(57)【要約】【課題】従来は塗布が困難であった高粘度の液体であっても、被塗布体に良好な塗布層を形成することのできる技術を提供する。【解決手段】非ニュートン性でペースト状の液体を被塗布体Ｓに塗布する塗布装置であって、液体を吐出する吐出口５３０が開口するリップ面５３を有するノズル５と、ノズル５に液体を圧送する液体供給手段２２と、リップ面５３を被塗布体Ｓの表面に近接対向させつつ、ノズル５と被塗布体Ｓとを相対移動させる相対移動手段７２とを備え、リップ面５３と被塗布体Ｓ表面との間のギャップ空間に吐出口５３０から液体を連続的に注入し、リップ面５３と被塗布体Ｓ表面とにより液体を加圧して液体にせん断を与えながら、液体を被塗布体Ｓに塗布する。【選択図】図２
2016067974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非ニュートン性でペースト状の液体を被塗布体に塗布する塗布装置において、
前記液体を吐出する吐出口が開口するリップ面を有するノズルと、
前記液体を、比較的高粘度の状態で前記ノズルに圧送する液体供給手段と、
前記リップ面を前記被塗布体の表面に近接対向させつつ、前記ノズルと前記被塗布体とを相対移動させる相対移動手段と
を備え、
前記リップ面と前記被塗布体表面との間のギャップ空間に前記吐出口から前記液体を連続的に注入し、前記リップ面と前記被塗布体表面とにより前記液体を加圧して前記液体にせん断を与え、前記液体を比較的低粘度の状態にして前記被塗布体に塗布する塗布装置。
【請求項２】
前記リップ面と前記被塗布体表面との間のギャップ量を規定するギャップ規定手段を備える請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記ギャップ規定手段が、前記リップ面と前記被塗布体表面との間のギャップ量を変更可能である請求項２に記載の塗布装置。
【請求項４】
前記相対移動手段は、シート状の前記被塗布体を保持して所定速度で搬送する搬送機構と、前記被塗布体を挟んで前記ノズルとは反対側で、前記リップ面と対向する前記被塗布体をバックアップ支持するバックアップ部材とを有する請求項１ないし３のいずれかに記載の塗布装置。
【請求項５】
前記ノズルは、前記吐出口と同一の断面形状を有し前記吐出口に連通する流路を介して、前記液体を前記吐出口に送出する請求項１ないし４のいずれかに記載の塗布装置。
【請求項６】
前記吐出口が、前記被塗布体に対する前記ノズルの相対移動方向に直交する方向を長手方向とするスリット状に開口し、該スリットのギャップ量よりも、前記リップ面と前記被塗布体表面とのギャップ量が小さい請求項５に記載の塗布装置。
【請求項７】
前記液体供給手段から前記ノズルに供給される前記液体の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記ギャップ規定手段は、前記圧力検出手段の検出結果に応じて前記ギャップ量を設定する請求項３に記載の塗布装置。
【請求項８】
前記ギャップ空間において、前記液体の降伏値以上のせん断応力が前記液体に与えられる請求項１ないし７のいずれかに記載の塗布装置。
【請求項９】
前記ギャップ空間における前記液体の粘度を、せん断速度１０ｓ−１において２５Ｐａ・ｓ以下とする請求項１ないし７のいずれかに記載の塗布装置。
【請求項１０】
非ニュートン性でペースト状の液体を被塗布体に塗布する塗布方法において、
前記液体を吐出可能な吐出口が設けられたリップ面を有するノズルに、前記液体を比較的高粘度の状態で圧送する液体供給工程と、
前記リップ面を前記被塗布体の表面に近接対向させつつ、前記ノズルと前記被塗布体とを相対移動させる移動工程と、
前記液体供給工程により圧送される前記液体を前記吐出口から連続的に吐出させ、前記リップ面と前記被塗布体表面との間のギャップ空間で前記液体を加圧して前記液体にせん断を与え、前記液体を比較的低粘度の状態にして前記被塗布体に塗布する塗布工程と
を備える塗布方法。
【請求項１１】
前記リップ面と前記被塗布体の表面とのギャップ量を制御して、前記ギャップ空間において前記液体に加える圧力を調整する請求項１０に記載の塗布方法。
【請求項１２】
前記ノズルに圧送される前記液体の圧力に応じて前記ギャップ量を調整する請求項１１に記載の塗布方法。
【請求項１３】
前記ノズルに供給される前記液体の量を制御して前記被塗布体に塗布される前記液体の膜厚を調整する請求項１０ないし１２のいずれかに記載の塗布方法。
【請求項１４】
前記リップ面に近接させてバックアップ部材を対向配置し、前記リップ面と前記バックアップ部材との間にシート状の前記被塗布体を通過させることで前記ノズルと前記被塗布体との相対移動を実現する請求項１０ないし１３のいずれかに記載の塗布方法。
【請求項１５】
前記ギャップ空間において、前記液体の降伏値以上のせん断応力を前記液体に与える請求項１０ないし１４のいずれかに記載の塗布方法。
【請求項１６】
前記ギャップ空間における前記液体の粘度を、せん断速度１０ｓ−１において２５Ｐａ・ｓ以下とする請求項１０ないし１４のいずれかに記載の塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非ニュートン性でペースト状の液体を被塗布体に塗布するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばガラス基板や太陽電池基板等の基板表面に配線パターンを形成したり、集電体表面に活物質層を形成したりすることを目的として、配線材料や活物質材料を含むペースト状の液体を基板等の被塗布体に塗布する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
近年では、塗布層の膜厚を大きくすること、乾燥に要する時間を短縮すること、または溶媒の使用量を削減すること等を目的として、従来よりも高粘度の液体、例えばせん断速度１０ｓ-1において３０Ｐａ・ｓ程度またはそれ以上の粘度を有する液体を用いて良好な塗布層を形成することが求められるようになってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−００４４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような高粘度の液体を用いる送液系では、圧力損失が大きくなって送液ができなくなることを防止するために、液体供給源からノズルに至る流路の断面積を大きくする必要がある。言い換えれば、高粘度の液体であっても流路を広くすることで送液は可能である。一方、液体が高粘度のまま被塗布体表面に供給されたとしても、被塗布体表面との馴染みが悪く十分に密着しない、塗布層の表面が荒れて欠陥が生じるなどの原因により、良好な塗布層が得られない。
【０００６】
液体が非ニュートン性を有する場合、せん断が加えられることにより液体の粘度が低下するという性質を有することから、液体の流路において液体にせん断を付与してノズルに供給することも考えられる。しかしながら、液体にせん断力を付与することのできる送液系では圧力損失が大きくなり、却って送液が困難となるという問題がある。
【０００７】
このように、従来の技術においては、高粘度の液体を用いたときの送液の容易さと塗布層の品質とが両立せず、上記のような高粘度の液体を被塗布層に塗布して品質の良好な塗布層を形成することのできる技術は、これまで確立されるに至っていない。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、従来は塗布が困難であった高粘度の液体であっても、被塗布体に良好な塗布層を形成することのできる技術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】
【０００９】
この発明の一の態様は、非ニュートン性でペースト状の液体を被塗布体に塗布する塗布装置であって、上記目的を達成するため、前記液体を吐出する吐出口が開口するリップ面を有するノズルと、前記液体を、比較的高粘度の状態で前記ノズルに圧送する液体供給手段と、前記リップ面を前記被塗布体の表面に近接対向させつつ、前記ノズルと前記被塗布体とを相対移動させる相対移動手段とを備え、前記リップ面と前記被塗布体表面との間のギャップ空間に前記吐出口から前記液体を連続的に注入し、前記リップ面と前記被塗布体表面とにより前記液体を加圧して前記液体にせん断を与え、前記液体を比較的低粘度の状態にして前記被塗布体に塗布する。
【００１０】
また、この発明の他の態様は、非ニュートン性でペースト状の液体を被塗布体に塗布する塗布方法であって、上記目的を達成するため、前記液体を吐出可能な吐出口が設けられたリップ面を有するノズルに、前記液体を比較的高粘度の状態で圧送する液体供給工程と、前記リップ面を前記被塗布体の表面に近接対向させつつ、前記ノズルと前記被塗布体とを相対移動させる移動工程と、前記液体供給工程により圧送される前記液体を前記吐出口から連続的に吐出させ、前記リップ面と前記被塗布体表面との間のギャップ空間で前記液体を加圧して前記液体にせん断を与え、前記液体を比較的低粘度の状態にして前記被塗布体に塗布する塗布工程とを備える。
【００１１】
このように構成された発明では、互いに近接対向した状態で相対移動するノズルのリップ面と被塗布体表面との間で液体が加圧されて、せん断が加えられる。そのため、非ニュートン性を有しせん断が与えられない状態では高粘度である液体であっても、その粘度が被塗布体の表面上で低下する。また、吐出後の塗布液を被塗布体の表面上で低粘度の状態に維持することができる。これにより、被塗布体に対する液体の馴染みが改善されて密着性が向上するとともに、吐出後の液体の表面が滑らかになる。したがって、吐出口からの液体の吐出を連続的に行いながらノズルと被塗布体とを相対移動させることで、被塗布体の表面に品質の良好な塗布層を形成することが可能となる。
【００１２】
また、上記のように被塗布体の表面でせん断が加えられて液体が低粘度の状態とされるため、ノズルから吐出される前の液体についてはせん断を与えておく必要は必ずしもない。したがって、液体の供給源からノズル（より厳密には吐出口）に至る液体の流路については設計の自由度が高くなる。このため、例えば圧力損失の少ない流路を構成することで、送液の困難さを解消することが可能である。
【００１３】
このように、本発明によれば、送液の容易さと塗布層の品質とを両立させることができる。そのため、高粘度の液体であっても被塗布体に対して良好に塗布して、品質の良好な塗布層を形成することが可能である。
【００１４】
本発明においては、例えば、リップ面と被塗布体表面との間のギャップ量を規定することで液体に加えられる圧力を調整し、適当なせん断応力を液体に与えることができる。このため、ギャップを規定するためのギャップ規定手段が設けられてもよく、該ギャップ規定手段がギャップ量を変更可能であることがより好ましい。
【００１５】
また例えば、被塗布体がシート状である場合、リップ面に近接対向配置したバックアップ部材とリップ面との間に被塗布体を通過させることでノズルと被塗布体との相対移動を実現することができる。この目的のために、相対移動手段は、シート状の被塗布体を保持して所定速度で搬送する搬送機構と、被塗布体を挟んでノズルとは反対側で、リップ面と対向する被塗布体をバックアップ支持するバックアップ部材とを有する構成であってもよい。
【００１６】
また例えば、ノズルは、吐出口と同一の断面形状を有し吐出口に連通する流路を介して、液体を吐出口に送出する構成であってもよい。このような構成では、液体が一定の断面形状を有する流路を通過した後、吐出口からギャップ空間に吐出される。このため、吐出口から吐出される液体の量および状態を安定させることができ、塗布層をより良好なものとすることができる。
【００１７】
この場合、例えば、吐出口が被塗布体に対するノズルの相対移動方向に直交する方向を長手方向とするスリット状に開口し、該スリットのギャップ量よりも、リップ面と被塗布体表面とのギャップ量が小さくなるように構成されてもよい。スリット状の吐出口から液体を吐出させることで、スリット長さに応じた大面積の塗布層を形成することが可能である。また、スリット部分よりもギャップ量が小さいギャップ空間に液体が吐出されることで、吐出された液体に吐出前よりも大きなせん断応力が与えられる。そのため、ギャップ空間に存在する液体をより確実に低粘度状態に維持することができる。
【００１８】
また例えば、液体に適当なせん断応力を与えるために必要なギャップ量は、ノズルに供給される液体の圧力に依存する。このため、液体の圧力に応じてギャップ量を調整するようにすれば、液体の状態に応じて、良好な塗布層を安定して形成することが可能となる。この目的のために、本発明の塗布装置は、液体供給手段からノズルに供給される液体の圧力を検出する圧力検出手段を設け、ギャップ規定手段が圧力検出手段の検出結果に応じてギャップ量を設定するように構成されてもよい。
【００１９】
また例えば、高粘度の液体を良好に塗布するためには、ギャップ空間において液体の粘度が十分に低下している必要がある。そのために、ギャップ空間においては液体の降伏値以上のせん断応力が液体に与えられることが好ましい。
【００２０】
また、本願発明者の知見によれば、被塗布体に対する密着性が良好で表面の滑らかな塗布層を得るためには、被塗布体表面での液体の粘度が、せん断速度１０ｓ−１において２５Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ノズルのリップ面と被塗布体表面との間で液体にせん断を与えることで液体を低粘度の状態とすることができる。これにより、被塗布体に対する液体の馴染みを良くして品質の良好な塗布層を形成することができる。また、吐出前の液体にせん断を与えておく必要がないので、圧力損失の増大に起因する送液の困難さを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明にかかる塗布装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】ノズルの詳細構造を説明する図である。
【図３】この実施形態における塗布動作の概要を示す図である。
【図４】種々の塗布液とギャップ量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１はこの発明にかかる塗布装置の一実施形態の概略構成を示す図である。この塗布装置１００は、ロール・トゥ・ロール方式で搬送されるシート状の基材Ｓに対してペースト状塗布液を塗布する装置であり、例えばリチウムイオン二次電池のような電池用電極の製造に用いることのできるものである。
【００２４】
この塗布装置１００は、塗布すべき塗布液を内部に貯留するタンク１と、該タンク１から供給される塗布液を吐出するノズル５とを備えており、タンク１とノズル５との間に設けられた送液系２により、タンク１内の塗布液がノズル５に向けて送出され、ノズル５の先端に設けられた吐出口（後述）から吐出される。また、この塗布装置１００は、装置全体の動作を制御する制御ユニット３を備えている。
【００２５】
送液系２は、タンク１とノズル５との間を接続する配管２１と、該配管２１の途中に介挿されて配管２１に塗布液を流通させるポンプ２２とを含む。ポンプ２２は、高粘度の塗布液を安定した流量で送出することのできるものであることが望ましい。このようなポンプとしては例えばねじポンプを用いることができ、例えば一軸ねじポンプの一種であるモーノポンプを好適に適用することができる。ポンプ２２の動作は制御ユニット３により制御されており、制御ユニット３は、ポンプ２２を制御して送液系２における塗布液の流量を調節する。
【００２６】
ノズル５の吐出口と対向する位置に、塗布液が塗布される基材Ｓが搬送ユニット７により配置される。具体的には、ロール状に巻回された長尺シート状の基材Ｓが搬送ユニット７の供給ローラ７１にセットされるとともに、基材Ｓの一端部が巻取ローラ７３に巻回されている。巻取ローラ７３が図の矢印Ｄｒ方向に回転することにより、基材Ｓが供給ローラ７１から繰り出されて矢印Ｄｓ方向に搬送され、巻取ローラ７３により巻き取られる。このようにして供給ローラ７１および巻取ローラ７３に掛け渡された基材Ｓの搬送経路上に、バックアップローラ７２が設けられている。すなわち、供給ローラ７１から引き出された基材Ｓはバックアップローラ７２の表面に巻き掛けられており、バックアップローラ７２の表面を通過した基材Ｓが巻取ローラ７３により巻き取られる。
【００２７】
つまり、搬送ユニット７は、塗布対象物である基材Ｓを保持する手段としての機能およびこれを搬送する手段としての機能を有する。搬送ユニット７はさらに、制御ユニット３からの制御指令に応じて、巻取ローラ７３を所定の回転速度で回転させるローラ駆動機構７４を有している。供給ローラ７１およびバックアップローラ７２は駆動機構を持たない従動ローラであるが、基材Ｓの弛みを防止し適当な張力を与えるための機構が適宜設けられてもよい。
【００２８】
このように搬送ユニット７により支持・搬送される基材Ｓの主面のうち、一方面がバックアップローラ７２に当接している部分の他方面に対向するように、ノズル５が配置されている。言い換えれば、ノズル５と対向配置されたバックアップローラ７２の表面に基材Ｓが巻き掛けられることで、基材Ｓがノズル５と対向する。そのため、ノズル５から吐出される塗布液が基材Ｓの表面に塗布される。基材Ｓが矢印Ｄｓ方向に搬送されることで、ノズル５を基材Ｓに対して相対的に走査移動させながら塗布液を基材Ｓに塗布することができる。
【００２９】
以下では、基材Ｓの２つの主面のうち、ノズル５と対向する側の面（上記した他方面）を当該基材Ｓの「表面」と称する。また、バックアップローラ７２に当接し、上記した一方面に相当する面を、当該基材Ｓの「裏面」と称する。基材Ｓ表面のうち、裏面側がバックアップローラ７２に当接する領域にノズル５を対向させた状態で塗布液を塗布することにより、ノズル５と基材Ｓ表面とのギャップを安定に維持しながら塗布を行うことができる。
【００３０】
ここで例えば、集電体として機能する金属などの導電体シートを基材Ｓとして用い、塗布液として活物質材料を含むペーストを用いることにより、集電体層の表面に活物質層を積層してなる電池用電極を製造することが可能である。
【００３１】
また、搬送ユニット７による基材Ｓの搬送方向において、バックアップローラ７２よりも下流側であって巻取ローラ７３よりも上流側の位置に、硬化ユニット８が設けられている。硬化ユニット８は、その内部に通送される基材Ｓに塗布された塗布液に対し例えば乾燥空気、熱風、赤外線等を供給することで塗布液の溶媒成分の揮発を促進し、塗布液を乾燥硬化させる。塗布液が特定の電磁波に感応して硬化する材料を含むものでる場合には、当該電磁波を塗布液に照射するように構成されてもよい。基材Ｓの搬送経路に沿った硬化ユニット８の長さは、塗布液の硬化時間に対応する。すなわち、塗布液の硬化に要する時間が長いほど、硬化ユニット８も長くなる。
【００３２】
図２はノズルの詳細構造を説明する図である。より具体的には、図２（ａ）はノズル５の内部構造および保持機構を示す図であり、図２（ｂ）はノズル５の内部に形成された液体流路の構造を示す図である。なお、以下の各図における方向を統一的に示すために、図２（ａ）に示すようにＸＹＺ直交座標系を設定する。このうちＸ方向は図２（ａ）紙面に垂直な方向であり、バックアップローラ７２の回転軸方向と平行な方向である。
【００３３】
なお、図２（ｂ）においては、ノズル内の液体流路の形状を明示するために、ノズル５の外形を破線により示す一方、液体流路５２の立体的構造を実線および点線により示している。また、液体流路５２の端面を丸めることで液の流れをよりスムーズにするようにしてもよい。
【００３４】
ノズル５は、内部に液体流路５２が形成された例えばステンレス製のブロックであり、ポンプ２２から配管２１を介して送出される塗布液を液体流路５２の一方端から受け入れて、他方端に設けられた吐出口から吐出することにより、塗布液を基材Ｓの表面に供給する。より詳しくは、バックアップローラ７２の（−Ｙ）側表面に近接して配置されたノズル５の（−Ｙ）側端部に、塗布液を受け入れる円筒状の導入管５１が設けられている。（−Ｙ）側端部からノズル５に導入された塗布液は、ノズル内部において概ね（＋Ｙ）方向に移動する。
【００３５】
導入管５１の内部は配管２１の内部空間と連通する円管部５２１となっており、ポンプ２２から送出されて配管２１内を流通する塗布液を受け入れる。円管部５２１は、ノズル５の内部に設けられたバッファ部５２２に接続されている。バッファ部５２２は、円管部５２１から流路断面積がＸ方向およびＺ方向に拡大された広い空間であり、特にＸ方向に大きく広がっている。円管部５２１から導入された塗布液は、このバッファ部５２２に一時的に貯留される。
【００３６】
バッファ部５２２の（＋Ｙ）側に、流路断面積がより小さいランド部５２３が設けられている。すなわち、バッファ部５２２は、（＋Ｙ）側に行くにつれて流路の断面形状がＺ方向において縮小されるテーパー形状となっており、これにより流路断面積が漸減してゆく。流路の断面形状は最終的に、Ｘ方向に扁平な一定形状となり、流路断面積も一定となる。このように液体流路５２のうち断面が一定の扁平形状となった部分がランド部５２３である。ノズル５内部で互いに連通する円管部５２１、バッファ部５２２およびランド部５２３が一体として液体流路５２を構成している。バッファ部５２２よりも（＋Ｙ）側においては、液体流路５２のＸ方向サイズは一定である。
【００３７】
ランド部５２３の（＋Ｙ）側端部は、一定の断面形状をノズル５の（＋Ｙ）側端面５３までつながっている。すなわち、ノズル５の（＋Ｙ）側端面５３は、Ｘ方向を長手方向とする矩形平面である。そして、該端面５３には、ランド部５２３における液体流路５２の断面形状と同一形状のスリット状の開口５３０が設けられており、ランド部５２３は開口５３０に連通している。したがって、ノズル５の（−Ｙ）側端部の導入管５１に供給される塗布液は、ノズル５内部の液体流路５２を介してノズル５の（＋Ｙ）側端面５３に設けられた開口５３０から吐出される。すなわち、スリット状の開口５３０がノズル５の吐出口として機能する。
【００３８】
このように構成されたノズル５は、端面５３が基材Ｓと対向するように、ノズル保持機構６により保持されている。具体的には、ノズル保持機構６は、装置内で固定された適宜のベース部材６０に取り付けられてＹ方向に延びるガイドレール６１と、ガイドレール６１に対しＹ方向に摺動自在に取り付けられたスライダ６２，６２と、スライダ６２，６２に取り付けられた保持部材６３とを備えており、ノズル５は端面５３をバックアップローラ７２側に向けて保持部材６３に固定されている。
【００３９】
これにより、ノズル５は端面５３をバックアップローラ７２に巻き掛けられる基材Ｓの表面に向けた状態で保持される。なお、ノズル５の端面５３のＺ方向長さに対してバックアップローラ７２の曲率半径が十分に大きければ、ノズル５の端面５３とバックアップローラ７２に巻き掛けられる基材Ｓの表面とは互いに平行に対向していると見なすことができる。
【００４０】
スライダ６２，６２は、制御ユニット３により制御される図示しない駆動機構により、ガイドレール６１に沿ってＹ方向に直線駆動される。したがって、ノズル５は、基材Ｓの表面に対しＹ方向に接近・離間移動可能となっている。すなわち、このノズル保持機構６では、ガイドレール６１、スライダ６２，６２、保持部材６３および図示しない駆動機構が一体として、ノズル５をＹ方向に直線移動させる直動ガイドとして機能する。この直動ガイドは、Ｙ方向においてノズル５を適宜の位置に位置決めすることで、ノズル５と基材Ｓとの間のギャップ量を規定する機能を有する。
【００４１】
また、ノズル５の導入管５１には、液体流路５２のうち円管部５２１における塗布液の圧力を検出するための圧力センサ（圧力ゲージＰＧ）５５が設けられる。圧力センサ５５による検出信号は制御ユニット３に与えられ、制御ユニット３は受信した検出信号に応じて装置各部を制御する。
【００４２】
以下の説明のため、図２（ｂ）に示すように、吐出口５３０のＸ方向に沿った長さを当該吐出口５３０の幅と称し、符号Ｗにより表す。また、ノズル５の端面５３のＺ方向長さを符号Ｌにより表す。
【００４３】
次に、このように構成された塗布装置１００による塗布動作について説明する。前記したように、この塗布装置１００はペースト状の塗布液を基材Ｓに塗布するための装置である。このような用途においては、使用される塗布液の粘度をできるだけ高くすることが望まれる場合がある。例えば、塗布層の密度や膜厚を大きくすること、乾燥硬化時間を短縮（硬化ユニット８を小型化）すること、環境負荷の軽減等を目的として、塗布液の調製時に加えられる溶媒の使用量を削減したいというニーズがある。溶媒使用量の低減に伴って塗布液は高粘度となる。
【００４４】
例えば電池用電極の製造技術分野においては、せん断速度１０ｓ−１における粘度が３０Ｐａ・ｓ程度あるいはそれ以上の高粘度の塗布液を用いて塗布を行うことが望まれている。しかしながら、このような高粘度の液体は、高い圧力で圧送する必要があるため送液が難しく、また、基材Ｓに対して均一に塗布することが難しい。本実施形態の塗布装置１００における塗布動作は、このような要求に応えるために、以下のような構成となっている。
【００４５】
図３はこの実施形態における塗布動作の概要を示す図である。上記したように、この塗布装置１００では、バックアップローラ７２に巻き掛けられた基材Ｓの表面にノズル５の（＋Ｙ）側端面５３を対向させた状態で塗布動作が行われる。なお、バックアップローラ７２が吐出口５３０の開口サイズに対して十分大きな曲率半径を持つため、ノズル５と対向するバックアップローラ７２の表面は微視的には平面とみなすことができる。そこで、図３ではバックアップローラ７２およびこれに巻き掛けられた基材Ｓの表面を平面により表している。また、座標軸の向きを図２（ａ）から回転させ、（＋Ｙ）方向を下向きに表しているが、実際の装置における上下方向を示すものではない。
【００４６】
図３（ａ）に示すように、ノズル５の端面５３と基材Ｓ表面とが近接対向配置され、両者の間にギャップ空間ＧＳが形成される。この状態で、ノズル５に対して基材Ｓがバックアップローラ７２とともに矢印Ｄｓ方向（搬送方向）に相対移動する。微視的には、ノズル端面５３の直近位置における基材Ｓ表面の移動方向はＺ方向である。このときのノズル端面５３と基材Ｓ表面とのＹ方向におけるギャップ量を、符号Ｇ1により表す。
【００４７】
ギャップ量Ｇ1は、ノズル保持機構６が制御ユニット３からの制御指令に応じてノズル５をＹ方向の所定位置に位置決めすることにより規定される。また、ノズル端面５３にＸ方向を長手方向としてスリット状に開口する吐出口５３０の、Ｚ方向における開口長さを符号Ｇ2により表す。さらに、基材Ｓ表面に対するノズル５の相対速度の大きさを符号Ｖにより表す。
【００４８】
ポンプ２２からノズル５へ塗布液の圧送が開始されると（液体供給工程）、図３（ｂ）に示すように、ランド部５２３を介して単位時間当たり流量Ｑの塗布液ＡＬが吐出口５３０に供給される。吐出口５３０から吐出された塗布液ＡＬはノズル端面５３と基材Ｓ表面との間に形成されるギャップ空間ＧＳに注入される。つまり、ノズル端面５３はいわゆるダイヘッドのリップ面と同様の機能を有する。以下では、ノズル端面５３を「リップ面」と称することがある。
【００４９】
ノズル５と基材Ｓとは相対移動しており（移動工程）、このように相対移動するノズル端面５３と基材Ｓ表面とのギャップ空間ＧＳに、塗布液ＡＬが注入される。塗布液ＡＬは、基材Ｓの表面に付着し、基材Ｓの移動に伴って搬送方向Ｄｓに搬送される。ギャップ空間ＧＳに継続的に塗布液ＡＬが供給されることにより、搬送方向Ｄｓにおいてノズル５の下流側では、基材Ｓの表面に塗布液ＡＬが塗布された塗布膜Ｆが形成される。ただし、塗布液ＡＬが高粘度である場合、基材Ｓ表面への密着性が悪く、また表面張力によるレベリング作用も弱いため、塗布膜Ｆを形成すること自体ができない、あるいは形成される塗布膜Ｆの品質が低いなどの問題が生じ得る。
【００５０】
この実施形態では、ギャップ空間ＧＳに十分な量の塗布液ＡＬが供給された状態で、塗布液ＡＬはリップ面５３と基材Ｓ表面との間で加圧される。そして、リップ面５３と基材Ｓ表面とが相対移動することにより、ギャップ空間ＧＳ中の塗布液ＡＬにはせん断（ずり）応力が加えられる。これにより、塗布液ＡＬはギャップ空間ＧＳにおいて低粘度の状態となって基材Ｓに塗布される（塗布工程）。塗布液ＡＬが低粘度となっていることで基材Ｓへの密着性がよくなり、塗布膜Ｆの品質を向上させることができる。特に塗布液ＡＬが非ニュートン性を有するものである場合、塗布液ＡＬに加わるせん断応力が当該塗布液の降伏値以上となるようにすれば、ギャップ空間ＧＳにおける塗布液ＡＬの粘度低下が顕著となり、塗布膜Ｆの品質を大きく向上させることができる。
【００５１】
吐出口５３０に供給される塗布液ＡＬの粘度を予め低下させておくことも考えられる。しかしながら、塗布液ＡＬにせん断を加え続ける必要がある。例えば送液系２０における配管径を小さくすることによって塗布液ＡＬにせん断を加えることが可能であるが、送液系２０における圧力損失が増大するため、送液が困難となる。これを解消するためにはポンプ２２に高い送出能力が必要となり、また配管等の部材にも高耐圧のものが必要となるため、装置コストも高くなってしまう。
【００５２】
上記のようにリップ面５３と基材Ｓ表面との間のギャップ空間ＧＳにおいて塗布液ＡＬを加圧しせん断を加えるようにすることで、送液系において塗布液にせん断を加える必要がなくなる。これにより、送液系２０の配管径を大きくして圧力損失を低く抑えることができる。この実施形態では、吐出口５３０まで断面形状が一定であるランド部５２３を介して塗布液ＡＬをギャップ空間ＧＳに供給することでノズル５内での圧力損失を抑え、ギャップ空間ＧＳに吐出された塗布液ＡＬにせん断を加えることで粘度を低下させる構成としている。ノズル５内での圧力損失を抑えるとともにギャップ空間ＧＳで確実にせん断を加えるために、ギャップ量Ｇ1と吐出口５３０の開口長さＧ2との関係は、
Ｇ1＜Ｇ2
であることが好ましい。
【００５３】
本願発明者らの実験によれば、基材Ｓの表面に付着した塗布液ＡＬの粘度がせん断速度１０ｓ−１において約２５Ｐａ・ｓ以下であるとき、塗布液ＡＬが基材Ｓによく密着し、また塗布膜Ｆの表面も平滑となって、品質の良好な塗布膜Ｆを得られることがわかっている。
【００５４】
塗布膜Ｆの厚さＴｆは、ギャップ量Ｇ1によって一義的に決まるものではなく、吐出口５３０に供給される塗布液ＡＬの流量Ｑ、基材Ｓに対するノズル５の相対移動速度Ｖ等、種々の要因によって総合的に決まる。特に、一定量の塗布液が継続的に供給される送液系では、主として塗布液の流量Ｑによって膜厚Ｔｆを決定することができる。したがって、この実施形態におけるギャップ量Ｇ1の制御は、塗布膜Ｆの厚さを制御することを目的とするものではない。
【００５５】
ギャップ空間ＧＳにおいて塗布液ＡＬに必要十分なせん断応力を与えるためには、ギャップ空間ＧＳを形成するリップ面５３との基材Ｓとの間のギャップ量Ｇ1が適正に維持される必要がある。ギャップ空間ＧＳにおいて塗布液ＡＬに加えられる圧力およびせん断応力は、塗布液自体の物性の他、ギャップ量Ｇ1、塗布液の流量Ｑ、ノズルと基材との相対移動速度Ｖ等に依存する。
【００５６】
上記した各パラメータを用いると、ギャップ空間ＧＳにおけるせん断速度Ｄはその定義から次式：
Ｄ＝Ｖ／Ｇ1
により表すことができる。なお、ノズル５と基材Ｓとが相対的に停止した状態では、せん断速度の値は上式の（１／２）となる。
【００５７】
また、ギャップ空間ＧＳにおける塗布液ＡＬの見かけ粘度μは、次式：
【数１】
2016067974.tif 000003
により表すことができる。ここで、パラメータμ０は塗布液ＡＬの粘性係数、ｎは粘性指数であり、これらは当該塗布液の物性測定結果から得られる。
【００５８】
また、ギャップ空間ＧＳにおいて塗布液ＡＬに加えられる圧力Δｐは、次式：
【数２】
2016067974.tif 000004
により表すことができる。ここで、パラメータｈはギャップ空間ＧＳの高さであり、この実施形態ではリップ面５３と基材Ｓ表面との間のギャップ量Ｇ1と同じものである。
【００５９】
上記各式からわかるように、塗布液ＡＬの物性値、流量Ｑ、リップ面５３のサイズ、ノズル５と基材Ｓとの相対移動速度Ｖ等に応じてギャップ量Ｇ1を適宜定めることにより、ギャップ空間ＧＳにおいて塗布液ＡＬに圧力およびせん断応力を与えることができる。これにより、ギャップ空間ＧＳにおいて塗布液ＡＬが低粘度状態に維持され、基材Ｓへの塗布を良好に行うことが可能となる。以下、いくつかの塗布液について考察した適正ギャップ量について説明する。
【００６０】
図４は種々の塗布液とギャップ量との関係を示す図である。ここでは、静置時の粘度が５０ないし２００Ｐａ・ｓである高粘度の塗布液を例に取り、塗布液とギャップ量Ｇ1とを種々に組み合わせたときの塗布液の液体流路５２における粘度変化および圧力損失の大きさを試算した。図４（ａ）に１０通りのケースを例示する。この試算では、上記パラメータのうちリップ面５３の長さＬを２ｍｍ、吐出口５３０の開口幅Ｗを３００ｍｍ、塗布液の流量Ｑを１００ｍＬ／ｍｉｎに固定した。また、ギャップ空間ＧＳにおけるせん断速度Ｄを一定として比較条件を揃えるために、ギャップ量Ｇ1に反比例するように相対移動速度Ｖの設定を変更した。
【００６１】
また、円管部５２１およびランド部５２３における粘度の算出には、円管部５２１の直径を８ｍｍ、ランド部５２３におけるＺ方向の流路サイズ（吐出口５３０の開口サイズ）Ｇ2を０．５ｍｍとした。粘度はいずれもせん断速度１０ｓ−１における数値である。
【００６２】
図４（ａ）に示されるように、塗布液がノズル５内の円管部５２１、ランド部５２２を経てギャップ空間ＧＳまで流通する間に、せん断の有無に応じた粘度の変化が見られる。いずれのケースにおいても、円管部５２１において静置時よりも粘度が低下し、ランド部５２２でさらに粘度が低下する。一方、ギャップ空間ＧＳでは、ギャップ量Ｇ1が小さいほどさらなる粘度低下が見られるが、ギャップ量Ｇ1が大きくなるにつれて粘度の低下度合いが小さくなり、あるいは逆に粘度増加が見られる。このことから、ギャップ量が小さいとき塗布液に大きなせん断応力が与えられ粘度が大きく低下する一方、ギャップ量が大きいと十分なせん断が加わらず、粘度が低下しなかったり増加したりすると言うことができる。つまり、ギャップ量Ｇ1の設定値により、ギャップＧＳにおける塗布液の粘度を調整することができる。
【００６３】
送液系における圧力損失に着目すると、ギャップ量Ｇ1が小さいほど圧力損失は大きくなり、送液のための負荷が大きくなることがわかる。また、ギャップ量が同じであれば静置時の粘度が高いほど圧力損失が大きく、やはり送液系への負荷が大きい。
【００６４】
図４（ａ）の右端欄には、これらの塗布条件から想定される塗布結果が示されている。例えば送液系２０およびノズル５の耐圧が１０００ｋＰａである場合、圧力損失の値がこの耐圧を超えるケース５については、この送液系で送液することは不可能である。また上記したように、ギャップ空間ＧＳにおいて塗布液の粘度が２５Ｐａ・ｓ（せん断速度１０ｓ−１）以下であれば良好な塗布膜を形成することができるが（ケース３，４，７，８，１０）、これより高い粘度では塗布液が基材Ｓに良好に転写されず剥離してしまう（ケース１，２，６，９）。このように、品質の良好な塗布膜を形成するために必要なギャップ量Ｇ1の設定値は、塗布液に応じた適切な範囲があることがわかる。
【００６５】
図４（ｂ）は図４（ａ）を塗布液の静置時粘度とギャップ量Ｇ1との関係に着目して書き直したものである。同図に示されるように、静置時の粘度が比較的低い塗布液では比較的大きなギャップ量Ｇ1でも良好に塗布を行うことができる。一方、静置時の粘度が高い塗布液では、ギャップ量が大きいと塗布することができないが、小さなギャップでせん断を加えて塗布液の粘度を低下させることにより、良好な塗布が可能となることがわかる。
【００６６】
ギャップ量Ｇ1を塗布液に応じた適切な値とするためには、塗布液の物性値（特に静置時の粘度）と適正ギャップ量との相関関係を予め求めて例えばテーブル化しておき、使用される塗布液の物性値に基づいてテーブルを参照することで、適正ギャップ量が適用されるようにすることができる。
【００６７】
また、図４（ａ）に示されるように、液体流路５２、特に円管部５２１およびランド部５２２における塗布液の粘度と当該塗布液の静置時粘度との間にはある程度の相関性がある。そのため、例えばノズル５の円管部５２１に設けた圧力センサ５５による検出結果に基づき制御ユニット３がギャップ量Ｇ1を求めることによって、塗布液に応じた適切なギャップ設定を行うことが可能となる。
【００６８】
このように、本実施形態の塗布装置１００は、塗布液に応じてノズル５と基材Ｓとの間のギャップ量Ｇ1を適宜に設定することにより、塗布液に適度なせん断を加え、基材Ｓ上での塗布液の粘度を調整することができる。そのため、種々の粘度の塗布液を用いて基材Ｓ上に品質の良好な塗布膜Ｆを形成することが可能である。上記効果を得るために、この実施形態は、ノズル保持機構６によってノズル５の位置決めを行うとともに、バックアップローラ７２により基材Ｓをバックアップ支持する構成となっている。これによりギャップ量の変動が抑えられ、塗布液に安定した圧力およびせん断応力を与えることができる。
【００６９】
以上説明したように、この実施形態では、塗布液ＡＬが本発明の「液体」に相当し、基材Ｓが本発明の「被塗布体」に相当している。また、タンク１および送液系２が本発明の「液体供給手段」として機能し、搬送ユニット７が本発明の「相対移動手段」として機能している。より具体的には、このうち供給ローラ７１および巻取ローラ７３が本発明の「搬送機構」として機能する一方、バックアップローラ７２が本発明の「バックアップ部材」として機能している。また上記実施形態では、ノズル保持機構６が本発明の「ギャップ規定手段」として機能し、圧力センサ５５が本発明の「圧力検出手段」として機能している。
【００７０】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の塗布装置１００では所定位置に位置決めされたノズル５に対して基材Ｓを移動させることでノズル５と基材Ｓとの相対移動を実現しているが、ノズル５を移動させる構成であってもよい。
【００７１】
また例えば、上記実施形態はシート状の基材Ｓを本発明の「被塗布体」としており、ノズル５と対向する面とは反対側にバックアップローラ７２を設けることでノズル５と基材Ｓとのギャップ量を維持しているが、被塗布体が撓みが問題とならない程度の十分な機械的強度を有する例えば板状体であるような場合には、バックアップ部材を設けずに被塗布体を支持する構成としてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、ノズル保持機構６によりノズル５がＹ方向位置を変更可能に支持されており、これにより基材Ｓとのギャップ量が可変となっている。しかしながら、例えば使用される塗布液が限定されその物性が予めわかっている場合のように、ギャップ量を変化させるための機構を設けなくても本発明の効果を得ることが可能な場合もある。また基材Ｓをノズル５に対し接離移動させてギャップ調整を行う構成でもよい。
【００７３】
また、上記実施形態には圧力センサ５５が設けられているが、前述のように塗布液と適正ギャップ量との関係が予めわかっていれば、実測を伴わずにギャップ量を調整することが可能であり、圧力センサを省いた構成とすることもできる。
【００７４】
また、上記実施形態では、基材Ｓの搬送経路においてノズル５の下流側に硬化ユニット８が設けられているが、硬化ユニット８を設けない構成においても本発明は有効に機能する。また、ノズルが基材Ｓの搬送経路に沿って複数設けられていてもよい。
【００７５】
また、この実施形態の塗布装置１００は、活物質材料を含む塗布液を被塗布体としての基材Ｓに塗布する装置であるが、本発明はこれとは異なる目的の塗布装置にも適用することが可能である。例えば、導電材料を含む塗布液を塗布することで光電変換層に集電電極を形成して太陽電池を製造する装置や、例えば各種の表示装置用のガラス基板等に任意の機能層を塗布により形成する装置にも本発明を適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
この発明は、液体を被塗布体に塗布する装置全般に適用可能であり、特に液体が高粘度である場合に有効である。
【符号の説明】
【００７７】
１  タンク（液体供給手段）
２  送液系（液体供給手段）
３  制御ユニット
５  ノズル
６  ノズル保持機構（ギャップ規定手段）
７  搬送ユニット（相対移動手段）
２２  ポンプ（液体供給手段）
５２  液体流路
５３  リップ面
５５  圧力センサ（圧力検出手段）
７１  供給ローラ（搬送機構）
７２  バックアップローラ（バックアップ部材）
７３  巻取ローラ（搬送機構）
１００  塗布装置
５２３  ランド部（流路）
ＡＬ  塗布液（液体）
ＧＳ  ギャップ空間
Ｓ  基材（被塗布体）
【図１】
2016067974.tif 000005
【図２】
2016067974.tif 000006
【図３】
2016067974.tif 000007
【図４】
2016067974.tif 000008