JP5721387B2

JP5721387B2 - 塗布装置

Info

Publication number: JP5721387B2
Application number: JP2010226521A
Authority: JP
Inventors: 尚伸美甘; 天野　浩二; 浩二天野; 健一吉本; 久世　定; 定久世
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2030-10-06
Also published as: JP2012076063A

Description

本発明は、この発明は、プラスチック、紙、金属箔等の走行する支持体上に３層以上の塗布層を塗布形成する塗布装置および方法に関する。

従来から、支持体上に種々の機能を有する機能層を塗布により形成し機能シートなどを製造することが広く行なわれている。例えば、包装材、写真感光材料、光学フイルム、磁気記録媒体、鋼板表面処理などの製造例が挙げられる。
これらの製品の製造にあたっては、各種機能材料を結合剤と混合し、必要に応じて他の添加剤を添加して溶媒に希釈して得られた塗布液を支持体上に塗布して機能層が形成される。

このような塗布液を支持体に塗布する方法としては、例えばロールコータ、グラビアコータ、ナイフコータ、エクストルージョン型コータ、あるいは種々のリバースコータ等の多種多様なコーティング方法が挙げられる。この中でも、エクストルージョン型コータは、塗布の直前まで、塗布液が空気にさらされることがないため、塗布液の変化がないこと、塗布膜の幅方向の膜厚均一性にすぐれていること、塗布面の平滑性にすぐれていること等の理由により近年その利用が増加している。
さらに、近年、例えば磁気記録媒体やディスプレイ分野等における製品の高機能化や薄層化の要求が高まり、支持体上に塗布される塗布膜は、薄層化、単層から多層化への要求が多くなってきている。

塗布液を多層塗布する方法としては一層毎に別のコータヘッドを用いて連続的に多層塗布を行う方法や、一つのコータヘッドが複数の塗布液吐出部を備え持ち、コータヘッド先端部で支持体への塗布直前に合流した塗布液を一度に多層状態で塗布する方法（例えば、特許文献１）が一般的に行われている。
また、コータ内部のスリット内で複数の塗布液を合流させて多層塗布を行う方法（例えば、特許文献２）がも提案されている。

特開２００２−１８３４７号公報特開２００４−２５００２号公報

しかしながら、特許文献1では、コータヘッド先端部で支持体への塗布直前に３層以上の塗布液を合流させて、支持体上に多層を形成するために、合流と同時に高速のせん断速度が加わるために、それぞれの層を形成する塗布液の粘度が大きく異なる場合や、非常に薄い膜厚の層を形成する場合には所望の性能が得られなかったり、均一な厚さの塗布が困難となる場合があった。

特許文献２では、コータ内部のスリット内で複数の塗布液を合流させた後、コータヘッドの先端から塗布液を押出して支持体上に多層を形成するため、前述の問題点はかなり改善されるものの３層の多層塗布を行なう場合にはスリットを挟んで向き合う位置に上層、下層が中間層と合流するように塗布液を合流させるため、衝突が生じて層流に乱れが生じ易い場合があった。

本発明では、上記従来技術の問題点を解決し、３層以上の多層を安定して支持体上に形成することが可能な多層を形成する塗布装置および方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、多層を形成する塗布装置の構成について鋭意検討を行なった結果、塗布装置を下記の構成とすることにより、上記目的を達成できることを見出し本発明をなすに至った。

すなわち、塗布液を供給する複数のマニホールドから通じたスリットを経由して支持体上にこの塗布液を塗出して塗布を行なうエクストルージョン型コーターヘッドを用いて３層以上の多層塗布を行なう塗布装置であって、このコータヘッドが、支持体にその先端から塗布液を吐出する主スリットと、
塗布液を供給する複数のマニホールドと、
該複数のマニホールドから通じ主スリットに合流する複数の枝スリットと、
該主スリットを形成する主スペーサと、
該枝スリットを形成するスリットスペーサを含み、
前記主スリットの厚さは前記主スペーサにより決定され、
前記複数の枝スリットが主スリットに合流する複数の合流点が主スリットの塗布液吐出方向の軸上の異なる位置にあることを特徴とする。
前記主スリットのスリット厚さが、主スリットの塗布液吐出方向の軸上、先端から先端と離れる方向にかけて、同じか小さくなることを特徴とする。

本発明の塗布装置を用いると、スリット内部という比較的低速のせん断速度において複数の塗布液が合流するために各層が安定して形成され、また、合流が同時には行なわれず、順次行なわれるために層の乱れが少ない。また、スリット厚さが各部において適切に制御されているので、さらに乱れの少ない各層が形成される。

本発明によれば、３層以上の多層を形成する際に、各層の乱れのない安定した多層を形成できる塗布装置および塗布方法を提供できる。

本発明の塗布装置の要部構成図である。従来の塗布装置の要部構成図である。非磁性支持体上に３層の構成を有する垂直磁気記録媒体の構成図と各層の界面における混合部分（混合層）の厚さを求める方法を示したイメージ図である。

以下、本発明に係る塗布装置および塗布方法の実施形態を、３層を形成する塗布装置を例にとって図面に基づいて説明する。

図１に本発明の一例の塗布装置の要部構成図を示す。本実施形態の塗布装置１００は塗布層を形成する支持体Ｂを案内するバックアップロール１にコータヘッド（ダイブロック）Ｃの先端部が支持体Ｂと僅かな間隙を持って配置される。支持体上に３層の塗布層を形成するために、コーターヘッドＣは多数のブロックおよびパーツから構成されている。

コータヘッドＣは、大きく下流ブロック１０と、上流ブロック群２０〜２３と、これらの間に配置され主スリットＭＳを形成する主スペーサ３０と、から構成される。上流ブロック群２０〜２３は、上流先端ブロック２０、上流第１マニホールドブロック２１、上流第２マニホールドブロック２２、上流第３マニホールドブロック２３、の各ブロックと、これらの各ブロック間に枝スリットＳ１〜Ｓ３を形成するスリットスペーサ３１〜３３と、から構成される。また、これらの上流ブロック群２０〜２３により、第１〜第３のマニホールドＭ１〜Ｍ３が形成される。４層以上の多層の塗布層を形成する場合には、さらに、第４、第５のマニホールドブロック、スリットスペーサを追加することができる。

主スペーサ３０により、主スリットＭＳのスリット厚さが決定されるが、主スリット各部の厚さ、ｄ１、ｄ２、ｄ３は、上流ブロック群２２、２３、２０の形状を変えることにより制御することができる。これらは、ｄ１≦ｄ２≦ｄ３の関係を満たすことが好ましい。また、枝スリットＳ１〜Ｓ３のスリット厚さｄａ〜ｄｃは、それぞれの形成する層厚さに応じて適宜制御することが好ましい。

次に、本実施形態塗布装置１００の動作について説明する。不図示の巻き出し軸から巻き出された支持体Ｂは、不図示のガイドロールに案内されて、バックアップロール１に巻き付けられる。支持体Ｂを挟んでバックアップロール１と反対側には、支持体Ｂとその先端が所定の間隙を保つようにコータヘッドＣが配置される。コータヘッドＣの各マニホールドＭ１〜Ｍ３には不図示のポンプを介して各塗布層を形成する各塗料が供給される。
まず、第１マニホールドＭ１を満たした最上層形成用塗料は第１スリットＳ１を経由して主スリットＭＳに至り、主スリットＭＳを経由しながらコータヘッドＣの先端から押し出され支持体Ｂ上に最上層Ｍｓを形成する。

次いで、第１マニホールドＭ１から最上層形成用塗料が供給され続けている状態において、第２マニホールドＭ２から最上層に隣接する第１隣接層（中間層）形成用の塗料が供給され、第２スリットＳ２を経由して、その出口で主スリットＭＳを流れる最上層形成用塗料と合流する。合流後、最上層形成用塗料と第１隣接層形成用塗料とは、主スリットＭＳの中で層流を形成しながらコータヘッドＣの先端から押し出され支持体Ｂ上に最上層Ｍｓと第１隣接層Ｍｗを形成する。

その後、第１マニホールドＭ１から最上層形成用塗料、第２マニホールドＭ２から最上層に隣接する第１隣接層形成用の塗料が供給され続けている状態において、第３マニホールドＭ３から第１隣接層に隣接する第２隣接層（最下層）形成用の塗料が供給され、第３スリットＳ３を経由して、その出口で主スリットＭＳを流れる第１隣接層形成用塗料と合流する。合流後、最上層形成用塗料、第１隣接層形成用塗料、第２隣接層形成用塗料は、主スリットＭＳの中で３つの層流を形成しながらコータヘッドＣの先端から押し出され支持体Ｂ上に最上層Ｍｓ、第１隣接層Ｍｗ、第２隣接層Ｎの３層を形成する。

このように、本発明の塗布装置においては、主スリットＭＳの先端から遠い位置から、順次、第１スリットＳ１、第２スリットＳ２、第３スリットＳ３が主スリットＭＳに合流するので、各層が乱れることなく３層の層流が形成される。

以下、実施例に基づき本発明をより具体的に説明する。
メタル磁性粉末（強磁性粉末）をバインダに分散した強磁性塗料、Ｆｅ−Ｃｏ系軟磁性粉末をバインダに分散した軟磁性塗料、α−Ｆｅ_２Ｏ_３およびカーボンブラックをバインダに分散した非磁性塗料を図１に示した本発明の塗布装置を用いて、厚さ６μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フイルムからなる非磁性支持体上に非磁性層Ｎ、軟磁性層Ｍｗ、強磁性層Ｍｓの３層を有する垂直記録用の磁気記録媒体を作製した。第１マニホールドから強磁性塗料、第２マニホールドから軟磁性塗料、第３マニホールドから非磁性塗料、を供給し、それぞれの塗料の供給量を制御して、強磁性層の乾燥後の厚さが０．１μｍ、軟磁性層の乾燥後の厚さが０．６μｍ、非磁性層の乾燥後の厚さが１．０μｍとなるように塗布して磁気シートを作製した。

このとき、主スリットの各部の厚さ間隔（ｄ１〜ｄ３）を下表のように変化させ、第１〜第３スリットの厚さ間隔を０．２mmとして、実施例１〜３の評価用磁気シートを作製した。なお、第１〜第３スリットは図１に示したように主スリットに対して片側にある構成とした。

一方図２で示したように、第１スリットが、主スリットを挟んで第２スリット、第３スリットと反対側に位置し、第１スリットと第３スリットが主スリットに合流する合流点が主スリットの塗布液吐出方向の軸上の同じ位置にある塗布装置を用いた以外は実施例１と同様にして、比較例１の評価用磁気シートを作製した。

次いで第１スリットと主スリットとの合流点が主スリットの塗布液吐出方向の軸上の第２、第３スリットの合流点の間にあるように構成した以外は比較例１と同様にして、実施例４の評価用磁気シートを作製した。
得られた評価用磁気シートの各層の形成状態を下記方法により評価した。

＜各層混合状態の評価＞
強磁性層表面にカーボン層、Ｐｔ−Ｐｄ層を蒸着した強磁性層−軟磁性層−非磁性層を含む断面を集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置により作製し、得られたこの断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にてＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）検出器を用いて観察し、その反射電子（ＢＳＥ）像を得る。この画像データをデジタル化して厚さ方向の輝度データを得る。

図３に実施例で作製した垂直記録用磁気記録媒体の断面構成（ａ）と輝度曲線（ｂ）を示す。図３（ａ）の各層の中心部の輝度ａ、ｂ、ｃを各層の輝度と定義し、輝度軸のａ−ｂ間を１００とした時の７０〜３０間を強磁性層−軟磁性層の混合部分、輝度軸のｂ−ｃ間を１００とした時の７０〜３０間を軟磁性層−非磁性層の混合部分と定義した。この定義に基づいて、強磁性層−軟磁性層の混合部分の厚さｍａ、軟磁性層−非磁性層の混合部分の厚さｍｂを求め、この厚さが小さいほど各層の境界部分おける塗料の混合が少ないと判断した。

本発明の塗布装置および塗布方法を用いれば、３層以上の多層を有する高品質の機能性フィルムを提供できる。

１バックアップロール
１０下流ブロック
２０上流先端ブロック
２１上流第１マニホールドブロック
２２上流第２マニホールドブロック
２３上流第３マニホールドブロック
３０主スペーサ
３１第１スリットスペーサ
３２第２スリットスペーサ
３３第３スリットスペーサ
１００塗布装置
Ｂ支持体
Ｃコータヘッド（ダイブロック）
Ｍ１第１マニホールド
Ｍ２第２マニホールド
Ｍ３第３マニホールド
ＭＳ主スリット
Ｓ１第１スリット
Ｓ２第２スリット
Ｓ３第３スリット
Ｍｓ強磁性層
Ｍｗ軟磁性層
Ｎ非磁性層

Claims

塗布液を供給する複数のマニホールドから通じたスリットを経由して支持体上にこの塗布液を塗出して塗布を行なうエクストルージョン型コーターヘッドを用いて３層以上の多層塗布を行なう塗布装置であって、
このコータヘッドが、支持体にその先端から塗布液を吐出する主スリットと、
塗布液を供給する複数のマニホールドと、
該複数のマニホールドから通じ主スリットに合流する複数の枝スリットと、
該主スリットを形成する主スペーサと、
該枝スリットを形成するスリットスペーサを含み、
前記主スリットの厚さは前記主スペーサにより決定され、
前記複数の枝スリットが主スリットに合流する複数の合流点が主スリットの塗布液吐出方向の軸上の異なる位置にあることを特徴とする塗布装置。
前記主スリットのスリット厚さが、主スリットの塗布液吐出方向の軸上、先端から先端と離れる方向にかけて、同じか小さくなることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。