JP6751746B2 - グラビア塗布方法およびグラビア塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、連続走行する可撓性基材に塗液を、グラビアロールを用いて塗布するグラビア塗布方法および装置に関する。

連続走行するプラスチックフィルムのような可撓性基材に塗液を塗布する塗布方法の１つにグラビア塗布方法がある。この塗布方法は、溝が施されたグラビアロールの表面に過剰の塗液を付着させた後、ロール表面上の過剰な塗液を除去した後に、ロール表面上に残った塗液を可撓性基材に転写塗布させるものである。

ところで、塗液は、溶媒に未硬化樹脂を主とした固形分を溶かしたものであり、塗布後に加熱あるいは光硬化させ乾燥することにより、可撓性基板上に機能膜が形成される。最終的な機能膜の厚み管理の観点から、塗液中の固形分濃度を一定にする必要があり、溶媒の蒸発・飛散対策が不可欠である。そこで、最近では、チャンバー方式のグラビア塗布装置が一般的になっている。

チャンバー方式のグラビア塗布装置は引用文献１等で公知である。その構成を図８で説明すると、グラビアロール３と塗工ブロック５を構成要素とし、塗工ブロック５は開口部を有し、グラビアロール３の一部が塗工ブロックの開口部内に位置している。塗工ブロック５とグラビアロール３との隙間は、ドクターブレード７とシール体６とで封止しており、塗工ブロック５の開口部には塗液が貯えられる。ここで、ドクターブレード７は薄い刀であり、刃先をグラビアロール３の表面に押し当て、グラビアロール３上に付着した余剰な塗液を掻き落とす機能を有している。また、塗液は、塗工ブロック５に設けた供給口５３を介して塗液チャンバー５５内へポンプＰで圧送され、消費されなかった塗液は排出口５４から回収される。

特開２００１−２２４９９５号公報

ドクダーブレード７は、前述のとおり薄い刃であって、刃先をグラビアロール３に押し付けて余剰な塗液を掻き落とす機能を担っていることから、材質として金属、セラミックス、樹脂、等が用いられている。ところが、図９のように、ドクターブレード７の刃先Ｅをグラビアロール３の表面に常時押し当てているため、摩擦が生じて摩耗粉が塗液中に混入することがある。このような塗液により機能膜を形成すると、その品質に影響を及ぼすことになる。例えば、電気・電子産業分野での絶縁膜において、金属摩耗粉が混入すると基本機能を大幅に低下させることになり、製品安全面においても大きな問題となる。

また、ドクターブレード７の刃先Ｅが摩耗してグラビアロール３の表面との間に隙間が部分的に出来ると、塗液の掻き落としが不十分な箇所が現れ、塗布ムラとなって最終的には機能膜の厚みムラとなり、品質上問題となる。

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、塗液中への摩耗粉の混入を抑制し、なおかつ塗布ムラの少ないグラビア塗布方法およびグラビア塗布装置を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、
塗液をグラビアロール表面に付着させ、グラビアロール表面から余剰な塗液を除去した後に、連続走行する可撓性基材にグラビアロールから塗液を転写するグラビア塗布方法であって、ドクターブレードを用いず、超音波振動によって生じる音圧によって、グラビアロール表面から余剰な塗液を除去することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のグラビア塗布方法であって、グラビアロールの回転方向に沿って、余剰な塗液を除去する手前の位置に、グラビアロール表面と所定間隔の隙間で仕切り版を設けて、塗液の飛散を抑制することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
連続走行する可撓性基材に塗液を塗布するグラビア塗布装置であって、グラビアロールと、塗液を貯留し、回転する前記グラビアロールに塗液を供給する塗液貯留部と、前記グラビアロール表面から余剰な塗液を除去する余剰塗液除去機構と、余剰な塗液を除去した前記グラビアロールから、前記可撓性基材に塗液を転写する塗布部を備え、前記余剰塗液除去機構が、ドクターブレードを用いず、超音波振動によって生じる音圧により、前記グラビアロール表面から余剰な塗液を除去することを特徴とすることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
請求項３に記載のグラビア塗布装置であって、グラビアロールの回転方向に沿って、前記塗液除去部の手前の位置に、グラビアロール表面と所定間隔の隙間で仕切り版を設けることを特徴とする。

本発明を用いれば、塗液中への摩耗粉の混入を抑制し、なおかつ塗布ムラの少ないグラビア塗布が行える。

本発明の一実施形態のグラビア塗布装置を説明する図である。 本発明の一実施形態の塗液部分を説明する図である。 本発明の一実施形態の主要な機能を説明する図である。 本発明の一実施形態における気流噴出装置を説明する図である。 本発明の一実施形態における気流噴出装置の機能を説明する図である。 本発明の別の実施形態における超音波源を説明する図である。 本発明が適用可能なグラビア塗布装置の一例を説明する図である。 従来のグラビア塗布装置を説明する図である。 従来のグラビア塗布装置のドクターブレードを説明する図である。

本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
図１（ａ）は、本発明の一実施形態を説明するためのグラビア塗布装置１について説明する断面図である。グラビア塗布装置１は、連続走行する可撓性基材であるフィルム２に、塗液を塗布する装置であり、グラビアロール３表面に適正量の塗液を供給するための塗液部１００（詳細は図２参照）と、グラビアロール３表面の塗液をフィルム２に転写塗布する塗布部２００から成っている。可撓性基材であるフィルム２としては一般的にプラスチックフィルムが用いられるが、これに限定されるものではなく、金属箔や紙の使用も可能である。

塗液は、溶媒に未硬化樹脂を溶かしたものであるが、未硬化樹脂以外に有機あるいは無機の微粒子が分散されていても良い。また、塗液の粘度は１〜２０００ｍＰａ・Ｓの範囲にあることが望ましい。

グラビアロール３の表面には微細な溝が形成され、溝内部に付着保持した塗液を転写塗布する。このため、フィルム２への塗布量はグラビアロール表面の溝形状によって変更可能である。

図２に示すように、塗液部１００では、一側面が開口された塗工ブロック５、塗工ブロック５の開口側に配置されたグラビアロール３、および塗工ブロック５の下部開口側のシール体６により、塗液１０を貯留可能な塗液貯留部であるチャンバー５５が形成されている。塗工ブロック５はブロック本体５１とブロック内壁５２から構成されており、チャンバー５５に塗液１０を供給する供給口５３、チャンバー５５から塗液を回収する回収口５４も形成されている。また、シール体６は、グラビアロール３とブロック内壁５２の隙間を封じるように、治具６１により塗工ブロック５に取り付けられている。なお、シール体６の先端はグラビアロール３の表面に接触しているが、余剰塗液を掻き落とすドクターブレードのようにグラビアロール３に押しつける必要はないため、グラビアロール３との接触により摩耗粉が生じる可能性は小さい。このため、シール体６の材質として金属を用いても良いが、余剰塗液を掻き落とす必要がないことから、ゴムなどの弾性材料であっても良い。

塗工ブロック５の上側開口部には本実施形態における余剰塗液除去機構である気流噴出装置７Ａが配置されている。気流噴出装置７Ａは、スリット状のノズル（図４（ａ））から、グラビアロール３の表面に、幅方向（Ｙ方向）に均一に気流を噴出する装置である。気流噴出装置７Aは位置調整機構を有す。位置調整機構は、台座７３および、可動部７４Ａおよび固定部７４Ｂからなるスライド機構７４から成る（図１（ｂ））。すなわち、スライド機構７４により上下（Ｚ方向）の調整が可能であり、台座７３によりグラビアロール３に対する角度（Ｙ方向を回転軸とするθ方向）の調整が可能となっている。また、グラビアロール３の回転方向に沿って、気流噴出装置７Ａの手前の位置には仕切り版８が設けられている。仕切り版８は、グラビアロール３の表面と隙間を設けて配置されているが、この隙間は調整可能であり、所定の値に設定できる。

塗布部２００は、グラビアロール３と、フィルム２を挟んでグラビアロール３の反対側のバックアップロール４を構成要素とする。

以下、グラビア塗布装置１によりフィルム２へ塗液１０を塗布する様子について説明する。まず、塗液１０は、塗工ブロック５に設けた供給口を介して外部から図示しないポンプにより圧送され、チャンバー５５に貯留される。チャンバー５５に塗液が貯留された状態で、グラビアロール３が反時計回りに回転すると、グラビアロール３表面が塗液１０の液面から出る段階で、グラビアロール３表面に形成された溝内部に塗液１０が充填される。この段階は、図２に示すように、グラビアロール３表面には余剰な塗液１０も付着している。この余剰な塗液１０は気流噴出装置７Ａによって除去されるが、その様子は気流噴出装置７周辺の拡大断面図である図３（ａ）を用いて説明する。図３（ａ）において、グラビアロール３は右から左に移動（回転）しており、図の右側では塗液１０がグラビアロール表面に形成された溝３Ｇに充填されているだけではなく余剰分が付着している。この余剰な塗液は、余剰塗液除去機構である気流噴出装置７Ａによって除去される。

気流噴出装置７Ａは、例えば、図４（ａ）に示すようなスリットノズルから幅方向（Ｙ方向）に均一な気流を噴出する。このため、図３（ａ）のように、グラビアロール３表面近傍では、余剰な塗液１０を除去するのに充分な風圧を加えることが出来、グラビアロール３表面から余剰な塗液１０を吹き飛ばして除去することが出来る。ここで、グラビアロール３の表面に対する気流噴出装置３の、Ｙ方向を回転軸とするθ方向の角度および気流の風圧を適切に設定しないと、溝３Ｇに充填された塗液１０まで吹き飛ばすこともあるので注意が必要である。このため、グラビアロール３の表面に対する気流噴出装置３の、Ｙ方向を回転軸とするθ方向の角度および気流の風圧の設定は、塗液１０の粘度および溝３Ｇの形状に応じて、事前に適正範囲を定めておくと良い。

また、スリットノズル７A内に図４（ｂ）のような間仕切りを設ける等により、図４（ｃ）のように、スリットノズル７Aから流出する気流をノズルの幅方向両端側に向ける構成としても良い。このようにすると、図５に示すように、余剰な塗液１０は、グラビアロール３の幅方向（Ｙ方向）に沿って両端部側に落ちるようになる（図５のＦＣ）。その結果、塗布領域幅Ｗにおいて、塗液１０が付着した状態のグラビアロール３表面上に余剰塗液が再付着することを防げる。

図３（ａ）において、気流噴出装置７Ａによる風圧により余剰な塗液１０を除去しているが、前述のとおり、気体噴流装置７Ａはスリットノズルから気流を噴出するため、グラビアロール３表面近傍に効率的に風圧を与えるが、グラビアロール３表面から離れると風圧が極度に弱まる。このため、図３（ａ）のように、グラビアロール３の遠心力により飛散した液滴１０ｄに対して風圧を与えることが出来ず、液滴１０ｄは、気流噴出装置７Aに付着したり、余剰な塗液１０を除去した後のグラビアロール３表面に落下して付着して、好ましくない。そこで、図３（ｂ）のように、グラビアロール３表面から所定の間隔の隙間で仕切り版８を設けている。なお、グラビアロール３表面と仕切り板８の隙間は５〜５０μｍ、望ましくは５〜２０μｍとしている。この隙間が広すぎると仕切り版としての機能が低下し、狭すぎると平行調整を誤ると仕切り版８がグラビアロール３表面に接触することになり好ましくない。

図１（ａ）に示すように、余剰な塗液１０が除去されたグラビアロール３表面は、フィルム塗布部２００側に移動（回転）し、バックアップロール４と最接近した箇所で、塗液１０をフィルム２に転写して塗布する。図１（ａ）において、グラビアロール３の回転方向に対して、バックアップロール４の回転方向およびフィルム２の走行方向が逆になっているが、これに限定されるものではなく、バックアップロール４の回転方向およびフィルム２の走行方向がグラビアロール３と同方向であっても良い。また、塗液１０が塗布されたフィルムは次工程において塗液が乾燥・硬化される。

なお、グラビアロール３表面の余剰な塗液を気流の風圧によって除去するのに際して、気流が乾燥していると、塗液の溶媒分のみが蒸発することがある。塗液の溶媒が蒸発すると、塗液の固形分濃度が上昇することになり、場合によってはグラビアロール３の溝３Ｇの内部で固化して、転写不良の原因となる。そこで、対策として、周辺環境よりも高湿度に加湿した空気を噴出して、塗液から溶媒が蒸発することを防ぐことが望ましい。同様な効果は、気流に溶媒成分を含ませても得ることが出来る。気流に溶媒成分を含ませる場合は、塗液の成分に悪影響を及ぼすことがないという利点もある。

本発明の別の実施形態として、余剰塗液除去機構として、気流噴出装置７Ａの代わりに超音波源７Ｂを用いることも可能である。この実施形態では、気流による風圧の代わりに、超音波による音圧を用いて、グラビアロール３表面の余剰な塗液１０を除去するものである。超音波源７Ｂとしては、グラビアロール３の軸方向（Ｙ方向）にわたって、余剰な塗液１０を均一に除去できるものであれば、図６のように高周波スピーカー７ＢＳを複数並べたものや、超音波振動子７ＢＨを用いることが出来る。なお、超音波の周波数としては１０〜１００ｋＨｚの範囲が有効である。

ところで、ここまではチャンバー方式のグラビア塗布装置における実施形態について説明したが、、本発明は、開放式のグラビア塗布装置においても適用可能である。すなわち、図７に示す開放式のグラビア塗布装置３００において、塗液パン５０の貯えられた塗液１０をグラビアロール３０表面の溝に充填して、余剰の塗液１０を除去した後に、バックアップロール４０にグラビアロール３０が最接近する箇所で塗液をフィルム２に転写して塗布するのに際して、余剰塗液除去機能として気流噴出装置７Ａまたは超音波源７Ｂを使用することが出来る。

連続走行する可撓性基材に塗膜を形成する用途全般に利用可能であり、特に、塗膜に異物混入が許されない用途において特に好適である。

１ ・・・ グラビア塗布装置
２ ・・・ フィルム
３ ・・・ グラビアロール
３Ｇ ・・・ 溝
４ ・・・ バックアップロール
５ ・・・ 塗工ブロック
６ ・・・ シール体
７ ・・・ ドクターブレード
７Ａ ・・・ 気流噴出装置
７Ｂ ・・・ 超音波源
８ ・・・ 仕切り版
１０ ・・・ 塗液
５５ ・・・ チャンバー

Claims (4)

1. 塗液をグラビアロール表面に付着させ、グラビアロール表面から余剰な塗液を除去した後に、連続走行する可撓性基材にグラビアロールから塗液を転写するグラビア塗布方法であって、
   ドクターブレードを用いず、超音波振動によって生じる音圧によって、グラビアロール表面から余剰な塗液を除去することを特徴とするグラビア塗布方法。
2. 請求項１に記載のグラビア塗布方法であって、グラビアロールの回転方向に沿って、余剰な塗液を除去する手前の位置に、グラビアロール表面と所定間隔の隙間で仕切り版を設けて、塗液の飛散を抑制することを特徴とするグラビア塗布方法。
3. 連続走行する可撓性基材に塗液を塗布するグラビア塗布装置であって、
   グラビアロールと、
   塗液を貯留し、回転する前記グラビアロールに塗液を供給する塗液貯留部と、
   前記グラビアロール表面から余剰な塗液を除去する余剰塗液除去機構と、
   余剰な塗液を除去した前記グラビアロールから、前記可撓性基材に塗液を転写する塗布部を備え、
   前記余剰塗液除去機構が、ドクターブレードを用いず、超音波振動によって生じる音圧により、前記グラビアロール表面から余剰な塗液を除去することを特徴とすることを特徴とするグラビア塗布装置。
4. 請求項３に記載のグラビア塗布装置であって、
   グラビアロールの回転方向に沿って、余剰な塗液を除去する手前の位置に、グラビアロール表面と所定間隔の隙間を設けて仕切り版を配置することを特徴とするグラビア塗布装置。