JP6795994B2

JP6795994B2 - ダイ及び塗布方法

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Publication number: JP6795994B2
Application number: JP2017017979A
Authority: JP
Inventors: 賢司北島; 元井　昌司; 昌司元井; 野村　和夫; 和夫野村
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2020-12-02
Anticipated expiration: 2037-02-02
Also published as: JP2018122269A

Description

本発明は、エクストルージョン型のダイに関する。

従来より、平板上やロール上に流体を塗布し、シートを生産する場合や、基材等に流体を塗布し、塗膜を形成する場合に、エクストルージョン型のダイが用いられている。

塗布後の膜の厚みを高精度に均一に塗布するために、調整ボルトを使用し、ダイのスリット間隔を調整する方法（特許文献１）が提案されている。

特開２００６−３４６６４９公報

調整ボルトを使用して、ダイのスリット間隔を実際の塗布後の膜の幅方向の厚み分布に合わせて調整する方法は、ダイのスリット近傍等を部分的に調整ボルトにより変形させるため、所定の調整量が得られるまでの変形に時間を要し、生産ロスが多く発生する問題があった。また、ダイを変形させるために調整ボルトのトルクとして、大きな力が必要であった。

本発明は、上記の問題点や懸念点に鑑み、ダイを変形させるような大きな力を必要とせず、塗布後の膜の厚みを、高精度に、容易に短時間で調整するダイを提供することを目的としている。

本発明のダイは、幅方向に長く流体をためる空間であるマニホールドと、当該幅方向に広いスリットを経由して前記マニホールドと繋がり、前記流体をシート状に吐出する吐出口と、が形成されたダイにおいて、前記スリットの前記幅方向に長い壁面に前記幅方向に複数設けられ、圧力作用で前記スリットの前記幅方向に長い壁面に接する面と反対側の面である変位面が変位するダイヤフラムを有しており、前記ダイヤフラムは、前記変位面の大きさが異なる第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムを有することを特徴とする。

本発明のダイを使用することにより、ダイを変形させるよりも小さい力で、反応が早く、塗布する流体の流路断面形状を調整でき、塗布後の膜の厚みを、高精度に、容易に短時間で調整できる。また、塗布する流体の流路断面形状を更に細かく調整でき、塗布後の膜の厚みを、更に高精度に、容易に短時間で調整できる。

これにより、生産ロスを低減できる。

本発明のダイは、幅方向に長く流体をためる空間であるマニホールドと、当該幅方向に広いスリットを経由して前記マニホールドと繋がり、前記流体をシート状に吐出する吐出口と、が形成されたダイにおいて、前記スリットの前記幅方向に長い壁面に前記幅方向に複数設けられ、圧力作用で前記スリットの前記幅方向に長い壁面に接する面と反対側の面である変位面が変位するダイヤフラムを有しており、前記ダイヤフラムの前記変位面側に、前記ダイヤフラムを含む、少なくとも一部
の前記スリットの前記幅方向に長い壁面をカバーする薄板を設けることを特徴とする。

本発明のダイを使用することにより、ダイを変形させるよりも小さい力で、反応が早く、塗布する流体の流路断面形状を調整でき、塗布後の膜の厚みを、高精度に、容易に短時間で調整できる。また、前記ダイヤフラムの間が、前記薄板にて、つながることにより、前記ダイヤフラムの変位による前記スリットの塗布する流体の流路断面形状の変化が、前記ダイヤフラム間の変位を補間したなめらかな形状となるため、塗布後の膜の厚みを、更に高精度に、容易に短時間で調整できる。

本発明のダイは、幅方向に長く流体をためる空間であるマニホールドと、当該幅方向に広いスリットを経由して前記マニホールドと繋がり、前記流体をシート状に吐出する吐出口と、が形成されたダイにおいて、前記スリットの前記幅方向に長い壁面に前記幅方向に複数設けられ、圧力作用で前記スリットの前記幅方向に長い壁面に接する面と反対側の面である変位面が変位するダイヤフラムを有しており、複数の圧力調整バルブと、前記圧力調整バルブと１以上の前記ダイヤフラムをつなぐ接続配管をさらに有し、一つの前記圧力調整バルブにつながる、前記ダイヤフラムが占める前記スリットの前記幅方向に長い壁面の前記幅方向の範囲は、中央部が広く、端部が狭いことを特徴とする。

本発明のダイを使用することにより、ダイを変形させるよりも小さい力で、反応が早く、塗布する流体の流路断面形状を調整でき、塗布後の膜の厚みを、高精度に、容易に短時間で調整できる。また、塗布後の膜の前記スリットの幅方向に対する端部の厚みを高精度に制御できる。

本発明の塗布方法は、上記ダイを用いて、前記流体をシート状に吐出して塗布を行う塗布方法において、前記ダイヤフラムへの圧力供給手段にて、前記変位面を変位させ、流体の流路断面形状を調節することを特徴とする。

本塗布方法によれば、ダイを変形させるような大きな力を必要とせず、塗布後の膜の厚みを、高精度に、容易に短時間で調整できる。

本発明により、ダイを変形させるよりも小さい力で、反応が早く、塗布する流体の流路断面形状を調整でき、塗布後の膜の厚みを、高精度に、容易に短時間で調整でき、生産ロスを低減できる。

本発明のダイをロールｔｏロール方式の塗工設備に用いた一例を説明する図である。本発明のダイの実施例１の形態を表した図であり、（Ａ）は、図１のａ矢視であり、（Ｂ）は、図１のｂ矢視であり、（Ｃ）は、図１のｃ矢視を９０度回転させた図である。実施例１のダイを用いて、塗液３の流路断面形状の調整を伴って塗布する塗布方法を説明する図である。本発明のダイの実施例１の別の形態を説明する図である。本発明のダイの実施例２の形態を説明する図である。本発明のダイの実施例３の形態を説明する図である。

本発明のダイをロールｔｏロール方式の塗工設備に用いた一例を図１にて説明する。

図１に示す塗工設備１は、基材２の送り方向に直交する方向であり、また、図１におけるＹ軸方向である、基材２の幅方向に沿って長く構成されたダイ１０と、ダイ１０に塗液３を供給する塗液供給手段２０と、を備え、塗液供給手段２０から供給された塗液３をダイ１０に設けられた吐出口１１から吐出することにより、基材２に塗液３を塗布する。

ダイ１０において、その長手方向を本説明では幅方向といい、基材２の幅方向と同じ方向である。本実施例の塗工設備１では、ダイ１０に対向するロール５が設置されており、ダイ１０の幅方向とロール５の回転中心線の方向とは平行である。基材２は、このロール５に案内され、基材２とダイ１０の間隔が一定に保たれ、この状態で塗液３の基材２への塗布が行われる。

ダイ１０は、幅方向に長い空間であるマニホールド１２を内部に有しており、幅方向に長い空間を持ち、塗液３の流路であるスリット１３を経由して、吐出口１１と連通している。

本実施例では、便宜上、図１のａ矢視図である図２（Ａ）に示すように、マニホールド１２の幅方向の長さは、スリット１３の幅方向の長さと同じにしている。マニホールド１２の幅方向の長さは、塗液３の流動状態の解析結果等を考慮して、基材２に塗布される塗液３の基材２の幅方向の厚み分布が均一となるようにマニホールド１２の幅方向の長さを変えてもよい。

塗液供給手段２０から供給される塗液３は、マニホールド１２に連通する塗液供給口１４を通じて、一旦マニホールド１２内に貯えられ、スリット１３を経由して、幅方向に関し、スリット１３と同一の長さである吐出口１１から基材２に塗布される。

本発明の実施例１のダイ１０の特徴について、図１及び図２（Ｂ）、（Ｃ）にて説明する。図２（Ｂ）は、図１のｂ矢視図であり、図２（Ｃ）は、図１のｃ矢視を９０度回転させた図である。

図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、スリット１３の幅方向に長い側の内壁面には、圧力作用により変位を生じる複数の第１のダイヤフラム１５が幅方向に並ぶように設けられており、ダイ１０に複数設けられた圧力供給口１６を通じて、複数の第１のダイヤフラム１５と連通する圧力供給手段３０により、圧力を複数の第１のダイヤフラム１５に伝え、それぞれの第１のダイヤフラム１５が変位することにより、スリット１３の幅方向に長い側の内壁面の形状に変化を与え、スリット１３を流れる塗液３の流路断面形状に変化を与える。本実施例では、圧力供給手段３０での圧力伝達媒体は圧空を使用しているが、環境に応じて不活性ガス等の他の気体でもよいし、水圧や油圧等の液体でもよい。

本実施例では、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、スリット１３の幅方向を、端部（ｚ１）、中間部（ｚ２）、中央部（ｚ３）、中間部（ｚ４）、端部（ｚ５）の５つのゾーンに分けている。圧力供給源３６からの圧空配管３７を５つのゾーン（ｚ１〜ｚ５）対応する接続配管３１〜３５に分配し、接続配管３１〜３５には、圧力供給源３６からの圧力を調整する圧力調整バルブ４１〜４５を設け、５つのゾーン（ｚ１〜ｚ５）に属する第１のダイヤフラム１５をそれぞれ変位させている。

本実施例のダイ１０を使用した場合の基材２上に塗布される塗液３の幅方向の厚みを調整を伴って塗布する塗布方法について、一例を図３（Ａ）〜（Ｄ）を用いて以下に説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）は、塗液３を塗布後の基材２上の塗液３の幅方向の厚み分布の状態を表した図で、基材２の幅方向の断面図である。図３（Ｃ）、（Ｄ）は、第１のダイヤフラム１５を操作することによるスリット１３部の塗液３の流路断面形状の変化を表した図で、ダイ１０の図１におけるｂ矢視の断面図である。

最初に、５つのゾーン（ｚ１〜ｚ５）の第１のダイヤフラム１５への圧力を調整しない状態で、塗工設備１を運転し、基材２に塗液３を塗布した場合に、基材２上に塗布された塗液３の基材２の幅方向に対する厚みの分布状態が均一でなかったとする。一例を、図３（Ａ）に表す。本例では、基材２の幅方向に対し、基材２上に塗布された塗液３の厚みが、中央部が厚く、端部に向かって薄くなっている。

この状態は、スリット１３を流れる塗液３の幅方向の分布が、中央部（ｚ３）が多く流れ、中間部（ｚ２）および（ｚ４）から端部（ｚ１）および（ｚ５）にかけて、少なく流れていると考えられる。

ここで、基材２上に塗布される塗液３の基材２の幅方向の厚み分布が均一になるように、以下の操作を実施する。先ず、中央部（ｚ３）の第１のダイヤフラム１５へ供給する圧力を圧力調整バルブ４３を操作して他のゾーンに供給する圧力よりも高くし、端部（ｚ１）および端部（ｚ５）の第１のダイヤフラム１５へ供給する圧力を圧力調整バルブ４１および４５を操作して他のゾーンよりも低くし、中間部（ｚ２）および中間部（ｚ４）の第１のダイヤフラム１５へ供給する圧力は、圧力調整バルブ４２、４４を操作して、中央部（ｚ３）に供給する圧力と、端部（ｚ１）および端部（ｚ５）に供給する圧力との中間の圧力にする。

上記調整により、スリット１３内の塗液３が流れる流路断面形状を図３（Ｃ）の状態から図３（Ｄ）の状態に変化させ、スリット１３を流れる塗液３の幅方向の分布を均一にすることにより、基材２上に塗布される塗液３の基材２の幅方向の厚み分布が均一になるように調整する。

このように圧力調整バルブ４１〜４５を操作して、スリット１３を流れる塗液３の幅方向の分布を均一に調整することにより、基材２上に塗布された塗膜の幅方向の厚み分布を図３（Ａ）の状態から図３（Ｂ）の状態になるように、ダイ１０を変形させるより小さい力で、素早く調整できるため、調整による生産ロスを少なくできる。

また、ダイ１０を変形させずに基材２上に塗布された塗膜の幅方向の厚み分布を調整する塗布方法として、特開２０１５−１７６８２２公報にて、塗液３をダイ１０内部の流路の途中で流出または流入させる発明が開示されているが、本実施例の塗布方法では、塗液３をダイ１０内部の流路の途中で流出または流入させないため、塗液３のロスやコンタミネーションの問題もない。

本実施例では、複数の第１のダイヤフラム１５をダイ１０の幅方向に対し、５つのゾーンに分け、中央部（ｚ３）より中間部（ｚ２）、（ｚ４）を狭くし、更に端部（ｚ１）、（ｚ５）を中間部（ｚ２）、（ｚ４）より狭くしている。

これにより、基材２上に塗布された塗膜の幅方向の厚み分布において、端部を細かく調整できる。

ダイ１０の内部を流れる塗液３は、ダイ１０内の流路の幅方向端部の内壁面の壁面抵抗等の影響を受け流れにくくなる場合がある。

この場合、壁面抵抗等の影響を受ける範囲は、塗液３の物性にもよるが、幅方向端部の内壁面から一定の距離であり、それ以上の距離を離れると影響をあまり受けない。スリット１３の塗液３の流路は幅方向に長いため、壁面抵抗等の影響をあまり受けない範囲は、壁面抵抗の影響を受ける範囲に比べて広くなる。

また、壁面抵抗等の影響を受ける範囲内でも、壁面抵抗等の影響は幅方向端部の内壁面からの距離が近づくほど顕著に大きくなる。

壁面抵抗等の影響をあまり受けない広い範囲を一つのゾーンとし、中央部（ｚ３）とし、壁面抵抗等の影響を受ける範囲においては、更にゾーンを分け、幅方向端部の内壁面に近い顕著に壁面抵抗等の影響を強く受ける範囲を狭く、端部（ｚ１）、（ｚ５）とし、他方を、端部（ｚ１）、（ｚ５）より広く、中間部（ｚ２）、（ｚ４）とすることで、端部を細かく調整し、基材２上に塗布された塗膜の幅方向の厚み分布をより均一に調整できる。

また、本実施例では、複数の第１のダイヤフラム１５をダイ１０の幅方向に対し、５つのゾーンに分けて調整したが、調整するゾーンを更に細分化してもよい。

調整するゾーンを更に細分化することにより、基材２上に塗布された塗液３の塗膜の幅方向の厚み分布に対して更に細かい調整ができる。

また、図１において、基材２上に塗布された塗液３の塗膜の厚みを基材２の幅方向に渡って測定するセンサー６を設け、センサー６の測定データを用いて、制御装置７により、調整バルブ４１〜４５を制御してもよい。

この場合、更に早く、塗膜の幅方向の厚み分布が調整できるので、更に生産ロスが少なくなる。また、例えば、長時間の生産中にダイ１０内に塗液３の固形分等が付着していくような経時変化等により、基材２上に塗布された塗液３の、基材２の幅方向に対する厚み分布が変化した場合でも、自動的に調整できる。

また、圧空のみで制御できるので、防爆構造を要求される環境でも対応できる。

図１および図２（Ｂ）では、スリット１３の幅方向に長い側の内壁面の片側に複数の第１のダイヤフラム１５を設けたが、図４（Ａ）に示すようにスリット１３の幅方向に長い側の内壁面の両側に設けてもよい。

この場合、同じ変位量を有する第１のダイヤフラム１５の場合、片側のみに第１のダイヤフラム１５を設置するよりもスリット１３を流れる塗液３の流路断面形状を大きく変化させることができる。

本発明の実施例２のダイは、実施例１にて説明したダイ１０に、スリット１３の幅方向に長い側の内壁面に接する面と反対側の面の面積が、複数の第１のダイヤフラム１５よりも小さい、複数の第２のダイヤフラム１７を、スリット１３の幅方向に長い側の内壁面の幅方向に更に設けたものである。

本発明のダイの実施例２における形態の一例を図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および図４（Ｂ）に示す。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、ダイ１０の幅方向のスリット１３の幅方向に長い側の内壁面における第１のダイヤフラム１５と第２のダイヤフラム１７の配置を表した図で、図１におけるｃ矢視を９０°回転させた図である。図４（Ｂ）は、図１と同じ方向から見たダイ１０の断面図である。

図５（Ａ）に示す例では、塗液３の流れる方向に対し、複数の第２のダイヤフラム１７の下流側に、複数の第１のダイヤフラム１５を設けており、図５（Ｂ）に示す例では、図５（Ａ）に示す例と逆の配置としている。

図５（Ｂ）に示す例では、例えば、ダイ１０のマニホールド１２またはスリット１３等の形状に起因する塗膜の幅方向の厚み分布を、第１のダイヤフラム１５にて、大まかに調整し、第２のダイヤフラム１７にて微調整をするようにしても良い。

こうすることで、連続生産時に塗液３の成分がダイ１０の内部に付着したり、何らかの影響で塗液３の粘性等に変化が生じ、わずかに塗膜の幅方向の厚み分布に変化が生じた際に容易に微調整ができる。

図５（Ｃ）に示す例では、複数の第２のダイヤフラム１７と複数の第１のダイヤフラム１５を混在させている。

こうすることで、スリット１３を流れる塗液３の流路断面形状の調整において、第１のダイヤフラム１５の変位と隣り合う他の第１のダイヤフラムの変位の間を第２のダイヤフラム１７の変位で補間するような流路断面形状の調整ができる。

複数の第１のダイヤフラム１５または複数の第２のダイヤフラム１７の配置は、前述の例に限らず、ダイ１０にて塗布する塗液３の流動特性等を考慮して自由に配置できる。

また、これらは、図４（Ａ）に示すようにスリット１３の幅方向に長い側の内壁面の両側に設けてもよく、また、図４（Ｂ）に示すようにスリット１３の幅方向に長い側の内壁面の一方の面に複数の第１のダイヤフラム１５を設け、もう一方の面に複数の第２のダイヤフラム１７を設けてもよい。

それぞれ、２種類の大きさのダイヤフラムを用いることにより、基材２上に塗布された塗液３の、基材２の幅方向に対する厚みを更に細かく調整できる。

本発明の実施例３のダイは、実施例１または実施例２にて説明したダイ１０のスリット１３の幅方向に長い側の内壁面に設けた複数の第１のダイヤフラム１５または第２のダイヤフラム１７のスリット１３の幅方向に長い側の内壁面に接する面と反対側の面側にスリット１３の幅方向に長い側の内壁面をカバーする薄板１８を設けたものである。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に一例を示す。

図６（Ａ）、（Ｂ）は、図１と同じ方向から見たダイ１０の断面図であり、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のｄ矢視を９０°回転させた図であり、（Ｄ）は図６（Ｂ）のｅ矢視を９０°回転させた図である。図６（Ａ）および（Ｃ）は、第１のダイヤフラム１５または第２のダイヤフラム１７の変位がもっとも小さい状態であり、図６（Ｂ）および（Ｄ）は、図６（Ａ）の状態から第１のダイヤフラム１５または第２のダイヤフラム１７に圧力を更に与え変位させた状態を表している。

実施例３では、複数の第１のダイヤフラム１５または複数の第２のダイヤフラム１７を設けたスリット１３の幅方向に長い側の内壁面を幅方向に覆うように薄板１８が設けられている。薄板１８は、複数の第１のダイヤフラム１５または複数の第２のダイヤフラム１７が変位する力により、変形可能な部材であり、第１のダイヤフラム１５または第２のダイヤフラム１７の変位に合わせて、伸縮、または、塗液３の流れる方向もしくは幅方向に対し摺動を伴いながら変形する。薄板１８の材質は、例えば、樹脂やゴム、金属製の薄板等である。また、薄板１８を設けるスリット１３の幅方向に長い側の内壁面は、薄板１８と吐出口１１までの塗液３が流れる内壁面の形状に段差ができないよう、薄板１８の厚みまたは、複数の第１のダイヤフラム１５または複数の第２のダイヤフラム１７の厚みの量だけ、スリット１３の幅方向に長い側の内壁面を凹ませた形状としている。

複数の第１のダイヤフラム１５または複数の第２のダイヤフラム１７の各変位により、変形する薄板１８により、第１のダイヤフラム１５または第２のダイヤフラム１７間の変位が滑らかにつながり、図６（Ｄ）に示すように、スリット１３の塗液３が流れる流路断面形状の調整を第１のダイヤフラム１５または第２のダイヤフラム１７間の変位を補間したものにすることができる。これにより、基材２上に塗布された塗液３の、基材２の幅方向に対する厚みを更に滑らかに調整できる。

図６（Ａ）、（Ｂ）に示す例では、薄板１８は、スリット１３の幅方向に長い側の内壁面の片側のみに設けているが、両側に設けてもよい。

この場合、片側のみに第１のダイヤフラム１５または第２のダイヤフラム１７と薄板１８を設置するよりもスリット１３を流れる塗液３の流路断面形状を大きく変化させることができる。

以上のダイおよび塗布方法により、ダイを変形させるよりも小さい力で、反応が早く、塗布する流体の流路断面形状を調整でき、塗布後の膜の厚みを、高精度に、容易に短時間で調整でき、生産ロスを低減できる。

ここで、本発明のダイおよび塗布方法は、以上で説明した形態に限らず、本発明の範囲内において他の形態であってもよい。たとえば、枚葉方式の塗布装置に用いられるダイに適用し、シート状の基材に流体を塗布する場合や、溶液製膜装置等に適用し、平板上に流体を塗布し、シートを形成する場合や、ロール上に直接流体を塗布し、シートを形成する場合等に使用されるダイにも適用できる。

１塗工設備
２基材
３塗液
５ロール
６センサー
７制御装置
１０ダイ
１１吐出口
１２マニホールド
１３スリット
１４塗液供給口
１５第１のダイヤフラム
１６圧力供給口
１７第２のダイヤフラム
１８薄板
２０塗液供給手段
３０圧力供給手段
３１、３２、３３、３４、３５接続配管
３６圧力供給源
３７圧空配管
４１、４２、４３、４４、４５圧力調整バルブ

Claims

幅方向に長く流体をためる空間であるマニホールドと、
当該幅方向に広いスリットを経由して前記マニホールドと繋がり、前記流体をシート状に吐出する吐出口と、が形成されたダイにおいて、
前記スリットの前記幅方向に長い壁面に前記幅方向に複数設けられ、
圧力作用で前記スリットの前記幅方向に長い壁面に接する面と反対側の面である変位面が変位するダイヤフラムを有しており、
前記ダイヤフラムは、前記変位面の大きさが異なる第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムを有することを特徴とするダイ。
幅方向に長く流体をためる空間であるマニホールドと、
当該幅方向に広いスリットを経由して前記マニホールドと繋がり、前記流体をシート状に吐出する吐出口と、が形成されたダイにおいて、
前記スリットの前記幅方向に長い壁面に前記幅方向に複数設けられ、
圧力作用で前記スリットの前記幅方向に長い壁面に接する面と反対側の面である変位面が変位するダイヤフラムを有しており、
前記ダイヤフラムの前記変位面側に、前記ダイヤフラムを含む、少なくとも一部の前記スリットの前記幅方向に長い壁面をカバーする薄板を設けたことを特徴とするダイ。
幅方向に長く流体をためる空間であるマニホールドと、
当該幅方向に広いスリットを経由して前記マニホールドと繋がり、前記流体をシート状に吐出する吐出口と、が形成されたダイにおいて、
前記スリットの前記幅方向に長い壁面に前記幅方向に複数設けられ、
圧力作用で前記スリットの前記幅方向に長い壁面に接する面と反対側の面である変位面が変位するダイヤフラムを有しており、
複数の圧力調整バルブと、
前記圧力調整バルブと１以上の前記ダイヤフラムをつなぐ接続配管をさらに有し、
一つの前記圧力調整バルブにつながる、前記ダイヤフラムが占める前記スリットの前記幅方向に長い壁面の前記幅方向の範囲は、
中央部が広く、端部が狭いことを特徴とするダイ。
請求項１から請求項３のいずれかのダイを使用し、前記流体をシート状に吐出して塗布を行う塗布方法において、
前記ダイヤフラムへの圧力供給手段にて、前記変位面を変位させ、
流体の流路断面形状を調節することを特徴とする塗布方法。