JPS63264165A - 薄膜塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、物体の表面に薄膜を形成する薄膜塗布装置に
関する。

〔従来の技術〕

近年、磁気記録媒体の表面保護膜、電子写真用感光体の
感光層、プリント基板へのフラッグス塗布膜やＩＣ基板
へのレジスト塗布膜などミクロンオーダーあるいはそれ
以下の膜厚の薄膜で、かつ、所定の機能を有する膜が必
要となる技術分野が増大してきている。

このような膜はその機能が均一であることが要求される
が、薄膜であるためにわずかな膜厚の差が機能の大幅な
ばらつきを引き起こすことになるので、厚みのばらつき
のできるだけ少ない均一な膜厚の膜が望まれる。そのた
め、従来のはけ塗りやスプレーガン塗装などの塗膜形成
法は適用できず、より均一な膜厚の塗膜を得ることの可
能なスピンコード法やディッピング法が用いられる。し
かしながらスピンコード法は高速回転の駆動系を必要と
し、塗膜を形成すべき物体の表面の面積が広い場合とか
、表面の形状が複雑な場合には塗布が困難あるいは不可
能となるので、ディッピング法が広く用いられてきた。

ディッピング法は、機能性の材料を有機溶媒中に溶解あ
るいは分散させ、場合によってはさらに粘着剤、可塑剤
などを加えて塗布液として塗布液槽に充填し、この嫁布
液中に被塗布物体を浸漬せしめ、ついで被塗布物体を引
き上げて乾燥させ塗膜を形成する方法で、簡便であり、
しかも塗布液の粘度、被塗布物体の塗布液からの引き上
げ速度を調節することにより比較的簡単に薄膜を得るこ
とができる。しかし、このディッピングによる塗布方法
は、はけ塗りやスプレーガンによる方法と異なり、まず
塗膜形成面上に所望の塗布液量よりも余分に塗布してお
いて、その後重力により規定の塗布液量にまで減少させ
る過剰アプリケーション系（後計量系）の塗布方法であ
る−ため、規定の塗布液量以上の塗布液を必要とする。

この余分の塗布液量は塗布面積に比例して増大し、塗布
面積が大きくなると大量の余分の塗布液を塗布液槽に充
填してふくことが必要であった。また、有機溶媒として
、例えばテトラヒドロフラン、ベンゼン。

トルエン、メチルエチルケトン、１．２’、；クロルエ
タンなどの比較的沸点が低いものを用いた場合、溶媒の
蒸発により塗布液の粘度が変化し塗膜の膜厚が変わって
くるので、あるいは分散系塗布液においてはさらに均一
な分散塗布膜が得られないことにもなるので、塗布液の
充分な管理が必要となる。また塗布中の溶媒蒸発により
、塗布液に浸漬後引き上げる際、被塗布物体の下部の方
になる程塗膜が厚くなるが、このような上下の膜厚の不
均一を補正するために支持体の上下を逆にして２度塗布
することが必要となることもしばしばおきている。

ディッピング法の場合、得られる塗膜の厚さは被塗布物
体を塗布液から引き上げる際の、塗布液面に対する塗膜
形成面の相対速度に依存し、その速度が遅い程塗膜は薄
くなる。特に被塗布物体の体積に比べて塗布液量がそれ
ほど多くない場合は、塗布液中に浸漬される部分の体積
が異なる被塗布物体を比べると、これらの被塗布物体を
同一速度で引き上げても、それぞれ塗膜形成面の液面に
対する速度は当然ながら一定とはならないので、同じ膜
厚の塗膜は得られないことになる。このような場合、均
一な膜厚の塗膜を得るためには被塗布物体の引き上げら
れる部分の体積に応じて引き上げ速度を制御する、ある
いは被塗布物体の引き上げによる液面の低下速度が変化
しないように補う塗布液補充機構を設けることが必要で
ある。塗布液量を被塗布物体の浸漬される部分の体積分
より非常に多くして液面変動を少なくし、その影響を防
ぐことは簡便で有効な方法であるが、必要以上に多量の
塗布液を要し、特に被塗布物体が大きい場合には実用的
でない。

また薄膜を得ようとして被塗布物体の引き上げ速度を遅
くしても、被塗布物体の塗布液に浸漬された部分の体積
が塗布液量に比べて大きい場合には、引き上げ時の塗布
液面の下降変動が大きくなり塗膜形成面の塗布液面に対
する相対速度は速くなり所期の膜厚の薄膜は得られなく
なる。所要の厚さの薄膜を得るためには、塗布液量をさ
らに多くするか引き上げ速度をさらに遅くする必要があ
る。塗布液量を余分に多くすることは好ましくなく、ま
た、引き上げ速度を遅くすると定速を・保つことが難し
くなり、かつ、塗布に長時間を要して環境からの影響を
受けるおそれも多くなり、膜厚のばらつきが生じやすく
なる。

本発明者等は、これらの問題点を解消するために、被塗
布物体の塗膜形成面を鉛直状態にできる場合には、この
鉛直な塗膜形成面に対して塗布液を貯留し得る間隔を介
して対向する平行面を有する塗布治具を備え、かつ、塗
膜形成面と塗布治具とを鉛直方向に相対的に移動させる
機構を設けた塗布装置が有効であることを提案したく特
願昭６０−１７４９３０”）。このような塗布装置を用
い、ディッピング法における塗布液槽のかわりに塗膜形
成面とこれに対向する塗布治具の平行面との空隙を塗布
液貯留部として利用し、この空隙に塗布液を貯留させて
おいて、塗膜形成面と塗布治具とを鉛直方向に相対的に
移動させ塗膜形成面上に上から下へ塗膜を形成する。か
かる貯留部を利用することにより、使用する塗布液量を
ディッピング法に比べて大幅に低減でき、しかもより均
一な膜厚の薄膜を形成することが可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述の装置の塗布液貯留部は上部。

下部が開放されている空隙であり、塗布液は塗膜形成面
、塗布治具の平行面それぞれの面と塗布液との間の剪断
力および塗布液の表面張力により下部より流失すること
なく貯留部内に留まるようにするものであり、塗布液の
粘度が大きい方が貯留しやすい。一方、塗膜の膜厚を薄
くするためには塗布液の粘度が小さい方が好ましいが、
粘゛度が小さくなると塗布液は貯留部の下部より流出し
やすくなり、塗膜に液だれなどの外観不良が発生する不
都合があった。

本発明は上述の欠点を除去して、塗布液の粘度が小さい
場合でも外観良好な均一な膜厚の薄膜を被塗布物体の鉛
直な塗膜形成面上に形成することが可能で、かつ、塗布
工程が簡略化できる薄膜塗布装置を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によれば、被塗布物
体の鉛直な塗膜形成面に塗布液を塗布して薄膜を形成す
る薄膜塗布装置で、前記塗膜形成面に対して塗布液を貯
留する間隔を介して対向する平行面を有する塗布治具を
備え、該塗布治具と前記塗膜形成面とを鉛直方向に相対
移動させる機構を有するものにおいて、前記塗布治具の
平行面の下方部に液逃げ部が設けられている構成とする
。

〔作用〕

このように、鉛直な塗膜形成面と対向して塗布液貯留部
を形成する平行面の下方部に液逃げ部を設け、塗膜形成
時に貯留部下部の開口部より下方に流出しよ、うとする
塗布液を、毛細管現象および表面張力を利用してこの液
逃げ部に導くことにより、塗布液の流出を防止し、液だ
れによる塗膜の外観不良の発生を無くすことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すもので、例えば電子写
真用感光ドラムのように円筒状の基体表面に薄膜を塗布
する装置の概念的断面図であって、円筒状の基体１をリ
ング状の塗布治具３が取り巻いている。塗布治具３は、
基体外表面を鉛直に位置させてなる塗膜形成面２と所要
の一定間隔Ａだけ離れて対向している平行面４を有する
リング状ポリマ一部材１例えばリング状テフロン部材７
と、それを装着されたリング状金属部材９例えばリング
状ステンレス鋼部材６と、これら部材６．７の下面に取
り付けられたリング状ポリマ一部材１例えばリング状テ
フロン部材１５とからなる。部材１５のリング内側面は
平行面４と同じ平行面を形成しており、また、部材１５
の部材６，７に対向する面はリングの内側面に達するリ
ング状の微小段差が設けられており、その段差は部材６
．７との間で微小スリットを形成しており、かつ、その
スリットは平行面４の下端部で塗膜形成面４に対して開
口しており、スリット状の液逃げ部１６を形成している
。塗布治具３の上端部は塗布液供給装置１０より供給さ
れて（る塗布液９を受容し易い構造の受容部８となって
おり、受容部８に供給された塗布液９は、幅Ａ、高さＢ
のリング状の空隙である塗布液貯留部５に流入する。第
１図には示さなかったがこの塗布装置は基体ｌを塗布治
具３との同心軸に沿って第１図の矢印に示す鉛直方向に
引き上げる機構、あるいは塗布治具３を矢印と反対方向
に下降させる機構を備えさせることにより基体上塗膜形
成面２に塗膜を形成できる。

塗布液９を上部、下部が開放されている空隙である塗布
液貯留部５内に貯留するためには、塗布治具３の平行面
４と塗布液９との間および塗膜形成面２と塗布液９とめ
間の剪断力を大きくし、かつ塗布液９の表面張力を利用
して空隙の下部より塗布液９が流失しないようにしなけ
ればならず、塗布液の特性に応じて空隙の幅Ａおよび高
さＢの値を適切に選ぶことが必要である。一般的に使用
される塗布液の場合、この空隙の幅Ａは０．１ｍ＋ａ以
上５ｃｌｌ以下、高さＢは５ｆｆ１１１以上１０ｃＩ以
下であることが望ましい。

塗膜の厚さは基体１と塗布治具３との相対的な移動速度
および塗布液の粘度により決まる。薄膜を得るためには
この移動速度を遅くするか塗布液の粘度を小さくするこ
とが必要である。移動速度を遅くすると定速を保つこと
が難しく、また、成膜時間が長くなるのであまり遅くす
ることは実用的でなく、しかも環境より影響を受ける機
会も多くなり、膜厚のばらつきが生じるおそれが大きく
なるので好ましくない。塗布液の粘度を小さくすると塗
布液貯留部５の下の開口部より塗布液が流失しやすくな
る。このような流失を防ぐために塗布治具に液逃げ部１
６を設ける。このような液逃げ部１６に毛細管現象およ
び表面張力を利用して、空隙の下部より流出しようとす
る塗布液を導くことにより、塗布液貯留部の下の開口部
からの流出を防止することができる。

このような液逃げ部を有する塗布治具の構造として、第
２図（ａ）〜（イ）に示した構造が特に良好な結果を得
る。

第２図（ａ）は第１図にも図示したように段差を有する
リング状の部材１５を部材６．７の下面に取り付け、ス
リット状の液逃げ部１６を形成した構造から成っている
。この段差、すなわちスリット間隔は特に限定する必要
はなく、毛細管現象が利用できる間隔であれば良く、塗
布液によって適切に選ぶことができる。

第２図（ハ）、　（Ｃ）、　（ｄ）は、特に部材１５を
用いることな（、第１図の平行面４の下方部にスリット
を形成し液逃げ部としたもので第２図（ハ）は角ばった
スリット、第２図（Ｃ）は丸味を帯びたスリット、第２
図（ｄ）はネジ構造のスリットで、いずれもスリットの
下方にも平行面が確保された構造と成っている。

スリットの数は平行面に加工できる数で決まり、−個以
上のスリットが形成されていれば良い。また、スリット
の幅、深さなどは特に限定する必要はなく、塗布液によ
って適切に選ぶことができる。

塗布治具の部材としては、基体または塗布治具を塗膜形
成のために移動させるとき機械の振動などにより基体の
塗膜形成面と塗布治具との接触により打痕やひっかきに
よる傷がつくことがあるので、柔軟な撥水性のポリマ一
部材を用いることが望ましい。この撥水性の点ではポリ
マーとしてテフロンに代表される含ふっ素ポリマーを用
いることが望ましい。

部材７．１５として金属材料にポリマーコーティングを
施したものを用いてもよく、その場合にはポリマーの使
用量が低減でき塗布治具が安価になる。部材６と部材７
と、また、さらに部材１５とを着脱可能な構造とするこ
とにより、塗布終了時あるいは塗布毎の治具の掃除が簡
単になる。しかも、円筒状基体の外径が変わっても、厚
みの異なる部材７を、また、さらにリング内径の異なる
部材１５を準備しておけば、塗布治具全体をかえること
なく部材７の、また、さらに部材１５の交換である程度
対応できるという利点も生じてくる。

しかし部材７、また、部材１５をポリマーにすることは
必ずしも必要なことではなく、金属、例えばステンレス
鋼にしてもよく、特に幅Ａを広くできるときには金属を
用いて何ら支障なく、平行面４の表面を滑らかに加工し
やすいとか、場合によっては部材６と部材７とを一体化
して塗布治具の構造を簡単にするなどの利点もある。

塗布液供給袋！１０は塗布液の貯蔵槽１１．塗布液を塗
布液貯留部５へ供給するための供給管１２．塗布液の供
給量を制御するためのバルブ１３．　Ｆ蔵されている塗
布液９の粘度の変化を防ぐための気密蓋１４で構成され
ている。このような塗布液供給装置ｌＯは必ずしも必要
ではないが、本発明においては塗布液貯留部５の容積が
小さく貯留されている塗布液量が少ないため、塗布作業
中塗膜形成面に塗布されて減少してい（塗布液貯留部５
の塗布液を、頻繁に補給しなければならないので、この
ような塗布液供給装置１０を設けることが望ましい。さ
らに塗布液貯留部５は上下面が全面大気に開放されてい
るので、そこにある塗布液からは溶媒が蒸発しやすく液
の粘度が変化するが、貯蔵槽１１内の塗布液は一定粘度
に保たれており、そこから消費される分だけ常時塗布液
を補給するようにすると、塗布時点での塗布液の粘度の
変化をなくすことになり非常に有効である。このような
観点から塗布治具３の上端部の受容部８の容積はなるべ
く小さい方が好ましく、できれば設けない方がよい。ま
た第１図では塗布液供給装置１０は一組示しであるが、
塗布装置が複雑になるものの、複数組設けると前述のよ
うな塗布液の粘度変化を防ぐ点ではさらに好適である。

以下、具体的な実施例について説明する。

実施例１ まず、α型無金属フタロシアニンを出発原料とし、二つ
のリニアモーターを対向して配置した間にα型無金属フ
タロシアニンと作用小片としてテフロンピースを内蔵し
た非磁性目体をおいて粉砕する　Ｌ　　Ｉ　　Ｍ　Ｍ　
Ａ　　Ｃ（Ｌｉｎｅａｒ　　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｍ
ｏｔｏｒ　　Ｍｉｘ−ｉｎｇ　ａｎｄ　Ｃｒａｓｈｉｎ
ｇ　：富士電機製）処理を２０分間行い微粉末化した。

この微粉末化された試料１重量部とＤＭＦ　（Ｎ、Ｎ−
ジメチルホルムアミド）溶剤５０重量部とを超音波分散
処理を行った。その後、試料とＤＭＦとを分離濾過して
乾燥して無金属フタロシアニンの処理を行った。

この無金属フタロシアニン５０重量部をポリエステル樹
脂（商品名バイロン２００：東洋紡製）　１００重量部
とテトラヒドロフラン（Ｔ）ＩＰ）溶剤とともに混練し
て塗布液を作製した。

上記塗布液を外径６０止、長さ３２０ｍｍのアルミ円筒
状基体の外表面に第１図の塗布装置を用い、塗布液貯留
部の寸法へを０．３ｍｍ、　Ｂを４０＋ｎｍとし、円筒
状基体を２０ｍｍ／秒の速度で引き上げながら塗布した
ところ、全長３２０關にわたり０．５μｍ±２０％の均
一膜で液だれなどのない外観のきれいな塗布膜が得られ
た。

実施例２ 実施例１の塗布治具を第２図（ハ）に示すものに変更し
た以外は実施例１に準じて塗布した。なお、塗布治具第
２図（ハ）のスリット数は１〜４の範囲で変化した。い
ずれも外観のきれいな塗布膜が得られた。

実施例３ 実施例１，２で塗膜を形成した円筒状基体の外表面それ
ぞれに、さらに、　■−フー二ルー３＝（Ｐ−ジエチル
アミノスチリル）−５−（Ｐ−ジエチルアミノフェニル
）−２−ピラゾリン（ＡＳＰＰ：亜南香料製）１０重量
部とポリメチルメタアクリレート樹脂（ＰＭＭＡ　：東
京化成製）１０重量部をＴＨＦ　（テトラヒドロフラン
）溶剤１５０５０重量部溶かして塗布液とし、この塗布
液を第１図の塗布装置を用いて、Ａを０．５ｍｍ、　　
Ｂを３０ｍ書とし、円筒状基体を５＋ｎｍ／秒の速度で
引き上げながら塗布したところ、全長３２０ｍｍにわた
り１５μｍ±０．５μｍの均一膜厚の塗布膜が得られた
。

このようにして作製されたものを電子写真用感光体とし
て用いたところ、実用的に充分使用できるものが得られ
た。

比較例１ 実施例１の塗布治具（第１図）のテフロン部材７の代わ
りにアルミニウム部材を用い、実施例１に準じて塗布を
行ったところ、塗布液が流出し、液だれのある外観不良
膜しか得られなかった。

実施例４ 顔料（東洋インキ製Ｌｉｏｎｏｌ　Ｂｌｕｅ　ＳＭ）　
１０重量部とネガタイプフォトポリマー（東京応化製Ｔ
ＰＲＩＯり　５０重量部とを混合し塗布液とした。

この塗布液を第１図の塗布装置で塗布治具を第２図（ａ
）から第２図（Ｃ）に替えたものを用いて、外径６０ｍ
ｍ、長さ６０關のアルミニウム円筒状基体の外表面に塗
布した。塗布治具のスリット数は１〜゛３の範囲で変化
した。第１図の塗布装置で塗布液貯留部の寸法Ａを０．
３ｍ＋ａ、　　Ｂを４０ｍｍとし、基体を３ＩｎＩＩ／
秒の速度で引き上げながら塗布したところ、いずれも軸
方向全長にわたり２μｍ±２０％の均一膜厚の塗布膜が
得られた。

実施例５ 、実施例４で塗膜を形成した円筒状基体の外表面に、さ
らに珪酸テトラエチル５０重１ａｌＳを酢酸エチル１０
０重量部に溶解した塗布液を、第１図の塗布装置で塗布
治具を第２図（ａ）から第２図（ｄ）に替えたものを用
いて塗布した。なお塗布治具のネジ部は山数３．上・下
の平行面の長さは５ＩＩＩＩ１１とした。塗布膜は０．
５μｍ±２０％の透明できれいな外観であった。

このようにして塗膜の形成された基体を用いて、印刷用
の版下を作製したところ、良好な版下を得ることができ
た。

比較例２ 実施例３および実施例５の塗布液を用いて、第１図の塗
布装置で部材１５を取りはずし液逃°げ部１６を無くし
て塗布したところ、膜厚の厚い実施例３の塗布液は均一
に塗れるが、膜厚の薄い実施例５の塗布液では塗布液が
流出し液だれを生じて均一膜は得られなかった。

実施例６ 第３図は本発明の他の実施例を示す断面図であって、円
筒状基体の内壁面を塗膜形成面とする場合の例を概念的
に示す。第１図と対応する部分にはそれぞれ同符号を付
しである。

第２図（ａ）の塗布治具に対応する内壁用塗布治具を用
いて、内径８０ｍａ＋の円筒型ガラス管内壁に太陽光選
択吸収膜を０．５μｍの厚さの薄膜とすることができた
。

比較例３ 実施例６の塗布治具から部材１５を取りはずして液逃げ
部１６を無くした治具に変更した以外は実施例６に準じ
て塗布した。膜厚が１μｍ以上の場合は均一に塗布でき
るが、１μｍ以下では液もれなどを生じてきれいな塗膜
は得られなかった。

以上の実施例においては基体の塗膜形成面の形状は円筒
状であるが円筒状にかぎられることはなく、平面でも曲
面でも鉛直な面であれば本発明は有効である。すなわち
、塗膜形成面の水平断面の形状が複雑な凹凸や曲面であ
っても、塗膜形成面が鉛直であれば本発明による塗布が
可能であることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のディッピング法に右ける塗布液
槽のかわりに被塗布物体の塗膜形成面とこれと対向する
塗布治具の平行面との間の空隙を塗布液貯留部として利
用し、この空隙に塗布液を貯留させておいて、被塗布物
体と塗布治具とを鉛直方向に相対的に移動させ塗膜形成
面上に塗膜を形成する。このとき、塗布液は空隙の下開
口部より流出しようとし、特に塗布液粘度の小さいとき
は流出しやすくなるが、上記塗布治具の平行面に液逃げ
部を設けることにより、下部より流出しようとする塗布
液を毛細管現象などを利用して液逃げ部に導き、液の流
出を防止することができる。

また、ディッピング法では被塗布物体を塗布液槽に浸漬
しついで引き上げるという二方向の二工程を要したが、
本発明においては一方向に移動させるという一工程です
むことになり塗布工程が簡略化されるという利点もでて
くる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概念的断面図、第２図
（ａ）、（ハ）、　（Ｃ）、　（ｄ）は本発明の塗布治
具の４種の異なる実施例の構造をそれぞれ示す概念的断
面図、第３図は本発明の他の実施例を示す概念的断面図
である。 １　被塗布物体、２−・塗膜形成面、３・・・・塗布治
具、４−平行面、５−・塗布液貯留部、１０　　塗布液
１０と４き７１テシｌ【イナ（ｌＩ＋装ｆ１１第１図 君２図 第　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被塗布物体の鉛直な塗膜形成面に塗布液を塗布して
   薄膜を形成する薄膜塗布装置で、前記塗膜形成面に対し
   て塗布液を貯留する間隔を介して対向する平行面を有す
   る塗布治具を備え、該塗布治具と前記塗膜形成面とを鉛
   直方向に相対移動させる機構を有するものにおいて、前
   記塗布治具の平行面の下方部に液逃げ部が設けられてい
   ることを特徴とする薄膜塗布装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の塗布装置において、塗
   布液供給装置を有することを特徴とする薄膜塗布装置。 ３）特許請求の範囲第１項記載の塗布装置において、塗
   膜形成面に対向する塗布治具の液逃げ部を有する平行面
   を形成する材料がポリマーであることを特徴とする薄膜
   塗布装置。