JP2007054719A - 薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を向上させながらも、所望の薄膜を形成できる薄膜形成方法を提供すること。
【解決手段】フィルム又は板状の被塗工物１０の塗工面が下向きの状態で一定速度で搬送しながら、塗工面に向かい合う上向きのスリットノズル３から、毛管作用により塗工液を供給することにより、被塗工物の塗工面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、スリットノズル３の毛管間隔δが、５０μｍ≦δ≦５００μｍ、スリットノズル３の先端と塗工面との間隔ｈが、５０μｍ≦ｈ≦５００μｍ、スリットノズル３の出口部における液流速をＶ１、スリットノズル３へ塗工液を供給するための配管にける液流速をＶ２とすると、０＜Ｖ１×0．5≦Ｖ２≦Ｖ１×２０となるように設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フィルム又は板状の被塗工物の塗工面が下向きの状態で一定速度で搬送しながら、前記塗工面に向かい合う上向きのスリットノズルから、毛管作用により塗工液を供給することにより、前記被塗工物の前記塗工面に薄膜を形成する薄膜形成方法に関する。

反射防止膜がコーティングされた液晶表示素子用の偏光板のように、フィルム又は板状の被塗工物に薄膜を形成する技術が知られている。かかる薄膜形成のために、特許文献１及び２に開示される塗工装置を本出願人が提案した。この塗工装置は、毛管作用に基づいて被塗工物の塗工面に薄膜を形成するものであり、その概略を図１に示す。

図１において、塗工液１が充填される液槽２が設けられており、塗工液１の中のスリットノズル３は、第１スリット部材３０と、第２スリット部材３１とを有し、この第１・第２スリット部材３０，３１により毛管間隔（スリット）が形成される。スリットノズル３は、その出口部が液面から突出した状態と、液面内部に浸漬した状態とに設定変更することができる。そのため、スリットノズル３の下面の一部に支持軸４が結合されており、この支持軸４は不図示の駆動機構により上下駆動される。また、支持軸４の上下動に伴い塗工液１が漏れてこないようにするため、蛇腹部材５が設けられている。

一方、テーブル１１の下面にフィルムや板状の被塗工物１０が取り付けられる。テーブル１１の内部には真空吸着機構（不図示）が設けられており、被塗工物１０をテーブル１１の下面に吸着する。被塗工物１０の下面が塗工面に該当し、スリットノズル３の先端が上向きに向いており、両者は向かい合っている。そこで、テーブル１１を矢印Ａ方向に一定速度で搬送することにより、毛管作用によりスリットノズル３の先端から連続的に塗工液を供給し、被塗工物１０の塗工面に薄膜を形成することができる。被塗工物１０は、所定の幅寸法を有しており、スリットノズル３の先端も幅方向（図の紙面に垂直な方向）に沿って延びている。
特許第２８７８１７１号 特開２００１−７０８５４号公報

上記装置を利用して被塗工物に薄膜を形成する場合に課題は、以下の通りである。薄膜形成の生産性を上げるためには、被塗工物１０の搬送速度（塗工速度）を上げる必要がある。ところが、被塗工物１０の搬送速度を上げようとすると（例えば、１．５ｍ／ｍｉｎ以上）、塗工面に形成される膜の厚さが厚くなる傾向があるため、所望の厚さの薄膜を形成できなくなる。また、被塗工物の搬送速度を上げると、スリットノズルからの塗工液の供給がうまくいかず、液切れしやすくなる。

また、特許文献３（特開２００３−１１７４７４）においては、生産性を向上させながらも、所望の薄膜を形成できる薄膜形成方法を提供しているが、この特許文献３で記載された数値で実施をすると、目的の薄膜を形成しにくということが判明した。

そこで、本発明は、生産性を向上させながらも、所望の薄膜を形成できる薄膜形成方法を提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る薄膜形成方法は、フィルム又は板状の被塗工物の塗工面が下向きの状態で一定速度で搬送しながら、前記塗工面に向かい合う上向きのスリットノズルから、毛管作用により塗工液を供給することにより、前記被塗工物の前記塗工面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記スリットノズルの毛管間隔δが、５０μｍ≦δ≦５００μｍ、前記スリットノズルの先端と前記塗工面との間隔ｈが、５０μｍ≦ｈ≦５００μｍ、前記スリットノズルの出口部における液流速をＶ１、前記スリットノズルが浸漬される液槽へ塗工液を供給するための配管における液流速をＶ２とすると、０＜Ｖ１×0．5≦Ｖ２≦Ｖ１×２０となるように設定されていることを特徴とするものである。

まず、スリットノズルの毛管間隔δ（図１参照）を、５０μｍ≦δ≦５００μｍとなるように設定する。５０μｍ＞δだと、液切れし、δ＞５００μｍだと、塗膜が厚すぎるという問題がある。

また、スリットノズルの先端と塗工面との間隔ｈ（図１参照）を、５０μｍ≦ｈ≦５００μｍとなるように設定する。５０μｍ＞ｈだと、液だまりが生じ、塗りムラが発生する。ｈ＞５００μｍだと、液切れするという問題がある。

さらに、スリットノズルの出口部における液流速をＶ１（図１参照）、液槽へ塗工液を供給するための配管における液流速をＶ２（図２参照）とすると、０＜Ｖ１×0．5≦Ｖ２≦Ｖ１×２０となるように設定されている。かかる液流速の設定は、スリットノズルの毛管間隔と配管の断面積とを所定の比率に設定することで得られる。Ｖ２＞Ｖ１×２０になると、塗膜が厚すぎるという問題がある。

上記条件をすべて満たしたときに、生産性を向上させながらも、所望の薄膜を形成できる薄膜形成方法を提供することができる。例えば、被塗工物の搬送速度を１．５ｍ／ｍｉｎ以上にしながらも、塗工膜の厚さを１０μｍ以下（ただし、この値は塗工直後の厚さである。）の薄膜に形成することができる。

本発明にかかる薄膜形成方法を実施するのに好適な塗工装置を説明する。図１は、塗工装置の概略構成を示す断面図であり、図２は、図１の矢印Ｂ方向から見た断面図である。

図１において、塗工液１が充填される液槽２が設けられており、塗工液１の中にスリットノズル３の一部が浸漬されている。スリットノズル３は、第１スリット部材３０と、第２スリット部材３１とを有し、この第１・第２スリット部材３０，３１により毛管間隔δ（スリット）が形成される。スリットノズル３は、その出口部が液面から突出した状態と、液面内部に浸漬した状態とに設定変更することができる。そのため、スリットノズル３の下面の一部に支持軸４が結合されており、この支持軸４は不図示の駆動機構により上下駆動される。また、支持軸４の上下動に伴い塗工液１が漏れてこないようにするため、蛇腹部材５が設けられている。

一方、テーブル１１の下面にフィルムや板状の被塗工物１０が取り付けられる。テーブル１１の内部には真空吸着機構（不図示）が設けられており、被塗工物１０をテーブル１１の下面に吸着する。被塗工物１０の下面が塗工面に該当し、スリットノズル３の先端が上向きに向いており、両者は向かい合っている。そこで、テーブル１１を矢印Ａ方向に一定速度で搬送することにより、毛管作用によりスリットノズル３の先端から連続的に塗工液を供給し、被塗工物１０の塗工面に薄膜を形成することができる。被塗工物１０は、所定の幅寸法を有しており、スリットノズル３の先端も幅方向（図１の紙面に垂直な方向）に沿って延びている。

図２は、被塗工物１０の幅方向に沿った断面図である。スリットノズル３は、被塗工物１０の幅を十分にカバーするだけのスリット長さを有する。支持軸４及び蛇腹部材５は、幅方向両側に一対設けられているが、図示の都合上、図２では一方のみが示される。

液槽２の端部の下面側に、塗工液を貯蔵した貯蔵タンク２０が設けられ、ポンプ２１により塗工液がくみ出される。ポンプ２１の下流側にフィルター２２が設けられ、異物等が除去される。貯蔵タンク２０の塗工液は、配管２３ａ，２３ｂ，２３ｃを通って、開口部２４を介して液槽２に供給される。また、液槽２の下面には別の開口部２５が形成されており、余分な塗工液は配管２６を通って、貯蔵タンク２６に戻される。

また、開口部２４の上方には、別の開口部２７が形成され、略Ｌ字形の液面調整用配管２８が取り付けられている。液面調整用配管２８には、液面センサー２９が設けられており、液槽２の塗工液の液面高さを常時モニターする。制御部１８は、液面センサー２９からの信号に基づいて、液槽２内の液面高さが一定になるように、ポンプ２１を駆動するモータ１９を制御する。

本発明による被塗工物は、フィルムや板状（シート状も含む）の被塗工物であり、この被塗工物の塗工面に例えば低反射コーティングを行うものである。パソコンのモニター装置、ビデオカメラのモニター部には、液晶表示素子が用いられているが、画面に外光が反射すると表示画面が見難くなるという問題があり、液晶表示素子の偏光板に低反射コーティングを行っている。かかる低反射コーティングを行う場合に、本発明による薄膜形成方法は特に好適である。

かかる場合において、被塗工物として好適な素材について説明する。被塗工物としては、可撓性を有する基材であればよく、例えば、プラスチックフィルムが挙げられ、プラスチックの材質としては、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、三酢酸セルロースなどがあげられる。

次に、低反射膜コーティングを形成する場合の好適な塗工液について説明する。塗工液としては、金属アルコキシド１種類以上又は紫外線硬化型樹脂１種類以上を主成分とした液が好適である。

金属アルコキシドは、低温で容易に無機質層を得ることができる塗工液の原料として好適である。また複数の金属アルコキシドを組み合わせることにより、任意の光学特性を有する薄膜が形成できる。金属アルコキシドとしては、例えば、シリコンアルコキシド、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、アルミニウムアルコキシド、アンチモンアルコキシド等があげられる。

好適な金属アルコキシドの具体例としては、シリコンアルコキシドテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシメチルシラン等が上げられる。また、上記紫外線硬化型樹脂としては、特に光学薄膜を形成させるのに用いられる紫外線硬化型樹脂がそのまま用いられる。例えば、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。

また、塗工液中には、固形分濃度を調整するために有機溶剤等が混合され用いられる。この有機溶剤としては、例えば、炭化水素系、アルコール系、エーテル系、エステル系等があげられる。特に、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、エタノール、イソプロピルアルコール、メチルエチルケトン、酢酸エチル等が好適である。

次に、図１、図２の塗工装置を用いて薄膜を形成する場合の工程を簡単に説明する。

塗工を行わない場合は、スリットノズル３の全体が液槽２の塗工液内に浸漬されている。塗工を開始する場合、塗工開始位置に被塗工物１０をセットする。次に、液槽内に浸漬しているスリットノズル３を上昇させる。スリットノズル３の先端を被塗工物１０の塗工面に近接させる。この近接させる距離は、図１に示される間隔ｈよりも短い距離である。これにより、スリットノズル３の先端の塗工液が塗工面に接触する。

ついで、スリットノズル３をわずかな距離だけ下降させる。この状態で、スリットノズル３の先端と塗工面との距離は、図１に示すｈとなる。これにより、毛管作用が発生する。被塗工物１０を矢印Ａ方向に一定速度で搬送することにより、毛管作用により塗工液が連続的に供給される。

次に、上記のように被塗工物に薄膜を形成するための条件を説明する。本発明においては、生産性を上げるために、被塗工物を比較的速い速度、具体的には、１．５ｍ／ｍｉｎ以上の速度で搬送する。しかし、被塗工物の搬送速度を上げると、別の問題を生じる。すなわち、搬送速度を上げると、被塗工物の塗工面に形成される塗工膜の厚さが厚くなる傾向にある。したがって、所望の薄膜を形成するためには、条件設定に工夫が必要である。また、搬送速度を上げると、スリットノズル３の先端からの塗工液の供給がうまくいかず、液切れが生じやすくなり、塗工ムラが発生する。したがって、この点も考慮する必要がある。そこで、以下説明するような設定を行っている。

まず、スリットノズル３の毛管間隔δが、５０μｍ≦δ≦５００μｍとなるように設定する。５０μｍ＞δだと、液切れし、δ＞５００μｍだと、塗膜が厚すぎるという問題があるからである。

また、スリットノズルの先端と塗工面との間隔ｈ（図１参照）を、５０μｍ≦ｈ≦５００μｍとなるように設定する。５０μｍ＞ｈだと、液だまりが生じ塗りムラが発生する。ｈ＞５００μｍだと、液切れという問題があるからである。

さらに、スリットノズルの出口部における液流速をＶ１（図１参照）、塗工液を供給する配管における液流速をＶ２（図２参照）とすると、０＜Ｖ１×0．5≦Ｖ２≦Ｖ１×２０となるように設定されている。かかる液流速の設定は、スリットノズルの毛管間隔と配管の断面積とを所定の比率に設定することで得られる。Ｖ２≦Ｖ１×0．5になると、液切れするという問題がある。

また、本発明で用いられる塗工液の固形分濃度は、３．０ｗｔ％以上のものを使用する。また、キャピラリー数Ｃａは、１以下とするのが好ましい。キャピラリー数Ｃａとは、
Ｃａ＝（液粘度ｋｇ／（ｍ・ｓｅｃ））×（被塗工物速度ｍ／ｓｅｃ）／（液の表面張力ｋｇ／ｓｅｃ²）
で示される無次元の定数である。

得られる薄膜の厚みは、塗工直後（図１にｔで示す。）において、１０μｍ以下の薄膜である。塗工液を塗工した後は、溶剤等が乾燥して蒸発するので、製品段階の薄膜の厚みはもっと薄くなる（例えば、０．３μｍ程度）。

上記のようにして得られる低反射膜コーティングは、可視光線の反射率が３％以下となる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。例中にある％は、特にことわらないかぎり重量基準である。

塗工液４０として、反射防止塗料”オプスターＪＭ５０２２”（ジェイエスアール（株）製；フッ素系の樹脂３％含有塗料）を、メチルイソブチルケトンで２％濃度に希釈したものを用いた。また被塗工物４１として、幅８００ｍｍ、長さ８００ｍｍ、厚さ２．０ｍｍの耐擦傷性ポリメチルメタクリレート樹脂板（住友化学工業（株）製の表面ハードコート処理板”スミペックスＥＭＲ−２０００”）を用いた。このポリメチルメタクリレート樹脂板を、図３に示す塗工装置のテーブル４３に真空吸着固定した。

まず、スリットノズル４２のノズル間隔δを任意の値に設定し、被塗工物４１を、テーブル４３が反転させて、上向きになっているスリットノズル４２の上部に搬送し、スリットノズル４２を被塗工物４１に接近させ、スリットノズル４２先端より排出される塗工液４０を被塗工物４１に接触させる。その後任意の設定間隔ｈまでスリットノズル４２を被塗工物４１から離し、流速Ｖ２にて塗料供給を行ないスリットノズル４２内で設定したノズル間隔δに合った流速Ｖ１に保ちつつ、速度３．０ｍ／ｍｉｎにて矢印Ａ方向に被塗工物４１を搬送させ、その表面に塗膜を形成する。得られた塗工物４７は、４０℃で１０分間乾燥後、５００ｍＪ／ｃｍ²紫外線を照射し、被膜を硬化させた。

表１にスリットノズル４２のスリット間隔δ，塗工ノズル４２と被塗工物４１の間隔（塗工ＧＡＰ）ｈ、塗料供給速度種々組み合わせて、得られた塗膜の状態をそれぞれ示す。この表の結果から、本発明（実施例）が優れていることが分かる。

なお、本発明は低反射コーティングに限定されるものではなく、耐擦傷性、帯電防止性、防汚染性、防曇性、光線吸収性等の各機能を付与する目的の場合にも適用することができる。さらに、着色剤等を含む塗工液を塗工し、種々の機能性被膜、保護膜、着色膜、意匠性被膜等を形成する場合にも応用することができる。

塗工装置の概略構成を示す断面図である。 図１の矢視Ｂから見た塗工装置の断面図である。 本発明に従い、塗工ロールを用いて板状の被塗工物に塗工している状態を模式的に示す図である。

符号の説明

１、４０…塗工液
２…液槽
３、４２…スリットノズル
４…支持軸
５…蛇腹部材
１０、４１…被塗工物
１１、４３…テーブル
３０…第１スリット部材
３１…第２スリット部材

Claims (1)

1. フィルム又は板状の被塗工物の塗工面が下向きの状態で一定速度で搬送しながら、前記塗工面に向かい合う上向きのスリットノズルから、毛管作用により塗工液を供給することにより、前記被塗工物の前記塗工面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
   前記スリットノズルの毛管間隔δが、
   ５０μｍ≦δ≦５００μｍ
   前記スリットノズルの先端と前記塗工面との間隔ｈが、
   ５０μｍ≦ｈ≦５００μｍ
   前記スリットノズルの出口部における液流速をＶ１、前記スリットノズルへ塗工液を供給するための配管における液流速をＶ２とすると、
   ０＜Ｖ１×0．5≦Ｖ２≦Ｖ１×２０
   となるように設定されていることを特徴とする薄膜形成方法。

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