(57)【要約】【課題】塗膜表面の乱れを防ぎ、精密な塗工面が得られる乾燥方法を提供する。【解決手段】基材１を塗布面側のみならず裏面側からも加熱することで、塗膜の表面と裏面の温度差を小さく抑制し、塗膜内のマランゴニ数Ｍａ及びレイリー数Ｒａが共に臨界数を越えない条件で乾燥を行い、塗膜内でのマランゴニ対流及びベナール対流の発生を抑制して塗膜表面の乱れを防ぎ、精密な塗工面が得られる構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に塗られた塗布液の乾燥において、乾燥中の塗膜におけるマランゴニ数及びレイリー数の各々が臨界値を越えない条件を満たす温度条件で乾燥を行うことを特徴とする乾燥方法。
【請求項２】
基材を塗布面側から熱風で加熱し、裏面側から赤外線ヒータで加熱することを特徴とする請求項１記載の乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長尺フィルム、枚葉の薄板などの基材の表面に塗られた塗膜を乾燥する方法に関し、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ように、塗膜の精密乾燥が必要な分野で用いるのに好適な乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基材に塗布した塗布液の乾燥には、図２に示すように、基材１を、その塗布面を上にしてガイドロール２によって水平に走行するように案内し、基材１の走行経路の上方に配置した複数の熱風ノズル３から熱風を塗膜表面に吹き付ける方法が広く使用されている。しかしながら、この方法では、熱風が塗膜に直接吹き付けられるため、熱風によって塗膜表面に凹凸が生じ、面質が悪くなることがあり、カラーフィルタや液晶のように塗膜表面をきわめて平滑な状態に乾燥する必要のある用途には適さない。そこで、塗膜の精密乾燥を行う方法として、図３、図４に示すように、給気装置４と排気装置５によって熱風を基材１の進行方向と平行に並流又は向流で吹く方法が用いられている。また、基材１の下面側から赤外線ヒータによって基材を加熱することによって塗膜を乾燥させる方法も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの乾燥方法では、塗膜の面質をかなり向上させることができたが、やはり、図５（ｃ）に誇張して示すように、乾燥後の塗膜６の表面面質が悪くなり、膜厚が不均一となることがあった。
【０００４】
本発明者らは乾燥時に塗膜に生じる膜厚不均一の原因を鋭意検討の結果、次の事項を見出した。すなわち、塗膜表面を熱風で加熱、乾燥させる方法では、図５（ａ）に示すように、乾燥すべき塗膜７の表面のみに熱を与えているため、塗膜７の表面７ａの温度が上昇し、表面７ａと底面７ｂで温度差が発生する。液体は、温度が上昇するにつれ、表面張力が低下するので、乾燥中に発生する塗膜７の表面７ａと底面７ｂとの間の温度差により、塗膜７の表面７ａと底面７ｂとの間で表面張力差が発生する。これにより、塗膜７内に対流（マランゴニ対流）が発生し、乾燥後の塗膜表面に悪影響を与え、膜厚の不均一を生じていた。一方、図５（ｂ）に示すように、基材７を裏面側から赤外線等によって加熱した場合は、塗膜７の裏面７ｂの温度上昇により表面張力の他に密度が低下する。そのため、マランゴニ対流以外に、塗膜７内には密度差による対流（ベナール対流）が発生し、乾燥後の塗膜表面に悪影響を与え、膜厚の不均一を生じていた。
【０００５】
本発明はかかる知見に基づいてなされたもので、乾燥中の塗膜内に生じる恐れのあるマランゴニ対流及びベナール対流を防止して、塗膜の精密乾燥を行うことを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、マランゴニ対流の発生しやすさを示す値であるマランゴニ数Ｍａ及びベナール対流の発生しやすさを示す値であるレイリー数Ｒａの両方が、各々の臨界数を越えない条件を満たす温度条件で乾燥を行うという構成としたものであり、この構成により、乾燥中に塗膜内でマランゴニ対流もベナール対流も発生せず、精密な乾燥が可能となる。
【０００７】
上記した温度条件を確保するための加熱方法には種々な方法を取り得るが、好ましい方法としては、基材を塗布面側から熱風で加熱し、裏面側から赤外線ヒータで加熱する方法を挙げることができる。この方法を用いることで、塗布面を熱風で加熱すると共に塗布面から発生した溶剤蒸気を熱風で敏速に除去でき、また、裏面側からは赤外線ヒータによって敏速に加熱することができ、塗膜の乾燥速度を高めることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の乾燥方法の実施に用いる乾燥装置も、基本的な形態は、図１に示すように、基材１を、その塗布面を上にしてガイドロール２によって水平に走行するように案内し、走行中の基材１を加熱して塗膜の乾燥を行うものである。この乾燥方式において、塗膜におけるマランゴニ数Ｍａは以下の式で表される。
【０００９】
【数１】
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【００１０】
臨界マランゴニ数は８０であることから、塗膜の表面と裏面の温度差ΔＴは以下のように求められる。
【００１１】
【数２】
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【００１２】
レイリー数Ｒａは以下の式で表される。
【００１３】
【数３】
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【００１４】
臨界レイリー数Ｒａは１７００であることから、ΔＴは以下のように求められる。
【００１５】
【数４】
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【００１６】
本発明では、基材１の塗膜に対する乾燥条件の設定に当たって、乾燥速度を考慮して塗膜の加熱温度を定めるのみならず、上記式（１）、（２）を満たすように、塗膜の表面と裏面の温度差ΔＴを設定し、その乾燥条件で乾燥を行う。これにより、乾燥中、塗膜内におけるマランゴニ数Ｍａ及びレイリー数Ｒａの両方が、各々の臨界数を越えることがなく、従って、塗膜内でマランゴニ対流もベナール対流も発生せず、精密な乾燥を行うことができる。
【００１７】
ここで、上記式（１）、（２）を満たす温度差ΔＴの設定は次のように行えば良い。すなわち、式（１）、（２）における臨界温度差ΔＴｍ、ΔＴｒは、塗布液の物性、塗膜の膜厚、塗膜の温度等によって定まるので、あらかじめ、塗布液の表面張力、粘度の温度依存性、濃度依存性を動的表面張力計、レオメータ等にてあらかじめ測定しておき、それを基にして、塗膜膜厚、乾燥時の塗膜温度等の条件を当てはめて、上記式（１）、（２）から臨界温度差ΔＴｍ、ΔＴｒを計算する。そして、塗膜の表面と裏面の温度差ΔＴを、求めた臨界温度差ΔＴｍ、ΔＴｒよりも小さい値に設定すればよい。
【００１８】
ところで、上記式（１）、（２）に規定する臨界温度差ΔＴｍ、ΔＴｒには、粘度μ、動粘度νが入っており、この物性は塗膜の乾燥程度に応じて大きく変動する。従って、上記式（１）、（２）で求める臨界温度差ΔＴｍ、ΔＴｒは、乾燥装置を通過中の基材の位置に応じて異なっている。具体的には、乾燥開始領域では乾燥が進んでいないため、粘度μ、動粘度νがきわめて小さく、このため臨界温度差ΔＴｍ、ΔＴｒが小さくなり、乾燥が進むにつれ、臨界温度差ΔＴｍ、ΔＴｒは大きくなる。乾燥条件の設定に当たっては、塗膜の表面と裏面の温度差ΔＴが乾燥装置内の全域において、上記した臨界温度差ΔＴｍ、ΔＴｒを越えないように設定するが、この際、この温度差ΔＴは、乾燥装置内の全域において一定となるように設定してもよいし、乾燥装置内での位置によって異なるように設定してもよい。例えば、温度差ΔＴを、乾燥装置内の全域において一定となるように設定する場合には、乾燥開始領域における臨界温度差ΔＴｍ、ΔＴｒを求め、その値を越えないように、温度差ΔＴを設定し、その温度差ΔＴを乾燥装置内の全域に適用すればよい。また、温度差ΔＴを乾燥装置内の位置によって異なるように設定する場合には、例えば乾燥装置内を、図１に示すように前半領域、中盤領域、後半領域に分け、各領域において、それぞれの入口部分における臨界温度差ΔＴｍ、ΔＴｒを求め、その値を越えないように、温度差ΔＴを設定し、その温度差ΔＴを各領域内に適用すればよい。
【００１９】
上記したように、本発明では、塗膜の表面と裏面の温度差ΔＴを上記式（１）、（２）を満たすように設定して乾燥を行う。この乾燥条件を確保するには、塗膜を基材の一方の面からの加熱のみでは困難である。そこで、本発明の実施に当たっては、水平に走行している基材１に対して、その上下面から加熱を行う。基材の上下面から加熱に用いる加熱手段は任意であるが、基材上面の加熱は、図１に示すように、基材１を塗布面側から熱風で加熱することが、塗布面の加熱のみならず塗布面から発生した溶剤を敏速に除去できるので、好ましい。この際、熱風が塗膜表面の面質を低下させないよう、熱風は極力基材１に対して平行に流すことが望ましい。熱風の方向は基材１に対して並流でも向流でもよい。また、乾燥装置内を、例えば、前半領域、中盤領域、後半領域に分けて温度条件をそれぞれ別個に設定可能としたい場合には、乾燥装置内を各領域に分けると共に各領域にそれぞれ給気装置１２、排気装置１３を設ければ良い。一方、基材１の下面側からの加熱は赤外線ヒータ１５によって行うことが、装置が簡単で且つ加熱効率が良いので、好ましい。
【００２０】
【実施例】
図１に示す乾燥装置を用い、次の乾燥条件で乾燥テストを行い、乾燥後について塗膜表面を検査した。その結果を表１に示す。乾燥装置内の前半領域、中盤領域、後半領域の温度条件は同一とした。また、乾燥の初期領域におけるマランゴニ数Ｍａ、レイリー数Ｒａを計算により求めた。これも表１に示す。
［乾燥条件］
・基材：  ＰＥＴフィルム（厚さ１００μｍ）
・塗布液：  インキ（主溶剤はＭＥＫ）
・塗布厚：  塗布直後  １００μｍ
・基材走行速度：  ３ｍ／分
・熱風温度（塗布面の表面温度に等しいと想定される）：  ５０°Ｃ
・赤外線ヒータ１０による基材加熱温度：７０°Ｃ、６０°Ｃ、５５°Ｃ
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１から分かるように、テスト３では、マランゴニ数Ｍａ、レイリー数Ｒａが共に臨界数よりも小さくなっており、塗布面の品質は良好であった。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、乾燥中における塗膜のマランゴニ数Ｍａ及びレイリー数Ｒａが共に臨界数を越えない温度条件で乾燥を行うことにより、塗膜内でのマランゴニ対流及びベナール対流の発生を抑制でき、塗膜内での対流による塗膜表面の乱れを防ぎ、精密な塗工面が得られるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施に用いる乾燥装置の１例を示す概略側面図
【図２】従来の乾燥装置の１例を示す概略側面図
【図３】従来の乾燥装置の他の例を示す概略側面図
【図４】従来の乾燥装置の更に他の例を示す概略側面図
【図５】（ａ）、（ｂ）は塗膜に生じる現象を説明する概略断面図、（ｃ）は乾燥後の塗膜表面に生じる凹凸を誇張して示す概略断面図
【符号の説明】
１  基材
２  ガイドロール
３  熱風ノズル
４  給気装置
５  排気装置
６、７  塗膜
１２  給気装置
１３  排気装置
１５  赤外線ヒータ
【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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