KR100329583B1 - 다이코팅방법및장치 - Google Patents

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KR100329583B1
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미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
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Abstract

본 발명의 다이 피복 방법 및 장치는 상류 립 (60)을 갖는 상류 바아 (64) 및 하류 립 (62)을 갖는 하류 바아 (66)를 갖는 다이 (40)를 포함한다. 상류 립 (60)은 랜드 (68)로서 형성되고, 하류 립 (62)은 예리한 모서리 (70)로서 형성된다. 랜드의 형상은 피복되는 표면의 형상과 일치한다. 슬롯 높이 H, 오버바이트 0 및 수렴각 C 중 적어도 하나를 변화시켜 피복 성능을 개선할 수 있다. 손상된 오버바이트 모서리를 용이하게 대체하기 위해, 대체가능한 가요성 스트립 (350)을 피복 슬롯 위로 사용할 수 있다. 하류 바아 및 랜드 표면에는 저 표면 에너지 피복물을 적용할 수 있다.

Description

다이 코팅 방법 및 장치
미국 특허 제2,681,294 호는 직접 압출 · 슬라이드 유형의 계량된 코팅시스템에 있어서 코팅 비이드(coating bead)를 안정화시키는 진공법을 개시하고 있다. 이러한 안정화로 인하여 이들 시스템은 코팅효능이 증가된다. 그러나, 이들 코팅 시스템은 일부 코팅 제품에서 요구되는 매우 낮은 액체 점도에서도 습윤 박층을 충분히 제공할 전반적인 능력이 결여되어 있다.
미국 특허 제 2,761,791 호는 여러 형태의 압출 · 슬라이드 코팅기를 사용함으로써, 이동 웹상의 별개의 층에서 여러 액체를 동시에 비이드 코팅하는 것을 교시하고 있다. 그러나, 일부 코팅 제품의 경우, 이들 코팅 시스템은 필요한 웹 속도 및 코팅 갭에서, 원하는 다중 습윤 층 두께를 유지하기에 충분한 전반적인 성능이 결여되어 있다. 미국 특허 제 5,256,357 호는 슬롯의 한 모서리에 언더바이트를 갖는 다층 코팅 다이를 개시하고 있다. 어떤 경우에는 두 모서리중 한 모서리의 언더바이트가 코팅 환경을 개선한다.
미국 특허 제 4,445,458 호는 코팅 비이드의 하향 측부에 계면력을 가하고,비이드를 유지하는데 필수적인 진공을 감량시키기 위하여, 경사진 하강면을 갖는 압출형 비이드-코팅 다이를 개시하고 있다. 진공 감량에 의해 금이 가는 결함과 코팅 자국이 최소화된다. 코팅의 품질을 향상시키기 위해서는, 슬롯 축에 대한 경사 면의 둔각, 및 이동 웹쪽으로 향하는 경사각(상부에 연결됨)과 이동 웹으로부터 멀어지는 경사각(하부에 연결됨)의 슬롯 축에 따른 위치를 최적화해야 한다. 최적화의 결과, 감광성 에멀젼의 코팅에서 요구되는 고품질이 얻어진다. 그러나, 일부 코팅 제품에서 요구되는 박층 성능은 결여되어 있다.
미국 특허 제 3,413,143 호는 과량의 코팅액이 상향 슬롯을 통해 코팅 비이드 구역으로 펌핑된(pumped) 2개 슬롯 다이를 개시하고 있다. 유입되는 액체의 약 절반은 비이드 구역으로부터 하향 슬롯을 거쳐서 펌핑되고 나머지는 이동 웹에 도포된다. 비이드내의 과량의 액체는 안정화 효과를 가지므로 진공 챔버를 사용하지 않고도 성능을 개선할 수 있다. 그러나, 이 장치는 갭 대 습윤 두께 비가 최대 3에 불과하므로 일부 코팅 제품에는 필요한 성능을 제공하지 못한다.
미국 특허 제 4,443,504 호는 슬라이드 표면과 수평 기준면 사이의 각이 35° 내지 50°의 범위이고, 코팅 롤에 대한 접선과 슬라이드 표면 사이의 각으로 정의되는 출발각이 85° 내지 100°의 범위인 슬라이드 코팅 장치를 개시하고 있다. 이들 범위 내에서 작동시킴으로써 슬라이드 아래의 고 유체 모멘트로 인한 성능과 슬라이드 표면에 대한 고 액체 평준화 힘으로 인한 코팅 균일성 사이에서 절충할 수 있다. 그러나, 이 시스템은, 진공 챔버를 사용해도, 일부 코팅 제품에 필요한 성능을 제공하지 못한다.
압출 다이 코팅기를 사용하는 경우에는 통상적으로 코팅층 내에 자국이 생기는 문제가 발생하는데, 이는 코팅 비이드 근처의 다이 립 상에 존재하는 건조된 액체 잔류물 때문이다. 이는 특히 고 휘발성 용매를 함유하는 저 점도의 액체에 일반적이다. 이 문제의 해결책 중 하나는, PCT 특허출원 제 WO 93/14878 호에 기재된 바와 같이, 립(lip) 면에 인접한 다이 면 상에 불소 수지 함유 차폐물을 놓아둠으로써 코팅액에 의한 이들 표면의 습윤화를 방지하는 것이다. 이로 인해 줄무늬 자국현상(streaking), 적하현상(dripping) 및 모서리 웨이브현상(edge waviness)이 줄어든다. 그러나, 차폐물은 비이드 립 모서리로 연장되어 쉽게 손상되는 비-정밀 기계적 배열 성분을 생성한다.
유럽 특허, 출원 제 EP 552653 호는 저 에너지 플루오르화 폴리에틸렌 표면을 갖는, 코팅 비이드에 인접한 슬라이드 코팅 다이 표면과 코팅 비이드 아래의 슬라이드 코팅 다이 표면과의 차폐를 기재하고 있다. 차폐범위는 코팅 립 정점 아래 0.05 내지 5.00 mm에서 시작하여 코팅 비이드로부터 멀리 연장된다. 나(裸) 금속 스트립에 의해 코팅 립 정점으로부터 저 표면에너지 차폐물이 분리된다. 이로 인해 비이드는 접촉선에 정적으로 배치된다. 저에너지 차폐물은 코팅 자국을 제거하여 다이 정화를 용이하게 한다. 압출 코팅 다이와 함께 이것을 사용하는 것에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다.
도 1 은 계랑된 코팅시스템의 한 부분으로서 진공 챔버 (12)를 갖는 공지된 코팅 다이(10)을 도시한다. 코팅액 (14)은 펌프 (16)에 의해 다이 (10)에 정확하게 공급된 후, 백업 롤러(backup roller) (20)로 지지된 이동 웹 (18)에 도포된다. 코팅액은 채널(22)을 통해 분기관(分岐管) (24)에 공급되어 다이내의 슬롯(26)과 이동 웹(18) 상의 코팅을 통해 분포된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 코팅액은 슬롯 (26)을 통과하여 상향 다이 립 (30)과 하향 다이 립 (32)과 웹 (18) 사이에 연속 코팅 비이드 (28)를 형성한다. 차원 (f1) 및 (f2)의 립 (30) 과 (32) 의 폭은 통상 0.25 내지 0.76 mm 범위이다. 진공 챔버 (12)에서 비이드를 진공 상향시켜 비이드를 안정화한다. 이러한 구조는 많은 경우, 적절히 작동되기는 하지만 공지된 방법의 성능을 개선시키기 위한 다이 코팅 법이 요구된다.
본 발명은 코팅방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 다이(die)를 사용한 코팅방법에 관한 것이다.
도 1 은 공지의 코팅 다이의 개략적인 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 다이의 슬롯 및 립의 확대 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 압출 다이의 단면도이다.
도 4 는 도 3의 다이의 슬롯 및 립의 확대 단면도이다.
도 5 는 도 4 와 유사한 슬롯 및 립의 단면도이다.
도 6 은 대체 진공 챔버 배열의 단면도이다.
도 7 은 도 하나의 대체 진공 챔버 배열의 단면도이다.
도 8 은 본 발명의 대체 압출 다이의 단면도이다.
도 9a 및 도 9b 는 도 8 의 다이의 슬롯, 면 및 진공 챔버의 확대 단면도이다.
도 1Oa 및 도 1Ob 는 도 8의 다이의 개략도이다.
도 11 은 점도가 1.8 센티포아즈인 코팅액에 대한 공지의 압출 다이와 본 발명의 압출 다이의 성능을 비교한 코팅 시험 결과를 나타낸다.
도 12 는 점도가 2.7 센티포아즈인 코팅액에 대한 비교 시험 결과를 나타낸다.
도 13 은 코팅 시험 결과 얻어진 자료를 총괄한 것이다.
도 14 는 9 개의 상이한 코팅액에 대한 본 발명의 압출 코팅 다이의 일정한 G/Tw 선의 그래프이다.
도 15 는 가요성 립 스트립의 단면도이다.
도 16 은 하향 바아를 통해 적용된 광 진공에 의해 적소에 보유된 필름 스트립의 단면도이다.
도 17 은 저 표면 에너지 차폐물을 갖는 본 발명의 압출 다이의 면의 단면도이다.
도 18 은 도 17 의 다이와 유사한 본 발명의 압출 다이의 면의 확대 단면도이다.
도 19 는 본 발명의 다른 태양의 개략적인 단면도이다.
도 20 은 도 19 의 다이의 면 및 코팅 비이드의 확대 단면도이다.
본 발명은 표면상에 유체를 코팅하는 다이 코팅장치이다. 본 장치는 상향 립이 있는 상향 바아와 하향 립이 있는 하향 바아를 갖는 다이를 포함한다. 상향 립은 랜드(land)로서 형성되고, 하향 립은 예리한 모서리로서 형성된다. 상향 바아와 하향 바아 사이의 다이에는 통로가 지나간다. 통로는 상향 립 및 하향 립에 의해 한정된 슬롯을 포함하며 코팅액은 슬롯으로부터 다이에서 유출되어 상향 다이 립, 하향 다이 립 및 코팅되는 표면 사이에 연속 코팅 비이드를 형성한다.
슬롯 높이, 오버바이트 및 수렴각 중 적어도 하나를 변화시킴으로써 코팅성능을 개선시킬 수 있다. 슬롯 높이, 오버바이트 및 수렴각은 서로 조합하여 선택되고, 랜드의 길이, 하향 바아의 모서리 각, 코팅 슬롯의 하향 바아 표면과 예리한 모서리에 정반대로 평행하게 코팅될 표면상의 선을 통한 접 평면 사이의 다이 공격 각, 및 예리한 모서리와 코팅될 표면 사이의 코팅 갭 거리는 서로 조합하여 선택된다.
랜드의 형상은 코팅되는 표면의 형상과 일치한다. 표면이 굴곡되는 경우 랜드도 굴곡된다. 또한, 다이는 비이드의 진공 상향을 이용하여 비이드를 안정화시킬 수 있다. 진공은 랜드가 장착된 진공 바아를 갖는 진공 챔버를 이용하여 도포할 수 있다. 진공 랜드의 형상도 코팅되는 표면의 형상에 일치한다. 랜드와 진공 랜드는 굴곡 반경이 동일할 수 있고, 수렴각은 코팅될 표면에 대하여 동일하거나 상이할 수 있다.
대체가능한 가요성 스트립을 코팅 슬롯 위로 두 하향 바아 사이에 고정하여 손상된 오버바이트 모서리를 용이하게 대체할 수 있다. 스트립은 하향 바아를 통해 도포된 진공 위치에 보지될 수 있다.
저 표면 에너지 차폐물을 예리한 모서리에 인접한 하향 바아 표면과 그 하향 모서리에 인접한 랜드 표면에 적용할 수 있다. 이것은 대체로 파상 표면을 나타낸다. 저 표면 에너지 차폐물이 하향 바아 및 랜드의 모서리의 끝가지 연장될 필요는 없다. 진공이 증량되어도 비이드는 코팅될 표면과 랜드 사이의 공간으로 그리 이동하지 않는다.
본 발명에 따른 다이 코팅방법은 코팅액을 슬롯에 통과시키는 공정; 랜드 및 예리한 모서리의 상대적인 배향 중 적어도 하나를 변화시켜 코팅 성능을 개선하는 공정; 랜드의 길이, 하향 바아의 모서리 각, 코팅 슬롯의 하향 바아 표면과 예리한 모서리에 정반대로 평행하게 코팅될 표면상의 선을 통한 접 평면 사이의 다이 공격각, 및 예리한 모서리와 코팅될 표면 사이의 코팅 갭 거리를 서로 조합하여 선택하는 공정; 및 슬롯 높이, 오버바이트 및 수렴각을 서로 조합하여 선택하는 공정을포함한다. 본 방법은 또한 비이드의 진공 상향을 이용하여 비이드를 안정화하는 공정을 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 있어서, 다이는 상향 립을 갖는 상향 바아, 중앙 립을 갖는 중앙 바아, 및 하향 립을 갖는 하향 바아를 포함할 수 있다. 상향 립은 랜드로서 형성되고, 중앙 립은 예리한 모서리로서 형성되며, 하류 립도 예리한 모서리로서 형성된다. 제 1통로는 상향 바아와 중앙 바아 사이의 다이를 통과한다. 이 통로는 상향 립과 중앙 립에 의해 한정된 제 1 슬롯을 가지며, 코팅액은 제 1 슬롯으로부터 다이에서 유출되어 상향 다이 립, 중앙 다이 립 및 코팅되는 표면 사이에 연속 코팅 비이드를 형성한다. 제 2 통로는 중앙 바아와 하향 바아 사이의 다이를 통과하고, 중앙 립 하향 립에 의해 한정된 제 2 슬롯을 갖는다. 소정량의 코팅액이 비이드에서 유출되어 제 2 슬롯 내의 다이로 다시 유입되고, 비이드 내의 잔존코팅액은 코팅될 표면상에 코팅된다. 진공 중량시에도 비이드는 랜드와 코팅될 표면 사이의 공간으로 그리 이동하지 않는다.
이 태양에 따른 다이 코팅방법은 코팅액을 제 1 슬롯에 통과시키는 공정; 코팅액을 제 1 슬롯으로부터 유출하여 상향 다이 립, 중앙 다이 립 및 코팅되는 표면사이에 연속 코팅 비이드를 형성시키는 공정; 소정량의 코팅액을 비이드로부터 제 2 슬롯을 통해 통과시키는 공정; 및 비이드 내의 잔존 코팅액을 코팅될 표면상에 코팅하는 공정을 포함한다.
본 발명을 성능을 개선 및 최적화하기 위해 배치한 예리한 모서리 및 랜드를 포함하는 다이의 코팅 방법 및 장치이다. 랜드는 직접적인 코팅액 도포 구역내에표면의 형상에 맞도록 배치된다. 랜드는 백업 롤러 주변을 통과하는 웹에 맞추기 위해 굴곡되거나 롤러 사이의 웹의 자유 전장(全長)(free span)에 맞추기 위해 편평할 수 있다.
도 3은 진공 챔버 (42)를 갖춘 본 발명의 압출 다이 (40)를 나타낸다. 코팅액 (14)은 펌프 (46)에 의해 다이 (40)로 공급된 후, 백업 롤러 (50)에 의해 지지된 이동 웹 (48)에 도포된다. 코팅액은 채널 (52)을 통해 분기관 (54)으로 공급되어 슬롯(56) 및 이동 웹(48)상의 코팅을 통해 분포된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 코팅액(14)은 슬롯(56)을 통과하여 상항 다이 립 (60), 하항 다이 립 (62) 및 웹 (48) 사이에 연속 코팅 비이드 (58)를 형성한다. 코팅액은 각종 액체 또는 기타 유체 중 하나일 수 있다. 상향 다이 립 (60)은 상항 바아 (64)의 일부분이고, 하항 다이 립 (62)은 하항 바아 (66)의 일부분이다. 슬롯 (56)의 높이는 U자형 끼움쇠(놋쇠 또는 스테인레스 강철제일 수 있고, 도련하지 않은 것일 수도 있음)에 의해 조절될 수 있다. 진공 챔버(42)는 비이드의 진공 상항을 적용하여 코팅 비이드를 안정화한다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 상항 립 (60)은 굴곡된 랜드 (68)로서 형성되고, 하항 립 (62)은 예리한 모서리 (70)로서 형성된다. 이 배열은 공지의 다이형 코팅기보다 전반적인 성능을 개선시킨다. 여기서, 개선된 성능은 웹 속도가 증가하고 코팅 갭이 증가하여 작동하는 것, 더 큰 코팅액 점도하에서 작동하는 것, 그리고 웹 코팅층 두께가 더 얇게 생성될 수 있다는 것을 의미한다.
예리한 모서리 (70)는 깨끗하고 흠과 깎은 자리가 없어야 하고, 길이 25 cm중 1미크론 내는 직선이어야 한다. 모서리 반경은 10 미크론 이하이어야 한다. 모서리는 경사각 유무하에 직각 또는 둔각으로서, 또는 도시된 바와 같이 예각으로서 형성될 수 있거나, 또는 슬롯 (56)을 좁히는 하항 립 (62)의 연장상에서 "드롭 노우즈(drop nose)"로써 형성될 수 있다. 모서리 배열에 무관하게, 성능 유지에는 적절한 오버바이트가 필요하다. 굴곡된 랜드 (68)의 반경은 백업 롤러 (50)의 반경+코팅 갭 및 웹 두께에 대한 최소의 비-임계 0.13 mm의 허용오차와 같아야 한다. 또는, 굴곡된 랜드 (68)의 반경은 백업 롤러 (50)의 반경을 초과할 수 있고, 끼움쇠를 사용하여 랜드를 웹 (48)에 대해 배향할 수 있다. 백업 롤러 (50)와 반경이 동일한 랜드에 의해 달성된 소정의 수렴각 C는 끼움쇠를 갖는 랜드를 조작함으로써 백업 롤러보다 반경이 큰 랜드에 의해서도 근사하게 접근할 수 있다.
도 5는 또한 단층 압출에 대한 기하학적 조작 변수의 차원을 나타낸다.
상향 바아 (64) 상의 굴곡된 랜드 (68)의 길이 L1은 1.6 mm 내지 25.4 mm 범위일 수 있다. 바람직한 길이 L1은 12.7 mm이다. 하향 바아 (66)의 모서리각 A1은 10° 내지 75° 범위일 수 있고, 바람직하게는 60°이다. 예리한 모서리 (70)의 모서리 반경은 약 2 미크론 내지 약 4 미크론, 바람직하게는 10 미크론 미만이다. 코팅 슬롯 (56)의 하향 바아 (66)의 표면과 예리한 모서리 (7O)에 정반대로 평행한 웹 (48)의 표면상의 선을 통한 접평면 P 사이의 다이 공격 각 A2는 30° 내지 150° 범위일 수 있고, 바람직하게는 90° 내지 95°, 예컨대 93°이다. 코팅 갭 G1은 예리한 모서리 (70)와 웹 (48) 사이의 수직 거리이다. (코팅 갭 G1은 예리한 모서리에서 측정되나, 일부 도면에서는 명료하게 그리기 위해 예리한 모서리로부터 이격하여 도시한다. 도면에서 G1의 위치에 무관하게 - 웹의 굴곡으로 인해 예리한 모서리로부터 멀리 떨어져 이동함에 따라 갭은 증가하고 - 갭은 예리한 모서리에서 측정된다.)
슬롯 높이 H는 0.076 mm 내지 3.175 mm 범위일 수 있다. 오버바이트 0는 웹 (48) 쪽을 향한 방향으로, 상향 바아 (64) 상의 굴곡된 랜드 (68)의 하향 모서리 (72)에 대하여, 하향 바아 (66)의 예리한 모서리 (70)를 배치시킨다. 오버바이트는 또한 임의의 소정의 코팅 갭 G1의 경우, 예리한 모서리 (70)에 대하여, 웹 (48)으로부터 떨어진 굴곡된 랜드 (68)의 하향 모서리 (72)가 수축될 때 관측될 수 있다. 오버바이트는 0 mm 내지 1.02 mm 범위일 수 있고, 디이 슬롯의 반대 말단에서 고정범위는 서로 2.5 미크론 내이어야 한다. 이런 코팅 시스템에 대해 예를 들면 정밀한 오버바이트 균일성을 달성하기 위해서는 정밀한 설치 시스템이 필요하다. 수렴각 C는 도 5에 도시된 바와 같이, 하향 모서리 (72)를 회전 중심으로 하여 웹 (48)에 평행한 (또는 동심의) 위치에서 이격된 굴곡된 랜드 (68)의 시계반대방향의 각 배치이다. 수렴각은 0° 내지 4.58° 범위일 수 있고, 다이 슬롯의 반대 말단에서의 고정범위는 서로 0.023° 내이어야 한다. 점도와 같은 유체 특성 뿐만 아니라 슬롯 높이, 오버바이트 및 수렴각은 다이 코팅 장치 및 방법의 성능에 영향을 미친다.
전반적인 성능면에서, 점도가 1,000 센티포아즈 (cps) 이하인 액체의 경우, 슬롯 높이는 0.18 mm, 오버바이트는 0.076 mm이고, 수렴각은 0.57°인 것이 바람직하다. 슬롯 높이를 다르게 사용한 경우의 성능 수준도 거의 동일할 수 있다. 성능의 장점은 또한 1,000 센티포아즈를 상회하는 점도에서도 발견될 수 있다. 수렴각을 0.57°로 유지할 경우의 일부 기타 적정 슬롯 높이 및 오버바이트 조합은 다음과 같다:
슬롯 높이 오버나이트
0.15 mm 0.071 mm
0.20 mm 0.082 mm
0.31 mm 0.100 mm
0.51 mm 0.130 mm
상기 범위의 액체 점도에서, 임의의 소정의 수렴각의 경우, 적정 오버바이트 값은 슬롯 높이의 제곱근에 정비례하는 것으로 보인다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 진공 챔버 (42)는 정밀 반복가능한 진공계 기류를 허용하는 상향 바아 (64)의 필수 부분이거나 그에 고정될 수 있다. 진공 챔버 (42)는 진공 바아 (74)를 사용하여 형성되어, 임의의 진공 제한기(76) 및 진공분기관 (78)을 통해 진공원 채널 (80)에 연결될 수 있다. 굴곡된 진공 랜드 (82)는 상향 바아 (64)의 필수 부분이거나 상향 바아 (64)에 고정되는 진공 바아 (74)의 일부분일 수 있다. 진공 랜드 (82)는 굴곡된 랜드(68)와 동일한 굴곡 반경을 갖는다. 굴곡된 랜드 (68) 및 진공 랜드 (82)는 서로 선내에 있도록 함께 마무리 연결될 수있다. 진공 랜드 (82) 및 굴곡된 랜드 (68)는 웹 (48)에 대해 동일한 수렴각 C를 갖는다.
진공 랜드 갭 G2는 진공 랜드 (82)와 진공 랜드 하단의 웹 (48) 사이의 거리이고, 코팅 갭 G1, 오버바이트 0, 및 굴곡된 랜드 (68)의 수렴각 C로 인한 변위의 총합이다. (도면에서 갭은 G1의 위치와 무관하게 진공 랜드의 하단과 웹 사이의 수직 거리이다.) 진공 랜드 갭 G2가 크면, 주변 공기가 진공 챔버 (42)로 과유입된다. 진공원이 진공 챔버 (42)에서 특정한 진공 압력 값을 보충 유지하기에 충분한 용량을 가질 수 있을지라도, 공기가 유입되면 코팅 성능이 저하될 수 있다.
도 7에서, 진공 랜드 (82)는 상향 바아 (64)에 결합되는 진공 바아 (74)의 일부분이다. 제작과정 중, 굴곡된 랜드 (68)는 내접지된 수렴각 C로 마무리된다. 이어서, 진공 바아 (74)가 결합되고, 진공 랜드 (82)는 웹 (48)에 평행하도록 상이한 연마 중심을 사용하여 마무리 연마되고 원하는 오버바이트 값이 설정될 때, 진공 랜드 갭 G2는 코팅 갭 G1과 같다. 진공 랜드 길이 L2는 6.35 mm 내지 25.4 mm 범위일 수 있다. 바람직한 길이 L2는 12.7 mm 이다. 이 태양은 도 6의 태양보다 어려운 코팅 환경에서 더 큰 전반적인 코팅 성능을 가지나, 특정 조작 조건에서는 항상 마무리 연마된다. 따라서, 코팅 갭 G1또는 오버바이트 0가 변하므로 진공 랜드 갭 G2는 그 최적가로부터 멀어질 수 있다.
도 8 및 도 9에서, 다이 (40)의 상향 바아 (64)는 상향 바아 배치기 (84) 상에 탑재되고, 진공 바아 (74)는 진공 바아 배치기 (86) 상에 탑재된다. 상향 바아 (64) 상의 굴곡된 랜드 (68) 및 진공 바아 (74) 상의 진공 랜드 (82)는 서로 직접 연결되지는 않는다. 진공 챔버 (42)는 진공 바아 (74) 및 배치기 (86)를 통해 그 진공원에 연결된다. 진공 바아 (74)에 대한 탑재 및 배치는 상향 바아 (64)에 대한 탑재 및 배치와 별개이다. 이를 통해 다이의 성능이 개선되며, 진공계 기류가 정밀 반복 가능해진다. 진공 바아 계의 확고한 배열은 또한 공지의 계와 비교시 성능 개선에 도움을 준다. 또한, 진공 바아 (74)에 대한 이러한 배열은 슬롯, 압출 및 슬라이드 코팅기와 같은 기타 공지의 코팅기의 성능을 개선할 수 있다. 가요성 진공 밀봉 스트립 (88)은 상향 바아 (64)와 진공 바아 (74) 사이를 밀봉한다.
진공 랜드 (82)와 웹 (48) 사이의 갭 G2는 코팅 갭 G1, 오버바이트 0 또는 수렴각 C의 변화에 의해 영향을 받지 않고, 그 최적가를 코팅과정 중 계속하여 유지할 수 있다. 진공 랜드 갭 G2값은 0.15 mm이다. 바람직한 진공 랜드 (82)의 각 위치는 웹 (48)에 평행하다.
코팅과정 중, 최고 양질의 코팅층을 생성하기 위해 진공량을 조정한다. 통상적인 진공량은, 6 미크론의 습윤 층 두께와 30.5 mm/분의 웹 속도에서 점도가 2 센티포아인 코팅액을 코팅하는 경우, 51mmH2O이다. 습윤 층 두께 감소, 점도 증가 또는 웹 속도 증가의 경우는 150 mmH2O 초과의 고 진공량을 필요로 할 수 있다. 본 발명의 다이는 공지의 시스템보다 최소 충족 진공량이 더 낮고, 최대 충족 진공량이 더 높으며, 어떤 상황에서는 공지의 시스템으로는 불가능한 0의 진공량으로도 작동할 수 있다.
도 1Oa 및 도 1Ob는 일부 배치 조정 및 진공 챔버 폐쇄부를 나타낸다. 오버바이트를 조정하면, 예리한 모서리 (70)가 굴곡된 랜드 (68)의 하향 모서리 (72)에 대해 웹 (48) 쪽으로 향하거나 그로부터 멀리 이동하도록 상향 바아 (64)에 대해 하향 바아 (66)가 병진된다. 수렴각을 조정하면, 굴곡된 랜드 (68)가 도 10에 나타낸 바와 같은 위치로부터 웹 (48)에 평행하게 멀어지거나 평행하게 역향 이동하도록 하향 모서리 (72)를 통과하는 축 주변을 상향 바아 (64) 및 하향 바아 (66)가 함께 회전한다. 코팅 갭을 조정하면, 상향 바아 (64) 및 하향 바아 (66)가 함께 병진되어 예리한 모서리 (70)와 웹(48) 사이의 거리를 변화시키며, 진공 바아는 그 탑재대 (86)상에 정지해 있고, 진공 밀봉 스트립 (88)은 조정과정중 공기 누출을 방지하기 위해 굴곡된다. 상향 바아 (64)의 말단에 중첩되는 진공 바아 (74) 말단에 결합한 말단 플레이트 (90)에 의해 다이 말단에서 진공 챔버 (42)로의 공기 누출이 최소화된다. 진공 바아 (74)는 상향 바아 (64) 보다 0.10 mm 내지 0.15 mm 더 길어, 중심 상태에서 각 말단 플레이트 (90)와 코팅 바아 (64) 사이의 틈새는 0.050 mm 내지 0.075 mm 범위이다.
예기치 않은 작동 특성 하나가 코팅과정 중 관찰되었다. 즉, 진공 증량시에도 비이드는 굴곡된 랜드 (68)와 이동 웹 (48) 사이의 공간으로 그리 이동하지 않는 것이다. 이로 인해, 공지의 압출 코팅기 사용시 보다 고 진공량을 사용할 수 있고 그에 상응하게 고 수준의 성능을 제공한다. 거의 또는 전혀 진공이 요구되지 않는 경우에도 본 발명은 공지의 시스템보다 개선된 성능을 나타낸다. 굴곡된 랜즈(68)와 웹 (48)사이의 공간으로 비이드가 그리 이동하지 않는다는 사실은 또한 하향 코팅 중량에 대한 백업 롤러 (50)의 런아웃 효과가 공지의 압출 코팅기의 경우와 다르지 않다는 것을 의미한다.
도 11 은 공지의 압출 다이의 성능을 본 발명의 압출 다이와 비교한 코팅 시험 결과의 그래프이다. 이 시험에서는, 유기 용매를 함유하는 점도 1.8 센티포아즈의 코팅액을 플레인 폴리에스테르 필름 웹에 도포하였다. 15 내지 6Om/분의 속도 범위에서 2 개 코팅 시스템 각각에 대하여 4 개의 상이한 코팅 갭 수준에서의 최소 습윤 층 두께를 성능의 표준으로 하였다. 커브 A, B, C 및 D 는 공지의 종래 다이를 사용하여 각각 코팅 갭을 0.254mm, 0.203mm, 0.152 mm 및 0.127 mm으로 하여 수행하였다.
커브 E, F, G 및 H 는 각각 동일한 코팅 갭에서 본 발명에 따른 다이를 사용한 것이다. 종래 다이와 비교시 본 발명의 습윤 두께가 더 작다는 것을 쉽게 알 수 있다. 도12는 동일한 코팅 갭에서 점도가 2.7 센티포아즈인 유사한 코팅액에 대한 비교 시험 결과를 나타낸다. 이를 통하여 본 발명의 장점이 다시한번 명백하게 나타난다.
도 13 은 7 개의 상이한 점도에서 다른 유기 용매를 함유하는 액체를 플레인 폴리에스테르 필름 웹에 도포한 코팅 시험결과 얻어진 자료를 총괄한 것이다. 결과는 종래 압출 코팅기와 본 발명품의 성능을 비교한 것이다. 성능 표준을 혼합한다. 본 발명의 성능 이점은 웹 속도 (Vw), 습윤 층 두께(Tw), 코팅 갭, 진공량 또는 이들의 조합에서 발견될 수 있다.
코팅기 성능의 한 척도는 특정 코팅액 및 웹 속도에 있어서 습윤 층 두께에 대한 코팅 갭의 비 (G/Tw)이다. 도 14는 9개의 상이한 코팅액에 대한 본 발명의 압출 다이의 일련의 일정한 G/Tw 선 및 점도값을 나타낸다. 액체를 30.5 m/분의 웹 속도에서 플레인 폴리에스테르 필름 기재상에 코팅하였다. 수개의 점도값은 다른 코팅효능 인자의 효과로 인해 무질서해 보인다. 도 11 및 도 12 로부터 30.5 m/분의 웹 속도에 대한 G/Tw 값을 산출한 후 4 개의 추가 성능 선을 첨가하였다. 위에서 아래로, 성능 실선은 공지의 압출 다이에 의해 코팅된 2.7 센티포아즈 및 1.8 센티포아즈의 액체에 대한 G/Tw 값이다. 본 발명의 성능에 대한 선은 종래 코팅 다이의 성능에 대한 선보다 G/Tw 값이 더 크게 나타난다. 또한 본 발명에 대한 선은 각각 평균 18.8 및 16.8 의 일정 G/Tw 선에 근사하다. 공지의 코팅기의 선은 그 전 길이에 걸쳐 G/Tw 변이가 상당히 더 큼을 나타낸다. 본 발명은 공지의 시스템보다 작은 습윤 두께값에서 코팅 비아드를 유지하는데 훨씬 개선된 작동 특성을 갖는다.
손상된 오버바이트 모서리를 용이하게 대체하기 위해 기계-연마 모서리에 대한 대체물을 사용할 수 있다. 도 15 는 코팅 슬롯 위로 두 하향 바아 사이에 고정된 대체가능한 가요성 스트립 (350)을 도시한다. 스트립은 더욱 스테인레스 감촉의 게이지 스톡 또는 기타 금속, 또는 플라스틱 필름일 수 있고, 본 발명의 임의의 태양에 사용될 수 있다. 더욱 스테인레스 감촉의 게이지 스톡상에 예리한 모서리를 연마하기 위한 정착물을 설치하면 연마과정중 모서리의 깎은 자리를 최소화할 수 있다. 도 16 은 하향 바아를 통해 적용된 광 진공에 의해 적소에 보유된 스트립을 도시한다. 또다른 태양에서는 예리한 모서리를 생성하기 위해 가느다란 스테인레스와이어를 사용할 수 있다. 이 와이어는 신장될 수 있다.
공지의 압출 다이 코팅기를 사용하는 경우에는 코팅층 내에 자국 문제가 통상적으로 발생하는 문제가 있는데, 이는 코팅 비이드 근처의 다이 립상에 건조된 액체 잔류물 때문이다. 이는 고 휘발성 용매를 함유하는 저 점도의 액체의 경우에 더욱 일반적이다. 도 17 에 있어서, 저 표면 에너지 차폐물(260)은 예리한 모서리 (70)에 인접한 하향 바아 (66)의 표면 및 그 하향 모서리 (72)에 인접한 굴곡된 랜드 (68)에 적용된다. 이 차폐물은 플루오르화 폴리에텔렌일 수 있고, 정밀-연마된 금속 기재 물질에 적용시에도 대체로 파상 표면을 나타낸다. 오버바이트 0를 2.5 미크론 내에서 다이 상에 정확하게 측면 대 측면 고정시키면 최선의 결과가 얻어진다.
도 18 의 태양에 있어서, 저 표면 에너지 차폐물 (260)은 모서리 (70) 및 (72)로 연장되지 않는다. 이들 차폐물 (260)은 굴곡된 랜드 (68)에서 오목한 곳을 절단하고, 과량의 저 표면 에너지 물질을 적용하여 오목한 곳을 충만하게 한후, 좁은 금속 스트립 (264)이 비-습윤화 차폐용 인레이(inlay)(262)와 같은 높이가 되도록 전체 굴곡된 랜드를 반경-연마함으로써 형성된 인레이 (262)로서 적용될 수 있다. 인레이 (262)의 깊이는 0.013 mm 내지 0.127 mm 범위일 수 있다. 좁은 스트립(264)의 폭은 0.127 mm 내지 0.762 mm 범위일 수 있다. 유사한 저 표면 에너지 인레이가 예리한 모서리 (70) 위로 0.127 mm 내지 0.762 mm에서 시작하여 하향 바아 (66)의 표면에 생성될 수 있다. 모서리 (70) 및 (72)에 인접한 정밀-연마 스트립 (264)에 있어서는, 오버바이트의 정밀 조정이 용이하고 저 표면 에너지 층이손상 및 탈적층화로부터 보호된다.
도 19 및 도 20 은 과량의 코팅액이 다이 (270)로부터 코팅 비이드로 연속 계량되고 코팅액의 일부가 감쇄적으로 계량되어 특정량이 이동 웹상에 코팅되도록 한 본 발명의 다이 코팅시스템을 도시한다. 코팅액 (14)은 펌크(272)에 의해 다이 (270)로 공급되고 제 2 펌프 (276)에 의해 섬프(sump)로 복귀한다. 안정화 진공 챔버 (278)를 사용한 다이 (270)는 정밀 계량된 양의 코팅액을 백업 롤러 (280) 위를 이동하는 웹 (48) 상에 코팅한다.
상향 바아 (282), 중앙 바아 (284) 및 하향 바아 (286)는 웹 (48)에 면하고 있다. 코팅액 (14)은 입구 채널 (288)을 통해 분기관 (290)으로, 유동 슬롯 코팅 비이드로 펌핑된다. 한편, 소정량의 코팅은 코팅 비이드로부터 출구 슬롯 (294)을 통해 출구 분기관 (296)으로, 그리고 출구 채널 (298)을 통해 펌핑된다. 비이드 내에 잔존하는 코팅액은 이동 웹 (48)상에 코팅된다. 이 계는 공지의 계보다 성능이 우수하다.
한 예에서, 공급 슬롯 (292)과 코팅 비이드를 통한 접평면 P 사이의 공격 각 A2가 135°이고, 출구 슬롯 (294)과 접평면 P 사이의 공격 각 A5가 115°인 경우에, 디이 변수는 다음과 같이 설정하였다. 즉, 공급 슬롯 (292)의 높이는 0.15 mm이고, 그 오버바이트 (굴곡된 랜드의 하향 모서리 (72)와 비교된 중앙 모서리 (300))는 0.Omm 이었다. 출구 슬롯 (294)은 0.O76mm이었고 그 오버바이트 (중앙 모서리(300)에 비교된 하향 모서리 (70)는 0.O76mm 이었다. 출구 슬롯 (294)의 교차-웹 폭은 비이드 내의 흡기현상을 배제하기 위해 공급 슬롯 (292)의 폭보다 3.2mm 미만이었다. 수렴각 C 는 0.23°이었다. 30.5m/분의 웹, 속도에서 점도 2 센터포아즈인 액체를 코팅하는 경우에 습윤 층 두께 Tw는 0.O2Omm 이고 코팅 갭 G1은 0.20 mm (G/Tw = 10) 이었다. 이 경우에 있어서, 필요량의 코팅액의 154%는 공급 펌프 (272)에 의해 운반되고, 총량 (전체 초과량 제거)의 35%는 출구 펌프 (276)에 의해 추출되었다. 15.2 m/분의 웹 속도에서 코팅하는 경우에, 습윤 층두께 Tw 는 0.0076 mm, 코팅 갭 G1은 0.20 mm (G/Tw = 26.3) 이고, 필요량의 코팅액의 558%는 공급 펌프 (272)에 의해 운반되며, 총량의 82%는 출구 펌프 (276)에 의해 추출되었다. 코팅은 평활하고 자국이 없었다.
또는, 공급 슬롯 (292)과 접평면 P 사이의 공격 각 A2는 90° 내지 135°의 범위일 수 있고, 출구 슬롯 (294)과 접평면 P 사이의 공격 각 A5는 60° 내지 115°의 범위일 수 있다. 또한 진공 바아는 상항 바아 (282)와 별도로 탑재 및 조정될 수 있다.

Claims (14)

  1. 랜드 (68)로서 형성되는 상향 립 (60)이 있는 상향 바아 (64)와, 예리한 모서리 (70) (모서리 반경이 10미크론 이하임)로서 형성되는 하향 립 (62)이 있는 하향 바아 (66)를 갖는 다이 (40) 및;
    상향 바아 (64)와 하향 바아 (66) 사이의 다이 (40)를 통과하며, 상향 립 (60) 및 하향 립 (62)에 의해 한정된 슬롯 (56)을 포함하는 통로를 포함하는 다이 코팅장치로서,
    유체 코팅액을 슬롯으로부터 다이에서 유출시켜 상향 다이 립, 하향 다이 립과 코팅되는 표면 사이에 연속 코팅 비이드 (58)를 형성하도록 표면상에 코팅하는 다이 코팅장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    예리한 모서리 (70)가 랜드 (68)의 하향 모서리에 대해 배치되어 오버바이트 O를 생성하는 다이 코팅장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    랜드 (68)가 랜드의 하향 모서리를 회전 중심으로서 사용하여 웹에 평행하거나 웹과 동심원의 위치로부터 멀리 떨어져 각 배치된 다이 코팅장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    예리한 모서리와 표면 사이의 갭이 표면상의 코팅의 두께의 10배를 넘는 다이 코팅장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    슬롯 높이 H, 오버바이트 0, 및 수렴각 C 중 하나 이상을 변화시키고, 슬롯 높이, 오버바이트 및 수렴각을 서로 조합하여 선택하고, 랜드 (68)의 길이 L1, 하향 바아 (66)의 모서리 각 A1, 코팅 슬롯의 하향 바아 표면과 예리한 모서리 (70)에 정반대로 평행하게 코팅될 표면상의 선을 통한 접평면 사이의 다이 공격 각 A2, 및 예리한 모서리와 코팅될 표면 사이의 코팅 갭 거리 G를 서로 조합하여 선택함으로써 코팅 성능을 개선하기 위한 수단을 더 포함하는 다이 코팅장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    랜드 (68)의 형상이 코팅되는 표면의 형상과 일치하는 다이 코팅장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    비이드 (58)의 진공 상향을 적용하여 그 상향 폐쇄부로서 진공 랜드 (82)를 갖는 진공 챔버 (42)를 포함하는 비이드를 안정화하기 위한 수단을 더 포함하는 다이 코팅장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    랜드 (68) 및 진공 랜드 (82)가 굴곡되고 굴곡반경이 동일하며, 진공 랜드는 랜드와 동일한 동심원 관계에 있고 랜드와 같이 코팅될 표면에 동일한 수렴각 C를 가지며, 진공 랜드는 코팅될 표면에 대해 0의 수렴각을 갖고 랜드는 코팅될 표면에 대해 일정한 설정값에서 수렴하는 다이 코팅장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    하향 립 (62)이 대체가능한 가요성 스트립 (350)을 포함하는 다이 코팅장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    대체가능한 가요성 스트립 (350)이 하향 바아 (66)를 통해 적용된 광 진공에 의해 코팅 슬롯 위의 적소에 보유되는 다이 코팅장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    하향 립 (62)이 신장된 가느다란 와이어를 포함하는 다이 코팅장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    대체로 파상 표면을 나타내는, 예리한 모서리 (70)에 인접한 하향 바아 (66)의 표면에 적용된 저 표면 에너지 차폐물 (260); 및 그 하향 모서리에 인접한 랜드(68)에 적용된 저 표면 에너지 차폐물 (260)을 더 포함하며;
    상기 저 표면 에너지 차폐물은 하향 바아 및 랜드의 모서리로 완전히 연장되지 않은 다이 코팅장치.
  13. 랜드 (68)로서 형성되는 상향 립 (60)이 있는 상향 바아 (64)와, 예리한 모서리 (70) (모서리의 반경이 10 미크론 이하임) 로서 형성되는 하향 립 (62)이 있는 하향 바아 (66)에 의해 한정된 슬롯 (56)에 코팅액 (14)을 통과시키는 단계 ; 및
    슬롯 높이 H, 오버바이트 0 및 수렴각 C를 서로 조합하여 선택하는 단계를 포함하는, 유체 코팅을 표면상에 다이 코팅하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    표면으로부터의 예리한 모서리까지의 거리가 표면상의 코팅의 두께의 10배가 넘도록 배치하는 단계를 더 포함하는 방법.
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