液体塗布装置及び液体塗布方法
【課題】ノズルの液体分配室に混入したエアーを効率的に除去する。
【解決手段】ノズル３の内部には、液体分配室であるマニホールド３ｂと、マニホールド３ｂから吐出口３ａに通じる液体流路３ｃとが形成されている。ノズル３は、互いに対向して配置され、液体流路３ｃ及び吐出口３ａを形成する一対の駒部３１，３２を有している。また、ノズル３は、一対の駒部３１，３２を互いに接近又は離間させる方向に相対的に移動させ、吐出口３ａの開口幅を調整する移動機構を有している。ノズル３には、マニホールド３ｂに接続され、マニホールド３ｂに塗布液を供給する液体供給流路３ｄが形成されている。また、ノズル３には、マニホールド３ｂに接続され、移動機構により吐出口３ａを閉塞させた際に、液体供給流路３ｄを通じてマニホールド３ｂに供給された塗布液によりマニホールド３ｂから余剰分の塗布液と共にエアーを排出する排出流路３ｅが形成されている。
【解決手段】ノズル３の内部には、液体分配室であるマニホールド３ｂと、マニホールド３ｂから吐出口３ａに通じる液体流路３ｃとが形成されている。ノズル３は、互いに対向して配置され、液体流路３ｃ及び吐出口３ａを形成する一対の駒部３１，３２を有している。また、ノズル３は、一対の駒部３１，３２を互いに接近又は離間させる方向に相対的に移動させ、吐出口３ａの開口幅を調整する移動機構を有している。ノズル３には、マニホールド３ｂに接続され、マニホールド３ｂに塗布液を供給する液体供給流路３ｄが形成されている。また、ノズル３には、マニホールド３ｂに接続され、移動機構により吐出口３ａを閉塞させた際に、液体供給流路３ｄを通じてマニホールド３ｂに供給された塗布液によりマニホールド３ｂから余剰分の塗布液と共にエアーを排出する排出流路３ｅが形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸芯体の外周面とノズルの吐出口との間に液溜りを形成し、塗布液を軸芯体に塗布し、塗布膜を形成する液体塗布装置及び液体塗布方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒状及び円柱状の軸芯体の外周面に塗布膜を形成する方法として、リング状のノズルを用いて軸芯体の外周面に塗布膜の材料を含む塗布液を塗布する塗布方法が知られている（特許文献１参照）。ノズルの内周面には、周方向に沿って開口するスリット状の吐出口が形成されており、ノズルの内部には、塗布液が供給される液体分配室と、液体分配室から吐出口に通じる液体流路とが形成されている。そして、ノズルの内側に配置した軸芯体に対してノズルを相対的に軸方向に移動させながら塗布液を吐出口から吐出することで、軸芯体の外周面の塗布領域に塗布膜を形成するようにしている。
【０００３】
ノズルの吐出口と軸芯体の外周面との間には、吐出口から吐出された塗布液により液溜り（以下、「ビード」と呼ぶ）が形成されるので、塗布終了後に塗布液が非塗布領域へ付着するのを防止する為には、塗布終了時にビードを除去することが必要である。そこで、従来は、液供給ポンプの弁を切り替えることで液供給流路を逆流させ、ビードをノズル内に回収する方法（以下、「サックバック」と呼ぶ）が取られていた（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−０５２２９６号公報
【特許文献２】特開２００９−１５０９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したサックバックを行った場合は、吐出口を通じて液体分配室に塗布液と一緒にエアーも混入してしまう。その結果、ノズル内の塗布液充填状態が変動し、液体吐出の安定性が損なわれる問題があった。また、混入したエアーが軸芯体への塗布中に塗布液と共に吐出されると、軸芯体に気泡が付着し、塗布面の平滑性が崩れ、品質不良に繋がるといった問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、ノズルの液体分配室に混入したエアーを効率的に除去することができる液体塗布装置及び液体塗布方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体塗布装置は、リング状に形成されたノズルを備え、前記ノズルの内周面には、周方向に沿うスリット状の吐出口が形成され、前記ノズルの内部には、塗布液が供給される液体分配室と、前記液体分配室から前記吐出口に通じる液体流路とが形成され、前記ノズルの内側に配置された軸芯体の軸方向に前記ノズルを相対的に移動させ、前記液体分配室に供給された塗布液を前記吐出口から吐出させて、前記軸芯体の外周面の塗布領域に塗布膜を形成する液体塗布装置において、前記ノズルは、互いに対向して配置され、前記液体流路及び前記吐出口を形成するリング状の一対の駒部と、前記一対の駒部を互いに接近又は離間させる方向に相対的に移動させ、前記吐出口の開口幅を調整する移動機構と、を有し、前記ノズルには、前記液体分配室に接続され、前記液体分配室に塗布液を供給する液体供給流路と、前記液体分配室に接続され、前記移動機構により前記吐出口を閉塞させた際に、前記液体供給流路を通じて前記液体分配室に供給された塗布液により前記液体分配室から余剰分の塗布液と共にエアーを排出する排出流路とが形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の液体塗布方法は、上記液体塗布装置を用いて、軸芯体の外周面の塗布領域に塗布膜を形成する液体塗布方法において、前記ノズルを前記軸芯体に対して軸方向に相対的に移動させて前記ノズルの吐出口から前記軸芯体の外周面の塗布領域に塗布液を吐出する塗布工程と、前記塗布工程終了後、前記吐出口と前記軸芯体との間の液溜りを、前記吐出口から前記液体分配室に吸引するサックバック工程と、前記サックバック工程終了後、前記吐出口を閉塞する閉塞工程と、前記吐出口を閉塞後、前記液体供給流路を通じて前記液体分配室に塗布液を供給することで、前記液体分配室から前記排出流路を通じて余剰分の塗布液と共にエアーを排出する排出工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液体塗布装置によれば、ノズルの吐出口を移動機構により閉塞することができるので、ノズルの吐出口を閉塞した際に、液体分配室に混入したエアーを排出流路から排出することができる。したがって、液体分配室内のエアーを抜くことができるので、塗布液の吐出を安定させることができ、形成される塗布膜の膜厚を均一にすることができる。
【００１０】
また、本発明の液体塗布方法によれば、塗布工程後、サックバック工程にて液体分配室に混入したエアーが、排出工程により排出されるので、塗布液の吐出が安定し、形成される塗布膜の膜厚が均一となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る液体塗布装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】ノズルの要部を示す拡大図である。
【図３】液体塗布装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】塗布工程におけるノズルの動作を示す図であり、（ａ）は塗布開始前の状態を示す図、（ｂ）は塗布領域における塗布開始位置から指定位置までの領域に塗布液を吐出している状態を示す図、（ｃ）は残りの領域に塗布液を吐出している状態を示す図である。
【図５】サックバック工程、閉塞工程及び排出工程におけるノズルの動作を示す図であり、（ａ）はサックバック工程の図、（ｂ）は閉塞工程の図、（ｃ）は排出工程の図である。
【図６】本発明の別の実施の形態に係る液体塗布装置のノズルの概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る液体塗布装置の概略構成を示す説明図である。液体塗布装置１００は、液タンク１と、液タンク１に貯留されている塗布液を汲み出す液供給機構２と、リング状に形成されたノズル３と、開閉動作する開閉バルブ４とを備えている。そして、液タンク１と、液供給機構２と、ノズル３とが供給配管５で接続されており、ノズル３と、開閉バルブ４と、液タンク１とが排出配管６で接続されている。また、液体塗布装置１００は、円筒形状又は円柱形状の軸芯体であるワークＷに対してワークＷの軸方向と平行な方向にノズル３を移動させるノズル移動装置７を備えている。
【００１３】
液タンク１には、塗布液が貯留されている。液供給機構２は、シリンジポンプにより構成され、塗布液の定量吐出、吐出速度制御を可能としている。開閉バルブ４は、弁開閉動作により、排出配管６を通じて液タンク１に塗布液を流動させたり、流動を遮断したりすることができる。ノズル移動装置７は、不図示のサーボモータ、ボールねじ、ＬＭガイドで構成され、ノズル３を上下に昇降させる。ノズル３の内側には、ワークＷがノズル３に対して相対的に移動可能に配置され、ノズル３によりワークＷの外周面の塗布領域に塗布液を吐出できるようになっている。なお、本実施の形態では、ノズル３をワークＷに対して移動させているが、ノズル３がワークＷに対して相対的に移動していればよい。即ち、ワークＷをノズル３に対して移動させてもよく、また、ワークＷ及びノズル３を移動させてもよい。
【００１４】
リング状のノズル３の内周面３０には、周方向に沿って開口するスリット状の吐出口３ａが形成されている。ノズル３の内部には、塗布液が供給される液体分配室としてのマニホールド３ｂと、吐出口３ａとマニホールド３ｂとの間に設けられ、マニホールド３ｂから吐出口３ａに通じる液体流路３ｃとが形成されている。このマニホールド３ｂには、マニホールド３ｂに塗布液を供給するために、液供給機構２により汲み出された塗布液をマニホールド３ｂに導く液体供給流路３ｄが接続されている。マニホールド３ｂには、マニホールド３ｂから溢れる余剰分の塗布液を、排出配管６を介して液タンク１に排出するための排出流路３ｅが接続されている。
【００１５】
ノズル３の構成について具体的に説明すると、ノズル３は、間にＯリング３３を挟んで互いに対向して配置されたリング状の一対の駒部３１，３２を有している。吐出口３ａは一対の駒部３１，３２により形成されている。一対の駒部３１，３２のうちの一方の駒部（以下、「下駒」という）３１には、供給配管５に接続される供給口が設けられており、液体供給流路３ｄが供給口から径方向中心に向かって延びるように形成されている。そして、ノズル３の下駒３１には、この液体供給流路３ｄに接続された凹部が形成されており、一対の駒部３１，３２のうちの他方の駒部（以下、「上駒」という）３２に凹部が覆われてマニホールド３ｂが形成されている。
【００１６】
また、下駒３１と上駒３２とで挟まれて、マニホールド３ｂから径方向中心に向かって吐出口３ａまで延びる液体流路３ｃが形成されている。Ｏリング３３は、マニホールド３ｂよりも径方向外側に配置されており、ノズル３の外周面から塗布液が漏れるのを防止している。上駒３２には、排出配管６に接続される排出口が設けられており、排出口とマニホールド３ｂとを繋ぐ排出流路３ｅが形成されている。排出流路３ｅは、図１に示すように、２か所に対称配置されている。
【００１７】
本実施の形態では、ノズル３は、図２に示すように、一対の駒部３１，３２を互いに接近又は離間させる方向に相対的に移動させ、吐出口３ａの開口幅（スリット幅）を調整する移動機構３４を有している。具体的に説明すると、移動機構３４は、サーボリニアアクチュエータ３５、一対の駒部３１，３２を貫通するシャフト３６、無給油ブシュ３７及び一対の駒部３１，３２の間に配置されたコイルスプリング３８で構成される。これらは周方向３箇所等間隔に配置されている。つまり、これら構成部品が全部で３セット配置されている。
【００１８】
コイルスプリング３８は、上駒３２を押し上げる方向（吐出口３ａの開口幅を広げる方向）に付勢し、上駒３２の上面をサーボリニアアクチュエータ３５の駆動軸に突き当てて位置を規制することで上駒３２を上下に昇降させ、吐出口３ａの開口幅を調整する。また、上駒３２の上面の位置を接触式変位センサ３９で測り、吐出口３ａの開口幅の値を把握するとともに、フィードバック制御をかけることで、開口幅を高精度に調整する。なお、本実施の形態では、下駒３１に対して上駒３２を軸方向に移動させるようにしたが、下駒３１を上駒３２に対して軸方向に移動させるようにしてもよく、また、一対の駒部３１，３２の両方を軸方向に移動させるように構成してもよい。
【００１９】
以上の構成により、液体塗布装置１００を用いた液体塗布方法について説明する。図３は、液体塗布装置１００の動作を示すフローチャートである。液体塗布装置１００は、ノズル３をワークＷに対して軸方向に相対的に移動させてノズル３の吐出口３ａからワークＷの外周面の塗布領域に塗布液を吐出する塗布工程を実行する（Ｓ１）。図４には、塗布工程におけるノズル３の動作が示されている。塗布工程について、図４を参照しながら具体的に説明する。図４（ａ）に示すように、塗布開始前は、移動機構３４により上駒３２を下駒３１に接触させて吐出口３ａが閉塞された状態であり、ノズル３のマニホールド３ｂ内には液供給機構２により塗布液が満たされている。
【００２０】
次に、塗布動作運転開始とともにノズル移動装置７により、ノズル３がワークＷの外周面における塗布領域の塗布開始位置に相対移動する。図４では、ワークＷの外周面における塗布領域の塗布開始位置は、ワークＷの外周面の上端であり、塗布終了位置は、ワークＷの外周面の下端である。
【００２１】
ノズル３がワークＷの塗布開始位置に達すると、ノズル３の吐出口３ａを所定の開口幅になるように開放した後、液供給機構２で所定量の塗布液が供給され、ノズル３の吐出口３ａとワークＷの外周面との間にビードが形成される。ここで、塗布液供給量は、ノズル３の開閉動作によるマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃの体積変化量分と、ワークＷとノズル３との間の必要ビード量の和である。
【００２２】
吐出口３ａを所定の開口幅に設定し、ビードがワークＷの外周面全周に形成されると、図４（ｂ）に示すように、ノズル３をノズル移動装置７により下方に所定速度で相対移動させ、且つ液供給機構２で塗布液を所定の流量で供給する。このように、ワークＷの外周面の塗布領域のうち、塗布開始位置から予め定めた指定位置までの領域には、吐出口３ａの開口幅を一定に保ち、液体供給流路３ｄを通じてマニホールド３ｂに塗布液の供給を継続しながら、吐出口３ａから塗布液を吐出する。これにより、塗布領域における塗布開始位置から指定位置までの領域には、塗布膜が形成されていく。ここでノズル３の移動速度及び塗布液吐出速度は、塗布膜品質との関係により決定される。
【００２３】
ノズル３がワークＷに対し塗布領域における指定位置まで移動すると、液供給機構２によるマニホールド３ｂ内への塗布液の供給を停止し、図４（ｃ）に示すように、吐出口３ａが所定の閉速度で所定の開口幅に達するまで閉じ始める。このように、未塗布の残りの領域では、吐出口３ａ及び液体流路３ｃを漸次狭めながら塗布液を吐出する。このとき、必要に応じてノズル３の移動速度を変化させてもよい。ノズル３が塗布終了位置まで移動すると、塗布が完了する。
【００２４】
ここで、吐出口３ａを漸次狭めると、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃの体積が減少し、体積減少量分の塗布液が外部に流出することになる。吐出口閉塞開始位置となるノズル３とワークＷの相対位置（指定位置）は、吐出口３ａの開閉によるマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃの体積変化量が指定位置から塗布終了位置までに必要な塗布量よりも多い或いは等しくなるように設計する。また、吐出口３ａを閉じる速度は、必要膜厚に応じてビード量とノズル３の移動速度が決定される為、そのビード量を保つようなノズル３のマニホールド３ｂ内及び液体流路３ｃ内の液の流出流量を求め、閉速度を設計する。
【００２５】
ノズル３が塗布終了位置まで移動し、同時に吐出口３ａの移動が終了する塗布工程終了後、ノズル３は移動停止する。次いで、ノズル３とワークＷとの間のビード（液溜り）を除去する為に、図５（ａ）に示すように、吐出口３ａからマニホールド３ｂにビードを吸引するサックバックを行う（サックバック工程：Ｓ２）。このサックバック工程では、液供給機構２であるシリンジポンプの弁を切り替え、液体供給流路３ｄにおいて塗布液を逆流させることで、ビードの回収を行う。
【００２６】
サックバックによりビード液がノズル３内に回収されるサックバック工程終了後、ノズル３はワークＷの下端よりも下方に位置する場所まで再度移動する。移動終了後、図５（ｂ）に示すように、移動機構３４により上駒３２を下駒３１に接触させ、吐出口３ａを閉塞する（閉塞工程：Ｓ３）。
【００２７】
吐出口３ａを閉塞後、液供給機構２を動作し、図５（ｃ）に示すように、液体供給流路３ｄを通じてマニホールド３ｂに塗布液を供給することで、マニホールド３ｂから排出流路３ｅを通じて余剰分の塗布液と共にエアーを排出する（排出工程：Ｓ４）。このとき、開閉バルブ４は全開させている。ノズル３の吐出口３ａは閉塞されているので、押し出された余剰分の塗布液と共にエアーが排出流路３ｅ及び排出配管６を通して液タンク１に回収される。液タンク１は大気開放されているので、エアーは大気中に放出される。
【００２８】
以上、本実施の形態では、エアー抜きの動作により、ノズル３内は塗布液のみが充填された状態となり、次の安定した塗布が実現できる。このように、マニホールド３ｂ内のエアーを抜くことで、塗布液の吐出が安定し、形成される塗布膜の膜厚が均一となる。
【００２９】
また、本実施の形態では、ノズル３の上駒３２と下駒３１との相対距離を極めて小さくする、即ち吐出口３ａを閉塞しているので、液体供給流路３ｄから塗布液を注入しても、ノズル３の吐出口３ａからは塗布液が流出しない。したがって、マニホールド３ｂから効率的にエアーを排出することができる。また、ノズル３の吐出口３ａを閉塞することで、吐出口３ａを洗浄液により洗浄可能とし、更にノズル３内の塗布液の乾燥を防ぐことができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、ワークＷの指定位置で吐出口３ａ及び液体流路３ｃを漸次狭めて塗布領域における残りの領域を塗布するようにしている。したがって、マニホールド３ｂ内部及び液体流路３ｃ内部に存在していた塗布液が、吐出口３ａから外部に押し出され、塗布膜の形成に使用されることとなり、塗布液が無駄にならず、塗布液の少量化が可能となる。
【００３１】
次に、本発明の別の実施の形態に係る液体塗布装置のノズルについて図６を参照しながら説明する。上記実施の形態では、吐出口３ａの開閉に伴い、吐出口３ａに通じる液体流路３ｃ以外のマニホールド３ｂの体積も変化する。これに対し、図６に示すように、別の実施の形態のノズル３Ａは、上駒３２Ａ、下駒３１Ａ、中駒４１で構成され、上駒３２Ａのみを上下に動かし吐出口３ａを変化できるように構成されている。この場合、マニホールド３ｂの体積は変化しない。
【実施例】
【００３２】
図１に示した液体塗布装置１００を用いて、以下のような条件で塗布を行った。
ワーク径：φ２３０
ワーク長：３００ｍｍ（必要塗布領域：上端部から１０ｍｍ〜２８０ｍｍの２７０ｍｍ間）
塗布液粘度：２ｍＰａ・ｓ
必要塗布膜厚：２．５μｍ
【００３３】
塗布開始前は、ノズル３はワークＷの下端面よりも下に位置している。また、吐出口３ａは閉塞された状態にあり、ノズル３のマニホールド３ｂ内には塗布液が満たされている。塗布運転開始とともに、ノズル３が上昇し、ワークＷの上端面の塗布開始位置まで移動する。
【００３４】
ノズル３が塗布開始位置まで移動すると、設定された開口幅Ｔ（ｍｍ）を構成するようにサーボリニアアクチュエータ３５が開放速度ｕ１（ｍｍ／ｓ）で移動開始する。同時に、シリンジポンプで吐出速度ｗ１（ｃｃ／ｓ）、Ｑｐ（ｃｃ）の塗布液の吐出を開始する。この時、サーボリニアアクチュエータ３５がｕ１（ｍｍ／ｓ）で吐出口３ａを開放した時のノズル３のマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度をＳ１（ｍｍ３／ｓ）、必要初期ビード形成量Ｑｂ１（ｃｃ）とする。マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度Ｓ１（ｍｍ３／ｓ）、初期ビード形成量Ｑｂ１（ｃｃ）、塗布液吐出速度ｗ１（ｃｃ／ｓ）、吐出量Ｑｐ（ｃｃ）の関係は以下の式で計算される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
式１は、単位時間あたりのマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の容積変化よりも塗布液供給量が多い或いは等しいということを示している。これにより、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内は大気に対し正圧になりマニホールド３ｂ内にエアーが吸い込まれることはない。
【００３７】
式２は、シリンジポンプからの塗布液供給量Ｑｐがマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化分の容積を満たし、且つ必要初期ビード形成量（Ｑｂ）のビードを形成することを示す。
【００３８】
ここで、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度Ｓ１（ｍｍ３／ｓ）は吐出口３ａの開放速度ｕ１（ｍｍ／ｓ）とノズル３の構造により計算され、Ｓ１（ｍｍ３／ｓ）とｗ１（ｃｃ／ｓ）の値は、塗布液物性に従い設定される。また吐出口３ａの開口幅Ｔ（ｍｍ）及び初期ビード形成量Ｑｂ１（ｃｃ）、は塗布膜品質との関係により決定されるものである。
【００３９】
本実施例においては、吐出口３ａの開口幅Ｔ、初期ビード形成量Ｑｂ１、及び吐出口３ａの開放速度ｕ１を以下のように設定した。
Ｔ＝０．１ｍｍ
Ｑｂ１＝１．０ｃｃ
ｕ１＝０．０１ｍｍ／ｓ
【００４０】
また、本実施例において使用したノズル３は、吐出口３ａの開口幅が０．０１ｍｍ変化すると、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積が０．２２×１０−３（ｍｍ３）変化するものを使用した。即ち、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度Ｓ１は、
Ｓ１＝０．２２×１０−３（ｍｍ３／ｓ）
となる。
【００４１】
上記の設定値から、式１及び式２より、液吐出速度ｗ１、塗布液供給量Ｑｐは、以下のように決定される（式１においてＳ１×１０３＝ｗ１とした）。
ｗ１＝０．２２ｃｃ／ｓ
Ｑｐ＝３．２ｃｃ
【００４２】
上記の条件により、吐出口３ａの開放時にエアーがノズル３内の流路に混入することなく、初期ビードを１．０ｃｃ形成することが可能である。
【００４３】
吐出口３ａの開放が完了し、ビードがワークＷの外周面全周に形成されると、ノズル３が速度ｖ１（ｍｍ／ｓ）で下降開始し、且つシリンジポンプで塗布液を吐出速度ｗ２（ｃｃ／ｓ）で供給し、ワークＷに塗布膜を形成していく。速度ｖ１（ｍｍ／ｓ）、塗布液吐出速度ｗ２（ｃｃ／ｓ）は塗布液の物性、ワークＷの物性と塗布膜品質との関係により決定される。
【００４４】
本実施例においては、以下のように条件を設定した。
ｖ１＝４０ｍｍ／ｓ
ｗ２＝０．４ｃｃ／ｓ
【００４５】
この条件により、必要塗布膜厚である２．５μｍの膜を形成することが可能である。また、吐出した塗布液量が膜となる量と同じになるように設計されており、初期に形成したビード量１．０ｃｃが保たれることでワーク軸方向において、均一な膜が形成される。
【００４６】
即ち、ビード量を１．０ｃｃ、ノズル３の下降速度を４０ｍｍ／ｓ、塗布液吐出速度を０．４ｃｃ／ｓと設定することが、２．５μｍの膜を形成する為の必要条件である。
【００４７】
ノズル３がある指定位置まで下降すると、シリンジポンプでの塗布液の供給を停止し、サーボリニアアクチュエータ３５が吐出口３ａを閉じる方向に閉速度ｕ２（ｍｍ／ｓ）で移動し始める。ノズル３の下降速度を必要に応じて変動（ｖ２ｍｍ／ｓとする）させ、ノズル３がワークＷの塗布終了位置まで移動すると、塗布が完了する。吐出口３ａの開口幅は塗布終了位置に到達するまでに所定幅まで遮蔽するように設計する。シリンジポンプからの塗布液の供給を止めた後は、吐出口３ａを閉じることによるマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の外部への液の流出がワークＷへ供給される塗布液となる。吐出口３ａが閉速度ｕ２（ｍｍ／ｓ）で閉じたときのマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度をＳ２（ｍｍ３／ｓ）とすると、ワークＷへの液流出速度ｗ３（ｃｃ／ｓ）は、
【００４８】
【数２】
となる（今回使用した塗布液はニュートン流体に近く、非圧縮性、非常に低粘度であった為、上記が成り立つ）。
【００４９】
ノズル３の下降速度ｖ２（ｍｍ／ｓ）、液吐出速度ｗ３（ｃｃ／ｓ）は必要な塗布膜品質により決定され、式３によりマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度Ｓ２（ｍｍ３／ｓ）が求まる。そのため、ノズル３の構造により、吐出口３ａの閉速度ｕ２（ｍｍ／ｓ）が計算できる。また、ノズル３が塗布終了位置に到達する前に吐出口３ａが閉塞した場合は、ワークＷへの液供給が停止する為、残りの塗布領域は残っているビードで膜を形成することになる。
【００５０】
吐出口３ａの閉塞開始位置と塗布終了位置との距離をＬ（ｍｍ）とすると、吐出口３ａを開口幅Ｔ（ｍｍ）から所定の値Ｔ１（ｍｍ）まで閉じた時のマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内からの総流出量Ｑｍ（ｃｃ）は、
【００５１】
【数３】
である。吐出口３ａの閉塞開始時のビード量をＱｂ２（ｃｃ）、Ｌ（ｍｍ）の領域においてワークに形成される塗布膜量をＱｗＬとすると、
【００５２】
【数４】
である。Ｌ（ｍｍ）の領域においてワークＷに形成される塗布膜量ＱｗＬはワークＷの設計値であり既存値であり、Ｑｂ２も吐出口３ａの閉塞開始時までのワーク膜厚設計値及び塗布条件で決まる為、Ｌはこの式により設計できる。ここで、式５の左辺が０になる場合は、供給した液がすべてワークＷ上に転写されたということになる。
【００５３】
本実施例における設定値について以下説明する。必要膜厚である２．５μｍの膜を形成する為には、前述したように、塗布液吐出速度を０．４ｃｃ／ｓにする必要がある為、液流出速度ｗ３は、
ｗ３＝０．４ｃｃ／ｓ
である。式３より、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度は、
Ｓ２＝０．４ｃｃ×１０−３（ｍｍ３／ｓ）
である必要がある。また、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ体積変化は０．０１ｍｍあたり０．２２×１０−３（ｍｍ３）であることから、吐出口３ａの閉塞速度ｕ２は、
ｕ２＝０．０１８ｍｍ／ｓ
となる。
【００５４】
次に、本実施例において、塗布終了後の吐出口３ａの開口幅Ｔ１は、塗布終了後にはサックバックをする必要がある為、閉塞せずに、Ｔ１＝０．０１ｍｍと設定した。この時、吐出口３ａの閉速度０．０１８ｍｍ／ｓで吐出口３ａを０．１ｍｍから０．０１ｍｍに閉じるのに要する時間は、５秒であり、ノズル３の下降速度は４０ｍｍ／ｓであることから、５秒の間にノズル３は２００ｍｍ移動する。即ち、２００ｍｍの範囲は、吐出口３ａを漸次狭めることによる塗布液の流出を塗布液供給源として利用できることになる。ここでは、吐出口３ａの閉塞開始位置と塗布終了位置の距離Ｌを２００ｍｍとし、塗布終了位置におけるビードは初期のビードである１．０ｃｃを保っている。
【００５５】
ここまでの流れを以下に示す。ワーク塗布開始位置であるワーク上端部１０ｍｍの位置において、シリンジポンプにより塗布液を吐出速度０．２２ｃｃ／ｓでノズル３内に流入するとともに、吐出口３ａを０．０１ｍｍ／ｓで０．１ｍｍまで開き、初期ビードを１．０ｃｃ形成する。ビード形成後、ノズル３は４０ｍｍ／ｓで下降すると同時に、０．４ｃｃ／ｓの速度でシリンジポンプにより液を吐出開始する。ワーク上端部８０ｍｍの位置までノズル３が下降すると、シリンジポンプによる液の吐出を停止し、吐出口３ａが閉速度０．０１８ｍｍ／ｓで閉じる動作を開始する。ノズル３が上端部から２８０ｍｍの位置まで下降すると、吐出口３ａの閉動作を停止し、その時の吐出口３ａの開口幅は０．０１ｍｍとなる。これにより、ワークＷにおける塗布必要領域であるワーク上端部から１０ｍｍから２８０ｍｍの範囲は軸方向均一に渡って２．５μｍの膜が形成される。
【００５６】
塗布終了位置までノズル３が下降し、必要塗布領域の塗布が終了すると、ノズル３は下降を停止し、残った１．０ｃｃのビードをサックバックによりノズル３内に回収する。サックバック終了後、ノズル３は再び下降し、ノズル３がワークＷの下端部よりも下に位置する場所まで移動すると、吐出口３ａを０．０１ｍｍ開いた状態から閉塞する。
【００５７】
排出配管６を開閉バルブ４により開放状態とさせた状態で、液供給機構２により、ノズル３内に塗布液を流入させる。ノズル３の吐出口３ａは閉塞されている状態である為、塗布液とエアーはノズル３の排出流路３ｅ及び排出配管６を通して液タンク１に回収される。液タンク１は大気開放されている為、エアーも大気中に開放される。
【００５８】
これにより、ノズル３内は液のみが充填された安定状態となる。更に、ノズル３の洗浄を行ない、ノズル３の吐出口３ａに残存した塗料を除去することで、連続運転を繰り返すことが可能となる。
【００５９】
本実施例におけるリング塗布方法は、吐出口３ａの開放時にマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内が負圧にならないように、吐出口３ａの開放速度、塗布液供給速度を設定している為、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内へのエアー混入防止の効果を奏する。
【００６０】
また、本実施例におけるリング塗布方法は、液体流路３ｃにあった塗布液がワークＷ上に塗布される為、塗布液の無駄な浪費を避けるという効果を奏する。また必要品質に合わせ、吐出口３ａを閉じる閉速度、ノズル３の下降速度を設定することで、ワーク膜品質を高精度に得られるという効果を奏する。
【００６１】
また、本実施例におけるリング塗布装置は、排出配管６の開閉バルブ４を開けた状態で、且つ吐出口３ａが閉塞された状態でノズル３内に塗布液を供給する。したがって、サックバックによりノズル３内に混入したエアーが排出流路３ｅ及び排出配管６を通りノズル３外へ排出される。これにより、吐出口３ａからの塗布液の無駄な流出を防止し、ノズル３内をエアーのない安定した塗布液充填状態で維持できるという効果を奏する。
【００６２】
また、本実施例におけるリング塗布方法は、塗布開始からサックバック終了までの工程以外は吐出口３ａは閉塞している。その為、洗浄液を使用したノズル３の洗浄において、ノズル３の内部への洗浄液の混入を防止できるとともに、ノズル３内の塗布液の乾燥を防止するという効果を奏する。
【符号の説明】
【００６３】
１…液タンク、２…液供給機構、３…ノズル、３ａ…吐出口、３ｂ…マニホールド、３ｃ…液体流路、３ｄ…液体供給流路、３ｅ…排出流路、７…ノズル移動装置、３１，３２…駒部、３４…移動機構、１００…液体塗布装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸芯体の外周面とノズルの吐出口との間に液溜りを形成し、塗布液を軸芯体に塗布し、塗布膜を形成する液体塗布装置及び液体塗布方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒状及び円柱状の軸芯体の外周面に塗布膜を形成する方法として、リング状のノズルを用いて軸芯体の外周面に塗布膜の材料を含む塗布液を塗布する塗布方法が知られている（特許文献１参照）。ノズルの内周面には、周方向に沿って開口するスリット状の吐出口が形成されており、ノズルの内部には、塗布液が供給される液体分配室と、液体分配室から吐出口に通じる液体流路とが形成されている。そして、ノズルの内側に配置した軸芯体に対してノズルを相対的に軸方向に移動させながら塗布液を吐出口から吐出することで、軸芯体の外周面の塗布領域に塗布膜を形成するようにしている。
【０００３】
ノズルの吐出口と軸芯体の外周面との間には、吐出口から吐出された塗布液により液溜り（以下、「ビード」と呼ぶ）が形成されるので、塗布終了後に塗布液が非塗布領域へ付着するのを防止する為には、塗布終了時にビードを除去することが必要である。そこで、従来は、液供給ポンプの弁を切り替えることで液供給流路を逆流させ、ビードをノズル内に回収する方法（以下、「サックバック」と呼ぶ）が取られていた（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−０５２２９６号公報
【特許文献２】特開２００９−１５０９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したサックバックを行った場合は、吐出口を通じて液体分配室に塗布液と一緒にエアーも混入してしまう。その結果、ノズル内の塗布液充填状態が変動し、液体吐出の安定性が損なわれる問題があった。また、混入したエアーが軸芯体への塗布中に塗布液と共に吐出されると、軸芯体に気泡が付着し、塗布面の平滑性が崩れ、品質不良に繋がるといった問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、ノズルの液体分配室に混入したエアーを効率的に除去することができる液体塗布装置及び液体塗布方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体塗布装置は、リング状に形成されたノズルを備え、前記ノズルの内周面には、周方向に沿うスリット状の吐出口が形成され、前記ノズルの内部には、塗布液が供給される液体分配室と、前記液体分配室から前記吐出口に通じる液体流路とが形成され、前記ノズルの内側に配置された軸芯体の軸方向に前記ノズルを相対的に移動させ、前記液体分配室に供給された塗布液を前記吐出口から吐出させて、前記軸芯体の外周面の塗布領域に塗布膜を形成する液体塗布装置において、前記ノズルは、互いに対向して配置され、前記液体流路及び前記吐出口を形成するリング状の一対の駒部と、前記一対の駒部を互いに接近又は離間させる方向に相対的に移動させ、前記吐出口の開口幅を調整する移動機構と、を有し、前記ノズルには、前記液体分配室に接続され、前記液体分配室に塗布液を供給する液体供給流路と、前記液体分配室に接続され、前記移動機構により前記吐出口を閉塞させた際に、前記液体供給流路を通じて前記液体分配室に供給された塗布液により前記液体分配室から余剰分の塗布液と共にエアーを排出する排出流路とが形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の液体塗布方法は、上記液体塗布装置を用いて、軸芯体の外周面の塗布領域に塗布膜を形成する液体塗布方法において、前記ノズルを前記軸芯体に対して軸方向に相対的に移動させて前記ノズルの吐出口から前記軸芯体の外周面の塗布領域に塗布液を吐出する塗布工程と、前記塗布工程終了後、前記吐出口と前記軸芯体との間の液溜りを、前記吐出口から前記液体分配室に吸引するサックバック工程と、前記サックバック工程終了後、前記吐出口を閉塞する閉塞工程と、前記吐出口を閉塞後、前記液体供給流路を通じて前記液体分配室に塗布液を供給することで、前記液体分配室から前記排出流路を通じて余剰分の塗布液と共にエアーを排出する排出工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液体塗布装置によれば、ノズルの吐出口を移動機構により閉塞することができるので、ノズルの吐出口を閉塞した際に、液体分配室に混入したエアーを排出流路から排出することができる。したがって、液体分配室内のエアーを抜くことができるので、塗布液の吐出を安定させることができ、形成される塗布膜の膜厚を均一にすることができる。
【００１０】
また、本発明の液体塗布方法によれば、塗布工程後、サックバック工程にて液体分配室に混入したエアーが、排出工程により排出されるので、塗布液の吐出が安定し、形成される塗布膜の膜厚が均一となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る液体塗布装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】ノズルの要部を示す拡大図である。
【図３】液体塗布装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】塗布工程におけるノズルの動作を示す図であり、（ａ）は塗布開始前の状態を示す図、（ｂ）は塗布領域における塗布開始位置から指定位置までの領域に塗布液を吐出している状態を示す図、（ｃ）は残りの領域に塗布液を吐出している状態を示す図である。
【図５】サックバック工程、閉塞工程及び排出工程におけるノズルの動作を示す図であり、（ａ）はサックバック工程の図、（ｂ）は閉塞工程の図、（ｃ）は排出工程の図である。
【図６】本発明の別の実施の形態に係る液体塗布装置のノズルの概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る液体塗布装置の概略構成を示す説明図である。液体塗布装置１００は、液タンク１と、液タンク１に貯留されている塗布液を汲み出す液供給機構２と、リング状に形成されたノズル３と、開閉動作する開閉バルブ４とを備えている。そして、液タンク１と、液供給機構２と、ノズル３とが供給配管５で接続されており、ノズル３と、開閉バルブ４と、液タンク１とが排出配管６で接続されている。また、液体塗布装置１００は、円筒形状又は円柱形状の軸芯体であるワークＷに対してワークＷの軸方向と平行な方向にノズル３を移動させるノズル移動装置７を備えている。
【００１３】
液タンク１には、塗布液が貯留されている。液供給機構２は、シリンジポンプにより構成され、塗布液の定量吐出、吐出速度制御を可能としている。開閉バルブ４は、弁開閉動作により、排出配管６を通じて液タンク１に塗布液を流動させたり、流動を遮断したりすることができる。ノズル移動装置７は、不図示のサーボモータ、ボールねじ、ＬＭガイドで構成され、ノズル３を上下に昇降させる。ノズル３の内側には、ワークＷがノズル３に対して相対的に移動可能に配置され、ノズル３によりワークＷの外周面の塗布領域に塗布液を吐出できるようになっている。なお、本実施の形態では、ノズル３をワークＷに対して移動させているが、ノズル３がワークＷに対して相対的に移動していればよい。即ち、ワークＷをノズル３に対して移動させてもよく、また、ワークＷ及びノズル３を移動させてもよい。
【００１４】
リング状のノズル３の内周面３０には、周方向に沿って開口するスリット状の吐出口３ａが形成されている。ノズル３の内部には、塗布液が供給される液体分配室としてのマニホールド３ｂと、吐出口３ａとマニホールド３ｂとの間に設けられ、マニホールド３ｂから吐出口３ａに通じる液体流路３ｃとが形成されている。このマニホールド３ｂには、マニホールド３ｂに塗布液を供給するために、液供給機構２により汲み出された塗布液をマニホールド３ｂに導く液体供給流路３ｄが接続されている。マニホールド３ｂには、マニホールド３ｂから溢れる余剰分の塗布液を、排出配管６を介して液タンク１に排出するための排出流路３ｅが接続されている。
【００１５】
ノズル３の構成について具体的に説明すると、ノズル３は、間にＯリング３３を挟んで互いに対向して配置されたリング状の一対の駒部３１，３２を有している。吐出口３ａは一対の駒部３１，３２により形成されている。一対の駒部３１，３２のうちの一方の駒部（以下、「下駒」という）３１には、供給配管５に接続される供給口が設けられており、液体供給流路３ｄが供給口から径方向中心に向かって延びるように形成されている。そして、ノズル３の下駒３１には、この液体供給流路３ｄに接続された凹部が形成されており、一対の駒部３１，３２のうちの他方の駒部（以下、「上駒」という）３２に凹部が覆われてマニホールド３ｂが形成されている。
【００１６】
また、下駒３１と上駒３２とで挟まれて、マニホールド３ｂから径方向中心に向かって吐出口３ａまで延びる液体流路３ｃが形成されている。Ｏリング３３は、マニホールド３ｂよりも径方向外側に配置されており、ノズル３の外周面から塗布液が漏れるのを防止している。上駒３２には、排出配管６に接続される排出口が設けられており、排出口とマニホールド３ｂとを繋ぐ排出流路３ｅが形成されている。排出流路３ｅは、図１に示すように、２か所に対称配置されている。
【００１７】
本実施の形態では、ノズル３は、図２に示すように、一対の駒部３１，３２を互いに接近又は離間させる方向に相対的に移動させ、吐出口３ａの開口幅（スリット幅）を調整する移動機構３４を有している。具体的に説明すると、移動機構３４は、サーボリニアアクチュエータ３５、一対の駒部３１，３２を貫通するシャフト３６、無給油ブシュ３７及び一対の駒部３１，３２の間に配置されたコイルスプリング３８で構成される。これらは周方向３箇所等間隔に配置されている。つまり、これら構成部品が全部で３セット配置されている。
【００１８】
コイルスプリング３８は、上駒３２を押し上げる方向（吐出口３ａの開口幅を広げる方向）に付勢し、上駒３２の上面をサーボリニアアクチュエータ３５の駆動軸に突き当てて位置を規制することで上駒３２を上下に昇降させ、吐出口３ａの開口幅を調整する。また、上駒３２の上面の位置を接触式変位センサ３９で測り、吐出口３ａの開口幅の値を把握するとともに、フィードバック制御をかけることで、開口幅を高精度に調整する。なお、本実施の形態では、下駒３１に対して上駒３２を軸方向に移動させるようにしたが、下駒３１を上駒３２に対して軸方向に移動させるようにしてもよく、また、一対の駒部３１，３２の両方を軸方向に移動させるように構成してもよい。
【００１９】
以上の構成により、液体塗布装置１００を用いた液体塗布方法について説明する。図３は、液体塗布装置１００の動作を示すフローチャートである。液体塗布装置１００は、ノズル３をワークＷに対して軸方向に相対的に移動させてノズル３の吐出口３ａからワークＷの外周面の塗布領域に塗布液を吐出する塗布工程を実行する（Ｓ１）。図４には、塗布工程におけるノズル３の動作が示されている。塗布工程について、図４を参照しながら具体的に説明する。図４（ａ）に示すように、塗布開始前は、移動機構３４により上駒３２を下駒３１に接触させて吐出口３ａが閉塞された状態であり、ノズル３のマニホールド３ｂ内には液供給機構２により塗布液が満たされている。
【００２０】
次に、塗布動作運転開始とともにノズル移動装置７により、ノズル３がワークＷの外周面における塗布領域の塗布開始位置に相対移動する。図４では、ワークＷの外周面における塗布領域の塗布開始位置は、ワークＷの外周面の上端であり、塗布終了位置は、ワークＷの外周面の下端である。
【００２１】
ノズル３がワークＷの塗布開始位置に達すると、ノズル３の吐出口３ａを所定の開口幅になるように開放した後、液供給機構２で所定量の塗布液が供給され、ノズル３の吐出口３ａとワークＷの外周面との間にビードが形成される。ここで、塗布液供給量は、ノズル３の開閉動作によるマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃの体積変化量分と、ワークＷとノズル３との間の必要ビード量の和である。
【００２２】
吐出口３ａを所定の開口幅に設定し、ビードがワークＷの外周面全周に形成されると、図４（ｂ）に示すように、ノズル３をノズル移動装置７により下方に所定速度で相対移動させ、且つ液供給機構２で塗布液を所定の流量で供給する。このように、ワークＷの外周面の塗布領域のうち、塗布開始位置から予め定めた指定位置までの領域には、吐出口３ａの開口幅を一定に保ち、液体供給流路３ｄを通じてマニホールド３ｂに塗布液の供給を継続しながら、吐出口３ａから塗布液を吐出する。これにより、塗布領域における塗布開始位置から指定位置までの領域には、塗布膜が形成されていく。ここでノズル３の移動速度及び塗布液吐出速度は、塗布膜品質との関係により決定される。
【００２３】
ノズル３がワークＷに対し塗布領域における指定位置まで移動すると、液供給機構２によるマニホールド３ｂ内への塗布液の供給を停止し、図４（ｃ）に示すように、吐出口３ａが所定の閉速度で所定の開口幅に達するまで閉じ始める。このように、未塗布の残りの領域では、吐出口３ａ及び液体流路３ｃを漸次狭めながら塗布液を吐出する。このとき、必要に応じてノズル３の移動速度を変化させてもよい。ノズル３が塗布終了位置まで移動すると、塗布が完了する。
【００２４】
ここで、吐出口３ａを漸次狭めると、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃの体積が減少し、体積減少量分の塗布液が外部に流出することになる。吐出口閉塞開始位置となるノズル３とワークＷの相対位置（指定位置）は、吐出口３ａの開閉によるマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃの体積変化量が指定位置から塗布終了位置までに必要な塗布量よりも多い或いは等しくなるように設計する。また、吐出口３ａを閉じる速度は、必要膜厚に応じてビード量とノズル３の移動速度が決定される為、そのビード量を保つようなノズル３のマニホールド３ｂ内及び液体流路３ｃ内の液の流出流量を求め、閉速度を設計する。
【００２５】
ノズル３が塗布終了位置まで移動し、同時に吐出口３ａの移動が終了する塗布工程終了後、ノズル３は移動停止する。次いで、ノズル３とワークＷとの間のビード（液溜り）を除去する為に、図５（ａ）に示すように、吐出口３ａからマニホールド３ｂにビードを吸引するサックバックを行う（サックバック工程：Ｓ２）。このサックバック工程では、液供給機構２であるシリンジポンプの弁を切り替え、液体供給流路３ｄにおいて塗布液を逆流させることで、ビードの回収を行う。
【００２６】
サックバックによりビード液がノズル３内に回収されるサックバック工程終了後、ノズル３はワークＷの下端よりも下方に位置する場所まで再度移動する。移動終了後、図５（ｂ）に示すように、移動機構３４により上駒３２を下駒３１に接触させ、吐出口３ａを閉塞する（閉塞工程：Ｓ３）。
【００２７】
吐出口３ａを閉塞後、液供給機構２を動作し、図５（ｃ）に示すように、液体供給流路３ｄを通じてマニホールド３ｂに塗布液を供給することで、マニホールド３ｂから排出流路３ｅを通じて余剰分の塗布液と共にエアーを排出する（排出工程：Ｓ４）。このとき、開閉バルブ４は全開させている。ノズル３の吐出口３ａは閉塞されているので、押し出された余剰分の塗布液と共にエアーが排出流路３ｅ及び排出配管６を通して液タンク１に回収される。液タンク１は大気開放されているので、エアーは大気中に放出される。
【００２８】
以上、本実施の形態では、エアー抜きの動作により、ノズル３内は塗布液のみが充填された状態となり、次の安定した塗布が実現できる。このように、マニホールド３ｂ内のエアーを抜くことで、塗布液の吐出が安定し、形成される塗布膜の膜厚が均一となる。
【００２９】
また、本実施の形態では、ノズル３の上駒３２と下駒３１との相対距離を極めて小さくする、即ち吐出口３ａを閉塞しているので、液体供給流路３ｄから塗布液を注入しても、ノズル３の吐出口３ａからは塗布液が流出しない。したがって、マニホールド３ｂから効率的にエアーを排出することができる。また、ノズル３の吐出口３ａを閉塞することで、吐出口３ａを洗浄液により洗浄可能とし、更にノズル３内の塗布液の乾燥を防ぐことができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、ワークＷの指定位置で吐出口３ａ及び液体流路３ｃを漸次狭めて塗布領域における残りの領域を塗布するようにしている。したがって、マニホールド３ｂ内部及び液体流路３ｃ内部に存在していた塗布液が、吐出口３ａから外部に押し出され、塗布膜の形成に使用されることとなり、塗布液が無駄にならず、塗布液の少量化が可能となる。
【００３１】
次に、本発明の別の実施の形態に係る液体塗布装置のノズルについて図６を参照しながら説明する。上記実施の形態では、吐出口３ａの開閉に伴い、吐出口３ａに通じる液体流路３ｃ以外のマニホールド３ｂの体積も変化する。これに対し、図６に示すように、別の実施の形態のノズル３Ａは、上駒３２Ａ、下駒３１Ａ、中駒４１で構成され、上駒３２Ａのみを上下に動かし吐出口３ａを変化できるように構成されている。この場合、マニホールド３ｂの体積は変化しない。
【実施例】
【００３２】
図１に示した液体塗布装置１００を用いて、以下のような条件で塗布を行った。
ワーク径：φ２３０
ワーク長：３００ｍｍ（必要塗布領域：上端部から１０ｍｍ〜２８０ｍｍの２７０ｍｍ間）
塗布液粘度：２ｍＰａ・ｓ
必要塗布膜厚：２．５μｍ
【００３３】
塗布開始前は、ノズル３はワークＷの下端面よりも下に位置している。また、吐出口３ａは閉塞された状態にあり、ノズル３のマニホールド３ｂ内には塗布液が満たされている。塗布運転開始とともに、ノズル３が上昇し、ワークＷの上端面の塗布開始位置まで移動する。
【００３４】
ノズル３が塗布開始位置まで移動すると、設定された開口幅Ｔ（ｍｍ）を構成するようにサーボリニアアクチュエータ３５が開放速度ｕ１（ｍｍ／ｓ）で移動開始する。同時に、シリンジポンプで吐出速度ｗ１（ｃｃ／ｓ）、Ｑｐ（ｃｃ）の塗布液の吐出を開始する。この時、サーボリニアアクチュエータ３５がｕ１（ｍｍ／ｓ）で吐出口３ａを開放した時のノズル３のマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度をＳ１（ｍｍ３／ｓ）、必要初期ビード形成量Ｑｂ１（ｃｃ）とする。マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度Ｓ１（ｍｍ３／ｓ）、初期ビード形成量Ｑｂ１（ｃｃ）、塗布液吐出速度ｗ１（ｃｃ／ｓ）、吐出量Ｑｐ（ｃｃ）の関係は以下の式で計算される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
式１は、単位時間あたりのマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の容積変化よりも塗布液供給量が多い或いは等しいということを示している。これにより、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内は大気に対し正圧になりマニホールド３ｂ内にエアーが吸い込まれることはない。
【００３７】
式２は、シリンジポンプからの塗布液供給量Ｑｐがマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化分の容積を満たし、且つ必要初期ビード形成量（Ｑｂ）のビードを形成することを示す。
【００３８】
ここで、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度Ｓ１（ｍｍ３／ｓ）は吐出口３ａの開放速度ｕ１（ｍｍ／ｓ）とノズル３の構造により計算され、Ｓ１（ｍｍ３／ｓ）とｗ１（ｃｃ／ｓ）の値は、塗布液物性に従い設定される。また吐出口３ａの開口幅Ｔ（ｍｍ）及び初期ビード形成量Ｑｂ１（ｃｃ）、は塗布膜品質との関係により決定されるものである。
【００３９】
本実施例においては、吐出口３ａの開口幅Ｔ、初期ビード形成量Ｑｂ１、及び吐出口３ａの開放速度ｕ１を以下のように設定した。
Ｔ＝０．１ｍｍ
Ｑｂ１＝１．０ｃｃ
ｕ１＝０．０１ｍｍ／ｓ
【００４０】
また、本実施例において使用したノズル３は、吐出口３ａの開口幅が０．０１ｍｍ変化すると、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積が０．２２×１０−３（ｍｍ３）変化するものを使用した。即ち、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度Ｓ１は、
Ｓ１＝０．２２×１０−３（ｍｍ３／ｓ）
となる。
【００４１】
上記の設定値から、式１及び式２より、液吐出速度ｗ１、塗布液供給量Ｑｐは、以下のように決定される（式１においてＳ１×１０３＝ｗ１とした）。
ｗ１＝０．２２ｃｃ／ｓ
Ｑｐ＝３．２ｃｃ
【００４２】
上記の条件により、吐出口３ａの開放時にエアーがノズル３内の流路に混入することなく、初期ビードを１．０ｃｃ形成することが可能である。
【００４３】
吐出口３ａの開放が完了し、ビードがワークＷの外周面全周に形成されると、ノズル３が速度ｖ１（ｍｍ／ｓ）で下降開始し、且つシリンジポンプで塗布液を吐出速度ｗ２（ｃｃ／ｓ）で供給し、ワークＷに塗布膜を形成していく。速度ｖ１（ｍｍ／ｓ）、塗布液吐出速度ｗ２（ｃｃ／ｓ）は塗布液の物性、ワークＷの物性と塗布膜品質との関係により決定される。
【００４４】
本実施例においては、以下のように条件を設定した。
ｖ１＝４０ｍｍ／ｓ
ｗ２＝０．４ｃｃ／ｓ
【００４５】
この条件により、必要塗布膜厚である２．５μｍの膜を形成することが可能である。また、吐出した塗布液量が膜となる量と同じになるように設計されており、初期に形成したビード量１．０ｃｃが保たれることでワーク軸方向において、均一な膜が形成される。
【００４６】
即ち、ビード量を１．０ｃｃ、ノズル３の下降速度を４０ｍｍ／ｓ、塗布液吐出速度を０．４ｃｃ／ｓと設定することが、２．５μｍの膜を形成する為の必要条件である。
【００４７】
ノズル３がある指定位置まで下降すると、シリンジポンプでの塗布液の供給を停止し、サーボリニアアクチュエータ３５が吐出口３ａを閉じる方向に閉速度ｕ２（ｍｍ／ｓ）で移動し始める。ノズル３の下降速度を必要に応じて変動（ｖ２ｍｍ／ｓとする）させ、ノズル３がワークＷの塗布終了位置まで移動すると、塗布が完了する。吐出口３ａの開口幅は塗布終了位置に到達するまでに所定幅まで遮蔽するように設計する。シリンジポンプからの塗布液の供給を止めた後は、吐出口３ａを閉じることによるマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の外部への液の流出がワークＷへ供給される塗布液となる。吐出口３ａが閉速度ｕ２（ｍｍ／ｓ）で閉じたときのマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度をＳ２（ｍｍ３／ｓ）とすると、ワークＷへの液流出速度ｗ３（ｃｃ／ｓ）は、
【００４８】
【数２】
となる（今回使用した塗布液はニュートン流体に近く、非圧縮性、非常に低粘度であった為、上記が成り立つ）。
【００４９】
ノズル３の下降速度ｖ２（ｍｍ／ｓ）、液吐出速度ｗ３（ｃｃ／ｓ）は必要な塗布膜品質により決定され、式３によりマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度Ｓ２（ｍｍ３／ｓ）が求まる。そのため、ノズル３の構造により、吐出口３ａの閉速度ｕ２（ｍｍ／ｓ）が計算できる。また、ノズル３が塗布終了位置に到達する前に吐出口３ａが閉塞した場合は、ワークＷへの液供給が停止する為、残りの塗布領域は残っているビードで膜を形成することになる。
【００５０】
吐出口３ａの閉塞開始位置と塗布終了位置との距離をＬ（ｍｍ）とすると、吐出口３ａを開口幅Ｔ（ｍｍ）から所定の値Ｔ１（ｍｍ）まで閉じた時のマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内からの総流出量Ｑｍ（ｃｃ）は、
【００５１】
【数３】
である。吐出口３ａの閉塞開始時のビード量をＱｂ２（ｃｃ）、Ｌ（ｍｍ）の領域においてワークに形成される塗布膜量をＱｗＬとすると、
【００５２】
【数４】
である。Ｌ（ｍｍ）の領域においてワークＷに形成される塗布膜量ＱｗＬはワークＷの設計値であり既存値であり、Ｑｂ２も吐出口３ａの閉塞開始時までのワーク膜厚設計値及び塗布条件で決まる為、Ｌはこの式により設計できる。ここで、式５の左辺が０になる場合は、供給した液がすべてワークＷ上に転写されたということになる。
【００５３】
本実施例における設定値について以下説明する。必要膜厚である２．５μｍの膜を形成する為には、前述したように、塗布液吐出速度を０．４ｃｃ／ｓにする必要がある為、液流出速度ｗ３は、
ｗ３＝０．４ｃｃ／ｓ
である。式３より、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内の体積変化速度は、
Ｓ２＝０．４ｃｃ×１０−３（ｍｍ３／ｓ）
である必要がある。また、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ体積変化は０．０１ｍｍあたり０．２２×１０−３（ｍｍ３）であることから、吐出口３ａの閉塞速度ｕ２は、
ｕ２＝０．０１８ｍｍ／ｓ
となる。
【００５４】
次に、本実施例において、塗布終了後の吐出口３ａの開口幅Ｔ１は、塗布終了後にはサックバックをする必要がある為、閉塞せずに、Ｔ１＝０．０１ｍｍと設定した。この時、吐出口３ａの閉速度０．０１８ｍｍ／ｓで吐出口３ａを０．１ｍｍから０．０１ｍｍに閉じるのに要する時間は、５秒であり、ノズル３の下降速度は４０ｍｍ／ｓであることから、５秒の間にノズル３は２００ｍｍ移動する。即ち、２００ｍｍの範囲は、吐出口３ａを漸次狭めることによる塗布液の流出を塗布液供給源として利用できることになる。ここでは、吐出口３ａの閉塞開始位置と塗布終了位置の距離Ｌを２００ｍｍとし、塗布終了位置におけるビードは初期のビードである１．０ｃｃを保っている。
【００５５】
ここまでの流れを以下に示す。ワーク塗布開始位置であるワーク上端部１０ｍｍの位置において、シリンジポンプにより塗布液を吐出速度０．２２ｃｃ／ｓでノズル３内に流入するとともに、吐出口３ａを０．０１ｍｍ／ｓで０．１ｍｍまで開き、初期ビードを１．０ｃｃ形成する。ビード形成後、ノズル３は４０ｍｍ／ｓで下降すると同時に、０．４ｃｃ／ｓの速度でシリンジポンプにより液を吐出開始する。ワーク上端部８０ｍｍの位置までノズル３が下降すると、シリンジポンプによる液の吐出を停止し、吐出口３ａが閉速度０．０１８ｍｍ／ｓで閉じる動作を開始する。ノズル３が上端部から２８０ｍｍの位置まで下降すると、吐出口３ａの閉動作を停止し、その時の吐出口３ａの開口幅は０．０１ｍｍとなる。これにより、ワークＷにおける塗布必要領域であるワーク上端部から１０ｍｍから２８０ｍｍの範囲は軸方向均一に渡って２．５μｍの膜が形成される。
【００５６】
塗布終了位置までノズル３が下降し、必要塗布領域の塗布が終了すると、ノズル３は下降を停止し、残った１．０ｃｃのビードをサックバックによりノズル３内に回収する。サックバック終了後、ノズル３は再び下降し、ノズル３がワークＷの下端部よりも下に位置する場所まで移動すると、吐出口３ａを０．０１ｍｍ開いた状態から閉塞する。
【００５７】
排出配管６を開閉バルブ４により開放状態とさせた状態で、液供給機構２により、ノズル３内に塗布液を流入させる。ノズル３の吐出口３ａは閉塞されている状態である為、塗布液とエアーはノズル３の排出流路３ｅ及び排出配管６を通して液タンク１に回収される。液タンク１は大気開放されている為、エアーも大気中に開放される。
【００５８】
これにより、ノズル３内は液のみが充填された安定状態となる。更に、ノズル３の洗浄を行ない、ノズル３の吐出口３ａに残存した塗料を除去することで、連続運転を繰り返すことが可能となる。
【００５９】
本実施例におけるリング塗布方法は、吐出口３ａの開放時にマニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内が負圧にならないように、吐出口３ａの開放速度、塗布液供給速度を設定している為、マニホールド３ｂ及び液体流路３ｃ内へのエアー混入防止の効果を奏する。
【００６０】
また、本実施例におけるリング塗布方法は、液体流路３ｃにあった塗布液がワークＷ上に塗布される為、塗布液の無駄な浪費を避けるという効果を奏する。また必要品質に合わせ、吐出口３ａを閉じる閉速度、ノズル３の下降速度を設定することで、ワーク膜品質を高精度に得られるという効果を奏する。
【００６１】
また、本実施例におけるリング塗布装置は、排出配管６の開閉バルブ４を開けた状態で、且つ吐出口３ａが閉塞された状態でノズル３内に塗布液を供給する。したがって、サックバックによりノズル３内に混入したエアーが排出流路３ｅ及び排出配管６を通りノズル３外へ排出される。これにより、吐出口３ａからの塗布液の無駄な流出を防止し、ノズル３内をエアーのない安定した塗布液充填状態で維持できるという効果を奏する。
【００６２】
また、本実施例におけるリング塗布方法は、塗布開始からサックバック終了までの工程以外は吐出口３ａは閉塞している。その為、洗浄液を使用したノズル３の洗浄において、ノズル３の内部への洗浄液の混入を防止できるとともに、ノズル３内の塗布液の乾燥を防止するという効果を奏する。
【符号の説明】
【００６３】
１…液タンク、２…液供給機構、３…ノズル、３ａ…吐出口、３ｂ…マニホールド、３ｃ…液体流路、３ｄ…液体供給流路、３ｅ…排出流路、７…ノズル移動装置、３１，３２…駒部、３４…移動機構、１００…液体塗布装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状に形成されたノズルを備え、前記ノズルの内周面には、周方向に沿うスリット状の吐出口が形成され、前記ノズルの内部には、塗布液が供給される液体分配室と、前記液体分配室から前記吐出口に通じる液体流路とが形成され、前記ノズルの内側に配置された軸芯体の軸方向に前記ノズルを相対的に移動させ、前記液体分配室に供給された塗布液を前記吐出口から吐出させて、前記軸芯体の外周面の塗布領域に塗布膜を形成する液体塗布装置において、
前記ノズルは、
互いに対向して配置され、前記液体流路及び前記吐出口を形成するリング状の一対の駒部と、
前記一対の駒部を互いに接近又は離間させる方向に相対的に移動させ、前記吐出口の開口幅を調整する移動機構と、を有し、
前記ノズルには、前記液体分配室に接続され、前記液体分配室に塗布液を供給する液体供給流路と、前記液体分配室に接続され、前記移動機構により前記吐出口を閉塞させた際に、前記液体供給流路を通じて前記液体分配室に供給された塗布液により前記液体分配室から余剰分の塗布液と共にエアーを排出する排出流路とが形成されていることを特徴とする液体塗布装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体塗布装置を用いて、軸芯体の外周面の塗布領域に塗布膜を形成する液体塗布方法において、
前記ノズルを前記軸芯体に対して軸方向に相対的に移動させて前記ノズルの吐出口から前記軸芯体の外周面の塗布領域に塗布液を吐出する塗布工程と、
前記塗布工程終了後、前記吐出口と前記軸芯体との間の液溜りを、前記吐出口から前記液体分配室に吸引するサックバック工程と、
前記サックバック工程終了後、前記吐出口を閉塞する閉塞工程と、
前記吐出口を閉塞後、前記液体供給流路を通じて前記液体分配室に塗布液を供給することで、前記液体分配室から前記排出流路を通じて余剰分の塗布液と共にエアーを排出する排出工程と、を備えたことを特徴とする液体塗布方法。
【請求項３】
前記塗布工程では、前記軸芯体の外周面の塗布領域のうち、塗布開始位置から指定位置までの領域には、前記吐出口の開口幅を一定に保ち、前記液体供給流路を通じて前記液体分配室に塗布液の供給を継続しながら、前記吐出口から塗布液を吐出し、残りの領域には、前記液体分配室への塗布液の供給を停止し、前記吐出口及び前記液体流路を漸次狭めて塗布液を吐出することを特徴とする請求項２に記載の液体塗布方法。
【請求項１】
リング状に形成されたノズルを備え、前記ノズルの内周面には、周方向に沿うスリット状の吐出口が形成され、前記ノズルの内部には、塗布液が供給される液体分配室と、前記液体分配室から前記吐出口に通じる液体流路とが形成され、前記ノズルの内側に配置された軸芯体の軸方向に前記ノズルを相対的に移動させ、前記液体分配室に供給された塗布液を前記吐出口から吐出させて、前記軸芯体の外周面の塗布領域に塗布膜を形成する液体塗布装置において、
前記ノズルは、
互いに対向して配置され、前記液体流路及び前記吐出口を形成するリング状の一対の駒部と、
前記一対の駒部を互いに接近又は離間させる方向に相対的に移動させ、前記吐出口の開口幅を調整する移動機構と、を有し、
前記ノズルには、前記液体分配室に接続され、前記液体分配室に塗布液を供給する液体供給流路と、前記液体分配室に接続され、前記移動機構により前記吐出口を閉塞させた際に、前記液体供給流路を通じて前記液体分配室に供給された塗布液により前記液体分配室から余剰分の塗布液と共にエアーを排出する排出流路とが形成されていることを特徴とする液体塗布装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体塗布装置を用いて、軸芯体の外周面の塗布領域に塗布膜を形成する液体塗布方法において、
前記ノズルを前記軸芯体に対して軸方向に相対的に移動させて前記ノズルの吐出口から前記軸芯体の外周面の塗布領域に塗布液を吐出する塗布工程と、
前記塗布工程終了後、前記吐出口と前記軸芯体との間の液溜りを、前記吐出口から前記液体分配室に吸引するサックバック工程と、
前記サックバック工程終了後、前記吐出口を閉塞する閉塞工程と、
前記吐出口を閉塞後、前記液体供給流路を通じて前記液体分配室に塗布液を供給することで、前記液体分配室から前記排出流路を通じて余剰分の塗布液と共にエアーを排出する排出工程と、を備えたことを特徴とする液体塗布方法。
【請求項３】
前記塗布工程では、前記軸芯体の外周面の塗布領域のうち、塗布開始位置から指定位置までの領域には、前記吐出口の開口幅を一定に保ち、前記液体供給流路を通じて前記液体分配室に塗布液の供給を継続しながら、前記吐出口から塗布液を吐出し、残りの領域には、前記液体分配室への塗布液の供給を停止し、前記吐出口及び前記液体流路を漸次狭めて塗布液を吐出することを特徴とする請求項２に記載の液体塗布方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１０６１７０（Ｐ２０１２−１０６１７０Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６２５２（Ｐ２０１０−２５６２５２）
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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