JP4573550B2 - 塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は、スリットダイによって塗液を基材表面に均一に塗工し、薄膜を形成する塗工装置に関する。例えば、ディスプレイ用の反射防止膜あるいはレジスト塗工、光学フイルタ、コンデンサーのセパレータ等の被塗工面に均一且つできるだけ薄く塗液を高速で塗布する用途に好適な塗工装置に関する。

スリット状の塗液吐出路を備えたスリットダイにより、基材の表面に対して、いわゆるコーティングビードを形成し、塗液を基材表面に均一に塗工するようにした塗工技術は広く知られている。そして、このような塗工装置において、コーティングビードを安定させるためにビード下流側を減圧することが有効であることも知られている。つまり、スリットダイによる塗工方式では、リップ先端と基材塗工面との間にビードを形成し、このビードを安定保持させることが、均一な塗工に繋がる。しかしながら、リップと基材の相対速度が高速になるに従い、塗液と基材間のビードが破壊され、均一な塗工面が得にくくなる。また、塗工厚を１μｍ〜数μｍ程度の薄膜に形成する場合などには、通常の減圧機構を持たないスリットダイ塗工では、リップと基材間の距離を、膜厚に応じて比例的に小さくする必要があり、バックアップロールの振れ精度や、リップの真直度等の加工上の困難さを伴う。

減圧するための代表的な機構として、基材流れ方向上流側に減圧室を設けるものがある。そして、減圧度を上げる方法として、減圧室を基材走行方向に延設された減圧室を設けるものが知られている（例えば、特許文献１）。この場合、バックアップロールとダイ先端に挟まれた狭い空間に減圧ノズルを構成する必要があり、減圧効果を高めるための、ノズル先端をできるだけ吐出口に近づける構成を採ることが困難である。また、均一な引圧を発生させるために、ある程度大きな減圧室を設ける必要があり、装置的にも大型になり、保全性、操作性を損なうという問題もある。

また、ダイリップ先端付近にスリットを設け、引圧を付与する方法も開示されているが（特許文献２）、前記特許文献１に開示されている方式におけるのと同様、減圧室を塗工用スリットの基材流れ方向上流側に設けて所望の効果を得るようにしている。しかしながら、この特許文献２においては、上記減圧室、引圧を付与するスリットについて具体的な構成は記載されていない。また、減圧室とスリットの関係を規定せず、単に引圧を付与するスリットを設けただけでは、現実には、基材全幅方向に渡って均一な引圧を発生させることは困難である。

さらに、特許文献３においても同様に、塗工スリット近傍にダイと一体化した吸引用スリットを構成し、ビードを安定化させる構造が開示されているが、この構造もまた、吸引用スリットを基材流れ方向上流側に設ける方式である。この方式において、ビードを安定化させるためには、吸引圧を均一化する必要があり、前記同様、減圧室とスリットの関係を規定しなければ、その効果を判断することはできない。また、この方式においても、とくに、吸引用スリットはダイブロックの一部に特別な専用加工を施す必要があり、高価であり且つ塗液特性等の諸条件による選択的な形状の変更にも、多大な時間とコストを必要とする。
特開平１−２１３６４１号公報 特許第３１３９３５９号公報 特開２００３−５３２３３号公報

上述の如く、スリットから塗液を吐出し、高速化や極薄膜を形成しようとする場合、減圧機構が有効な手段となる。さらに、その減圧機構には、安価で且つ製作上、保全上の簡便さが求められる。そのためには、第一に、塗液吐出用スリットのできるだけ近傍に吸引用スリットを配置することが望ましく、且つ、その吸引用スリットにより発生する引圧は、基材幅方向に対して均一となることが必要である。第二に、引圧発生用スリットは、ダイ本来の機能である塗液を均一に吐出する機構と併設される場合、既存の塗工設備に容易に展開でき、且つ安価な改造で適用できることが工業上求められる。

これらの点について、前述のような従来技術による方法では、吸引用スリットの引圧の均一性の必要性は論じているが、その具体的な実現方法は開示されていない。さらに、吸引用スリットを構成しようとする場合、従来確立されている塗工ダイの構成要素を新たに吸引機構付きダイとして設計、製作しなければならず、装置のコストを押し上げる結果となる。

そこで本発明の課題は、塗液吐出用スリットのできるだけ近傍に吸引用スリットを配置でき、且つ、基材幅方向に均一に望ましい形態で引圧を発生させることができ、しかも、既存のスリットダイを大幅に設計変更せずに容易にこの吸引用スリット構成を組み込むことが可能なスリットダイを有する塗工装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る塗工装置は、被塗工基材の流れ方向における上流側ブロックと下流側ブロックの少なくとも２つのブロックを組み合わせて、塗液を幅方向に均一に吐出させるためのマニホールドおよびスリット状のランド部を構成したスリットダイを有する塗工装置において、前記スリットダイが、マニホールド形成用の溝が形成された一方のブロックとマニホールドの他の一面を構成する平面を有するもう一方のブロックとを有する既存のスリットダイの前記マニホールド形成用の溝が形成された一方のブロックと、該既存のスリットダイ用に待機されている予備のスリットダイの前記マニホールド形成用の溝が形成された一方のブロックの、２つのブロックを用いて構成されており、前記スリットダイ内に配置された少なくとも２枚のシムプレートの間に、少なくとも１枚のプレートリップを挟み込むとともに、その両側から前記マニホールド形成用の溝が形成された２つのブロックのうちの一方のブロックとしての上流側ブロックと前記マニホールド形成用の溝が形成された２つのブロックのうちの他方のブロックとしての下流側ブロックで挟み込み、これらを密着係合させることにより、上流側に減圧用スリットを、下流側に塗液吐出用のスリットを形成したことを特徴とするものからなる。

すなわち、本発明では、塗工用スリット（塗液吐出用のスリット）の近傍に、引圧発生用スリット（減圧用スリット）を構成する手段として、少なくとも２つのブロックを組合せ、塗液を幅方向に均一吐出させるためのマニホールドおよびランド部を構成してなるスリットダイにおいて、スリットダイが、既存の設備に用いられているスリットダイのマニホールド溝が形成されたブロックと、待機されている予備の既存のスリットダイのマニホールド溝が形成されたブロックとの２つのブロックを用いて構成されており、少なくとも２枚のシムプレートの間に、少なくとも１枚のプレートリップを挟み込み、さらにその両側から、上記既存の設備に用いられているマニホールド溝が形成された２つのブロックとしての上流側ブロックと下流側ブロックで挟み込み、これらを密着係合させることにより、下流側の塗液吐出用のスリットに極めて近接させた状態にて上流側に減圧用スリットを併設する構成とすることができるようにしたものである。

この本発明に係る塗工装置においては、上流側ブロックと下流側ブロックとプレートリップの先端面が平面に形成されていることが好ましい。つまり、上流側の減圧用スリットの出口および下流側の塗液吐出用スリットの出口については、それぞれ、その両側が平面に形成されていることが好ましい。これによって、容易に、基材側に対するダイ側の平行度や真直度を望ましい状態にすることができ、加工の容易性の確保、精度の向上をはかることができる。それによって、引圧の均一性、コーティングビードの均一性も向上可能となる。また、スリットダイの先端面全面として平面に形成することになるから、基材側に対して、より容易に望ましい平行度や真直度を達成できる。

また、リッププレートの厚みとしては１ｍｍ以上であることが好ましい。リッププレートにより区画される塗液吐出用スリットと減圧用スリットとの間には差圧が加わるため、間にあるリッププレートにはある程度の強度が要求されることになるが、厚みを１ｍｍ以上とすることにより、強度、形状安定性が確保される。

本発明に係る塗工装置によれば、上流側ブロックと下流側ブロックで少なくとも２枚のシムプレートと１枚のプレートリップを挟み込むことにより、上流側の減圧用スリットと下流側の塗液吐出用のスリットを近接して構成することができるので、減圧用スリットにより塗工幅方向に対する減圧度を均一化させ、また、その減圧用スリットを塗液吐出用スリットの直上流側に配置することにより、減圧度低下防止のためのシール構造を要することなくコーティングビード近傍に塗工幅方向に均一化させた高い減圧を与えることができる。その結果、コーティングビードを所望の形態に安定して維持することができ、極めて薄い膜を均一に塗工することが可能になる。

また、上流側ブロックと下流側ブロックとプレートリップの先端面を平面とすることにより、バックアップロールの形状や基材接触を考慮したシール構造を要することなく、ダイ先端面をバックアップロールに接近させることができ、それによってエアの侵入を防止する効果を得ることができるので、より高い吸引力をコーティングビードに与えることができる。また、加工の容易性の確保、精度の向上をはかることもでき、基材側に対して、容易に望ましい平行度や真直度を達成でき、一層均一なコーティングビードを形成、維持できるようになる。

また、プレートリップの厚みを１ｍｍ以上として、ダイ内での差圧の発生に対して十分に所定の形状に維持できるようにすることにより、上記のような良好な性能をより安定して維持することが可能になる。

さらに、本発明は、後述の実施態様に示すように、とくに、既存の設備の組み合わせ（つまり、既存の設備に用いられているマニホールド溝が形成された２つのブロックの組み合わせ）で簡便に実施することが可能であり、設計上、コスト上、大きな利点が得られる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施態様に係る塗工装置、とくにそのスリットダイを示しており、図５〜図７は、比較のために示した従来の塗工装置、とくにそのスリットダイを示している。

図１において、塗工装置１は、バックアップロール２に対向配置されたスリットダイ３を有しており、スリットダイ３から吐出された塗液が、コーティングビードを形成した状態にて、バックアップロール２上を搬送される被塗工シート状基材４の表面に塗工される。図１〜図４に示すように、スリットダイ３は、基材４の流れ方向の上流側に位置する上流側ブロック５と下流側に位置する下流側ブロック６の少なくとも２つのブロックを有しており、その間に配置された少なくとも２枚のシムプレート７、８の間に少なくとも１枚のプレートリップ９が挟み込まれている。これら部材が密着係合されて、上流側ブロック５、シムプレート７、プレートリップ９により、減圧用マニホールド１０と減圧用スリット１１が形成され、下流側ブロック６、シムプレート８、プレートリップ９により、塗工用マニホールド１２と塗液吐出用スリット１３が形成されている。したがって、基材４の流れ方向に、減圧用スリット１１は吐出用スリット１３の直上流側に配置されている。

図２は図１のＡ部を拡大表示したものである。プレートリップ９の厚みは１ｍｍ以上とされている。また、本実施態様では、上流側ブロック５の先端面と下流側ブロック６の先端面およびプレートリップ９の先端面は平面に形成されている。減圧用スリット１１と塗液吐出用スリット１３は、それぞれシムプレート７、８の厚みによって規制される一定の所定幅にて、図３に示すように、基材４の幅方向（ダイ３の幅方向）に所定長延びている。

このように構成された塗工装置１においては、バックアップロール２の回転によって被塗工物となる基材４が搬送される。上流側ブロック５と下流側ブロック６でシムプレート７、８、プレートリップ９を挟むことにより、減圧用スリット１１と塗液吐出用スリット１３を形成したスリットダイ３が、そのダイ３の先端面と基材４表面との間隙が例えば１０μｍ〜１ｍｍの範囲内のある設定値となるように接近される。塗工用マニホールド１２まで送液された塗液は、塗工用マニホールド１２から塗液吐出用スリット１３への流路が縮小流路となるため、幅方向に均一に広げられる。均一に広げられた塗液は塗液吐出用スリット１３と通して吐出され、図２に示すようにコーティングビードを形成しつつ基材４に塗布される。塗液送液量安定後、減圧用マニホールド１０と減圧用スリット１１が減圧される。エアの流れはコーティングビード上流側部分、減圧用スリット１１、減圧用マニホールド１０の順となる。減圧度の強さの、幅方向均一性の調整は、シムプレート７の厚さの変更による減圧用スリット１１の間隙調整にて行う。

上記の塗工においては、上流側の減圧用スリット１１と下流側の塗液吐出用スリット１３が極めて近接されて配置されることになるので、近接された減圧用スリット１１により塗工幅方向に対する減圧度が均一化される。そして、減圧用スリット１１が塗液吐出用スリット１３の直上流側に配置されることにより、減圧度低下防止のためのシール構造を要することなくコーティングビード近傍に塗工幅方向に均一化された高い減圧を与えることができる。その結果、コーティングビードを所望の形態に安定して維持することができ、極めて薄い膜を均一に塗工することが可能になる。

このようなスリットダイ３は、既存の設備を利用して構成することが可能である。すなわち、従来の塗液吐出のみのダイを構成するブロックは、例えば図５〜図７に示すような構成を有している。スリットダイ２１は、マニホールド２２形成用の溝が形成された一方のブロック２３と、マニホールド２２の他の一面を構成する平面を有するもう一方のブロック２４とを、設計上必要とされるランド隙間（スリット２５）を構成するためのシム２６を挟んで、一体係合される構造となっている。また通常、保全、操業上の理由から、予備のダイを少なくとも１式待機させておくことが行われている。

このような既存の設備を利用して本発明に係るスリットダイ３が構成される。この場合、塗液塗工用スリットと引圧発生用スリットは例えば次のように構成される。従来の塗工用ダイブロックのうちの、マニホールド溝が形成されたもの（上記例では、ブロック２３）を２つ用意し、さらに塗液塗工用スリットのランド幅を規定するシムプレート８、及び引圧発生用スリットのランド幅を規定するシムプレート７、さらに、塗液吐出用スリット１３と引圧発生用スリット１１の間隔を規定するリッププレート９を互いに重ね合わせ、上記の２つのマニホールドブロックで一体係合することによって構成できる。引圧発生機構付与のために新たに設計製作されるものは、安価なシムプレート７、８及びリッププレート９のみであり、高価なダイブロック等を専用に製作する必要がない。したがって、既存の設備を利用して本発明に係るスリットダイ３を安価にかつ簡単に構成することができる。

また、ダイブロックのリップ先端とリッププレート９の先端は、基材４とリップ間の平行度等を確保するために、平面的に構成されることが望ましく、加工上同時研磨等の方法により真直度の同一性を高めることが可能であることが望ましい。したがって、本実施態様では、上流側ブロック５、下流側ブロック６の先端面と、プレートリップ９の先端面は平面として構成され、これによって加工の簡便性と精度の向上が図られている。

さらに、両スリット１１、１３間に装填されるリッププレート９の厚みは、引圧効果を効率的に作用させるためには、薄い、すなわちスリット間距離は狭い方が良いが、その場合、吸引作用により塗液を吸引側スリット１１内へ吸引してしまう問題があるので、適当な最小厚みが存在する。加えて、リッププレートの塗液側のランド面と、吸引側（通常空気）のランド面にかかる圧力には差があり、この差圧に対して、リッププレート９には、ある程度の強度が必要となる。また、リッププレート９の強度は前記リッププレート先端面の平面加工時にも、適当な最小厚みが存在する。従って、本実施態様では、加工上の強度及び塗工運転時のリッププレートの強度及び安定性を確保するために、リッププレート９の厚みが１ｍｍ以上とされている。

このように、塗液塗工用スリット１３の直上流側に引圧発生用スリット１１を設けたスリットダイ３の性能を、とくに塗工可能膜厚との関係に関して試験により確認した。試験は、塗液粘度が１００ｃｐ、基材速度が１０ｍ／分、スリットダイのリップ幅が４００ｍｍの条件にて実施し、吸引を行う場合と、行わない場合とについて比較した結果、表１に示すようになった。表１に示すように、本発明に係るスリットダイを用いて吸引を行うことにより、従来の吸引無しのダイに比べ、塗工可能膜厚を大幅に低減できることが可能となる。

本発明に係る塗工装置は、均一で薄い塗工厚みにて高速塗工することが要求されるあらゆる用途に好適であり、ディスプレイ用の反射防止膜あるいはレジスト塗工、光学フイルタ、コンデンサーのセパレータ等における塗工に用いて好適なものである。

本発明の一実施態様に係る塗工装置の概略構成図である。 図１のＡ部の拡大断面図である。 図１のスリットダイの吐出側から見た平面図である。 図１のスリットダイの分解斜視図である。 従来の塗工装置の概略構成図である。 図５のＢ部の拡大断面図である。 図５のスリットダイの吐出側から見た平面図である。

符号の説明

１ 塗工装置
２ バックアップロール
３ スリットダイ
４ 基材
５ 上流側ブロック
６ 下流側ブロック
７、８ シムプレート
９ プレートリップ
１０ 減圧用マニホールド
１１ 減圧用スリット
１２ 塗工用マニホールド
１３ 塗液吐出用スリット

Claims (3)

1. 被塗工基材の流れ方向における上流側ブロックと下流側ブロックの少なくとも２つのブロックを組み合わせて、塗液を幅方向に均一に吐出させるためのマニホールドおよびスリット状のランド部を構成したスリットダイを有する塗工装置において、前記スリットダイが、マニホールド形成用の溝が形成された一方のブロックとマニホールドの他の一面を構成する平面を有するもう一方のブロックとを有する既存のスリットダイの前記マニホールド形成用の溝が形成された一方のブロックと、該既存のスリットダイ用に待機されている予備のスリットダイの前記マニホールド形成用の溝が形成された一方のブロックの、２つのブロックを用いて構成されており、前記スリットダイ内に配置された少なくとも２枚のシムプレートの間に、少なくとも１枚のプレートリップを挟み込むとともに、その両側から前記マニホールド形成用の溝が形成された２つのブロックのうちの一方のブロックとしての上流側ブロックと前記マニホールド形成用の溝が形成された２つのブロックのうちの他方のブロックとしての下流側ブロックで挟み込み、これらを密着係合させることにより、上流側に減圧用スリットを、下流側に塗液吐出用のスリットを形成したことを特徴とする塗工装置。
2. 上流側ブロックと下流側ブロックとプレートリップの先端面が平面に形成されている、請求項１に記載の塗工装置。
3. リッププレートの厚みが１ｍｍ以上である、請求項１または２の塗工装置。

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