バー塗布装置、及びバー塗布方法
【課題】塗布スジの発生を低減することができるバー塗布装置。
【解決手段】液溜部に供給される塗布液の供給量が、下記式（１）〜（４）を満たすようにポンプ３６を制御する制御装置４０を備える。（１）０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２。（２）ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３。（３）ΔＰ２＝（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)。（４）ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)。（但し、η：塗布液粘度［Ｐａ・ｓ］、ｑ：排液路を流れる塗布液の単位幅流量［ｍ２／ｓ］、Ｑ：塗布液の供給量［ｋｇ/ｍｉｎ］、ρ：塗布液密度［ｋｇ／ｍ３］、Ｌ：排液路長さ［ｍ］、Ｕ：ウエブ速度［ｍ／ｓ］、ａ：堰の先端面の傾き（＝ｔａｎθ）、ｈ０：堰の先端面の開始点とウエブとのクリアランス［ｍ］、Ｘｂ：ビード長さ［ｍ］、Ｈ：排液路から先端面の開始点までの堰高さ［ｍ］、Ｗ：排液路の幅［ｍ］、δｕ：排液路のクリアランス［ｍ］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］）
【解決手段】液溜部に供給される塗布液の供給量が、下記式（１）〜（４）を満たすようにポンプ３６を制御する制御装置４０を備える。（１）０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２。（２）ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３。（３）ΔＰ２＝（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)。（４）ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)。（但し、η：塗布液粘度［Ｐａ・ｓ］、ｑ：排液路を流れる塗布液の単位幅流量［ｍ２／ｓ］、Ｑ：塗布液の供給量［ｋｇ/ｍｉｎ］、ρ：塗布液密度［ｋｇ／ｍ３］、Ｌ：排液路長さ［ｍ］、Ｕ：ウエブ速度［ｍ／ｓ］、ａ：堰の先端面の傾き（＝ｔａｎθ）、ｈ０：堰の先端面の開始点とウエブとのクリアランス［ｍ］、Ｘｂ：ビード長さ［ｍ］、Ｈ：排液路から先端面の開始点までの堰高さ［ｍ］、Ｗ：排液路の幅［ｍ］、δｕ：排液路のクリアランス［ｍ］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバー塗布装置及びバー塗布方法に係り、特に液晶表示装置に好適な品質を有する光学フィルムを製造するための塗布技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学補償フィルム等の光学性機能フィルムの製造における塗布では、塗布液を均一且つ薄層に塗布することが要求される。しかしながら、このような薄層塗布では、縦スジやストリーク故障を生じることが多く、従来から各種対策が検討されている。
【０００３】
たとえば、塗布装置の一次側（ウエブ走行方向の上流側）液溜めに不規則な渦が発生するのを抑制するため、液溜めにおけるウエブの走行方向の長さを１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
バー塗布装置においては、バー断面の最大半径とバー受け部断面の円弧の曲率半径との
関係、バーホールド角等を規定することで、バー振動による段状塗布ムラや、バーとバー
支持部材との間に発生する泡による塗布スジ故障を防止することが提案されている（特許
文献２）。
【０００５】
また、ウエブとバーのラップ角度を２．５〜３０°にすると共に、バー断面の最大径を
Ｒｂとし、バー支持部材のバー受け部断面の円弧の曲率半径をＲｈとしたときに、Ｒｂ／
Ｒｈが０．９〜１．０の範囲とし、バー支持部材のバーホールド角を９０°以上１８０°
以下にするバー塗布方法が提案されている（特許文献３）。
【０００６】
ブレードコーターにおいて、ファウンテンノズルから塗布液を吹き出す前に、塗布液に
せん断力を付与して低粘度化する方法（特許文献４）、ロッドコーターにおいて、ロッド
のワイヤー間の溝に引っかかる異物や凝集物を除去するための異物除去ブラシ等をロッド
バーホルダに設ける方法（特許文献５）等が提案されている。また、支持体上に塗布膜を
形成した後、掻き取りローラにより余剰液を掻き取り必要膜厚を得る塗布方法において、
掻き取りローラ表面の乾きに起因する塗布故障を抑制するために、掻き取りローラ表面に
塗布液又は溶剤を供給する方法が提案されている（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３３７０２号公報
【特許文献２】特開２００６−８２０５９号公報
【特許文献３】特開平９−２０１５６３号公報
【特許文献４】特開平７−１８９１９６号公報
【特許文献５】特開平７−２４６３５８号公報
【特許文献６】特開平９−２９４９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１のバー塗布装置１では、図１に示すように堰２の上部では、液溜部３に過剰供給された塗布液が堰２をオーバーフローする。一方で、堰２の先端面２Ａとウエブ４の間にビード５が形成される。この状態では、ウエブ４に同伴する塗布液の流れと、堰２の先端面２Ａをオーバーフローする塗布液の流れが逆方向となる。そのためビード５を形成する動的接触線６、又は動的接触線６’が乱れる場合がある。この動的接触線６、又は動的接触線６’の乱れが、塗布スジの原因となっていた。ここで、動的接触線６は塗布液の供給量が５［ｋｇ／ｍｉｎ］の動的接触線を、動的接触線６’は塗布液の供給量が１２［ｋｇ／ｍｉｎ］の動的接触線を示している。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、動的接触線の乱れによる塗布スジの発生を低減できるバー塗布装置、及びバー塗布方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明のバー塗布装置は、走行するウエブに塗布液を塗布するバーと、前記バーの下側に設けられ、該バーを回転自在に支持する支持部材と、前記バーに対して上流側に設けられた堰と、該堰は先端に先端面を備え、該先端面と前記ウエブとの間の塗布液のビードを形成し、前記バー、前記支持部材、及び前記堰により構成された液溜部に塗布液を供給する供給路と、前記液溜部に塗布液を供給するポンプと、前記液溜部に過剰供給された塗布液を、排出する排液路を備え、前記液溜部に供給される塗布液の供給量が、下記式（１）〜（４）を満たすように前記ポンプを制御する制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
（１） ０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２
（２） ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３
（３） ΔＰ２＝（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)
（４） ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)
（但し、η：塗布液粘度［Ｐａ・ｓ］、ｑ：排液路を流れる塗布液の単位幅流量［ｍ２／ｓ］、Ｑ：塗布液の供給量［ｋｇ/ｍｉｎ］、ρ：塗布液密度［ｋｇ／ｍ３］、Ｌ：排液路長さ［ｍ］、Ｕ：ウエブ速度［ｍ／ｓ］、ａ：堰の先端面の傾き（＝ｔａｎθ）、ｈ０：堰の先端面の開始点とウエブとのクリアランス［ｍ］、Ｘｂ：ビード長さ［ｍ］、Ｈ：排液路から先端面の開始点までの堰高さ［ｍ］、Ｗ：排液路の幅［ｍ］、δｕ：排液路のクリアランス［ｍ］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］）
液溜部を構成する堰と、排液路とを備えたバー塗布装置において、上記（１）〜（４）式を満たすように塗布液の供給量を制御することにより、過剰供給された塗布液は堰をオーバーフローせずに、排液路から排出される。これにより動的接触線が乱れるのを防止することができる。また、堰の先端面とウエブとの間に確実に塗布液のビードを形成することができる。
【００１２】
本発明のバー塗布装置は、前記発明において、前記排液路のクリアランスが０．１×１０−３〜１０×１０−３［ｍ］の範囲であることが好ましい。
【００１３】
本発明のバー塗布装置は、前記発明において、前記堰の先端面の水平長さが１×１０−３〜３０×１０−３［ｍ］の範囲であり、前記堰の先端面の傾きが１／３０〜５の範囲であることが好ましい。
【００１４】
本発明のバー塗布装置は、前記発明において、前記排液路から先端面の開始点までの前記堰の高さが５×１０−３〜５０×１０−３［ｍ］の範囲であることが好ましい。
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明のバー塗布方法は、走行するウエブに塗布液を塗布するバー塗布方法であって、バーを回転することで、液溜部の塗布液を走行するウエブに塗布するステップと、前記バーの上流側に設けられた堰の先端の先端面と前記ウエブとの間に塗布液のビードを形成するステップと、前記液溜部に前記塗布液を供給し、過剰供給された前記塗布液を排液路から排出するステップと、を備え、前記液溜部に供給される塗布液の供給量が、下記式（１）〜（４）を満たすことを特徴とする。
【００１６】
（１） ０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２
（２） ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３
（３） ΔＰ２＝（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)
（４） ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)
（但し、η：塗布液粘度［Ｐａ・ｓ］、ｑ：排液路を流れる塗布液の単位幅流量［ｍ２／ｓ］、Ｑ：塗布液の供給量［ｋｇ/ｍｉｎ］、ρ：塗布液密度［ｋｇ／ｍ３］、Ｌ：排液路長さ［ｍ］、Ｕ：ウエブ速度［ｍ／ｓ］、ａ：堰の先端面の傾き（＝ｔａｎθ）、ｈ０：堰の先端面の開始点とウエブとのクリアランス［ｍ］、Ｘｂ：ビード長さ［ｍ］、Ｈ：排液路から先端面の開始点までの堰高さ［ｍ］、Ｗ：排液路の幅［ｍ］、δｕ：排液路のクリアランス［ｍ］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］）
本発明のバー塗布方法は、前記発明において、前記排液路のクリアランスが０．１×１０−３〜１０×１０−３［ｍ］の範囲であることが好ましい。
【００１７】
本発明のバー塗布方法は、前記発明において、前記堰の先端面の水平長さが１×１０−３〜３０×１０−３［ｍ］の範囲であり、前記堰の先端面の傾きが１／３０〜５の範囲であることが好ましい。
【００１８】
本発明のバー塗布方法は、前記発明において、前記排液路から先端面の開始点までの前記堰の高さが５×１０−３〜５０×１０−３［ｍ］の範囲であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、動的接触線の乱れを防止でき、塗布スジの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来のバー塗布装置の一部拡大図
【図２】本発明の実施形態に係るバー塗布装置を示す概略図
【図３】本実施形態のバー塗布装置を組み込んだ光学フィルムの製造ラインを示す概略図
【図４】排液路のクリアランスと供給量の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を含む範囲を意味する。
【００２２】
図２は本発明が適用された実施形態のバー塗布装置の構成を模式的に示す断面図である。図２（Ａ）はバー塗布装置１０全体の断面図であり、図２（Ｂ）は堰の先端面とウエブの部分拡大図である。
【００２３】
バー塗布装置１０は、走行方向に沿って連続走行するウエブ（帯状支持体）１２に塗布液を塗布する装置であり、バー１６を有する塗布ヘッド１４と、バー１６が接触するようにウエブ１２を塗布面と反対側から支持するバックアップローラ１８を備えている。
【００２４】
塗布ヘッド１４のバー１６は、円柱状に形成されており、円周方向に一定間隔で溝が形成されているもの、ワイヤーが密に巻回されているもの、あるいは表面が平滑であるものの何れでもよい。また、バー１６は、不図示の回転駆動手段に連結されており、ウエブ１２の走行方向と同じ方向に、且つウエブ１２の走行速度と略同じ速度で回転される。
【００２５】
また、バー１６は、ウエブ１２の走行方向と反対方向に回転させてもよく、さらにはバー１６の周速がウエブ１２の走行速度と異なるように回転させてもよい。
【００２６】
バー１６は、支持部材２０によって支持される。支持部材２０の上部には、円弧状の溝が形成されており、この溝がバー１６を回動自在に支持する。
【００２７】
バー１６に対してウエブ１２の走行方向の上流側（すなわち、ウエブ１２の進入側）に、第１ブロック２２が支持部材２０に対して所定の間隔で平行に設けられる。第１ブロック２２と支持部材２０によりスリット２８が形成される。第１ブロック２２の上方で、ウエブ１２の走行方向の上流側に堰２４が設けられる。液溜部３０が支持部材２０とバー１６、第１ブロック２２及び堰２４により構成される。
【００２８】
スリット２８と塗布液タンク３８が、ポンプ３６を介して接続される。ポンプ３６を制御装置４０により駆動することによって、塗布液タンク３８の塗布液が、スリット２８を通して液溜部３０に供給される。液溜部３０の溜められた塗布液が、回転するバー１６にピックアップされ、バー１６にラップされて連続走行するウエブ１２に塗布される。
【００２９】
堰２４は、図２に示すように、例えば、その先端部に、上流側で高く下流側で低い傾斜面を有する先端面２４Ａを備える。先端面２４Ａとウエブ１２との間に塗布液のビード４２が形成される。塗布液と大気との界面にビード４２を形成する動的接触線４４が形成される。
【００３０】
バー塗布装置１０は堰２４と第１ブロック２２で構成される排液路２６を備える。排液路２６が、液溜部３０に過剰に供給された塗布液を外部に排出する。排出された塗布液は、回収部（不図示）により回収される。
【００３１】
堰２４と第１ブロック２２は別部材であり、それらにより排液路２６が構成されても良い。また、堰２４と第１ブロック２２を一体物で形成し、その一体物に貫通孔を形成することによって、排液路２６を構成しても良い。
【００３２】
本実施の形態では、過剰に供給された塗布液が堰２４をオーバーフローせず、排液路２６から排出されるよう、制御装置４０によりポンプ３６が制御される。これにより液溜部３０に供給される塗布液の量が制御される。これにより、塗布液の動的接触線４４の乱れが少なくなり、塗布スジの発生を防止することができる。なお、制御装置４０による制御については後述する。
【００３３】
バー１６に対してウエブ１２の走行方向の下流側には、第２ブロック３２が支持部材２０に対して所定の間隔で平行に設けられる。第２ブロック３２と支持部材２０によりスリット３４が形成される。スリット３４には、塗布液の供給ライン（不図示）が接続される。供給ラインから供給された塗布液が、バー１６の乾きによる塗布故障を防止するために、バー１６の下流側に供給される。これにより、バー１６表面との間に塗布液ビードが形成される。塗布液の一部は塗布残液として第２ブロック３２をオーバーフローして、傾斜面を流下する。
【００３４】
次に、図２を参照に、本発明に係る塗布液の供給量の制御方法について説明する。本発明の塗布装置において、ダム縁部では液溜りの堰の先端面とウエブの間で気液界面を形成し、動的接触線の乱れを抑制するためには、以下の２つの条件を満たす必要がある。
（１）液溜り内の塗布液が堰の先端面の開始点の高さまで持ち上がり、ウエブ間で挟まれること、（２）液溜り内の塗布液が堰の先端面の終了点よりオーバーフローしない(溢れない)ことが、必要となる。
【００３５】
供給量を決定するに際し、最初に堰の先端面の開始点における液の持つ圧力の値Ｐ２と大気圧の値Ｐ０の差であるΔＰを求める。これは次式で表すことができる。このΔＰは堰の先端面とウエブに挟まれる空間に満たされている液の受ける圧力損失［Ｐａ］を意味する。
【００３６】
（ａ） ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ０
さらに（ａ）は以下式のように変形することができる。
【００３７】
（ｂ） ΔＰ＝（Ｐ２−Ｐ１）＋（Ｐ１−Ｐ０）
ここで（Ｐ２−Ｐ１）は、排液路の入口側の圧力Ｐ１と先端面の開始点の圧力Ｐ２との差であり、液溜り堰の先端面と排液路での塗布液の持つポテンシャル［Ｐａ］を意味する。従って、塗布液密度ρ［ｋｇ／ｍ３］、排液路から先端面の開始点までの堰高さＨ［ｍ］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］とすると、以下の式で表すことができる。
【００３８】
（ｃ） （Ｐ２−Ｐ１）＝−ρｇＨ
ここで、Ｐ１は排液路入口部にて塗布液の持つ圧力であり、Ｐ０は大気圧であるから、（Ｐ１−Ｐ０）は塗布液が排液路を通過する際に受ける圧力損失［Ｐａ］を表している。ΔＰ１（＝Ｐ１−Ｐ０）は、塗布液粘度η［Ｐａ・ｓ］、単位幅流量ｑ［ｍ２／ｓ］、排液路長さＬ［ｍ］、排液路のクリアランスδｕ［ｍ］から、平行平板間に挟まれる流体の受ける圧力損失を求める式を用いて以下のように求められる。
【００３９】
（ｄ） ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３
塗布液の供給量をＱ［ｋｇ/ｍｉｎ］、密度ρ［ｋｇ／ｍ３］とすると、一秒間に幅Ｗ［ｍ］の排液路を流れる塗布液の単位幅流量ｑ［ｍ２／ｓ］は、次式となる。
【００４０】
（ｅ） ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)
したがって、堰の先端面とウエブに挟まれる塗布液の受ける圧力損失△Ｐは次式となる。
【００４１】
（ｆ）ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ０＝（Ｐ２−Ｐ１）＋（Ｐ１−Ｐ０）＝１２ηｑＬ/δｕ３−ρｇＨ
一方で、堰先端面においてウエブと堰先端面の間に満たされている塗布液が受ける圧力損失を堰先端面とウエブに挟まれる塗布液の受ける圧力の直接計算により求めることができる。
【００４２】
堰先端面はウエブに水平方向に対して傾斜をもっている場合があるが、水平方向の微小な距離△ｘの区間においてはウエブと先端面は平行平板と見なせるので、堰の先端面とウエブ間に満たされる塗布液の受ける圧力損失△Ｐ［Ｐａ］、塗布液粘度η［Ｐａ・s］、単位幅流量ｑ［ｍ２／ｓ］、液溜り堰の先端面と排液路の間の微小な水平方向距離△ｘ［ｍ］、堰の先端面の開始点より水平方向にｘの位置におけるウエブと先端面のクリアランスｙ（ｘ）［ｍ］、堰の先端面の開始点より水平方向に任意の距離ｘ［ｍ］とすると、次式で示される圧力損失を受ける。
【００４３】
（ｇ） ΔＰ=１２ηｑΔｘ/ｙ(ｘ)３
この堰先端面においてウエブと堰先端面の間に満たされている塗布液内ではウエブに同伴される流速分布と塗布液内部の液圧により押し出そうとする流速分布があり、ウエブ速度Ｕ［ｍ／ｓ］とすると、単位幅流量は次式で示される。
【００４４】
（ｈ） ｑ＝（１／２）×Ｕｙ(ｘ)
したがって、式（ｇ）に式（ｈ）を代入すると次式となる。
【００４５】
（ｉ） △Ｐ＝１２ηｑΔｘ/ｙ(ｘ)３＝１２ηΔｘ/ｙ(ｘ)３×（１／２）×Ｕｙ(ｘ)
＝６ηＵΔｘ/ｙ(ｘ)２
堰先端面においてウエブと堰先端面の間に満たされている塗布液の圧力損失は上式の△ｘを水平方向に積分した形で、次式で示される圧力損失を受ける。
【００４６】
【数１】
【００４７】
積分対象変数がｙであるため、置換積分を実施する。
【００４８】
（ｋ） ｙ（ｘ）＝−ａｘ＋ｈ０
上式の両辺を微分すると以下の式となる。
【００４９】
（ｌ） ｄｙ＝−ａ＊ｄｘ
（ｍ） ｄｘ＝（−１／ａ）＊ｄｙ
なお、ｘ＝０のとき、ｙ（ｘ）＝ｈ０であり、ｘ＝Ｘｂのとき、ｙ（ｘ）=−ａＸｂ＋ｈ０となるため、式（ｊ）は式（ｎ）のように置換積分され、計算することができる。
【００５０】
【数２】
【００５１】
本発明において、（１）液溜り内の塗布液が堰の先端面の開始点の高さまで持ち上がり、ウエブ間で挟まれることが必要となる。式（ｆ）で与えられる圧力損失△Ｐが０より小さい場合、排液路における抵抗が液溜りの底面から先端面の高さまで塗布液が持ち上がるポテンシャルに対して小さいため、塗布液が堰の先端面の高さまで持ち上がらずに、ビードを形成することができない。したがって、次の不等式を満たす条件が必要になる。
【００５２】
（ｏ） １２ηｑＬ/δｕ３（＝ΔＰ１）−ρｇＨ≧ ０
また、本発明において、（２）液溜り内の塗布液が堰の先端面の終了点よりオーバーフローしない(溢れない)ことが必要となる。式（ｆ）で求めた△Ｐと式（ｎ）で求めた△Ｐ２は等価である。式（ｎ）ではＸｂの関数であり、Ｘｂは堰先端面の開始点よりウエブと先端面の間で液が満たされる部分の水平距離（ビード長さ）となる。
【００５３】
ビード長さＸｂが、堰先端面の水平距離以上の大きさになると、堰の先端面の出口から液が溢れてしまうことを意味する。そのため、堰の先端面の出口から液が溢れないためには、ビード長さＸｂは堰先端面の水平距離以下でなければならない。したがって、次式を満たす必要がある。
【００５４】
（ｐ） １２ηｑＬ/δｕ３（＝ΔＰ１）−ρｇＨ≦（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)＝△Ｐ２
最終的には、以下の式が導き出される。
【００５５】
（ｑ） ０≦１２ηｑＬ/δｕ３（＝ΔＰ１）−ρｇＨ≦（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)＝△Ｐ２
但し、ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)となる。
【００５６】
本実施の形態では、堰の先端部の形状、及び排液路の形状に基づいて、塗布液の供給量が決定される。そして、決定された供給量となるよう制御装置によりポンプが制御される。
【００５７】
また、本実施の形態において、排液路のクリアランスδｕは、０．１×１０−３〜１０×１０−３［ｍ］の範囲であることが好ましい。その理由は液溜り内の塗布液が堰先端面の高さまで持ち上がるためにはクリアランスが小さい方が有利であり、大きすぎると先端面の高さまで持ち上がらず、ビードを形成できないためである。ただし、クリアランス０．１×１０−３［ｍ］以下では排液路の上面および下面での平面度が影響し、幅方向に均一なクリアランスを保つことが精度上困難となる。
【００５８】
また、本実施の形態において、堰の先端面の水平長さＬ１は１×１０−３〜３０×１０−３［ｍ］の範囲であり、堰の先端面の傾きａが１／３０〜５（＝ｔａｎθ）の範囲であることが好ましい。その理由は堰先端面の水平長さは長く、傾斜は大きいほどビード形成に有利であるためである。
【００５９】
また、本実施の形態において、排液路から先端面の開始点までの前記堰の高さが５×１０−３〜５０×１０−３［ｍ］の範囲であることが好ましい。その理由はある一定の高さがないと液溜りを形成することによる効果が得られないためである。
【００６０】
次に、本発明に係るバー塗布装置１０の適用例について説明する。なお、図２で説明したバー塗布装置第と同様の構成には同一符号を付して説明を省略する場合がある。図３は、本発明のバー塗布装置１０を組み込んだ光学補償フィルムの製造ライン８０である。光学補償フィルムの製造ライン８０は、図３に示されるように、送出機８２から予め配向膜形成用のポリマー層が形成された透明支持体であるウエブ１２が送り出される。
【００６１】
次に、ウエブ１２はガイドローラ８４によってガイドされてラビング処理装置８６に送りこまれる。そして、ウエブ１２のポリマー層には、ラビングローラ８８によりラビング処理が施される。ラビングローラ８８の下流には除塵機９０が設けられており、ウエブ１２の表面に付着した塵を取り除く。
【００６２】
除塵機９０の下流には本発明に係る塗布ヘッド１４が設けられている。塗布ヘッド１４に対し、ウエブ１２の走行方向の上流及び下流側に、ウエブ１２をバーにラップさせるためのガイドローラ８４が設けられている。
【００６３】
過剰に供給された塗布液が堰２４をオーバーフローせず、排液路２６から排出されるよう、制御装置４０によりポンプ３６が制御される。これにより液溜部３０に供給される塗布液の量が制御される。動的接触線の乱れが少なくなり、塗布スジの発生を抑制することができる。
【００６４】
塗布ヘッド１４によりディスコネマティック液晶を含む塗布液がウエブ１２に塗布される。塗布ヘッド１４の下流には、乾燥ゾーン９２、加熱ゾーン９４が順次設けられており、ウエブ１２上の塗布液が乾燥・加熱されて液晶層が形成される。更に、この下流には紫外線ランプ９６が設けられており、紫外線照射により、液晶を架橋させ、所望のポリマーが形成される。これにより、光学補償フィルムが製造され、製造された光学補償フィルムは巻取機９８に巻き取られる。
【００６５】
このように、本発明に係るバー塗布装置１０を、光学補償フィルムの液晶層の塗布（ディスコネマティック液晶を含む塗布液の塗布）に用いるので、縦スジ等のムラのない良好な面質のフィルムを製造できる。
【００６６】
本発明に使用されるウエブ１２としては、紙、プラスチックフィルム、レジンコーティッド紙、合成紙等が包含される。プラスチックフィルムの材質は、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン等のビニル重合体、６，６−ナイロン、６−ナイロン等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ヘルローストリアセテート、セルロースダイアセテート等のセルロースアセテート等が使用される。またレジンコーティッド紙に用いられる樹脂としては、ポリエチレンをはじめとするポリオレフィンが代表的であるが、必ずしもこれに限定されない。ウエブの厚さも特に限定されないが、０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のものが取扱い、汎用性の見地から有利である。
【００６７】
本発明に用いられる塗布液は特に限定は無く、高分子化合物の水又は有機溶媒液、顔料分散液、コロイド溶液等が適用できる。特に、薄層塗布を均一且つ高精度に行うことが求められる各種光学フィルムの塗布液、例えば、液晶性ディスコティック塗布液等が好適である。また、塗布液の粘度が高い場合、塗布膜厚や塗布速度、塗布後の乾燥速度等にもよるが、ワイヤー目或いは溝の目が消えずにバー筋故障となるため、０．５Ｐａ・ｓ以下が望ましい。
【００６８】
以上、本発明に係るバー塗布装置及び塗布方法の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例を挙げて本発明の特徴を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は以下に
示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００７０】
本発明に係るバー塗布装置１０を用いて、塗布液の供給量Ｑ［ｋｇ/ｍｉｎ］毎の、ΔＰ（＝ΔＰ１−ρｇＨ）と排液路のクリアランスδｕ［ｍ］の関係と、塗布スジの発生状況を確認した。
【００７１】
バー塗布装置１０の排液路のクリアランスと塗布液の供給量を除く値は以下のとおりである。
【００７２】
塗布液粘度：０．００１２［Ｐａ・ｓ］、塗布液供給量Ｑ：３．０〜１０．０［ｋｇ／ｍｉｎ］、排液路を流れる塗布液の単位幅流量：３．９１５〜１３．０５［ｍ２／ｓ］、塗布液密度：８９０［ｋｇ／ｍ３］、排液路長さ：０．０２３［ｍ］、ウエブ速度：０．７［ｍ／ｓ］、堰の先端面の傾き：０．２５（＝ｔａｎθ）、堰の先端面の開始点とウエブとのクリアランス：０．００３［ｍ］、ビード長さ：０．００８［ｍ］、排液路から先端面の開始点までの堰高さ：０．０２２［ｍ］、排液路の幅：１．４３５［ｍ］であった。
【００７３】
このときΔＰ２は式（ｎ）に従って計算するとΔＰ２＝１３［Ｐａ］であった。
【００７４】
図４に示すように、各供給量が一定である場合、排液路のクリアランスが変化するとΔＰの値が大きく変化することが理解できる。式（ｄ）ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３で示されるように、クリアランスδｕの変化が３乗で表れるためと考えられる。
【００７５】
供給量Ｑを３〜１０［ｋｇ/ｍｉｎ］と変化させた場合、クリアランスδｕ：０．４〜０．６［ｍｍ］の範囲で、０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２の条件を満たす領域（斜線で示す領域）が表れた。この斜線領域である場合、塗布スジの発生がほとんど発生しなかった。（正しいでしょうか。）本発明において液溜部に供給される塗布液の供給量が、下記式（１）〜（４）を満たすようにポンプを制御する場合、動的接触線に乱れがほとんど生じないので、塗布スジが発生しないものと推測できる。
【００７６】
（１） ０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２
（２） ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３
（３） ΔＰ２＝（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)
（４） ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)
【符号の説明】
【００７７】
１０…バー塗布装置、１２…ウエブ、１４…塗布ヘッド、１６…バー、１８…バックアップローラ、２０…支持部材、２２…第１ブロック、２４…堰、２４Ａ…先端面、２６…排液路、２８，３４…スリット、３０…液溜部、３２…第２ブロック、３４…スリット、３６…ポンプ、３８…塗布液タンク、４０…制御装置、４２…ビード、４４…動的接触線
【技術分野】
【０００１】
本発明はバー塗布装置及びバー塗布方法に係り、特に液晶表示装置に好適な品質を有する光学フィルムを製造するための塗布技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学補償フィルム等の光学性機能フィルムの製造における塗布では、塗布液を均一且つ薄層に塗布することが要求される。しかしながら、このような薄層塗布では、縦スジやストリーク故障を生じることが多く、従来から各種対策が検討されている。
【０００３】
たとえば、塗布装置の一次側（ウエブ走行方向の上流側）液溜めに不規則な渦が発生するのを抑制するため、液溜めにおけるウエブの走行方向の長さを１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
バー塗布装置においては、バー断面の最大半径とバー受け部断面の円弧の曲率半径との
関係、バーホールド角等を規定することで、バー振動による段状塗布ムラや、バーとバー
支持部材との間に発生する泡による塗布スジ故障を防止することが提案されている（特許
文献２）。
【０００５】
また、ウエブとバーのラップ角度を２．５〜３０°にすると共に、バー断面の最大径を
Ｒｂとし、バー支持部材のバー受け部断面の円弧の曲率半径をＲｈとしたときに、Ｒｂ／
Ｒｈが０．９〜１．０の範囲とし、バー支持部材のバーホールド角を９０°以上１８０°
以下にするバー塗布方法が提案されている（特許文献３）。
【０００６】
ブレードコーターにおいて、ファウンテンノズルから塗布液を吹き出す前に、塗布液に
せん断力を付与して低粘度化する方法（特許文献４）、ロッドコーターにおいて、ロッド
のワイヤー間の溝に引っかかる異物や凝集物を除去するための異物除去ブラシ等をロッド
バーホルダに設ける方法（特許文献５）等が提案されている。また、支持体上に塗布膜を
形成した後、掻き取りローラにより余剰液を掻き取り必要膜厚を得る塗布方法において、
掻き取りローラ表面の乾きに起因する塗布故障を抑制するために、掻き取りローラ表面に
塗布液又は溶剤を供給する方法が提案されている（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３３７０２号公報
【特許文献２】特開２００６−８２０５９号公報
【特許文献３】特開平９−２０１５６３号公報
【特許文献４】特開平７−１８９１９６号公報
【特許文献５】特開平７−２４６３５８号公報
【特許文献６】特開平９−２９４９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１のバー塗布装置１では、図１に示すように堰２の上部では、液溜部３に過剰供給された塗布液が堰２をオーバーフローする。一方で、堰２の先端面２Ａとウエブ４の間にビード５が形成される。この状態では、ウエブ４に同伴する塗布液の流れと、堰２の先端面２Ａをオーバーフローする塗布液の流れが逆方向となる。そのためビード５を形成する動的接触線６、又は動的接触線６’が乱れる場合がある。この動的接触線６、又は動的接触線６’の乱れが、塗布スジの原因となっていた。ここで、動的接触線６は塗布液の供給量が５［ｋｇ／ｍｉｎ］の動的接触線を、動的接触線６’は塗布液の供給量が１２［ｋｇ／ｍｉｎ］の動的接触線を示している。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、動的接触線の乱れによる塗布スジの発生を低減できるバー塗布装置、及びバー塗布方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明のバー塗布装置は、走行するウエブに塗布液を塗布するバーと、前記バーの下側に設けられ、該バーを回転自在に支持する支持部材と、前記バーに対して上流側に設けられた堰と、該堰は先端に先端面を備え、該先端面と前記ウエブとの間の塗布液のビードを形成し、前記バー、前記支持部材、及び前記堰により構成された液溜部に塗布液を供給する供給路と、前記液溜部に塗布液を供給するポンプと、前記液溜部に過剰供給された塗布液を、排出する排液路を備え、前記液溜部に供給される塗布液の供給量が、下記式（１）〜（４）を満たすように前記ポンプを制御する制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
（１） ０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２
（２） ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３
（３） ΔＰ２＝（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)
（４） ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)
（但し、η：塗布液粘度［Ｐａ・ｓ］、ｑ：排液路を流れる塗布液の単位幅流量［ｍ２／ｓ］、Ｑ：塗布液の供給量［ｋｇ/ｍｉｎ］、ρ：塗布液密度［ｋｇ／ｍ３］、Ｌ：排液路長さ［ｍ］、Ｕ：ウエブ速度［ｍ／ｓ］、ａ：堰の先端面の傾き（＝ｔａｎθ）、ｈ０：堰の先端面の開始点とウエブとのクリアランス［ｍ］、Ｘｂ：ビード長さ［ｍ］、Ｈ：排液路から先端面の開始点までの堰高さ［ｍ］、Ｗ：排液路の幅［ｍ］、δｕ：排液路のクリアランス［ｍ］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］）
液溜部を構成する堰と、排液路とを備えたバー塗布装置において、上記（１）〜（４）式を満たすように塗布液の供給量を制御することにより、過剰供給された塗布液は堰をオーバーフローせずに、排液路から排出される。これにより動的接触線が乱れるのを防止することができる。また、堰の先端面とウエブとの間に確実に塗布液のビードを形成することができる。
【００１２】
本発明のバー塗布装置は、前記発明において、前記排液路のクリアランスが０．１×１０−３〜１０×１０−３［ｍ］の範囲であることが好ましい。
【００１３】
本発明のバー塗布装置は、前記発明において、前記堰の先端面の水平長さが１×１０−３〜３０×１０−３［ｍ］の範囲であり、前記堰の先端面の傾きが１／３０〜５の範囲であることが好ましい。
【００１４】
本発明のバー塗布装置は、前記発明において、前記排液路から先端面の開始点までの前記堰の高さが５×１０−３〜５０×１０−３［ｍ］の範囲であることが好ましい。
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明のバー塗布方法は、走行するウエブに塗布液を塗布するバー塗布方法であって、バーを回転することで、液溜部の塗布液を走行するウエブに塗布するステップと、前記バーの上流側に設けられた堰の先端の先端面と前記ウエブとの間に塗布液のビードを形成するステップと、前記液溜部に前記塗布液を供給し、過剰供給された前記塗布液を排液路から排出するステップと、を備え、前記液溜部に供給される塗布液の供給量が、下記式（１）〜（４）を満たすことを特徴とする。
【００１６】
（１） ０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２
（２） ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３
（３） ΔＰ２＝（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)
（４） ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)
（但し、η：塗布液粘度［Ｐａ・ｓ］、ｑ：排液路を流れる塗布液の単位幅流量［ｍ２／ｓ］、Ｑ：塗布液の供給量［ｋｇ/ｍｉｎ］、ρ：塗布液密度［ｋｇ／ｍ３］、Ｌ：排液路長さ［ｍ］、Ｕ：ウエブ速度［ｍ／ｓ］、ａ：堰の先端面の傾き（＝ｔａｎθ）、ｈ０：堰の先端面の開始点とウエブとのクリアランス［ｍ］、Ｘｂ：ビード長さ［ｍ］、Ｈ：排液路から先端面の開始点までの堰高さ［ｍ］、Ｗ：排液路の幅［ｍ］、δｕ：排液路のクリアランス［ｍ］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］）
本発明のバー塗布方法は、前記発明において、前記排液路のクリアランスが０．１×１０−３〜１０×１０−３［ｍ］の範囲であることが好ましい。
【００１７】
本発明のバー塗布方法は、前記発明において、前記堰の先端面の水平長さが１×１０−３〜３０×１０−３［ｍ］の範囲であり、前記堰の先端面の傾きが１／３０〜５の範囲であることが好ましい。
【００１８】
本発明のバー塗布方法は、前記発明において、前記排液路から先端面の開始点までの前記堰の高さが５×１０−３〜５０×１０−３［ｍ］の範囲であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、動的接触線の乱れを防止でき、塗布スジの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来のバー塗布装置の一部拡大図
【図２】本発明の実施形態に係るバー塗布装置を示す概略図
【図３】本実施形態のバー塗布装置を組み込んだ光学フィルムの製造ラインを示す概略図
【図４】排液路のクリアランスと供給量の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を含む範囲を意味する。
【００２２】
図２は本発明が適用された実施形態のバー塗布装置の構成を模式的に示す断面図である。図２（Ａ）はバー塗布装置１０全体の断面図であり、図２（Ｂ）は堰の先端面とウエブの部分拡大図である。
【００２３】
バー塗布装置１０は、走行方向に沿って連続走行するウエブ（帯状支持体）１２に塗布液を塗布する装置であり、バー１６を有する塗布ヘッド１４と、バー１６が接触するようにウエブ１２を塗布面と反対側から支持するバックアップローラ１８を備えている。
【００２４】
塗布ヘッド１４のバー１６は、円柱状に形成されており、円周方向に一定間隔で溝が形成されているもの、ワイヤーが密に巻回されているもの、あるいは表面が平滑であるものの何れでもよい。また、バー１６は、不図示の回転駆動手段に連結されており、ウエブ１２の走行方向と同じ方向に、且つウエブ１２の走行速度と略同じ速度で回転される。
【００２５】
また、バー１６は、ウエブ１２の走行方向と反対方向に回転させてもよく、さらにはバー１６の周速がウエブ１２の走行速度と異なるように回転させてもよい。
【００２６】
バー１６は、支持部材２０によって支持される。支持部材２０の上部には、円弧状の溝が形成されており、この溝がバー１６を回動自在に支持する。
【００２７】
バー１６に対してウエブ１２の走行方向の上流側（すなわち、ウエブ１２の進入側）に、第１ブロック２２が支持部材２０に対して所定の間隔で平行に設けられる。第１ブロック２２と支持部材２０によりスリット２８が形成される。第１ブロック２２の上方で、ウエブ１２の走行方向の上流側に堰２４が設けられる。液溜部３０が支持部材２０とバー１６、第１ブロック２２及び堰２４により構成される。
【００２８】
スリット２８と塗布液タンク３８が、ポンプ３６を介して接続される。ポンプ３６を制御装置４０により駆動することによって、塗布液タンク３８の塗布液が、スリット２８を通して液溜部３０に供給される。液溜部３０の溜められた塗布液が、回転するバー１６にピックアップされ、バー１６にラップされて連続走行するウエブ１２に塗布される。
【００２９】
堰２４は、図２に示すように、例えば、その先端部に、上流側で高く下流側で低い傾斜面を有する先端面２４Ａを備える。先端面２４Ａとウエブ１２との間に塗布液のビード４２が形成される。塗布液と大気との界面にビード４２を形成する動的接触線４４が形成される。
【００３０】
バー塗布装置１０は堰２４と第１ブロック２２で構成される排液路２６を備える。排液路２６が、液溜部３０に過剰に供給された塗布液を外部に排出する。排出された塗布液は、回収部（不図示）により回収される。
【００３１】
堰２４と第１ブロック２２は別部材であり、それらにより排液路２６が構成されても良い。また、堰２４と第１ブロック２２を一体物で形成し、その一体物に貫通孔を形成することによって、排液路２６を構成しても良い。
【００３２】
本実施の形態では、過剰に供給された塗布液が堰２４をオーバーフローせず、排液路２６から排出されるよう、制御装置４０によりポンプ３６が制御される。これにより液溜部３０に供給される塗布液の量が制御される。これにより、塗布液の動的接触線４４の乱れが少なくなり、塗布スジの発生を防止することができる。なお、制御装置４０による制御については後述する。
【００３３】
バー１６に対してウエブ１２の走行方向の下流側には、第２ブロック３２が支持部材２０に対して所定の間隔で平行に設けられる。第２ブロック３２と支持部材２０によりスリット３４が形成される。スリット３４には、塗布液の供給ライン（不図示）が接続される。供給ラインから供給された塗布液が、バー１６の乾きによる塗布故障を防止するために、バー１６の下流側に供給される。これにより、バー１６表面との間に塗布液ビードが形成される。塗布液の一部は塗布残液として第２ブロック３２をオーバーフローして、傾斜面を流下する。
【００３４】
次に、図２を参照に、本発明に係る塗布液の供給量の制御方法について説明する。本発明の塗布装置において、ダム縁部では液溜りの堰の先端面とウエブの間で気液界面を形成し、動的接触線の乱れを抑制するためには、以下の２つの条件を満たす必要がある。
（１）液溜り内の塗布液が堰の先端面の開始点の高さまで持ち上がり、ウエブ間で挟まれること、（２）液溜り内の塗布液が堰の先端面の終了点よりオーバーフローしない(溢れない)ことが、必要となる。
【００３５】
供給量を決定するに際し、最初に堰の先端面の開始点における液の持つ圧力の値Ｐ２と大気圧の値Ｐ０の差であるΔＰを求める。これは次式で表すことができる。このΔＰは堰の先端面とウエブに挟まれる空間に満たされている液の受ける圧力損失［Ｐａ］を意味する。
【００３６】
（ａ） ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ０
さらに（ａ）は以下式のように変形することができる。
【００３７】
（ｂ） ΔＰ＝（Ｐ２−Ｐ１）＋（Ｐ１−Ｐ０）
ここで（Ｐ２−Ｐ１）は、排液路の入口側の圧力Ｐ１と先端面の開始点の圧力Ｐ２との差であり、液溜り堰の先端面と排液路での塗布液の持つポテンシャル［Ｐａ］を意味する。従って、塗布液密度ρ［ｋｇ／ｍ３］、排液路から先端面の開始点までの堰高さＨ［ｍ］、重力加速度ｇ［ｍ／ｓ２］とすると、以下の式で表すことができる。
【００３８】
（ｃ） （Ｐ２−Ｐ１）＝−ρｇＨ
ここで、Ｐ１は排液路入口部にて塗布液の持つ圧力であり、Ｐ０は大気圧であるから、（Ｐ１−Ｐ０）は塗布液が排液路を通過する際に受ける圧力損失［Ｐａ］を表している。ΔＰ１（＝Ｐ１−Ｐ０）は、塗布液粘度η［Ｐａ・ｓ］、単位幅流量ｑ［ｍ２／ｓ］、排液路長さＬ［ｍ］、排液路のクリアランスδｕ［ｍ］から、平行平板間に挟まれる流体の受ける圧力損失を求める式を用いて以下のように求められる。
【００３９】
（ｄ） ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３
塗布液の供給量をＱ［ｋｇ/ｍｉｎ］、密度ρ［ｋｇ／ｍ３］とすると、一秒間に幅Ｗ［ｍ］の排液路を流れる塗布液の単位幅流量ｑ［ｍ２／ｓ］は、次式となる。
【００４０】
（ｅ） ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)
したがって、堰の先端面とウエブに挟まれる塗布液の受ける圧力損失△Ｐは次式となる。
【００４１】
（ｆ）ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ０＝（Ｐ２−Ｐ１）＋（Ｐ１−Ｐ０）＝１２ηｑＬ/δｕ３−ρｇＨ
一方で、堰先端面においてウエブと堰先端面の間に満たされている塗布液が受ける圧力損失を堰先端面とウエブに挟まれる塗布液の受ける圧力の直接計算により求めることができる。
【００４２】
堰先端面はウエブに水平方向に対して傾斜をもっている場合があるが、水平方向の微小な距離△ｘの区間においてはウエブと先端面は平行平板と見なせるので、堰の先端面とウエブ間に満たされる塗布液の受ける圧力損失△Ｐ［Ｐａ］、塗布液粘度η［Ｐａ・s］、単位幅流量ｑ［ｍ２／ｓ］、液溜り堰の先端面と排液路の間の微小な水平方向距離△ｘ［ｍ］、堰の先端面の開始点より水平方向にｘの位置におけるウエブと先端面のクリアランスｙ（ｘ）［ｍ］、堰の先端面の開始点より水平方向に任意の距離ｘ［ｍ］とすると、次式で示される圧力損失を受ける。
【００４３】
（ｇ） ΔＰ=１２ηｑΔｘ/ｙ(ｘ)３
この堰先端面においてウエブと堰先端面の間に満たされている塗布液内ではウエブに同伴される流速分布と塗布液内部の液圧により押し出そうとする流速分布があり、ウエブ速度Ｕ［ｍ／ｓ］とすると、単位幅流量は次式で示される。
【００４４】
（ｈ） ｑ＝（１／２）×Ｕｙ(ｘ)
したがって、式（ｇ）に式（ｈ）を代入すると次式となる。
【００４５】
（ｉ） △Ｐ＝１２ηｑΔｘ/ｙ(ｘ)３＝１２ηΔｘ/ｙ(ｘ)３×（１／２）×Ｕｙ(ｘ)
＝６ηＵΔｘ/ｙ(ｘ)２
堰先端面においてウエブと堰先端面の間に満たされている塗布液の圧力損失は上式の△ｘを水平方向に積分した形で、次式で示される圧力損失を受ける。
【００４６】
【数１】
【００４７】
積分対象変数がｙであるため、置換積分を実施する。
【００４８】
（ｋ） ｙ（ｘ）＝−ａｘ＋ｈ０
上式の両辺を微分すると以下の式となる。
【００４９】
（ｌ） ｄｙ＝−ａ＊ｄｘ
（ｍ） ｄｘ＝（−１／ａ）＊ｄｙ
なお、ｘ＝０のとき、ｙ（ｘ）＝ｈ０であり、ｘ＝Ｘｂのとき、ｙ（ｘ）=−ａＸｂ＋ｈ０となるため、式（ｊ）は式（ｎ）のように置換積分され、計算することができる。
【００５０】
【数２】
【００５１】
本発明において、（１）液溜り内の塗布液が堰の先端面の開始点の高さまで持ち上がり、ウエブ間で挟まれることが必要となる。式（ｆ）で与えられる圧力損失△Ｐが０より小さい場合、排液路における抵抗が液溜りの底面から先端面の高さまで塗布液が持ち上がるポテンシャルに対して小さいため、塗布液が堰の先端面の高さまで持ち上がらずに、ビードを形成することができない。したがって、次の不等式を満たす条件が必要になる。
【００５２】
（ｏ） １２ηｑＬ/δｕ３（＝ΔＰ１）−ρｇＨ≧ ０
また、本発明において、（２）液溜り内の塗布液が堰の先端面の終了点よりオーバーフローしない(溢れない)ことが必要となる。式（ｆ）で求めた△Ｐと式（ｎ）で求めた△Ｐ２は等価である。式（ｎ）ではＸｂの関数であり、Ｘｂは堰先端面の開始点よりウエブと先端面の間で液が満たされる部分の水平距離（ビード長さ）となる。
【００５３】
ビード長さＸｂが、堰先端面の水平距離以上の大きさになると、堰の先端面の出口から液が溢れてしまうことを意味する。そのため、堰の先端面の出口から液が溢れないためには、ビード長さＸｂは堰先端面の水平距離以下でなければならない。したがって、次式を満たす必要がある。
【００５４】
（ｐ） １２ηｑＬ/δｕ３（＝ΔＰ１）−ρｇＨ≦（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)＝△Ｐ２
最終的には、以下の式が導き出される。
【００５５】
（ｑ） ０≦１２ηｑＬ/δｕ３（＝ΔＰ１）−ρｇＨ≦（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)＝△Ｐ２
但し、ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)となる。
【００５６】
本実施の形態では、堰の先端部の形状、及び排液路の形状に基づいて、塗布液の供給量が決定される。そして、決定された供給量となるよう制御装置によりポンプが制御される。
【００５７】
また、本実施の形態において、排液路のクリアランスδｕは、０．１×１０−３〜１０×１０−３［ｍ］の範囲であることが好ましい。その理由は液溜り内の塗布液が堰先端面の高さまで持ち上がるためにはクリアランスが小さい方が有利であり、大きすぎると先端面の高さまで持ち上がらず、ビードを形成できないためである。ただし、クリアランス０．１×１０−３［ｍ］以下では排液路の上面および下面での平面度が影響し、幅方向に均一なクリアランスを保つことが精度上困難となる。
【００５８】
また、本実施の形態において、堰の先端面の水平長さＬ１は１×１０−３〜３０×１０−３［ｍ］の範囲であり、堰の先端面の傾きａが１／３０〜５（＝ｔａｎθ）の範囲であることが好ましい。その理由は堰先端面の水平長さは長く、傾斜は大きいほどビード形成に有利であるためである。
【００５９】
また、本実施の形態において、排液路から先端面の開始点までの前記堰の高さが５×１０−３〜５０×１０−３［ｍ］の範囲であることが好ましい。その理由はある一定の高さがないと液溜りを形成することによる効果が得られないためである。
【００６０】
次に、本発明に係るバー塗布装置１０の適用例について説明する。なお、図２で説明したバー塗布装置第と同様の構成には同一符号を付して説明を省略する場合がある。図３は、本発明のバー塗布装置１０を組み込んだ光学補償フィルムの製造ライン８０である。光学補償フィルムの製造ライン８０は、図３に示されるように、送出機８２から予め配向膜形成用のポリマー層が形成された透明支持体であるウエブ１２が送り出される。
【００６１】
次に、ウエブ１２はガイドローラ８４によってガイドされてラビング処理装置８６に送りこまれる。そして、ウエブ１２のポリマー層には、ラビングローラ８８によりラビング処理が施される。ラビングローラ８８の下流には除塵機９０が設けられており、ウエブ１２の表面に付着した塵を取り除く。
【００６２】
除塵機９０の下流には本発明に係る塗布ヘッド１４が設けられている。塗布ヘッド１４に対し、ウエブ１２の走行方向の上流及び下流側に、ウエブ１２をバーにラップさせるためのガイドローラ８４が設けられている。
【００６３】
過剰に供給された塗布液が堰２４をオーバーフローせず、排液路２６から排出されるよう、制御装置４０によりポンプ３６が制御される。これにより液溜部３０に供給される塗布液の量が制御される。動的接触線の乱れが少なくなり、塗布スジの発生を抑制することができる。
【００６４】
塗布ヘッド１４によりディスコネマティック液晶を含む塗布液がウエブ１２に塗布される。塗布ヘッド１４の下流には、乾燥ゾーン９２、加熱ゾーン９４が順次設けられており、ウエブ１２上の塗布液が乾燥・加熱されて液晶層が形成される。更に、この下流には紫外線ランプ９６が設けられており、紫外線照射により、液晶を架橋させ、所望のポリマーが形成される。これにより、光学補償フィルムが製造され、製造された光学補償フィルムは巻取機９８に巻き取られる。
【００６５】
このように、本発明に係るバー塗布装置１０を、光学補償フィルムの液晶層の塗布（ディスコネマティック液晶を含む塗布液の塗布）に用いるので、縦スジ等のムラのない良好な面質のフィルムを製造できる。
【００６６】
本発明に使用されるウエブ１２としては、紙、プラスチックフィルム、レジンコーティッド紙、合成紙等が包含される。プラスチックフィルムの材質は、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン等のビニル重合体、６，６−ナイロン、６−ナイロン等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ヘルローストリアセテート、セルロースダイアセテート等のセルロースアセテート等が使用される。またレジンコーティッド紙に用いられる樹脂としては、ポリエチレンをはじめとするポリオレフィンが代表的であるが、必ずしもこれに限定されない。ウエブの厚さも特に限定されないが、０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のものが取扱い、汎用性の見地から有利である。
【００６７】
本発明に用いられる塗布液は特に限定は無く、高分子化合物の水又は有機溶媒液、顔料分散液、コロイド溶液等が適用できる。特に、薄層塗布を均一且つ高精度に行うことが求められる各種光学フィルムの塗布液、例えば、液晶性ディスコティック塗布液等が好適である。また、塗布液の粘度が高い場合、塗布膜厚や塗布速度、塗布後の乾燥速度等にもよるが、ワイヤー目或いは溝の目が消えずにバー筋故障となるため、０．５Ｐａ・ｓ以下が望ましい。
【００６８】
以上、本発明に係るバー塗布装置及び塗布方法の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例を挙げて本発明の特徴を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は以下に
示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００７０】
本発明に係るバー塗布装置１０を用いて、塗布液の供給量Ｑ［ｋｇ/ｍｉｎ］毎の、ΔＰ（＝ΔＰ１−ρｇＨ）と排液路のクリアランスδｕ［ｍ］の関係と、塗布スジの発生状況を確認した。
【００７１】
バー塗布装置１０の排液路のクリアランスと塗布液の供給量を除く値は以下のとおりである。
【００７２】
塗布液粘度：０．００１２［Ｐａ・ｓ］、塗布液供給量Ｑ：３．０〜１０．０［ｋｇ／ｍｉｎ］、排液路を流れる塗布液の単位幅流量：３．９１５〜１３．０５［ｍ２／ｓ］、塗布液密度：８９０［ｋｇ／ｍ３］、排液路長さ：０．０２３［ｍ］、ウエブ速度：０．７［ｍ／ｓ］、堰の先端面の傾き：０．２５（＝ｔａｎθ）、堰の先端面の開始点とウエブとのクリアランス：０．００３［ｍ］、ビード長さ：０．００８［ｍ］、排液路から先端面の開始点までの堰高さ：０．０２２［ｍ］、排液路の幅：１．４３５［ｍ］であった。
【００７３】
このときΔＰ２は式（ｎ）に従って計算するとΔＰ２＝１３［Ｐａ］であった。
【００７４】
図４に示すように、各供給量が一定である場合、排液路のクリアランスが変化するとΔＰの値が大きく変化することが理解できる。式（ｄ）ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３で示されるように、クリアランスδｕの変化が３乗で表れるためと考えられる。
【００７５】
供給量Ｑを３〜１０［ｋｇ/ｍｉｎ］と変化させた場合、クリアランスδｕ：０．４〜０．６［ｍｍ］の範囲で、０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２の条件を満たす領域（斜線で示す領域）が表れた。この斜線領域である場合、塗布スジの発生がほとんど発生しなかった。（正しいでしょうか。）本発明において液溜部に供給される塗布液の供給量が、下記式（１）〜（４）を満たすようにポンプを制御する場合、動的接触線に乱れがほとんど生じないので、塗布スジが発生しないものと推測できる。
【００７６】
（１） ０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２
（２） ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３
（３） ΔＰ２＝（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)
（４） ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)
【符号の説明】
【００７７】
１０…バー塗布装置、１２…ウエブ、１４…塗布ヘッド、１６…バー、１８…バックアップローラ、２０…支持部材、２２…第１ブロック、２４…堰、２４Ａ…先端面、２６…排液路、２８，３４…スリット、３０…液溜部、３２…第２ブロック、３４…スリット、３６…ポンプ、３８…塗布液タンク、４０…制御装置、４２…ビード、４４…動的接触線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行するウエブに塗布液を塗布するバーと、
前記バーの下側に設けられ、該バーを回転自在に支持する支持部材と、
前記バーに対して上流側に設けられた堰と、該堰は先端に先端面を備え、該先端面と前記ウエブとの間に塗布液のビードを形成し、
前記バー、前記支持部材、及び前記堰により構成された液溜部に塗布液を供給する供給路と、
前記液溜部に塗布液を供給するポンプと、
前記液溜部に過剰供給された塗布液を、排出する排液路を備え、
前記液溜部に供給される塗布液の供給量が、下記式（１）〜（４）を満たすように前記ポンプを制御する制御装置を備えたことを特徴とするバー塗布装置。
（１） ０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２
（２） ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３
（３） ΔＰ２＝（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)
（４） ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)
（但し、η：塗布液粘度［Ｐａ・ｓ］、ｑ：排液路を流れる塗布液の単位幅流量［ｍ２／ｓ］、Ｑ：塗布液の供給量［ｋｇ/ｍｉｎ］、ρ：塗布液密度［ｋｇ／ｍ３］、Ｌ：排液路長さ［ｍ］、Ｕ：ウエブ速度［ｍ／ｓ］、ａ：堰の先端面の傾き（＝ｔａｎθ）、ｈ０：堰の先端面の開始点とウエブとのクリアランス［ｍ］、Ｘｂ：ビード長さ［ｍ］、Ｈ：排液路から先端面の開始点までの堰高さ［ｍ］、Ｗ：排液路の幅［ｍ］、δｕ：排液路のクリアランス［ｍ］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］）
【請求項２】
前記排液路のクリアランスが０．１×１０−３〜１０×１０−３［ｍ］の範囲である請求項１記載のバー塗布装置。
【請求項３】
前記堰の先端面の水平長さが１×１０−３〜３０×１０−３［ｍ］の範囲であり、前記堰の先端面の傾きが１／３０〜５の範囲である請求項１又は２記載のバー塗布装置。
【請求項４】
前記排液路から先端面の開始点までの前記堰の高さが５×１０−３〜５０×１０−３［ｍ］の範囲である請求項１〜３の何れか１記載のバー塗布装置。
【請求項５】
走行するウエブに塗布液を塗布するバー塗布方法であって、
バーを回転することで、液溜部の塗布液を走行するウエブに塗布するステップと、
前記バーの上流側に設けられた堰の先端の先端面と前記ウエブとの間に塗布液のビードを形成するステップと、
前記液溜部に前記塗布液を供給し、過剰供給された前記塗布液を排液路から排出するステップと、を備え、
前記液溜部に供給される塗布液の供給量が、下記式（１）〜（４）を満たすことを特徴とするバー塗布方法。
（１） ０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２
（２） ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３
（３） ΔＰ２＝（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)
（４） ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)
（但し、η：塗布液粘度［Ｐａ・ｓ］、ｑ：排液路を流れる塗布液の単位幅流量［ｍ２／ｓ］、Ｑ：塗布液の供給量［ｋｇ/ｍｉｎ］、ρ：塗布液密度［ｋｇ／ｍ３］、Ｌ：排液路長さ［ｍ］、Ｕ：ウエブ速度［ｍ／ｓ］、ａ：堰の先端面の傾き（＝ｔａｎθ）、ｈ０：堰の先端面の開始点とウエブとのクリアランス［ｍ］、Ｘｂ：ビード長さ［ｍ］、Ｈ：排液路から先端面の開始点までの堰高さ［ｍ］、Ｗ：排液路の幅［ｍ］、δｕ：排液路のクリアランス［ｍ］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］）
【請求項６】
前記排液路のクリアランスが０．１×１０−３〜１０×１０−３［ｍ］の範囲である請求項５記載のバー塗布方法。
【請求項７】
前記堰の先端面の水平長さが１×１０−３〜３０×１０−３［ｍ］の範囲であり、前記堰の先端面の傾きが１／３０〜５の範囲である請求項５又は６記載のバー塗布方法。
【請求項８】
前記排液路から先端面の開始点までの前記堰の高さが５×１０−３〜５０×１０−３［ｍ］の範囲である請求項５〜７の何れか１記載のバー塗布方法。
【請求項１】
走行するウエブに塗布液を塗布するバーと、
前記バーの下側に設けられ、該バーを回転自在に支持する支持部材と、
前記バーに対して上流側に設けられた堰と、該堰は先端に先端面を備え、該先端面と前記ウエブとの間に塗布液のビードを形成し、
前記バー、前記支持部材、及び前記堰により構成された液溜部に塗布液を供給する供給路と、
前記液溜部に塗布液を供給するポンプと、
前記液溜部に過剰供給された塗布液を、排出する排液路を備え、
前記液溜部に供給される塗布液の供給量が、下記式（１）〜（４）を満たすように前記ポンプを制御する制御装置を備えたことを特徴とするバー塗布装置。
（１） ０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２
（２） ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３
（３） ΔＰ２＝（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)
（４） ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)
（但し、η：塗布液粘度［Ｐａ・ｓ］、ｑ：排液路を流れる塗布液の単位幅流量［ｍ２／ｓ］、Ｑ：塗布液の供給量［ｋｇ/ｍｉｎ］、ρ：塗布液密度［ｋｇ／ｍ３］、Ｌ：排液路長さ［ｍ］、Ｕ：ウエブ速度［ｍ／ｓ］、ａ：堰の先端面の傾き（＝ｔａｎθ）、ｈ０：堰の先端面の開始点とウエブとのクリアランス［ｍ］、Ｘｂ：ビード長さ［ｍ］、Ｈ：排液路から先端面の開始点までの堰高さ［ｍ］、Ｗ：排液路の幅［ｍ］、δｕ：排液路のクリアランス［ｍ］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］）
【請求項２】
前記排液路のクリアランスが０．１×１０−３〜１０×１０−３［ｍ］の範囲である請求項１記載のバー塗布装置。
【請求項３】
前記堰の先端面の水平長さが１×１０−３〜３０×１０−３［ｍ］の範囲であり、前記堰の先端面の傾きが１／３０〜５の範囲である請求項１又は２記載のバー塗布装置。
【請求項４】
前記排液路から先端面の開始点までの前記堰の高さが５×１０−３〜５０×１０−３［ｍ］の範囲である請求項１〜３の何れか１記載のバー塗布装置。
【請求項５】
走行するウエブに塗布液を塗布するバー塗布方法であって、
バーを回転することで、液溜部の塗布液を走行するウエブに塗布するステップと、
前記バーの上流側に設けられた堰の先端の先端面と前記ウエブとの間に塗布液のビードを形成するステップと、
前記液溜部に前記塗布液を供給し、過剰供給された前記塗布液を排液路から排出するステップと、を備え、
前記液溜部に供給される塗布液の供給量が、下記式（１）〜（４）を満たすことを特徴とするバー塗布方法。
（１） ０≦ΔＰ１-ρｇＨ≦ΔＰ２
（２） ΔＰ１＝１２ηｑＬ/δｕ３
（３） ΔＰ２＝（６ηＵ/ａ)×(１／(ｈ０−aＸｂ)−１／ｈ０)
（４） ｑ=Ｑ／(６０×ρ×Ｗ)
（但し、η：塗布液粘度［Ｐａ・ｓ］、ｑ：排液路を流れる塗布液の単位幅流量［ｍ２／ｓ］、Ｑ：塗布液の供給量［ｋｇ/ｍｉｎ］、ρ：塗布液密度［ｋｇ／ｍ３］、Ｌ：排液路長さ［ｍ］、Ｕ：ウエブ速度［ｍ／ｓ］、ａ：堰の先端面の傾き（＝ｔａｎθ）、ｈ０：堰の先端面の開始点とウエブとのクリアランス［ｍ］、Ｘｂ：ビード長さ［ｍ］、Ｈ：排液路から先端面の開始点までの堰高さ［ｍ］、Ｗ：排液路の幅［ｍ］、δｕ：排液路のクリアランス［ｍ］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］）
【請求項６】
前記排液路のクリアランスが０．１×１０−３〜１０×１０−３［ｍ］の範囲である請求項５記載のバー塗布方法。
【請求項７】
前記堰の先端面の水平長さが１×１０−３〜３０×１０−３［ｍ］の範囲であり、前記堰の先端面の傾きが１／３０〜５の範囲である請求項５又は６記載のバー塗布方法。
【請求項８】
前記排液路から先端面の開始点までの前記堰の高さが５×１０−３〜５０×１０−３［ｍ］の範囲である請求項５〜７の何れか１記載のバー塗布方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２１４２５２（Ｐ２０１０−２１４２５２Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６１６７７（Ｐ２００９−６１６７７）
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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