JP6769249B2 - 塗布装置、塗膜付ウェブの製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェブの両面に対して同時に塗膜を形成するための塗布装置、その塗布装置を備えた塗膜付きウェブの製造装置および製造方法に関する。

ウェブの表裏両面に同時に塗膜を形成する両面同時塗布法は、ウェブを挟んで両側にバー、ナイフ、ロール、スリットダイなどを対向させて配置し、ウェブの表裏両面に同時に塗膜を形成する方法であり、従来、表裏両面で同一の膜厚を得るための方法が開示されている。

例えば、特許文献１および２では、ウェブを挟んで両側に存在する塗液により生じる圧力を等しくすることで、表裏両面に同一の厚みを有する方法が開示されている。具体的には、ウェブを挟んで両側に配置されたパイプ型ドクターで計量する塗液の量をウェブの表裏で均一にする方法（特許文献１）、ウェブを挟んで両側に配置されたスリットダイから吐出される塗液の量を同量にする方法（特許文献２）が開示されている。

特許文献３では、ウェブの表裏両面に塗膜を形成したのち、塗膜を固化させるまでの距離を長くすることで塗液がレベリングする作用を利用して、塗膜の厚みをウェブの表裏両面に均一にする方法が開示されている。

特開平１０−３３７５１６号公報 欧州特許第１２７０１３３号公報 特開２０１１−１２２６６号公報

しかしながら、特許文献１〜３には、ウェブを搬送中に生じる搬送シワを抑制しながら塗布をすることでウェブの表裏両面に均一な膜厚を得る方法については何も開示されていない。

基材の厚みが薄いウェブでは、その剛性が低いため搬送シワを生じやすく、低張力で搬送することが一般的である。

一方で、ウェブの表裏両面に同時に塗液を塗布する両面同時塗布法では、塗布工程で塗液の粘性によりウェブへの抵抗力が生じるため、低張力で搬送させることができない。

塗布工程で生じるウェブへの抵抗力は、塗液が受けるせん断力に起因するものであり、せん断力は塗布装置とウェブとで形成される狭い流路において生じる。塗液がせん断力を受けることでウェブがそのせん断力とは逆向きの力を受け、その結果ウェブへの抵抗力になる。

そこで、両面同時塗布法において、低張力でウェブを搬送させるためには、せん断力を下げることが考えられる。せん断力は、塗液がせん断を受ける部分の長さ、つまり狭い流路の長さを短くすることで低減できる。

しかしながら、せん断力を下げると、同時にウェブを押す力が弱くなる。ウェブを押す力とは、塗液により生じる液圧に、ウェブが液圧を受ける面積を乗じたものである。液圧は、パイプ型ドクターのように（特許文献１）徐々に閉塞する流路や、狭い流路の上流側、狭い流路で生じる。そのため、狭い流路の長さを短くしてせん断力を低減させると、液圧を受ける面積が小さくなるため、ウェブを押す力が低減する。

ウェブを押す力は、塗布工程でウェブを挟んで両側からウェブを押すことで、搬送シワを抑制する機能がある。搬送シワとは搬送方向でトタン状に入るシワであるため、塗布工程で搬送シワが発生している場合は、ウェブ幅方向において塗布装置とウェブとの間隙がウェブの表裏で周期的に異なる。その結果、ウェブ幅方向での厚みが不均一になったり、ウェブが塗布装置に接触してスジ状の欠点を生じたりする。

特許文献１〜３に開示されている塗布方法では、塗布工程でのウェブへの抵抗力を下げると同時に、塗布工程でのウェブを押す力も減じる構造であるため、塗膜に欠点を生じる問題があり、特に両面同時塗布法において、ウェブへの抵抗力を低減させると同時に、ウェブを押す力を保持することは困難である。

そこで本発明は、塗布工程でのウェブへの抵抗力を抑制して搬送張力を低くしつつも、塗布工程での搬送シワを抑制しうるウェブを押す力を保持することで、ウェブの両面に塗布幅方向に均一な膜厚で塗膜を塗布できる塗液の塗布装置を提供する。また、その塗布装置を備えた塗膜付ウェブの製造装置および製造方法を提供する。

上記課題を解決する本発明の塗布装置は、走行するウェブの両面に同時に塗液を塗布するための塗布装置であって、
塗液を貯留する貯液部を形成する貯液部材と、
前記貯液部材よりもウェブの走行方向下流側でウェブの走行面を挟んで間隙を空けて対向して設けられ、塗膜を所望の厚みに調整する計量部を有し、前記貯液部材とともに貯液部を形成する一対の計量部材と、を有し、
前記計量部材は、ウェブの走行方向上流側から下流側に向かって順に、ウェブの幅方向に延びる上流側の第１計量面、溝および下流側の第２計量面で構成され、
前記第１計量面および前記第２計量面は、ウェブの走行面に略平行な平面であり、
前記第１計量面と前記ウェブの走行面との間隙は、前記第２計量面と前記ウェブの走行面との間隙と同じ広さ、またはそれよりも広くなっている。

また、本発明の塗膜付きウェブの製造装置は、本発明の塗布装置と、前記一対の計量部材の間隙にウェブを導入するウェブ導入手段と、を備えている。

また、本発明の塗膜付きウェブの製造方法は、本発明の塗布装置を用い、前記一対の計量部材の間隙にウェブを導入し、前記貯液部において、この貯液部に溜めた塗液を前記ウェブの両面に付着させ、前記一対の計量部材の間隙を調整することで前記ウェブの両面に塗膜を形成する。

本発明の塗布装置を用いれば、塗布工程で生じるウェブへの抵抗力を減じるとともに、ウェブを押す力も保持することができる。その結果、塗布工程で過剰な張力を付与せずに、塗布工程でウェブに生じる搬送シワを抑制することができるので、塗布幅方向に均一な膜厚の塗膜をウェブの両面に対して同時に形成できる。

本発明の一実施形態による塗布装置の概略断面図である。 本発明の塗布装置の計量部の拡大図である。 本発明の別の実施形態による塗布装置の概略断面図である。

本発明の望ましい実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は図面に示された形態に限定されるものではなく、発明の目的を達成できて、且つ発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更は有り得る。

図１は本発明の塗液２の塗布装置１００の概略断面図である。この塗布装置１００はウェブ１の両面に塗液２を塗布し塗膜３を形成する装置である。この塗布装置１００において、ウェブ１が塗液２と接する部分を塗布部Ｚと定義する。塗布部Ｚは、貯液部Ｘと計量部Ｙとからなる。

この塗布装置１００は、貯液部材１０１および１０１’と、一対の計量部材１０２および１０２’とを有している。貯液部材１０１、１０１’は塗液２を貯留するための貯液部Ｘの壁面となる。計量部材１０２、１０２’は、貯液部材１０１および１０１’よりもウェブ１の走行方向下流側でウェブ１の走行面を挟んで間隙ｔを空けて対向して設けられており、貯液部Ｘの底面となり貯液部材１０１、１０１’とともに貯液部Ｘを形成する。さらにこの塗布装置１００では、貯液部Ｘに塗液２を貯留できるようにするため、図１の紙面手前側と奥側に、貯液部材１０１、および１０１’および計量部材１０２、１０２’を挟むようにして側板（図示せず）が設けられる。

計量部材１０２、１０２’は、計量部Ｙを有し、その塗液２と接する面がウェブ１の走行面に向かう方向に順に、ウェブ１の幅方向に伸びる上流側の第１計量面１０３および１０３’、溝１０４および１０４’、さらに下流側の第２計量面１０５および１０５’で構成されている。そして、第１計量面１０３および１０３’、および第２計量面１０５および１０５’はウェブ１の走行面に略平行な平面で構成されている。

このような本発明の一対の計量部材１０２、１０２’を用いれば、塗布部Ｚでのウェブへの抵抗力を抑制できるため、基材厚みの薄いウェブ１でも低張力で塗布が可能であると共に、塗布部Ｚでのウェブ１を押す力により搬送シワを抑制できるので、塗布幅方向に均一な厚みの塗膜３をウェブ１の両面に対して同時に形成することができる。その作用は以下の通りである。

塗布装置１００の計量部Ｙの拡大図である図２を参照する。本発明の計量部材１０２（１０２’）は第１計量面１０３（１０３’）、溝１０４（１０４’）、第２計量面１０５（１０５’）で構成されている。第１計量面１０３（１０３’）とウェブ１とでなす部分を第１計量部Ｙ１、溝１０４（１０４’）とウェブ１とでなす部分を溝部Ｙ２、第２計量面１０５（１０５’）とウェブ１とでなす部分を第２計量部Ｙ３と定義する。

上述のとおり、ウェブ１への抵抗力を低減させるためには、塗布装置１００とウェブ１とで形成される狭い流路の長さを短くするとよい。しかしながら、この狭い流路を単に短くすると、ウェブ１が液圧を受ける面積が小さくなるのでウェブを押す力が低減してしまう。

そこで、本発明では、塗布装置１００とウェブ１とで形成される狭い流路の途中に、溝部Ｙ２を設けた。これにより、狭い流路の長さを短くできる。このとき、第１計量部Ｙ１と第２計量部Ｙ３との狭い流路で生じるせん断力の和が、塗布部Ｚで生じるせん断力になる。

一方、塗布部Ｚでの液圧の分布は、次の通りである。第１計量部Ｙ１の上流側で生じる塗液２による液圧が、第１計量部Ｙ１を塗液２が通過するときに圧力損失を生じて液圧が低下する。低下した液圧を溝部Ｙ２で保持し、第２計量部Ｙ３を通過するときにさらに圧力損失を生じる。溝部Ｙ２では、流路が広いので圧力損失を生じない。第１計量部Ｙ１の上流側から溝部Ｙ２を経て第２計量部Ｙ３まで、この液圧がウェブ１に作用するため、ウェブを押す力を保持することができる。

また図２に示すように、第１計量部Ｙ１とウェブ１との間隙をｔ１、溝部Ｙ２とウェブ１との間隙をｔ２、第２計量部Ｙ２とウェブ１との間隙をｔ３とすると、本発明における塗布装置１００では、以下の関係を満たす。
ｔ３≦ｔ１＜ｔ２。

まず上記で説明したとおり、間隙ｔ２を間隙ｔ１および間隙ｔ３よりも広くすることで（ｔ１＜ｔ２、ｔ３＜ｔ２）、ウェブ１を押す力を保持しつつ、ウェブ１への抵抗力を低減することができる。

次に間隙ｔ１と間隙ｔ３との関係であるが、間隙ｔ１より間隙ｔ３を広くすると（ｔ１＜ｔ３）、塗膜３は計量部材１０２（１０２’）とウェブ１とが最も近接する第１計量部Ｙ１で形成され、第２計量部Ｙ３部分には接触しない。そのため、ウェブ１に作用する液圧は第１計量部Ｙ１のみとなり、ウェブ１を押す力を保持できなくなる。したがって、間隔ｔ１を間隔ｔ３と同じ広さにするか、間隔ｔ１を間隔ｔ３よりも広くする必要がある（ｔ３≦ｔ１）。

なお、間隙ｔ１を間隙ｔ３よりも広くすると（ｔ３＜ｔ１）、間隔ｔ１を間隔ｔ３と同じ広さにした場合に比べて、ウェブ１への抵抗力を低減することができる。せん断力は、せん断力を受ける長さだけでなく、せん断力を受ける間隙にも依存するので、せん断力を下げることができる。ただし、間隙ｔ１を広くすると液圧が下がるため、ウェブを押す力が低減する。そこで、せん断力を下げるために間隙ｔ１を広くするにしても、必要なウェブを押す力を保持できる範囲で最適な間隙ｔ１を決めるのがよい。

塗膜３の厚みは計量部材１０２（１０２’）とウェブ１の表面との最小間隙の半分であることが知られているため、所望の塗膜３の厚みによって第２計量部Ｙ３とウェブ１との間隙ｔ３が決まることで、計量部材１０２（１０２’）の設置位置が決まる。また、このとき、第１計量面１０３（１０３’）および第２計量面１０５（１０５’）はウェブ１の走行面の略平行であることで、ウェブ１の両側での液圧が等しくなることから、ウェブ１の両側で塗膜３の厚みを均一にする効果がある。

なお、塗膜３の厚みはウェブ１の搬送速度に依らないので、低速から高速までの幅広い速度範囲で塗布が可能である。

前述のように塗膜３の厚みは計量部材１０２（１０２’）の設置位置に依存するので、塗布装置１００は計量部材１０２（１０２’）をウェブ１の厚み方向に移動できる手段（図示しない）を備えていることが好ましい。このような手段として、計量部材１０２（１０２’）を載置し、計量部材１０２（１０２’）ごとウェブ１の厚み方向に移動できる移動テーブルなどが例示できる。このような移動手段を備えることで、塗膜３の厚みを均一かつ容易に再現性よく調整することができる。その結果、作業者によらず同じ間隙ｔに設定することが容易に可能になる。また、一対の計量部材１０２（１０２’）を、ウェブ１を挟んで間隙ｔを空けて対向して配置するとき、ウェブ１と計量部材１０２（１０２’）との間隙は、ウェブ１を挟んで同じ間隙ｔで移動することが好ましい。

図３は、本発明の別の実施形態による塗布装置２００の概略断面図である。塗布装置２００の計量部材２０２（２０２’）は、第１計量面２０３（２０３’）、溝２０４（２０４’）および第２計量面２０５（２０５’）を含む第１のブロック２０６（２０６’）と第１のブロック２０６（２０６’）とともに計量部材２０２（２０２’）を構成する第２のブロック２０７（２０７’）とで構成された計量部材２０２（２０２’）を備えた塗布装置２００である。

第１のブロック２０６（２０６’）を、耐摩耗性を有する材料を選定した形態を例として説明する。塗液２に高硬度の粒子を含む塗液２を塗布する場合、ウェブ１と第１のブロック２０６（２０６’）の第２計量面２０５（２０５’）では塗液２のせん断力が大きく、塗液２に含まれる高硬度の粒子によって計量部材２０２（２０２’）が削られる。計量部材２０２（２０２’）が削られると、時間経過に伴ってウェブ１と計量部材２０２（２０２’）との間隙が変わることで塗膜３の厚みに変動が生じたり、塗布幅方向の塗膜３の厚みに分布が生じたり、あるいは削られた計量部材２０２（２０２’）の小片や磨耗分が製品に混入する。第１ブロック２０６（２０６’）に耐摩耗性を有する材料を使用することでこのような不具合を防止できる。

一方で、第１ブロック２０６（２０６’）とともに計量部材２０２（２０２’）を構成する第２ブロック２０７（２０７’）は、第１ブロック２０６（２０６’）ほどには剛性や耐摩耗性、耐久性は求められないので、第１ブロック２０６（２０６’）よりも安価な材料を使うことができ、計量部材２０２（２０２’）のコストを抑えることができる。つまり、計量部材２０２（２０２’）を第１ブロック２０６（２０６’）と第２ブロック２０７（２０７’）とで異なる材質で構成することで、計量部材２０２（２０２’）の耐摩耗性や耐久性を向上しつつ、コストの上昇も抑えることができる。

本発明の塗布装置１００および２００は、長尺状のウェブ１を搬送しながら塗液２を塗布するウェブ塗工装置として好適に使用することができる。特に本発明の塗布装置１００および２００を使用したウェブ塗工装置は、ウェブ１への抵抗力を低減することで搬送張力を低減でき、ウェブ１を押す力により塗布部Ｚで搬送シワを抑制することができる。
また、本発明の塗膜付きウェブの製造方法では、塗膜付きウェブの表裏で同一量の膜厚を得ることができるので、ウェブ１の両面に同じ膜厚の塗膜３を同時に形成するのに好適である。

図１に示す塗布装置１００をモデル化し流体解析を実施した。モデル化した計量部材１０２（１０２’）の形状は次の通りである。

（実施例１）
計量部材を、第１計量面１０３（１０３’）、第２計量面１０５（１０５’）および溝１０４（１０４’）を有する形状とした。第１計量面計量面１０３（１０３’）とウェブ１との間隙ｔ１、および第２計量面計量面１０５（１０５’）とウェブ１との間隙ｔ３を、いずれも５０μｍ、第１計量面計量面１０３（１０３’）および第２計量面計量面１０５（１０５’）のウェブ搬送方向の長さを、いずれも０．３ｍｍとした。溝１０４（１０４’）は、深さｔ２を１ｍｍ、ウェブ搬送方向の長さを２ｍｍとした。

（実施例２）
計量部材を、第１計量面１０３（１０３’）、第２計量面１０５（１０５’）および溝１０４（１０４’）を有する形状とした。第１計量面１０３（１０３’）とウェブ１との間隙ｔ１を２５０μｍ、第２計量面１０５（１０５’）とウェブ１との間隙ｔ３を５０μｍｍ、第１計量面１０３（１０３’）および第２計量面１０５（１０５’）のウェブ搬送方向の長さを、いずれも０．３ｍｍとした。溝１０４（１０４’）は、深さｔ２を１ｍｍ、ウェブ搬送方向の長さを２ｍｍとした。

（比較例１）
計量部材を、第２計量面１０５（１０５’）および溝１０４（１０４’）を有さず、第１計量面１０３（１０３’）のみを有する形状とした。第１計量面１０３（１０３’）とウェブ１との間隙ｔ１を５０μｍ、第１計量面１０３（１０３’）のウェブ搬送方向の長さを２．６ｍｍとした。

（比較例２）
計量部材を、第２計量面１０５（１０５’）および溝１０４（１０４’）を有さず、第１計量面１０３（１０３’）のみを有する形状とした。第１計量面１０３（１０３’）とウェブ１との間隙ｔ１を５０μｍ、第１計量面１０３（１０３’）のウェブ搬送方向の長さを０．６ｍｍとした。

上記の形状を有する塗布装置の流体解析により、抵抗力およびウェブを押す力を導出した結果を表１に示す。

（実施例１と比較例１との対比）
計量部材とウェブとで形成される間隙５０μｍの狭い流路のウェブ搬送方向長さは、実施例１は０．６ｍｍ（第１計量面０．３ｍｍ＋第２計量面０．３ｍｍ）、比較例１は２．６ｍｍ（第１計量面２．６ｍｍ）であり、実施例１の方が短い。そのため、抵抗力については、実施例１は比較例１に比べて半分以下の大きさに低減できた。
一方、ウェブに液圧を作用させる部分のウェブ搬送方向長さは、実施例１も比較例１も２．６ｍｍで同じ長さである（実施例１：第１計量面０．３ｍｍ＋第２計量面０．３ｍｍ＋溝２ｍｍ＝２．６ｍｍ、比較例１：第１計量面２．６ｍｍ）。そのため、ウェブを押す力については、実施例１は比較例１とほぼ同じ大きさを保持できた。

（実施例１と比較例２との対比）
計量部材とウェブとで形成される間隙５０μｍの狭い流路のウェブ搬送方向長さは、実施例１も比較例２も０．６ｍｍで同じ長さである（実施例１：第１計量面０．３ｍｍ＋第２計量面０．３ｍｍ＝０．６ｍｍ、比較例１：第１計量面０．６ｍｍ）。そのため、抵抗力については、実施例１も比較例１もほぼ同じ大きさとなった。
ところが、ウェブに液圧を作用させる部分のウェブ搬送方向長さは、比較例２では０．６ｍｍ（第１計量面０．６ｍｍ）であり、実施例１では２．６ｍｍ（第１計量面０．３ｍｍ＋第２計量面０．３ｍｍ＋溝２ｍｍ＝２．６ｍｍ）であり、比較例２の方が短い。そのため、ウェブを押す力については、比較例２は実施例１に比べて大幅に小さくなった。

（実施例１と実施例２との対比）
実施例２は、第１計量部とウェブとの間隙が実施例１よりも広い（実施例１：５０μｍ、実施例２：２５０μｍ）。そのため、抵抗力については、実施例２は実施例１よりもさらに低減できた。
一方、ウェブを押す力についても、実施例２は実施例１よりも小さくなったが、それでも比較例２に比べて約１．４倍となっていた。

実施例と比較例との対比より、第１計量部と第２計量部との間に溝を設けることで、抵抗力を低減しつつ、ウェブを押す力を保持することが出来ることが確認できた。

１： ウェブ
２： 塗液
３： 塗膜
１００： 塗布装置
２００： 塗布装置
１０１、１０１’： 貯液部材
１０２、１０２’： 計量部材
１０３、１０３’： 第１計量面
１０４、１０４’： 溝
１０５、１０５’： 第２計量面
２０２、２０２’： 複数の部材から構成される計量部材
２０６、２０６’： 第１ブロック
２０７、２０７’： 第２ブロック
ｔ： 一対の計量部材１０２と１０２’との間隙
ｔ１： 第１計量部とウェブとの間隙
ｔ２： 溝部とウェブとの間隙
ｔ３： 第２計量部とウェブとの間隙
Ｘ： 貯液部
Ｙ： 計量部
Ｙ１： 第１計量部
Ｙ２： 溝部
Ｙ３： 第２計量部
Ｚ： 塗布部

Claims (3)

1. 走行するウェブの両面に同時に塗液を塗布するための塗布装置であって、
   塗液を貯留する貯液部を形成する貯液部材と、
   前記貯液部材よりもウェブの走行方向下流側でウェブの走行面を挟んで間隙を空けて対向して設けられ、塗膜を所望の厚みに調整する計量部を有し、前記貯液部材とともに貯液部を形成する一対の計量部材と、を有し、
   前記計量部材は、ウェブの走行方向上流側から下流側に向かって順に、ウェブの幅方向に延びる上流側の第１の計量面、溝および下流側の第２の計量面で構成され、
   前記第１の計量面および前記第２の計量面は、前記ウェブの走行面に略平行な平面であり、
   前記第１の計量面と前記ウェブの走行面との間隙は、前記第２の計量面と前記ウェブの走行面との間隙と同じ広さ、またはそれよりも広い、塗布装置。
2. 請求項１の塗布装置と、前記一対の計量部材の間隙にウェブを導入する手段と、を含む、塗膜付きウェブの製造装置。
3. 請求項１の塗布装置を用いて、前記一対の計量部材の間隙にウェブを導入し、前記貯液部において、この貯液部に溜めた塗液をウェブの両面に付着させ、前記一対の計量部材の間隙を調整することで前記ウェブの両面に塗膜を形成する、塗膜付きウェブの製造方法。

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