JP2007245009A - ダイヘッド塗布ギャップの調整方法及び塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックアップロールを使用したダイヘッド方式の塗布装置において、塗布ギャップを適切に調整して良好な塗布を行うことを可能とする。
【解決手段】バックアップロール１に対向、配置したダイヘッド２から塗布液を吐出し、バックアップロールとダイヘッドの間を走行するウェブ３に塗布する塗布中において、ダイヘッド２の左右領域に取り付けた圧力センサー１４ｂ、１４ｃによってダイヘッド内における塗布液の液圧を測定し、測定した液圧が塗膜形成に適した塗布可能液圧範囲内となり且つ両測定値の差が小さくなるようにダイヘッド２の両端位置を調整する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、走行中の、シート、フィルムなどのウェブに対してダイヘッドを用いてコーティングする塗布技術に関する。

従来、シート状の基材などのウェブに高粘度の濡れ性の悪い材料をコーティングする装置の一つとして、図５、図６に示すように、表面に軟らかいゴム皮膜１ａを備えたバックアップロール１とそのバックアップロール１に対向、配置されたダイヘッド２を備えた塗布装置が知られている。この塗布装置は、ダイヘッド２の先端を、バックアップロール１に支持されたウェブ３に押し付けるか、或いはウェブ３との間に０〜数十ミクロンのギャップを生じさせる位置に保持した状態で、ダイヘッド２から塗布液を吐出し、その吐出圧でバックアップロール１の表面のゴム皮膜１ａを微小変形させることにより、ダイヘッド２の先端のウェブ３との間に、適切な寸法ｄの塗布ギャップを形成し、その塗布ギャップに形成されるビード４ａを安定させると共にビード部の圧力上昇によって濡れ性を向上させ、ウェブ３に所望の膜厚で幅方向に均一なコーティングを行うものである。

この種の塗布装置においては、塗布ギャップの寸法並びにビード部の圧力が塗布特性に大きく影響しており、塗布ギャップが大きすぎで、ビート部の圧力が十分に高くならないと、ウェブ３上に塗膜を形成できず、安定した塗布が行えない。また、塗布ギャップがウェブの幅方向に一定でなければ抜け部分や厚塗り部分等が発生し、ウェブ幅方向の膜厚むらが大きくなる。そこで、従来は、ダイヘッド２の両端に変位センサー（図示せず）を取り付けておき、その変位センサーでバックアップロール１のゴム皮膜１ａの表面とダイヘッド先端との距離を測定し、その測定値を元にダイヘッド２のバックアップロール１に対する位置を調整し、液吐出を行わない状態でのダイヘッド先端のバックアップロール１表面に対する押し付け量或いはバックアップロール表面との間に形成するギャップの寸法（以下、この押し付け量或いはギャップ寸法を、初期ギャップ寸法という）が適切な値となるように（塗布時には塗膜形成可能な塗布ギャップが形成されるように）調整していた。しかし、この調整方法では、円筒度の出にくい軟質素材のゴム皮膜１ａに直接、変位センサーを当てて測定を行うため、得られた数値の信頼性に欠け、初期ギャップ寸法を正確に調整したはずであっても実際には不適切な値となっており、このため、抜け部分や厚塗り部分等が発生して膜厚が幅方向に不均一となることがあり、最悪の場合には塗膜自体が形成できないこともあった。また、ダイヘッドに取り付けた変位センサーはダイヘッド洗浄の度に取り外しが必要となるが、その際、変位センサーの左右組み付け再現性をミクロン単位で得ることは困難である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、変位センサーを用いることなく塗布ギャップを適切に調整して良好な塗布を行うことを可能としたダイヘッド塗布ギャップ調整方法並びに塗布装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討の結果、次の事項を見出した。すなわち、ダイヘッドへの塗布液の供給流量を一定として塗布動作を行っている状態において、ダイヘッドとバックアップロールの距離を変化させていくと、塗膜ギャップの大きさが変化すると共にビート部の圧力も変化し、塗膜ギャップの大きさ及びビート部の圧力が塗膜形成に適した値となる領域があり、しかも、ビート部の圧力の変化に応じてダイヘッド内の塗布液の液圧（例えば、マニホールド内の液圧）も変化しており、その液圧から、塗膜ギャップの大きさ及びビート部の圧力が塗膜形成に適した値となっているか否かを識別可能である。従って、あらかじめ、塗膜ギャップの大きさ及びビート部の圧力が塗膜形成に適した値となっている状態でのダイヘッド内の液圧の範囲（以下、塗布可能液圧範囲という）を求めておけば、塗布動作中にダイヘッド内の液圧を測定し、その測定値が塗布可能液圧範囲の液圧となるようにダイヘッドとバックアップロールとの距離を調整することで、塗膜ギャップを塗膜形成に適した値に調整でき、良好な塗布を行うことができる。また、塗布動作中、ダイヘッドの左右両端領域における塗膜ギャップに差があって、ウェブ幅方向に大きい膜厚むらが生じた時には、ダイヘッドの左右領域におけるダイヘッド内液圧にも差が生じており、この差が無くなるようにダイヘッドのバックアップロールに対する傾きを調整することで膜厚むらを抑制できる。

本発明はかかる知見に基づいてなされたもので、請求項１に係る発明のダイヘッド塗布ギャップ調整方法は、バックアップロールに対向、配置したダイヘッドから塗布液を吐出し、前記バックアップロールとダイヘッドの間を走行するウェブに塗布する塗布中において、前記ダイヘッド内における塗布液の液圧を測定する液圧測定工程と、測定した液圧が、塗膜形成可能圧力となるように前記バックアップロールとダイヘッドの距離を調整する塗布ギャップ調整工程を有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のダイヘッド塗布ギャップ調整方法において、前記液圧測定工程が、ダイヘッド内の左右の領域の液圧差を測定する差圧測定工程を有しており、前記塗布ギャップ調整工程が、測定した液圧差に基づいて、前記ダイヘッドの左右両端におけるバックアップロールとダイヘッドの距離を調整する左右塗布ギャップ調整工程を有する構成としたものである。

請求項３に係る発明は、バックアップロールと、該バックアップロールに対向、配置されたダイヘッドと、該ダイヘッド内の塗布液の液圧を測定する液圧測定装置と、前記バックアップロールとダイヘッドの距離を調整する塗布ギャップ調整装置を備えた塗布装置を提供するものである。

請求項４に係る発明は、上記した請求項３の塗布装置において、前記液圧測定装置が、前記ダイヘッドのマニホールドの左右領域にそれぞれ、マニホールド内の液圧を測定するように配置された圧力センサーを備えるという構成としたものである。

請求項５に係る発明は、上記した請求項４の塗布装置において、前記塗布ギャップ調整装置が、前記ダイヘッドの左右両端領域にそれぞれ設けられ、前記バックアップロールとダイヘッド端部の距離を調整する端部塗布ギャップ調整手段を備えるという構成としたものである。

本発明のダイヘッド塗布ギャップ調整方法は、ダイヘッドから塗布液を吐出している塗布動作中において、ダイヘッド内における塗布液圧を測定し、その測定値に基づいてバックアップロールとダイヘッドの距離を調整することで、塗布ギャップを塗膜形成に適した値とすることができ、常時良好な塗布を行うことができる。また、変位センサーを用いる必要がないので、変位センサーを用いることに伴う問題点を回避できる。

ここで、ダイヘッド内の液圧測定において、ダイヘッド内の左右の領域の液圧差を求め、その液圧差に基づいて、前記ダイヘッドの左右両端におけるバックアップロールとダイヘッドの距離を調整する構成とすると、ダイヘッドの左右両端における塗布ギャップの差を小さくでき、塗布中に抜け部分や厚塗り部分等の発生を抑制して、ウェブ幅方向の膜厚むらを小さくできる。

本発明は塗布装置は、ダイヘッド内の塗布液の液圧を測定する液圧測定装置と、前記バックアップロールとダイヘッドの距離を調整する塗布ギャップ調整装置を備えているので、上記した本発明の塗布ギャップ調整方法を実施して、塗布ギャップを塗膜形成に適した値に設定でき、常に良好な塗布を行うことができる。

ここで、液圧測定装置が、前記ダイヘッドのマニホールドの左右領域にそれぞれ、マニホールド内の液圧を測定するように配置された圧力センサーを備え、塗布ギャップ調整装置が、前記ダイヘッドの左右両端領域にそれぞれ設けられ、前記バックアップロールとダイヘッド端部の距離を調整する端部塗布ギャップ調整手段を備えた構成とすると、ダイヘッドの左右における塗布ギャップの差が小さくなるように調整でき、塗布中に抜け部分や厚塗り部分等の発生を抑制して、膜厚むらを小さく抑制できる。

以下、図面に示す本発明の好適な実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る塗布装置の概略斜視図、図２はその塗布装置の概略平面図、図３はその塗布装置の概略断面図、図４はその塗布装置における塗布液吐出領域を拡大して示す概略断面図であり、図５、図６に示す従来例と同一又は同様な部品には同一符号を付している。本実施の形態に係る塗布装置は、シート状の基材等のウェブ３を、外周面の一部に巻き付けて搬送するバックアップロール１と、そのバックアップロール１に対向配置されたダイヘッド２と、ダイヘッド２内の塗布液圧を測定する液圧測定装置１１と、バックアップロールとダイヘッドの距離を調整する塗布ギャップ調整装置１２を備えている。

バックアップロール１は、その外周面の少なくともウェブ３を案内する領域に、軟らかいゴム皮膜１ａを施しており、ダイヘッド２からの塗布液の吐出圧によって変形可能としている。ダイヘッド２は、塗布液４を吐出するためのスリット６と、そのスリット６に塗布液を供給するためのマニホールド７を有しており、マニホールド７には外部の塗布液供給装置（図示せず）から塗布液を供給するための供給管８が接続されている。

液圧測定装置１１は、ダイヘッド２内の塗布液圧を直接若しくは間接的に測定するためのものであり、この実施の形態では、供給管８のダイヘッド２近傍の領域に、供給管内の液圧を、すなわちダイヘッドのマニホールドに通じる液供給通路内の液圧を測定するように設けられた第一圧力センサー１４ａと、ダイヘッド２内のマニホールド７の左右領域にそれぞれ、マニホールド内の液圧を測定するように配置された圧力センサー１４ｂ、１４ｃと、これらの圧力センサー１４ａ、１４ｂ、１４ｃからの信号を入力するデータ変換器１５と、データ変換器１５からの信号を入力し、測定した液圧を表示する表示部を備えたパソコン等の制御装置１６を備えている。マニホールド７の左右領域に配置された圧力センサー１４ｂ、１４ｃは、それぞれの測定値からダイヘッド両端の塗布ギャップの大きさを推定し且つ測定値の差からダイヘッド両端の塗布ギャップを均一にするために用いられるものであり、検出精度を高めるために、マニホールド７の両端に近接した位置に、且つダイヘッドの幅方向における中心線に対して対称位置に配置することが好ましい。制御装置１６による制御機能については後述する。

塗布ギャップ調整装置１２は、ダイヘッド２をバックアップロール１に対して接近或いは離間するように移動させて、バックアップロール１に支持されたウェブ３とダイヘッド２先端との間隔を調整するためのものであり、この実施の形態では、ダイヘッド２の両端領域にそれぞれ設けられた端部塗布ギャップ調整手段１８ａ、１８ｂを備えている。端部塗布ギャップ調整手段１８ａ、１８ｂはそれぞれ、定位置で回転するように設けられたねじ軸１９と、そのねじ軸１９を回転駆動するモータ２０と、ダイヘッド２に取り付けられ、ねじ軸１９にかみ合うボールナット２１等を備えている。左右両側に配置されているモータ２０、２０は制御装置１６によって、それぞれ別個に回転するように制御され、また、両者が同期して回転するようにも制御される構成となっている。この構成により、モータ２０、２０を同期回転させることで、ダイヘッド２を一定の姿勢を保ってバックアップロール１に接近したり、遠ざかったりするように移動させることができ、また、モータ２０、２０を個々に回転させることでダイヘッド２の各端部におけるダイヘッド２先端とバックアップロール１上のウェブ３との間隔を調整できる。

前記した制御装置１６には、あらかじめ、種々な塗布条件において、塗膜形成に適した塗布ギャップが形成され、ビード部圧力が塗膜形成に適した値になっている状態に対するダイヘッド内の液圧範囲すなわち塗布可能液圧範囲が入力されている。この塗布可能液圧範囲は、ダイヘッド内の流動解析によって計算して求めてもよいし、実際に各種の条件で塗布テストを行い、良好な塗布が行える液圧の上限、下限を測定することで求めてもよい。なお、大抵の場合、液圧の上限に関しては、ポンプ、配管、ダイヘッド等の液供給装置の許容圧力限界から算出される。

次に、上記構成の塗布装置による塗布動作及び塗布ギャップ調整動作を説明する。塗布操作の開始に先立って、制御装置１６を操作してダイヘッド２の両側の端部塗布ギャップ調整手段１８ａ、１８ｂを作動させて、ダイヘッド２をバックアップロール１に対する初期設定位置に位置させる。この初期設定位置は、ダイヘッド２からの塗布液の吐出を開始した時にその吐出圧によってバックアップロール１のゴム皮膜１ａが変形して、良好な塗布を行うことができる大きさの塗布ギャップが形成されると想定される位置とするものであるが、必ずしも正確な位置とする必要はない。ダイヘッド２を初期設定位置とした状態で塗布動作を開始する。すなわち、ダイヘッド２から塗布液の吐出を開始し且つウェブ３の走行を開始する。ダイヘッド２から塗布液を吐出すると、その吐出圧によって図４に拡大して示すように、バックアップロール１のゴム皮膜１ａが変形してダイヘッド２先端とウェブ３の間には塗布ギャップが生じてその位置にビート４ａが形成され、塗布が行われる。この時、塗布ギャップの寸法ｄは、塗布液の吐出を行わない時のダイヘッド先端とバックアップロール表面との間の寸法即ち初期ギャップ寸法によって異なる値となり、またそれに応じて吐出圧及びマニホールド内の液圧も異なる値となる。前記したように、ダイヘッド２を初期設定位置とした時、初期ギャップ寸法は必ずしもウェブの幅方向に一定とはなっておらず、また、良好な塗布が可能な値となっているとは限らない。そこで、塗布を開始すると同時に、液圧測定装置１１がダイヘッド２内の液圧測定を開始し、制御装置１６は、圧力センサー１４ａ、１４ｂ、１４ｃで測定した液圧を入力し、それぞれが、塗布可能液圧範囲内に入っているか否かを監視する。そして、測定した液圧が塗布可能液圧範囲を外れていた場合には、制御装置１６は、端部塗布ギャップ調整手段１８ａ、１８ｂのいずれか一方若しくは双方を作動させてダイヘッド２の位置を微調整し、測定した液圧が塗布可能液圧範囲内に入るように制御する。また、左右に配置している圧力センサー１４ｂ、１４ｃの測定値から両者の差圧を求め、それに応じて端部塗布ギャップ調整手段１８ａ、１８ｂのいずれか一方若しくは双方を作動させてダイヘッド２の位置を微調整し、測定した差圧が小さくなるように制御する。これによって、塗布中、塗布ギャップの寸法ｄは良好な塗布が可能な寸法に保たれると共に、左右のばらつきも小さくなり、幅方向に膜厚差の小さい塗布を連続して行うことができる。

なお、上記した実施の形態では、３個の圧力センサー１４ａ、１４ｂ、１４ｃで測定した液圧を塗布ギャップ調整に用いているが、ダイヘッドの左右領域に配置した圧力センサー１４ｂ、１４ｃのみの測定値を用いて塗布ギャップ調整を行ってもよい。その場合、中央の圧力センサー１４ａは省略してもよいし、或いは残しておいてその圧力センサー１４ａによる測定値を、系内に過大な高圧が生じてトラブルを起こさないように監視するために用いてもよい。

また、上記した実施の形態では、制御装置１６がダイヘッド内の液圧測定結果に基づいて端部塗布ギャップ調整手段１８ａ、１８ｂを制御し、自動的に塗布ギャップの調整を行っているが、本発明はこの構成に限らず、オペレータが、適当な周期で、ダイヘッド内の液圧測定結果に基づいて端部塗布ギャップ調整手段１８ａ、１８を手動調整して塗布ギャップを調整を行う構成としてもよい。更に、上記の実施の形態では、ダイヘッド２の左右領域における液圧差を測定し、その結果に基づいてダイヘッド２の左右の位置を調整する構成としているが、ウェブ幅方向における塗布厚むらが許容される場合には、必ずしもダイヘッドの左右の位置を調整する構成とする必要はなく、ダイヘッド２を全体として、塗布可能な塗布ギャップが形成されるように位置調整する構成としてもよい。その場合にも、ダイヘッド２内の液圧を測定する位置は、図示の実施の形態に示す３箇所とし、各箇所での測定値があらかじめ設定した許容範囲内に入るように制御することが好ましいが、場合によっては測定箇所を少なく、例えば、中央の圧力センサー１４ａのみを用いるように変更してもよい。更に、上記した動作説明では、制御装置１６に、塗布に適した液圧範囲である塗布可能液圧範囲を入力し、これを元にして塗布ギャップ調整を行っているが、制御の基準とする液圧範囲はこれに限らず、更に狭めて最適な塗布が可能となる塗布最適液圧範囲を入力しておき、その塗布最適液圧範囲を基準として塗布ギャップ調整を行う構成としてもよい。この構成とすることで、一層良好な塗布が可能となる。

本発明の効果を確認するため、図１に示す構成の塗布装置を用いて塗布試験を行った。用いたバックアップロール１の外径は、３００ｍｍ、ゴム皮膜１ａのゴム硬度は７０°、ダイヘッド２の吐出幅は９２０ｍｍ、スリットギャップは５００μｍとした。

この塗布装置において、厚さ２５０μｍのポリエステルフィルムを速度３０ｍ／ｍｉｎで走行させ、ダイヘッド２から粘度２０００ｃｐのＵＶ硬化性樹脂を流量５００ｃｃ／ｍｉｎで吐出して塗布を行った。この塗布動作中、圧力センサー１４ｂ、１４ｃで液圧を測定し、液圧が表１のテスト１、２、３、４に示す値となるように、ダイヘッド２の左右に設けている端部塗布ギャップ調整手段１８ａ、１８ｂを操作し、塗布ギャップを調整し、塗膜形成状況を観察した。また、テスト３、４で塗布して得たサンプルについてウェブ幅方向の膜厚むらを測定した。その結果を表１に示す。なお、膜厚むら測定に当たっては、ポリエステルフィルムを含む全体の膜厚を測定し、その結果から膜厚むらを求めており、このため、得られた膜厚むらにはポリエステルフィルム自体の膜厚むら（２５０μｍのポリエステルフィルムの膜厚むらは通常５〜１０％程度）を含んでいる。

表１のテスト１、２、３の結果から明らかなように、ダイヘッド内液圧が０．１２ＭＰａの場合には、塗膜形成ができなかったが、ダイヘッド２の位置を調整してダイヘッド内液圧を０．２４ＭＰａ及び０．４８ＭＰａとすることで良好な塗布が可能であった。従って、ダイヘッド内液圧を監視し、その液圧が適切となるようにダイヘッド２の位置を調整することで良好な塗布を行うことができることを確認できた。また、表１のテスト３、４から明らかなように、左右の液圧差を無くすことでウェブ幅方向における膜厚むらを小さくできることを確認できた。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこの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。

本発明の実施の形態に係る塗布装置の概略斜視図 図１に示す塗布装置の概略平面図 図１に示す塗布装置の概略断面図 図１に示す塗布装置における塗布液吐出領域を拡大して示す概略断面図 従来の塗布装置の概略断面図 図５に示す塗布装置における塗布液吐出領域を拡大して示す概略断面図

符号の説明

１ バックアップロール
１ａ ゴム皮膜
２ ダイヘッド
３ ウェブ
６ スリット
７ マニホールド
８ 供給管
１１ 液圧測定装置
１２ 塗布ギャップ調整装置
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 圧力センサー
１５ データ変換器
１６ 制御装置
１８ａ、１８ｂ 端部塗布ギャップ調整手段
１９ ねじ軸
２０ モータ
２１ ボールナット

Claims (5)

1. バックアップロールに対向、配置したダイヘッドから塗布液を吐出し、前記バックアップロールとダイヘッドの間を走行するウェブに塗布する塗布中において、前記ダイヘッド内における塗布液の液圧を測定する液圧測定工程と、測定した液圧が、塗膜形成可能圧力となるように前記バックアップロールとダイヘッドの距離を調整する塗布ギャップ調整工程を有することを特徴とするダイヘッド塗布ギャップ調整方法。
2. 前記液圧測定工程が、ダイヘッド内の左右の領域の液圧差を測定する差圧測定工程を有しており、前記塗布ギャップ調整工程が、測定した液圧差に基づいて、前記ダイヘッドの左右両端におけるバックアップロールとダイヘッドの距離を調整する左右塗布ギャップ調整工程を有することを特徴とする請求項１記載のダイヘッド塗布ギャップ調整方法。
3. バックアップロールと、該バックアップロールに対向、配置されたダイヘッドと、該ダイヘッド内の塗布液の液圧を測定する液圧測定装置と、前記バックアップロールとダイヘッドの距離を調整する塗布ギャップ調整装置を備えた塗布装置。
4. 前記液圧測定装置が、前記ダイヘッドのマニホールドの左右領域にそれぞれ、マニホールド内の液圧を測定するように配置された圧力センサーを備えていることを特徴とする請求項３記載の塗布装置。
5. 前記塗布ギャップ調整装置が、前記ダイヘッドの左右両端領域にそれぞれ設けられ、前記バックアップロールとダイヘッド端部の距離を調整する端部塗布ギャップ調整手段を備えていることを特徴とする請求項４記載の塗布装置。

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