(57)【要約】【課題】低粘度塗工液を用いて高精度の均一薄膜塗工が可能で、かつ多様な塗工液に対応可能な塗布装置及びその塗布方法の提供にある。【解決手段】塗工対象物２上に、走行方向Ｐに対し両側にリップ部７ａ、７ｂを備えたダイスリット１から塗工液４を吐出し、該塗工対象物２とリップ部７ａ、７ｂとの間にビード４０を形成して塗工膜とするエクストルージョン型のダイヘッド１を有する塗布装置において、前記走行方向Ｐ側のリップ部７ａの先端に該リップ部とビードとの接触位置９を検出するセンサ８を備え、このセンサ８は、ダイヘッドの走行方向Ｐおよび／または走行方向と直交する方向に連続して複数個配置されている塗布装置である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に、走行方向に対し両側にリップ部を備えたダイスリットから塗工液を吐出し、該基材とリップ部との間にビードを形成して塗工膜とするエクストルージョン型のダイヘッドを有する塗布装置において、前記走行方向側のリップ部の先端に該リップ部とビードとの接触位置を検出するセンサを備えていることを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
上記センサは、ダイヘッドの走行方向および／または走行方向と直交する方向に連続して配置されていることを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
【請求項３】
上記請求項１または２記載の塗布装置を用いて、前記走行方向側のリップ部の先端に備えられたセンサにより、前記リップ部とビードとの接触位置を検出して、該ビード状態をモニタリングしながら塗工パラメータを制御してビードの量を調節することを特徴とする塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の表面に塗工液を塗工する技術に関するものであり、特に、低粘度塗工液を用いて基材の表面に高精度の均一塗工が可能なエクストルージョン型のダイヘッドを有する塗布装置及びその装置による塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイ先端の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て、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を有する塗布装置を用いて塗工する場合、均一塗工のための二つの必要条件として、ダイヘッドの走行方向に対する均一塗工とこの走行方向と直交する方向（ダイスリットの長さ方向）に対する均一塗工とがある。前者のための必要条件としては、塗工対象物の平面精度やダイヘッド等の機械的走行精度があり、また、後者のための必要条件としては、時間変動のない供給系からの均一塗出等がある。
【０００３】
上記いずれの場合もこれらの結果としてダイスリットの長さ方向に均一な液溜（以下ビードという）の形成が必要である。このように、ビードがどの位置でダイヘッドと接触しているか、言い換えると、ダイヘッドと基材（塗工対象物）間にビードがどのように充填されているかを知ることは、均一塗工のための必要条件である。しかし、このようなビードの位置の検出は、特に薄膜塗工では、ミクロン単位の高い測定精度が必要となる。また、あらゆる塗工液に対応するためには、非光学的手法でのモニタリングが必要であるなど、適当な手法は存在しなかった。
【０００４】
そこで、塗膜の薄膜化、大型化、多様な塗工液への対応が可能で、均一塗工が可能なエクストルージョン型のダイヘッドを有する塗布装置及びそれを用いた塗布方法が、特に、エレクトロニクス分野で要望されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる要望点を満たすべくなされたものであり、その課題とするところは、特に、低粘度塗工液を用いて基材表面に高精度の均一薄膜塗工が可能で、しかも多様な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を有する塗布装置及びその装置を用いた塗布方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、基材上に、走行方向に対し両側にリップ部を備えたダイスリットから塗工液を吐出し、該基材とリップ部との間にビードを形成して塗工膜とするエクストルージョン型のダイヘッドを有する塗布装置において、前記走行方向側のリップ部の先端に該リップ部とビードとの接触位置を検出するセンサを備えていることを特徴とする塗布装置としたものである。
【０００７】
また、請求項２の発明では、上記センサは、ダイヘッドの走行方向および／または走行方向と直交する方向に連続して配置されていることを特徴とする請求項１記載の塗布装置としたものである。
【０００８】
さらにまた、請求項３の発明では、上記請求項１または２記載の塗布装置を用いて、前記走行方向側のリップ部の先端に備えられたセンサにより、前記リップ部とビードとの接
触位置を検出して、該ビード状態をモニタリングしながら塗工パラメータを制御してビードの量を調節することを特徴とする塗布方法としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は以上の構成であるから、下記に示す如き効果がある。
【００１０】
即ち、上記本発明によれば、走行方向側のリップ部の先端に、該走行方向および／または走行方向と直交する方向に、該リップ部とビードとの接触位置を検出するセンサを連続的に備えているので、このセンサによってこの接触位置を検出して、ビード状態のモニタリングを行い、これに基づきコーティングプロセス制御（ダイスリットの厚み制御等）を行うことによって、低粘度塗工液を用いて基材上に高精度の均一な薄膜塗工が可能で、しかも多様な基材（塗工対象物）や塗工液に対応が可能なエクストルージョン型のダイヘッドを有する塗布装置及びその装置を用いた塗布方法を提供できる効果がある。また、本発明によれば、均一塗工のための塗工パラメータ決定のための膜厚のモニタリングが不要となり、このことによって条件出しのコスト（時間・手間・材料）を大幅に低減することができる。さらに、生産においては、材料の時間変化や機械動作不良などのリアルタイムモニタリングに使用することが可能となる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明を実施するための最良の形態を図面を用いながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明のエクストルージョン型のダイヘッドを有する塗布装置の要部を示す説明図である。この図１（ａ）の斜視図及び（ｂ）のｘｙ断面図に示すように、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から塗工液体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からダイスリット６を通って塗工液４が塗工対象物２に対して吐出され、ビード４０を形成する。ダイヘッド１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１（ａ）、（ｂ）では、速度Ｖで相対運動させる。ダイスリットの長さ方向とは、図１（ａ）、（ｂ）におけるｚ方向である。
【００１３】
また、図２には、ダイヘッド１の先端（リップ部７ａ、７ｂを含む）部の拡大図で、ｘｙ断面を示す。このダイヘッド１の先端で、走行方向Ｐ側のリップ部７ａにセンサ８を連続的に配置する。これによりビード４０の位置９のリアルタイムでの検出が可能となる。さらに詳しく説明するために、図３（ａ）、（ｂ）にヘッド先端（リップ部７ａ、７ｂを含む）部の拡大図でｘｙ断面図とｚｘ断面図も合わせて示す。図３（ａ）のｘｙ断面図に示すように、センサ８はｘ方向に複数配置する。これによりビード４０のｘ方向位置９のリアルタイムでの検出が可能となる。また、図３（ｂ）のｘｚ断面図に示すように、センサ８はｚ方向にも複数配置し、ビード４ａの位置のｚ方向の分布も検出するようにしたものである。
【００１４】
次に、本発明の塗布装置の構成を図４により説明する。本発明の塗布装置は、基材（塗工対象物）に対してダイ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を有する塗布装置であって、図４に示すよう、ダイヘッド１とこのダイヘッドのリップ部に複数（ｎ個）配置されたビード液位置測定センサ８（１〜ｎ）と、これらからのデータを取得するデータ取得装置９と、このデータに対して各種塗工パラメータを制御するためのコーティングパラメータ制御装置１０とを具備した塗布装置とするものである。
【００１５】
次に、上記の本発明の塗布装置において、ビード液の位置の検出方法例について説明する。まず、ｘｙ断面におけるｘ方向のビード４０の位置の検出方法は、図３（ａ）、（ｂ
）において、例えば圧電式のセンサ８により接触を判定し、ビード４０の位置を検出する。すなわち、ビード４０の停止位置９では、センサ８に図３（ａ）のように８ｍ−１、８ｍ、８ｍ＋１・・・と番号を付けると、ダイヘッド１のリップ部７ａとビード４ａの接触位置は８ｍ、８ｍ−１・・・のセンサとなる。これによりビード４０の位置の検出する。次に、図３（ａ）に示すｘｙ断面におけるｚ方向に関するビード４０の位置の検出は、図３（ｂ）のように配置したセンサ８により同様に行う。例えば、ヘッドリップ長及びスリット厚み及びヘッドと塗工対象物の間が全て１００μｍの高精度塗工用ダイ塗工の場合、ビード位置の分解能を１０μｍにするとすると１０μｍ毎にセンサ８を配置する必要がある。このため、微細なセンサ８を図３（ｂ）に示すように多く配置する必要があるので、例えばこれに用いるセンサ８としては、高分子系のものなどが有利である。
【００１６】
以下に、塗工におけるビード位置の検出の必要性を示す数値解析結果を２例示す。その一例は、間欠塗工における初期液量を変えた場合の塗り始めの膜厚予測解析で解析結果を図５に示す。ここで、初期液量とは、間欠塗工においてダイヘッドの移動（塗り始め）前に液をダイヘッドと塗工対象物の間に液を溜めてビードとした量のことである。また、その二例として、図６（ａ、ｂ）及び図７（ａ、ｂ）には、高速塗布で多く用いられるビード上流の減圧によるビード吸引条件に対するビード状態の数値解析結果を示す。
【００１７】
さらにそれぞれ（図５、６、７）の解析条件及び解析結果の概要を説明する。なお、図５及び図６、図７共に図１（ｂ）のヘッド先端部のｘｙ断面を示す。
【００１８】
＜解析条件（Case1)＞
間欠塗工における走行方向（図１（ｂ）のｘ方向）の塗り始めの膜厚予測解析である。有限差分法による非定常解析の結果で、モデル寸法の目安として、例えば図５に示す縦軸の膜厚は１０μｍを目標値としており、液の供給流量は一定値で与えている。物性値としては、粘度が７ｍＰａ・ｓのニュートン流体で、表面張力は３５ｍＮ／ｍ、静的接触角は１０度である。ダイヘッドの走行速度は１００ｍｍ／ｓｅｃである。変化させたパラメータはダイヘッドと塗工対象物間の初期液量（走行前に溜める液量）で、液量を０．１８＊０．１０、０．２８＊０．１０、０．４８＊０．１０、０．８４＊０．１０ｍｍ２ で検討した。
【００１９】
＜解析結果 (Case1)＞
上記Case1 の解析条件による解析結果、図５に示すように、いづれの場合も塗り始めからある距離に離れると一定膜厚になるが、初期液量の違いにより、塗り始めの膜厚に、
（１）盛り上がりあり、（２）ほぼ一定、（３）だんだん膜厚が上昇し、極大値を取った後に減少する、
の３タイプに分かれていることがわかる。すなわち、均一塗工のための初期液量の最適値が存在し、初期液量（の差）を知ることが必要である。ただし、実際（実験で）は、初期液量を知ることは難しい。ちなみに、この解析結果は定性的に実験結果と合うことを確認している。
【００２０】
＜解析条件 (Case2)＞
連続塗工のビード部分の有限要素法による非定常解析の結果である。モデル寸法の目安として、図６（ａ）、（ｂ）及び図７（ａ）、（ｂ）に示す膜厚ｈは、８５μｍを目標値としており、液の供給流量は一定値で与えている。粘度が２５ｍＰａ・ｓのニュートン流体で、表面張力は６１ｍＮ／ｍ61、静的接触角はダイヘッドに対して６０度、塗工対象物２に対して４０度である。上記ダイヘッド１の走行速度は５００ｍｍ／ｓｅｃである。変化させたパラメータはビード４０の上流部４０ａ（走行方向Ｐ側のリップ部７ａ側）の減圧値で、圧力を１５００Ｐａ、１７００Ｐａ、２１００Ｐａ、２３００Ｐａとして検討した。
【００２１】
＜解析結果 (Case2)＞
上記Case2 の解析条件による解析結果、図６（ａ）、（ｂ）及び図７（ａ）、（ｂ）に示すように、減圧値の違いによりビード４０の上流部４０ａの自由表面位置が異なる。すなわち、減圧値が高いほどビード４０の上流部４０ａの自由表面位置が左側になる傾向がある。一方、これらの自由表面の位置により走行方向Ｐの膜厚分布が変化することが知られている。例えば、自由表面位置がビード４０の上流部４０ａより下流（右）に移動し、ダイスリット６に近づくと走行方向Ｐの膜が波を打ち乱れる場合が多いことが知られている。すなわち、均一塗工のための、初期液量（の差）、この場合はビード４０の上流部４０ａの自由表面位置を知ることが重要である。
【００２２】
以上の例のように、ダイヘッド１に対する液の停止位置９、つまり初期の液量を知ることができれば、このデータを基にコーティングパラメータを制御することによって、均一塗工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の塗布装置の一実施の形態を示すもので、（ａ）は、その斜視図（模式図）であり、（ｂ）は、そのｘｙ断面図である。
【図２】本発明の塗布装置を構成するダイヘッドの一事例を示す拡大ｘｙ断面図である。
【図３】本発明の塗布装置を構成するダイヘッド先端部の拡大模式図であり、（ａ）は、そのｘｙ断面図であり、（ｂ）は、そのｘｚ断面図である。
【図４】本発明の塗布装置の構成の一事例を示すブロック図である。
【図５】本発明の塗布装置を用いてビード位置を検出し、その数値解析結果を示すグラフ図である。
【図６】本発明の塗布装置を用いてビード上流部の減圧値を変えたときのビードの２次元数値解析結果を示すもので、（ａ）は、減圧値１５００Ｐａ、（ｂ）は、減圧値１７００Ｐａの場合を示す断面図である。
【図７】本発明の塗布装置を用いてビード上流部の減圧値をさらに変えたときのビードの２次元数値解析結果を示すもので、（ａ）は、減圧値２１００Ｐａ、（ｂ）は、減圧値２３００Ｐａの場合を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１‥‥ダイヘッド
２‥‥塗工対象物
３‥‥供給口
４‥‥塗工液体
５‥‥マニホールド
６‥‥ダイスリット
７ａ‥‥走行方向側のリップ部
７ｂ‥‥下流側のリップ部
８‥‥センサ
８ｍ‥‥複数配列した第ｍ番目のセンサ
９‥‥ビードの停止位置
１０‥‥コーティングパラメータ制御装置
１１‥‥データ取得装置
４０‥‥ビード
４０ａ‥‥ビードの上流部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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