JP2020168592A - 塗工ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性を向上させ、塗工液の劣化による塗工外観不良を発生させずに安定した塗工ができる塗工ヘッド。【解決手段】２つのリップ部材が互いに直接又は他の部材を介して組み付けられた塗工ヘッドであって、２つのリップ部材の間に、塗工液を塗工ヘッドの長手方向に拡幅するためのマニホールド、塗工液を塗工ヘッドから吐出するための長手方向に延在する吐出口およびマニホールドと吐出口とを連通するスリットを有し、２つのリップ部材のそれぞれには、流路形成部材が互いに対向するように、着脱可能に取り付けられており、２つのリップ部材の少なくとも一方のリップ部材に取り付けられた流路形成部材に、もう一方のリップ部材に取り付けられた流路形成部材とともに、マニホールドを構成する凹みが形成されており、２つの流路形成部材の間には、マニホールドから塗工ヘッドの外部に至る間隙があいており、この間隙がスリットおよび吐出口を構成している。【選択図】図１

Description

本発明は、フィルム、紙、ガラス基板、および金属箔等の被塗工部材に塗工液を塗工するための塗工ヘッドに関する。

フィルムやガラス基板といった被塗工部材に塗工液を塗工するための塗工ヘッドとして、スリットダイが知られている。近年、スリットダイは多くの分野への適用が進み、多様な塗工液の塗工に用いられるようになってきている。

スリットダイは、２つのリップ部材を対向させて設置する構成であり、そのリップ部材間には、供給された塗工液を長手方向に拡幅するためのマニホールド、塗工液を吐出するための長手方向に延在する吐出口、およびマニホールドと吐出口を連通するスリットが形成されている。このスリットダイの吐出口を被塗工部材に近接させて相対移動させるとともに、塗工液を吐出することで被塗工部材表面に均一な塗膜を形成することができる。

スリットダイの塗工精度は、送液される塗工液の送液精度やスリットダイ自体の加工精度によって決まるため、作業者の熟練度に左右されず安定した塗工品位を実現できる。

しかし、塗工液の組成によってはガラスやセラミック粒子などに代表される高硬度の粒子やフィラーが含有しているために、一般的なスリットダイの材料として適用されているステンレス鋼では、経時的に摩耗してしまって塗工品位が悪くなるという問題がある。そのため、長期に渡っての安定生産を実現するためには、いかに納入時の高精度な加工状態を維持していくかが極めて重要となっている。

この摩耗問題に対して、スリットダイの材質に超硬合金やセラミック等の高硬度の材質を適用することが容易に想像できるが、高硬度材料は非常に高価であるために、スリットダイの製作コストが大幅に増大してしまい現実的ではない。そこで特許文献１には、リップ部材の吐出口側だけに、超硬合金からなる先端部材を組み込んで、耐摩耗性を向上させる方法が開示されている。

特開２００２−２２４６０７号公報

しかしながら、特許文献１に開示の方法では、スリットダイの先端部材の硬度が高くなって、吐出口と吐出口近傍のスリット部分は耐摩耗性が向上するものの、マニホールドとマニホールド近傍のスリット部分は摩耗が進行してしまう。すなわち、吐出口近傍のスリットとマニホールド近傍のスリットには、摩耗進行の速度差が生じ、スリット途中に存在する異種材料間の継ぎ目部には必然的に段差が生まれる。このような段差部は塗工液の滞留箇所になるため、塗工液の劣化が促進される。そして、その劣化した塗工液が流出することで外観不良を引き起こして、生産収率を大幅に低下させる重大なトラブルとなる。

さらに特許文献１に開示の方法では、例えば低粘度の塗工液を扱う場合、表面張力によって塗工液が異種材料間の継ぎ目部分に浸み込んでしまうため、塗工の途中で劣化した塗工液が少量ずつ流出して外観不良を発生させてしまうトラブルも発生する恐れがある。

そこで本発明は、耐摩耗性を向上させることができ、塗工液の劣化による塗工外観不良を発生させずに安定的な塗工ができる塗工ヘッドを提供する。

上記課題を解決する本発明の塗工ヘッドは、２つのリップ部材が互いに直接又は他の部材を介して組み付けられた塗工ヘッドであって、
上記２つのリップ部材の間に、塗工液を上記塗工ヘッドの長手方向に拡幅するためのマニホールド、塗工液を塗工ヘッドから吐出するための塗工ヘッドの長手方向に延在する吐出口、およびマニホールドと吐出口とを連通するスリット、を有し、
上記２つのリップ部材のそれぞれには、流路形成部材が、互いに対向するように、着脱可能に取り付けられ、
上記２つのリップ部材の少なくとも一方のリップ部材に取り付けられた上記流路形成部材に、もう一方のリップ部材に取り付けられた前記流路形成部材とともに、上記マニホールドを構成する凹みが形成されており、
上記２つの流路形成部材の間には、上記マニホールドの部分から上記塗工ヘッドの外部に至る間隙があいており、この間隙が上記スリットおよび上記吐出口を構成している。

本発明の塗工ヘッドは、上記リップ部材とリップ部材に取り付けられた上記流路形成部材との間に、リップ部材に対する流路形成部材の取り付け位置を調整するための寸法調整部材を有していてもよい。

本発明の塗工ヘッドを使用すれば、摩耗に起因する塗工外観不良を発生させることなく、塗工液が通過する部位の硬度を上げて摩耗性を向上させることができて、長期的に安定した塗工が可能となる。

本発明の塗工ヘッドの概略構成を示す断面図である。 図１の塗工ヘッドのリップ部材１、２を離間させた状態の概略斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面矢視図で、塗工ヘッド内部の正面図である。 本発明の別の実施形態である塗工ヘッド２００の概略構成を示す断面図である。 図４のＢ−Ｂ断面矢視図で、塗工ヘッド内部の正面図である。 本発明の別の実施形態である塗工ヘッド３００のリップ部材３０１、３０２、およびシム３２０を離間した状態の斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る塗工ヘッドの実施形態について説明する。ただし、本発明は図面に示された形態に限定されるものではない。

図１、２を参照する。図１は、本発明の塗工ヘッド１００の概略構成を示す断面図である。図２は、本発明の塗工ヘッド１００のリップ部材１、２を離間させた状態の概略斜視図である。

図１に示すように、本発明の塗工ヘッド１００は、リップ部材１、２が互いに対向して構成されている。リップ部材１にはリップ部材２に対向する面に流路形成部材３が、リップ部材２にはリップ部材１に対向する面に流路形成部材４が、それぞれ着脱できるように取り付けられており、流路形成部材３、４も互いに対向している。リップ部材１、２は、断面と直交する方向、すなわち図２に示すＹ軸方向に長く延びた形状である。流路形成部材３、４も、それぞれが取り付けられているリップ部材１、２とＹ軸方向に同じ長さを持つ形状である。

流路形成部材３、４にはそれぞれ、図２に示すように、互いに対向する面にＹ軸方向に延在する凹み５ａ、凹み５ｂ（図示せず）が形成されている。リップ部材１に取り付けられた流路形成部材３の凹み５ａが形成されている面と、リップ部材２に取り付けられた流路形成部材４の凹み５ｂ（図示せず）が形成されている面とが向かい合った状態で、リップ部材１とリップ部材２とを組み合わせることで、図１に示すようにＹ軸方向に延在するマニホールド５が構成される。

図１に示すように、リップ部材１とリップ部材２とが組み合った状態で、流路形成部材３と流路形成部材４との間の、マニホールド５から塗工ヘッド１００の外部に至るまでの部分（マニホールド５からＺ軸下方向の部分）には間隙があいている。この間隙がスリット６を、間隙の出口部分が吐出口７を構成している。

マニホールド５は、図１に示されるような略円形だけに限定されるものではない。流路形成部材３あるいは流路形成部材４のいずれか一方だけに凹み５ａ（５ｂ）を形成し、他方には凹み５ｂ（５ａ）を形成せずに略平面のままとして、略半円形のマニホールド５を構成してもよい。また図２に示すようなＹ軸方向に同じ断面形状をしたストレート型でもよいし、Ｙ軸両方向の端部に向けて断面積が縮小している形状をしたコートハンガー型であってもよい。さらには、マニホールド５は２つ以上あってもよい。

スリット６は、Ｘ軸方向に狭い隙間量ｔを有している。隙間量ｔは、塗工液１０の液物性に対応して設計される寸法であり、塗工液１０が均一に吐出できる寸法になっている。塗工液１０が１〜１００００ｍＰａ・ｓ程度までの粘度領域であれば、一般に隙間量ｔは５０μｍ〜５００μｍの範囲が好適に用いられる。

塗工を行う際は、塗工ヘッド１００に供給された塗工液１０が、マニホールド５でＹ軸両方向に拡幅されて、スリット６を通過して、吐出口７からＺ軸下方向に吐出される。被塗工部材（図示せず）は、塗工ヘッド１００に対して数ミクロン〜数百ミクロンに近接した状態を保持してＸ軸方向に相対移動しており、塗工ヘッド１００から吐出された塗工液１０が被塗工部材上に塗工される。

リップ部材１、２の材質は、比較的安価で耐薬品性に優れたステンレス鋼が好適に用いられる。耐摩耗性を向上させるために、炭化タングステンやＤＬＣに代表される硬質相を形成するための表面処理が施してあってもよい。

流路形成部材３、４の材質はステンレス鋼を用いてもよいが、高硬度の粒子やフィラーを含有する塗工液を扱う場合には好ましくない。なぜなら、流路形成部材３、４は、マニホールド５、スリット６および吐出口７を構成するため、塗工液との接触頻度が高く、ステンレス鋼では摩耗が進行してしまうためである。

そこで、流路形成部材３、４の材質は硬質な材料を用いるのが好ましい。硬質な材料であればどのようなものでもよいが、好ましくは、ビッカース硬さ８００Ｈｖ以上、より好ましくは１２００Ｈｖ以上の高硬度の硬質材料がよい。これら硬質材料を用いることで、塗工液に含有される高硬度の粒子やフィラーによる摩耗を低減することができる。あるいは、硬質材料でなくても、炭化タングステンやＤＬＣに代表される硬質相を形成するための表面処理が施してあってもよい。

図３を参照する。図３は、図１のＡ−Ａ断面矢視図で、塗工ヘッド内部の正面図を示している。

リップ部材１には、リップ部材２と密接する非接液面１ｂがある。リップ部材１に取り付けられている流路形成部材３には、流路形成部材４に密接する非接液面３ｂと、流路形成部材４とともにスリット６を構成する接液面３ａがある。接液面３ａと非接液面３ｂとの間には段差があり、リップ部材１とリップ部材２とが組み合わされて、流路形成部材３と流路形成部材４とが対向することで、Ｘ軸方向に隙間量ｔを持つスリット６が構成される。

リップ部材１および流路形成部材３は、非接液面３ｂと非接液面１ｂとが略同一面となるように製作される。また図示しないが、リップ部材２および流路形成部材４も、それぞれの非接液面が略同一面となるように製作される。そのため、対向するリップ部材１、２をボルト締結で組み合わせることで、略同一面同士が接触してシールされるため、吐出口７以外からの塗工液１０の漏出を防止できる。

このように、塗工液１０は接液面３ａが構成するスリット６のみを流れるので、流路形成部材３が塗工液１０との接触で摩耗したとしても、接液面３ａだけが摩耗して非接液面３ｂは摩耗しないため、非接液面３ｂと非接液面１ｂとの間には段差は発生せず、塗工ヘッド１００のシール性が維持できる。

一方、接液面３ａは塗工液１０との接触により摩耗するので、接液面３ａと非接液面３ｂとの間の段差は大きくなるが、塗工ヘッド１００のシール性には影響しない。接触面３ａの摩耗により、スリット６のＸ軸方向の隙間量ｔは広がることになるが、流路形成部材３を高硬度の材質で製作していれば、摩耗による隙間の変化量△ｔは初期の隙間量ｔに対して小さくて済む。摩耗の進行により、隙間の変化量△ｔの増大が極度に進むと、塗工ヘッド１００の吐出均一性が失われてしまうため、隙間の変化量△ｔは初期の隙間量ｔに対して、△ｔ≦０．２ｔに管理されることが好ましい。さらに好ましくは、摩耗の進行に合わせてリップ部材１から流路形成部材３を取り外して、新しい流路形成部材３’を取り付けることで、隙間変化量△ｔを△ｔ≦０．１ｔに維持するのがよい。

図４、５を参照する。図４は、本発明の別の実施形態である塗工ヘッド２００の概略構成を示す断面図である。図５は、図４のＢ−Ｂ断面矢視線で、塗工ヘッド内部の正面図を示している。

塗工ヘッド２００では、リップ部材２０１と流路形成部材２０３との間、リップ部材２０２と流路形成部材２０４との間に、Ｘ軸方向とＺ軸方向における寸法精度をミクロンオーダーで調整できるようにするための寸法調整部材が組み込まれている。Ｘ軸方向には厚み調整部材２０８、２０９が、Ｚ軸方向には高さ調整部材２１０、２１１がそれぞれ組み込まれている。

流路形成部材２０３を取り外して、新しい流路形成部材２０３’に置き換えた場合、リップ部材２０１の非接液面２０１ｂと流路形成部材２０３’の非接液面２０３’ｂとが略同一面でないと、塗工ヘッド２００のシール性が悪化して吐出口２０７以外から塗工液１０が漏出する恐れがある。そのため、流路形成部材２０３’は置き換え前の流路形成部材２０３と略同一となるように高精度に製作することが好ましいが、略同一に加工するためにはミクロンオーダーの高精度な加工が必要となり、製作コストが高くなってしまう。

あるいはミクロンオーダーの高精度な加工を施した場合でも、流路形成部材２０３’は剛性が低く加工歪みが生じやすいので、塗工ヘッド２００のシール性が悪化する恐れがある。

そこで流路形成部材２０３’を高精度に加工せずとも、非接液面２０１ｂと２０３’ｂとを略同一面とするには、厚み調整部材２０８を取り外して、新しい厚み調整部材２０８’に置き換えることが好ましい。新しい調整部材２０８’のＸ軸方向の寸法は流路形成部材２０３と２０３’とのＸ軸方向の厚み差分だけ、厚み調整部材２０８に対して調整した寸法で、高精度に製作されていることが好ましい。厚み調整部材２０８（’）は、流路形成部材２０３（’）と比較して形状が単純であるため、ミクロンオーダーでＸ軸方向の寸法を管理することが比較的容易となり、製作コストを抑えて非接液面２０１ｂと２０３’ｂとを略同一面にすることができる。

厚み調整部材２０８’は、非接液面２０１ｂと２０３’ｂとを略同一面とできれば、どのような形状でも構わない。例えば、Ｙ軸方向に延在する１枚のプレートでもよいし、Ｙ軸方向に点在する複数個のブロックであってもよい。

厚み調整部材２０９（’）もリップ部材２０２において、厚み調整部材２０８（’）と同様の効果を発現できれば、どのような形状でも構わない。

厚み調整部材２０８（’）、２０９（’）の材質は、ミクロンオーダーの加工が可能であればどのような材料を用いても構わないが、より好ましくは加工性と耐薬品性に優れたステンレス鋼である。

また、流路形成部材２０３を流路形成部材２０３’に、流路形成部材２０４を流路形成部材２０４’に入れ替えても、Ｚ軸方向における吐出口２０７の位置を略同一にするには、高さ調整部材２１０を新しい高さ調整部材２１０’に、高さ調整部材２１１を新しい高さ調整部材２１１’に置き換えることが好ましい。新しい高さ調整部材２１０’は、流路形成部材２０３と流路形成部材２０３’とのＺ軸方向の高さ差分だけ、高さ調整部材２１０に対して調整した寸法で、新しい高さ調整部材２１１’は、流路形成部材２０４と流路形成部材２０４’とのＺ軸方向の高さ差分だけ、高さ調整部材２１１に対して調整した寸法で、それぞれ高精度に製作されていることが好ましい。高さ調整部材２１０（’）、２１１（’）は、流路形成部材２０３（’）、２０４（’）と比較して形状が単純であるため、ミクロンオーダーでＺ軸方向の寸法を管理することが比較的容易となり、製作コストを抑えて、Ｚ軸方向における吐出口２０７の位置を略同一にすることができる。吐出口２０７の位置が略同一となることで、吐出口２０７と被塗工部材（図示しない）との間の近接した距離が略一定に保たれるため、塗工設備の再調整が最小限にできるので、好ましい。

高さ調整部材２１０（’）、２１１（’）は、Ｚ軸方向の寸法を高精度に管理できればどのような形状でもよく、例えばＹ軸方向に延在する１枚のプレートでもよいし、Ｙ軸方向に点在する複数個のブロックであってもよい。

高さ調整部材２１０（’）、２１１（’）の材質は、ミクロンオーダーの加工が可能であればどのような材料を用いても構わないが、より好ましくは加工性と耐薬品性に優れたステンレス鋼である。

図６を参照する。本発明の塗工ヘッドは、上記の実施形態に限定されるものではなく、図６に示すように、リップ部材３０１とリップ部材３０２との間にスリット形成用のシム３２０を挟み込むことで、隙間量ｔのスリットが形成される構成でもよい。

シム３２０の厚みや形状を変更することで、スリットの隙間量ｔを変更したり、吐出口３０７（図示しない）のＹ軸方向に開口する長さを変更したりすることができるので、様々な塗工液や製品幅に対応する塗工ヘッドには、より好適に用いられる。

以上より、本発明の塗工ヘッドを使用すれば、摩耗に起因する塗工外観不良を発生させることなく、塗工液が通過する部位の硬度を上げて摩耗性を向上させることができ、長期的に安定した塗工が可能となる。

１、２ リップ部材
３(’)、４ 流路形成部材
５ マニホールド
５ａ、５ｂ 凹み
６ スリット
７ 吐出口
１０ 塗工液
１００ 塗工ヘッド
２００ 塗工ヘッド
２０１、２０２ リップ部材
２０３(’)、２０４(’) 流路形成部材
２０５ マニホールド
２０５ａ、２０５ｂ 凹み
２０６ スリット
２０７ 吐出口
２０８(’)、２０９(’) 厚み調整部材
２１０(’)、２１１(’) 高さ調整部材
３００ 塗工ヘッド
３０１、３０２ リップ部材
３０３、３０４ 流路形成部材
３０５ マニホールド
３０５ａ、３０５ｂ 凹み
３２０ シム
３ａ、２０３(’)ａ 接液面
１ｂ、３ｂ、２０１ｂ、２０３ｂ 非接液面
ｔ 隙間量
△ｔ 隙間の変化量

Claims (2)

1. ２つのリップ部材が互いに直接又は他の部材を介して組み付けられた塗工ヘッドであって、
   前記２つのリップ部材の間に、塗工液を前記塗工ヘッドの長手方向に拡幅するためのマニホールド、塗工液を塗工ヘッドから吐出するための塗工ヘッドの長手方向に延在する吐出口、およびマニホールドと吐出口とを連通するスリット、を有し、
   前記２つのリップ部材のそれぞれには、流路形成部材が、互いに対向するように、着脱可能に取り付けられており、
   前記２つのリップ部材の少なくとも一方のリップ部材に取り付けられた前記流路形成部材には、もう一方のリップ部材に取り付けられた前記流路形成部材とともに、前記マニホールドを構成する凹みが形成されており、
   前記２つの流路形成部材の間には、前記マニホールドの部分から前記塗工ヘッドの外部に至る間隙があいており、この間隙が前記スリットおよび前記吐出口を構成している、
   塗工ヘッド。
2. 前記リップ部材とリップ部材に取り付けられた前記流路形成部材との間に、リップ部材に対する流路形成部材の取り付け位置を調整するための寸法調整部材を有する、請求項１の塗工ヘッド。

Images