JP5400310B2 - 塗布装置及び塗布方法 - Google Patents

Description

本発明は、コーティングダイ内部形状に特徴を有するスライドビード塗布装置に関する。また該塗布装置を用いた塗布方法に関する。

従来、ウェブ上に塗布液を塗布する装置として、各種のロール塗布装置、グラビア塗布装置、ブレード塗布装置、スライドビード塗布装置、スロット塗布装置、エクストリュージョン塗布装置、カーテン塗布装置、スライドカーテン塗布装置等が知られており、要求される塗布膜の精度や面質、用いる塗布液の種類、塗布操作における操業条件の制約等によって、上記の各種塗布装置が使い分けられている。

上記の塗布装置において、ロール塗布装置、グラビア塗布装置、ブレード塗布装置等では、最終的にウェブ上に形成される塗布膜よりも過剰な塗布液量を供給して、ロールやブレード等で余剰な塗布液を掻き取る段階で、最終的にウェブに形成される塗布膜の厚さが計量されるため、後計量塗布装置と呼ばれている。一方、スライドビード塗布装置、スロット塗布装置、エクストリュージョン塗布装置、カーテン塗布装置、スライドカーテン塗布装置等では、最終的にウェブ上に形成される塗布膜に相当する塗布液量を、あらかじめ計量して供給し、ウェブ上に塗布された塗布液の全てが最終的にウェブ上に形成される塗布膜となるため、前計量塗布装置と呼ばれている。

このように、前計量塗布装置では、過剰な塗布液を掻き取る操作が不要なため、良好な塗布面質が得られ、過剰に供給された塗布液を再循環させる必要がないため、塗布液の液組成が経時変化することがなく、長時間にわたり安定した塗布操作が可能である。

特に、前述の前計量塗布装置に属するスライドビード塗布装置は、コーティングダイ（以下、ダイと称する）に対して、組成の異なる複数の塗布液を供給し、ダイの傾斜したスライド面上で重層流を形成することにより、多層同時塗布を実現する塗布装置である。

上述のように、スライドビード塗布装置は、多層同時塗布が可能であるため、写真感光材料、印刷製版材料、インクジェット記録材料のように、複数層の層構成を有する製品の効率的生産に適した塗布装置である。

上述の各製品は、幅方向、流れ方向に対して、非常に均一な塗布膜厚分布が必要であるが、特に幅方向の端部では不均一を生じやすい。その理由を以下に述べる。

一般的なスライドビード塗布装置にて、流入口からダイ内部に供給された塗布液は、ダイ内部に設けられたキャビティーによって幅方向に広げられ、薄いスリットを通過することによって、幅方向に均一な薄層流を形成して、ダイ表面の傾斜したスライド面に流出する。その後、重力の効果でスライド面を流下しつつ、重層流を形成し、ダイ先端から一定の距離（ビードギャップと称する）を保って高速走行するウェブに衝突することにより、いわゆるコーティングビードを形成して塗布がなされる。

また、スライド面を流下する重層流の幅を安定に保つために、スライド面上に塗布幅規制部材を設け、重層流の両端を支持する場合が多い。この塗布幅規制部材を設けない場合、スライド面上で縮流を生じて、所望の塗布幅が得られない、あるいは塗布幅が安定しない等の問題があるため、現実の操業では塗布幅規制部材は必須であるが、塗布幅規制部材の存在が、スライド面を流下する重層流の幅方向均一性を悪化させる場合がある。

上記の幅方向均一性の悪化に起因するトラブルとして、端部の極近傍において、正常部に比較して、場合によっては、塗布膜厚が２倍程度厚塗りの部分（以下、エッジ厚塗りと称する）を生じる場合がある。塗布工程に続くドライヤにおいて、このエッジ厚塗り部は乾燥の進行が非常に遅くなるが、エッジ厚塗り部に未乾燥を生じた場合、巻き取られた製品の未乾燥部分が接着して巻き取りがほどけなくなり、重大な工程トラブルとなる。従って、エッジ厚塗り部を十分乾燥可能なドライヤ設定として未乾燥を防止する場合もあるが、明らかに乾燥エネルギーのムダ使いである。

一方、上記のエッジ厚塗りとは逆に、最端部から１０〜２０ｍｍの広範囲に、正常部に比較して薄塗り（以下、エッジ薄塗りと称する）の部分を生じる場合もある。このようにして生じたエッジ厚塗り部及びエッジ薄塗り部は、所望の塗布膜厚さではないために、製品としての性能を十分発揮できない場合が多く、製品裁断時に切り捨てて歩留まり悪化の原因となっていた。また、塗布操作で得られた広幅の塗布物を、複数本にスリットして所定の幅に分割する場合、特に上述のように広範囲に渡ってエッジ薄塗りを生じると、所望の分割本数、あるいは取り幅が得られないことがあり、非常に重大な歩留まり損失を招く場合もある。

従って、従来より、エッジ厚塗り及びエッジ薄塗りに起因する工程トラブルや歩留まり悪化を防止すべく、様々な塗布装置及び塗布方法が提案されてきた。例えば、エッジ厚塗り部を吸引パイプで吸い取る方法（特開昭５６−７３５７９号公報）、吹きならし方法（特公昭５７−３７３８８号公報）、両端部の気流拡散方法（特開昭５４−１４２２４８号公報）、最終乾燥前の両端部の切り離し方法（特開昭５４−１５９４５２号公報）等がある。しかし、これらの方法は、いずれも別途設けた装置を用いて、両端部の厚塗りを防止するものであり、装置の設置コストがかかり、メンテナンスも必要であった。

特開昭５９−２０６０７９号公報にて、スライド面上で所定塗布幅より広くして塗布する方法、特開昭６３−１４４３４８号公報にて、スライド面両端部に塗布液より低表面張力の液を低塗布量で塗布する方法が提案されている。これらの方法は所望の取幅より広い幅で塗布するものであり、ウェブ、塗布液等をムダに使い、原材料の歩留まりを悪化させるものである。

特開平５−９６２２３号公報にて、円弧上に拡がったキャビティー及び、傾斜形状のスリットを特徴とするダイ内部形状により、エッジ厚塗り及びエッジ薄塗りを防止する方法がある。上述の各方法に対して、別装置を必要とせず、原材料歩留まりも悪化しない良い方法であるが、近年の高速塗布化に伴う高流量範囲では、特にエッジ薄塗りの抑制が難しくなってきた。また、近年の省資源化追求、及び品質向上追求により、エッジ薄塗りの許容範囲は更にシビアになっており、許容範囲を満たせない場合があった。

また、特開２００２−２５４００６号公報にて、少なくともひとつの層のスリットのスライド面流出幅が、スライド面上における塗布幅規制部材の内面幅よりも狭幅であり、かつ、該狭幅であるスリットは、コーティングダイ内部において、スリット幅がスリット出口に向かって増大する傾斜形状であることを特徴とする塗布装置による、エッジ厚塗り及びエッジ薄塗り防止効果が開示されている。

スライドビード塗布装置は、一般的に数ｍＰａ・ｓの低粘度域から数百ｍＰａ・ｓの高粘度域に到る広い粘度範囲で用いられるが、特開２００２−２５４００６号公報の塗布装置は、実施例で開示された通り、１０ｍＰａ・ｓ以下の比較的低粘度液において特に効果を発揮するものである。従って、塗布液の粘度が２０ｍＰａ・ｓ以上、更には５０ｍＰａ・ｓ以上である高粘度の塗布液を塗布した場合、十分なエッジ厚塗り抑制効果及びエッジ薄塗り抑制効果が得られなかった。

一方、特開２００１−２１２４８８号公報にて、超低流量における液膜カーテン成膜の安定化を目的に、エクストリュージョン型カーテン塗布装置において、コーティングダイ内部のスリット幅がスリット出口に向かって減少し、スリット幅がカーテン形成幅よりも広いことを特徴とする塗布装置が開示されている。
特開２００２−２５４００６号公報 特開２００１−２１２４８８号公報

上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、十分なエッジ厚塗り抑制効果、及びエッジ薄塗り抑制効果を発揮する、簡便な塗布装置及び塗布方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、スライドビード塗布装置において、少なくともひとつの層のスリットのスライド面流出幅が、スライド面上における塗布幅規制部材の内面幅よりも狭幅であり、かつ、該狭幅であるスリットは、コーティングダイ内部において、スリット幅がスリット出口に向かって減少する傾斜形状であることを特徴とする塗布装置、また、支持体上に、請求項１に記載の塗布装置により、塗布液粘度が５０ｍＰａ・ｓ以上である塗布液を塗布することを特徴とする塗布方法によって達成された。

本発明により、十分なエッジ厚塗り抑制効果及びエッジ薄塗り抑制効果が得られる塗布装置及び塗布方法を提供することができる。

まず始めに、スライドビード塗布装置における一般的な塗布液の流れについて説明する。図３は、本発明のスライドビード塗布装置を幅方向に垂直な面で切断した断面形状の模式図であり、図３におけるＡ方向を塗布液流れ方向と呼ぶことにする。ここで、ダイＥの全体は、部材１１、１１ａ、１１ｂを相互に組み付けることによって構成されており、これらの各部材は、一般的にステンレス等の金属を機械加工したものである。

図３において、第１層目の塗布液は流入口１ａよりダイ内部に流入し、キャビティー２ａにて幅方向に拡がり、スリット入り口３ａｉからスリット３ａに流入し、薄い流路であるスリット３ａを通過することで幅方向に均一な薄層流に整流されて、スリット出口３ａｏからスライド面４上、すなわちダイ外部に流出する。

また、第２層目の塗布液も、第１層目と同様に流入口１ｂ、キャビティー２ｂ、スリット入り口３ｂｉ、スリット３ｂ、スリット出口３ｂｏを経由してスライド面４上に流出する。このスライド面４は重力方向に対して一定の傾斜を有するように設置されているので、薄層流の各塗布液はスライド面４上をＡ方向に向かって流下し、１層目の塗布液の上に２層目の塗布液が乗った状態、すなわち２重層の自由表面流れとなる。

図４は、本発明のスライドビード塗布装置を、塗布液流れ方向Ａにおける断面で示した模式図であり、すなわち、図３の位置Ｂで切断した断面形状の模式図である。従って、図４におけるＣ方向が幅方向である。図４において、スライド面上を流下する塗布液は、スライド面４上の両端に設置された塗布幅規制部材５の対立して向かい合う内面にて、流下流れの両端を支持しつつ流下させることによって、流下流れの幅を安定に保つ。従って、塗布幅規制部材５の内面幅Ｌ５ａによって、いわゆる塗布幅が決定される。

図３において、スライド面４先端から一定の間隙（コーティングギャップと称する）を有する位置ではウェブ６がコーティングロール７に支持されながら走行しており、スライド面４先端を離れた薄層流はウェブ６に向かって架橋することにより、いわゆるコーティングビードを形成し、塗布がなされる。

次に、本発明のスライドビード塗布装置の特徴について説明する。図１は本発明のスライドビード塗布装置を、塗布液流れ方向に対して直交方向に切断した断面形状の模式図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図３のスリット３ａ、３ｂを、塗布液流れ方向に対して直交方向に切断した断面形状の模式図である。

一方、図２は従来のスライドビード塗布装置を、スリットが存在する部分において塗布液流れ方向に対して直交方向に切断した断面形状の模式図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図３のスリット３ａ、３ｂを、塗布液流れ方向に対して直交方向に切断した断面形状の模式図である。

図１では、第１層目のスリットとなるスリット３ａのスライド面流出幅Ｌ１ａが、塗布幅規制部材５の内面幅Ｌ５に対して、片端当たりでＬ２ａ狭幅である。更に、第１層目スリット３ａは、ダイ内部において、スリット高さＬ４の距離に対して傾斜量Ｌ３ａの傾斜を有して、スリット入り口３ａｉからスリット出口３ａｏに向かってスリット幅が減少する傾斜形状である。また、第２層目のスリットとなるスリット３ｂも同様の形状である。

一方、図２では、第１層目のスリットとなるスリット３ａのスライド面流出幅Ｌ１ａが、塗布幅規制部材５の内面幅Ｌ５に対して、片端当たりでＬ２ａ狭幅ではあるものの、スリット幅がスリット高さＬ４の距離に対して傾斜量Ｌ３ａの傾斜を有してスリット入り口３ａｉからスリット出口３ａｏに向かって増大する傾斜形状である。また第２層目のスリットとなるスリット３ｂも同様の形状である。

尚、図１では、２層同時塗布装置において第１層目のスリットとなるスリット３ａ及び第２層目のスリットとなるスリット３ｂの両方が本発明に該当する一例を示したが、どの層に用いるかは特に限定されず、１層目あるいは２層目のどちらか片側のみに用いても良い。

また、複数の層に用いる場合、狭幅量Ｌ２ａ及び傾斜量Ｌ３ａがそれぞれの層で異なっていても良い。また、本発明が適用される塗布装置の同時塗布層数は限定されず、１層のみの単層塗布装置、２層同時塗布装置、３層以上の同時塗布装置に用いても良い。

以上のように、どの層に本発明を用いるか、また、上記の狭幅量Ｌ２ａ及び傾斜量Ｌ３ａは特に限定されるものではなく、塗布条件、塗布液の物性等に応じて適切な値を選択することができる。

但し、狭幅量Ｌ２ａの寸法としては、大き過ぎるとエッジ薄塗りが激しくなり、小さ過ぎるとエッジ厚塗りが激しくなる傾向があるため、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下が適正な範囲である。また、傾斜量Ｌ３ａの寸法としては、一般的なスリット高さＬ４が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である場合、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下が適正な範囲である。

また、本発明を満たしていれば、その他のダイ内部形状は特に限定されず、流入口、キャビティー、スリット等に公知の各種形状を組み合わせても良い。更に、本発明に適用可能なウェブ、塗布液の種類は特に限定されず、スライドビード塗布に適した各種の塗布液を適用可能である。

但し、本発明の塗布装置及び塗布方法は、比較的高粘度の塗布液に顕著な効果を発揮するもので、少なくとも２０ｍＰａ・ｓ以上、好ましくは５０ｍＰａ・ｓ以上である塗布液の塗布に用いることが好適である。塗布液の粘度の上限は、スライドビード塗布可能な粘度であれば特に制限を受けないが、好ましくは５００ｍＰａ・ｓ以下である。また塗布液の塗布量が６０ｍｌ／ｍ²以上である場合に好適である。

次に、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。

実施例１
塗布液流れ方向に対して直交方向に切断した断面形状が図１の形状で、表１に示す各所寸法であるスライドビード塗布装置を用い、ＰＶＡ水溶液を主成分とした下記の物性のインクジェット受像層塗布液を、レジンコーティドペーパーのウェブに対して、下記の塗布条件で２層同時塗布した結果、表１に示す塗布状況となった。尚、表１に記載した数値の単位は全てｍｍである。

＜インクジェット受像層塗布液＞
第１層塗布液の粘度 ７０ｍＰａ・ｓ
第１層塗布液の表面張力 ３０ｍＮ／ｍ
第２層塗布液の粘度 ７０ｍＰａ・ｓ
第２層塗布液の表面張力 ３０ｍＮ／ｍ

＜塗布条件＞
塗布幅 １６００ｍｍ
塗布速度 １２５ｍ／ｍｉｎ
総塗布量 １６５ｍｌ／ｍ²
第１層塗布量 ９５ｍｌ／ｍ²
第２層塗布量 ７０ｍｌ／ｍ²

比較例１〜３
塗布液流れ方向に対して直交方向に切断した断面形状が図２の形状で、表１に示す各所寸法であるスライドビード塗布装置を用い、実施例１と同様の塗布を行った結果、表１に示す塗布状況となった。

以下に実施例の結果を詳細に説明する。実施例１は、スリットのスライド面流出幅が、塗布幅規制部材の内面幅よりも狭幅であり、かつ、ダイ内部において、スリット幅がスリット入り口からスリット出口に向かって減少する傾斜形状であるために、本発明の請求項１を満たす塗布装置を用いた場合の実施例である。

一方、比較例１は、スリットのスライド面流出幅が、塗布幅規制部材の内面幅よりも狭幅ではあるが、ダイ内部において、スリット幅がスリット入り口からスリット出口に向かって増大する傾斜形状であるため、本発明を満たさない従来の塗布装置を用いた場合の比較例である。

また、比較例２は、スリットのスライド面流出幅が、塗布幅規制部材の内面幅よりも狭幅ではあるが、ダイ内部において、スリット幅がスリット入り口からスリット出口に向かって増大も減少もしない、すなわち傾斜を有しない形状であるため、本発明を満たさない従来の塗布装置を用いた場合の比較例である。

また、比較例３は、スリットのスライド面流出幅が、塗布幅規制部材の内面幅よりも狭幅ではないために、本発明を満たさない従来の塗布装置を用いた場合の比較例である。

尚、実施例１及び比較例１〜３の全てにおいて、塗布幅規制部材の内面で規制される塗布液流下幅は１６００ｍｍと同一であり、塗布結果として最終的に得られる均一膜厚幅、更にはエッジ厚塗りの発生状況を相対比較することで、本発明の効果を確認するに到った。

次に、実施例及び各比較例の塗布状況について説明する。表１における均一塗布膜幅とは、両端部のエッジ厚塗り及びエッジ薄塗りによる不均一部を除外し、均一な塗布物として確保可能な取り幅を示している。

まず、実施例１では両端部に極狭幅のエッジ薄塗り部を生じたが、塗布幅１６００ｍｍに対して１５６０ｍｍもの均一塗布膜幅が得られた。次に比較例１では、実施例１よりも広い範囲でエッジ薄塗りを生じ、得られる均一塗布幅は１５２０ｍｍに減少した。また比較例２では、比較例１に比べるとエッジ薄塗り範囲が若干減少して均一塗布幅は１５３０ｍｍに増加したものの、実施例１で得られた１５６０ｍｍには及ばなかった。

次に、比較例３では、実施例１及び比較例１、２と全く同一の乾燥条件を用いた場合に、エッジ厚塗りによる未乾燥部分を生じ、巻き取りがほどけなくなる工程トラブルを生じたので、均一塗布幅を評価するに到らなかった。

以上のように、本発明の塗布装置及び塗布方法により、エッジ厚塗りによる工程トラブルを防ぎ、更に、両端部のエッジ厚塗りやエッジ薄塗りを抑制する効果が大きく、従来に比べて広い均一膜厚幅が得られ、歩留まりの高い効率的塗布操作が可能となることを示した。

本発明のスライドビード塗布装置を塗布液流れ方向に対して直交方向に切断した断面形状の模式図 従来のスライドビード塗布装置を塗布液流れ方向に対して直交方向に切断した断面形状の模式図 スライドビード塗布装置を幅方向に垂直な面で切断した断面形状の模式図 図３の位置Ｂにおける断面形状の模式図

符号の説明

１ａ、１ｂ 流入口
２ａ、２ｂ キャビティー
３ａ、３ｂ スリット
３ａｉ、３ｂｉ スリット入り口
３ａｏ、３ｂｏ スリット出口
４ スライド面
５ 塗布幅規制部材
Ｌ１ａ 第１層目スリットのスライド面流出幅
Ｌ２ａ 第１層目スリットの片端当たり狭幅量
Ｌ３ａ 第１層目スリットの傾斜量
Ｌ１ｂ 第２層目スリットのスライド面流出幅
Ｌ３ｂ 第２層目スリットの傾斜量
Ｌ４ スリット高さ

Claims (2)

1. スライドビード塗布装置において、少なくともひとつの層のスリットのスライド面流出幅が、スライド面上における塗布幅規制部材の内面幅よりも狭幅であり、かつ、該狭幅であるスリットは、コーティングダイ内部において、スリット幅がスリット出口に向かって減少する傾斜形状であることを特徴とする塗布装置。
2. ウェブ上に、請求項１に記載の塗布装置により、塗布液粘度が５０ｍＰａ・ｓ以上である塗布液を塗布することを特徴とする塗布方法。

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