JP6732566B2

JP6732566B2 - 塗工用ダイヘッドおよび塗工装置

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Publication number: JP6732566B2
Application number: JP2016128976A
Authority: JP
Inventors: 邦宏山部; 英一鵜飼
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2036-06-29
Also published as: JP2018001071A

Description

本開示は、塗工用ダイヘッドおよび塗工装置に関する。

従来、被塗工物に塗工液を供給する塗工用ダイヘッドを使用して、塗工膜が形成されている。例えば、特許文献１には、塗粒、樹脂バインダー及び溶剤を含む塗料を保持するダイポケットと、ダイポケットに保持された塗料を被塗工物の塗工面に吐出するスリット状の吐出口（ダイスリット）を有してなり、吐出口に対して相対速度もって移動する被塗工物の塗工面に、吐出口から塗料を吐出することによりその塗工面に塗膜を形成する塗工用ダイヘッドにおいて、ダイポケットと吐出口との間を流れる塗料を加熱する加熱手段、加熱手段の周囲に配された断熱材および断熱材の外側に配された冷却手段が設けられている塗工用ダイヘッド（ダイユニット）が提案されている。

特開平７−２７５７７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の塗工用ダイヘッドのように、ステンレス等の金属から成るときには、塗料を加熱する加熱手段によってダイスリット周辺部などで熱歪が発生して、塗料の吐出中にスリットの間隔が変化して塗膜の厚みが不均一になるおそれがあった。

また、特許文献１に記載の塗工用ダイヘッドにおいては、加熱手段の周囲に断熱材および冷却手段が配置されており、塗工用ダイヘッド自体の構造が複雑化していた。そして、近年においては、塗工用ダイヘッドは大型化してきており、ステンレス等で形成されている場合、重量が増加し、自重による撓みによって、塗工位置がずれるという問題があった。

本開示は、上記問題に鑑み案出されたものであり、単純構造でありながら、被塗工物に精度よく塗工することができる塗工用ダイヘッドを提供することを目的とする。

本開示の塗工用ダイヘッドは、第一端から第二端にかけて延びる柱状体からなる本体と
、この本体の内部に位置し、塗工液が貯留または移動する第一流路と、この第一流路と連通し、第一端から第二端に向かって配置された吐出口と、を備え、本体はセラミックスからなり、第一流路の周囲に、前記第一流路を通過する塗工液を加熱する流体が移動する第二流路を備えることを特徴とする。

本開示の塗工用ダイヘッドによれば、単純構造でありながら、被塗工物に精度よく塗工することができる。

塗工用ダイヘッドの実施形態の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ’線で切断した断面を含む斜視図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢＢ’線で切断した断面図であり、（ｄ）は（ｂ）におけるＣ部の拡大図である。塗工用ダイヘッドの実施形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ’線で切断した断面を含む斜視図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢＢ’線での断面図である。塗工用ダイヘッドの実施形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ’線で切断した断面を含む斜視図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢＢ’線での断面図である。塗工用ダイヘッドの実施形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ’線で切断した断面を含む斜視図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢＢ’線での断面図である。塗工用ダイヘッドの実施形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ’線で切断した断面を含む斜視図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢＢ’線での断面図であり、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ（ｂ）におけるＣ部，Ｄ部の拡大図である。塗工用ダイヘッドの実施形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢＢ’線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＤＤ’線における断面図である。塗工用ダイヘッドの実施形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ’線で切断した断面を含む斜視図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢＢ’線での断面図であり、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ（ｃ）におけるＣ部，Ｄ部の拡大図である。塗工用ダイヘッドの実施形態の他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡＡ’線で切断した断面を含む斜視図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢＢ’線での断面図である。

以下、図面を参照して、本開示の塗工用ダイヘッドの実施の形態について詳細に説明する。

ただし、本明細書の全図において、混同を生じない限り、同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。なお、特定の図に基づいた部分の説明にあたっては、図番号を記載した上で説明する。図１〜図８の（ａ）は、本実施形態のそれぞれ一例を示す塗工用ダイヘッドの斜視図である。

図１〜図８に示す塗工用ダイヘッド２１〜２８は、セラミックスからなり、第一端から第二端にかけて延びる柱状体である本体１からなる。ここで、第一端とは、図示において左側の端のことであり、第二端とは、図示において右側の端のことである。

そして、本体１は、本体１の内部に位置する第一流路２と、第一流路２と連通し、第一端から第二端に向かって配置された吐出口ｓと、を有し、さらに第一流路２の周囲に第二流路３を備える。そして、本体１は、上記以外に、第二流路３に流体を供給する供給管５ａと、流体を排出する排出管５ｂとを有する。さらに、本体１は、第一流路２へ塗工液を供給する塗工液供給管６ａと塗工液排出管６ｂを有する。

吐出口ｓは、例えば、図１（ｂ）におけるＣ部の拡大図である図１（ｄ）に示すように、相対する対向面１ｃ，１ｄ間のスリット状の部位であり、第一流路２と連通して、塗工液を被塗工物に供給する部位である。

スリット状の吐出口ｓを挟む対向面１ｃ，１ｄ間の間隔は、例えば、４０μｍ以上６００μｍ以下であり、吐出口ｓの長さ（本体１の第一端から第二端までの長さ）は、例えば、０．１ｍ以上３ｍ以下であり、吐出口ｓの高さは、例えば、０．０１ｍｍ以上１００ｍ
ｍ以下である。

図１〜図８に示す塗工用ダイヘッド２１〜２８においては、本体１の第一端側が側板４ａ、第二端側が側板４ｂによって閉塞されている例を示している。

そして、第一流路２は、塗工液Ｆ_１が貯留または移動する流路である。第二流路３は、第一流路２を通過する塗工液を加熱する気体や液体などの流体Ｆ_２が移動する流路であり、その形状は、例えば、図１に示す例では直方体状である。流体Ｆ_２は、例えば、本体１の温度調整および塗工液の粘度調整をするためのものであり、一方の配管５ａから第二流路３に供給され、第二流路３内を移動して他方の配管５ｂから外部に排出される。そして、第二流路３は、第一流路２の周囲に位置する。なお、第一流路２の周囲とは、第一流路２の上下、前後等のことである。

本開示の塗工用ダイヘッド２１〜２８は、本体１がセラミックスからなるため熱膨張が小さく、流体Ｆ_２により本体１全体が加熱されたとしても熱歪が小さいため、塗工液の吐出中にスリット状の吐出口ｓの間隔が変化して塗膜の厚みが不均一になるおそれがない。また、本体１がステンレスよりも比重の小さいセラミックスからなることで、自重による撓みが小さく、塗工の位置ずれが少ない。また、加熱手段等を必要としない単純な構造であり、中空形状であり、本体１の質量が低減されていることから、本体１の取り付けおよび取り外しが容易となる。また、セラミックスは、熱膨張が小さく、ステンレス等と比較して高い熱を加えられること、第二流路３が第一流路２の周囲に位置していることにより、塗工液の温度による粘度調整が容易であるため、被塗工物に精度よく塗工することができる。

なお、本体１を構成するセラミックスとしては、酸化アルミニウムまたは炭化珪素を主成分とするセラミックスが挙げられる。ここで、セラミックスにおける主成分とは、セラミックスを構成する成分１００質量％に対して、８０質量％以上を占める成分をいう。セラミックスを構成する各成分の含有量は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて、成分を同定した後、蛍光Ｘ線分析装置を用いて、元素の含有量を求め、同定された成分の含有量に換算すればよい。

第二流路３は、図１に示す塗工用ダイヘッド２１のように、第一流路２と吐出口ｓとの境界の鉛直線よりも吐出口ｓ側に掛かって位置していてもよい。この場合は、被塗工物に近い部分での塗工液の粘度調整ができるため、塗工の精度が向上する。

また、第二流路３は、吐出口ｓに沿って位置していてもよい。この場合は、塗工液の均熱化が図れるため、被塗工物に精度よく塗工することができる。本実施形態において、第二流路３が吐出口ｓに沿って位置している状態とは、第二流路３が吐出口ｓに略平行に位置している状態をいい、吐出口ｓに最も近い第二流路３の稜線と、この稜線に最も近い対向面１ｃまたは対向面１ｄとの平行度が、例えば、１ｍｍ以下である。

また、第二流路３は、図２および図３にそれぞれ示すように、第一端から第二端に向かってつづら折状であってもよい。

この場合は、流体Ｆ_２が循環しやすく、塗工液の更なる均熱化を図ることができるため、被塗工物に精度よく塗工することができる。また、本体１との熱交換効率を高めることもできるため、塗工液の粘度調整が容易となる。

図３に示す塗工用ダイヘッド２３は、第一端から第二端、第二端から第一端と折り返す構造であるため、第一端と第二端との間で生じる、塗工液の温度のばらつきが小さい。

また、第二流路３は、図４に示すように、第一端から第二端にかけて貫通する複数の貫通孔からなってもよい。

この場合は、吐出口ｓに沿った複数の貫通孔が直線状に位置しているため、塗工液の更なる均熱化が図られ、被塗工物に精度よく塗工することができる。また、貫通孔毎に温度を変えることもできるため、第一流路２から吐出口ｓに向かって温度を高めれば、粘度調整の最適化を容易に図ることができる。さらに、複数の貫通孔からなる第二流路３は、形成が容易であるため、本体１を安価に作製することができる。なお、貫通孔の長手方向に垂直な断面の形状は、円状、矩形状のいずれであってもよい。

図５に示す塗工用ダイヘッド２５は、本体１が第一部材１ａと第二部材１ｂとを有し、第一部材１ａと第二部材１ｂとの間に第一流路２を備え、第二部材１ｂに第二流路３を有する。

このように、本体１が分割構造からなるときには、対向面１ｃ、１ｄの平面加工を容易に行なうことができることから、塗工液の供給量のばらつきの少ないものとすることができる。また、塗工を繰り返しによって、対向面１ｃ，１ｄの平面度が低下して塗工液の供給量のばらつきが大きくなったとしても、本体１を分解して、対向面１ｃ，１ｄを研磨すればよいため、長期間に亘って本体１を用いることができる。

なお、平面加工を容易に行なうために第一部材１ａの対向面１ｃを面一としたときには、第一流路２を挟んで吐出口ｓと反対側に位置する部分は、吐出口ｓの幅分の隙間が生じることとなるが、図５（ｄ）に示すように閉塞部材１０を挿入すれば、塗工液を流出しないようにすることができる。

図６に示す塗工用ダイヘッド２６は、本体１が第一部材１ａと第二部材１ｂとを有し、第一部材１ａと第二部材１ｂとの間に第一流路２を備え、第二部材１ｂに第二流路３ａを有し、さらに、第一部材１ａの吐出口ｓ側に第二流路３ｂと、第一流路２を挟んで，第二流路３ｃを有する。

そして、第二流路３ａ配管（５ａ，５ｂ）に、第二流路３ｂは配管（７ａ，７ｂ）に、第二流路３ｃは配管（８ａ，８ｂ）にそれぞれ繋がっており、流体Ｆ_２、Ｆ_３、Ｆ_４がそれぞれ供給、排出される構造となっている。

このように、複数の第二流路３ａ〜３ｃが独立した構成であるときには、塗工液の更なる均熱化を図ることができるとともに、塗工液の粘度調整がさらに容易となる。また、第一部材１ａ，第二部材１ｂともに、中空形状であり、中空部の体積が大きいことから、質量が低減されているため、本体１の取り付け、取り外しがさらに容易となる。

図７に示す塗工用ダイヘッド２７は、図５に示す塗工用ダイヘッド２５の構造に加え、第一部材１ａおよび第二部材１ｂのそれぞれ先端側に取り付けられた先端部材９ａ，９ｂを備えている。

ここで、先端部材９ａ，９ｂが酸化ジルコニウムを主成分とするセラミックスからなるときには、対向面９ｃ，９ｄの表面性状を優れたものとすることができるため、より高精度な塗工が可能となる。

酸化ジルコニウムを主成分とするセラミックスは、酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスや炭化珪素を主成分とするセラミックスよりも加工性が良く先端部材９ａ，９
ｂを精度良く加工できるため、図７に示すように、吐出口ｓの一部に取り付けられるものであることが好適である。

図８に示す塗工用ダイヘッド２８を構成する第二流路３は、同心円状に形成された複数の環状流路３ｄと、環状流路３ｄ間を接続する接続流路３ｅとを有する。

このように、本体１の広きにわたって第二流路３を張り巡らせることにより、均熱化を図ってもよい。

そして本開示の塗工用ダイヘッドと、塗工液を供給する装置と、加熱した流体Ｆ_２を供給する装置とを組み合わせることにより、塗工液を被塗工物に精度良く塗工することができる塗工装置となる。

次に、図１に示す塗工用ダイヘッド２１の製造方法の一例について説明する。

まず、第一流路となる貫通孔と、第二流路となる貫通孔とを有するとともに、第一流路から外側に向かってスリット状の吐出口となる部分を有している成形体を準備する。この成形体は、押出成形法で得たり、静水圧プレス成形法（ラバープレス）により得たブロック状の成形体から切削加工により得たりすればよい。また、上記成形体は、第一流路および第二流路に繋がる配管の挿入孔が形成されていてもよい。この挿入孔は焼成後に形成するものであってもよい。また、押出成形後の成形体に切削加工を施してもよい。

そして、成形体を乾燥させた後、成形体を構成する主成分が酸化アルミニウムである場合、大気雰囲気中で、１５００℃以上１７００℃以下の温度で、５時間以上８時間以下保持して焼成することにより、本体を得ることができる。

また、成形体を構成する主成分が炭化珪素である場合、窒素雰囲気中で、１０〜４０時間かけて４５０〜６５０℃まで昇温して２〜１０時間保持した後、自然冷却して脱脂する。そして、不活性ガス雰囲気中または真空雰囲気中で、１８００〜２２００℃まで昇温し、１〜１０時間保持した後、２２００〜２３５０℃まで昇温し、１〜２０時間保持することにより、本体を得ることができる。

次に、本体の両側の端面に、酸化アルミニウムまたは炭化珪素を主成分とするセラミックスからなる側板をエポキシ系接着剤を用いて固定し、所望により研削加工または研磨加工を行なう。その後、配管を本体に装着して固定することにより、本実施形態の塗工用ダイヘッドを得ることができる。

また、図６等に示すように分割構造の本体の作製にあたっては、まず、吐出口よりも上側に位置する第一の成形体と、吐出口よりも下側に位置する第二の成形体とを準備する。なお、第一の成形体は、後述する焼成により第一流路となる長溝を備えている。なお、第一の成形体においては、スリット状の吐出口が形成されるように、厚みの調整されている。また、第二の成形体は第二流路となる貫通孔を備えている。また、第一の成形体および第二の成形体には、適宜、配管の挿入孔が形成されている。

第一の成形体および第二の成形体は、いずれも酸化アルミニウムまたは炭化珪素を主成分とし、第一の成形体および第二の成形体の主成分は、同じ成分である。

次に、第一の成形体および第二の成形体を構成する主成分および焼結助剤となる成分と同じ成分の粉末と、有機溶媒（例えば、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール，プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−
ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコールまたはシクロヘキサンジメタノール）と、増粘剤とを所定量秤量し、攪拌装置内の収納容器に入れ、混合・攪拌して、ペーストを作製する。

なお、ペーストにおける混合粉末の充填率は、例えば、２５体積％以上３５体積％以下とし、ペーストの粘度が、４Ｐａ・ｓ以上７Ｐａ・ｓ以下となるように、有機溶媒および増粘剤の量で調整する。そして、攪拌条件としては、大気中において、回転数を８００ｒｐｍ以上１２００ｒｐｍとし、回転時間を８分以上１６分以下とする。

次に、第二の成形体にペーストを塗布した後、第一の成形体を第二の成形体に当接し、接合面に垂直な方向から、６．１ｋＰａ以上２４．５ｋＰａ以下の圧力を加える。次に、常温で、湿度を制御しながら、１２時間以上４８時間以下保持することにより、ペーストを乾燥させる。これ以降の工程については、図１に示す塗工用ダイヘッド２１の製造方法と同じであるため。記載を省略する。

また、第二流路をつづら折状とするには、例えば、第二の成形体にあたる部分をさらに分割し、複数の成形体を重ねることによって形成すればよい。さらに、先端部材を有するものとするには、まず、所望形状の酸化ジルコニウムを主成分とする、先端部材となる焼結体を準備する。また、本体となる成形体または本体となる焼結体のいずれかにおいて、吐出口となる部分に段差を設けておく。そして、エポキシ系接着剤を用いて、段差に先端部材となる焼結体を固定すればよい。また、例えば、第一部材における対向面の平面加工にあたって面一としたときには、第一流路を挟んで吐出口と反対側に位置する部分の吐出口の幅分の隙間は、エポキシ樹脂を用いて閉塞部材を固定すればよい。

上述した塗工用ダイヘッドは、例えば被塗工物の表面に感熱性膜、導電性膜、低反射導電膜、紫外線防止膜、電磁波防止膜、保護膜または磁性膜に代表される各種の被膜を形成するための塗工装置等に用いることができる。上述した各実施形態の塗工用ダイヘッドを用いた塗工装置では、塗工液の粘度調整、塗工用ダイヘッドの取り付けおよび取り外しが比較的容易となる。

以上、本開示の塗工用ダイヘッドおよび塗工装置のいくつかの実施形態について説明したが、上記記載に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良、変更および組み合わせを行なってもよいのはもちろんである。

１本体
２第一流路
３第二流路
ｓ吐出口
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８塗工用ダイヘッド

Claims

セラミックスからなり、第一端から第二端にかけて延びる柱状体である本体を備え、
該本体は、内部に位置し、塗工液が貯留または移動する第一流路と、該第一流路と連通し、前記第一端から前記第二端に向かって配置された吐出口と、を有し、さらに、前記第一流路の周囲に、前記第一流路を通過する塗工液を加熱する流体が移動する第二流路を有することを特徴とする塗工用ダイヘッド。
前記第二流路の一部は、前記第一流路と前記吐出口との境界の鉛直線よりも前記吐出口側に掛かって位置していることを特徴とする請求項１に記載の塗工用ダイヘッド。
前記第二流路は、前記吐出口に沿って位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の塗工用ダイヘッド。
前記第二流路は、前記第一端から前記第二端に向かってつづら折状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の塗工用ダイヘッド。
前記第二流路は、前記第一端から前記第二端にかけて貫通する複数の貫通孔からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の塗工用ダイヘッド。
前記本体が、第一部材と第二部材とを有し、前記第一部材と前記第二部材との間に前記第一流路を備え、前記第一部材および前記第二部材の少なくともいずれかに前記第二流路を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の塗工用ダイヘッド。
請求項１乃至６のいずれかに記載の塗工用ダイヘッドと、前記第一流路に塗工液を供給する装置と、前記第二流路に加熱した流体を供給する装置とを備えてなることを特徴とする塗工装置。