JP2011056381A

JP2011056381A - 塗布装置及びフィルムの製造方法

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Publication number: JP2011056381A
Application number: JP2009208048A
Authority: JP
Inventors: Makoto Fukumoto; 誠福本; Koji Amano; 浩二天野; Hiromi Akiyama; 裕臣秋山; Naonobu Miama; 尚伸美甘
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-24

Abstract

【課題】スロットダイのスロットからの塗布液の吐出の開始／停止を切り替えるバルブを操作した時点からスロットダイのスロットから塗布液が吐出される時点までの期間を短くする。
【解決手段】スロットダイ１０のマニホールド１３に、塗布液が流入する供給ライン２２と、塗布液が流出する排出ライン３１とが接続されている。供給ラインにはスロットダイに対する塗布液の供給／停止を切り替える供給バルブ２５が設けられている。排出ラインには排出バルブ３２が設けられている。スロットの塗布液が吐出される開口１４ａがマニホールドよりも高くなるようにスロットダイは配置される。排出ラインのうち最も高い位置に配された部分３１ａは、マニホールドの排出ラインとの接続部１３ａよりも高く、且つ、スロットの開口と同じかこれより低い位置に配されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、可撓性支持体上に塗布液を塗布するための塗布装置に関する。また、本発明は、可撓性支持体上に塗布液を塗布する工程を備えたフィルムの製造方法に関する。

可撓性支持体上に塗布液を塗布する塗布装置は、光学フィルム、磁気記録テープ、接着テープ、写真用印画紙、オフセット版材、電池極板、燃料電池触媒層等の各製造工程で使用されている。

塗布方式として、例えば、バーコータ方式、リバースロールコータ方式、グラビアロールコータ方式、エクストルージョンコータなどのスロットダイコータ方式等が挙げられる。この中でもスロットダイを用いるスロットダイコータ方式の塗布装置（例えば特許文献１参照）は、他の方式と比較して、高速で薄層の塗布が可能であることから多用されている。

スロットダイコータ方式により塗布膜が形成された可撓性支持体は、例えば陰極管表示装置（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）、ＥＬ（electro-luminescence）表示装置等の画像表示装置などの表示画面に貼付される光学フィルムとして用いられ、その需要は年々高まっている。このような用途に用いられる光学フィルムの性能は、塗布膜の厚さ変動により大きく影響される。そのため、光学フィルムの分野では、塗布膜のより高度な厚さの均一性が求められる。

スロットダイコータ方式で可撓性支持体に塗布液の塗布を開始する場合、あるいは一時的に中断していた塗布を再開する場合、一般に以下のような手順で塗布が開始される。最初に、可撓性支持体をスロットダイのスロットのリップ（塗布液が吐出される開口端縁）に接触させながら走行させる。この状態で、スロットダイのスロットから塗布液を吐出させ、可撓性支持体に塗布液を塗布する。

特開２００９−４５５１３号公報

スロットダイのスロットから塗布液が吐出されない状態で可撓性支持体がスロットダイのリップに接触しながら走行すると、リップによって可撓性支持体の表面が削られて削り粉が発生する。この削り粉がリップに付着すると、可撓性支持体上に形成される塗布膜に、厚みムラに起因する走行方向に沿ったスジ状の欠点が生じるという問題がある。従って、スロットから塗布液が吐出されない状態で可撓性支持体がスロットダイのリップに接触しながら走行する期間（以下、「空走期間」という）をなるべく短くすることが望まれる。

本発明は、スロットダイのスロットからの塗布液の吐出の開始／停止を切り替えるバルブを操作した時点からスロットダイのスロットから塗布液が吐出される時点までの期間を短くすることにより、可撓性支持体の空走期間を短縮化することを目的とする。

本発明の塗布装置は、可撓性支持体に塗布液を塗布するための塗布装置であって、前記塗布液を一時的に貯留するマニホールド、及び、前記マニホールドと連通し、前記可撓性支持体に向かって前記塗布液を吐出するスロットを有するスロットダイと、前記マニホールドに接続され、前記マニホールドに向かって前記塗布液が流れる供給ラインと、前記供給ラインに設けられ、前記スロットダイに対する前記塗布液の供給／停止を切り替える供給バルブと、前記マニホールドに接続され、前記マニホールドから塗布液が流出する排出ラインと、前記排出ラインに設けられた排出バルブとを備える。前記スロットの前記塗布液が吐出される開口が前記マニホールドよりも高くなるように前記スロットダイが配置されている。前記排出ラインのうち最も高い位置に配された部分は、前記マニホールドの前記排出ラインとの接続部よりも高く、且つ、前記スロットの前記開口と同じかこれより低い位置に配されていることを特徴とする。

本発明のフィルムの製造方法は、上記の本発明の塗布装置を用いて前記可撓性支持体に塗布液を塗布する方法であって、前記供給バルブを閉じ、前記排出バルブを開き、且つ、塗布液を前記供給ラインに沿って前記マニホールドに向かって加圧し、次いで、前記供給バルブを開いて、前記塗布液を前記供給ラインを通じて前記マニホールドに送液し、前記排出ラインを通じて排出し、次いで、前記排出バルブを閉じて、前記塗布液を前記スロットから吐出させて前記可撓性支持体に塗布することを特徴とする。

本発明によれば、排出バルブを閉じると、極めて短時間でスロットダイのスロットから塗布液を吐出させることができるので、可撓性支持体の空走期間を短縮化することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る塗布装置の概略構成を示した図である。図２は、本発明の一実施形態に係る塗布装置のスロットダイ及びその周辺の概略構成を示した斜視図である。図３Ａは図２の３Ａ−３Ａ線を含む面に沿ったスロットダイの断面図、図３Ｂは図３Ａの３Ｂ−３Ｂ方向に沿って見たスロットダイを構成する上流側リップ部材の正面図である。

上記の本発明の塗布装置において、前記スロットの前記開口と前記マニホールドの前記排出ラインとの接続部との高低差をＨ₀、前記スロットの前記開口と前記排出ラインのうち最も高い位置に配された前記部分との高低差をＨ₁としたとき、Ｈ₁≦Ｈ₀／３を満足することが好ましい。

また、前記塗布液は、圧縮気体を用いて前記マニホールドに向かって圧送されることが好ましい。

以下に本発明を、その一実施形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る塗布装置の概略構成を示した図である。この塗布装置は、矢印４１の向きに走行する長尺の可撓性支持体（フィルム、シート等のウエブ状物、以下、単に「支持体」という）４０に向かってスロットダイ１０から塗布液を吐出して、支持体４０の片面に塗布液を塗布し塗布膜４５を形成する。支持体４０は、テンション支持方式により、即ち、スロットダイ１０を挟んで互いに平行に、且つ、離間して配置された一対のロール（図示せず）間に所定の張力が印加された状態で架け渡されて支持されている。但し、支持体４０の支持方式はこれに限定されず、例えば、スロットダイ１０との間に支持体４０を挟むように配置されたバックアップロールで支持体４０を支持するバックアップロール支持方式であってもよい。

支持体２０の材料は、特に制限はなく、例えば樹脂、具体的には、セルロースエステル（例えば、トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース）、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート）、ポリスチレン、ノルボルネン系樹脂、非晶質ポリオレフィンなどを用いることができる。このうち、トリアセチルセルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートが好ましい。

支持体２０に塗布される塗布液は、特に制限はない。製造しようとするフィルムの用途に応じて適宜選択すればよい。

塗布液は、スロットダイ１０のスロット１４から支持体４０に向かって吐出される。塗布液が貯蔵されたタンク２１とスロットダイ１０とが、供給ライン２２を介して接続されている。供給ライン２２上には、タンク２１側からスロットダイ１０側に向かって、流量調整バルブ２３、流量計２４、供給バルブ２５がこの順に設けられている。流量調整バルブ２３は、供給ライン２２を流れる塗布液の流量（即ち、スロットダイ１０から吐出される塗布液の吐出量）を調整する。流量計２４は供給ライン２２を流れる塗布液の流量を測定する。供給バルブ２５は、スロットダイ１０への塗布液の供給／停止の切り替えるための開閉バルブである。圧縮気体（例えば圧縮空気）を発生する加圧源２６が圧空ライン２７を介してタンク２１の天板に接続されている。加圧源２６としては、特に制限はないが、例えばコンプレッサーや圧空レギュレータなどを用いることができる。

図２は、スロットダイ１０及びその周辺の概略構成を示した斜視図、図３Ａは図２の３Ａ−３Ａ線を含む面（縦断面）に沿ったスロットダイ１０の断面図である。スロットダイ１０は、上流側リップ部材１１と下流側リップ部材１２とが接合されて構成されている。図３Ｂは図３Ａの３Ｂ−３Ｂ方向に沿って見た上流側リップ部材１１の正面図である。図３Ｂにおいて、斜線を施した領域１８は上流側リップ部材１１と密着する領域を示している。上流側リップ部材１１の下流側リップ部材１２に対向する面には、幅方向（図３Ｂの左右方向）に伸びた凹溝であるマニホールド１３が形成されている。マニホールド１３は、幅方向の中央が低く、両端が高い略Ｖ字状に形成されている。マニホールド１３より上側では、上流側リップ部材１１と下流側リップ部材１２とは一定間隔を隔てて離間して、スロット１４を形成している。図示していないが、上流側リップ部材１１及び下流側リップ部材１２の幅方向の両端面には、スロット１４を封止するための側板が設けられている。上流側リップ部材１１には、上流側リップ部材１１を貫通してマニホールド１３の幅方向の中央部に接続するように、注液孔１５が形成されている。

図２に示されているように、スロット１４の塗布液が吐出される開口１４ａを上方に向けて、スロット１４を鉛直方向とほぼ平行になるように、スロットダイ１０は設置されている。上流側リップ部材１１の注液孔１５には供給ライン２２が接続されている。また、マニホールド１３の両端にはそれぞれ排出ライン３１が接続されている。各排出ライン３１は、マニホールド１３との接続部１３ａから水平方向に延ばされた後、上向きに屈曲され、その後、下向きに屈曲され、１本に合流されて塗布液を回収する排液タンク３３（図１参照）に接続されている。排出ライン３１の合流部より下流側の部分には、塗布液の流れの可否を切り替える排出バルブ３２が設けられている。

排出ライン３１のうち最も高い位置に配された部分（逆Ｕ字状に立ち上げられた部分の頂部、以下、「最高位部分」という）３１ａは、マニホールド１３の排出ライン３１との接続部（即ち、マニホールド１３の幅方向の両端部）１３ａよりも高く、且つ、スロット１４の開口１４ａと同じかこれより低い位置に配されている。ここで、排出ライン３１の最高位部分３１ａの高さは、当該最高位部分３１ａでの流路の鉛直方向に沿った断面の中心により定義される。マニホールド１３の排出ライン３１との接続部１３ａの高さは、当該接続部１３ａでの流路の鉛直方向に沿った断面の中心により定義される。スロット１４の開口１４ａの高さは、開口１４ａの厚さ方向（上流側リップ部材１１と下流側リップ部材１２とが対向する方向）の中央位置により定義される。

スロット１４の開口１４ａとマニホールド１３の排出ライン３１との接続部１３ａとの高低差をＨ₀、スロット１４の開口１４ａと排出ライン３１の最高位部分３１ａとの高低差をＨ₁としたとき、Ｈ₁≦Ｈ₀／３を満足することが好ましい。

以上のように構成された本実施形態の塗布装置を用いて支持体４０に塗布液を塗布して塗布膜付きフィルムを製造する方法の一例を図１を用いて説明する。但し、本発明は以下の方法に限定されない。

最初に、供給バルブ２５を閉じた状態で、加圧源２６を動作させて圧空ライン２７を介して圧縮気体（例えば圧縮空気）を、所定量の塗布液が貯蔵されたタンク２１に送り込む。流量調整バルブ２３は、所望する流量となるように適切な開度に開かれていることが好ましい。圧縮気体によって塗布液にはスロットダイ１０に向かう圧力が印加されるが、供給バルブ２５は閉じられているので、塗布液は供給ライン２２内を流れることはできない。このとき、排出バルブ３２を開いておく。

次いで、供給バルブ２５を開く。圧縮気体によって加圧された塗布液は、供給ライン２２内をスロットダイ１０に向かって勢いよく流れ始める。このときに流量計２４で測定される塗布液の流量は、所望する流量よりも大きい。塗布液は、スロットダイ１０の注液孔１５を通過し、マニホールド１３に流入する。マニホールド１３に流入した塗布液は、スロット１４及び排出ライン３１の逆Ｕ字状に立ち上げられた部分に流入する。上述したように排出ライン３１の最高位部分３１ａはスロット１４の開口１４ａと同じかこれより低いので、また、排出バルブ３２が開かれているので、塗布液は、スロット１４の開口１４ａから吐出されることなく、排出ライン３１の最高位部分３１ａを通過して排液タンク３３に排出される。

上記の操作と並行して、支持体４０を、スロットダイ１０のリップに接触させながら矢印４１の向きに走行させる。

供給バルブ２５を開いてからしばらく時間が経過すると、流量計２４で測定される塗布液の流量は、所望する流量にまで低下し安定する。これを確認した後、排出バルブ３２を閉じる。塗布液は、排出ライン３１を通過することができなくなるので、スロット１４を通過して開口１４ａより支持体４０に向かって吐出される。その結果、走行している支持体４０に塗布膜４５が形成される。

その後、塗布液の塗布を停止する場合は、最初に、排出バルブ３２を開く。これにより、スロット１４内の塗布液の上面は排出ライン３１の最高位部分３１ａとほぼ同じ高さにまで低下し、スロット１４からの塗布液の吐出が停止するとともに、塗布液は排出ライン３１を通過して排液タンク３３に排出される。その後、供給バルブ２５を閉じる。

塗布液の塗布を再開する場合は、上記と同様の操作を行えばよい。

以上のように、本実施形態では、スロットダイ１０のスロット１４からの塗布液の吐出の開始／停止を切り替えを、排出バルブ３２を操作することで行う。マニホールド１３に接続された排出ライン３１を逆Ｕ字状に立ち上げているので、供給バルブ２５を開いた後、排出バルブ３２を閉じる直前では、スロット１４内の塗布液の上面は排出ライン３１の最高位部分３１ａとほぼ同じ高さに位置している。即ち、スロット１４内の塗布液の上面はスロット１４の開口１４ａの近傍又はこれと同一高さにまで達している。従って、排出バルブ３２を閉じると、スロット１４内の塗布液の上面は極めて短時間でスロット１４の開口１４ａにまで上昇し、開口１４ａから吐出する。このように、排出バルブ３２を操作した時点からスロットダイ１０のスロット１４から塗布液が吐出される時点までの期間を短くすることができるので、支持体４０の空走期間を短縮化することができる。

また、スロットダイ１０のマニホールド１３に、排出バルブ３２が設けられた排出ライン３１を接続しているので、塗布液の支持体４０への塗布を開始するのに先立って供給バルブ２５を開くと、加圧された塗布液をスロット１４から吐出させることなく排出ライン３１に流すことができる。したがって、供給バルブ２５を開いた直後にスロット１４から設定以上の多量の塗布液が噴出し、スロットダイ１０（特に上流側リップ部材１１）のリップ近傍が塗布液で汚れ、塗布膜４５にスジ状の欠点が生じるという問題を解決することができる。

供給バルブ２５を開いた直後にスロット１４から意図せずに塗布液が噴出するのを確実に防止するために、排出ライン３１の最高位部分３１ａは、スロット１４の開口１４ａより低い位置に配されていることが好ましい。

更に、スロットダイ１０へ塗布液を供給するための駆動源として、タンク２１の内部空間を加圧する加圧源２６を用いている。このように圧縮気体を用いて塗布液を圧送する圧空送液法は、塗布液の送液のためのギアポンプが不要であるので、スロットダイ１０から吐出される塗布液に脈動が生じにくい。その結果、支持体４０上に形成される塗布膜４５の厚みムラを少なくすることができる。

上記の実施形態は一例に過ぎず、本発明はこの実施形態に限定されず、種々に変更することができる。

供給ライン２２には、流量調整バルブ２３、流量計２４、供給バルブ２５が設けられていたが、本発明では、スロットダイ１０に対して塗布液の供給／停止を切り替えることができる機能を有するバルブが少なくとも設けられていれば良く、このバルブ以外を省略することができる。供給バルブ２５に流量調整機能を担わせて、流量調整バルブ２３を省略してもよい。また、供給ライン２２に、塗布液の圧力を測定する圧力計や、塗布液中の異物を捕捉するフィルタ等が設けられていてもよい。

排出ライン３１上において、排出バルブ３２の設置位置は特に制限はない。例えば、排出ライン３１の最高位部分３１ａに排出バルブ３２を設けてもよい。

マニホールド１３の両端に接続された排出ライン３１を、１本に合流させることなく排液タンク３３に接続してもよい。この場合、各排出ライン３１に排出バルブ３２が設けられる。また、マニホールド１３の両端のうちの一方に排出ライン３１を接続し、他方を封止してもよい。排出ライン３１を、マニホールド１３の幅方向の端部に接続するのではなく、例えばその中央部分に接続してもよい。

排出ライン３１の経路は、周囲の構造物の配置に応じて自由に設定することができる。

スロットダイ１０の形状（例えばマニホールド１３、スロット１４、注液孔１５等の形状）は、上記の実施形態に限定されず、種々に変更することができる。スロットダイ１０として、公知のスロットダイを用いることもできる。上記の実施形態では、スロット１４が鉛直方向とほぼ平行になるようにスロットダイ１０を設置したが、スロット１４の向きはこれに限定されない。但し、マニホールド１３に対してスロット１４の開口１４ａが高くなるようにスロットダイ１０を設置する必要がある。開口１４ａから塗布液が意図せずに漏れ出すのを防止するためである。

塗布液を供給ライン２２に沿ってマニホールド１３に向かって加圧するために、圧縮気体を発生する加圧源２６を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、加圧源２６を用いずに、ギアポンプやダイアフラムポンプなどの定量ポンプを用いることができる。この場合、定量ポンプは、タンク２１と流量調整バルブ２３との間の供給ライン２２上に設置することができる。そして、定量ポンプと流量調整バルブ２３との間の供給ライン２２を分岐して、定量ポンプで送液された塗布液のうち過剰の塗布液をタンク２１に還流させる還流ラインを設けることが好ましい。

図１〜図３に示す塗布装置を用いて、スロットダイ１０への塗布液の送液実験を行った。

スロットダイ１０の幅は３４０ｍｍ、スロット１４の開口幅は２２０ｍｍ、スロット１４の厚さ（上流側リップ部材１１と下流側リップ部材１２との間隔）は０．２ｍｍ、スロット１４の長さ（スロットダイ１０の幅方向の中央位置でのリップとマニホールド１３との間隔）は４８ｍｍ、マニホールド１３の縦断面における断面積は幅方向位置にかかわらず一定で１３５．６８ｍｍ²であった。

図２に示すように、スロット１４の開口１４ａとマニホールド１３の排出ライン３１との接続部１３ａとの高低差Ｈ₀は６４ｍｍであった。排出ライン３１を逆Ｕ字状に屈曲させることにより、スロット１４の開口１４ａと排出ライン３１の最高位部分３１ａとの高低差Ｈ₁を０，１０，２０，３０，４８，６４ｍｍの６通りに変えた。

加圧源２６による圧縮空気の圧力は０．１ＭＰａであった。Ｅ型粘度計を用い、測定コーンプレート直径が５０ｍｍ、測定コーン角が１度、測定ズリ速度が１００（ｌ／ｓ）の条件で測定される塗布液の粘度は５ｍＰａ・ｓであった。流量調整バルブ２３の開度を、定常時での塗布液の流量が１５，３０，６０，９０ｍｌ／ｍｉｎの４通りとなるように予め設定した。

供給バルブ２５を閉じ、排出バルブ３２を開いた状態で、加圧源２６を動作させて塗布液が貯蔵されたタンク２１を圧縮空気で加圧した。その後、供給バルブ２５を開いた。供給バルブ２５を開いた直後に、流量計２４で測定される流量が設定流量よりも上昇し、塗布液は排出ライン３１を通じて排液タンク３３内に勢いよく流れ込んだ。塗布液がスロット１４から吐出することはなかった。しばらくすると、流量計２４で測定される流量が設定流量にまで低下しほぼ安定した。これを確認した後、排出バルブ３２を閉じた。排出バルブ３２を閉じた時点からスロットダイ１０のスロット１４の開口１４ａから塗布液が吐出される時点までの時間を測定した。結果を表１に示す。

排出ライン３１の最高位部分３１ａを接続部１３ａよりも高く（即ち、Ｈ₁＜Ｈ₀＝６４ｍｍ）した実施例１〜５は、排出ライン３１の最高位部分３１ａを接続部１３ａと同一高さ（即ち、Ｈ₁＝Ｈ₀＝６４ｍｍ）とした比較例１に比べて、いずれの流量においても、排出バルブ３２を閉じた時点からスロットダイ１０の開口１４ａから塗布液が吐出される時点までの時間を格段に短縮化することができた。特に、Ｈ₁≦Ｈ₀／３を満足する実施例１〜３では、上記時間を実生産において実質的に問題のない程度にまで短縮化することができた。

本発明の利用分野は特に制限はなく、可撓性支持体上にスロットダイを用いて塗布液を塗布する塗布装置及びこの装置を用いたフィルムの製造方法として広く利用することができる。特に、塗布膜のスジ状の欠点が問題視されることが多い光学フィルムの製造に好ましく利用することができる。

１０スロットダイ
１１上流側リップ部材
１２下流側リップ部材
１３マニホールド
１３ａマニホールドの排出ラインとの接続部
１４スロット
１４ａスロットの開口
１５注液孔
２１タンク
２２供給ライン
２３流量調整バルブ
２４流量計
２５供給バルブ
２６加圧源
２７圧空ライン
３１排出ライン
３１ａ排出ラインの最高位部分
３２排出バルブ
３３排液タンク
４０可撓性支持体
４５塗布膜

Claims

可撓性支持体に塗布液を塗布するための塗布装置であって、
前記塗布液を一時的に貯留するマニホールド、及び、前記マニホールドと連通し、前記可撓性支持体に向かって前記塗布液を吐出するスロットを有するスロットダイと、
前記マニホールドに接続され、前記マニホールドに向かって前記塗布液が流れる供給ラインと、
前記供給ラインに設けられ、前記スロットダイに対する前記塗布液の供給／停止を切り替える供給バルブと、
前記マニホールドに接続され、前記マニホールドから塗布液が流出する排出ラインと、
前記排出ラインに設けられた排出バルブとを備え、
前記スロットの前記塗布液が吐出される開口が前記マニホールドよりも高くなるように前記スロットダイが配置されており、
前記排出ラインのうち最も高い位置に配された部分は、前記マニホールドの前記排出ラインとの接続部よりも高く、且つ、前記スロットの前記開口と同じかこれより低い位置に配されていることを特徴とする塗布装置。
前記スロットの前記開口と前記マニホールドの前記排出ラインとの接続部との高低差をＨ₀、前記スロットの前記開口と前記排出ラインのうち最も高い位置に配された前記部分との高低差をＨ₁としたとき、Ｈ₁≦Ｈ₀／３を満足する請求項１に記載の塗布装置。
前記塗布液は、圧縮気体を用いて前記マニホールドに向かって圧送される請求項１又は２に記載の塗布装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の塗布装置を用いて前記可撓性支持体に塗布液を塗布するフィルムの製造方法であって、
前記供給バルブを閉じ、前記排出バルブを開き、且つ、塗布液を前記供給ラインに沿って前記マニホールドに向かって加圧し、
次いで、前記供給バルブを開いて、前記塗布液を前記供給ラインを通じて前記マニホールドに送液し、前記排出ラインを通じて排出し、
次いで、前記排出バルブを閉じて、前記塗布液を前記スロットから吐出させて前記可撓性支持体に塗布する
フィルムの製造方法。