JP2015024385A - 塗工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェブに塗工液を均一に付着させることができ、特に、塗工ロールの半径を大きくする場合に有用な塗工装置を提供する。【解決手段】塗工ロール２の半径ｒ及び第２シールプレート間距離Ｌは、塗工ロール２の水平方向の撓み量δ、ウェブ搬送方向の塗工幅Ｗ、塗工幅Ｗの偏差ｙ、塗工ロール２の縦弾性係数Ｅ、塗工ロール２の断面二次モーメントＩ、第２シールプレート６の押圧力Ｐ及び塗工ロール２の装置固定側１２支持部分と第２シールプレート６との間のロール軸心方向の距離ａとして、ｒ２＝（ｙ＋（Ｗ/２））２＋（（ｒ２−（Ｗ/２）２）０．５−δ）２、δ＝Ｐａ/６ＥＩ?（３Ｌ２/４−ａ２）、ｙ≰０．２５ｍｍ、Ｗ≰３０ｍｍ、ａ≰１５０ｍｍを満たすよう設定される。【選択図】図２

Description

本発明は、連続搬送されるウェブに塗工液を塗工する塗工装置に関する。

従来より、キスコーターと呼ばれる塗工方式の塗工装置が知られ、例えば、特許文献１の塗工装置は、塗工ロールと、該塗工ロールの一部を収容する液溜部を有する塗工チャンバーとを備え、ドクターブレードと第１シールプレートとを上記塗工ロールの上下に対向させて上記塗工ロールの外周面に圧接させるとともに、一対の第２シールプレートを塗工ロールのロール軸心方向両側の外周面に水平方向に圧接させて、液溜部が密閉されている。そして、上記塗工装置は、塗工ロールの回転動作により、上記ドクターブレードで余分な塗工液を掻き取って計量された塗工液を上下方向に搬送されるウェブに塗工するようになっている。

ところで、上述の如き塗工装置では、塗工ロールのロール軸心方向両側を一対の第２シールプレートで水平方向に圧接するので、塗工ロールは平面視で弓型に撓んでしまう。すると、ウェブ搬送方向の塗工幅が、ロール軸心方向両側より中央部分の方が広くなってしまい、ウェブに塗工液を均一に付着させることができなくなってしまう。

これを回避するために、予め設定した所定の撓み量を超えないように、塗工ロールの外径、ロール軸心方向の長さ、剛性、材質等の要件を決めて塗工装置を製造することが一般的に行われていた。

特開２００２−１７７８３６号公報

ところで、近年、幅広のウェブに塗工液を塗工する要求が高まっており、この要求を満たすために、塗工ロールのロール軸心方向の寸法が長くなってきている。しかし、塗工ロールをロール軸心方向に長くすると、塗工ロールが撓み易くなり、ウェブ搬送方向の塗工幅が、塗工ロールのロール軸心方向で大きくばらつくおそれがある。

そこで、塗工ロールの外径を大きくして剛性を高めることで塗工ロールを撓みにくくすることが考えられる。

しかし、塗工ロールの撓みによって発生するウェブ搬送方向の塗工幅のばらつき（偏差）は、塗工ロールの外径の変更に対して感度が高く、塗工ロールの外径を大きくすると、撓み量が小さくても上記塗工ロールにおけるロール軸心方向の外側部分と中央部分とにおいて塗工幅に大きな差が発生してしまう。したがって、撓み量を基に装置の各要件を決めてしまうと、ウェブに塗工液を均一に付着させることができなくなるおそれがある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウェブに塗工液を均一に付着させることができ、特に、塗工ロールの外径を大きくする場合に有用な塗工装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、塗工装置の各部寸法の設定に工夫を凝らしたことを特徴とする。

すなわち、第１の発明では、塗工液を貯溜する液溜部を有する塗工チャンバーと、上記液溜部に外周面の一部が浸され、回転動作により上記外周面に付着する塗工液を上下方向に搬送されるウェブに塗工する塗工ロールと、上記塗工チャンバーのロール径方向片側に設けられ、先端が上記塗工ロールの外周面に圧接して上記液溜部のロール径方向片側をシールすると共に、上記外周面に付着する余分な塗工液を塗工ロールの回転動作により掻き取るドクターブレードと、上記チャンバーのロール径方向で上記ドクターブレードと反対側に設けられ、先端が上記塗工ロールの外周面に圧接して上記液溜部のロール径方向で上記ドクターブレードと反対側をシールする第１シールプレートと、上記塗工チャンバーのロール軸心方向端部寄りにそれぞれ設けられ、先端が上記塗工ロールの外周面に水平方向に圧接して上記液溜部のロール軸心方向両端側部分をそれぞれシールすると共に、上記ドクターブレードと上記シールプレートとで上記液溜部を密閉する一対の第２シールプレートとを備え、上記塗工ロールの半径ｒ及び第２シールプレート間距離Ｌは、上記塗工ロールの水平方向の撓み量δ、ウェブ搬送方向の塗工幅Ｗ、該塗工幅Ｗの偏差ｙ、上記塗工ロールの縦弾性係数Ｅ、上記塗工ロールの断面二次モーメントＩ、上記第２シールプレートの押圧力Ｐ及び上記塗工ロールの装置固定側支持部分と上記第２シールプレートとの間のロール軸心方向の距離ａとして以下に示す式（１），（２），（３）
ｒ^２＝（ｙ＋（Ｗ/２））^２＋（（ｒ^２−（Ｗ/２）^２）^０．５−δ）^２ （１）
δ＝Ｐａ/６ＥＩ×（３Ｌ^２/４−ａ^２） （２）
ｙ≦０．２５ｍｍ、Ｗ≦３０ｍｍ、ａ≦１５０ｍｍ （３）
を満たすよう設定されていることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、上記塗工ロールの回転方向が上記ウェブの塗工位置においてウェブ搬送方向に対して反対向きとなるよう設定され、上記ウェブの搬送速度に対する上記塗工ロールの周速度の比率が７０％以上に設定されていることを特徴とする。

第１の発明では、ウェブ搬送方向における塗工幅の偏差が所定値以内に収まるよう塗工装置の各部寸法を設定するので、塗工ロールの外径が大きくなっても、ウェブ搬送方向における塗工幅の偏差に影響が出るほど塗工ロールが水平方向に撓まず、ウェブに付着する塗工液の膜厚を一定にすることができる。

第２の発明では、ウェブに塗工液を塗工する際、ウェブの搬送速度と塗工ロールの周速度とが塗工不良を引き起こさない関係になり、膜厚が均一でばらつきのない塗工を安定して行うことができる。

本発明の実施形態に係る塗工装置の概略側面図である。 図１のＡ矢視図である。 図１の塗工ロール周りの拡大図である。 本発明の実施形態に係る塗工装置の塗工ロールを炭素繊維強化プラスチック製にしてウェブに塗工液を塗工した際の塗工状態を評価したデータであり、（ａ）は、取得した各データにおける塗工ロールの半径と第２シールプレート間距離との関係を、（ｂ）は、取得した各データの評価結果を示す。 ウェブの搬送速度に対する塗工ロールの周速度の比率とウェブの塗工部分の膜厚との関係を示すデータである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１乃至図３は、本発明の実施形態に係る塗工装置１を示す。該塗工装置１は、複数のガイドロール１１（図１には２つのみ示す）にガイドされて上方向（図１の搬送方向Ｘ１）に送られるウェブ１０に塗工を施すものである。尚、図１は、本発明の塗工装置１の特徴部分を理解し易くするために、各構成が見え易くなるように描いている。

上記塗工装置１は、外周面に付着する塗工液１３を回転動作により上記ウェブ１０に塗工する炭素繊維強化プラスチック製の塗工ロール２を備え、該塗工ロール２は、当該塗工ロール２の軸心方向各端部から軸心方向に延出する一対の回転軸１４により回転軸心が水平に向く姿勢で装置固定側１２に回転可能に軸支されている。

上記塗工ロール２の回転方向Ｘ２は、上記ウェブ１０の塗工位置においてウェブ１０の搬送方向Ｘ１に対して反対向きとなるよう設定され、上記ウェブ１０の搬送速度Ｖ_αに対する上記塗工ロール２の周速度Ｖ_βの比率（以下、塗工ロール周速比）が７０％以上となるよう設定されている。

上記塗工ロール２の側方には、当該塗工ロール２の軸心方向に延びる略直方体形状の塗工チャンバー３が設けられている。

該塗工チャンバー３には、側方に開口し、塗工液１３を貯溜するための液溜部３１が設けられ、上記塗工ロール２の外周面の一部は、上記液溜部３１の塗工液１３に浸されている。

尚、上記液溜部３１の塗工液１３に浸された塗工ロール２の外周面に対応する塗工ロール２の回転方向の角度θ_１は、３０°以上となるよう設定されている。

上記塗工チャンバー３下部のロール軸心方向中央部分には、上記塗工液１３を上記液溜部３１に流入させる流入通路３２がロール軸心方向に一対並設される一方、上記塗工チャンバー３上部のロール軸心方向中央及び両端寄りの３箇所には、上記塗工液１３を上記液溜部３１から流出させる流出通路３３が設けられ、図示しない塗工液循環装置により、上記液溜部３１に貯溜された塗工液１３を上記流入通路３２及び流出通路３３を介して循環させている。

上記塗工チャンバー３の上部（塗工ロール２の径方向片側）には、板状をなすステンレス製ドクターブレード４が液溜部３１の開口上端側周縁から下方に向かって突設され、上記ドクターブレード４先端が上記塗工ロール２の外周面に圧接して上記液溜部３１のロール回転方向下流側をシールすると共に、余分な塗工液１３を塗工ロール２の外周面から掻き取るようになっている。

尚、上記塗工ロール２の外周面におけるドクターブレード４の接触位置の接線に対するドクターブレード４の設置角度θ_２は３０°〜４０°に設定されている。

一方、上記塗工チャンバー３の下部（塗工ロール２の径方向でドクターブレード４の反対側）には、板状をなす樹脂製第１シールプレート５が上記液溜部３１の開口下端側周縁から上方に向かって突設され、該第１シールプレート５先端が上記塗工ロール２の外周面に圧接して上記液溜部３１のロール回転方向上流側をシールするようになっている。

また、上記塗工チャンバー３のロール軸心方向両端部には、先端が上記塗工ロール２の外周面に圧接して液溜部３１のロール軸心方向両端側部分をそれぞれシールする一対の樹脂製第２シールプレート６が取り付けられ、上記ドクターブレード４、第１シールプレート５及び第２シールプレート６で上記塗工ロール２の外周面と液溜部３１の開口との間がシールされ、液溜部３１が密閉されるようになっている。

そして、上記塗工ロール２の半径ｒ及び第２シールプレート間距離Ｌは、塗工ロール２の水平方向の撓み量δ、ウェブ搬送方向の塗工幅Ｗ、該塗工幅Ｗの偏差ｙ、塗工ロール２の縦弾性係数Ｅ、第２シールプレート６の押圧力Ｐ、及び塗工ロール２の断面二次モーメントＩ及び上記塗工ロール２の装置固定側１２支持部分と上記第２シールプレート６との間のロール軸心方向の距離ａとして以下に示す式（１），（２），（３）
ｒ^２＝（ｙ＋（Ｗ/２））^２＋（（ｒ^２−（Ｗ/２）^２）^０．５−δ）^２ （１）
δ＝Ｐａ/６ＥＩ×（３Ｌ^２/４−ａ^２） （２）
ｙ≦０．２５ｍｍ、Ｗ≦３０ｍｍ、ａ≦１５０ｍｍ （３）
を満たすよう設定されている。

すなわち、上記塗工ロール２の半径ｒ及び第２シールプレート間距離Ｌは、ウェブ搬送方向の塗工幅Ｗ≦３０ｍｍ、塗工幅Ｗの偏差ｙ≦０．２５ｍｍという条件がウェブ１０に塗工液を均一に付着させるとして、図４（ａ）に示すように、横軸を塗工ロール２の半径ｒ、縦軸を第２シールプレート間距離Ｌとし、式（１）〜（３）を満たす上記塗工ロール２における半径ｒ及び第２シールプレート間距離Ｌの組み合わせの領域Ｚ_１を求め、その上限ラインＲ_１を算出している。したがって、図４（ａ）に示すグラフの上限ラインＲ_１より上方の領域Ｚ_２は、ウェブ１０に塗工液が均一に付着しない塗工ロール２の半径ｒ及び第２シールプレート間距離Ｌの組み合わせを示している。

尚、上記押圧力Ｐは、塗工ロール２の外径によって変動する値であり、Ｐ＝面圧（一定）×第２シールプレート６（片側のみ）の接触面積である。

また、図４（ａ）の上限ラインＲ_２は、撓み量の上限値をδ＝０．０５ｍｍ（従来までの塗工ロール２の半径ｒ及び第２シールプレート間距離Ｌを決める際の条件）としたときの塗工ロール２の半径ｒ及び第２シールプレート間距離Ｌの関係の上限ラインを上記式（２）から算出したものである。

また、設備仕様として、塗工ロール２のロール軸心方向の長さは、上記第２シールプレート間距離Ｌに１００ｍｍ〜１５０ｍｍ程度加えた長さにしている。さらに、上記回転軸１４は、上記塗工ロール２と同等の剛性となるよう外径、材質及び断面二次モーメント等が設定され、本実施形態では、上記回転軸１４の塗工ロール２側の外径ｄ１を７０ｍｍと、上記回転軸１４の装置固定側１２側の外径ｄ２を６０ｍｍとしている。

次に、本発明の実施形態に係る塗工装置１を用いて塗工ロール２の半径ｒ及び第２シールプレート間距離Ｌを変更しながら実験した結果について説明する。

図４に示すように、塗工ロール２の半径ｒ及び第２シールプレート間距離Ｌの条件が異なる塗工ロール２をランダムに選択し、当該選択した塗工ロール２を装着した塗工装置１を用いてウェブ１０に塗工を行い、その塗工状態を調べた。尚、ウェブ１０の搬送速度Ｖ_αを５０ｍ／ｍｉｎ、塗工ロール２の周速度Ｖ_βを１００ｍ／ｍｉｎとする。また、塗工状態の善し悪し（ＯＫ／ＮＧ）は、塗工ロール２の膜厚がウェブの幅方向において所定値以内に収まっているか否かで判定した。

すると、図４（ａ）のグラフの領域Ｚ_２に位置する実験条件data１では、図４（ｂ）に示すように塗工状態がＮＧであった。これは、実験条件が上限ラインＲ_２より紙面左側に位置しており、塗工ロール２の半径ｒが第２シールプレート間距離Ｌに対して小さ過ぎて塗工ロール２の剛性が低くなってしまい、塗工ロール２が大きく撓んだ影響が大きかったと考えられる。

一方、図４（ａ）のグラフの領域Ｚ_２に位置する実験data２，３では、実験条件が上限ラインＲ_２より紙面右側に位置しているのにもかかわらず、塗工状態がＮＧであった。これは、塗工ロール２の剛性が高くて撓み量δは小さいけれども、偏差ｙが大きくてウェブ１０に対して塗工液が均一に付着しなかったと考えられる。したがって、塗工ロール２の各種条件は撓み量δを基準に設定すると、塗工状態がＮＧとなる場合があることを確認できた。

そして、図４（ａ）のグラフの領域Ｚ_１に位置する実験data４〜９では、実験条件が上限ラインＲ_２の位置に関わらず、塗工状態がＯＫであった。

以上の結果より、ウェブ搬送方向における塗工幅Ｗの偏差ｙが所定値以内に収まるよう塗工装置１の各部寸法（上限ラインＲ１以下となる塗工ロール２の半径ｒ及び第２シールプレート間距離Ｌ）を設定するので、塗工ロール２の半径ｒ（外径）が大きくなっても、ウェブ搬送方向における塗工幅Ｗの偏差ｙに影響が出るほど塗工ロール２が水平方向に撓まず、ウェブ１０に付着する塗工液の膜厚を一定にすることができる。

また、上記液溜部３１の塗工液１３に浸された塗工ロール２の外周面に対応する塗工ロール２の回転方向の角度θ_１を３０°以上となるよう設定しているので、液溜部３１に浸す塗工ロール２の外周面の領域が広く、ドクターブレード４の先端を通過してからウェブ１０に付着するまでにかかる時間が短くなって塗工ロール２の外周面に付着する塗工液１３がウェブ１０の塗工位置まで移動する過程で乾いてしまうことがなく、塗工不良の発生を防止することができる。

次に、塗工ロール周速比とウェブ１０に付着する塗工液１３の塗工状態との関係について説明する。

図５は、横軸を塗工ロール周速比、縦軸をウェブ１０に付着する塗工液１３の膜厚としたグラフであり、ウェブ１０の搬送速度Ｖ_α及び塗工ロール２の周速度Ｖ_βをそれぞれ変更したときのウェブ１０に付着する塗工液１３の塗工状態を評価したものである。

ウェブ１０の搬送速度Ｖ_α及び塗工ロール周速比が上がると膜厚が薄くなる一方、ウェブ１０の搬送速度Ｖ_α及び塗工ロール周速比が下がると膜厚が厚くなることが確認でき、しかも塗工ロール周速比が７０％未満となる（グラフの領域Ｚ_３）と膜厚が厚くなり過ぎて塗工にばらつきが生じるのを確認できた。

したがって、ウェブ１０に塗工液を塗工する際、塗工ロール周速比を７０％以上に設定することで、塗工ロール周速比が塗工不良を引き起こさない関係となり、膜厚が均一でばらつきのない塗工を安定して行うことができる。

尚、上記塗工ロール周速比が約３００％を超えると、搬送速度Ｖ_αと周速度Ｖ_βとの差が開き過ぎて液溜部３１の塗工液内に多数の泡が発生したり、設備の振動が大きくなるのを確認した。したがって、塗工ロールの周速比は３００％以下であることが好ましい。

また、本発明の実施形態では、塗工ロール２は炭素繊維強化プラスチック製であるが、他の材質の塗工ロール２であっても、上述のようにして塗工ロール２の半径ｒ及び第２シールプレート間距離Ｌを決めれば、ウェブ１０に塗工液を均一に付着させることができる。

また、本発明の実施形態では、上記第１シールプレート５は樹脂製のものを使用したが、その他の材質のものでもよく、例えば、ステンレス製やゴム製のものを用いてもよい。また、金属にセラミックコートを施したものを用いてもよい。

さらに、上記ドクターブレード４は、ステンレス製のものを使用したが、その他の材質のものでもよく、例えば、鉄製、樹脂製及びゴム製のものを用いてもよい。また、金属にセラミックコートを施したものを用いてもよい。

本発明は、連続搬送されるウェブに塗工液を塗工する塗工装置に適している。

１ 塗工装置
２ 塗工ロール
３ 塗工チャンバー
４ ドクターブレード
５ 第１シールプレート
６ 第２シールプレート
１０ ウェブ
１２ 装置固定側
１３ 塗工液
３１ 液溜部
ｒ 塗工ロールの半径
Ｌ 第２シールプレート間距離
Ｗ ウェブ搬送方向の塗工幅
ｙ 塗工幅の偏差
δ 撓み量
Ｐ 第２シールプレートの押圧力
ａ 塗工ロールの装置固定側支持部分と第２シールプレートとの間のロール軸心方向の距離
Ｅ 塗工ロールの縦弾性係数
Ｉ 塗工ロールの断面二次モーメント

Claims (2)

1. 塗工液を貯溜する液溜部を有する塗工チャンバーと、
   上記液溜部に外周面の一部が浸され、回転動作により上記外周面に付着する塗工液を上下方向に搬送されるウェブに塗工する塗工ロールと、
   上記塗工チャンバーのロール径方向片側に設けられ、先端が上記塗工ロールの外周面に圧接して上記液溜部のロール径方向片側をシールすると共に、上記外周面に付着する余分な塗工液を塗工ロールの回転動作により掻き取るドクターブレードと、
   上記チャンバーのロール径方向で上記ドクターブレードと反対側に設けられ、先端が上記塗工ロールの外周面に圧接して上記液溜部のロール径方向で上記ドクターブレードと反対側をシールする第１シールプレートと、
   上記塗工チャンバーのロール軸心方向端部寄りにそれぞれ設けられ、先端が上記塗工ロールの外周面に水平方向に圧接して上記液溜部のロール軸心方向両端側部分をそれぞれシールすると共に、上記ドクターブレードと上記シールプレートとで上記液溜部を密閉する一対の第２シールプレートとを備え、
   上記塗工ロールの半径ｒ及び上記第２シールプレート間距離Ｌは、上記塗工ロールの水平方向の撓み量δ、ウェブ搬送方向の塗工幅Ｗ、該塗工幅Ｗの偏差ｙ、上記塗工ロールの縦弾性係数Ｅ、上記塗工ロールの断面二次モーメントＩ、上記第２シールプレートの押圧力Ｐ及び上記塗工ロールの装置固定側支持部分と上記第２シールプレートとの間のロール軸心方向の距離ａとして以下に示す式（１），（２），（３）
   ｒ^２＝（ｙ＋（Ｗ/２））^２＋（（ｒ^２−（Ｗ/２）^２）^０．５−δ）^２ （１）
   δ＝Ｐａ/６ＥＩ×（３Ｌ^２/４−ａ^２） （２）
   ｙ≦０．２５ｍｍ、Ｗ≦３０ｍｍ、ａ≦１５０ｍｍ （３）
   を満たすよう設定されていることを特徴とする塗工装置。
2. 請求項１に記載の塗工装置において、
   上記塗工ロールの回転方向が上記ウェブの塗工位置においてウェブ搬送方向に対して反対向きとなるよう設定され、
   上記ウェブの搬送速度に対する上記塗工ロールの周速度の比率が７０％以上に設定されていることを特徴とする塗工装置。

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