JP4646664B2

JP4646664B2 - 塗布装置

Info

Publication number: JP4646664B2
Application number: JP2005089833A
Authority: JP
Inventors: 俊之高橋; 洋吉羽
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: JP2006263686A

Description

本発明は、連続したフィルムなどのウェブ状の被塗布材に対して塗工液を塗布するカーテンコート方式の塗布装置に関し、特に、エレクトロニクス製品、光学製品、ディスプレイ製品などの製造において、精密塗工、薄膜塗工、高速塗工等が必要となる印刷、コーティング等に用いるのに好適な塗布装置に関する。

従来、連続したウェブ（被塗工材）に対して塗工を行なう塗布装置として、図５に示すように、コーティングヘッド１から塗工液を液膜２として流下させ、その液膜２を、下方の塗布位置に支持ロール３で支持され走行しているウェブ４に塗布する構成のカーテンコート方式の塗布装置が知られている。

ところが、このカーテンコート方式の塗布装置は、液膜２に揺らぎが起こりやすく、塗布膜厚の均一性が低下することが多く、特に薄膜塗工の場合に大きい問題となり、精密塗工、薄膜塗工が困難であった。この液膜２の揺らぎを抑制するには、コーティングヘッド１から流下する塗工液の粘度を高くすることが有効であるが、塗工液の粘度を高くすると、液切れにより成膜が難しいという問題が生じる。また、正常な塗工が行なわれている場合、流下した液膜２がウェブ４に接触する位置において上流側に少し膨らんだ部分２ａが形成された状態となって、ウェブ４に同伴した空気がウェブ４と液膜２との間に侵入するのを防いでいるが、高速塗工を行なった場合、図６に示すように、ウェブ４による同伴空気が増大してウェブ４と液膜２の間に空気５が侵入し、塗布面の抜けが生じるという問題があった。これを防止するには、液膜２の粘度を低下させることが、上流側の膨らんだ部分２ａを大きくできるので有効であるが、前記したように液膜２の粘度を低くすると揺らぎが拡大して塗布膜厚が不均一となってしまう。このような理由により、カーテンコート方式の塗布装置では、精密塗工、高速塗工、薄膜塗工がきわめて困難であった。

本発明はかかる状況に鑑みてなされたもので、液膜の揺らぎを防止し、且つ空気同伴現象による塗布面の抜けなどの品質低下を防止して、精密塗工、高速塗工、薄膜塗工等を可能としたカーテンコート方式の塗布装置を提供することを課題とする。

本発明は上記課題を解決するため、コーティングヘッドから塗工液を液膜として流下させる際、塗工液のみならず、電気粘性流体からなる補助液も同時に吐出し、塗工液と補助液を２層以上の多層液膜として流下させ、その多層液膜がコーティングヘッドから下方の被塗布材に接触するまでの間の領域には電場印加装置によって電場を生じさせ、その電場によって電気粘性流体を高粘度化して揺らぎを防止し、被塗布材へ接触して塗布される時には電気粘性流体が電場から離れることで元の低粘度に戻し、被塗布材の同伴空気の侵入を防止するという構成としたものである。

ここで、補助液は被塗布材に塗布した後も、そのまま塗膜の一部として残しておいてもよいが、除去する必要がある場合には、コーティングヘッドで塗工液と電気粘性流体からなる補助液を多層液膜として流下させる際、補助液を多層液膜の一方の表面側に位置させておくと共にその補助液が外面側となるように被塗布材に塗布する構成とし、更に、被塗布材に対する多層液膜の塗布位置よりも下流に、外面側に位置する補助液を除去する掻き取り装置を備える構成とすればよい。

また、コーティングヘッドから流下する塗工液と補助液の多層液膜を直接被塗布材に塗布する代わりに、コーティングヘッドからの多層液膜を、転写ロールに、補助液を内面側にして塗布し、次いでその転写ロールに塗布された多層液膜を被塗布材に転写させて補助液を外面側とし、その後、被塗布材に転写された多層液膜から、外面側に位置する補助液を掻き取り装置によって掻き取る構成としてもよい。

本発明の塗布装置によれば、コーティングヘッドから流下している多層液膜に電場を印加することで、多層液膜中の電気粘性流体の粘度を高くでき、このため、塗工液のみを膜状に流下させる場合に比べて、塗工液に高粘度の補助液が加わった多層液膜では膜厚増加、粘度増加によって揺らぎがきわめて生じにくく、高速塗工を行なう場合でも、また、塗工液の膜厚を薄くした場合でもやはり多層液膜の揺らぎがきわめて生じにくく、塗布膜厚の均一性を向上でき、精密塗工、高速塗工、薄膜塗工が可能となる。また、コーティングヘッドから流下する塗膜の揺らぎを、補助液の積層及び電場印加で回避できるので、コーティングヘッドからの吐出時の塗工液及び補助液の粘度を低くでき、これによって液切れが生じにくく、成膜が容易となる。更に、多層液膜が被塗工材或いは転写ロールに接触する際には、電場印加は解除されているため、元の低粘度に戻っており、高速塗工時においても空気同伴現象による塗布面の抜けも防止できる。かくして、本発明の塗布装置は、精密塗工、高速塗工、薄膜塗工等を行なうことができるといった効果を有している。

図１は本発明の好適な実施の形態に係る塗布装置の概略断面図、図２はその塗布装置の概略正面図である。全体を参照符号１０で示す塗布装置は、多層液膜１２を流下させるコーティングヘッド１１と、コーティングヘッド１１から流下する多層液膜１２がウェブ（被塗布材）１４に塗布されるよう、そのウェブ１４をコーティングヘッド１１の下方の所定の位置に支持して走行させる支持搬送手段（この実施の形態では支持ロール１５）と、コーティングヘッド１１から流下している多層液膜１２に電場を印加する電場印加装置１６等を備えている。このコーティングヘッド１１は、塗工液１７を吐出するスリット１１ａと電気粘性流体からなる補助液１８を吐出するスリット１１ｂを備え、両スリット１１ａ、１１ｂから塗工液１７と補助液１８を吐出することで、塗工液１７と補助液１８とが積層された形態の多層液膜１２を流下させることができるものである。なお、コーティングヘッド１１は、塗工液１７と補助液１８の２層からなる多層液膜１２を形成するものに限らず、３層以上の多層液膜、例えば、２種類以上の塗工液と補助液とで形成した３層以上の多層液膜を形成するものとしてもよい。コーティングヘッド１１は、多層液膜１２における補助液１８が、ウェブ１４に接触する側となってウェブ１４に塗布されるよう、塗布位置におけるウェブ１４の流れ方向に対して上流側となるように、配置されている。

電場印加装置１６は、コーティングヘッド１１から流下している多層液膜１２の補助液１８に電場を印加して高粘度化するためのものであり、流下中の多層液膜１２の両端縁に接触するように配置された一対の電極２１、２２と、その電極２１、２２に直流電圧を印加する電源２３等を備えている。電極２１、２２はコーティングヘッド１１と支持ロール１５との間のほぼ全域に配置されるが、支持ロール１５に支持されているウェブ１４に接触する補助液１８には電場を印加しないよう、電極２１、２２の下端がウェブ１４から上方に若干離れた位置となるように取り付け位置及び長さが定められている。

次に、この塗布装置による塗工動作を説明する。図１、図２に示すように、コーティングヘッド１１から塗工液１７と補助液１８とを吐出して積層し、２層構造の多層液膜１２を形成して流下させ、支持ロール１５に支持されて走行中のウェブ１４上に塗布する。その多層液膜１２の流下中に、多層液膜１２の両縁に接する位置に設けている電極２１、２２によって多層液膜１２に電場を印加する。ここで、補助液１８には、電場無印加時には低粘度であるが、電場印加時には高粘度となる特性を持った電気粘性流体（ＥＲ流体）が用いられており、電場を印加された多層液膜１２内の補助液１８が高粘度となる。このため、多層液膜１２では、塗工液１７のみを膜状に流下させる場合に比べて、補助液１８による膜厚増加及びその補助液１８の高粘度化によってきわめて揺らぎが生じにくくなり、高速塗工時においても、或いは塗工液１７の膜厚を薄くした場合においても、多層液膜１２の揺らぎが防止される。かくして、ウェブ１４上に均一厚さに補助液１８と塗工液１７が塗布される。また、コーティングヘッド１１から流下した多層膜液１２がウェブ１４に接触する時点では、電場は印加されていないため、補助液１８は元の低粘度に戻り、このため、図１に示すように、ウェブ１４の流れ方向の上流側に補助液１８による膨らんだ部分１８ａが形成され、これがウェブ１４の同伴空気の侵入を防止する。かくして、高速塗布においても空気同伴現象による塗布面の抜けを良好に防止できる。

ここで、塗工液１７の粘度としては、従来のカーテンコート方式の塗布装置に用いているのと同様としてもよいが、前記したように、流下中の多層液膜１２中の補助液１８が高粘度となって揺らぎを防止するので、塗工液１７のコーティングヘッド１１からの吐出位置における粘度は高くしなくてもよく、成膜しやすい低い粘度に選定することが可能となる。例えば、塗工液１７の粘度としては、１０〜５０００ｃｐｓ程度の範囲内を例示でき、更には、１０〜１０００ｃｐｓ程度に選定することが好ましい。一方、補助液１８の電場無印加時の粘度としては、高速塗工を行なう場合においてもウェブ１４の空気同伴現象を防止しうるよう、低く選定することが好ましく、例えば、１〜１００ｃｐｓ程度に選定することが好ましい。一方、電場印加時の粘度は、多層液膜１２の揺らぎを防止する上から高くなるように選定することが好ましく、例えば、１０００〜１００００ｃｐｓ程度に選定することが好ましい。電場印加時の粘度が、１０００〜１００００ｃｐｓの粘度範囲内となるようにするには、補助液１８の組成選定及び電極２１、２２への印加電圧の調整により行なうことができる。

以上のようにして、ウェブ１４上に補助液１８と塗工液１７を塗布した後は、乾燥、硬化工程或いは冷却工程を経て、ウェブ１４上に補助液１８による層と塗工液１７による層とからなる塗膜を備えた製品が製造される。

上記した実施の形態は、補助液１８により形成される層を塗膜内に残した形態の製品を製造する場合のものであるが、必要に応じ、補助液１８をウェブに塗布した後で除去することも可能である。以下、その場合の実施の形態を説明する。図３に示す実施の形態に係る塗布装置１０Ａは、図１に示す塗布装置１０と同様に、多層液膜１２を流下させるコーティングヘッド１１と、その下方に配置され、ウェブ１４を支持して走行させる支持ロール１５と、コーティングヘッド１１から流下している多層液膜１２に電場を印加する電場印加装置１６等を備えているが、図１の塗布装置１０とは異なり、支持ロール１５の回転方向及びウェブ１４の流れ方向を反対としており、塗工液１７がウェブ１４に接する位置となり、補助液１８が外面側となるように、多層液膜１２を塗布する構成としている。そして、支持ロール１５の下側の位置に、エアナイフ、ドクターナイフ等の補助液１８を掻き取る掻き取り装置２６を設け、外面側の補助液１８を掻き取って回収タンク２７に回収する構成としている。この塗布装置１０Ａでは、ウェブ１４上に塗工液１７のみによる塗膜を形成できる。なお、塗布装置１０Ａでは、塗工液１７がウェブ１４の流れ方向に対して上流側となっているため、同伴空気現象を防止するには、ウェブ１４の流れ方向の上流側に塗工液１７による膨らんだ部分１７ａを安定して生じさせることが必要となる。このため、塗工液１７の粘度は極力低く選定しておくことが好ましい。

図４は更に他の実施の形態に係る塗布装置１０Ｂを示すものである。この塗布装置１０Ｂは、図１に示す塗布装置１０と同様に、多層液膜１２を流下させるコーティングヘッド１１と、コーティングヘッド１１から流下している多層液膜１２に電場を印加する電場印加装置１６を備えているが、図１の塗布装置１０とは異なり、流下する多層液膜１２を受ける位置には転写ロール３０を設け、その転写ロール３０に補助液１８を内面側にして多層液膜１２を塗布する構成とし、更にその下に、ウェブ１４を支持して走行させる支持ロール１５を配置し、ウェブ１４に転写ロール３０の多層液膜１２を、補助液１８が外面側となるように転写させるようにしている。また、その支持ロール１５の下側の位置には、エアナイフ、ドクターナイフ等の補助液１８を掻き取る掻き取り装置２６を設け、外面側の補助液１８を掻き取って回収タンク２７に回収する構成としている。この塗布装置１０Ｂでも、ウェブ１４上に塗工液１７のみによる塗膜を形成できる。また、塗布装置１０Ｂでは、転写ロール３０に多層液膜１２を塗布する際、補助液１８を内面側としているので、同伴空気現象を防止するには、転写ロール３０の流れ方向の上流側に補助液１８による膨らんだ部分１８ａを安定して生じさせればよく、このため、補助液１８の粘度を低く選定すればよく、塗工液１７の粘度選択には制約がない。

図１、図２に示す塗布装置を用いて次の仕様、条件で塗工試験を行い、成膜状態、空気同伴現象の有無を検査した（実施例１）。
（１）塗布装置
コーティングヘッド１１の吐出幅（塗布幅）：４００ｍｍ
スリット１１ａギャップ寸法：１００μｍ
スリット１１ｂギャップ寸法：１００μｍ
コーティングヘッド１１から支持ロール１５までの距離：３００ｍｍ
電極２１、２２長さ：２８０ｍｍ
（２）塗布条件
ウェブ１：ＰＥＴ厚さ７５μｍ×幅５００ｍｍ
ウェブ走行速度：８０ｍ／分
塗工液１７：アクリル系樹脂の溶液、粘度１０００ｃｐｓ
塗膜厚さ（ｗｅｔ状態）：約１００μｍ
補助液１８：電気粘性流体、電場無印加時粘度１００ｃｐｓ
１０ｃｍ当り１ＫＶ電圧印加時粘度２０００ｃｐｓ
塗膜厚さ（ｗｅｔ状態）：約１００μｍ
電極２１、２２間印加電圧：５ＫＶ
（３）結果を表１に示す。

また、比較例１として、図５に示す塗布装置についても、実施例１と同じウェブ、同じ塗工液を用いて、同じ塗工条件で塗布試験を行なった。その結果も表１に示す。

表１の結果から明らかなように、実施例１の塗布装置を用いることで、流下している液膜の揺らぎを防止し且つ空気同伴現象も防止できることを確認できた。従って、本発明の塗布装置を用いることで、精密塗工、高速塗工、薄膜塗工等を行なうことができる。

本発明の塗布装置は、精密塗工、薄膜塗工、高速塗工が可能であることから、エレクトロニクス製品分野、光学製品分野、ディスプレイ製品分野などの製造工程において、基材に塗膜を形成するための塗布装置に用いることが好ましいが、これに限らず、他の任意の用途の塗布に用いても良い。

本発明の好適な実施の形態に係る塗布装置の概略断面図図１に示す塗布装置の概略正面図本発明の他の実施の形態に係る塗布装置の概略断面図本発明の更に他の実施の形態に係る塗布装置の概略断面図従来の塗布装置の１例を示す概略側面図従来の塗布装置に生じる空気同伴現象を説明する概略断面図

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ塗布装置
１１コーティングヘッド
１１ａ、１１ｂスリット
１２多層液膜
１４ウェブ
１５支持ロール
１６電場印加装置
１７塗工液
１８補助液
２１、２２電極
２３電源
２６掻き取り装置
３０転写ロール

Claims

塗工液と電気粘性流体からなる補助液を２層以上の多層液膜として流下させるコーティングヘッドと、該コーティングヘッドから膜状に流下する多層液膜が被塗布材に塗布されるよう該被塗布材を所定の位置に支持して走行させる支持搬送手段と、前記コーティングヘッドから流下する多層液膜中の電気粘性流体を高粘度化するよう前記コーティングヘッドと前記支持搬送手段の間に電場を印加する電場印加装置を有する塗布装置。
前記多層液膜における電気粘性流体からなる補助液を、前記多層液膜の一方の表面側に位置させておくと共にその補助液が外面側となるように前記多層液膜を前記被塗布材に塗布する構成とし、更に、前記被塗布材に対する多層液膜の塗布位置よりも下流に、外面側に位置する前記補助液を除去する掻き取り装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
塗工液と電気粘性流体からなる補助液を２層以上の多層液膜として且つ前記補助液を多層液膜の一方の表面側に位置させて流下させるコーティングヘッドと、該コーティングヘッドから膜状に流下する多層液膜が、前記補助液を内面側として塗布されるように配置された転写ロールと、前記コーティングヘッドから流下する多層液膜中の電気粘性流体を高粘度化するよう前記コーティングヘッドと前記転写ロールの間に電場を印加する電場印加装置と、前記転写ロールに塗布された前記多層液膜が被塗布材に転写されるよう該被塗布材を所定位置に保持して走行させる支持搬送手段と、前記被塗布材に転写された多層液膜から外面側に位置する前記補助液を除去する掻き取り装置を備えたことを特徴とする塗布装置。