JP7453842B2 - 塗布膜の乾燥装置及び乾燥方法 - Google Patents

Description

本発明は、基材上にウェットコーティングされた塗布膜を乾燥させるための乾燥装置及び乾燥方法に関する。

ハードコートフィルムや反射防止フィルム等の光学フィルムの製造においては、基材上にウェットコーティングにより塗工液の塗布膜を形成し、塗布膜を乾燥及び硬化させることによって各種の機能層が形成される。塗工液の塗布膜を乾燥させる乾燥工程は、塗布膜の品質に影響する重要な工程であり、乾燥工程で発生する乾燥ムラは、外観不良及び光学フィルムの性能不良に繋がる。乾燥ムラは、ウェットコーティング後の塗布膜に含まれる溶剤が揮発する過程で、塗布膜の各部の乾燥度合いに差が生じることに起因すると考えられる。塗布膜の各部で乾燥度合いの差が生じる要因としては、製造環境に存在する気流や、基材のばたつき、搬送される基材が持ち込む同伴風、乾燥装置内の熱風の温度分布、乾燥炉間における急峻な差圧変化等が挙げられる。

従来、これらの要因による乾燥度合いの不均一さを抑制するために、塗工液に用いる溶剤を工夫したり、基材の搬送速度を抑えたりするという手法が採用されてきた。しかしながら、溶剤を変更する場合、変更後の溶剤と塗工液に含まれる他の成分との相性確認が必要となる。また、基材に対する溶剤の侵食性により塗布膜（機能層）の密着性を発現させている場合には、溶剤の変更と共に塗布膜の物性評価も必要となる。したがって、溶剤を変更するには長い時間が必要となる。また、基材の搬送速度の抑制は、生産効率を低下させるため好ましくない。

そこで、乾燥装置に対する対策を施すことにより、塗布膜の乾燥ムラを抑制する手法が種々提案されている。

例えば、特許文献１には、乾燥装置内にウェブの外周を覆うウェブ走行ボックスを設置して、乾燥風が塗布膜に当たることを抑制すると共に、ウェブ走行ボックスの開口よりも開口面積の大きな通風用開口を設け、差圧により生じた風の多くを通風用開口に導くことにより塗布面のムラを抑制することが記載されている。特許文献２には、乾燥装置のウェブ入口に、ウェブの下面を支持する下ローラと、ウェブの上方に微小な隙間を空けて配置される上ローラとを設け、差圧により生じた気流を上ローラの上側に形成された大きい空気通路に導くことによりウェブ上の塗布膜の乱れを抑制することが記載されている。特許文献３には、搬入側乾燥炉、中間乾燥炉及び搬出側乾燥炉を備えた乾燥装置において、搬入側乾燥炉の内外の差圧を小さくすることにより、搬入側乾燥炉内で風を殆ど発生させず、これにより塗布膜面のムラを抑制することが記載されている。

特開２００４－３６０９６１号公報 特開２００７－７１４６３号公報 特開２０１３－６８４０４号公報

特許文献１及び２に記載の技術は、乾燥装置内に差圧で生じた気流を導く通風路を設けるものであるため、既存の製造設備の大幅な改修が必要となる。また、乾燥装置内を基材が走行する以上、差圧が生じることは避けられず、特許文献３に記載される技術のように差圧を厳密に管理することは難しい。

それ故に、本発明は、簡易な機構によって塗布膜の乾燥ムラを抑制できる乾燥装置及び乾燥方法を提供することを目的とする。

本発明に係る乾燥装置は、所定の搬送方向に搬送される基材上の塗布膜を乾燥させるものであって、搬送方向に沿って配置され、内部を通過する基材を加熱することにより塗布膜を乾燥させる複数の乾燥炉と、基材の搬送方向に送風を行う複数の送風ユニットとを備え、複数の送風ユニットは、搬送方向の最上流に配置される乾燥炉の入口と、隣接する乾燥炉の接続部近傍とのそれぞれにおいて対になるように配置されており、各対の送風ユニットは、基材の幅の１１０％の範囲内に収まり、かつ、基材と重なる位置に配置され、送風ユニットが発生させる空気流の風速が０．３～１．０ｍ／ｓであるものである。

また、本発明に係る乾燥方法は、所定の搬送方向に搬送される基材上の塗布膜を乾燥させるものであって、搬送方向に沿って配置される複数の乾燥炉を用い、搬送方向の最上流に配置される乾燥炉の入口と、隣接する乾燥炉の接続部近傍とのそれぞれにおいて、前記基材の幅の１１０％の範囲内に収まり、かつ、前記基材に重なる２箇所から、基材の搬送方向に風速０．３～１．０ｍ／ｓで送風を行いながら、乾燥炉の内部を通過する基材を加熱することにより塗布膜を乾燥させるものである。

本発明によれば、簡易な機構によって塗布膜の乾燥ムラを抑制できる乾燥装置及び乾燥方法を提供できる。

実施形態に係る乾燥装置の概略構成を示す図 図１に示したＩＩ－ＩＩラインから見た模式図

図１は、実施形態に係る乾燥装置の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示したＩＩ－ＩＩラインから見た模式図である。

乾燥装置１は、ハードコートフィルムや防眩性フィルム、反射防止フィルム等の光学フィルムの製造設備の一部を構成し、所定方向に搬送される基材１０上にウェットコーティングにより形成された塗布膜を乾燥させる装置である。図１に示す製造設備の構成例では、乾燥装置１の上流側に、基材１０の搬送方向に沿って、基材１０の端部同士を継ぎ合わせる接合装置１１、基材１０を一時的に蓄積して、基材１０の継ぎ合わせ時に生じる基材１０の供給遅延を吸収するアキュムレータ装置１２、加熱ロールや熱風を用いて基材１０の巻き癖等を矯正するアニール装置１３、基材１０の張力及び塗工装置１５への供給速度を一定とするインフィード装置１４及び基材１０に塗工液を塗工する塗工装置１５が設けられる。また、基材１０の搬送路には、基材１０の裏面を支持するガイドロールや基材１０を搬送方向に搬送する搬送ロール等の複数のロール１６が配置されている。図１に示す構成は例示であり、乾燥装置１の上流側には少なくとも塗工装置１５が配置されていれば良く、その他の装置は製造工程等に応じて適宜追加変更が可能である。

塗工装置１５が塗工する塗工液は、紫外線硬化性または熱硬化性の化合物と有機溶剤とを含有する。塗工液には、形成する機能層の種類に応じて、無機物または有機物の微粒子や、レベリング剤、重合開始剤等の各種添加剤が適宜配合される。塗工装置１５による塗工適性や塗工後に形成される塗布膜の面性等が良好となるよう、塗工液の粘度は２～１５ｍＰａ・ｓ、表面張力は２０～３０ｍＮ／ｍに調整される。塗工装置１５が塗工液を塗工することにより、基材１０上に上記塗工液の塗布膜が形成される。

乾燥装置１は、乾燥炉２ａ及び２ｂと、送風ユニット３ａ及び３ｂとを備える。図１では、図示を簡略化するため、乾燥装置１が２つの乾燥炉及び２組の送風ユニットを備える例を示しているが、乾燥炉及び送風ユニットの数は特に限定されない。

乾燥炉２ａ及び２ｂは、搬送路を取り囲む筒形状を有しており、内部を通過する基材を加熱することにより、基材１０上の塗布膜に含まれる溶剤を揮発させる。乾燥炉２ａ及び２ｂには、加熱された空気を炉内に供給するためのノズルや、炉内の温度を制御するための制御機構、炉内外の差圧を制御するための制御機構、炉内の温度や風速等を検知するためのセンサ等が設けられる。隣接する乾燥炉２ａ及び２ｂの間は、搬送路を取り囲む筒形状の連結部により覆われている。

送風ユニット３ａ及び３ｂは、例えばファンやブロア等を含み、基材１０の搬送方向に流れる空気流を発生させる。送風ユニット３ａは、搬送方向における最上流に配置される乾燥炉２ａの入口近傍に配置され、最上流の乾燥炉２ａ内に送風を行う。送風ユニット３ｂは、隣接する乾燥炉２ａ及び２ｂの接続部近傍に配置され、下流側の乾燥炉２ｂ内に送風を行う。

送風ユニット３ａ及び３ｂが発生させる空気流の風速は、０．３～１．０ｍ／ｓとする。送風ユニット３ａ及び３ｂが発生させる空気流の風速がこの範囲内であれば、発生した空気流により乾燥炉２ａ及び２ｂ内の空気の流れを整流化することができ、乾燥ムラの発生を抑制することが可能となる。送風ユニット３ａ及び３ｂが発生させる空気流の風速が０．３ｍ／ｓ未満の場合、乾燥炉２ａ及び２ｂ内の空気を整流化できないため、炉内外の差圧変動等により乾燥炉２ａ及び２ｂ内の気流に乱れが生じると、塗布膜の各部で溶剤の揮発速度に差が生じ、塗布膜の乾燥ムラが発生する可能性がある。また、送風ユニット３ａ及び３ｂが発生させる空気流の風速が１．０ｍ／ｓを超える場合、送風ユニット３ａ及び３ｂが発生させる気流自体が外乱となり、塗布膜の乾燥ムラが発生する。

本実施形態では、図２に示すように、一対の送風ユニット３ａが基材の幅方向に間隔を空けて配置されている。図示を省略しているが、乾燥炉２ａ及び２ｂの接続部近傍に配置される送風ユニット３ｂも、図２に示す送風ユニット３ａと同様に対で配置される。乾燥炉２ａ及び２ｂ内での空気流を均一化するため、送風ユニット３ａ及び３ｂは、基材１０の幅Ｗの１１０％（１．１×Ｗ）の範囲内に収まる位置に取り付けられることが好ましい。送風ユニット３ａ及び３ｂを基材１０の幅方向においてこの範囲内に配置することにより、基材１０上の空気を効率的に整流化することができる。送風ユニット３ａ、３ｂの位置関係は、基材１０を幅方向に二分する面Ｐ（図２に一点鎖線で示す）に対して対称に取り付けられることが好ましいが、乾燥ムラの発生状態に応じて適宜変更することができる。

尚、搬送装置による基材１０の搬送速度は、一般的な製造条件である２０～１００ｍ／ｍｉｎとすることができる。基材１０の搬送速度は、塗工液に含まれる溶剤の種類や形成する機能層の種類に応じて、この範囲内で適宜設定されるが、送風ユニット３ａ及び３ｂの通風により炉内の気流を整流化して乾燥ムラを抑制できるため、乾燥ムラ抑制を目的として基材１０の搬送速度を抑える必要はない。

以上説明したように、本実施形態においては、基材１０の搬送方向に沿って配置される複数の乾燥炉２ａ及び２ｂを用い、搬送方向の最上流に配置される乾燥炉２ａの入口近傍と、隣接する乾燥炉２ａ及び２ｂの接続部近傍とにおいて、基材の搬送方向に風速０．３～１．０ｍ／ｓで送風を行いながら、乾燥炉２ａ及び２ｂの内部を通過する基材を加熱することにより塗布膜を乾燥させる。送風ユニット３ａ及び３ｂが発生させる気流の風速を好適な範囲に制御することにより、基材１０の塗布膜上方の空気の流れを整流化することができるので、基材１０の全面に渡って基材の揮発速度を均一化し、乾燥ムラを抑制することが可能となる。また、本実施形態に係る乾燥装置１は、既存の乾燥炉２ａ及び２ｂに送風ユニット３ａ及び３ｂを設けることによって構成できるので、大幅な設備変更が不要であり、簡易な構成で塗布膜の乾燥ムラを抑制できる。

尚、上記の実施形態では、基材の幅方向に２台の送風ユニットを配置した例を説明したが、送風ユニットの各配置箇所（最上流の乾燥炉の入口及び隣接する乾燥路の接続部近傍）に配置される送風ユニットの数はそれぞれ１台でも複数台でも良い。

また、上記の実施形態では、乾燥装置が２つの乾燥炉を備える例を説明したが、乾燥炉の数は３台以上であっても良い。乾燥炉が３台以上配置される場合も同様に、最上流の乾燥炉の入口に、隣接する乾燥路の接続部近傍（２箇所）に送風ユニットを配置し、最上流の乾燥炉内と、これより下流側の２台の乾燥路内のそれぞれに送風を行えば良い。

以下、本発明を具体的に実施した実施例を説明する。

トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）からなる透明基材（厚み６０μｍ）上に、表１に示す粘度及び表面張力に調整された塗工液Ａ及びＢをスロットダイコーターを用いて、乾燥後の膜厚が５μｍとなるように塗布した。基材を５０ｍ／ｍｉｎで搬送しながら、４台の乾燥炉が搬送方向に連結された乾燥装置を用いて塗工液の塗布膜を乾燥させた。乾燥装置には、最上流の乾燥炉の入口と、隣接する乾燥炉の接続部近傍にそれぞれ送風ユニットを設け、表１に記載の風速で乾燥路内に送風を行いながら塗布膜を乾燥させた。その後、紫外線を照射することにより塗布膜を硬化させた。

硬化膜の膜厚を基材上の２０箇所で測定し、膜厚の目標値との差分の最大値を算出し、膜厚の目標値に対する差分の最大値の割合を膜厚振れ幅の評価値とした。尚、膜厚は、接触式膜厚計（型番ＫＧ３００１Ａ、アンリツ社製）を用いて測定した。膜厚振れ幅の評価値は、１０％以下であれば良好である。

また、硬化膜の表面を目視で観察し、乾燥ムラの発生の程度を以下の基準により評価した。
◎：視認可能な乾燥ムラが存在しない。
○：視認可能な乾燥ムラが僅かに存在する。
△：視認可能な乾燥ムラが存在するが、製品として問題のないレベルである。
×：容易に視認可能な乾燥ムラが多数存在する。

表１に示すように、送風ユニットで発生させる空気流の風速を０．３～１．０ｍ／ｓとすることにより、送風を行わなかった比較例１よりも膜厚振れ幅及び乾燥ムラの程度のいずれも改善された。また、比較例２では、送風ユニットで発生させる空気流の風速が早すぎるため、発生した空気流自体が乱流となり、膜厚の振れ幅及び乾燥ムラのいずれも悪化した。

本発明は、画像表示装置等に用いられる光学フィルムの製造に利用できる。

１ 乾燥装置
２ａ、２ｂ 乾燥炉
３ａ、３ｂ 送風ユニット
１０ 基材

Claims (4)

1. 所定の搬送方向に搬送される基材上の塗布膜を乾燥させる乾燥装置であって、
   前記搬送方向に沿って配置され、内部を通過する前記基材を加熱することにより前記塗布膜を乾燥させる複数の乾燥炉と、
   前記基材の搬送方向に送風を行う複数の送風ユニットとを備え、
   前記複数の送風ユニットは、前記搬送方向の最上流に配置される乾燥炉の入口と、隣接する乾燥炉の接続部近傍とのそれぞれにおいて対になるように配置されており、各対の前記送風ユニットは、前記基材の幅の１１０％の範囲内に収まり、かつ、前記基材と重なる位置に配置され、
   前記送風ユニットが発生させる空気流の風速が０．３～１．０ｍ／ｓである、乾燥装置。
2. 前記基材の搬送速度が２０～１００ｍ／ｍｉｎである、請求項１に記載の乾燥装置。
3. 前記塗布膜が、紫外線硬化性または熱硬化性の化合物と有機溶剤とを含有し、粘度が２～１５ｍＰａ・ｓ、表面張力が２０～３０ｍＮ／ｍである塗工液を塗布することにより形成されるものである、請求項１または２に記載の乾燥装置。
4. 所定の搬送方向に搬送される基材上の塗布膜を乾燥させる乾燥方法であって、
   前記搬送方向に沿って配置される複数の乾燥炉を用い、前記搬送方向の最上流に配置される乾燥炉の入口と、隣接する乾燥炉の接続部近傍とのそれぞれにおいて、前記基材の幅の１１０％の範囲内に収まり、かつ、前記基材に重なる２箇所から、前記基材の搬送方向に風速０．３～１．０ｍ／ｓで送風を行いながら、前記乾燥炉の内部を通過する前記基材を加熱することにより前記塗布膜を乾燥させる、乾燥方法。

Images