JP2006035179A

JP2006035179A - 塗工装置

Info

Publication number: JP2006035179A
Application number: JP2004222798A
Authority: JP
Inventors: Naohiko Suzuki; 直彦鈴木; Takashi Yaguchi; 矢口　　孝
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】二つのロールの間に形成される隙間によって塗布厚を調整する構成の塗工装置において、ロールの回転に伴う回転振れが生じても、二つのロールの間の隙間を常に一定に保って、製品の塗膜厚を均一化する。
【解決手段】二つのロール２、３の隙間を調整するため、一方のロール３をロール位置調整装置１２で位置調整可能とし、記憶・演算装置２３にあらかじめ二つのロール２、３のそれぞれについて回転位置と回転振れ量との関係を示すデータを記憶させておき、定期的に、ロール２、３のそれぞれの回転位置から回転振れ量を読み出して二つのロールの隙間の寸法を求め、その隙間の寸法を所定の設定値に保つためのロール回転中心位置の調整量を算出し、コントローラ２４で、その算出値に応じてロール位置調整装置１２を制御し、ロール２、３間の隙間の変動を抑制する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行中のウェブに塗布液を塗工する装置に関し、特に、精密塗工が望まれる光学フィルムの製造工程、リチウム電池用電極の製造工程等に用いるのに好適な塗工装置に関する。

従来、図９（ａ）に示すように、ウェブ１を支持して回転する第一のロール２と、そのロール２の外周面上のウェブ１に塗布液４を供給するノズル５と、第一のロール２に平行に且つ微小な隙間をあけて配置された第二のロール３等を備え、ウェブ１上に過剰に供給された塗布液を第二のロール３で掻き取ることでウェブ１上に一定厚さの塗布膜４Ａを形成する構造のスリットリバースコート方式の塗工装置が知られている。また、図９（ｂ）に示すように、第一のロール２と、その第一のロール２の外周面に塗布液４を供給するノズル５と、第一のロール２に平行に且つ微小な隙間をあけて配置された第二のロール３と、ウェブ１を第一のロール２に押し付けて走行させるように支持した支持ロール６等を備え、第一のロール２の外周面に過剰に供給された塗布液を第二のロール３で掻き取ることで第一のロール２の外周面上に一定厚さの塗布膜を形成し、それをウェブ１に転写することでウェブ１上に一定厚さの塗布膜４Ａを形成する構造のスリットリバースコート方式の塗工装置も知られている。これらの塗工装置は、二つのロール２、３の間の隙間によって塗膜厚を調整するものである。

スリットリバースコート方式の塗工装置においては、塗膜厚はロール２、３の隙間によって定まるので、この塗膜厚を精密に一定とするには、ロール２、３の隙間を常時一定とすることが必要である。そこで、従来、この隙間をロールの回転方向及びロールの軸線方向（ウェブの幅方向）に常に一定とするため、次の対策を採っている。
・ロールの回転精度を高めるために、軸受の精度等級を上げる。
・ロールの真円度、真直度等、幾何精度を向上させる。
・装置全体の精度を高めるため、フレーム等の剛性を高める。

しかしながら、これらの対策には次のような問題点があった。
・軸受、ロールの精度を高めるため、装置が高価となり、製作に要する納期も延びてしまう。
・装置の剛性を高めるため、装置の大型化、重量の増大が伴う。
・軸受、ロールの精度向上とコスト増の兼ね合いによって、回転振れ量（回転精度）の追求には限度が生じてしまい、回転振れを十分には低減できない。
・ロールの回転に伴い回転振れが発生すると、ロール間の隙間も回転に伴い変動し、その結果、ウェブ走行方向の塗膜厚も隙間の変化量に同調・比例して変化してしまい、製品の品質の低下を招いている。

本発明はかかる状況に鑑みてなされたもので、隙間をあけて配置された二つのロールを備え、該二つのロールの間に形成される隙間によって塗布厚を調整する構成の塗工装置において、軸受、ロール等の精度をあまり高めなくても、またロールの回転に伴う回転振れが生じても、二つのロールの間の隙間を常に一定に保って、製品の塗膜厚のウェブ走行方向及び幅方向におけるむらを低減して、高品質の塗工製品を得ることを可能とすることを課題とする。

上記課題を解決すべくなされた本願請求項１に係る発明は、隙間をあけて配置された二つのロールを備え、該二つのロールの間に形成される隙間によって塗布厚を調整する構成の塗工装置において、前記二つのロールの隙間を調整するよう前記二つのロールの一方の位置を調整可能なロール位置調整装置と、前記二つのロールのそれぞれの回転位置を検出するロータリーエンコーダと、前記二つのロールのそれぞれについて回転位置と回転振れ量との関係を示すデータをあらかじめ記憶しておき、定期的に、前記ロータリーエンコーダで検出した前記二つのロールのそれぞれの回転位置から回転振れ量を読み出して二つのロールの隙間の寸法を求め、その隙間の寸法を所定の設定値に保つためのロール回転中心位置の調整量を算出する記憶・演算装置と、該記憶・演算装置が算出したロール回転中心位置の調整量に応じて前記ロール位置調整装置を制御するコントローラを設け、一方のロールの位置を常時制御して、二つのロール間の隙間の変動を抑制する構成としたものである。

請求項２に係る発明は、上記した請求項１に係る発明において、前記記憶・演算装置を、前記二つのロールの両端領域のそれぞれについての、回転位置と回転振れ量との関係を示すデータをあらかじめ記憶し、前記ロールの両端のそれぞれについてのロール回転中心位置の調整量を算出する構成とし、前記ロール位置調整装置を、一方のロールの両端の位置をそれぞれ独立して調整可能なように、２組設け、それぞれを、そのロール位置調整装置を設けている側のロール端部について算出されたロール回転中心位置の調整量に応じて制御する構成としたものである。

請求項３に係る発明は、上記した請求項１に係る発明において、前記記憶・演算装置を、前記二つのロールの両端領域のそれぞれについての、回転位置と回転振れ量との関係を示すデータをあらかじめ記憶し、前記ロールの両端のそれぞれについてのロール回転中心位置の調整量を算出する構成とし、前記ロール位置調整装置を、一方のロールを支持して旋回可能な回転テーブルと、該回転テーブルを旋回させる駆動装置を有する構造とし、前記ロールの両端のそれぞれについて算出されたロール回転中心位置の調整量に応じて前記回転テーブルの旋回角度を制御する構成としたものである。

本発明の塗工装置は、二つのロールが回転中に回転振れを生じても、その回転振れをあらかじめ測定したデータから求めて二つのロールの回転中における隙間の変動量を求め、その変動がなくなるように一方のロールの位置を制御することが可能であり、このため、ロールの真直度、真円度等の加工精度や軸受の精度をあまり高めなくても、二つのロール間の隙間が常に一定となるように制御でき、塗工製品の塗膜厚のウェブ走行方向及び幅方向におけるむらを低減して、高品質の塗工製品を得ることができる。

ここで、ロール位置調整装置をロールの両端にそれぞれ設けて、ロールの両端位置をそれぞれ制御する構成とすると、ロールの両端位置での回転振れ量がロールの両端で異なっていても、また回転振れ量が最大となる位置の位相がロール両端で異なっていても、隙間寸法を一定に制御できる。

また、ロール位置調整装置を、一方のロールを支持して旋回可能な回転テーブルと、該回転テーブルを旋回させる駆動装置を有する構造とし、ロールの両端のそれぞれについて算出されたロール回転中心位置の調整量に応じて前記回転テーブルの旋回角度を制御する構成とすると、１個のロール位置調整装置で、ロールの両端位置を制御でき、装置を簡略化できる。

図１は本発明の好適な実施の形態に係るスリットリバースコート方式の塗工装置の概略側面図、図２はその塗工装置の概略平面図である。この塗工装置は、図９（ａ）に示す塗工装置と同様に、ウェブ１を支持して回転する第一のロール２と、そのロール２の外周面上に支持されて走行中のウェブ１に塗布液を過剰に供給するノズル（図示せず）と、第一のロール２に平行に且つ隙間をあけて配置された第二のロール３等を備え、ウェブ１上に供給された塗布液を第二のロール３で掻き取ることでウェブ１上に一定厚さの塗布膜を形成する構造のものである。

この種の塗工装置において生じるロールの回転中に生じる回転振れによる二つのロール２、３の間の隙間寸法の変動を図３を用いて説明する。図３（ａ）において、二つのロール２、３の回転中心をＯ、Ｐとし（説明の便宜上、ロール２、３の偏心を大きく誇張して示している）、直線ＯＰと各ロール２、３の円周の交点をＡ、Ｂとすると、点ＡＢ間の距離ｇ（二つのロール２、３の間に形成される隙間の寸法、以下隙間寸法という）からウェブ１の厚さを引いたものが塗布厚となるので、この隙間寸法ｇはロール２、３の回転にかかわらず一定することが望ましく、また、ロール軸線方向（ウェブの幅方向）にも一定としておくことが好ましい。ところが、ロール２、３の真直度、真円度の向上には限度があり、また、ロール２、３を支持している軸受の精度向上にも限度があるため、実際にロール２、３を回転させると、回転振れが生じ、図３（ａ）に示す時点から微小時間Δｔ経過し、図３（ｂ）に示すようにロール２、３がそれぞれ角度α、βだけ回転した時点では、ロール２、３外周面の直線ＯＰ上の位置（点Ａ、Ｂの位置）が初期の位置から変動してしまい、これに伴って、隙間寸法ｇ（Δｔ）も変動する。この時、ロール２、３の回転に伴う外周面の直線ＯＰ上での変動量（回転振れ量という）は、正弦波形を基調としている。そこで、ロール２の点Ａにおける回転振れ量を、横軸に時間を取って表すと図４（ａ）のようになり、ロール３の点Ｂにおける回転振れ量を、横軸に時間を取って表すと図４（ｂ）のようになる。二つのロール２、３の間の隙間寸法ｇの、両ロール２、３の回転による変動量は、図４（ａ）の波形と図４（ｂ）の波形の合成波となり、図４（ｃ）の通りとなる。そこで、この変動に同調し、且つ隙間寸法ｇの変動量を解消するように、二つロール２、３のいずれか一方の回転中心位置（具体的にはロールの軸を支持している部材の位置）を制御することで、隙間寸法ｇを一定に制御することができる。

このロール２又は３の回転中心位置を制御するため、図１、図２に示す塗工装置では、ウェブ１を支持する第一のロール２は装置フレーム１１に、一定の位置で回転するように取り付けるが、塗布液掻き取り用の第二のロール３はその両端をそれぞれ、ロール位置調整装置１２、１２に保持させ、位置調整可能としている。すなわち、各ロール位置調整装置１２は、ロール３の軸を軸受を介して支持した支持台１４を他方のロール２に対して接近及び離間方向に移動可能に保持する直動ガイド１５と、その支持台１４を移動させるアクチュエータ１６を備えており、そのアクチュエータ１６によってロール３の軸の位置を変位させ、二つのロール２、３の間隔を所望の値に調整可能である。ここで用いるアクチュエータ１６として、図面ではボールネジ１６ａとパルスモータ１６ｂを備えたものを示しているが、これに限らず、リニアモータ、ピエゾ素子等を用いても良い。

更に、ロール位置調整装置１２、１２を制御するために、二つのロール２、３のそれぞれの回転位置を検出するロータリーエンコーダ２０、２１と、二つのロール２、３のそれぞれの回転位置とロール外周面の回転振れ量との関係を示すデータをあらかじめ記憶しておき、定期的に、ロータリーエンコーダ２０、２１で検出した二つのロール２、３のそれぞれの回転位置から回転振れ量を読み出して二つのロールの隙間の寸法を求め、その隙間の寸法を所定の設定値に保つためのロール回転中心位置の調整量を算出する記憶・演算装置２３と、その記憶・演算装置が算出したロール回転中心位置の調整量に応じてロール位置調整装置１２、１２を制御するコントローラ２４と、各ロール位置調整装置１２、１２の支持台１４の位置を検知する変位センサー２５等が設けられている。

ここで、記憶・演算装置２３には、あらかじめ、各ロール２、３について、その両端領域（図２のＣ−Ｃ線上及びＤ−Ｄ線上）で回転位置と回転振れ量との関係を測定して記憶させておく。すなわち、図３（ａ）に示すように、各ロール２、３について回転の基準位置を設定し（ロール２、３に便宜上付したマークａ、ｂが直線ＯＰ上に位置する回転位置を基準位置と設定し）、その基準位置から回転角度α、βだけ回転した時点でのロール外周面の直線ＯＰ上での変動量すなわち回転振れ量Δｘ、Δｙを測定し、この回転振れ量Δｘ、Δｙを種々な回転角度α、βについて測定することで、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ロール２、３の１回転中における回転位置と回転振れ量との関係を示すデータを求め、これを記憶・演算装置２３に記憶させておく。

次に、上記構成の塗工装置の動作を説明する。この塗工装置においても、第一のロール２で搬送中のウェブ１の上にノズル（図示せず）によって塗布液が過剰に供給され、その塗布液を第二のロール３で掻き取ることでウェブ１上に一定厚さの塗布膜が形成される。この塗工動作中において、第二のロール３の両端に配置されたノズル位置調整装置１２、１２がロール３の両端位置を制御して二つのロール２、３の間の隙間が一定に保たれるように制御する。この制御は次のように行われる。

今（特定の時間ｔとする）、図６において、実線で示す二つのロール２、３がそれぞれ回転の基準位置にあり、二つのロール２、３の間の隙間寸法が所定の設定値ｇ（ｔ）となっているものとする。この特定の時間から微小時間Δｔ後には各ロール２、３はそれぞれ、回転角度α、βだけ回転して二点鎖線で示す位置に回転する（なお、図面では分かりやすくするため角度α、βを大きく描いているが、実際の制御では、回転角度α、βは数度〜十数度の範囲内となるように微小時間Δｔを選択する）。特定の時間（ｔ）から微小時間Δｔ経過した時点で、記憶・演算装置２３が各ロール２、３に連結しているロータリーエンコーダ２０、２１からの信号から各ロール２、３の回転位置を割り出し、その回転位置での回転振れ量Δｘ（Δｔ）、Δｙ（Δｔ）を、あらかじめ記憶させているデータから読み出し、次いで、その回転振れ量Δｘ（Δｔ）、Δｙ（Δｔ）からその時の二つのロール２、３の隙間寸法ｇ（ｔ＋Δｔ）を求める。次に、この隙間寸法ｇ（ｔ＋Δｔ）を所定の設定値ｇ（ｔ）に等しくするために可動側のロール３のロール回転中心位置Ｐを移動させるべき距離すなわちロール回転中心位置の調整量（Δｄ）を算出する。このロール回転中心位置の調整量（Δｄ）は、ロール２、３の両端についてそれぞれ算出する。

次に、コントローラ２４が、ロール３の回転中心位置を先に算出した調整量（Δｄ）だけ移動させるように、ロール位置調整装置１２、１２に指令値（調整量Δｄ）を出力し、各ロール位置調整装置１２、１２はそれぞれ指令値に応じて移動台１４の位置を調整する。これにより、ロール３の両端においてそれぞれ、ロール回転中心位置が、演算して求めた調整量（Δｄ）だけ移動し、二つのロール２、３の隙間寸法が所定の設定値ｇ（ｔ）になる。以下、同様な制御動作が微小時間Δｔ毎に実施される。以上のようにして、二つのロール２、３に回転振れが生じていても、その二つのロール２、３間の隙間寸法の変動をほぼ解消することができる。

上記した実施の形態では、ロール位置調整装置１２、１２をロール３の両端に配置し、ロール２、３の両端領域について測定した回転振れ量のデータを元に、ロール両端領域での隙間寸法の変動を抑制しているので、ロールの両端領域での回転振れ量がロール２、３の両端で異なっていても、また回転振れ量が最大となる位置の位相がロール両端で異なっていても、隙間寸法を一定に制御できる。また、各ロール２、３の回転周期が異なった場合でも、各ロール２、３のロール径が異なった場合でも、各ロールの回転振れ量を回転位相にあわせて把握しているため、常に隙間寸法を一定に制御でき、あらゆる運転条件に適用でき、均一厚さの塗工が可能となる。

なお、この実施の形態では、ロール位置調整装置１２、１２をロール３の両端に配置し、ロール２、３の両端領域について測定した回転振れ量のデータを元に、ロール両端位置での隙間寸法の変動を抑制しており、ロール２、３の中央領域については、制御していない。しかしながら、回転振れがロールの中央領域と両端領域とで大きく異なるということはほとんどなく、この実施の形態で示すように、ロール両端での隙間制御により、ロールの中央領域での隙間変動もほぼ解消できるので支障はない。

以上に示した実施の形態では、ロール３の両端にそれぞれ別個にロール位置調整装置１２、１２を設け、それぞれ独立して位置制御を行っているが、これに代えて、回転テーブルを用いてロール両端を連動して位置制御するようにしてもよい。図７、図８はその場合の実施形態を示すものである。この実施の形態に係る塗工装置では、ロール位置調整装置１２Ａが、ロール３を支持した支持台１４を乗せて水平面内で旋回可能な回転テーブル３０と、その回転テーブル３０を旋回させる駆動装置３１を備えた構造となっている。回転テーブル３０の旋回中心Ｑは、ロール３を平面で見た状態でロール３の中心位置に重なるように設定されている。更に、回転テーブル３０は、水平移動台３３に保持されており、その水平移動台３３はロール２の軸線に直角方向に移動可能に直動ガイド３４で支持されると共にアクチュエータ３６で往復移動させられる構成となっている。ロール位置調整装置１２Ａ及びアクチュエータ３６はコントローラ２４で制御される構成となっている。その他の構成は図１、図２に示す実施の形態と同様である。

図７、図８に示す実施の形態では、最初にアクチュエータ３６が水平移動台３３を所定位置に位置決めして停止させ、ロール３の初期位置を設定する。塗工中、記憶・演算装置２３が、定期的に、ロール３の両端領域についてそれぞれ、ロール回転中心位置の調整量（Δｄ）を算出し、次いでその調整量（Δｄ）の移動を極力達成するためのロール３の旋回角度調整量（Δθ）を算出する。コントローラ２４は、その旋回角度調整量（Δθ）に応じてロール位置調整装置１２Ａを制御して回転テーブル３０を旋回させる。これにより、常時、ロール２、３の隙間の寸法が所定の設定値に近づくように制御される。なお、この実施の形態では、回転テーブル３０の旋回でロール両端領域の隙間を調整するものであるため、図１、図２に示すように、ロール両端をそれぞれ別個のロール位置調整装置１２、１２で制御する場合に比べると、制御精度は落ちるが、制御系が１組で済むため、装置を簡略化できる利点が得られる。

なお、図７、図８に示す実施の形態では、塗工中におけるロール２、３の隙間の制御を、回転テーブル３０の旋回のみで行なっているが、これに限らず、水平移動台３３による水平移動を併用してもよい。更に、ロール２、３の回転振れ量による隙間の変動が、ロール両端であまり差がない場合には、回転テーブル３０を省略し、水平移動台３３のみを用いて隙間の寸法を一定に保つよう制御する構成としてもよい。

以上に、本発明を、ロール２にウェブ１を支持させる形態のスリットリバースコート方式の塗工装置に適用した場合を説明したが、本発明はこれに限らず、図９（ｂ）に示す形態のスリットリバースコート方式の塗工装置に適用することも可能であり、更には、スリットリバースコート方式に限らず、二つのロールを備え、その二つのロールの間に形成される隙間によって塗布厚を調整する構成の塗工装置であれば、すべてに対し適用可能である。更に、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更可能であることは言うまでもない。

本発明の好適な実施の形態に係るスリットリバースコート方式の塗工装置の概略側面図図１に示す塗工装置の概略平面図（ａ）、（ｂ）は二つのロール２、３が回転した時に回転振れによって隙間の寸法が変化する状態を説明するロール断面図（ａ）、（ｂ）は二つのロール２、３の回転振れ量の経時変化を示すグラフ、（ｃ）は隙間寸法の経時変化を示すグラフ（ａ）、（ｂ）は二つのロール２、３の回転位置と回転振れ量の関係を示すグラフ二つのロール２、３が回転した時に回転振れによって隙間の寸法が変化する状態を説明するロール断面図本発明の他の実施の形態に係るスリットリバースコート方式の塗工装置の概略側面図図７に示す塗工装置の概略平面図（ａ）、（ｂ）はスリットリバースコート方式の塗工装置を示す概略断面図

符号の説明

１ウェブ
２第一のロール
３第二のロール
４塗布液
５ノズル
６支持ロール
１１装置フレーム
１２、１２Ａロール位置調整装置
１４支持台
１５直動ガイド
１６アクチュエータ
１６ａボールネジ
１６ｂパルスモータ
２０、２１ロータリーエンコーダ
２３記憶・演算装置
２４コントローラ
２５変位センサー
３０回転テーブル
３１駆動装置
３３水平移動台
３４直動ガイド
３６アクチュエータ

Claims

隙間をあけて配置された二つのロールを備え、該二つのロールの間に形成される隙間によって塗布厚を調整する構成の塗工装置において、前記二つのロールの隙間を調整するよう前記二つのロールの一方の位置を調整可能なロール位置調整装置と、前記二つのロールのそれぞれの回転位置を検出するロータリーエンコーダと、前記二つのロールのそれぞれについて回転位置と回転振れ量との関係を示すデータをあらかじめ記憶しておき、定期的に、前記ロータリーエンコーダで検出した前記二つのロールのそれぞれの回転位置から回転振れ量を読み出して二つのロールの隙間の寸法を求め、その隙間の寸法を所定の設定値に保つためのロール回転中心位置の調整量を算出する記憶・演算装置と、該記憶・演算装置が算出したロール回転中心位置の調整量に応じて前記ロール位置調整装置を制御するコントローラとを有する塗工装置。
前記記憶・演算装置が、前記二つのロールの両端領域のそれぞれについての、回転位置と回転振れ量との関係を示すデータをあらかじめ記憶し、前記ロールの両端のそれぞれについてのロール回転中心位置の調整量を算出する構成となっており、前記ロール位置調整装置が、一方のロールの両端の位置をそれぞれ独立して調整可能なように、２組設けられ、それぞれが、そのロール位置調整装置を設けている側のロール端部について算出されたロール回転中心位置の調整量に応じて制御されることを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
前記記憶・演算装置が、前記二つのロールの両端領域のそれぞれについての、回転位置と回転振れ量との関係を示すデータをあらかじめ記憶し、前記ロールの両端のそれぞれについてのロール回転中心位置の調整量を算出する構成となっており、前記ロール位置調整装置が、一方のロールを支持して旋回可能な回転テーブルと、該回転テーブルを旋回させる駆動装置を有しており、前記ロールの両端のそれぞれについて算出されたロール回転中心位置の調整量に応じて前記回転テーブルの旋回角度が制御されることを特徴とする請求項１記載の塗工装置。