JP2012210587A - 塗布方法および塗料塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
塗布膜厚ムラが小さなウェブを得ることができる塗料塗布装置を提供すること。
【解決手段】
ウェブ上の塗布膜厚を検出する塗布膜厚計と、その結果に基づいて塗布装置上流側にある搬送ロールの高さを調整して塗布膜厚を自動制御する塗布装置からなる構成を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、塗布方法および塗料塗布装置に関する。

連続して走行するウェブの表面に、例えば連続製膜されている樹脂フィルムの表面に塗料を塗布する装置として、メタリングバー方式の塗布装置が知られている。この塗布装置においては、例えば図１に示すように走行するウェブ１０１にファウンテン１０２から吐出された塗料１０３を過剰に塗布し、余剰の塗料をメタリングバー１０４で掻き落とし、所定の塗布厚みに計量しながらウェブ表面に塗膜１０５を形成する。

本発明者らの知見によれば、このような塗料の塗布においては、メタリングバー１０４で余剰の塗料が掻き落とされるが、メタリングバーを据付固定するメタリングバー架台の幅方向左右の高さの走行するウェブに対する位置が崩れると幅方向で塗料の掻き落とされる量が変化してしまい、均一な塗布厚みが得られない。本発明者らの知見によれば、このような場合において、メタリングバー架台の左右の高さの調整は作業者がスケールを見ながら手動で行うしかなく、幅方向で均一な塗布厚みが得られるかどうかは、作業者の熟練度合いに依存しているのが現状である。

また、メタリングバーが目詰まりすることや、塗料温度の変化により塗料粘度が変化するため、幅方向全体で見た塗布厚さが当初目標としていた塗布厚みから経時で変動してしまうこともある。

本発明者らの知見によれば、現行では上述の課題の解決策として、それぞれメタリングバー交換、および作業者によりメタリングバー架台高さの調整を実施する。

特開平２−１０２７６５号公報

ところが従来の解決策による方法では、調整アクションに時間を要するため、その間、製品が採取できなくなる問題があった。一方、本発明者らは、メタリングバー架台高さの自動調整により幅方向の塗布厚みを自動制御することを試みたが、走行するウェブとメタリングバーの架台の間隙を直接的に制御するには、非常に高精度な高さ方向位置の制御が必要であり、０．１μｍのオーダーで水膜厚みを制御することは困難であった。

本発明は上記目的を達成するために、連続して走行するウェブに塗料を塗布し、過剰に塗布された塗料をメタリングバーで掻き落として所定厚みに塗液を塗布する方法において、メタリングバーのウェブ走行方向直下流側に位置するウェブ上の塗布膜厚を検出し、その結果に基づいて塗布装置上流側にある搬送ロールの高さを調整して塗布条件を制御する塗布方法を提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記の塗料塗布装置におけるメタリングバーの上流側からメタリングバーまで搬送されるウェブが最初に接する接点とメタリングバーの中心点とを結ぶ直線と、メタリングバーの下流側へ搬送されるウェブがメタリングバーから初めて離間する接点とメタリングバーの中心点とを結ぶ直線が成す抱き角θ[°]が下記範囲となる塗布方法を提供する。

１．０°＜ θ ＜ ５．０°
また、本発明の好ましい形態によれば、前記の塗料塗布装置におけるメタリングバーの上流側からメタリングバーまで搬送されるウェブが最初に接する接点とメタリングバーの中心点とを結ぶ直線と、メタリングバーの下流側へ搬送されるウェブがメタリングバーから初めて離間する接点とメタリングバーの中心点とを結ぶ直線が成す抱き角θ[°]と、ウェブの搬送張力、塗料粘度、メタリングバー径などに依存し、実験的に定めることができる係数Ｗ０[μｍ]、α[-]と塗布厚みＷ[μｍ]との関係が下記式で表される塗布方法を提供する。

Ｗ ＝ Ｗ０ ・ ＣＯＳ(αθ)
また、本発明の好ましい形態によれば、前記の抱き角について、前記の塗料塗布装置上を搬送されるウェブの左右それぞれの端部より１５０ｍｍ内側の位置における抱き角θ１[°]、θ２[°]の差の絶対値|θ１−θ２|が下記範囲となる塗布方法を提供する。

０° ≦ ｜θ１−θ２｜ ＜ ０．５°
また、本発明の好ましい形態によれば、前記の塗布膜厚測定に赤外線吸収型水分計を用いる塗布方法を提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記の塗液がポリエステル樹脂の水性塗料およびアクリル樹脂を主成分とする水性塗料である塗布方法を提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記の塗液がポリエステル樹脂の水性塗料およびアクリル樹脂を主成分とする水性塗料であり、その粘度が５〜２００ｃＰである塗布方法を提供する。

また、本発明の別の形態によれば、連続して走行するウェブに塗料を塗布し、過剰に塗布された塗料をメタリングバーで掻き落として所定厚みに塗液を塗布する方法に用いられる装置であって、装置上流側に搬送ロールの両端高さを独立に調整する手段と、メタリングバーのウェブ走行方向直下流側に位置する塗料が塗布されたウェブの幅方向の両端部の塗料の塗布膜厚を搬送されるウェブの左端、右端のそれぞれ内側１５０ｍｍの位置で測定する塗布膜厚測定手段の両方を備え、塗布膜厚測定手段の測定結果に基づいて搬送ロールの両端高さを独立に調整する手段を制御する塗料塗布装置を提供する。

本発明によれば、塗布装置上流側にある搬送ロールの高さを自動調整することで、得られる塗布膜の品質の安定化が図れる。

従来技術の塗布装置を示す側面図である。 本発明の塗布装置を示す側面図である。 ウェブの抱き角を示す、塗布装置の要部側面図である。 抱き角と塗布厚みの関係図である。 本発明における塗布厚み制御のフロー図である。

本発明の実施の形態について以下に説明する。

図２に本発明の実施の形態のメタリングバー方式の塗料塗布装置の構成を示す。ウェブ２０１はテンター２０２の張力により搬送され、搬送ロール２０３とメタリングバー２０４により支持されている。この走行するウェブ２０１にファウンテン２０５から吐出される塗料２０６を過剰に塗布し、余剰の塗料をメタリングバー２０４で掻き落とし、所定の塗布厚みに計量しながらウェブ表面に塗膜２０７を形成する。ウェブ表面の塗膜２０７の厚みはファウンテン上流側に位置する搬送ロール２０３の高さをエアシリンダー２０８のシリンダー圧を変えることで変動する。そのウェブ表面の塗膜２０７はメタリングバー下流側に位置する塗布膜厚計２０９で計測され、塗布膜厚計２０９の測定値を入力する制御装置２１０の搬送ロール高さ補正演算器２１１で搬送ロール２０３の高さ目標値―実測値から高さ補正値を演算し、塗布膜厚を調整するための補正計算を行う。この補正値によりエアシリンダー２０８を介し搬送ロール２０３の高さを調整することで、塗布膜厚を制御する。また、ウェブ表面に形成された塗布膜２０７はテンター２０２内で乾燥される。

本発明者らの知見によれば、このような塗料の塗布においては図３で示すようにメタリングバー３０２の上流側からメタリングバー３０２まで搬送されるウェブ３０１が最初に接する接点とメタリングバー３０２の中心点とを結ぶ直線と、メタリングバー３０２の下流側へ搬送されるウェブ３０１がメタリングバー３０２から初めて離間する接点とメタリングバー３０２の中心点とを結ぶ直線が成す抱き角θ[°]と塗布厚みＷ[μｍ]との間に、図４および表１に示すような下式（１）で表される関係がある。

Ｗ ＝ Ｗ０・ＣＯＳ(α・θ) （１）
Ｗ０[μｍ]：抱き角θを０°に設定して計測される塗布厚みであり、ウェブの搬送張力、塗料粘度、メタリングバー径などに依存し、実験的に定めることができる係数である。
α[-]：ウェブの搬送張力および塗料粘度、メタリングバー径などに依存し、実験的に定めることができる係数である。抱き角θ＝５°での塗布厚みを測定し、Ｗ０と式(１)から決定する。

このとき、搬送されるウェブ２０１の左右両端部それぞれの内側１５０ｍｍの位置の塗布膜厚の測定結果に基づき搬送ロール２０３の両端高さを独立に調整することになるが、ロールの幅方向の水平度が狂うことで、搬送されるウェブ２０１が蛇行するなど、前後の別の搬送ロールへの影響が懸念される。ただ、今回のように０．１μｍオーダーの塗布厚み調整という、非常に微細な調整を行うケースにおいて生じるロール水平度の、水平状態からのズレは非常に軽微なものであり、また、水平度の傾きを制限する意味でロール両端の抱き角の差に上限規定を設けることで、ウェブの蛇行等の問題が生じることはない。

本実施の形態の制御のフローチャートは図５の通りである。図２において、まず、搬送ロール２０３の高さを、メタリングバー２０４の下流側のテンター２０２とメタリングバー２０４の頂点を結ぶ直線上にある高さ位置最高基準点より下の高さ位置に、かつ幅方向両端が同じ高さ位置となるように初期設定し、搬送されるウェブ２０１の左右端部から内側１５０ｍｍの位置で測定される塗布膜厚の平均値が目標とする規格範囲の中心値付近になるようメタリングバー２０４の高さを手動で粗調整し塗布条件が整ったら、自動制御を有効にする。

塗布膜厚計２０９のデータを制御装置２１０に送り、該制御装置では左右端部から内側１５０ｍｍの位置各々の塗布膜厚データに基づき搬送ロール２０３の両端高さをそれぞれ自動調整するだけでウェブ２０１の上への塗布膜厚をなめらかに、かつ全幅方向に均一膜厚にコントロールすることができる。

なお、塗布膜厚の補正は図５に示す通り、搬送されるウェブの左右端部から内側１５０ｍｍの位置で測定される塗布膜厚の測定値が設定値より薄い場合は搬送ロール２０３の位置を高くし、塗布膜厚の測定値が設定値より厚い場合は搬送ロール２０３の位置を低くするように制御を行う。上記搬送ロール２０３の高さ補正値は塗布膜厚０．１μｍのずれに対して０．３ｍｍとし、１回の補正量は最大でも０．６ｍｍとする。ここで、上記搬送ロール２０３の高さを急激に変化させないためには、１．０ｍｍの高さ位置を変更する時間を１０秒間以上に設定する必要がある。また、自動補正により左右の抱き角差(|θ１-θ２|が０．５°を超えてしまった場合は警報を発令し、再度、メタリングバー２０４の左右の高さバランスを手動で調整し直す。手動による再調整を行わずに搬送ロールの幅方向両端高さだけで塗布厚みを自動調整すると、搬送ロールの幅方向の高さの勾配がきつくなることで走行するウェブが蛇行し、シート上にキズが発生してしまう。

以上の制御を行うことにより、作業者はウェブ２０１の上への塗料の塗布中に手動での調整を行う必要なく、高い精度で幅方向に均一な塗布厚みを得ることができ、作業者のスキルで品質が左右されることを避けることができる。更に、メタリングバー２０４の目詰まりなどによる経時での塗布厚み変動にも自動で対応可能である。

また、粘度などの特性の違う塗料を使用する場合でも、ウェブ２０１の上への塗料の塗布膜厚変化に対する搬送ロール２０３の高さ位置の変化量をあらかじめ制御装置に設定しておくことで対応することが可能である。

上記実施の形態によれば、塗料塗布膜厚を自動制御することで作業者のスキルに依存せず品質の安定化が図れる。また、塗料塗布後のウェブ２０１の左右端部からそれぞれ内側１５０ｍｍの位置に設置された２台の塗布膜厚計２０９と対応させる形で搬送ロール２０３の幅方向端部の高さ位置を各個調整することで、ウェブ２０１の幅方向の塗布膜厚差を小さく調整することが可能である。

また、メタリングバーの径や形状等については特に限定されるものではなく、最終塗布厚みに対応してメタリングバーの外周に所定の溝を幅方向に設けたものであったも、あるいはメタリングバーの外周に所定径のワイヤーを螺旋状に巻いたものであってもよいし、更に溝のない単なる丸棒でもよい。

本発明における塗布膜厚の測定方法は以下の通りである。
塗布膜厚
クラボウ（株）ファイバー式水分計・塗布膜厚計ＲＦ−６０を２台用い、それらを搬送されるウェブの左右端部のそれぞれ内側１５０ｍｍの位置に設置し、塗布層を設けたウェブ２の赤外線吸収量から換算される水膜厚みを計測した。

また、自動調整により生じる搬送ロール左右両端の抱き角差|θ１−θ２｜の値は小さいほど望ましいが、その良否判断の指標を下記の通り定めた。

○：０．０≦｜θ１‐θ２｜≦０．４μｍ
△：０．４＜｜θ１‐θ２｜≦０．８μｍ
×：０．８μｍ＜|θ１‐θ２|
［実施例１］
実質的に粒子を含まないＰＥＴ（固有粘度０．６５ｄｌ／ｇ）ペレットを十分に真空乾燥した後、２８０℃の加熱された押出機に供給し、Ｔ字型口金よりシート状に押し付けた。このシートを表面温度５０℃の鏡面ドラムに巻きつけて冷却固化せしめて未延伸ＰＥＴフィルムを作成した。このＰＥＴフィルムを９５℃の加熱ロール群を通過させながら長手方向に３．５倍に延伸し、一軸配向フィルムとし、走行するウェブにファウンテンから吐出される塗料を過剰に塗布し、余剰の塗料をメタリングバーで掻き落とし、所定の塗布厚みに計量しながらウェブ表面に塗膜を形成する方法において、そのウェブ表面の塗膜がメタリングバー下流側に位置する塗布膜厚計で計測され、塗布膜厚計の測定値を入力する制御装置の搬送ロール高さ補正演算器で搬送ロールの高さ目標値―実測値から高さ補正値を演算し、塗布膜厚を調整するための補正計算を行いこの補正値によりエアシリンダーを介し搬送ロールの高さ制御する塗布方法により下方片面に以下に示す水系塗料を塗布した。塗布後、連続的に端部をクリップで把持（はじ）しながら１１０℃の加熱ゾーンに導き、予熱、乾燥を経て幅方向に４．０倍延伸し、更に２１０℃の加熱ゾーンで５％弛緩させつつ熱処理を施し、基材ＰＥＴフィルム厚みが１９０μｍ、乾燥後塗布厚みが０．１μｍ、積層ＰＥＴフィルムを得た。水系塗料としては、ポリエステル樹脂を対象とした。

このとき、塗布装置は搬送ロールの高さをメタリングバーの下流側のテンターとメタリングバーの頂点を結ぶ直線上にある高さ位置最高基準点より下の高さ位置に、かつ幅方向両端が同じ高さ位置となるように初期設定し、走行するウェブの左右端部から内側１５０ｍｍの位置で測定される塗布膜厚の平均値が目標とする規格範囲の中心値付近になるようメタリングバーの高さを手動で粗調整し塗布条件が整ったら、自動制御を有効にする。塗布膜厚計のデータを制御装置に送り、該制御装置では左右端部から内側１５０ｍｍの位置各々の塗布膜厚データに基づき搬送ロールの両端高さをそれぞれ自動調整する。

塗布膜厚計により測定される塗布厚み測定結果を表２に示す。
［実施例２］
実施例１で最初に実施する手動によるメタリングバー架台高さ調整で、メタリングバー架台の高さを実施例１より高い位置で粗調整し、その後搬送ロール高さによる塗布厚みの自動調整を実施した。結果を表２に示す。
［実施例３］
実施例１で最初に実施する手動によるメタリングバー架台高さ調整で、実施例２とは逆にメタリングバー架台の高さを実施例１より低い位置で粗調整し、その後搬送ロール高さによる塗布厚みの自動調整を実施した。結果を表２に示す。
［実施例４］
実施例１で最初に実施する手動によるメタリングバー架台高さを調整することによる塗布厚みの粗調整において、故意に幅方向両端部の厚み差が大きくなるようにメタリングバー架台の高さ調整を行い、その後搬送ロール高さによる塗布厚みの自動調整を実施した。結果を表２に示す。
［実施例５］
実施例１で故意に目標とする規格範囲を薄めに設定し、その後搬送ロール高さによる塗布厚みの自動調整を実施した。結果を表２に示す。
［実施例６］
実施例１で故意に目標とする規格範囲を厚めに設定し、その後搬送ロール高さによる塗布厚みの自動調整を実施した。結果を表２に示す。
［比較例１］
インラインでの塗布膜厚制御方法として、実施例１で実施の搬送ロールの高さ位置を調整する機構の代わりに、塗布膜圧計で測定される塗布膜厚に応じて、メタリングバーと走行するウェブの間隙を変え塗布膜圧を調整するためにメタリングバーの両端高さを自動調整する機構を持つ塗布装置で塗布膜厚の自動制御を行った。結果を表２に示す。
［比較例２］
実施例１の搬送ロールの高さ位置の塗布膜厚に応じた自動調整を行わず、塗布開始時に実施するメタリングバーの両端高さの手動調整のみによる塗布膜厚調整を実施した。結果を表２に示す。

１０１：ウェブ
１０２：ファウンテン
１０３：塗料
１０４：メタリングバー
１０５：ウェブ表面の塗膜
２０１：ウェブ
２０２：テンター
２０３：搬送ロール
２０４：メタリングバー
２０５：ファウンテン
２０６：塗料
２０７：ウェブ表面の塗膜
２０８：エアシリンダー
２０９：塗布膜厚計
２１０：制御装置
２１１：搬送ロール高さ補正演算器
３０１：ウェブ
３０２：メタリングバー

Claims (8)

1. 連続して走行するウェブに塗料を塗布し、過剰に塗布された塗料をメタリングバーで掻き落として所定厚みに塗液を塗布する方法において、メタリングバーのウェブ走行方向直下流側に位置するウェブ上の塗布膜厚を検出し、その結果に基づいて塗布装置上流側にある搬送ロールの高さを調整して塗布条件を制御することを特徴とする塗布方法。
2. 前記の塗料塗布装置におけるメタリングバーの上流側からメタリングバーまで搬送されるウェブが最初に接する接点とメタリングバーの中心点とを結ぶ直線と、メタリングバーの下流側へ搬送されるウェブがメタリングバーから初めて離間する接点とメタリングバーの中心点とを結ぶ直線が成す抱き角θ[°]が下記範囲となる請求項１に記載の塗布方法。
   １．０°＜ θ ＜ ５．０°
3. 前記の塗料塗布装置におけるメタリングバーの上流側からメタリングバーまで搬送されるウェブが最初に接する接点とメタリングバーの中心点とを結ぶ直線と、メタリングバーの下流側へ搬送されるウェブがメタリングバーから初めて離間する接点とメタリングバーの中心点とを結ぶ直線が成す抱き角θ[°]と、ウェブの搬送張力、塗料粘度、メタリングバー径などに依存し、実験的に定めることができる係数Ｗ０[μｍ]、α[-]と塗布厚みＷ[μｍ]との関係が下記式で表される、請求項１および２に記載の塗布方法。
   Ｗ ＝ Ｗ０ ・ ＣＯＳ(αθ)
4. 前記の抱き角について、前記の塗料塗布装置上を搬送されるウェブの左右それぞれの端部より１５０ｍｍ内側の位置における抱き角θ１[°]、θ２[°]の差の絶対値|θ１−θ２|が下記範囲となる請求項２または３に記載の塗布方法。
   ０° ≦ ｜θ１−θ２｜ ＜ ０．５°
5. 前記の塗布膜厚測定に赤外線吸収型水分計を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の塗布方法。
6. 前記の塗液がポリエステル樹脂の水性塗料およびアクリル樹脂を主成分とする水性塗料である請求項１〜５のいずれかに記載の塗布方法。
7. 前記の塗液がポリエステル樹脂の水性塗料およびアクリル樹脂を主成分とする水性塗料であり、その粘度が５〜２００ｃＰである請求項１〜６のいずれかに記載の塗布方法。
8. 連続して走行するウェブに塗料を塗布し、過剰に塗布された塗料をメタリングバーで掻き落として所定厚みに塗液を塗布する方法に用いられる装置であって、装置上流側に搬送ロールの両端高さを独立に調整する手段と、 メタリングバーのウェブ走行方向直下流側に位置する塗料が塗布されたウェブの幅方向の両端部の塗料の塗布膜厚を搬送されるウェブの左端、右端のそれぞれ内側１５０ｍｍの位置で測定する塗布膜厚測定手段の両方を備え、塗布膜厚測定手段の測定結果に基づいて搬送ロールの両端高さを独立に調整する手段を制御する塗料塗布装置。

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