(57)【要約】【課題】塗工液のせん断速度が低い領域で粘度が高い塗工液をグラビアコーターで塗工する場合に、塗工液を安定的に液受けパンに供給し、均一な塗膜を得るための塗工装置を提供することを課題とする。【解決手段】グラビアロールに塗工液を転写させるために設置した前記グラビアロールと同心円上に配置された円弧状の液受けパンと、グラビアロールの回転方向の下流側で、前記液受けパン内の塗工液の液面より高い位置から塗工液を、液受けパンに注液する注液口を有したことを特徴とする塗工装置である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラビアロールと、グラビアロールに塗工液を転写させるために設置したグラビアロールと同心円上に配置された円弧状の液受けパンと、グラビアロールの回転方向の下流側で、前記液受けパン内の塗工液の液面より高い位置から塗工液を、液受けパンに注液する注液口と、を有したことを特徴とする塗工装置。
【請求項２】
グラビアロールと、グラビアロールに配置された液受けパンと、グラビアロールの回転方向の下流側で、前記液受けパン内の塗工液の液面より高い位置に塗工液を液受けパンに注液する注液口を有し、前記液受けパンが、グラビアロールの回転方向の上流側の底部とロールまでの距離が１０ｍｍ未満であり、且つグラビアロールの回転方向の下流側の底部とロールまでの距離が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とする塗工装置。
【請求項３】
前記注液口が、塗工液の液面から垂直方向に２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の高さの位置に設置されることを特徴とする請求項１または２に記載の塗工装置。
【請求項４】
前記注液口が、ファウンテン型のノズル形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造装置。
【請求項５】
せん断速度１［１／ｓ］の時のせん断粘度が１０００［ｍＰａ・ｓ］以上２００００［ｍＰａ・ｓ］以下の粘度を示す塗工液を用いたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の塗工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘度の高い塗工液をグラビアコーターで塗工する場合に、塗工液を安定的に送液させ、均一な塗膜を得るための塗工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラビア塗工方法は、現在様々な塗工液の塗工方法として広く利用されている。この塗工方法は、塗工液をグラビアロールにのせ、ドクター刃で余分な塗工液を掻き落とし、グラビアロールの凹部にあるインキを基材に転写することにより、塗工が容易に実現できるので、塗工液物性の適用可能範囲は、他の塗工方式と比べて広い。
【０００３】
しかし、グラビアロールに塗工液をのせるのは、液受けパンの中に塗工液を入れた状態でロールを浸漬させながらのせていくので、液受けパンの中の塗工液の管理が成り行きになり難しい。例えば、塗工液中の溶媒が、大気開放された液受けパン内で蒸発するため、液受けパン中で粘度上昇が起き、基材上の塗膜にバラツキが生じ、塗工物の品質管理上問題となる。
【０００４】
一般的に、上記の問題は、液受けパンの中の塗工液を廃液口から一定量抜き取りながら再度注液側に循環させることで、液受けパンの中の塗工液の状態を一定化して回避している。しかし、循環させるためには、ある程度粘度が低いことが必須条件になり、高粘液の場合は難しくなる。特に液受けパンの中にある状態では、せん断力がかからないため、せん断速度の低い領域で粘度が高い塗工液は、液受けパン内において滞留部ができるなど扱いが難しくなる。
【０００５】
塗工液の品質管理の観点では、なるべく開放部を少なくして塗工液の流れを一方向にすることが効果的である。塗工方法としてはグラビア法とは異なるが、ダイ塗工などはその良い例である。しかしダイ塗工では、開放部がなく塗工液の流れを一方向にすることはできるが、特に粘度が高い塗工液と塗工する場合、基材の幅方向に塗工量のバラツキが生じ、好ましくない。また、特許文献１のように、ファウンテン型のノズルを直接グラビアロールに塗工液を吐出させるために使用する方法が提案されている。
【０００６】
しかし、この方法では、グラビアロールに塗工液をのせるところまでは、開放部がなく一方向であり好ましいが、ノズルから吐出させてグラビアロールにのせるためには、ロールとノズルとの間隙を設定する必要がある。特許文献１では、ドクター刃とノズルが一体化した形状であるが、ドクター刃で掻き落し、塗工量のバラツキを抑えることも可能であるが、完全には抑えることができず、また粘度が高い塗工液になればなるほど難しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１２８５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
塗工液のせん断速度が低い領域で粘度が高い塗工液をグラビアコーターで塗工する場合に、塗工液を安定的に液受けパンに供給し、均一な塗膜を得るための塗工装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、液受けパンへの塗工液の供給方法と液受けパン中の塗工液の状態を特定することで、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、グラビアロールと、グラビアロールに塗工液を転写させるために設置したグラビアロールと同心円上に配置された円弧状の液受けパンと、グラビアロールの回転方向の下流側で、前記液受けパン内の塗工液の液面より高い位置から塗工液を、液受けパンに注液する注液口と、を有したことを特徴とする塗工装置である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、グラビアロールと、グラビアロールに配置された液受けパンと、グラビアロールの回転方向の下流側で、前記液受けパン内の塗工液の液面より高い位置に塗工液を液受けパンに注液する注液口を有し、前記液受けパンが、グラビアロールの回転方向の上流側の底部とロールまでの距離が１０ｍｍ未満であり、且つグラビアロールの回転方向の下流側の底部とロールまでの距離が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とする塗工装置である。
請求項３に記載の発明は、前記注液口が、塗工液の液面から垂直方向に２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の高さの位置に設置されることを特徴とする請求項１または２に記載の塗工装置である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記注液口が、ファウンテン型のノズル形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造装置である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、せん断速度１［１／ｓ］の時のせん断粘度が１０００［ｍＰａ・ｓ］以上２００００［ｍＰａ・ｓ］以下の粘度を示す塗工液を用いたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の塗工装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は以上のような構成であるので、せん断速度が低い領域で粘度が高い塗工液でも、塗工量のバラツキを抑えることができる。塗工液の物性を管理しながら、グラビアコーターで塗工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一般的なグラビアコーターの一例を示す説明図である。
【図２】本発明によるグラビア塗工部の一例を示す説明図である。
【図３】本発明によるグラビア塗工部の液受けパンの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。図１に一般的なグラビアコーターの概略図を示す。
【００１７】
液受けパン１３に塗工液が供給されるとグラビアロール１２によって掻き揚げられてドクター刃２０で計量された後、基材に転写される。このとき、グラビアロール１２が基材走行方向に対して同じ方向に進むものをダイレクト方式といい、逆方向に進むものをリバース方式という。また、バックアップロール１１がグラビアロール１２に対して押し付ける位置に設置されるものやバックアップロール１１がないキス方式などあるが、本発明はどの方法であっても有効である。
【００１８】
本発明は、液受けパンへの塗工液の供給方法を規定するものであり、ドクター刃の形状や材質、設置位置や角度には効果を限定されない。また、グラビアロールについても同様で、彫刻されるパターンやロール径、材質等には限定されない。
【００１９】
塗工液の液受けパン１３への供給は、一般的には送液ポンプ１６により送液される。本発明に用いられるせん断速度が低い領域での粘度が高い塗工液では、液受けパン内で、塗工液の供給口近傍及び回転するグラビアロールの近傍でしか、塗工液の流動性がなく、他の場所では、塗工液の滞留が生じる。
【００２０】
そこで本発明では、図２のようにグラビアロール１２と同心円上に配置された円弧状の液受けパン２１と、液受けパン２１に塗工液を供給するファウンテン型ノズル２３からなり、ノズル２３は、グラビアロール回転方向の下流側で、塗工液の液面より高い位置に設置する。
【００２１】
グラビアロールの回転方向の上流側とは、基材１０へ塗工液を塗工したグラビアロールが再度液受けパン内の塗工液と接触する側のことをいい、また、下流側とは、液受けパン内の塗工液と接触したグラビアロールが基材へ向かう側のことをいう。
【００２２】
ここで、グラビアロールと同心円上に配置された円弧状の液受けパンとは、図２のように液受けパンがグラビアロールに沿った円弧状の底面を有している構造であり、且つ、その円弧の中心がグラビアロールの中心と一致するように配置したことをいう。
【００２３】
せん断速度が低い領域で粘度が高い塗工液では、グラビアロールの回転によって掻き上げられる塗工液をドクター刃で掻き落とす直前の液面近傍での塗工液の流動性が特に重要であり、ここでの塗工液の流動性にバラツキがある場合は、掻き上げ量が幅方向で不均一となり、塗布量のバラツキを抑えることができず、塗膜ムラを発生させる危険性がある。
【００２４】
そこで本発明では、ファウンテン型ノズルによる塗工液の注液をグラビアロール回転方向の下流側から、さらに塗工液の液面の高さより高い位置から行う。グラビアロールの回転によるせん断力と液面より高い位置から落下してくる塗工液の流れにより、グラビアロール回転方向の下流側の液受けパン内に、グラビアロールと逆回転方向の塗工液の流れ２５を生じさせ、幅方向に均一な流動性を持たせることができる。
【００２５】
ここで、図３に示すように、ファウンテン型ノズル２３の注液口２４は、塗工液液面から垂直方向に２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の位置２６にあることが望ましい。２０ｍｍ未満の場合は液受けパン内で十分な液の流動性が得られない恐れがある。また、１００ｍｍより高くした場合は、落下してくる塗工液と液受けパン内の塗工液が接液した時に泡が発生し、塗工面に泡からくる塗膜ムラを生じさせる危険性がある。
【００２６】
また、本発明は、液受けパン２１において、グラビアロールの回転方向の上流側の底部とロールまでの距離２７が１０ｍｍ未満であり、且つグラビアロールの回転方向の下流側の底部とロールまでの距離２８が、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
グラビアロールの回転方向の上流側の底部とグラビアロールまでの距離が１０ｍｍ未満では、グラビアロールの回転によるせん断力で液の流動性が得られ、滞留部分をほぼゼロにすることができる。
【００２８】
しかし、液受けパンの円弧全体を１０ｍｍ未満に設定した場合には、液受けパンを設置したことによる緩衝の効果が出ない。
【００２９】
そこでグラビアロールの回転方向の下流側の底部とロールまでの距離を１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に広げることにより、緩衝の効果を残しつつ、塗工液の滞留部を減らすことができる。
【００３０】
またグラビアロールの回転方向の下流側の底部とロールまでの距離を１００ｍｍ以上広げた場合には滞留部が増える恐れがあり、好ましくない。
【００３１】
ファウンテン型ノズル２３のスリットは、ポンプの耐圧に影響を与えない範囲で設定されるべきで、一般的には１００μｍから１ｍｍの間の値を取る。ノズルの開口幅は、グラビア版の塗工幅（版の模様が彫刻されている幅）とほぼ同等が好ましいが、完全に等しい必要はなく、塗工幅よりも狭いのは端部の不均一などの問題を起こすが、広いのは１００ｍｍほどの範囲であれば問題ない。
【００３２】
液受けパンへの塗工液の供給量については、なるべく塗工量と等しくすることが望まれるが、溢れ出た塗工液を受けて、適切に排出するためのパンを設置して、二重パンにすることも可能である。ただし、このときに塗工液の物性管理の観点から、元の供給系にこの塗工液を戻さず廃棄する工程を設けてもよい。そのためにも供給量は管理されるべきである。
【００３３】
液受けパンの端部は、グラビアロールのロール面長より長くし、５０ｍｍ以内の幅におさめる。それより長くなると端部に滞留部が出来やすく、本発明に用いられるようなせん断速度が低い領域で粘度が高い塗工液になればなるほど、その滞留による問題は大きくなる。但し、グラビアロールと液受けパンの端部が接触すると異物故障を発生させたりするため、ロール面長より５ｍｍ以上長くなる必要がある。
【００３４】
液受けパンを構成する材質は、ステンレスやアルミなど金属であることが一般的で、形状の精度がそこまで要求されないため、軽い材質で製作することが望ましい。洗浄性を考えて内面をフッ素樹脂コーティングしておくことも可能である。
【００３５】
ファウンテン型ノズルと液受けパンの接続は溶接で行って、連続的に安定した塗工液の供給を行い、泡を発生させないようにすることが好ましい。また、作業性を考えた時にファウンテンノズルと液受けパンを分離することも可能であるが、その場合ファウンテン型ズルの先端に樹脂で作成したパッキンを設けて、その接続部から塗液が漏れ出すことを防ぐ必要がある。
【００３６】
本発明に用いられる塗工液は、せん断速度が低い領域で粘度が高い塗工液でも安定して塗工ができ、塗工量のバラツキを抑えることができる。特にせん断速度１［１／ｓ］の時のせん断粘度が１０００［ｍＰａ・ｓ］以上２００００［ｍＰａ・ｓ］以下の粘度を示す塗工液には効果大きい。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３８】
図１に示すような一般的なグラビアコーターを使って塗工した場合と、本発明の図２に示すような塗工部を設けたグラビアコーターを使って塗工した場合と比較した。塗工液は、アクリル樹脂を主成分としてメチルエチルケトンを溶媒とした塗工液で、中に架橋剤を加えることでせん断速度１［１／ｓ］時のせん断粘度が、ハーケ社製のレオメーターＲＳ７５で測定したとき７０００［ｍＰａ・ｓ］を示したものを使用した。一般的なグラビアコーターの場合は、運転経時で溶媒の蒸発が進み、液受けパン端部が滞留部になり、次第にグラビアロールにより液が掻き揚げられなくなり、塗工幅方向に基材上での塗膜面の抜けが観察されるようになった。一方で本発明の方法であれば、特に問題なく塗工が可能であった。以上より本発明の効果が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
塗工液の物性管理がシビアなものでも、グラビアコーターで問題なく塗工できる製造装置に関するものであって、グラビアコーターで塗工する製品であれば遍く有効である。
【符号の説明】
【００４０】
１０・・・基材
１１・・・バックアップロール
１２・・・グラビアロール
１３・・・液受けパン
１４・・・循環系
１５・・・送液タンク
１６・・・送液ポンプ
１７・・・乾燥ゾーン
２０・・・ドクター刃
２１・・・本発明の液受けパン
２２・・・廃液回収パン
２３・・・ファウンテン型ノズル
２４・・・注液口
２５・・・液受けパン内の液の流れ
２６・・・塗工液面と注液口までの高さ
２７・・・上流側の底部とグラビアロールまでの距離
２８・・・下流側の底部とグラビアロールまでの距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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