JP7699400B2 - 塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、基材への塗料の塗布に用いる塗布装置に関する。

基板やフィルム、シート、板、パネル等（以下、これらをまとめて「基材」という）の表面に、レジスト塗料や導電塗料、絶縁塗料、保護塗料、強化塗料、ＵＶ光遮光塗料、帯電防止塗料、着色塗料、機能性コーティング剤等（以下、これらをまとめて「塗料」という）が塗布されることがある。一例としては、プリント配線基板にレジストを塗布する場合や銅箔に接着剤を塗布する場合などがあげられる。

従来、基材に塗料を塗布する装置として、基材に塗料を塗布する塗布ロールと、当該塗布ロールに塗料を供給するドクターロールと、塗料を溜めておく塗料容器を備えたものが知られている（特許文献１）。この装置では、塗料容器内の塗料がドクターロールでピックアップされ、その塗料がドクターロールから塗布ロールに移行し、塗布ロールから基材に転写されることによって、基材に塗料が塗布される。

特許第４０７４２９３号公報

ところが、前記塗布装置では、塗料と直接接しているのがドクターロールだけであるため、基材に塗布される塗料の膜厚の均一性は、ドクターロールに付着する塗料の量やドクターロール表面の塗料の平滑度、ドクターロールから塗布ロールに移行する塗料の量、移行した塗料の平滑度に依存することになる。

このため、例えば、ドクターロール表面の塗料が平滑性に欠ける場合、塗布ロール表面に移行する塗料が不均一になり、結果的に基材に転写される塗料の膜厚が不均一になる。

基材に塗布される塗膜の平滑度は電子部品の実装密度に影響を及ぼすことから、塗膜は可能な限り平滑であることが望ましいと言われている。５Ｇ時代を迎え、基板の高密度化が進んだ昨今では、この要望がこれまで以上に高まっている。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、従来の塗布装置に比べて、平滑性に優れた塗膜を形成することのできる塗布装置を提供することにある。

本発明の塗布装置は、基材に塗料を塗布する塗布装置であって、塗布ロールとドクターロールと受け部材を備えている。本発明の塗布装置では、塗布ロールとドクターロールに塗料が付着するように、受け部材、塗布ロール及びドクターロールによって液だまり部が形成されるようにしてある。

本発明の塗布装置は、塗布ロールとドクターロールに塗料が付着するように液だまり部が形成されているため、塗布ロールに付着する塗料の量が安定し、基材に平滑な塗膜を形成することができる。

本発明の塗布装置の一例を示す斜視図。 図１の塗布装置の塗布ロール、ドクターロール及び受け部材の説明図。 （ａ）は保持具の一例を示す説明図、（ｂ）は保持具の他例を示す説明図。 基材をロールツーロールで移動させる場合の一例を示す説明図。 ドクターロールを塗布ロールよりも低い位置に設ける場合の一例を示す説明図。 塗布ロール、ドクターロール及び受け部材を異なる高さに設ける場合の一例を示す説明図。 （ａ）～（ｄ）は図１に示す塗布装置の動作の一例を説明する正面図。 （ａ）～（ｄ）は図１に示す塗布装置の動作の一例を説明する側面図。 （ａ）（ｂ）は図４に示す塗布装置の動作の一例を説明する正面図。 （ａ）（ｂ）は図４に示す塗布装置の動作の一例を説明する側面図。

（実施形態１）
本発明の塗布装置の実施形態の一例を、図面を参照して説明する。一例として図１に示す塗布装置は、基材Ｐに塗料を塗布する装置であって、塗布ロール１とドクターロール２と受け部材３を備えている。この実施形態では、塗布ロール１とドクターロール２に塗料が付着するように、受け部材３、塗布ロール１及びドクターロール２によって液だまり部４が形成されている。塗布ロール１及びドクターロール２の長手方向両外側には、液だまり部４に溜められた塗料がこぼれるのを防止するこぼれ止め５が設けられている。図２に示すように、塗布ロール１、ドクターロール２及び受け部材３は、基材Ｐを挟んだ両側に同じ高さで設けられている。

前記塗布ロール１は、基材Ｐに塗料を転写して塗膜を形成するための部材である。塗布ロール１には、ゴムロールや金属ロールのほか、これらの外周にＤＬＣ膜を備えたロールを用いることができる。ゴムロールには天然ゴム及び合成ゴムが含まれる。金属ロールには炭素鋼にメッキがされたものなどが含まれる。

この実施形態では、塗布ロール１として外周面に凹凸（セル）のないベタロールを用いているが、塗布ロール１には、ベタロールのほか、外周面に螺旋溝や単溝、ドットといった各種形状のセルが設けられた彫刻ロールを用いることもできる。セルの形状は一例でありこれ以外であってもよい。

この実施形態の塗布ロール１は、基材Ｐに接触しているか否かにかかわらず常時回転するように構成されている。塗布ロール１は基材Ｐの移動方向に対して逆方向、具体的には、図２のように、一方（同図左側）の塗布ロール１が時計回りに、他方（同図右側）の塗布ロール１が反時計回りに回転するようにしてある。塗布ロール１は反対方向（基材Ｐの移動方向に対して正方向）に回転するようにしてもよい。いずれの場合も、接触するドクターロール２の回転方向と反対方向に回転するように構成する。

前記ドクターロール２は、塗布ロール１に塗料を供給するとともに、塗布ロール１の表面の塗料を平滑にする（均す）ための部材である。ドクターロール２には、金属ロールやゴムロールのほか、これらの外周にＤＬＣ膜を備えたロールを用いることができる。ゴムロールには天然ゴム及び合成ゴムが含まれる。金属ロールには炭素鋼にメッキがされたものなどが含まれる。

この実施形態では、ドクターロール２として炭素鋼の外周にＤＬＣ膜を備えた金属ロールを用いている。図示は省略しているが、ドクターロール２の外周面には螺旋溝や単溝、ドットといった各種形状の凹凸（セル）が設けられている。セルの形状は一例でありこれ以外であってもよい。ドクターロール２にはセルのないベタロールを用いることもできる。

この実施形態では、塗布ロール１とドクターロール２として、直径及び長さが同じものを用いている。塗布ロール１とドクターロール２は、直径や長さの異なるものを用いることもできる。ただし、ドクターロール２には、塗布ロール１よりも直径の大きなものを用いるのが好ましい。塗布ロール１よりも直径の大きなドクターロール２を用いることで、塗布ロール１が一周する間、ドクターロール２の塗料の付着した部分が常に塗布ロール１に接触しているため、塗布ロール１の外周面の塗料が均一化されやすくなる。

前記受け部材３は、塗布ロール１とドクターロール２の間に液だまり部４を形成する部材である。この実施形態の受け部材３は、塗布ロール１及びドクターロール２よりも長さのある平板部材である。受け部材３は金属のほか、樹脂やゴムなどで形成することができる。

図２に示すように、この実施形態の受け部材３は塗布ロール１とドクターロール２の双方に跨る大きさとしてある。受け部材３は、垂直に移動する基材Ｐの移動方向の直線と平行な仮想軸線（図２に二点鎖線で表示）に対して、当該仮想軸線と受け部材３の下端側とのなす角αが４０度程度となるように斜めに設けられている。この角度は適宜調節することができる。

この実施形態では、塗布ロール１とドクターロール２が接触し、塗布ロール１と受け部材３が接触するようにしてあり、これらによって塗料が溜まる液だまり部４が形成されている。具体的には、受け部材３と塗布ロール１及びドクターロール２との間に液だまり部４が形成され、当該液だまり部４に溜められた塗料が塗布ロール１とドクターロール２の双方に付着するようにしてある。

この実施形態のように、液だまり部４に溜められた塗料が塗布ロール１に直接付着するようにした場合、塗布ロール１自身で塗料をピックアップできるため、ドクターロール２から移行される塗料の量が少なくても、基材Ｐへの塗料の塗りむらが生じにくく、基材Ｐの表面に平滑な塗膜を形成することができる。

この実施形態では、ドクターロール２が塗布ロール１よりも外側且つ高所に配置してある。このような位置関係とした場合、塗布ロール１に付着した塗料が重力によって落ちることがなく、塗料を基材Ｐに確実に転写できるというメリットがある。また、ドクターロール２との接触点から基材Ｐまでの距離が短くなるため、揮発しやすい塗料を塗布するような場合であっても、揮発する前に基材Ｐに転写できるというメリットがある。

この実施形態の塗布装置は、塗布ロール１、ドクターロール２及び受け部材３のほか、保持具６、下受け具７、押さえピン８及び姿勢保持具９を備えている。なお、保持具６、下受け具７、押さえピン８及び姿勢保持具９は必要に応じて設ければよく、いずれも省略したり、他の手段で代替したりすることができる。

前記保持具６は、基材Ｐを保持して上下方向に移動させる部材である。この実施形態の保持具６は、基材Ｐの上部を挟持するクリップ状の部材である。保持具６は、図示しない昇降装置によって昇降するように構成されている。図１及び図３（ａ）に示すように、この実施形態では、保持具６が三つの場合を一例としているが、保持具６は三つより多くても少なくてもよい。

フレキシブル基板のような軟質な基材を保持する場合、基材Ｐのふらつきを抑えるため、図３（ｂ）に示すような基材Ｐの幅方向の両端側を挟持する保持具６を用いることもできる。この保持具６は、基材Ｐの長さ方向の全長又は略全長を挟持できる長さを備えている。保持具６には、これら以外のものを用いることもできる。

前記下受け具７は、所定位置まで降下した基材Ｐを下側から支持する部材である。この実施形態では、下受け具７として基材Ｐの幅方向よりも長い上向きコ字状の樋状部材を用いている。下受け具７は塗布ロール１や姿勢保持具９、押さえピン８よりも低い位置に配置されている。下受け具７は、当該下受け具７に基材Ｐが到達したときに、当該基材Ｐの上端付近が塗布ロール１と同程度の高さになるような位置に設けてある。

前記押さえピン８は、所定位置まで降下した基材Ｐの両面を一時的に押さえるピン状の部材である。この実施形態の押さえピン８は、図示しない駆動手段によって基材Ｐに接近する方向と基材Ｐから離れる方向に移動するように構成されている。この実施形態では、基材Ｐのそれぞれの面の外側に二本ずつ（合計四本）設けられた場合を一例としているが、押さえピン８は四本より多くても少なくてもよい。

前記姿勢保持具９は、基材Ｐの両面に接触又は近接して当該基材Ｐの起立姿勢を保持するための部材である。この実施形態の姿勢保持具９はゴム製の直方体状ブロックである。この実施形態では、姿勢保持具９を基材Ｐの一方の面の外側に二つ、他方の面の外側に二つ（合計四つ）設けられている。図３（ａ）（ｂ）に示すように、各面の外側の姿勢保持具９は、基材Ｐの幅方向に間隔をあけて設けられている。姿勢保持具９の数は四つより多くすることも少なくすることもできる。

この実施形態の各姿勢保持具９は、図示しない駆動手段によって基材Ｐに接近する方向と基材Ｐから離れる方向に移動するように構成されている。各姿勢保持具９は個別に移動するように構成することもできるが、この実施形態では、基材Ｐの同一面を押さえる二つの姿勢保持具９が同期して移動するようにしてある。

この実施形態では、姿勢保持具９を塗布ロール１、ドクターロール２及び受け部材３と別々に移動するようにしてあるが、姿勢保持具９は塗布ロール１、ドクターロール２及び受け部材３と同期して移動するようにしてもよい。各姿勢保持具９は移動せずに一定位置に固定しておくこともできる。

各姿勢保持具９は、塗布ロール１の下側に設けられている。姿勢保持具９は、塗布ロール１に接触するように設けることも、離して設けることもできる。塗布ロール１に接触するように設ける場合、姿勢保持具９の上面を塗布ロール１の外周に沿うように円弧状に窪ませておくこともできる。

この実施形態では姿勢保持具９をゴム製としているが、姿勢保持具９はゴム製以外であってもよい。いずれの場合も、塗布ロール１での塗料の塗布に際して、基材Ｐのスムーズな移動（昇降）を阻害しない程度の摩擦抵抗の低い材質性とするのが好ましい。姿勢保持具９は、基材Ｐのスムーズな上昇を阻害しないように接触面積の小さな形状とすることもできる。また、姿勢保持具９の少なくとも当接面にフッ素樹脂加工を施して摩擦抵抗を小さくしてもよい。

なお、この実施形態では、基材Ｐを上昇させながら塗料を塗布する場合を一例としているが、図２に一点鎖線で示すように、基材Ｐを降下させながら塗料を塗布するような構成とすることもできる。この場合も、塗布ロール１は基材Ｐの移動方向に対して逆方向に回転するようにしても、基材Ｐの移動方向に対して正方向に回転するようにしてもよい。

（実施形態２）
本発明の塗布装置の実施形態の他例を、図面を参照して説明する。この実施形態の塗布装置の基本的な構成は実施形態１と同様である。異なるのは基材Ｐの移動方式である。前記実施形態では、基材Ｐを保持具６で保持して上下方向に移動させる場合（基材Ｐが枚葉の場合）を一例としているが、本発明の塗布装置は、図４に示すようにロールツーロールで移動する基材Ｐに対して塗料を塗布するものとすることもできる。

具体的には、図４に示すように、繰出しロール１０と巻取りロール１１を上下方向に間隔をあけて配置し、基材Ｐが繰出しロール１０から繰り出され、巻取りロール１１によって巻き取られるようにすることができる。

図４に示す例では、下側に繰出しロール１０が、上側に巻取りロール１１が設けられた場合を一例として示しているが、繰出しロール１０と巻取りロール１１は上下を逆にして、基材Ｐを図４に一点鎖線で示すように下向きに移動させながら塗料を塗布する構成とすることもできる。

図４のような構成とする場合も、塗布ロール１、ドクターロール２及び受け部材３には実施形態１と同様のものを用いることができる。なお、基材Ｐの移動をロールツーロール方式で行う場合、保持具６、下受け具７、押さえピン８及び姿勢保持具９は省略することができる。

（その他の実施形態）
前記両実施形態では、塗布ロール１とドクターロール２の直径が同じ場合を一例としているが、塗布ロール１とドクターロール２は直径の異なるものを用いることができる。また、前記実施形態では、塗布ロール１とドクターロール２の長さが同じ場合を一例としているが、塗布ロール１とドクターロール２は長さの異なるものを用いることもできる。

前記両実施形態では、塗布ロール１としてベタロールを、ドクターロール２として彫刻ロールを用いる場合を一例としているが、塗布ロール１として彫刻ロールを、ドクターロール２としてベタロールを用いることもできる。また、可能であれば、塗布ロール１とドクターロール２の双方をベタロールあるいは彫刻ロールとしてもよい。

前記両実施形態では、塗布ロール１としてゴムロールを、ドクターロール２として金属ロール（炭素鋼にＤＬＣ膜を形成したもの）を用いる場合を一例としているが、塗布ロール１として前記金属ロールを、ドクターロール２としてゴムロールを用いることもできる。また、可能であれば、塗布ロール１とドクターロール２の双方を金属ロールあるいはゴムロールとしてもよい。

金属ロールには、たとえば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ４４０Ｃ等のオーステナイト系やマルテンサイト系に代表されるステンレス鋼全般、ＳＴＫＭ１３ＡやＳ２５Ｃ等の炭素鋼表面にＨＣめっきやＮｉめっき、ステンレスや炭素鋼又はＨＣｒめっき表面にＤＬＣ膜が施工されているもの等を用いることができる。

前記両実施形態では、ドクターロール２が塗布ロール１よりも高い位置に配置された場合を一例としているが、ドクターロール２は、図５に示すように、塗布ロール１よりも低い位置（低所）に配置することもできる。この場合、同図中、基材Ｐの左側に位置するドクターロール２は時計回りに、同塗布ロール１は反時計回りに回転する。一方、同図中、基材Ｐの右側に位置するドクターロール２は反時計回りに、同塗布ロール１は時計回りに回転する。この構成は、塗料の粘性が重力によって落ちない程度に高い場合に採用しやすい構成である。

前記両実施形態では説明を省略しているが、ドクターロール２は塗布ロール１を押し込む方向とその方向と反対方向（押し込みを解除する方向）に移動できるようにすることもできる。同様に、塗布ロール１は基材Ｐを押し込む方向とその方向と反対方向（押し込みを解除する方向）に移動できるようにすることができる。

前記両実施形態では、塗布ロール１、ドクターロール２及び受け部材３は、基材Ｐを挟んだ両側に同じ高さで設けられた場合を一例としているが、塗布ロール１、ドクターロール２及び受け部材３は、図６に示すように、基材Ｐを挟んだ両側に異なる高さで設けることもできる。この構成は、基材Ｐがフィルムや銅箔のような軟質なものである場合に採用しやすい構成である。

前記両実施形態では、塗布ロール１とドクターロール２の長手方向両外側にこぼれ止め５が設けられた場合を一例としているが、受け部材３にこぼれ止め５に相当する構成を付加することによって、こぼれ止め５を省略することもできる。

本発明は、前記各実施形態の構造や形状に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない限りにおいて種々の変形や変更が可能である。

次に、本発明の塗布装置の動作について図面を参照して説明する。ここでは、本発明の塗布装置の動作の一例として、前記実施形態１の塗布装置の動作と、前記実施形態２の塗布装置の動作について説明する。

前記実施形態１の塗布装置は、次のように動作する。なお、図７（ａ）～（ｄ）及び図８（ａ）～（ｄ）では、保持具６、押さえピン８及び姿勢保持具９について、基材Ｐに接触又は近接した状態を実線で、基材Ｐに接触していない又は近接していない状態を二点鎖線で示す。
（１）保持具６によって保持された基材Ｐが所定位置にセットされる（図７（ａ）、図８（ａ））。
（２）保持具６で保持された基材Ｐが所定位置まで降下して、下受け具７で支持される（図７（ｂ）、図８（ｂ））。
（３）基材Ｐの両面に押さえピン８が当接し、基材Ｐが保持される（図７（ｃ）、図８（ｃ））。このとき、基材Ｐが押さえピン８で保持される直前に保持具６による基材Ｐの挟持が解除される。また、姿勢保持具９が基材Ｐの両面に接近又は接触し、基材Ｐの起立姿勢が保持される。
（４）基材Ｐの両面の塗布ロール１が基材Ｐに当接し、塗布ロール１の表面に保持された塗料が基材Ｐに転写される（図７（ｄ）、図８（ｄ））。このとき、保持具６によって再び基材Ｐの上端部が挟持されて基材Ｐが引き上げられ、この引き上げられる基材Ｐに塗布ロール１の表面の塗料が転写される。なお、基材Ｐに塗布ロール１が接触する直前に押さえピン８による基材Ｐの保持が解除される。

前記実施形態２の塗布装置は、次のように動作する。
（１）繰出しロール１０と巻取りロール１１に保持された基材Ｐが所定位置にセットされる（図９（ａ）、図１０（ａ））。
（２）繰出しロール１０と巻取りロール１１の動作によって繰出しロール１０側から巻取りロール１１側に移動する基材Ｐの両面に塗布ロール１が当接し、塗布ロール１の表面に保持された塗料が基材Ｐに転写される（図９（ｂ）、図１０（ｂ））。

前記両動作において、塗布ロール１から基材Ｐに塗布される塗料は、ドクターロール２から供給された塗料と塗布ロール１が自らピックアップした塗料であり、両ロールを通過する際に所定の厚さに均されたものである。

以上のとおり、前記各実施形態の塗布装置では、塗料がドクターロール２から塗布ロール１に供給されるのみならず、塗布ロール１が自ら塗料をピックアップできるように構成されているため、塗布ロール１に付着する塗料の量が安定しやすく、基材Ｐに平滑な塗膜を形成することができる。

本発明の塗布装置は各種基材Ｐへの塗料の塗布に用いることができ、特に、リジッド基板やフレキシブル基板等のプリント配線基板にレジストを塗布する場合や、銅箔に接着剤を塗布する場合等に好適に用いることができる。

１ 塗布ロール
２ ドクターロール
３ 受け部材
４ 液だまり部
５ こぼれ止め
６ 保持具
７ 下受け具
８ 押さえピン
９ 姿勢保持具
１０ 繰出しロール
１１ 巻取りロール
Ｐ 基材

Claims (5)

1. 上方又は下方に縦向きに移動する基材に塗料を塗布する塗布装置において、
   塗布ロールとドクターロールと受け部材を備え、
   前記塗布ロールと前記ドクターロールは接触しており、
   前記塗布ロールは、外周面にセルのないベタロールであり、
   前記ドクターロールは、外周面にセルを有する彫刻ロールであり、
   前記受け部材が前記ドクターロールに接触している、
   ことを特徴とする塗布装置。
2. 請求項１記載の塗布装置において、
   塗布ロール、ドクターロール及び受け部材が基材を挟んだ両側に設けられた、
   ことを特徴とする塗布装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の塗布装置において、
   塗布ロールとドクターロールの双方又はいずれか一方がゴムロールである、
   ことを特徴とする塗布装置。
4. 請求項１又は請求項２記載の塗布装置において、
   基材を保持して移動させる保持具を備えた、
   ことを特徴とする塗布装置。
5. 請求項４記載の塗布装置において、
   保持具は、基材の幅方向両端側を挟持することによって当該基材を保持する、
   ことを特徴とする塗布装置。

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