JP2000354814A - 塗工装置 - Google Patents

塗工装置

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JP2000354814A
JP2000354814A JP16945499A JP16945499A JP2000354814A JP 2000354814 A JP2000354814 A JP 2000354814A JP 16945499 A JP16945499 A JP 16945499A JP 16945499 A JP16945499 A JP 16945499A JP 2000354814 A JP2000354814 A JP 2000354814A
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武明 津田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェブ振動などの外乱やウェブ自体の厚みム
ラ、表面粗度の影響を受けずに安定した塗工を行うこと
を可能にする。 【解決手段】 ダイヘッドのスリット幅ｔとスリットか
ら吐出される液膜の厚みＨが、β；塗工液の運動量補正
係数としたときに、 Ｈ＝ｔ／β（≧１） ・・・・・（ａ） の関係式で表され、なおかつ液膜の厚みＨが、ρ；密度
〔ｇ／ｃｍ3 〕、Ｖ；液膜の落下速度〔ｃｍ／ｓ〕、
σ；表面張力〔ｇ／ｓ2 〕、Ｓ；膜厚〔ｃｍ〕、Ｕ；ウ
ェブ速度〔ｃｍ／ｓ〕、μ；粘度〔ｇ／ｃｍ・ｓ〕であ
るときに、 ρＨＶ2 ＞２σ ・・・・・（ｂ） ０＜ρＳ2 Ｕ／μＨ＜２ ・・・・・（ｃ） の範囲にあるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、連続的に走行する
ウェブに対して塗工液を塗布するエクストルージョン型
のダイヘッドを使用した塗工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、エクストルージョン型のダイ
ヘッドを使用する塗工装置は、均一な薄膜塗工が可能で
あることから種々の分野で広く利用されている。従来の
エクストルージョン型のダイヘッドは、例えば図１に示
すように、スリット面１０を有する下流側リップ２と、
スリット面１２を有する上流側リップ３を備えており、
下流側リップ２のスリット面１０と上流側リップ３のス
リット面１２との間のスリット１１から塗工液２０が吐
出される。そしてこのダイヘッドを使用した塗工装置に
より塗工を行う場合、ダイヘッドの先端リップとウェブ
との間隔は、目標とする塗工膜厚の１．５〜２倍程度に
設定し、スリット１１を通して塗工液２０を連続的に走
行するウェブ２２に対して略垂直に吐出することによ
り、ウェブ上に塗工膜２１を直接形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のダイヘッドを使
用した塗工装置では、上述のように被塗工体であるウェ
ブに対してヘッド先端リップを膜厚の１．５〜２倍程度
に保つことにより塗工を行っている。この範囲を越えた
場合、例えばウェブと先端リップとの間隔が近すぎる場
合には、塗工液がリップ先端部に回り込むことによりス
トリーク等が発生し、またウェブ振動などによりヘッド
先端部とウェブとが接触し、塗工されない箇所が発生し
てしまう。また、ウェブと先端リップとの間隔が開き過
ぎている場合には、エアーの抱き込みが発生して一様な
塗工面が得られないといった問題が生じる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、ダイヘッドのリップ先端部とウェブ
との間の間隔を広げた状態で、しかも塗工液が途切れる
ことなく且つ安定して転移するような条件で塗工を行う
こととしている。そして、このような条件のダイヘッド
により塗工を行うことにより、ウェブ振動などの外乱や
ウェブ自体の厚みムラ、表面粗度の影響をうけることな
く塗工を行うことが可能となる。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明は、エクストルージョン型
のダイヘッドを使用し、連続的に走行するウェブに対し
て塗工液の塗布を行う塗工装置であって、ダイヘッドの
スリット幅ｔとスリットから吐出される液膜の厚みＨ
が、β；塗工液の運動量補正係数としたときに、 Ｈ＝ｔ／β（≧１） ・・・・・（ａ） の関係式で表され、なおかつ液膜の厚みＨが、ρ；密度
〔ｇ／ｃｍ3 〕、Ｖ；液膜の落下速度〔ｃｍ／ｓ〕、
σ；表面張力〔ｇ／ｓ2 〕、Ｓ；膜厚〔ｃｍ〕、Ｕ；ウ
ェブ速度〔ｃｍ／ｓ〕、μ；粘度〔ｇ／ｃｍ・ｓ〕であ
るときに、 ρＨＶ2 ＞２σ ・・・・・（ｂ） ０＜ρＳ2 Ｕ／μＨ＜２ ・・・・・（ｃ） の範囲にあるようにしたものである。
【０００６】これらの関係式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は
それぞれ以下のＡ）、Ｂ）、Ｃ）に基づいて導出され
る。
【０００７】Ａ）スリットの幅と液膜の厚さの関係 図２は幅ｔのスリットから塗工液が吐出され、厚さＨの
液膜が形成される様子を示す説明図である。スリット内
での塗工液の速度をＶ１、スリットから吐出された塗工
液が形成する液膜の速度をＶ２として連続の式を当ては
めると、 ｔＶ１＝ＨＶ２ ・・・・１） このときの運動量保存式は次の通りである。 βρＱＶ１＝ρＱＶ２ ・・・・２） β；運動量補正係数、Ｑ；単位幅流量 これら１）、２）より、 Ｈ＝ｔ／β ・・・・・（ａ） ここで、βは１以上の値で、ニュートン流体の場合は
１．２程度である。ちなみに非ニュートン流体の場合は
ほぼ１となる。
【０００８】Ｂ）完全成膜の条件 スリットから吐出されて流れる塗工液の表面張力以上に
運動量（力積）が大きければ液膜は破断しないため、力
の釣り合いにより次の条件が導出される。 ρＱＶ＝ρＨＶ2 ＞２σ ・・・・・（ｂ） σ；表面張力〔ｇ／ｓ2 〕、Ｖ；液膜の落下速度〔ｃｍ
／ｓ〕
【０００９】Ｃ）塗工膜が安定に形成される条件 上記Ａ）、Ｂ）で決定されるＨによってウェブ上に形成
される塗工膜の安定性の条件を以下に示す。
【００１０】図３はウェブの停止時における塗工液の流
れを示す説明図、図４は平衡状態を保った時の塗工液の
流れを示す説明図である。塗工膜を安定に形成するため
には、図３に示した左右に分割される運動量を速度Ｕで
ウェブを移動させることにより、図４に示したＸ方向の
みとなるようにせん断力を与えて平衡状態を保つように
する。このときの運動量Ｆ0 、Ｆ1 はそれぞれ次のよう
になる。 Ｆ0 ＝０．５ρＱＶ ・・・・３） Ｆ1 ＝ρＱＶ＝ρＨＶ2 ・・・・４） また図４におけるせん断力Ｆ2 は、剪断応力をτ、境界
長さをδとして、 Ｆ2 ＝τ・δ＝μｄｕ／ｄｙ・δ ・・・・５） 慣性力Ｆ3 は、 Ｆ3 ＝ρ・０．５（Ｓ＋Ｈ）・δ・ｄｕ／ｄｔ ・・・・６） このとき、 ｄｕ／ｄｙ＝０．５（Ｕ＋Ｖ）／０．５（Ｓ＋Ｈ） ・・・・７） 連続の式ＵＳ＝ＶＨにより、 ｄｕ／ｄｙ＝（Ｕ＋Ｖ）／Ｈ（Ｕ＋１）＝Ｕ／Ｈ ・・・・８） ４）式へ連続の式を代入すると、 ０．５ρＱＶ＝０．５ρＨＶ2 ＝０．５ρＨ（ＵＳ／Ｈ）2 ＝０．５ρＵ2 Ｓ2 ／Ｈ ・・・・９） ５）式と９）式が釣り合うことにより平衡状態となるた
め、 ０．５ρＵ2 Ｓ2 ／Ｈ＝μＵ／Ｈ・δ ・・・・１０） 整理すると、図４に示した平衡状態を保つ次の条件式が
得られる。 δ＝ρＳＵ2 ／２μ ・・・・１１）
【００１１】図５はエアー同伴直前の塗工液の流れを示
す説明図、図６は安定状態となった塗工液の流れを示す
説明図、図７はヒール発生時の塗工液の流れを示す説明
図である。境界長さδの領域を考えると、 δ＝ρＳ2 Ｕ／２μ ・・・・１２） ａＨ＝δより、 ａ＝ρＳ2 Ｕ／２μＨ ・・・・１３） エアー同伴やヒール発生を生じさせずに安定した塗工膜
を形成する条件は０＜ａ＜１であるので、１３）式に当
てはめると、 ０＜ρＳ2 Ｕ／２μＨ＜１ ・・・・１４） 従って、 ０＜ρＳ2 Ｕ／μＨ＜２ ・・・・・（ｃ）
【００１２】
【実施例】表１に示す８つの条件（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．
８）で塗工を行った。すなわち、密度ρ〔ｇ／ｃ
ｍ3 〕、粘度μ〔ｇ／ｃｍ・ｓ〕の塗工液を使用し、そ
の塗工液をスリット幅ｔ〔ｃｍ〕のダイヘッドから吐出
しつつ、速度Ｕ〔ｃｍ／ｓ〕で連続的に搬送されるウェ
ブに対して膜厚Ｓ〔ｃｍ〕で塗工した。そして、これら
の数値を前記の関係式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に当ては
め、ρＳ2 Ｕ／μＨを計算した。その計算結果も併せて
表１に示す。０＜ρＳ2 Ｕ／μＨ＜２になっているＮ
ｏ．２、３、５〜７については安定塗工が行えたが、そ
れ以外の例では塗工が不安定であった。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の塗工装置
によれば、完全成膜されるということにより式（ｂ）を
満たし、また塗工液の物性値に基づいて塗工条件を式
（ａ）を満たすように設定することにより、ウェブとダ
イヘッド先端との距離を塗工膜厚に対して１０〜１００
倍程度離すことが可能となり、ウェブ振動などの外乱や
ウェブ自体の厚みムラ、表面粗度の影響を受けずに安定
した塗工を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】エクストルージョン型のダイヘッドの一例を示
す概略図である。
【図２】幅ｔのスリットから塗工液が吐出され、厚さＨ
の液膜が形成される様子を示す説明図である。
【図３】ウェブの停止時における塗工液の流れを示す説
明図である。
【図４】平衡状態を保った時の塗工液の流れを示す説明
図である。
【図５】エアー同伴直前の塗工液の流れを示す説明図で
ある。
【図６】安定状態となった塗工液の流れを示す説明図で
ある。
【図７】ヒール発生時の塗工液の流れを示す説明図であ
る。
【符号の説明】
２ 下流側リップ ３ 上流側リップ １０ スリット面 １１ スリット １２ スリット面 ２０ 塗工液 ２１ 塗工膜 ２２ ウェブ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エクストルージョン型のダイヘッドを使
    用し、連続的に走行するウェブに対して塗工液の塗布を
    行う塗工装置であって、ダイヘッドのスリット幅ｔとス
    リットから吐出される液膜の厚みＨが、β；塗工液の運
    動量補正係数としたときに、 Ｈ＝ｔ／β（≧１） ・・・・・（ａ） の関係式で表され、なおかつ液膜の厚みＨが、ρ；密度
    〔ｇ／ｃｍ3 〕、Ｖ；液膜の落下速度〔ｃｍ／ｓ〕、
    σ；表面張力〔ｇ／ｓ2 〕、Ｓ；膜厚〔ｃｍ〕、Ｕ；ウ
    ェブ速度〔ｃｍ／ｓ〕、μ；粘度〔ｇ／ｃｍ・ｓ〕であ
    るときに、 ρＨＶ2 ＞２σ ・・・・・（ｂ） ０＜ρＳ2 Ｕ／μＨ＜２ ・・・・・（ｃ） の範囲にあることを特徴とする塗工装置。
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US7785654B2 (en) 2001-03-16 2010-08-31 Kao Corporation Method of producing cosmetics-impregnated sheet

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