JP2019074394A - 塗布装置及び塗布物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】品質異常の原因が塗工起因なのか、乾燥起因なのかの切り分けを、タイムリーに生産ラインを停止することなく行うことができる機能を備えた塗布装置、及び塗布物の製造方法を提供すること。【解決手段】塗工部と前記乾燥炉の間に溶剤可視化測定機構を備え、前記溶剤可視化測定機構は、分光撮像手段によって、前記塗布膜の反射光スペクトルを取得し、前記反射光スペクトルにおける前記溶剤の吸収波長域での反射強度によって、前記溶剤の濃度分布を可視化する機能を有し、前記分光撮像手段に用いるカメラは、中赤外光領域（波長：３．０μｍ〜５．０μｍ）に感度を持つハイパースペクトルカメラである塗布装置、及びそれを用いた塗布物の製造方法とする。【選択図】図１

Description

本発明は連続的に搬送されるウェブ状基材に、塗布液を塗布する塗布装置、特にはグラビア塗布装置、及びそれを用いた塗布物の製造方法に関する。

連続的に搬送される長尺状可撓性の支持体（ウェブ）上に、所望の膜厚に塗布膜を形成する方法の一つとして、グラビア塗布が包装材料、産業資材、電子材料等の塗布に用いられてきた。グラビア塗布は原理的に、薄膜であっても精度良く塗布することが可能であり、塗布可能な粘度範囲が広いという特徴を有している。

一般的なグラビア塗布装置は図６に塗工部を示すように、円筒の版面の表面にセル状あるいは螺旋状に彫刻が施されたグラビア版、塗布液を溜めたインキパン、ドクター部、インキパンから溢れて下方に流れ落ちる塗布液を受けて回収する回収パン、グラビア版に被塗布物であるウェブを押し付ける圧胴（圧胴ロール）、及びインキパンに塗布液を供給するポンプシステム（図示せず）により構成され、ドクター部は、ドクター刃（ブレード）５２、ドクターホルダ５１、ドクター圧調整用シリンダ５３、ドクターホルダ支持部５４により構成される。

インキパンに溜められた塗布液が、グラビア版が回転することにより版面で掻き上げられ、版面で掻き上げられた塗布液は板状のドクター刃５２により適正量に掻き落とされ、図示しない巻き出しユニットより連続的に供給されたウェブに転移されることによって、塗布膜が形成される。尚、ドクター刃５２はドクターホルダ５１に保持され、ドクター圧調整用シリンダ５３によって、ドクターホルダ支持部５４を支点として、グラビア版の表面に押し付けられる。

グラビア塗布装置には、図６に示すようなウェブの進行方向と反対方向にグラビア版が回転するリバース方式、また、ウェブの進行方向と同一方向にグラビア版が回転する正転方式や、ウェブの後ろに圧胴の無いフローティング方式、またそれらを組み合わせたフローティングリバース方式等がある。

グラビア塗布装置では、インキパンからグラビア版によって掻き上げられた塗布液は、ドクター刃５２の刃先によって版面のセル内に有るもの以外はインキパンに掻き落とされ、セル内に残った塗布液が塗工される。従って、ドクターの塗布液の掻き取り精度が塗布面に大きな影響を与え、塗布膜の状態はグラビア版へのドクター刃の接触状態で変化するため、これを制御することが重要である。

グラビア装置による塗布方法には種々の課題がある。例えば、塗布液が常に外気に曝されているオープンな状態で塗布されるために塗布液に使用した溶剤類が稼働中に揮発し、塗布液の粘度が変動することや、グラビア版のセル内に目詰まりが起きやすく塗布量が安定しないこと等により、一定の品質の塗布膜を得ることが難しいという問題がある。

また、回転するグラビア版と、ドクターホルダにより固定されたドクターの刃先は常に接触摩擦状態にあるため、連続塗工中にドクターの刃先に不均一な磨耗が発生し、掻き落とされる塗布液が適正量とならず、塗工スジや塗工抜けを発生させることがある。図７は、ウェブの流れ方向に塗工抜けが発生した様態を示す模式図である。

上記のようなグラビア塗布方法の課題に対して、品質を安定させるために、圧胴、グラ
ビア版、ドクターは高精度に製作し、かつ位置決めも厳格に行われるが、最適な製造条件を見出していても常に良品を作り続けることは難しく、また品質異常が発生すると大きなロスとなるため、タイムリーな異常の発見、及び処置を適切に実行することが重要である。

しかしながら、現状は、巻き取り前に欠陥検査機、もしくは目視で確認を行うことで品質異常を検知しているため、異常の原因が塗工起因なのか、乾燥起因なのかを切り分けることが困難である。また、処置を実施するとしても、ほとんどのケースで次工程での処置となるか、もしくはラインを停止して行わざるを得ず、製造中の加工点（塗工部）での改善は、安全上、構造上困難である。

塗布物を高速で検査する方法としては、分光カメラを用いる方法が提案されている。特許文献１には、作製した印刷パターンを分光カメラで撮像し、指定色領域の色調を高精度に検査する方法が報告されている。特許文献２には、複数色の図柄を分光カメラで撮像し、それぞれの図柄の領域で色調を高精度に検査する方法が報告されている。また特許文献３には、可視光と近赤外光画像を形成できる分光カメラを用いて、印刷物の色を高精度に検査する方法が報告されているが、これらはいずれも製造後のカラー印刷物の色調を検査するものであった。

特開２００３−３１５２７９号公報 特開２００２−２８６５４９号公報 特開平９−１１４４５号公報

本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するものであり、その目的とするところは、塗布装置における塗布物の製造において、品質異常の原因が塗工起因なのか、乾燥起因なのかの切り分けを、タイムリーに生産ラインを停止することなく行うことができる機能を備えた塗布装置、及び塗布物の製造方法を提供することにある。さらに好ましくは、異常発見後の処置をもタイムリーに生産ラインを停止することなく行うことができる機能を備えた塗布装置、及び塗布物の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、溶剤を含んだ塗布液をウェブへ塗布し塗布膜を形成する塗工部と、前記塗布膜を乾燥する乾燥炉を備える塗布装置であって、
前記塗工部と前記乾燥炉の間に溶剤可視化測定機構を備え、
前記溶剤可視化測定機構は、分光撮像手段によって、前記塗布膜の反射光スペクトルを取得し、
前記反射光スペクトルにおける前記溶剤の吸収波長域での反射光強度によって、前記溶剤の濃度分布を可視化する機能を有し、
前記分光撮像手段に用いるカメラは、中赤外光領域（波長：３．０μｍ〜５．０μｍ）に感度を持つハイパースペクトルカメラであることを特徴とする塗布装置としたものである。

請求項２に記載の発明は、前記反射光スペクトルにおける前記溶剤の吸収波長域での反射光強度と、
前記塗布膜の種類に応じて予め作製し測定された、基準とする塗布膜の反射光スペクトル
における前記溶剤の吸収波長域での反射光強度とを比較し、
指定値以上の差があるかどうかで良否判定を行う機能を有することを特徴とする請求項１に記載の塗布装置としたものである。

請求項３に記載の発明は、前記反射光強度を比較した値に前記指定値以上の差がある場合に、ドクター圧の調整を行う機能を有することを特徴とする請求項２に記載の塗布装置としたものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の塗布装置を用いることを特徴とする塗布物の製造方法としたものである。

本発明によれば、塗布装置における塗布物の製造において、品質異常の原因が塗工起因なのか、乾燥起因なのかの切り分けを、タイムリーに生産ラインを停止することなく行うことができる機能を備え、さらに好ましくは、異常発見後の処置をもタイムリーに生産ラインを停止することなく行うことができる機能を備えた塗布装置、及び塗布物の製造方法が得られる。

本発明の塗布装置の第１実施形態、及び第２実施形態の構成を例示する模式図である。 本発明の塗布装置において、分光カメラが塗布膜を撮像する様態を示す模式斜視図である。 本発明の塗布装置の第２実施形態の構成を、ドクター圧制御ユニットを中心に例示する模式図である。 本発明の塗布装置の第２実施形態のドクター圧制御ユニットにおける、ドクター部の構成を例示する、図３のＡ方向から見た模式図である。 本発明の塗布装置を積層装置（ドライラミネータ）に応用した例を示す模式図である。 従来のグラビア塗布装置の、塗工部の構成を例示する模式図である。 従来のグラビア塗布装置で、ウェブの流れ方向に塗工抜けが発生した様態を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る塗布装置及び塗布物の製造方法について図面を用いて説明する。同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付ける。各図面において、見易さのため構成要素の厚さや比率は誇張されていることがあり、構成要素の数も減らして図示していることがある。また、本発明はその主旨を逸脱しない範囲で、以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の塗布装置の第１実施形態、及び第２実施形態の構成を例示する模式図である。左下に点線で囲むドクター圧制御ユニットは第１実施形態には備えず、第２実施形態において備える。尚、図１で、前後に備える巻き出しユニット、乾燥炉、巻き取りユニット、及び巻き取り直前の検査部は図示を省略している。

本発明の塗布装置の第１実施形態は、従来の塗布装置の塗工部（一点鎖線内）に加えて、塗工部と乾燥炉の間に、溶剤可視化測定機構（二点鎖線内）を備える。溶剤可視化測定機構は、ハロゲンランプなどの光源と、分光撮像手段である分光カメラと、コンピュータからなる画像処理・解析部とを備える。分光カメラは、図１の溶剤可視化測定箇所における塗布膜を撮像する。

図２は、分光カメラが塗布膜を撮像する様態を示す模式斜視図である。光源によって照射された塗布膜の表面を、ラインセンサが搭載された分光カメラがスキャンすることで、ウェブの幅方向の視野ラインにおける反射光を画像として捉え、塗布膜平面内の位置毎の反射光スペクトルを採取し、画像処理・解析部（図１参照）に転送する。

画像処理・解析部には、あらかじめ塗布液に含まれ、測定対象とする溶剤の吸収波長域が記録されており、塗布膜平面内の位置毎の該吸収波長域における反射光強度によって、溶剤の相対的な濃度分布を作成し、擬似カラー画像化して可視化する。これにより塗工ムラの可視化が可能となる。尚、前記反射光強度が低いほど溶剤による光吸収が大きいことになり、従って溶剤の濃度は高く、塗布液の粘度は低くなっていると考えられる。

上記で、特に塗布液中の溶剤を測定対象とする理由は、コーティング剤や接着剤の塗布液に汎用的に含まれる有機溶剤から測定対象を選定し、濃度分布を可視化することで、透明なインキを含む塗布液など、多品種の塗布液への適用を可能とするためである。

上記のように、溶剤可視化測定機構を塗工部の直後に設置することで、従来は乾燥後の塗工ムラしか評価できず、困難であった塗工起因なのか乾燥起因なのか切り分けが、本発明の塗布装置では可能となるとともに、異常検知をほぼリアルタイムで、生産ラインを停止することなく行うことが可能となり、ロスを最小限に留められる。

分光撮像手段に用いるカメラは、中赤外光領域（波長：３．０μｍ〜５．０μｍ）に感度を持つハイパースペクトルカメラとする。中赤外光領域（波長：３．０μｍ〜５．０μｍ）には有機溶剤が吸収波長域を持つことが多く、可視光、近赤外光では得られない情報を得ることができる。また、ハイパースペクトルカメラは多数の波長において高い分解能で対象物を撮影することができるので、対象物の含有成分を特定したり、定量化することが可能となる。

画像処理・解析部には、塗布膜の種類に応じて予め作製し測定された、基準とする塗布膜に対する反射光スペクトルにおける該溶剤の吸収波長域での反射光強度(基準反射光強度)が記録されていることが好ましい。これにより、基準反射光強度と作製中の塗布膜の溶剤の吸収波長域での反射光強度とを比較し、指定値以上の差があるかどうかで、塗布膜平面内の位置毎に良否判定を行う機能を有することができる。基準とする塗布膜は製品仕様に適う塗布膜であり、指定値は製品の用途、仕様に応じて適宜設定する。

図３は、本発明の塗布装置の第２実施形態の構成を、ドクター圧制御ユニットを中心に例示する模式図である。第２実施形態の塗布装置は、ドクター圧制御ユニットを備えることで、上記の第１実施形態の機能に加えて、反射光強度に指定値以上の差がある場合にドクター圧の調整を行う機能を有する。

例えば、反射光強度に指定値以上の差があり、不良判定となったエリアには塗工抜けが発生している可能性が高い。ドクターの刃先に不均一な磨耗が発生したり、ドクターで塗布液が詰まることが原因となり、掻き落とされる塗布液が適正量とならないことによる。このような場合、第２実施形態の塗布装置では、不良エリアに対応するドクター圧調整用シリンダの圧力をドクター圧制御ユニットにより調整し、品質回復を実施する。

ドクター圧制御ユニットは、図３のように、中央制御部、電空レギュレータ、及び圧縮空気を電空レギュレータに導入し、電空レギュレータからドクター圧調整用シリンダ３に導く配管から構成される。

中央制御部は画像処理・解析部からの信号により、塗布膜平面内の位置毎の良否判定の情報を受け取り、塗工抜けなどの膜厚異常がある場合、電空レギュレータへドクター圧調整のための信号を送る。電空レギュレータには圧縮空気が接続しており、ドクター圧を適正な圧力とするために、中央制御部からの制御信号に従って圧縮空気を適正な圧力に変換し、ドクター圧調整用シリンダ３へ送る。

図４は、ドクター圧制御ユニットにおける、ドクター部の構成を例示する、図３のＡ方向から見た模式図である。このようにドクター圧調整用シリンダ３は複数個（図４では３−１）、３−２）、・・・、３−８）の８個）存在し、それぞれに電空レギュレータからの圧縮空気配管が接続している。電空レギュレータはそれぞれの配管ごとに適正な圧縮空気圧をドクター圧調整用シリンダ３−１）、３−２）、・・・、３−８）へ送る。

例えば、膜厚異常が図７のような塗工抜けであった場合、塗工抜け位置にあたるドクター圧調整用シリンダ３−２）の作用でドクター圧を緩めるように、電空レギュレータで適正な圧力に変換された圧縮空気がドクター圧調整用シリンダ３−２）へ送られる。

ドクター圧調整用シリンダ３−２）は、適正な圧縮空気圧をドクターホルダ１へ印加する。図７の塗工抜け対応でドクター圧を緩めたい場合は、ドクターホルダ支持部４を支点として、ドクターホルダ１のドクター圧調整用シリンダ３−２）側（図３では左側）が下降し、てこの原理でドクター刃側（図３では右側）は上昇してドクター圧が緩められるように、ドクター圧調整用シリンダ３−２）内の圧縮空気圧を低くする。

本発明の塗布装置では、分光カメラとしてハイパースペクトルカメラを使用するため、溶剤濃度、ひいては膜厚異常を定量化することができ、ドクター圧の調整を実際の膜厚誤差に対して行うことができるので、正常な膜厚へ回復する精度が向上する。

以上のように、従来技術では異常を検知しても塗工部を制御し復旧させる技術が皆無であったが、本発明の第２実施形態の塗布装置では、ほぼリアルタイムで、生産ラインを停止することなく処置を行えるため、ロスを最小限に抑えることが可能となる。

図５は、本発明の塗布装置を積層装置（ドライラミネータ）に応用した例を示す模式図である。

従来、紙、アルミニウム箔、プラスチックフィルム等の積層に際し、種々のラミネート法があるが、食品や医薬品等の包装材にはドライラミネーション法が多く使用されている。ドライラミネーション法とは、例えばプラスチックフィルムのバリア膜等が成膜された面に、接着剤溶液を塗工、乾燥した後に接着剤表面が未硬化で多少粘着性を帯びている状態で、第２のプラスチックフィルムを加圧接着させて巻き取り、接着剤の硬化を完成させて積層する方法で、レトルトの包装材料で耐熱性を要求される場合、包装材料の「腰」を必要とする場合、あるいはトータル厚みが限定される場合などに好適に利用される。

図５のドライラミネータは、図３の本発明の第２実施形態の塗布装置の構成に加えて、第２巻き出しユニット、ラミネート部を備えている。使用される塗布液は溶剤を含有する接着剤であり、溶剤可視化測定機構とドクター圧制御ユニットを備えることにより、巻き出しユニットから搬送されたフィルムに、安定した品質とプロセスで接着剤を塗工し、乾燥した後、第２巻き出しユニットから搬送されるフィルムとラミネート部にて積層する。

本発明の塗布物の製造方法は、本発明の塗布装置を用い、ウェブ上に塗布膜を形成する塗布物の製造方法である。本発明の塗布装置では、分光カメラがウェブの幅方向にスキャンして画像を捉えるため、ウェブの幅方向に均一な塗布膜を形成する用途に適しているが
、ウェブの幅方向に均一なモニターパターンを有する印刷物の製造方法としても有効に適用することができる。

１、５１・・・ドクターホルダ
２、５２・・・ドクター刃（ブレード）
３、３−１）、３−２）、３−８）、５３・・・ドクター圧調整用シリンダ
４、５４・・・ドクターホルダ支持部

Claims (4)

1. 溶剤を含んだ塗布液をウェブへ塗布し塗布膜を形成する塗工部と、前記塗布膜を乾燥する乾燥炉を備える塗布装置であって、
   前記塗工部と前記乾燥炉の間に溶剤可視化測定機構を備え、
   前記溶剤可視化測定機構は、分光撮像手段によって、前記塗布膜の反射光スペクトルを取得し、
   前記反射光スペクトルにおける前記溶剤の吸収波長域での反射光強度によって、前記溶剤の濃度分布を可視化する機能を有し、
   前記分光撮像手段に用いるカメラは、中赤外光領域（波長：３．０μｍ〜５．０μｍ）に感度を持つハイパースペクトルカメラである
   ことを特徴とする塗布装置。
2. 前記反射光スペクトルにおける前記溶剤の吸収波長域での反射光強度と、
   前記塗布膜の種類に応じて予め作製し測定された、基準とする塗布膜の反射光スペクトルにおける前記溶剤の吸収波長域での反射光強度とを比較し、
   指定値以上の差があるかどうかで良否判定を行う機能を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
3. 前記反射光強度を比較した値に前記指定値以上の差がある場合に、ドクター圧の調整を行う機能を有することを特徴とする請求項２に記載の塗布装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の塗布装置を用いることを特徴とする塗布物の製造方法。