JP2008253867A - 塗布装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
膜の厚さ精度が高く、かつ、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることができる塗布装置を提供する。
【解決手段】
長手方向に走行する長尺状のウエブ16を外周面で支持するバックアップローラ20を有するバックアップローラ部21と、バックアップローラ20と一定間隔のクリアランスを有して対向配置され、塗布液をウエブ16に供給する塗布液供給部18と、を備え、クリアランスに形成される塗布液のビードを介して塗布する塗布装置であって、塗布液供給部18とバックアップローラ部21との両方を1つの架台30上に支持し、架台30を能動型除振装置32上に固定した。
【選択図】 図2

Description

本発明は塗布装置に関し、特に連続して走行するウエブ(帯状支持体)上に、塗布液を塗布して、均一な厚さの塗布膜面を形成する塗布装置に関する。
写真感光材料や磁気記録媒体等の分野において、連続走行する帯状の可撓性支持体(以下、「ウエブ」という)上に所定の塗布液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程が採用されている。近年、これらの分野において、塗布膜の厚さ精度が高く、かつ、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることのできる塗布技術が求められている。
同様に、光学補償フィルム、反射防止フィルム、防眩性フィルム等の各種の機能を有する光学フィルムの製造に適用される塗布工程においても、上記のような塗布技術が求められている。
塗布液をウエブ面に塗布する塗布装置としては、たとえば、ロールコータ型、グラビアコート型、ロールコートプラスドクター型、リバースロールコータ型、エクストルージョン型、スライドコート型等があり、用途に応じて使い分けられているのが現状である。
これらのいずれの塗布装置においても、塗布膜の厚さ精度が高く、かつ、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得るために、塗布時の振動を除去することが重要である。
塗布時の振動を除去方法として特許文献1には、能動型除振装置を塗布部に適用することが開示されている。また、特許文献2には、塗布ヘッドに振動を与えることにより、ウエブと塗布ヘッドとの距離を一定に保つ塗布装置が開示されている。
特開2005−319385号公報 特開2004−89896号公報
しかしながら、特許文献1及び特許文献2では、ウエブと塗布ヘッドとの距離を一定に保つことができるものの、塗布液のメニスカス振動は抑制できないので、塗布ムラを起す振動を打ち消すには充分とはいえず、塗布ムラが生じるおそれがあった。尚、エクストルージョン型塗布ヘッド9は、図5に示すように、2つの出口リップ(上リップ)3と入口リップ(下リップ)6が間隙を保つように対峙してスロット7を形成し、このスロット7に連結した液溜8を内部に有する。そして、塗布液は、連結したスロット7を経て、スロット先端5より吐出される。即ち、エクストルージョン型塗布ヘッド9は、ウエブ2と塗布ヘッド9との距離を一定間隔に保つようにリップ先端5とバックアップローラ1間の距離が設定されているが、塗布の際に塗布液ビード4のメニスカス4aに振動が起き、塗布ムラが生じるおそれがあった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、膜の厚さ精度が高く、かつ、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることができる塗布装置を実現することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、前記目的を達成するために、長手方向に走行する長尺状のウエブを外周面で支持するバックアップローラを有するバックアップローラ部と、前記バックアップローラと一定間隔のクリアランスを有して対向配置され、塗布液をウエブに供給する塗布液供給部と、を備え、前記クリアランスに形成される前記塗布液のビードを介して塗布する塗布装置であって、前記塗布液供給部と前記バックアップローラ部との両方を1つの架台上に支持し、該架台を能動型除振装置上に固定したことを特徴とする。
本発明によれば、塗布液供給部とバックアップローラ部とが支持された架台が能動除振装置上に固定されているので、各種の振動が抑制され、塗布液のメニスカス振動は抑制できるので、塗布膜へ悪影響が及びにくい。その結果、膜の厚さ精度が高く、かつ、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることができる。
尚、能動除振装置とは、アクティブ除振装置とも称呼されており、積層ゴム、空気ばね等を使用した通常の除振装置(いわゆる、パッシブ除振装置)と異なり、空気圧式、機械式、油圧式等のアクチュエータを使用してフィードバック制御、又は、フィードバック制御及びフィードフォワード制御により能動的に除振を行う装置である。
また、被塗布物体である長尺状のウエブは、通常は、帯状の可撓性支持体(ウエブ)である場合が多いが、帯状の板状体、たとえば、ガラス基板、シリコンウエハ等であっても本発明が適用でき、同様の効果が得られる。
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記能動除振装置が、センサで検知した振動成分に基づきフィードバック制御してアクチュエータを作動させ、能動的に除振を行う装置であることを特徴とする。
請求項2によれば、センサで検知した振動成分をフィードバック制御してアクチュエータを作動させ、能動的に除振を行う構成の能動除振装置であれば、各種の振動が抑制され、塗布膜へ悪影響が及びにくい。
請求項3に記載の発明は、請求項1において、前記能動除振装置が、センサで検知した振動成分に基づきフィードバック制御及びフィードフォワード制御してアクチュエータを作動させ、能動的に除振を行う装置であることを特徴とする。
請求項3によれば、センサで検知した振動成分をフィードバック制御及びフィードフォワード制御してアクチュエータを作動させ、能動的に除振を行う構成の能動除振装置であれば、更に、各種の振動が抑制され、塗布膜へ悪影響が及びにくい。
請求項4に記載の発明は、請求項1又は2において、前記架台の一次固有振動数が80Hz以上となっていることを特徴とする。
架台の一次固有振動数を80Hz以上とした場合、加振があった際に塗布装置が強く振動するのが、この一次固有振動数の周波数域となる。そして、塗布時に生じる段ムラ等のピッチは、この周波数に対応する。ところが、光学フィルム(光学補償フィルム、反射防止フィルム、等)の塗布膜は、この周波数であれば段ムラを生じにくく、塗布膜へ悪影響が及びにくい。
従って、請求項4によれば、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることができる。
尚、共振を回避する意味では、架台の1次固有振動数は80Hz以上となっていることが好ましく、100Hz以上となっていることがより好ましく、120Hz以上となっていることが更に好ましい。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4いずれか1項において、前記塗布装置を設置する床面の1次固有振動数が10Hz以上となっていることを特徴とする。
能動除振装置を使用した場合、床面の1次固有振動数が10Hz未満であれば、殆ど除振効果が得られない。たとえば、振動周波数が100Hzの振動であれば、約1/100に減衰させることができるが、振動周波数が10Hz未満の振動になると、わずかに減衰させる効果しか得られない。その意味では、塗布装置が設置される床面の1次固有振動数が10Hz以上となっていることが好ましく、20Hz以上となっていることがより好ましく、30Hz以上となっていることが更に好ましい。
従って、請求項5によれば、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることができる。
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項において、前記バックアップローラ前後のパスローラの一次固有振動数が20Hz以上となっていることを特徴とする。
バックアップローラ前後のパスローラの1次固有振動数を20Hz以下とした場合、パスローラに振動入力があった際に、強く振動するのが、この1次固有振動数の周波数域となる。この時、前記パスローラの振動がウエブを伝わりバックアップローラに入力されると、架台が振動し、能動除振装置の固有振動数と共振を起す。そこで、共振を回避する意味では、パスローラの1次固有振動数は20Hz以上となっていることが好ましく、30Hz以上となっていることがより好ましく、50Hz以上となっていることが更に好ましい。
請求項6によれば、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることができる。
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項において、前記架台の底面から前記バックアップローラの中心までの高さHが1500mm以下であることを特徴とする。
架台の底面からバックアップローラの中心までの高さHが長いほど、ウエブのテンション変動に対してモーメントが発生しやすくなるため、塗布装置の振動が大きくなる。この振動を抑えるには、架台の底面からバックアップローラの中心までの高さHは1500mm以下であることが好ましく、1250mm以下となっていることがより好ましく、1000mm以下となっていることが更に好ましい。
請求項7によれば、膜の厚さ精度が高く、かつ、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることができる。
請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項において、前記架台の前記ウエブ搬送方向の幅Lが750mm以上であることを特徴とする。
ウエブのテンション変動に対して塗布装置はロッキング振動(ウエブ進行方向軸と重力方向軸に垂直な軸回りの振動)を起す。この振動を抑えるためには、架台の前記ウエブ搬送方向の幅Lが750mm以上であることが好ましく、1000mm以上となっていることがより好ましく、1500mm以上となっていることが更に好ましい。
請求項8によれば、膜の厚さ精度が高く、かつ、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることができる。
以上説明したように、本発明によれば、ウエブに起因する塗布装置の振動を打ち消すことができ、膜の厚さ精度が高く、かつ、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることができる塗布装置を実現することができる。
以下添付図面に従って本発明に係る塗布装置の好ましい実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る塗布装置を適用する好ましい一例である光学補償シートの製造ラインを説明する説明図である。
光学補償シートの製造ラインは、図1に示されるように、送り出し機66から予め配向膜形成用のポリマー層が形成された透明支持体であるウエブ16が送り出されるよう構成されている。ウエブ16はガイドローラ68によってガイドされてラビング処理装置70に送り込まれる。ラビングローラ72は、ポリマー層にラビング処理を施すために設けられている。
その下流には能動型除振装置32に設置された塗布装置10が配置されている。ディスコネマティック液晶を含む塗布液がウエブ16に塗布できるようになっている。この下流には、乾燥ゾーン76、加熱ゾーン78が順次設けられており、ウエブ16上に液晶層が形成できるようになっている。更に、この下流には紫外線ランプ80が設けられており、紫外線照射により、液晶を架橋させ、所望のポリマーを形成できるようになっている。そして、この下流に設けられた巻取り機82により、ポリマーが形成されたウエブ16が巻き取られるようになっている。
図2に示されるように、塗布装置10は、塗布液タンクからポンプ等により送液された塗布液をウエブ16に塗布する塗布液供給部(以下、塗布ヘッドと云う。)18と、塗布ヘッド18に対向して配置され設けられ、塗布時のウエブ16を外周面で支持する円筒状のバックアップローラ20と、バックアップローラ20の回転軸を軸受け19を介して回転自在に保持する支柱15と、バックアップローラ20に走行中のウエブ16を導くために、塗布ヘッド18及びバックアップローラ20から所定間隔をあけて配置されたガイドローラ14により、構成されている。尚、バックアップローラ20、軸受19、及び支柱15によりバックアップローラ部が構成される。塗布装置10の塗布ヘッド18とバックアップローラ20の回転軸を保持する支柱15が、後述する能動型除振装置32のアクチュエータ33で支持される架台30に固定されている。尚、図2においては、塗布ヘッド18は塗布ヘッド架台31を介して架台30に固定されている。
ウエブ16に塗布する塗布液の種類、また塗布液の膜厚を最適に調整できるようにするため、バックアップローラ20と塗布ヘッド18は、両者の間隔を調整できるよう移動可能な構成となっている。したがって、架台30に固定とは、ウエブ16への塗布中においてバックアップローラ20と塗布ヘッド18が所定間隔を保持するよう架台30に設置されていること意味する。
次いで塗布装置10による塗布方法について説明する。ウエブ16は、送り出し機から送り出されガイドローラ14を介してバックアップローラ20に導かれる。導かれたウエブ16は、バックアップローラ20の外周面の一部を取り巻いている。ウエブ16は、図示矢印方向へ一定速度で連続的に走行される。このときバックアップローラ20は回転しながら、ウエブ16の非塗膜面を支持する。
バックアップローラ20の上流側には、ガイドローラ14が配置されている。ガイドローラ14はその回転軸を図示しない支柱等に保持される。ガイドローラ14の回転軸を保持する支柱は、アクチュエータ33で支持されている架台30とは異なる別の架台上に設置される。ウエブ16の走行中、ガイドローラ14は回転しながらウエブ16を支持し、バックアップローラ20にウエブ16を導くように機能する。
塗布ヘッド18は、塗布ヘッド先端が連続走行するウエブ16と近接され非接触の状態で対向配置される。上述したように塗布ヘッド18とウエブ16の間隔を調整できるよう構成されている。塗布ヘッド18は塗布液タンクからポンプにより送液される。図示しないが、ポンプとしては、塗布液の供給流量が安定化することより、定量ポンプを使用することが好ましい。定量ポンプとしては、たとえば、ギアポンプ、ローラポンプ等、各種のポンプが使用できる。
塗布ヘッド18内には、図3に示されるように、筒状のポケット部18Bがウエブ16の幅方向に平行に形成される。その塗布用のポケット部18Bは供給ライン18Aに接続される。また、塗布ヘッド18内には、塗布ヘッド先端に吐出口を有する塗布用スリット18Cが形成される。塗布用スリット18Cが塗布用ポケット部18Bに連通される。
塗布用スリット18Cは、ポケット部18Bと塗布ヘッド先端とを繋ぐ狭隘な流路であり、ウエブ16の幅方向に延長される。そして、供給ライン18Aからウエブ16に塗布する所望の塗布量の塗布液が塗布ヘッド18の塗布用ポケット部18Bに供給され、ウエブ16に塗布膜が形成される。
塗布液が塗布されたウエブ16は、下流に設けられた乾燥ゾーン、加熱ゾーンに送り出され、ウエブ16上に液晶層が形成される。また、図示は省略したが、ウエブ16のテンションをコントローラするテンションローラや、ウエブ16の搬送を制御する駆動ローラが光学補償シートの製造ラインに設けられる。
次に、上述の塗布装置10及びバックアップローラ部21を支持する架台30が設置される能動型除振装置32に関する構成について図2により説明する。この構成において、塗布ヘッド18及びバックアップローラ部21が架台30の上に固定される。上述したように、塗布ヘッド18は塗布ヘッド架台31を介して架台30に固定されている。更に、バックアップローラ部21も架台30に固定されている。
この架台30は、ウエブ16の幅等によっては大型サイズのものとなり、たとえば、総重量で6.5トンにもなるものである。このような架台30上に固定された塗布ヘッド18及び支柱15に対して、能動除振装置32のアクチュエータ33,33,…が配されることにより、各種の振動が抑制され、塗布膜へ悪影響が及びにくい。
図4は、能動除振装置32のシステム構成を説明する概念図である。能動除振装置32のベース40上にエアアクチュエータ42を介して荷重受け部44が支持されている。尚、本発明において、アクチュエータは、振動を打ち消すのであれば、空気バネに限らず、油圧式、機械式、等のアクチュエータでも良い。この荷重受け部44上には加速度が検出可能な加速度センサ46が固定されており、また、ベース40と荷重受け部44との間には、荷重受け部44の変位が測定可能な変位センサ48が設けられており、更に、ベース40上にも、加速度が検出可能な加速度センサ50が固定されている。
荷重受け部44の制御は、エア源52より供給される圧縮空気の流量をサーボバルブ54で調整してエアアクチュエータ42に供給することにより行う。このサーボバルブ54には、加速度センサ46からの信号が振動コントローラ56を介してフィードバックされ、また、変位センサ48からの信号が位置コントローラ58を介してフィードバックされる。尚、既述の加速度センサ50はフィードフォワード制御に使用される。
このような系に外乱Fが加わった場合、質量M、減衰Z、ばねKで代表される制御対象がエアアクチュエータ42で制御され、床からの振動除去と同時に、荷重受け部44に加えられる外乱Fに対しても制振効果を有するアクティブ除振系が構成される。
その結果、膜の厚さ精度が高く、かつ、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることができる。
次に、架台30の一次固有振動数が80Hz以上となっていることが好ましい理由について説明する。塗布時に振動が抑制され、塗布膜へ悪影響が及びにくくするには、架台30の振動加速度を極力抑制することが好ましい。その際、架台30の一次固有振動数が80Hz未満であっても、振動加速度を小さくすることはできる。但し、架台30の一次固有振動数を80Hz以上とした場合、加振があった際に塗布装置10が強く振動するのがこの一次固有振動数の周波数域となる。そして、塗布時に生じる段ムラ等のピッチは、この周波数に対応する。ところが、光学フィルム(光学補償フィルム、反射防止フィルム、等)の塗布膜は、この周波数であれば段ムラを生じにくく、塗布膜へ悪影響が及びにくい。その意味では、架台30の一次固有振動数が100Hz以上となっていることがより好ましく、120Hz以上となっていることが更に好ましい。
更に、バックアップローラ20前後のガイドローラ14、17の一次固有振動数が20Hz以上となっていることが好ましい(図1参照)。バックアップローラ20前後のガイドローラ14、17の一次固有振動数が20Hz以上であることで、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることができる。尚、共振を回避する意味では、ガイドローラの1次固有振動数は20Hz以上となっていることが好ましく、30Hz以上となっていることがより好ましく、50Hz以上となっていることが更に好ましい。
また、本発明においては、架台30の底面からバックアップローラ20の中心までの高さH(図1参照)が1500mm以下であることが好ましい。架台の底面からバックアップローラの中心までの高さHが長いほど、ウエブのテンション変動に対してモーメントが発生しやすくなるため、塗布装置の振動が大きくなる。この振動を抑えるには、架台の底面からバックアップローラの中心までの高さHは1500mm以下であることが好ましく、1250mm以下となっていることがより好ましく、1000mm以下となっていることが更に好ましい。
そして、本発明においては、架台30のウエブ搬送方向の幅L(図1参照)が750mm以上であることが好ましい。ウエブのテンション変動に対して塗布装置はロッキング振動(ウエブ進行方向軸と重力方向軸に垂直な軸回りの振動)を起す。この振動を抑えるためには、架台の前記ウエブ搬送方向の幅Lが750mm以上であることが好ましく、1000mm以上となっていることがより好ましく、1500mm以上となっていることが更に好ましい。
このようなH及び/又はLの範囲とすることで、更に膜の厚さ精度が高く、かつ、表面が平滑で塗布ムラのない塗布膜を得ることができる。
塗布装置10を使用した塗布膜の形成について説明する。塗布液としては、たとえば、粘度が10mPa・s以下であり、有機溶剤が含まれるものが使用できる。但し、これ以外の粘度のもの、有機溶剤が含まれないものも使用できる。
ウエブ16としては、一般に、所定幅、所定長さで、厚さが2〜200μm程度のポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン−2,6 −ナフタレート、セルロースダイアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド等のプラスチックフイルム、紙、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンブテン共重合体等の炭素数が2〜10のα−ポリオレフィン類を塗布又はラミネートした紙、金属板等からなる可撓性帯状物又は該帯状物を基材としてその表面に加工層を形成した帯状物が使用できる。
図1の光学補償シートの製造ラインにおいて、送り出し機66よりウエブ16を繰出しながら、塗布装置10の塗布ヘッド18のスリット18C中における塗布液の平均流速を100〜500mm/秒となるようにポンプの流量を制御し、また、塗布直後の塗布膜28の膜厚が所定の厚みとなるようにウエブ16の搬送速度を制御して塗布を行なう。
塗布後の乾燥等において、塗布膜の厚さ精度が高く、かつ、表面が平滑な塗布膜28が得られるように乾燥ゾーン76、加熱ゾーン78、紫外線ランプ80等の設定を行なう。塗布、乾燥後のウエブ16は巻取り機82により巻取る。
上記一連の工程は、良好な無塵度及び最適な温湿度の環境下で実施されることが好ましい。したがって、クリーンルーム内で行なわれるのが好ましく、特に、塗布装置10は、クラス100以下の環境下に設置されるのが好ましい。
以上、本発明に係る塗布装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
たとえば、本実施形態では、塗布装置10としてエクストルージョン型のコータが採用されているが、これ以外のコータ、たとえば、バーコータ(「ロッドコータ」とも称され、メイヤーバーコータをも含む)、グラビアコータ(ダイレクトグラビアコータ、グラビアキスコータ等)、ロールコータ(トランスファロールコータ、リバースロールコータ等)、ダイコータ、ファウンテンコータ、スライドホッパ等にも好適に適用できる。
また、塗布装置10の用途としても、光学補償フィルム等の光学フィルムのみならず各種の塗布に適用できる。
本発明に係る塗布装置が適用される光学補償シートの製造ラインを説明する説明図 塗布装置の設置された状態を示す斜視図 塗布ヘッドの一部を切り欠いた斜視図 能動型除振装置のシステム構成を説明する概念図 エクストリュージョン型塗布ヘッドを説明する概念図
符号の説明
10…塗布装置、14…ガイドローラ、15…支柱、16…ウエブ、17…ガイドローラ、18…塗布ヘッド(塗布液供給部)、20…バックアップローラ、21…バックアップローラ部、28…塗布膜、30…架台、31…塗布ヘッド架台、32…能動除振装置、33,42…アクチュエータ、66…送り出し機、68…ガイドローラ、76…乾燥ゾーン、78…加熱ゾーン、80…紫外線ランプ、82…巻取り機

Claims (8)

  1. 長手方向に走行する長尺状のウエブを外周面で支持するバックアップローラを有するバックアップローラ部と、バックアップローラと一定間隔のクリアランスを有して対向配置され、塗布液をウエブに供給する塗布液供給部と、を備え、前記クリアランスに形成される前記塗布液のビードを介して塗布する塗布装置であって、
    前記塗布液供給部と前記バックアップローラ部との両方を1つの架台上に支持し、該架台を能動型除振装置上に固定したことを特徴とする塗布装置。
  2. 前記能動除振装置が、センサで検知した振動成分に基づきフィードバック制御してアクチュエータを作動させ、能動的に除振を行う装置であることを特徴とする請求項1に記載の塗布装置。
  3. 前記能動除振装置が、センサで検知した振動成分に基づきフィードバック制御及びフィードフォワード制御してアクチュエータを作動させ、能動的に除振を行う装置であることを特徴とする請求項1に記載の塗布装置。
  4. 前記架台の一次固有振動数が80Hz以上となっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の塗布装置。
  5. 前記塗布装置が設置される床面の1次固有振動数を10Hz以上とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の塗布装置。
  6. 前記バックアップローラ前後のパスローラの一次固有振動数が20Hz以上となっていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の塗布装置。
  7. 前記架台の底面から前記バックアップローラの中心までの高さHが1500mm以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の塗布装置。
  8. 前記架台の前記ウエブ搬送方向の幅Lが750mm以上であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の塗布装置。
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