(57)【要約】  緩いウェブ上にコーティングを付与するための方法及び装置が提供される。マイヤーロッド及びバックアップロールは、互いに係合してニップを形成する。バックアップロールは、変形可能な外側層によって表面が被覆された変形可能な内側層を有する。接触領域におけるマイヤーロッド及び柔軟なウェブは、機械方向ニップ幅Ｗ及びニップ係合深さＤでバックアップロールに押し込まれ、実質的に均一な厚さを有するコーティングの形成を可能にする。
2021504130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
緩いウェブ上にコーティングを付与する方法であって、
変形可能な外側層によって表面が被覆された変形可能な内側層を有するバックアップロールを供給することであって、前記内側層が前記外側層よりも柔軟である、供給することと、
前記バックアップロールと接触するマイヤーロッドを供給することと、
前記バックアップロールと前記マイヤーロッドとの間に柔軟なウェブを配置することと、
前記柔軟なウェブを、前記バックアップロール及び前記マイヤーロッドのうちの少なくとも１つの周囲に巻き付けることと、
前記マイヤーロッド及び前記バックアップロールを互いに押し付けてそれらの間にニップを形成することであって、接触領域における前記マイヤーロッド及び前記柔軟なウェブが、機械方向ニップ幅Ｗ及びニップ係合深さＤで前記バックアップロールに押し込まれる、形成することと、
記ニップの上流でコーティング材料を供給して、前記ニップの下流で前記ウェブの表面上にコーティングを形成することとを含み、前記バックアップロールが、約０．０５ｍｍ〜約１ｍｍのニップ係合Ｄの範囲にわたって平均化されたＳ係数を有し、任意選択で約１５（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満、又は約１０（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満である、方法。
【請求項２】
前記機械方向ニップ幅Ｗ及び前記ニップ係合深さＤのうちの少なくとも１つを調節して、前記コーティングの湿潤厚さを調節することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記機械方向ニップ幅Ｗ又は前記ニップ係合深さＤが、前記マイヤーロッドと前記バックアップロールのそれぞれの軸の間の相対距離を調節することによって調節される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記相対距離が、装着及び位置決め機構を介して、前記マイヤーロッド及び前記バックアップロールのうちの少なくとも１つを移動させることによって調節される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記コーティングの湿潤厚さが、約５〜約２００マイクロメートルの範囲内にあるように調節される、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記マイヤーロッドが、前記マイヤーロッドのコーティング表面に触れることなく、前記マイヤーロッドの対向する端部に装着された機械的ホルダを介して押し付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記機械的ホルダが、前記マイヤーロッドの前記対向する端部に１つ以上のベアリング要素を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記マイヤーロッドを約１ｍ／分〜約５０ｍ／分の速度で回転させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記柔軟なウェブが、平坦ではない表面特性を有する緩いウェブである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
表面が変形可能な外側層によって被覆された変形可能な内側層を有するバックアップロールであって、前記内側層が前記外側層よりも柔軟である、バックアップロールと、
前記バックアップロールと接触するマイヤーロッドと、
前記バックアップロールと前記マイヤーロッドとの間に配置され、前記バックアップロール及び前記マイヤーロッドのうちの少なくとも１つの周囲に巻き付く、柔軟なウェブと、
前記マイヤーロッド及び前記バックアップロールを互いに押し付けてそれらの間にニップを形成するように構成される１つ以上の機械的ホルダとを含み、
接触領域における前記マイヤーロッド及び前記柔軟なウェブが、機械方向ニップ幅Ｗ及びニップ係合深さＤで前記バックアップロールに押し込まれ、
前記バックアップロールが、約０．０５ｍｍ〜約１ｍｍの前記ニップ係合Ｄの範囲にわたって平均化されたＳ係数を有し、任意選択で約１０（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満、又は約５（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満である、コーティング装置。
【請求項１１】
前記機械的ホルダが、前記マイヤーロッド及び前記バックアップロールのうちの少なくとも１つに取り付けられ、前記マイヤーロッド及び前記バックアップロールのうちの少なくとも１つを移動させることが可能である、請求項１０に記載のコーティング装置。
【請求項１２】
前記機械的ホルダが、前記マイヤーロッドのコーティング表面に触れることなく、前記マイヤーロッドの対向する端部に接続されている、請求項１０に記載のコーティング装置。
【請求項１３】
前記機械的ホルダが、前記マイヤーロッドの各端部に１つ以上のベアリング要素を含む、請求項１２に記載のコーティング装置。
【請求項１４】
前記機械的ホルダが、マイヤーロッドの前記端部において前記ベアリングを支持するための補強ビームを更に含む、請求項１３に記載のコーティング装置。
【請求項１５】
前記機械的ホルダが、前記機械方向ニップ幅Ｗ及び前記ニップ係合深さＤのうちの少なくとも１つを調節するために、前記マイヤーロッドと前記バックアップロールのそれぞれの軸の間の距離を制御するための位置決め機構を含む、請求項１０に記載のコーティング装置。
【請求項１６】
前記バックアップロールの前記変形可能な内側層が、２０ショアＡ未満、任意選択で１０ショアＡ未満の硬度を有する、請求項１３に記載のコーティング装置。
【請求項１７】
前記バックアップロールの前記内側層が、２５％のたわみにおいて約４５ｐｓｉ未満、任意選択で２５％のたわみにおいて約２０ｐｓｉ未満の圧縮率を有する、請求項１０に記載のコーティング装置。
【請求項１８】
前記バックアップロールの前記変形可能な外側層が、約４０ショアＡより高い、任意選択で約５０ショアＡより高い硬度を有する、請求項１０に記載のコーティング装置。
【請求項１９】
前記変形可能な外側層が、エラストマー、金属、布地、又は不織布のうちの１つ以上の材料を含む、請求項１０に記載のコーティング装置。
【請求項２０】
前記変形可能な内側層が、合成発泡体、彫られた、構造化された、３Ｄ印刷された、又はエンボス加工されたエラストマー、布地若しくは不織布層、圧力が制御されたガスで充填された複数の空洞、又は軟質ゴムのうちの１つ以上の材料を含む、請求項１０に記載のコーティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、バックアップロールの上方のマイヤーロッドを介して、緩いウェブに均一なコーティングを付与する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェブ上にコーティングを付与するためのコーティングデバイス及び／又は計量デバイスとして、マイヤーロッド又はマイヤーロッドと呼ばれるワイヤ巻きロッドの使用が周知である。図１は、柔軟なウェブのフリースパン３’に材料７’をコーティングするためのマイヤーロッド２’を示す。
【発明の概要】
【０００３】
マイヤーロッドを介して緩いウェブ上にコーティングを付与する際に、コーティングの均一性を改善することが望まれている。例えば、図１に示されるプロセスでは、緩いウェブのフリースパン３’は、マイヤーロッド２’と均一に接触しないことがあり、緩いウェブにわたってコーティングの重量／厚さに変動をもたらす。本開示は、バックアップロールの上方のマイヤーロッドを介して、緩いウェブに均一なコーティングを付与する方法及び装置を提供する。本明細書で説明される方法及び装置は、緩いウェブが、バックアップロールの表面の上方に均一に広がることを可能にして、コーティングニップを通過するときに緩くない表面を形成し、及び緩いウェブ上の均一なコーティングを可能にする。
【０００４】
簡潔に述べると、一態様では、本開示は、変形可能な外側層によって表面が被覆された変形可能な内側層を有するバックアップロールを供給することを含む方法を説明する。内側層は、外側層よりも柔軟である。マイヤーロッドは、バックアップロールと接触して設けられ、バックアップロールとマイヤーロッドとの間に柔軟なウェブを配置する。柔軟なウェブは、バックアップロール及びマイヤーロッドのうちの少なくとも１つの周囲に巻き付けられる。マイヤーロッド及びバックアップロールは、互いに押し付けられて、それらの間にニップを形成する。接触領域におけるマイヤーロッド及び柔軟なウェブは、機械方向ニップ幅Ｗ及びニップ係合深さＤでバックアップロールに押し込まれる。本方法は、ニップの上流でコーティング材料を供給して、ニップの下流でウェブの表面にコーティングを形成することを更に含む。バックアップロールは、約０．０５ｍｍ〜約１ｍｍのニップ係合Ｄの範囲にわたって平均化されたＳ係数を有し、任意選択で約１５（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満、又は約１０（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満である。コーティングは、ウェブの表面にわたって実質的に均一な厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、方法は、ニップ幅Ｗ及び係合深さＤのうちの少なくとも１つを調節して、コーティングの湿潤厚さを調節することを更に含む。機械方向ニップ幅Ｗ又はニップ係合深さＤは、マイヤーロッドとバックアップロールのそれぞれの軸の間の相対距離を調節することによって調節され得る。
【０００５】
別の態様では、本開示は、表面が変形可能な外側層によって被覆された変形可能な内側層を有するバックアップロールを含む、コーティング装置を説明する。内側層は、外側層よりも柔軟である。マイヤーロッドは、バックアップロールと接触している。柔軟なウェブは、バックアップロールとマイヤーロッドとの間に配置され、バックアップロール及びマイヤーロッドのうちの少なくとも１つの周りに巻き付く。１つ以上の機械的ホルダは、マイヤーロッド及びバックアップロールを互いに押し付けてそれらの間にニップを形成するように構成される。接触領域におけるマイヤーロッド及び柔軟なウェブは、機械方向ニップ幅Ｗ及びニップ係合深さＤでバックアップロールへと押し込まれる。バックアップロールは、約０．０５ｍｍ〜約１ｍｍのニップ係合Ｄの範囲にわたって平均化されたＳ係数を有し、任意選択で約１５（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満、又は約１０（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満である。いくつかの実施形態では、ニップ幅Ｗ及び係合深さＤのうちの少なくとも１つを調節するために、マイヤーロッドとバックアップロールのそれぞれの軸の間の距離を制御するための位置決め機構が供給される。
【０００６】
様々な予期せぬ結果及び利点が、本開示の例示的な実施形態において得られる。本開示の例示的な実施形態の１つのそのような利点は、実質的に均一なコーティングが、バックアップロールの上方のマイヤーロッドを介して緩いウェブ上に形成され得ることである。これは、マイヤーロッドとバックアップロールの係合を介してニップを作製することによって達成することができ、ここで、接触領域におけるマイヤーロッド、柔軟なウェブ、及び変形可能な外側層が、ある係合幅及び深さで変形可能な内側層へと押し込まれる。本明細書で説明される実施形態は、緩いウェブによるコーティングの均一性への望ましくない効果を著しく軽減することができる。対照的に、緩いウェブのフリースパンへのコーティングは、ウェブ全体にわたるコーティング重量の変動をもたらし得る一方で、典型的なより硬直したバックアップロールに対するコーティングは、バックアップロールの不均一性に関する問題を生み出し得る。
【０００７】
以上が本開示の例示的な実施形態の様々な態様及び利点の概要である。上記の「発明の概要」は、本開示の特定の例示的な実施形態の、図示される各実施形態又は全ての実現形態を説明することを意図するものではない。以下の図面及び「発明を実施するための形態」は、本明細書に開示される原理を使用する特定の好ましい実施形態を、より詳細に例示するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示は、本開示の様々な実施形態についての下記の詳細な説明を添付の図面と併せて考察することにより、より完全に理解され得る。
【図１】フリースパンウェブ上のマイヤーロッドコーティングの斜視図を示す（先行技術）。
【図１Ａ】一実施形態による、緩いウェブ上にコーティングを付与するコーティング装置の斜視図である。
【図１Ｂ】別の実施形態による、緩いウェブ上にコーティングを付与するコーティング装置の斜視図である。
【図１Ｃ】別の実施形態による、緩いウェブ上にコーティングを付与するコーティング装置の斜視図である。
【図１Ｄ】別の実施形態による、緩いウェブ上にコーティングを付与するコーティング装置の斜視図である。
【図２Ａ】図１Ａ〜図１Ｄの拡大部分図である。
【図２Ｂ】図１Ａ〜図１Ｄのウェブの斜視図である。
【図２Ｃ】図１Ｄのコーティング装置の斜視図である。
【図３Ａ】一実施形態による、装着及び位置決め機構を含むコーティング装置の概略図である。
【図３Ｂ】別の実施形態による、装着及び位置決め機構を含むコーティング装置の概略図である。
【図４Ａ】機械的圧縮試験のための試験ローラーと係合したバックアップロールの概略図である。
【図４Ｂ】機械的圧縮試験のための試験プレートと係合したバックアップロールの概略図である。
【図５】図４Ａ〜図４Ｂの機械的圧縮試験のための力対係合曲線を示す。
【図６】様々なバックアップロールに対する勾配係数Ｓ対係合深さＤのプロットを示す。
【図７Ａ】バックアップロールと係合したマイヤーロッドのたわみを示す。
【図７Ｂ】図７Ａのマイヤーロッドに作用する力の自由物体図を示す。
【図７Ｃ】４次の形式を有する力と均一な接触力を重ね合わせることにより、分散した接触力を近似する概略図を示す。
【図８】様々なバックアップロールに対するニップ係合深さ対ウェブ断面位置のプロットを示す。
【図９】様々なバックアップロールに対する接触力対ウェブ断面位置のプロットを示す。
【図１０】ウェブ断面方向におけるバックアップロールとのマイヤーロッド係合を計算するためのフロー図を示す。
【０００９】
図面において、類似の参照符号は類似の要素を表す。上に特定されている図面は、必ずしも一定の縮尺で描写されているわけではなく、本開示の様々な実施形態について明示しているものの、「発明を実施するための形態」に注記されているように、他の実施形態もまた企図される。全ての場合に、本開示は、本明細書で開示される開示内容を、明示的な限定によってではなく、例示的な実施形態を示すことによって説明する。本開示の範囲及び趣旨に含まれる多くの他の修正及び実施形態が、当業者によって考案され得ることを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の定義された用語の用語解説に関して、これらの定義は、特許請求の範囲又は本明細書の他の箇所において異なる定義が提供されていない限り、本出願全体について適用されるものとする。
【００１１】
用語解説
ある特定の用語が、本明細書及び特許請求の範囲の全体を通して使用されており、これらの大部分については周知であるが、何らかの説明が必要とされる場合もある。以下を理解されたい：
【００１２】
本出願では、用語「圧縮可能」又は「圧縮不可能」は、圧力に応答した材料の相対的な体積変化の尺度である、物体（例えば、エラストマー外側層）の材料特性、すなわち圧縮率を指す。例えば、用語「実質的に圧縮不可能」は、約０．４５を超えるポアソン比を有する材料を指す。
【００１３】
用語「弾性変形可能」は、変形した物体（例えば、合成発泡体の内側層）が、実質的に１００％（例えば、９９％以上、９９．５％以上、又は９９．９％以上）元の状態に回復することが可能であることを意味する。
【００１４】
本出願において、用語「ニップ」は、マイヤーロッド及びバックアップロール、又はマイヤーロッド、バックアップロール、並びに柔軟なウェブのいずれかのシステムを指し、それらの間には、マイヤーロッドの中心とバックアップロールとの間の距離が２つのロールの半径の合計よりも小さいとき、並びに、ウェブとコーティング材料が存在するときには２つのロールの半径とウェブ及びウェブの上のコーティングの厚さとの合計よりも小さいとき、押し込みがある。加えて、ニップ領域内では、バックアップロール及び柔軟なウェブは両方とも、機械方向のニップ幅Ｗにわたってマイヤーロッドの接触面に実質的に順応することがある。
【００１５】
用語「緩いウェブ」は、平坦な表面上に配置されたときに、ウェブの表面の少なくとも一部分において、非平坦性又は歪みを示すウェブを指す。ウェブの製造の間のウェブの幅にわたる差動張力によって引き起こされ得るウェブの緩さは、ウェブ断面方向（ＣＤ）の長さの変動をもたらし得る。米国特許第６，１７８，６５７号は、シート材料のＣＤにおける内部的なウェブの長さの差を測定するための方法及び装置を記載している。本出願では、緩いウェブのＣＤの長さの変動は、例えば、１０，０００ｐｐｍ（１％のひずみに相当）、若しくは１，０００ｐｐｍ（０．１％のひずみに相当）と等価であることがあり、又はそれより小さいことがある。
【００１６】
本出願では、用語「ポリマー」（単数又は複数）は、ホモポリマー及びコポリマー、並びに、例えば、共押出しにより、又は例えば、エステル交換反応を含む反応により、混和性配合物において形成され得るホモポリマー又はコポリマーを含む。用語「コポリマー」は、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、及び星形（例えば、樹枝状）コポリマーを含む。
【００１７】
本出願では、開示されるコーティングされる物品における様々な要素の位置について、「〜の頂上に（atop）」、「〜上に（on）」、「〜の上方（over）」、「被覆する（covering）」、「最上の（uppermost）」、「〜の下にある（underlying）」などの方向の用語を使用することによって、水平に配置された上向きの基材（例えば、ウェブ）に対する、ある要素の相対位置を指す。しかしながら、別途指示のない限り、基材（例えば、ウェブ）又は物品は、製造の間又は製造の後に何らかの特定の空間的向きを有するべきであるということが意図されるわけではない。
【００１８】
本出願では、本開示の物品の基材（例えば、ウェブ）又は他の要素に対する、ある層の位置を説明するために、「オーバーコーティングされた」という用語を使用することによって、基材（例えば、ウェブ）又は他の要素の頂上にあるが、必ずしも基材（例えば、ウェブ）又は他の要素のいずれかに近接してはいないものとして、その層に言及する。
【００１９】
本出願において、用語「機械方向」は、ウェブが移動する方向を指す。同様に、ウェブ断面という用語は、機械方向に垂直な（すなわち、ウェブの移動の方向に対して垂直な）方向を指す。
【００２０】
本出願では、数値又は形状への言及に関する用語「約」又は「おおよそ」は、数値又は特性若しくは特徴の±５パーセントを意味するが、明示的に、正確な数値を含む。例えば、「約」１Ｐａ・ｓｅｃの粘度とは、０．９５〜１．０５Ｐａ・ｓｅｃの粘度を指すが、１Ｐａ・ｓｅｃちょうどの粘度も明示的に含む。同様に、「実質的に正方形」の外辺部とは、各横方向縁部が、他のいずれかの横方向縁部の長さの９５％〜１０５％の長さを有する４つの横方向縁部を有する幾何形状を説明することを意図するが、これはまた、各横方向縁部が正確に同じ長さを有する幾何形状を含むものとする。
【００２１】
本出願では、特性又は特徴に関する用語「実質的に」は、その特性又は特徴が、その特性又は特徴の反対のものが呈される程度よりも高い程度で呈されることを意味する。例えば、「実質的に」透明な基材（例えば、ウェブ）は、それが透過しない（例えば、吸収する及び反射する）放射線よりも多くの放射線（例えば、可視光）を透過する基材（例えば、ウェブ）を指す。それゆえに、その表面上に入射する可視光のうちの５０％より多くを透過する基材（例えば、ウェブ）は、実質的に透明であるが、その表面上に入射する可視光のうちの５０％以下を透過する基材（例えば、ウェブ）は、実質的に透明ではない。
【００２２】
本出願では、単数形の不定冠詞「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、別途文脈により明確に示されない限り、複数形の指示対象を含む。したがって、例えば「化合物」を含有する微細繊維への言及は、２種以上の化合物の混合物を含む。本明細書及び添付の実施形態において使用されるとき、用語「又は」は、その内容が特に明確に指示しない限り、一般的に「及び／又は」を包含する意味で利用される。
【００２３】
本出願で使用されるとき、端点による数値範囲の記述は、その範囲内に包摂される数の全てを含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８、４、及び５を含む）。
【００２４】
特に指示がない限り、本明細書及び実施形態で使用される量又は成分、特性の測定値などを表す全ての数は、全ての場合において、「約」という用語によって修飾されていると理解されるものとする。したがって、特に指示がない限り、本明細書、より具体的には、添付の実施形態の列挙、及び以下の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本開示の教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に依存して変化し得る。最低でも、各数値パラメータは少なくとも、報告される有効桁の数に照らして端数処理技術を適用することにより解釈されるべきであるが、このことは特許請求される実施形態の範囲への均等論の適用を制限しようとするものではない。
【００２５】
本開示の例示的な実施形態は、本開示の趣旨及び範囲を逸脱することなく、様々な修正及び変更を行ってもよい。したがって、本開示の実施形態は、以下に記載の例示的な実施形態に限定されるものではないが、特許請求の範囲に記載されている限定及びそれらの任意の均等物により支配されるものであることを理解すべきである。
【００２６】
緩い基材上のマイヤーロッドコーティングのための方法及び装置が本明細書で説明される。本明細書で説明されるコーティングプロセスでは、柔軟なウェブは、バックアップロールとマイヤーロッドとの間に配置される。バックアップロールは、変形可能な外側層によって表面が被覆された変形可能な内側層を有する。内側層は、外側層よりも柔軟であってもよい。柔軟なウェブは、バックアップロール、マイヤーロッド、又はその両方の周囲に巻き付く緩いウェブであってもよい。マイヤーロッドは、柔軟なウェブ及びバックアップロールに押し付けられてそれらの間にニップを形成し、ここで、接触領域におけるマイヤーロッド、柔軟なウェブ、及び変形可能な外側層は、機械方向ニップ幅Ｗ及びニップ係合深さＤで変形可能な内側層の表面に押し込まれる。ニップに送り込まれると、緩いウェブは、バックアップロールの面の上方に均一に広がることができ、コーティングニップを通過しているときに緩くない表面を形成し、緩いウェブ全体にわたって均一なコーティングを可能にする。バックアップロールが存在しない場合、緩い部分がマイヤーロッドの周囲に巻き付くにつれて張力が局所的に失われることにより、コーティングの欠陥が実質的にない薄いコーティングを得ることは困難であろう。
【００２７】
いくつかの実施形態では、機械方向ニップ幅Ｗ及び係合深さＤのうちの少なくとも１つを調節して、コーティングの湿潤厚さを調節することができる。いくつかの実施形態では、機械方向ニップ幅Ｗ及び係合深さＤのうちの少なくとも１つを調節するために、マイヤーロッドとバックアップロールとの間の距離を制御するための位置決め機構が供給される。いくつかの実施形態では、マイヤーロッドをバックアップロールに対して押し付けるために、１つ以上の機械的ホルダが供給され得る。機械的ホルダは、変形可能なバックアップロールと接触するマイヤーロッドのコーティング表面に触れることなく、マイヤーロッドの対向する端部に接続され得る。
【００２８】
以下に、本開示の様々な例示的実施形態が、図面を具体的に参照して説明される。ここで図１Ａ〜図１Ｄを参照する、いくつかの実施形態による、バックアップロールの上方のマイヤーロッドを介して緩いウェブ上に均一なコーティングを付与するためのコーティング装置１００の斜視図である。コーティング装置１００は、ウェブ３がニップ１２０から出るにつれて、互いに係合してそれらの間にコーティングニップ１２０を形成する、バックアップロール１０及びマイヤーロッド２０を含む。不定長材料の柔軟なウェブ３は、機械方向５においてニップ１２０へと運ばれる。ウェブは、図１Ａ〜図１Ｄに概略的に示されるニップに入る／それから出るにつれて、特定の巻き付き角に限定されないことがあり、任意の範囲の入口／出口ウェブ角度を含んでもよいことを理解されたい。
【００２９】
コーティング材料７は、マイヤーロッド２０の上流の柔軟なウェブ３上に供給される。コーティング材料７は、例えば、水性溶液、プライマー、接着剤、インク、分散液、エマルションなどを含む、任意のコーティング可能な材料であり得る。いくつかの実施形態では、コーティング材料７は、約１，０００センチポアズ（ｃｐｓ）未満、任意選択で約５００ｃｐｓ未満の粘度を有し得る。ウェブ上の湿潤コーティングは、乾燥又は硬化されて、ウェブ上にコーティング層を形成することができる。均一なコーティング９が、マイヤーロッド２０に面するウェブ３の表面３１上に形成される。湿潤コーティング厚さとは、マイヤーロッドの直後のコーティングされた厚さを指す。乾燥の後、コーティング厚さを低減することができる。コーティング厚さのその減少は、ポリマーの乾燥及び／又は収縮の間の溶媒の損失によるものである。硬化は、例えば、コーティングの高温への曝露、又は化学線によって達成され得る。化学線は、例えば、ＵＶスペクトルの中にあり得る。
【００３０】
マイヤーロッド２０は、ワイヤ巻きロッド、二重ワイヤ巻きロッド、形成されたロッド、機械的に彫られたロッドなどであってもよい。マイヤーロッド２０上のワイヤ又は彫られた／エンボス加工された構造体は、（典型的なワイヤ巻きロッドのように）互いに密接に配置されてもよく、又はいくらかの距離だけ離れていてもよい。マイヤーロッド２０は、滑らかな表面を有していてもよく、又はその断面の一部が除去されていてもよい。マイヤーロッドは、金属、ポリマー、又はセラミック、並びにこれらの材料の任意の組み合わせから作製され得る。マイヤーロッドは、変形可能であっても、変形可能でなくてもよい。いくつかの実施形態では、マイヤーロッド２０は、余分なコーティング溶液を計量し、コーティング重量を制御するために、様々な直径のステンレス鋼ワイヤで緊密に巻かれたステンレス鋼ロッドであり得る。いくつかの実施形態では、マイヤーロッドは、例えば、約０．５”から約１．５”、又は約０．２５”から約１０”の範囲の直径を有する、典型的には円筒形であってよい。マイヤーロッドは、コーティング溶液を所定の開口部（例えば、２本の隣接するワイヤの間の空間、形成された溝内の空間など）に通すことによって、基本的に機能し得る。本開示では、所定の開口部は、マイヤーロッドがバックアップロールに押し込まれる際に開いたままであり得る。任意の好適な構成を有するマイヤーロッドを本明細書で使用することができることを理解されたい。
【００３１】
バックアップロール１０は、外側層１４によって表面が被覆された変形可能な内側層１２を有する。内側層１２及び外側層１４は、いくつかの実施形態では、恒久的に一緒に結合されてもよく、他の実施形態では、恒久的に結合されなくてもよい。「外側層」は、必ずしも最外層を意味せず、「内側層」は、必ずしも最内層を意味しないことを理解されたい。外側層１４は、内側層１２の周辺部の周りに実質的に均一な厚さを有する。変形可能な内側層１２は、硬い中心コア１１の周辺部の周りに実質的に均一な厚さを有しながら、硬い中心コア１１（例えば、金属コア）上に装着される。いくつかの実施形態では、変形可能な内側層１２と外側層１４との間の厚さの比は、約３：１以上、約５：１以上、約７：１以上、又は約１０：１以上であり得る。いくつかの実施形態では、外側層１４は、約０．００５”から約０．３００”、任意選択で約０．００５”から約０．０８０”の範囲の厚さを有する。本明細書で使用するとき、１”は２．５４ｃｍに等しい。いくつかの実施形態では、変形可能な内側層１２は、約０．１２５”から約３”、任意選択で約０．４”から約１．０”の範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態では、本明細書のバックアップロールを作製するために、米国特許第５，２０６，９９２号に記載の圧縮可能ローラーが使用され得る。
【００３２】
いくつかの実施形態では、内側層１２に使用される材料は、外側層１４に使用される材料よりも柔軟であってもよい。すなわち、各材料の同一サイズのブロックに印加される同一の圧縮力は、より柔軟な材料では、より硬い材料の場合よりも、印加された力の方向への大きな変形をもたらし得る。この柔軟性は、例えば、より低い硬度（ショアＡ又はショアＯＯなどの任意の適切な硬度スケールを使用して示されるような）を有する材料を選択することによって、より低い弾性率を有する材料を選択することによって、より高い圧縮率（典型的には、材料のポアソン比によって定量化される）を有する材料を選択することによって、又は、発泡体若しくは彫られた構造などの複数の気体含有物を含有するようにより柔軟な材料の構造を改変することなどによって、いくつかの方法でもたらされ得る。例えば、外側層が、６０ショアＡデュロメータ（ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０を使用して測定されるような）という硬度を有する材料を含むとき、内側層の硬度は、６０ショアＡデュロメータ未満であり得る。いくつかの場合、硬度は、内側層及び外側層に対して異なるスケール（例えば、外側層に対してはショアＡデュロメータ及び内側層に対してはショアＯＯ）を使用して、最も適切に測定され得ることに留意されたい。いくつかの実施形態では、内側層の圧縮率は、内側層が発泡体であるとき、ＡＳＴＭ  Ｄ３５７４による圧縮力たわみ試験を介して、及び、内側層が例えばスポンジ又は拡張可能なゴムなどの柔軟な海綿状材料であるとき、ＡＳＴＭ  Ｄ１０５６による圧縮たわみ試験を介して測定され得る。内側層は、２５％のたわみにおいて約４５ｐｓｉ未満、任意選択で２５％のたわみにおいて約２０ｐｓｉ未満の圧縮率を有し得る。
【００３３】
いくつかの実施形態では、外側層１４は、実質的に圧縮不可能である材料で作製されてもよく、例えば、接触圧に応答した材料の相対的な体積変化は、５％未満、２％未満、１％未満、０．５％未満、又は０．２％未満である。内側層１２は、弾性的に変形可能であるように、例えば、変形された後に元の状態に復元することが実質的に１００％（例えば、９９％以上、９９．５％以上、又は９９．９％以上）可能であるように、構成される。いくつかの実施形態では、内側層１２は、所望の変形性をもたらすように圧縮可能であり得る。いくつかの実施形態では、内側層１２は、実質的に圧縮不可能であってもよいが、所望の変形性をもたらすように十分に柔軟であってもよい。いくつかの実施形態では、内側層１２は、所望の変形性をもたらすように模様をつけられた、３Ｄ印刷された、エンボス加工された、又は彫られた実質的に圧縮不可能な材料で作製された層であってもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、変形可能な外側層１４は、変形可能な内側層１２よりも低い圧縮率を有し得る。いくつかの実施形態では、変形可能な外側層の硬度は、約４０ショアＡより高くてよく、任意選択で約５０ショアＡより高くてよい。いくつかの実施形態では、変形可能な内側層の硬度は、約２０ショアＡより低くてよく、任意選択で約１０ショアＡより低くてよい。いくつかの実施形態では、内側層は、外側層よりも高い圧縮率を有し得る。内側層は、２５％のたわみにおいて約４５ｐｓｉ未満、任意選択で２５％のたわみにおいて約２０ｐｓｉ未満の圧縮率を有し得る。いくつかの実施形態では、外側層は、約０．１より大きい、約０．２より大きい、約０．３より大きい、又は好ましくは約０．４より大きいポアソン比を有し得る。いくつかの実施形態では、変形可能な内側層は、約０．５より小さい、約０．４より小さい、約０．３より小さい、又は好ましくは約０．２より小さいポアソン比を有し得る。いくつかの実施形態では、変形可能な内側層は、負のポアソン比を有し得る。
【００３５】
いくつかの実施形態では、変形可能な外側層は、エラストマー、金属、布地、又は不織布のうちの１つ以上の材料を含み得る。いくつかの実施形態では、外側層は、約４０ショアＡより高い、又は任意選択で約５０ショアＡより高い硬度を有する、実質的に圧縮不可能なエラストマーであり得る。バックアップロールの外側層の厚さは、約１０ｍｍ未満、約５ｍｍ未満、又は約２ｍｍ未満であり得る。好適なエラストマーとしては、熱硬化性エラストマー、例えば、ニトリル類、フルオロエラストマー類、クロロプレン、エピクロロヒドリン、シリコーン、ウレタン、ポリアクリレート、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー）ゴム、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ブチルゴム、ナイロン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタンなどが挙げられることがある。
【００３６】
いくつかの実施形態では、変形可能な内側層は、発泡体、彫られた、構造化された、３Ｄ印刷された、又はエンボス加工されたエラストマー、布地若しくは不織布層、又は軟質ゴムのうちの１つ以上の材料を含み得る。バックアップロールの内側層は、約２０ショアＡより低い、又は約１０ショアＡより低い硬度を有することがある。好適な発泡体は、例えば、合成発泡体又は天然発泡体、熱成形発泡体、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテル、充填又はグラフト化ポリエーテル、粘弾性発泡体、メラミン発泡体、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーン、アイオノマー発泡体などを含む、連続気泡体又は独立気泡体であることがある。内側層としてはまた、例えば、イソプレン、ネオプレン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ニトリルゴム、ポリ塩化ビニル及びニトリルゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー）などのエチレン−プロピレンコポリマー、並びにブチルゴム（例えば、イソブチレン−イソプレンコポリマー）含む、発泡エラストマー、加硫ゴムが挙げられることがある。バックアップロールの好適な発泡体内側層は、例えば、２５％のたわみで約４５ｐｓｉ未満、又は２５％のたわみにおいて約２０ｐｓｉ未満の圧縮率を有し得る。内側層は、例えば、ばね、不織布、布地、エアブラダーなどの任意の好適な圧縮性構造体を含んでもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、内側層１２は、所望のポアソン比、圧縮率、及び弾性応答をもたらすように、３Ｄ印刷され得る。
【００３７】
図１Ａ〜図１Ｄに示されるように、柔軟なウェブ３はウェブの経路に沿って運ばれて、ニップ１２０に送り込まれる。図２Ａは、図１Ａ〜図１Ｄのうちのいずれか１つの拡大部分図を示す。バックアップロール１０は、ウェブ３をウェブ下流方向９に沿って、ニップ１２０を通して移送するために、軸を中心に回転することができる。バックアップロール１０は、モータを使用して回転させることができ、又は柔軟なウェブ３との摩擦接触により、単に回転させることができる。マイヤーロッド２０は、ウェブ３と同じ向きに（一般に「順」回転と呼ばれる）、又はウェブ３と反対の向きに（一般に「逆」回転と呼ばれる）回転してもよい。いくつかの実施形態では、マイヤーロッド２０は、ウェブの速度とは独立した、又は異なる速度で回転してもよい。マイヤーロッド２０は、例えば、約１．０ｍ／分から約５０ｍ／分の範囲の表面速度で回転してもよい。いくつかの実施形態では、マイヤーロッド２０は静止していてもよい。いくつかの実施形態では、マイヤーロッド２０は、ウェブ断面方向において振動してもよい。
【００３８】
柔軟なウェブ３は、例えば、ポリマーウェブ、紙、ポリマーコーティングされた紙、剥離ライナー、接着剤でコーティングされたウェブ、金属コーティングされたウェブ、柔軟なガラスウェブ若しくはセラミックウェブ、不織布、布地、又はこれらの任意の組み合わせなどの、任意の好適な柔軟な基材を含み得る。柔軟なウェブ３は、バックアップロールとマイヤーロッドとの間に配置され、バックアップロール及びマイヤーロッドのうちの少なくとも１つの周りに、様々なラップ角度で巻き付く。いくつかの実施形態では、柔軟なウェブ３は、例えば、約１〜約１８０度、約１〜約１２０度、約１〜約９０度、又は約１〜約６０度の範囲のラップ角度でマイヤーロッドに巻き付くことができる。いくつかの実施形態では、柔軟なウェブ３は、例えば、約１〜約１８０度、約１〜約１２０度、約１〜約９０度、又は約１〜約６０度の範囲のラップ角度でバックアップロールに巻き付くことができる。柔軟なウェブとニップとの間の入口／出口角度は、上記の範囲によって制限されなくてもよいことを理解されたい。
【００３９】
柔軟なウェブ３は、ウェブの経路に沿って緩いウェブとして運ばれるとき、歪み又は平坦ではない特性を呈し得る。平坦ではない特性としては、例えば、レーン、ストリップ、隆起、波打ちなどが挙げられることがある。図１は、ウェブ（例えば、中心又は縁部）の任意の部分に位置することがある緩いウェブ３’上の例示的な平坦ではない特性４３’を示す。図１のフリースパンコーティングでは、そのような平坦ではない特性４３’を有するウェブ３’の表面部分は、ウェブ下流方向５’に沿って運ばれる緩いウェブ３’にわたって、コーティング重量の変動（例えば、平坦ではない特性４３’の上方のコーティング欠陥４４’）をもたらし得る。本明細書で説明される方法及び装置は、緩いウェブの平坦ではない特性によって誘発される変動を大幅に軽減することができる。
【００４０】
図２Ａに示されるように、マイヤーロッド２０は、バックアップロール１０に押し付けられてニップ１２０を形成し、接触領域１５におけるマイヤーロッド２０及び柔軟なウェブ３は、機械方向に沿ったニップ幅Ｗ及びニップ係合深さＤでバックアップロール１０の変形可能な表面に押し込まれる。いくつかの実施形態では、機械方向ニップ幅Ｗは、例えば、約０．１ｍｍ〜約５０ｍｍの範囲にあり得る。いくつかの実施形態では、係合深さＤは、例えば、約０．０１ｍｍ〜約１０ｍｍ、約０．０５ｍｍ〜約５ｍｍ、又は約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの範囲内にあり得る。マイヤーロッド２０とのそのような係合により、バックアップロール１０は十分な滑らかさで回転することができる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、バックアップロールは完全に円筒形でなくてもよく、円筒性からの逸脱は、ロールの半径の最大値と最小値との差として定義され得る、総表示ランアウト（total indicated runout、ＴＩＲ）を使用して定量化される。例えば、１つの位置において１５０，１００ｍｍの最大半径を有し、別の位置において１５０，０００ｍｍの最小半径を有するロールは、０．１００ｍｍのＴＩＲを有する。バックアップロールがマイヤーロッドと係合して回転するとき、ロール半径の不均一性は、バックアップロールとマイヤーロッドとの間に形成されたニップを通って移動し得る。半径の差は、コーティング内（例えば、液相）内の圧力差を生み出し、不均一なコーティングをもたらし得る。この不均一性の影響は、バックアップロールの柔軟性を高めることによって減少させることができる（これにより、流体又は機械的圧力下でバックアップロールが変形することがより容易になる）が、業界では、柔軟な材料を正確な形状へと機械加工することはより困難であり得ることが周知である。本開示の利点の１つは、薄い外側層がより硬い表面を提示することができ、したがって、ロール構造の全体的な柔軟性を犠牲にすることなく、機械にとってより実用的であることである。いくつかの実施形態では、バックアップロール１０のＴＩＲは、例えば、約１００マイクロメートル以下、又は約５０マイクロメートル以下であり得る。
【００４２】
再び図２Ａを参照すると、接触領域１５における柔軟なウェブ３の部分は、機械方向ニップ幅Ｗ及び係合深さＤを用いて、マイヤーロッド２０を介して、バックアップロール１０の面に押し込まれる。マイヤーロッド２０は、ウェブ全体にわたって接触領域１５に均一な力を印加することができる。力が印加されると、柔軟なウェブ３は、バックアップロール１０の面の上方でウェブ断面方向に沿って均一に広がることができる。柔軟なウェブ３の緩くない表面は、ウェブがコーティングニップ１２０を通過するときに形成され得る。図２Ｂ〜図２Ｃに示されるように、平坦ではない特性４３は、接触領域１５において大幅に低減され、マイヤーロッド２０に接触するウェブ３の緩くない表面に均一なコーティング９を形成するために、コーティング材料７が付与される。緩いウェブ上の平坦ではない特性４３は、柔軟なウェブ３が接触領域１５から出た後に復元することがあり、これは、ウェブに既に形成されたコーティングの均一性に影響を与えないことがある。
【００４３】
コーティング９は、柔軟なウェブ３の表面全体にわたって実質的に均一な厚さを有し得る。加えて、ウェブ３が、例えば、バックアップロール１０を回転させることによって、コーティングニップ１２０を通って運ばれるとき、バックアップロール１０は、十分に低い総表示ランアウト（ＴＩＲ、例えば、１００マイクロメートル未満、好ましくは５０マイクロメートル未満）を有し、これはウェブ下流方向に沿って均一なコーティングを作製するように均一な力を維持するのに役立つ。
【００４４】
図３Ａ〜図３Ｂは、マイヤーロッド２０及びバックアップロール１０のうちの少なくとも１つの例示的な装着及び位置決め機構を示す。図３Ａに示すように、硬いシャフト１１が、バックアップロール１０をマシンフレーム３２に装着するために使用される。マイヤーロッド２０は、丸い形状を有し、装着アセンブリを介してマシンフレーム３２に装着され、これは、マイヤーロッド２０のそれぞれの軸とバックアップロール１０との間の相対距離を調節することができる。装着アセンブリは、マイヤーロッド２０の対向する端部２０ａ、２０ｂに取り付けられた機械的ホルダ３０を含む。機械的ホルダ３０は、例えば、ベアリングのペアを含み得る。マイヤーロッド２０の対向する端部２０ａ及び２０ｂは、機械的ホルダ３０のベアリングに回転可能に取り付けられ得る。機械的ホルダ３０の位置は、ウェブ断面方向に実質的に均一な圧力又は力を生成するために、バックアップロール１０に向かって、及びそれから離れるように調節され得る。この調節は、コーティング業界において周知の任意の数の方法で実行され得る。例えば、機械的スライド、差動ねじ位置決め器、サーボモータ、加圧エアシリンダ、又は任意の他の適切な手段、又はマイヤーロッド位置の調節のための適切な手段の組み合わせを使用することができる。図３Ａに示す実施形態では、マシンフレーム３２に固定されたスライド３３に沿った機械的ホルダの位置を調節することができる、差動ねじ位置決め器３７が示されている。マイヤーロッドの各端部に装着アセンブリがあり、それによって、フレームの各側でマイヤーロッド２０をマシンフレーム３２に取り付けることに留意されたい。装着アセンブリは、変形可能なバックアップロールと接触するマイヤーロッド２０のコーティング表面２２に接触せず、柔軟なウェブ上のコーティング溶液を計測することができることにも留意されたい。機械的ホルダ上に蓄積するコーティング溶液又は起こり得る汚染についての問題を回避するために、そのような非接触構成がいくつかの用途において望ましい。
【００４５】
図３Ｂの装着及び位置決め機構は、端部２０ａ及び２０ｂに隣接するマイヤーロッド２０上にそれぞれ装着された追加の支持ベアリング３４を更に含む。支持ベアリング３４は、マイヤーロッドの端部にトルク又はねじれ力をもたらして、その中心におけるたわみの量を低減することができる。補強ビーム３５は、バックアップロール１０の長さ全体にわたって、マイヤーロッドとバックアップロールとの間で（例えば、硬いコアに装着された圧縮可能な内側層と外側層との間で）より一貫した係合深さＤを維持するように、ベアリング３０及び３４の対になったセットを支持するために供給される。補強ビーム３５は、マイヤーロッド２０のコーティング表面２２に触れることなく、反対側の機械的ホルダ３０の間に延びるマイヤーロッド２０と実質的に平行になるように配置され得る。
【００４６】
図３Ａ〜図３Ｂは、例示的な装着及び位置決め機構を示すことを理解されたい。任意の他の好適な装着及び位置決め機構を使用して、マイヤーロッド２０及びバックアップロール１０を装着及び位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、機械方向ニップ幅Ｗ及び係合深さＤのうちの少なくとも１つを調節するように、マイヤーロッドとバックアップロールのそれぞれの軸の間の相対距離を制御するために、位置決め機構が、マイヤーロッド２０及びバックアップロール１０のうちの少なくとも１つに機能的に接続され得る。いくつかの実施形態では、マイヤーロッド及びバックアップロールの相対位置は、ロールの位置を固定し、マイヤーロッドの縁部に１つ以上の機械的ホルダを使用してマイヤーロッドの位置を調節することによって調節され得る。いくつかの実施形態では、マイヤーロッド及びバックアップロールの相対位置は、マイヤーロッドの位置を固定し、バックアップロールの位置を変更することによって調節され得る。いくつかの実施形態では、位置決め機構は、バックアップロールのそれぞれの軸とマイヤーロッドとの間の相対距離を検出するための１つ以上の位置決めセンサと、バックアップロール及びマイヤーロッドのうちの少なくとも１つを動かして、それらの間の距離を調節するための１つ以上のステッパモータと、を更に含み得る。
【００４７】
一般に、マイヤーロッドは、ウェブ上のコーティング材料の層を計測するために使用され得る。異なる厚さを得るために、異なるマイヤーロッドが使用され得る。コーティング厚さを実質的に増加又は減少させることが望ましく、異なるマイヤーロッドを使用することができるとき、マイヤーロッドの形状を変更することが、コーティング厚さを調節する便利な方法であることは、当該技術分野において周知である。本開示では、マイヤーロッドをバックアップロールと組み合わせて使用することによって、マイヤーロッドを変更することなく、ニップ幅Ｗ及び／又は深さＤを変えることによって、コーティング厚さもまた、柔軟なウェブ上で調節され得る。
【００４８】
いくつかの実施形態では、マイヤーロッド２０とバックアップロール１０との間の機械方向ニップ幅Ｗ及び／又は係合深さＤは、マイヤーロッド２０を変更することなく柔軟なウェブ３上のコーティング９の厚さを調節／制御するために調節され得る。例えば、係合深さＤを増加させて、より薄いコーティング９を得るか、又は減少させて、より厚いコーティング９を得ることができる。係合深さＤは、例えば、約０．０１ｍｍ〜約１０ｍｍ、約０．０５ｍｍ〜約１０ｍｍ、又は約０．１ｍｍ〜約５ｍｍの範囲内にあるように調節され得る。機械方向ニップ幅Ｗは、例えば、約０．１ｍｍ〜約５０ｍｍの範囲にあるように調節され得る。コーティング厚さは、例えば、約５〜約２００マイクロメートルの範囲にあるように制御され得る。
【００４９】
いくつかの実施形態では、機械方向ニップ幅Ｗ及び／又は係合深さＤは、マイヤーロッドとバックアップロールのそれぞれの軸の間の相対距離が、柔軟なウェブ及びコーティング材料のそれぞれの半径及び厚さの合計よりも小さいように、マイヤーロッド及びバックアップロールを位置決めすることによって調節され得る。マイヤーロッド及びバックアップロールの相対位置は、例えば、図３Ａ〜図３Ｂの装着及び位置決め機構などの装着及び位置決め機構を使用して調節され得る。いくつかの実施形態では、マイヤーロッドは、丸い形状又は丸くない形状を有し得ることを理解されたい。機械方向ニップ幅Ｗ及び／又は係合深さＤは、マイヤーロッドが、その未変形状態においてバックアップロールの表面により画定される湾曲面と交差するように、マイヤーロッド及びバックアップロールを位置決めすることによって調節され得る。
【００５０】
いくつかの実施形態では、係合深さＤは、緩いウェブに均一なコーティングを供給するために、臨界値よりも大きくなるように制御され得る。臨界の深さは、ロールＴＩＲ、又は任意の点欠陥によるものであり得る、ロールにおける任意の不均一性よりも大きくなるように決定され得る。係合深さＤが臨界値よりも大きい特定の範囲内で制御されるとき、接触領域におけるマイヤーロッドとバックアップロールとの間に接触圧がもたらされることがあり、これは係合深さＤを著しくは変化させないことがある。これは、均一なコーティングのための安定した区間（例えば、接触重量／厚さの相対的変化は、ウェブ断面方向に沿って、１０％未満、５％未満、２％未満、１％未満、又は０．５％未満である）をもたらす。
【００５１】
本開示は、機械方向ニップ幅Ｗ、係合深さＤ、及び／又はマイヤーロッドとバックアップロールとの間の対応するニップ接触圧を、ウェブ断面方向におけるバックアップロールの全長にわたって制御することの重要性を認識する。いくつかの実施形態では、マイヤーロッドがバックアップロールと係合するとき、マイヤーロッド上の接触力は、図７Ａに示すように、マイヤーロッドの中央部分をバックアップロールから離れる方向にたわませることがある。そのようなたわみは、その中心部分における係合深さＤを低減することができる。マイヤーロッドのたわみの程度を低減する１つの方法は、図３Ｂに示すように、マイヤーロッド支持機構の各端部で２つのベアリングを使用することである。追加の支持ベアリング３４は、その中心におけるたわみの量を低減するために、マイヤーロッドの端部にトルク又はねじれ力をもたらすことができる。マイヤーロッドとバックアップロールとの間のより一貫した係合深さＤをバックアップロールの全長にわたって維持する際に、ベアリングの対になったセット３０及び３４を支持するために補強ビーム３５を含めることが、実用的な設計の観点から望ましいことがある。
【００５２】
本開示の予期せぬ性能上の利点を付与するバックアップロールカバーの品質の定量的な説明を提供することが有用である。例えば、中実のゴムカバーは、非常に低い弾性率を有するものであっても、圧縮可能な内側層の上方に薄い中実のゴム外側層を有する二重層カバーを実行しなくてもよいことが見出された。更に、非常に薄い圧縮可能な内側層を有する二重層カバーであっても、バックアップロールの全長にわたって所望のコーティング均一性を付与しないことがある。例えば、米国特許第６，０７９，３５２号は、「約０．３１７５ｃｍ〜約１．２７ｃｍ」の、しばしば「約０．６３５ｃｍ」の内側の圧縮可能層の厚さを有し、「約０．０１２７ｃｍ〜約０．１５２４ｃｍ」の外側層の厚さを有する、ロールを記載している。以下の例示的なセクションに示されるように、米国特許第６，０７９，３５２号によって指定される範囲内にあるが、バックアップロールの全長にわたって所望のコーティング均一性を付与することはできなかった、０．４０４ｃｍという圧縮可能な内側層の厚さ及び０．１５２ｃｍという外側層の厚さを有するバックアップロールＤ１。
【００５３】
本開示の操作を、以下の詳細な実施例に関連して更に説明する。これらの実施例は、様々な具体的な好ましい実施形態及び技術を更に示すために提供される。しかしながら、本開示の範囲内に留まりつつ、多くの変更及び修正を加えることができるということが理解されるべきである。
【実施例】
【００５４】
これらの実施例は、単に例証を目的としたものであり、添付の特許請求の範囲を過度に限定することを意図するものではない。本開示の幅広い範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似値であるが、具体的な実施例において示される数値は、可能な限り正確に報告している。しかしながら、いずれの数値にも、それらのそれぞれの試験測定値において見出される標準偏差から結果として必然的に生じる、ある特定の誤差が本質的に含まれる。最低でも、各数値パラメータは少なくとも、報告される有効桁の数に照らして通常の丸め技法を適用することにより解釈されるべきであるが、このことは特許請求の範囲への均等論の適用を制限しようとするものではない。
【００５５】
バックアップロールの例
定量的なロールカバー特性評価を、下記の表１に記載のバックアップロール１０の選択について行った。バックアップロールは、硬いコアに装着された様々なロールカバー構成を有する。Ｒ１、Ｒ２、Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３と表記されたバックアップロールが機械的試験に使用された。試験ローラー及び試験プレートの直径が、参照のために提供される。単一の発泡体層のみを有し外側ゴム層を有しない、ロールＤ１、Ｄ２、及びＤ３の発泡体内側層及び別個のロール（表１には列挙されていない）は全て、様々な厚さを有するＡｍｅｒｉｃａｎ  Ｒｏｌｌｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙによって提供される独立気泡ポリウレタン発泡体である、同じ材料で構築される。ローラーＲ１は、Ｆｉｎｚｅｒ  Ｒｏｌｌｅｒ（イリノイ州デスプレーンズ）から市販されている。ローラーＲ２、Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３は、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｒｏｌｌｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙ（ウィスコンシン州ユニオングローブ）から市販されている。
【００５６】
【表１】
2021504130.tif 000003
【００５７】
試験方法
本開示の実施例のうちの一部の評価において、以下の試験方法が使用された。
【００５８】
ショアＡ硬度測定
表１のゴム層のショアＡ硬度測定値が、Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（カリフォルニア州ロサンゼルス）によって製造されたＭｏｄｅｌ  ３０６Ｌデュロメータ試験機を使用して、ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０タイプＡスケールで測定された。表中の硬度値は、各ローラーの周囲の３つの位置にある３つのウェブ断面位置から得られた個々の硬度測定値の平均である。硬度測定値は、ローラーの外側ゴム層の材料特性を主に反映するが、下層の発泡体層の特性によっても影響を受け得ることが理解される。
【００５９】
ショアＯＯ硬度測定
上述した同じ手順を使用して、外側ゴム層を有しない別個の発泡体ローラーの硬度が、Ｒｅｘ  Ｇａｕｇｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ（イリノイ州バッファローグローブ）によって製造されたＭＳ−ＯＯインデンターを用いて、Ｍｏｄｅｌ  １６００デュロメータ試験機を使用して、ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０型ＯＯスケール上で３５と測定された。外側ゴム層の存在により、表１のローラーＤ１、Ｄ２、及びＤ３における発泡体層の硬度を測定することはできなかった。ローラーＤ１、Ｄ２、Ｄ３、及び別個の発泡体ローラーは全て、同じ製造プロセスを使用してＡｍｅｒｉｃａｎ  Ｒｏｌｌｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙによって製造されたため、ローラーＤ１、Ｄ２、及びＤ３の中の発泡体層の硬度は、発泡体ローラーの硬度と同様である、すなわちＯＯデュロメータスケール上で３５であると仮定される。
【００６０】
弾性率測定
表１のヤング率値は、Ｊ．Ｋ．Ｇｏｏｄによる論文、”Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  Ｒｕｂｂｅｒ  Ｃｏｖｅｒｅｄ  Ｎｉｐ  Ｒｏｌｌｅｒｓ  ｉｎ  Ｗｅｂ  Ｌｉｎｅｓ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｉｘｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｗｅｂ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ，オクラホマ州立大学、２００１年において提示された式を使用して、測定された硬度値から得られた。
【００６１】
機械的圧縮試験
インストロン社により製造されたものなどの、機械的試験機を使用した機械的圧縮試験は、当業者によってよく理解される。図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、図において１０と表記され、表１においてＲ１、Ｒ２、Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３と指定されたロールがまず、図４Ａに示されるように９０ｍｍの外径を有する試験ローラー４０へと押し付けられ、続いて、図４Ｂに示されるように、インストロン（モデル５５００Ｒ）汎用機械試験機において、本質的に無限の外径を有する平板に対応する試験プレート４２へと押し付けられた。機械的試験機は、係合深さＤ又はＤ’及び幅Ｗ又はＷ’の範囲にわたって、一定速度８３．８マイクロメートル／秒で各ローラーと係合した。ロール１０と試験ローラー又は試験プレートとの間の係合深さ及び接触力が測定され、インストロンのフレーム位置センサ及び力ロードセルを使用して記録された。次いで、各試験について、力対係合曲線をプロットした。バックアップロールＤ２のための２つのそのような代表的な力対係合曲線を図５に示す。
【００６２】
図５を参照すると、データＵ２は、図４Ａの試験ローラー４０と係合された表１のローラーＤ２の力ｖｓ係合曲線を表し、Ｕ１は、図４Ｂの平坦な表面試験プレート４２と係合されたローラーＤ２の曲線を表す。図４Ａ及び図４Ｂから理解され得るように、試験プレートとローラーＤ２を係合させることには、試験ロールとの同等のレベルのＤ２の係合よりも、多くのカバー材料の変位及び又は圧縮、したがって多くの力Ｆを必要とする。それに対応して、力ｖｓ係合曲線Ｕ１は、曲線Ｕ２よりも急に上昇する。試験プレートと試験ローラーのいずれも、任意の直径のマイヤーロッドをローラーＤ２へと係合させる条件を必ずしも表すとは限らないので、Ｓ係数の決定において説明される機械的試験に使用される幾何学的形状とは独立した力ｖｓ係合データを生成するために、接触力学の分野でよく確立されている原理が使用され得る。
【００６３】
Ｓ係数の決定
式は、中実な変形可能なカバーを有するローラーを、硬いローラー又は平坦な表面へと距離Ｄで係合させるために必要とされる力Ｆについて導出された。Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ；Ｋ．Ｌ．Ｊｏｈｎｓｏｎ；Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ  １９８５；Ｌｉｂ．ｏｆ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ｃａｔａｌｏｇ：８４−１１３４６における式５．７４を参照されたい。この式を要約して変数を図４Ａ及び図４Ｂにおいて使用されるものへと作り直すと、以下の式を得る。
【数１】
2021504130.tif 000004
ここで、Ｆは、ローラー接触の単位長さに正規化された、印加される力を表し、定数Ｋは弾性率、ポアソン比、変形可能なカバーを構成する各層の圧縮率及び厚さを包含し、係合Ｄは、硬いローラー又は表面への変形可能なカバーの係合であり、ＲＥは、次の式によって与えられる実効半径である。
【数２】
2021504130.tif 000005
ここで、Ｄ１及びＤ２は、互いに接触している２つのローラー又は表面の直径を表し、平坦なプレートは、本質的に無限のローラー直径に対応する。
【００６４】
図５の曲線Ｕ１及び曲線Ｕ２によって表されるデータは、データを得るために使用される固定具の幾何学的形状、すなわち図４Ａの試験ローラー４０又は図４Ｂの試験プレート４２を補正することによって、幾何学的に不変の形態へとレンダリングされてもよい。式［１］におけるＦとＲＥとの関係を使用して、ローラーＤ２を試験プレートに係合させるために、図５の幾何学的に補正されたデータＣ１は、データＵ１を６０．１ｍｍに等しいＲＥ−Ｆｌａｔの平方根で割ることによって得られ、式［２］を使用して計算された。ローラーＤ２を試験ローラーに係合させるために、２５．８ｍｍに等しい、ＲＥ−Ｒｏｌｌの平方根で割ることによって図５のＵ２からデータＣ２を取得するために、同様の幾何学的補正が適用された。小さい実験誤差の範囲内では、図５の曲線Ｃ１及びＣ２は等しい。これは、Ｃ１及びＣ２における補正された力ｖｓ係合データが、実際に幾何学的に不変であること、又は換言すれば、未補正の圧縮試験データＵ１及びＵ２を得るために使用される試験ローラーと試験プレートとの間の元の幾何学的な差に依存しないことを示す。
【００６５】
ある適用例、例えば、直径３８．１ｍｍのマイヤーロッドを表１のローラーＤ１に係合させることについて、Ｃ１及びＣ２から力ｖｓ係合データを得るために、以前に補正された力データが、その適用例の幾何学的形状に適切なＲＥの平方根と乗じられ得る。この手順を使用して、幾何学的に不変のデータは、その適用例に適切な形態に再分類され得る。圧縮試験装置から得られた力ｖｓ係合データを幾何学的に不変の形態に変換し、次いで、マイヤーロッドコーティング装置をモデル化するために再び変換する、この幾何学的補正手順は、式［１］のパラメータＫが実質的に一定に保持される場合にのみ有効であることに留意されたい。本出願では、Ｋは、ローラーカバーが等価な方式で構築され、同じ層の厚さを有する同様の材料で作られる同じ層を有する場合、異なる直径を有するバックアップローラーに対しても、一定であると見なされる。
【００６６】
パラメータＳ係数は、図５に基づいて、幾何学的に補正された力ｖｓ係合データＣ１又はＣ２を、ローラー係合Ｄで割ることによって得ることができる。
【数３】
2021504130.tif 000006
【００６７】
式［３］における計算は、前述の機械的圧縮試験から得られた各データペア（Ｆｉ，Ｄｉ）に対して個別に行われる。Ｓ係数は、図５の補正された力データＣ１及びＣ２の傾きに関連し、同じ測定単位、すなわちＮ／ｍ５／２を有する。このＳ係数は、補正された力データＦｉの大きさ、及びその力を得るために使用される総係合値Ｄｉに依存するため、真の局所勾配ではないことに留意されたい。
【００６８】
表１のローラーＲ１、Ｒ２、Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３について計算されたＳ係数は、図６のローラー係合Ｄの関数として示される。Ｓ係数は、表１のローラーカバーの固有の設計特性を定量的に記述し、バックアップロールの硬いコアを被覆する様々な層の厚さ、弾性率、ポアソン比、又は圧縮率によって支配される。実験的に得られた力データについての前述の幾何学的補正手順により、Ｓ係数は、図４Ａの試験ローラー４０又は図４Ｂの試験プレート４２の長さ又は直径に依存しない。同様に、ウェブ断面係合Ｄ及びニップ接触圧Ｆを計算するために使用されるとき、Ｓ係数は、互いに接触するマイヤーロッド又はバックアップロールの長さ又は直径に依存しない。
【００６９】
図６を参照すると、ローラーＲ１、Ｒ２、Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３は、係合深さＤの関数としての、Ｓ係数の定性的及び定量的な差を有する。単一層の中実のゴムカバーを有するローラーＲ１及びＲ２と、薄い圧縮可能な内側層の上方に中実のゴム外側層を有するローラーＤ１の両方が、係合Ｄとともに単調に増大するＳ係数を有する。ローラーＲ１、Ｄ２、及びＤ３は、ローラーＤ１及びＲ２より大きさがかなり小さいＳ係数を有する。定量的には、０ｍｍ〜１ｍｍの係合Ｄの範囲にわたって平均化されたＳ係数は、０．２ｍｍを超える係合ＤのためのＳ係数の勾配とともに表１に集計されている。いくつかの実施形態では、Ｓ係数は、結果を著しく変化させることなく、０．０５ｍｍ〜１ｍｍの係合Ｄの範囲にわたって平均化され得ることを理解されたい。一部のバックアップロール構造に対して、上側の係合限界があり得ることに留意することが重要である。例えば、圧縮可能な内側層は、力が更なる係合とともに迅速に上昇し始める程度に係合され得る。Ｓ係数の勾配を計算するとき、使用される係合値の範囲は上側の係合限界を下回り、その設計限界を超えて圧縮可能な内側層が圧縮されていることが理解される。平均のＳ係数は、０ｍｍと１ｍｍの間の全ての係合値ＤｉについてＳ係数データペア（Ｓｉ，Ｄｉ）を平均化することによって計算された。Ｓ係数の勾配は、最小二乗法を使用して、０．２ｍｍと２ｍｍとの間の係合値ＤｉについてＳ係数データペア（Ｓｉ，Ｄｉ）に対して線をフィッティングすることによって計算された。
【００７０】
Ｓ係数は、マイヤーロッドコーティングシステムのウェブ断面方向の幅全体にわたる係合Ｄ及び接触力の均一性に直接関連し得る。一貫したニップ圧力は、ウェブの幅全体にわたって均一なコーティングを得ることに対する重要な要素として特筆されている。係合Ｄの変化に対する低く一貫性のある力応答を有する弾力のあるバックアップロールカバーは、より大きいローラーＴＩＲ又は基材厚さの変動に耐えることができ、コーティングの厚さ又は質に対する変化は最小限であるか、又は存在しない。実際に、十分に弾力のあるバックアップロールカバーは、緩いウェブ又は継ぎ合わせなどのプロセスの混乱に、コーティング品質へのわずかな影響しか伴わずに耐えることができる。そのような弾力のあるバックアップロールカバーは、約０〜１．０ｍｍ、又は０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍの係合Ｄの範囲にわたって平均化されたＳ係数を有することがあり、１５（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満、好ましくは１０（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満である。更に、弾力のあるバックアップロールカバーは、０．２ｍｍより大きい係合値に対する、Ｓ係数ｖｓ係合曲線における勾配を有することがあり、それは、５０００（１０６・Ｎ／ｍ７／２）未満、好ましくは５００（１０６・Ｎ／ｍ７／２）未満、最も好ましくは５０（１０６・Ｎ／ｍ７／２）未満である。
【００７１】
バックアップロールの長さにわたるニップ接触圧の均一性に対するＳ係数の効果を示すために、直径５０．８ｍｍ及び長さ１．５２４ｍのマイヤーロッドを、表１のローラーＤ３のカバー特性及び長さ１．５２４ｍを有するバックアップロールへと係合することを考える。図３Ａに示されるように２つの端部の各々において支持されたそのようなマイヤーロッドは、図７Ａに示されるように曲がり得る。図７Ａを参照すると、マイヤーロッド２０の各端部における力７０は、可変の係合量Ｄ（ｘ）によって、硬いシャフト１１に装着されたバックアップロール１０の外側層１４及び内側層１２に係合し、ｘはバックアップロールＬのウェブ断面の長さ全体にわたる。破線７２は、バックアップロールカバーの変形していない形状を表す。係合Ｄ（ｘ）の相対的な高さは、視覚的なわかりやすさをもたらすために図７Ａで誇張されていることが理解され得る。
【００７２】
図７Ｂでは、マイヤーロッド２０に作用する力の自由物体図が、Ｒ０及びＲＬと指定される反力７０、Ｍ０及びＭＬとしての端部モーメント又はねじれ力７６、並びにＮ（ｘ）としての分散された接触力７４とともに示されている。図３Ｂに示されるように、端部モーメントＭ０及びＭＬは、ロッドの各端部に２つ以上の支持体を有するマイヤーロッドに対してのみ存在し得ることに留意されたい。係合高さＤ（ｘ）がマイヤーロッド２０の長さにわたって変化するにつれて、分散された接触力Ｎ（ｘ）はそれに従って変化し得ることが予想され得る。
【００７３】
図７Ｃでは、分散された接触力Ｎ（ｘ）７４は、マイヤーロッドの長さにわたって４次多項式又は４次方程式の形式７８を有する力と均一な接触力７７を重ね合わせることによって、厳密に近似され得ることが示され得る。この近似の根拠は、オイラーベルヌーイビーム理論から、４次多項式の形式がロッドのたわみによるものであることが導かれること、及び、ロッドのたわみが接触力に密接に関連しているので、同様の関数の形式がＮ（ｘ）に対して適切であることである。オイラーベルヌーイビーム理論及び均一なロッドのたわみは、Ｒｏａｒｋ’ｓ  Ｆｏｒｍｕｌａｓ  ｆｏｒ  Ｓｔｒｅｓｓ  ａｎｄ  Ｓｔｒａｉｎなどの書籍においてまとめられている様々な力の分布についてのたわみの式とともに、当業者に周知である。例えば、Ｒｏａｒｋ’ｓ  Ｆｏｒｍｕｌａｓ  ｆｏｒ  Ｓｔｒｅｓｓ  ａｎｄ  Ｓｔｒａｉｎ，７ｔｈ  ｅｄ；Ｗａｒｒｅｎ  Ｃ．Ｙｏｕｎｇ，Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｇ．Ｂｕｄｙｎａｓ；ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  ２００２；ＩＳＢＮ  ０−０７−０７２５４２−Ｘを参照されたい。
【００７４】
図７Ｃの４次の力成分が均一な成分に対して非常に小さいという更なる仮定を行うことで、均一に負荷がかけられた単純に支持されるロッドの中心における最大のたわみＤＵは、以下によって与えられ得る。
【数４】
2021504130.tif 000007
ここで、ＮＵは分散した均一な力成分の大きさであり、ＥＭ、ＡＭ及びＬＭはそれぞれ、マイヤーロッドの弾性率、直径、及び長さである。式［４］の用語を再配置し、式［３］におけるＳの定義を使用して、望ましくは均一なニップ接触力を有するマイヤーロッドに対する最大のＳ値の推定値を導出することができる。
【数５】
2021504130.tif 000008
【００７５】
式［５］において、［２］を使用して計算された有効半径ＲＥは、１９．４ｍｍ、又は表１の直径１６５ｍｍのバックアップロールＤ３に係合する直径５０．８ｍｍのマイヤーロッドの有効半径ＲＥであることに留意することが重要である。前述したように、有効半径ＲＥのこの適用は、特定のマイヤーロッドの例のために、式［４］のたわみの計算を、Ｓ係数と比較するのに好適な幾何学的に不変の形態にする。
【００７６】
長さ１．５２４ｍの鋼製マイヤーロッドでは、図６の実線Ｓによって示されるように、臨界のＳＵ＝６．９（１０６・Ｎ／ｍ５／２）が得られる。式［４］は、マイヤーロッドコーティングシステムの最大の望ましい勾配係数ＳＵの良好な推定値を提供する。図３Ｂに示すようにロッド直径ＡＭを増加させるか、又はロッドのための追加の端部支持体を利用することで、ＳＵを増加させることができ、それに対応して、バックアップロールに適したローラーカバーの範囲を増加させることができる。これらの設計変更はまた、コーティングシステムの構築及び操作のコスト及び複雑さを増加させ得ることに留意されたい。例えば、より大きなマイヤーロッド直径は、ロッド上のコーティング溶液が及ぼす流体力学的な力を増加させることができ、ロッドのたわみを増加させることができる。
【００７７】
ウェブ断面方向のロッド係合及びコーティング圧力変動に対するＳ係数及びＳ係数の傾きの影響を決定するために、式［４］及び［５］を導出するために使用される均一な力を仮定して分配し、図７Ｃに示される均一な４次の力分布について十分に理解された重ね合わせの原理を利用することが便利である。直径５０．８ｍｍ及び長さ１．５２４ｍのマイヤーロッドの、バックアップロールＲ１、Ｒ２、Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３への計算された係合を図８に示す。全ての場合において、ロッドの端部が、表２に列挙されるそれぞれのバックアップロールへと１ｍｍの深さに係合させられた。バックアップロールＲ１がマイヤーロッドの大部分の上方でバックアップロールと接触しない、ロールＲ１及びＤ１については、マイヤーロッドの中心における係合深さＤのかなりの変動が特筆されることがある。対照的に、バックアップロールＲ２、Ｄ２、及びＤ３は、ウェブ断面方向の係合深さの変動がはるかに小さい。
【００７８】
図８の例のためのマイヤーロッドとバックアップロールとの間の接触力を図９に示す。Ｒ１がマイヤーロッドの大部分に接触しない、バックアップロールＲ１及びＤ１については、ウェブ断面方向に接触力のかなりの変動が見られる。対照的に、Ｒ２、Ｄ２、及びＤ３は、接触力の変動がはるかに小さい。一実施形態による、ウェブ断面方向のロッドの係合及び接触力の計算を実施するためのフローチャート２００が、図１０に示されている。バックアップロールの両端部へのマイヤーロッドの係合ＤＭＡＸは、計算への入力として提供され、図７Ａに示すようにロッドの最も奥までの貫通を表す。任意の好適な補間又は曲線フィッティングの方法を使用して、補正された力ｖｓ係合データからの幾何学的に不変の最大の接触力、例えば、図５のバックアップロールＤ２についてのＣ１又はＣ２を見出すために、ＤＭＡＸが使用され得る。表１の５０．８ｍｍのマイヤーロッド及びバックアップロールについて式［２］から得られる有効半径ＲＥの平方根との、この幾何学的に不変の最大の接触力の乗算により、提供された最大の係合値ＤＭＡＸに対するロッドとバックアップロールとの間の最大の接触力ＮＭＡＸが得られる。図１０のフローチャート２００は、ロッド及びバックアップロールの中心における最小の係合ＤＭＩＮ及び対応する最小の接触力ＮＭＩＮを見出すための手順を概説する。ＤＵは、図７Ｃの均一な接触応力について式［４］から得られ、ＮＵはＮＭＩＮに等しく設定されている。４次の接触応力を有するロッドの中心のたわみＤＱの式は、式［６］において提供され、ここで、ＮＱはＮＭＡＸとＮＭＩＮとの間の差に等しい。
【数６】
2021504130.tif 000009
【００７９】
ＥＭ、ＡＭ、及びＬＭは、それぞれマイヤーロッドのヤング率、直径、及び長さである。図１０の手順２００を実行することにより、所与のＤＭＡＸの入力に対して、ＤＭＩＮ、ＮＭＡＸ、及びＮＭＩＮを生成することができる。均一な４次の接触応力からのたわみの重ね合わせの十分に理解された原理を使用することが、式［７］のバックアップロールへのマイヤーロッドのウェブ断面方向の係合Ｄ（ｘ）を計算するために使用されることがあり、ＤＵ（ｘ）は式［８］によって与えられ、ＤＱ（ｘ）は式［９］によって与えられ、均一な接触応力についての定義ＮＵ＝ＮＭＩＮ及び、４次の接触応力についての定義ＮＱ＝ＮＭＡＸ−ＮＭＩＮ及び
【数７】
2021504130.tif 000010
を伴う。
【数８】
2021504130.tif 000011
【００８０】
バックアップロールへのウェブ断面方向の係合Ｄ（ｘ）があると、補正された力ｖｓ係合データ、例えば、図５のバックアップロールＤ２のためのＣ１又はＣ２から、任意の好適な補間又は曲線フィッティングの方法を使用して、幾何学的に不変のウェブ断面方向の接触力を得ることができる。表１の５０．８ｍｍのマイヤーロッド及びバックアップロールについての式［２］から得られる有効半径ＲＥの平方根との、幾何学的に不変のウェブ断面方向の接触力の乗算により、図９に示されるロッドとバックアップロールとの間で予測されるウェブ断面方向のニップ圧力が得られる。
【００８１】
【表２】
2021504130.tif 000012
【００８２】
図８及び図９の計算からの要約データが表２にまとめられており、これは、その端部においてＲ１、Ｒ２、Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３と表示されたバックアップロールへと１ｍｍ係合している、マイヤーロッドに対するウェブ断面方向の係合及びニップ圧力を列挙する。マイヤーロッドは直径が５０．８ｍｍであり、長さが１．５２４ｍである。ニップ係合Ｄの変動、より重要なことには、ニップ接触の長さにわたるニップ圧力は、バックアップロール性能の重要な尺度である。バックアップロールＲ２に対するニップ係合におけるウェブ断面方向の変動は、Ｄ２に対する変動よりも２６％大きいことに留意することができる。しかしながら、Ｒ２に対するニップ圧力の対応する変動は、Ｄ２に対する変動よりも１５７％大きい。平均のＳ係数及びＳ係数の変動が、式［３］を使用して、各々のニップ係合及びウェブ断面方向のニップ接触長にわたる接触力に対して計算され、表２において集計されている。Ｒ２に対する平均のＳ係数は、Ｄ２に対する平均値より２５％大きかった。対照的に、Ｓ係数の勾配の程度により主に支配される、Ｒ２に対するＳ係数の変動は、Ｄ２に対する変動より１０倍大きい。製品サイズのマイヤーロッドコーティングシステムに関するこの計算シミュレーションは、Ｓ係数が均一なウェブ断面方向のニップ係合及びニップ圧力を達成するのに重要な役割を果たすことを示す。具体的には、係合深さＤとともに増加しないか、又は減少すらする、全体的な小さいＳ係数の値及びＳ係数の勾配は、ウェブ断面方向のニップ圧力の変動が小さいことを強く予測するものである。
【００８３】
いくつかの実施形態では、所望のバックアップロールは、約０〜約１ｍｍ又は約０．０５ｍｍ〜約１ｍｍのニップ係合Ｄの範囲にわたって平均化されたＳ係数を有し得、約１５（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満、約１０（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満、又は任意選択で約５（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満である。いくつかの実施形態では、約０．２ｍｍより大きいがバックアップロールの係合限界よりも小さいニップ係合Ｄに対するＳ係数の勾配は、約５０００（１０６・Ｎ／ｍ７／２）未満、任意選択で約５００（１０６・Ｎ／ｍ７／２）未満、任意選択で約５０（１０６・Ｎ／ｍ７／２）未満であってもよい。
【００８４】
例示的な実施形態のリスト
例示的な実施形態を以下に列挙する。実施形態１〜１２、１３〜３２、及び３３〜３７の任意の１つを組み合わせることができることを理解されたい。
【００８５】
実施形態１は、緩いウェブ上にコーティングを付与する方法であって、
変形可能な外側層によって表面が被覆された変形可能な内側層を有するバックアップロールを供給することであって、内側層が外側層よりも柔軟である、供給することと、
バックアップロールと接触するマイヤーロッドを供給することと、
バックアップロールとマイヤーロッドとの間に柔軟なウェブを配置することと、
柔軟なウェブを、バックアップロール及びマイヤーロッドのうちの少なくとも１つの周囲に巻き付けることと、
マイヤーロッド及びバックアップロールを互いに押し付けてそれらの間にニップを形成することであって、接触領域におけるマイヤーロッド及び柔軟なウェブが、機械方向ニップ幅Ｗ及びニップ係合深さＤでバックアップロールに押し込まれる、形成することと、
ニップの上流でコーティング材料を供給して、ニップの下流でウェブの表面上にコーティングを形成することとを含み、
バックアップロールが、約０．０５ｍｍ〜約１ｍｍのニップ係合Ｄの範囲にわたって平均化されたＳ係数を有し、任意選択で約１５（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満、又は約１０（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満である、方法である。
【００８６】
実施形態２は、機械方向ニップ幅Ｗ及びニップ係合深さＤのうちの少なくとも１つを調節して、コーティングの湿潤厚さを調節することを更に含む、実施形態１に記載の方法である。
【００８７】
実施形態３は、機械方向ニップ幅Ｗ又はニップ係合深さＤが、マイヤーロッドとバックアップロールのそれぞれの軸の間の相対距離を調節することによって調節される、実施形態２に記載の方法である。
【００８８】
実施形態４は、マイヤーロッドとバックアップロールのそれぞれの軸の間の相対距離が、装着及び位置決め機構を介して、マイヤーロッド及びバックアップロールのうちの少なくとも１つを移動させることによって調節される、実施形態１〜３のいずれか一つに記載の方法である。
【００８９】
実施形態５は、機械方向ニップ幅Ｗが、約０．１ｍｍ〜約５０ｍｍの範囲にあるように調節される、実施形態１〜４のいずれか一つに記載の方法である。
【００９０】
実施形態６は、ニップ係合深さＤが、約１．０マイクロメートル〜約１０ｍｍの範囲にあるように調節される、実施形態１〜５のいずれか一つに記載の方法である。
【００９１】
実施形態７は、コーティングの湿潤厚さが、約５マイクロメートル〜約２００マイクロメートルの範囲内にあるように調節される、実施形態１〜６のいずれか一つに記載の方法である。
【００９２】
実施形態８は、マイヤーロッドが、マイヤーロッドのコーティング表面に触れることなく、マイヤーロッドの対向する端部に装着された機械的ホルダを介して押し付けられる、実施形態１〜７のいずれか一つに記載の方法である。
【００９３】
実施形態９は、機械的ホルダが１つ以上のベアリング要素を含む、実施形態８に記載の方法である。
【００９４】
実施形態１０は、マイヤーロッドをバックアップロールとは異なる速度で回転させることを更に含み、マイヤーロッドは、約１ｍ／分〜約５０ｍ／分の速度で回転される、実施形態１〜９のいずれか一つに記載の方法である。
【００９５】
実施形態１１は、柔軟なウェブが、平坦ではない表面特性を有する緩いウェブである、実施形態１〜１０のいずれか一つに記載の方法である。
【００９６】
実施形態１２は、コーティングが、緩いウェブの平坦ではない表面特性に関連する可視の欠陥を実質的に有しない、実施形態１１に記載の方法である。
【００９７】
実施形態１３は、
表面が変形可能な外側層によって被覆された変形可能な内側層を有するバックアップロールであって、内側層が外側層よりも柔軟である、バックアップロールと、
バックアップロールと接触するマイヤーロッドと、
バックアップロールとマイヤーロッドとの間に配置され、バックアップロール及びマイヤーロッドのうちの少なくとも１つの周囲に巻き付く、柔軟なウェブと、
マイヤーロッド及びバックアップロールを互いに押し付けてそれらの間にニップを形成するように構成される１つ以上の機械的ホルダとを含む、コーティング装置であり、
接触領域におけるマイヤーロッド及び柔軟なウェブが、機械方向ニップ幅Ｗ及びニップ係合深さＤでバックアップロールに押し込まれる。
【００９８】
実施形態１４は、機械的ホルダが、マイヤーロッド及びバックアップロールのうちの少なくとも１つに取り付けられ、マイヤーロッド及びバックアップロールのうちの少なくとも１つを移動させることが可能である、実施形態１３に記載のコーティング装置である。
【００９９】
実施形態１５は、機械的ホルダが、マイヤーロッドのコーティング表面に触れることなくマイヤーロッドの対向する端部に接続されている、実施形態１４に記載のコーティング装置である。
【０１００】
実施形態１６は、機械的ホルダが、マイヤーロッドの各端部に１つ以上のベアリング要素を更に含む、実施形態１４又は１５に記載のコーティング装置である。
【０１０１】
実施形態１７は、機械的ホルダが、マイヤーロッドの端部においてベアリングを支持するための補強ビームを更に含む、実施形態１６に記載のコーティング装置である。
【０１０２】
実施形態１８は、補強ビームがマイヤーロッドと実質的に平行に配置され、マイヤーロッドのコーティング表面に触れることなくマイヤーロッドの対向する端部の間に延びる、実施形態１７に記載のコーティング装置である。
【０１０３】
実施形態１９は、機械的ホルダが、機械方向ニップ幅Ｗ及びニップ係合深さＤのうちの少なくとも１つを調節するために、マイヤーロッドとバックアップロールのそれぞれの軸の間の距離を制御するための位置決め機構を含む、実施形態１４〜１８のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１０４】
実施形態２０は、機械方向ニップ幅Ｗが、約０．１ｍｍ〜約５０ｍｍの範囲にあるように調節される、実施形態１３〜１９のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１０５】
実施形態２１は、ニップ係合深さＤが、約１．０マイクロメートル〜約１０ｍｍの範囲にあるように調節される、実施形態１３〜２０のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１０６】
実施形態２２は、バックアップロールが、約１００マイクロメートル以下、任意選択で約５０マイクロメートル以下の総表示ランアウト（ＴＩＲ）を有する、実施形態１３〜２１のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１０７】
実施形態２３は、変形可能な内側層と変形可能な外側層との間の厚さの比が、約３：１以上、任意選択で約５：１以上であり、バックアップロールの外側層の厚さが、１０ｍｍ未満、任意選択で５ｍｍ未満である、実施形態１３〜２２のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１０８】
実施形態２４は、バックアップロールの内側層が、２０ショアＡ未満、任意選択で１０ショアＡ未満の硬度を有する、実施形態１３〜２３のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１０９】
実施形態２５は、バックアップロールの内側層が、２５％のたわみにおいて約４５ｐｓｉ未満、任意選択で２５％のたわみにおいて約２０ｐｓｉ未満の圧縮率を有する、実施形態１３〜２３のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１１０】
実施形態２６は、バックアップロールの変形可能な外側層が、約４０ショアＡより高い、任意選択で約５０ショアＡより高い硬度を有する、実施形態１３〜２５のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１１１】
実施形態２７は、変形可能な外側層が、エラストマー、金属、布地、又は不織布のうちの１つ以上の材料を含む、実施形態１３〜２６のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１１２】
実施形態２８は、変形可能な内側層が、合成発泡体、彫られた、構造化された、３Ｄ印刷された、又はエンボス加工されたエラストマー、布地若しくは不織布層、圧力が制御されたガスで充填された複数の空洞、又は軟質ゴムのうちの１つ以上の材料を含む、実施形態１３〜２７のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１１３】
実施形態２９は、柔軟なウェブが、ポリマーウェブ、紙、剥離ライナー、接着剤でコーティングされたウェブ、金属コーティングされたウェブ、柔軟なガラスウェブ若しくはセラミックウェブ、不織布、布地、又はこれらの組み合わせを含む、実施形態１３〜２８のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１１４】
実施形態３０は、バックアップロールが硬い中心コアを含み、変形可能な内側層が硬い中心コアの周囲に配置され、硬い中心コアの周りの厚さがほぼ均一である、実施形態１３〜２９のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１１５】
実施形態３１は、バックアップロールが、約０．０５ｍｍ〜約１ｍｍのニップ係合Ｄの範囲にわたって平均化されたＳ係数を有し、約１５（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満、任意選択で約１０（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満である、実施形態１３〜３０のいずれか一つに記載のコーティング装置である。
【０１１６】
実施形態３２は、約０．２ｍｍより大きいニップ係合Ｄに対する、Ｓ係数対ニップ係合深さＤの曲線の勾配が、約５０００（１０６・Ｎ／ｍ７／２）未満、任意選択で約５００（１０６・Ｎ／ｍ７／２）未満、任意選択で約５０（１０６・Ｎ／ｍ７／２）未満である、実施形態３１に記載のコーティング装置である。
【０１１７】
実施形態３３は、
バックアップロール及び試験ローラーを供給することと、
係合深さＤの範囲を通して、試験ローラー及びバックアップロールを互いに押し付けることと、
機械的圧縮試験を使用することによって、試験ローラー及びバックアップロールの接触力Ｆ対ニップ係合深さＤの曲線を測定することと、
式
【数９】
2021504130.tif 000013
を使用することによって、測定された曲線に基づいて幾何学的に不変のＳ係数を計算することとを含む方法であり、
【数１０】
2021504130.tif 000014
であり、Ｄ１及びＤ２が、試験ローラー及びバックアップロールのそれぞれの直径を表す。
【０１１８】
実施形態３４は、バックアップロールが、緩いウェブ上に実質的に均一なコーティングを付与するために適用可能であるかどうかを決定することを更に含む、実施形態３３に記載の方法である。
【０１１９】
実施形態３５は、バックアップロールが、約０．０５ｍｍ〜約１ｍｍのニップ係合Ｄの範囲にわたって平均化されたＳ係数を有し、約１５（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満、任意選択で約１０（１０６・Ｎ／ｍ５／２）未満であるとき、バックアップロールが適用可能である、実施形態３４に記載の方法である。
【０１２０】
実施形態３６は、約０．２ｍｍより大きいニップ係合Ｄに対する、Ｓ係数対ニップ係合深さＤの曲線の勾配が、約５０００（１０６・Ｎ／ｍ７／２）未満、任意選択で約５００（１０６・Ｎ／ｍ７／２）未満、任意選択で約５０（１０６・Ｎ／ｍ７／２）未満である、実施形態３４に記載の方法である。
【０１２１】
実施形態３７は、試験ローラーがマイヤーロッドである、実施形態３３〜３６のいずれか一つに記載の方法である。
【０１２２】
本明細書全体を通して、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」、又は「ある実施形態」に対する言及は、「実施形態」という用語の前に、「例示的な」という用語が含まれているか否かに関わらず、その実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造、材料、又は特性が、本開示の特定の例示的な実施形態のうちの少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して、様々な箇所における「１つ以上の実施形態において」、「特定の実施形態において」、「一実施形態において」、又は「ある実施形態において」などの表現の出現は、必ずしも本開示の特定の例示的な実施形態のうちの同一の実施形態に言及するものとは限らない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ以上の実施形態では任意の好適な方法で組み合わされてもよい。
【０１２３】
本明細書ではいくつかの例示的な実施形態について詳細に説明してきたが、当業者には上述の説明を理解した上で、これらの実施形態の修正形態、変形形態、及び均等物を容易に想起できることが、理解されるであろう。したがって、本開示は、ここまで説明してきた例示的実施形態に、過度に限定されるものではないことを理解されたい。特に、本明細書で使用する場合、端点による数値範囲の列挙は、その範囲内に包含される全ての数を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）ことが意図される。加えて、本明細書で使用される全ての数は、用語「約」によって修飾されるものと想定される。
【０１２４】
更には、本明細書で参照される全ての刊行物及び特許は、個々の刊行物又は特許を参照により組み込むことが詳細かつ個別に指示されている場合と同じ程度に、それらの全容が参照により組み込まれる。様々な例示的な実施形態について説明してきた。これらの実施形態及び他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に含まれる。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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