液の塗布時の塗工装置を示す側面図、図６は、塗布液の塗布前の塗工装置を示す拡大断面図、図７は、塗布液の塗布時の塗工装置を示す拡大断面図である。図８は、液体温度Ｔと液体粘度ηの関係を概略的に示すグラフ、図９は、液体温度Ｔと液体流量Ｑの関係を概略的に示すグラフである。
【００１１】
本実施形態に係る塗工装置１は、基材２に対して塗布液を塗布するための装置であり、基材２を保持する保持台３と、塗布液７を吐出する塗工用のダイヘッド４と、ダイヘッド４へ塗布液７を供給するポンプ５と、ダイヘッド４およびポンプ５を制御する制御部６とを有している。
【００１２】
保持台３は、上面に基材２を水平に保持できる。また、保持台３は、保持した基材２を水平方向へ移動させる機能を備えてもよい。
【００１３】
ダイヘッド４は、制御部６により制御されて保持台３に対して相対的に移動可能となっている。ダイヘッド４は、供給される塗布液７を基材２へ吐出するためのスリット状の吐出口１０と、吐出口１０へ塗布液７を供給するための流路１１を有している。ダイヘッド４は、水平方向（塗布方向）へ移動可能であるとともに、鉛直方向へも移動可能である。ダイヘッド４の移動は、例えば制御部６により制御されるモータにより行われる。なお、本実施形態では、ダイヘッド４を移動させる構成としているが、ダイヘッド４と保持台３が相対的に移動できればよく、したがって、保持台３を移動させる構成としてもよい。
【００１４】
ポンプ５は、制御部６により塗布液の送液速度を制御されて、塗布液７を収容したタンク（不図示）から塗布液７をダイヘッド４へ配管１２を介して供給する。
【００１５】
配管１２には、塗布液７の性状を検出するために、配管１２内の塗布液７に接して塗布液７の温度を検出する温度センサー１３（性状検出部）と、配管１２内の塗布液７の圧力（吐出圧）を検出する圧力センサー１４（性状検出部）とが設けられている。温度センサー１３および圧力センサー１４で計測された結果は、温度検出信号Ｓｔ（性状検出信号）および圧力検出信号Ｓｐ（性状検出信号）として制御部６に入力される。なお、温度センサー１３および圧力センサー１４は、ポンプ５からダイヘッド４へ供給される塗布液７の温度および圧力を検出できるのであれば設置場所は限定されず、例えば配管１２ではなくダイヘッド４内に設けられてもよい。
【００１６】
保持台３の塗布液７の塗布が開始される端部の近傍には、ダイヘッド４の吐出口１０と基材２の面の間のクリアランス部（隙間）に形成される塗布液溜まり部１６を水平方向から光学的に監視する第１光学センサー１７および第２光学センサー１８が設けられる。第１光学センサー１７および第２光学センサー１８には、例えば分解能の高いＣＣＤが適用される。塗布液溜まり部１６は、図３，７に示すように、ダイヘッド４の吐出口１０と基材２の面の間のクリアランスに形成されて、塗布液７が吐出されることで塗布液７により満たされる空間である。塗布液溜まり部１６は、幅Ｗ、長さＬ、高さＨを有している。したがって、第１光学センサー１７から見た塗布液溜まり部１６が占める面積Ａ１は、長さＬ×高さＨで定義され（図５の点線斜線部）、第２光学センサー１８から見た塗布液溜まり部１６が占める面積Ａ２は、幅Ｗ×高さＨで定義される（図３の点線斜線部）。
【００１７】
第１光学センサー１７は、図１，２に示すように、クリアランス部をダイヘッド４の移動方向の側面側から監視しており、第１光学センサー１７のダイヘッド４を挟んで反対側に設けられる第１光源１９から照射される光３０を受光することができる。第１光学センサー１７により計測された結果は、第１光学検出信号ＳＬ１（溜まり部検出信号）として制御部６に入力される。したがって、塗布液７が吐出口１０から吐出されると、塗布液７が塗布液溜まり部１６を徐々に満たし、図３に示すように、第１光源１９から照射される光３０が塗布液７により遮断されて、この結果が制御部６に送られることとなる。
【００１８】
第２光学センサー１８は、図４，６に示すように、クリアランス部をダイヘッド４の移動方向の正面側から監視しており、第２光学センサー１８のダイヘッド４を挟んで反対側に設けられる第２光源２０から照射される光３１を受光することができる。第２光学センサー１８により計測された結果は、第２光学検出信号ＳＬ２（溜まり部検出信号）として制御部６に入力される。したがって、塗布液７が吐出口１０から吐出されると、塗布液７が塗布液溜まり部１６を徐々に満たし、図５，７に示すように、第２光源２０から照射される光３１が塗布液７により遮断されて、この結果が制御部６に送られることとなる。
【００１９】
制御部６は、第１，第２光学センサー１７，１８からの光学検出信号ＳＬ１，ＳＬ２に応じて、ダイヘッド４の移動開始を判断する。また、制御部６は、温度センサー１３および圧力センサー１４から入力される温度検出信号Ｓｔおよび圧力検出信号Ｓｐに応じて、ダイヘッド４の移動速度およびポンプ５からの塗布液の送液速度（吐出速度Ｖ）を制御する。すなわち、図８、図９に示すように、液体粘度ηおよび液体流量Ｑは、液体温度Ｔに応じて変化し、さらに液体圧力に応じても変化するため、温度センサー１３および圧力センサー１４の計測結果に応じて、ダイヘッド４の移動速度およびポンプ５からの塗布液の送液速度を制御する。なお、制御部６における制御方法については、以下に述べる本実施形態の作用において具体的に説明する。
【００２０】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００２１】
図１０は、本実施形態に係る塗工装置により塗布液を塗布する際の塗布液の吐出圧Ｐ、吐出速度Ｖ、基材上の塗布量Ｇの時間変化を表すグラフである。
【００２２】
塗布液７を基材２に塗布する前に、まず、保持台３に基材２を設置し、基材２の一端側にダイヘッド４を配置する。次に、制御部６によりポンプ５を作動させると、所定値まで吐出圧Ｐが上昇し、塗布液７を配管１２を介してダイヘッド４へ供給する。これにより、このとき、配管１２内の温度センサー１３および圧力センサー１４によって計測された結果が、温度検出信号Ｓｔおよび圧力検出信号Ｓｐとして制御部６に入力される。さらに、第１，第２光学センサー１７，１８によって計測された結果が、第１，第２光学検出信号ＳＬ１，ＳＬ２として制御部６に入力される。
【００２３】
制御部６は、光学的に実測された第１，第２光学検出信号ＳＬ１，ＳＬ２により、吐出口１０から実際に吐出される塗布液７を識別する。すなわち、塗布液７が吐出口１０から吐出されると、図３，５および７のように、塗布液溜まり部１６に徐々に溜まる塗布液７によって第１，第２光源１９，２０からの光３０，３１が遮られ、第１，第２光学センサー１７，１８へ到達する光３０，３１が徐々に減少する。
【００２４】
制御部６は、塗布液溜まり部１６を徐々に満たして第１，第２光源１９，２０からの光３０，３１を遮って影となる塗布液７の面積Ｘ１，Ｘ２を、光学検出信号ＳＬ１，ＳＬ２から算出し、塗布液溜まり部１６が占める面積Ａ１（長さＬ×高さＨ），Ａ２（幅Ｗ×高さＨ）と比較する。この結果、塗布液面積Ｘ１，Ｘ２が、溜まり部面積Ａ１，Ａ２に達すると、制御部６は、塗布液７が基材２表面に到達したと判断して、ダイヘッド４の移動を開始させる。なお、塗布液面積Ｘ１，Ｘ２を比較する値は、かならずしも溜まり部面積Ａ１，Ａ２でなくともよく、実測して優れた結果が得られる閾値を用いてもよい。また、本実施形態では、塗布液溜まり部１６を第１光学センサー１７および第２光学センサー１８により２方向から計測しているため、塗布液溜まり部１６に吐出される塗布液７の体積を計測しているといえるが、簡易的にいずれか一方のみの計測とすることもできる。
【００２５】
また、塗布液溜まり部１６が塗布液７に満たされる時点ｔ１を検出するための他の方法として、温度センサー１３により検出される温度検出信号Ｓｔおよび圧力センサー１４により検出される圧力検出信号Ｓｐから算定することもできる。このためには、まず、温度検出信号Ｓｔおよび圧力検出信号Ｓｐから送液速度（吐出速度Ｖ）を算出し、図１０中の斜線部の面積で表される吐出速度Ｖの時間積分値Ｄが、塗布液溜まり部１６の容積と等しくなる時点ｔ１を演算により予想することができる。温度検出信号Ｓｔおよび圧力検出信号Ｓｐから吐出速度Ｖを算出するには、以下の式（１）に示すポアズイユ式および式（２）に示すアンドレード式により理論的に算出できる。または、実測に基づいた検量式を用いることで、吐出速度Ｖを算出してもよい。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
ここで、Ｑは流量、Ｖは体積、ｔは時間、ｒは導管直径、ηは粘度、Δｐは差圧、ｌは導管長さ、Ｓは導管面積、ＡおよびＢは定数、eは自然対数の底、Ｔは温度である。
【００２８】
制御部６によりダイヘッド４の移動が判断されると、制御部６は、このときの温度検出信号Ｓｔおよび圧力検出信号Ｓｐから、望ましい塗布厚が得られるダイヘッド４の移動速度を算出し、ダイヘッド４の移動をこの移動速度で開始させる。図１０に示すように、ダイヘッド４の移動開始時点ｔ１において、塗布液７の吐出速度Ｖが所望の吐出速度Ｖ１に到達しているならば、同時点ｔ１での吐出速度Ｖに応じた移動速度でダイヘッド４を移動させつつ、塗布液７の塗布を継続する。これにより、塗布開始当初から、基材２上の一定領域内に塗布される塗布量Ｇ（塗料の塗布厚）が常に均一に保たれて、塗布液が塗布される。
【００２９】
また、ダイヘッド４の移動開始時点ｔ１において、塗布液７の吐出速度Ｖが所望の吐出速度Ｖ１に到達していない場合、所望の塗布厚が得られる移動速度でダイヘッド４の移動を開始し、この後吐出速度Ｖを所望の吐出速度Ｖ１に達するまで上昇させつつ、変動する塗布量に応じてダイヘッド４の移動速度を制御して、塗布液７の塗布を継続する。または、ダイヘッド４の移動開始時点ｔ１において、塗布液７の吐出速度Ｖが所望の吐出速度Ｖ１に到達していない場合でも、移動開始時点ｔ１における吐出速度Ｖを上昇させずに維持するように制御し、所望の塗布厚が得られる移動速度でダイヘッド４を移動させて、塗布液７の塗布を継続してもよい。このように制御しても、塗布開始当初から、基材２上の一定領域内に塗布される塗布量Ｇ（塗料の塗布厚）が常に均一に保たれて、塗布液が塗布される。
【００３０】
塗布液７の塗布を行っている際に、外乱、塗布液の品質のばらつき或いはその他の要因により、塗布液７の温度や粘度が変動する場合には、実測に基づいた検量式または、上述した式（１）および式（２）を用いて、所望の塗布厚が得られるように、ダイヘッド４の移動速度およびポンプ５からの送液速度を制御する。すなわち、吐出口１０からの塗布液７の吐出速度Ｖを一定に保つために、温度検出信号Ｓｔおよび圧力検出信号Ｓｐに応じてポンプ５からの送液速度（吐出速度Ｖ）を制御し、ダイヘッド４の移動速度を一定に制御することで、塗布厚を一定に維持することができる。
【００３１】
または、上述のように塗布液７の吐出速度Ｖを極力一定に保つように制御しつつも、吐出速度Ｖを実際に一定に保てないならば、温度検出信号Ｓｔおよび圧力検出信号Ｓｐから塗布液７の吐出速度Ｖを算出し、吐出速度Ｖに応じてダイヘッド４の移動速度を制御することで、塗布開始当初から塗布厚を一定に維持することができる。
【００３２】
また、ポンプ５の出力を一定に制御しつつ、温度検出信号Ｓｔおよび圧力検出信号Ｓｐから塗布液７の吐出速度Ｖを算出し、吐出速度Ｖに応じてダイヘッド４の移動速度を制御することで、塗布開始当初から塗布厚を一定に維持することもできる。このように、温度検出信号Ｓｔおよび圧力検出信号Ｓｐに応じて、ポンプ５の出力およびダイヘッド４の移動速度の少なくとも一方を制御することで、塗布開始当初から塗布厚を一定に維持することが可能である。
【００３３】
この後、ダイヘッド４が所定範囲内の塗布液７の塗布を終了すると、制御部６はポンプ５を制御して塗布液７の吐出を停止させ、さらにダイヘッド４を鉛直方向へ上昇させることで基材２から後退させて、塗布液７の基材２に対する塗布が終了する。
【００３４】
本実施形態に係る塗工装置１によれば、第１，第２光学センサー１７，１８、圧力センサー１４）、および温度センサー１３の検出結果に応じてポンプ５の送液速度およびダイヘッド４の移動速度を制御するため、基材２の塗布開始部分における塗布厚の不足領域の発生を再現性よく抑制し、若しくは極力減少させることができる。すなわち、これらのセンサーの検出結果に応じて、ポンプ５の送液速度、ダイヘッド４の移動開始時点および移動速度を制御できるため、変動する検出値に基づく最適な制御が可能となり、基材２上に望ましい厚さで塗布液７を塗布できる。さらに、塗布厚の不足領域の発生を抑制することができるため、塗布厚の不足領域を取り除く必要がなくなり、材料および工程の無駄を減少させることができる。
【００３５】
また、制御部６が、第１，第２光学センサー１７，１８（溜まり検出部）からの検出信号に応じてダイヘッド４の移動を開始させるため、塗布を開始する時点ｔ１を制御部６により正確に判断できる。さらに、制御部６が、圧力センサー１４（性状検出部）および温度センサー１３（性状検出部）からの性状検出信号に応じてポンプ５の送液速度およびダイヘッド４の移動速度の少なくとも一方を制御するため、変動する塗布液７の圧力および温度に応じて、基材２上に望ましい厚さで塗布液７を塗布できる。
【００３６】
また、第１，第２光学センサー１７，１８（溜まり検出部）が、光学的検出装置であるため、塗布液溜まり部１６の塗布液７の確実に検出でき、塗布を開始する時点ｔ１を正確に判断できる。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、光源にレーザー光等の指向性の高い光源を使用し、クリアランス部の基材面方向（鉛直方向）に光を走査することで、塗布液溜まり部１６における光路の遮断を検知してもよい。また、計測環境下に光が存在すれば、第１光学センサーおよび第２光学センサーにカメラを用いることで、特定の光源を装置に設けずに塗布液を計測することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る塗工装置を示す概略斜視図である。
【図２】塗布液の塗布前の塗工装置を示す正面図である。
【図３】塗布液の塗布時の塗工装置を示す正面図である。
【図４】塗布液の塗布前の塗工装置を示す側面図である。
【図５】塗布液の塗布時の塗工装置を示す側面図である。
【図６】塗布液の塗布前の塗工装置を示す拡大断面図である。
【図７】塗布液の塗布時の塗工装置を示す拡大断面図である。
【図８】液体温度Ｔと液体粘度ηの関係を概略的に示すグラフである。
【図９】液体温度Ｔと液体流量Ｑの関係を概略的に示すグラフである。
【図１０】本実施形態に係る塗工装置により塗布液を塗布する際の塗布液の吐出圧Ｐ、吐出速度Ｖ、基材上の塗布量Ｇの時間変化を表すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１    塗工装置、
２    基材、
４    ダイヘッド、
５    ポンプ、
６    制御部、
７    塗布液、
１０    吐出口、
１２    配管、
１３    温度センサー（性状検出部）、
１４    圧力センサー（性状検出部）、
１６    塗布液溜まり部、
１７    第１光学センサー（溜まり検出部）、
１８    第２光学センサー（溜まり検出部）、
１９    第１光源、
２０    第２光源、
Ｇ    塗布量、
Ｐ    吐出圧、
ＳＬ１    光学検出信号、
ＳＬ２    光学検出信号、
Ｓｐ    圧力検出信号（性状検出信号）、
Ｓｔ    温度検出信号（性状検出信号）、
ｔ１    移動開始時点、
Ｖ    吐出速度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010125422.tif 000007
【図５】
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【図６】
2010125422.tif 000009
【図７】
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【図８】
2010125422.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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