JP5890303B2

JP5890303B2 - グラビア塗布装置

Info

Publication number: JP5890303B2
Application number: JP2012281749A
Authority: JP
Inventors: 章仁望月; 秀典望月
Original assignee: Kobayashi Engineering Works Ltd
Current assignee: Kobayashi Engineering Works Ltd
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: JP2014124559A

Description

本発明は樹脂フィルム、紙、金属箔等のシート状基材に塗布剤を塗布するグラビア塗布装置に関する。

グラビア塗布装置として、基材の下面に塗布剤を塗布するように回転駆動されるグラビアロールと、グラビアロールの外周の下面に塗布剤を供給する塗布剤溜空間が形成されるマニホールドブロックとを有してなるものがある。マニホールドブロックの塗布剤溜空間で供給されたグラビアロールの外周の塗布剤が、ドクターブレードで掻き取られて定量化された後、該グラビアロールの外周に連続的に摺接する基材の上面が自由状態にある位置におけるその基材の下面に転移されて塗布される。

特許文献１に記載のグラビア塗布装置では、グラビアロールの直径を20〜50mmに小径化することにより、基材がグラビアロールとの摺接部の上流側で、該グラビアロールとの間に形成する楔形小空間の楔角度を鈍くし、該小空間に貯留される塗布剤層がグラビアロールの周方向に沿う長さも短くし、該塗布剤層の端部から離れようとする基材の部分との間に作用する剥離力も小さくなり、結果として基材に均一に塗布剤を塗布できるものと考えられている。

実公平2-7663

特許文献１に記載のグラビア塗布装置では、小径のグラビアロールを両端で支持しているに過ぎない。

ところが、小径のグラビアロールは、断面２次モーメントが小さく、両端の軸受間で、基材の押付圧力（張力）、更にはドクターブレードの押付圧力の作用下で大きなたわみを生じる。このたわみは、基材幅が広く、グラビアロールの軸方向長が長くなるときにより顕著である。このたわみにより、基材とグラビアロールは幅方向で均一に接触できず、塗布ムラを生じる。また、このたわみにより、グラビアロールの振れ（振動）が大きくなり、高速回転を必要とする操業条件に適用できない。

本発明の課題は、グラビア塗布装置において、小径のグラビアロールでのたわみを防止でき、基材の全幅に渡り塗布剤を均一に塗布し、高速回転を必要とする操業条件にも適用可能にすることにある。

請求項１に係る発明は、基材の下面に塗布剤を塗布するように回転駆動されるグラビアロールと、グラビアロールの直下に支持部材を介して設置されるマニホールドブロックとを有し、マニホールドブロックの上部に、グラビアロールの外周の下面に塗布剤を供給する塗布剤溜空間及び該塗布剤溜空間に塗布剤を供給するスリットを挟むグラビアロールの回転方向に沿う両側位置に配置されて、グラビアロールの軸方向でその外周に接触し、該グラビアロールを下方から支える支持部材を有し、両側の支持部材がグラビアロールの外周の下面との間に区画する塗布剤溜空間に塗布剤を満たし、この塗布剤をグラビアロールの外周に充填するように供給するグラビア塗布装置であって、両側の支持部材のそれぞれが、マニホールドブロックの上部に着脱可能に配置されるようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記両側の支持部材がグラビアロールの外周の下面に該グラビアロールの軸方向で連続的に接触して塗布剤溜空間を封止するとともに、塗布剤溜空間よりもグラビアロールの回転方向に沿う下流側の支持部材が、グラビアロールの外周に供給された塗布剤を掻き取って定量化するようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において更に、前記グラビアロールが、直径10〜50mmの鉄鋼の中実丸棒からなり、その外周に凹状彫刻部を備えるようにしたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに係る発明において更に、前記支持部材が樹脂材料からなるようにしたものである。

（請求項１）
(a)グラビアロールの軸方向でその外周に接触し、該グラビアロールを下方から支える支持部材を設けた。これにより、小径のグラビアロールでも、該グラビアロールを軸方向の全長で連続的に支持し、基材の押付圧力（張力）、更にはドクターブレードの押付圧力の作用下でのたわみを防止できる。従って、基材の幅が広く、グラビアロールの軸方向長が長い場合にも、基材とグラビアロールを幅方向で均一に接触させ、塗布ムラを生じない。また、グラビアロールの振れ（振動）を抑え、高速回転を必要とする操業条件にも適用できる。

(b)前記支持部材が、マニホールドブロックの塗布剤溜空間を挟むグラビアロールの回転方向に沿う両側位置に配置され、両側の支持部材がグラビアロールの外周の下面との間に区画する塗布剤溜空間に塗布剤を満たし、この塗布剤をグラビアロールの外周に充填するように供給する。これにより、グラビアロールの外周の直下の塗布剤溜空間に塗布剤を充満して圧力をかけた状態で、塗布剤をグラビアロールの外周の下面に供給できる。グラビアロールが高速回転している場合でも、グラビアロールの外周の凹状彫刻部のセル内に塗布剤を確実に充填するように供給でき、塗布欠陥を低減できる。

（請求項２）
(c)前記両側の支持部材がグラビアロールの外周の下面に該グラビアロールの軸方向で連続的に接触して塗布剤溜空間を封止するとともに、塗布剤溜空間よりもグラビアロールの回転方向に沿う下流側の支持部材が、グラビアロールの外周に供給された塗布剤を掻き取って定量化する。マニホールドブロックの塗布剤溜空間でグラビアロールの外周の下面に供給された塗布剤の余剰分を、ドクターブレードで掻き取って計量する前段階で、両側の支持部材のうちの下流側の支持部材によって掻き取って安定化することにより、ドクターブレードによる計量負荷を軽減できる。

（請求項３）
(d)前記グラビアロールが、直径10〜50mmの鉄鋼の中実丸棒からなり、その外周に凹状彫刻部を備える。グラビアロールの直径を10〜50mmに小径化する場合にも、グラビアロールをカーボンファイバー樹脂等の高価な材料を用いずに、グラビアロールのたわみを防止できる。

（請求項４）
(e)前記支持部材が樹脂材料からなるものとすることにより、グラビアロールと支持部材の接触部の摩擦抵抗を減少させ、グラビアロールの外周の彫刻部の磨耗とキズ発生を防止できる。

図１はグラビア塗布装置の塗布剤供給系統を示す模式図である。図２はグラビア塗布装置を示す側面図である。図３は図２のIII-III線に沿う断面図である。図４は図２の要部拡大断面図である。図５はグラビアロールのたわみ量を示す線図である。図６はグラビア塗布装置の実験結果を示す図表である。

図１〜図３に示したグラビア塗布装置１００は、シート状基材１の下面に塗布剤を塗布するように回転駆動されるグラビアロール１０と、グラビアロール１０の外周の下面に塗布剤を供給する塗布剤溜空間２４が形成されるマニホールドブロック２０と、基材１の下面に塗布剤を塗布する前のグラビアロール１０の外周から余剰塗布剤を掻き取って定量の塗布剤を計量するドクターブレード３０とを有する。基材１は、原反ロールから繰り出され、展張ロール２、２（図１）によって展張されて連続的に走行し、最後に巻取ロールに巻取られる。

グラビアロール１０は、２個の展張ロール２、２の中間部分の基材１の下方に設置されている。グラビアロール１０は、両端を軸受１１、１１により支持され、一端に接続される駆動モータ１２により回転駆動される。グラビアロール１０の回転方向Ｎは、基材１の走行方向Ｌとそれらの接触部にて逆方向（同一方向でも可）とされる（図４）。

グラビアロール１０は、好適には直径10〜50mmの丸棒からなり、その外周に微細な凹状彫刻部１３（図４）を備える。本実施例では、グラビアロール１０を鉄鋼の中実丸棒からなるものとする。

マニホールドブロック２０は、グラビアロール１０の直下に設置されている。機能性樹脂等を水又は有機溶剤で希釈した塗布剤が、塗布剤収容タンク４０から送剤ポンプ４１によりマニホールドブロック２０の導入口２１に連続的に送給される。導入口２１に送給された塗布剤は、分配室２２でマニホールドブロック２０の幅方向（グラビアロール１０の軸方向に沿う方向）に分配された後、0.3〜1.0mm幅のスリット２３から塗布剤溜空間２４に到達し、ひいてはこの塗布剤溜空間２４の上面を区画して該塗布剤溜空間２４に浸漬するグラビアロール１０の外周の下面（彫刻部１３）に供給される。塗布剤溜空間２４の幅方向長は、グラビアロール１０の彫刻部１３の軸方向長と実質的に同一とされる。グラビアロール１３の外周の彫刻部１３まわりに随伴して塗布剤溜空間２４から漏れ出た塗布剤、及びドクターブレード３０で掻き取られた余剰塗布剤は、回収部２５で回収されて塗布剤収容タンク４０に戻される。マニホールドブロック２０は、幅方向の両端部に板状の閉塞部材２６が固定され、分配室２２等を幅方向に閉鎖している（図３）。

ドクターブレード３０は、グラビアロール１０の回転方向で、グラビアロール１０と基材１の接触部に対する上流側に設けられてグラビアロール１０の外周に接触され、マニホールドブロック２０の塗布剤溜空間２４からグラビアロール１０の外周に供給された塗布剤の余剰分を掻き取って計量する。ドクターブレード３０は、鋼板又は樹脂板からなり、グラビアロール１０の外周との接触圧力をエアシリンダ等により調整される。ドクターブレード３０は、グラビアロール１０の外周と長時間均一に接触維持し、或いはドクターブレード３０の偏磨耗を防止するために、グラビアロール１０の軸方向に周期的に往復動せしめることもできる。

しかるに、グラビア塗布装置１００にあっては、グラビアロール１０が上から載置される状態で、該グラビアロール１０の軸方向で該グラビアロール１０の外周に接触し、該グラビアロール１０を下方から支える支持部材５０が設けられる。支持部材５０は小径のグラビアロール１０のたわみを防止する。

本実施例では、マニホールドブロック２０の上部で、塗布剤溜空間２４を挟み、グラビアロール１０の回転方向に沿う上流側と下流側の両側位置に、概ね台形柱状（又は三角柱状）をなす支持部材５０Ａ、５０Ｂを配置して設ける。両側の支持部材５０Ａ、５０Ｂの相対するように配置された各斜面が、グラビアロール１０の外周の下面との間に、Ｖ字状（Ｕ字状等の他の形状でも可）の塗布剤溜空間２４を区画する。支持部材５０Ａ、５０Ｂは使用による磨耗等に対処するため、マニホールドブロック２０と別体とされ、マニホールドブロック２０の上部に着脱可能に取着される。このとき、支持部材５０Ａ、５０Ｂの幅方向長はマニホールドブロック２０と同一長され、それらの支持部材５０Ａ、５０Ｂの幅方向の両端部にはＶ字状の塗布剤溜空間２４を幅方向にて閉鎖する板状の閉塞部材５１が固定される。閉塞部材５１はマニホールドブロック２０の幅方向の両端部に固定した前述の閉塞部材２６の上部に連続するように配置され、グラビアロール１０の両端側の小径外周部に摺接する（図３）。

これにより、両側の支持部材５０Ａ、５０Ｂがグラビアロール１０の外周の下面との間に区画するＶ字状の塗布剤溜空間２４は、外部に対する閉鎖空間とされ、送給ポンプ４１が送給してくる塗布剤が充満される。従って、この塗布剤溜空間２４の上面を区画して該塗布剤溜空間２４に浸漬するグラビアロール１０の外周の下面の彫刻部１３のセル内に、塗布剤溜空間２４内の塗布剤が加圧下で強制的に押し込まれるように充填される。グラビアロール１０が高速回転していたり、グラビアロール１０の彫刻部１３のセル内に空気が入っていても、該彫刻部１３のセル内に確実に塗布剤が供給される。

また、両側の支持部材５０Ａ、５０Ｂは、グラビアロール１０の外周の下面に、該グラビアロール１０の軸方向で連続的に接触し、外部に対する閉鎖空間とされる塗布剤溜空間２４を封止する。更に、塗布剤溜空間２４よりもグラビアロール１０の回転方向に沿う下流側の支持部材５０Ｂは、グラビアロール１０の外周に供給された塗布剤を掻き取って定量化する。

また、グラビアロール１０と支持部材５０（５０Ａ、５０Ｂ）との接触部は、塗布剤溜空間２４内の塗布剤が潤滑剤になってそれらの磨耗を低減できる。支持部材５０（５０Ａ、５０Ｂ）を樹脂材料からなるものとすることにより、グラビアロール１０との摩擦抵抗を減少させることができる。

従って、グラビア塗布装置１００にあっては、基材１を所定速度で走行させ、マニホールドブロック２０の塗布剤溜空間２４に塗布剤を充満させるように該塗布剤を送給するとともに、グラビアロール１０をマニホールドブロック２０の両側の支持部材５０Ａ、５０Ｂによって下方から支えて回転駆動させる。これにより、マニホールドブロック２０の塗布剤溜空間２４の塗布剤中に浸漬されるグラビアロール１０の彫刻部１３のセル内に塗布剤が充填供給される。グラビアロール１０の彫刻部１３のセル内に供給された塗布剤は、下流側の支持部材５０Ｂ、更にはドクターブレード３０によって掻き取られて定量化された状態で、基材１の上面が自由状態にある位置におけるその基材１の下面に塗布される。

以下、本発明の実験結果について説明する。
（実験結果Ａ）（図５）
グラビアロール１０を鉄鋼の縦弾性係数205800N/mm²、密度7850kg/m³の中実丸棒で形成し、両端の軸受１１、１１の間隔を1750mmとし、基材張力として外部荷重を8.34N与えたときの、グラビアロール１０の軸方向各位置におけるたわみ量を調査した。

図５は、両端の軸受１１、１１だけで支持されたグラビアロール１０について、その直径を20〜50mmとした場合のたわみ量を示す。グラビアロール１０が小径化されるに従ってたわみ量が大きくなり、直径20mmのグラビアロール１０では最大たわみ量が2.3mmと大きくたわみ、基材１への塗布剤の均一塗布は不可能であった。

これに対し、本発明の支持部材５０Ａ、５０Ｂを用いてグラビアロール１０を軸方向の全長で連続的に支持したとき、グラビアロール１０の直径を10〜50mmに小径化してもその軸方向各位置におけるたわみ量がゼロ（図５のグラフの横軸に一致する）であった。

（実験結果Ｂ）（図６）
本発明の支持部材５０Ａ、５０Ｂを用いたグラビア塗布装置１００において、塗布条件、装置条件を下記の如くに一定にし、グラビアロール１０の直径を変化させたときの、基材１に塗布された塗布面の塗布ムラの有無を評価した。

（塗布条件）
基材：２軸延伸ＰＥＴフィルム厚み38μm
塗布剤：トルエン＋メチルエチルケトンの混合有機溶媒に、攪拌しながら剥離フィルム用シリコーン樹脂液（信越化学工業製KS-774 中剥離型）を添加し固形分2％の塗布液を調製したもの
塗布速度：60m/min
塗布量：5cc/m²

（グラビア塗布装置条件）
グラビアロール１０の彫刻部１３の形状：斜線型200線、深度30μm、セル容積16cc/m²
グラビア周速比（基材１の走行速度／グラビアロールの回転速度）：0.7
転移方式：リバースキスコート（基材１の走行方向に対してグラビアロール１０を逆方向回転）
ドクターブレード３０：材質SUS420、厚み0.25mm

図６の塗布面評価において、○は優、△は良、×は不可を示す。図６によれば、本発明において、グラビアロール１０の直径を10〜50mmとするとき、良好な塗布面を得ることができる。グラビアロール１０の直径を100mmとする場合には、基材１がグラビアロール１０との間に形成する楔形小空間の長さが長くなる等の悪影響により、塗布面評価は悪い。

尚、上述の塗布条件や装置条件が異なる実験においても、同様の結果が得られることを認めた。

本実施例によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)グラビアロール１０の軸方向でその外周に接触し、該グラビアロール１０を下方から支える支持部材５０（５０Ａ、５０Ｂ）を設けた。これにより、小径のグラビアロール１０でも、該グラビアロール１０を軸方向の全長で連続的に支持し、基材１の押付圧力（張力）、更にはドクターブレード３０の押付圧力の作用下でのたわみを防止できる。従って、基材１の幅が広く、グラビアロール１０の軸方向長が長い場合にも、基材１とグラビアロール１０を幅方向で均一に接触させ、塗布ムラを生じない。また、グラビアロール１０の振れ（振動）を抑え、高速回転を必要とする操業条件にも適用できる。

(b)前記支持部材５０（５０Ａ、５０Ｂ）が、マニホールドブロック２０の塗布剤溜空間２４を挟むグラビアロール１０の回転方向に沿う両側位置に配置され、両側の支持部材５０（５０Ａ、５０Ｂ）がグラビアロール１０の外周の下面との間に区画する塗布剤溜空間２４に塗布剤を満たし、この塗布剤をグラビアロール１０の外周に充填するように供給する。これにより、グラビアロール１０の外周の直下の塗布剤溜空間２４に塗布剤を充満して圧力をかけた状態で、塗布剤をグラビアロール１０の外周の下面に供給できる。グラビアロール１０が高速回転している場合でも、グラビアロール１０の外周の凹状彫刻部１３のセル内に塗布剤を確実に充填するように供給でき、塗布欠陥を低減できる。

(c)前記両側の支持部材５０（５０Ａ、５０Ｂ）がグラビアロール１０の外周の下面に該グラビアロール１０の軸方向で連続的に接触して塗布剤溜空間２４を封止するとともに、塗布剤溜空間２４よりもグラビアロール１０の回転方向に沿う下流側の支持部材５０Ｂが、グラビアロール１０の外周に供給された塗布剤を掻き取って定量化する。マニホールドブロック２０の塗布剤溜空間２４でグラビアロール１０の外周の下面に供給された塗布剤の余剰分を、ドクターブレード３０で掻き取って計量する前段階で、両側の支持部材５０（５０Ａ、５０Ｂ）のうちの下流側の支持部材５０Ｂによって掻き取って安定化することにより、ドクターブレード３０による計量負荷を軽減できる。

(d)前記グラビアロール１０が、直径10〜50mmの鉄鋼の中実丸棒からなり、その外周に凹状彫刻部１３を備える。グラビアロール１０の直径を10〜50mmに小径化する場合にも、グラビアロール１０をカーボンファイバー樹脂等の高価な材料を用いずに、グラビアロール１０のたわみを防止できる。

(e)前記支持部材５０（５０Ａ、５０Ｂ）が樹脂材料からなるものとすることにより、グラビアロール１０と支持部材５０（５０Ａ、５０Ｂ）の接触部の摩擦抵抗を減少させ、グラビアロール１０の外周の彫刻部１３の磨耗とキズ発生を防止できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、グラビアロールの材質、支持部材の材質、形状はいかなるものでも良い。

本発明は、基材の下面に塗布剤を塗布するように回転駆動されるグラビアロールと、グラビアロールの直下に支持部材を介して設置されるマニホールドブロックとを有し、マニホールドブロックの上部に、グラビアロールの外周の下面に塗布剤を供給する塗布剤溜空間及び該塗布剤溜空間に塗布剤を供給するスリットを挟むグラビアロールの回転方向に沿う両側位置に配置されて、グラビアロールの軸方向でその外周に接触し、該グラビアロールを下方から支える支持部材を有し、両側の支持部材がグラビアロールの外周の下面との間に区画する塗布剤溜空間に塗布剤を満たし、この塗布剤をグラビアロールの外周に充填するように供給するグラビア塗布装置であって、両側の支持部材のそれぞれが、マニホールドブロックの上部に着脱可能に配置されるようにした。これにより、グラビア塗布装置において、小径のグラビアロールでのたわみを防止でき、基材の全幅に渡り塗布剤を均一に塗布し、高速回転を必要とする操業条件にも適用できる。

１基材
１０グラビアロール
１３凹状彫刻部
２０マニホールドブロック
２３スリット
２４塗布剤溜空間
５０、５０Ａ、５０Ｂ支持部材

Claims

基材の下面に塗布剤を塗布するように回転駆動されるグラビアロールと、グラビアロールの直下に支持部材を介して設置されるマニホールドブロックとを有し、
マニホールドブロックの上部に、グラビアロールの外周の下面に塗布剤を供給する塗布剤溜空間及び該塗布剤溜空間に塗布剤を供給するスリットを挟むグラビアロールの回転方向に沿う両側位置に配置されて、グラビアロールの軸方向でその外周に接触し、該グラビアロールを下方から支える支持部材を有し、
両側の支持部材がグラビアロールの外周の下面との間に区画する塗布剤溜空間に塗布剤を満たし、この塗布剤をグラビアロールの外周に充填するように供給するグラビア塗布装置であって、
両側の支持部材のそれぞれが、マニホールドブロックの上部に着脱可能に配置されるグラビア塗布装置。
前記両側の支持部材がグラビアロールの外周の下面に該グラビアロールの軸方向で連続的に接触して塗布剤溜空間を封止するとともに、
塗布剤溜空間よりもグラビアロールの回転方向に沿う下流側の支持部材が、グラビアロールの外周に供給された塗布剤を掻き取って定量化する請求項１に記載のグラビア塗布装置。
前記グラビアロールが、直径10〜50mmの鉄鋼の中実丸棒からなり、その外周に凹状彫刻部を備える請求項１又は２に記載のグラビア塗布装置。
前記支持部材が樹脂材料からなる請求項１〜３のいずれかに記載のグラビア塗布装置。