JP5255332B2 - 水系塗料の塗布方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線板等の基材に対して水系レジストインク等の水系塗料を塗布する方法に関する。

プリント配線板等の基材にレジストインク等の塗料を塗布するための方法として、従来、ロールコートが採用されている。

従来のロールコートでは、水平方向の回転軸を有する一対の塗布ロールを上下方向に配置し、この塗布ロールを回転させながらその表面に塗料を供給し、基材を水平方向に搬送して塗布ロール間を通過させることが行われている。また、水平方向の回転軸を有する一対の塗布ロールを横方向に並列に配置し、この塗布ロールを回転させながらその表面に塗料を供給し、基材を上下方向に搬送して塗布ロール間を通過させることも提案されている。このような手法により、基材の上下両面に同時に塗料を塗布することが可能となる（特許文献１参照）。

ところで、近年、プリント配線板用のレジストインク等の塗料への有機溶剤の使用を抑制し、水系塗料を使用することが試みられている。これにより、ロールコート時やその後の工程における、有機溶剤に起因する労働安全衛生上の問題、環境汚染の問題、火災発生の危険性の問題等の種々の問題の解決が図られている。

しかし、水系塗料の塗布にロールコートが採用される場合には、塗布ロールの表面に供給された塗料が基材に塗布されることなく残留すると、この塗料から溶剤である水が蒸発することで塗料の粘度が上昇し、この塗料が基材に塗布されることで基材への塗料の塗りむらが発生しやすいという問題がある。特に、ロールコートでは種々の寸法の基材への塗装を可能とするために、通常は基材の幅寸法よりも大きな長さ寸法を有する塗布ロールが使用されることから、塗布ロールの両端部で塗料の残留が起こりやすく、この残留した塗料による塗料の粘度上昇が問題となる。塗料の溶剤に有機溶剤が使用される場合には、揮発しにくいような組成の溶剤を使用することで前記問題を回避することもできるが、水系塗料ではそのような対処を行うことができないものである。

また、ロールコート時には通常、塗布ロール表面の余分な塗料を掻き取るためにドクターブレードが使用されるが、このドクターブレードに溜まった塗料が落下し、塗布むらや塗装不良の原因となる場合もある。
特開平９−２９０１９１号公報

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、ロールコートにより基材の表面に水性溶媒を塗りむらなく均一に塗布するための水系塗料の塗布方法を提供することを目的とする。

本発明に係る水系塗料の塗布方法は、一対の塗布ロール２が、その回転軸が水平面に対して垂直となり、或いは水平面に対して傾斜して配置するように並列に配置された状態で、各塗布ロール２の上部からその表面に水系塗料が供給されると共にこの一対の塗布ロール２間を基材１が通過することで、基材１の表面に水系塗料が塗布されることを特徴とする。

本発明によれば、塗布ロール２に供給された水系塗料は塗布ロール２の表面に沿って流下しながら基材１に塗布されることで基材１への水系塗料の塗布がなされる。また基材１に塗布されなかった水系塗料は塗布ロール２に残留することなく塗布ロール２の下端から落下するため、塗布ロール２の表面に水系塗料が塗布されることなく残留することがなくなり、塗布ロール２の表面で水系塗料からの溶媒の揮発による水系塗料の粘度上昇が生じることが抑制される。

また、塗装ロールの表面の水系塗料を均すためにドクターブレード３が使用される場合には、このドクターブレード３で掻き取られた水系塗料もドクターブレード３に沿って下方に落下することになり、ドクターブレード３に溜まった水系塗料が溢れて落下することによる塗布むらや塗装不良の発生が防止される。

本発明では、塗布ロール２の表面に供給された後、基材１に塗布されなかった水系塗料が塗布ロール２の下方で回収され、この水系塗料が再び塗布ロール２の表面に供給されることが好ましい。

この場合、水系塗料の再利用による資源の有効活用が可能となる。

水系塗料の回収が行われる場合には、塗布ロール２の表面に供給される水系塗料の粘度調整が行われることも好ましい。

この場合、水系塗料が一旦塗布ロール２に供給された後、回収され、再び塗布ロール２に供給されるまでの間にこの水系塗料から溶剤が揮発して粘度が上昇している場合に、この水系塗料の粘度が調整され、塗布むらの発生が防止される。

また、本発明では、基材１が水平方向に対して垂直に立てた状態で水平方向に搬送され、上記塗布ロール２は、その上端側が基材１の搬送方向と反対側へ突出すると共に下端側が基材１の搬送方向側へ突出するようにして、塗布ロール２の回転軸が基材１の搬送方向に沿って傾斜するように設けられている。

この場合、塗布ロール２の表面で水系塗料が、自重によって基材１の搬送方向とは反対側に偏り、基材１が塗布ロール２間を通過する際に塗布ロール２の表面から基材１の表面へ供給される水系塗料の量が増大する。このため、基材１への水系塗料の塗布効率が向上し、基材１の搬送速度を速くして基材１に水系塗料を塗布するために要する時間を短縮することが可能となる。

また、本発明では、水系塗料中の溶剤における有機溶剤含有量が１０質量％以下であることが好ましい。

この場合、有機溶剤に起因する労働安全衛生上の問題、環境汚染の問題、火災発生の危険性の問題等の解決が充分に図られる。

また、本発明では、１００〜１００００ｍＰａ・ｓの範囲の粘度を有する水系塗料が塗布ロール２の表面に供給されることが好ましい。

この場合、基材１への水系塗料の均一塗布性が非常に優れたものとなる。

また、本発明では、基材１がプリント配線板であり、水系塗料がレジスト被膜形成用の水性レジストインクであることが好ましい。

本発明によれば、塗布ロール２に水系塗料が残留することによる水系塗料の粘度上昇が抑制されることから、ロールコートにより基材１の表面に水性溶媒を塗りむらなく均一に塗布することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明で使用される塗布装置（ロールコータ）の概略構成を示す。二つの塗布ロール２は、両者の間に基材１が通過可能な程度の僅かな間隔があくように並列に設置されている。水平方向に搬送される基材１がこの二つの塗布ロール２間を通過することで、基材１の両面に水性塗料が塗布されるようになっている。

この一対の塗布ロール２は、上端側が基材１の搬送方向と反対側へ突出すると共に塗布ロール２の下端側が基材１の搬送方向側へ突出するようにして、塗布ロール２の回転軸が基材１の搬送方向に沿って傾斜するように設けられている。この場合、塗布ロール２の表面で水系塗料が、自重によって基材１の搬送方向とは反対側に偏り、基材１が塗布ロール２間を通過する際に塗布ロール２の表面から基材１の表面へ供給される水系塗料の量が増大する。このため、基材１への水系塗料の塗布効率が向上し、基材１の搬送速度を速くして基材１に水系塗料を塗布するために要する時間を短縮することが可能となる。

尚、塗布ロール２の回転軸は、例えば基材１の搬送方向と直交する水平方向に沿って傾斜させるなど、適宜の向きに傾斜させても良い。また、塗布ロール２の回転軸が水平面に対して垂直に配置されていても良い。塗布ロール２の回転軸が傾斜している場合のその傾斜角度は、塗布ロール２の表面において水系塗料が円滑に下方に流下するように適宜設定されるが、好ましくはこの傾斜角度が水平面に対して４５°〜９０°の範囲となるようにする。

この塗布ロール２としては、基材１表面に塗料が均一に塗布されるためには、表面にゴムライニングが施されたものが使用されることが好ましい。また塗布ロール２の表面には塗料を保持するための、周方向に沿った方向の複数条の溝が、塗布ロール２の一端から他端に亘って形成されていることが好ましい。

この各塗布ロール２に近接してドクターブレード３がそれぞれ設けられている。このドクターブレード３により各塗布ロール２の表面で水系塗料が均されると共に余分な水系塗料が掻き取られる。

塗布ロール２及びドクターブレード３の下端の下方には、塗布ロール２及びドクターブレード３から流れ落ちた水系塗料を受け止めるための回収槽７が設けられている。

また、この塗布装置は、水系塗料を貯留する貯留槽４を備える。この貯留槽４からは各塗布ロール２の上部へ水系塗料を供給するための供給路５が導出されている。この供給路５は各塗布ロール２の上端付近で開口し、この供給路５から流出した水系塗料が各塗布ロール２の表面に供給されるようになっている。また、貯留槽４内の水系塗料を供給路５に流通させるための開閉弁６が設けられている。

また、回収槽７と貯留槽４は、回収槽７内の水系塗料を貯留槽４へ返送するための回収路８で接続されている。また、回収槽７内の水系塗料を回収路８に流通させるための駆動力を提供する駆動源としてポンプ９が設けられている。

このような塗布装置を用いて基材１の両面に水系塗料を塗布する方法を説明する。

基材１としては適宜の板材やシート材が挙げられるが、特にプリント配線板が挙げられる。

水系塗料としては適宜の塗料が使用される。例えば基材１がプリント配線板である場合には、水系塗料として水性のソルダーレジストインクが使用され得る。水性のソルダーレジストインクとしては、適宜の光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等の硬化性樹脂を含有するものが使用され得る。

水系塗料は溶媒として水のみを含有し、或いは溶媒の主成分が水である必要がある。溶媒が水以外の有機溶媒を含有する場合には、この溶媒中における有機溶媒の含有量は、１０質量％以下であることが好ましい。使用可能な有機溶媒としては、水に易溶性の溶媒だけでなく、水に難溶性或いは非溶性の有機溶媒が挙げられる。使用可能な有機溶媒の具体例としては、エタノール、プロパノール、２−プロパノール、ブタノール、２−ブタノール、ヘキサノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、トリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコール、グリセリン、１，２，４−ブタントリオール、１，２−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、ダイアセトンアルコール等の直鎖、分岐、２級或いは多価のアルコール類；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等のエチレングリコールアルキルエーテル類；ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等のポリエチレングリコールアルキルエーテル類；プロピレングリコールモノメチルエーテル等のプロピレングリコールアルキルエーテル類、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等のポリプロピレングリコールアルキルエーテル類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、グリセリンモノアセテート、グリセリンジアセテート等の酢酸エステル類；乳酸エチル、乳酸ブチル等の乳酸エステル類；アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジブチル等のアジピン酸エステル類；フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル等のフタルエステル類；ジエチレングリコールジエチルエーテル等のジアルキルグリコールエーテル類；メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン等のケトン類；トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；スワゾールシリーズ（丸善石油化学社製）、ソルベッソシリーズ（エクソン・ケミカル社製）等の石油系芳香族系混合溶媒；ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。これらの有機溶媒は一種単独で使用され、或いは二種以上が併用される。

水系塗料中の溶媒の含有量は、水系塗料の粘度がロールコートにより基材１に均一に塗布可能な程度となるように適宜調整される。特に水系塗料の粘度が１００〜１００００ｍＰａ・ｓの範囲となるように溶媒の含有量が調整されると、基材１への水系塗料の均一塗布性が非常に優れたものとなる。

水系塗料の基材１への塗布時には、まず塗布ロール２を回転させながら開閉弁６を開き、貯留槽４から供給路５を通じて塗布ロール２へ水系塗料を供給する。水系塗料は塗布ロール２の上部から塗布ロール２の表面に沿って下方へ流下しながらドクターブレード３で均されて、塗布ロール２の表面全体に供給される。

この状態で、基材１を水平方向に対して垂直に立てた状態で水平方向に搬送し、一対の塗布ロール２間を通過させる。これにより各塗布ロール２の表面の水系塗料が基材１の両面に転写されて塗布される。

また、基材１に塗布されずに塗布ロール２の下端まで流下した水系塗料は、塗布ロール２の下端から落下し、回収槽７で受け止められる。また、ドクターブレード３で掻き取られた水系塗料もこのドクターブレード３に沿って下方へ流下し、ドクターブレード３の下端から落下して回収槽７で受け止められる。回収槽７内の水系塗料はポンプ９によって回収路８を介して貯留槽４へ返送され、再び基材１への塗布に利用される。

このようにして基材１に水系塗料が塗布されると、塗布ロール２へ供給された水系塗料は基材１に塗布されなかった場合に、塗布ロール２に長時間残留することなく塗布ロール２から落下する。このため、塗布ロール２上の水系塗料からの溶媒の揮発による水系塗料の粘度上昇に起因して塗布むらが生じるようなことは抑制される。また塗布ロール２やドクターブレード３から落下した水系塗料は回収されて再利用されるため、資源の利用効率が高くなる。

また、このように水系塗料が回収される場合には、貯留槽４内の水系塗料の粘度を調整する処理が行われることが好ましい。水系塗料が塗布ロール２へ供給された後、回収されるまでの間に、この水系塗料から溶媒が僅かながら揮発し、回収された水系塗料の溶媒含有率は塗布ロール２への供給時と比べて僅かながら低下してしまうため、基材１への水系塗料の塗布が長時間連続して行われると貯留槽４内の水系塗料中の溶媒の含有率が徐々に低下し、粘度が上昇してしまう。これをそのまま放置しておくと、塗りむらが発生するおそれがある。これに対して、貯留槽４内の水系塗料の粘度が上昇した場合にこの水系塗料の粘度を調整する処理が行われると、塗布ロール２へ供給される水系塗料の粘度上昇が抑制され、長時間に亘って基材１への水系塗料の均一な塗布が可能となる。

貯留槽４内の水系塗料の粘度調整は適宜の手法で行われる。図１に示す例では、塗装装置内に貯留槽４内の水系塗料の粘度を測定する粘度計１０と、前記粘度計１０により測定される水系塗料の粘度が予め設定された上限値に達した場合に貯留槽４内へ溶媒を供給すると共に前記粘度が予め設定された下限値に達した場合に貯留槽４への溶媒の供給を停止する溶媒供給機構とが設けられている。溶媒供給機構は、溶媒を貯留する溶媒貯留槽１１、貯留槽４と溶媒貯留槽１１との間を接続する溶媒供給路１２、開閉弁１３、並びに粘度計１０による測定結果に基づいて駆動機構を制御するマイクロコンピュータ等で構成された制御部１４を備える。この場合、貯留槽４内の水系塗料の粘度が上限値に達したら、粘度計１０による測定結果に基づいて制御部１４の制御により開閉弁１３を開いて溶媒貯留槽１１から溶媒供給路１２を介して貯留槽４へ溶媒を供給する。また、貯留槽４内の水系塗料の粘度が下限値に達したら、粘度計１０による測定結果に基づいて制御部１４が開閉弁１３を閉じて溶媒貯留槽１１から貯留槽４への溶媒の供給を停止する。このため、貯留槽４内の水系塗料の粘度は長時間に亘って所定の範囲に保たれる。

また、貯留槽４へ水系塗料を補給するための補給機構を設け、この補給機構により、塗布ロール２へ供給される水性溶媒の粘度よりも低い粘度の水性溶媒が貯留槽４へ補給されるようにしても良い。補給機構は、例えば補給用の水系塗料が貯留される補給槽と、補給槽と貯留槽４との間を接続する補給路と、補給路の流通を開閉する開閉弁等を備える。補給槽は塗布装置に設けられていても良く、塗布装置の外部に設けられていても良い。この場合、基材１への水系塗料の塗布が行われることにより貯留槽４内の水系塗料の貯留量が低下したら、開閉弁が開くことで補給槽内の水系塗料が補給路を介して貯留槽４へ供給される。その後、開閉弁が閉じることで、水系塗料の供給が停止される。このようにして低粘度の水系塗料が貯留槽４へ補給されると、この低粘度の水系塗料と、貯留槽４内の高粘度化した水系塗料とが混合することで、貯留槽４内の水系塗料の粘度が低下し、この水系塗料の粘度が所定の範囲に維持される。水系塗料の補給量、補給周期、補給される水系塗料の粘度等は、経験則に基づき、貯留槽４内の水系塗料の粘度が所定の範囲に維持されるように適宜調整される。また、更に付加的な処理として、作業者が定期的に貯留槽４内の水系塗料の実際の粘度を測定し、その測定結果に基づいて作業者が貯留槽４内に溶媒又は高粘度の水系塗料を供給するなどして、貯留槽４内の水系塗料の粘度を調整するようにしても良い。

［実施例１］
図１に示す構成を有する塗布装置を用いて、基材１への水系塗料の塗布を行った。

この塗布装置における一対の塗布ロール２は、上端側が基材１の搬送方向と反対側へ突出すると共に下端側が基材１の搬送方向側へ突出するように傾斜し、その傾斜角度が水平面に対して６０°となるように設置した。

また、この塗布ロール２として、ゴムライニングが施されると共に溝加工が施されているものを使用した。この塗布ロール２の寸法は、ロール長：６７０ｍｍ、ロール径：８０ｍｍ、溝間ピッチ：０．４ｍｍ、溝深さ：０．２ｍｍである。

また、基材１として銅張積層板（厚み０．６ｍｍ、平面視寸法４００ｍｍ×３３０ｍｍ）を使用した。

また、水系塗料として、互応化学工業株式会社製のスクリーン製版用感光性乳剤（商品名「プラスプリント３９」）を用いた。この水系塗料には予め水を加えることで２５℃での粘度が１０００ｍＰａ・ｓとなるように調整した。この水系塗料の塗布ロール２への供給速度は１Ｌ／ｍｉｎとした。

また、基材１の搬送速度は１ｍ／分とし、また１分間あたり２枚の基材１が塗布ロール２間に供給されるように基材１を連続的に搬送した。

［比較例１］
塗布装置として水平方向の回転軸を有する一対の塗布ロールを供える横型ロールコータ（パイロット精工株式会社製「ＭＲＣ−４５０Ｃ」）を用いた。

塗布ロールとしては、ゴムライニングが施されると共に溝加工が施されているものを使用した。この塗布ロールの寸法は、ロール長：４９０ｍｍ、ロール径：９０ｍｍ、溝間ピッチ：０．４ｍｍ、溝深さ：０．２ｍｍである。

このような塗布装置を用いた以外は、実施例１と同一の条件で基材１への水系塗料の塗布を行った。

［評価］
実施例１及び比較例１において、基材１に対する水系塗料の塗布を連続的に行い、塗布開始時から１０分後、３０分後、１時間後、３時間後、１２時間後、及び２４時間後にそれぞれ基材１に塗布された水系塗料の塗膜の様子を観察した。そして、塗膜に塗布むらが認められない場合を○、塗膜に塗布むらが認められる場合を△、基材１上に塗膜が形成されない部分が生じた場合を×と評価した。その結果を表１に示す。

表１に示す通り、比較例１では塗布開始時から１時間後には基材１に塗膜が形成されない部分が生じたため、その後の塗布を中止した。この塗布試験終了時の、ドクターブレード上に残った水系塗料の粘度は表１に示す通り１８０００ｍＰａ・ｓであった。

一方、実施例１では塗布開始時から２４時間経過しても塗布むらは生じなかった。また、試験終了時に回収槽７に残った水系塗料の粘度は表１に示す通り５０００ｍＰａ・ｓであり、水系塗料の粘度上昇が抑制されていた。

本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。

符号の説明

１ 基材
２ 塗布ロール

Claims (6)

1. 基材が水平方向に対して垂直に立てた状態で水平方向に搬送され、一対の塗布ロールが、その上端側が基材の搬送方向と反対側へ突出すると共に下端側が基材の搬送方向側へ突出するようにして、塗布ロールの回転軸が基材の搬送方向に沿って傾斜するように水平面に対して傾斜して配置するように並列に配置された状態で、各塗布ロールの上部からその表面に水系塗料が供給されると共にこの一対の塗布ロール間を基材が通過することで、基材の表面に水系塗料が塗布されることを特徴とする水系塗料の塗布方法。
2. 塗布ロールの表面に供給された後、基材に塗布されなかった水系塗料が塗布ロールの下方で回収され、この水系塗料が再び塗布ロールの表面に供給されることを特徴とする請求項１に記載の水系塗料の塗布方法。
3. 塗布ロールの表面に供給される水系塗料の粘度調整が行われることを特徴とする請求項２に記載の水系塗料の塗布方法。
4. 水系塗料中の溶剤における有機溶剤含有量が１０質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水系塗料の塗布方法。
5. １００〜１００００ｍＰａ・ｓの範囲の粘度を有する水系塗料が塗布ロールの表面に供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水系塗料の塗布方法。
6. 基材がプリント配線板であり、水系塗料がレジスト被膜形成用の水性レジストインクであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の水系塗料の塗布方法。

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