(57)【要約】【課題】本発明は、特に、低粘度塗工液を用いて基材の表面にダイヘッドスリット巾方向に高精度の均一薄膜塗工が可能で、しかも多様な塗工対象物及び塗工液に対応可能な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及びそのダイスリット厚み制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】ダイスリットの厚みを測定するスリット厚み測定センサ及び該スリット厚み測定データの取得装置と、スリット厚みを調節・制御するスリット厚制御装置と、さらに、塗工膜厚測定センサ及び該塗工膜厚測定データの取得装置と、前記取得装置で取得したスリット厚み、塗工膜厚データに基づいて、ダイスリット厚み等を調整・制御の指令を行う制御装置とを具備したことを特徴とする塗布装置及びスリット厚み制御方法である。【選択図】図１
2004148229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に対してスリットから塗工液を塗出し、基材に塗工す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において、
ダイスリットの厚みを測定するスリット厚み測定センサ及び該スリット厚み測定データの取得装置と、スリット厚みを調節・制御するスリット厚制御装置と、さらに、塗工膜厚測定センサ及び該塗工膜厚測定データの取得装置と、前記取得装置で取得したスリット厚み、塗工膜厚データに基づいて、ダイスリット厚み等を調整・制御の指令を行う制御装置とを具備したことを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
基材に対してスリットから塗工液を塗出し、基材に塗工す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において、
所定の塗工液材料を用いて、ダイスリットの厚みを測定するスリット厚み測定センサ及び該スリット厚み測定データの取得装置で得られるスリット厚みデータ、塗工膜厚測定センサ及び該塗工膜厚測定データの取得装置で得られる塗工膜厚データ及び所定の塗工液材料データに基づいて、ダイ内３次元流動計算を計算機により行い、ダイスリット厚み等の調整・制御の指令を行う制御装置により、目的の塗工膜厚範囲が得られるまでダイスリット厚み及び塗工膜厚等の調整を繰り返し行い、均一塗工が可能となるように最適なダイスリット厚み分布を制御することを特徴とするダイスリット厚み制御方法。
【請求項３】
前記ダイスリット厚みの調整・制御を圧電材料を用いて調整・制御することを特徴とする請求項２記載のダイスリット厚み制御方法。
【請求項４】
前記塗工液材料が、低粘度材料からなることを特徴とする請求項２又は３記載の塗布装置又はダイスリット厚み制御方法。
【請求項５】
前記塗工液材料データが、材料の粘度の歪速度依存データであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のダイスリット厚み制御方法。
【請求項６】
前記３次元流動計算が、有限要素法を用いたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のダイスリット厚み制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材表面に塗工液を塗工する技術に係わり、特に、低粘度塗工液を用いて基材の表面にダイヘッドスリット巾方向に均一塗工が可能な高精度の均一な薄膜塗工するのに好適な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及びそのダイスリット厚み制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、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）塗工を、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を用いて塗工する場合、一般に、ダイのスリット部の厚みは数１０μｍと薄く、さらに高い厚み精度が要求される。しかしながら、特に、近年の塗工対象物の大型化に伴うダイの大型化に伴い精度保証は技術的ハードルが高く、高い厚み精度のダイヘッド本体の製作が困難であり、塗布装置が高価なものとなる。また、塗工対象物、塗工液の多様化に伴い、多様な塗工対象物および塗工液に対して最適なスリットの厚み分布は異なる。
そこで、塗膜の薄型化、多様な塗工液への対応可能な、大型ダイヘッドにおけるダイスリット巾方向に均一塗工が可能な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及びスリット厚みの制御方法が、特に、エレクトロニクス分野で要望されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の要望を満たすべくな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ダイヘッドスリット巾方向に高精度の均一薄膜塗工が可能で、しかも多様な塗工対象物及び塗工液に対応可能な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及びそのダイスリット厚み制御方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、基材に対してスリットから塗工液を塗出し、基材に塗工す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において、
ダイスリットの厚みを測定するスリット厚み測定センサ及び該スリット厚み測定データの取得装置と、スリット厚みを調節・制御するスリット厚制御装置と、さらに、塗工膜厚測定センサ及び該塗工膜厚測定データの取得装置と、前記取得装置で取得したスリット厚み、塗工膜厚データに基づいて、ダイスリット厚み等を調整・制御の指令を行う制御装置とを具備したことを特徴とする塗布装置である。
【０００５】
また、請求項２に係る発明は、基材に対してスリットから塗工液を塗出し、基材に塗工す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において、
所定の塗工液材料を用いて、ダイスリットの厚みを測定するスリット厚み測定センサ及び該スリット厚み測定データの取得装置で得られるスリット厚みデータ、塗工膜厚測定センサ及び該塗工膜厚測定データの取得装置で得られる塗工膜厚データ及び所定の塗工液材料データに基づいて、ダイ内３次元流動計算を計算機により行い、ダイスリット厚み等の調整・制御の指令を行う制御装置により、目的の塗工膜厚範囲が得られるまでダイスリット厚み及び塗工膜厚等の調整を繰り返し行い、均一塗工が可能となるように最適なダイスリット厚み分布を制御することを特徴とするダイスリット厚み制御方法である。
【０００６】
また、請求項３に係る発明は、前記ダイスリット厚みの調整・制御を圧電材料を用いて調整・制御することを特徴とする請求項２記載のダイスリット厚み制御方法である。
【０００７】
また、請求項４に係る発明は、前記塗工液材料が、低粘度材料からなることを特徴とする請求項２又は３記載の塗布装置又はダイスリット厚み制御方法である。
【０００８】
また、請求項５に係る発明は、前記塗工液材料データが、材料の粘度の歪速度依存データであることを特徴とする請求項１〜３記載の塗布装置のダイスリット厚み制御方法である。
【０００９】
また、請求項６に係る発明は、前記３次元流動計算が、有限要素法を用いたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のダイスリット厚み制御方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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、本発明の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について説明する。
図１（ａ）は、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。図１（ａ）に示すように、ダイ内部は対称面の片側（ｚ軸正方向）のみを示している。供給口３から塗工液４が供給され、マニュホールド５に液が溜められる。マニュホールド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に対して相対移動させて塗工する。この図では、速度Ｖで相対運動させる。スリット方向とは図におけるｚ方向である。
【００１１】
また、図２には、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ダイヘッド部の断面図（図１におけるｙｚ断面図、ｘｙ断面図）であり、スリットが６、マニュホールドが５、供給配管が７である。
【００１２】
次に、本発明の塗布装置の構成を説明する。本発明の塗布装置は、基材に対してスリットから塗工液を塗出し、基材に塗工す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であって、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、ダイスリットの厚みを測定するスリット厚み測定センサ１２及び該スリット厚み測定データの取得装置１３と、スリット厚みを調節・制御するスリット厚制御装置１４と、さらに、塗工膜厚測定センサ１５及び該塗工膜厚測定データの取得装置１６と、前記取得装置で取得したスリット厚み、塗工膜厚データ及び所定の塗工液材料データに基づいて、ダイスリット厚み等を調整・制御の指令を行う制御装置１７とを具備したことを特徴とする塗布装置である。
【００１３】
次に、上記の本発明の塗布装置において、ダイスリット厚み制御方法について説明する。
所定の塗工液材料を用いて、ダイスリットの厚みを測定するスリット厚み測定センサ及び該スリット厚み測定データの取得装置で得られるスリット厚みデータ、塗工膜厚測定センサ及び該塗工膜厚測定データの取得装置で得られる塗工膜厚データ及び塗工液材料データに基づいて、ダイ内３次元流動計算を計算機により行い、ダイスリット厚み等の調整・制御の指令をおこなう制御装置により、目的の塗工膜厚範囲が得られるまでダイスリット厚み及び塗工膜厚等の調整を繰り返し行い、均一塗工が可能となるように最適なダイスリット厚み分布を制御する。
【００１４】
ダイスリットの厚み調整・制御は、図５に示すように、圧電材料を用いて調整・制御する。圧電材料１１は、スリット（ｚ）方向に複数配置する。まず、第一にスリット厚の分布は、それぞれの圧電材料１１を用いて超音波測定する。このとき、スリットには音速が既知である液体を充填しておく。そして、これらの圧電材料１１をスリット厚み（ｘ）方向に伸縮させ、スリット厚みｄ（ｚ）を調節する。スリット断面の材料構成は以下の通り。ベース材料８は金属などの通常のダイを構成する材料を用いる。圧電材料１１は電極１０により挟む。液との接触面には保護膜（層）９を設ける。この膜には、伸縮性があり耐薬品性などがある高分子フィルムなどを用いる。
【００１５】
上記で説明した本発明の塗布装置を用いて、そのダイスリット厚み制御方法により、均一塗工を行うフローを説明する。塗工液材料が決まると最適スリット厚ｄ＊（ｙ，ｚ）が決まる。実際のスリット厚ｄｎ（ｙ，ｚ）をｄ＊（ｙ，ｚ）に近づけるようスリット厚測定とスリット厚の調整をｎ回行う。このｄｎ（ｙ，ｚ）により、塗工を行う。次にこのｄｎ（ｙ，ｚ）のスリット厚分布を持つダイにより塗工された塗工膜厚ｈ（ｘ，ｚ）を測定する。ｈ（ｘ，ｚ）が目的とする範囲内に収まるまで、ｍ回ｄｎ（ｙ，ｚ）を調整する。これは、ダイコートの三つの過程において、多くの場合▲１▼塗出までのダイ内流動が支配的であるが、この他の二つの過程の影響も考慮するため、最適スリット厚ｄ＊（ｙ，ｚ）の微調整を行い、最終的に均一塗工可能なスリット厚ｄ＊’（ｙ，ｚ）を求め、均一塗工を行う。
【００１６】
以下、具体的な塗工液材料に対する均一塗工のための最適スリット厚の例を具体的に説明する。図４に示すように、均一塗工に支配的な材料物性のパラメータは、粘度のせん断速度依存であり、塗工液材料としてＡ，Ｂ，Ｃの３つの例をあげる。塗工液材料の流動特性は、横軸がせん断速度で縦軸が応力、傾きが粘度になる。例えば、傾き（粘度）が一定で切片（降伏応力値）がある値以上である材料Ａでは、均一塗工のためのスリット厚はスリット厚みｄが端にいくほど厚い方が最適である。一方、材料Ｂの場合、スリット厚みｄが一定である方が最適である。この根拠の例となるスリット厚みの分布に対する塗出量分布の有限要素法による３次元数値流動解析結果を以下に示す。
【００１７】
ダイスリットによる塗布過程が▲１▼塗出までのダイ内流動▲２▼自由表面への塗出解析▲３▼乾燥固化の大きく３つに分けられる。多くの場合、▲１▼の塗出までの過程が支配的であり、この過程の制御により均一塗工が可能である。また、この過程では、数値解析が有効であることがわかっている。以下、スリット厚の分布に対する塗出性の評価数値解析について説明する。
【００１８】
＜解析条件＞
解析モデルはストレートマニュホールドの６８０（ｍｍ）幅の１／２対象モデルであり、解析領域は図１に示した内ダイ内部の塗りつぶし部分である。解析領域は１）供給管２）マニュホールド３）スリットの大きく三つに分けられる。本解析では、この内スリットの厚みの絶対値と厚みに分布がある場合のスリット方向の塗出量の分布に関して検討を行った。検討を行ったスリットは計６形状で、その内３形状がスリット厚み一定のもの（図６濃黒色部）で、厚みは３０，５０，８０（μｍ）である。一方、厚みに分布があるものは、対象中心に対して端部が直線的に５（μｍ）厚く、対称中心の厚みがそれぞれ３０，５０，８０（μｍ）のものである（図６薄黒色部）。スリット（ｘｚ）断面図を図６に示す。マニュホールドは断面が半円であり、その半径は２（ｍｍ）である。塗工液材料は、純粘性モデルで、例としてニュートン流体及びビンガム流体について示す。
【００１９】
＜解析結果＞
上記の解析結果のダイスリット形状について表１に示す。
【００２０】
【表１】
2004148229.tif 000003
【００２１】
括弧内の割合（％）は、端部の厚み増分（５（μｍ））に対する対称中心の厚みの比であり、スリット厚みの均一さを示すものである。評価は塗出口での塗出量分布で行った。塗出量分布は、ここで例にとる材料の場合、塗出後の自由表面への流出・乾燥過程でのスリット方向への膜厚の変化が少なく、ほぼ膜厚分布に相当する。
【００２２】
次に、塗工液材料がニュートン流体（粘度数ｍＰａ・ｓ）の場合の解析結果を図７、８に示す。図から明らかに、このように、スリット厚みが一定であれば、この厚み範囲ではスリット厚によらず塗出量は一定である。
【００２３】
次に、塗工液材料の種を変えて、ビンガム流体の塑性粘度数（ｍＰａ・ｓ）、降伏応力数（Ｐａ）の結果を図９、１０に示す。
【００２４】
これらの代表例のように、スリット厚み、スリット厚み分布そして材料物性により、膜厚均一性が異なる。これらの結果をまとめるため、対称中心と端部での塗出量の比を下記に示す式（１）で定義し、均一性を示す指標とする。
Ｑｃ＝端部の吐出量／中心部の吐出量      （１）
よって、均一な場合、Ｑｃ＝１．００となり、端部塗出量が多い場合、Ｑｃ＞１．００となり、中心部塗出量が多い場合、Ｑｃ＜１．００となる。このＱｃを、図７〜１０までに示した結果に基づいて、図１１、１２に示す。
【００２５】
これらの代表例のように、スリット厚み、スリット厚み分布そして材料物性により、膜厚均一性が異なり、この内スリット厚み（分布）が支配的。よって、材料ごとにスリット厚み比つまりスリットの厚みのスリット方向への分布を調整することで、膜厚の制御つまり、均一塗工することが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明により、所定の塗工データに基づいてダイ内の３次元流動計算を計算機により行い、塗工液材料や塗工条件に適合する最適なスリット厚み制御を行うことで、低粘度塗工液を用いて基材の表面に高精度の均一な薄膜塗工が可能で、しかも多様な塗工対象物や塗工液に対応可能な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及びそのダイスリット厚み制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、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。（ｂ）は、本発明におけるダイスリット厚を制御する塗布装置の要部を示す説明図である。（ｃ）は、本発明の塗布装置の構成を説明する説明図である。
【図２】本発明におけるダイヘッドのＹＺ断面図である。
【図３】本発明における塗工液材料による最適スリット厚分布の求め方とスリット厚制御による塗工膜厚制御方法を示す説明図である。
【図４】本発明における塗工液材料に対するスリット厚分布の決め方を説明する説明図である。
【図５】本発明における圧電材料を用いてスリット厚みを調整するダイスリットの断面図である。
【図６】本発明におけるダイスリットのＸＺ断面図である。
【図７】本発明におけるスリット厚み一定の場合の厚みに対する塗出量分布を示す図である。
【図８】本発明におけるスリット厚み分布がある場合の塗出量分布を示す図である。（端＞対称中心）
【図９】本発明におけるスリット厚み一定の場合の厚みに対する塗出量分布を示す図である。（図７の塗工液材料を変えた場合）
【図１０】本発明におけるスリット厚み分布がある場合の塗出量分布を示す図である。（端＞対称中心）（図８の塗工液材料を変えた場合）
【図１１】本発明におけるスリット厚み及び厚み比に対する塗出量分布を示す図である。
【図１２】本発明におけるスリット厚み及び厚み比に対する塗出量分布を示す図である。（図１１の塗工液材料を変えた場合）
【符号の説明】
１・・・ダイヘッド
２・・・塗工対象物
３・・・供給口
４・・・塗工液
５・・・マニホールド
６・・・スリット
７・・・供給配管
８・・・ベース材料
９・・・保護膜（層）
１０・・・電極層
１１・・・圧電材料
１２・・・スリット厚測定センサ
１３、１６・・・データ取得装置
１４・・・スリット厚制御装置
１５・・・膜厚測定センサ
１７・・・制御装置
【図１】
2004148229.tif 000004
【図２】
2004148229.tif 000005
【図３】
2004148229.tif 000006
【図４】
2004148229.tif 000007
【図５】
2004148229.tif 000008
【図６】
2004148229.tif 000009
【図７】
2004148229.tif 000010
【図８】
2004148229.tif 000011
【図９】
2004148229.tif 000012
【図１０】
2004148229.tif 000013
【図１１】
2004148229.tif 000014
【図１２】
2004148229.tif 000015