JP4736408B2

JP4736408B2 - ダイヘッド

Info

Publication number: JP4736408B2
Application number: JP2004338225A
Authority: JP
Inventors: 孝青木; 正明高橋
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2024-11-22
Also published as: JP2006142248A

Description

本発明は、カラーフィルタ製造工程、有機ＥＬ素子製造工程、燃料電池製造工程、フォトマスク製造工程、包装材製造工程などにおいて、ウェブや板材などの被塗工物に対して塗工液を塗布するために用いるダイヘッドに関する。

従来より、図４（ａ）に示すように、バックアップロール１に支持されて走行中のウェブ（被塗工物）２にダイヘッド３を対向、配置し、該ダイヘッド３から塗工液を膜状に吐出して塗布する塗工装置、図４（ｂ）に示すように、定盤４上に載置された板材又はシート（被塗工物）５にダイヘッド３を対向、配置し、そのダイヘッド３から塗工液を膜状に吐出しながらダイヘッド３を定盤４上の板材又はシート５に対して相対的に移動させ、塗布する塗工装置等が知られている。この種の塗工装置に用いるダイヘッド３は、図５、図６に示すように、第一ダイブロック７と第二ダイブロック８を備えており、その第一ダイブロック７と第二ダイブロック８にはそれぞれ、スリットギャップ９を形成するためのギャップ壁面７ａ、８ａと、互いに突き合わせて組み付けるための合わせ面７ｂ、８ｂが形成され、更に一方のダイブロック８には、合わせ面８ｂ側に大きく開口するようにマニホールド１０が形成され、且つそのマニホールド１０の長手方向の中央部に連通するように液供給口１１が形成されている。この二つのダイブロック７、８は、その合わせ面７ｂ、８ｂを互いに合わせて組み付け、長手方向（本明細書では、矢印Ｘ−Ｘ方向で示す吐出幅方向を長手方向という）に間隔をあけた複数箇所に配置した締結手段、例えばボルト１２によって締結、一体化され、ギャップ壁面７ａ、８ａの間に塗工液を吐出するためのスリットギャップ９を形成する構成となっている。

この構造の従来のダイヘッド３では、ダイブロック７、８にたわみが生じないようにするために、ダイブロック７、８を厚くしており、且つ各ダイブロック７、８のギャップ壁面７ａ、８ａ及び合わせ面７ｂ、８ｂを高精度で平坦な面となるように、すなわち、真直度及び平面度を精密に加工し、ダイブロック７、８を、合わせ面７ｂ、８ｂを合わせて組み付けることにより、ギャップ壁面７ａ、８ａ間に形成されるスリットギャップ９のギャップ寸法ｄが所定の値となり且つダイヘッドの長手方向に一定となるようにしていた。また、ここで用いるボルト１２の仕様は、ボルトの適正トルクによってボルト１２を締結することで、ダイブロック７、８の合わせ面７ｂ、８ｂ間に、液漏れを生じることのない、必要な面圧を確保できるように定められており、ダイヘッドの組み付けに当たっては、ボルト１２をそのボルトの適正トルクで締結し、適正トルクを用いることでボルト締結の再現性を得ていた。

しかしながら、従来のダイヘッドは、このように厚いダイブロック７、８を用いるため、重量がきわめて大きく、このため、一般的にダイ長さ（吐出幅）が６００ｍｍ以上の場合は重いダイヘッドをハンドリフターまたはクレーンなどで運ばなければならず、ダイヘッド取付時及び洗浄時等における作業性がきわめて悪いという欠点があった。

そこで、本発明者らは、図７に示すように、ダイヘッドを計量化するため、厚さを薄くしたダイブロック７Ａ、８Ａを用い、これを複数のボルト１２で締結する構造のダイヘッド３Ａを試作した。ところが、ダイブロック７Ａ、８Ａを薄くとすると、剛性が低下するため、ボルト１２で締結した時にダイブロック７Ａ、８Ａにたわみが生じ、特に、ダイブロック７Ａ、８Ａの先端で且つ長手方向の両端部で大きくなり、その結果、ボルトを締結する前にはスリットギャップ９のギャップ寸法ｄが長手方向に一定であったものが、ボルト締結後は、図３（ｂ）に誇張して示すように、中央領域に比べて両端領域で大きくなったプロファイルとなることが判明した。スリットギャップ９の両端領域に生じるたわみを小さくしてギャップ寸法ｄの増大を抑制するには、ボルト１２の締付けトルクを低くすればよいが、この締付けトルクを低くすると、合わせ面７ｂ、８ｂ間の面圧が低くなって漏れが生じる等のトラブルが生じ、また、ボルト１２の締付けトルクを、そのボルトの適正トルクよりも大幅に低くすると締結再現性が低下するという問題も生じる。

図５、図６に示す構造のダイヘッドとは別に、ダイ吐出側のスリットギャップの開口部をエアーシリンダにて調整する構成としたダイヘッドが特開２０００−３３４３５９号公報に提案されている。しかしながら、このダイヘッドでは、スリットギャップを形成している部分に弾性ひずみを発生させてギャップ寸法を調整しているが、ひずみを発生させた場合にはダイ洗浄後等の毎回の組み立て時に塗布精度に再現性が得られない。また、ダイ先端部での液滴保持状態により面質不良が発生する場合があり、先端部のみの部分的な修正では塗布速度を向上させるとか、塗布膜厚分布の精度を上げるなどの塗布条件の向上は図りにくいといった問題もある。特開２００３−２４８５７号公報には、くさびにてダイ吐出側のスリットギャップの開口部を調整する方法が提案されている。しかし、この方法も上記と同様にダイ先端部での液滴保持状態のばらつきにより面質不良を発生させる場合がある。また、開口部を開く、閉じる等の操作を行なうためにくさびを用いた場合、材料の弾性変形域を用いるが、弾性ひずみが発生した場合には操作範囲の限定、及び内部スリット精度を再研磨等により修正する必要があるといった問題がある。
特開２０００−３３４３５９号公報特開２００３−２４８５７号公報

本発明は係る問題点に鑑みてなされたもので、第一ダイブロックと第二ダイブロックとの厚さを薄くして軽量化した場合においても、スリットギャップのギャップ寸法をダイヘッド長手方向に高精度（例えば、１．０μｍ以内の精度）で一定とすることの可能なダイヘッドを提供することを課題とする。

本発明は、それぞれがスリットギャップを形成するためのギャップ壁面と互いに突き合わせて組み付けるための合わせ面を備え、その合わせ面を互いに合わせて組み合わせた時に前記ギャップ壁面の間に塗工液を吐出するためのスリットギャップが形成される構成の第一ダイブロック及び第二ダイブロックと、前記第一ダイブロック及び第二ダイブロックを、前記合わせ面の位置で且つ長手方向に間隔をあけた複数箇所で互いに締結する複数の締結手段を備えたダイヘッドにおいて、第一ダイブロック及び第二ダイブロックを薄くして軽量化した場合においても、各ダイブロック先端の両端領域に生じるたわみ量を小さく抑えることができるようにするため、前記第一ダイブロックと第二ダイブロックの両端部外面側に、ヤング率が、前記第一ダイブロック及び第二ダイブロックの２倍以上である補強材を組み込み、該補強材を前記締結手段で締結する構成としたものである。

本発明のダイヘッドは、第一ダイブロックと第二ダイブロックの両端部外面側を補強材で支える構造としているので、ダイヘッドを組み付けた際にダイヘッド両端部において大きく発生するたわみを小さく抑制することができ、スリットギャップ先端におけるギャップ寸法の、ダイヘッド長手方向におけるばらつきを小さく抑制できる。かくして、ダイヘッドを軽量化した場合におけるダイヘッド長手方向における吐出分布むらを小さくでき、膜厚精度を向上させることができる。換言すれば、膜厚のばらつきを拡大することなくダイヘッドの軽量化を図ることができ、取り扱い性を向上させることができる。

図１（ａ）は本発明の好適な実施の形態に係るダイヘッドの中央部分の概略断面図、（ｂ）はそのダイヘッドの端部近傍の概略断面図、図２は図１に示すダイヘッドの概略分解斜視図、図３（ａ）は図１に示すダイヘッドを組み付けた時にスリットギャップに生じるたわみを誇張して示す、ダイヘッドの概略平面図、（ｂ）は図７に示すダイヘッドを組み付けた時にスリットギャップに生じるたわみを誇張して示す、ダイヘッドの概略平面図である。全体を参照符号１３で示すダイヘッドは、第一ダイブロック１７と第二ダイブロック１８を備えており、その第一ダイブロック１７と第二ダイブロック１８にはそれぞれ、スリットギャップ１９を形成するためのギャップ壁面１７ａ、１８ａと、互いに突き合わせて組み付けるための合わせ面１７ｂ、１８ｂが形成され、更に一方のダイブロック１８にはマニホールド２０及びそのマニホールド２０の長手方向の中央部に連通する液供給口２１が形成されている。マニホールド２０はストレート型、コートハンガー型のいずれでもよい。ダイヘッド１３は更に、合わせ面１７ｂ、１８ｂを突き合わせた状態の第一ダイブロック１７及び第二ダイブロック１８を、その合わせ面の位置で且つ長手方向に間隔を開けた複数箇所で互いに締結する締結手段として、複数のボルト２２を備えている。

第一及び第二ダイブロック１７、１８は、長手方向の両端領域の外面側を切り欠いた形状としており、その切り欠いた形状の部分に補強材２５を組み込むことで、全体が平面研削しやすいブロック形状となるようにしている。この補強材２５は、ダイブロック１７、１８をボルト２２で締結した際にたわみが大きく生じてスリットギャップ先端の広がりが大きくなる領域、すなわち、ダイブロック１７、１８の両端領域を補強してたわみを抑制するために設けるものであり、ダイブロック１７、１８よりも剛性の大きいものが使用される。補強材２５が補強効果を発揮するには、補強材２５自体がボルト２２によって締結されることが必要であり、従って、各補強材２５は１本又は複数本のボルト２２を通す位置に配置されている。

補強材２５のサイズとしては、厚さ及び長さ（ダイヘッドの長手方向の長さ）共に大きいほど補強効果が大きいので補強面からは好ましいが、補強材２５として使用しうる金属材料は一般に高価であるため、補強材２５を大きくするとコスト高となる。また、ダイブロック１７、１８の中央領域では補強はあまり必要ないので、補強材２５を中央領域まで延ばす必要はない。従って、補強材２５の厚さ及び長さとしては、必要な補強効果を確保できると共にコストを低く抑えることができるように定めればよい。必要な補強効果を確保しうる補強材２５のサイズは、実験的に求めても良いし、有限要素法等の構造解析によって求めても良い。各補強材２５のサイズの目安としては、厚さはダイブロック１７、１８の全厚さの３０〜７０％程度、長さはダイブロック１７、１８の全長の１５〜３０％程度を例示できる。補強材２５の剛性としては、補強効果を高める上から高いことが好ましく、補強材２５のヤング率を、第一及び第二ダイブロック１７、１８のヤング率の２倍〜３倍程度とすることが好ましい。補強材２５はダイブロック１７、１８に対して接着剤、溶接、ねじ止め等の適当な手段で固定しておいてもよいし、単に押し当てているのみで、分離可能な形態としておいてもよい。

第一ダイブロック１７及び第二ダイブロック１８のギャップ壁面１７ａ、１８ａ及び合わせ面１７ｂ、１８ｂは、高精度で平坦面に加工されている。例えば、ギャップ壁面１７ａ、１８ａ及び合わせ面１７ｂ、１８ｂの真直度、平面度は、共に３μｍ以内に選定される。第一及び第二ダイブロック１７、１８のギャップ壁面１７ａ、１８ａ間に形成されるスリットギャップ１９のギャップ寸法ｄは、３０μｍ〜１．５ｍｍ程度に選定される。

ダイブロック１７、１８の材質としては、ステンレス、シリコロイ、セラミックなど精密加工が施しやすい硬度の高い材質（ＨＲＣ：３０〜６０程度）且つヤング率の比較的高いものとする。補強材２５の材質としては、超硬材、チタン合金等を例示できる。ダイブロック１７、１８の厚さは、軽量化を考慮して図５に示す従来のダイヘッド３よりも薄くしている。ダイブロック１７、１８を締結するために用いるボルト２２の仕様並びに使用個数は、ボルトの適正トルクで締結した際にダイブロック１７、１８を必要な面圧で締結できるように定めている。

上記構成のダイヘッド１３も、従来のダイヘッドと同様に、第一及び第二ダイブロック１７、１８の合わせ面１７ｂ、１８ｂを突き合わせ、ボルト２２で一体に締結することで組み付けられる。ここで、ボルト２２の締結トルクとしては、そのボルトの適正トルクが用いられる。ボルト２２の締結により、第一及び第二ダイブロック１７、１８にはたわみが生じ、図３（ａ）に誇張して示すように、スリットギャップ１９の先端の間隔がダイヘッド１３の長手方向の両端領域で大きくなる傾向がある。しかしながら、その両端位置には剛性の高い補強材２５があり、その補強材２５はたわみにくいため、ダイブロック１７、１８の両端部のたわみを小さく抑制する。かくして、スリットギャップ１９は、中央部分のギャップ寸法ｄに対し、両端ではギャップ寸法がｄ＋Δｄに広がるが、その差Δｄは、図３（ｂ）に示すように、補強材を用いないでダイブロック７、８を用いたダイヘッド３Ａに生じている差Δｄ₀にくらべてはるかに小さくなっている。

かくして、得られたダイヘッド１３は、比較的軽量でありながら、ギャップ寸法ｄをダイヘッド長手方向にきわめて均一とでき、塗布膜厚のばらつきをきわめて小さくして薄膜精密塗工することができる。また、ダイブロック１７、１８が補強材２５で補強されてたわみにくいので、ボルト２２による締結を強固に行なって漏れ等のトラブルを回避でき、且つボルト２２の締付けトルクとしてそのボルトの適正トルクを用いることができ、締結再現性に優れ、分解、再組み立てした際においても、ギャップ寸法ｄをダイヘッド長手方向にきわめて均一とでき、塗布膜厚のばらつきをきわめて小さくして薄膜精密塗工することができる。

なお、以上に示した実施の形態では、補強材２５を一定厚さのものとしているが、本発明はこれに限らず、補強材２５の厚さをダイヘッドの端部に向かった増加させ、端部における補強効果を拡大する構成としてもよい。

図１に示す形状で次の仕様のダイヘッド１３を作製した。
（１）第一及び第二ダイブロック１７、１８のサイズは、長さ７００ｍｍ×高さ６０ｍｍ×厚さ２０ｍｍ、材質はステンレス（ＳＵＳ４２０−Ｊ２、ヤング率：２００ＭＰａ）。
（２）補強材２５の厚さは１０ｍｍ、長さは１５０ｍｍ，材質は超硬材（ヤング率：６００ＭＰａ）。
（３）スリットギャップ１９のギャップ寸法ｄは０．１ｍｍ、スリットギャップ１９の長さは２０ｍｍ、マニホールド２０の直径は６ｍｍ。
（４）締結用のボルト２２のサイズはＭ８、材質はＳＵＳ３１６、使用個数は１４本。

第一及び第二ダイブロック１７、１８を１４本のボルト２２で、且つ各ボルト２２にそのボルトの適正トルクである２００ｋｇｆ・ｃｍを加えて締結した。得られたダイヘッドのスリットギャップ１９の先端のギャップ寸法ｄのばらつきを測定したところ、長手方向の両端部が最も広く、中央部が最も狭くなっていたが、その差Δｄは１．０μｍ以下であった。また、分解、再組み付けを行なった場合にも、ギャップ寸法のばらつきは１．０μｍ以下に抑えられていた。

比較のため、上記した実施例と同じサイズ、材質で、図３（ｂ）及び図７に示すように補強材を用いないダイヘッド３Ａを作製し、それを上記実施例と同一条件でボルト１２で締結し、スリットギャップ先端のギャップ寸法のばらつきを測定したところ、両端部と中央部の差Δｄ₀は３μｍ程度あった。かくして、本発明により、ギャップ寸法の長手方向におけるばらつきを大幅に抑制することができることを確認できた。

以上に本発明の好適な実施の形態及び実施例を説明したが、これらは本発明の説明用のものであって、本発明を限定するものではなく、本発明は特許請求の範囲の記載範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。

（ａ）は本発明の好適な実施の形態に係るダイヘッドの中央部分の概略断面図、（ｂ）はそのダイヘッドの端部近傍の概略断面図図１に示すダイヘッドの概略分解斜視図（ａ）は図１に示すダイヘッドを組み付けた時にスリットギャップに生じるたわみを誇張して示す、ダイヘッドの概略平面図、（ｂ）は図７に示すダイヘッドを組み付けた時にスリットギャップに生じるたわみを誇張して示す、ダイヘッドの概略平面図（ａ）、（ｂ）はそれぞれダイヘッドを用いたウェブ、板材への塗布様式を示す概略側面図従来のダイヘッドの概略断面図図５に示すダイヘッドの概略分解斜視図厚さを薄くしたダイブロックを備えたダイヘッドの概略断面図

符号の説明

１３ダイヘッド
１７第一ダイブロック
１８第二ダイブロック
１７ａ、１８ａギャップ壁面
１７ｂ、１８ｂ合わせ面
１９スリットギャップ
２０マニホールド
２２ボルト
２５補強材

Claims

それぞれがスリットギャップを形成するためのギャップ壁面と互いに突き合わせて組み付けるための合わせ面を備え、その合わせ面を互いに合わせて組み付けた時に前記ギャップ壁面の間に塗工液を吐出するためのスリットギャップが形成される構成の第一ダイブロック及び第二ダイブロックと、前記第一ダイブロック及び第二ダイブロックを、前記合わせ面の位置で且つ長手方向に間隔をあけた複数箇所で互いに締結する複数の締結手段を備えたダイヘッドにおいて、前記第一ダイブロックと第二ダイブロックの両端部外面側に、ヤング率が、前記第一ダイブロック及び第二ダイブロックのヤング率の２倍以上である補強材を組み込み、該補強材を前記締結手段で締結する構成としたことを特徴とするダイヘッド。