JP2009006225A - 塗布ヘッド及びそれを用いた塗布方法及び塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、塗布材料の流動圧力による容積変化をなくして、均一な塗膜を確実に得て、歩留まりを向上させることのできる塗布ヘッド及びそれを用いた塗布方法及び塗布装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明は、材料供給口から塗布材料を供給してスリット状の開口部から塗布材料を吐出する塗布ヘッドにおいて、材料タンクから塗布材料を吸入して材料吐出口から前記材料供給口に直接塗布材料を吐出する材料供給部を設けることにより、塗布材料の吐出を精密に制御することを特徴とする塗布ヘッドの構成とした。
【選択図】図６

Description

本発明は、スリットコート又はダイコート式塗布装置に好適な塗布ヘッドであり、枚葉、シート又はウェブ等の被塗布対象に対して、特に概矩形の塗布形状を得ることが必要なエレクトロニクス製品、光学製品、ディスプレイ製品等の製造において、精密な間欠塗布を行うことができるものである。

従来の塗布装置について説明する。図１０は、従来の塗布装置の構成を示す図である。図１１は、従来の塗布方法による塗布状態を示す図である。

図１０に示すように、従来の塗布装置３７ａは、塗布ヘッド１ａ、材料タンク１３、材料供給ポンプ３２、制御装置１６、保持テーブル１９等からなり、制御装置１６の制御の下で、材料供給ポンプ３２により材料タンク１３から塗布ヘッド１ａに塗布材料９を供給して、保持テーブル１９上の被塗布対象２０に塗布材料９を塗布する装置である。

尚、従来の塗布方法３９ａでは、図１１の上段に示すポンプ供給量３３に対し、図１１の中段に示す塗布ヘッド内圧力３４は、供給開始から圧力が上がるまでに遅れがあり、また、供給停止から圧力が下がるまでに残圧が残る。そのため、図１１の下段に示す塗布膜厚さ３６は、塗布始端部３６ａと塗布終端部３６ｂに塗布厚さの大きな変動が生じてしまう。

特許文献１に記載されているように、基板に対する枚葉塗工処理において、塗工液供給ポンプでの供給量を多段的に変化させ、実際の吐出速度を定常速度により速く近づけるとともに、相対的に移動手段の速度を変化させることにより、移動手段の通過時間あたりの塗工量が一定になる発明も公開されている。

また、特許文献２に記載されているように、塗布開始時及び塗布終了時の塗布ヘッド近傍の圧力変化をモニタしながら、流路を開閉する弁、サックバック弁、残圧開放弁の操作タイミング等複数のパラメータを調整する発明も公開されている。

さらに、特許文献３に記載されているように、塗布ヘッド内圧力により、塗布開始及び停止時の塗布材料の吐出量を最適化するとともに、塗布終端部での塗布ヘッドと被塗布対象のクリアランスを調整する発明も公開されている。
特開２００２−８６０４４号公報 特開２０００−５６８２号公報 特開２００５−２０５２６８号公報

スリット塗布法により概矩形状の高精度な塗膜を得るための間欠塗布動作において重要なことは、塗布始終端の膜厚変動を抑える塗布材料の供給と、塗布ヘッド及び被塗布対象のクリアランスの最適化にある。

しかしながら、従来の技術においては、塗布ヘッドの昇降動作に伴い、柔軟性のある材料供給配管を用いる必要があり、塗布材料の流動によって生じる加圧によって材料供給配管容積の変動が塗布始終端での塗膜厚の精度低下の原因となっており、その解消のための調整の手間や塗布材料の無駄が多大に発生する状況である。

そこで、本発明は、塗布材料の流動圧力による容積変化をなくして、均一な塗膜を確実に得て、歩留まりを向上させることのできる塗布ヘッド及びそれを用いた塗布方法及び塗布装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の課題を解決するために、材料供給口から塗布材料を供給してスリット状の開口部から塗布材料を吐出する塗布ヘッドにおいて、材料タンクから塗布材料を吸入して材料吐出口から前記材料供給口に直接塗布材料を吐出する材料供給部を設けることにより、塗布材料の吐出を精密に制御することを特徴とする塗布ヘッドの構成とした。

本発明は、材料供給ポンプの機能を有する塗布ヘッドとすることで、材料供給ポンプ−塗布ヘッド間配管の容積変化により、概矩形状の間欠塗布における塗布膜の始終端部の高精度化及び安定化を実現することができる。

また、同部位での塗布膜の直線性などの形状の再現性の向上及び安定化を図ることができる。

本発明は、塗布材料の流動圧力による容積変化をなくして、均一な塗膜を確実に得て、歩留まりを向上させるという目的を、塗布ヘッドを降下させてポンプ供給量を多くし、塗布始端部でポンプ供給量を減らして塗布材料を塗布し、塗布終端部で塗布材料を吸い込みながら前記塗布ヘッドを上昇させることにより、塗布開始時の塗布ヘッド内圧力の遅れ及び塗布終了時の残圧を解消し、塗布始端部と塗布終端部の膜厚変動がない塗布膜を得ることで実現した。

以下に、添付図面に基づいて、本発明である塗布ヘッド及びそれを用いた塗布方法及び塗布装置について詳細に説明する。図１は、本発明である塗布ヘッドを用いた塗布装置の斜視図である。図２は、本発明である塗布ヘッドを用いた塗布装置の構成を示す図である。

図１に示すように、塗布装置３７は、塗布ヘッド１、材料供給部２１、材料タンク１３、保持テーブル１９、及び制御装置１６等からなる。

塗布ヘッド１は、塗布材料９を吐出する部材であり、塗布材料９を吸入して内部に送り込む材料供給部２１を備える。塗布ヘッド１は、保持テーブル１９の上方に設置され、塗布ヘッド昇降手段１７により垂直移動可能である。

材料供給部２１は、材料タンク１３から塗布材料９を吸入して、塗布ヘッド１に塗布材料９を供給するポンプである。塗布ヘッド１に設置することで、塗布ヘッド１の吐出制御を精密化する。

材料タンク１３は、塗布材料９を貯留する容器であり、材料供給部２１に塗布材料９を供給する。尚、塗布材料９が逆流しないように、密閉した材料タンク１３内を加圧して一定方向に流れるようにする。

保持テーブル１９は、被塗布対象２０を載せる板である。保持テーブル１９は、振動を和らげる防振台３８の上に設置され、保持テーブル移動手段１８により水平移動可能である。

制御装置１６は、塗布ヘッド１、保持テーブル１９、材料供給部２１、材料タンク１３の動作を監視及び制御する。また、制御装置１６は、圧力計８の値を監視し、加圧バルブ１４、材料供給バルブ１１、空気抜きバルブ２４の開閉を制御する。

図２に示すように、制御装置１６は、塗布始端位置で塗布ヘッド昇降手段１７により塗布ヘッド１を下降させ、保持テーブル移動手段１８により保持テーブル１９を移動させながら、被塗布対象２０に対し塗布材料９を吐出し、塗布終端位置で塗布ヘッド昇降手段１７により塗布ヘッド１を上昇させる。

加圧バルブ１４は、材料タンク１３から塗布材料９を押し出すための加圧源１５を調整する弁である。制御装置１６が、塗布ヘッド１の材料供給口６付近に設置された圧力計８を確認し、塗布材料９の吐出圧が適当になるように加圧バルブ１４を調節する。尚、加圧源１５は、圧縮空気等が用いられる。

材料供給バルブ１１は、材料タンク１３から材料供給部２１へ塗布材料９を供給する弁である。制御装置１６が、吐出開始時に材料供給バルブ１１を開いて材料管路１２から材料供給配管１０に塗布材料９を送出し、吐出停止時に材料供給バルブ１１を閉じて送出を止める。

尚、従来のように材料供給配管１０が塗布ヘッド１と材料供給部２１の間には存在しないので、塗布材料９の供給量の調整を精密に行うことができる。また、材料供給部２１と材料タンク１３を柔軟可動性のある材料供給配管１０で繋ぐので、塗布ヘッド１の昇降がスムーズに行える。

空気抜きバルブ２４は、材料供給部２１のポンプを調節する弁である。最初に材料供給部２１に塗布材料９を導入する際や、材料供給部２１に空気が溜まりポンプ性能が落ちた場合に、空気を抜く。

動作手順としては、まず準備として、材料供給バルブ１１を閉じ、加圧バルブ１４を開放して加圧源１５により材料タンク１３を加圧する。次に、空気抜きバルブ２４を開放した状態で、材料供給バルブ１１を開き、材料供給部２１内に塗布材料９が充満したら空気抜きバルブ２４を閉じる。次に、材料供給部２１を動作させて塗布ヘッド１に塗布材料９を送り込み、塗布ヘッド１内を塗布材料９で充填して準備を完了する。

準備完了後、保持テーブル１９に被塗布対象２０をセットし、塗布ヘッド１と被塗布対象２０の間隔を塗布ヘッド昇降手段１７で保持したまま、塗布材料９の供給を開始し、同時に保持テーブル移動手段１８で保持テーブル１９を移動させることで、被塗布対象２０に塗布材料９を塗布する。

図３は、本発明である塗布ヘッドの斜視図である。図４は、本発明である塗布ヘッドの正面図である。図５は、本発明である塗布ヘッドの平面図である。図６は、本発明である塗布ヘッドの側面図である。

図３に示すように、塗布ヘッド１は、ヘッドチャンバプレート２、ヘッドプレート３からなり、ヘッドチャンバプレート２とヘッドプレート３を間にスリット４を設けた上で接合したものである。

塗布ヘッド１には材料供給部２１が設けられ、材料タンク１３から塗布材料９が供給される。保持テーブル移動手段１８により保持テーブル１９を所望の速さで水平に移動させながら、塗布ヘッド１が保持テーブル１９上に真空吸着等により固定された被塗布対象２０に対し塗布材料９をコーティングする。

尚、材料供給部２１と材料タンク１３とはチューブ等の可動可能な管により接続されるので、塗布ヘッド１は、材料供給部２１と共に、スムーズに水平移動又は昇降動作することができる。

被塗布対象２０は、エレクトロニクス製品、工学製品又はディスプレイ製品に用いるガラス基板などの枚葉、シート、ウェブ等であり、塗布材料９が所定の薄さで間欠的に概矩形の形状で精密に塗布される。

図４乃至図６に示すように、ヘッドチャンバプレート２は、精密に加工製作された金属製の板であり、下面はスリット４のある接合面側から外面側へ傾斜した形状である。ヘッドプレート３も同様の素材及び形状である。

ヘッドチャンバプレート２には、材料供給口６が空けられ、接合面側にはスリット４の上部にチャンバ５も設けられる。材料供給口６から供給された塗布材料９は、チャンバ５を介してスリット４に至る。

スリット４は、塗布ヘッド１内に形成された横幅のある垂直の隙間であり、下端が塗布材料９を吐出する開口部７となる。スリット４は、厚さ精度の良好な薄板等を用いて所望する塗布幅やパターンで形成したり、ヘッドチャンバプレート２又はヘッドプレート３に加工形成する。

チャンバ５は、充填効率を上げるために形成された広い空間である。材料供給口６から供給された塗布材料９を、チャンバ５において所定の塗布幅に拡幅させた上で、スリット４に送り込む。

材料供給口６は、塗布ヘッド１の外面から接合面まで空けられた水平の孔であり、供給された塗布材料９が通過する。尚、材料供給部２１は、塗布ヘッド１の材料供給口６と、材料供給部２１の吐出口とが合うように取り付けられ、材料供給配管１０等を介さず直接に塗布材料９を送り込む。

尚、塗布ヘッド１と材料供給部２１とは、一体成形しても構わないし、材料供給部２１を着脱可能なユニットとして製造して、塗布ヘッド１に設置しても構わない。

図７は、本発明である塗布ヘッドの材料供給部の断面図である。図８は、本発明である塗布ヘッドのＡ−Ａにおける断面図である。

図７及び図８に示すように、材料供給部２１としては、ケーシング２３、ステータケーシング２７、吸入空気抜き口２２、材料吐出口３０、及び回転駆動機３１等からなる一軸偏心ねじポンプ等が用いられる。尚、ピストン式ポンプ等を用いても同様である。

一軸偏心ねじポンプの場合、ケーシング２３及びステータケーシング２７を連結した筒状の本体において、回転駆動機３１により材料吐出口３０のねじ部を回転させることにより塗布材料９の吐出を制御する。

ケーシング２３は、塗布材料９を吸入し、保持停留させる中空の容器であり、内部に回転駆動機３１の回転力を伝達するための回転軸であるフレキシブルシャフト２８と、回転しても塗布材料９が漏れないようにメカニカルシール２９が設けられる。

ステータケーシング２７は、ケーシング２３内の塗布材料９を先端の材料吐出口３０まで搬送する容器であり、フレキシブルシャフト２８と連結して回転するロータ２５と、ロータ２５により螺旋状に回転する貫通孔であるステータ２６を有する。

ロータ２５は、螺旋状の羽根を有する回転子であり、ステータ２６に挿入される。ステータ２６は、ゴムや樹脂等の弾性材に貫通孔を空けた固定子であり、ロータ２５を嵌め込むことで、螺旋状の通路を形成する。また、ステータ２６はロータ２５が回転しても共に回らないようにステータケーシング２７に保持される。

ロータ２５が回転することにより、ケーシング２３内の塗布材料９をステータ２６内に引き込み、螺旋状に回転することにより塗布材料９を次々に切れ目なく送り出すことで、ポンプとして機能する。

吸入空気抜き口２２は、材料供給部２１に複数設けられる。一方は、材料タンク１３と接続され、ケーシング２３内に塗布材料９を吸入する。他方は、空気抜きバルブ２４を取り付けて、塗布材料９をケーシング２３内に充填するための空気抜きとして利用する。

材料吐出口３０は、ステータ２６の先端に空いた出口であり、ステータ２６内を螺旋状に送り出された塗布材料９が吐出される。塗布ヘッド１の材料供給口６と連結して塗布ヘッド１内に塗布材料９を送出する。

回転駆動機３１は、モータ等の動力により回転軸を回転させる機器であり、ケーシング２３の端に設置され、フレキシブルシャフト２８を介して、ロータ２５を螺旋状に回転させる。

一軸偏心ねじポンプは、容積型ポンプであり、ロータ２５の回転量と回転速度により送液流量が一意的に決定されるので、回転駆動機３１を適宜変更することで送液流量の調整が可能である。尚、回転動作を逆にすれば、一旦塗布した塗布材料９を材料吐出口３０から吸い込むことも可能である。

材料供給部２１は、塗布ヘッド１に対して塗布材料９を切れ目なく送り出す必要がある。材料供給部２１を着脱可能とすると、保守洗浄等が容易となり、ポンプ性能を維持しやすくなる。

図９は、本発明である塗布ヘッドを用いた塗布方法による塗布状態を示す図である。尚、一段目がポンプ供給量３３を示すグラフ、二段目が塗布ヘッド内圧力３４を示すグラフ、三段目が塗布ヘッド位置３５を示すグラフ、四段目が塗布膜厚さ３６を示す図である。

本発明である塗布方法３９においては、塗布ヘッド１と材料供給部２１の間に伸縮性のある材料供給配管１０を排除することにより、塗布材料９の吐出制御応答を大幅に改善できる。

始端起動時のポンプ供給量３３を起動吐出量３３ａで示すように多くし、終端停止時のポンプ供給量３３をサックバック量３３ｂで示すように逆にすることで、塗布ヘッド内圧力３４の遅れ３４ａ及び残圧３４ｂが最小となり、塗布を精密にコントロールすることが可能となる。

まず、塗布始端部３６ａより前の位置で塗布ヘッド位置３５を塗布位置３５ｂまで下ろし、ポンプ供給量３３を多くする。塗布始端部３６ａの位置でポンプ供給量３３を減らし一定の量で塗布する。塗布終端部３６ｂまで達したら、ポンプ供給量３３を逆にして吸い込みながら、塗布ヘッド位置３５を退避位置３５ａまで上げる。

ポンプ供給量３３及び塗布ヘッド位置３５を適切に制御すれば、塗布膜厚さ３６において、塗布始端部３６ａ及び塗布終端部３６ｂの膜厚変動がほとんどない高品質な概矩形状の塗布膜を得ることができる。

本発明である塗布ヘッドを用いた塗布装置の斜視図である。 本発明である塗布ヘッドを用いた塗布装置の構成を示す図である。 本発明である塗布ヘッドの斜視図である。 本発明である塗布ヘッドの正面図である。 本発明である塗布ヘッドの平面図である。 本発明である塗布ヘッドの側面図である。 本発明である塗布ヘッドの材料供給部の断面図である。 本発明である塗布ヘッドのＡ−Ａにおける断面図である。 本発明である塗布ヘッドを用いた塗布方法による塗布状態を示す図である。 従来の塗布装置の構成を示す図である。 従来の塗布方法による塗布状態を示す図である。

符号の説明

１ 塗布ヘッド
１ａ 塗布ヘッド
２ ヘッドチャンバプレート
３ ヘッドプレート
４ スリット
５ チャンバ
６ 材料供給口
７ 開口部
８ 圧力計
９ 塗布材料
１０ 材料供給配管
１１ 材料供給バルブ
１２ 材料管路
１３ 材料タンク
１４ 加圧バルブ
１５ 加圧源
１６ 制御装置
１７ 塗布ヘッド昇降手段
１８ 保持テーブル移動手段
１９ 保持テーブル
２０ 被塗布対象
２１ 材料供給部
２２ 吸入空気抜き口
２３ ケーシング
２４ 空気抜きバルブ
２５ ロータ
２６ ステータ
２７ ステータケーシング
２８ フレキシブルシャフト
２９ メカニカルシール
３０ 材料吐出口
３１ 回転駆動機
３２ 材料供給ポンプ
３３ ポンプ供給量
３３ａ 起動吐出量
３３ｂ サックバック量
３４ 塗布ヘッド内圧力
３４ａ 遅れ
３４ｂ 残圧
３５ 塗布ヘッド位置
３５ａ 退避位置
３５ｂ 塗布位置
３６ 塗布膜厚さ
３６ａ 塗布始端部
３６ｂ 塗布終端部
３７ 塗布装置
３７ａ 塗布装置
３８ 防振台
３９ 塗布方法
３９ａ 塗布方法

Claims (3)

1. 材料供給口から塗布材料を供給してスリット状の開口部から塗布材料を吐出する塗布ヘッドにおいて、材料タンクから塗布材料を吸入して材料吐出口から前記材料供給口に直接塗布材料を吐出する材料供給部を設けることにより、塗布材料の吐出を精密に制御することを特徴とする塗布ヘッド。
2. 請求項１に記載の塗布ヘッドを降下させてポンプ供給量を多くし、塗布始端部でポンプ供給量を減らして塗布材料を塗布し、塗布終端部で塗布材料を吸い込みながら前記塗布ヘッドを上昇させることにより、塗布開始時の塗布ヘッド内圧力の遅れ及び塗布終了時の残圧を解消し、塗布始端部と塗布終端部の膜厚変動がない塗布膜を得ることを特徴とする塗布方法。
3. 請求項１に記載の塗布ヘッドを備えたことを特徴とする塗布装置。

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