JP2017006860A - グラビア塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンス頻度を減らし連続生産性を向上させたグラビア塗布装置を提供する。【解決手段】外周面に溝１１を有し、水平方向を向いた中心軸を回転軸として回転する円柱状のグラビアロール２と、グラビアロール２とチャンバー部２２との間に形成される空間である液貯留空間２７に塗布液を供給する塗布液供給部３１と、回転駆動するグラビアロール２の外周面に液接触領域Ｒにて付着した塗布液を掻き取るブレード３と、を備え、ブレード３によって掻き取られることによりグラビアロール２の溝にのみ充填された塗布液を基材Ｗに転写するグラビア塗布装置１であり、グラビアロール２は液接触領域Ｒにおいて外周面が下から上へ変位する方向に回転し、液接触領域Ｒはグラビアロール２の下端よりも上方に設けられ、チャンバー部２２は、液接触領域Ｒよりも下方のグラビアロール２の外周面に近接する面であるロール近接面３３を備えたロール近接部２６を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、グラビアロールの溝に充填された塗布液を基材に転写することにより基材上に塗布液のパターンを形成するグラビア塗布装置に関するものである。

可撓性を有する基材上に塗布液のパターンを形成する装置の一つとして、たとえば特許文献１に示されるグラビア塗布装置がある。このグラビア塗布装置は、回転駆動するグラビアロールに設けられた溝に充填された塗布液を基材に転写するものであり、比較的簡単な装置構成で基材に塗布液のパターンを形成することが可能である。

このようなグラビア塗布装置において、たとえば基材の表裏両面に立て続けにパターンを形成する必要がある場合には、特許文献２に示すようにグラビアロールに対して側方に塗布液の貯留部を設けた形態が用いられる。

図４はグラビアロールの側方に塗布液の貯留部を設けたグラビア塗布装置の断面図である。このグラビア塗布装置９０では、矢印方向に回転するグラビアロール９１の外周面に付着した塗布液はこの外周面に当接している上部ブレード９２によって掻き落とされ、基材Ｗにはグラビアロール９１の溝９３に充填された塗布液だけが転写される。また、グラビアロール９１の回転方向における上部ブレード９２の上流側には下部ブレード９４が設けられてグラビアロール９１と当接しており、グラビアロール９１とチャンバー部９５の間の液貯留空間９６から塗布液が漏れ出るのを防いでいる。

特開平８−２５６０７号公報 特開２００５−２１１７０２号公報

しかし、図４に示すようなグラビア塗布装置９０では、メンテナンスが煩雑であるといった問題があった。具体的には、塗布液を掻き取るための上部ブレード９２のほかに塗布液が漏れ出るのを防ぐための下部ブレード９４も設けているが、グラビアロール９１の回転によってそれぞれのブレードは摩耗するため、長時間使用すると液漏れが発生するおそれがあった。これを防ぐためには下部ブレード９４を交換することが必要であるが、塗布液を掻き取るための上部ブレード９２のみが設けられている構成の場合に対してそれぞれのブレードを定期的に交換する必要があるため、単純にブレード交換の頻度は２倍になっていた。そして、ブレード交換のためにはグラビア塗布装置９０を停止させる必要があるため、連続生産性に問題があった。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、メンテナンスの頻度を減らして連続生産性を向上させることができるグラビア塗布装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明のグラビア塗布装置は、外周面に溝を有し、水平方向を向いた中心軸を回転軸として回転する円柱状のグラビアロールと、前記グラビアロールの外周面と対向し、前記グラビアロールとの間に空間を形成するチャンバー部と、前記グラビアロールと前記チャンバー部との間に形成される空間である液貯留空間に塗布液を供給する塗布液供給部と、前記グラビアロールの外周面と当接して前記グラビアロールの外周面が前記液貯留空間と接する領域である液接触領域の端部を形成し、回転駆動する前記グラビアロールの外周面に前記液接触領域にて付着した塗布液を掻き取るブレードと、を備え、前記ブレードによって掻き取られることにより前記グラビアロールの溝にのみ充填された塗布液を基材に転写するグラビア塗布装置であり、前記グラビアロールは前記液接触領域において外周面が下から上へ変位する方向に回転し、前記液接触領域は前記グラビアロールの下端よりも上方に設けられ、前記チャンバー部は、前記液接触領域よりも下方の前記グラビアロールの外周面に近接する面であるロール近接面を備えたロール近接部を有することを特徴としている。

上記グラビア塗布装置によれば、ロール近接部を有することにより、グラビアロールと接触させないで塗布液の漏れを防止することができるため、メンテナンスの頻度を減らすことができる。

また、前記チャンバー部の前記液貯留空間を形成する部分の底面は、前記ロール近接面の前記液接触領域側の端部よりも低い位置にあると良い。

こうすることにより、塗布液がグラビアロールに接触する前にグラビアロールの中心軸方向に十分に広がることができると同時に、塗布液が液接触領域に差し掛かる際の流れの方向を上向きにし、グラビアロールとロール近接部の隙間に塗布液が漏れ出ることをより防ぐことができる。

また、前記ロール近接面は、全面にわたって前記グラビアロールの外周面と略均一の距離を有すると良い。

こうすることにより、グラビアロールとロール近接部の間の隙間は全面にわたって狭くなるため、塗布液の流れに対して十分な圧力損失を形成することができ、塗布液が漏れ出ることをより防ぐことができる。

本発明のグラビア塗布装置によれば、メンテナンスの頻度を減らして連続生産性を向上させることができる。

本発明の一実施形態におけるグラビア塗布装置を示す概略図である。 本実施形態のグラビア塗布装置の断面図である。 他の実施形態のグラビア塗布装置の断面図である。 従来のグラビア塗布装置を示す概略図である。

本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態におけるグラビア塗布装置の概略図であり、また、図２は本実施形態のグラビア塗布装置中央部近傍の断面図である。

グラビア塗布装置１は、グラビアロール２、ブレード３、および本体部４を有しており、本体部４の内部に貯留された塗布液にグラビアロール２が接触することでグラビアロール２の外周面に設けられた溝１１に塗布液が充填される。そして、円柱形のグラビアロール２が回転することにより、溝１１以外の部分に付着した余分な塗布液がブレード３で掻き取られた後、溝１１に充填された塗布液がグラビアロール２と接触する基材Ｗに転写されることにより、基材Ｗに塗布液のパターンが形成される。

グラビアロール２は、円柱状のロールであり、その外周面には転写するパターンの形状にもとづいた溝１１が刻まれている。なお、本実施形態では、グラビアロール２の径は５０〜８０ｍｍ、長さは２００〜１５００ｍｍであり、このグラビアロール２に１インチあたり３０〜３００パターン、深さ５〜６０ｕｍの溝が刻まれている。

また、本実施形態ではグラビアロール２の中心軸は水平方向を向いており、この中心軸を回転軸として回転動作する。

なお、以下の説明では、このグラビアロール２の中心軸の方向をＸ軸方向、水平面上でＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向と呼ぶ。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の両方と直交する方向、すなわち鉛直方法をＺ軸方向として説明を進めることとする。

ここで、本実施形態では、基材Ｗは図２の矢印で示すように上方向に搬送されており、基材Ｗ近傍でのグラビアロール２の外周面の変位方向（下方向）と逆の方向である。すなわち、いわゆるリバースキス方式で基材Ｗへの塗布が行われる。

また、グラビアロール２のＸ軸方向の両端部には、グラビアロール２と同一の中心軸を有する円柱棒状のシャフト１２が連結されており、後述するロール支持部２１にベアリングなどを介して支持されている。また、一方のシャフト１２の端部は、図示しない回転駆動源と接続されており、この回転駆動源が駆動することにより、グラビアロール２が図２の矢印の方向に回転する。

また、グラビアロール２の終端部には、パッキン１３が設けられており、グラビアロール２からＸ軸方向に塗布液が漏れ出ることを防いでいる。

ブレード３は、Ｘ軸方向に長い平板であり、Ｘ軸方向に関して少なくともグラビアロール２に溝１１が設けられている範囲においてグラビアロール２の外周面と当接しており、回転駆動するグラビアロール２の外周面に付着した塗布液を掻き取る。

このブレード３はグラビアロール２よりも軟らかい材料から構成されており、両者が当接した状態においてグラビアロール２が回転駆動して摩擦が生じた際に、製作コストが高いグラビアロール２ではなくこのブレード３が摩耗するようにしている。

また、ブレード３はブレード固定治具１４とブレード固定治具１５に挟まれ、ブレード固定治具１５によってブレード固定治具１４に押し当てられるように固定されており、ブレード固定治具１４の取り付け面の傾斜に基づいてブレード３の取り付け角度が決定される。

また、ブレード固定治具１４にはＺ軸方向にボルト穴が設けられており、そこにボルト１６が差し込まれている。また、ブレード固定治具１４は図１、図２におけるＺ軸と平行な平面（本実施形態ではＸＺ平面）からなる側壁部を有し、本体部４の後述するチャンバー部２２が有する前記側壁部と平行な壁面２８と当接している。この構成においてボルト１６と連結されたノブ１７を回すことにより、ブレード固定治具１４とともにブレード３がＺ軸方向に変位し、グラビアロール２との当たり具合を調節することができる。

本体部４は、ロール支持部２１とチャンバー部２２とを有しており、ロール支持部２１がグラビアロール２を支持し、チャンバー部２２がブレード３を支持する。また、チャンバー部２２とグラビアロール２との間に設けられた空間に塗布液が貯留され、この塗布液がグラビアロール２と接触して、溝１１に充填される。

ロール支持部２１は、チャンバー部２２に対してグラビアロール２の回転軸方向（Ｘ軸方向）の両側に隣接するブロックであり、シャフト１２が通る孔２３を有している。また、孔２３とシャフト１２とはベアリングなどを介して連結されている。これにより、グラビアロール２がＸ軸方向を回転軸として少ない抵抗で回転できるよう、２つのロール支持部２１がグラビアロール２を支持している。

チャンバー部２２は、Ｘ軸方向の寸法がグラビアロール２のＸ軸方向の寸法と略同一であって一部がＹ軸方向に凹んだ構造を有するブロックである。このチャンバー部２２は、ブレード支持部２４、空間形成部２５、ロール近接部２６といった部位を有しており、ブレード支持部２４がブレード３を支持し、空間形成部２５がグラビアロール２との間に液貯留空間２７を形成し、また、ロール近接部２６がグラビアロール２の外周面に近接する。

ブレード支持部２４は、ブレード３を支持する部位であり、ブレード３が押し当てられたブレード固定治具１４の一つの側壁部と当接するＺ軸と平行な平面（本実施形態ではＸＺ平面）からなる壁面２８を有している。また、ブレード固定治具１４に差し込まれたＺ軸方向を向いたボルト１６を通す孔を有するプレート２９がブレード支持部２４の上部に設けられている。

ボルト１６がプレート２９の孔を通り、ボルト１６の上端に連結されているノブ１７の下端面をプレート２９が支持し、また、この状態において上記の通りブレード固定治具１４の側壁部と壁面２８とが面と面で当接することにより、ブレード３はぐらつくことなく支持される。

また、ノブ１７を回転させるとブレード固定治具１４へのボルト１６のねじ込み量が変化し、上記の通りブレード３のＺ軸方向の位置を調節することができる。

空間形成部２５はチャンバー部２２のＹ軸方向に凹んだ部位であり、ブレード支持部２４の下方に位置し、ロール支持部２１にグラビアロール２が支持された状態において、Ｙ軸方向に関してこの空間形成部２５の側方にグラビアロール２が位置する。

空間形成部２５のグラビアロール２と対向する側の壁面はグラビアロール２からＹ軸方向に離れて対向する位置にあり、空間形成部２５とグラビアロール２との間に液貯留空間２７が形成される。また、空間形成部２５とロール近接部２６との連結部分が液貯留空間２７の底面となる。なお、本説明ではこの連結部分を底面３０と呼ぶ。

この空間形成部２５には、液貯留空間２７に向かって塗布液を供給する手段である塗布液供給手段３１が設けられている。本実施形態では塗布液供給手段３１は図示しないポンプと配管の組み合わせであり、ポンプから配管を経由して塗布液が供給される。

また、空間形成部２５には塗布液排出部３２も設けられており、液貯留空間２７に塗布液が所定量より多く貯留された際にこの塗布液排出部３２から塗布液が排出される。なお、この塗布液排出部３２は図示しない真空ポンプなどを用いて積極的に塗布液を吸引しても良いが、単に配管だけを接続しておき、液位が塗布液排出部３２の高さ以上になった塗布液が自然に塗布液排出部３２から流出するようにしても良い。

ロール近接部２６は、Ｙ軸方向に関して空間形成部２５に隣接する部位であり、グラビアロール２の外周面と略同一の曲面であるロール近接面３３を上端部に有している。そして、ロール支持部２１にグラビアロール２が支持された状態においてグラビアロール２の下端部近傍とロール近接面３３とが近接する。本実施形態では、ロール支持部２１にグラビアロール２が支持された状態においてグラビアロール２とロール近接面３３との隙間の寸法は、ロール近接面３３の全面にわたって約２００ｕｍである。

以上の構成のグラビア塗布装置１における基材Ｗへ塗布液を塗布する機構を図２を用いて説明する。

上記の通り、ロール支持部２１にグラビアロール２が支持された状態において、グラビアロール２とチャンバー部２との間には液貯留空間２７が形成される。また、グラビアロール２の上端部近傍ではブレード３がグラビアロール２の外周面に当接し、グラビアロール２の下端部近傍ではチャンバー部２のロール近接部２６が有するロール近接面３３がグラビアロール２の外周面に近接する。

これにより、グラビアロール２の外周面において液貯留空間２７と接して液貯留空間２７内の塗布液が直接グラビアロール２に接触しうる領域である液接触領域Ｒは、ブレード３とグラビアロール２の外周面との当接部の位置、およびロール近接面３３の液貯留空間２７と近い方の端部の位置を両端位置とする領域となり、すなわち、液接触領域Ｒはグラビアロール２の下端よりも上方に設けられる形態をとる。

そして、グラビアロール２は図２に矢印で示すように、液接触領域Ｒにおいて外周面が下から上に変位する方向に回転する。

ここで、塗布液供給部３１から液貯留領域２７に塗布液が供給されると、液接触領域Ｒにおいて塗布液がグラビアロール２の溝１１に充填され、また、グラビアロール２の外周面に塗布液が付着する。

そして、グラビアロール２の回転により、グラビアロール２の外周面の塗布液が付着した部分がブレード３と当接している位置に差し掛かると、ブレード３によって、グラビアロール２の外周面に付着した塗布液が掻き取られる。これにより、ブレード３との当接部よりもグラビアロール２の回転の下流側においては溝１１にのみ塗布液が充填された状態となり、グラビアロール２の回転によってその塗布液が基材Ｗと接触した際に基材Ｗへ転写される。これによって基材Ｗに塗布液のパターンが形成される。

ここで、本実施形態では液接触領域Ｒより下方ではロール近接部２６がグラビアロール２に対して非接触で設けられているのみであり、チャンバー部２２とグラビアロール２との間には機械的な接触は無い。したがって、液貯留領域２７に供給された塗布液はグラビアロール２とロール近接部２６との間の隙間を通って下方に漏れ出すことも考えられる。

これに対し、本実施形態では、ロール近接部２６をグラビアロール２との間の隙間が微小になるように近接させているため、この隙間における圧力損失が大きくなり、塗布液が流動しにくくなっている。

さらに、グラビアロール２が回転していることによって、グラビアロール２に随伴する空気（グラビア塗布装置１の外部雰囲気を形成する気体）がチャンバー部２２の外部から上記隙間を通って液貯留空間２７に流入するため、その空気によって塗布液が押し返される現象が生じる。その結果、グラビアロール２と非接触であっても液漏れを防ぐことが可能となり、メンテナンスを不要とする構成とすることができる。すなわち、メンテナンス項目はブレード３の交換だけで済むため、図４のような従来のグラビア塗布装置９０と比較してメンテナンスの頻度が少なくなる。

ここで、グラビアロール２とロール近接部２６の間の隙間において塗布液の流れに対して十分な圧力損失を形成するために、この隙間は狭い方が好ましく、また、グラビアロール２の回転方向におけるロール近接面３３の濡れ淵長さ（図２に示すロール近接面３３の断面にあたる円弧の長さ）は長い方が好ましい。本実施形態では、具体的にはグラビアロール２とロール近接面３３との間の隙間が約２００ｕｍであり、また、ロール近接面３３の濡れ淵長さを１１ｍｍとしている。ただし、塗布液の粘度や供給量により、上記隙間における塗布液の圧力損失には変化が生じ、またグラビアロール２の回転速度に基づいて塗布液をチャンバー内に押し戻す力が働くため、最低限必要な濡れ淵長さはこれらのパラメータにより変化する。

また、チャンバー部２２へ進入する際に溝１１内にたまっていた気泡は、狭い空間であるロール近接部２６とグラビアロール２との間の隙間を抜けて広い空間である液貯留空間２７に出た瞬間、周囲から受ける圧力の減少にともなって体積が増加し、溝１１に留まることができずに溝１１から出ることがある。したがって、本実施形態により基材Ｗへ転写するために溝１１に充填される塗布液に混入する気泡をより少なくすることもできる。また、溝１１に混入していた気泡は、グラビアロール２の回転による遠心力により溝１１から飛び出すこともある。ここで、仮に溝１１に塗布液が充填される領域内に液貯留空間２７のような広い空間が無い場合、すなわち、狭い隙間ばかりである場合、溝１１から飛び出た気泡がグラビアロール２の表面の狭い隙間に溜まり、行き場の無くなった気泡が再度溝１１に戻る可能性がある。これに対し、本実施形態のように狭い隙間の次に液貯留空間２７のような広い空間を設けることにより、溝１１内への気泡の再混入を防ぐことも期待できる。

また、本実施形態では、底面３０はロール近接面３３の液接触領域Ｒ側の端部よりも低い位置にある。こうすることにより、塗布液が液貯留空間２７に供給されてから液位が底面３０の位置からロール近接面３３の液接触領域Ｒ側の端部の位置に到達してグラビアロール２に接触するまでに時間を要するようになるため、その間に塗布液はグラビアロール２の中心軸方向（Ｘ軸方向）に十分に広がることができる。これにより、塗布液がＸ軸方向に広がりきらぬままグラビアロール２と接触することによって、Ｘ軸方向に関して端部の溝１１に塗布液が充填されないといったことを防ぐことができる。

また、それと同時に塗布液の液位が上がって液接触領域Ｒに差し掛かる際の塗布液の流れの方向が上向きになるため、グラビアロール２とロール近接部２６の間の隙間に塗布液が漏れ出ることをより防ぐことができる。

また、前述の通り、本実施形態ではロール近接面３３は全面にわたってグラビアロール２の外周面と略均一の距離（約２００ｕｍ）を有している。

こうすることにより、グラビアロール２とロール近接部２６の間の隙間は全面にわたって狭くなるため、塗布液の流れに対して十分な圧力損失を形成することができ、塗布液が漏れ出ることをより防ぐことができる。

次に、他の実施形態におけるグラビア塗布装置を図３に示す。

図３におけるグラビア塗布装置１では、図２に示した実施例と異なり、底面３０がロール近接面３３の液接触領域Ｒ側の端部と同じ高さにある。図２に示す本実施形態では底面３０を低くすることにより液接触領域Ｒに差し掛かる際の塗布液の流れの方向を上向きにする効果が生じるのに対し、図３の実施形態ではその効果は生じない。ただし、たとえば塗布液の粘度が高い場合などのように、ロール近接部２６が設けられていることだけで塗布液が漏れ出すことを防ぐ効果が十分に期待できる場合は、図３のような実施形態であっても構わない。

以上のグラビア塗布装置により、メンテナンスの頻度を減らして連続生産性を向上させることが可能である。

ここで、本発明のグラビア塗布装置は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、以上で説明した形態ではロール近接面３３は全面にわたってグラビアロール２の外周面と略均一の距離を有しているが、それに限らずたとえば液接触領域Ｒから離れるほどロール近接面３３とグラビアロール２の外周面との距離が大きくなるような形態であっても良い。

また、以上で説明した形態では底面３０はＸＹ平面と平行な平坦面であるが、底面３０がＸＹ平面に対して傾斜を有していても良く、また、底面３０が曲面であっても良い。

１ グラビア塗布装置
２ グラビアロール
３ ブレード
４ 本体部
１１ 溝
１２ シャフト
１３ パッキン
１４ ブレード固定治具
１５ ブレード固定治具
１６ ボルト
１７ ノブ
２１ ロール支持部
２２ チャンバー部
２３ 孔
２４ ブレード支持部
２５ 空間形成部
２６ ロール近接部
２７ 液貯留空間
２８ 壁面
２９ プレート
３０ 底面
３１ 塗布液供給部
３２ 塗布液排出部
３３ ロール近接面
９０ グラビア塗布装置
９１ グラビアロール
９２ 上部ブレード
９３ 溝
９４ 下部ブレード
９５ チャンバー部
９６ 液貯留空間
Ｒ 液接触領域
Ｗ 基材

Claims (3)

1. 外周面に溝を有し、水平方向を向いた中心軸を回転軸として回転する円柱状のグラビアロールと、
   前記グラビアロールの外周面と対向し、前記グラビアロールとの間に空間を形成するチャンバー部と、
   前記グラビアロールと前記チャンバー部との間に形成される空間である液貯留空間に塗布液を供給する塗布液供給部と、
   前記グラビアロールの外周面と当接して前記グラビアロールの外周面が前記液貯留空間と接する領域である液接触領域の端部を形成し、回転駆動する前記グラビアロールの外周面に前記液接触領域にて付着した塗布液を掻き取るブレードと、
   を備え、前記ブレードによって掻き取られることにより前記グラビアロールの溝にのみ充填された塗布液を基材に転写するグラビア塗布装置であり、
   前記グラビアロールは前記液接触領域において外周面が下から上へ変位する方向に回転し、
   前記液接触領域は前記グラビアロールの下端よりも上方に設けられ、前記チャンバー部は、前記液接触領域よりも下方の前記グラビアロールの外周面に近接する面であるロール近接面を備えたロール近接部を有することを特徴とする、グラビア塗布装置。
2. 前記チャンバー部の前記液貯留空間を形成する部分の底面は、前記ロール近接面の前記液接触領域側の端部よりも低い位置にあることを特徴とする、請求項１に記載のグラビア塗布装置。
3. 前記ロール近接面は、全面にわたって前記グラビアロールの外周面と略均一の距離を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のグラビア塗布装置。

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