JP4831448B2 - 塗工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウェブの両面に塗工液を塗布することができる塗工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりウェブの両面に塗工液を塗布する方法として、リバース、グラビア等のロールコート方法、あるいはダイコート方法が挙げられる。
【０００３】
またウェブを垂直に保持して走行させ、走行するウェブに対して上方から塗工液をかける方法もある。
【０００４】
更にウェブをディップ槽内に進入させ、ディップ槽から出たウェブに対してミヤバを接触させてウェブ表面とウェブ裏面の膜厚を変化させる方法も知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような塗工方法のうち、ロールコート方法およびダイコート方法では、ウェブに対して直接塗工装置が接触するためウェブに傷がつくことがある。
【０００６】
一方、ウェブに対して塗工液をかけたり、ディップ槽内に進入させる方法では、ウェブ表面の膜厚が安定しない。
【０００７】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、ウェブに傷を付けることなくウェブの表面および裏面の膜厚を精度良く調整することができる塗工装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ウェブに塗布する第１塗工液を収納するディップ槽と、ディップ槽から出たウェブの一方側に設けられ、ウェブの一方の面に対して第１塗工液と同一種類の第２塗工液を第１塗工液上に吐出するスリットを有するダイヘッドとを備え、ダイヘッドのスリット先端は、その間隙が３０〜６０μｍとなっており、ダイヘッドとウェブとの間隔は第２塗工液の膜厚の１０〜１００倍となっており、ウェブの一方の面の塗工液の厚みと、他方の面の塗工液の厚みが互いに相違することを特徴とする塗工装置である。
【０００９】
本発明によれば、ダイヘッドのスリット先端の間隙を３０〜６０μｍとしたので、ダイヘッドからの第２塗工液の運動エネルギを増加させることができ、第２塗工液の運動エネルギを表面張力より大きくすることができる。このためダイヘッドから吐出される第２塗工液の破断を確実に防止することができ、ディップ槽によってウェブ上に塗布された第１塗工液上に、第２塗工液を重ねて塗布することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図３は本発明による塗工装置の一実施の形態を示す図である。
【００１１】
図１乃至図３に示すように、塗工装置１０は案内ローラ１２を有しウェブＷに塗布する第１塗工液１５が収納されたディップ槽１１と、ディップ槽１１から出たウェブＷの一方側に設けられたダイヘッド１３とを備えている。
【００１２】
図２は図１のＡ部拡大図であり、図２に示すようにダイヘッド１３はスリット１４を有し、このスリット１４から第２塗工液１６が吐出されるようになっている。
【００１３】
この場合、ウェブＷとしては、鋼板またはフィルムが用いられる。また第１塗工液１５および第２塗工液１６は同一種類であってもよく、また異なる種類のものであってもよい。
【００１４】
第１塗工液１５および第２塗工液１６としては、例えば感光性レジストが用いられる。
【００１５】
このようにしてウェブＷの一方の面には、第１塗工液１５と第２塗工液１６が塗布され、これら第１塗工液１５と第２塗工液１６はその後塗膜２０を形成し、同様にウェブＷの他方の面には第１塗工液１５のみが塗布された塗膜２１が形成される。
【００１６】
ウェブＷ上の塗膜２０、２１は、その後ダイヘッド１３の下流側に設けられた乾燥機１８内で加熱されて乾燥する。
【００１７】
図３に示すように、ダイヘッド１３のスリット１４の先端は、その間隙ｔが３０〜６０μｍとなっている。
【００１８】
このようにスリット１４先端の間隙ｔを３０〜６０μｍとすることにより、第２塗工液１６の運動エネルギが増加し、第２塗工液１６の表面張力より運動エネルギを大きくすることができ、これにより第２塗工液１６の破断を防止することができる。
【００１９】
このためダイヘッド１３とウェブＷとの間の間隔Ｌを、例えば第２塗工液１６の膜厚Ｈの１０〜１００倍程度にあけることができる。これにより、ダイヘッド１３とウェブＷとの接触を防止して、ウェブＷが多少振動しても、ウェブＷの第１塗工液１５上に確実に第２塗工液１６を塗布することができる。
【００２０】
ウェブＷをディップ槽１１内に進入させて、ウェブＷの一方の面および他方の面に第１塗工液１５を塗布し、ウェブＷの一方の面に更にダイヘッド１３により第２塗工液１６を塗布することにより、ウェブＷの一方の面と他方の面に、各々形成された塗膜２０、２１の膜厚を互いに相違させることができる。
【００２１】
次に、ダイヘッド１３のスリット１４先端の間隙を上記のように定めたことによる作用効果について説明する。スリット１４先端の間隙を３０〜６０μｍとすることによって第２塗工液１６の表面張力より運動エネルギを増加させることができる点につき、更に説明する。
【００２２】
スリット１４先端の間隙を３０〜６０μｍとした場合、以下の（ａ）（ｂ）（ｃ）式が成立することが実験により明らかになっている。
【００２３】
すなわちダイヘッド１３のスリット１４先端の間隙ｔとスリット１４から吐出される第２塗工液１６の膜厚Ｈは、β；塗工液の運動量補正係数としたときに、
Ｈ＝ｔ／β（≧１） ・・・・（ａ）
の関係式で表され、なおかつ第２塗工液１６の膜厚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 ・・・・（ｂ）
０＜ρＳ^２Ｕ／μＨ＜２ ・・・・（ｃ）
の範囲となる。
【００２４】
これらの関係式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ以下のＡ）、Ｂ）、Ｃ）に基づいて導出される。
【００２５】
Ａ）スリットの幅と液膜の厚さの関係
図４は間隙ｔを有するスリット１４から第２塗工液１６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１４内での第２塗工液１６の速度をＶ１、スリット１４から吐出された第２塗工液１６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 ・・・・１）
このときの運動量保存式は次の通りである。
【００２６】
βρＱＶ１＝ρＱＶ２ ・・・・２）
β；運動量補正係数、Ｑ；単位幅流量
これら１）、２）より、
Ｈ＝ｔ／β ・・・・ａ）
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。
【００２７】
Ｂ）完全成膜の条件
スリット１４から吐出されて流れる第２塗工液１６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。
【００２８】
ρＱＶ＝ρＨＶ^２＞２σ ・・・・（ａ）
σ；表面張力〔ｇ／ｓ^２〕、Ｖ；液膜の落下速度〔ｃｍ／ｓ〕
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Ｗ上に形成される塗膜の安定性の条件を以下に示す。
【００２９】
図５はウェブＷの停止時における第２塗工液１６の流れを示す説明図、図６は平衡状態を保った時の第２塗工液１６の流れを示す説明図である。塗膜を安定に形成するためには、図５に示した左右に分割される運動量を速度ＵでウェブＷ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Ｆ_０、Ｆ_１はそれぞれ次のようになる。
【００３０】
Ｆ_０＝０．５ρＱＶ ・・・・３）
Ｆ_１＝ρＱＶ＝ρＨＶ^２ ・・・・４）
また図６におけるせん断力Ｆ_２は、剪断応力をτ、境界長さをδとして、
Ｆ_２＝τ・δ＝μｄｕ／ｄｙ・δ ・・・・５）
慣性力Ｆ_３は、
Ｆ_３＝ρ・０．５（Ｓ＋Ｈ）・δ・ｄｕ／ｄｔ ・・・・６）
このとき、
ｄｕ／ｄｙ＝０．５（Ｕ＋Ｖ）／０．５（Ｓ＋Ｈ） ・・・・７）
連続の式ＵＳ＝ＶＨにより、
ｄｕ／ｄｙ＝（Ｕ＋Ｖ）／Ｈ（Ｕ＋１）＝Ｕ／Ｈ ・・・・８）
４）式へ連続の式を代入すると、

５）式と９）式が釣り合うことにより平衡状態となるため、
０．５ρＵ^２Ｓ^２／Ｈ＝μＵ／Ｈ・δ ・・・・１０）
整理すると、図６に示した平衡状態を保つ次の条件式が得られる。
【００３１】
δ＝ρＳＵ^２／２μ ・・・・１１）
図７はエアー同伴直前の第２塗工液１６の流れを示す説明図、図８は安定状態となった第２塗工液１６の流れを示す説明図、図９はヒール発生時の第２塗工液１６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＝ρＳ^２Ｕ／２μ ・・・・１２）
ａＨ＝δより、
ａ＝ρＳ^２Ｕ／２μＨ ・・・・１３）
エアー同伴やヒール発生を生じさせずに安定した塗膜を形成する条件は０＜ａ＜１であるので、１３）式に当てはめると、
０＜ρＳ^２Ｕ／２μＨ＜１ ・・・・１４）
従って、
０＜ρＳ^２Ｕ／２μＨ＜２ ・・・・（ｃ）
となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ダイヘッドから吐出される第２塗工液の破断を確実に防止することができるので、ダイヘッドとウェブとの間隙を大きくとることができる。このため、多少ウェブが振動してもダイヘッドがウェブに接触することはなく、ディップ槽によってウェブ上に塗布された第１塗工液上に重ねて第２塗工液を確実に塗布することができる。このためウェブ上に塗布された塗膜の膜厚を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による塗工装置の一実施の形態を示す概略図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】ダイヘッドから吐出される第２塗工液を示す図である。
【図４】間隙ｔのスリットから第２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５】ウェブの停止時における第２塗工液の流れを示す説明図である。
【図６】平衡状態を保った時の第２塗工液の流れを示す説明図である。
【図７】エアー同伴直前の第２塗工液の流れを示す説明図である。
【図８】安定状態となった第２塗工液の流れを示す説明図である。
【図９】ヒール発生時の第２塗工液の流れを示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 塗工装置
１１ ディップ槽
１３ ダイヘッド
１４ スリット
１５ 第１塗工液
１６ 第２塗工液
２０，２１ 塗膜

Claims (1)

1. ウェブに塗布する第１塗工液を収納するディップ槽と、
   ディップ槽から出たウェブの一方側に設けられ、ディップ槽から出て接触することなく送られるウェブの一方の面に対して第１塗工液と同一種類の第２塗工液を第１塗工液上に吐出するスリットを有するダイヘッドとを備え、
   ダイヘッドのスリット先端は、その間隙が３０〜６０μｍとなっており、ダイヘッドとウェブとの間隔は第２塗工液の膜厚の１０〜１００倍となっており、ウェブの一方の面の塗工液の厚みと、他方の面の塗工液の厚みが互いに相違することを特徴とする塗工装置。

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