JP4785609B2 - ダイ方式塗布装置及び塗布方法 - Google Patents
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Description
そして、発生した耳高は乾燥工程において、乾燥の負荷を増大させる為、耳高部で乾燥が不十分となる可能性があり、未乾燥部分が塗工後の工程においてウェブやガイドロールを汚染する。また、耳高が発生したウェブを巻き取ると、耳高部の積層により、巻取りシワが発生する。これらは工程上、外観上の問題となり歩留り悪化へ繋がっていた。
また、例えば特許文献2には、ダイ内部のスリットにシムを介装させることによりスロットの両端部において塗布液の供給を相対的に抑制し、耳高の発生を防止しした塗布方法について記載されている。
また、前記特許文献2に記載された塗布方法では、近年の高精度化の中で塗布装置の組み付け再現性、機械精度の面からも、塗膜厚み精度の許容範囲を満たす事ができない。
従って、前記従来の塗布方法では完全に耳高の発生を防止することができず、依然としてガイドロールの汚染や巻取りシワが発生することとなっていた。
また、ポンプから送出された塗布液を供給口へと搬送する搬送手段を、供給口の数に応じた経路に分岐し、且つ分岐点から供給口までの距離を等長とするので、各供給口における塗布液の流量と圧力を高精度で調整することが可能となる。
また、ポンプから送出された塗布液を供給口へと搬送する搬送経路を、供給口の数に応じた経路に分岐し、且つ分岐点から供給口までの距離を等長とするので、各供給口における塗布液の流量と圧力を高精度で調整することが可能となる。
先ず、図1を用いて本実施形態に係るダイ方式塗布装置1について説明する。図1は本実施形態に係るダイ方式塗布装置1の概略構成を示す斜視図、図2は本実施形態に係るダイ方式塗布装置1をダイの長さ方向で切断した断面図である。
更に、ダイ本体15はブロック18、19を互いに重ね合わせることにより形成されており、ブロック18、19との間の間隙によってスリット20を形成する。また、側板16、17はダイ2の塗布幅Wを規制するとともにブロック18、19の組み合わせを保持する。
更に、搬送ライン4には第1分岐ライン4A〜第3分岐ライン4Cでの塗布液11の流量を調整する自動調整弁42、43と、第1分岐ライン4A〜第3分岐ライン4Cに流れる塗布液11の圧力を検出する圧力検出器44〜46と、第1分岐ライン4A〜第3分岐ライン4Cに流れる塗布液11の流量を検出する流量検出器47〜49とが設けられている。
また、制御装置51は厚み計測装置8によって検出された塗布膜12の厚さや、圧力検出器44〜46及び流量検出器47〜49で検出された塗布液11の圧力や流量を別途設けられたモニタ(図示せず)等に表示する。
ここで、幅方向に均一の厚さの塗布膜を形成する為には、塗布膜12の中央付近の塗布厚さdと耳高52部分での塗布厚さhとの関係を示す耳高率E(=h/d×100)の値が100%以下であることが望ましい。ここで、耳高率Eの値はスリット20から吐出された塗布液11がダイ2に接触する接触角θに依存することが分かっており、塗布液の粘度、表面張力、塗工速度、スリット幅、塗布液供給量、ダイの内圧、塗布液とダイの濡れ性、シムの材質と厚み等が適切であれば、耳高率Eを100%以下とすることができる。一方、これらが適正で無い場合には図4に示すように耳高52が塗布膜の両端に発生する。
この時の厚みトレンドは、この圧力と流量状態で反映される。逆にとらえれば、この圧力や流量を高精度に操作することで、任意の厚みトレンドにすることができる。この際、自動調整弁42、43と、そして塗布直後の厚みを検出する厚み計測装置8とを用いて、それらを電気回路的に構成することで可能となる。
尚、実施例1〜5及び比較例1〜6では、ウェブ10に50μmのポリエチレンテレフタレートフィルム、塗布液11に粘度980mPa・s(25℃)、表面張力30mN/m、固形分濃度30%の塗布液を用いた。
また、接触角測定方法は以下の通りとした。試料表面と液との接触角は、接触角測定器(協和界面科学製、自動接触角計CA−V)を用いて測定した。具体的には、マイクロシリンジから試料表面に1mlの液滴を滴下した後、30秒後に測定した値を受容層表面の接触角とした。
実施例1〜3、比較例1、2は、ダイ2において、特に図5に示すようにダイ本体15のリップ面21に対して側板16、17のエッジ面28、29の高さを所定高さだけ低く配置することにより、吐出口22から吐出された塗布液11を側板16、17方向へと流し、ウェブ幅方向両端部の塗布量を抑制した例である。
実施例1〜3、比較例1、2で用いるダイ2は、図5に示すようにリップ面21よりエッジ面28、29が低くなるように配置する。その段差yの条件としては、図6に示すように実施例1が300μm、実施例2が200μm、実施例3が100μm、比較例1が20μm、比較例2が段差の無い面一形状となるようにそれぞれダイ2を構成する。尚、ダイ本体15と側板16、17の間にシムを挟み込む場合には側板16、17とシムのエッジ面を面一形状とする。
塗布条件は実施例1〜3、比較例1、2で共通とし、塗工幅250mm、塗工速度5m/mim、塗布ギャップ0.15mm、スリットギャップ0.3mm、乾燥後の塗布厚さが25μmになる様に塗布液を供給する。その結果、ウェブ10に形成された塗布膜12は図6の表、及び図7のグラフに示す結果となった。
図6及び図7に示すように、比較例2の段差yを形成しないダイ2を用いた塗布では耳高率Eが111%であったのに対し、段差yを100μmとした実施例3では100%まで低減され、耳高形状が確認されない程度に抑制されていた。そして、段差yを10μm以上とすることによって、耳高形状を許容範囲までに抑えることが確認できた。
ここで、段差yを大きくすればするほど耳高率Eを小さくできるが、段差yについては、300μm以上となると、耳高は明らかに抑制されるものの幅方向の厚みが均一な表面性の良い塗布膜12がウェブ10上に形成する事ができない。よって、耳高52の発生を防止しつつ良好な塗布膜12をウェブ10上に形成する為には、10μmから300μmまでの段差が望ましい。更に、50μmから200μmの段差とすると、特に良好な塗布膜12を得ることができる。更に、この段差条件では、スリット20から吐出される塗布液11はダイ本体15のリップ面21近傍で側板16、17のエッジ面28、29へ流れ、ダイ2と塗布液エッジ部の接触角は40度以下となる。従って、接触角θを40度以下とすることで、ウェブ幅方向両端部の塗布量が抑制され、幅方向の厚みが均一な表面性の良い塗布膜がウェブ上に形成されることが確認できた。
また、図7のグラフからは塗布幅Wを決定する両端エッジ部の接触角θを制御することで耳高の抑制や増大といった精密な両端厚み制御が可能である事が判る。
実施例4、比較例3〜5は、ダイ2において、特に図8に示すように側板16、17のエッジ面28、29の濡れ性を向上させることにより、吐出口22から吐出された塗布液11を側板16、17方向へと流し、ウェブ幅方向両端部の塗布量を抑制した例である。
実施例4、比較例3〜5で用いるダイ2は、図8に示すようにリップ面21とエッジ面28、29との段差を無くし、面一形状となるように配置する。そして、側板16、17のエッジ面28、29に表面処理を施し、塗布液との濡れ性を調整する。表面処理の種類としては、例えばメッキ、溶射、樹脂コーティング、酸化皮膜、光表面処理、表面粗度、などが挙げられる。ここで、図9に示すように実施例4では側板16、17のエッジ面28、29に溶射による親水化処理を施したダイ2となっている。また、比較例3では、側板16、17のエッジ面28、29に表面処理を施さずにダイ本体15のリップ面21と同じ表面材質にしたダイ2となっている。また、比較例4では側板16、17のエッジ面28、29をダイ本体15とは異なる金属材料を用いたダイとなっている。また、比較例5では側板16、17のエッジ面28、29をPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)の表面材質としたダイ2となっている。尚、ダイ本体15と側板16、17の間にシムを挟み込む場合には側板16、17とシムのエッジ面を面一形状とする。
塗布条件は実施例4、比較例3〜5で共通とし、塗工幅250mm、塗工速度5m/mim、塗布ギャップ0.15mm、スリットギャップ0.3mm、乾燥後の塗布厚さが25μmになる様に塗布液を供給する。その結果、ウェブ10に形成された塗布膜12は図9の表、及び図10のグラフに示す結果となった。
図9及び図10に示すように、比較例3、4、5のダイ2を用いた塗布では耳高率Eが102〜111%であったものが、実施例4では、98%まで低減され、耳高形状が確認されない程度に抑制されていた。また、実施例4の条件では、塗布液に対するエッジ面28、29の接触角θとダイ本体15のリップ面21に対する接触角の接触角差φは−10度以下となる。従って、塗布液に対するエッジ面28、29の接触角θをダイ本体15のリップ面21に対する接触角に比べ10度以上低い差をつけることで、ウェブ幅方向両端部の塗布量が抑制され、幅方向の厚みが均一な表面性の良い塗布膜がウェブ上に形成されることが確認できた。
また、図10のグラフからは、塗布幅Wを決定する両端エッジ部の接触角θを制御することで耳高の抑制や増大といった精密な両端厚み制御が可能である事が判る。
実施例5、比較例6は、ダイ2において、特に図11に示すようにダイ本体15と側板16、17との間にシム60を挟み込み、シム60のエッジ面61の濡れ性を向上させることにより、吐出口22から吐出された塗布液11を側板16、17方向へと流し、ウェブ幅方向両端部の塗布量を抑制した例である。
尚、図11ではダイ本体15のリップ面21と側板16、17のエッジ面28、29との段差を設けているが、段差は必ずしも設ける必要はない。
実施例5、比較例6で用いるダイ2は、図11に示すようにリップ面21とエッジ面28、29との所定高さ(例えば、100μm)の段差を形成して配置する。そして、ダイ本体15と側板16、17との間に濡れ性の異なる材質のシム60を挟み込み、塗布液との濡れ性を調整する。ここでシム材質の条件としては、図12に示すように実施例5では金属製のシムを用い、比較例6ではPTFE製のシムを用いたダイ2となっている。また、シム60の厚みは0.5mm以下とする。
塗布条件は実施例5、比較例6で共通とし、塗工幅250mm、塗工速度5m/mim、塗布ギャップ0.15mm、スリットギャップ0.3mm、乾燥後の塗布厚さが25μmになる様に塗布液を供する。その結果、ウェブ10に形成された塗布膜12は図12の表に示す結果となった。
図12に示すように、比較例6のダイ2を用いた塗布では耳高率Eが110%であったのに対し、実施例5では、98%まで低減され、耳高形状は確認されない程度に抑制されていた。また、実施例5の条件では、スリット20から吐出される塗布液11はダイ本体15のリップ面21近傍でシム60を介して側板16、17のエッジ面28、29へ流れ、ダイ2と塗布液エッジ部の接触角θは40度以下となる。従って、接触角θを40度以下とすることで、ウェブ幅方向両端部の塗布量が抑制され、幅方向の厚みが均一な表面性の良い塗布膜がウェブ上に形成されることが確認できた。
塗布条件としては塗布幅Wが1500mmのダイ2を用いて、塗布液供給口25〜27の配置をダイ2の片方端から250mm、750mm、1250mmの位置とした。
また、塗布液11は密度0.9、固形分30%、見掛け粘度2000mPa/20℃、表面張力28mN/mのアクリル系粘着剤を用いた。
また、ライン速が20〜150m/min、ダイ内部圧を100kPaとし、ダイ本体15のリップ面21より側板16、17のエッジ面28、29が100μmだけ低くなるように側板16、17を配置した(図5参照)。
更に、自動調整弁42、43、圧力検出器44〜46、厚み計測装置8は塗布液の物性、例えば密度、固形分濃度、粘度、溶媒種と、塗布適用範囲とを熟考し、分解能が高く、かつ電気信号で出力することができる市販のものを選択した。これらを自作した電気回路と接続することで制御した。本実施例における圧力検出器44〜46は、バルコム社製ダイヤフラム型圧力検出器VNFを用いて計測を行った。
また、厚み計測装置8は塗布液だけではなく、塗布対象となる基材にも影響するので事前に検討しておく必要がある。一般的には赤外線、放射線、光干渉計等が用いられ、目標の厚み精度の検討が可能であればいずれでも良い。本実施例における厚み計測装置8は、チノー社製赤外線吸収式の非接触厚み計測装置IR−Mを用いた。塗布厚みは有機成分の厚みと赤外線吸収スペクトルとの検量線から塗布厚みを換算することで計測を行った。
図13に示すように、流量比率を変化させることにより塗布膜12の厚み形状が変化することが確認できた。
即ち、流量比率を99.9%として塗布を行った場合には、塗布膜12の中央付近が幅方向の両端より約1μm厚くなり、凸形状となった。更に、幅方向両端部に形成された耳高52(図13では図示せず)の耳高率は100%となった。
一方、流量比率を100%として塗布を行った場合には、塗布膜12の中央付近が幅方向の両端より約0.5μm厚くなり、凸形状となった。更に、耳高52の耳高率は105%となった。
従って、流量比率を100%にして塗布を行った場合は、流量比率を99.9%として塗布を行った場合より、幅方向の中央付近と両端とで厚みの差が少ない均一な塗工厚を得ることができた。これより、流量比率を100%以上とすることで、ウェブ10上に均一な厚みを有する塗布膜12を得ることができることが分かる。
また、塗布液供給口25〜27は塗布幅の中心位置と、中心位置から所定距離ずつ左右方向に離れた両位置の計3箇所に設けられているので、ダイに対する塗布液の供給構造を複雑な構成にすることなく、且つ、塗布液の圧力又は流量に基づいて塗布幅方向の厚みを高精度で設定することができる。
更に、定量ポンプ5から送出された塗布液供給口25〜27を供給口へと搬送する搬送ライン4を、供給口の数に応じた経路に分岐し、且つ分岐点41から塗布液供給口25〜27までの距離を等長とするので、塗布液供給口25〜27における塗布液11の流量と圧力を高精度で調整することが可能となる。
また、中央の塗布液供給口26の供給口流量に対する左の塗布液供給口25と右の塗布液供給口27の供給口流量の流量比率を100%以上とすることで、ウェブ10上に均一な厚みを有する塗布膜12を得ることができる。
更に、リップ面21に対する側板16、17のエッジ面28、29の高さを200μm以上低く配置することによって、ダイ2を用いてウェブ10への塗布液の塗布を行う際に耳高の発生を防止し、安定した表面性の良い塗布膜12をウェブ10上に形成できる。
例えば、本実施形態ではダイ2の構成についてキャビティ24に塗布液11を供給する供給口をダイ2の側面に対して計3箇所に設けることとしているが、その供給口の数は4つ以上としても良い。
2 ダイ
10 ウェブ
11 塗布液
12 塗布膜
6、7 搬送ローラ
15 ダイ本体
16、17 側板
20 スリット
21 リップ面
22 吐出口
28、29 エッジ面
Claims (8)
- 連続走行するウェブに対して塗布液を吐出するダイと、
前記塗布液を前記ダイへ送出するポンプと、
前記ダイに対して塗布幅方向に複数箇所に設けられるとともに前記ポンプから送出された塗布液をダイ内部に供給する供給口と、
前記ポンプから送出された塗布液を前記供給口へと搬送する搬送手段と、
前記搬送手段に設けられ前記塗布液を前記供給口の数に応じた経路に分岐する分岐手段と、
前記複数箇所の供給口に対して供給される塗布液の圧力又は流量を供給口毎に所定圧力又は所定流量に調整する調整手段と、を有し、
前記ダイは、
ダイ本体と、
前記ダイ本体に形成されるとともに前記ウェブに対向するリップ面と、
前記リップ面に先端部が形成され所定の塗布幅で塗布液を吐出する吐出スリットと、
前記ダイ本体とは別体に成形されるとともにダイ本体の両端部に対して前記リップ面より所定高さだけウェブに対向するエッジ面が低く配置される一対の側板と、
を備え、
前記搬送経路における前記分岐手段から前記複数箇所の供給口までの距離がそれぞれ等長であることを特徴とするダイ方式塗布装置。 - 前記リップ面に対して前記エッジ面を200μmから300μm低く配置することを特徴とする請求項1に記載のダイ方式塗布装置。
- 前記供給口は前記塗布幅の中心位置と、中心位置から所定距離ずつ左右方向に離れた両位置に設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のダイ方式塗布装置。
- 前記塗布幅の中心位置に設けられた供給口に対して供給される第1流量に対して、中心位置から所定距離ずつ左右方向に離れた両位置に設けられた供給口に対して供給される第2流量の割合を100%以上且つ100.2%以下とすることを特徴とする請求項3に記載のダイ方式塗布装置。
- ウェブに対向するリップ面に先端部が形成され所定の塗布幅で塗布液を吐出する吐出スリットを有するダイを用い、連続走行するウェブに対して吐出スリットから吐出した塗布液を塗布する塗布方法において、
前記ダイは前記リップ面を備えるダイ本体と、前記ダイ本体とは別体に成形されるとともにダイ本体の両端部に配置され前記ウェブに対向するエッジ面を有する一対の側板とからなり、
ポンプから送出された塗布液をダイ内部に供給する供給口を前記ダイに対して塗布幅方向に複数箇所に設け、
前記ポンプから送出された塗布液を前記供給口へと搬送する搬送経路において、前記塗布液を前記供給口の数に応じた経路に分岐する分岐点から各供給口までの距離がそれぞれ等長であり、
前記エッジ面を前記リップ面より所定高さ低く配置し、前記供給口に対して供給される塗布液の圧力又は流量を供給口毎に所定圧力又は所定流量に調整することにより塗布を行うことを特徴とする塗布方法。 - 前記リップ面に対して前記エッジ面を200μmから300μm低く配置することを特徴とする請求項5に記載の塗布方法。
- 前記供給口は前記塗布幅の中心位置と、中心位置から所定距離ずつ左右方向に離れた両位置に設けられていることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の塗布方法。
- 前記塗布幅の中心位置に設けられた供給口に対して供給される第1流量に対して、中心位置から所定距離ずつ左右方向に離れた両位置に設けられた供給口に対して供給される第2流量の割合を100%以上且つ100.2%以下とすることを特徴とする請求項7に記載の塗布方法。
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