JP4590877B2 - 塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は、塗工装置、特にダイヘッドにより塗布を行なうダイコーター配管の内部を洗浄することが可能な塗工装置に関する。

従来、塗工装置を用いて塗工する場合には、グラビアコート，ロールコート，スライドコート，カーテンコート，エクストルージョンコート等の色々な方式が用途に応じて用いられている。中でも、品質の高い安定した塗工を高速で行なう際には、エクストルージョンコートあるいはカーテンコートまたはスライドコート等が採用され、スリットノズルを有するダイヘッドが使用されている。

図４は、上記スリットノズルを有するダイヘッドの内部構造の概要を示した断面図である。高品質の塗工を期待して用いられるダイヘッドは、塗工量の幅方向の均一化を図るため、スリットの開口厚み（ギャップ）ａを狭く設定し、しかもマニホールド２８は比較的大きな容積を確保するのが一般的である。

しかし、微小な開口部とその直前の大容積の液貯留部を有する構造ゆえ、このようなダイヘッドは内部の液置換性が悪いうえ多量の液体を一時に流すことが困難であり、塗工液の切り替え発生時など洗浄が必要となった際に洗浄性が極めて悪いという問題を抱えている。

従って実際に洗浄を行なう状況においては、多量の溶剤等を長い時間をかけて通液するか、あるいはより確実な効果を期するためダイヘッドを分解して清掃するといった対応がとられており、時間的にも作業量的にも過大な負荷となっている。

上記の問題に対し、ダイヘッド内部を短時間で効率よく洗浄する、スリットノズルを持つ塗布ヘッドの洗浄方法（例えば、特許文献１参照。）が考案されている。

さらに、ダイヘッドのスリットノズル先端に残留した固形化しつつある塗工液を、作業能率の低下を招くことなく完全に除去することのできる、スリットノズルの洗浄方法及び洗浄機構（例えば、特許文献２参照。）も知られている。

一方で、ダイヘッドに塗工液を供給するため該ダイヘッドに接続される配管部分においては、ダイヘッドのスリットノズル先端から塗工液を均一かつ安定して吐出させる目的から、図１に示したように、塗工液用フィルター２３や塗工液供給ポンプ（定流量ポンプ）２０等が取り付けられるのが一般的である。

従って配管部分も、内面が複雑な形状をなしているあるいは大容積の液貯留構造となっている箇所を有する結果となり、洗浄性が極めて悪い。これも実際に洗浄を行なう状況においては、多量の溶剤等を長い時間をかけて通液するか、あるいはより確実な効果を期するためポンプ等においては分解して清掃し、配管においては場合により新しいものに交換してするといった対応がとられており、ダイヘッド内部の洗浄と同様に過大な負荷となっている。

上記の問題に対しては、圧縮気体あるいはピグを用いることにより、洗浄時の塗料ロスを低減するとともに少量の洗浄溶剤を用いて短時間で効率よく洗浄できる、ダイコータ塗料洗浄装置（例えば、特許文献３参照。）が知られている。

特許文献は以下の通り。
特開平７−１３２２６７号公報 特開２００３−１０７６７号公報 特開平９−８５１５３号公報

ダイコーター方式の塗工装置のこのような洗浄性の悪さに対し、特許文献１では、ダイヘッド内部に溶剤を導入するとともに、配管のダイヘッド接続部付近から不活性ガスを吹き込むことにより溶剤を「気泡流」化させ、ダイヘッドのマニホールド内壁およびスリットノズルを効率的に洗浄しようとしている。

しかしこの方法では、より少量の塗工液を精密に塗布することが求められる分野、例えば液晶表示装置用カラーフィルターの製造などにおいて使用されるスリットギャップ０．１ｍｍ前後のダイヘッドに対しては充分な効果を得ることができない。また、配管部分に対してこの方法を適用することはできない。

なぜなら、特許文献１の実施例によると、スリットギャップ０．５ｍｍのダイヘッドに対して３．０ｌ／ｍｉｎの洗浄液を流しながら１．０ｌ／ｍｉｎの窒素を吹き込んでおり、実際この程度の流量を確保できないと液体内に気泡が分散した乱流である「気泡流」にならないのであるが、通常３０〜３００ｍｌ／ｍｉｎ程度の吐出量で使用される上記スリットギャップ０．１ｍｍ前後のダイヘッドにおいてこのような大流量を得ることは極めて困難で、結果、洗浄液は気液の２層に分離してしまって所期の洗浄状態を維持できないからである。

また、配管部分においても、狭くかつ長い管内を通過するうちに気泡流は分散状態を失なって２層に分離してしまうため、同じく所期の洗浄状態を維持できない。

特許文献２では、ダイヘッドのスリットノズル先端に対し、仰角を設けて置かれたノズルから洗浄液を、伏角を設けて置かれたノズルからエアーを噴射して洗浄を行なう方法および機構が示されている。しかしこれはノズル外側を対象とするものであり、内面の洗浄については想定されていない。

また、特許文献３には、圧縮気体を配管内に直接導入する、あるいはピグを挿入したのちに圧縮気体によってこれを移動させることで配管内に残る塗料を除き、続く洗浄を容易にする装置について記載されている。

さらに同文献には、塗料押し出し後の配管に、圧縮気体と洗浄用溶剤をミックスした気体混合洗浄剤を供給することで、洗浄用溶剤のみを圧送する場合に比べて洗浄効果を低下させることなく、少量の洗浄用溶剤で配管洗浄を可能とする装置についても述べられている。

しかしこれらいずれの装置をもってしても、塗工液供給ポンプ等が接続された配管部分ならびにダイヘッドの全てに対しては、適用することができないかあるいは適用できても充分な効果をあげることができない。

なぜなら、圧縮気体を配管内に直接導入した場合、気体導入後も配管内に残留する塗料（塗工液）が乾燥して異物となる恐れがあり、ピグを挿入して移動させる場合、金属粉の塗膜への混入を嫌う分野等でしばしば使用される樹脂配管を損傷する恐れがあるからである。

より少量の塗工液を精密に塗布することが求められる分野において塗工液の乾燥異物発生は即ち塗膜不良発生を意味するものであり、また配管が損傷すると塗工液をより落としにくくなる原因にもなる。さらにピグには、ポンプ等の内面形状が複雑な箇所やスリットノズル等の狭小箇所で詰まる問題がある。

他方、気体混合洗浄剤を供給する場合でも、装置に気体と溶剤の混合を制御する機構を特段に設けない限り、ポンプやダイヘッド部の洗浄は不完全となる。実際、特許文献３には、ポンプについて容易に分離・分解清掃が行なわれるよう配管継手により接続すべき旨の記述がある。

本発明は、上記した塗工装置の洗浄における従来の問題点を解決すべくなされたものであって、複雑な配管経路を有するダイコーターで、特により少量の塗工液を精密に塗工することが求められるものに対し、非分解のまま短時間で内部を良好に洗浄する方法および装置を提供する。

請求項１にかかる本願発明は、ダイヘッドと、塗工液供給ポンプと、塗工液貯蔵容器と、これらを接続する塗工液配管とからなる塗工装置において、前記塗工液配管途中に気体混合溶剤送出手段が接続されており、前記気体混合溶剤送出手段が、溶剤容器と、前記溶剤容器に接続されている溶剤配管と、混合用気体貯蔵容器と、前記混合用気体貯蔵容器に接続されている混合用気体配管と、前記溶剤配管の終端と前記混合用気体配管の終端とを接続する混合用弁と、この混合用弁から伸びる気体混合溶剤送出配管とを備えており、溶剤と混合用気体の流量および混合比率を調整する機能を有し、前記溶剤容器に溶剤使用量測定機構を、前記混合用気体貯蔵容器に気体使用量測定機構を備え、溶剤および混合用気体の使用量に応じて前記混合用弁の開閉を制御する手段を有することを特徴とする塗工装置を提供することにより、上記塗工配管途中から、気体と溶剤が混ぜ合わされた気体混合溶剤を任意の気液比率に保ちながら送り出すことで、ダイコーター配管およびダイヘッド内部を高い効果で清浄化することが可能な洗浄を行える塗工装置を提供するものである。また、溶剤あるいは気体、またはその混合物である上記気体混合溶剤の導入・非導入を、溶剤・気体の使用量に応じて細かく制御することを通じ、上記ダイコーターにおける液置換性が悪く洗浄が困難な部位に対して、乾燥を伴なわずに塗工液を気体で置換し、次いで内部の液面を上下させ気液界面の通過で発生する気液分配平衡を利用することにより、該部位を高い効果で清浄化することが可能な塗工装置を提供するものである。また、上記混合用弁で混ぜ合わされた気体混合溶剤を任意の気液比率に保ちながら送り出すことで、ダイコーター配管およびダイヘッド内部を高い効果で清浄化することが可能な塗工装置を提供するものである。

請求項２にかかる本願発明は、請求項１記載の塗工装置において、前記気体混合溶剤送出手段が、前記塗工液貯蔵容器から取り外した前記塗工液配管の端部を連結できる機構を有する配管に接続されていることを特徴とする塗工装置を提供することにより、上記塗工配管端部を気体混合溶剤創出手段に連結して、請求項１と同様の洗浄を行なえる塗工装置を提供するものである。

（削除）

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請求項３にかかる本願発明は、溶剤の流速制御手段を有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の塗工装置を提供するものである。これにより気体と溶剤を適切な混合状態に保つための、洗浄溶剤の動的流速制御を行なうことが可能になった塗工装置を提供するものである。

請求項４にかかる本願発明は、混合用気体の流速制御手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の塗工装置を提供するものである。これにより気体と溶剤を適切な混合状態に保つための、混合用気体の動的流速制御を行なうことが可能になった塗工装置を提供するものである。

本発明により、複雑な配管経路を有するダイコーターで、特により少量の塗工液を精密に塗工することが求められるものに対し、非分解のまま短時間で内部を良好に洗浄することが可能な塗工装置を提供することが可能になった。

本発明の塗工装置は、塗工液貯蔵容器からポンプ等の付属装置を通じてダイヘッドへと接続されている配管の途中から気体と液体が混ぜ合わされた気体混合溶剤を送り出すことにより、配管内部を高い効果で洗浄する機能を持つもので、参考例である図１は、気体混合溶剤を導入するための配管が弁を介して接続されたダイコーターの一例を示している。ここで、導入弁１２よりダイヘッド側は塗工時と同方向の流れで、同塗工液供給側は塗工時と逆方向の流れで送り出される。なお塗工液供給側を洗浄している間は、塗工液貯蔵容器を廃液回収容器に付け替えておく。

このような廃液回収機構の他、他の機構を本発明は含むものであっても良い。例えば、搬送機構や塗工厚調整機構などである。

また、上記気体混合溶剤の導入箇所は塗工液配管途中ではなく端部でもよい。この場合は、気体混合溶剤を導入するための配管に連結機構を用意しておき、洗浄時には、塗工液貯蔵容器から塗工液配管を取り外して上記連結機構につなげることとなる。第２の参考例である図２は、気体混合溶剤の導入箇所を塗工液配管端部からとした場合の、気体混合溶剤を導入するための配管が連結機構を介して接続されたダイコーターの一例を示している。

本装置ではこのように塗工液配管途中あるいは端部から気体混合溶剤が導入されるが、その際、気体混合溶剤の気液混合比率および送り出し流量を、目的である洗浄が最も効果を発揮できる値に保たれることが肝要であり、これがなされなければ、溶剤使用量の多少の低減は可能でも溶剤のみを流す方法に比べた洗浄程度の改善は期待できない。

なお、最適な気液混合比率は、配管長，配管径，途中に設置してある機器・器具，充填されている塗工液および使用洗浄溶剤の粘度等によっても異なってくるが、概ね気体：溶剤にして１：２〜３：１程度である。

また最適な流量も同様に各種条件により異なってくるが、概ね塗工時の吐出量の１〜３倍、上記スリットギャップ０．１ｍｍ前後のダイヘッド使用時で３０ｍｌ／ｍｉｎ〜９００ｍｌ／ｍｉｎ程度である。

ここで強調しておきたいのは、この気体混合溶剤が、溶剤の中に微小な気泡が分散された系にあるわけではない、という点である。配管の中にそのような状態の混合溶剤を吹き込んでも長い管内を通過するうちに２層に分離してしまい、またそもそも気液分散状態の溶剤を配管に流しても洗浄性は大きく改善されない。

本発明における「気体混合溶剤」とは、気体と溶剤が短い周期で規則的に送り出される態様を指すものであって、配管内においては気体と溶剤がそれぞれ約３ｍｌ〜２０ｍｌごとに通過する状況となる。これにより、配管内壁を気体と溶剤の界面が通過する際に発生する気液分配平衡を利用して壁面から液相に塗工液を溶出させて清浄化する。

実際の装置における気体混合溶剤送出手段としては、気体と溶剤が短い周期で送り出されるよう、気液混合比率および送り出し流量が最適な値に保たれる機構が備えられていればよい。例えば、気体と溶剤の送り出し圧力が一定の比に保たれるようにすること、気体・溶剤の流路断面積を絞ってそれぞれの送出量を制限すること等が考えられるが、これらに限定されない。

しかし、洗浄しようとする塗工配管の構成や洗浄時点で残っている塗工液、および使用する洗浄溶剤の粘度等によって、最適な気体と溶剤の送り出し量や混合比率は異なってくるため、これらを任意に設定できると便利である。

上記のような事情に対応し、溶剤と混合用気体の流量および混合比率を調整する機能を有する構成も可能である。図３は、この場合の本装置の構成を示す概略図である。本装置では、塗工配管の構成，塗工液や洗浄溶剤の粘度等を勘案して、溶剤容器４の送り出し流量調整機構７および混合用気体配管１５の混合用気体流量調整弁１７の開度を設定することで、混合用弁１０で気体と溶剤が設定に応じた任意の比率で混合され、導入弁１２からダイコーター配管内に送り込まれる。

このように溶剤と混合用気体の流量および混合比を調節する気体混合溶剤調整機構としては、混合用気体と溶剤の流量をそれぞれ調整し気体混合溶剤状態では制御しない構成が簡単で好ましいが、これに限らず、溶剤を調節せず混合用気体の流量調整と全体の気体混合溶剤に流量を調節する構成、混合比を決めておき規定混合溶剤を流量調整する構成、全ての段階で調節する構成なども可能である。

また流量調整は、弁によるものが一般的であるが、定量ポンプなどの各種手段によるものでも構わない。さらに、配管としては、同様に単なる三又の他、弁などの気体混合溶剤調整機構の一部をなす各種混合器具を用いることが可能である。

以上の方法によってダイコーターの配管内を効率よく清浄化できるが、塗工液供給ポンプやダイヘッドなど液置換性が悪く洗浄が困難な部位においては、従来の方法に比べると洗浄される程度は高いものの依然として塗工液が微量残留する。

このような液置換性が悪く洗浄が困難な部位に対し、気体あるいは溶剤、またはその混合物である上記気体混合溶剤の導入・非導入を、使用溶剤重量・気体混合体積に応じて細かく制御することを通じ、該部位を高い効果で洗浄する構成も可能である。この場合の本装置は、溶剤容器４に設けられたロードセル１３の示す重量変化および混合用気体配管１５に設けられた流量計１８の積算値から、あらかじめ測定しておいた洗浄が困難な部位の内容積に合わせて、塗工液の気体による置換，溶剤充填，溶剤排出の各動作を行ない、気液界面通過による気液分配平衡を利用した洗浄を達成する。

この方法における洗浄の推移を、図４および図５で示されるダイヘッドに適用した場合を例にして以下に記す。

塗工終了時点では、ダイヘッドのマニホールド２８内は塗工液で満たされている。そこでまず、塗工液供給口３０から気体混合溶剤を送り込むことによって塗工液を置換する。

この際、気体混合溶剤のうち溶剤分は塗工液とともにスリットノズル２９から排出され、上部から気体が溜まっていくことにより、最終的には乾燥の恐れなしに液体が滞留しやすい箇所を含め内部を全て気体で満たすことができる。

次いで、塗工液が排出されきった時点を見計らって今度は溶剤のみをマニホールド２８内に送り込み、溶剤で満たす。ここでダイヘッドに空気抜き口（エアベントポート）３１が存在すれば、これを開とすることでより効率的に溶剤を充填できる。塗工液が排出されきった時点は、マニホールド２８の容積と、装置に備えられたロードセル１３により求まる溶剤使用量および混合用気体流量計１８により積算された混合用気体使用量との比較から判断することができる。

最後に、マニホールド２８が溶剤で満たされた時点を見計らって再び気体混合溶剤を送り込み、溶剤を排出させる。この際、上部から気体がたまってゆき、気液の界面が通過する際に発生する気液分配平衡を利用して壁面から液相に塗工液を溶出させて清浄化する。

以上一回の洗浄動作で効果が不充分な場合、溶剤充填と排出を繰り返すことでより完全な洗浄を期することも可能である。また、洗浄が終了したのちに気体のみを送り込むことによって乾燥を行ない、次の塗工に備えることもできる。溶剤で満たされた時点は、同様にマニホールド２８の容積と溶剤使用量との比較から判断することができる。

もちろん、使用量の測定は、溶剤を重量変化により、気体を流量の積算により行なう上記の方式が簡便であるが、他の手段によっても構わない。

さらに、このような使用量等をもとにした制御のほか、気体混合溶剤あるいは溶剤・気体の流速等と経過時間と照らし合わせることによる制御、例えば図３の装置においては、送り出し流量調整機構７および混合用気体流量調整弁１７の開度と洗浄経過時間の比較から気体混合溶剤の押し出し量を計算して動作を行なってもよいし、可能ならば洗浄度自体の測定して洗浄動作を制御しても構わない。

上記洗浄に際して使用する溶剤は特に限定されないが、通常ダイヘッドの材質としては金属が使用されていること、および洗浄後の乾燥の容易さを考慮すると、メタノール，エタノール，イソプロパノール，シクロヘキサン，アセトン，２−ブタノン，ジクロロメタン等の低沸点有機化合物が適すると考えられる。

同様に使用する気体も特に限定されないが、溶剤として低級アルコールや低分子ケトン等の引火性のある物質を採用する場合には、窒素やアルゴン等の不活性ガスを選択することが望ましい。

また、使用する溶剤を２種類以上として洗浄を行なうことも可能である。この場合、溶剤容器・ロードセル・溶剤流量計等を複数用意し、切り替え弁を介して混合弁に配管を接続することになる。

上記洗浄動作をなす機構については、該洗浄の要旨を実現可能であれば形態を問わないが、プログラマブルロジックコントローラー（ＰＬＣ）により各種監視・制御を行なうのが制御のタイムラグが少なく繊細な制御が比較的容易で好ましい。

以上、本発明によるダイコーター配管洗浄において重要な要素となるのが、気体混合溶剤の気液混合比率および送り出し量が最適の値に保たれることであり、これが溶剤の送り出し流量調整機構７と混合用気体流量調整弁１７の設定により調整されることは述べた通りである。しかし、同一のダイコーターを洗浄する場合においても、上記気液混合比率および送り出し量を達成する溶剤の送り出し流量調整機構７と混合用気体流量調整弁１７の設定値が常に一定であるとは限らない。

なぜなら、前述設定値が、洗浄前に充填されている塗工液の種類によって異なり得るのはもちろんのこと、さらには洗浄の進展による配管内の塗工液残量の減少によってすら変わってくる可能性があるからである。これは、塗工液によって粘度が異なること、また通常塗工液に比べ粘度の低い溶剤によって塗工液が置換されてゆくことで、押し出しに対する配管の抵抗が変化してしまうことによる。

加えて、上記のような洗浄環境の変化によって最適気液混合比率を達成する設定値が移動しても、洗浄溶剤の流速制御を動的に行なって、混合状態を維持する機能を有する装置とするのも可能である。

同じく、上記のような洗浄環境の変化によって最適気液混合比率を達成する設定値が移動しても、混合用気体の流速制御を動的に行なって、混合状態を維持する機能を有する装置とするのも可能である。

上記両装置とも、溶剤容器４に設けられたロードセル１３の示す重量変化率および混合用気体配管１５に設けられた流量計１８の計測値から、気液の混合比率および気体混合溶剤の送り出し量を計算し、本発明の請求項５にかかる発明による装置においては溶剤の送り出し流量調整機構７に、同請求項６にかかる発明による装置においては混合用気体流量調整弁１７に、結果を帰還（フィードバック）させることによって該機能を実現する。

本発明は、塗工装置、特にダイヘッドにより塗布を行なうダイコーター配管の内部を洗浄する方法および装置に関する。

塗工装置の参考例の１。 塗工装置の参考例の２。 本発明の洗浄機構を有する塗工装置の第１の例の概略図。 ダイヘッドの一例を示す正面図。 図４のダイヘッドを示す右側面図。

１…洗浄機溶剤供給部
２…洗浄機混合用気体供給部
３…ダイヘッド
４…溶剤容器
５…溶剤配管
６…溶剤用開閉弁
７…送り出し量調整機構
８…溶剤流量計
９…溶剤用フィルター
１０…混合用弁
１１…気体混合溶剤供給配管
１２…導入用弁
１３…ロードセル
１４…混合用気体容器
１５…混合用気体配管
１６…混合用気体用開閉弁
１７…混合用気体流量調整弁
１８…混合用気体流量計
１９…塗工液貯蔵容器
２０…塗工液供給ポンプ
２１…塗工液配管
２２…易接続継手（ワンタッチカプラー）
２３…塗工液用フィルター
２４…塗工液導入弁
２５…空気抜き弁（エアベントバルブ）
２６…塗工液受け
２７…廃液槽
２８…マニホールド
２９…スリットノズル
３０…塗工液導入口
３１…空気抜き口（エアベントポート）

Claims (4)

1. ダイヘッドと、塗工液供給ポンプと、塗工液貯蔵容器と、これらを接続する塗工液配管とからなる塗工装置において、前記塗工液配管途中に気体混合溶剤送出手段が接続されており、前記気体混合溶剤送出手段が、溶剤容器と、前記溶剤容器に接続されている溶剤配管と、混合用気体貯蔵容器と、前記混合用気体貯蔵容器に接続されている混合用気体配管と、前記溶剤配管の終端と前記混合用気体配管の終端とを接続する混合用弁と、この混合用弁から伸びる気体混合溶剤送出配管とを備えており、溶剤と混合用気体の流量および混合比率を調整する機能を有し、前記溶剤容器に溶剤使用量測定機構を、前記混合用気体貯蔵容器に気体使用量測定機構を備え、溶剤および混合用気体の使用量に応じて前記混合用弁の開閉を制御する手段を有することを特徴とする塗工装置。
2. 請求項１記載の塗工装置において、前記気体混合溶剤送出手段が、前記塗工液貯蔵容器から取り外した前記塗工液配管の端部を連結できる機構を有する配管に接続されていることを特徴とする塗工装置。
3. 溶剤の流速制御手段を有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の塗工装置。
4. 混合用気体の流速制御手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の塗工装置。

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