JP5588442B2 - 基材上に流体膜を塗布する塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文記載の基材上に流体膜を塗布する塗布装置に関する。

本発明は、概して、紙などの平面基材に流体を塗布する領域に関する。これに関する限り、Ｄｕｒｓｔ、Ｆ．他の「Ｓｔａｂｉｌｉｔａｅｔ ｖｏｎ Ｆｉｌｍｅｎ ｉｎ ｄｅｒ Ｆｌｉｅｓｓｅｒ−Ｆｉｌｍｂｅｓｃｈｉｃｈｔｕｎｇ」、Ｃｏａｔｉｎｇ、１２／８９、１／９０、２／９０を参照する。これから、特にいわゆるカーテン塗布に関して、口金が塗布に使用される流体薄膜を生成するスロットノズルを有するスロットフロー装置が知られている。スロットノズルは、最大７ｍの幅を有していてもよい。スロットノズルは普通、ある配置構成で互いに向き合った２つのスロットノズル要素から構成される。スロットノズルのスロット幅は普通、５０〜４００μｍの範囲にある。

例えば米国特許第５，２３４，６４９号（特許文献１）に記載の従来技術で周知の塗布装置は、それを用いて処理される流体専用に設計されている。スロットノズルの幅全体にわたる流体の質量スループット又は質量流量は、例えば周囲条件等で流体の粘度などの塗布パラメータのわずかな変化があると直ちに変化する。すなわち、流体の質量スループットは、スロットノズルの幅全体にわたって一定ではあり得ない。このために、スロットノズルに対して一定速度で移動する塗布対象の基材は、スロットノズルを通る質量スループットが増大するたびに塗布膜の厚さを増してゆく。塗布膜の厚さのこのような変動は望ましくない。この変動によって塗布後の基材の後続の処理ステップ中に様々な問題が引き起こされる。

米国特許第５，２３４，６４９号

本発明の目的は、従来技術の欠点を解消することである。特に、周囲条件に変化があってもスロットノズルの全幅にわたって均一な質量スループットを有する塗布装置を特定しなければならない。本発明の別の目的によれば、異なる流体、特に粘度が異なる流体であってもスロットノズルの全幅にわたって均一な質量スループットで基材上に塗布できるように、塗布装置は普遍的に使用できる必要がある。

この目的は、請求項１の特徴によって達せられる。請求項２〜９の特徴から本発明の有用な実施形態が引き出される。

本発明の実施形態によれば、分散空間内にフローの方向に断面積が拡大する複数の分散チャネルを提供することが提案されている。これによって、驚くほど簡単な方法で周囲条件に変化があってもスロットノズル又は出口開口にある流体の圧力を全幅にわたってほぼ一定に保つことができる。提案の塗布装置を用いて異なる流体、特に粘度が異なる流体を使用した時でもスロットノズルの全幅にわたって確実に常時一定の質量スループットを提供することができる。

したがって、提案の塗布装置は極めて普遍的である。これによって、塗布装置を各々の特定の流体の処理専用に調整した塗布装置を作成することが不要になる。

分散チャネルの断面積は、１．５〜３０倍、好ましくは５〜２０倍、特に好ましくは８〜１５倍増大することができる。断面積のそれぞれの拡大係数は、第２の幅にわたって変化してもよい。これを利用して第３の幅によってこの構成によって引き起こされる圧力の差を補償することができる。

本発明の一実施形態によれば、分散チャネルは、チャネルからスロットノズルの付近まで延在する。分散チャネルはスロットノズルまで延在してもよく、スロットノズルの手前３０ｍｍで終わっていてもよい。

特に簡単な実施形態によれば、分散チャネルは、実質的にスロットノズルに垂直に延びる壁によって制限されている。これにより、壁は、３〜５０ｍｍの範囲の高さを有することができる。この実施形態の壁は、チャネルからスロットノズルの方向に扇状に延びる。壁は、有利には分散空間を制限する前面スロットノズル板から反対側に配置された裏面スロットノズル板まで延在する。壁は、有利にはスロットノズル板に垂直に延びチャネルの中央を通る対称面に関して対称に配置される。

フローの方向に面積が増大する分散チャネルの断面積は、その距離がチャネルからスロットノズルまで増大する隣接する壁の間に設けた距離を有することで容易に実施できる。

別の実施形態によれば、少なくとも複数の壁が少なくとも１つの漏出点を有する。これにより、漏出点をそれぞれの壁のチャネル側の第１の端部及び／又はスロットノズル側の第２の端部領域内に提供できる。提案の漏出点を設けることで、スロットノズルの全幅にわたってスロットノズルにある流体の圧力の均一性にさらに貢献する。

別の実施形態によれば、分散チャネルの各々は、チャネル内に提供されたそれに対応する供給チャネルに接続されている。チャネルがフローの方向に一定の断面積を有する限り、供給チャネルの断面積も変わらない。供給チャネルを提供することで、流体のストリームは、チャネル内で各々が実質的に同じ質量スループットを有する部分的なストリームに細分化されている。このために、分散チャネル、それ故スロット幅全体を通過する質量スループットも特に均一である。

特に構成が簡単な一実施形態では、供給チャネルを制限する壁はチャネル内部まで延在する。すなわち、この例では、チャネルから分散空間内に延びる壁は供給チャネル及び分散チャネルの両方を制限する。

別の有利な実施形態によれば、分散及び／又は供給チャネルは、分散空間内に挿入可能な少なくとも１つの装着要素の一部である。これによって、装着要素は、その上に提供された供給チャネルが正確に１つのチャネルからスロットノズルへ延在するように配置できる。したがって、複数のチャネルを有する塗布装置で複数のこのような装着要素を並べて使用できる。

別の特に安価な実施形態によれば、装着要素はプラスチック製である。これによって、極めて簡単で安価な方法で塗布装置を備えるか、又は後付けして本発明が提供する利点を達成できる。しかし、供給及び／又は分散チャネルを制限する壁は、ステンレス鋼製、Ｉｎｖａｒ（登録商標）鋼製、又はアルミニウム製であってもよい。特に、供給及び／又は分散チャネルを形成する壁を第２のスロットノズル板と一体製作してもよい。これとは別に、供給及び／又は分散チャネルに対向する壁の内側をセラミック製、例えば、タングステンカーバイド又はシリコンカーバイド製にすることができる。壁をプラスチック、例えば、テトラフルオロエチレンで塗布することも有利と考えられる。

本発明は、スロットノズルへ向かって開くバッファ空間がスロットノズルと分散空間との間に提供され、バッファ空間が実質的に第２の幅にわたって延在するスロット様の通路によって分散空間と接続している従来の２チャンバ型塗布装置にも適用できる。本発明が提供する分散チャネルを備えた分散空間の下流側にバッファ空間を設けることでスロットノズルで待機している流体の特に均質な圧力分散にさらに貢献できる。

例を用いて、本発明を図面に基づいて詳述する。

本発明によって提供される塗布装置と比較して従来の塗布装置での、粘度が異なる流体の流入開口からの距離にわたる質量流量の変化を示す図である。 本発明によって提供される塗布装置と比較して従来の塗布装置での、粘度が異なる流体の流入開口からの距離にわたる質量流量の変化を示す図である。 本発明によって提供される塗布装置での粘度が異なる流体の流入開口からの距離にわたる質量流量の変化を示す図である。 本発明によって提供される第１の塗布装置の斜視図である。 図４ａは本発明によって提供される装着要素の上面図、図４ｂは本発明によって提供される装着要素の第１の側面図、図４ｃは本発明によって提供される装着要素の第２の側面図、図４ｄは本発明によって提供される装着要素の斜視図である。 本発明によって提供される第２の塗布装置の斜視図である。 本発明によって提供される第３の塗布装置の斜視図である。 本発明によって提供される第４の塗布装置の斜視図である。

図１ａ及び図１ｂは各々、流入開口からの距離、すなわち、チャネルを通って延在する中央の面Ｍの距離にわたる質量スループット又は質量流量

の変化を示す。図１ａは、ニュートン流体の挙動を示す。図１ｂは、非ニュートン流体の挙動を示す。図１ａ及び図１ｂに示すように、従来の塗布装置を使用する場合、中央の面Ｍからの距離が増すにつれて、すなわち、スロットノズルの縁部に近づくにつれて、質量流量は連続的に減少する。「新規開発ノズル」又は本発明によって提供される塗布装置の場合は、これとは対照的に、ニュートン流体及び非ニュートン流体が使用される時、スロットノズルの全幅にわたって質量流量は一定のままである。

図２は、本発明によって提供される塗布装置で流入開口からの正規化距離にわたる質量流量

の変化を示す。質量流量は、スロット幅全体にわたってほぼ同じ値を有する。本発明によって提供される塗布装置での質量流量は、流体の粘度からほぼ独立していることは特に特筆すべきである。

図３は、本発明によって提供される第１の塗布装置の斜視図を示す。塗布装置は、第１のスロットノズル板２と第１のスロットノズル板２に実質的に平行に配置された第２のスロットノズル板３との間にスロットノズル１を有する。参照番号４は、スロットノズル板２、３の側面に取り付けられた側板を指す。流体を供給する供給管５は、第２のスロットノズル板３内に形成されたチャネル６に通じる。次に、チャネル６は、そこから下流側の第２のスロットノズル板３内に提供された分散空間７に通じる。分散空間７は、フローの方向に円錐状に延在する。

チャネル６及び分散空間７内では、壁８がスロットノズル板２、３に垂直に延在する。スロットノズル板２、３の間に延在する壁８は、分散チャネル９を制限する。分散空間７内で、分散チャネル９はフローの方向に増大する断面を有する。分散空間７の下流側に、スロットノズル１へ向けてフローの方向にテーバするスロットノズル空間１０がある。

側板４の外面の間の塗布装置の第１の幅は、Ｂ１で示される。スロットノズル１の第２の幅は、Ｂ２で示される。チャネル６の第３の幅Ｂ３は、Ｂ３で示される。図３に示すように、第３の幅Ｂ３は、第２の幅Ｂ２よりも小さい。第２の幅Ｂ２は、第１の幅Ｂ１よりも小さい。第２の幅Ｂ２は、実質的に第１の幅Ｂ１に対応する。すなわち、第１の幅Ｂ１は、実質的に第２の幅Ｂ２とは側板４の厚さ分が異なるだけである。

図４ａ〜図４ｄは、第２のスロットノズル板３内に分散空間７が形成された塗布装置の分散空間７内に挿入可能な装着要素１１の上面図、第１の側面図、第２の側面図、及び斜視図を示す。図４ａ及び図４ｄに特に示すように、壁８は、チャネル６の領域内で平行に延在し、ここに複数の供給チャネル９ａを形成する。分散空間７及び／又は装着要素１１を通過する流体のフローの方向Ｓは参照符号Ｓで示される。チャネル６の下流側で、壁８は対称から離れる、すなわち、チャネル６を通過する中央の面Ｍから離れる方向に曲がる。装着要素１１は、壁８と横方向の制限要素１３がそこから延在するベース板１２を有する。横方向の制限要素１３内にねじ孔１４を提供して装着要素１１を固定できる。装着要素１１は、有利にはプラスチック製でよく、好ましくは射出成型プラスチック製であってよい。

図４ａ〜図４ｄに示す装着要素１１によって、正確に１つのチャネル６が提供される。しかし、図示の装着要素１１が複数組み合わさった装着要素１１が提供されてもよい。すなわち、複数のチャネル６が提供される装着要素１１があってもよい。

図５及び図６は、第２及び第３の塗布装置を示す。第２の塗布装置で、内部に装着要素１１を含む２つの分散空間７が提供され、第２の幅Ｂ２が拡張される。図６に示す第３の塗布装置で、１つの装着要素１１が各々含まれる４つの分散空間７が提供され、第２の幅Ｂ２がさらに拡張される。

図７は、第４の塗布装置の斜視図を示す。第４の塗布装置は、前後に並んだ３つのスロットノズル１を有する。第２のスロットノズル板３は、上り階段のように配置されている。第２のスロットノズル板３の各々の内部に１つの装着要素１１を含む分散空間７が形成される。参照番号１５は、層状の流体膜が「カーテン」のように排出されて基材（図示せず）上に塗布され、層状の流体膜１５がスロットノズル１から離れて層状に重なった複数の流体膜で形成される出口のタブを示す。

本発明によって提供される塗布装置の機能は以下の通りである。

基材（図示せず）に塗布する流体は、供給管５によって供給される。供給された流体は、チャネル６内で供給チャネル９ａによって部分的な流体ストリームに分割される。供給チャネル９ａと分散チャネル９の各々に位置する部分的な流体ストリームは、スロットノズル１で、又はスロットノズル１の上流側に配置されたスロットノズル空間１０で実質的に同じ圧力である。したがって、スロットノズル１上、又は適宜スロットノズル空間１０内の圧力分散は第２の幅Ｂ２全体にわたって特に均一である。このために、質量スループット又は質量流量も第２の幅Ｂ２全体にわたって実質的に一定である。

これらの例示的な形態に示す塗布装置によって、壁８は分散空間７の端部まで延在する。しかし、壁８はスロットノズル空間１０内まで延在していてもよい。さらに、壁８は、そのチャネル側端部領域及び／又はスロットノズル側の追加の端部領域内に漏出点を有していてもよい。圧力変化が解消しない場合にこれで平均化ができる。

上記の例示的な形態で、供給チャネル９ａと分散チャネル９は矩形の断面を有する。供給チャネル９ａと分散チャネル９の断面は別の形状であってもよいことは当然である。

分散チャネル９の開口断面は、スロットノズル側の端部で変化してもよい。例えば、中央の面Ｍの領域内の開口断面は、分散空間７の両方の縁部の分散チャネル９の開口断面より小さくてもよい。

本発明は、異なるタイプの塗布装置に適用可能である。例えば、本発明は、第２の幅Ｂ２全体に延在するバッファ空間がスロットノズル空間１０の下流側に提供される２チャンバ型塗布装置にも適用できる。さらに、本発明は、摺動膜処理塗布装置、摺動膜フラワー塗布装置及びスロットノズルフラワー塗布装置などにも適用できる。

１ スロットノズル
２ 第１のスロットノズル板
３ 第２のスロットノズル板
４ 側板
５ 供給管
６ チャネル
７ 分散空間
８ 壁
９ 分散チャネル
９ａ 供給チャネル
１０ スロットノズル空間
１１ 装着要素
１２ ベース板
１３ 制限要素
１４ ねじ孔
１５ タブ
Ｂ１ 第１の幅
Ｂ２ 第２の幅
Ｂ３ 第３の幅
Ｍ 中央の面
Ｓ フローの方向

Claims (9)

1. 基材上に流体膜を塗布する塗布装置であって、前記流体膜を生成するスロットノズル（１）の第２の幅（Ｂ２）にわたって流体を分散させる分散空間（７）が、本質的に前記塗布装置の第１の幅（Ｂ１）全体にわたって連続して延在する前記スロットノズル（１）の上流側に設けられ、流体を供給する少なくとも１つのチャネル（６）が前記分散空間（７）の上流側に設けられ、前記チャネル（６）が第３の幅（Ｂ３）を有し、前記第３の幅（Ｂ３）が前記第２の幅（Ｂ２）よりも小さく、フローの方向（Ｓ）に増大する断面積を有する複数の分散チャネル（９）が前記分散空間（７）内に設けられ、
   前記分散チャネル（９）の各々が、前記チャネル（６）内に設けられたそれに対応する供給チャネル（９ａ）と接続され、
   前記分散チャネル（９）が、前記スロットノズル（１）のスロットノズル板（２，３）に本質的に垂直に延在する壁（８）によって制限され、
   前記供給チャネル（９ａ）を制限する前記壁（８）が、前記チャネル（６）内へ延在することを特徴とする塗布装置。
2. 前記分散チャネル（９）が、前記チャネル（６）から前記スロットノズル（１）付近まで延在する、請求項１に記載の塗布装置。
3. 隣接する壁（８）の間に形成された距離が、前記チャネル（６）から前記スロットノズル（１）へ向かって増大する、請求項１又は２に記載の塗布装置。
4. 少なくとも複数の壁（８）が、少なくとも１つの漏出点を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の塗布装置。
5. 前記漏出点が、前記それぞれの壁（８）のチャネル側の第１の端部領域及び／又はスロットノズル側の第２の端部領域内に形成される、請求項４に記載の塗布装置。
6. 前記分散チャネル（９）及び／又は前記供給チャネル（９ａ）が、前記分散空間（７）内に挿入可能な少なくとも１つの装着要素（１１）の一部である、請求項１から５のいずれか１項に記載の塗布装置。
7. 前記装着要素（１１）が、プラスチック製である、請求項６に記載の塗布装置。
8. 前記スロットノズル（１）へ向かって開くバッファ空間（１０）が、前記スロットノズル（１）と前記分散空間（７）との間に形成される、請求項１から７のいずれか１項に記載の塗布装置。
9. 前記バッファ空間（１０）が、本質的に前記第２の幅（Ｂ２）にわたって延在するスロット様の通路によって前記分散空間（７）と接続される、請求項８に記載の塗布装置。

Images