JP3609850B2

JP3609850B2 - 塗布装置

Info

Publication number: JP3609850B2
Application number: JP04174194A
Authority: JP
Inventors: 英樹田中; 栄蔵角田; 隆二細萱; 明畠山; 義比佐大澤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JPH07227563A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は塗布装置に係り、特に塗布液を支持体に均一に塗布することが可能な塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、支持体上に塗布液を塗布する方法として、ロールコート法、グラビアコート法、スライドビードコート法、ドクターコート法等の種々の方法が用いられているが、生産性や操作性が高く塗布膜の厚さ制御性に優れることから、近年、押出し塗布法が注目されている。
【０００３】
押出し塗布法は、サポートロール等の搬送手段の間において、支持体に対して所定の張力がかかるように押出し塗布ヘッドのフロントエッジ面（支持体搬送方向上流側）とバックエッジ面（支持体搬送方向下流側）を押し付け、スリット部から押し出される塗布液の押出し量の変化に応じてバックエッジ面と支持体との間隔を変化させることで、所定の膜厚となるように制御して塗布を行うものである。
【０００４】
このような押し出し塗布に用いる塗布装置として、支持体上に均一な塗布を行うために、押出し塗布ヘッドのバックエッジ面（スリットの支持体搬送方向下流側）の断面形状を三角状とし、バックエッジ面に２平面を形成した塗布装置がある（特開昭５７−８４７７１号公報）。しかし、特開昭５７−８４７７１号公報に開示された塗布装置は、バックエッジ面の断面に頂点が存在しているので、塗布時に汚れや異物が頂点を越えて流出し難く、押出し塗布ヘッドのスリット部出口に蓄積した汚れや異物等により、スジ、塗布ムラが発生し易いという問題があった。そして、最近の塗布速度の高速化（例えば、塗布速度３００ｍ／分）や、塗布の薄層化（例えば塗膜厚１０ｃｃ／ｍ^２）の要請より、スリット部出口に異物が蓄積せず流動性の良好な湾曲したバックエッジ面を備えた押出し塗布ヘッドが主流となっている。
【０００５】
このようにバックエッジ面に湾曲部をもつ押出し塗布ヘッドとしては、フロントエッジ面のスリット側端部においてフロントエッジ面に引いた接線とバックエッジ面の下流側端部においてバックエッジ面に引いた接線とのなす角度θ_１、および、フロントエッジ面のスリット側端部においてフロントエッジ面に引いた接線とフロントエッジ面のスリット側端部からバックエッジ面に引いた接線とのなす角度θ_２との関係を規定（θ_１＜θ_２＜１８０°）した塗布装置（特開平２−２６５６７２号公報）、バックエッジ面を湾曲面部分と平面部分とで構成し、フロントエッジ面のスリット側端部においてフロントエッジ面に引いた接線と平面部分の延長線とのなす角度θ_１、および、フロントエッジ面のスリット側端部においてフロントエッジ面に引いた接線とフロントエッジ面のスリット側端部からバックエッジ面に引いた接線とのなす角度θ_２との関係を規定（θ_１＜θ_２＜１８０°）した塗布装置（特開平２−２６２５６６号公報）が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平２−２６５６７２号公報や特開平２−２６２５６６号公報に開示された塗布装置では、押出し塗布ヘッドの湾曲したバックエッジ面を作製する際の湾曲面研磨が平面研磨よりも困難であるため、所望の湾曲形状を備え、かつ良好な表面粗さを有するバックエッジ面を作製することが困難であるという問題があった。
【０００７】
バックエッジ面の表面粗さについては、薄膜塗布時に異物付着によるスジ、塗布ムラという塗布面特性に影響を与えることが既に知られている（特開平２−２０７８６５号公報）。同公報によれば、表面粗さ（中心線平均粗さ）Ｒａが５μｍ以下の場合、良好な塗布面特性が得られるとされ、さらに、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の表面粗さを得ることは加工精度上困難であることが開示されている。
【０００８】
しかしながら、上述の高速化、薄層化の要請から、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の表面粗さを有するバックエッジ面を備えた押出し塗布ヘッドが要望されている。また、特開平２−２０７８６５号公報に開示された表面粗さの測定方法は、一方向に測定するため、表面粗さＲａが０．１μｍ以下のレベルになると測定精度の信頼性にやや欠けるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、スジや塗布ムラを発生することなく均一な塗布膜を支持体上に形成可能な塗布装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明はスリット部から塗布液を連続的に押し出して支持体表面に塗布液を塗布する押出し塗布ヘッドを備えた塗布装置において、前記塗布ヘッドのバックエッジの上端面であるバックエッジ面は前記支持体の搬送方向に沿って連続した３以上の平面で構成され、各平面の境界部における頂角は１７８°以上１８０未満の範囲であり、かつ、前記バックエッジ面の表面粗さＲａは０．０５μｍ以下であり、前記バックエッジの長さは０．８〜３．０ｍｍの範囲にあるような構成とした。
【００１１】
スリット部から塗布液を連続的に押し出して支持体表面に塗布液を塗布する押出し塗布ヘッドのバックエッジ面を上記スリット部出口に異物が蓄積しない湾曲形状とした場合、バックエッジ面の表面粗さＲａを０．２μｍ以下とすることは加工精度上困難であり、塗布面のスジや塗布ムラを引き起こすことになっていた。しかし、上述のような本発明では、スリット部から押し出され支持体に塗布される塗布液の流動性が良好となり、スリット部出口に異物が蓄積せず、スジや塗布ムラを発生することなく支持体に均一な塗布膜を形成することが可能である。
【００１２】
以下、本発明の具体的構成について説明する。
【００１３】
図１は本発明の押出し塗布ヘッドの断面図であり、図２は図１に示され押出し塗布ヘッドのバックエッジの部分拡大断面図である。図１および図２において、押出し塗布ヘッド１はフロントエッジ２、バックエッジ４、フロントエッジ２とバックエッジ４との間に形成されているスリット部８、ポケット部９を備えている。そして、スリット部８から連続的に押し出された塗布液は支持体１１に塗布される。
【００１４】
本発明では、この押出し塗布ヘッド１のバックエッジ４の上端面であるバックエッジ面５が支持体の搬送方向に沿って連続した３以上の平面（図示例では、平面５ａ，５ｂ，５ｃの３平面）で構成され、各平面の境界部における頂角θ_ｎ（ｎは２以上の整数、図示例では平面５ａと平面５ｂとのなす頂角θ_１、平面５ｂと平面５ｃとのなす頂角θ_２）が１７５°以上１８０°未満の範囲であり、かつ、バックエッジ面５の表面粗さＲａが０．２μｍ以下であることを特徴としている。
【００１５】
上記のバックエッジ面５を構成する各平面５ａ，５ｂ，５ｃの境界部における頂角θ_１および頂角θ_２は、上述のように１７５°≦θ_１，θ_２＜１８０°、好ましくは１７８°≦θ_１，θ_２＜１８０°の範囲内で設定することができる。頂角θ_１，θ_２が１７５°未満であると、スリット部８から押し出される塗布液の流動性が悪く、３平面５ａ，５ｂ，５ｃからなるバックエッジ面５のドクターエッジとしての効果が得られず、支持体１１への塗布においてスジ、塗布ムラが発生する。
【００１６】
バックエッジ面５の表面粗さＲａは中心線平均粗さ（ＪＩＳＢ０６０１）であり、この表面粗さＲａは上記のように０．２μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以下である。バックエッジ面５の表面粗さＲａが０．２μｍを超えると、支持体１１に形成した塗布面に細かいスジが発生する。
【００１７】
ここで、表面粗さＲａの測定方法について説明する。
【００１８】
まず、３平面５ａ，５ｂ，５ｃをバックエッジ面５に作製する過程を図３に示した。図３において、バックエッジ４を▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼の順序で各々平面研磨することにより、３平面５ａ，５ｂ，５ｃからなるバックエッジ面５を作製することができる。そして、上記の平面研磨のうち、▲１▼の平面研磨が完了した時点で表面粗さＲａを測定する。これにより、充分な測定長が得られる。また、１箇所の測定点において、研磨目に対して４５°で交差させて×印を描くように２回走査させるので、信頼性の高い測定が可能である。このような測定を、押出し塗布ヘッド１の幅方向（支持体１１の搬送方向に直角の方向）の５箇所で行い、得られた計１０データの平均値を表面粗さＲａとする。具体的な測定機種としては、サーフテスト３０１Ａ（ミツトヨ（株）製）を使用することができ、測定長０．８ｍｍ、カットオフ値０．８の条件で測定を行うことができる。
【００１９】
上述のようなバックエッジ４の長さ（支持体搬送方向の長さ）Ｌは、０．５〜５．０ｍｍ程度、好ましくは０．８〜３．０ｍｍ程度とすることができる。バックエッジ４の長さが０．５ｍｍ未満、あるいは５．０ｍｍを超えると、３平面５ａ，５ｂ，５ｃからなるバックエッジ面５のドクターエッジとしての効果が充分ではなく、塗布面にスジ、塗布ムラが発生する。また、バックエッジ面５を構成する各平面５ａ，５ｂ，５ｃの長さＬ_ａ，Ｌ_ｂ，Ｌ_ｃは、各々０．１〜２．０ｍｍ、好ましくは０．２〜１．０ｍｍの範囲とすることができる。１平面の長さが０．１ｍｍ未満であると、加工製造上困難となり、２．０ｍｍを超えると塗布面にスジ、塗布ムラが発生し易くなり好ましくない。ここで、バックエッジ４の長さＬは、スリット部８の塗布液流出方向を基準線とし、バックエッジ４の両端点において上記基準線に平行な線を引き、その平行線の距離をエッジの長さとしている。
【００２０】
スリット部８は、その開口幅ｗが０．０５〜０．６ｍｍ程度であり、押出し塗布ヘッド１の幅方向（支持体搬送方向に対し直角方向）に沿って形成されている流路である。また、スリット部８の流路長ｌは、例えば、塗布液の組成および物性、塗布液の供給量等に基づいて設定することができる。さらに、フロントエッジ面３とバックエッジ面５との間に形成されるスリット部８の出口の幅は、開口幅ｗと同等に設定されるのが一般的であるが、場合によっては出口幅を広くする等、開口幅ｗと等しくなくてもよい。
【００２１】
このような押出し塗布ヘッド１は、従来の押出し塗布ヘッドと同様の材料、例えば、ステンレス鋼、超硬合金材料等を用いて作成することができる。
【００２２】
上記の押出し塗布ヘッド１では、図示されていない塗布液供給手段から塗布液がポケット部９に供給される。ポケット部９への塗布液の供給は、ポケット部９の一方の端部からの供給、ポケット部９の両端部からの供給、あるいは、ポケット部９の中間部からの供給等、いずれの供給方法であってもよい。このポケット部９に供給された塗布液は、スリット部８を経由してスリット部８の出口から押出され、バックエッジ面５と搬送されている支持体１１との間隙部分に連続的に供給される。そして、塗布液の供給量、押出し塗布ヘッド１に対する支持体１１の張力、ラップ角等により、支持体１１とバックエッジ面５との間隙が設定され、塗布液が支持体１１上に塗着される。この時、バックエッジ面５はドクターエッジの役割をなし、かつ、バックエッジ面５の形状および表面粗さＲａが上述のような設定となっているため、塗布液の流動性が極めて良好であり、スリット部出口における異物蓄積が発生せず、スジや塗布ムラを生じることなく支持体１１に均一な塗布膜を形成することが可能である。
【００２３】
また、本発明の塗布装置においては、押出し塗布ヘッドを上述のような構造とする他に、図４に示されるような多層（図示例では２層）同時塗布用の押出し塗布ヘッドとすることができる。図４に示される押出し塗布ヘッド１は、フロントエッジ２、バックエッジ４との間にセンターエッジ６を備え、２つのスリット部８、８´、２つのポケット部９、９´を備えている。このような多層同時塗布用の押出し塗布ヘッド１の場合においても、バックエッジ４の上端面であるバックエッジ面５は、上述の１層塗布用の押出し塗布ヘッドのバックエッジ面５と同様の構成である。
【００２４】
本発明の塗布装置に使用することのできる支持体としては、ポリエチレンテレフタレートフィルム等のプラスチックフィルム、紙や金属箔等からなる長尺の可撓性支持体等を挙げることができ、特に制限はない。また、支持体は、予め種々の処理層が形成されたものであってもよい。
【００２５】
本発明の塗布装置に使用することのできる塗布液は、押出し塗布ヘッドによる塗布に適した塗布液であれば特に制限はない。押出し塗布法は、塗布膜の厚さ制御性に優れており、従来より安定した塗布膜厚さが要求されるような用途において用いられている。このような用途の一つとして、磁気記録媒体の磁気記録層やバックコート層の形成があり、磁性粉、バインダおよび溶媒を含有する磁性塗布液、あるいは、バックコート用塗布液は、本発明に使用することのできる塗布液の一つである。
【００２６】
ここで、磁性塗布液の例を挙げると、磁性粉としては、γ−Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ含有γ−Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｃｏ含有Ｆｅ_３Ｏ_４、ＣｒＯ_２、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト等の酸化物微粉末、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属あるいはこれらの合金微粉末、炭化鉄等がいずれも使用可能である。また、バインダとしては、公知の各種樹脂バインダはいずれも使用可能である。さらに、溶媒は特に制限はなく、例えば、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系、トルエン等の芳香族系等の各種溶媒を目的に応じて適宜選択することができる。また、磁性塗布液には、必要に応じて無機微粒子、潤滑剤等の各種添加剤を含有させてもよい。上記のような磁性塗布液を用いて形成される磁気記録層は、乾燥膜厚が０．１〜６μｍ程度であり、この磁気記録層の３０〜９２重量％を磁性粉が占めるような構成が好ましい。また、近年行われているように塗布液を湿潤状態で多層化して塗布層を設けてもよい。この場合、塗布液は磁性液に限定されるものではなく、非磁性液、樹脂の溶解液等、上述の通り押出し型塗布ヘッドによる塗布に適した塗布液ならば適用可能であり、塗布層の層構成についても必要に応じて選択することができる。
また、バックコート用塗布液の例を挙げると、顔料としてはカーボンブラック、α−Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３、α−Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＣａＣＯ_３、ＢａＳＯ_４、ＺｎＯ、ＭｇＯ、窒化ホウ素、ＴｉＣ等の非磁性無機粉末等いずれも使用可能である。また、バインダとしては、公知の各種樹脂バインダはいずれも使用可能である。さらに、溶媒は特に制限はなく、例えば、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系、トルエン等の芳香族系等の各種溶媒を目的に応じて適宜選択することができる。また、バックコート用塗布液には、必要に応じて無機微粒子、潤滑剤等の各種添加剤を含有させてもよい。上記のようなバックコート用塗布液を用いて形成されるバックコート層は、乾燥膜厚が０．１〜１．０μｍ程度であり、このバックコート層の３０〜８０重量％を顔料が占めるような構成が好ましい。
【００２７】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
【００２８】
支持体として幅１０００ｍｍ、厚さ１５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを準備した。また、下記の組成の磁性塗布液を準備した。
（磁性塗布液の組成）
Ｃｏ含有γ−Ｆｅ_２Ｏ_３ …１００重量部
（Ｈｃ＝７５０Ｏｅ、比表面積（ＢＥＴ）＝４３ｍ^２／ｇ）
塩化ビニル−酢酸ビニル−ビニルアルコール共重合体 … １０重量部
ポリエステルポリウレタン樹脂 … １０重量部
カーボンブラック … ５重量部
アルミナ粉末 … ５重量部
ステアリン酸 … ２重量部
ステアリン酸ブチル … １重量部
メチルエチルケトン …１００重量部
トルエン …１００重量部
シクロヘキサノン … ８０重量部
ポリイソシアネート … ４重量部
実施例１〜４、比較例１〜５
下記の表１に示されるように、バックエッジ面を構成する３平面の境界部における頂角θ_１、θ_２を種々変更し、バックエッジ面の表面粗さＲａ、バックエッジ長を所定値に設定した図１に示される押出し塗布ヘッド１を用い、上記の磁性塗布液を支持体１１に塗布し、乾燥して磁気記録層（厚み３μｍ）を形成した。その後、カレンダー処理を行い、１２．６５ｍｍ幅にスリットして磁気記録媒体（ビデオテープ）とした。尚、表面粗さＲａの測定方法、塗布条件は下記に示されるものとした。
（表面粗さＲａの測定方法）
測定機：サーフテスト３０１Ａ（ミツトヨ（株）製）
測定長：図３の▲１▼の平面研磨が完了した時点で０．８ｍｍ測定
カットオフ値：０．８
測定点：幅方向５点、各点で研磨目に対して４５°交差で２回走査
（塗布条件）
支持体の搬送速度：３００ｍ／分
比較例６〜９
バックエッジ面を２平面から構成されるものとし、下記の表１に示されるように各平面の境界部における頂角θ_１を種々変更し、バックエッジ面の表面粗さＲａ、バックエッジ長を所定値に設定した押出し塗布ヘッドを使用した他は、上記の実施例１〜４と同様にして磁気記録媒体を作成した。
実施例５〜８、比較例１０
下記の表１に示されるように、バックエッジ面の表面粗さＲａを種々変更し、バックエッジ面を構成する３平面の境界部における頂角θ_１、θ_２、バックエッジ長を所定値に設定した図１に示される押出し塗布ヘッド１を使用した他は、上記の実施例１〜４と同様にして磁気記録媒体を作成した。
実施例９〜１４、比較例１１〜１２
下記の表１に示されるように、バックエッジ面の表面粗さＲａおよびバックエッジ長を種々変更し、バックエッジ面を構成する３平面の境界部における頂角θ_１、θ_２を所定値に設定した図１に示される押出し塗布ヘッド１を使用した他は、上記の実施例１〜４と同様にして磁気記録媒体を作成した。
実施例１５
バックエッジ面を５平面から構成されるものとし、バックエッジ面を構成する５平面の境界部における頂角θ_１、θ_２、θ_３、θ_４、バックエッジ面の表面粗さＲａおよびバックエッジ長を下記の表１に示されるように設定した押出し塗布ヘッドを使用した他は、上記の実施例１〜４と同様にして磁気記録媒体を作成した。
【００２９】
上記のように作成した磁気記録媒体の磁気記録層の塗布面特性を下記の評価基準にしたがって評価し、その結果を下記の表１に示した。
【００３０】
（塗布面特性の評価基準）
◎ … １０００ｍｍ幅×１００００ｍ長において塗布スジおよび塗布ムラがなく良好
○ … １０００ｍｍ幅×１００００ｍ長において塗布スジが２本以下、かつ、塗布ムラが目立たない
× … １０００ｍｍ幅×１００００ｍ長において塗布スジが３本以上、塗布ムラが著しい
【００３１】
【表１】

実施例１〜４と比較例１〜５の塗布面特性を対比すると、バックエッジ面を構成する３平面のなす頂角の大きさにより塗布液流動性が変化し、バックエッジ面による良好なドクターエッジ効果は、本発明の頂角範囲において得られることが確認された。
【００３２】
実施例１〜４と比較例６〜９の塗布面特性を対比すると、バックエッジ面が２平面から構成される押出し塗布ヘッドのおける塗布液の流動性が、本発明の押出し塗布ヘッド（３平面構成）に比べて劣っていることが明らかとなった。
【００３３】
実施例５〜８と比較例１０の塗布面特性を対比すると、バックエッジ面の表面粗さＲａを０．２μｍ以下とすることにより塗布液流動性が良好となり、バックエッジ面による良好なドクターエッジ効果が得られることが確認された。尚、本発明では、バックエッジ面形成は図３に示されるように平面研磨により行うことができ、湾曲研磨に比べて表面粗さＲａをより小さいものとすることが容易であった。
【００３４】
実施例９〜１４と比較例１１〜１２の塗布面特性を対比すると、バックエッジ長を０．５〜５．０ｍｍの範囲、好ましくは０．８〜３．０ｍｍの範囲とすることにより、良好な塗布面特性が得られることが確認された。
【００３５】
実施例４と実施例１５の塗布面特性を対比すると、バックエッジ面が３平面で構成された場合と５平面で構成された場合では塗布面特性に大きな違いは認められず、両者とも良好な結果であり、バックエッジ面の構成面数は３平面で充分であることが確認された。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば押出し塗布ヘッドのドクターエッジの役割を果たすバックエッジ面が、各平面の境界部における頂角が１７５°以上１８０°未満の範囲であり支持体の搬送方向に沿って連続した３以上の平面で構成されており、バックエッジ面形成を平面研磨により行うことができるため、バックエッジ面の表面粗さＲａを０．２μｍ以下の良好な状態にすることが容易であり、このため、スリット部から押し出され支持体に塗布される塗布液の流動性が良好であり、また、スリット部出口に異物が蓄積せず、スジや塗布ムラを発生することなく支持体に均一な塗布膜を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の塗布装置を構成する押出し塗布ヘッドの一例を示す断面図である。
【図２】図１に示される押出し塗布ヘッドのバックエッジの部分拡大断面図である。
【図３】本発明の塗布装置を構成する押出し塗布ヘッドのバックエッジ面の作成方法を説明するための図である。
【図４】本発明の塗布装置を構成する押出し塗布ヘッドの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…押出し塗布ヘッド
２…フロントエッジ
３…フロントエッジ面
４…バックエッジ
５…バックエッジ面
５ａ，５ｂ，５ｃ…バックエッジ面を構成する平面
６…センターエッジ
７…センターエッジ面
８，８´…スリット部
９，９´…ポケット部
１１…支持体
Ｌ…バックエッジの長さ

Claims

スリット部から塗布液を連続的に押し出して支持体表面に塗布液を塗布する押出し塗布ヘッドを備えた塗布装置において、前記塗布ヘッドのバックエッジの上端面であるバックエッジ面は前記支持体の搬送方向に沿って連続した３以上の平面で構成され、各平面の境界部における頂角は１７８°以上１８０未満の範囲であり、かつ、前記バックエッジ面の表面粗さＲａは０．０５μｍ以下であり、前記バックエッジの長さは０．８〜３．０ｍｍの範囲にあることを特徴とする塗布装置。
前記押出し塗布ヘッドは前記スリットを２以上備え、前記バックエッジ面の支持体搬送方向上流側に１以上のセンターエッジ面を有することを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。