JP5062002B2 - 塗工方法および塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート状基材に塗膜を形成させる塗工方法および塗工装置に関する。詳しくは、簡易で、膜厚ムラが少なく、シート状基材に塗膜を形成させる塗工方法および塗工装置に関する。

シート状基材に塗膜を形成させる塗工方法として、バー塗工方法が簡単な構造、操作によって、高速で塗工が可能であるため広く用いられてきた。
この方法は、シート状基材上に塗工液を供給し、塗工バーで塗膜厚さを制御して塗膜を形成させる方法である。形成された塗膜は硬化などによって塗工膜とされ使用される。
しかし、近年では塗工膜を形成したシート状基材が様々な用途に広く用いられ、より均一な膜厚の塗工膜が要求されるようになってきている。塗膜の膜厚をより均一にすることによって、より均一な膜厚の塗工膜が得られる。
バー塗工方法において、塗膜をより均一にする方法として、例えば、塗工量に対して１.１倍以上の塗工液を送液してウェブ中央から両サイドに塗工液を流す方法（特許文献１参照。）、塗工液に沈降性の粒子を含む場合には、液ダムに保持された塗工液を攪拌する方法（特許文献２参照。）などが提案されている。

これらの方法によって、膜厚ムラは少なくなるが、簡易で、膜厚ムラが少なく、シート状基材に塗膜を形成させる塗工方法が望まれている。
特開２００３−５３２３４号公報 特開２００３−１７０１０４号公報

本発明は、簡易で、膜厚ムラが少なく、シート状基材に塗膜を形成させる塗工方法を提供することにある。

本発明者は、連続走行するシート状基材の表面に塗工液を供給ヘッドから連続的に供給し、シート状基材の上部に配置された塗工バーによって塗膜厚さを制御して塗膜を形成する塗工方法について鋭意検討した結果、所定の塗膜厚さを形成するのに必要な量の塗工液を連続して一定供給し、塗工バーの直前に形成される液溜まりの増減によって塗工バーを上下させることによって、簡易で、膜厚ムラが少なく、シート状基材に塗膜を形成することができることを見出し、本発明に至った。

すなわち本発明は、連続走行するシート状基材の表面に塗工液を供給ヘッドから連続的に供給し、該シート状基材の上部に配置された塗工バーによって塗膜厚さを制御して塗膜を形成する塗工方法において、所定の膜厚を形成するのに必要な量の塗工液をシート状基材の表面の略中央部に連続して一定供給し、塗工バーの直前に形成される液溜まりの増減によって塗工バーを上下させて塗膜を形成させることを特徴とする塗工方法を提供する。

また、連続走行するシート状基材の表面に塗工液を連続的に供給して塗膜を形成する塗工装置であって、連続走行する該シート状基材を保持するバックアップロール、該シート状基材を挟んで該バックアップロールと対向して配置されている塗膜厚さを制御する塗工バー、該シート状基材の表面の略中央部に塗工液を連続して一定供給する供給ヘッド、供給された塗工液を保持するために該シート状基材の走行方向の両側に該塗工バーと直交して配置されているサイドダム、該塗工バーの直前に形成される液溜まりの増減を検出するための液溜まり検出センサー、および該液溜まり検出センサーによって検出される液溜まりの増減によって塗工バーを上下させる手段を有する塗工装置である。

本発明の塗工方法および塗工装置によって、簡易で、膜厚ムラが少なく、シート状基材に塗膜を形成させることができる。

図１、図２は本発明の一実施態様を示す図である。図１は斜視図であり、図２は走行方向に対する断面図である。
シート状基材１がサポートロール７とバックアップロール８上を矢印方向に連続走行している。シート状基材を挟んでバックアップロールと対向して塗工バー５が配置されている。
シート状基材の走行方向の両側に塗工バーと直交してサイドダム６が配置されている。塗工液の供給ヘッド２からシート状基材の表面の略中央部に塗工液が連続して一定供給される。供給された塗工液はシート状基材の両側方向に拡がり、塗工バーとサイドダムで囲まれた領域に液溜まり３を形成する。塗工バーによって塗膜厚さが制御された塗膜４を形成する。シート状基材の走行方向に対して供給ヘッドの前側（供給ヘッドの塗工バーとは反対側）に２台の液溜まり検出センサーおよび後側（供給ヘッドと塗工バーとの間）に２台の液溜まり検出センサーが配置されている。これらの液溜まり検出センサーによって検出される液溜まりの増減によって塗工バーを上下させる。
なお、シート状基材は、通常、間隔調整装置などを避けるために図３に示すように、バックアップロールに接して斜め下方に走行させる。

前側に配置した２台の液溜まり検出センサーのうちのいずれかの検出センサーの閾値を超えた場合には塗工バーを上昇させ、後側に配置した２台の液溜まり検出センサーのうちのいずれかの検出センサーの閾値より低下した場合には塗工バーを下降させる。

塗工バーの上昇、下降は、液溜まり検出センサーからの信号を基に間隔調整装置を用いて行われる。
図３は本発明で使用する間隔調整装置の一実施態様を示す図である。
塗工バー５が取付け板１１に取付けられている。取付け板にはコッター１２が取付けられ、コッター（くさび）をサ−ボモータ１３によって水平移動させ、取付け板および塗工バーを上昇または下降させる。検出センサーからの信号を受信した制御装置１５によってサ−ボモータを駆動させてコッターを移動させる。取付け板にはエアシリンダー１４が取付けられているが、塗工バーを取り外す時などに使用する。

シート状基材の走行速度は、塗工バーの上昇または下降速度などは塗工液の性状などによって変わるが、通常、約５〜５０ｍ／分、好ましくは約１０〜２５ｍ／分で行われ、走行速度が遅すぎると生産性が低下し、速すぎると塗膜の品質に影響するので好ましくない。

塗工バーの上昇または下降速度は、約１〜２μｍ／秒で行われる。塗工バーの上昇または下降は、閾値内に戻るまで連続的に行うことも可能であるが、好ましくは断続的に行う。例えば、約０．５〜２秒間上昇または下降させ、約１〜２分間停止するサイクルで行われる。この塗工バーの上下操作については、センサーからの信号で自動的に行うこともできるが、操作が必要となることをアラームとして出力させれば、その都度人が操作しても良い。

液溜まり検出センサーの閾値としては、塗工液の性状、目的とする膜厚などによって変わる。前側に配置した検出センサーについては、通常、液溜まりの高さが約０ｍｍに設定、あるいは液溜まりが存在しないことを示す閾値(例えば、反射光量など)を設定し、これを超えた場合、すなわち液溜まりが拡がってきた場合に塗工バーを上昇させ、後側に配置した検出センサーについては、通常、液溜まりの高さが約３〜１０ｍｍの範囲内に設定、あるいはそれに相当する閾値(例えば、反射光量など)を設定し、その閾値より低下した場合には塗工バーを下降させる。

シート状基材および塗工液は製造する硬化塗工膜に応じて適宜選択されるが、シート状基材としては、樹脂シート、無機ガラスシート、繊維質シートが挙げられる。
樹脂としてはポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、トリアセチルセルロース樹脂などが例示される。
また、樹脂シートとして、これら樹脂の積層シート、多孔質シートも挙げられる。

塗工液は塗工物および溶媒からなり、塗工物としては、耐候性、耐擦傷性、帯電防止性反射防止性、アンチグレア性、耐熱性などを付与する組成物が挙げられる。
これらは、通常、活性エネルギー性硬化性塗工物、熱硬化性塗工物が多く、これらは活性エネルギー線、または熱エネルギーによって硬化するものである。
塗工液は、有機成分、必要に応じて機能を付与する無機酸化物微粒子や有機系微粒子、光開始剤または熱開始剤、レベリング剤（平滑剤）、酸化防止剤、紫外線吸収剤などを含有し、さらにこれらの成分を溶解または分散させるための水または各種の有機溶剤を含有する。

例えば、耐擦傷性の硬化塗工膜を形成するため、硬化性塗工物として、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどの（メタ）アクリロイルオキシ基を複数有する化合物など、酸化物微粒子として、酸化アンチモンのような金属酸化物、インジウム／スズの複合酸化物（ＩＴＯ）、スズ／アンチモンの複合酸化物（ＡＴＯ）、アンチモン／亜鉛の複合酸化物、リンでドープされた酸化スズなどが好ましく用いられる。また溶剤として、イソプロピルアルコールのようなアルコール類、３−メトキシ−１−プロパノールのようなアルコキシアルコール類など、レベリング剤として、シリコーンオイルなどが好ましく用いられる。

耐熱性の硬化塗工膜を形成するための塗工液としては、耐熱性樹脂および溶媒からなり、
無機微粉末を含有することもできる。
耐熱性樹脂としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、芳香族ポリアミド（以下、アラミドということがある）、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリサルホン、ポリフェニルサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリエステル、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミドなどが挙げられる。

耐熱樹脂溶液の溶媒としては、通常、極性有機溶媒が用いられる。極性有機溶媒としては、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル２−ピロリドン、テトラメチル尿素、ジメチルスルホキシド、クレゾール、ｏ−クロロフェノールなどが挙げられる。

無機微粉末としては、電気絶縁性の金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等からなるものであり、例えば、アルミナ、シリカ、二酸化チタンまたは酸化ジルコニウム等の粉末が好ましく用いられる。これらの無機微粉末は、単独でもよく、２種以上を混合して用いることもできる。

シート状基材の表面に塗工液を供給して形成した塗膜は、活性エネルギー性硬化性塗工物または熱硬化性塗工物を含有する場合には、乾燥した後、活性エネルギー線または熱エネルギーを照射して硬化して塗工膜とする。
形成した耐熱性樹脂および極性有機溶媒を含有する場合には、一定湿度に制御した雰囲気中に放置して耐熱性樹脂を一部析出させた後、またはそのまま水系溶液またはアルコール系溶液などに浸漬して耐熱性樹脂を析出させ、次に極性有機溶媒、水、水系溶液、またはアルコール系溶液など極性有機溶媒を溶解できる溶媒で抽出除去する。また、アラミドなどのように一旦溶液から析出すると再溶解しない耐熱性樹脂の場合は、溶媒の一部または全部を蒸発させると同時に耐熱性樹脂を析出させと共に溶媒除去を同時に行うこともできる。極性有機溶媒を除去した後、乾燥して塗工膜とする。

乾燥は、熱風乾燥炉、赤外線乾燥炉、真空乾燥機などを使用し、樹脂などの塗工物の種類、溶媒の種類などによって、温度および時間を適宜選択して行う。

所定の膜厚を形成するのに必要な量の塗工液を連続して一定供給し、塗工バーの直前に形成される液溜まりの増減によって塗工バーを上下させるという簡易な方法によって、より均一な膜厚の塗膜を得ることができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
なお、硬化して得られた塗工膜の厚さは、透明な塗工膜の場合は膜厚測定装置〔Ｆｉｌｍｅｔｒｉｃｓ社のＦ−２０〕など、光が透過しない塗工膜の場合は膜厚測定装置〔ＭｅＳｙｓ社のＯＦ１０００／ＵＳＭ２００〕などを用いて測定した。

参考例１
（塗工液の作製）
特開２００１−２３６０２号公報の実施例１と同様にして、溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰと略す）を用い、パラフェニレンジアミンとテレフタル酸ジクロライドを重合させてポリ（パラフェニレンテレフタルアミド）（以下、ＰＰＴＡと略す）の製造を行った。
同様に、得られた重合液にＮＭＰを添加し、ＰＰＴＡ濃度が２．０重量％のＰＰＴＡ溶液を調製した。次に、酸化カルシウムを添加して中和を行い、これを塗工液とした。

実施例１
図１〜図３に示すと同様にして、シート状基材の表面に塗工液を供給し、塗膜の作製を行った。バックアップロール８の直径は１３５ｍｍφ、サポートロール７の直径は８０ｍｍφ、塗工バーはその断面の下部が２０ｍｍφの半円状のバーであり、液溜まり検出センサーＦＵ３５−ＦＺ（株式会社キーエンス製）は図１に示すとおり、前側（シート基材の中央に位置する塗工液の供給ヘッドの位置から前側に３０ｍｍ、左右にそれぞれ２５０ｍｍの位置）に２台、後側（同様に塗工液の供給ヘッドの位置から後側に０ｍｍ、左右にそれぞれ２５０ｍｍの位置）に２台設けた。但し、設置位置については上記で規定されるものではなく、液溜まりが塗工バー全幅に存在している状態での変化を捉えることができれば任意の位置に設置することができる。

シート状基材としてポリエチレン製多孔質フィルム（商品名：ハイポア、旭化成社製［厚み：２５μｍ、平均孔径：０．３μｍ、空隙率：５９体積％］）を用い、速度１２ｍ／分で走行させた。
塗工液を供給する前に、サポートロール７をＮＭＰ含浸ロールとし、多孔質フィルムの下面からＮＭＰを塗布し、細孔を埋めた。
参考例１で調製した塗工液を８４０ｃｍ^３／分で多孔質フィルム上に供給し、塗工幅７００ｍｍ、厚さ１００μｍの塗膜を形成させた。

塗工バーは、断面の下部が半球状のバーで、取付け板１１に取り付けられ、コッター１２とサーボモータ１３からなる間隔調整装置で上昇、下降させた。
前側に配置した検出センサーの閾値は反射光量１００に設定し、いずれかがこれを超えた場合、すなわち液溜まりが拡がってきた場合には、その信号で間隔調整装置を作動させて塗工バーを上昇させ、後側に配置した検出センサーの閾値は液溜まりからの反射光量が５００となるように設定し、いずれかがその閾値より低下した場合には、その信号で間隔調整装置を作動させて塗工バーを下降させた。
塗工バーの上昇または下降速度は、約２μｍ／秒で、停止時間は１分間とした。

次に、塗膜を形成した多孔質フィルムを、恒温恒湿槽内（温度５０℃、相対湿度７０％に設定）を通し、塗膜にＰＰＴＡを析出させた。続いて、水洗装置内でイオン交換水を供給し、ＮＭＰ、塩化カルシウムを除去した。その後、熱風乾燥機で乾燥して水分を除去し、ポリエチレン製多孔質フィルムにパラアラミドの耐熱多孔質層からなる塗工膜を形成した。多孔質フィルムを含む厚さは２８μｍであり、塗工膜の厚みは３μとなる。

塗工膜の幅方向の膜厚の測定結果の一例を図４にCase１として示す。平均値は２．９１μｍ、標準偏差値は０．１４０μｍであった。
同様にして得た塗工膜の測定結果の一例を図４にCase２として示す。平均値は３．０３μｍ、標準偏差値は０．０６７μｍであった。

比較例１
塗工幅７００ｍｍの代わりに３００ｍｍとし、４台の液溜まり検出センサーの閾値信号によって塗工バーを上昇または下降させる代わりに、１台の距離センサーＦＵ３５−ＦＺ（株式会社キーエンス製）を塗工液の供給ヘッドの位置から後側に２０ｍｍの位置に配置し、閾値を液溜まりの反射光量を５００と設定し、５００を切ったら塗工液を供給し、５００を越えたら供給停止するといった制御方法で塗膜を形成した以外は実施例１と同様に行った。

塗工膜の幅方向の膜厚の測定結果の一例を図５にCase３として示す。平均値は２．９３μｍ、標準偏差値は０．２００μｍであった。
同様にして得た塗工膜の測定結果の一例を図５にCase４として示す。平均値は２．８７μｍ、標準偏差値は０．２９４μｍであった。

本発明の一実施態様を示す斜視図である。 本発明の一実施態様を示す断面図である。 本発明で使用する間隔調整装置の一実施態様を示す図である。 実施例１における塗工膜の幅方向の膜厚の測定結果を示す図である。 比較例１における塗工膜の幅方向の膜厚の測定結果を示す図である。

符号の説明

１ シート状基材
２ 塗工液の供給ヘッド
３ 液溜まり
４ 塗膜
５ 塗工バー
６ サイドダム
７ サポートロール
８ バックアップロール
９ 前側液溜まり検出センサー
１０ 後側液溜まり検出センサー
１１ 取付け板
１２ コッター
１３ サーボモータ
１４ エアシリンダー
１５ 制御装置

Claims (6)

1. 連続走行するシート状基材の表面に塗工液を供給ヘッドから連続的に供給し、該シート状基材の上部に配置された塗工バーによって塗膜厚さを制御して塗膜を形成する塗工方法において、所定の膜厚を形成するのに必要な量の塗工液をシート状基材の表面の略中央部に連続して一定供給し、塗工バーの直前に形成される液溜まりの増減に応じて、該液溜まりが一定量となるように塗工バーを上下させて塗膜を形成させることを特徴とする塗工方法。
2. シート状基材の走行方向に対して供給ヘッドの前側および後側に液溜まり検出センサーを配置して液溜まりの増減を検出することを特徴とする請求項１記載の塗工方法。
3. 液溜まりが、前側に配置した液溜まり検出センサーの閾値を超えた場合には塗工バーを上昇させ、後側に配置した液溜まり検出センサーの閾値より低下した場合には塗工バーを下降させることを特徴とする請求項２記載の塗工方法。
4. 連続走行するシート状基材の表面に塗工液を連続的に供給して塗膜を形成する塗工装置であって、連続走行する該シート状基材を保持するバックアップロール、該シート状基材を挟んで該バックアップロールと対向して配置されている塗膜厚さを制御する塗工バー、該シート状基材の表面の略中央部に塗工液を連続して一定供給する供給ヘッド、供給された塗工液を保持するために該シート状基材の走行方向の両側に該塗工バーと直交して配置されているサイドダム、該塗工バーの直前に形成される液溜まりの増減を検出するための液溜まり検出センサー、および該液溜まり検出センサーによって検出される液溜まりの増減に応じて、該液溜まりが一定量となるように塗工バーを上下させる手段を有する塗工装置。
5. 液溜まり検出センサーが、シート状基材の走行方向に対して供給ヘッドの前側および後側に配置されていることを特徴とする請求項４記載の塗工装置。
6. 塗工バーを上下させる手段が、コッターおよび該コッターを水平移動させるサーボモータからなる間隙調整装置である請求項４記載の塗工装置。

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