JP6616923B2 - ロール塗工装置、及び塗工膜が形成されたウェブの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続して搬送されるウェブに塗工ロールを用いて塗工（コーティング）を施すロール塗工装置、及び塗工膜が形成されたウェブの製造方法に関する。

連続して搬送されるウェブに塗工膜を形成する塗工装置として、塗工液を前記ウェブに転移させるための塗工ロールを用いる、グラビア塗工方式、キス塗工方式等のロール塗工装置が知られており、様々な分野に用いられている。

グラビア塗工方式のロール塗工装置（以下、「グラビアコーター」という。）は、図６の要部拡大縦断面概略図に示すように、連続して搬送されるウェブ１に対して、塗工液槽Ｈ内の塗工液２に接触して回転する塗工ロールＡであるグラビアロールＧから塗工液２をウェブ１に転移させるものであり、ウェブ１は、導入側ガイドロールＦ１、及び導出側ガイドレールＦ２によりガイドされるとともに、押圧ロールＥにより押圧される（例えば、特許文献１参照）。
グラビアロールＧは、そのロール表面にセル状の液溜め用凹部ｇ，ｇ，…が形成されたものであり、グラビアロールＧの回転により液溜め用凹部ｇ，ｇ，…に塗工液２が満たされる。そして、塗工液２をウェブ１に転移させる前に、ドクターブレードＤにより過剰分の塗工液２が掻き取られる。
ここで、液溜め用凹部ｇ，ｇ，…内の塗工液は、毛細管現象と押圧力の組み合わせ作用でウェブ１に転移されるので、押圧ロールＥにより比較的高い押圧力を付与する必要がある。

キス塗工方式等のロール塗工装置（以下、「キスコーター」という。）は、図７の要部拡大縦断面概略図に示すように、連続して搬送されるウェブ１に対して、塗工液槽Ｈ内の塗工液２に接触して回転する塗工ロールＡである、ロール表面が滑らかな円筒面状でありグラビアロールＧのような液溜め用凹部が無い塗工ロール３から塗工液２をウェブ１に転移させるものであり、ウェブ１は、導入側ガイドロールＦ１、及び導出側ガイドレールＦ２によりガイドされる。
ここで、塗工ロールＡのロール表面に液溜め用凹部が無いことから、図６の押圧ロールＥを使用してウェブ１を押圧すると、塗工液２がウェブ１の幅方向から流出して塗工膜４がうまく形成できない。よって、キスコーターには、図６のような押圧ロールＥは使用されない。

特開平５−３１７７７１号公報

図６に示すグラビアコーターは、前記のとおり、グラビアロールＧ及びドクターブレードＤ、並びに押圧ロールＥを用いて、連続して搬送されるウェブ１に対して塗工液２を均一に塗工できるので、任意の膜厚の塗工膜４をウェブ１に精度良く形成できる。よって、特に薄膜の形成に好適であり、高品質な製品に広く適用できることが知られている。
しかしながら、グラビアロールＧの表面にセル状の液溜め用凹部ｇ，ｇ，…を、レーザ彫刻、化学的エッチング、又は機械加工より形成する必要があるとともに、ドクターブレードＤを設ける必要があること、並びに比較的高い押圧力を付与できる押圧ロールＥを設ける必要があることから、製造コストが増大する。
その上、ドクターブレードＤには、しばしば異物が挟まって筋状欠陥が発生するので、取り扱いが難しく、保守コストが増大する。
その上さらに、セル状の液溜め用凹部ｇ，ｇ，…内の塗工液２をウェブ１に転移させるので、ウェブ１の塗工面にセルパターンが残ってしまうという欠点がある。
その上、グラビアロールＧやドクターブレードＤを用いる必要があり、長時間の運転によりグラビアロールＧの版詰まりやドクターブレードＤの欠けが発生する場合があるので、連続生産時における品質安定性に難がある。

また、図７に示すキスコーターは、前記のとおり、押圧ロールやドクターブレードを設けないことや、塗工ロールＡのロール表面にグラビアロールＧのような液溜め用凹部を形成しないことから、製造コストや保守コストを低減できる。
しかしながら、表面に液溜め用凹部が無い塗工ロール３に塗工液２を付着させ、そのままウェブ１に転写する方式であるので、ウェブ１の塗工膜４の幅方向の膜厚分布が均一にならず、すなわち中央部が厚く端部が薄くなるので、高品質が要求される製品には適用できない。

そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、製造コストや保守コストの増大を抑制しながら、塗工面にセルパターンが残らず、連続搬送されるウェブに対して塗工液をなるべく均一に塗工できるようにして高品質が要求される製品にも適用できるとともに、連続生産時における品質安定性が高いロール塗工装置を提供する点にある。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
〔１〕連続して搬送されるウェブに対して、塗工液槽内の塗工液に接触して回転する塗工ロール、又は塗工液槽内の塗工液を汲み上げる汲上げロールに接触して回転する塗工ロールから前記塗工液を転移させ、前記ウェブに塗工膜を形成するロール塗工装置であって、
前記塗工ロールが、表面に液溜め用凹部が無いものであり、
前記ウェブは、前記塗工ロール側へ巻き付くように案内され、
前記ウェブの前記塗工ロールが接触する面の裏面を前記塗工ロールに向かって押圧する押圧ロールを備え、
前記ウェブの幅方向全体が、前記塗工ロール及び前記押圧ロールにより挟まれ、
前記押圧ロールにより、線圧２００Ｎ／ｍ未満で前記ウェブを押圧することを特徴とするロール塗工装置。
〔２〕ドクターブレードが無い前記〔１〕記載のロール塗工装置。
〔３〕前記塗工ロールは、前記塗工液槽内の塗工液に接触して回転するものである前記〔１〕又は〔２〕記載のロール塗工装置。
〔４〕 前記押圧ロールにより、線圧３０Ｎ／ｍ以上１００Ｎ／ｍ以下で前記ウェブを押圧する前記〔１〕〜〔３〕の何れかに記載のロール塗工装置。
〔５〕前記押圧ロールの押圧力の調整手段を備えてなる前記〔１〕〜〔４〕の何れかに記載のロール塗工装置。
〔６〕前記押圧力の調整手段がエアシリンダである前記〔５〕記載のロール塗工装置。
〔７〕前記〔１〕〜〔６〕の何れかのロール塗工装置を用いて塗工膜が形成されたウェブを連続して製造する、塗工膜が形成されたウェブの製造方法。

本発明に係るロール塗工装置、及び塗工膜が形成されたウェブの製造方法によれば、
（１）塗工ロールが、表面に液溜め用凹部が無いものであり、グラビアロールやドクターブレードを使用しないので、製造コストや保守コストの増大を抑制できるとともに、塗工面にセルパターンが残らないこと、
（２）ウェブの幅方向全体を塗工ロール及び押圧ロールにより挟んだ状態で、ウェブの塗工ロールが接触する面の裏面を押圧ロールにより線圧２００Ｎ／ｍ未満で押圧しながら塗工膜を形成することから、連続搬送されるウェブに対して塗工液を比較的均一に塗工できるので、高品質が要求される製品にも適用できること、
（３）グラビアロールやドクターブレードを使用しないことから、グラビアロールの版詰まりやドクターブレードの欠けが発生しないので、連続生産性に優れるとともに、連続生産時における品質安定性が高いこと、
等の顕著な効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るロール塗工装置を示す要部拡大縦断面概略図である。 押圧手段及びその調整手段の例を示す要部拡大部分縦断面図である。 バックアップロールを備えた構成例を示す要部拡大縦断面概略図である。 汲上げロールを備えた構成例を示す要部拡大縦断面概略図である。 実施例１及び比較例１における塗工膜のウェブ幅方向の膜厚分布を示す図である。 従来のグラビア塗工方式のロール塗工装置を示す要部拡大縦断面概略図である。 従来のキス塗工方式のロール塗工装置を示す要部拡大縦断面概略図である。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のロール塗工装置、及び塗工膜が形成されたウェブの製造方法は、光学フィルム、磁気記録テープ、接着テープ、写真用印画紙、オフセット版材、電池極板、燃料電池触媒層等の各製造において好適に用いることができる。

本発明におけるウェブは、厚みが均一で可撓性のある膜状の基材を長尺帯状に形成したものである。
前記基材としては、例えば、紙、布、フィルム、ゴム、金属薄膜、薄板鋼板等であるが、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜選択することができる。特に、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ジアセチルセルロール、トリアセチルセルロース等のセルロース系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマー、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系ポリマー、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体等のスチレン系ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状またはノルボルネン構造を有するポリオレフィン、エチレン−プロピレン共重合体等のオレフィン系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、ナイロン（脂肪族ポリアミド）や芳香族ポリアミド等のアミド系ポリマー、ポリイミド等のポリマーからなるフィルム、これら各種ポリマーのブレンド物からなるフィルム等を好適に使用することができる。

本発明における塗工液槽は、塗工液を所要量貯留できるものであればよく、要求仕様等によって適宜の形状が選択される。
本発明における塗工液（塗工剤）は、ウェブへの塗工後に乾燥、硬化等を行なって塗工膜を形成しうる樹脂液である。該塗工液を構成する樹脂材料については特に限定されず、例えば、シクロオレフィン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルケトン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド−イミド又はポリエステル−イミド等の各種ポリマーを挙げることができる。これらのポリマーは、いずれか一種類を単独で使用しても良いし、例えば、ポリエーテルケトンとポリアミドとの混合物のように、異なる官能基を持つ２種類以上の混合物として使用してもよい。さらには、カーボンブラック、金属、セラミクス等のフィラーが混合されていても良い。なお、これらの材料の硬化は、乾燥固化、熱硬化、紫外線硬化等により、材料に応じた硬化工程を選択することができる。

また、前記樹脂を溶解させる溶剤としては、前記樹脂材料を溶解できるものであればよく、使用する樹脂材料及び基材フィルムに応じ適宜選択することができる。具体的には、例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、フェノール、ｐ−クロロフェノール等のフェノール類、メタノール、エタノール等のアルコール類、ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン、１，２−ジメトキシベンゼン等の芳香族炭化水素類、アセトン、酢酸エチル、ｔ−ブチルアルコール、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ピリジン、トリエチルアミン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、ブチロニトリル、メチルイソブチルケトン、メチルエーテルケトン、シクロヘキサン、シクロペンタノン、二硫化炭素、水等を用いることができる。これら溶剤は、１種又は２種以上を適宜に組み合わせて使用することができる。また、溶解しなくとも、分散させても良い。

本発明における塗工ロールは、塗工液をウェブに塗工する回転体であり、そのロール表面にはグラビアロールのような液溜め用凹部が無く、ロール表面を滑らかに形成したものである。
本発明における押圧手段は、ウェブの塗工ロールが接触する面の裏面を塗工ロールに向かって押圧するものであればよく、押圧ロールや押圧板等のような接触式に限定されるものではなく、空気や窒素等の気体の圧力で押圧する構成等の非接触式であってもよい。ただし、いずれの構成においても、その押圧力は、線圧が２００Ｎ／ｍ未満になるように設定される。塗工抜け等の不具合を無くして適正な塗工膜を確実に形成するためには、１００Ｎ／ｍ以下の線圧となるように前記押圧力を設定するのが好ましい。
また、前記押圧力は、塗工液の種類による粘性や表面張力等によって異なるが、塗工膜の膜厚の均一化を図って品質を向上する観点から、３０Ｎ／ｍ以上の線圧にするのが好ましく、４０Ｎ／ｍ以上の線圧にするのがより好ましく、５０Ｎ／ｍ以上にするのがさらに好ましい。

図１の要部拡大縦断面概略図に示すように、本発明の実施の形態に係るロール塗工装置は、連続して搬送されるウェブ１に対して、塗工液槽Ｈ内の塗工液２に接触して回転する塗工ロールＡである、表面に液溜め用凹部が無い塗工ロール３から塗工液２を転移させ、ウェブ１の下面に塗工膜４を形成するものである。
ウェブ１は、導入側ガイドロールＦ１、及び導出側ガイドレールＦ２により、ウェブ１の搬送方向の塗工ロール３の前後で水平よりも塗工ロール３側になるように、すなわち塗工ロール３の上流側で前上がり傾斜して下流側で前下がり傾斜して塗工ロール３側へ巻き付くように案内される。
また、ウェブ１の塗工ロール３が接触する面（下面）の裏面（上面）が、押圧手段Ｂである押圧ロール５により、線圧２００Ｎ／ｍ未満で押圧される。
なお、塗工ロール３及び押圧ロール５の幅（長さ）はウェブ１の幅よりも大きいため、ウェブ１の幅方向全体が、塗工ロール３及び押圧ロール５により挟まれる。

ここで、押圧ロール５を構成する材料は、金属、樹脂、ゴム等のいずれか１種類であってもよく、あるいは複数の組み合わせであってもよいが、特にロール表面に弾性層を有する弾性ロールであることが好ましい。前記弾性層を形成する弾性体として、その種類に限定は無い。その例としては、天然ゴム、スチレンブダジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムやウレタンゴム等が挙げられる。

図２の要部拡大部分縦断面図に示すように、本発明の実施の形態に係るロール塗工装置は、押圧ロール５の押圧力の調整手段Ｃを備える。
すなわち、塗工ロール３の回転軸３Ａを図示しない軸受により支持するフレーム７に対して、押圧ロール５の回転軸５Ａを図示しない軸受により支持する軸支持体８が上下方向にスライド可能に支持されており、押圧力の調整手段Ｃであるエアシリンダ６により軸支持体８は上下方向に駆動される。

よって、押圧ロール５は、その軸受及び軸支持体８を含む自重、並びにエアシリンダの推力により、塗工ロール３及びウェブ１に向かって押し付けられ、エアシンリダ６の推力を調整することにより、押圧力を調整できる。
エアシリンダ６は複動形であり、例えば、エアシリンダ６のロッドにより下方へ推力（Ｆ）を発生させることにより、前記自重（Ｗ）に推力（Ｆ）が加わった合力（Ｗ＋Ｆ）がウェブ１に作用し、エアシリンダ６のロッドにより上方へ推力（Ｆ）を発生させることにより、前記自重（Ｗ）から推力（Ｆ）を引いた力（Ｗ−Ｆ）がウェブ１に作用する。そして、エアシリンダ６に供給する空気圧を調整することにより、推力（Ｆ）の大きさを調整できる。よって、エアシンリダ６により押圧力を調整できる。
押圧力の調整手段Ｃをエアシリンダ６により構成することにより、例えば工場内のエア設備を利用して押圧力の調整手段Ｃを簡素にかつ確実に構成できる。

本発明のロール塗工装置は、図３の要部拡大縦断面概略図に示すような、押圧ロール５の撓みを防止するためのバックアップロール９を備えたものであってもよい。
また、本発明のロール塗工装置は、図４の要部拡大縦断面概略図に示すような、塗工液槽Ｈ内の塗工液２を汲み上げる汲上げロール１０を備えたものであってもよい。汲上げロール１０を備えた構成を採用した場合、塗工ロール３は汲上げロール１０に接触しながら回転し、塗工液２は汲上げロール１０から塗工ロール３へ転移される。

＜評価試験方法＞
以下の実施例及び比較例について、ロール塗工装置でウェブに塗工膜を形成し、形成された塗工膜を評価した。

（ロール塗工装置）
図１及び図２に示す構成のロール塗工装置を使用し、ウェブ１の搬送速度を５ｍ／ｍｉｎとした。
また、塗工ロール３は、直径が１８０ｍｍで幅（長さ）が４００ｍｍのものを使用し、押圧ロール５は、直径が６０ｍｍで幅（長さ）４００ｍｍのものを使用した。

（ウェブ）
ウェブ１として、厚み４０μｍ、幅３５０ｍｍのアクリルフィルムを用いた。

（塗工液の調整）
水系ウレタン樹脂（第一工業製薬株式会社製、商品名：スーパーフレックス２１０、固形分：３３％）２００ｇに対して、架橋剤（株式会社日本触媒製、商品名：エポクロスＷＳ７００、固形分：２５％）４０ｇを添加して攪拌し、塗工液を得た。

＜実施例及び比較例＞
（実施例１）
図１及び図２に示す構成のロール塗工装置を用い、押圧ロール５の押圧力を線圧１００Ｎ／ｍとした。

（比較例１）
図１及び図２に示す構成のロール塗工装置を用い、押圧ロール５を取り外したものを使用した。すなわち、図７のキスコーターに相当するロール塗工装置を用いた。

（比較例２）
図１及び図２に示す構成のロール塗工装置を用い、押圧ロール５の押圧力を線圧２００Ｎ／ｍとした。

＜評価試験結果＞
（実施例１及び比較例１）
実施例１（押圧ロールあり、線圧１００Ｎ／ｍ）、及び比較例１（押圧ロールなし）について、ロール塗工装置でウェブ１に塗工膜４を形成し、塗工膜４を乾燥した後にウェブ１の幅方向位置における膜厚分布を測定した結果を図５に示す。なお、膜厚測定は、フィルメトリクス株式会社製のＦ２０を使用して分光干渉法により行った。
図５から、比較例１（押圧ロールなし）では、ウェブ１の幅方向の膜厚分布が、中央部が厚く端部が薄くなっており、その厚みの差（最大膜厚と最小膜厚の差）が約６６μｍであることが分かる。
それに対して実施例１（押圧ロールあり、線圧１００Ｎ／ｍ）では、ウェブ１の幅方向の膜厚分布が、幅方向にわたって比較的均一化が図られており、最大膜厚と最小膜厚の差が約２６μｍと小さくなっていることが分かる。

（実施例１及び比較例２）
実施例１（押圧ロールあり、線圧１００Ｎ／ｍ）では、適正な塗工膜４が得られた。
それに対して、比較例２（押圧ロールあり、線圧２００Ｎ／ｍ）では、塗工抜けと裏回りが発生しており、適正な塗工膜４が得られなかった。

１ ウェブ
２ 塗工液
３ 表面に液溜め用凹部が無い塗工ロール
３Ａ 回転軸
４ 塗工膜
５ 押圧ロール
５Ａ 回転軸
６ エアシリンダ
７ フレーム
８ 軸支持体
９ バックアップロール
１０ 汲上げロール
Ａ 塗工ロール
Ｂ 押圧手段
Ｃ 押圧力の調整手段
Ｄ ドクターブレード
Ｅ 押圧ロール
Ｆ 推力
Ｆ１，Ｆ２ ガイドロール
Ｇ グラビアロール
ｇ 液溜め用凹部
Ｈ 塗工液槽
Ｗ 自重

Claims (7)

1. 連続して搬送されるウェブに対して、塗工液槽内の塗工液に接触して回転する塗工ロール、又は塗工液槽内の塗工液を汲み上げる汲上げロールに接触して回転する塗工ロールから前記塗工液を転移させ、前記ウェブに塗工膜を形成するロール塗工装置であって、
   前記塗工ロールが、表面に液溜め用凹部が無いものであり、
   前記ウェブは、前記塗工ロール側へ巻き付くように案内され、
   前記ウェブの前記塗工ロールが接触する面の裏面を前記塗工ロールに向かって押圧する押圧ロールを備え、
   前記ウェブの幅方向全体が、前記塗工ロール及び前記押圧ロールにより挟まれ、
   前記押圧ロールにより、線圧２００Ｎ／ｍ未満で前記ウェブを押圧することを特徴とするロール塗工装置。
2. ドクターブレードが無い請求項１記載のロール塗工装置。
3. 前記塗工ロールは、前記塗工液槽内の塗工液に接触して回転するものである請求項１又は２記載のロール塗工装置。
4. 前記押圧ロールにより、線圧３０Ｎ／ｍ以上１００Ｎ／ｍ以下で前記ウェブを押圧する請求項１〜３の何れか１項に記載のロール塗工装置。
5. 前記押圧ロールの押圧力の調整手段を備えてなる請求項１〜４の何れか１項に記載のロール塗工装置。
6. 前記押圧力の調整手段がエアシリンダである請求項５記載のロール塗工装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載のロール塗工装置を用いて塗工膜が形成されたウェブを連続して製造する、塗工膜が形成されたウェブの製造方法。
   

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