JP2004249186A

JP2004249186A - 塗布方法およびコーティングフィルムの製造方法

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Publication number: JP2004249186A
Application number: JP2003040705A
Authority: JP
Inventors: Yusaku Nakagawa; 雄策中川; Hiroshi Nagai; 啓史長井; Ryoji Furuno; 良治古野
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】グラビアロール方式の塗布方法において、ウェブ表面に傷をつけることなくコーティングすることができる塗布方法を提供する。
【解決手段】走行するウェブ表面に回転するロールを用いて塗液を塗布する塗布方法であって、前記ロールは表面に凹凸を有し、凸部上面において高さが０．２μｍを超える突起の数が計測範囲において１０以下であることを特徴とする塗布方法。
ここで、凸部上面における突起の数の計測範囲は、回転方向は３０°おきとし、軸方向は全長を１０等分する点のうち両端を除く９点にて０．２５ｍｍずつとする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続して走行するウェブ表面に塗液を塗布する塗布方法に関するものであり、特にウェブと近接しながら回転するグラビアロールなどを用いて塗布する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂フィルム等のウェブ表面に塗液を塗布し、易接着性、易滑性、表面硬化等の機能を与えるコーティングが一般的に行われている。近年では、コストダウンの要求から、高速で薄膜を塗布できる方法が求められている。
【０００３】
かかる塗布方法としてグラビアロール方式の塗布方法が一般に知られている。この方法は、表面に微細な凹凸を有するグラビアロールを用いて塗液を計量し、ウェブ表面に塗布する方法であり、高速で塗布することができる。また、装置の構成要素が少ないため、設備コストが低く、取り扱いも簡便であり、幅広い分野で使用されている。
【０００４】
しかし、通常のグラビアロール表面には、塗液の計量のために微細な凹凸があり、ウェブに接触させて塗布すると、ウェブ表面に傷をつけてしまう。特に、磁気記録用途や光学用途等の樹脂フィルムにおいては、傷はその品位を著しく劣化させるため、１ｍｍ以下の僅かな傷も致命的となり得る。
【０００５】
これを防ぐために、図９のように、バックアップロール９を用いてウェブとグラビアロールが接触しないように間隙を設けて塗布する方法が知られている（非特許文献１参照。）。しかしながらこの方法の場合、所望の塗布厚みを維持し、かつ欠点なく塗布するためには、ウェブとロールの間隙は数十μｍ以下に設定する必要があり、ウェブとロールの間隙はロールの設置精度に大きく左右されるため、これらの精度を向上させなければならず、設備コストが著しく増加する。また、連続製膜されている樹脂フィルム等のウェブにインラインで塗布する場合、ウェブには数％〜十数％の厚みむらが存在することが一般的である。上記のようなバックアップロールを用いた方法では、ウェブの厚みむらによってウェブとロールの間隙が変化するため、均一に塗布することは困難である等の欠点があった。
【０００６】
一方、図１のように、バックアップロールを用いずに、グラビアロールをウェブに近接させて塗布する方式（キス方式）（特許文献２参照。）では、設備精度の影響を受けにくいという利点があるが、ロールとウェブが接触してウェブ表面に傷をつけてしまうことが多い。この方式においては、ロールとウェブの間隙は液圧とウェブ張力のバランスによって決まるため、特に高張力、低速、低粘度といった条件の場合、傷が発生しやすい。従って、従来この方式は、限られた条件や用途（多少傷がついてもよい製品）に適用されることが多く、また、ハード面からの傷対策検討の例も多くなかった。ハード面からの対策の１つに、塗液の乾燥・固化による塗布筋を防止し、かつウェブに傷をつけない方法として、リバースロール方式での表面粗さを０．８μｍ≦Ｒｍａｘ≦２０μｍに規定しているものがある（特許文献１参照。）。しかしこの条件では、上述したような１ｍｍ以下の僅かな傷を完全に防止することは困難であり、不十分であった。
【０００７】
このような理由により、前述した利点にもかかわらず、特に磁気記録用途や光学用途等の傷に対してシビアなウェブのコーティングに、グラビアロール方式の塗布方法を適用することは非常に困難であった。
【０００８】
一般に、グラビアロール表面の凸部上面とウェブの間には、数百ｎｍ〜数μｍ程度の厚みの塗液が介在する。この塗液の膜をビードと呼び、その厚みをビード厚みと呼ぶ。このような塗布方法においては、ビードによってグラビアロール表面の凸部上面とウェブが隔てられて、両者の接触によりウェブ表面に傷が付くことは防がれるはずである。しかしながら、実際には、前記のようにウェブ表面に傷が付くという問題が生じていた。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−８９９号公報
【００１０】
【特許文献２】
実公平２−７６６３号公報
【００１１】
【非特許文献１】
原崎勇次，「わかりやすいコーティング技術」，理工出版社，１９８９年３月２０日，ｐ．１８０−１８１
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、グラビアロール方式の塗布方法において、ウェブに傷をつけることなくコーティングすることができる塗布方法を提供することである。
【００１３】
本発明者らは、種々のグラビアロールについて、塗布条件（塗液粘度、ウェブ厚み、ウェブ張力、ウェブ速度など）を変えて塗布し、ビード厚みの測定およびウェブ表面の傷を評価し、本発明に至った。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、走行するウェブ表面に回転するロールを用いて塗液を塗布する塗布方法であって、前記ロールは表面に凹凸を有し、凸部上面において高さが０．２μｍを超える突起の数が計測範囲において１０以下であることを特徴とする塗布方法である。
ここで、凸部上面における突起の数の計測範囲は、回転方向は３０°おきとし、軸方向は全長を１０等分する点のうち両端を除く９点にて０．２５ｍｍずつとする。
【００１５】
また本発明は、熱可塑性樹脂を押出機によりダイからシート状に吐出し、延伸し、巻き取るフィルムの製造方法であって、上記の塗布方法を用いてフィルムに塗液を塗布する工程を含むことを特徴とするコーティングフィルムの製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
本発明に用いるグラビアロール方式の一例であるキス方式を図１に示す。塗液供給手段２から吐出された塗液３はグラビアロール４に過剰に塗布され、ドクターブレード５により掻き取られ、計量される。計量された塗液３ａは、グラビアロール４によりウェブ１に塗布され所定の塗膜３ｂとなる。
【００１８】
塗液の粘度としては、塗布性から１〜１０００ｍＰａ・ｓが好ましく、より好ましくは５〜１００ｍＰａ・ｓである。
【００１９】
ウェブ１としては例えば、熱可塑性樹脂フィルム、紙、皮革、不織布、編織物、金属帯などがある。ウェブの厚みは搬送・塗布性から５〜２０００μｍが好ましく、より好ましくは１０〜１０００μｍである。ウェブの張力は、搬送・塗布性から１００〜１００００Ｎ／ｍが好ましく、より好ましくは５００〜３０００Ｎ／ｍである。ウェブの張力は、例えば、ダンサーロールや、張力計からの信号をもとに搬送ロールをサーボモーターで駆動するシステムなどにより制御することができる。また、ウェブの速度は５〜１０００ｍ／分に好ましく適用でき、より好ましくは１０〜３００ｍ／分である。
【００２０】
グラビアロール４は、ウェブ１と近接しながら回転する。好ましくは、相対的に回転する。「相対的に」とは、グラビアロール自体も回転するが、塗布面にグラビアパターン（すなわち凹凸部の跡）を残さないように、ウェブの走行速度と一致させないという意味である。回転方向は順方向、逆方向のどちらでも選べるが、塗膜の均一性の点から逆方向が好ましい。６はガイドロールである。
【００２１】
図２は、グラビアロールの表面を軸に直角な方向に切断した部分断面図の一例である。グラビアロールの表面には、溝あるいは穴によって凹凸が形成されている。図２において、７はグラビアロール表面の凹凸の凸部を示しており、８は凸部上面である。また、ａはグラビアロールの回転方向である。
【００２２】
本発明においては、グラビアロール表面の凸部上面８では、高さが０．２μｍを超える突起の数が測定範囲において１０以下であることが重要である。ここで、凸部上面における突起の数の計測範囲は、回転方向は無作為に選ばれる点を起点として３０°おきとし、軸方向は全長を１０等分する点のうち両端を除く９点にて０．２５ｍｍずつとする。また、測定装置としては、（株）東京精密の“ハンディサーフ”Ｅ−３５Ａを用い、当該装置が製造中止等により入手困難な場合には、後継機等、これに準じたものを用いるものとする。
【００２３】
前述のように本発明者らは、種々のグラビアロールと塗布条件によるビード厚みの測定とウェブ表面の傷を評価し、その結果、次のようなことを見出した。すなわち、ビード厚みはウェブの厚みむらや張力むら、グラビアロールの振れなどに伴うビード内圧力の変化により変動する。その際、凸部上面において高さ０．２μｍを超える突起が一定数を超えて存在していると、図６に示すように、凸部上面が部分的にビード厚みｗを超えてウェブと接触してしまいウェブ表面に傷が発生する。本発明者等は、統計的均一性を考慮し、上記のように測定される高さ０．２μｍを超える突起の数を１０以下とすることで、ビード厚みの変動によるグラビアロールとウェブの接触を防ぎ、ウェブに傷を発生させることなく塗布することができることを見出した。凸部上面８の表面粗さを最大高さ０．２μｍ以下に形成するには、鏡面仕上げが好ましい。
【００２４】
凸部上面の表面粗さは小さい程良く、理想的には０μｍである。
【００２５】
また、凹部の表面粗さについては、常にロール表面に塗液が保持される程度の粗さでよい（例えば、最大高さが０．２μｍ以上、２０μｍ以下。）。
【００２６】
また、本発明で用いるグラビアロールは、その真直度が長さ１ｍ当たり０．０１ｍｍ以下であることが好ましい。ここでロールの真直度が長さ１ｍ当たり０．０１ｍｍ以下であるとは、軸線を含む任意の平面内で、ロール表面の凸部を結んだ母線が、任意に選んだ長さ１ｍの要素において０．０１ｍｍの間隔をもつ互いに平行な二つの直線の中間部にあることを示している（ＪＩＳＢ００２１形状および位置の精度の許容値の図示方法記載による）。
【００２７】
ロールの真直度を長さ１ｍ当たり０．０１ｍｍ以下とすることにより、ウェブとグラビアロールの軸方向における偏在的な接触を防ぎ、より確実にウェブに傷を発生させることなく塗布することができる。
【００２８】
さらに、上記溝または穴の凸部の高さのバラツキは１μｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、図７のロール軸方向部分断面図に示すように、ウェブはグラビアロール表面の凹凸に沿って走行するが、凸部の高さのバラツキが大きい場合、高さが大きい部分がウェブと接触する可能性がある。特に、剛性の高いウェブやウェブ張力が大きい場合、ウェブがグラビアロール表面の凹凸に沿いにくくなるため、接触の可能性が高くなる。凸部の高さのバラツキを１μｍ以下にすることにより、ウェブに傷を発生させることなく塗布することができる。凸部の高さのバラツキの下限としては、理想的には０μｍである。ここで、高さのバラツキσは次のように定義する。図８に示すように、ｎ個の凸部について軸方向の断面プロファイルを測定し、凸部上面の中点ｍ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）を得る。得られた点ｍ_ｉに関して、最小自乗近似により直線（近似直線と呼ぶ。）を求め、さらに、ｍ_ｉから近似直線までの距離ｈ_ｉを求める。
得られたｈ_ｉを式［１］に代入することによりバラツキσを得る。
σ＝｛Σ（ｈ_ｉ）^２／（ｎ−１）｝^１／２ …［１］
ここで、ｎは前述の通り測定サンプルの凸部の数であり、ｎ≧１０とする。
【００２９】
また、ロール表面の凸部の形状としては、そのエッジ部分が曲率半径５〜１０００μｍの曲面に形成されている（図２）かまたは面取り長さ５〜２００μｍの平面によって面取りが施されている（図３）ことが好ましい。凸部のエッジ部分に曲面を形成したり面取りを施すことによって、グラビアロール表面の溝あるいは穴加工時、または研磨時に生じるエッジ部のバリによって、ウェブとエッジ部が接触するのを防ぐことができる。さらに、曲面あるいは面取り部分において、くさび効果によりビードの潤滑圧力を増加させることができるため、グラビアロール表面とウェブとの接触を防ぎ、より確実にウェブに傷を発生させることなく塗布することができる。曲率半径Ｒのより好ましい範囲は１０〜１００μｍであり、面取り長さＣのより好ましい範囲は１０〜１００μｍである。また、図４，５に示すように、ＲおよびＣの値はエッジ部の両端で異なるものであってもよく、より好ましくはグラビアロール回転方向側のＲまたはＣの値を大きくとるのがよい。また、エッジのＲおよびＣ加工はグラビアロール回転方向側のみでも効果がある。
【００３０】
また、グラビアロール４の材質としては例えば、鋼製を好ましく採用することができ、表面にハードクロム、銅、ニッケルメッキ、あるいはこれらの複合メッキを施したものが用いられるが、好ましくは表面にセラミックを溶射したもがよい。これによって、ドクターブレードあるいはウェブによるグラビアロールの磨耗を防ぎ、凸部上面の表面が荒れるのを防止することができる。グラビアロールの表面に溝あるいは穴を形成する方法としては、切削、転造、レーザ彫刻などがある。
【００３１】
また研摩方法としては、鏡面加工用の砥粒の細かいロール研削機を用いてもよいし、より好ましくは、ダイヤモンド等の鏡面加工用砥粒、例えばＪＩＳ７０００番のダイヤモンド砥粒を付着させた研摩布をグラビアロール表面に押しつけながら研摩する方法がよい。これにより、グラビアロール表面のエッジ部のバリが除去できるとともに、効果的に曲面を形成することができる。
【００３２】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。
【００３３】
図１において、ポリエチレンテレフタレートフィルムからなり、幅が１０００ｍｍ、厚みが１００μｍのウェブ１が矢印ｂの方向に３０ｍ／分で走行させた。その下方に、グラビアロール４、塗液供給手段２、ドクターブレード５を設置した。
【００３４】
グラビアロール４は、表面材質がセラミック、直径３００ｍｍ、４５°斜線溝で線数がロールの回転軸方向の２．５４ｃｍ当たり８０線のものを使用した。
【００３５】
＜グラビアロールの表面仕上げ＞
実施例１〜１０においては、グラビアロールの作製の仕上げにＪＩＳ７０００番のダイヤモンド砥粒を付着させた鏡面加工用研磨布を用いた鏡面仕上げを採用した。
【００３６】
また、実施例１〜６においては、ＪＩＳ７０００番の粒径の小さいダイヤモンド砥粒を付着させた鏡面加工用研磨布を用いて、凸部のエッジ部に図２に示すような曲面を形成した。
【００３７】
また、実施例７〜１０においては、ＪＩＳ７０００番の粒径の小さいダイヤモンド砥粒を硬質の樹脂で固めた鏡面研磨用砥石により、凸部のエッジ部に図３または４に示すような面取りを施した。
【００３８】
一方、比較例１においては、鏡面仕上げではなく、ＪＩＳ２０００番の研磨用コンパウンドを研磨布に用いて研磨し鏡面仕上げではない曲面加工を得た。
【００３９】
比較例２においては、硬質樹脂でＪＩＳ２０００番の砥粒を固めたグラインダーで通常の研磨加工を採用し鏡面仕上げではない面取り加工を得た。
【００４０】
また、実施例２においては、ロールの研削加工時に工具送りの速度を他の実施例・比較例の２倍とした。すると、工具のビビリ振動が他の実施例・比較例に比べて顕著であった。
【００４１】
また、実施例３においては、送り用のレールの取付を調整せずに研削加工した。
【００４２】
各実施例および比較例の、凸部上面における高さ０．２μｍを超える突起の数等を表１に示す。突起の数の計測は、計測範囲は前述の規定通りとし、測定装置としては（株）東京精密の“ハンディサーフ”Ｅ−３５Ａを用いた。
尚、表中Ｒ、Ｃにおける、ｘ／ｙは、ｘが進行方向前側の数値、ｙが進行方向後側の数値を示す。
【００４３】
塗布時にはグラビアロールをフィルムの走行方向に対して逆方向に１５０％（４５ｍ／分）の速度で回転させた。塗液には粘度が１０ｍＰａ・ｓの有機スルホン酸塩基含有ポリエステル樹脂を１０ｗｔ％含む水溶液を用い、ウェブ１の片面に塗布直後乾燥前の厚みで１０μｍ塗布した。
【００４４】
乾燥後のフィルム表面の傷を評価した結果を表１に示す。
なお、評価基準は、１ｍｍ以上の大きさの傷を数え、次のとおりとした。
×：５個／ｍ^２以上。
△：３〜４個／ｍ^２。
○：０〜２個／ｍ^２。
【００４５】
【表１】

【００４６】
表１の結果より、グラビアロール表面の凹凸の凸部上面の表面粗さが最大高さ０．２μｍ以下では、フィルムに傷が発生しなかった（実施例１〜１０）。
また、凸部の高さのバラツキを１μｍ以下にすること、ロール真直度を０．０１ｍｍ以下にすること、凸部エッジのＲを５〜１０００μｍに形成すること、また、凸部エッジに長さ５〜２００μｍの面取りを形成することにより、より確実にフィルムの傷を防止することができた。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、グラビアロール方式の塗布方法において、ウェブ表面に傷を発生させることなく塗布することができ、ひいては傷の少ないコーティングフィルムを低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る塗布方法の一実施形態を示す側面方向の概略図である。
【図２】本発明に係るグラビアロール表面の一例の軸に直角な方向の部分断面図である。
【図３】本発明に係るグラビアロール表面の一例の軸に直角な方向の部分断面図である。
【図４】本発明に係るグラビアロール表面の一例の軸に直角な方向の部分断面図である。
【図５】本発明に係るグラビアロール表面の一例の軸に直角な方向の部分断面図である。
【図６】ウェブおよびグラビアロール表面の凸部上面近傍の軸方向部分断面図である。
【図７】ウェブおよびグラビアロール表面の軸方向部分断面図である。
【図８】グラビアロールの軸方向部分断面プロファイルである。
【図９】一般的な塗布装置の概略図である。
【符号の説明】
１：ウェブ
２：塗液供給手段
３：塗液
３ａ：計量された塗液
３ｂ：塗膜
４：グラビアロール
５：ドクターブレード
６：ガイドロール
７：グラビアロール表面の凸部
８：凸部上面
９：バックアップロール
ａ：グラビアロールの回転方向
ｂ：ウェブの進行方向
ｗ：ビード厚み
ｍ：凸部上面の中点
ｈ：ｍから近似直線までの距離

Claims

走行するウェブ表面に回転するロールを用いて塗液を塗布する塗布方法であって、前記ロールは表面に凹凸を有し、凸部上面において高さが０．２μｍを超える突起の数が計測範囲において１０以下であることを特徴とする塗布方法。
ここで、凸部上面における突起の数の計測範囲は、回転方向は３０°おきとし、軸方向は全長を１０等分する点のうち両端を除く９点にて０．２５ｍｍずつとする。
凸部の高さのバラツキが１μｍ以下である請求項１に記載の塗布方法。
ロールの真直度が長さ１ｍ当たり０．０１ｍｍ以下である請求項１または２記載の塗布方法。
凸部のエッジ部分が面取り長さ５〜２００μｍの平面によって面取りされている請求項１〜３のいずれかに記載の塗布方法。
凸部のエッジ部分が曲率半径５〜１０００μｍの曲面によって形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の塗布方法。
前記ロールの凹凸を形成する部分の材質がセラミックであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の塗布方法。
熱可塑性樹脂を押出機によりダイからシート状に吐出し、延伸し、巻き取るフィルムの製造方法であって、請求項１〜６のいずれかに記載の塗布方法を用いてフィルムに塗液を塗布する工程を含むことを特徴とするコーティングフィルムの製造方法。