JP2008264765A - 塗工用ダイ、非接触ダイ塗工装置及び塗工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗工面にスジが発生しない塗工用ダイ、そのようなダイを取り付けた非接触ダイ塗工装置、及びそのようなダイを用いた塗工方法を提供する。
【解決手段】面上に２層以上の塗液を塗工可能な多層塗工用のダイにおいて、上ブロック、１以上の中ブロック、及び下ブロックはリップランド（リップ）を有し、上ブロック及び中ブロックのリップの上流側エッジ角は、いずれも９０°±５°であるダイ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塗工用ダイ、非接触ダイ塗工装置及び塗工方法に関する。

近年の高機能化指向に伴い、複数種の塗液を同時に積層塗工してなる高機能性積層膜が知られている。そして、この種の高機能性積層膜を形成するための多層塗工装置が開発されており、これらの装置を用いて均一に塗工を行うために種々の改良がなされている。

例えば、特表平９−５１１６８１号公報では、塗工方向上流側のリップをシャープエッジとして形成したダイを用いることにより、塗りムラを解決している。また、特開２００３−２６０４００号公報では、図３（ａ），（ｂ）に示すような、先端リップのランドの長さ（厚み）を特定したダイを用いることにより、塗りムラを解決している。

特表平９−５１１６８１号公報 特開２００３−２６０４００号公報

しかしながら、上記のようなダイ（刃先形状）を用いた場合には、塗工面にスジが発生してしまうという問題があった。そこで、本発明においては、塗工面にスジが発生せず、均一な塗工が可能な塗工用ダイ、非接触ダイ塗工装置及び塗工方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、このような問題を解決するために種々の検討を行った。そして、ダイコーターの単層塗工において実塗工及びシミュレーションを行った結果、スジ発生の原因は、基材に対する塗工方向の上流側の刃先で塗液の駆け上がりが生じるためであることを見出した。

ここで、塗液の駆け上がりとは、図２に示すように、スロット１１４から押し出された塗液が、当該スロット１１４を形成するブロック１０６の塗工方向上流側のエッジ１１０を乗り越えて、その側面に回り込んでしまうことをいう。
なお、図２は、塗工用ダイの従来例を示す概略断面図である。この例において、ダイ１０１は、上ブロック１０５、中ブロック１０６、下ブロック１０７からなり、これらのブロックの間に、スロット１１３，１１４が形成されている。そして、バックアップロール１０２に支持された基材１０３に塗液を塗工するようになっている。

本発明者らが、塗液の駆け上がりを防止する方法を種々検討した結果、ダイのリップランドにおける塗工方向上流側のエッジの角度を９０°±５°に調整することで、上記問題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、以下に関する。
（１）基材に対する塗工方向の上流側から順に、上ブロック、一つ以上の中ブロック、下ブロックを備え、各ブロック間に形成されたスロットから塗液を押し出すことにより、前記基材に二以上の塗液を塗工可能とした塗工用ダイであって、前記各ブロックはリップランドを有するとともに、前記上ブロックと、前記中ブロックのうち少なくとも一つの中ブロックのそれぞれのリップランドにおける前記上流側に位置するエッジの角度が、いずれも９０°±５°であることを特徴とする塗工用ダイ。
（２）前記上ブロックと、前記少なくとも一つの中ブロックのそれぞれのリップランドの厚みを１〜２ｍｍとした上記（１）記載の塗工用ダイ。

（３）上記（１）〜（２）のいずれかに記載の塗工用ダイを取り付けたことを特徴とする非接触ダイ塗工装置。

（４）上記（１）〜（２）のいずれかに記載の塗工用ダイにより、バックアップロールに支持されて繰り出される基材に塗液を塗工する塗工方法であって、前記各ブロック間に形成された全スロットから塗液を押し出して塗工するか、又は前記少なくとも一つの中ブロックよりも基材に対する塗工方向の下流側に位置するスロットのみから塗液を押し出して塗工することにより、基材上に形成する塗工層の積層数を可変とすることを特徴とする塗工方法。
（５）ウエット膜厚が２０〜１４０μｍで、ドライ膜厚が１０〜５０μｍとなるように塗液を塗工する上記（４）に記載の塗工方法。
（６）塗液の粘度を１０〜１５００ｍＰａ・ｓとした上記（４）〜（５）のいずれかに記載の塗工方法。

本発明によれば、塗工面にスジが発生せず、均一な塗工が可能となる。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、図１は、本発明に係る塗工用ダイの一例を示す説明図であり、その長手方向に直交する断面の概略を示している。また、図１（ａ）は、二層塗工の例を示しており、図１（ｂ）は、単層塗工の例を示している。

図１に示す例において、ダイ１は、バックアップロール２に支持された基材３との間に、一定の距離Ｗが保たれるように配置されている。このとき、図示しない繰り出し機から連続して繰り出される基材３は、バックアップロール２の回転を伴って図中矢印で示す方向に送られる。そして、ダイ１は、バックアップロール２に支持された基材３との距離Ｗを微調整できるように、図示しない塗工架台に取り付けることができ、これによって非接触ダイ塗工装置が構成される。
なお、図中、ダイ１の中心軸を符号Ｃで示し、ダイ１は、中心軸Ｃがバックアップロール２の回転中心を通るように配置される。

また、ダイ１は、基材３に対する塗工方向の上流側から順に、上ブロック５、中ブロック６、下ブロック７を備えている。
ここで、ダイ１による塗工は、図中矢印方向に繰り出される基材３に対してなされることから、基材３に対して既に塗工がなされた側、すなわち、塗工された基材３がダイ１から遠ざかっていく側を、基材３に対する塗工方向の上流側とする。また、基材３に対してこれから塗工がなされる側、すなわち、未塗工の基材３がダイ１に近づいてくる側を、基材３に対する塗工方向の下流側とする。

上ブロック５、中ブロック６、下ブロック７の三つのブロックは、シム１５，１６を間に挟んだ状態で、図示しないボルトなどの固定具によって、一体的に組み付けられている。
このようにすることで、上ブロック５と、中ブロック６との間には、シム１５を介して、マニホールド１１とスロット１３とが形成される。同様に、下ブロック７と、中ブロック６との間には、シム１６を介して、マニホールド１２とスロット１４とが形成される。

マニホールド１１，１２は、それぞれ図示しないギアポンプなどを介して塗液供給口から供給された塗液を滞留させて、塗液圧がダイ１の長手方向に均一になるように、所定の断面形状に形成することができる。マニホールド１１，１２で塗液圧が均一にされた後、スロット１３，１４内を基材３に向かって押し出された塗液は、図１に示すように、メニスカス４を形成しつつ基材３に塗工される。

このとき、図１（ａ）に示すように、マニホールド１１，１２のそれぞれの塗液供給口に異なる二種類の塗液を供給して、各塗液がスロット１３，１４内を基材３に向かって押し出されるようにすれば、二層塗工が可能となり、この場合、スロット１４から押し出された塗液の上に、スロット１３から押し出された塗液が塗工される。一方、図１（ｂ）に示すように、マニホールド１２の塗液供給口にのみ塗液を供給して、当該塗液がスロット１４内を基材３に向かって押し出されるようにすれば、単層塗工が可能となる。

また、上ブロック５、中ブロック６、下ブロック７は、それぞれ、リップランド１７、リップランド１８、リップランド１９を有している。リップランドとは、基材３の塗工面に平行又はほぼ平行に対面する平坦面を有し、ランドとして形成されるリップのことをいい、通常は、ダイ１の中心軸Ｃに直交又はほぼ直交するように形成される。
そして、図１に示す例では、上ブロック５のリップランド１７の厚み方向両端縁に形成されたエッジのうち、基材３に対する塗工方向の上流側に位置するエッジ９の角度θ１を９０°±５°としてある。同様に、中ブロック６のリッブランド１８の厚み方向両端縁に形成されたエッジのうち、基材３に対する塗工方向の上流側に位置するエッジ１０の角度θ２を９０°±５°としてある。
これらのエッジ９，１０の角度θ１，θ２は、好ましくは９０°±２°であり、より好ましくは９０°±１°である。

また、上ブロック５、中ブロック６、下ブロック７のそれぞれが有するリップランド１７，１８，１９の厚みＴ１，Ｔ２，Ｔ３は、１〜２ｍｍが好ましい。特に、上ブロック５のリップランド１７の厚みＴ１と、中ブロック６のリップランド１８の厚みＴ２は、これらのリップランド１７，１８において、基材３に対する塗工方向の上流側に位置するエッジ９，１０の角度θ１，θ２を９０°±５°に調整する観点から上記範囲とするのが好ましい。

以上のようなダイ１を用いて二層塗工を実施する場合、図１（ａ）に示すように、スロット１３から押し出された塗液が、上ブロック５のリップランド１７に接触した状態で基材３上に塗工される。このとき、基材３に対する塗工方向の上流側に位置するエッジ９を乗り越えて、塗液の駆け上がり生じてしまうと、塗工面にスジが生じてしまうが、上記エッジ９の角度θ１を９０°±５°とすることで、このような不具合を有効に回避することができる。

また、単層塗工を実施する場合、図１（ｂ）に示すように、スロット１２から押し出された塗液が、中ブロック６のリップランド１８に接触した状態で基材３上に塗工される。この場合も二層塗工の場合と同様に、基材３に対する塗工方向の上流側に位置するエッジ１０を乗り越えて、塗液の駆け上がり生じてしまうと、塗工面にスジが生じてしまうが、上記エッジ１０の角度θ１を９０°±５°とすることで、このような不具合を有効に回避することができる。

このように、本実施形態におけるダイ１は、その組み方を変更しなくても、二層塗工と単層塗工を行うことができ、基材３上に形成する塗工層の積層数を可変とすることができる。そして、いずれの場合にも、塗工面にスジが生じないようにすることができ、均一な塗工が可能となる。また、単層塗工の場合、必要に応じて上ブロック５を外して塗工を行うこともできるが、この場合も同様に、塗工面にスジが生じることがない。

以上のようなダイ１を用いて塗工を実施するにあたり、基材３としては、例えば、ポリエチレンレテフタレート（ＰＥＴ）、延伸ポリプロピレン（ＯＰＰ）などの各種シート材の使用が可能である。
塗工時の塗液は、粘度１０〜１５００ｍＰａ・ｓ、固形分濃度２０〜６０重量％、密度９００〜１１００ｋｇ／ｍ^３、表面張力３０〜４０×１０^−３Ｎ／ｍとなるように調製するのが好ましく、塗工速度（基材３の繰り出し速度）は、概ね４０ｍ／分程度までの領域で適用可能である。
また、基材３に対して塗液を塗工する際には、ウエット膜厚が２０〜１４０μｍ、ドライ膜厚が１０〜５０μｍの範囲で塗工するのが好ましい。特に図示しないが、ダイ１の塗工方向下流側には、減圧チェンバーを設置して、１００〜２５００Ｐａ程度の減圧度（大気圧に対して減圧する度合（負圧））で塗工を実施するようにすることもできる。

塗液が塗工された基材３は、その後、乾燥ゾーンを経て、ラミネート工程などの後工程を必要に応じて施してから、巻き取り機によって巻き取られるのが基本工程である。

以下、具体的な実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。

［実施例１］
図１に示す例と同様のダイ１を用意し、バックアップロール２に支持された基材３との距離Ｗが４５μｍとなるように配置した。
また、上ブロック５のリップランド１７におけるエッジ９の角度θ１を９０°、中ブロック６のリッブランド１８におけるエッジ１０の角度θ２を９０°とし、上ブロック５のリップランド１７の厚み、中ブロック６のリップランド１８の厚み、下ブロック７のリップランド１９の厚みをそれぞれ２ｍｍとした。

本実施例では、厚み１６μｍのＰＥＴからなるシート材（商品名「ＨＴＦ−０１」：帝人株式会社製）を基材３に用いて、マニホールド１２の塗液供給口に感光性樹脂を塗液として供給することにより、基材３の塗工面に対して単層塗工を実施した。
このとき、ダイ１は、スロット１３の間隔Ｗ１が０．２５ｍｍ、スロット１４の間隔Ｗ２が０．３５ｍｍとなるように、上ブロック５、中ブロック６、下ブロック７を組み付けて塗工架台に取り付けた。また、塗工層のドライ膜厚が１５μｍとなるように塗工条件を調整した。
なお、塗液は、粘度８００ｍＰａ・ｓ、密度９８０ｋｇ／ｍ^３、表面張力３７×１０^−３Ｎ／ｍとなるように調製し、流量１．６５×１０^−３ｍ^３／分で供給した。また、塗工速度は３５ｍ／分とし、減圧チェンバーによる減圧度は１４００Ｐａとした。

塗工後、塗液を塗工した基材３を、６０℃、９０℃、１１０℃、１２０℃、１２０℃、３０℃にそれぞれ設定した、六つの乾燥ゾーンを順次通過させた。
基材３上に形成された塗工層の塗工面を観察したところ、表面にはスジも見られず、非常に良好な面性状であった。

［実施例２］
実施例１と同じダイ１を、バックアップロール２に支持された基材３との距離Ｗが４８μｍとなるように配置した。

本実施例では、厚み１８μｍのＰＥＴからなるシート材（商品名「Ｇ２」：帝人デュポンフィルム株式会社製）を基材３に用いて、マニホールド１１，１２のそれぞれの塗液供給口に異なる感光性樹脂を塗液として供給することにより、基材３の塗工面に対して二層塗工を実施した。
このとき、ダイ１は、スロット１３の間隔Ｗ１が０．２０ｍｍ、スロット１４の間隔Ｗ２が０．２５ｍｍとなるように、上ブロック５、中ブロック６、下ブロック７を組み付けて塗工架台に取り付けた。また、スロット１３から押し出された塗液により形成される塗工層のドライ膜厚が５μｍ、スロット１４から押し出された塗液により形成される塗工層のドライ膜厚が１０μｍとなるように塗工条件を調整した。
なお、スロット１３から押し出す塗液は、粘度２００ｍＰａ・ｓ、密度９８０ｋｇ／ｍ^３、表面張力３２×１０^−３Ｎ／ｍとなるように調製し、流量１×１０^−３ｍ^３／分で供給した。スロット１４から押し出す塗液は、粘度２８０ｍＰａ・ｓ、密度９８５ｋｇ／ｍ^３、表面張力３４×１０^−３Ｎ／ｍとなるように調製し、流量１．６×１０^−３ｍ^３／分で供給した。また、塗工速度は４０ｍ／分とし、減圧チェンバーによる減圧度は１８００Ｐａとした。

塗工後、塗液を塗工した基材３を、６０℃、８０℃、９０℃、１１０℃、１２０℃、３０℃にそれぞれ設定した六つの乾燥ゾーンに塗工された基材３を順次通過させた。
基材３上に形成された塗工層の塗工面を観察したところ、表面にはスジも見られず、非常に良好な面性状であった。

［実施例３］
バックアップロール２に支持された基材３との距離Ｗが２０μｍとなるようにダイ１を配置し、減圧チェンバーによる減圧度を１８００Ｐａとした以外は実施例１と同様にして、単層塗工を実施した。
基材３上に形成された塗工層の塗工面を観察したところ、表面にはスジも見られず、非常に良好な面性状であった。

［比較例１］
図２に示す例と同様のダイ１０１を用意し、バックアップロール１０２に支持された基材１０３との距離Ｗ０が５０μｍとなるように配置した。
ここで、ダイ１０１は、実施例１のダイ１に対して、中ブロック１０６のリッブランド１１８におけるエッジ１１０の角度θ１２を１５０°、中ブロック１０６のリップランド１１８の厚みＴ１２を０．３８１ｍｍとした点で異なるが、それ以外はほぼ同様とした。
実施例１に準じて単層塗工を実施したところ、塗液の条件が粘度８２５ｍＰａ・ｓ、密度９８０ｋｇ／ｍ^３、表面張力３６×１０^−３Ｎ／ｍ、流量０．６５×１０^−３ｍ^３／分のとき、図２に示すように、中ブロック１０６のリッブランド１１８におけるエッジ１１０で塗液の駆け上がりが認められ、塗工層の塗工面にスジの発生を確認した。

［比較例２］
比較例１のダイ１０１において、中ブロック１０６のリッブランド１１８におけるエッジ１１０の角度θ１２を１１０°に変更して、比較例１と同様に単層塗工を実施したところ、中ブロック１０６のリッブランド１１８におけるエッジ１１０で塗液の駆け上がりが認められ、塗工層の塗工面にスジの発生を確認した。

以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。

例えば、前述した実施形態では、上ブロック５と下ブロック７との間に一つの中ブロック６を組み付け、これによって二層塗工を可能としているが、中ブロック６を二以上とし、隣接する中ブロック間にもマニホールドとスロットを形成することで、さらに多層の塗工を可能とすることもできる。

このとき、少なくとも一つの中ブロックのリップランドについて、好ましくは塗液が押し出されるスロットを構成する全ての中ブロックのリップランドについて、その基材３に対する塗工方向の上流側に位置するエッジの角度を９０°±５°とすればよく、また、当該中ブロックのリップランドの厚みを１〜２ｍｍとするのが好ましい。

そして、各ブロック間に形成された全スロットから塗液を押し出して塗工するか、又は基材３に対する塗工方向の上流側に位置するエッジの角度を９０°±５°とした中ブロックよりも同下流側に位置するスロットのみから塗液を押し出して塗工することにより、基材上に形成する塗工層の積層数を可変とすることができる。また、単層塗工の場合、下ブロックとそのすぐ上流側の少なくとも一つの中ブロックとが備えられていれば塗工が可能であるので、必要に応じてそれ以外の中ブロックや上ブロックを外して塗工を行うこともできる。
これらの場合においても、塗工面にスジが生じないようにすることができる。

本発明は、塗工面にスジが発生しない塗工用ダイ、そのようなダイを取り付けた非接触ダイ塗工装置、及びそのようなダイを用いた塗工方法を提供する。

本発明に係る塗工用ダイの一例を示す説明図である。 塗工用ダイの従来例（比較例）におけるダイ先端を示す概略断面図である。 従来技術の実施形態であるダイの先端の断面図である。

符号の説明

１ ダイ
２ バックアップロール
３ 基材
４ メニスカス
５ 上ブロック
６ 中ブロック
７ 下ブロック
９ エッジ（上ブロック）
１０ エッジ（中ブロック）
１１ マニホールド
１２ マニホールド
１３ スロット
１４ スロット
１５ シム
１６ シム
１７ リップランド（上ブロック）
１８ リップランド（中ブロック）
１９ リップランド（下ブロック）

Claims (6)

1. 基材に対する塗工方向の上流側から順に、上ブロック、一つ以上の中ブロック、下ブロックを備え、各ブロック間に形成されたスロットから塗液を押し出すことにより、前記基材に二以上の塗液を塗工可能とした塗工用ダイであって、
   前記各ブロックはリップランドを有するとともに、
   前記上ブロックと、前記中ブロックのうち少なくとも一つの中ブロックのそれぞれのリップランドにおける前記上流側に位置するエッジの角度が、いずれも９０°±５°であることを特徴とする塗工用ダイ。
2. 前記上ブロックと、前記少なくとも一つの中ブロックのそれぞれのリップランドの厚みを１〜２ｍｍとした請求項１記載の塗工用ダイ。
3. 請求項１〜２のいずれか１項に記載の塗工用ダイを取り付けたことを特徴とする非接触ダイ塗工装置。
4. 請求項１〜２のいずれか１項に記載の塗工用ダイにより、バックアップロールに支持されて繰り出される基材に塗液を塗工する塗工方法であって、
   前記各ブロック間に形成された全スロットから塗液を押し出して塗工するか、又は前記少なくとも一つの中ブロックよりも基材に対する塗工方向の下流側に位置するスロットのみから塗液を押し出して塗工することにより、基材上に形成する塗工層の積層数を可変とすることを特徴とする塗工方法。
5. ウエット膜厚が２０〜１４０μｍで、ドライ膜厚が１０〜５０μｍとなるように塗液を塗工する請求項４に記載の塗工方法。
6. 塗液の粘度を１０〜１５００ｍＰａ・ｓとした請求項４〜５のいずれか１項に記載の塗工方法。

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