JP4865893B2 - ダイヘッドおよび液体塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクなどの液体を対象物上の所定位置に塗布するダイヘッドおよびダイヘッドを有する液体塗布装置に関する。

ダイヘッドと呼ばれるエクストルージョン方式のヘッドを有する液体塗布装置は、均一な膜厚の塗布膜を形成することができることから、従来から種々の分野で広く利用されている。

ダイヘッドは、基本的に、塗布液タンクから供給された塗布液を、形成される塗布膜の巾方向に分配するマニホールドと、塗布膜の巾方向に分配された塗布液を吐出するスロットと、を備える。スロットは、複数の穴に区切られていてもよい（図９および図１０参照）。スロットが複数の穴に区切られている場合、塗布液をストライプ状に塗布することができる。

このような、ダイヘッドを用いて被塗布材に塗布液を塗布するには、ダイヘッドの先端部と、被塗布材との間のギャップ（以下単に「塗工ギャップ」とも称する）に塗布液を吐出し、液溜まりを形成し；形成された液溜まり（以下「ビード」とも称する）を維持しながら、被塗布材をダイヘッドに対して相対移動させればよい。このようにダイヘッドの先端部と被塗布材との間に形成されたビードを維持しながら、被塗布材を相対移動させることで、被塗布材上に塗布液からなる塗布膜が形成される。

このような、ダイヘッドを用いた塗布工程では、ビードを維持させることが重要になる。ビードが不安定になると、被塗布材上に形成される塗布膜の巾および膜厚がばらついたり、塗布膜が途切れたりし、精度が高い塗布が出来なくなるからである。特に、被塗布材の相対移動速度を速めたことによって、ビードに加わるせん断力が大きくなったり、ダイヘッドの先端部と被塗布材とが接触することを防止するために、塗工ギャップを広げたりする場合、ビードは不安定になりやすい。ここで「ビードが不安定になる」とはビードの形状が不安定になったり、ビードが被塗布材から離れやすくなる状態を意味する。ビードが被塗布材から離れることを、以下、「ビードが壊れる」とも称する。

せん断力によってビードが不安定になることを防止する方法として、塗布液を吐出するスロット（以下単に「液滴吐出用スロット」とも称する）の被塗布材が相対移動する方向（以下単に「移動方向」とも称する）の上流側に気体吸引用チャンバーや、気体吸引用スロットを設け、ビードの移動方向上流側の端部（以下単に「上流端」とも称する）付近を減圧する方法が一般的に知られている（例えば特許文献１参照）。

図１Ａは特許文献１に開示されたダイヘッドの断面図を示す。図１Ａに示されるダイヘッド１は、先端部に、塗布液を吐出するための塗布液吐出用スロット２と、気体を吸引する気体吸引用スロット３とを有する。

気体吸引用スロット３が気体を吸引することで、ビート４の上流端近傍６を減圧することができ、ビード４の上流端を被塗布材の相対移動方向Ｘ上流側に吸引することができる。これにより被塗布材５の相対移動によるせん断力によってビード４が不安定になることを防止することができる。

また、図１Ｂに示されるように、気体吸引用スロット３の代わりに、ダイヘッドの上流側に気体吸引用チャンバー３’を設ける技術も知られている。

また、移動されている被塗布材の表面に同伴流が発生することを防止するため、被塗布材の表面に、被塗布材の移動方向とは反対方向の流れを有する気体を噴出する技術が知られている（例えば特許文献２〜５参照）。

特開２００３−０５３２３３号公報 特開平９−１４１１７０号公報 特開昭６２−１８６９６６号公報 特開昭４８−３２９２３号公報 米国特許第４８４２９００号明細書

しかし特許文献１に開示されたようにビード４の上流端付近６を減圧する場合、ビード４の上流端が気体吸引用スロット３まで吸引され、ビード４を構成する塗布液が気体吸引用スロット３に流入することがあった。

また、塗布中に被塗布材の厚さが変動したり、ダイヘッドが振動したりし、塗工ギャップが変動することによって、ビード４が壊れると、塗布液は、気体吸引用スロット３（気体吸引用チャンバー３’）に流入してしまう（図２Ａおよび図２Ｂ参照）。特に、塗布液をストライプ状に塗布する場合、各ビードが小さくなるためビードの安定力が低下し、ビードが壊れやすい。このため、塗布液をストライプ状に塗布する場合、特に塗布液が気体吸引用スロットに流入しやすい。

気体吸引用スロット内に塗布液が流入すると、気体吸引用スロット内で塗布液が気体の流れを妨げるので、気体吸引用スロットは安定して気体を吸引できなくなり、ビードの上流端近傍の気圧が不安定になる。その結果、ビードが不安定になり、被塗布材上に形成される塗布膜の厚さや巾が不均一になったり、途切れたりする。

このため、特許文献１に開示されたような従来の液体塗布装置では、気体吸引用スロットから吸引される気体の流量を、塗布液が気体吸引用スロットに流入しないように少なく設定しなければならなかった。このため従来の液体塗布装置では、被塗布材の相対移動によるせん断力が大きくなった場合に、ビードが不安定になることを防止できず、塗布速度を速めることには限界があった。

また、特許文献１に開示されたような従来の液体塗布装置では、塗工ギャップを広げた場合に、ビードが不安定になるという問題を解決することができなかった。

本発明の目的は、ビードを維持し、塗布液を高精度かつ高速に塗布することを可能とするダイヘッドを提供することを目的とする。

本発明者は、塗布液吐出用スロットと気体吸引用スロットとの間に、気体噴出用スロットを設けることで、気体吸引用スロットに塗布液が流入することを防止できることを見出し、さらに検討を加えて発明を完成させた。すなわち本発明の第１は以下に示すダイヘッドに関する。

［１］連続的に塗布液を吐出する先端部を有し、一定方向に相対移動する被塗布材と前記先端部との間のギャップに前記塗布液からなる液溜まりを維持することで、前記被塗布材上に塗布膜を形成するダイヘッドであって、前記先端部は、前記被塗布材の移動方向の下流側に位置し、前記塗布液を連続的に吐出する塗布液吐出用スロットと、前記被塗布材の移動方向の上流側に位置し、前記液溜まりの前記被塗布材の移動方向の上流側の端部の近傍を減圧するように、気体を吸引する、気体吸引用スロットと、前記塗布液吐出用スロットと前記気体吸引用スロットとの間に位置し、前記塗布液が前記気体吸引用スロットに流入しないように、前記塗布膜の前記被塗布材の移動方向の上流側の端部に気体を噴出する、気体噴出用スロットと、を有し、前記気体噴出用スロットが前記気体を噴出する方向は、前記被塗布材の表面に対して、前記被塗布材の移動方向の下流側に傾かず、前記ダイヘッドにおける、前記塗布液吐出用スロットの開口部、前記気体噴出用スロットの開口部、及びこれらの開口部の間の領域が、同一平面に形成されている、ダイヘッド。
［２］前記塗布液吐出用スロットと、前記気体噴出用スロットとの間隔は０．３ｍｍ以上であり、前記気体噴出用スロットと、前記気体吸引用スロットとの間隔は０．０５〜１５ｍｍである、［１］に記載のダイヘッド。
［３］前記気体噴出用スロットが噴出する気体の流量は、前記気体吸引用スロットが吸引する気体の流量よりも少ない、［１］または［２］に記載のダイヘッド。
［４］前記気体噴出用スロットが前記気体を噴出する方向は、前記被塗布材の表面に対して垂直である、［１］〜［３］のいずれか一つに記載のダイヘッド。
［５］前記気体噴出用スロットが前記気体を噴出する方向は、前記被塗布材の表面に対して前記被塗布材の移動方向上流側に傾く、［１］〜［３］のいずれか一つに記載のダイヘッド。
［６］前記気体噴出用スロットが前記気体を噴出する方向の前記被塗布材の表面の法線に対する傾斜角度は、１〜７５°である、［５］に記載のダイヘッド。
［７］前記先端部のうち、前記気体吸引用スロットと前記気体噴出用スロットとの間の領域は、前記先端部の他の領域よりも低い、［１］〜［６］のいずれか一つに記載のダイヘッド。
［８］前記気体吸引用スロットの数は、前記気体噴出用スロットの数と異なる［１］〜［７］のいずれか一つに記載のダイヘッド。

本発明の第２は以下に示す液体塗布装置に関する。
［９］［１］〜［８］のいずれか一つに記載のダイヘッドを備える、液体塗布装置。

本発明によれば、ビードの上流端を強く吸引したとしても、気体噴出用スロットから噴出された気体によって、気体吸引用スロットに塗布液が流入することが防止される。また、本発明によれば、気体噴出用スロットから噴出された気体によって、ビードが被塗布材に押し当てられる。このため、本発明では、ビードが維持され、塗布液を高精度にかつ、高速に塗布することができる。

従来のダイヘッドにおいて、ビードの上流端の近傍を減圧する様子を示す図 気体吸引用スロットまたは気体吸引用チャンバーに塗布液が吸引された状態を示す図 実施の形態１のダイヘッドを含む液体塗布装置を示す図 実施の形態１のダイヘッドで被塗布材を塗布する様子を示す図 実施の形態２のダイヘッドの断面図 気体の噴出方向が移動方向下流側に傾いた気体噴出用スロットを有するダイヘッドの断面図 実施の形態３のダイヘッドの断面図 実施の形態４のダイヘッドの断面図 実施の形態４のダイヘッドの先端部の平面図 実施の形態４のダイヘッドの先端部の平面図

１．本発明のダイヘッド
本発明のダイヘッドは、連続的に塗布液を吐出する先端部を有し、一定方向（以下「移動方向」とも称する）に相対移動する被塗布材と先端部との間のギャップに塗布液からなる液溜まり（以下「ビード」とも称する）を維持することで、被塗布材上に塗布膜を形成する。

本発明のダイヘッドは、塗布液吐出用スロットと接続し、外部から供給された塗布液を塗布膜の巾方向に分配する塗布液分配マニホールドを有する。本発明のダイヘッドは、先端部の構造に特徴を有する。以下本発明のダイヘッドの先端部の構造について説明する。

本発明のダイヘッドの先端部は、移動方向下流側に位置する塗布液吐出用スロットと；移動方向上流側に位置する気体吸引用スロットと；塗布液吐出用スロットと、気体吸引用スロットとの間に位置する気体噴出用スロットと；を有する。ここで「スロット」とは、溝状の穴を意味する（図９および図１０参照）。本発明は、塗布液吐出用スロットと、気体吸引用スロットとの間に、気体噴出用スロットを有することを特徴とする。

各スロットは、複数の穴に区切られていてもよいし、区切られていなくともよい（図９および１０参照）。以下それぞれのスロットの機能について説明する。

塗布液吐出用スロットは、塗布液分配マニホールドに接続し、塗布液を連続的に吐出するためのスロットである。塗布工程中、塗布液吐出用スロットから吐出された塗布液は、ダイヘッドの先端部と被塗布材との間のギャップ（以下、「塗工ギャップ」とも称する）にビードを形成する。

気体吸引用スロットは、減圧ポンプなどと接続し、気体を吸引するためのスロットである。気体吸引用スロットは、塗布膜を形成する際、ビードの移動方向上流の端部近傍を減圧するように、気体を吸引する。気体吸引用スロットと塗布液吐出用スロットとの間隔は、特に限定されないが、０．４３〜２０ｍｍであることが好ましい。

塗布液吐出用スロットと気体吸引用スロットとの間隔が２０ｍｍ超であると、気体吸引用スロットが気体を吸引しても、ビードの移動方向上流の端部近傍が減圧できない恐れがある。一方、塗布液吐出用スロットと気体吸引用スロットとの間隔が０．４３ｍｍ未満であると、ビードを構成する塗布液が、気体吸引用スロットに流入する恐れがある。

気体吸引用スロットが気体を吸引する方向（以下、単に「吸引方向」とも称する）は、被塗布材の表面に対して垂直であってもよいが、例えば、移動方向上流側または移動方向下流側に傾いていてもよい。

吸引方向を移動方向上流側に傾けると、ビードの上流端を吸引する効率が高まり、より少ないガスの流量でビードを吸引することができる。これにより、塗工ギャップが大きく、ビードが大きくなった場合であっても、ビードの上流端を強い力で吸引することができ、ビードが不安定になることを防止することができる。一方、吸引方向を移動方向下流に傾けると、塗布膜が形成される前の被塗布材の表面を吸引する効率が高まる。これにより、塗布膜形成前の被塗布材の表面に付着した、異物などを効率的に吸引することができ、被塗布材を清浄化することができる。

気体噴出用スロットは、コンプレッサーなどに接続された、気体を噴出するためのスロットである。気体噴出用スロットは、ビードを構成する塗布液が、気体吸引用スロットに流入しないように、気体を噴出する。気体吸引用スロットが噴出する気体の流量および流速は、塗布液の吐出量や被塗布材の移動速度、ダイヘッドのサイズ、ダイヘッドと被塗布材との距離などによって変動するが、例えば、塗布液吐出用スロットから吐出される塗布液の流量が、０．００５４〜２ｍｌ／ｍｉｎである場合、気体噴出用スロットが噴出する気体の流量が３ｍｌ／ｍｉｎ以上であり、流速が０．６ｍ／ｍｉｎ以上であることが好ましく；気体噴出用スロットが噴出する気体の流量が５ｍｌ／ｍｉｎ以上であり、流速が１ｍ／ｍｉｎ以上であることが、より好ましい。気体噴出用スロットが噴出する気体の流量が３ｍｌ／ｍｉｎ未満であり、流速が０．６ｍ／ｍｉｎ未満であると、塗布液が気体吸引用スロットに流入することを防止できないからである。

また、気体噴出用スロットと塗布液吐出用スロットとの間隔は、特に限定されないが、０．３ｍｍ以上であることが好ましい。気体噴出用スロットと塗布液吐出用スロットとの間隔が、０．３ｍｍ未満であると、気体噴出用スロットから噴出した気体が、ビードと被塗布材との間に流入し、ビードを不安定にさせる恐れがある。

また、気体噴出用スロットが気体を噴出する方向（以下単に「噴出方向」とも称する）、被塗布材の表面に対して垂直であってもよいが、被塗布材の表面に対して移動方向上流側に傾いていることが好ましい（実施の形態２、図５参照）。噴出方向を、被塗布材の表面に対して、移動方向上流側に傾けることで、気体噴出用スロットから噴出された気体が、ビードと被塗布材との間に流入することを防止し、ビードが不安定になることを防止することができる。一方で、本発明では、噴出方向が移動方向下流側に傾くことは好ましくない。噴出方向が移動方向下流側に傾くと、気体噴出用スロットから噴出された気体がビードと被塗布材との間に流入し、ビードを不安定にさせるからである（図６参照）。

ダイヘッドの先端部が有する気体吸引用スロットの数は、気体噴出用スロットの数と同じであってもよいが、異なってもよい。例えば、気体吸引用スロットの数を気体噴出用スロットの数よりも多くすれば、気体噴出用スロットから噴出された気体が、ビードと被塗布材との間に流入することを防止することができる（実施の形態４参照）。

また、気体噴出用スロットから噴出される気体の流量は、気体吸引用スロットに吸引される気体の流量よりも少ないことが好ましい。具体的には、気体噴出用スロットから噴出される気体の流量は、気体吸引用スロットに吸引される気体の流量の、０．００５〜０．９５倍であることが好ましい。より具体的には、気体噴出用スロットから噴出される気体の流量は、気体吸引用スロットに吸引される気体の流量よりも、５〜９９５ｍｌ／ｍｉｎ少ないことが好ましい。吸引される気体の量に対して、噴出される気体の量が多すぎると、ビードの上流端近傍を減圧できなくなる。また、吸引される気体の量に対して、噴出される気体の量が多すぎると、噴出された気体の一部がビードと被塗布材との間に流入しやすくなり、ビードを不安定にさせる恐れがある。

気体噴出用スロットから噴出された気体は、ダイヘッドの先端部と被塗布材との間を移動方向上流側に流れ、最終的に気体吸引用スロットに流入する。

このように、本発明では、ビードの上流端を、移動方向上流側に吸引したとしても、気体噴出用スロットから噴出された気体によって、ビードを構成する塗布液が、気体吸引用スロットに流入することを防止することができる。このため、本発明では、ビードの上流端を、強い力で移動方向上流側に吸引することができ、ビードに強いせん断力が加わったとしてもビードが不安定になることを防止することができる。このため、本発明では、被塗布材の相対移動速度を速くし、せん断力が増加しても、ビードを維持できる。これにより塗布速度を速めても、均一な塗布膜を形成することができる。また、本発明では被塗布材の移動速度を速くすることができるので、より薄い塗布膜を形成することができる。

また、本発明のように気体噴出用スロットから気体を噴出することで、ビードを、被塗布材に押し付けることができる。このため、被塗布材とダイヘッド先端部との間の塗工ギャップが広がることによって、ビードが不安定になることを防止することができる。したがって、本発明によれば、塗工ギャップを、例えば形成される塗布膜の厚さの１０〜２０倍に広げることができ、ダイヘッドの先端部と被塗布材とが接触することを抑制することができ、均一な塗布膜を形成することができる。ダイヘッドの先端部と被塗布材とが接触すると、形成される塗布膜の膜厚が不均一になったり、塗布膜が途切れたりするからである。

また、上述のように気体噴出用スロットから噴出された気体は、ダイヘッドの先端部と被塗布材との間を移動方向上流側に流れる。移動方向上流側に流れる気体によって塗布前の被塗布材上に存在する異物を排除し、被塗布材の表面を清浄にできる。

また、本発明では、気体吸引用スロットに塗布液が流入することがないので、気体吸引用スロット内部の洗浄などを行う必要が無くなる。これにより、ダイヘッド先端部の洗浄を行った後、速やかに塗布を再開することができ、高い生産性が得られる。

気体噴出用スロットから気体を噴出することによる効果は、後述する実施の形態１において図面を参照しながら詳細に説明する。

２．本発明の液体塗布装置
本発明の液体塗布装置は、前述のダイヘッドを具備することを特徴とするが、それ以外は公知の液体塗布装置の部材を適宜有する。

例えば、液体塗布装置は、ダイヘッド以外に、ダイヘッドに供給されるインクが貯蔵された塗布液タンクや、塗布液をダイヘッドに供給する送液ポンプ、気体を吸引する減圧ポンプ、気体を供給するコンプレッサー、ダイヘッドヘッドを固定する部材、被塗布材を移動させるための移動ステージなどを有する。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施の形態により限定されない。

（実施の形態１）
図３Ａは、実施の形態１のダイヘッドを含む液体塗布装置の概略図である。図３Ａに示されるように、実施の形態１の液体吐出装置は、ダイヘッド１と、コンプレッサー１０と、減圧ポンプ１１と、流量調整バルブ１２と、流量計１３と、送液ポンプ１４と塗布液タンク１５とを備える。

ダイヘッド１の先端部は、塗布液吐出用スロット２と、気体吸引用スロット３と、気体噴出用スロット９と、を有する。また、ダイヘッド１は、塗布液吐出用スロット２と接続した液体分配用マニホールド１８ａと、気体吸引用スロット３と接続した吸引マニホールド１８ｂと、気体噴出用スロット９と接続した噴出マニホールド１８ｃと、を有する。

コンプレッサー１０は、気体噴出用スロット９に気体を供給する。減圧ポンプ１１は、気体吸引用スロット３から気体を吸引する。吸引または供給される気体の流量は、流量計１３によって可視化され、流量調整バルブ１２によって調節される。

塗布液タンク１５は、塗布液を貯蔵する。塗布液タンク１５に貯蔵された塗布液は、定量ポンプのように安定した送液が可能な送液ポンプ１４によって、ダイヘッド１に送り込まれる。

図３Ｂは、図３Ａに示されたダイヘッド１の先端部の拡大図である。図３Ｂに示されるように、ダイヘッド１の先端部は、後述する被塗布材の相対移動方向Ｘ（以下単に「移動方向Ｘ」とも称する）下流側に位置する塗布液吐出用スロット２と、移動方向Ｘ上流側に位置する気体吸引用スロット３と、塗布液吐出用スロット２と気体吸引用スロット３との間に位置する、気体噴出用スロット９とを有する。

塗布液吐出用スロット２と気体吸引用スロット３との間隔ｄ１は、０．４３〜２０ｍｍであり、塗布液吐出用スロット２と気体噴出用スロット９との間隔ｄ２は、０．３ｍｍ以上である。

また、塗布液吐出用スロット２の巾２ｄは、３０〜１０００μｍで、気体吸引用スロット３の巾３ｄは、３０〜１０００μｍで、気体噴出用スロット９の巾９ｄは、３０〜１０００μｍである。

次に、図４Ａ〜図４Ｂを参照しながら、本実施の形態のダイヘッド１を用いて、被塗布材に塗布液を塗布する方法について説明する。

まず図４Ａに示されるように、ダイヘッド１を被塗布材５上に配置する。ダイヘッド１と被塗布材５とは離間している。ダイヘッド１の先端部と被塗布材５との間の塗工ギャップ１９は、０．０３〜０．５ｍｍである。

そして、図４Ｂに示されるように、被塗布材５をダイヘッド１に対して相対的にＸ方向（移動方向）に移動させる。被塗布材５をダイヘッド１に対して相対移動させるには、被塗布材５を移動させてもよいし、ダイヘッド１を移動させてもよいし、両方を移動させてもよい。

そして、塗布液吐出用スロット２から塗布液を吐出し、移動方向Ｘに相対移動する被塗布材５とダイヘッド１の先端部との間の塗工ギャップ１９にビード４を維持することで、被塗布材５上に塗布膜８を形成する。

このとき、塗布液吐出用スロット２の塗布上流側に設けられた気体吸引用スロット３から気体を吸引することで、ビード４の上流端近傍を減圧し、ビードの上流端が移動方向上流側に吸引される。ビード４の上流端を移動方向上流側に吸引することで、被塗布材の移動によるせん断力によって、ビード４が壊れることが防止される。

一方で、ビード４の上流端が、移動方向Ｘ上流側に吸引されると、ビード４を構成する塗布液が気体吸引用スロット３に流入するリスクが高くなる。

これに対し、本実施の形態では、塗布液吐出用スロット２と気体吸引用スロット３との間に位置する気体噴出用スロット９から気体を噴出することを特徴とする。気体吸引用スロット３が噴出する気体は例えば、空気やＮ_２ガス及び塗布液の溶媒雰囲気である。

図４Ｂに示されるように、気体噴出用スロット９から噴出された気体によって、ビード４の上流端が、気体噴出用スロット９を越えて気体吸引用スロット３に近づくことを防止することができる。これにより、ビード４を構成する塗布液が気体吸引用スロット３に流入することを防止できる。

また、図４Ｃに示されるように被塗布材５の破損などで極端に塗工ギャップ１９が大きく変動するなどして、ビード４が仮に壊れてしまった場合であっても、気体噴出用スロット９から噴出された気体によって、塗布液が気体吸引用スロットに流入することを防止できる。

このように、本実施の形態の塗布装置によれば、塗布液が気体吸引用スロットに流入することを防止できるので、ビードの上流端を移動方向上流側に強い力で吸引することができ、被塗布材の移動によるせん断力によって、ビード４が壊れることが防止される。

また、気体噴出用スロットから噴出された気体によって、ビード４が被塗布材５に押し付けられる。これにより、塗工ギャップが増大しても、ビード４をより安定に維持させることが可能となる。これにより、塗工ギャップを大きくし（例えば、形成される塗布膜の厚さの１０〜２０倍）、ダイヘッドの先端部と、被塗布材とが接触することを防止することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、噴出方向が被塗布材の表面に対して垂直である形態について説明した。実施の形態２では、噴出方向が被塗布材の表面に対して、移動方向上流側に傾く形態について説明する。

図５は、実施の形態２のダイヘッドの先端部の断面の拡大図である。実施の形態１のダイヘッド１と同一の構成要素は、同一の符号を付し説明を省略する。図５に示されるように、実施の形態２では、気体噴出用スロット９が気体を噴出する方向（噴出方向）が、被塗布材５の表面に対して、移動方向Ｘ上流側に傾いている。

具体的には、噴出方向の被塗布材の表面の法線に対する傾斜角度１６は、通常１〜７５°である。

このように、噴出方向を被塗布材の表面に対して、移動方向Ｘ上流側に傾けることで、実施の形態１の効果に加えて、噴出された気体がビードと被塗布材との間に流入することを防止できる。これによりビードが不安定になることを確実に防止することができる。

一方、上述したように、噴出方向は、被塗布材５の表面に対して、移動方向Ｘ下流側に傾くことは好ましくない。図６に示されるように、噴出方向が移動方向Ｘ下流側に傾くと、気体噴出用スロット９から噴出された気体が、ビード４と被塗布材５との間に流入し、ビード４が不安定になる（比較例２参照）。

（実施の形態３）
実施の形態３では、ダイヘッドの先端部が段差を有する形態について説明する。

図７は、実施の形態３のダイヘッド１の先端部の断面の拡大図である。実施の形態１のダイヘッドと同一の構成要素は、同一の符号を付し説明を省略する。図７に示されるように実施の形態３では、ダイヘッド１の先端部が段差を有する。より具体的には、先端部のうち、気体吸引用スロット３と、気体噴出用スロット９との間の領域Ａの高さが、先端部のその他の領域よりも低く設定されている。領域Ａと、先端部のその他の領域との高低差１７は、例えば５０〜３００μｍである。この結果、領域Ａと被塗布材５とのギャップは、先端部のその他の領域と、被塗布材５とのギャップよりも大きくなる。

このように、先端部のうち、気体吸引用スロット３と、気体噴出用スロット９との間の領域Ａの高さを、先端部のその他の領域よりも低くすることで、実施の形態１の効果に加えて、気体噴出用スロット９から噴出された気体が、気体吸引用スロット３に流入しやすくすることができる。これにより、気体噴出用スロット９から噴出された気体が移動方向Ｘ上流側に流れることが促進され、ビード４と被塗布材５との間に流入し、ビード４を不安定にすることを防止することができる。

（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、ダイヘッドの先端部が有する気体吸引用スロットの数と気体噴出用スロットの数とが同じである形態について説明した。実施の形態４では、ダイヘッドの先端部が有する気体吸引用スロットの数が気体噴出用スロットの数よりも多い形態について説明する。

図８は、実施の形態４のダイヘッド１の先端部の断面の拡大図である。実施の形態１のダイヘッドと同一の構成要素は、同一の符号を付し説明を省略する。図８に示されるように実施の形態４では、ダイヘッド１の先端部が２つの気体吸引用スロット（第１気体吸引用スロット３ａおよび第２気体吸引用スロット３ｂ）を有する。第２気体吸引用スロット３ｂと気体噴出用スロット９との間隔ｄ３は０．０３〜１９．６４ｍｍであり、第１気体吸引用スロット３ａと、第２気体吸引用スロット３ｂとの間隔ｄ４は０．０３〜１９．６４ｍｍである（図８参照）。

また、図８に示されるように、実施の形態４では、先端部のうち第２気体吸引用スロット３ｂと、気体噴出用スロット９との間の領域Ａが、先端部の他の領域よりも低く設定されている。

第１気体吸引用スロット３ａおよび第２気体吸引用スロット３ｂは、何れも気体を吸引するためのスロットであるが、担う機能が異なる。例えば、移動方向Ｘ上流側に配置された第１気体吸引用スロット３ａは、ビード４の上流端を吸引するために気体を吸引し；移動方向Ｘ下流側に配置された第２気体吸引用スロット３ｂは、気体噴出用スロットから噴出された気体を吸引する。

このように、気体噴出用スロットから噴出された気体を回収する第２気体吸引用スロット３ｂを別途設けることで、実施の形態１の効果に加えて、気体噴出用スロット９から噴出された気体が、ビード４と被塗布材５との間に流入し、ビード４を不安定にすることを防止することができる。

図９Ａ〜図１０Ｃは、実施の形態４のダイヘッド１の先端部の被塗布材５側からの平面図である。図９Ａ〜図１０Ｃに示されるように、各スロット（塗布液吐出用スロット、気体吸引用スロット、気体噴出用スロット）は、安定した塗布液の吐出、安定した気体の吸引および安定した気体の噴出ができる限り、複数の穴に区切られていても、区切られていなくともよい。

以下本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
実施例１では、実施の形態１で説明したダイヘッドを用いて、ガラス基板（被塗布材）にメチルセルロース水溶液（塗布液）を塗布した例について説明する。

ダイヘッドの設計条件
まず、図３に示される実施の形態１のダイヘッドを準備した。塗布液吐出用スロット２、気体吐出用スロット９および気体吸引用スロット３の巾（２ｄ、３ｄおよび９ｄ）を１００μｍとした。塗布液吐出用スロット２と気体吸引用スロット３との間隔ｄ１を、２．０５ｍｍとし、塗布液吐出用スロット２と気体噴出用スロット９との間隔ｄ２を、１ｍｍとした。
また、気体噴出用スロットが気体を噴出する方向を被塗布材の表面に対して垂直とした。実施例１では、各スロットを、複数の穴に区切らなかった（図９Ａ参照）。

塗布条件
塗工ギャップを１００μｍとし、被塗布材であるガラス基板の相対速度を１５０ｍｍ／ｓとして、ガラス基板上に幅３０ｃｍ、長さ１００ｃｍ、厚さ１０μｍのメチルセルロース水溶液からなる塗布膜を形成した。塗布液であるメチルセルロース水溶液のせん断速度１０００（１／ｓ）における粘度を１００ｍＰａ・ｓとした。

また、気体吸引用スロットから吸引される気体の流量を８００ｍｌ／ｍｉｎとし、気体噴出用スロットから噴出される気体（空気）の流量を７２０ｍｌ／ｍｉｎとした。すなわち実施例１では、正味の気体の吸引量（吸引される気体の流量−噴出される気体の流量）を、８０ｍｌ／ｍｉｎ（８００ｍｌ／ｍｉｎ−７２０ｍｌ／ｍｉｎ）とした。

上記条件でガラス基板を５００枚塗布した。

（実施例２）
実施例２では、図５に示される実施の形態２のダイヘッドを用いてガラス基板（被塗布材）にメチルセルロース水溶液（塗布液）を塗布した。すなわち、実施例２では、噴出方向を移動方向上流に傾けた以外は、実施例１と同じ条件で、ガラス基板を塗布した。

実施例２では、噴出方向の被塗布材の法線に対する傾斜角度１６を４５°とした（図５参照）。

（実施例３）
実施例３では、噴出方向の被塗布材の法線に対する傾斜角度１６を７０°とした以外は実施例２と同じ条件で、ガラス基板を塗布した（図５参照）。

（比較例１）
比較例１では、ダイヘッドに気体噴出用スロットを設けず、気体吸引用スロットから吸引される気体の流量を８０ｍｌ／ｍｉｎとした以外は、実施例１と同じ条件で、ガラス基板を５００枚塗布した。比較例１で準備したダイヘッドは、すなわち図１Ａに示された従来のダイヘッドと同じ構造を有する。

（比較例２）
比較例２では、気体噴出用スロットの気体の噴出方向を移動方向下流に傾けた以外は、実施例１と同じ条件で、ガラス基板を塗布した。比較例２で準備したダイヘッドは、すなわち図６に示されたダイヘッドと同じ構造を有する。比較例２では、気体噴出用スロットの被塗布材の法線に対する傾斜角度を４５°とした。

（結果１）
実施例１〜比較例２において、形成される塗布膜が途切れた回数を表１に示す。

表１に示されるように、本発明の実施例１〜３では、ガラス基板５００枚を塗布した際に、塗布膜が途切れることが無かった。一方、比較例１では、計７回、塗布膜が途切れた。このように、実施例では、比較例と同じ吸引力（８０ｍｌ／ｍｉｎ）でビードの上流端を吸引しているにもかかわらず、塗布膜が途切れることが無かった。この結果は、従来のダイヘッドと比較して本発明のダイヘッドによれば、塗布液を高精度に且つ安定して塗布できることを示唆する。

また、気体噴出用スロットの気体の噴出方向を移動方向下流側に傾けた比較例２では、計１１回、塗布膜が途切れた。これは、気体噴出用スロット９から噴出された気体が、ビードと被塗布材との間に流入することで、ビードが不安定になったことに起因すると考えられる（図６参照）。

（実施例４）
実施例４では、塗工ギャップを１３０μｍとし、気体吸引用スロットが吸引する気体の流量を９００ｍｌ／ｍｉｎとし、気体噴出用スロットが噴出する気体の流量を８１０ｍｌ／ｍｉｎとした以外は、実施例１と同じ条件で、ガラス基板を塗布した。
すなわち実施例４では、正味の気体の吸引量（吸引される気体の流量−噴出される気体の流量）を、９０ｍｌ／ｍｉｎ（９００ｍｌ／ｍｉｎ−８１０ｍｌ／ｍｉｎ）とした。

実施例４において、気体吸引用スロットが吸引する気体の流量および気体噴出用スロットが噴出する気体の流量を、実施例１のそれよりも増加させた理由は、塗工ギャップが広がったことに伴い不安定になるビードを安定させるためである。

（実施例５）
実施例５では、図７に示される実施の形態３のダイヘッドを用いた以外は実施例４と同じ条件でガラス基板を塗布した。すなわち、実施例５では、ダイヘッド先端部のうち、気体噴出用スロットと、気体吸引用スロットとの間の領域を選択的に低くした以外は、実施例４と同じ条件で、ガラス基板を塗布した。

より具体的には、実施例５では、ダイヘッド先端部のうち、気体噴出用スロットと、気体吸引用スロットとの間の領域Ａを、他の領域よりも５０μｍ低くした（図７参照）。

（実施例６）
実施例６では、図８に示される実施の形態４のダイヘッドを用いた以外は、実施例４と同じ条件でガラス基板（被塗布材）にメチルセルロース水溶液（塗布液）を塗布した。

具体的には、実施例６では、先端部に第１気体吸引用スロット３ａおよび第２気体吸引用スロット３ｂを設けた。また、先端部のうち第２気体吸引用スロット３ｂと、気体噴出用スロット９との間の領域Ａを、先端部の他の領域よりも５０μｍ低くした（図８参照）。

また、第２気体吸引用スロット３ｂと気体噴出用スロット９との間隔ｄ３を１０００μｍとし、第１気体吸引用スロット３ａと、第２気体吸引用スロット３ｂとの間隔ｄ４を１０００μｍとした（図８参照）。そして、第１気体吸引用スロット３ａが吸引する気体の流量を９００ｍｌ／ｍｉｎとし、第２気体吸引用スロット３ｂが吸引する気体の流量を８１０ｍｌ／ｍｉｎとした。

（比較例３）
比較例３では、ダイヘッドに気体噴出用スロットを設けず、気体吸引用スロットから吸引される気体の流量を９０ｍｌ／ｍｉｎとした以外は、実施例４と同じ条件でガラス基板を塗布した。

（結果２）
実施例４〜比較例３の塗布において、塗布膜が途切れた回数を表２に示す。

表２に示すように、塗工ギャップを１３０μｍとした実施例４では、塗工ギャップが１００μｍとした実施例１と比較して（表１参照）、塗布膜が途切れた回数が０回から２回に増えた。この結果は、塗工ギャップが大きくなったことに伴って、ビードが不安定になったことに起因すると考えられる。また、実施例４では、気体噴出用スロットから噴出される気体の流量が、実施例１のそれよりも多いため、噴出された気体が、ビードと被塗布材との間に流入し、ビードを不安定にさせたとも考えられる。

一方、実施例５では、実施例４と比較して、塗布膜の抜けの回数が減少した。この結果は、気体噴出用スロットから噴出された気体が、段差によって移動方向上流へ流れることを促進され、気体噴出用スロットから噴出された気体が、移動方向下流側に流入することを防止したことに起因すると考えられる。

また、実施例６では、塗工ギャップ１３０μｍにおいても塗布膜の抜けの回数をゼロにすることができた。この結果は、実施例４では、気体噴出用スロットから噴出された気体を吸引する機能を担う第２気体吸引用スロットを設けたことで、気体噴出用スロットから噴出された気体が、移動方向下流側に流入することを防止したことに起因すると考えられる。

これらの結果は、本発明によれば、塗布液を高精度に且つ安定して、高速に塗布できることを示唆する。

本発明は、塗布液を高精度に且つ安定して高速に塗布できるため、例えば、有機ＥＬやプラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、太陽電池、リチウム２次電池、などの平滑性が求められる機能膜を含むデバイスの印刷製造工程に適用できる。

１ ダイヘッド
２ 塗布液吐出用スロット
３ 気体吸引用スロット
４ ビード
５ 被塗布材
６ ビード上流端付近
８ 塗布膜
９ 気体噴出用スロット
１０ コンプレッサー
１１ 減圧ポンプ
１２ 流量調整バルブ
１３ 流量計
１４ 送液ポンプ
１５ 塗布液タンク
１６ 気体噴出用スロットの傾斜角度
１７ ダイヘッド先端部の段差
１８ マニホールド
１９ 塗工ギャップ

Claims (9)

1. 連続的に塗布液を吐出する先端部を有し、一定方向に相対移動する被塗布材と前記先端部との間のギャップに前記塗布液からなる液溜まりを維持することで、前記被塗布材上に塗布膜を形成するダイヘッドであって、
   前記先端部は、
   前記被塗布材の移動方向の下流側に位置し、前記塗布液を連続的に吐出する塗布液吐出用スロットと、
   前記被塗布材の移動方向の上流側に位置し、前記液溜まりの前記被塗布材の移動方向の上流側の端部の近傍を減圧するように、気体を吸引する、気体吸引用スロットと、
   前記塗布液吐出用スロットと前記気体吸引用スロットとの間に位置し、前記塗布液が前記気体吸引用スロットに流入しないように、前記塗布膜の前記被塗布材の移動方向の上流側の端部に気体を噴出する、気体噴出用スロットと、を有し、
   前記気体噴出用スロットが前記気体を噴出する方向は、前記被塗布材の表面に対して、前記被塗布材の移動方向の下流側に傾かず、
   前記ダイヘッドにおける、前記塗布液吐出用スロットの開口部、前記気体噴出用スロットの開口部、及びこれらの開口部の間の領域が、同一平面に形成されている、ダイヘッド。
2. 前記塗布液吐出用スロットと、前記気体噴出用スロットとの間隔は０．３ｍｍ以上であり、
   前記気体噴出用スロットと、前記気体吸引用スロットとの間隔は０．０５〜１５ｍｍである、請求項１に記載のダイヘッド。
3. 前記気体噴出用スロットが噴出する気体の流量は、前記気体吸引用スロットが吸引する気体の流量よりも少ない、請求項１に記載のダイヘッド。
4. 前記気体噴出用スロットが前記気体を噴出する方向は、前記被塗布材の表面に対して垂直である、請求項１に記載のダイヘッド。
5. 前記気体噴出用スロットが前記気体を噴出する方向は、前記被塗布材の表面に対して前記被塗布材の移動方向上流側に傾く、請求項１に記載のダイヘッド。
6. 前記気体噴出用スロットが前記気体を噴出する方向の前記被塗布材の表面の法線に対する傾斜角度は、１〜７５°である、請求項５に記載のダイヘッド。
7. 前記先端部のうち、前記気体吸引用スロットと前記気体噴出用スロットとの間の領域は、前記先端部の他の領域よりも低い、請求項１に記載のダイヘッド。
8. 前記気体吸引用スロットの数は、前記気体噴出用スロットの数と異なる、請求項１に記載のダイヘッド。
9. 請求項１に記載のダイヘッドを備える、液体塗布装置。
   

Images