(57)【要約】      （修正有）【課題】超音波振動を与えることにより被塗工材に対する塗工液の塗布が均一に行える塗布方法及び装置を得る。【解決手段】モータで回転させる塗布ロール１の回転軸３の一端に塗布ロール１に超音波振動を与える超音波振動子１５を接続し、塗布ロール１の回転軸３の他端に超音波振動を遮断または減衰させるカップリングを介してモータの出力軸を接続し、塗布ロール１に超音波振動を与えて塗布ロール１を超音波振動させることにより、塗布ロール１と該塗布ロール１に接する塗工液９との界面に微細振動を与えつつ塗工液９を被塗工材２の面に塗布する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する塗布ロールを備えて前記塗布ロールの外周面に被塗工材を沿わせて走行させつつ塗工液を前記被塗工材の面に塗布する塗布装置のいずれかの部分を強制的に振動させて前記塗工液が前記被塗ロールに接する界面に振動運動を発現させる塗布方法であって、前記塗布ロールに超音波振動を与えて前記塗布ロールを超音波振動させることにより、前記塗布ロールと前記塗布ロールに接する前記塗工液との界面に微細振動を与えつつ前記塗工液を前記被塗工材の面に塗布することを特徴とする塗布方法。
【請求項２】
前記塗布ロールに超音波振動を与える方向は前記塗布ロールの軸方向であることを特徴とする請求項１に記載の塗布方法。
【請求項３】
モータで回転させる塗布ロールを備えて前記塗布ロールの外周面に被塗工材を沿わせて走行させつつ塗工液を前記被塗工材の面に塗布する塗布装置のいずれかの部分を強制的に振動させて前記塗工液が前記塗布ロールに接する界面に振動運動を発現させる塗布装置であって、前記塗布ロールの回転軸の一端に該塗布ロールに超音波振動を与える超音波振動子が接続され、前記塗布ロールの回転軸の他端に前記超音波振動を遮断または減衰させるカップリングを介して前記モータの出力軸が接続されていることを特徴とする塗布装置。
【請求項４】
前記超音波振動子は、前記塗布ロールの軸方向に超音波振動を与える構造であることを特徴とする請求項３に記載の塗布装置。
【請求項５】
前記塗布ロールの前記回転軸と一緒に回転する前記超音波振動子は、前記回転軸に支持されたスリップリングを介して固定側の超音波発信器に電気的に接続されていることを特徴とする請求項３または４に記載の塗布装置。
【請求項６】
前記カップリングは、非金属を介して接続される構造であることを特徴とする請求項３または４に記載の塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、金属板、紙、プラスチックフィルム、ガラス、繊維、ゴム、木材等のシート状あるいはウエブ状の被塗工材にロールコーターなどで代表される塗布ロールで各種の液状物質からなる塗工液を塗布する塗布方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ウエブ状の被塗工材に塗工液を塗布する塗布装置としては、ロールコーター、ナイフコーター、グラビアコーター、ダイコーター、エクストルージョンコーター、ロッドコータおよびブレードコーター等の各種の装置がよく知られている。
【０００３】
これらの塗布装置は塗工液を被塗工材に塗布する工程において上記の塗布装置の機械的な設計製作精度や塗工液の組成さらには液物性や被塗工材の性状や品質的なバラツキなど諸要因により発生する塗布工程上の問題や、多種多様な高度機能を要求する製品に対応するべく分離や沈降や凝集などの発生し易いフィラーを含有した塗工液を塗布する場合の問題を改善するべく各種の工夫が施されてきた。
【０００４】
本出願人は、この種の塗布装置による塗布状態を改善するために、本出願前に塗布装置に超音波振動子を取り付けて塗布装置を強制的に振動させ、塗布装置を構成する個体装置と塗工液とが接する界面に個体装置を伝播する振動を指向させる機構とし、界面に微細な振動運動を発現させることにより塗工液の流動を円滑化し、良好な塗布状態が得られる塗布装置を提案した（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−２２４０９３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献で開示されている塗布装置によれば、超音波振動による塗工液の流動が円滑となり塗布状態の改善はみられるものの、塗布装置本体に超音波振動を連続して発現するにはより大きな超音波出力が必要となり、この結果、超音波振動による振動変位が期待値以上に大きくなり界面での微細振動が発生せず過大な気泡の発生や発熱を引き起こおすそれがあることがわかった。また、塗布装置を超音波振動が励起しやすい構造にするのは構造設計上の制約が多く、安定した超音波振動を得ることが難しいといったこと、さらにはまた、塗布装置の構成部品を支持体に固定するボルトなど締結の強さによって超音波振動の励振が不安定となり超音波振動が発現しない場合があるといった問題があることがわかった。
【０００６】
本発明者は、これらの問題を解決すべく試験研究を重ねた結果、ウエブ状の被塗工材に塗工液を塗布する塗布ロールを超音波振動させることに着目し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明の目的は、超音波振動を与えることにより被塗工材に対する塗工液の塗布が均一に行える塗布方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、回転する塗布ロールを備えて前記塗布ロールの外周面に被塗工材を沿わせて走行させつつ塗工液を前記被塗工材の面に塗布する塗布装置のいずれかの部分を強制的に振動させて前記塗工液が前記被塗ロールに接する界面に振動運動を発現させる塗布方法であって、前記塗布ロールに超音波振動を与えて前記塗布ロールを超音波振動させることにより、前記塗布ロールと前記塗布ロールに接する前記塗工液との界面に微細振動を与えつつ前記塗工液を前記被塗工材の面に塗布することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、前記塗布ロールに超音波振動を与える方向は前記塗布ロールの軸方向であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、モータで回転させる塗布ロールを備えて前記塗布ロールの外周面に被塗工材を沿わせて走行させつつ塗工液を前記被塗工材の面に塗布する塗布装置のいずれかの部分を強制的に振動させて前記塗工液が前記塗布ロールに接する界面に振動運動を発現させる塗布装置であって、前記塗布ロールの回転軸の一端に該塗布ロールに超音波振動を与える超音波振動子が接続され、前記塗布ロールの回転軸の他端に前記超音波振動を遮断または減衰させるカップリングを介して前記モータの出力軸が接続されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の、前記超音波振動子は、前記塗布ロールの軸方向に超音波振動を与える構造であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の、前記塗布ロールの前記回転軸と一緒に回転する前記超音波振動子は、前記回転軸に支持されたスリップリングを介して固定側の超音波発信器に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項３または４に記載の、前記カップリングは、非金属を介して接続される構造であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の塗布方法によれば、前記塗布ロールに超音波振動を与えて前記塗布ロールを超音波振動させることにより、前記塗布ロールと前記塗布ロールに接する前記塗工液との界面に微細振動を与えつつ前記塗工液を前記被塗工材の面に塗布するので、少なくとも前記塗布ロールに接する部分の前記塗工液の表面が一様に撹拌状態になり滞留しなくなり、前記塗工液の塗布を一様な厚みで均一に行うことができる。
【００１５】
また、超音波振動は前記塗布ロールにだけ与えるから、従来の塗布装置本体に超音波振動与えるものに比べ超音波出力が小さくてすみ、超音波振動による振動変位が大きくならず、界面での微細振動を確実に発生させることができ、過大な気泡の発生や発熱といった事態は生じない。また、前記塗布ロールの支持構造は、前記塗布ロールの振動に影響を与える構造とはなっていないので、前記塗布ロールに安定した超音波振動の発現を得ることができる。
【００１６】
請求項２に記載の塗布方法によれば、請求項１に記載の、前記塗布ロールに超音波振動を与える方向が前記塗布ロールの軸方向であるので、前記塗布ロールの軸方向に一様に超音波振動を与えることができ、前記塗布ロールの軸方向の各部分に均一な超音波振動が得られる。
【００１７】
請求項３に記載の塗布装置によれば、前記塗布ロールの回転軸の一端に該塗布ロールに超音波振動を与える超音波振動子が接続されているので、少なくとも前記塗布ロールに接する部分の前記塗工液の表面が一様に撹拌状態になり滞留しなくなり、前記塗工液の塗布を一様な厚みで均一に行うことができる。
【００１８】
また、前記塗布ロールの回転軸の他端に前記超音波振動を遮断または減衰させるカップリングを介して前記モータの出力軸が接続されているので、前記塗布ロールの超音波振動が前記モータの出力軸から散逸することが防止され、前記塗布ロールに安定した超音波振動の発現を得ることができる。
【００１９】
また、超音波振動は前記塗布ロールにだけ与えるから、従来の塗布装置本体に超音波振動を与えるものに比べ超音波出力が小さくてすみ、超音波振動による振動変位が大きくならず、界面での微細振動を確実に発生させることができ、過大な気泡の発生や発熱といった事態は生じない。また、前記超音波振動子の負荷も軽減されることから、前記超音波振動子として従来に比べて小型のものを使用することができる。また、前記塗布ロールの支持構造は、前記塗布ロールの振動に影響を与える構造とはなっていないので、前記塗布ロールに安定した超音波振動の発現を得ることができる。
【００２０】
請求項４に記載の塗布装置によれば、請求項３に記載の、前記超音波振動子が、前記塗布ロールの軸方向に超音波振動を与える構造であるので、前記塗布ロールの軸方向に一様に超音波振動を与えることができ、前記塗布ロールの軸方向の各部分に均一な超音波振動が得られる。
【００２１】
請求項５に記載の塗布装置によれば、請求項３または４に記載の、前記塗布ロールの前記回転軸と一緒に回転する前記超音波振動子は、前記回転軸に支持されたスリップリングを介して固定側の超音波発信器に電気的に接続されているので、前記塗布ロールの前記回転軸と一緒に回転する超音波振動子に電気信号を支障なく与えることができる。
【００２２】
請求項６に記載の塗布装置によれば、請求項３または４に記載の、前記カップリングは、非金属を介して接続される構造であるので、前記カップリングの機械的連結と超音波振動の遮断または減衰を良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る塗布方法及び装置を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例により詳細に説明する。
【００２４】
図１及び図２は本発明に係る塗布装置の実施の一例を示したもので、図１は本実施例の塗布装置の要部概略断面図、図２は図１の概略正面図である。
【００２５】
本実施例の塗布装置は、走行する被塗工材に塗布ロールで塗工液を塗布する塗布装置に本発明を適用したものである。
【００２６】
本実施例の塗布装置では、塗布ロール１の上側の外周に沿って被塗工材２が走行するようになっている。被塗工材２としては、例えば、金属板、紙、プラスチックフィルム、ガラス、繊維、ゴム、木材等のシート状あるいはウエブ状のものである。
【００２７】
塗布ロール１は、その中心の回転軸３の両端が軸受４，５で回転自在に支持されている。塗布ロール１の回転軸３はモータ６の出力軸７の回転力が与えられて回転駆動されるようになっている。モータ６の出力軸７は軸受８で回転自在に支持されている。塗布ロール１の下側には塗工液９を塗布ロール１に供給する塗工装置基体１０が配置されている。塗工装置基体１０は内部に塗工液収容室１１が形成され、その上には塗工液収容室１１に連通してスリット１２が末広がりに形成されている。スリット１２の上端の幅は、被塗工材２の幅より広く形成されている。塗工液９は塗工液収容タンク２２に収容されていて、定量ポンプ１３で逐次一定量が配管１４を経て塗工液収容室１１に送液されるようになっている。
【００２８】
塗布ロール１の回転軸３の一端には、該塗布ロール１に超音波振動を与えるホーン形の超音波振動子１５が接続されている。このため超音波振動子１５は、塗布ロール１の回転軸３と一緒に回転するようになっている。本例の超音波振動子１５は、塗布ロール１の回転中、連続して該塗布ロール１の軸方向に超音波振動を与える構造になっている。塗布ロール１の回転軸３と一緒に回転する超音波振動子１５は、回転軸３に支持されたスリップリング１６を介して固定側の超音波発信器１７に電気ケーブル１８で電気的に接続されている。
【００２９】
塗布ロール１の回転軸３の他端には、超音波振動を遮断または減衰させる連結機構としてのカップリング１９を介してモータ６の出力軸７が接続されている。カップリング１９は、ポリエチレン等の非金属を介して接続される構造である。ポリエチレンをカップリング１９の材料として用いる場合は、例えば厚さ５ｍｍにして回転軸３とモータ６の出力軸７の間に挟んで固定することにより形成されている。カップリング１９の材料は、この他に、例えば、テトラフルオロエチレン、ナイロン、塩化ビニール、ポリプロピレン等のプラスチック材料や、紙、木材、竹、布、皮革、合成繊維、合成皮革等の材料も使用することができる。
【００３０】
次に、このような塗布装置による被塗工材２に対する塗工液９の塗布方法について説明する。被塗工材２は、モータ６で回転する塗布ロール１の上側の外周に沿って走行させる。塗工液収容タンク２２に収容した塗工液９は、定量ポンプ１３で逐次一定量を配管１４を経て塗工装置基体１０内の塗工液収容室１１に送液する。塗工液収容室１１内の塗工液９は、末広がりのスリット１２を経て塗布ロール１に供給されるようになっている。塗布ロール１の回転中、該塗布ロール１に超音波振動子１５により塗布ロール１の軸方向に，換言すれば塗布ロール１の長手方向に連続して超音波振動を与える。超音波振動子１５には、固定側の超音波発信器１７から電気ケーブル１８を経て、回転軸３に支持されたスリップリング１６を介して電気信号を与える。
【００３１】
スリット１２から塗布ロール１に供給される塗工液９は、塗布ロール１との間で界面２０ａ，２０ｂを形成する。この状態で、塗布ロール１を超音波振動させることにより、塗布ロール１と塗工液９との界面２０ａ，２０ｂに微細振動を与えつつ塗工液９を被塗工材２の面に塗布層２１として塗布する。
【００３２】
このようにすると、少なくとも塗布ロール１に接する部分の塗工液９の表面が一様に撹拌状態になり滞留しなくなるので、塗工液９の塗布を一様な厚みで均一に行うことができる。
【００３３】
塗布ロール１の回転軸３と一緒に回転する超音波振動子１５は、回転軸３に支持されたスリップリング１６を介して固定側の超音波発信器１７に電気的に接続されているので、塗布ロール１の回転軸３と一緒に回転する超音波振動子１５に電気信号を支障なく与えることができる。
【００３４】
塗布ロール１の回転軸３の他端には、超音波振動を遮断または減衰させるカップリング１９を介してモータ６の出力軸７が接続されているので、塗布ロール１の超音波振動がモータ６の出力軸７から散逸することが防止され、塗布ロール１に安定した超音波振動の発現を得ることができる。また、超音波振動は塗布ロール１にだけ与えるから、超音波振動子１５として従来に比べて小型のものを使用することができる。また、モータ６の出力軸７を塗布ロール１の回転軸３から切り離すカップリング１９は、非金属を介して接続される構造であるので、カップリング１９の機械的連結と超音波振動の遮断または減衰を良好に行うことができる。
【００３５】
図３乃至図７は、それぞれカップリング１９の構成の一例及びその周辺を示した概略断面図である。
【００３６】
図３に示すカップリング１９は、非金属で板状となったカップリング部１９ａで形成されていて、塗布ロール１の回転軸３の他端とモータ６の出力軸７の間に挿入され、それぞれに固定されている。カップリング部１９ａの材料は、第１実施例と同様である。カップリング部１９ａの厚さは０．５ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍから２０ｍｍが好適であるが、これらの値に制約されるものではない。
【００３７】
図４に示すカップリング１９は、非金属で筒状となったカップリング部１９ｂで形成されていて、塗布ロール１の回転軸３の他端とモータ６の出力軸７の対向する両端に嵌められ、それぞれに固定されている。カップリング部１９ｂの材料は、第１実施例と同様である。塗布ロール１の回転軸３の他端とモータ６の出力軸７の対向する両端間には間隙Ｌが形成されている。間隙Ｌは、０．５ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍから２０ｍｍが好適であるが、これらの値に制約されるものではない。
【００３８】
図５に示すカップリング１９は、図４に示すカップリング１９の塗布ロール１の回転軸３の他端の接続軸とモータ６の出力軸７の対向する両端間の間隙Ｌにカップリング部１９ｃを挿入しており、カップリング部１９ｃとカップリング部１９ｂとでカップリング１９を構成している。カップリング部１９ｃの材料は、第１実施例と同様である。
【００３９】
図６に示すカップリング１９は、非金属で環状となったカップリング部１９ｄで構成されていて、塗布ロール１の回転軸３の他端とモータ６の出力軸７の間に挿入され、それぞれに固定されている。カップリング部１９ｄは、円形、楕円形、箱形等の環構造になっている。カップリング部１９ｄの材料は、第１実施例と同様である。
【００４０】
図７に示すカップリング１９は、非金属で門型状のカップリング部１９ｅで構成されていて、塗布ロール１の回転軸３の他端とモータ６の出力軸７の間に挿入され、それぞれに固定されている。カップリング部１９ｅはの材料は、第１実施例と同様である。
【００４１】
なお、カップリング１９の構造は、上記例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４２】
［実施例１］
本発明に基づき図１、図２において、塗布ロール１として直径１２０ｍｍ、有効面長３００ｍｍのクローム鍍金表面仕上げの厚さ１０ｍｍ中空ステンレスロールを使用し、そして、カップリング１９は、ポリエチレンを材料とした厚さ５ｍｍの板状のカップリング部１９ａで形成された図３に示すカップリング１９を使用し、超音波発信器１７（多賀電気製ＰＳ−２５０型出力２８ＫＨＺ）から電気ケーブル１３とスリップリング１６を介して電気信号を塗布ロール１に直結した超音波振動子１５を励振し、該塗布ロール１に超音波振動を発現させた。
【００４３】
塗布ロール１の表面に２００ｍｍのピンセットをあて、共振音の発生で該塗布ロール１に発現した超音波振動を確認し、さらにオムロン製拡大顕微鏡倍率４７００倍で該塗布ロール１の表面の振動変位を測定した結果、超音波発信器１７の出力レベル大、中、小に対応して０．３μｍ〜０．７μｍ、０．１μｍ〜０．４μｍ、０．１μｍ以下の数値を得た。
【００４４】
さらに、カップリング１９を連結せず切り離した状態で超音波振動が塗布ロール１の表面で発現しているのをピンセットの共振音と拡大顕微鏡で確認することができた。
【００４５】
他方、図２に示すカップリング１９を金属製のもので行ったところ、超音波振動子１５の励振が不安定となり、超音波発信器１７に備えられた警報アラームが点灯して作動せず、またモータ６により該塗布ロール１を回転させても同様に超音波振動が発現しないことをピンセットと拡大顕微鏡で確認した。
【００４６】
［実施例２］
本発明の主旨に基づき図１において、東レ製ＰＥＴフイルム２５μｍを被塗工材２に使用し、塗工液９として市販のアサヒペン製シリコンアクリル樹脂青色塗料を水で２倍に希釈した。塗布ロール１を順転方向に回転速度１ｍ毎分で運転して観察した結果、超音波発信器１７の警報アラームが作動することなく超音波振動子１５を励振し、塗布ロール１に超音波振動が発現することが、塗布ロール１の表面にピンセットを当てることにより共振音の発生で確認できた。さらに、超音波発信器１７の出力電源を入り切りして、塗布ロール１の下方に位置する塗工装置基体１０のスリット１２に導かれ先端で塗工液９と該塗布ロール１に回転保持される被塗工材２とが接し、界面２０ａおよび２０ｂを形成し、塗布層２１を得る塗布の運転において、界面２０ａおよび２０ｂの状況を詳しく観察した結果、超音波振動を発生しない場合と比較して界面２０ａおよび２０ｂでの塗工液９の運動が明らかに異なることを見出し、該塗布ロール１に発現した超音波振動は該塗布ロール１に保持されている被塗工材２を介して塗工液９と形成する界面２０ａおよび２０ｂに伝播することが確認できた。
【００４７】
超音波発信器１７の出力を切り、超音波振動を発現しない状態では、塗工液９中に含まれる気泡が塗工装置基体１０の先端と塗工液９の界面が接している界面２０ａで部分的に塗工液９が小さく回流しながら停滞し、また染料の凝集塊も滞留している状況が観察され、さらには被塗工材２の塗布層２１でこれらに起因する縦筋状の濃淡が多数確認された。一方、超音波発信器１７の出力を入れ、超音波振動を発現させた状態では、界面２０ａの同じ部分で塗工液９の中に含まれる微細な気泡が界面に飛び出して集合するのが認められ、また塗工液９の微細な染料の凝集塊が滞留することなく移動して塗布されるのが確かめられ、気泡による縦筋や染料塊に起因する尾引き状の塗布ムラが改善され、良好な塗布面質が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る塗布装置の実施の一例を示した要部概略断面図である。
【図２】図１の概略正面図である。
【図３】カップリングの構成の一例及びその周辺を示した概略断面図である。
【図４】カップリングの構成の他例及びその周辺を示した概略断面図である。
【図５】カップリングの構成の他例及びその周辺を示した概略断面図である。
【図６】カップリングの構成の他例及びその周辺を示した概略断面図である。
【図７】カップリングの構成の他例及びその周辺を示した概略断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  塗布ロール
２  被塗工材
３  回転軸
４，５  軸受
６  モータ
７  出力軸
８  軸受
９  塗工液
１０  塗工装置基体
１１  塗工液収容室
１２  スリット
１３  定量ポンプ
１４  配管
１５  超音波振動子
１６  スリップリング
１７  超音波発信器
１８  電気ケーブル
１９  カップリング
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ  カップリング部
２０ａ，２０ｂ  界面
２１  塗布層
２２  塗工液収容タンク
【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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