JP6742326B2 - コイルコーティング方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続ベルトにある連続金属帯を多層コーティングするためのコイルコーティング方法であって、金属帯の平坦面に、必要に応じて変換層を設け、次いで、この平坦面上に、ローラ塗布を用いて硬化性ポリマー下塗りを塗布し、硬化させて電気絶縁下塗り層を形成し、この下塗り層上に、ローラ塗布を用いて硬化性ポリマーワニスを塗布し、硬化させて電気絶縁ワニス層を形成し、このとき、下塗り層とワニス層の間に、少なくとも１つの導電性トラックおよび／または導磁性トラックを少なくとも一部の領域にプリントするコイルコーティング方法に関する。

連続金属帯コーティング、つまり連続ベルトにある連続金属帯を多層コーティングするためのコイルコーティング方法は、先行技術（特許文献１）から既知である。そのような方法では、多くの場合、金属帯の平坦面に変換層を設け、次いで、この平坦面上に、ローラ塗布を用いて硬化性ポリマー下塗りを塗布し、硬化させて下塗り層を形成し、この下塗り層上に、ローラ塗布を用いて硬化性ポリマーワニスを塗布し、硬化させてワニス層を形成する。このような方法は、例えば、金属帯に上塗りを施して、静電防止特性、電磁特性、抗菌特性、電気特性などの機能特性を与えることによって、金属帯を機能化するのにも用いられる。

さらに、コイルコーティング方法における金属帯の電気的な機能化については、特許文献２から、下塗り層と透明ワニス層の間に、太陽電池と電気的に接続する連続導電性トラックをプリントする方法が既知である。しかしながら、金属帯をさらに加工する際、たいていの場合、例えば成形によって金属帯の変形が生じ、それにより導電性トラックの回路が破壊して、電気的機能化が損なわれることがある。したがって、既知のコイルコーティング方法は、安定した電気的機能化を再現可能な方法で実現することができない。

独国特許出願公開第１０２００５０６１３１９号明細書 欧州特許出願公開第２６０５２８０号明細書

したがって、冒頭で説明した先行技術に基づいて、本発明の課題は、再現可能な方法で金属帯の安定した電気的機能化および／または磁気的機能化を確保にできるコイルコーティング方法を実現することである。さらに、本コイルコーティング方法は、簡単かつ経済的に適用できるものとなる。

本発明の課題は、予備硬化させた下塗り層の一部の領域に伝導性トラックをプリントし、伝導性トラックとワニスをウェット・オン・ウェットで塗布することによって解決される。

予備硬化させた下塗り層の一部の領域に伝導性トラックをプリントすれば、それにより簡単な手順で、金属帯への導電性トラックおよび／または導磁性トラックの十分な接着が得られる。これにより、金属帯に安定した電気的機能化を行う方法の再現性を高めることができる。これに大いに寄与するものとして、伝導性トラックとワニスをウェット・オン・ウェットでプリントすると、それにより特にコーティングの内部応力を低減させることができる。すなわち、ウェット・オン・ウェット塗布により、例えば伝導性トラックとワニスの間に混合層という形の移行区域、つまり接合界面層を実現することができ、この層が、この接続領域に均一な特性をもたらすことができる。金属伝導性トラックの場合、この移行区域は、特に伝導性トラックとワニスの間の接着性界面相に現れる。さらに、湿った、つまり軽く乾いた、または予備硬化させた（ただし、完全に硬化しきっていない）伝導性トラックにウェット・オン・ウェット塗布することにより、塗布したワニスによって部分的に混ざり合うことができ、これらの層間の境界層の移行が滑らかになる。それにより、境界層における、熱膨張に起因する機械的応力を低減することができる。この機械的応力は、例えば、角を成して走る伝導性トラックでは応力集中によって増強しかねない。したがって、既知のコイルコーティング方法とは対照的に、本発明によるコーティングでは、完全に架橋された状態で、より少ない内部応力を保証することができ、これにより、方法の比較的高い再現性をもたらすことができる。

一般に、金属帯は鋼帯、アルミ帯、またはその合金であってよいと言える。この金属帯は、コーティング無しでも有りでもよく（有機／金属）、例えば亜鉛めっきまたは亜鉛合金めっきされていてもよい。この金属帯は、亜鉛めっき鋼帯、または亜鉛合金めっき鋼帯であってもよい。さらに一般的に、伝導性トラックとワニスは、その境界層で両方の層が混ざり合うことができるように、ウェット・オン・ウェットで塗布してよいと言える。

一般に、伝導性トラックのプリントには、例えばオフセット印刷、凹版印刷といった接触印刷や、インクジェット印刷、型紙やエアブラシを用いたシルクスクリーン印刷といった非接触印刷など、あらゆる印刷方法が考えられると言える。

塗布した下塗りを少なくともゲル化点まで予備硬化させると、つまり、完全に硬化させてしまわないようにすることによって、隣接する層への接合を改善できるため、伝導性トラックの接着強度と印刷品質を高めることができる。

下塗り層および／またはワニス層を、１５０〜３００℃の基板温度で乾燥させて硬化させると、機械的に特に負荷能力の高いコーティングが実現できる。

好ましくは、下塗り層を１８０〜２４０℃の基板温度で予備硬化させることで、架橋においてゲル化点に確実に到達させ、それにより方法の再現性を向上させることができる。

下塗り層とワニス層を、２２０〜２６０℃の基板温度で最終硬化させると、方法の再現性をさらに向上させることができる。

伝導性トラックとワニス層を一緒に硬化させると、コーティングにおける内部応力を、手順上さらに低減させることができる。好ましくは、これを一緒に１つの作業工程で行うことで、継続的な工程パラメータにより、コーティングの内部応力をさらに低減させることができる。それに加え、これにより、１サイクルで金属帯のコーティングを完了できるため、方法の効率を著しく上げることができる。

下塗り層および／またはワニス層が、完全硬化された状態で、１０〜７５℃のガラス転移開始温度（Ｔｇ−Ｏｎｓｅｔ）を有すると、本発明によるコーティングは、例えば深絞りによって薄板を大きく変形させても、破損しない、または機能が損なわれない。それに加え、下塗り層とワニス層がこのＴｇ−Ｏｎｓｅｔを有することにより、伝導性トラックは機械的に安定し、それにより、導電性トラックに亀裂が発生する危険を低減することができる。電気配線の破損をより良好に防ぐことができ、これにより方法の再現性をさらに向上させることができる。

一般に、Ｔｇ−Ｏｎｓｅｔを決定するために、測定周波数０．１Ｈｚ、加熱速度５Ｋ／ｍで熱機械分析を用いることができると言える。

屋内での使用が予定されている金属帯では、下塗り層のＴｇ−Ｏｎｓｅｔが１０〜３５℃を有していれば十分である。

屋外での使用が予定されている金属帯では、下塗り層のＴｇ−Ｏｎｓｅｔが３０〜７５℃を有していれば十分である。さらに、そのようなＴｇ−Ｏｎｓｅｔによって、高い耐食性と高いバリア効果が見込まれる。

下塗り層を３〜３０μｍの層厚で塗布すると、十分に高い電気絶縁性、つまり耐圧性がもたらされる。

導電性トラックを１５μｍ以下の層厚でプリントすると、コーティング表面の凹凸と、それにより生じる可能性のある応力亀裂を回避できる。さらに、層幅が５ｍｍ未満であれば、前述の利点を大いに実現、あるいはさらに促進することができる。

下地層とワニス層の間に少なくとも１つの電気部品をプリントすることで、金属帯の機能性をさらに拡大することができる。この電気部品と伝導性トラックは電気的に接続される。例えば、この電気部品は変換器であってよい。

例えば、導電性トラックは、ロール・ツー・ロール（「Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌ」）法を用いて、手順上、高速かつ経済的にプリントすることができる。このロール・ツー・ロール法は、下塗り層上に別の電気部品を設ける必要がある場合にも有用であり得る。これについて、例えばローラ塗布は、コイルコーティング方法の有効性を大いに高めることができる。

好ましくは、導電性トラックを、リピートとしてプリントし、パターンをくり返すことによって方法の再現性を向上させる。

下塗りならびに前記ワニスを化学的に架橋させると、コーティングの機械的および化学的耐性を向上させることができる。

金属帯の平坦面に下塗りを塗布する前に変換層を設けると、その後のコーティングを接着させる下地を改善することができる。さらに、これにより金属帯の耐食性も改善できる。

また、本発明によるコイルコーティング方法で、連続的に（有機および／または金属）コーティングした金属帯、例えば、亜鉛めっきまたは亜鉛合金めっきした金属帯を多層コーティングすることも考えられる。

この金属帯は、コーティング無しでも有りでもよく（有機／金属）、例えば亜鉛めっきまたは亜鉛合金めっきされていてもよい。例として、本発明による方法を図面に示す。

コイルコーティング方法のための装置の概略図である。 図１によってコーティングされた金属帯の一部をはがした第１の上面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。 図３の一部の拡大断面図である。 図１によってコーティングされた金属帯の一部をはがした第２の上面図である。 図１によってコーティングされた金属帯の一部をはがした第３の上面図である。

図１に、連続金属帯３、すなわち鋼帯をコイル３０から引き出し、連続ベルトで連続的に多層コーティング２を塗布する、本発明によるコイルコーティング方法を実施するための装置１を示す。

最初に、金属帯３の上平坦面４上に、詳しく言うと、金属帯３の金属保護層６上に変換層５を設ける。この変換層５は、例えば図１に従って、ゾル−ゲル７を塗布または噴霧して押しつけることによって実現する。続いて、この平坦面４上に、図示していない塗布機のローラ８を用いて、硬化性ポリマー下塗り９、つまりプライマーを塗布し、下塗り層１０を形成する。下塗りは、例えばポリエステルベースを有してよい。それにより、金属帯３の接着性および／または防食性が向上する。

コイルコーティング方法による金属帯３のもう一方の平坦面４０のコーティングは、図１に図示されていない。この平坦面４０は平坦面４に相対しており、平坦面４に対するコーティングと同じように行われる。まず、変換層５をゾル−ゲルを用いて塗布し、この変換層５上に上塗りを塗布するが、これは図示していない。これにより、平坦面４０をフラッシュ錆、白錆、あるいは環境条件から保護することができる。

次いで、平坦面４上の下塗り層１０の上に、例えば同様にポリエステルベースを有する硬化性ポリマーワニス１１を塗布し、ワニス層１２を形成する。この塗布は、下塗り塗装と同じように、図示していない塗布機のローラ８を用いて行う。塗布された下塗り９と塗布されたワニス１１は、それぞれ乾燥機１３、１４で硬化させる。

下塗り層１０とワニス層１２は、電気的に絶縁して形成することで、金属帯３に電気的機能性をもたせることができる。そのような電気的機能性は、ロール・ツー・ロール法を用いて、複数の導電性トラック１５を一部の領域にプリントすることによって実現する。このロール・ツー・ロール法は、グラビア印刷法のローラ塗布を用いて行う。伝導性トラック１５を形成するためのペーストまたはインクとして、導電性ポリマー１６、例えばポリスチレンスルホン酸を使用する。そのようなペーストまたはインクは、代わりに、例えば銀、銅、または金のような金属ベース、例えばＰＥＤＯＴ（ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン）のような有機ベース、またはグラフェンベースを有してもよい。同様に、このために、炭素または黒鉛も考えられる。金属ベースを有するインクおよび／またはペーストはとりわけ伝導性が優れているのに対し、有機ベースを有するインクおよび／またはペーストは、たいていの場合、高い耐食性をもたらすことができる。

次いで、このプリントした伝導性トラック１５をワニス１１で覆う。それにより、図２および３からわかるように、緻密な層構造、つまり、伝導性トラック１５が少なくとも段階的に封入された緻密なコーティング２がもたらされる。

本コイルコーティング方法では、そのような伝導性トラック１５に加え、電気配線として、例えば図２および３に示す、２つの伝導性トラック１５と電気的に接続している変換器１８のように、別の電気部品１７をプリントすることもできる。

しかしながら、先行技術とは異なり、本発明によるコイルコーティング方法では、予備硬化させ、それにより完全硬化していない下塗り層１０に伝導性トラック１５をプリントし、さらに、伝導性トラック１５とワニス１１を共にウェット・オン・ウェットで塗布する。それにより、コーティング３の層構造における高い接着強度と、それに加え、コーティングにおける残留応力のリスクが低減する。これについては、図３に基づいて以下でさらに詳細に説明する。

図４に示すコーティング２の拡大断面図では、伝導性トラック１５を包み込んでいる移行区域１９が覆われているのがわかる。この移行区域１９は、相互拡散によるヘテロ粘着（Ｈｅｔｅｒｏｈａｅｓｉｏｎ／ｈｅｔｅｒｏｈｅｓｉｏｎ）によって形成され得るだけでなく、特にインクまたはペースト１６とワニス１１のウェット・オン・ウェット塗布によって形成されやすくなる。コーティング２において特性分布が均一であると見込むことができ、これにより、コーティング２における残留応力が少ないことが保証できる。加えて、これにより、この２つの隣接する層の間の接着強度が高いことが見込まれる。さらに、図４から、ウェット・オン・ウェット塗布のさらなる効果がわかる。すなわち、伝導性トラック１５の角２０が滑らかになっており、これにより、境界層における内部のノッチ応力を回避できる。したがって、本発明によるコーティング２は、熱応力に対して特に安定していることから、本発明によるコイルコーティング方法は、再現可能な方法で、安定したコーティング２を製造する。

塗布した下塗り９を、少なくともゲル化点まで硬化させてから伝導性トラック１５を塗布することによって、コーティング２の耐短絡性がさらに向上する。これに加えて、乾燥機１３で、下塗り層１０を、１８０〜２４０℃の基板温度で硬化させる。下塗り層の層厚が３〜３０μｍで、十分に耐短絡性があることが判明した。

さらに、伝導性トラック１５とワニス１１をウェット・オン・ウェットで塗布し、１つの作業工程で一緒に硬化させることによって、完全に硬化させたコーティング２における残留応力を回避でき、このために乾燥機１４が設けられている。加えて、乾燥機１４を用いて、下塗り層１０とワニス層１２を、２２０〜２６０℃の基板温度で最終硬化させる。こうして製造されたコーティング２では、下塗り層１０とワニス層１２と伝導性トラック１５とが互いに接している。ただし、図示はしていないが、下塗り層１０とワニス層１２の間に、多層で、必要に応じて電気的に互いに絶縁された伝導性トラック１５を設けることによって、金属化層に複数の層を形成することも考えられる。一般に、コーティング表面への影響は、本発明による伝導性トラック１５の層厚２４が１５μｍ以下であれば小さく、ワニス層１２の構造次第で、視覚的にも認識できないと言える。この利点は、層幅２５が５ｍｍ未満の伝導性トラック１５を印刷し、それにより伝導性トラック１５の幅を細く保つことによって促進される。さらに、伝導性トラック１５または電気部品１８は、不透明なワニス層１２を塗布することによって、視覚的に覆い隠すことも考えられる。しかしながら、使用者の操作性を向上させるために、伝導性トラック１５を視覚的に認識させるということも考えられる。

そのようにコーティングした金属帯３またはその一部を屋内で使用する場合、好ましくは、完全硬化させた下塗り層１０が、１０〜３５℃のガラス転移開始温度（Ｔｇ−Ｏｎｓｅｔ）を有する。屋外で使用する場合は、完全硬化させた下塗り層１０のＴｇ−Ｏｎｓｅｔは３０〜７５℃であることが実証されている。

図５および６は、一部をはがした上面図で、同じ金属帯３に電気的機能化を行うさらなる実施例を示している。

図２に示す機能化の実施例と比較すると、図５の機能化では電気部品１７を示されている。図５では、変換器１８の代わりに、２つの容量ボタン２１をプリントする。この容量ボタン２１は、伝導性トラック１５を介して電気接触面２２と接続されており、この接触面２２は、容易に電気接続にアクセスできるように、ワニス層１２で覆われていない。コーティング２の構成は、図３に示す実施形態と同じである。

これに対し、図６は、コーティング２とは異なる構成のコーティング１０２を示している。このコーティング１０２は、電気部品１７に対し一緒に作用する、重なり合う２つの層で電気的に機能化されている点が異なる。第１の層は、コーティング２と同じように構成されており、下塗り１０と、センサ面２３を備えた導電性トラック１５と、ワニス層１２とで表される。また、このワニス層１２は、図５で詳しく説明したように、接触面２２の領域を覆っていない。第１の層を予備硬化した後、この層にあらたにプリントし、すなわち、伝導性トラック１１５と、センサ面１２３と、ワニス層１１２とを、ウェット・オン・ウェットで塗布してから硬化させ、それによりコーティング１０２の第２の層を形成する。２つの層のセンサ面２３および１２３は、一緒に作用して、電気部品１７として容量式タッチパッドとなる。

一般に、当然のことながら、言及した導電性トラック１５、１１５として、別の電気部品１７も、ワニス１２、１１２を用いてウェット・オン・ウェットで塗布することができると言える。

Claims (20)

1. 連続ベルトにある連続金属帯（３）を多層コーティングするためのコイルコーティング方法であって、
   前記金属帯（３）の平坦面（４）上に、ローラ塗布を用いて硬化性ポリマー下塗り（９）を塗布し、硬化させて電気絶縁性の下塗り層（１０）を形成し、
   前記下塗り層（１０）上に、ローラ塗布を用いて硬化性ポリマーワニス（１１）を塗布し、硬化させて電気絶縁性のワニス層（１２）を形成し、
   前記下塗り層（１０）と前記ワニス層（１２）の間に、少なくとも１つの導電性トラック（１５）を、少なくとも一部の領域にプリントするコイルコーティング方法において、
   予め硬化させた前記下塗り層（１０）の一部の領域に前記導電性トラック（１５）をプリントすることと、
   前記導電性トラック（１５）と前記硬化性ポリマーワニス（１１）をウェット・オン・ウェットで塗布することと、
   を特徴とするコイルコーティング方法。
2. 塗布した前記硬化性ポリマー下塗り（９）を、少なくともゲル化点まで予め硬化させることを特徴とする、請求項１に記載のコイルコーティング方法。
3. 前記下塗り層（１０）および／または前記ワニス層（１２）を、１５０〜３００℃の基板温度で乾燥させて硬化させることを特徴とする、請求項１または２に記載のコイルコーティング方法。
4. 前記下塗り層（１０）を、１８０〜２４０℃の基板温度で予め硬化させることを特徴とする、請求項２または３に記載のコイルコーティング方法。
5. 前記下塗り層（１０）と前記ワニス層（１２）を、２２０〜２６０℃の基板温度で最後に硬化させることを特徴とする、請求項３または４に記載のコイルコーティング方法。
6. 前記導電性トラック（１５）と前記ワニス層（１２）を一緒に硬化させることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のコイルコーティング方法。
7. 前記導電性トラック（１５）と前記ワニス層（１２）を一緒に１つの作業工程で硬化させることを特徴とする、請求項６に記載のコイルコーティング方法。
8. 前記下塗り層（１０）および／または前記ワニス層（１２）が、完全硬化された状態で、１０〜７５℃のガラス転移開始温度（Ｔｇ−Ｏｎｓｅｔ）を有することを特徴とする、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のコイルコーティング方法。
9. 屋内用の金属帯（３）では、前記下塗り層（１０）のＴｇ−Ｏｎｓｅｔが１０〜３５℃であることを特徴とする、請求項８に記載のコイルコーティング方法。
10. 屋外用の金属帯（３）では、前記下塗り層（１０）のＴｇ−Ｏｎｓｅｔが３０〜７５℃であることを特徴とする、請求項８に記載のコイルコーティング方法。
11. 前記下塗り層（１０）を３〜３０μｍの層厚で塗布することを特徴とする、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載のコイルコーティング方法。
12. 前記導電性トラック（１５）を１５μｍ以下の層厚で、および／または５ｍｍ未満の層幅（２５）でプリントすることを特徴とする、請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載のコイルコーティング方法。
13. 前記下地層（１０）と前記ワニス層（１２）の間に、少なくとも１つの電気部品（１７）をプリントし、前記電気部品（１７）と前記導電性トラック（１５）が電気的に接続されることを特徴とする、請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載のコイルコーティング方法。
14. 前記電気部品（１７）として変換器（１８）をプリントすることを特徴とする、請求項１３に記載のコイルコーティング方法。
15. 前記導電性トラック（１５）を、ロール・ツー・ロール法を用いてプリントすることを特徴とする、請求項１〜１４のうちいずれか一項に記載のコイルコーティング方法。
16. 前記導電性トラック（１５）を、ローラ塗布を用いてプリントすることを特徴とする、請求項１５に記載のコイルコーティング方法。
17. 前記導電性トラック（１５）を、繰り返し模様としてプリントすることを特徴とする、請求項１〜１６のうちいずれか一項に記載のコイルコーティング方法。
18. 前記下塗り（９）ならびに前記硬化性ポリマーワニス（１１）を化学的に架橋させることを特徴とする、請求項１〜１７のうちいずれか一項に記載のコイルコーティング方法。
19. 前記金属帯（３）の前記平坦面（４）に下塗り（９）を塗布する前に、変換層（５）を設けることを特徴とする、請求項１〜１８のうちいずれか一項に記載のコイルコーティング方法。
20. 連続的にコーティングされた金属帯（３）には、複数のコーティング層が形成されることを特徴とする、請求項１〜１９のうちいずれか一項に記載のコイルコーティング方法。

Images