【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、塗布装置およびコーティングフィルムの製造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等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、表面に微細な凹部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】
図１の上の図は、通常用いられる従来のグラビアロール４の回転軸に直交する方向における断面図である。図１の下の図は、その表面にある微細な凹部４３を部分的に拡大した図である。凹部４３は溝あるいは穴の形態で形成されている。
【０００５】
このような通常の凹部４３を持つグラビアロール４表面を大きな相対速度をつけて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ことがある。これは、一般に、グラビアロール外周面上面（凹部が形成されていない部位）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が（これをビードという）、通常のグラビアロール外周面上面の表面粗さは最大粗さで数μｍ以上あるので、グラビアロールとウェブの直接接触を発生させてしまうからである。特に、ウェブが磁気記録用途や光学用途等の樹脂フィルムであった場合おいては、傷はその品位を著しく劣化させるため、長さ１ｍｍ以下の僅かな傷も致命的となり得る。
【０００６】
これを防ぐために、図２のように、バックアップロール９を用いてウェブ１とグラビアロール４が直接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、ウェブが磁気記録用ベースフィルムで、アンダーコートを目的とする塗布の場合のように非常に薄い塗布厚みで塗布するためには、ウェブ１とグラビアロール４の間隙は数十μｍ以下に設定する必要がある。このような微小な隙間を設定しながら、なおかつグラビアロール４とウェブ１の接触を防止するためにはグラビアロール４には高い加工精度が要求され、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１にインラインで塗布する場合、ウェブ１には数％〜十数％の厚みむらが存在することが一般的である。
【０００７】
したがって、上記のようなバックアップロール９を用いた方法では、ウェブ１の厚みむらによってウェブ１とグラビアロール４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。
【０００８】
また、相対速度差を付けずに、つまりウェブと同じ表面速度でグラビアロール４を回転させれば傷は付きにくくなるものの、凹部のパターンが塗面に転写し、塗布厚みの均一性や外観を著しく損なう。
【０００９】
一方、図３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４をウェブ１に近接させて塗布する方式（キス方式）では、設備精度の影響を受けにくいという利点があるが、ウェブ張力を用いてウェブ１をロールに近接させているので、グラビアロール４とウェブ１が接触してウェブ１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、バックアップロールが無い代わりにウェブ張力がウェブ１の位置をグラビアロール４上に安定させるので、均一な塗布のためには十分な張力が必要である。張力が十分でないとグラビアロール４上でウェブ１が蛇行したり、ばたついたりして、いずれも塗布欠点となる。しかし、十分な張力を用いるとウェブ１がグラビアロール４に安定して巻き付くことができる反面、ウェブ１がグラビアロール４表面に接触して擦りキズが発生しやすくなってしまう。特にウェブ剛性が高い場合や高張力、低速塗布、低粘度塗液といった条件の場合、傷が発生しやすい。従って、この形態は、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。
【００１０】
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１に傷をつけない方法として、グラビアロール４ではなく、表面に凹凸の無いフラットロールをアプリケータロールとして用いるリバースロール方式で、ロール表面粗さを０．８μｍ≦Ｒｍａｘ≦２０μｍに規定しているものがある（特許文献１参照）。しかしこの方式では、塗布厚みの均一性を得るのが困難な上、上述したような長さ１ｍｍ以下の僅かな傷を十分に防止することは困難であり、不十分であった。
【００１１】
なお、本発明に一見類似する構成をとる発明として、塗液の転写効率やばらつきの改善のために、ロールの凹部を形成する前後の壁の断面形状が、前方壁面が回転方向に傾斜した傾斜面部を有しており、後方壁面がロールの半径方向に沿う方向にあるグラビアロールが提案されている。しかしながら、この場合前方壁面部の断面が後方壁面部の断面より大きく、後述の通り、本発明の好ましい形態はと逆向きに非対称であり、正の液圧を発生させることはできないかそれが困難である。（特許文献２参照）
また、塗液における液圧の発生状況を確認するには、非特許文献２に記載の潤滑理論に基づく計算または一般の流体力学を用いたコンピュータシミュレーションを用いればよい。
【００１２】
【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
【００１３】
【非特許文献２】
Ｓ． Ｋｉｓｔｌｅｒ ａｎｄ Ｐ． Ｓｃｈｗｅｉｚｅｒ， 「Ｌｉｑｕｉｄ Ｆｉｌｍ Ｃｏａｔｉｎｇ」， Ｃｈａｐｍａｎ ＆ Ｈａｌｌ（１９９７／ＦＥＢ），ｐ．２９７−３５４、５９９−６３３
【００１４】
【特許文献１】
特開２００１−８９９号公報
【００１５】
【特許文献２】
実開平５−６０５６２号公報
【００１６】
【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、塗布に際してウェブに傷をつけるおそれが小さな塗布方法、塗布装置およびコーティングフィルムの製造方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によれば、走行するウェブ表面に、外周面に凹部を有しかつ回転するロールを用いて塗液を計量塗布する塗布方法であって、前記ウェブと前記ロールとの間隙において正の液圧を発生させながら塗布することを特徴とする塗布方法が提供される。
【００１８】
また、本発明の好ましい形態によれば、ロールで計量する前にウエブ表面に塗液を塗布することを特徴とする塗布方法が提供される。
【００１９】
また、本発明の好ましい形態によれば、ロールとして、凹部のロール回転軸に直交する方向の断面形状が、ロール回転方向において非対称であるものをもちいることを特徴とする塗布方法が提供される。
【００２０】
また、本発明の好ましい形態によれば、ロール表面がウェブの走行方向とは逆方向に走行するようロールを回転させることを特徴とする塗布方法が提供される。
【００２１】
また、本発明の好ましい形態によれば、ロールとして、前記ロール回転軸に直交する方向の断面において、ロール凹部を形成するロール回転方向前側の壁面部の断面積がロール回転方向後側の壁面部の断面積より小さいものを用いることを特徴とする塗布方法が提供される。
【００２２】
また、本発明の好ましい形態によれば、ロールとして、凹部が形成されていない部位における表面粗さ（Ｒａ）が
０．００１μｍ≦Ｒａ≦５．０μｍ
であるものを用い、前記ウェブと前記ロールとの間隙（Ｌ）を
Ｌ＞４×Ｒａ
とすることを特徴とする塗布方法が提供される。
【００２３】
また、本発明の好ましい形態によれば、塗液として粘度が１〜５０００ｍＰａ・ｓの範囲内にあるものを用いることを特徴とする塗布方法が提供される。
【００２４】
また、本発明の好ましい形態によれば、ウェブの走行速度とロール表面の回転速度との相対速度差を１０〜２０００ｍ／分とすることを特徴とする塗布方法が提供される。
【００２５】
また、本発明の好ましい形態によれば、ウェブとしてプラスチックフィルムを用いることを特徴とする塗布方法が提供される。
【００２６】
また、本発明の好ましい形態によれば、塗布方法を用いてフィルムにコーティングを施すことを特徴とするコーティングフィルムの製造方法が提供される。
【００２７】
また、本発明の別の形態によれば、外周面に凹部が形成されているロールと、該ロールを回転させる回転手段と、走行するウェブ表面に前記ロールを用いて塗液を計量塗布する際に前記ウェブと前記ロールとの間隙において正の液圧を発生させる液圧発生手段とを備えた塗布装置が提供される。
【００２８】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記液圧発生手段は、前記ロールの凹部であって、前記ロール回転軸に直交する方向の断面において、ロール凹部を形成するロール回転方向前側の壁面部の断面積がロール回転方向後側の壁面部の断面積より小さいものであることを特徴とする塗布装置が提供される。
【００２９】
【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。
【００３０】
本実施形態に用いるファウンテン方式の塗布装置の一例を図４に示す。ファウンテン（前段塗液供給手段）２から吐出された塗液３はウェブ１に過剰に塗布され、グラビアロール４により掻き取られ、計量される。グラビアロール４により掻き取られた余分な塗液３ｃが再度ウェブに付着することを防ぎ、微細な凹部内に塗液を充填するためにドクターブレード５で掻き取る。これにより計量された塗液３ａが形成され、ウェブ１表面に所定の膜厚の塗膜３ｂが形成される。
【００３１】
ウェブ１としては例えば、熱可塑性樹脂フィルム等のプラスチックフィルム、紙、皮革、金属帯等の他のフィルムなどがある。ウェブの厚みは搬送・塗布性から１〜２０００μｍが好ましく、より好ましくは５〜１０００μｍである。ウェブの張力は、搬送・塗布性から１０〜１００００Ｎ／ｍが好ましく、より好ましくは１００〜３０００Ｎ／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。
【００３２】
グラビアロール４で計量する前に、あらかじめファウンテン２でウェブ１表面に塗液を塗布することによって、ビード圧力を好適に増大することができる。
【００３３】
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４自体も回転するが、塗布面にグラビアパターン（すなわち凹部の跡）を残さないように、ウェブ１の走行速度とグラビアロール４の表面速度とを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図４に示した形態と同様に、逆方向が好ましい。
【００３４】
図６は、本発明の実施形態のグラビアロール４の表面を回転軸と直交する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４の回転方向ａはウェブ１の進行方向ｂと逆方向である。グラビアロール４の表面には、溝あるいは穴の形態で凹部４３が形成されているが、この凹部４３は、回転方向ａ前後のロールの壁面部と底部で区切られている。前後の壁面部は次のように定義される。前方壁面部４７５は、ロール回転方向ａ前方傾斜面４７１と、隣接する２つの凹部４３の底部同士を結ぶ仮想接続線４３１と、仮想接続線４３１に対して前記隣接する凹部４３の間にある頂点からおろした垂直な中心線４３２とに囲まれた部位である。後方壁面部４７６は、ロール回転方向ａにおける後方傾斜面４７２と、仮想接続線４３１と、仮想接続線４３１に対して前記隣接する凹部の間にある頂点からおろした垂直な中心線４３２とに囲まれた断面である。前方壁面部４７５の断面積より後方壁面部４７６の断面積が大きく、凹部４３の形状は、ロールの回転方向において対称でない。
【００３５】
この場合の各傾斜面４７１，４７２と仮想接続線４３１とのなす角は、前方角度θ１より後方角度θ２の方が小さい。また、凹部４３と頂部はなめらかな曲面Ｒでつながっている。
【００３６】
これに対して、従来のグラビアロール４の軸方向に直交する方向断面における凹部４３は、凹部４３がグラビアロール４の軸中心に向かう中心線について、ロールの回転方向において対称である（図１下図）。
【００３７】
この形状では、特に工夫なく、通常の粘度の塗液を用いて通常の相対速度でグラビアロール４を回転させると、図５の圧力分布図に示すように、計量された塗液３ａでウェブを持ち上げる正の圧力が頂部近傍で発生するものの、凹部近傍では正の圧力と同等のウエブを引きつける負の圧力も発生し、外乱があった場合やバランスが崩れた時に、ウェブをロール表面に引き寄せるため、凹部のエッジによりウェブ表面に傷付きが発生する。
【００３８】
他方、図６に示したような非対称形状を持つグラビアロール４を使用したときの圧力分布では、図８に示すように、頂部近傍の正の圧力に比較して、凹部近傍に非常に小さい負の圧力しか発生しない。この正の圧力でウェブを持ち上げグラビアロール４に接触することを抑制することができる。この圧力分布にするには、凹部の形状が前方壁面部の断面積より後方壁面部の断面積が大きい非対称形状であればよく、図６に示したような曲面で構成されていなくても、斜面や階段状でもよい。
【００３９】
ところで、上述の通り、本発明に一見類似する構成をとる発明として、塗液の転写効率やばらつきの改善のために、ロールの凹部を形成する前後の壁の断面形状が、前方壁面が回転方向に傾斜した傾斜面部を有しており、後方壁面がロールの半径方向に沿う方向にあるグラビアロールが提案されている（特許文献２）。しかしながら、この場合前方壁面部の断面が後方壁面部の断面より大きく、本発明の好ましい形態はと逆向きに非対称であり、正の液圧を発生させることはできないかそれが困難である。したがって、本発明のような傷防止の効果はない。
【００４０】
正の液圧を発生しうる非対称凹部の別の例を図７に示す。グラビアロール４の表面には、溝あるいは穴の形態で凹部４３が形成されている。この例では、前方斜面の長さＣ１は後方斜面の長さＣ２より短く、凹部４３が、前方壁面部の断面積より後方壁面部の断面積が大きい非対称形状となっている。
【００４１】
なお、図７の例のように頂部が平坦な場合、この平坦な部分の前端と後端との中間点をもって頂点とする。
【００４２】
また、計量された塗液で正の圧力を発生させる別の方法として、塗液粘度を大きくする方法もある。塗液粘度が増大すると、剪断応力が増大し圧力が増大するからである。塗液の粘度の好適な範囲としては１〜５０００ｍＰａ・ｓであるが、より好ましくは１０〜１０００ｍＰａ・ｓである。粘度が１ｍＰａ・ｓより小さいと圧力が増大しにくく、傷の防止が困難になる。粘度が５０００ｍＰａ・ｓより大きいと、グラビアの凹部に塗液が充填されにくくなり、気泡が混入されやすくなるため好ましくない。
【００４３】
また、計量された塗液で正の圧力を発生させる別の方法として、グラビアロール表面とウェブとの相対速度差を大きくする方法もある。相対速度差が増大すると、剪断応力が増大し圧力が増大するからである。相対速度差の好適な範囲としては１０〜２０００ｍ／分であるが、より好ましくは１００〜１０００ｍ／分である。相対速度差が１０ｍ／分より小さいと圧力が増大しにくく、傷の防止が困難になる。相対速度差が２０００ｍ／分より大きいと、グラビアロールが高速回転で振動しやすくなるため好ましくない。
【００４４】
また、計量された塗液で正の圧力を発生させる別の方法として、グラビアロールとウエブとを、ウェブ面に垂直な方向に相対的に振動させて、スクイーズ流れを誘起させる方法がある。
【００４５】
上記いずれかの方法やそれらの組合せによって正の液圧を発生させれば、直接接触による傷を抑制することができる。
【００４６】
なお、上記各方法は、単独では塗液において正の圧力を発生させることができないことも多い。たとえば、塗液の粘度またはロール表面とウェブとの相対速度を単独で上記範囲に設定しただけでは塗液において正の圧力を発生させることができないことも多いが、後述の実施例にあるように、適切な条件下では正の圧力を発生させることができる。凹部の形状を上記のような非対称形状にしたり、スクイーズ流れを誘起させる方法は、それぞれ単独で正の圧力を発生できることも多いがこれらと塗液の粘度やロール表面とウェブとの相対速度を上記範囲に設定することを組み合わせると、発生する正の圧力を大きくすることができ、非常に好ましい。
【００４７】
また、ビード部において正の圧力が発生するか否かについては、たとえば、非特許文献２に記載の潤滑理論を用いて計算したり、一般の流体力学に基づいて有限要素法などの公知の数値解析手法を用い、適切な条件下で数値実験をすることで、確認することができる。
【００４８】
このようにしてビード部における塗液に正の圧力を発生させるが、その際のウェブの支持方法としては図３に示すようなバックアップロールがない方式（キス方式）が好ましい。この方式ではウェブのウェブ面の法線方向の移動が容易なので、ビード部における正の圧力が小さくてもウェブ面とロール面との接触を容易に回避することができる。しかしこれに限ることではなく、バックアップロールが有る方式でも、バックアップロールを移動可能に弾性支持するか、またはバックアップロールの表面に弾性体を被覆するなどすれば、正の液圧でウェブとグラビアロールの間に適切な間隙を設けることができる。
【００４９】
グラビアロール４の材質としては例えば、鋼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や表面にセラミックを溶射したものでもよい。グラビアロールの表面に凹部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。
【００５０】
また、外周表面を研磨して表面粗さを小さくするのが好ましい。
【００５１】
本発明をプラスチックフィルムの製造工程内のインラインコーティング工程に用いると、コーティングフィルムの製造コストを著しく低減することができる。
【００５２】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。
【００５３】
実施例１については、図３に示す塗布方式を用いて、幅が１０００ｍｍ、厚みが５００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムからなるウェブ１を張力１０００Ｎ／ｍで矢印ｂの方向に３０ｍ／分で走行させながら、グラビアロール４を使用して塗布を行った。グラビアロール４には、塗液供給手段２、ドクターブレード５を設置した。
【００５４】
塗布時には、グラビアロールをその表面がフィルム走行方向に対して逆方向に２７０ｍ／分で移動するように回転させた。フィルムとロールの回転速度差は３００ｍ／分である。
【００５５】
グラビアロール４は直径３００ｍｍのステンレス鋼を母材とするロールからなり、その外周面に凹部として、ロール軸に対して４５°の方向に傾斜した連続溝が、回転軸方向の２．５４ｃｍ当たり７０本の密度で転造法により成形されている。凹部の断面形状は図６に示された通りの非対称形状で、θ１が６９°、θ２が４１°、凹部の深さが０．１ｍｍであった。ロール加工時の振動、ビビリ、たわみ、熱歪みを減らして、高さバラツキや真直度の低下を防いだ。
【００５６】
塗液には、有機スルホン酸塩基含有ポリエステル樹脂を２０ｗｔ％含んだ、粘度が５０ｍＰａ・ｓのポリエステル樹脂水溶液を使用し、ウェブ１の片面に塗布直後乾燥前の厚みで１０μｍ塗布した。
【００５７】
実施例２については、グラビアロール４の凹部の断面形状が図７に示された通りの非対称形状のもので、Ｃ１が０．０ｍｍ、Ｃ２が０．１４ｍｍ、平坦部の長さが０．０７ｍｍ、凹部の深さが０．１ｍｍのものを使用した。他は実施例１と同じである。
【００５８】
実施例３については、グラビアロール４の外周面の凹部の断面形状が図１に示された通りの対称形状のものを使用した。グラビアロール４の表面がをフィルム走行方向に対して逆方向に３７０ｍ／分で移動するように回転させた。フィルムとロールの回転速度差は４００ｍ／分である。塗液には増粘剤で粘度を５００ｍＰａ・ｓに増大させたものを用いた。他は実施例１と同じである。
【００５９】
比較例１については、グラビアロール４の凹部の断面形状が図１に示された通りの対称形状のものを使用した。他は実施例１と同じである。
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、圧力は前述の数値解析手法をウェブ位置固定の条件下で用いて算出した。
【００６０】
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個以上／ｍ２。
△：３〜４個／ｍ２。
○：０〜２個／ｍ２。
【００６１】
【表１】
【００６２】
液圧について、加圧にするか、加圧と減圧が発生する場合は加圧を減圧より大きくすることによって傷を防止することができた。
【００６３】
【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、ウェブ表面の傷の発生を抑制しつつ塗液を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】従来のグラビアロールにおける対称な凹部形状を示す断面図である。
【図２】従来の塗布方法のロール回転軸に直交する方向における断面図である。
【図３】本発明の塗布方法のロール回転軸に直交する方向における断面図である。
【図４】本発明の別の塗布方法のロール回転軸に直交する方向における断面図である。
【図５】従来のグラビアロールを使用した場合の塗液の圧力分布である。
【図６】本発明のグラビアロールにおける非対称な凹部形状を示す断面図である。
【図７】本発明のグラビアロールにおける別の非対称な凹部形状を示す断面図である。
【図８】本発明のグラビアロールを使用した場合の塗液の圧力分布である。
【符号の説明】
１：ウェブ
２：ファウンテン（前段塗液供給手段）
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
４３：凹部
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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a coating method for applying a coating liquid to a continuously running web surface, a coating apparatus, and a method for manufacturing a coating film, and particularly to a method for coating using a gravure roll that rotates while approaching the web. And so on.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In general, coating is performed by applying a coating liquid to a web surface such as a resin film to give functions such as easy adhesion, easy sliding, and surface hardening. In recent years, there has been a demand for a method capable of coating a thin film at a high speed due to a demand for cost reduction.
[0003]
As such a coating method, a gravure roll type coating method is generally known. This method is a method in which a coating liquid is measured using a gravure roll having fine concave portions on the surface and applied to the web surface, and can be applied at a high speed. Further, since the number of components of the device is small, the equipment cost is low, the handling is simple, and the device is used in a wide range of fields.
[0004]
The upper part of FIG. 1 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the rotation axis of the conventional gravure roll 4 that is usually used. The lower view of FIG. 1 is a view in which the fine recess 43 on the surface is partially enlarged. The recess 43 is formed in the form of a groove or a hole.
[0005]
If the surface of the gravure roll 4 having such a normal concave portion 43 is applied at a high relative speed to the web in contact with the web, the web surface may be damaged. Generally, a coating liquid having a thickness of about several hundred nm to several μm is interposed between the upper surface of the gravure roll outer peripheral surface (a part where the concave portion is not formed) and the web (this is called a bead). This is because the surface roughness of the upper surface of the outer peripheral surface of the gravure roll is several μm or more in maximum roughness, so that direct contact between the gravure roll and the web occurs. In particular, when the web is a resin film for magnetic recording use or optical use, scratches significantly degrade the quality, so even a slight scratch of 1 mm or less in length can be fatal.
[0006]
In order to prevent this, as shown in FIG. 2, a method is known in which a backup roll 9 is used and a web 1 and a gravure roll 4 are coated with a gap so that they do not directly contact each other (see Non-Patent Document 1). However, in the case of this method, the gap between the web 1 and the gravure roll 4 is several tens of meters in order to apply the web as a magnetic recording base film with a very thin coating thickness as in the case of application for undercoating. It is necessary to set it to μm or less. In order to prevent the contact between the gravure roll 4 and the web 1 while setting such a small gap, the gravure roll 4 is required to have high processing accuracy, and the equipment cost is significantly increased. Further, when in-line application is performed on a web 1 such as a resin film that is continuously formed, the web 1 generally has a thickness unevenness of several percent to ten and several percent.
[0007]
Therefore, in the method using the backup roll 9 as described above, the gap between the web 1 and the gravure roll 4 changes depending on the thickness unevenness of the web 1, so that there is a drawback such that it is difficult to apply uniformly.
[0008]
In addition, if the gravure roll 4 is rotated at the same surface speed as the web without making a relative speed difference, that is, the gravure roll 4 is hardly damaged, but the pattern of the concave portion is transferred to the coating surface, and the uniformity and appearance of the coating thickness are improved. Significant damage.
[0009]
On the other hand, as shown in FIG. 3, a system in which the gravure roll 4 is applied close to the web 1 without using a backup roll (kiss system) has an advantage that it is hardly affected by the equipment accuracy, but the web tension is reduced. Since the web 1 is used near the roll, the gravure roll 4 and the web 1 come into contact with each other and often damage the surface of the web 1. In this method, sufficient tension is required for uniform application because the web tension stabilizes the position of the web 1 on the gravure roll 4 instead of the absence of the backup roll. If the tension is not sufficient, the web 1 meanders or flaps on the gravure roll 4, and any of these causes coating defects. However, if a sufficient tension is used, the web 1 can be stably wound around the gravure roll 4, but the web 1 comes into contact with the surface of the gravure roll 4 and rubbing is likely to occur. In particular, when the web rigidity is high, or under conditions such as high tension, low speed coating, and low viscosity coating liquid, scratches are likely to occur. Therefore, this form is often applied to limited conditions and applications (products that may be slightly damaged), and there have not been many examples of studies on damage measures from the hardware side.
[0010]
One of the measures against the hard surface is to use a flat roll with no unevenness on the surface instead of the gravure roll 4 as a method to prevent the coating streaks due to drying and solidification of the coating liquid and not to damage the web 1. There is a reverse roll method used as a roll, in which the roll surface roughness is defined as 0.8 μm ≦ Rmax ≦ 20 μm (see Patent Document 1). However, in this method, it is difficult to obtain uniformity of the coating thickness, and it is difficult and insufficient to sufficiently prevent the above-mentioned slight scratches having a length of 1 mm or less.
[0011]
In addition, as an invention having a configuration seemingly similar to the present invention, in order to improve the transfer efficiency and dispersion of the coating liquid, the cross-sectional shapes of the walls before and after forming the concave portion of the roll are inclined such that the front wall surface is inclined in the rotation direction. A gravure roll having a surface portion and a rear wall surface in a direction along the radial direction of the roll has been proposed. However, in this case, the cross section of the front wall portion is larger than the cross section of the rear wall portion, and as described later, the preferred embodiment of the present invention is asymmetric in the opposite direction, and it is impossible or difficult to generate a positive hydraulic pressure. It is. (See Patent Document 2)
Further, in order to confirm the state of generation of the hydraulic pressure in the coating liquid, a calculation based on the lubrication theory described in Non-Patent Document 2 or a computer simulation using general fluid dynamics may be used.
[0012]
[Non-patent document 1]
Yuji Harazaki, "Easy-to-understand coating technology", Riko Publishing Co., March 20, 1989, p. 180-181
[0013]
[Non-patent document 2]
S. Kistler and P.S. Schweizer, "Liquid Film Coating", Chapman & Hall (1997 / FEB), p. 297-354, 599-633
[0014]
[Patent Document 1]
JP 2001-899A [0015]
[Patent Document 2]
Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-60562
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a coating method, a coating apparatus, and a method of manufacturing a coating film, in which a web is less likely to be damaged during coating in a gravure roll coating method.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to the present invention, a coating method for measuring and applying a coating liquid using a rotating roll, having a concave portion on an outer peripheral surface, on a running web surface, wherein the web and the web There is provided an application method characterized in that the application is performed while generating a positive liquid pressure in a gap between the roll and the roll.
[0018]
Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided an application method characterized in that an application liquid is applied to a web surface before weighing with a roll.
[0019]
Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a coating method, wherein a roll having a cross section in a direction orthogonal to the roll rotation axis of the concave portion is asymmetric in the roll rotation direction. .
[0020]
Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a coating method characterized by rotating the roll so that the roll surface runs in a direction opposite to the running direction of the web.
[0021]
Further, according to a preferred embodiment of the present invention, as a roll, in a cross section orthogonal to the roll rotation axis, a cross-sectional area of a wall portion on the front side in the roll rotation direction forming a roll recess is a wall portion on the rear side in the roll rotation direction. A coating method characterized by using one having a smaller cross-sectional area.
[0022]
Further, according to a preferred embodiment of the present invention, the roll has a surface roughness (Ra) of 0.001 μm ≦ Ra ≦ 5.0 μm at a portion where no concave portion is formed.
And the gap (L) between the web and the roll is L> 4 × Ra
A coating method is provided.
[0023]
Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a coating method using a coating liquid having a viscosity in a range of 1 to 5000 mPa · s.
[0024]
Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a coating method, wherein a relative speed difference between a running speed of the web and a rotation speed of the roll surface is 10 to 2000 m / min.
[0025]
According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a coating method using a plastic film as the web.
[0026]
Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a coating film, which comprises applying a coating to a film using a coating method.
[0027]
According to another aspect of the present invention, a roll having a concave portion formed on an outer peripheral surface thereof, a rotating unit for rotating the roll, and a method of measuring and applying a coating liquid to a running web surface using the roll. And a hydraulic pressure generating means for generating a positive hydraulic pressure in a gap between the web and the roll.
[0028]
Further, according to a preferred aspect of the present invention, the hydraulic pressure generating means is a concave portion of the roll, and in a cross section orthogonal to the roll rotation axis, a wall portion on a roll rotation direction front side forming a roll concave portion. Is smaller than the cross-sectional area of the wall portion on the rear side in the roll rotation direction.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 4 shows an example of a fountain type coating apparatus used in the present embodiment. The coating liquid 3 discharged from the fountain (pre-coating liquid supply means) 2 is excessively applied to the web 1, scraped off by the gravure roll 4, and weighed. The excess coating liquid 3c scraped off by the gravure roll 4 is prevented from adhering to the web again, and is scraped off by the doctor blade 5 in order to fill the coating liquid into the fine concave portions. Thus, the measured coating liquid 3a is formed, and a coating film 3b having a predetermined thickness is formed on the surface of the web 1.
[0031]
Examples of the web 1 include a plastic film such as a thermoplastic resin film, and other films such as paper, leather, and a metal band. The thickness of the web is preferably 1 to 2000 µm, more preferably 5 to 1000 µm, from the viewpoint of transportability and applicability. The tension of the web is preferably 10 to 10000 N / m, more preferably 100 to 3000 N / m, from the viewpoint of transportability and applicability. The web tension can be controlled by, for example, a dancer roll, or a system that drives a transport roll with a servomotor based on a signal from a tensiometer. Further, the web speed can be preferably applied to 5 to 1000 m / min, more preferably 10 to 300 m / min.
[0032]
By applying a coating liquid to the surface of the web 1 with the fountain 2 before weighing with the gravure roll 4, the bead pressure can be suitably increased.
[0033]
The gravure roll 4 rotates while approaching the web 1. Preferably, they rotate relatively. The term "relatively" means that the gravure roll 4 itself rotates, but the running speed of the web 1 and the surface speed of the gravure roll 4 are not matched so as not to leave a gravure pattern (that is, a mark of a concave portion) on the application surface. It means. The rotation direction can be selected from either the forward direction or the reverse direction, but from the viewpoint of the uniformity of the coating film, the reverse direction is preferable as in the embodiment shown in FIG.
[0034]
FIG. 6 is an example of a partial cross-sectional view in which the surface of the gravure roll 4 according to the embodiment of the present invention is cut in a direction orthogonal to the rotation axis. The rotation direction a of the gravure roll 4 is opposite to the traveling direction b of the web 1. A concave portion 43 is formed in the surface of the gravure roll 4 in the form of a groove or a hole, and the concave portion 43 is separated from a wall surface portion of the roll around the rotation direction a and a bottom portion. The front and rear wall portions are defined as follows. The front wall portion 475 includes a front inclined surface 471 in the roll rotation direction a, a virtual connection line 431 connecting the bottoms of two adjacent concave portions 43, and a vertex between the adjacent concave portions 43 with respect to the virtual connection line 431. It is a part surrounded by a vertical center line 432 that is lowered. The rear wall portion 476 is surrounded by a rear inclined surface 472 in the roll rotation direction a, a virtual connection line 431, and a vertical center line 432 that is lowered from a vertex between the adjacent concave portions with respect to the virtual connection line 431. It is a cross section that was taken. The cross-sectional area of the rear wall portion 476 is larger than the cross-sectional area of the front wall portion 475, and the shape of the concave portion 43 is not symmetric in the rotation direction of the roll.
[0035]
In this case, the angle between each of the inclined surfaces 471 and 472 and the virtual connection line 431 is smaller at the rear angle θ2 than at the front angle θ1. Further, the concave portion 43 and the top portion are connected by a smooth curved surface R.
[0036]
On the other hand, the concave portion 43 in the cross section in a direction orthogonal to the axial direction of the conventional gravure roll 4 is symmetric in the roll rotation direction about a center line where the concave portion 43 is directed to the axial center of the gravure roll 4 (lower view in FIG. 1). ).
[0037]
In this configuration, when the gravure roll 4 is rotated at a normal relative speed using a coating liquid having a normal viscosity without any special measures, as shown in the pressure distribution diagram of FIG. 5, the web is measured with the measured coating liquid 3a. Positive lifting pressure is generated near the top, but negative pressure is also generated in the vicinity of the recess, which attracts the web equivalent to the positive pressure.This pulls the web to the roll surface in the event of disturbance or imbalance. In addition, the surface of the web is scratched by the edge of the concave portion.
[0038]
On the other hand, in the pressure distribution when the gravure roll 4 having an asymmetric shape as shown in FIG. 6 is used, as shown in FIG. 8, a very small negative pressure near the concave portion as compared with the positive pressure near the top portion. Only the pressure is generated. It is possible to prevent the web from being lifted by this positive pressure and coming into contact with the gravure roll 4. In order to obtain this pressure distribution, the shape of the concave portion may be an asymmetric shape in which the cross-sectional area of the rear wall portion is larger than the cross-sectional area of the front wall portion. Even if the concave portion does not have a curved surface as shown in FIG. It may be sloped or stepped.
[0039]
By the way, as described above, as an invention having a configuration seemingly similar to the present invention, in order to improve the transfer efficiency and dispersion of the coating liquid, the cross-sectional shape of the wall before and after forming the concave portion of the roll is such that the front wall surface is in the rotational direction. A gravure roll has been proposed which has an inclined surface portion inclined in the direction in which the rear wall surface is in a direction along the radial direction of the roll (Patent Document 2). However, in this case, the cross section of the front wall portion is larger than the cross section of the rear wall portion, and the preferred embodiment of the present invention is asymmetric in the opposite direction, and it is difficult or impossible to generate a positive hydraulic pressure. Therefore, there is no effect of preventing damage as in the present invention.
[0040]
FIG. 7 shows another example of the asymmetric concave portion capable of generating a positive hydraulic pressure. A concave portion 43 is formed on the surface of the gravure roll 4 in the form of a groove or a hole. In this example, the length C1 of the front slope is shorter than the length C2 of the rear slope, and the recess 43 has an asymmetric shape in which the cross-sectional area of the rear wall is larger than the cross-sectional area of the front wall.
[0041]
When the top is flat as in the example of FIG. 7, an intermediate point between the front end and the rear end of this flat portion is defined as the vertex.
[0042]
Another method for generating a positive pressure from the measured coating liquid is to increase the viscosity of the coating liquid. This is because when the viscosity of the coating liquid increases, the shear stress increases and the pressure increases. The preferable range of the viscosity of the coating liquid is 1 to 5000 mPa · s, and more preferably 10 to 1000 mPa · s. If the viscosity is less than 1 mPa · s, the pressure is unlikely to increase and it is difficult to prevent scratches. If the viscosity is more than 5000 mPa · s, it is difficult to fill the coating liquid into the concave portions of the gravure, and air bubbles are easily mixed, which is not preferable.
[0043]
Another method for generating a positive pressure with the measured coating liquid is to increase the relative speed difference between the gravure roll surface and the web. This is because when the relative speed difference increases, the shear stress increases and the pressure increases. A preferable range of the relative speed difference is 10 to 2000 m / min, and more preferably 100 to 1000 m / min. If the relative speed difference is smaller than 10 m / min, the pressure does not easily increase and it becomes difficult to prevent scratches. If the relative speed difference is larger than 2000 m / min, the gravure roll is likely to vibrate at high speed, which is not preferable.
[0044]
Another method for generating a positive pressure from the measured coating liquid is to induce a squeeze flow by relatively vibrating a gravure roll and a web in a direction perpendicular to the web surface.
[0045]
If a positive hydraulic pressure is generated by any of the above methods or a combination thereof, it is possible to suppress damage due to direct contact.
[0046]
In addition, each of the above methods often cannot generate a positive pressure in the coating liquid alone. For example, it is often not possible to generate a positive pressure in the coating liquid simply by setting the viscosity of the coating liquid or the relative speed between the roll surface and the web alone to the above range, but as described in Examples below. Under appropriate conditions, a positive pressure can be generated. The method of inducing the shape of the concave portion into an asymmetric shape as described above or inducing a squeeze flow can often generate a positive pressure alone, however, the viscosity of the coating liquid and the relative speed between the roll surface and the web are each described above. Combining the setting with the range makes it possible to increase the generated positive pressure, which is very preferable.
[0047]
Whether or not a positive pressure is generated in the bead portion is calculated using, for example, a lubrication theory described in Non-Patent Document 2, or a known numerical value such as a finite element method based on general fluid dynamics. It can be confirmed by performing a numerical experiment under appropriate conditions using an analysis method.
[0048]
In this way, a positive pressure is generated in the coating liquid in the bead portion. In this case, as a method for supporting the web, a method without a backup roll (kiss method) as shown in FIG. 3 is preferable. In this method, since the movement of the web in the normal direction of the web surface is easy, the contact between the web surface and the roll surface can be easily avoided even if the positive pressure in the bead portion is small. However, the present invention is not limited to this, and even in a system having a backup roll, if the backup roll is elastically supported so as to be movable, or if the surface of the backup roll is coated with an elastic body, the web and the gravure roll can be formed with a positive liquid pressure. A suitable gap can be provided between them.
[0049]
As a material of the gravure roll 4, for example, steel can be preferably adopted, and a material having a hard chromium, copper, nickel plating, or a composite plating thereof on the surface, or a material having a surface sprayed with ceramic may be used. As a method of forming the concave portion on the surface of the gravure roll, there are cutting, rolling, laser engraving, and the like.
[0050]
Further, it is preferable to reduce the surface roughness by polishing the outer peripheral surface.
[0051]
When the present invention is used in an in-line coating process in a plastic film manufacturing process, the manufacturing cost of a coating film can be significantly reduced.
[0052]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
[0053]
In Example 1, the web 1 made of a polyethylene terephthalate film having a width of 1000 mm and a thickness of 500 μm was run at a tension of 1000 N / m in the direction of arrow b at a speed of 30 m / min using the coating method shown in FIG. The coating was performed using a gravure roll 4. The coating liquid supply means 2 and the doctor blade 5 were installed on the gravure roll 4.
[0054]
At the time of coating, the gravure roll was rotated such that the surface moved at a speed of 270 m / min in a direction opposite to the film running direction. The difference in rotation speed between the film and the roll is 300 m / min.
[0055]
The gravure roll 4 is made of a roll made of stainless steel having a diameter of 300 mm as a base material, and a continuous groove inclined at 45 ° to the roll axis as a concave portion on the outer peripheral surface thereof has a diameter of 70 per 2.54 cm in the rotation axis direction. It is formed by rolling at the density of a book. The cross-sectional shape of the concave portion was an asymmetric shape as shown in FIG. 6, where θ1 was 69 °, θ2 was 41 °, and the depth of the concave portion was 0.1 mm. Vibration, chatter, deflection, and thermal distortion during roll processing have been reduced to prevent variations in height and decrease in straightness.
[0056]
As the coating liquid, a polyester resin aqueous solution having a viscosity of 50 mPa · s containing 20 wt% of an organic sulfonic acid salt group-containing polyester resin was used, and applied to one surface of the web 1 immediately after application and before drying at a thickness of 10 μm.
[0057]
In Example 2, the cross-sectional shape of the concave portion of the gravure roll 4 was an asymmetric shape as shown in FIG. 7, and C1 was 0.0 mm, C2 was 0.14 mm, and the length of the flat portion was 0.07 mm. The one having a depth of 0.1 mm for the concave portion was used. Others are the same as the first embodiment.
[0058]
In Example 3, a gravure roll 4 having a symmetrical cross section as shown in FIG. The gravure roll 4 was rotated such that the surface of the gravure roll 4 moved at 370 m / min in a direction opposite to the film running direction. The difference in rotation speed between the film and the roll is 400 m / min. A coating liquid having a viscosity increased to 500 mPa · s with a thickener was used. Others are the same as the first embodiment.
[0059]
In Comparative Example 1, a gravure roll 4 having a symmetrical cross section as shown in FIG. 1 was used. Others are the same as the first embodiment.
Table 1 shows the results of evaluating the flaws on the film surface after drying. The pressure was calculated using the above-described numerical analysis method under the condition of fixing the web position.
[0060]
The evaluation criteria were as follows, by counting flaws having a size of 1 mm or more.
×: 5 or more / m 2 .
Δ: 3 to 4 pieces / m 2 .
：: 0 to 2 pieces / m 2 .
[0061]
[Table 1]
[0062]
With respect to the liquid pressure, it was possible to prevent damage by increasing the pressure or, when the pressure and the pressure were reduced, increasing the pressure to be greater than the reduced pressure.
[0063]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the coating method of a gravure roll system, it can apply a coating liquid, suppressing generation | occurrence | production of the damage | wound of a web surface, and can provide the coating film with few damages at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a symmetric concave shape in a conventional gravure roll.
FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to a roll rotation axis in a conventional coating method.
FIG. 3 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to a roll rotation axis of the coating method of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to a roll rotation axis of another coating method of the present invention.
FIG. 5 is a pressure distribution of a coating liquid when a conventional gravure roll is used.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an asymmetric concave shape in the gravure roll of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another asymmetric concave shape in the gravure roll of the present invention.
FIG. 8 is a pressure distribution of a coating liquid when the gravure roll of the present invention is used.
[Explanation of symbols]
1: Web 2: Fountain (pre-coating liquid supply means)
3: coating liquid 3a: measured coating liquid 3b: coating film 4: gravure roll 5: doctor blade 6: guide roll 43: recess 9: backup roll a: rotation direction of gravure roll b: traveling direction of web
