(57)【要約】【課題】  出口幅に渡り塗布媒体を高い均一性で分布させることができ、コスト効率良く製造できるカーテン式塗布機を提供する。【解決手段】  実質的に重力下で移動する、移動する紙もしくはボードウェブにカーテンの形態で塗布媒体を放出するカーテン式塗布機であって、塗布媒体が少なくとも1つの供給ラインを介して供給される放出幅方向に延びる第１の空隙を含むホッパーと、出口スロットを介して塗布媒体をカーテンの態様で放出する測定チャネルとを備える。測定チャネル（２）は、多数の個別ガイドチャネルに分割され、ガイドチャネルは、互いに間隔をおいて配置された管セクション（２．１）を備える第１空隙（１）に、放出幅方向で注入口側で隣接し、放出幅に沿った流体抵抗を均一化するために管セクション（２．１）の開口の幅と長さが選択可能であり、管セクション（２．１）は、それぞれ、ガイドチャネルからのセクション流を出口側で流れ方向（Ｓ）にまとめるディフューザ（２．２）に変わる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に重力下で移動するカーテンの形態で、移動する紙もしくはボードウェブに塗布媒体を放出するカーテン式塗布機であって、
塗布媒体が少なくとも1つの供給ラインを介して供給される、放出幅に沿って延びる第１の空隙を含むホッパーと、出口スロットを介して塗布媒体をカーテンの態様で放出する測定チャネルを具備し、
前記測定チャネル（２）は多数の個別ガイドチャネルに分割され、
前記ガイドチャネルは、互いに間隔をおいて配置された管セクション（２．１）を備える第１空隙（１）に注入口側で放出幅に沿って隣接し、
放出幅に沿った流体抵抗を均一化するために管セクション（２．１）の開口の幅と長さが選択可能であり、
管セクション（２．１）は、それぞれ、ガイドチャネルからのセクション流を出口側で流れ方向（Ｓ）においてまとめるディフューザ（２．２）に変わる
ことを特徴とするカーテン式塗布機。
【請求項２】
前記出口スロットを介して塗布媒体をカーテンの形態で放出する第２の空隙（３）を備え、
前記測定チャネル（２）は、前記第１の空隙と前記第２の空隙（３）との間に配置される
ことを特徴とする請求項1に記載のカーテン式塗布機。
【請求項３】
前記ガイドチャネルは、前記第１の空隙(１)から前記塗布機の流れの横方向と直交する方向に延びる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカーテン式塗布機。
【請求項４】
放出幅に沿った前記ガイドチャネルの流体抵抗は、実質的に等しく、少なくとも1mWCである
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のカーテン式塗布機。
【請求項５】
前記ガイドチャネルは一列に配置される
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のカーテン式塗布機。
【請求項６】
前記ガイドチャネルの前記管セクション（２．１）は円形断面を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のカーテン式塗布機。
【請求項７】
流れを制限するディフューザ（２．２）の壁の広がり角(αd)は、２５°未満である
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のカーテン式塗布機。
【請求項８】
流れを制限する各ディフューザ（２．２）の壁の広がり角(αd)は、前記塗布媒体の各々の体積流量と密度と動的粘度との関数として選択される
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のカーテン式塗布機。
【請求項９】
前記ディフューザ（２．２）は、それぞれ、注入口側では円形断面を備え、出口では矩形断面に変化する
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のカーテン式塗布機。
【請求項１０】
前記管セクション（２．１）の長さおよび／または直径、および／または前記ガイドチャネル間の距離（Ｘ）は、出口幅方向で異なる
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のカーテン式塗布機。
【請求項１１】
前記管セクション（２．１）は、代替可能な差込み部品として形成される
ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のカーテン式塗布機。
【請求項１２】
前記差込み部品は、注入口側に面取り部および／または丸み部分（Ｒ．１）を備える
ことを特徴とする請求項１１に記載のカーテン式塗布機。
【請求項１３】
前記ディフューザ（２．２）の出口端の領域では、前記ガイドチャネルは０．３mm以下の頂部幅を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のカーテン式塗布機。
【請求項１４】
前記ガイドチャネルは、丸み出口端を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のカーテン式塗布機。
【請求項１５】
マシン幅のチャンバが、流れ方向において測定スロット（３）としてのガイドチャネルに隣接し、次に第２の空隙（４）に隣接する
ことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のカーテン式塗布機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実質的に重力下で移動するカーテン又は薄膜の態様で、液体又は糊状の塗布媒体を、移動する基板、特に、紙もしくはボード上に放出するカーテン式塗布機(curtain coater)に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーテン式塗布機がノズルチャンバを備えており、塗布媒体が供給ラインを介してノズルチャンバに供給され、出口(outlet)側の開口から塗布媒体がカーテンもしくは薄膜の態様で放出されることは、DE10057733A1から公知である。この場合、カーテン式塗布機は、基板から離れて配置されるため、非接触塗布という利点がある。
塗布幅方向の全体に渡って一様に厚い塗布媒体カーテンを実現することは難しく、特に、塗布幅が広いほどより困難となる。ウェブ(web)速度が高い場合は、塗布媒体カーテンの、安定性に対する負荷はさらに大きくなる。これは、基板と衝突(impingement)する直前の速度と、移動する基板の移動速度が異なるために、基板との接触で後者が広がる(stretched)からである。高品質で塗布を行うためには、塗布媒体が放出(discharge)ノズルの放出開口から出力される際の塗布媒体カーテンの均一性が、このため非常に重要となる。このことは、特に実質的に、最終的に計測された(metered)形態で塗布媒体を基板上に適用することを意図する場合に当てはまる。これは、「１：１」の塗布を意味し、さらに、極小量のみ、即ち、低塗布重量の塗布媒体を基板に適用しようとする場合に当てはまる。
【０００３】
体積流量と材料パラメータが大きく変化する場合に、最も均質な(homogeneous)予定分布状態を達成するため、側供給型二空隙ダイ(side-fed dual cavity die)として知られる２つの空隙を備える散布システムがさらに公知である。これについては、ステファンＦ．キストラー(Stephan F. Kistler)、ペーターＭ．シュバイツァー(Peter M. Schweizer)著の「流体膜コーティング  科学的原理とその技術的な意味(Liquid Film Coating, Scientific Principles and their Technological Implications)」チャップマン＆ホール(Chapman & Hall)出版、１９９７年、ニューヨークの７５２〜７６７頁を参照されたい。塗料が、第1の空隙(cavity)に供給され、その後、第1の測定スロット(metering slot)を通って第２の空隙に供給される。測定スロットによって高い流体抵抗を生みだす必要がある。第1の空隙の流体抵抗から得られる圧力は、流れ方向を横断する方向における圧力損失よりも実質的に大きい。第1の空隙の全圧力と比べて、第1の空隙の流れ方向における圧力差はかなり小さい。その結果、圧力分布及び測定スロット上の体積流量密度分布は、体積流量と材料パラメータが大きく変化した場合でもほぼ一定である。残りの偏差(deviations)は、第２の空隙によって均一化される。高い流体抵抗を生成するために、２００μmから５００μmの範囲の小寸法の測定スロットが必要となる。出口の幅方向における体積流量偏差は、１％から２％の散乱(scattering)範囲を超えてはならない。この目的のため、測定スロットを形作る平坦部は、平行度(parallelism)の偏差が±1μmから3μmの範囲内に入るように作られる必要がある。測定スロットの長さは通常２０mm〜４０mmである。この寸法の平坦部を要求された精度で生成するには、特に、塗布幅が１０〜１２メートルと非常に広い場合は、大変な努力が必要であり、高コストにつながる。
【０００４】
DE19755625A1は、所望の塗布幅に相当する長さの２つの壁状部からなるホッパー(hopper)を有するカーテン式塗布機について開示している。その２つの壁状部を接合した後に、空隙を形成する一つの縦溝(longitudinal groove)を機械加工して、それらの壁状部の一方の一長辺を作る。空隙に接続されていのは、塗布幅方向に延びる放出チャネルであり、そこから色塗料が出現する。変動状態下、例えば、粘性変動や塗布量変動のもとで、小量の色塗料を一様に、かつ、塗布幅を問題とせずに、幅の広い紙もしくはボードウェブ(board webs)に適用可能にするために、空隙におけるフロー状態は供給された体積流量の影響を受ける。この目的のため、少なくとも２つの供給チャネルが空隙に接続され、その各々は流入する色塗料の体積流量を調節するデバイスを備える。体積流量調節には、チューブピンチ(Tube-pinch)又はダイヤフラム弁(diaphragm valves)を使用することが好ましい。従って、各供給チャネルの体積流量は、個別に調節される。さらに均等化するために、空隙と放出チャネルの間に、第２の空隙を配置する。第1の空隙と第2の空隙の間には、追加的フローチャネル(flow channel)がある。繰り返しになるが、横断プロファイル調節のための追加的アクチュエータを設けることは不利である。また、これに関連するコストに係る経費もこれに対応して大きくなる。
【０００５】
カーテンを形成するために、スロット供給型カーテンダイもしくはスライド供給型カーテンダイを使用してもよい。単一層のカーテン式塗布機のスロット供給型カーテンダイの場合、これはスロットダイとも呼ばれるが、カーテンがダイギャップ(die gap)からの出口で直接形成される。スロットダイを備えるカーテン式塗布機は、例えば、DE-A1-19716647によって公知となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、出口幅方向において塗布媒体を高い均一性で分布させることができ、コスト効率良く製造できるカーテン式塗布機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は請求項１の特徴によって達成される。
このように、制御に経費をかけることなく動作可能なカーテン式塗布機が構成される。
本発明によれば、測定スロットが、多数のガイドチャネルにより置換される。各ガイドチャネルは、円形の断面をもつ部品であることが望ましい管セクション(pipe section)と、流れ方向に続くチャネル流れ(flow)の広がり部(widening)を備える。この流れ広がり部は、ガイドチャネルのディフューザ(diffuser)として知られている。ガイドチャネルは、測定スロットの流体抵抗とほぼ等しい流体抵抗を生成する。流体力学上の長所が以下の点からわかる。即ち、管セクションの長さと開口幅を、カーテンの放出幅方向に先細る(tapering)第１の空隙と一致させることができる。この手段によって実質的に等しい流体抵抗が保証される。この方法で、塗布機の横方向(transverse direction)における塗布媒体の散布量および／または散布圧力が確実に均等化(evening out)される。
【０００８】
多数のガイドチャネルが、２つの空隙の間にある測定スロットに置換されることが好ましい。次に、第１と第２の空隙を流れ方向に次々に配置し、その間に追加的測定スロットが延長する。本発明によれば、この測定スロットは多くのガイドチャネルにより置換される。
ガイドチャネルの管セクションは、回転部品(turned parts)のような単純な方法で挿入及び作製され得ることが好ましい。複雑で非常に精密である平坦なマシン幅(machine-width)の部品、又は放出幅(discharge-width)の部品は、回転部品と置換可能である。
さらに、本発明の改良点については以下の説明とサブクレームから把握可能である。
本発明は、添付の図面で示される代表的な実施形態を使って以下で詳述される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】先行技術による塗布機の流れの横方向におけるカーテン式塗布機のホッパーの断面を模式的に示す図である。
【図２】図1のホッパーの断面を示す図である。
【図３】本発明の塗布機の流れの横方向におけるカーテン式塗布機のホッパーの断面を模式的に示す図である。
【図４】図3のホッパーの断面を模式的に示す図である。
【図５】図3のＺの詳細を拡大して示した図である。
【図６】図3のＹの詳細を拡大して示した図である。
【図７】図3のA-A断面のＷの詳細を拡大して示した図である。
【図８】ガイドチャネルのフローラインを模式的に示す図である。
【図９】第２の典型的実施形態のホッパーの断面を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、実質的に重力下で、移動する紙もしくはボードウェブ(board web)上を移動するカーテンの態様で、塗布媒体を放出するカーテン式塗布機に関する。
図１と図２に示されているように、この目的のために、先行技術のカーテン式塗布機は、放出幅に沿って延びる第１の空隙１を含むホッパーを備える。この空隙１には、少なくとも1つの供給ライン(不図示)を介して塗布媒体が供給される。図１に示されているように、供給される塗布媒体の流れ方向Ｓは、空隙１の一端から開始してもよい。ホッパーはさらに、出口スロット４を介してカーテンの態様で塗布媒体を放出する第２の空隙３を備える。第１の空隙１と第２の空隙３の間に、追加的測定チャネル２が配置される。これは、測定スロットとして構成される。流れ方向Ｓは、カーテン式塗布機の横(transverse)方向に対して直交する方向である。
【００１１】
測定スロットは連続空間であるため、測定スロットとして形成される測定チャネルの長さ１ｈと高さ２ｈから流体抵抗が決まり、この流体抵抗は放出幅の横方向においては実質的に同じである。しかしながら、このための前提条件としては、スロット高さ２ｈがスロット長さ１ｈ方向において一定となるようにするために、測定スロット壁の高精度の平行(parallelism)性が求められる。たとえ通常通りホッパーが二つの半分の部品(two halves)から組み立てられたとしても、先行技術について始めに説明した問題が、ホッパー組立ての際に発生する。
【００１２】
図３と図４で示されているように、本発明の第１の典型的実施形態のカーテン式塗布機は、追加的測定ガイドチャネル２が、多数の個別ガイドチャネルに分割されるという点で、先行技術とは異なる。これらのガイドチャネルは、互いに間隔を置いて配置された管セクション２．１によって、放出幅に沿って注入口側で、第１の空隙１と接続される。管セクション２．１の長さと開口幅は、放出の幅に沿った流体抵抗を均一化するために、選択可能である。流れ方向Ｓでは、ガイドチャネルからのセクション流(section flows)を出口側で合流させるために、管セクション２．１の各々は、流れ方向Ｓでディフューザ２．２に合流する。第２の空隙４に入る前に、ガイドチャネルからのセクション流を合流させるために、ガイドチャネルのディフューザ２．２の放出側端と第２の空隙４との間で、測定チャネル３の高さの残りの部分を、マシン幅の測定スロットの形にしてもよい。第２の空隙４は、出口スロット５を介してカーテンの態様で、適用される塗布媒体を放出する。ガイドチャネルをホッパーの基礎本体(base body)２．４に配置することが好ましい。
【００１３】
管セクション２．１とディフューザ２．２とを備えるガイドチャネルは、第１の空隙１から塗布機の流れの横方向(cross flow direction)に対して垂直方向、即ち、好適には、移動する紙もしくはボードウェブのマシン幅方向(cross-machine direction:CD)に対して垂直方向に延びる。この端に、ガイドチャネルを一列に配置することが好ましい。
放出の幅に沿ったガイドチャネルの流体抵抗は、実質的に等しく、少なくとも1mWC(9.81kPa)である。ガイドチャネルの管セクション２．１は、円状断面をもつことが好ましい。図３で示されているように、第１の空隙４は、放出の幅に渡って等しい長さをとることができない。塗布媒体が一端から供給される場合は、空隙１は、この放出端の反対に位置する他方の放出端に向かって先細りになる(tapers)。管セクション２．１の長さ１ｒおよび／または直径、および／または２つのガイドチャネルそれぞれの間の距離Ｘが、出口の幅に沿って異なる場合は、体積流量は均一化される。図３に示されているように、管セクション２．１の長さ１ｒを短くすると、第１の空隙１の長さも必然的に短くなる。放出の幅もしくは出口の幅の１メートル当たりのガイドチャネル数は、任意である。ガイドチャネル数は、１０から３３までの範囲内であることが好ましい。エッジフローを和らげるために、出口幅に渡るガイドチャネル間の距離Ｘを可変に設定することは有利である。
【００１４】
図５から図７は、本発明のガイドチャネルの好適な詳細を示すものである。
図５に示されているように、管セクション２．１は、代替可能な差込み部品(inserts)として構成されることが好ましい。差込み部品は、注入口側に面取り部(chamfer)および／または円形部分Ｒ．１を有してもよい。
図６に示されているように、出口端の領域では、ガイドチャネルの頂部の幅ｂは、０．３mm以下である。さらに、ガイドチャネルは、ディフューザ２．２では、追加的に、丸められた出口端を備えていてもよい。流体力学の観点から、終端で望まれない渦流分離(vortex separations)が形成されないようにするために、流れ方向Ｓにおいて見られる複数のガイドチャネルの端領域に、頂部幅が０．３mm未満の平滑末端(blunt end)、あるいは、円形端を備えるように、ガイドチャネルを形成することは有利である。
【００１５】
図７に示されているように、ディフューザ２．２は、それぞれ、注入口側に円形の断面を備え、出口では矩形断面に変化することが好ましい。流れを制限するディフューザ２．２の壁の広がり角βdは、ディフューザ２．２内で逆流の発生を回避するために、８度未満であることが好ましい。ガイドチャネルの円形管断材２．１のスロットの高さは２ｒ0に指定され、ディフューザ２．２のスロットの高さは２Ｈに指定される。流れを制限する壁が広がるようにディフューザ２．２を構成することは有利である。
【００１６】
図８は、管セクション２．１とディフューザ２．２とを備えるガイドチャネル内の流れの関係を模式的に示した図である。ディフューザ２．２の開口角は、αdで示される。Ｒはラジアル(radial)距離を示す。距離Ｒでの最大流速度をＵmaxで示す。ディフューザの流れの速度分布が高い対称性を示して逆流を回避するように、ディフューザ２．２を構成することが好ましい。塗料の粘性が高く比較的低速であるため、これは発散(divergent)ジェフリー-ハメル（Jeffery-Hamel）流である。角αdは２５度未満であることが好ましい。
流れを制限するディフューザ２．２の壁の臨界広がり角αdkは、方程式
【００１７】
【数１】
2011036856.tif 000003
に基づいて求めることができる。ここで、μは塗布媒体の粘性、pは塗布媒体密度、2b0=2r0、Ｖは出口幅１メートル当りの体積流量である。
【００１８】
カーテン式塗布機において流れに触れる部分には、機械的化学的なストレスがかかる。
従って、ガイドチャネル、又は代替可能な差込み部品２．１と基礎本体２．４を製造することは利点がある。ここで、ディフューザ２．２は、モリブデン非含有クロム-ニッケル鋼(molybdenum-free Cr-Ni steels)や、モリブデン含有クロム-ニッケル鋼(molybdenum-containing Cr-Ni steels)や、フェライト・オーステナイト二相鋼(ferritic-austenitic duplex steels)などのステンレス鋼製であってもよい。
【００１９】
代替的に、基礎本体は、熱可塑性物質製であってもよい。固有安定性、耐化学性、湿気に対する挙動(１．５％未満の吸湿性)、寸法安定性(０．１％未満の低膨潤性)に対する高い要件を満たすために、DIN EN ISO1043-1に対応するPEIやPEEKやPPSUやPTFEやPVDFやPOMなどの高機能プラスチック(非晶質だが部分的に結晶性)が、ホッパー、特に、基礎本体２．４を製造するための材料として適切である。
【００２０】
本発明に基づいて説明したホッパーは、スライド型の方法あるいはスロット型の方法に基づくカーテン式塗布に使用することができる。
図９は、塗布媒体を放出するカーテン式塗布機の第２の典型的実施形態を示す。ここで、ホッパーは、放出幅に沿って延びる第１の空隙１と、出口スロット５を介して塗布媒体をカーテンの形態で放出する測定チャネル２のみを備える。第１の典型的実施形態で説明したように、測定チャネル２は、多数の個別ガイドチャネルに分割される。上記の説明は、ここで対応する方法においても当てはまる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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