(57)【要約】【課題】基板に溶剤を含むペースト材料を塗布した後、乾燥する際、基板の面内の温度分布と蒸気濃度分布を均一に保ちつつ行うことを可能とすることを目的とする。【解決手段】基板２と対向するように設けた、複数に分離したヒーター２２を有する加熱手段２０と、加熱手段２０の背面側に設けた給気手段４０と、加熱手段２０と給気手段４０との間に設けた流速調整手段５０とを備え、給気手段４０からの空気は、流速調整手段５０を通過し、さらに加熱手段２０が有する分離したヒーター２２の間を通過した後、基板２に向かって吹き付けられるように構成することで、ペースト材料を塗布した基板２を、基板２全面が均一となるように加熱すると同時に、その基板２に対して、基板２面上における風速が均一、かつ低速となるように空気を吹き付けた状態で、乾燥を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に塗布したペースト材料を乾燥する際、前記基板を全面均一となるように加熱すると同時に、前記基板に対して、基板面上における風速が均一、かつ低速となるように空気を吹き付けることを特徴とするペースト材料の乾燥方法。
【請求項２】
基板上に塗布したペースト材料を乾燥する乾燥装置であって、基板と対向するように設けた、複数に分離したヒーターを有する加熱手段と、加熱手段の背面側に設けた給気手段と、加熱手段と給気手段との間に設けた流速調整手段とを備え、給気手段からの空気は、流速調整手段を通過し、さらに加熱手段が有する分離したヒーターの間を通過した後、基板に向かって吹き付けられるように構成したことを特徴とするペースト材料の乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にペースト材料を所定パターンで塗布した後、乾燥する際の、乾燥方法および乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）など、電子デバイスにおいては、ガラスやセラミックスなどの基板上に、金属材料や無機材料などが結着成分によって結着してなる構成要素が、所定パターンで形成されている。例えば、ＰＤＰにおいては、電極や誘電体層や隔壁や蛍光体層などが、この構成要素に該当する。
【０００３】
上記のような構成要素は、その前駆体となるペースト材料を、スクリーン印刷やダイコート法によって基板上に所定パターンで塗布し、その後、焼成することで形成する。
【０００４】
ここで、前駆体となるペースト材料としては、上述した、金属材料や無機材料などに結着成分を添加したものに対して、さらに、所定のパターンに塗布した後、そのパターン形状を保持するための、例えばエチルセルロースやアクリル等の熱分解性のよい高分子化合物（樹脂成分）や、印刷に適した所定の粘性を与えるための、例えばテルピネオールやカルビトールアセテート等の溶剤を加えたものである。
【０００５】
そしてこのペースト材料を基板上に所定パターンで塗布した後、例えば数百（℃）程度の所定温度で加熱処理することで、結着成分の溶融や材料自体の軟化、溶融、あるいは焼結により、所定の機能を有する構成要素として基板上に固着、形成する。
【０００６】
ここで、上述のペースト材料に含まれる、所定の粘性を与えるための溶剤は、上述の加熱処理に先立って、乾燥処理によってその溶剤の除去が行われる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
この乾燥処理によって、塗布したペースト材料は固化するので、その後に行う加熱処理までの間に、塗布したペースト材料にダストなどが付着したり、また塗布の際の形状が「だれ」などで変化してしまうことを抑制することが可能となる。
【非特許文献１】２００１  ＦＰＤテクノロジー大全、株式会社電子ジャーナル  刊、２０００年１０月２５日、ｐ６６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ペースト材料を塗布して形成したパターンの形状は、その乾燥過程における溶剤の蒸発速度に大きく影響を受ける。そして、蒸発速度は蒸気圧分布による影響を強く受け、蒸気圧は温度、蒸気濃度に大きく影響される。すなわち、乾燥過程において基板の面内で大きな温度分布、および大きな蒸気濃度分布が生じると、溶剤の蒸発速度にばらつきが生じ、それに起因して、形成したパターンの、高さや幅などの形状が、不均一となってしまい、その結果、構成要素を所望の機能を有するものとすることが困難となってしまう場合があった。このような問題は、基板の大型に伴いさらに顕著となる。すなわち、乾燥処理は、基板の面内の温度分布と蒸気濃度分布を可及的に均一に保ちつつ実施することが要求される。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、溶剤を含むペースト材料を塗布した後、乾燥する際、基板の面内の温度分布と蒸気濃度分布を均一に保つことで、ペースト材料の均一な乾燥を可能とする、ペースト材料の乾燥方法および乾燥装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を実現するために本発明の基板上のペースト材料の乾燥方法は、基板上に塗布したペースト材料を乾燥する際、前記基板を全面均一となるように加熱すると同時に、前記基板に対して、基板面上における風速が均一、かつ低速となるように空気を吹き付けることを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記目的を達成するために本発明の基板上のペースト材料の乾燥装置は、基板上に塗布したペースト材料を乾燥する乾燥装置であって、基板と対向するように設けた、複数に分離したヒーターを有する加熱手段と、加熱手段の背面側に設けた給気手段と、加熱手段と給気手段との間に設けた流速調整手段とを備え、給気手段からの空気は、流速調整手段を通過し、さらに加熱手段が有する分離したヒーターの間を通過した後、基板に向かって吹き付けられるように構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、溶剤を含むペースト材料を塗布した後、乾燥する際、基板の面内の温度分布と蒸気濃度分布を均一に保ちつつ行うことが可能となるため、ペースト材料の均一な乾燥を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
すなわち、本発明の請求項１に記載の発明は、基板上に塗布したペースト材料を乾燥する際、前記基板を全面均一となるように加熱すると同時に、前記基板に対して、基板面上における風速が均一、かつ低速となるように空気を吹き付けることを特徴とする基板上のペースト材料の乾燥方法である。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、基板上に塗布したペースト材料を乾燥する乾燥装置であって、基板と対向するように設けた、複数に分離したヒーターを有する加熱手段と、加熱手段の背面側に設けた給気手段と、加熱手段と給気手段との間に設けた流速調整手段とを備え、給気手段からの空気は、流速調整手段を通過し、さらに加熱手段が有する分離したヒーターの間を通過した後、基板に向かって吹き付けられるように構成したことを特徴とするペースト材料の乾燥装置である。
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態による、基板上のペースト材料の乾燥方法、およびその際に用いる乾燥装置について、図１〜図２を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態による乾燥装置の概略構成を示す断面図であり、側面から見たものである。
【００１７】
乾燥装置１は、炉室１０と加熱手段２０と搬送手段３０と給気手段４０と流速調整板５０とを備えており、例えば、ガラスやセラミックスなどの、１５００×１０００（ｍｍ）程度の大きさの基板２上に、金属材料や無機材料などが結着成分によって結着してなる構成要素、例えば、ＰＤＰにおいては、隔壁、電極、誘電体層、蛍光体層などを形成するに際し、その前駆体となるペースト材料を塗布した後、乾燥する目的で用いられるものである。
【００１８】
炉室１０は、基板２の搬送方向に、例えば３つのゾーン１０ａ、１０ｂ、１０ｃに分けられており、例えば、基板２に対して、昇温、維持、降温などのように、独立した温度変化を与えることが可能となっている。
【００１９】
加熱手段２０は、基板２に対して例えば２００（ｍｍ）程度の距離を隔てて対向して炉室１０内に備えられており、炉室１０内を、基板２の搬送方向に従って、ゾーン毎に独立して温度設定できるよう、それぞれのゾーン毎に、遠赤外線マトリックスヒーターユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃ（以下、特に区別しないときは単にヒーターユニット２１という）を備える。ここで、ヒーターユニット２１は、図２に基板２との上下位置関係を図１とは反対の状態で、且つ、間隔ｄを拡大した状態で示すように、複数に分離した、面状のヒーター２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（以下、特に区別しないときは単にヒーター２２という）をマトリックス状に配列したものである。ヒーターユニット２１は、例えば格子状、メッシュ状の骨組みであり、そこにヒーター２２が配設されており、この構造においては、その厚み方向に対して、配列されたヒーター２２の間をぬけて通気可能な状態となっている。これにより、給気手段４０からの空気は加熱手段２０を通過して基板２に吹き付けられる。
【００２０】
また、基板２に入射する遠赤外線強度は、図２中の基板２上に破線で示すように、ヒーター２２それぞれに対応する領域毎に、独立、或いは組合せて制御することが可能である。なお、ヒーター２２によって構成されるヒーターユニット２１の面積は、炉室１０内で乾燥される基板２の大きさよりも、例えばヒーター２２の１枚分程度の幅、大きな面積となるように設定している。
【００２１】
搬送手段３０は、たとえば、ローラーやベルトやチェーン等により基板２を図の左方から右方に連続的、或いは間欠的に搬送するもので、その搬送過程で、加熱手段２０による加熱により、基板２上に塗布したペースト材料は乾燥させられる。
【００２２】
給気手段４０は、炉室１０内に空気を供給するために、図示しないエア供給源に接続されているダクト４１と、そのダクト４１を介して供給されるエアを必要に応じて加熱するための加熱ヒータ４２と、そのエアから塵埃を除去するためのフィルタ４３と、体積流量を調整する、例えば、ダンパーなどの流量調整弁４４とを備える。
【００２３】
流速調整板５０は、加熱手段２０と給気手段４０との間に設けられ、給気手段４０から吹き出た空気の流速分布を調整するものであり、例えば、パンチングメタル、ハニカム材、多孔質材などの有孔板により構成されている。この流速調整板５０の存在により、給気手段４０からの空気は、加熱手段２０の上方、すなわち背面側から、流速調整板５０を通過した後、加熱手段２０が有する分離したヒーター２２の間を通過して、基板２に向かって吹き付けられる。なお、給気手段４０の開口面積は、基板２よりも各辺で２５０（ｍｍ）程度以上大きくなるよう設定している。流速調整板５０とフィルタ４３の一例を図２に示している。
【００２４】
ここで、上述したようなヒーター２２の温度設定の手順は以下のとおりである。まず、基板２の温度分布の発生傾向や乾燥装置１の構造等を考慮し、さらに、経験的知識に基づいて、ヒーター２２の温度を個々に仮設定する。次に、乾燥処理しようとする基板２と同様な材質および大きさのダミー基板（例えば、ペースト材料が塗布されていない基板）を用意し、そのダミー基板の表面に、数カ所から数十箇所程度に区分した領域毎に熱電対等の温度センサを取り付け、このダミー基板を基板２の通常の乾燥処理手順に従って、炉室１０内を搬送しつつ加熱する。そして、加熱中のダミー基板の各領域の温度を上記の温度センサによって連続的に測定することにより、そのダミー基板の温度分布を経時的に測定する。そして、測定した温度分布、すなわち各時間におけるダミー基板内の最高温度と最低温度との差ΔＴｎが、予め定められた所定値ΔＴｄ（例えば１０（℃））以下であり、且つ、各時間におけるダミー基板内の平均温度と目標基板温度との差ΔＴｍが、予め定められた所定値ΔＴａ（例えば３（℃））以下であるか否かを判断する。そして、ΔＴｎ＞ΔＴｄ、或いはΔＴｍ＞ΔＴａの場合には、上記ヒータ２２の温度設定を変更した上で、同様のダミー基板による温度測定を再び実施する。この時、個々のヒーター２２の目標温度は、前回測定されたダミー基板の温度分布に基づいて、温度が低い領域に対応するヒータ２２の遠赤外線の放射強度が高く、反対に温度が高い領域に対応するヒータ２２の遠赤外線の放射強度が低くなるように設定変更する。このようにして、ΔＴｎ≦ΔＴｄ、およびΔＴｍ≦ΔＴａの条件を満足するまで繰り返し実施することにより、基板２の温度分布が略均一になるように個々のヒーター２２の温度設定を行う。
【００２５】
また、上述したようなヒーター２２の温度設定は以下の理由によるものである。一般に、図１に示すような構成の乾燥装置１で基板２を乾燥する場合には、炉室１０の壁面からの熱損失により、図２の基板２上に破線で区分して示す複数の領域６０において、搬送方向Ａと垂直な基板２の幅方向の両端部の領域６０ｓでは相対的に温度が低く、中央部の領域６０ｃでは相対的に温度が高くなる。さらに、連続搬送方式では、基板２の搬送方向Ａと垂直な基板２の幅方向の温度差にのみ配慮すれば良いが、間欠搬送方式では、炉室１０内での温度勾配によって基板２の搬送方向Ａに沿った方向において、前方の領域６０ｆと後方の領域６０ｒと中央部の領域６０ｃとでは温度差が発生する。例えば、乾燥装置１の炉室１０の３つのゾーンのうち、中央に位置するゾーン１０ｂでは、所定の温度で基板２を保持するキープゾーンに対応するため、ゾーン１０ｂ内は中央側程高温となり、入口および出口においては外気等による冷却もあって低温となる。そのため、基板２の搬送方向Ａに沿った方向において、前方の領域６０ｆと後方の領域６０ｒとが相対的に温度が低く、中央部の領域６０ｃが相対的に温度が高くなる。そこで、基板２の表面温度を均一にして基板２上に塗布したペースト材料を均一に乾燥するためには、これらの昇温特性を考慮して、入射させる遠赤外線の放射強度を温度が低い領域程高くする必要がある。そこで、個々のヒーター２２の設定温度は、それぞれの放射強度に対応するように、例えば中央部で低く、搬送方向に対する幅方向両端部で高く、また、ゾーン３ｂの中央部側で低く入口および出口側で高くなるように設定を行う。
【００２６】
また、上述したような流速調整板５０の設置は、以下の理由によるものである。図１に示すような乾燥装置１の炉室１０内で基板２を乾燥する場合、もし流速調整板５０がないと、基板２には、ダクト４１および集塵フィルタ４３のみを通過した後、加熱手段２０を通過した空気が吹き付けられることになるが、そのような空気は、ダクト４１の出口では、その中心に近い程、流速が速いという流速分布となっており、したがって、基板２に対して吹き付けられる際にも、図２中の基板２上に破線で区分して示す複数の領域６０において、搬送方向Ａと垂直な基板２の幅方向の両端部の領域６０ｓでは相対的に流速が小さく、中央部の領域６０ｃでは相対的に流速が大きくなる。さらに、連続搬送方式では基板２の搬送方向Ａと垂直な基板２の幅方向の風速差にのみ配慮すれば良いが、間欠搬送方式では、炉室１０内での停止位置によって基板２の搬送方向Ａに沿った方向において、前方の領域６０ｆおよび後方の領域６０ｒと、中央部の領域６０ｃとの間に風速差が発生する。例えば、中央部の領域５０ｃがダクトの真下の位置に停止した場合、風速は中央側程高くなり、そのため、基板２の搬送方向Ａに沿った方向において、前方の領域６０ｆと後方の領域６０ｒが相対的に風速が遅く、中央部の領域６０ｃが相対的に風速が速くなる。そこで、基板上に塗布したペースト材料を均一に乾燥させるためには、これらの風速分布を考慮した上で、基板２上に供給する空気量と風速を均一となるように制御する必要がある。そのため、流速調整板５０は、基板２上の風速が等しくなるように、例えば中央部で孔径が小さく、搬送方向に対する幅方向の両端部で孔径が大きく、また、搬送方向前方と後方の領域で孔径が大きくなるように設定したパンチングメタルなどの有孔板を用いる。
【００２７】
ここで、基板２上に吹き付けられる空気の流速は、基板２上に塗布したペースト材料の表面に発生する風紋、および蒸発速度の違いに起因して、塗布したペースト材料の面方向、および厚み方向に濃度分布が生じることを抑制するために、０．０３（ｍ／秒）以下であることが望ましい。しかし一方では、蒸発した溶剤を置換するのに十分な体積流量が必要となるため、空気は流量調整弁４４により必要な体積流量を調整確保しつつ、流速調整板５０により、基板２上での風速を０．０３（ｍ／秒）以下、且つ、均一に調整した上で基板２上に吹き付けるよう設定する。ここで、給気手段４０によって基板２上に供給される体積流量を、例えば４（ｍ3／分）以下程度とし、また、給気手段の開口面積を例えば３（ｍ2）程度とすれば、吹き付ける空気の平均風速は０．０２（ｍ／秒）以下程度となる。なお、炉室１０内に供給された空気は、炉床に設けられている排気口７０およびそれに続く排気管を介して外部に排出される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように本発明によれば、溶剤を含むペースト材料を塗布した後、乾燥する際、基板の面内の温度分布と蒸気濃度分布を均一に保ちつつ行うことを可能とすることで、ペースト材料の均一な乾燥を実現することができる乾燥方法および乾燥装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態による乾燥装置の概略構成を示す断面図
【図２】本発明の一実施の形態による乾燥装置における加熱手段と給気手段の一部の概略構成を示す斜視図
【符号の説明】
【００３０】
１  乾燥装置
２  基板
１０  炉室
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  炉室
２０  加熱手段
２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）  ヒーター
３０  搬送手段
４０  給気手段
５０  流速調整板
【図１】
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【図２】
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