JP2006281172A - ウェブの塗布装置および塗布方法ならびに被膜形成済みウェブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
メタリングユニットの支持体の摩耗により発生する摩耗屑の混入による塗布欠点を防止して、異物の混入が少ない塗液を高速で均一な厚さに塗布することができるウェブの製造装置および方法を提供すること。
【解決手段】
メタリングバーの長さ方向に配置したメタリングユニットがメタリングバーを少なくとも２点で外接支持し、かつ、ウェブの走行方向と直交しメタリングバーの回転軸を通る第1の直線と、メタリングバーの回転軸および走行方向の最も上流側の外接支持点を結ぶ第2の直線とがなす角度をθ1、第1の直線および走行方向の最も下流側の外接支持点を結ぶ第3の直線とがなす角度をθ２としたときに、θ１＜θ２が成り立つ関係となる構成を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウェブの塗布装置および塗布方法ならびに被膜形成済みウェブの製造方法に関する。

一般に、熱可塑性樹脂フィルム等のウェブの表面に塗液を均一に所定の厚みに塗布し、その後塗液を乾燥して被膜をウェブ上に形成するための塗布方法として、ファウンテン等の塗布ノズルで過剰に塗布した塗液をメタリングバーで所定の塗布厚みに計量塗布する方法や、塗布ノズルから計量塗布した塗液をメタリングバーでスムージング塗布する方法が知られている。また、塗布装置としては、ウェブの成形工程中で塗布するインラインコーターと、成形後巻物にしたウェブを巻き出して塗布するオフコーターとがある。

通常、ウェブの幅方向における塗布幅はメタリングバーの直径に比べ相当に大きい。そのため、メタリングバーには自身の自重とウェブの張力によってメタリングバーの回転軸方向と直交する方向(鉛直方向)に撓みを生じさせる荷重が発生する。このような荷重による撓みがメタリングバーに発生すると、ウェブを高速で走行させたときメタリングバーが振動し塗液を均等に掻き落とせなくなり、塗布すじや塗布むら等の塗布欠点を生じるようになるため、これを防止する必要がある。その手段として、特許文献１および２などに開示されている方法がある。図５および図６はこの様子を示す従来のメタリングバーの回転軸方向に垂直な断面における断面図である。

上記図５において、１は走行するウェブ、２は塗液を供給する塗布ノズル、３は塗液、４はメタリングバー、５ａおよび５ｂはメタリングバー４を支持する2つのローラーである。図５では塗布処理中のメタリングバー４に発生する自身の自重とウェブ１の張力の合力である鉛直方向の撓み荷重Ｆ１に対し、ローラー５ａ、５ｂ上の支持点はＦ１の分力であるＦ４、Ｆ５をそれぞれ支持することによりメタリングバー４の撓みを防止している。

また、上記図６において、１は走行するウェブ、２は塗液を供給する塗布ノズル、３は塗液、４はメタリングバー、１３ａおよび１３ｂはメタリングバー４を支持する傾斜面である。図６では鉛直方向の撓み荷重Ｆ１に対し、傾斜面１３ａ、１３ｂ上の支持点はＦ１の分力であるＦ４、Ｆ５をそれぞれ支持することによりメタリングバー４の撓みを防止している。
特開２００１−２７６７１３号公報 特開平１−９４９７５号公報

本発明者らの知見によると、メタリングバーに発生する自身の自重とウェブの張力の合力である鉛直方向の撓み荷重Ｆ１以外にも、走行するウェブとメタリングバーを接触させると、メタリングバーの回転抵抗力によりメタリングバーにはウェブの走行方向に撓みを生じさせる荷重が発生する。

したがって、少なくとも上記2種類の撓み荷重が合成されるので、メタリングバーには、回転軸方向に直交するある方向に向かって撓み荷重が発生するということが出来る。図７はこの様子を示す従来のメタリングバーの回転軸方向に垂直な断面における断面図である。

上記図７において、１は走行するウェブ、２は塗液を供給する塗布ノズル、３は塗液、４はメタリングバー、５ａおよび５ｂはメタリングバー４を支持する2つのローラーである。塗布処理中のメタリングバー４には自身の自重とウェブ１の張力の合力である鉛直方向の撓み荷重Ｆ１と、メタリングバー４の回転抵抗力によるウェブの走行方向の撓み荷重Ｆ２が発生しており、ローラー５ａおよび５ｂ上の支持点は鉛直方向の撓み荷重Ｆ１とウェブの走行方向の撓み荷重Ｆ２の合力であるＦ３を支持することとなり、ウェブの走行方向上流側の支持点となるローラー５ａ上の支持点はＦ３の分力である荷重Ｆ４、前記走行方向下流側の支持点となるローラー５ｂ上の支持点はＦ３の分力である荷重Ｆ５を支持することとなる。

しかしながら従来の装置では、ローラー５ａおよび５ｂは鉛直方向の撓み荷重Ｆ１を支持すべく配置されており、ウェブの走行方向の撓み荷重Ｆ２については考慮されていない。

すなわち、従来の装置では、メタリングバー４の回転軸方向に垂直な断面において、ウェブの走行方向と直交しメタリングバー４の回転軸８を通る第1の直線Ａより下流側に存在する支持点は、上流側に存在する支持点より大きな荷重を支持することとなり、その結果、下流側の支持体であるローラー５ｂが著しく摩耗し、発生した摩耗屑が塗液に混入し塗布欠点が生ずることがある。また、メタリングバー４とローラー５ｂとの間で生ずる剪断力により塗液が変質し凝集することにより、凝集物が塗液に混入し塗布欠点が生ずることがあるのである。

上記の問題は、塗布する塗液の粘度が０．１Ｐａ・ｓ（１００ｃＰ）以上の高粘度となる場合において、所定の塗布厚みに計量塗布、またはスムージング塗布を行うには、ウェブとメタリングバーの接触圧力を高くする必要があるため、支持点にかかる荷重がより大きなものとなり、特に顕著となるものである。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、塗布処理中のメタリングバーに生ずる鉛直方向およびウェブの走行方向の撓み荷重の影響を抑え、メタリングバーの振動による塗布すじや塗布むら等の塗布欠点が発生しにくいウェブの塗布装置および塗布方法ならびに被膜形成済みウェブの製造方法を提供することはもとより、特定の支持体が高い荷重を支持することにより発生する支持体の摩耗屑の混入による塗布欠点が発生しにくいウェブの塗布装置および塗布方法ならびに被膜形成済みウェブの製造方法を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、メタリングバーと支持体との間で生ずる剪断力により変質した塗液の凝集物による塗布欠点が発生しにくいウェブの塗布装置および塗布方法ならびに被膜形成済みウェブの製造方法を提供することにある。

これらの実現により、異物の混入が少ない塗液を高速で均一な厚さに塗布することができるウェブの塗布装置および塗布方法ならびに被膜形成済みウェブの製造方法を提供することができる。

上記目的を達成するために本発明によれば、走行するウェブの表面に塗液を供給する塗布手段と、塗布された該塗液を回転しながら所定の塗布厚みに計量塗布、またはスムージング塗布するメタリングバーと、該メタリングバーを支持する支持体を有するメタリングユニットとを備えたウェブの製造装置であって、前記メタリングユニットは、前記メタリングバーの表面が前記ウェブの表面に塗液を供給する領域内において、前記メタリングバーを少なくとも２点で外接支持し、かつ、前記ウェブの走行方向と直交し前記メタリングバーの回転軸を通る第1の直線と、メタリングバーの回転軸および前記走行方向の最も上流側の外接支持点を結ぶ第2の直線とがなす角度をθ1、前記第1の直線および前記走行方向の最も下流側の外接支持点を結ぶ第3の直線とがなす角度をθ２としたときに、θ１＜θ２が成り立つ関係にあるように構成されていることを特徴とするものである。

本発明において、「ウェブ」とは、熱可塑性樹脂フィルム、紙、皮革、不織布、綿織物などのシート状物をいう。代表的なものとしてポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ナイロンなどを主成分とする熱可塑性樹脂フィルムが挙げられる。

また、本発明において、「塗布手段」とは、ウェブに塗液を塗布する手段をいう。代表的なものとしてファウンテン塗布方式、ロール塗布方式、ブレード塗布方式、カーテン塗布方式などが挙げられる。ウェブの規定塗布量よりも多く塗液を塗布する構成のものとウェブの規定塗布量だけ塗液を供給するものが好ましく用いられる。

また、本発明において「メタリングバー」とは、回転しながらウェブに塗布された塗液を所定の塗布厚みに計量塗布、またはスムージング塗布することが可能な円柱体をいう。単なる円柱ロッドも使用可能ではあるが、外周に塗液の計量機能を付加する目的で、直径が３０ｍｍ以下の円柱ロッドの外周にワイヤーを螺旋状に巻き付けたもの又は、円柱ロッドに所定の深さ、幅の溝を設けたものを使用することが望ましい。塗布手段がウェブの規定塗布量よりも多く塗液を塗布する構成のものを用いる場合は、上記のような計量機能をメタリングバーに持たせておくのが好ましい。

また、本発明において、「メタリングユニット」とは、メタリングバーとウェブとの位置関係を所定の範囲に保ちながらメタリングバーを回転可能に支持する機構を備えた構成要素をいう。たとえば、図１に示すようなメタリングバー４を支持する一対のローラー５ａ、５ｂと、各ローラー５ａ、５ｂを回転自在に支持する支持軸６ａ、６ｂを有するものから構成できる。一対のローラーの代わりに、たとえば、図２に示すような一対の傾斜面１３ａ、１３ｂをＶ字状に形成し、その傾斜面でメタリングバーを支持するようにしたＶブロック構造のメタリングユニット１４を採用することも可能である。

また、本発明において、「支持体」とは、メタリングユニットに備えられた部材であって、メタリングバーと接触するなどしてメタリングバーの位置を規定する個別の部材をいう。上記図１、図２の例では、一対のローラー５ａ、５ｂや傾斜面１３ａ、１３ｂがこれに該当する。接触する部位の材質はメタリングバーの材質より硬度が低い樹脂を用いるのがメタリングバーの摩耗を軽減するためには好ましい。特にローラーを用いる場合は表面にエラストマー等の樹脂を使用することが好ましい。

また、本発明において、「樹脂」とは、可塑性があり、加熱により軟化し、任意の形に成形できる合成、または天然の有機高分子物質をいう。

また、本発明において、「エラストマー」とは、射出成形法、押出成形法、注型成型法、ブロー成形法、インフレーション成型法などにより成形したゴム状の弾性体樹脂をいう。ローラー表面に用いるエラストマーとしては耐摩耗性、機械的強度に優れた熱可塑性ポリウレタンエラストマーを使用することが好ましい。

また、本発明において塗布される塗液の粘度は０．００１Ｐａ・ｓ〜１０Ｐａ・ｓである。特に０．１Ｐａ・ｓ以上の高粘度の塗液を塗布する場合、ウェブ１とメタリングバー４の接触圧力を高くする必要があるため、支持点にかかる荷重がより大きなものとなり、支持体の摩耗屑や剪断による塗液の凝集物による塗布欠点が発生しやすくなるため、本発明の手段を用いることが好ましい。

以下、詳述するように、本発明のウェブの塗布装置および塗布方法ならびに被膜形成済みウェブの製造方法によれば、塗布処理中のメタリングバーに生ずる鉛直方向およびウェブの走行方向の撓み荷重の影響を抑え、メタリングバーの振動による塗布すじや塗布むら等の塗布欠点が発生しにくいことはもとより、特定の支持体が高い荷重を支持することにより発生する支持体の摩耗屑の混入による塗布欠点が発生しにくい。

また、メタリングバーと支持体との間で生ずる剪断力により変質した塗液の凝集物による塗布欠点が発生しにくい。

これらの実現により、異物の混入が少ない塗液を高速で均一な厚さに塗布することができる。

また、０．１Ｐａ・ｓ以上の高粘度の塗液を塗布する場合、ウェブ１とメタリングバー４の接触圧力を高くする必要があるため、支持点にかかる荷重がより大きなものとなり、本発明の効果がさらに顕著となるものである。

以下、本発明の最良の実施形態の例を熱可塑性樹脂フィルムで構成されたウェブの塗布装置に適用した場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る塗布装置を走行するウェブ１の幅方向に垂直な断面を示す概略構成図であり、図３は、この様子をウェブ１の法線方向からみた概略平面図である。本実施形態ではウェブ１は熱可塑性樹脂フィルムからなる。図１および図３で、1は矢印方向に走行しているウェブ、２はファウンテン塗布方式の塗布手段である塗布ノズル、3はウェブ１に塗布された塗液、４は回転軸方向がウェブの幅方向にあるメタリングバー、５ａ、５ｂはメタリングバー４を外接支持する支持体であるローラー、６ａ，６ｂはローラー５ａ、５ｂを回転自在に支持する支持軸、７ａ、７ｂは塗液３から掻き取った液がウェブ１へ再付着することを防止するための液はね防止カバー、８はメタリングバーの回転軸、９はローラー５ａ、５ｂ、支持軸６ａ、６ｂ、液はね防止カバー７ａ、７ｂを備えたメタリングユニットである。

図１および図３に示すように、前工程から繰り出されたウェブ１（熱可塑性樹脂フィルム）は、塗布ノズル２により、ウェブ１の片面（本実施形態では下面）に、所定の塗布幅にて塗液３が塗布される。塗布ノズル２の下流側には、メタリングバー４がウェブ１の片面に塗液３を所定の塗布厚みに計量塗布、またはスムージング塗布すべく接触するようメタリングユニット９が配置されている。メタリングバー４によって、ウェブ１に塗布された塗液３から余剰の塗液３が掻き取られ、所定の厚みに塗液３が計量されて、ウェブ１に所定厚みの塗膜が形成された状態で次工程に送られる。

メタリングバー４は、両端部で、図示しない軸受により回転自在に支持されている。ウェブ１の表面に擦り傷を発生させないため、メタリングバー４はウェブ１の走行方向に、ウェブの走行速度とほぼ同速で回転していることが好ましい。本実施形態では、メタリングバー４は走行するウェブとの摩擦力によって回転する、いわゆる従動回転の状態であるが、駆動装置によって回転させてもよい。また、ウェブの傷があまり問題にならない用途の場合には、メタリングバーをウェブの走行速度より遅く回転させたり、あるいは、逆向きに回転させてもよい。このメタリングバー４は、その長手方向に間隔をおいて配置された複数個のメタリングユニット９によってウェブ１と反対側から支持されている。

図４は、メタリングバー４の構造を示す、その回転軸を含む面内における部分断面図である。図４で、１０は円柱ロッド、１１はワイヤー、１２はメッキ層である。メタリングバー４は、直径が３０ｍｍ以下、好ましくは６〜２５ｍｍの円柱ロッド１０（たとえばステンレス製丸棒）の外周に、直径０．０２〜１ｍｍ程度のワイヤー１１が螺旋状に密に巻き付けられたものに構成されている。あるいは、メタリングバーは、たとえば、ステンレス製丸棒の外周面に深さ０．０１〜０．５ｍｍ程度の溝を設けることで形成してもよい。図４に示したメタリングバー４においては、さらに、ワイヤー１１の外表面にクロム等の硬質金属のメッキ層１２が設けられている。このようなメッキ層１２を設ければ、メタリングバー４の耐摩耗性を向上し、寿命を延長することができる。さらに、メッキ層１２の厚みを調整することで塗液掻き取り後の塗布厚みを微妙に調整することもできる。硬質金属のメッキ層としては、メッキ層に代えて金属蒸着層や金属溶射層であってもよい。

本実施形態では、各メタリングユニット９は、図１に示すように構成されている。すなわち、メタリングユニット９は、メタリングバー４を外接支持する支持体である一対のローラー５ａ、５ｂと、各ローラーを回転自在に支持する支持軸６ａ、６ｂを有している。ローラー５ａ、５ｂの前後には、液はね防止カバー７ａ、７ｂが取り付けられており、塗液３から掻き取った液がローラー５ａ、５ｂの回転によりウェブ１へ再付着することを防止している。

ローラー５ａはメタリングバー４の回転軸８よりウェブ１の走行方向の上流側、ローラー５ｂはメタリングバー４の回転軸８よりウェブ１の走行方向の下流側に存在し、図１の面内において、ウェブ１の走行方向と直交しメタリングバーの回転軸を通る第１の直線Ａと、前記メタリングバーの回転軸からローラー５ａの外接支持点を結ぶ第２の直線Ｂとがなす角度である上流側外接角度θ１、第１の直線Ａとメタリングバー４の回転軸からローラー５ｂの外接支持点を結ぶ第３の直線Ｃとがなす角度である下流側外接角度θ２としたときに、θ１＜θ２が成り立つ関係にあるように構成されている。θ１およびθ２の角度はθ１＜θ２の関係が成り立てば何度でも良いが、下流側の支持体での荷重を最小限低減するためには、1度以上の差を設けるのが好ましい。

また、上流側外接角度θ１および下流側外接角度θ２は、その角度が大きくなるに伴い、合力Ｆ３の分力である上流側支持体点にかかる荷重Ｆ４、下流側支持点にかかる荷重Ｆ５が増大するため４５度以下とするのが好ましい。

液はね防止カバー７ａは、メタリングバー４で掻き取られた塗液がメタリングユニット９内に侵入し、ローラー５ａ、５ｂに付着するのを防止している。液はね防止カバー７ｂはローラー５ａ、５ｂが高速で回転することで、ローラー５ａ、５ｂに付着した塗液が遠心力でウェブ１に飛散するのを防止している。

また、本実施形態では、塗液３はウェブ１の下面から塗布されているが、ウェブ１の上面から塗布してもよい。その場合、メタリングバー４はウェブ１の上面に接触させ、メタリングユニット９はメタリングバー４を上面から支持する。

本実施形態に係るウェブの塗布装置は、連続して走行するウェブの少なくとも片面に塗液を均一な厚さに塗布するための装置であって、塗布手段でウェブに塗布した粘度０．００１Ｐａ・ｓ〜１０Ｐａ・ｓの塗液をメタリングバーで所定の塗布厚みに計量塗布、またはスムージング塗布を行う、ウェブの成形工程中で塗布するインラインコーター装置、もしくは、成形後巻物にしたウェブを巻き出して塗布するオフコーター装置として好適である。

以上のウェブの塗布装置を用いて、熱可塑性樹脂フィルムに塗液を塗布した結果を説明する。

本実施例では、図１において、ウェブ１は矢印方向に走行している、幅が１４００ｍｍのポリエステルフィルムであり、メタリングバー４の上流側に設置したファウンテン塗布方式の塗布ノズル２により、その片面に粘度が０．０１Ｐａ・ｓ（１０ｃＰ）の低融点ポリエステル水溶液である塗液３を１００ｍ／分で塗布した。

メタリングバー４は、直径が１９ｍｍ、長さが１６５０ｍｍのステンレス製の丸棒材に、線径が０．２ｍｍのワイヤーを巻きまわし、さらに厚さ３μｍの硬質クロムメッキを施して構成した。

ローラー５ａ、５ｂは、直径が１９ｍｍ、長さが１４ｍｍのアルミ製パイプ材の表面に、厚さが３ｍｍの耐摩耗性に優れた熱可塑性ポリウレタンエラストマーを接着して構成した。

このローラー５ａおよび５ｂを一対としたメタリングユニットが構成されており、メタリングバー４はウェブ１と反対側からメタリングバー４の長手方向に４対で外接支持した。

ローラー５ａおよび５ｂを、上流側外接角度θ１が１５度、下流側外接角度θ２が２５度となるように配置したメタリングユニットを用いて塗布した。
[比較例]
上流側外接角度θ１と下流側外接角度θ２がともに３０度となるように配置したメタリングユニットを用いて塗布した。

実施例および比較例においてそれぞれ作成したサンプルについて、１ｍ^２当たりの塗布欠点の個数を目視で数えた。その結果を表１に示す。

以上の結果より、θ１＜θ２の関係が成り立つよう構成することでメタリングバーの振動による塗布すじや塗布むら等の塗布欠点もなく、また、ローラーの摩耗屑や剪断による塗液の凝集物が塗液に混入することによる塗布欠点が少ない良好な製品を得た。

本発明は、熱可塑性樹脂フィルムの塗布装置および方法に限らず、紙、皮革、不織布、綿織物などのシート状物に応用することができる。

たとえば、熱可塑性樹脂フィルムが二軸延伸フィルムからなる場合、ウェブへの塗液の塗布は、二軸延伸後のフィルムに対して行うことができるのは勿論のこと、フィルム製造工程において、逐次延伸の一軸延伸後の二軸延伸前に、又は、同時二軸延伸の延伸前に、インラインコーティング工程として行うのが好適であるが、その応用範囲は、これらに限られるものではない。

本発明にかかるウェブの塗布装置の一実施態様例を示す概略断面図である。 本発明にかかるウェブの塗布装置の別の実施態様例を示す概略断面図である。 図１の本発明にかかる塗布装置のメタリングユニットの概略平面図である。 メタリングバーの構成例を示す部分断面図である。 従来の塗布装置を示す概略断面図である。 従来の塗布装置の他の例を示す概略断面図である。 従来の塗布装置の荷重状態を説明する図である。

符号の説明

１：ウェブ
２：塗布ノズル
３：塗液
４：メタリングバー
５ａ、５ｂ：ローラー
６ａ、６ｂ：支持軸
７ａ、７ｂ：液はね防止カバー
８：回転軸
９：メタリングユニット
１０：円柱ロッド
１１：ワイヤー
１２：メッキ層
１３ａ、１３ｂ：傾斜面
１４：Ｖブロック構造のメタリングユニット
θ１：上流側外接角度
θ２：下流側外接角度
Ｆ１：鉛直方向の撓み荷重
Ｆ２：ウェブの走行方向の撓み荷重
Ｆ３：Ｆ１とＦ２の合力
Ｆ４：上流側支持点にかかる荷重
Ｆ５：下流側支持点にかかる荷重
Ａ：第１の直線
Ｂ：第２の直線
Ｃ：第３の直線

Claims (6)

1. 走行するウェブの表面に塗液を供給する塗布手段と、塗布された該塗液を回転しながら所定の塗布厚みに計量塗布、またはスムージング塗布するメタリングバーと、該メタリングバーを支持する支持体を有するメタリングユニットとを備えたウェブの塗布装置にあって、前記メタリングユニットは、前記メタリングバーの表面が前記ウェブの表面に塗液を供給する領域内において、前記メタリングバーを少なくとも２点で外接支持し、かつ、前記ウェブの走行方向と直交し前記メタリングバーの回転軸を通る第1の直線と、メタリングバーの回転軸および前記走行方向の最も上流側の外接支持点を結ぶ第2の直線とがなす角度をθ1、前記第1の直線および前記走行方向の最も下流側の外接支持点を結ぶ第3の直線とがなす角度をθ２としたときに、θ１＜θ２が成り立つ関係にあるように構成されていることを特徴とするウェブの塗布装置。
2. 前記支持体の表面が樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のウェブの塗布装置。
3. 請求項１または２に記載の塗布装置を用いてウェブに塗液を塗布することを特徴とするウェブの塗布方法。
4. 粘度が０．１Ｐａ・ｓ以上の塗液を用いることを特徴とする請求項3に記載のウェブの塗布方法。
5. ウェブが熱可塑性樹脂フィルムを含んでいる、請求項３に記載のウェブの塗布方法。
6. 請求項３〜５のいずれかに記載のウェブの塗布方法によりウェブに塗液を塗布し、該塗液を乾燥して前記ウェブ上に被膜を形成することを特徴とする被膜形成済みウェブの製造方法。

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