JP4396871B2 - 塗工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続的に走行するウェブに対して塗工液を塗布するエクストルージョン型のダイヘッドを使用した塗工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エクストルージョン型のダイヘッドを使用する塗工装置は、均一な薄膜塗工が可能であることから種々の分野で広く利用されている。従来のエクストルージョン型のダイヘッドは、例えば図１に示すように、スリット面１０を有する下流側リップ２と、スリット面１２を有する上流側リップ３を備えており、下流側リップ２のスリット面１０と上流側リップ３のスリット面１２との間のスリット１１から塗工液２０が吐出される。そしてこのダイヘッドを使用した塗工装置により塗工を行う場合、ダイヘッドの先端リップとウェブとの間隔は、目標とする塗工膜厚の１．５〜２倍程度に設定し、スリット１１を通して塗工液２０を連続的に走行するウェブ２２に対して略垂直に吐出することにより、ウェブ上に塗工膜２１を直接形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のダイヘッドを使用した塗工装置では、上述のように被塗工体であるウェブに対してヘッド先端リップを膜厚の１．５〜２倍程度に保つことにより塗工を行っている。この範囲を越えた場合、例えばウェブと先端リップとの間隔が近すぎる場合には、塗工液がリップ先端部に回り込むことによりストリーク等が発生し、またウェブ振動などによりヘッド先端部とウェブとが接触し、塗工されない箇所が発生してしまう。また、ウェブと先端リップとの間隔が開き過ぎている場合には、エアーの抱き込みが発生して一様な塗工面が得られないといった問題が生じる。
【０００４】
上記の問題点を解決するために、本発明は、ダイヘッドのリップ先端部とウェブとの間の間隔を広げた状態で、しかも塗工液が途切れることなく且つ安定して転移するような条件で塗工を行うことができる塗工装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の塗工装置は、エクストルージョン型のダイヘッドを使用し、連続的に走行するウェブに対して塗工液の塗布を行う塗工装置であって、ダイヘッドのスリット幅ｔとスリットから吐出される液膜の厚みＨが、β；塗工液の運動量補正係数としたときに、
Ｈ＝ｔ／β（≧１） ・・・・１）
の関係式で表され、なおかつ液膜の厚みＨが、ρ；密度〔ｇ／ｃｍ³ 〕、Ｖ；液膜の落下速度〔ｃｍ／ｓ〕、σ；表面張力〔ｇ／ｓ² 〕、Ｓ；膜厚〔ｃｍ〕、Ｕ；ウェブ速度〔ｃｍ／ｓ〕、μ；粘度〔ｇ／ｃｍ・ｓ〕であるときに、
ρＨＶ² ＞２σ ・・・・２）
０＜ρＳ² Ｕ／μＨ＜２ ・・・・３）
の範囲にあることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る塗工装置は、エクストルージョン型のダイヘッドを使用し、連続的に走行するウェブに対して塗工液の塗布を行うタイプで、次の１）〜３）式に示す条件を満たすように設計される。すなわち、ダイヘッドのスリット幅ｔとスリットから吐出される液膜の厚みＨが、β；塗工液の運動量補正係数としたときに、
Ｈ＝ｔ／β（≧１） ・・・・１）
の関係式で表され、なおかつ液膜の厚みＨが、ρ；密度〔ｇ／ｃｍ ³ 〕、Ｖ；液膜の落下速度〔ｃｍ／ｓ〕、σ；表面張力〔ｇ／ｓ ² 〕、Ｓ；膜厚〔ｃｍ〕、Ｕ；ウェブ速度〔ｃｍ／ｓ〕、μ；粘度〔ｇ／ｃｍ・ｓ〕であるときに、
ρＨＶ ² ＞２σ ・・・・２）
０＜ρＳ ² Ｕ／μＨ＜２ ・・・・３）
の範囲にあるように設計される。これらの関係式１）、２）、３）はそれぞれ以下のＡ）、Ｂ）、Ｃ）に基づいて導出される。
【０００７】
Ａ）スリットの幅と液膜の厚さの関係
図２は幅ｔのスリットから塗工液が吐出され、厚さＨの液膜が形成される様子を示す説明図である。スリット内での塗工液の速度をＶ１、スリットから吐出された塗工液が形成する液膜の速度をＶ２として連続の式を当てはめると、
ｔＶ１＝ＨＶ２ ・・・・４）
このときの運動量保存式は次の通りである。
βρＱＶ１＝ρＱＶ２ ・・・・５）
β；運動量補正係数、Ｑ；単位幅流量
これら４）、５）より、
Ｈ＝ｔ／β ・・・・１）
ここで、βは１以上の値で、ニュートン流体の場合は１．２程度である。ちなみに非ニュートン流体の場合はほぼ１となる。
【０００８】
Ｂ）完全成膜の条件
スリットから吐出されて流れる塗工液の表面張力以上に運動量（力積）が大きければ液膜は破断しないため、力の釣り合いにより次の条件が導出される。
ρＱＶ＝ρＨＶ² ＞２σ ・・・・２）
σ；表面張力〔ｇ／ｓ² 〕、Ｖ；液膜の落下速度〔ｃｍ／ｓ〕
【０００９】
Ｃ）塗工膜が安定に形成される条件
上記Ａ）、Ｂ）で決定されるＨによってウェブ上に形成される塗工膜の安定性の条件を以下に示す。
【００１０】
図３はウェブの停止時における塗工液の流れを示す説明図、図４は平衡状態を保った時の塗工液の流れを示す説明図である。塗工膜を安定に形成するためには、図３に示した左右に分割される運動量を速度Ｕでウェブを移動させることにより、図４に示したＸ方向のみとなるようにせん断力を与えて平衡状態を保つようにする。このときの運動量Ｆ₀ 、Ｆ₁ はそれぞれ次のようになる。
Ｆ₀ ＝０．５ρＱＶ ・・・・６）
Ｆ₁ ＝ρＱＶ＝ρＨＶ² ・・・・７）
また図４におけるせん断力Ｆ₂ は、剪断応力をτ、境界長さをδとして、
Ｆ₂ ＝τ・δ＝μｄｕ／ｄｙ・δ ・・・・８）
慣性力Ｆ₃ は、
Ｆ₃ ＝ρ・０．５（Ｓ＋Ｈ）・δ・ｄｕ／ｄｔ ・・・・９）
このとき、
ｄｕ／ｄｙ＝０．５（Ｕ＋Ｖ）／０．５（Ｓ＋Ｈ） ・・・・１０）
ここで、１０）式に連続の式ＵＳ＝ＶＨを代入すると、
ｄｕ／ｄｙ＝（Ｕ＋Ｖ）／Ｈ（Ｖ／Ｕ＋１）＝Ｕ／Ｈ ・・・・１１）
また７）式にも連続の式を代入すると、
０．５ρＱＶ＝０．５ρＨＶ² ＝０．５ρＨ（ＵＳ／Ｈ）²
＝０．５ρＵ² Ｓ² ／Ｈ ・・・・１２）
８）式と１２）式が釣り合うことにより平衡状態となるため、
０．５ρＵ² Ｓ² ／Ｈ＝μＵ／Ｈ・δ ・・・・１３）
１３）式を整理すると、図４に示した平衡状態を保つ次の条件式が得られる。
δ＝ρＳ ² Ｕ／２μ ・・・・１４）
【００１１】
図５はエアー同伴直前の塗工液の流れを示す説明図、図６は安定状態となった塗工液の流れを示す説明図、図７はヒール発生時の塗工液の流れを示す説明図である。境界長さδの領域を考えると、
δ＝ρＳ² Ｕ／２μ ・・・・１５）
ａＨ＝δより、
ａ＝ρＳ² Ｕ／２μＨ ・・・・１６）
エアー同伴やヒール発生を生じさせずに安定した塗工膜を形成する条件は０＜ａ＜１であるので、１６）式に当てはめると、
０＜ρＳ² Ｕ／２μＨ＜１ ・・・・１７）
従って、
０＜ρＳ² Ｕ／μＨ＜２ ・・・・３）
【００１２】
【実施例】
表１に示す８つの条件（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８）で塗工を行った。すなわち、密度ρ〔ｇ／ｃｍ³ 〕、粘度μ〔ｇ／ｃｍ・ｓ〕の塗工液を使用し、その塗工液をスリット幅ｔ〔ｃｍ〕のダイヘッドから吐出しつつ、速度Ｕ〔ｃｍ／ｓ〕で連続的に搬送されるウェブに対して膜厚Ｓ〔ｃｍ〕で塗工した。そして、これらの数値を前記の関係式１）、２）、３）に当てはめ、ρＳ² Ｕ／μＨを計算した。その計算結果も併せて表１に示す。０＜ρＳ² Ｕ／μＨ＜２になっているＮｏ．２、３、５〜７については安定塗工が行えたが、それ以外の例では塗工が不安定であった。
【００１３】
【表１】

【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の塗工装置によれば、完全成膜されるということにより式２）を満たし、また塗工液の物性値に基づいて塗工条件を式１）を満たすように設定することにより、ウェブとダイヘッド先端との距離を塗工膜厚に対して１０〜１００倍程度離すことが可能となり、ウェブ振動などの外乱やウェブ自体の厚みムラ、表面粗度の影響を受けずに安定した塗工を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】エクストルージョン型のダイヘッドの一例を示す概略図である。
【図２】幅ｔのスリットから塗工液が吐出され、厚さＨの液膜が形成される様子を示す説明図である。
【図３】ウェブの停止時における塗工液の流れを示す説明図である。
【図４】平衡状態を保った時の塗工液の流れを示す説明図である。
【図５】エアー同伴直前の塗工液の流れを示す説明図である。
【図６】安定状態となった塗工液の流れを示す説明図である。
【図７】ヒール発生時の塗工液の流れを示す説明図である。
【符号の説明】
２ 下流側リップ
３ 上流側リップ
１０ スリット面
１１ スリット
１２ スリット面
２０ 塗工液
２１ 塗工膜
２２ ウェブ

Claims (1)

1. エクストルージョン型のダイヘッドを使用し、連続的に走行するウェブに対して塗工液の塗布を行う塗工装置であって、ダイヘッドのスリット幅ｔとスリットから吐出される液膜の厚みＨが、β；塗工液の運動量補正係数としたときに、
   Ｈ＝ｔ／β（≧１） ・・・・１）
   の関係式で表され、なおかつ液膜の厚みＨが、ρ；密度〔ｇ／ｃｍ³ 〕、Ｖ；液膜の落下速度〔ｃｍ／ｓ〕、σ；表面張力〔ｇ／ｓ² 〕、Ｓ；膜厚〔ｃｍ〕、Ｕ；ウェブ速度〔ｃｍ／ｓ〕、μ；粘度〔ｇ／ｃｍ・ｓ〕であるときに、
   ρＨＶ² ＞２σ ・・・・２）
   ０＜ρＳ² Ｕ／μＨ＜２ ・・・・３）
   の範囲にあることを特徴とする塗工装置。

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