JPH07505334A - ロール・ギャップ・コントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的に、被膜剤をそれを通してウェブに塗布するギャップの大きさ を制御するための装置に関し、特に、ギャップの大きさを調整して被膜剤の厚さ の周期変化を補償するようにした塗布装置に関する。

発明の背景技術 種々の塗布装置が知られており、これらの塗布装置は、材料の層をウェブに形成 したりウェブそのものを形成したりするのに広く用いられている。一般的に、塗 布装置には、ロールと、ビーム、又は、所定厚さの被膜をそれを通して形成でき るギャップを形成するための一対のロールが用いられる。このような塗布装置と して、たとえば、ロール・コータ、ナイフ・コータや、リバース・ロール・コー タがある。他の塗布装置には、スロット・オリフィス法が用いられる。このスロ ット・オリフィス法によれば、塗料液は、コーティング・ヘッドから流動状態で 計量分配される。そのようなスロット・オリフィス・コータとして、ビード・コ ータが挙げられる。このビード・コータは、一般的に、写真工業に用いられてい る。スロット・オリフィス・コータには、バックアップ・ロールが用いられ、こ れにより、ウェブがコーティング・ヘッドを通過するときに該ウェブを支持する ようになっている。

ロールとビーム間のギャップ、又は一対のロール間のギャップ、の幅と形状とを 制御することは、ギャップ・コータ及びスロット・オリフィス・コータ上に有用 な被膜を形成する上で重要である。ウェブ又は被膜の厚さと均一性が所定のパラ メータを越えて変動しないようにするために、時間の経過に従って変動する可能 性がある値（たとえば粘性係数、流量、温度や、ウェブ速度の変化、及び、装置 のダイや機械部分の摩耗等）を補償するべくギャップの大きさと形状とを調整で きるようにすることが好ましい。

ビームとロールとの間のギャップの大きさを調整するための機構が多々知られて いる。一般的な一つの機構には、螺旋状にネジが切られたボルトが用いられてい る。このボルトは、回転時に、ロールの軸受は台と、ビームの構造用拡張部との 間に位置するウェッジを移動させるようになっている。力を作用させることによ りこれらの３つの部材は共に物理的当接状態に保持されるため、ウェッジの移動 により、ビームとロールとの間の間隔が変化する。他の方法には、ネジが形成さ れたボルトが直接用いられる。これらのボルトは、ビームの構造用拡張部にねじ 込まれており、それらの端部は、ロールの軸受は台に付勢されている。力を作用 させて、ボルトの端部が軸受は台に支持される。ボルトの回転により、ビームと ロールとの間の間隔が直接変化する。さらに、他の方法によれば、ただ一つ又は 所定数のポイントやエツジに固定された柔軟なビームと、ビームを押圧してビー ムを曲げるべく力を作用させることができる複数のボルトとが用いられる。これ により、ロールと、ビームの取り付はエツジとの間のギャップの大きさを調整す ることができるようになっている。

従来より、ギャップの寸法調整は、レンチを用いて手作業でボルトを締め付けた り緩めたりすることにより行われている。また、ボルトの長さを長（するための ボルト加熱用装置を用いてギャップの大きさを変化させるようにしたものが知ら れている。

また、圧電・磁気ひずみトランスレータを用いてギャップの大きさを調整するこ とが知られている。一般的に、計測装置は塗布装置のウェブの下流側に位置して おり、上記圧電トランスレータに信号を送ってギャップの大きさを調整するよう になっている。これらの装置は、計測装置側の被膜の厚さがギャップ側の被膜の 厚さと同一であるという仮定に基づいて機能するように構成されている。この仮 定は、一般的に、被膜剤の厚さが緩慢に変化する場合に当てはまる一方、その厚 さがより急激に変化する場合には当てはまらない。つまり、後者の場合、その変 化は大変急速であるので、センサで測定される被膜の厚さは、ギャップにおける 被膜の厚さを表していないのである。実際、被膜の厚さが繰り返し急速に変化す る場合には、制御装置による制御が一層困難なものとなる可能性がある。たとえ ば、もし、計測装置とギャップとの間に位置するウェブの下流側の距離が、被膜 の厚さの周期的変化により生じるところのウェブ上の膜厚の小さい被膜の領域と 膜厚の大きい被膜の領域との間の距離と等しい場合には、測定装置は、膜厚の小 さい（又は大きい）被膜の領域がギャップを通過している間に、膜厚の大きい（ 又は小さい）被膜の領域を測定することになるであろう。従って、測定装置は、 ギャップがもはや大変小さく（大きく）なっているにもかかわらず、圧電アクチ ュエータに信号を送ってギャップ寸法を減少（増加）させることになるであろう 。

繰り返し生じる被膜厚さの急速な変化は、種々の現象により生じる。この現象の 中には、被膜がその上に形成されるところのウェブの厚さの周期変化や、塗料液 の粘性の周期変化や、ロール速度の周期変化、さらに、最も重要なものとして周 期的に生じるロールの「振れ」が含まれる。この「振れ」は、ロール表面の回転 経路の不規則性に関係している。周期的に生じる振れは、ロールが完全には円形 でないために、また、軸受けが完全でないために、また、それらの支持シャフト が完全に直線になっていないために発生する。周期的な振れは、ロールの各回転 に対して同様に生じる。

塗布装置に使用されるロールの半径は約２〜５０ｃｍであり得るが、１μｍ程度 の小さな欠陥があっても、塗布状態にムラが生じることがある。ロールは毎分１ ０回転以上回転できるので、ギャップ寸法を調整して周期的な振れを補償するべ く、分単位の反応時間を有する熱調整ボルトを使用することは実用的ではない。

ギャップを除々に調整するべくモータにより駆動されるスクリュを備えた装置が 知られている。しかし、この装置は、ロールの振れを補償するべく効率的に使用 されることができない。なぜなら、これらの装置は、反応速度と反応の正確さに 限界を有しているからである。さらに、振れを補償するのに必要とされるあらゆ る機械的機構の前後動作により、著しい摩滅が生じてメンテナンス上の問題を生 じる。

従来式塗布装置に関係する上記周期性の問題点から解放された、被膜剤を塗布で きる装置、特に、一つ又はそれ以上のロールを使用する装置を提供することが望 ましい。それらのすべての装置は、市販されるに相応しいように効率的かつ精度 良く構成されねばならない。

本発明は、ウェブの厚さを調整するためのウェブ形成装置として具体化され、ま た、ウェブに塗布される被膜剤の厚さを調整するための装置として具体化される 。この装置は、ウェブがその間を通過するギャップを形成するための２部材を備 える。センサにより、ギャップを離れるウェブ上の被膜剤の厚さの周期変化を示 す情報が与えられる。自動制御装置がこのセンサに接続されており、この自動制 御装置により、塗布されたウェブの厚さの周期変化を表す上記情報が分析される 。そして、この自動制御装置により、この情報は、ギャップ調整信号に変換され る。この信号に反応するアクチュエータ手段により、ギャップの大きさが調整さ れて被膜厚さの周期変化が補償される。一実施例において、圧電トランスレータ 、又は磁気ひずみトランスレータが、上記ギャップの大きさを調整するために使 用される。

図面の簡単な説明 図１は、単一のロールを使用する本発明のシングル・ロール・ギャップ塗布装置 の側面図である。

図２は、図１に示す本発明の装置に用いられる制御装置のブロック図である。

図３は、図１に示す装置の上面図である。

図４は、２つのロールを使用する本発明のダブル・ロール・ギャップ塗布装置の 側面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 図１，３は、ウェブ２０に均一に塗布するためのシングル・ロール・ギャップ塗 布装置１０を示している。この塗布装置１０は、第１部材であるバックアップ・ ロール１２を備えており、このバックアップ・ロール１２は、（不図示の）モー タにより、図１の面に垂直な軸を中心として時計方向に回転するように備えられ ている。第２部材であるノツチが形成されたメータリング・ビーム１４は、ロー ル１２の中心軸に平行に位置しており、小さいギャップ１５を有してロール１２ から隔てられている。塗料液は、リザーバ２８に収容されており、（不図示）の ポンプにより上方のフロー・バー２６に供給されるようになっている。典型的な 塗料液として、たとえば、乳濁液、溶液、分散液、熱塑性プラスチック、ゲル、 ペースト、反応性高分子、熱硬化性ポリマ、及び放射線硬化型オリゴマーが挙げ られる。アクチュエータ６０．６２により、メータリング・ビーム１４がフレー ム１３に対して駆動され、これにより、ギャップ１５の大きさを変化させるよう になっている。ウェブ２ｏがローラ２２の周囲に供給されており、このウェブ２ ０は、ローラ２４によりバックアップ・ロール１２の対して付勢されている。矢 で示すように、ウェブ２ｏの搬送経路は、バックアップ・ロール１２の周囲及び ギャップ１５内である。リザーバ２８からの塗料液は、フロー・バー２６によっ てウェブ２０に過剰に塗布されるようになっている。この過剰の流体は、メータ リング・バー１４によって削ぎ取られ、所望厚さの被膜が得られるようになって いる。この過剰の塗料液は、リザーバ２８に戻される。

上記ギャップ１４の大きさを調整するための制御装置４８を、図１．２に示して いる。図に示すように、制御装置４８は、センサ５０．５２と、自動制御装置５ ４と、増幅器５６．５８と、アクチュエータ６０．６２とを備えている。ウェブ ２０上の塗料液の厚さを表す情報は、光学濃度センサ５０，５２等の厚さを監視 するモニターにより感知されカリ与えられる。センサ５０，５２は、ウェブ２０ 上の流体の厚さを監視するべ（、ウェブ２ｏの幅に沿って該ウェブ２ｏがら隔て られた位置に設けられている。センサ５０，５２が発生した信号は自動制御袋ｆ ｔ５４に送られる。そして、この自動制御装置５４により、ギャップの調整信号 を発生させるための蓄積プログラムに従って上記センサ５０．５２が発生した信 号が処理されるようになっている。このギャップ調整信号のレンジやレベルやそ の他の特性は、プログラム可能な増幅器５６．５８により、アクチュエータ６０ ゜６２を作動させるに相応しい形式に変換される。アクチュエータ６０．６２は 、上記調整信号に反応して独立的に機能し、ビーム１−４をロール１２に対して 接近・離隔する方向に移動させてギャップ１５の幅を制御するようになっている 。制御袋ｆｆ１ｆ４８により、ギャップ１５の幅は、速やかにかつ正確に制御さ れる。

膜厚を監視するサイクルや、自動制御装置の計算や、増幅や、アクチュエータの 調整は、毎分多数回繰り返すことができるように極めて高速度で行われる。たと えば、もし、ロール１２が毎分２５０回転する場合であれば、アクチュエータ６ ０．６２は、ギャップ１５の大きさを毎分少なくとも５００回（つまり、回転数 の２倍の頻度で）、若しくはそれ以上の高速で調整できるようにすることが好ま しい。これは、ロール１２が一回転する毎に、アクチュエータ６０．６２は、振 れを補償するべく少なくとも１サイクルの伸縮を実行しなければならないからで ある。アクチュエータ６０．６２は、センサにより検出された正確な振れに従っ て、ロール１２が一回転する度に複数サイクル作動することが最も好ましい。圧 電アクチュエータ６０．６２は、高速度でギャップ１５を調整することができる 。

これに代わるものとして、磁気ひずみトランスレータをアクチュエータ６０，６ ２として用いることもできる。これらのタイプのアクチュエータは、一般的に公 知であり、また市販されている。

圧電アクチュエータ６０．６２は、拡張時においてのみ、かなりの力を作用させ ることができる。従って、圧電アクチュエータ６０．６２は、トランスレータが 連続的に圧縮状態に保たれるように、スプリングにより付勢された（不図示の） ハウジング内に設けられるべきである。これにより、上記圧電アクチュエータ６ ０．６２が収縮状態にあるとき、メータリング・ビーム１４は速やかに確実に収 縮せしめられるであろう。上記圧電アクチュエータ６０．６２は、メータリング ・ビームに十分な移動領域を提供して上記振れの補償を図るべく、適切な行程長 さを有するべきである。有効な行程長さは、１０〜１００μｍの範囲である。

図１に示すように塗料液がウェブ２０に塗布されるとき、もし、メータリング・ ビーム１４の位置が固定されている場合には、ロール１２の半径寸法及び回転す る該ロール表面の動的経路が不完全であるために、塗料液の膜厚が典型的に一定 のパターンで変化する。周期変化は、また、ウェブの下流側の厚さや、流体の粘 性や、ロール速度等の変化から生じる可能性がある。他のあらゆる要因によって 生じせしめられる被膜剤の厚さの周期変化と同様、これらの周期変化は、センサ ５０．５２により検知され、ロール１２の回転により生じるロールの振れ頻度に 合致した頻度でメータリング・ビーム１４を移動させることにより最小限に減じ ることができる。自動制御装置５４は、センサ５０，５２からの信号パターンを 処理することができ、アクチュエータ６０．６２を調整して膜厚が均一である被 膜を形成するようになっている。ギャップ１５の幅を正確に制御するために、自 動制御装置５４により、光学濃度と被膜の厚さとの関係や、センサ５０，５２や アクチュエータ６０．６２に関係するスケーリング要因及び非直線要因や、セン サ５０，５２とメータリング・ビーム１４との位置に関する位相関係等の要因が 考慮されるようになっている。

一実施例において、自動制御装置５４は、比例−積分一徹分（Ｐ　Ｉ　Ｄ）制御 機能を果たすべくプログラムされたマイクロプロセッサからなる。これに代わる ものとして、自己回帰総合移動平均（ＡＲＩＭＡ）Ｉ−ランスフ７機能、又は他 の適切な一変数又は多変数閉ループ制御アルゴリズムを、アクチュエータ６０． 　６２が個々に作動しているかどうか又は共に作動しているかどうかに応じて、 用いてもよい。この種の制御アルゴリズムは、一般的に公知である。たとえば、 ＡＲＩＭＡ）ランスフ７機能は、カリフォルニア州、オークランドにあるホール デン・ディ・インコーホレイテッドのジョージ・イー・ピー・ボックス及びグビ リム・エム・ジエンキンスにより１９７６年に刊行された「予測と制御（タイム ・シリーズ・アナリシス）Ｊに記載されている。

アクチュエータ６０．６２は、各アクチュエータがそれ自体のセンサにより制御 されているため、つまり、アクチュエータ６０はセンサ５０により制御される一 方、アクチュエータ６２はセンサ５２に制御されているため、必ずしも一致して 動作するとは限らない。本発明のより単純な変形例においては、アクチュエータ ６０．６２を、同一の信号に対して同時に反応して動作させるようにすることが できる。しかし、そのような装置は、個別のアクチュエータを使用する装置のよ うに完全にはギャップ１５の形状を調整することができないであろう。（不図示 の）本発明に係るより複雑な装置においては、ビーム１４を変形してロール１２ の長手方向に沿ってギャップ１５の形状をより正確に調整するために、アクチュ エータ６０．６２の間にさらなるアクチュエータを付加することもできる。（不 図示の）今一つの変形例においては、（ビーム１４の代わりに）アクチュエータ ６０．６２によりロール１２を移動させる一方、ビーム１４を（ロール１２の代 わりに）定位置に固定することにより、ギャップ１５を調整することができる。

他のタイプのセンサ５０，５２を使用することもできる。たとえば、β線厚さ計 や、容量ゲージ（ｃａｐａｃ　ｉ　ｔ　ｉｖｅ　ｇａｕｇｅ）や、ウェブと被膜 剤との厚さを物理的に計測する計測器に用いられるセンサ５０，５２を、上記光 学濃度センサの代わりに用いることができる。ギャップ１５の大きさは、また、 光学装置や、容量変位装置（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ 　ｄｅｖｉｃｅｓ）、又はその他の周知の同様の手段により直接測定されるよう にしてもよい。他の制御方法を用いる場合には、ロール１２及び（もしあるなら ば）その他のロールの角度が監視されるようにしてもよい。

本発明に係る他の実施例をダブル・ロール・ギャップ塗布装置として図４に示し ている。ダブル・ロール・ギャップ塗布装置１００の構成部材は、シングル・ロ ール・ギャップ塗布装置１０の構成部材と同一であり、同一の参照符号を各図に 用いている。図４において、メータリング・ロール１０２がメータリング・ビー ム１４の代わりに用いられている。メータリング・ロール１０２は、バックアッ プ・ロール１２に対して、必ずしも同一速度である必要はないが同一方向つまり 時計方向に駆動される。図１に示したシングル・ロール・ギャップ塗布装置１０ の場合と同じく、ウェブ２０は、ロール１２の周囲に経路を有しかつフロー・バ ー２６により塗料液が塗布されるようになっている。塗料液が付着したウェブ２ ０の部分が一対のロール１０２．１２の間のギャップ１５に達したとき、過剰の 塗料液がウェブ２０から取り除かれてメータリング・ロール１０２の表面に付着 する。ウェブ２０は、所望の被膜厚さを有した状態でギャップ１５から取り出さ れる。上記メータリング・ロール１０２に付着した上記過剰塗料液は、ドクタ・ ブレード１０４により取り除かれ、塗料液を収容しているリザーバ２８に戻され る。そして、塗料液は、ドクタ・ブレード１０４からフロー・バー２６に再循環 せしめられて他のサイクルを開始する。必要に応じて、流体をリザーバ２８に追 加することができる。

メータリング・ロール１０２とバックアップ・ロール１２との間のギャップ１５ は、上記シングル・ロール・ギャップ塗布装置１０が有するようなセンサ（たと えば５０．５２）と上記アクチュエータ（たとえば６０．６２）とにより調整さ れることができる。しかしながら、このダブル・ロール・ギャップ塗布装置１０ ０については、自動制御装置５４に送られる検知信号は、ロール１２の振れと、 ロール１０２の振れとが組合わされたものを反映しているであろう。これらの２ つのロール１２，１０２は、異なった半径を有してもよく、異なった周期で回転 することができる。上記アルゴリズムの多変数を用いる変形例の装置を用いて、 ２つのロール１２，１０２の組合わされた振れを補償するべく自動制御装置５４ から調整信号が出されるようにすることができる。この場合、個々のロールの振 れと振れとの間の位相の相違は、振れ全体を補償する部分であることができる。

（不図示の）他の実施例において、ロール１２はビームに置換されてもよい。

そのような装置は、周期的なロールの振れに基づく被膜剤の厚さの周期的変動を 受けにくくなっているが、ウェブの厚さや、流体の粘性や、フロー・バー２６に より塗布される過剰流体の周期変動を補償しなければならないであろう。

（不図示の）他の実施例において、フロー・バー２６は、塗料液を塗布する塗布 ロールに置換してもよい。この塗布ロールは、ロール１２に隣接して設けられ、 ロール１２の軸に平行する回転軸を備えるであろう。この塗布ロールのあらゆる 振れにより、ウェブ２０に塗布される被膜剤の厚さは周期的に影響を受けるかも 知れない。つまり、ダブル・ロール・ギャップ塗布装置の場合には、自動制御装 置５４は、塗布ロールと、ロール１２と、ロール１０２とが組合わされた振れを 補償しなければならないであろう。自動制御装置５４は、上記同一のアルゴリズ ムを使用して、この３つの系の振れを補償することもできる。

本発明は、好ましい実施例を参照して記載したが、この技術分野に通じる人々は 、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく形式及び詳細において変更を加え てもよいことを認識するであろう。たとえば、この発明は、ネガティブ干渉ギャ ップつまり負の干渉ギャップが所望されるところにおいて弾性カバリングを備え たロールを用いる塗布装置に使用することができる。このギャップ制御装置は、 また、被膜剤の膜厚の周期変動を補償するべく、他の手動式又は自動式ギャップ 制御装置と共に使用されることができる。

上記例は、ウェブを流体で塗布するものを示しているが、この技術分野に通じる 人々は、ここに記載されたギャップ制御装置が、自己支持形ウェブを形成するべ く、流体をロール表面に直接塗布した後に固化又はゲル化又は凝固させてロール から剥がし取ることができるようにしたウェブを形成するところに有益であるこ とを認識するであろう。つまり、本発明は、キャスト・ウェブや押し出しウェブ 等の多数の材料の厚さを調整するのに用いられることができる。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成　６年９月２２＠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ウェブ（２０）に塗布される被膜剤の厚さを調整するための装置であって、 ウェブが通過できるギャップ（１５）を形成する２つの部材（１２，１４）と、 ウェブに被膜剤を塗布するための手段（２６）と、ギャツブを離れるウェブ上の 被膜剤の厚さの周期変化を表す情報を与えるためのセンサ（５０）と、 上記センサに接続された自動制御装置であって、上記被膜剤の厚さを示す情報を 分析しかつ該情報をギャップ調整信号に変換するための自動制御装置（５４）と 、 上記ギャップ調整信号に反応するアクチュエータ手段であって、ギャップの大き さを調整して被膜剤の厚さの周期変化を補償するようにしたアクチュエータ手段 （６０，６２）とを備えた装置。 ２．一つの部材は、ビーム（１４）であり、他方の部材は、該ビームに対して実 質的に平行な軸に回転自在に設けられたロール（１２）である請求の範囲第１項 記載の装置。 ３．両部材は、実質的に平行な軸に回転自在に設けられたロール（１２，１０２ ）である請求の範囲第１項記載の装置。 ４．上記アクチュエータ手段は、少なくとも一つの圧電アクチュエータ又は磁気 ひずみアクチュエータを備えた請求の範囲第１項記載の装置。 ５．さらに、塗布ロールを備え、周期的な振れの欠点を特徴とし、塗布ロールに より上記被膜剤が上記ウェブに塗布されかつ上記アクチュエータ手段により上記 ギャツプの大きさを調整して塗布ロールに起因する周期的な振れを補償するよう にした請求の範囲第１項記載の装置。 ６．上記回転自在に設けられたロールは、毎分１０回転以上回転する請求の範囲 第２項記載の装置。 ７．ウェブ（２０）の厚さを調整するためのウェブ形成装置（１０）であって、 ウェブがその間を通過するギャップ（１５）を形成する２つの部材（１２，１４ ）と、 ギャツプを離れるウェブの厚さの周期変化を表す情報を与えるためのセンサ（５ ０）と、 上記センサに接続された自動制御装置であって、上記ウェブの厚さの周期変化を 示す情報を分析しかつ該情報をギャップ調整信号に変換するための自動制御装置 （５４）と、 上記ギャップ調整信号に反応するアクチュエータ手段であって、ギャップの大き さを調整してウェブの厚さの周期変化を補償するようにしたアクチュエータ手段 （６０，６２）とを備えたウェブ形成装置。 ８．一つの部材は、ビーム（１４）であり、他方の部材は、該ビームに対して実 質的に平行な軸に回転自在に設けられたロール（１２）である請求の範囲第７項 記載の装置。 ９．両部材は、実質的に平行な軸に回転自在に設けられたロール（１２，１０２ ）である請求の範囲第７項記載の装置。 １０．上記アクチュエータ手段は、少なくとも一つの圧電アクチュエータ又は磁 気ひずみアクチュエータを備えた請求の範囲第７項記載の装置。