JP6788681B2 - 塗布装置および塗布方法 - Google Patents
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Description
塗布液の塗布の際にエアーの同伴によるハジキは、後に詳細に説明するが基板の最表面に発生する同伴エアーの動圧に塗布装置の液圧が負けて発生する。
泡ハジキは、後に詳細に説明するが、送液系等から泡が持ち込まれた場合、塗布装置内に泡が溜まり、泡が飽和状態になると、基板に持っていかれ発生する。この2つの塗布故障も製造得率の低下につながる。
本発明の目的は、前述の従来技術に基づく問題点を解消し、塗布液の液切れの発生を抑制する塗布装置および塗布方法を提供することにある。
バーと、堰板のうちバーに最も近い堰板と、長尺な基板とで囲まれた第1の部分の、走行方向と高さ方向とで構成される平面における断面積を第1のビード断面積とするとき、第1のビード断面積が20mm2以下であり、バーの走行方向の上流側の端面と、バーに最も近い堰板との最短距離が0.05mm以上2mm以下であり、バーに最も近い堰板と、長尺な基板との距離が0.2mm以上2mm以下であり、高さ方向は、基板の上面または横面に垂直な方向であることが好ましい。
バーと少なくとも2段の堰板の、走行方向と基板の上面または横面内で直交する幅方向の端に、側板が設けられていることが好ましい。
なお、以下において数値範囲を示す「〜」とは両側に記載された数値を含む。例えば、εが数値α〜数値βとは、εの範囲は数値αと数値βを含む範囲であり、数学記号で示せばα≦ε≦βである。
「具体的な数値で表された角度」、「平行」、「垂直」および「直交」等の角度は、特に記載がなければ、該当する技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含む。
図1に示す塗布装置10は、特定の走行方向D1に連続走行する長尺な基板30の上面30aまたは横面に塗布液Mを塗布するものである。横面とは、図1に示す状態の基板30を走行方向D1を中心として90°、高さ方向D3に回転させると上面30aは横を向くが、このときの上面30aのことを横面という。
高さ方向D3とは、基板30の上面30aまたは横面に垂直な方向である。また、横面は基板30の向きが変わるが、この場合、横面の高さ方向D3は、図1の基板30の状態では、幅方向D2(図2参照)に該当する。
なお、堰板は少なくとも2段であるため、第1の堰板16と第2の堰板18に限定されるものではない。
バー12の直径は1mm〜20mmが好ましく、より好ましくは6mm〜13mmである。バー12の直径を上述の範囲とすることにより、塗布液Mの塗布面に縦筋が発生することを抑制することもできる。
例えば、本体ブロック14は、バー12と接する面に円弧状の溝が形成されている。本体ブロック14に円弧状の溝を形成することにより、基板30の張力によるバー12の撓みを抑制し、幅方向D2(図2参照)に均一な塗布膜32を形成することができる。
幅方向D2(図2参照)とは、走行方向D1と基板30の上面30a内で直交する方向のことである。
第1の堰板16は、基板30の上面30a側に突出部16aが設けられている。突出部16aの上面30aと対向する端面16cは、例えば、うねり等がなく平坦な状態の基板30の上面30aと平行な面である。
第1の堰板16は、側面16bと本体ブロック14との間、側面16bとバー12との間にスリット15が設けられている。図2に示すようにスリット15は幅方向D2に延在している。スリット15に塗布液Mが送液される。
第2の堰板18は、側面18bが第1の堰板16に接している。第1の堰板16の突出部16aと、第2の堰板18の突出部18aで、幅方向D2に伸びた空間が形成される。
第1の堰板16の端面16cと第2の堰板18の端面18cは、いずれも、上述のように上面30aと平行な面としたが、これに限定されるものではなく斜面であってもよい。
堰板に突出部を設けることにより、堰板端部の厚みを所定値以下としつつ、堰板全体の剛性を高めることが可能となる。
送液貯留部24は、図2に示すように、本体ブロック14と第1の堰板16との幅方向D2に全域に亘り設けられている。なお、本体ブロック14と第1の堰板16との幅方向D2の長さをLとするとき、送液貯留部24は長さLの80%程度設けられていればよい。
送液貯留部24を設けることで幅方向D2に塗布液Mを均一に流してから基板30へ塗布液Mが流れるため、塗布液Mを幅方向D2に均一に塗布することができる。送液貯留部24がない場合、送液した塗布液Mが幅方向D2に満たされにくくなり、送液した部分のみに塗布液Mが流れるため、端部25(図8参照)等に空気が滞留した空気滞留部17(図8参照)が生じる。この空気滞留部17(図8参照)に送液系等から持ち込まれる泡が溜り、最終的に泡ハジキ故障となることがある。
供給部22は、塗布液Mをバー12に送液するものである。供給部22は、塗布液Mを貯留するタンク(図示せず)と、塗布液Mを送液するためのポンプ(図示せず)と、塗布液Mの送液量を調整するバルブ(図示せず)と、バルブの開閉量等を調整する制御部(図示せず)とを有する。供給部22としては、予め定められた量の液体を供給することができる公知の液体供給装置を適宜利用可能である。
また、第1の堰板16および第2の堰板18の高さ方向D3の長さは、10〜100mmであることが好ましく、第1の堰板16および第2の堰板18の幅は、例えば、本体ブロック14と同じである。
これ以外に、堰板としては、金属にハードクロムメッキまたはダイヤモンドライクカーボン処理したものでもよい。
第1の堰板16よりも上流側Duの第2の堰板18は、第1の堰板16と液溜まりを強制的に作ることにより、幅方向D2の塗布液Mの液分布を均一化させることができる。幅方向D2の塗布液Mの液分布を均一化させることにより、幅方向D2の全幅においてエアー同伴ハジキおよび塗布液の液切れを抑制することができる。
第1の堰板16と、走行方向D1の最上流側の第2の堰板18と、長尺な基板30とで囲まれた第2の部分G2の、走行方向D1と高さ方向D3とで構成される平面PLにおける断面積を第2のビード断面積S2とする。この場合、第1のビード断面積S1と第2のビード断面積S2の合計が20mm2以上であることが好ましく、かつ、第2の堰板18と、長尺な基板30との距離Cが0mm以上5mm以下であることが好ましい。
第1のビード断面積S1と第2のビード断面積S2の合計を小さくすると、液溜まり部が小さくなり、平滑度の悪い基板30が搬送された場合に幅方向D2の塗布液Mの液分布が悪くなり、直ぐに液切れしてしまう。
第2の堰板18と長尺な基板30との距離Cが5mmを超えると、走行方向D1の上流側Duへ塗布液Mが流れ出てしまい、塗布液Mを溜めることができず、幅方向D2の塗布液Mの分布が不均一になる。
また、第2の堰板18と長尺な基板30との距離Cとは、第2の堰板18の最下部と基板30の最上部との間の長さのことであり、第2の堰板18と基板30との最短距離のことである。図1の構成では第2の堰板18の端面18cと基板30の上面30aとの最短距離である。
第1のビード断面積S1は20mm2以下とすることにより、塗布液Mの内圧を高めることができ、エアー同伴ハジキの発生を抑制することができる。第1のビード断面積S1は20mm2を超えると、塗布液Mの内圧を高めにくくなり、エアー同伴ハジキが発生しやくなる。
一方、第1の堰板16との距離Bが2mm以下を超えると、塗布液Mの内圧を高めにくくなり、エアー同伴ハジキが発生しやくなる。より好ましくは、バー12の走行方向D1の上流側Duの端面12aと、第1の堰板16との距離Bは0.1mm以上1mm以下である。
一方、第1の堰板16と、長尺な基板30との距離Aが2mmを超えると、塗布液Mの内圧を高めにくくなり、エアー同伴ハジキが発生しやくなる。より好ましくは、第1の堰板16と、長尺な基板30との距離Aは0.4mm以上1mm以下である。
また、第1の堰板16と長尺な基板30との距離Aとは、第1の堰板16の最下部と基板30の最上部との間の長さのことであり、第1の堰板16と基板30との最短距離のことである。図1の構成では第1の堰板16の端面16cと基板30の上面30aとの最短距離である。
図3は長尺な基板の走行状態を示す模式図であり、図4は本発明の実施形態の塗布装置の動作を説明するための模式図であり、図5は本発明の実施形態の塗布装置の動作を説明するための模式図である。
塗布装置10では、堰板を2段設けることで、基板30の上面30aへの塗布液Mの塗布の均一性を向上させることができ、また、基板30の走行速度が速い場合でも、液切れを起こすことなく塗布膜32を形成することができる。
また、図5に示すように、基板30の凹部31bが第1の部分G1に搬送されて、基板30の上面30aが下がった状態でも、第1の部分G1に塗布液Mが余剰にあるため、液切れを起こすことなく、塗布することができ、塗布膜32を連続して形成することができる。
また、送液貯留部24を設けており、泡ハジキの発生が抑制され、塗布液Mを基板30の幅方向D2に均一に塗布できる。
塗布装置10の塗布方法について、基板30の上面30aに塗布することについて説明したが、基板30の横面にも上述のようにして塗布することができる。
図6に示すように、塗布装置10では、端部25に側板26を設ける構成でもよい。側板26を設けることにより、塗布液Mの利用効率を高めることができる。一方、側板26がないと端部25から流れ出る塗布液Mがあり、塗布に必要な塗布液Mの量が多くなる。
側板26の材質は特に限定されるものではなく、例えば、SUS(Steel Use Stainless)等の金属または樹脂等で構成される。
図7は本発明の実施形態の塗布装置の他の例を示す模式図であり、図8は本発明の実施形態の塗布装置の他の例の側板を示す模式的斜視図である。
なお、図7および図8に示す塗布装置11において、図1および図2に示す塗布装置10と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図7に示す塗布装置11は、図1に示す塗布装置10に比して、送液貯留部24が設けられていない点が異なり、それ以外の構成は図1に示す塗布装置10と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
塗布装置11でも、図8に示すように、端部25に側板26を設ける構成でもよい。側板26を設けることにより、塗布液Mの利用効率を高めることができる。
基板としては、ガラス材、金属材、合金材、紙、プラスチックフィルム、レジンコーティッド紙、合成紙および布等が挙げられる。プラスチックフィルムの材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン等のビニル重合体、6,6−ナイロン、6−ナイロン等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−2,6−ナフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、セルロースダイアセテート等のセルロースアセテート等が挙げられる。また、レジンコーティッド紙に用いられる樹脂としては、ポリエチレンをはじめとするポリオレフィンを代表例として例示できる。
基板の形態としては、特に限定されるものではなく、シート状、および連続帯状等が挙げられる。なお、連続帯状の基板、すなわち、長尺な基板のことをウエブという。
塗布液は、各種の液状物質のことである。
塗布液において、溶媒は、例えば、水、および有機溶剤である。有機溶剤は、例えば、メチルエチルケトン(MEK)、メチルプロピレングリコール(MFG)およびメタノール等である。
バインダーは、ポリウレタン、ポリエステル、ポリオレフィン、アクリル、ポリビニルアルコール(PVA)等のポリマーまたはモノマー等を含む。また、塗布液には、固形分として、例えば、酸化ケイ素粒子および酸化チタン粒子等を含んでもよい。
塗布液の粘度は、7×10−4〜0.4Pa・s(0.7〜400cP(センチポアズ))、塗布量は0.1〜200ml(ミリリットル)/m2(1〜200cc/m2)、塗布速度は1〜400m/分において適用可能である。
好ましくは、粘度は1×10−3〜0.1Pa・s(1〜100cP)であり、塗布量は1〜100ml/m2(1〜100cc/m2)であり、塗布速度は1〜200m/分である。
塗布装置および塗布方法は、金属、紙、布、およびフイルム等にバーを用いて液膜を塗布して製品を製作するあらゆる分野に適用可能であり、用途は特に限定されるものではない。
塗布装置および塗布方法の用途としては、例えば、写真フィルム等の感光材料の製造、録音テープ等の磁気記録材料の製造、およびカラー鉄板等の塗装金属薄板の製造等、バーを用いて塗布を行う場合に使用できる。したがって、基板としては、従来技術の欄で述べた支持体基板のほか、支持体基板の目立てした側の面に感光性または感熱性の製版面を形成した平版印刷原版基板、写真フィルム用基材、印画紙用バライタ紙、録音テープ用基材、ビデオテープ用基材、フロッピー(登録商標)ディスク用基材等、金属、プラスチック、または紙等からなり、連続した帯状で、かつ可撓性を有する基材等が挙げられる。
また、塗布液としては、上述のもの以外に、基板に塗布し、乾燥させて皮膜を形成するのに使用される溶液が挙げられ、具体的には、感光層形成液および感熱層形成液のほか、基板の表面に中間層を形成して製版層の接着を改善する中間層形成液、平版印刷原版基板の製版面を酸化から保護するポリビニルアルコール水溶液、写真フィルムにおける感光層を形成するのに使用される写真フィルム用感光剤コロイド液、印画紙の感光層を形成するのに使用される印画紙用感光剤コロイド液、録音テープ、ビデオテープ、フロッピーディスクの磁性層を形成するのに使用される磁性層形成液、および金属の塗装に使用される各種塗料等が挙げられる。
しかし、塗布装置および塗布方法を用いることにより、上面塗布においても均一な塗布膜を形成することが可能となった。このため、基板の両面に塗布面を形成する場合、従来の下面塗布と上述の塗布装置を用いた上面塗布を同時に行うことができ、塗布スペースを省スペース化することができる。これにより、製膜工程を簡略化することができ、製造コストを抑制することも可能となる。
なお、図9に示す塗布装置100および図10に示す塗布装置101において、図7に示す塗布装置11と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図9に示す塗布装置100は、図7に示す塗布装置11に比して、第1の堰板16だけ設けられており、堰板が1段の構成である点が異なり、それ以外の構成は図7に示す塗布装置11と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
塗布装置101のように、塗布液Mの液切れを防止するために距離Aを長くすると、第1の堰板16の端面16cと基板30の上面30aの間からエアーが入る。このエアーの圧力VPが、塗布液Mの基板30の上面30aに対する圧力P以上の場合、外部から第1の堰板16の端面16cと基板30の上面30aの間を経てエアーが塗布液M内に入り込み、エアー同伴によるハジキが発生する。結果、図11に示すように、塗布膜32が不連続になり、膜が形成されない領域33が走行方向D1に沿って間歇的に生じる。エアー同伴によるハジキでは、膜が形成されない領域だけでなく、塗布膜32の膜厚が部分的に薄くなることも含まれる。なお、上述のエアーの圧力VPのことを、同伴エアー圧力ともいう。
塗布装置は、バー径を直径10mmとし、幅を800mmとした。また、バー回転数を1500回転/分(rpm)とした。塗布は、1次側基板進入角度を5°とし、定常部の膜厚が5μmとなるように行った。なお、1次側基板進入角度とは、基板がバーの上流側から進入する角度のことである。
基板には、幅が700mmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用いた。
塗布液には、ポリエステル樹脂、架橋剤、および界面活性剤を水に溶解して調製したものを用いた。なお、塗布液は、組成物量を調整し、粘度が2mPa・sとなるようにした。塗布液の表面張力は40mN/mであった。
液切れは、基板の走行速度を40m/分〜100m/分の間で変え、液切れの限界速度を調べた。すなわち、どの走行速度で液切れが生じるかを調べた。液切れについては、塗布後の塗布膜を1分間目視で観察し、以下に示す液切れ評価基準で評価した。
液切れ評価基準
A:走行速度60m/分を超え100m/分以下
B:走行速度40m/分を超え60m/分以下
C:走行速度40m/分以下
泡ハジキは、走行速度100m/分で塗布を行い、塗布後の塗布膜を1分間目視で観察し、塗布膜についてハジキの有無を調べた。1分間観察内で、ハジキがあるものを「有」とし、ハジキがないものを「無」と評価した。
以下、実施例1〜7および比較例1について説明する。
実施例1は、第1の堰板16と基板30との距離Aを0.5mmとし、走行方向D1の上流側の端面12aと第1の堰板16との最短距離である距離Bを0.2mmとし、第2の堰板18と基板30との距離Cを0.5mmとした。
第1のビード断面積S1を13mm2とし、第2のビード断面積S2を10mm2とし、第1のビード断面積S1と第2のビード断面積S2の合計のビード総断面積を23mm2とした。また、塗布可能な最低の送液量を調べたところ、500ml/分であった。
塗布可能な最低の送液量(以下、塗布可能最低送液量という)とは、走行速度100m/分下で塗布装置幅の端部を塗布できる最低の送液量を示す。
実施例2は、送液貯留部を有する構成である点以外は、実施例1と同じとした。
(実施例3)
実施例3は、距離Aが2.5mmであり、第1のビード断面積S1が24mm2であり、ビード総断面積が34mm2である点以外は、実施例2と同じとした。
(実施例4)
実施例4は、距離Bが2.5mmであり、第1のビード断面積S1が23mm2であり、ビード総断面積が33mm2である点以外は、実施例2と同じとした。
(実施例5)
実施例5は、第2のビード断面積S2が5mm2であり、ビード総断面積が18mm2である点以外は、実施例2と同じとした。
(実施例6)
実施例6は、距離Cが5.5mmであり、第2のビード断面積S2が13mm2であり、ビード総断面積が26mm2である点以外は、実施例2と同じとした。
(実施例7)
実施例7は、側板を有し、塗布可能最低送液量が400ml/分である点以外は、実施例2と同じとした。
比較例1は、第2の堰板18が設けられておらず、第1のビード断面積S1を13mm2とした点以外は、実施例1と同じとした。なお、比較例1は、堰板が1段の構成であり、第2のビード断面積S2がない。
実施例3は距離Aが大きく、実施例4は距離Bが大きくエアー同伴ハジキの評価が劣った。
実施例5はビード総断面積が小さく、実施例6は距離Cが大きく、液切れの評価が若干劣った。
実施例7は、塗布可能最低送液量が少なくても液切れ、エアー同伴ハジキおよび泡ハジキについて良好な結果が得られた。
比較例1は、堰板が1段の構成であり、液切れの評価が劣った。また、側板がないため、泡ハジキの評価も劣った。
12 バー
12a 端面
14 本体ブロック
15 スリット
16 第1の堰板
16a、18a 突出部
16b、18b 側面
16c、18c 端面
17 空気滞留部
18 第2の堰板
20 供給管
22 供給部
24 送液貯留部
25 端部
26 側板
30 基板
30a 上面
31a 凸部
31b 凹部
32 塗布膜
33、33a 領域
A 距離
B 距離
C 距離
D1 走行方向
D2 幅方向
D3 高さ方向
Du 上流側
G1 第1の部分
G2 第2の部分
M 塗布液
P 圧力
PL 平面
VP エアーの圧力
Claims (5)
- 特定の走行方向に連続走行する長尺な基板の上面または横面に塗布液を塗布する塗布装置であって、
前記走行方向に連続走行する長尺な前記基板の前記上面または前記横面に前記塗布液を介して接触可能であり、かつ回転するバーと、
前記バーに対して長尺な前記基板の前記走行方向の上流に設けられ、前記塗布液を前記バーとの間を通して、長尺な前記基板に流通させる堰板を少なくとも2段有し、
少なくとも2段の前記堰板は前記走行方向に沿って配置されており、
前記バーと、前記堰板のうち前記バーに最も近い堰板と、長尺な前記基板とで囲まれた第1の部分の、前記走行方向と高さ方向とで構成される平面における断面積を第1のビード断面積とし、
前記バーに最も近い前記堰板と、前記堰板のうち前記走行方向の最上流側の堰板と、長尺な前記基板とで囲まれた第2の部分の、前記走行方向と前記高さ方向とで構成される平面における断面積を第2のビード断面積とするとき、
前記第1のビード断面積と前記第2のビード断面積の合計が20mm2以上であり、
最上流側の前記堰板と、長尺な前記基板との距離が0mm以上5mm以下であり、
前記高さ方向は、前記基板の前記上面または前記横面に垂直な方向であることを特徴とする塗布装置。 - 前記バーと、前記堰板のうち前記バーに最も近い堰板と、長尺な前記基板とで囲まれた第1の部分の、前記走行方向と高さ方向とで構成される平面における断面積を第1のビード断面積とするとき、前記第1のビード断面積が20mm2以下であり、
前記バーの前記走行方向の上流側の端面と、前記バーに最も近い前記堰板との最短距離が0.05mm以上2mm以下であり、
前記バーに最も近い前記堰板と、長尺な前記基板との距離が0.2mm以上2mm以下であり、
前記高さ方向は、前記基板の前記上面または前記横面に垂直な方向である請求項1に記載の塗布装置。 - 前記バーを回転可能に支持する本体ブロックを有し、
前記本体ブロックまたは前記堰板に前記塗布液を貯留する送液貯留部を有する請求項1または2に記載の塗布装置。 - 前記バーと少なくとも2段の前記堰板の、前記走行方向と前記基板の前記上面または前記横面内で直交する幅方向の端に、側板が設けられている請求項1〜3のいずれか1項に記載の塗布装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の塗布装置を用いて、連続走行する長尺な基板の上面または横面に塗布液を塗布することを特徴とする塗布方法。
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