JP2010179234A - 超音波脱泡方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高粘度の塗布液を用いた場合であっても、支持体に均一で良好な塗膜を形成することができ、気泡痕による品質故障の発生を低減することができる超音波脱泡方法を提供する。
【解決手段】塗布液を支持体に塗布する工程、前記塗布液および支持体を加熱する工程、および超音波振動子を支持体側から作用させて塗布液に超音波を照射する工程を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、支持体に塗布された塗布液中に含まれる気泡を連続的に脱泡除去する超音波脱泡方法に関する。

一般に、支持体に各種液体を塗布するために用いられる塗布液は、塗布工程前に行なわれる攪拌、分散、送液等の操作によって気泡が生じやすい。このような気泡を含んだ塗布液を塗布装置に供給して支持体に塗布、乾燥・硬化すると、塗布膜に泡筋、ピンホール等の気泡痕が発生し、均一で良好な塗布膜を形成することができない。例えば、写真感光材料塗布液のような各種添加剤を含む塗布液は、液そのものが泡立ちやすく、かつ、気泡を含みやすい性質を有しており、塗布時に微細な気泡が一つでも生じると均一な感光膜を形成することができず、品質故障の原因となってしまう。

このような品質故障を避けるために、塗布液に充分な脱泡処理を行う必要がある。このような目的で使用される脱泡方法として、脱泡対象となる液体を脱泡槽に収容し、これに超音波を照射する方法が提案されている。液体に超音波を照射することで、液体中に負圧の微小な気泡が瞬間的に発生、消滅を繰り返すいわゆるキャビテーションを引き起こし、これにより液体中の気泡が除去される。

このような脱泡槽を利用する脱泡方法として、例えば、一定の容積を持った脱泡槽に塗布液を導き、そこで塗布液を加圧しながら超音波を照射することにより、加圧により塗布液中に含まれる溶存空気の飽和溶解度を上昇させるとともに、超音波で気泡を塗布液中に溶解、消滅させる方法が提案されている（特許文献１〜３）。また、加圧する前に一旦塗布液を減圧して溶存空気の飽和溶解度を下げることにより、塗布液中に溶解していた気体を析出させ、気泡を気液界面に浮上させて除去しておくことも提案されている（特許文献３）。

特公昭５１−５２９５号公報 特公昭５５−６４０５号公報 特開昭６３−１７８８０７号公報

しかしながら、塗布液を支持体に塗布する前に十分に脱泡処理を行ったとしても、支持体に塗布液を塗布する際に支持体と塗布液との接触面またはローラ等の塗布器具と塗布液との接触面等において、不可避的に塗布液中に気泡を巻き込んでしまう場合がある。特に、生産性の向上に伴って塗布処理の高速化が要求される傾向にあって、気泡を全く取り込むことなく支持体に塗布液を塗布することは現実的に困難である。

また、塗布方式の改良に伴って塗布液は益々高粘度化しており、１００００ｃＰ以上の塗布液にもなると、塗布してから乾燥・硬化されるまでの短時間の間に、塗布時に巻き込んでしまった気泡が気液界面に自然に浮上し塗布液から排出されることは難しい。

本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、支持体に塗布液を塗布して乾燥・硬化させた最終製品に気泡痕による品質故障を生じることのない脱泡方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、鋭意検討の結果、支持体に塗布液を塗布した後に、これを所定温度まで加熱するとともに、支持体側から超音波振動子を作用させて塗布液に超音波を照射することにより、塗布液から効率的に気泡を除去することができることを見出した。

すなわち、本発明の超音波脱泡方法は、塗布液を支持体に塗布する工程、前記塗布液および支持体を加熱する工程、および超音波振動子を支持体側から作用させて塗布液に超音波を照射する工程を含むことを特徴とする。

脱泡を意図して塗布液の温度を調節することについて、上記特許文献２には、脱泡した塗布液の温度を、塗布の直前に熱交換器によって下げることが提案されている。温度を下げることで、塗布液の飽和溶解度を上げて気泡の析出を押さえ込むのである。しかし、この程度の温度低減のみでは、塗布工程の際に巻き込んでしまうような比較的大きな気泡を塗布液中に完全に溶解、消滅させることは難しい。

本発明では、塗布工程の直後に、支持体に塗布された塗布液を所定の温度に加熱してその粘度を十分に低下させ、かつ塗布液の飽和溶解度を低減した上で、支持体に薄く塗り延ばした塗布液に支持体側から超音波を照射することにより、塗布液から気泡を気液界面側に浮上させて排出する。この方法によれば、塗布液が高粘度であっても、実質的に粘度を低減した状態で超音波を照射できるため、より確実な脱泡が可能である。また、薄い支持体のみを介して塗布液に超音波を照射できるため、超音波エネルギーをより直接的に塗布液に作用させることができる。さらに、脱泡処理後に塗布液が徐々に放熱するにつれて、塗布液の飽和溶解度は徐々に上昇していくことになるため、脱泡後に塗布液中に気泡が新たに析出するおそれが極めて低い。

本発明に係る超音波脱泡方法によれば、高粘度の塗布液を用いた場合であっても、支持体に均一で良好な塗膜を形成することができ、気泡痕による品質故障の発生を低減することができる。

図１は本発明による超音波脱泡方法の一例を示す概略図である。

以下、本発明にかかる超音波脱泡方法の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明による超音波脱泡方法の一例を示す概略図である。
本実施態様では、図１に示す脱泡炉を用いて支持体に塗布された塗布液の脱泡を行う。便宜上、以下において、まず脱泡炉について説明し、その後にこの脱泡炉を使用した本実施形態に係る超音波脱泡方法について説明する。

１．脱泡炉
脱泡炉１は、塗布液１０を塗布した支持体１１を連続的に送るためのサポートロール２と、支持体１１に塗布された塗布液１０を加熱するための加熱装置３と、支持体１１側から塗布液１０に超音波を照射するための超音波振動子４と、超音波振動子４の支持体側表面に取り付けられた冷却ユニット５と、超音波振動子４に接続された超音波発振装置６とを有する。

＜サポートロール＞
サポートロール２は、脱泡炉１内に配置され、塗布液１０を塗布した支持体１１を支持体１１側から支えると共に、塗布液を塗布した支持体１１を塗布装置側端部７から硬化炉側端部８へと連続的に送り出す。サポートロール２の送り速度は、脱泡効率、塗布速度、硬化速度等に合わせて適宜調節する。

＜加熱装置＞
脱泡炉１内であって前記サポートロール２の上方には、支持体１１に塗布された塗布液１０を加熱するための加熱装置３が設けられている。
加熱装置３によって塗布液１０を加熱することで、塗布液１０の粘度を低下させると共に塗布液中に溶存する気体の飽和溶解度を下げる。この状態で支持体１１側から塗布液１０に超音波を照射することにより、塗布液１０から効率よく気泡を気液界面側に追い出すことができる。

加熱装置３の設定温度は、塗布液１０や支持体１１を熱変性させない範囲で高温とすることができる。塗布液１０の構成成分、粘度、塗布厚、並びに支持体１１の構成成分、厚み等によっても相違するが、典型的には、支持体１１に塗布された塗布液１０を５０〜１００℃、さらには９０〜１００℃の範囲に加熱することが好ましい。

＜超音波振動子＞
超音波振動子４は、サポートロール２と同様に、塗布液１０を塗布した支持体１１の支持体１１側に位置するように設置される。
超音波振動子４は、発振周波数が１０ＫＨｚ以上５００ＫＨｚ以下であり、塗布液１０に与える超音波エネルギーが０．０５から１００Ｗ／ｃｍ^２、好ましくは０．１から１０Ｗ／ｃｍ^２の範囲の超音波を照射するものを用いることができる。超音波振動子４の発振周波数および超音波エネルギーは、後述する超音波発振装置６によって制御される。
このような超音波振動子４としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム等からなる圧電振動子に防水処理を施したものを好適に用いることができる。

＜超音波発振装置＞
超音波発振装置６は、前記超音波振動子４に接続されており、超音波振動子４の発振周波数および超音波エネルギーを調節する。
超音波発振装置６の制御は、脱泡炉１を経て乾燥・硬化された塗布液１０の状態を気泡検知センサー（不図示）や目視により検査した結果に基づいて行う。一般に、脱泡効果を高めようとするときには、塗布液中にキャビテーションを盛んに発生させるべく、超音波振動の出力を大きくすればよい。一方、超音波振動子４から与えられる振動エネルギーがあまりに大きすぎると支持体１１を損傷するおそれがあるため、このような損傷を引き起こさない範囲で適宜制御する。

＜冷却ユニット＞
超音波振動子４は、前記加熱装置３による加熱に加え、印加電流によって自身で発熱するため、そのまま長期にわたって使用し続けると、その寿命を著しく低下してしまうばかりか、支持体１１や塗布液１０を熱変性してしまうおそれもある。

そこで、超音波振動子４の支持体１１側表面に冷却ユニット５を設けて超音波振動子４自体を過度の発熱から保護すると共に、超音波振動子４の過度の発熱が支持体１１や塗布液１０に直接的に伝わらないように遮ることが好ましい。

このような冷却ユニット５としては、脱泡炉１内の設定温度とほぼ同一温度の温水を循環する機構を備えた流水式冷却ジャケットを使用することができる。
流水式冷却ジャケットを使用する場合、ジャケットを構成する材質としては超音波振動減衰の少ない金属が好ましいが、ポリエチレンや塩化ビニルなどの合成高分子材料であってもよい。また、超音波伝播効率の面から循環液は液中に気泡を含まないことが好ましい。

冷却ユニット５は、これと直接接触する支持体１１まで冷却してしまわないように、冷却ユニット５の支持体側表面の温度を前記加熱装置３の設定温度とほぼ同じ温度に維持するように調節することが好ましい。この温度を維持することにより、塗布液１０に温度ムラを生じにくくなるため、より確実に脱泡することができる。

２．超音波脱泡方法
以下、上記脱泡炉１を用いて本実施形態の超音波脱泡方法を行う場合について説明する。
まず、脱泡炉１の塗布装置側端部７から、塗布液１０を塗布した直後の支持体１１を導入する。

支持体１１は、特に限定されるものではないが、金属箔または有機樹脂フィルムからなるフィルムテープを使用することができる。
塗布液１０は、加熱により粘度が低減するものであれば特に限定されず、例えば、ゼラチンを基体とする粘性液、または硬化性エポキシ樹脂、硬化性シリコーン樹脂、硬化性アクリル樹脂等を使用することができる。塗布液１０の粘度は、１００００００ｃＰ程度の高粘度であってもよい。

次いで、塗布液１０を塗布した支持体１１をサポートロール２により脱泡炉１内に送り、加熱装置３により加熱して塗布液１０の粘度を低減する。このとき塗布液１０や支持体１１を熱変性させない範囲で加熱する。塗布液１０の成分、粘度、塗布厚、並びに支持体１１の成分、厚み等によっても相違するが、典型的には、２５〜１００℃、さらに好ましくは５０〜１００℃の範囲で加熱する。

この加熱されて粘度が低下した状態の塗布液１０に対して、支持体１１側から、超音波振動子４に取り付けられた冷却ユニット５を介して超音波を照射する。この超音波照射により、塗布液１０内にキャビテーションを発生させ、塗布液１０中に含まれていた気泡が除去される。塗布液１０に与える超音波エネルギーは、脱泡後に乾燥・硬化して得られる塗膜における気泡痕の有無に基づいて、超音波発振装置６により０．０５から１００Ｗ／ｃｍ^２の範囲で適宜調節する。
このとき、冷却ユニット５を、超音波振動子４、塗布液１０および支持体１１に過度の熱的負荷がかからないように温度調節する。特に、塗布液１０に温度ムラを生じないために、冷却ユニット５の支持体１１との接触面が加熱装置３の設定温度と略同一になるように調節する。

超音波照射後、塗布液１０の塗膜を有する支持体１１はサポートロール２により硬化炉側端部８から脱泡炉１の外へと導出され、硬化炉（不図示）において塗布液の乾燥・硬化が行われる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
例えば、上記実施形態では、塗布液を支持体に塗布した後に塗布液の脱泡処理を行っているが、予め脱泡処理を行った塗布液を支持体に塗布し、その後さらに本発明による脱泡処理を行ってもよい。この場合には、塗膜における気泡痕の発生をより確実に抑制することができる。

以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１〜９および比較例１〜３＞
銅からなる支持体に塗布液として種々の粘度の熱硬化性シリコーン樹脂を塗布し、種々の加熱温度のもとで、超音波振動を与えて脱泡した。得られた塗膜について、目視により気泡痕の有無を調べた。実施例１〜９および比較例１〜３のいずれも、図１に示す装置を用いて、以下の条件で脱泡を行った。

塗布液
組成：硬化性シリコーン樹脂（末端ビニル基、および側鎖ヒドロシル基を有するシリコーン樹脂混合物）
濃度：９９．５％
液温：２５℃
粘度：１００００〜１００００００ｃＰ
塗布厚：１．０ｍｍ
支持体
材質：銅
厚み：０．０３ｍｍ
幅：５００ｍｍ
加熱装置
設定温度：５０〜１００℃
超音波振動子
材質：チタン酸ジルコン酸鉛
寸法：１００ｃｍ×５５０ｃｍ×５ｃｍ×１０個並列設置
発振周波数：２８ｋＨｚ
超音波エネルギー：１００Ｗ／ｃｍ^２
流水式冷却ジャケット
ジャケット：ＳＵＳ３０４
循環液：純水、１８℃設定
流量：１０００ｍｌ／秒
サポートロール送り速度：１００ｃｍ／秒

＜気泡痕の評価＞
塗布液を塗布した支持体それぞれについて、発生した気泡痕の個数を調べた。この結果を以下の表１〜３に示す。

上記表１〜３に示されるとおり、支持体に塗布された塗布液を加熱した上で超音波を照射することにより、気泡痕をより確実に排除できた。また、高粘度液を用いた場合であっても優れた脱泡効果が得られた。

１ 脱泡炉
２ サポートロール
３ 加熱装置
４ 超音波振動子
５ 冷却ユニット
６ 超音波発振装置
７ 塗布装置側端部
８ 硬化炉側端部
１０ 塗布液
１１ 支持体

Claims (8)

1. 塗布液を支持体に塗布する工程、
   前記塗布液および支持体を加熱する工程、および
   超音波振動子を支持体側から作用させて塗布液に超音波を照射する工程
   を含む超音波脱泡方法。
2. 前記塗布液および支持体を５０〜１００℃の温度範囲に加熱する請求項１記載の超音波脱泡方法。
3. 照射する超音波の出力を変化させて脱泡効率を調節する工程を含む請求項１または２記載の超音波脱泡方法。
4. 超音波の出力を０．０５〜１００W／ｃｍ^２の範囲に調節する請求項３記載の超音波脱泡方法。
5. 前記超音波振動子の発熱を抑制する冷却工程を含む請求項１ないし４のいずれか一項に記載の超音波脱泡方法。
6. 前記塗布液が有機樹脂からなる群から選択される請求項１ないし５のいずれか一項に記載の超音波脱泡方法。
7. 前記塗布液の粘度が１００００〜１００００００ｃＰの範囲である請求項１ないし６のいずれか一項に記載の超音波脱泡方法。
8. 前記支持体が金属箔または樹脂フィルムからなる群から選択される請求項１ないし７のいずれか一項に記載の超音波脱泡方法。

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