DE60110462T2

DE60110462T2 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten

Info

Publication number: DE60110462T2
Application number: DE60110462T
Authority: DE
Inventors: K. William LEONARD; W. David LEONARD; E. Albert SEAVER
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: MXPA03006129A; DE60204656T2; US7311780B2; ATE304902T1; CA2433325A1; KR20030091961A; JP2004517720A; MXPA03006127A; DE60110462D1; EP1349674B1; US6737113B2; DE60204656D1; CN1255220C; US20050139154A1; EP1349675A1; ATE297816T1; EP1349674A1; DE60206244D1; MXPA03006039A; US7279042B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Vorrichtung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Beschichten von Substraten und zum Verbessern der Gleichförmigkeit von nicht-gleichförmigen oder fehlerhaften Beschichtungen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es gibt viele bekannte Verfahren und Vorrichtungen zum Beschichten einer sich bewegenden Bahn und anderer ortsfester oder sich bewegender Substrate. Mehrere sind in Booth, G.L., "The Coating Machine", Pulp and Paper Manufacture, Band. 8, Coating, Converting and Processes, 5. 76 – 87 (dritte Auflage, 1990) beschrieben. Beispielsweise können Gravurwalzen-Beschichtungsvorrichtungen (siehe z.B. U.S.-Patent Nr. 5,620,514) relativ dünne Beschichtungen bei relativ hohen Durchlaufgeschwindigkeiten bereitstellen. Das Erzielen eines gewünschten spezifischen durchschnittlichen Endmaßes erfordert normalerweise mehrere Versuche mit Gravurwalzen mit verschiedenen Mustern. Laufzeitfaktoren, wie beispielsweise Abweichungen von Abstreichmesserdruck, Beschichtungsgeschwindigkeit, Temperatur oder Flüssigkeitsviskosität können insgesamt eine Beschichtungsgewicht-Abweichung und ein ungleichmäßiges, örtlich begrenztes Endmaß in der Maschinen- oder der querverlaufenden Richtung verursachen.
Streifenmarken oder Rattermarken sind Bänder von leichter, auf schwere Beschichtung folgender Beschichtung, die sich quer über die Bahn erstrecken. Diese werden als Mängel betrachtet und können durch Faktoren wie beispielsweise Vibration, Strömungspulsation, Bahngeschwindigkeitsschwankung, Spaltveränderung und Walzenantriebsschwankung verursacht werden. Rattermarken sind im allgemeinen periodisch, aber Streifenmarken können als das Ergebnis von will kürlichen Systemstörungen auftreten. Gutoff und Cohen, Coating and Drying Defects (John Wiley & Sons, New York, 1995) erörtern viele der Ursprünge von querverlaufenden Bahnmarken und heben ihr Entfernen durch Identifizieren und Eliminieren der grundlegenden Ursache hervor. Dieser Ansatz kann beträchtliche Zeit und Mühe erfordern.
Zu Mehrfachbahnspur-Beschichtungsvorrichtungen zählen diejenigen, die in den U.S.-Patenten Nr. 3,920,862; 5,599,602; 5,733,608 und 5,871,585 gezeigt werden. Ein Gravurstreichverfahren kann ebenfalls eingesetzt werden, um stromabwärts der Bahn liegende Bahnspuren mit einer einzigen Formulierung an einer Beschichtungsstation zu erzeugen, indem beabstandete Umfangsmuster auf der Gravurwalze oder Umfangsunterschnitte auf der Bahnstützwalze verwendet werden. Aufgrund der Vermischung, die an dem Walzenspalt auftritt, können aneinander angrenzende Streifen mit unterschiedlichen Formulierungen jedoch nicht von der gleichen Gravurwalze aufgebracht werden.
Unter einigen Bedingungen von Gravurwalzen-Beschichtungsdurchläufen tritt ein Gravurwalzenmuster in der nassen Beschichtung auf. Gravurwalzenmarken können mit einer bogenförmigen, nachgiebigen Glättfolie, die sich stromabwärts der Bahn von der Gravurwalze befindet (siehe z.B. U.S.-Patent Nr. 5,447,747); mit einer Glättwalze oder Glättwalzen, die gegen eine dazwischen liegende Beschichtungswalze drücken (siehe z.B. U.S.-Patent Nr. 4,378,390) oder mit einer Gruppe von Glättwalzen, die sich stromabwärts der Bahn von der Gravurwalze befinden (siehe z.B. U.S.-Patent Nr. 4,267,215), entfernt werden. In den Beispielen 1 – 7 und 10 des '215-Patents wurde eine durchgehende Beschichtung auf eine Kunststoff-Folie aufgebracht und danach mit einer nicht angetriebenen, gleich schnell rotierenden Stabilisierungswalze 68 und einer Gruppe von drei sich gegenläufig drehenden Streichwalzen 70 mit gleichem Durchmesser in Berührung gebracht. Die jeweiligen Durchmesser der Stabilisierungswalze und der Streichwalzen werden nicht offenbart, scheinen aber der Zeichnung entsprechend in einem Verhältnis von 2:1 zu stehen. In Beispiel 10 des '215-Patents wurde die Geschwindigkeit der Applikatorwalze erhöht, bis die Gleichförmigkeit der Beschichtung, die auf die Bahn aufgebracht wurde, sich zu verschlechtern begann (bei einer Applikatorwalzen-Umfangsgeschwindigkeit von 0,51 m/s), und überschüssige Beschichtungsflüssigkeit sich auf der Bahnoberfläche stromaufwärts der Walzen 70 zu sammeln begann (bei einer Applikatorwalzen-Umfangsgeschwindigkeit von 0,61 m/s). Beschichtungen mit Dicken bis hinunter zu 1,84 Mikrometer wurden berichtet.
Mehrere Beschichtungsvorrichtungen mit Bürsten- oder Walzen-Glättvorrichtungen werden ebenfalls in dem oben genannten Artikel von Booth gezeigt.
Sehr dünne Beschichtungen, (z.B. ungefähr 0,1 bis ungefähr 5 Mikrometer) können auf Gravurwalzen-Beschichtungsvorrichtungen durch Verdünnen der Beschichtungsformulierung mit einem Lösungsmittel erhalten werden. Lösungsmittel sind aus Gesundheits-, Sicherheits-, Umwelts- und Kostengründen zu beanstanden.
Mehrfachwalzen-Beschichtungsvorrichtungen (siehe z.B. die U.S.-Patente Nr. 2,105,488; 2,105,981; 3,018,757; 4,569,864 und 5,536,314) können ebenfalls verwendet werden, um dünne Beschichtungen bereitzustellen. Mehrfachwalzen-Beschichtungsvorrichtungen werden von Booth gezeigt und geprüft in Benjamin, D.F., T.J. Anderson und L.E. Scriven, "Multiple Roll Systems: Steady-State Operation", AIChEJ., V41, S. 1045 (1995); und Benjamin, D.F., T.J. Anderson und L.E. Scriven, "Multiple Roll Systems: Residence Times and Dynamic Response", AIChEJ., V41, S. 2198 (1995). Im Handel erhältliche Beschichtungsvorrichtungen zur Vorwärts-Walzenüber tragung verwenden typischerweise eine Reihe von drei bis sieben sich gegenläufig drehenden Walzen, um eine Beschichtungsflüssigkeit aus einem Behälter über die Walzen auf eine Bahn zu übertragen. Diese Beschichtungsvorrichtungen können Beschichtungen von Silikon abgebendem Liner mit einer Dicke der nassen Beschichtung aufbringen, die ungefähr 0,5 bis ungefähr 2 Mikrometer dünn ist. Das gewünschte Beschichtungsendmaß und die gewünschte Qualität werden erhalten, indem Walzenspalte, Walzengeschwindigkeit und Walzenspaltdrücke geschickt eingestellt werden.
Das U.S.-Patent Nr. 4,569,864 beschreibt eine Beschichtungsvorrichtung, in der eine dicke, durchgehende, vordosierte Beschichtung durch eine Extrusionsdüse auf eine erste sich drehende Walze aufgebracht wird und dann durch eine oder mehrere zusätzliche Walzen auf eine sich schneller bewegende Bahn übertragen wird. Die Extrusionsdüse ist sehr nahe an der ersten Walze positioniert, (z.B. 25 bis 50 Mikrometer), um eine gleichförmige und gleichmäßig verteilte Beschichtung auf der ersten Walze zu erhalten.
Das U.S.-Patent Nr. 5,460,120 beschreibt eine Beschichtungsvorrichtung, in der eine Beschichtung durch Aufsprühen auf die Unterseite einer sich bewegenden Bahn unmittelbar stromaufwärts von einem elastischen, komprimierbaren, sättigbaren Applikator aufgebracht wird.
Elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtungen (siehe z.B. die U.S.-Patente Nr. 4,748,043; 4,830,872; 5,326,598; 5,702,527 und 5,954,907) zerstäuben eine Flüssigkeit und bringen die zerstäubten Tröpfchen unterstützt durch elektrostatische Kräfte auf. Bei einigen Anwendungen ist die gewünschte Beschichtungsdicke größer als der Tröpfchendurchmesser, und die Tröpfchen landen einfach aufeinander und verbinden sich, um die Beschichtung auszubilden. Bei anderen Anwendungen ist die gewünschte Beschichtungsdicke kleiner als der Tröpfchendurchmesser. Für diese dünnen Filmbeschichtungen kann ein Lösungsmittel verwendet werden, doch wenn eine Beschichtung ohne Lösungsmittel gewünscht wird, dann müssen die Tröpfchen auf der Bahn in einigem Abstand voneinander landen, um die Kleinvolumenanforderung für die dünne Filmbeschichtung zu erfüllen. Dann müssen sich die Tröpfchen verteilen, um sich zu einer durchgehenden, von Fehlstellen freien Beschichtung zu verbinden. Die Verteilung nimmt Zeit in Anspruch und kann ein geschwindigkeitsbegrenzender Schritt für die elektrostatischen Sprühbeschichtungs-Prozesse sein. Wenn die Oberflächenchemie derart ist, daß sich die Flüssigkeit in der verfügbaren Zeit vor dem Aushärten oder Verhärten nicht ausreichend auf dem Substrat verteilt, bleiben Fehlstellen in der Beschichtung.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird in den Nebenansprüchen definiert und betrifft im allgemeinen ein Verfahren zum Verbessern der Gleichförmigkeit einer nassen Beschichtung auf einem Substrat, das eine Bewegungsrichtung aufweist, umfassend das in Berührung treten der nassen Beschichtung an einer ersten Position mit benetzten Oberflächenabschnitten von:

a) zwei oder mehreren Bestückungsvorrichtungen, die sich in der Bewegungsrichtung drehen oder übersetzt werden, oder
b) vier oder mehreren sich drehenden periodischen Bestückungsvorrichtungen, die sich entgegen der Bewegungsrichtung drehen oder übersetzt werden,

Weitere Merkmale der Erfindung werden in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung kann ein Verfahren zum Beschichten von mindestens einer Bahnspur, umfassend mindestens eine Beschichtung auf einem Substrat, und zum optionalen aneinander Angrenzen von mehr als einer von solchen Bahnspuren ohne wesentliches Vermischen der Beschichtungen in den Bahnspuren bereitstellen.
Die Erfindung stellt auch Vorrichtungen zum Ausführen solcher Verfahren bereit. Die Vorrichtungen der Erfindung weisen eine Verbesserungsstation auf, die zwei oder mehrere Bestückungsvorrichtungen aufweist, die periodisch eine nasse Beschichtung an verschiedenen Positionen auf einem Substrat berühren und erneut berühren können, wobei die Perioden der Vorrichtungen derart gewählt sind, daß die Gleichförmigkeit der Beschichtung verbessert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbesserungsstation zwei oder mehrere Walzen mit verschiedenen Drehperioden auf. Die Vorrichtungen können eine Beschichtungsvorrichtung zum Aufbringen einer ungleichförmigen (und vorzugsweise diskontinuierlichen) Beschichtung auf ein Substrat und eine Verbesserungsstation aufweisen, die zwei oder mehrere der oben genannten Bestückungsvorrichtungen zum Berühren und erneuten Berühren der Beschichtung an verschiedenen Positionen auf dem Substrat aufweist, wodurch die Beschichtung gleichförmiger auf dem Substrat wird. Die Erfindung kann auch eine Vorrichtung bereitstellen, die eine Beschichtungsstation zum Aufbringen einer ungleichförmigen (und vorzugsweise diskontinuierlichen) Beschichtung auf ein erstes Substrat aufweist, eine Verbesserungsstation, die zwei oder mehrere der oben genannten Bestückungsvorrichtungen zum Berühren und erneuten Berühren der Beschichtung an verschiedenen Positionen auf dem ersten Substrat aufweist, wodurch die Beschichtung auf einem solchen ersten Substrat gleichförmiger wird, und eine Übertragungsstation zum Übertragen der gleichförmigen Beschichtung von dem ersten Substrat auf ein zweites Substrat. Diese letzte Vorrichtung kann eine Beschichtungsstation aufweisen, die mindestens eine Bahnspur auf dem ersten Substrat beschichtet, und eine Übertragungsstation, die eine solche Bahnspur auf das zweite Substrat überträgt.
Die Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung erleichtern auch das viel schnellere Trocknen von nassen Beschichtungen auf einem Substrat. Daher können die Verfahren der Erfindung des Weiteren das Trocknen der Beschichtung umfassen, und die Vorrichtungen der Erfindung können eine Trocknungsstation mit mehreren Bestückungsvorrichtungen aufweisen, die ein Substrat mit einer ungleichförmigen nassen Beschichtung berühren und erneut berühren, wodurch die Bestückungsvorrichtungen die Trocknungsgeschwindigkeit der Beschichtung erhöhen.
Die Verfahren der Erfindung können extrem gleichförmige Beschichtungen und extrem dünne Beschichtungen mit sehr hohen Geschwindigkeiten bereitstellen. Die Vorrichtungen der Erfindung lassen sich einfach konstruieren, aufstellen und bedienen und können leicht zum Ändern der Beschichtungsdicke angepaßt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Seitenansicht von Beschichtungsfehlern auf einer Bahn.
2 ist eine schematische Seitenansicht einer Bestückungsvorrichtung.
3 ist eine graphische Darstellung des Beschichtungsendmaßes zum Bahnabstand für eine einzige große Endmaßspitze auf einer Bahn.
4 ist eine graphische Darstellung des Beschichtungsendmaßes zum Bahnabstand, wenn die Spitze von 3 auf eine einzelne periodische Bestückungsvorrichtung mit einer Periode von 10 trifft.
5 ist eine graphische Darstellung des Beschichtungsendmaßes zum Bahnabstand, wenn die Spitze von 3 auf zwei periodische Bestückungsvorrichtungen mit einer Periode von 10 trifft.
6 ist eine graphische Darstellung des Beschichtungsendmaßes zum Bahnabstand, wenn die Spitze von 3 auf zwei periodische Bestückungsvorrichtungen mit Perioden von jeweils 10 und 5 trifft.
7 ist eine graphische Darstellung des Beschichtungsendmaßes zum Bahnabstand, wenn die Spitze von 3 auf drei periodische Bestückungsvorrichtungen mit Perioden von jeweils 10, 5 und 2 trifft.
8 ist eine graphische Darstellung des Beschichtungsendmaß zum Bahnabstand, wenn die Spitze von 3 auf acht periodische Bestückungsvorrichtungen mit einer Periode von 10 trifft.
9 ist eine graphische Darstellung des Beschichtungsendmaßes zum Bahnabstand, wenn die Spitze von 3 auf eine periodische Bestückungsvorrichtung mit einer Periode von 10 gefolgt von sieben Vorrichtungen mit Perioden von 5 trifft.
10 ist eine graphische Darstellung des Beschichtungsendmaßes zum Bahnabstand, wenn die Spitze von 3 auf eine periodische Bestückungsvorrichtung mit einer Periode von 10 gefolgt von einer Vorrichtung mit einer Periode von 5 und sechs Vorrichtungen mit Perioden von 2 trifft.
11 ist eine schematische Seitenansicht einer Bestückungsvorrichtung, die eine Gruppe von ungleich angetriebenen Berührungswalzen mit gleichem Durchmesser verwendet.
12 ist eine graphische Darstellung des Beschichtungsendmaßes zum Bahnabstand für einen sich wiederholenden Spitzenfehler mit einer Periode von 10.
13 ist eine graphische Darstellung des Beschichtungsendmaßes zum Bahnabstand, wenn die Spitzen von 11 auf eine periodische Bestückungsvorrichtung mit einer Periode von 7 treffen.
14 ist eine graphische Darstellung des Beschichtungsendmaßes zum Bahnabstand, wenn die Spitzen von 11 auf einen Satz von sieben periodischen Bestückungsvorrichtungen mit Perioden von jeweils 7, 5, 4, 8, 3, 3 und 3 treffen.
15 ist eine graphische Darstellung des Be schichtungsendmaßes zum Bahnabstand, wenn die Spitzen von 11 auf einen Satz von acht periodischen Bestückungsvorrichtungen mit Perioden von jeweils 7, 5, 4, 8, 3, 3, 3 und 2 treffen.
16 ist eine schematische Seitenansicht einer Bestückungsvorrichtung, die eine Gruppe von nicht-angetriebenen Berührungswalzen mit ungleichem Durchmesser verwendet.
17 ist eine schematische Seitenansicht einer Bestückungsvorrichtung, die ein Übertragungsband verwendet.
18 ist eine schematische Seitenansicht eines Steuersystems für eine Bestückungs-Verbesserungsstation.
19 ist ein Verbesserungsdiagramm, das Mindestendmaße zeigt, die unter Verwendung eines periodisch aufgebrachten, quer über die Bahn verlaufenden Beschichtungsstreifens und Walzen unterschiedlicher Größe erhalten werden können.
20 ist ein Verbesserungsdiagramm, das Mindestendmaße zeigt, die unter Verwendung eines periodisch aufgebrachten, quer über die Bahn verlaufenden Beschichtungsstreifens und Walzen von unterschiedlicher Größe erhalten werden können.
21 ist ein Verbesserungsdiagramm, das Mindestendmaße zeigt, die unter Verwendung eines periodisch aufgebrachten, quer über die Bahn verlaufenden Beschichtungsstreifens und von Walzen unterschiedlicher Größe erhalten werden können.
22 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen Mindestendmaß und Streifenbreite für eine Bahn zeigt, die unter Verwendung eines Paars von Walzen, die aus 21 gewählt wurden, beschichtet wurde.
23 ist eine graphische Darstellung, die das mittlere Beschichtungsendmaß für eine Bahn zeigt, die unter Verwendung eines aus 22 gewählten Streifens beschichtet wurde.
24 ist ein Verbesserungsdiagramm, das Mindestendmaße zeigt, die unter Verwendung eines periodisch aufgebrachten, quer über die Bahn verlaufenden Beschichtungsstreifens und von Walzen unterschiedlicher Größe erhalten werden können.
25 ist ein Verbesserungsdiagramm, das Mindestendmaße zeigt, die unter Verwendung eines periodisch aufgebrachten, quer über die Bahn verlaufenden Beschichtungsstreifens und von Walzen unterschiedlicher Größe erhalten werden können.
26 ist ein Verbesserungsdiagramm, das Mindestendmaße zeigt, die unter Verwendung eines periodisch aufgebrachten, quer über die Bahn verlaufenden Beschichtungsstreifens und von Walzen unterschiedlicher Größe erhalten werden können.
27 ist eine Seitenansicht einer Düse zum Beschichten von Bahnspuren auf einem Substrat.
28a ist eine Draufsicht von aneinander grenzenden, querverlaufenden Bahnstreifen auf einer Bahn.
28b ist eine Draufsicht von aneinander angrenzenden Bahnspuren auf der Bahn von 28a, nachdem die Bahn eine Verbesserungsstation der Erfindung durchlaufen hat.
29a ist eine Draufsicht von voneinander getrennten querverlaufenden Bahnstreifen auf einer Bahn.
29b ist eine Draufsicht von Bahnspuren auf der Bahn von 29a, nachdem die Bahn eine Verbesserungsstation der Erfindung durchlaufen hat.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Flüssigkeits-Beschichtung 11 mit Nennendmaß oder Dicke n auf einem Substrat 10, (in diesem Fall eine durchgehende Bahn), vorhanden. Wenn aus irgendeinem Grund eine willkürliche, örtlich begrenzte Spitze 12 mit der Höhe H über dem Nennendmaß aufgebracht wird, oder wenn aus irgendeinem Grund eine willkürliche, örtlich begrenzte Vertiefung, (wie beispielsweise eine teilweise Aushöhlung 13 mit der Tiefe H' unter dem Nennendmaß oder eine Fehlstelle 14 mit der Tiefe h) auftritt, dann ist eine kleine Länge des beschichteten Substrats fehlerhaft und nicht verwendbar. In der vorliegenden Erfindung werden die beschichtungsbenetzten Oberflächen von zwei oder mehreren Bestückungs-Verbesserungsvorrichtungen (in 1 nicht dargestellt) in periodische (z.B. zyklische) Berührung mit der Beschichtung 11 gebracht, wodurch ungleichförmige Abschnitte der Beschichtung, wie beispielsweise die Spitze 12, aufgenommen und an anderen Positionen auf dem Substrat positioniert werden können, oder wodurch Beschichtungsmaterial in ungleichförmigen Abschnitten der Beschichtung positioniert werden kann, wie beispielsweise der Vertiefung 14. Die Positionierungsperioden der Bestückungsvorrichtungen sind derart gewählt, daß ihre Einwirkungen Beschichtungsfehler entlang des Substrats nicht verstärken. Falls gewünscht, können die Bestückungsvorrichtungen nur dann in Berührung mit der Beschichtung gebracht werden, wenn ein Fehler auftritt. Alternativ können die Bestückungsvorrichtungen die Beschichtung berühren, gleichgültig, ob ein Fehler an der Berührungsstelle vorhanden ist oder nicht.
Ein Art von Bestückungsvorrichtung 15, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um eine Beschichtung auf einer sich bewegenden Bahn 10 zu verbessern, ist in 2 gezeigt. Die Vorrichtung 15 weist eine Nabe 20 auf, um es der Vorrichtung 15 zu gestatten, sich um eine Mittelachse 21 zu drehen. Die Nabe 20 und die Achse 21 erstrecken sich quer über die beschichtete Breite der sich bewegenden Bahn 10, die auf der Walze 22 an der Nabe 20 vorbeitransportiert wird. Von der Nabe 20 aus erstrecken sich zwei radiale Arme 23 und 24, an denen Bestückungsoberflächen 25 und 26 befestigt sind. Die Oberflächen 25 und 26 sind gekrümmt, um einen singulären kreisförmigen Bogen im Raum zu erzeugen, wenn die Oberflächen 25 und 26 um die Achse 21 gedreht werden. Wegen ihrer Drehung und räumlichen Beziehung zu der Bahn 10 berühren die Bestückungsoberflächen 25 und 26 periodisch die Bahn 10 gegenüber der Walze 22. Die nasse Beschichtung (nicht gezeigt in 2) auf der Bahn 10 und den Oberflächen 25 und 26 füllt einen Berührungsbereich mit der Breite A auf der Bahn 10 vom Anfangspunkt 28 bis zum Trennungspunkt 27. An dem Trennungspunkt bleibt einige Flüssigkeit sowohl an der Bahn 10 als auch an der Oberfläche 25, wenn sich die Bestückungsvorrichtung 15 weiterdreht, und die Bahn 10 über die Walze 22 übersetzt wird. Nach Beendigung einer Umdrehung positioniert die Oberfläche 25 die getrennte Flüssigkeit auf einer neuen Längsposition auf der Bahn 10. Die Bahn 10 ist mittlerweile um eine Strecke übersetzt worden, die gleich der Bahngeschwindigkeit multipliziert mit der Zeit ist, die für eine Umdrehung der Bestückungsoberfläche 25 erforderlich ist. Auf diese Weise kann ein Teil einer Flüssigkeitsbeschichtung von einer Bahnposition aufgenommen und auf einer Bahn an einer anderen Position und zu einem anderen Zeitpunkt aufgebracht werden. Beide Bestückungsoberflächen 25 und 26 erzeugen diese Wirkung.
Die Periode einer Bestückungsvorrichtung kann in Form der Zeit ausgedrückt werden, die für die Vorrichtung erforderlich ist, um einen Teil der nassen Beschichtung von einer Position entlang eines Substrats aufzunehmen und es dann an einer anderen Position oder versetzt um die Strecke entlang des Substrats zwischen zwei aufeinander folgenden Berührungen durch einen Oberflächenabschnitt der Vorrichtung aufzubringen. Wenn die in 2 gezeigte Vorrichtung beispielsweise mit 60 U/min gedreht wird, und die relative Bewegung des Substrats in bezug auf die Vorrichtung konstant bleibt, dann beträgt die Periode eine Sekunde. Wenn mehrere solcher Vorrichtungen verwendet werden, wie im folgenden ausführlicher erläutert wird, dann weisen sie vorzugsweise zwei oder mehrere und bevorzugter drei oder mehrere Perioden auf. Am meisten bevorzugt wird, daß Paare solcher Perioden miteinander nicht als ganzzahlige Vielfache voneinander in Beziehung stehen. Die Periode einer Bestückungsvorrichtung kann auf viele Weisen geändert werden. Beispielsweise kann die Periode durch Verändern des Durchmessers einer sich drehenden Vorrichtung geändert werden; durch Verändern der Geschwindigkeit einer sich drehenden oder schwingenden Vorrichtung; durch wiederholtes (z.B. kontinuierliches) Übersetzen der Vorrichtung entlang der Länge des Substrats (z.B. stromaufwärts von der Bahn oder stromabwärts von der Bahn) in bezug auf seine anfängliche räumliche Position, wie sie von einem ortsfesten Betrachter gesehen wird; oder durch Verändern der Übersetzungsgeschwindigkeit des Substrats in bezug auf die Drehgeschwindigkeit einer sich drehenden Vorrichtung. Die Periode muss keine Funktion sein, die sich gleichmäßig ändert, und muss im Zeitablauf nicht konstant bleiben.
Viele verschiedene Mechanismen können zu einer periodischen Berührung mit dem mit Flüssigkeit beschichteten Substrat führen, und viele verschiedene Formen und Auslegungen können verwendet werden, um die Bestückungsvorrichtungen auszubilden. Beispielsweise kann ein sich hin- und herbewegender Mechanismus, (z.B. einer, der sich aufwärts und abwärts bewegt), verwendet werden, um zu verursachen, daß die mit einer Beschichtung benetzten Oberflächen einer Bestückungsvorrichtung in die und aus der Berührung mit dem Substrat schwingen. Vorzugsweise drehen sich die Bestückungsvorrichtungen, da es einfach ist, den Vorrichtungen eine Drehbewegung verleihen und die Vorrichtungen unter Verwendung von Lagern oder anderen geeigneten Trägervorrichtungen zu halten, die gegenüber mechanischem Verschleiß relativ widerstandsfähig sind.
Obwohl die in 2 gezeigte Bestückungsvorrichtung eine Hantelform und zwei nicht-benachbarte Berührungsoberflächen aufweist, kann die Bestückungsvorrichtung andere Formen aufweisen und muß nicht nicht-benachbarte Berührungsoberflächen aufweisen. Wie im folgenden ausführlicher erläutert wird, können die Bestückungsvorrichtungen eine Reihe von Walzen sein, die das Substrat berühren, oder ein Endlosband, dessen benetzte Seite eine Reihe von benetzten Walzen und das Substrat berühren, oder eine Reihe von Bändern, deren benetzte Seiten das Substrat berühren, oder Kombinationen von diesen. Diese sich drehenden Bestückungsvorrichtungen bleiben vorzugsweise in kontinuierlicher Berührung mit dem Substrat.
Die Erfindung ist besondern nützlich, aber nicht darauf beschränkt, für das Beschichten von sich bewegenden Bahnen. Sich drehende Bestückungsvorrichtungen werden für solche Beschichtungs-Anwendungen bevorzugt. Die Vorrichtungen können mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit wie die sich bewegende Bahn oder mit einer niedrigeren oder höheren Geschwindigkeit übersetzt werden (z.B. sich drehen). Falls gewünscht, können sich die Vorrichtungen in eine Richtung drehen, die derjenigen der sich bewegenden Bahn entgegengesetzt ist. Vorzugsweise weisen mindestens zwei der sich drehenden Bestückungsvorrichtungen die gleiche Drehrichtung auf und stehen nicht periodisch miteinander in Beziehung. Bevorzugter ist bei Anwendungen, welche die Verbesserung einer Beschichtung auf einer Bahn oder einem anderen Substrat mit einer Bewegungsrichtung umfassen, die Drehrichtung von mindestens zwei derartigen Bestückungsvorrichtungen die gleiche wie die Richtung der Substratbewegung. Am meisten wird bevorzugt, daß sich die Bestückungsvorrichtungen in der gleichen Richtung und im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Substrat drehen. Dies kann bequem erreicht werden, indem gleich schnell rotierende, nicht-angetriebene Walzen verwendet werden, die gegen das Substrat drücken und von dem Substrat in seiner Bewegung mitgenommen werden.
Wenn die Beschichtung erstmals mit einer Bestückungsvorrichtung berührt wird, wie derjenigen, die in 2 gezeigt ist, wird eine Länge von fehlerhaftem Material erzeugt. Am Anfang sind die Bestückungs-Übertragungsoberflächen 25 und 26 trocken. An der ersten Berührungsstelle berührt die Vorrichtung 15 die Bahn 10 an einer ersten Position auf der Bahn 10 über einem Bereich A. An dem Trennungspunkt 27 benetzt grob die Hälfte der Flüssigkeit, die in den Bereich A am Anfangspunkt 28 eingetreten ist, die Übertragungsoberfläche 25 oder 26 mit Beschichtungsflüssigkeit und wird von der Bahn entfernt. Diese Trennung erzeugt einen Punkt mit niedrigem und fehlerhaftem Beschichtungsendmaß auf der Bahn 10, selbst wenn das zugeführte Be schichtungsendmaß gleichförmig und gleich dem gewünschten durchschnittlichen Endmaß war. Wenn die Übertragungsoberfläche 25 oder 26 die Bahn 10 erneut an einer zweiten Position berührt, tritt eine zweite Berührung mit der und Trennung von der Beschichtungsflüssigkeit ein, und es wird ein zweiter fehlerhafter Bereich erzeugt. Er wird jedoch in seiner Beschichtung weniger fehlerhaft als der erste fehlerhafte Bereich sein. Jede aufeinanderfolgende Berührung erzeugt kleinere fehlerhafte Bereiche mit zunehmend kleineren Abweichungen von dem durchschnittlichen Endmaß auf der Bahn, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Daher erzeugt die erste Berührung für eine Zeitdauer periodische Abweichungen im Endmaß. Dies stellt einen sich wiederholenden Fehler dar und wäre an sich unerwünscht.
Es gibt keine Garantie, daß das Flüssigkeits-Trennungsverhältnis zwischen der Bahn und der Oberfläche immer auf einem konstanten Wert bleibt. Viele Faktoren können das Trennungsverhältnis beeinflussen, doch neigen diese Faktoren dazu, unvorhersehbar zu sein. Wenn sich das Trennungsverhältnis abrupt ändert, ergibt sich eine periodische stromabwärts der Bahn liegende Abweichung auch dann, wenn die Bestückungsvorrichtung eine lange Zeit in Betrieb war. Wenn sich Fremdkörper auf einer Übertragungsoberfläche der Bestückungsvorrichtung befinden, kann die Vorrichtung einen periodischen stromabwärts der Bahn liegenden Fehler bei jeder Berührung erzeugen. Daher kann die Verwendung von nur einer Bestückungsvorrichtung potentiell große Längen von Ausschußmaterial erzeugen.
Die Erfindung verwendet zwei oder mehrere, vorzugsweise drei oder mehrere und am meisten bevorzugt fünf oder mehrere oder sogar acht oder mehrere Bestückungsvorrichtungen, um eine gute Beschichtungsgleichförmigkeit zu erzielen. Beim Beschichten einer sich bewegenden Bahn können diese Vorrichtungen stromabwärts von der Bahn von einer Beschichtungsstation in einer Anordnung angeordnet werden, die als eine "Verbesserungsstation" bezeichnet wird. Nachdem die Beschichtungsflüssigkeit auf den Bestückungs-Übertragungsoberflächen zu einem Gleichgewichtswert aufgebaut worden ist, kann ein eine willkürlich hohe oder niedrige Beschichtungsendmaß-Spitze die Station durchlaufen. Wenn dies geschieht, und wenn der Fehler berührt wird, dann pflanzt die periodische Berührung der Bahn durch eine einzelne Bestückungsvorrichtung oder durch eine Anordnung von mehreren Bestückungsvorrichtungen, welche die gleiche Berührungsperiode aufweisen, einen periodischen, stromabwärts von der Bahn liegenden Fehler in dem Endmaß weiter fort. Wieder wird Ausschuß generiert, und der Fachmann würde ein solches Gerät meiden. Es ist viel besser, nur einen Fehler in einer beschichteten Bahn zu haben als eine Bahnlänge, die vielfache Bilder des ursprünglichen Fehlers enthält.
Wir haben festgestellt, daß mehr als eine Bestückungsvorrichtung eine verbesserte Beschichtungs-Gleichförmigkeit statt verlängerter Längen von fehlerhafter Beschichtung erzeugen kann. Eine einzelne Vorrichtung oder eine Reihe von Vorrichtungen mit identischen oder verstärkenden Berührungsperioden kann sehr nachteilig sein. Wir haben jedoch festgestellt, daß ein willkürlicher anfänglicher Fehler, der in die Station gelangt, oder jeder Fehler, der durch die erste Berührung generiert wurde, vermindert werden kann, indem eine Verbesserungsstation verwendet wird, die zwei oder mehrere Bestückungsvorrichtungen aufweist, deren Berührungsperioden so ausgewählt sind, daß sie den Fehler reduzieren statt ihn weiter fortzupflanzen. Wir haben festgestellt, daß eine solche Verbesserungsstation zugeführte Fehler in einem solchen Ausmaß verbessern kann, daß die Fehler nicht mehr zu beanstanden sind. Durch Verwenden der Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung kann ein neues stromabwärts liegendes Bahnbeschichtungsprofil an dem Ausgang aus der Verbesserungsstation erstellt werden. Das heißt, durch Verwendung mehrfacher Bestückungsvorrichtungen können wir die mehrfachen Fehlerbilder modifizieren, die durch die erste Vorrichtung fortgepflanzt und erneut fortgepflanzt werden mit zusätzlichen mehrfachen Fehlerbildern, die von der zweiten und allen nachfolgenden Vorrichtungen fortgepflanzt und erneut fortgepflanzt werden. Wir können dies in einer konstruktiv und destruktiv zusätzlichen Weise derart ausführen, daß das Nettoergebnis ein fast gleichförmiges Endmaß oder eine kontrollierte Endmaßabweichung ist. Wir erstellen tatsächlich mehrfache Wellenformen, die auf eine Weise derart addiert werden, daß die konstruktive und destruktive Addition jeder Wellenform so kombiniert wird, daß ein gewünschter Grad von Gleichförmigkeit erzeugt wird. Etwas anders betrachtet, wenn eine Beschichtungsstauchung die Verbesserungsstation durchläuft, wird ein Teil der Beschichtung von den hohen Stellen tatsächlich abgenommen und wieder auf den niedrigen Stellen abgelegt.
Eine mathematische Modellierung unseres neuen Verbesserungsprozesses ist zum Gewinnen eines Einblicks und zum Verständnis hilfreich. Die Modellierung basiert auf Strömungsdynamik und geht gut auf beobachtbare Ergebnisse ein. 3 zeigt eine graphische Darstellung des Füssigkeitsbeschichtungs-Endmaßes zum Längs- (Maschinenrichtung) Abstand entlang einer Bahn für eine einzelne willkürliche Spitzenzufuhr 31, die sich an einer ersten Position auf der Bahn befindet, die sich einer periodischen Berührungs-Bestückungs-Übertragungs-Vorrichtung nähert (in 3 nicht gezeigt). 4 bis 10 zeigen mathematische Modellergebnisse, die das Flüssigkeitsbeschichtungs- Endmaß entlang der Bahn zeigen, wenn die Spitzenzufuhr 31 auf eine oder mehrere periodischen Bestückungs-Berührungs-Vorrichtungen trifft.
4 zeigt die Amplitude der reduzierten Spitze 41, die an der ersten Position auf der Bahn verbleibt, und die erneut fortgepflanzten Spitzen 42, 43, 44, 45, 46, 47 und 48, die auf der Bahn an zweiten und nachfolgenden Positionen positioniert werden, wenn die Spitzenzufuhr 31 auf eine einzelne periodische Bestückungs-Berührungs-Vorrichtung trifft. Der Spitzenwert der anfänglich zugeführten Spitze 31 ist eine Längeneinheit lang und zwei Endmaßeinheiten hoch. Die Berührungsvorrichtungs-Periode entspricht zehn Längeneinheiten. Die Bilder des zugeführten Fehlers werden periodisch in Schritten von 10 Einheiten über eine Länge wiederholt, die länger als sechzig Längeneinheiten ist. Daher wird die Länge einer fehlerhaft beschichteten oder "Ausschuß"-Bahn im Vergleich zu der Länge des zugeführten Fehlers in hohem Maß vergrößert. Die exakte fehlerhafte Länge hängt natürlich von der akzeptablen Abweichung des Beschichtungsendmaßes für die gewünschte Endnutzung ab.
5 zeigt die Amplitude der reduzierten Spitze 51, die an der ersten Position auf der Bahn verbleibt, und einige der erneut fortgepflanzten Spitzen 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 und 59, die auf der Bahn an zweiten und nachfolgenden Positionen positioniert werden, wenn die Spitzenzufuhr 31 auf zwei periodische, aufeinander folgende, synchronisierte Bestückungs-Übertragungs-Vorrichtungen trifft, die jeweils eine Periode von 10 Längeneinheiten aufweisen. Verglichen mit dem Einsatz einer einzelnen periodischen Bestückungsvorrichtung tritt eine kleinere Amplitude über eine größere Länge der Bahn auf.
6 zeigt die Beschichtung, die sich ergibt, wenn zwei periodische, aufeinander folgende, synchronisierte Berührungsvorrichtungen mit Perioden von 10 und danach 5 verwendet werden. Diese Vorrichtungen weisen periodisch in Beziehung stehende Berührungsperioden auf. Bei ihrem Bestückungsvorgang wird Beschichtung an periodisch in Beziehung stehenden Positionen entlang der Bahn aufgebracht. Im Vergleich mit 5 wird die Amplitude des Spitzenbilds nicht in hohem Maße reduziert, doch wird eine etwas kürzere Länge von fehlerhafter, beschichteter Bahn erzeugt.
7 zeigt die Beschichtung, die sich ergibt, wenn ein Verfahren und eine Vorrichtung der Erfindung verwendet werden. In dieser Ausführungsform werden drei periodische Bestückungsvorrichtungen mit verschiedenen Perioden von 10, 5 und 2 verwendet. Die Vorrichtung mit einer Periode von 10 und die Vorrichtung mit einer Periode von 5 stehen periodisch in Beziehung. Die Vorrichtung mit einer Periode von 10 und die Vorrichtung mit einer Periode von 2 stehen ebenfalls periodisch in Beziehung. Die Vorrichtung mit einer Periode von 5 und die Vorrichtung mit einer Periode von 2 stehen jedoch nicht periodisch in Beziehung, (weil 5 kein ganzzahliges Vielfaches von 2 ist), und daher enthält diese Reihe von Vorrichtungen erste und zweite periodische Bestückungsvorrichtungen, welche die Beschichtung an einer ersten Position auf der Bahn berühren können, und dann die Beschichtung an zweiten und dritten Positionen auf der Bahn erneut berühren, die nicht periodisch miteinander in Beziehung stehen in bezug auf ihren Abstand von der ersten Position. Verglichen mit den Vorrichtungen, deren Einwirkungen in 4 bis 6 gezeigt sind, werden viel kleinere Endmaßabweichungen und viel kürzere Längen von fehlerhafter Bahn erzeugt.
8, 9 und 10 zeigen die Ergebnisse für Reihen von acht Berührungsvorrichtungen mit verschiedenen Gruppen von Perioden. Das beste Ergebnis wird erzielt, wenn drei verschiedene Perioden verwendet werden, (10, wobei die erste Vorrichtung eine Periode von 10 aufweist, die zweite Vorrichtung eine Periode von 5 aufweist, und die dritte bis achte Vorrichtung eine Periode von 2 aufweisen), und das schlechteste tritt auf, wenn alle der Perioden gleich sind (8, wobei alle acht Vorrichtungen eine Periode von 10 aufweisen). Ein dazwischen liegendes Ergebnis ist in 9 dargestellt, wobei die erste Vorrichtung eine Periode von 10 aufweist, und die zweite bis achte Vorrichtung eine Periode von 5 aufweisen). Wie durch Vergleichen von 8 und 5 zu erkennen ist, verringert die Verwendung von acht statt zwei Vorrichtungen mit gleichen Perioden die Amplituden der Spitzenbilder.
Ähnliche Beschichtungsverbesserungs-Ergebnisse werden erzielt, wenn der willkürliche Fehler eine Vertiefung (z.B. eine unbeschichtete Leerstelle) oder Streifenmarkierung statt einer Spitze ist.
Die willkürlichen, oben erläuterten Spitzen- und Vertiefungsfehler sind eine allgemeine Fehlerklasse, die der Verbesserungsstation zugeführt werden können. Die zweite wichtige Fehlerklasse ist ein sich periodisch wiederholender Fehler. Natürlich ist es in Beschichtungsherstellungs-Einrichtungen normal, daß beide Klassen gleichzeitig auftreten. Wenn eine periodische Reihe von hohen oder tiefen Beschichtungsspitzen oder -vertiefungen auf einer sich kontinuierlich bewegenden Bahn vorhanden ist, suchen die Betreiber der Beschichtungsausrüstung normalerweise die Ursache des Fehlers und versuchen, ihn zu beseitigen. Eine einzelne periodische Bestückungsvorrichtung, wie in 2 veranschaulicht, hilft vielleicht nicht und kann die Qualität der Beschichtung vielleicht sogar noch weiter verschlechtern. Das intermittierende periodische Berühren der Beschichtung durch Vorrichtungen, die in der Funktion derjenigen ähnlich sind, die in 2 als Beispiel erläutert wurde, erzeugt jedoch eine Verbesserung in der Beschichtungs-Gleichförmigkeit, wenn mehr als zwei Vorrichtungen verwendet werden, und wenn die Vorrichtungsperioden richtig gewählt werden. Verbesserungen werden sowohl für willkürliche als auch kontinuierliche, periodische Abweichungen und Kombinationen aus beiden festgestellt. Im allgemeinen werden bessere Ergebnisse erhalten, wenn ein Versuch unternommen wird, den relativen Zeitablauf der Berührungen durch einzelne Vorrichtungen abzustimmen, so daß unerwünschte zusätzliche Auswirkungen vermieden werden können. Der Einsatz von Walzen, die in kontinuierlicher Berührung mit der Beschichtung laufen, vermeidet diese Komplikation und stellt eine etwas einfachere und bevorzugte Lösung dar. Da bei jedem Schritt einer Walzenoberfläche, die auf einer Bahn läuft, die Bahn periodisch berührt wird, kann eine Walzenoberfläche als eine Reihe von verbundenen intermittierenden periodischen Berührungsoberflächen betrachtet werden. In ähnlicher Weise kann ein sich drehendes Endlosband die gleiche Funktion wie eine Walze ausführen. Falls gewünscht, kann ein Band in der Form eines Möbiusschen Bandes verwendet werden. Der Beschichtungsfachmann wird erkennen, daß andere Vorrichtungen, wie beispielsweise elliptische Walzen oder Bürsten so angepaßt werden können, daß sie als periodische Bestückungsvorrichtungen in unserer Erfindung dienen. Eine exakte Periodizität der Vorrichtungen ist nicht erforderlich. Eine rein wiederholende Berührung ist ausreichend.
11 zeigt eine Gleichförmigkeits-Verbesserungsstation 110, die eine Reihe von Bestückungswalzen-Berührungsvorrichtungen verwendet. Die mit Flüssigkeit beschichtete Bahn 111 wird an ihrer oberen Oberfläche, bevor sie in die Verbesserungsstation 110 gelangt, unter Verwendung einer Beschichtungsvorrichtung beschichtet, die in 11 nicht gezeigt ist. Das Flüssigkeitsbeschichtungs-Endmaß auf der Bahn 111 verändert sich räumlich in der stromabwärts der Bahn liegenden Richtung zu jedem Zeitpunkt, wenn es sich der Bestückungs-Berührungswalze 112 nähert. Für einen ortsfesten Betrachter würde das Beschichtungsendmaß Veränderungen im zeitlichen Ablauf aufweisen. Diese Veränderungen können vorübergehende, willkürliche, periodische und vorübergehend periodische Komponenten in der stromabwärts der Bahn liegenden Richtung ent halten. Die Bahn 111 wird entlang eines Pfads durch die Station 110 und in Berührung mit den Bestückungs-Berührungswalzen 112, 114, 116 und 117 durch die Leitwalzen 113 und 115 geführt. Der Pfad wird derart gewählt, daß die benetzte beschichtete Seite der Bahn in physikalische Berührung mit den Bestückungswalzen tritt. Die Bestückungswalzen 112, 114 116 und 117, (die, wie in 11 gezeigt, alle den gleichen Durchmesser haben), werden angetrieben, so daß sie sich mit der Bahn 111 drehen, jedoch mit Geschwindigkeiten, die sich in bezug aufeinander unterscheiden. Die Geschwindigkeiten werden angepaßt, um eine Verbesserung der Beschichtungs-Gleichförmigkeit auf der Bahn 111 bereitzustellen. Wenigstens zwei und vorzugsweise mehr als zwei der Bestückungswalzen 112, 114, 116 und 117 weisen nicht die gleiche Geschwindigkeit auf und sind keine ganzzahligen Vielfachen voneinander.
Unter Bezugnahme auf die Bestückungswalze 112 teilt sich die Flüssigkeitsbeschichtung am Abhebepunkt 119. Ein Teil der Beschichtung bewegt sich mit der Bahn weiter, und der Rest bewegt sich mit der Walze 112, wenn sie sich vom Abhebepunkt 119 wegdreht. Veränderungen im Beschichtungsendmaß direkt vor dem Abhebepunkt 119 spiegeln sich in dem Flüssigkeitsendmaß auf der Bahn 111 und dem Flüssigkeitsendmaß auf der Oberfläche von Walze 112, wenn die Bahn 111 und die Walze 112 den Abhebepunkt 119 verlassen. Nachdem die Beschichtung auf der Bahn 111 die Walze 112 zum ersten Mal berührt hat, und die Walze 112 eine Umdrehung ausgeführt hat, treffen sich die Flüssigkeit auf der Walze 112 und die ankommende Flüssigkeit auf der Bahn 111 an dem ersten Berührungspunkt 118, wodurch ein mit Flüssigkeit gefüllter Walzenspaltbereich 126 zwischen den Punkten 118 und 119 ausgebildet wird. Der Bereich 126 ist ohne Luftmitführung. Für einen ortsfesten Beobachter ist die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit, die in diesen Walzenspalt-Berührungsbereich 126 gelangt, die Summe der Flüssigkeit, die auf der Bahn 111 hineingelangt und der Flüssigkeit, die auf der Walze 112 hineingelangt. Die reine Tätigkeit der Walze 112 besteht darin, Material von der Bahn 111 an einer Position aufzunehmen und einen Teil des Materials stromabwärts an einer anderen Position wieder abzulegen.
In ähnlicher Weise teilt sich die Flüssigkeitsbeschichtung an den Abhebepunkten 121, 123 und 125, und ein Teil der Beschichtung berührt die Bahn 111 erneut an den Berührungspunkten 120, 122 und 124 und wird darauf erneut aufgebracht.
Wie bei den Reihen von intermittierenden Bestückungs-Berührungs-Vorrichtungen, die oben erläutert wurden, werden willkürliche oder periodische Veränderungen in dem Flüssigkeitsbeschichtungs-Endmaß auf der ankommenden Bahn im Schweregrad reduziert, und wünschenswerter Weise werden die Veränderungen im wesentlichen durch die Bestückungseinwirkung der periodischen Berührungswalzen eliminiert. Wie bei den oben erläuterten Vorrichtungen werden auch eine einzelne Walze, die in Berührung mit der Flüssigkeitsbeschichtung auf der Bahn läuft, oder eine Reihe von periodisch in Beziehung stehenden Walzen im allgemeinen dazu neigen, Fehler fortzupflanzen und große Mengen an kostspieligem Ausschuß zu erzeugen.
12 zeigt eine graphische Darstellung von Flüssigkeitsbeschichtungs-Endmaß zum Abstand entlang einer Bahn für eine Abfolge von sich wiederholenden Spitzenzufuhren mit gleicher Amplitude, die sich einer periodischen, berührenden Bestückungs-Übertragungs-Vorrichtung nähern. Wenn eine Bestückungsvorrichtung periodisch und synchron diesen sich wiederholenden Fehler berührt, und wenn die Periode gleich der Fehlerperiode ist, wird durch die Vorrichtung nach dem ersten Anlaufen keine Veränderung erzeugt. Dies gilt auch, wenn die Periode der Vorrichtung irgendein ganzzahliges Vielfaches der Fehlerperiode ist. Die Simulation des berührenden Prozesses zeigt, daß eine einzelne Vorrichtung mehr fehlerhafte Spitzen erzeugt, wenn die Periode kürzer ist als die zugeführte Fehlerperiode. 13 zeigt dieses Ergebnis, wenn ein sich wiederholender Fehler mit einer Periode von 10 auf eine periodische Bestückungswalzen-Vorrichtung mit einer Periode von 7 trifft.
Durch Verwenden mehrfacher Vorrichtungen und entsprechendes Auswählen ihrer Berührungsperioden können wir die Qualität selbst einer grob nichtgleichförmigen, zugeführten Beschichtung wesentlich verbessern. 14 und 15 zeigen die Simulationsergebnisse, wenn Beschichtungen mit dem in 12 gezeigten Fehlermuster Reihen von sieben oder acht periodischen Bestückungswalzen-Vorrichtungen mit Perioden ausgesetzt wurden, die nicht alle in Beziehung zueinander standen. In 14 hatten die Vorrichtungen Perioden von 7, 5, 4, 8, 3, 3, und 3. In 15 hatten die Vorrichtungen Perioden von 7, 5, 4, 8, 3, 3, 3 und 2. In beiden Fällen verringerte sich die Amplitude der höchsten Spitzen um mehr als 75%. Daher, auch wenn sich die Anzahl der Spitzen erhöhte, wurde insgesamt eine bedeutende Verbesserung in der Beschichtungsendmaß-Gleichförmigkeit erhalten.
Faktoren wie Trocknung, Aushärten, Gelbildung oder Phasenübergang, die im Verlauf der Zeit auftreten, können Einschränkungen für die Anzahl der verwendeten Walzen bedingen. Wenn die Beschichtungsflüssigkeit eine flüssige Komponente enthält, kann durch die Zeit, die zum Übersetzen durch viele Walzen erforderlich ist, ein Fortschreiten der Trocknung bis zu dem Ausmaß gestatten, daß sich die Flüssigkeit verfestigt. Die Trocknung wird durch unser Verfahren sogar beschleunigt, wodurch gewisse Vorteile bereitgestellt werden, die im folgenden erläutert werden. In jedem Fall, wenn ein Beschichtungs-Phasenübergang auf den Walzen aus irgendeinem Grund während des Arbeitsvorgangs der Verbesserungsstation eintritt, führt dies normalerweise zu Unterbrechungen und Mustern in der Beschichtung auf der Bahn. Daher bevorzugen wir im allgemeinen, den gewünschten Grad an Beschichtungs-Gleichförmigkeit unter Verwendung von so wenig Walzen wie möglich zu erzeugen.
Unter Verwendung von mehrfachen Bestückungswalzen können wir gleichzeitig die Amplitude von aufeinander folgenden Spitzen oder Vertiefungen reduzieren und zusammenfließen lassen, um eine kontinuierlich leicht abweichende, aber spitzen- und vertiefungsfreie Beschichtung von guter Gleichförmigkeit auszubilden. Wie in 11 gezeigt, kann dies unter Verwendung von Walzenvorrichtungen mit gleichen Durchmessern erreicht werden, die mit ungleichen Geschwindigkeiten angetrieben werden. Verbesserungen bei der Beschichtungs-Gleichförmigkeit können ebenfalls erzielt werden, indem die Durchmesser einer Reihe von Walzenvorrichtungen verändert werden. Wenn die Walzen nicht unabhängig angetrieben werden, sondern durch den Kraftschluß mit der Bahn gedreht werden, dann steht die Periode jeder Walze in Beziehung zu ihrem Durchmesser und ihrem Kraftschluß mit der benetzten Bahn. Die Auswahl von verschieden großen Walzen kann zusätzliche Zeit für die erste Einrichtung erfordern, da aber die Walzen nicht angetrieben werden und sich mit der Bahn drehen können, werden die Gesamtkosten der Verbesserungsstation wesentlich reduziert.
Eine empfohlene Prozedur zum Ermitteln einer Gruppe von Bestückungswalzen-Durchmessern und damit ihrer Perioden ist wie folgt. Zuerst wird das stromabwärts der Bahn liegende Beschichtungsgewicht kontinuierlich gemessen und die Periode P der Zuführung eines unerwünschten periodischen Fehlers zu der Verbesserungsstation ermittelt. Danach wird eine Reihe von Bestückungswalzen-Durchmessern mit Perioden ausgewählt, die einen Bereich von kleiner bis größer als die zugeführte Periode umfassen, wobei ganzzahlige Vielfache oder Teiler dieser Periode vermieden werden. Aus dieser Gruppe wird ermittelt, welche Walze durch sich allein die beste Verbesserung der Gleichförmigkeit ergibt. Aus der restlichen Gruppe wird eine zweite Walze ausgewählt, welche die beste Verbesserung der Gleichförmigkeit ergibt, wenn sie zusammen mit der zuerst ausgewählten Walze verwendet wird. Nachdem die ersten zwei Walzen ermittelt worden sind, werden weiterhin zusätzliche Bestückungswalzen eine nach der anderen auf der Basis hinzugefügt, welche der verfügbaren die beste Verbesserung ergibt. Die beste Gruppe von Walzen hängt von dem verwendeten Gleichförmigkeitskriterium und der vorliegenden anfänglichen, unverbesserten, stromabwärts der Bahn liegenden Abweichung ab. Unsere bevorzugte Anfangsgruppe von Walzen weist diejenigen mit Perioden Q auf, die einen Bereich von Q = 0,26 bis 1,97 mal die Periode des zugeführten Fehlers in Schritten von 0,03 umfassen. Ausnahmen sind Q = 0,5, 0,8, 1,1, 1,25, 1,4 und 1,7. Perioden von (Q + nP) und (Q + kP), wobei n eine ganze Zahl und k = 1/n ist, werden ebenfalls vorgeschlagen.
16 zeigt eine Gleichförmigkeits-Verbesserungsstation 160, die eine Reihe von Bestückungswalzen-Berührungsvorrichtungen verwendet, die verschiedene Durchmesser aufweisen. Die mit Flüssigkeit beschichtete Bahn 161 wird, bevor sie in die Verbesserungsstation 160 gelangt, auf ihrer oberen Oberfläche unter Verwendung einer in 16 nicht gezeigten Beschichtungsvorrichtung beschichtet. Die Bahn 161 wird entlang eines Pfads durch die Station 160 und in Berührung mit den Bestückungs-Berührungswalzen 162, 164, 166 und 167 durch die Leitwalzen 163 und 165 geführt.
17 zeigt eine Beschichtungsvorrichtung der Erfindung, die ein Band 170 verwendet. Das Band 170 umläuft eine Führungseinheit 171; die Leitwalzen 172, 173, 175 und 177; die Bestückungswalzen 174, 176 und 178; und die Stützwalze 179. Die intermittierende Beschichtungsstation 180 schwingt eine Injektionsnadel 181 auf einem Streifen-Beschichtungsbereich 182 über das Band 170 vor und zurück. Der aufgebrachte Streifen bildet ein über das Band 170 angelegtes Zickzackmuster aus, wodurch ein intermittierender Beschichtungsfehler stromabwärts von der Station 180 erstellt wird. Nach dem Einschalten der Ausrüstung und einigen Umdrehungen des Bands 170 wird das Band 170 über seine gesamte Oberfläche mit einer ungleichmäßigen Beschichtung benetzt. Wenn die Geschwindigkeit des Bands und die durchlaufende Periode und Flüssigkeits-Abgabegeschwindigkeit der Nadel konstant gehalten werden, dann liegt für einen ortsfesten Beobachter, der einen Punkt auf dem Band genau stromabwärts vom Bereich 182 betrachtet, das Beschichtungsendmaß auf dem Band in einem Bereich von einem Mindest- zu einem Maximalwert und zurück. Wenn die Geschwindigkeit des Bands oder die durchlaufende Periode oder Abgabegeschwindigkeit der Nadel nicht konstant gehalten werden, dann könnte die beobachtete Beschichtung zusätzliche vorübergehende, willkürliche, periodische und vorübergehend periodische Komponenten in der Band-Längsrichtung enthalten. In jedem Fall wird die Beschichtung sehr ungleichmäßig sein. Die Vorteile einer solchen Streifenbeschichtungs-Bandstation werden im folgenden ausführlicher erläutert.
Das Band 170 zirkuliert vorbei an nicht-angetriebenen, gleich schnell rotierenden Bestückungswalzen 174, 176 und 178, die jeweils relative Durchmesser von beispielsweise 1,36, 1,26 und 1 aufweisen, wodurch die unterschiedliche Beschichtung in Längsrichtung mit den Oberflächen der Bestückungswalzen 174, 176 und 178 an den mit Flüssigkeit gefüllten Walzenspaltbereichen 183, 184 und 185 in Berührung gebracht wird. Nach dem Einschalten der Ausrüstung und einigen Umdrehungen des Bands 170 benetzt die Beschichtungsflüssigkeit die Oberflächen der Bestückungswalzen 174, 176 und 178. Wie bei der in 11 gezeigten Vorrichtung teilt sich die Flüssigkeitsbeschichtung an dem nachlaufenden Ende (den Abhebepunkten) 186, 187 und 188 der mit Flüssigkeit gefüllten Walzenspaltbereiche 183, 184 und 185. Ein Teil der Beschichtung bleibt auf der Bestückungswalzen 174, 176 und 178, wenn sie sich von den Abhebepunkten 186, 187 und 188 wegdrehen. Der Rest der Beschichtung wird mit dem Band 170 weitergeführt. Veränderungen im Beschichtungsendmaß direkt vor den Abhebepunkt 186, 187 und 188 spiegeln sich in der Veränderung des Flüssigkeitsendmaßes auf dem Band 170 und auf den Oberflächen von Bestückungswalzen 174, 176 und 178, wenn sie die Abhebepunkte 186, 187 und 188 verlassen. Der weiteren Bewegung des Bands 170 folgend wird die Flüssigkeit auf den Bestückungswalzen 174, 176 und 178 in neuen Positionen entlang des Bands 170 wieder auf dem Band 170 abgelegt.
Die Ausführungsform von 17, wie sie bisher beschrieben wurde, kann verwendet werden, um eine gleichförmige Beschichtung auf dem Band selbst zu erzeugen, oder um die Beschichtungs-Gleichförmigkeit auf einem vorher beschichteten Band zu verbessern. Das benetzte Band 170 kann ebenfalls verwendet werden, um die Beschichtung auf ein Ziel-Bahnsubstrat 189 zu übertragen. Beispielsweise kann die Zielbahn 189 durch eine motorisch angetriebene Walze 190 angetrieben und in Berührung mit dem Band 170 gebracht werden, wenn das Band 170 um die Stützwalze 179 umläuft. Die Walzen 179 und 190 bilden zusammen einen Walzenspalt aus, wodurch das Band 170 in eine direkte Berührung mit der Bahn 189 gezwungen wird. Nach der Trennung von dem Band 170 wird ein Teil der Flüssigkeitsbeschichtung auf die Oberfläche der Bahn 189 übertragen. Wenn die Vorrichtung verwendet wird, um die Zielbahn 189 kontinuierlich zu beschichten, wird Flüssigkeit vorzugsweise bei jeder Umdrehung des Bands im Bereich 182 zu dem Band 170 zugeführt und kontinuierlich an dem Walzenspaltpunkt zwischen den Walzen 179 und 190 entfernt. Weil das Band 170 nach dem Einschalten bereits mit der Flüssigkeit beschichtet ist, ist keine Dreiphasen- (Luft, Beschichtungsflüssigkeit und Band) Benetzungslinie am Streifenbeschichtungsbereich 182 vorhanden. Dies macht das Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit viel einfacher als dies bei der direkten Beschichtung einer trockenen Bahn der Fall ist. Da nur ungefähr eine Hälfte der Flüssigkeit an dem Walzenspalt 179, 190 übertragen wird, ist der Prozentsatz der Endmaß-Ungleichförmigkeit stromabwärts des Bereichs 182 im allgemeinen viel kleiner, (z.B. um etwa so viel wie die Hälfte einer Größenordnung), als beim streifenweisen Beschichten einer trockenen Bahn ohne Übertragungsband und Hindurchführen der so beschichteten Bahn durch eine Verbesserungsstation der Erfindung mit der gleichen Anzahl von Walzen.
Wie bei der direkten Bahnbeschichtung, wenn die Menge der Flüssigkeit, die für das gewünschte durchschnittliche Beschichtungsendmaß erforderlich ist, intermittierend auf das benetzte Band 170 aufgebracht wird, werden die Periode und Anzahl der Bestückungswalzen vorzugsweise so ausgewählt, daß sie den größten Abstand zwischen beliebigen zwei benachbarten, stromabwärts der Bahn liegenden Beschichtungsablagen aufnehmen. Wie bei der direkten Bahnbeschichtung ist ein bedeutender Vorteil unseres Verfahrens, daß es oft leicht ist, große bahnüberquerende Streifen oder Beschichtungsbereiche auf einem Band zu erzeugen, aber schwierig, dünne, gleichförmige und kontinuierliche Beschichtungen zu erzeugen. Ein weiteres wichtiges Attribut unseres Verfahrens ist, daß es Vordosierungsmerkmale aufweist dadurch, daß das Beschichtungsendmaß durch Einstellen der auf das Band aufgebrachten Flüssigkeitsmenge kontrolliert werden kann.
Obwohl ein Geschwindigkeitsdifferential zwischen dem Band 170 und jeder der anderen in 17 gezeigten Walzen oder zwischen dem Band 170 und der Bahn 189 verwendet werden kann, bevorzugen wir es, kein Geschwindigkeitsdifferential zwischen dem Band 170 und den Bestückungswalzen 174, 176 und 178 oder zwischen dem Band 170 und der Bahn 189 zu verwenden. Dies vereinfacht die mechanische Konstruktion der Vorrichtung.
18 zeigt ein Endmaß-Überwachungs- und -Steuer-System zur Verwendung in einer Verbesserungsstation 200 unserer Erfindung. Dieses System gestattet die Überwachung der Beschichtungsendmaß-Veränderung und die Anpassung in der Periode von einer oder mehreren der Bestückungsvorrichtungen in der Verbesserungsstation, wodurch eine Verbesserung oder andere gewünschte Änderung der Beschichtungs-Gleichförmigkeit ermöglicht wird. Dies ist insbesondere nützlich, wenn sich die Periode der eingehenden Abweichung ändert. Unter Bezugnahme auf 18 sind die Bestückungs-Übertragungswalzen 201, 202 und 203 an motorisch angetriebenen Antriebssystemen befestigt, (in 18 nicht gezeigt), welche die Drehgeschwindigkeiten der Walzen in Reaktion auf ein Signal oder Signale von der Steuereinrichtung 250 unabhängig steuern können. Die Drehgeschwindigkeiten müssen einander nicht alle entsprechen und müssen nicht der Geschwindigkeit des Substrats 205 entsprechen. Die Sensoren 210, 220, 230 und 240 können eine oder mehrere Eigenschaften (z.B. das Endmaß) des Substrats 205 oder die Beschichtung darauf abtasten und können vor und nach jeder Bestückungswalze 201, 202 und 203 positioniert werden. Die Sensoren 210, 220, 230 und 240 sind an die Steuereinrichtung 250 über Signalleitungen 211, 212, 213 und 214 angeschlossen. Die Steuereinrichtung 250 verarbeitet Signale von einem oder mehreren der Sensoren 210, 220, 230 und 240, wendet die gewünschten Logik- und Steuerfunktionen an und erzeugt Antriebssteuersignale, die an die Antriebsmotoren für eine oder mehrere der Bestückungs-Übertragungswalzen 201, 202 und 203 gesendet werden, um Anpassungen in den Geschwindigkeiten von einer oder mehreren der Walzen zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann die automatische Steuereinrichtung 250 ein Mikroprozessor sein, der zum Berechnen der Standardabweichung des Beschichtungsendmaßes an der Ausgabeseite der Walze 201 und zum Implementieren einer Steuerfunktion zum Suchen der kleinsten Standardabweichung des verbesserten Beschichtungsendmaßes programmiert ist. Abhängig davon, ob die Walzen 201, 202 und 203 einzeln oder zusammen gesteuert werden oder nicht, können geeignete Endlosschleifen-Steueralgorithmen mit einfachen oder mehrfachen Variablen von den Sensoren, die nach den restlichen Bestückungswalzen positioniert sind, ebenfalls zum Steuern der Beschichtungs-Gleichförmigkeit verwendet werden. Die Sensoren 210, 220, 230 und 240 können eine Reihe von Abtastsystemen, wie beispielsweise Meßgeräte für optische Dichte, Betastrahlen-Meßgeräte, Aufnahmefähigkeits-Meßgeräte, Fluoreszenz-Meßgeräte oder Meßgeräte für Absorptionsvermögen verwenden.
Wie in Verbindung mit 17 erwähnt, kann eine Streifenbeschichtungsvorrichtung zum Aufbringen einer ungleichmäßigen Beschichtung auf ein Substrat verwendet werden, gefolgt von einem Durchlauf der ungleichmäßigen Beschichtung durch eine Verbesserungsstation unserer Erfindung. Dies stellt einen anderen Gesichtspunkt unserer Erfindung dar, indem, wenn das zugeführte Beschichtungsflüssigkeits-Endmaß ungleichmäßig ist, (z.B. periodisch unterschiedlich, diskontinuierlich oder intermittierend), eine Reihe von entsprechend ausgewählten Bestückungswalzen die ungleichmäßige Beschichtung in eine kontinuierliche, stromabwärts der Bahn liegende Beschichtung von guter Gleichförmigkeit verteilt. Es können viele Verfahren verwendet werden, um eine ungleichmäßige Beschichtung auf einer Bahn zu erzeugen. Normalerweise werden solche Beschichtungen als unerwünscht betrachtet und vermieden. Wir bevorzugen sie. Ein beträchtlicher Vorteil unseres Verfahrens besteht drin, daß es einfach ist, eine un gleichmäßige und für gewöhnlich fehlerhafte Beschichtung zu erzeugen, aber schwierig, dünne, gleichförmige, kontinuierliche Beschichtungen in einem Schritt zu erzeugen. Es ist auch einfacher, eine ungleichmäßige Beschichtungen zu dosieren, als eine dünne, gleichförmige Beschichtung. Daher lehrt unsere Erfindung die Ausbildung einer dosierten, gleichförmigen Beschichtung aus einer ungleichmäßigen oder diskontinuierlichen Beschichtung. Das Kombinieren eines vorsätzlichen Schritts zur ungleichmäßigen Beschichtung mit einem Schritt zur Gleichförmigkeits-Verbesserung ermöglicht die Erzeugung von kontinuierlichen Beschichtungen, und insbesondere die Erzeugung von dünnen, gleichförmigen, kontinuierlichen Beschichtungen mit hoher Präzision und mit einfacher, preiswerter Ausrüstung.
Die meisten bekannten Beschichtungsverfahren können in nicht-bevorzugten Funktionsweisen durchgeführt werden, um ungleichmäßige, stromabwärts der Bahn liegende Beschichtungen aufzubringen. Beispielsweise kann eine Gravurstreichmaschine derart betrieben werden, daß sie absichtlich eine Beschichtung mit Gravurmarken, Streifenmarken oder Rattermarken erzeugt. Alle solchen Verfahren zum Erzeugen einer ungleichmäßigen Beschichtung fallen unter den Umfang dieser Erfindung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bringen wir eine diskontinuierliche Reihe von querverlaufenden Bahnbeschichtungsstreifen auf eine Bahn auf. Die querverlaufenden Bahnbeschichtungsstreifen müssen nicht senkrecht zur Bahnkante verlaufen. Die Streifen können diagonal über die Bahn verlaufen. Eine periodische erste Aufbringung von Flüssigkeit auf die Bahn wird bevorzugt, ist aber nicht erforderlich. Die Streifen werden leicht aufgebracht. Beispielsweise können ein einfacher Schlauch oder eine Reihe von Schläuchen, die periodisch vor und zurück über die Bahnbreite bewegt werden, verwendet werden, um eine dosierte Beschichtungsmenge diskontinuierlich aufzubringen. Dies stellt eine sehr preiswerte und einfach konstruierte Beschichtungsvorrichtung dar. Sie weist eine Vordosierungsfähigkeit auf dadurch, daß das gesamte Endbeschichtungsendmaß im Voraus berechnet und nach Bedarf verändert werden kann, indem die Streifenperiode oder die Streifenbreite oder die momentane Fließgeschwindigkeit zum Streifenapplikator dosiert werden kann.
Beschichtungsflüssigkeiten können in einer Reihe von anderen ungleichmäßigen Mustern als Streifen und unter Verwendung von Verfahren aufgebracht werden, die eine oder keine Berührung zwischen dem Applikator und der Oberfläche umfassen, auf welche die Beschichtung aufgebracht wird. Beispielsweise kann der oben beschriebene Nadelapplikator die Oberfläche berühren oder nicht berühren, auf welche die Beschichtung aufgebracht wird. Es kann auch ein Muster aus Tröpfchen auf das Substrat gesprüht werden unter Verwendung eines geeigneten nicht-berührenden Sprühkopfs oder einer anderen tropfenerzeugenden Vorrichtung. Wenn eine feste Fließgeschwindigkeit zu einer tropfenerzeugenden Vorrichtung beibehalten wird, die Übersetzungsgeschwindigkeit des Substrats konstant ist, und die meisten der Tropfen sich auf dem Substrat absetzen, dann ist die durchschnittliche Ablage von Flüssigkeit nahezu gleichförmig. Da sich die Flüssigkeit jedoch normalerweise in unvollkommen beabstandeten Tropfen absetzt, liegen örtliche Abweichungen in dem Beschichtungsendmaß vor. Wenn die Tropfen-Ablagefrequenz niedrig ist, oder die Tropfengröße zu klein ist, berühren sich die Tropfen unter Umständen nicht, wodurch dazwischen unbeschichtete Oberflächen übrig sind. Manchmal breiten sich diese spärlich positionierten Tropfen spontan aus und fließen zu einer kontinuierlichen Beschichtung zusammen, doch kann dies eine lange Zeit in Anspruch nehmen oder so eintreten, daß eine nicht-gleichförmige Beschichtung erzeugt wird. In jedem Fall bevorzugen wir es, eine Verbesserungsstation unserer Erfindung zu verwenden, (z.B. eine Gruppe von mehrfachen Berührungs walzen, die ausgewählte Perioden aufweisen), um die Gleichförmigkeit der aufgebrachten Tropfen oder eine andere ungleichmäßige Beschichtung zu verbessern. Die Verbesserungsstation kann die Tropfen in eine kontinuierliche Beschichtung umwandeln oder die Gleichförmigkeit der Beschichtung verbessern oder die Zeit und Maschinenlänge verkürzen, die zum Ausführen der Tropfenverteilung erforderlich sind. Der Vorgang des Berührens der ersten Tropfen durch Walzen oder eine Auswahl anderer periodischer Bestückungsvorrichtungen, bei dem ein Teil der Tropfenflüssigkeit entfernt wird, dann dieser entfernte Teil an einer anderen Position wieder auf dem Substrat abgelegt wird, erhöht die Oberflächendeckung auf dem Substrat, reduziert den Abstand zwischen den beschichteten Punkten und erhöht die Dichte der Tropfenpopulation. Der Berührungsvorgang erzeugt auch Druckkräfte auf den Tropfen und das Substrat, wodurch die Geschwindigkeit der Tropfenverteilung erhöht wird. Die Berührung in dem Bereich um und auf einem Tropfen kann eine hohe Flüssigkeits-Übergangsstellenkrümmung an oder in der Nähe der Verteilungslinie erzeugen und dadurch die Geschwindigkeit der Tropfenverteilung beschleunigen. Daher ermöglicht der Einsatz von ausgewählten Bestückungsvorrichtungen eine rasche Verteilung von Tropfen, die auf ein Substrat aufgebracht werden, und verbessert die Gleichförmigkeit der Endbeschichtungen.
Wenn die Sprühablagerungsgeschwindigkeit groß genug ist, um eine kontinuierliche Beschichtung zu erzeugen, erzeugt die statische Natur des Sprühens Ungleichförmigkeiten in dem Beschichtungsendmaß. Auch hier können die verwendeten Walzen oder andere ausgewählte periodische Bestückungsvorrichtungen die Beschichtungs-Gleichförmigkeit verbessern.
Sprühen kann unter Verwendung vieler verschiedener Arten von Vorrichtungen durchgeführt werden. Beispiele umfassen Punktquellendüsen, wie beispielsweise luft lose, elektrostatische, Drehscheiben- und pneumatische Sprühdüsen. Linienquellenzerstäubungs-Vorrichtungen sind ebenfalls bekannt und nützlich. Die Tröpfchengröße kann von sehr groß (z.B. größer als 1 Millimeter) bis zu sehr klein reichen. Die Düse bzw. die Düsen können quer über das Substrat vor und zurück bewegt werden, z.B. auf eine Weise, die derjenigen des oben beschriebenen Nadelapplikators ähnlich ist.
Dieser vorteilhafte Einsatz der periodischen Bestückungsvorrichtungen unserer Erfindung kann für jede spezielle Anwendung versuchsweise getestet oder simuliert werden. Viele Kriterien können angewendet werden, um die Verbesserung der Beschichtungs-Gleichförmigkeit zu messen. Beispiele umfassen Endmaß-Standardabweichung, Verhältnis von niedrigstem (oder höchstem) Endmaß dividiert durch durchschnittliches Endmaß, Bereich, (den wir als das höchste Endmaß minus das niedrigste Endmaß im Verlauf der Zeit an einem ortsfesten Beobachtungspunkt definieren), und Reduzierung in leerem Bereich. Beispielsweise lassen sich durch die Verwendung unserer Erfindung Bereichsreduzierungen von mehr als 75% oder sogar mehr als 90% erzielen. Für diskontinuierliche Beschichtungen, (oder mit anderen Worten Beschichtungen, die zunächst Leerstellen aufweisen), ermöglicht unsere Erfindung Reduzierungen in dem gesamten leeren Bereich von mehr als 50%, mehr als 75%, mehr als 90% oder sogar mehr als 99%. Der Fachmann begreift, daß der gewünschte Grad von Verbesserung der Beschichtungs-Gleichförmigkeit von vielen Faktoren abhängt, einschließlich der Art der Beschichtung, der Beschichtungsausrüstung und Beschichtungsumstände und der beabsichtigten Verwendung des beschichteten Substrats.
Durch den Einsatz unserer Erfindung können 100 Feststoff-Beschichtungsverbindungen in leerstellenfreie oder im wesentlichen leerstellenfreie ausgehärtete Beschichtungen mit sehr niedrigen durchschnittlichen Endmaßen umgesetzt werden. Beispielsweise lassen sich Beschichtungen mit Dicken von weniger als 5 Mikrometer, weniger als 1 Mikrometer, weniger als 0,5 Mikrometer oder weniger als 0,1 Mikrometer problemlos erzielen. Beschichtungen mit Dicken von mehr als 5 Mikrometer können ebenfalls erhalten werden. In solchen Fällen kann es nützlich sein, die Oberflächen von einer oder mehreren (oder sogar allen) Bestückungsvorrichtungen mit Rillen zu versehen, zu rändeln, zu ätzen oder anderweitig derart zu strukturieren, daß sie die erhöhte nasse Beschichtungsdicke aufnehmen können.
Weitere Einsicht in unsere Erfindung kann beim Überprüfen von 19 bis 26 erhalten werden. 19 bis 21 und 24 bis 26 sind Verbesserungsdiagramme in der Form von Grauskalen-Darstellungen, und 22 und 23 sind graphische Darstellungen, die sich auf 21 beziehen. Diese Verbesserungsdiagramme wurden durch umfangreiche Rechner-Modellerstellungen von einer sehr großen Anzahl von Betriebsmodi erstellt. Die Verbesserungsdiagramme veranschaulichen den Einfluß, den verschiedene Parameter auf Beschichtungskontinuität und Endmaßgleichförmigkeit haben. Die Beschichtungen werden aus ungleichmäßigen anfänglichen Beschichtungen erzeugt, die durch Aufbringen von periodischen querverlaufenden Bahnstreifen auf eine Bahn erzeugt werden. Wir stützten unsere Bewertung auf eine Gleichförmigkeitsmetrik, die wir als das "dimensionslose Mindestendmaß" bezeichnet haben, das als das Verhältnis des niedrigsten Endmaßes der Beschichtung dividiert durch das durchschnittliche Endmaß berechnet wird. Unter Verwendung dieser Gleichförmigkeitsmetrik entspricht ein höheres dimensionsloses Mindestendmaß einer gleichförmigeren Beschichtung.
Jeder Punkt auf den Verbesserungsdiagrammen stellt das dimensionslose Mindestendmaß dar, das für eine Beschichtungsstation/Verbesserungsstation-Kombination erhalten wurde, die gemäß gewissen festen, im folgenden erläuterten Parametern und gewissen Variablen hergestellt wurde, die auf der X-Achse und der Y-Achse jedes Diagramms angegeben sind. Diese Variablen umfassen dimensionslose Walzengrößen und dimensionslose Streifenbreiten. Die dimensionslose Walzengröße ist die Zeitperiode der Walzendrehung dividiert durch die Periode der zugeführten Ungleichförmigkeit. Wenn sich die Walzengröße nicht verändert, und ihre Oberflächengeschwindigkeit der Bahngeschwindigkeit entspricht, ist die dimensionslose Walzengröße gleich dem Walzenumfang dividiert durch die Ungleichförmigkeits-Wellenlänge, wobei die Wellenlänge die Länge zwischen aufeinander folgenden Streifen der Beschichtung ist. In den Verbesserungsdiagrammen wurde die Wellenlänge als konstant angenommen. Die dimensionslose Streifenbreite ist die Streifenbreite in Maschinenrichtung dividiert durch die Wellenlänge oder die Zeit, in welcher der Streifen an einem Beobachter vorbeiläuft, dividiert durch die Periode der Ungleichförmigkeit. Es ist möglich, sehr dicke Endmaß-Beschichtungsstreifen aufzubringen. Diese verteilen sich nach dem ersten Durchgang durch einen Walzenspalt oft in breitere Streifen. Die Streifenbreite für diese Erläuterung wird als die Breite direkt nach dem ersten Durchgang durch einen Walzenspalt definiert.
Das erforderliche dimensionslose Mindestendmaß hängt von der speziellen Anwendung ab. Beispielsweise unterscheiden sich die Anforderungen für beschichtete Schleifmittel, Band- und optische Folien voneinander. Die Anforderungen unterscheiden sich auch innerhalb einer Produktklasse. Beispielsweise weisen grobe Schleifmittel, die für die Holzbearbeitung verwendet werden, eine weniger strenge Anforderung an die Endmaßgleichförmigkeit auf als Mikroschleifmittel, die zum Polieren von Teilen von Plattenlaufwerken verwendet werden. Allgemein gilt, je dünner das durchschnittliche Endmaß, um so strenger die Anforderung an die Gleichförmigkeit. Als verbreitete Allgemeingültigkeit be deutet eine höhere Gleichförmigkeit, daß das Mindestbeschichtungsendmaß (das Mindestmaß der Beschichtungsverteilung) 90 bis 100 Prozent des durchschnittlichen Endmaßes beträgt, was einem dimensionslosen Mindestendmaß von 0,9 bis 1,0 entspricht. Die Bildtexte zu den Verbesserungsdiagrammen identifizieren eine Reihe von dimensionslosen Mindestendmaßwerten, die jedem von mehreren Grauskalenwerten zugeordnet sind. Weiße Flächen auf den Verbesserungsdiagrammen stellen Flächen mit größerem dimensionslosen Mindestendmaß dar, und dunklere Flächen stellen Flächen mit kleinerem dimensionslosen Mindestendmaß dar, doch die zugeordneten Bereiche sind nicht die gleichen auf jedem Verbesserungsdiagramm.
19 ist ein Verbesserungsdiagramm, welches das dimensionslose Mindestendmaß für alle Kombinationen von Walzengrößen oder Perioden für Fälle zeigt, in denen nur zwei Bestückungswalzen verwendet werden. Diese Walzen sind mit aa und bb bezeichnet. Eine dimensionslose Streifenbreite von 0,1 wurde in dieser Simulation verwendet. Das Verbesserungsdiagramm veranschaulicht, daß die Verwendung von nur zwei Walzen eine sehr schlechte Beschichtungs-Gleichförmigkeit erzeugt. Die dimensionslosen Mindestendmaßwerte reichen von 0,0 bis 0,3. Für einige ausgewählte Walzendurchmesser ist die Beschichtung nicht durchgehend, was zu einem Mindestendmaß von Null führt. Es gibt keine Kombination, die ein akzeptables Mindestendmaß erzeugt, das größer als 0,3 ist. Ein dimensionsloser Mindestwert in der Nähe von 1,0 ist erwünscht und wird durch keine Kombination von Parametern erreicht, die in 19 veranschaulicht sind.
20 ist ein Verbesserungsdiagramm für eine dimensionslose Streifenbreite von 0,98. Der Vergleich von 19 und 20 zeigt, daß, obwohl breitere Streifenbreiten eine Verbesserung der Gleichförmigkeit ergeben, zwei Bestückungswalzen nicht ausreichend sind, um eine zufriedenstellende Gleichförmigkeit für Anwendungen zu erzeugen, in denen das erforderliche dimensionslose Mindestendmaß größer als 0,7 ist. Eine Streifenbreite von 0,98 entspricht einer gleichförmigen Beschichtung mit einer periodischen Leerstelle, wobei die Leerstellenlänge 2% der Wiederholungslänge für den Fehler beträgt. Die Verwendung von zwei Berührungswalzen der gleichen Größe erzeugt zusätzliche Fehler aus den anfänglichen Leerstellen, die von kleinerem als durchschnittlichem Endmaß sind. Das Ergebnis ist eine Vervielfachung der Anzahl von Fehlern.
21 ist ein Verbesserungsdiagramm für optimal ausgewählte dimensionslose Streifenbreiten von 0,05 bis 0,475. Für jedes Paar von Walzengrößen wird das höchste Mindestbeschichtungsendmaß, das für alle untersuchten Streifenbreiten gefunden wurde, aufgetragen. Mit anderen Worten, es wurde die optimale Streifenbreite für jeden Punkt auf diesem Konturdiagramm verwendet, so daß die Streifenbreite an verschiedenen Koordinaten unterschiedlich ist. Keine Kombination von nur zwei Walzengrößen und einer optimalen Streifenbreite ergab ein dimensionsloses Mindestendmaß von mehr als 0,9. Jedoch gestatten zwei Walzen die vollständige Abdeckung der Bahn, wenn dimensionslose Streifenbreiten bis zu 0,475 verwendet werden, und wenn die dimensionslosen Walzengrößen und die dimensionslose Streifenbreite optimal ausgewählt werden. 21 gibt an, daß für eine Verbesserungsstation mit zwei Walzen die dimensionslosen Walzengrößen von 0,66 und 0,34 eine nahezu optimale Auswahl zum Maximieren des dimensionslosen Mindestendmaßes sind. Die graphische Darstellung in 22 zeigt, daß die beste dimensionslose Streifenbreite für dieses Walzenpaar fast 0,35 beträgt. Sie zeigt auch, daß keine dimensionslose Streifenbreite zwischen 0 und 0,15 verwendet werden konnte, um ein dimensionsloses Mindestendmaß von mehr als 0,0001 zu erzeugen. Dies zeigt, daß funktionelle Leerstellen in den Beschichtungen vorhanden sind, die unter solchen Be dingungen aufgebracht werden. Das stromabwärts der Bahn liegende Beschichtungsprofil für ein Walzenpaar mit dimensionslosen Walzengrößen von 0,66 und 0,34 und einer dimensionslosen Streifenbreite von 0,35 ist in der graphischen Darstellung in 23 gezeigt. Die vollständige Abdeckung der Bahn wird angegeben, und die dimensionslosen niedrigsten und höchsten Endmaße betragen 0,81 und 1,84. Dieser Bereich wäre für einige Anwendungen akzeptabel, im allgemeinen wäre sie für Anwendungen, die eine Präzisionsbeschichtung erfordern, aber nicht akzeptabel.
Die Verbesserungsdiagramme in 24 und 25 zeigen die Ergebnisse unter Verwendung einer dimensionslosen Streifenbreite von 0,05, (einer leicht ausführbaren Breite), und vier Walzen (24) oder zehn Walzen (25) von nur zwei verschiedenen Größen. Die Verwendung von vier Walzen ist besser als zwei Walzen, und zehn sind besser als vier. Das größte dimensionslose Mindestendmaß bei der Verwendung von zehn Walzen liegt im Bereich von 0,855 bis 0,95. Das größte dimensionslose Mindestendmaß bei der Verwendung von vier Walzen liegt im Bereich von 0,315 bis 0,35. Diese Verbesserungsdiagramme veranschaulichen auch, daß zahlreiche Paare von Walzengrößen eine schlechte Leistung liefern können.
Die Verbesserungsdiagramme in 19 bis 21 und 24 bis 26 identifizieren Kombinationen von Walzengrößen, die vorzugsweise verwendet oder vermieden werden könnten. Als eine erste Daumenregel ausgedrückt bevorzugen wir die Auswahl von Walzengrößen, die keine partiellen dimensionslosen Walzengrößen ("partielle Walzengrößen") sind, wobei der Bruchteil durch m/d angegeben wird, wobei d eine ganze Zahl kleiner als 41 und m eine beliebige ganze Zahl ist. Des weiteren sind Inseln und Bereichsbänder mit weniger als der besten Leistung in den Verbesserungsdiagrammen von 24 und 25 zu finden. Inseln mit weniger als der besten Leistung sind um die X- und Y-Werte zentriert, die den Brüchen u/v entsprechen, wobei u und v ganze Zahlen sind, die im allgemeinen kleiner als 20 sind. Die Größe einer Insel ist örtlich proportional zu dem niedrigsten gemeinsamen Nenner der X-Achse und Y-Achse des als ein Bruch ausgedrückten Inselmittelpunkts. Bänder mit weniger als der besten Leistung gehen auch von jeder Achse entlang gerader Linien aus, wobei die Achsenwerte Brüche sind. Die Linien werden durch die Familie von Parametergleichungen y = (s/t)x + u/v beschrieben, wobei s, t, u und v alle ganze Zahlen sind, die im allgemeinen zwischen –20 und 20 liegen, wobei y die Y-Achse und x die X-Achse ist. Als eine zweite Daumenregel ausgedrückt bevorzugen wir es, keine Paare von Walzengrößen x und y zu verwenden, die durch die Gleichungen y = (s/t)x + u/v in Beziehung stehen, wobei s, t, u und v alle ganze Zahlen sind, die im allgemeinen zwischen –20 und 20 liegen. Als eine dritte Daumenregel ausgedrückt bevorzugen wir es, keine Paare von Walzengrößen x und y zu verwenden, die irgendeinem Schnittpunkt der Linien entsprechen, die durch die Gleichungen y = (s/t)x + u/v beschrieben werden, wobei s, t, u und v alle ganze Zahlen sind, die im allgemeinen zwischen –20 und 20 liegen. Wenn die Streifenbreite nicht kontrolliert werden kann oder unbekannt ist, bevorzugen wir die Anwendung jeder der oben genannten ersten, zweiten und dritten Daumenregel.
Wir haben festgestellt, daß für typische industrielle Beschichtungsmaterialien leicht zu erhaltende dimensionslose Streifenbreiten im allgemeinen im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,15 liegen. Für solche Materialien und dimensionslose Streifenbreiten bevorzugen wir es, wenigstens drei Walzen zu verwenden, alle mit unterschiedlichen Größen, und noch bevorzugter vier oder mehr Walzen, alle von unterschiedlicher Größe. 26 ist ein Verbesserungsdiagramm für eine Vorrichtung wie derjenigen, die in 16 dargestellt ist, die vier periodische Bestückungswalzen zum Be rühren der benetzten Seite der Bahn verwendet. Eine kleine dimensionslose Streifenbreite von 0,05 wird zusammen mit ersten und zweiten Berührungswalzen mit entsprechenden dimensionslosen Walzengrößen von 0,955 und 0,44 verwendet. 26 zeigt die dimensionslosen Mindestendmaße für Kombinationen von dritten und vierten Berührungswalzen mit dimensionslosen Walzengrößen von weniger als 1,0. Die weißen Bereiche identifizieren Auswahlen für die dritten und vierten dimensionslosen Walzengrößen, wobei das dimensionslose Mindestendmaß zwischen 0,558 und 0,62 liegt. Obwohl diese Bereiche keine höhere Endmaßgleichförmigkeit aufweisen, kann die Verwendung von zusätzlichen Walzen das dimensionslose Mindestendmaß näher an 1,0 bringen.
Wir haben durch die Durchführung zahlreicher mathematischer Simulationen unseres Verfahrens ebenfalls festgestellt, daß es bevorzugte Auswahlen von dimensionslosen Walzengrößen und dimensionslosen Streifenbreiten gibt, wenn mehrere Walzen verwendet werden, um ein Muster von periodischen Streifen in eine durchgehende Beschichtung zu verteilen. Diese Größen stehen mit der Breite der Streifen in Beziehung. Wenn die dimensionslose Streifenbreite durch das Symbol Y dargestellt wird, und die dimensionslose Walzengröße durch das Symbol X dargestellt wird, dann können Kombinationen von Auswahlen dieser Variablen durch Punkte auf der rechtwinkligen Ebene dargestellt werden, die auf einer graphischen X-Y-Darstellung zwischen den Linien Y = 0, Y = 1, X = 0 und X = 1 ausgebildet wird. Wir haben festgestellt, daß bevorzugte Kombinationen Punkte sind, die in den Bereichen zwischen den zahlreichen Paaren von Linien A und A' liegen, wobei A eine Linie ist, die durch die Formel X = mY + b beschrieben wird, und A' eine Linie ist, die durch die Formel X = m'Y + b' beschrieben wird. Die Werte der Parameter m, m', b und b' werden im folgenden ausführlicher beschrieben. Als eine vierte Daumenregel ausgedrückt bevorzugen wir es daher, Walzengrößen- und Streifen breiten-Kombinationen zu verwenden, die zwischen den Linien X = mY + b und X = m'Y + b' liegen.
Der Parameter m' entspricht vorzugsweise 0,85 mal m, und der Parameter b' entspricht vorzugsweise b. Wir bevorzugen, daß m und b Werte aufweisen, die zu gewissen bevorzugten Brüchen in Beziehung stehen. Die bevorzugten Brüche werden durch n/d angegeben, wobei n und d ganze Zahlen sind und d kleiner als 41 und nicht Null ist. Die Größe n kann jede ganze Zahl sein, die größer als Null ist. Die Größe m kann jeden der Werte aufweisen, der durch die Beziehungen m = k(d) und m = –k(d) angegeben wird, wobei k eine ganze Zahl ist und alle Werte zwischen 1 und 5 annehmen kann. Die Größe b wird durch b = n/d angegeben. Wir bevorzugen auch, daß die dimensionslose Streifenbreite größer als 0,05 ist. Als eine fünfte Daumenregel ausgedrückt, wenn eine Veränderung in der Streifenperiode oder dimensionslosen Streifenbreite vorliegt; bevorzugen wir es daher, Kombinationen aus dimensionsloser Walzengröße und dimensionsloser Streifenbreite zu verwenden, die zwischen den Linien X = 0, 85 mY + b und X = m'Y + b' liegen.
Wenn Walzengrößen ausgewählt werden, ergaben unsere Untersuchungen, daß partielle Walzengrößen vorzugsweise vermieden werden. Wir stellten auch andere Kombinationen von Größen fest, die vorzugsweise vermieden werden. Diese liegen in Bereichen, die mit den partiellen Walzengrößen zwischen den Kurven S und den Linien Y = 0 auf einer X-Y-Darstellung liegen, wobei die S-Kurven beschrieben werden durch die Formel: S = hC(4000) {abs(X – n/d)}Q + 1/d + 2 (X – n/d)Signum(n/d – X))wobei:

n/d: jede partielle Walzengröße ist, wobei n gleich oder größer Null und kleiner als 41 ist, und d eine positive ganze Zahl zwischen Null und 41 ist;
h: eine positive ganze Zahl gleich oder kleiner d ist;
Q: gleich 1 + 1,25{1 – (h – 1)/(2h + 1)}^h ist; und
C: gleich 1 (oder 0,85 ist, wenn willkürliche Veränderungen in der Periode oder der Breite des Streifens vorhanden sind).

Als eine sechste Daumenregel ausgedrückt bevorzugen wir es daher, Kombinationen von Walzengröße und Streifenbreite zu verwenden, die in den Bereichen zwischen den Kurven S und der Linie Y = 0 liegen.
Wie oben angegeben, kann das Verfahren der Erfindung angetriebene Bestückungswalzen verwenden, deren Drehgeschwindigkeit vor oder während des Betriebs der Verbesserungsstation ausgewählt oder verändert wird. Die Periode einer Bestückungswalze kann auch auf andere Weise verändert werden. Beispielsweise kann der Rollendurchmesser geändert werden, (z.B. durch Aufblasen oder Luft ablassen oder sonstigem Vergrößern oder Schrumpfen der Walze), wobei die Oberflächengeschwindigkeit der Walze beibehalten wird. Die Walzen müssen keine konstanten Durchmesser aufweisen; falls gewünscht, können sie ballige, geschüsselte, kegelförmige oder andere Schnittformen aufweisen. Diese anderen Formen können das Verändern der Perioden einer Gruppe von Walzen unterstützen. Die Position der Walzen oder die Substratpfadlänge zwischen den Walzen kann ebenfalls während des Betrieb verändert werden. Eine oder mehrere der Walzen können derart positioniert werden, daß ihre Drehachse nicht senkrecht (oder nicht immer senkrecht) zu dem Substratpfad ist. Eine derartige Positionierung kann die Leistung verbessern, weil eine derartige Walze dazu neigt, Beschichtung aufzunehmen und in einer seitlich versetzten Position auf dem Substrat wieder aufzubringen. Wie oben erwähnt, kann eine periodisch aufgebrachte Beschichtung außerdem der Verbesserungsstation zugeführt werden, und diese Periode kann verändert werden. Alle derartigen Veränderungen sind ein nützlicher Ersatz für oder eine Ergänzung zu den oben erläuterten Daumenregeln zur Bestimmung der Walzengröße. Alle können dazu verwendet werden, die Leistung der Verbesserungsstation und die Gleichförmigkeit des Endmaßes der fertigen Beschichtung zu beeinflussen. Wir haben beispielsweise festgestellt, daß kleine Veränderungen in den relativen Geschwindigkeiten oder der Periodizität der Vorrichtungen oder zwischen einer oder mehreren der Vorrichtungen und dem Substrat zum Verbessern der Leistung nützlich sind. Es können willkürliche oder kontrollierte Veränderungen verwendet werden. Die Veränderung wird vorzugsweise durch unabhängiges Antreiben der Walzen unter Verwendung von getrennten Motoren und Veränderung der Motordrehzahlen vorgenommen. Dem Fachmann ist klar, daß die Drehgeschwindigkeiten auch auf andere Weise verändert werden können, z.B. durch Verwenden von drehzahlvariablen Übersetzungen, Zahnriemenscheiben- oder Kettenzahnrad-Systemen, bei denen ein Zahnscheiben- oder Kettenrad-Durchmesser geändert wird, Sperrkupplungstrieben, Bremsen oder Walzen, die nicht direkt angetrieben werden, sondern durch Berührung mit einer anderen Walze friktionsgetrieben werden. Es können periodische und nicht-periodische Veränderungen verwendet werden. Nicht-periodische Veränderungen können intermittierende Veränderungen und auf linearen taktgebundenen Rampenfunktionen basierende Veränderungen, Zufallsbewegungen und andere nicht-periodische Funktionen umfassen. Alle derartigen Veränderungen scheinen die Leistung einer Verbesserungsstation, die eine feste Anzahl von Walzen enthält, verbessern zu können. Verbesserte Ergebnisse werden mit Geschwindigkeitsveränderungen erhalten, die so niedrige Amplituden wie 0,5 Prozent des Durchschnittswerts aufweisen.
Konstante Drehzahldifferenziale sind ebenfalls nütz lich. Dies gestattet es einem, Umdrehungsperioden auszuwählen, die Bereiche mit schlechter Leistung vermeiden. Bei festen Umdrehungsgeschwindigkeiten werden diese Bereiche vorzugsweise durch Auswählen der Walzengrößen vermieden.
Ein weiterer Gesichtspunkt unserer Erfindung ist, daß sie die Geschwindigkeit der Trocknung von flüchtigen Flüssigkeiten auf einem Substrat erhöht. Die Trocknung wird oft ausgeführt, nachdem ein Substrat durch Waschen oder das Durchlaufen durch eine Behandlungsflüssigkeit behandelt worden ist. Hier besteht das Prozeßhauptziel nicht darin, eine Flüssigkeitsbeschichtung aufzubringen, sondern stattdessen Flüssigkeit zu entfernen. Beispielsweise treten im allgemeinen Flüssigkeits-Tröpfchen, -Flecken oder -Filme bei Bahnbearbeitungs-Abläufen, wie beispielsweise Plattieren, Beschichten, Ätzen, chemischer Behandlung, Drucken und Schlitzen, sowie beim Waschen und Reinigen von Bahnen zur Verwendung in der Elektronikindustrie auf.
Wenn eine Flüssigkeit auf ein Substrat in der Form von Tröpfchen, Flecken oder Beschichtungen von veränderlicher Gleichförmigkeit aufgebracht wird oder darauf vorhanden ist, und wenn ein trockenes Substrat erwünscht ist, dann muß die Flüssigkeit entfernt werden. Dieses Entfernen kann beispielsweise durch Verdampfen oder durch Umwandeln der Flüssigkeit in einen festen Rückstand oder Film stattfinden. In industriellen Einrichtungen wird die Trocknung normalerweise in einem Ofen vorgenommen. Die zum Erzeugen einer trockenen Bahn erforderliche Zeit hängt von der Zeit ab, die zum Trocknen des dicksten vorhandenen Endmaßes benötigt wird. Herkömmliche Umluftöfen erzeugen eine gleichmäßige Wärmeübertragung und stellen keine höhere Trocknungsgeschwindigkeit an Stellen mit dickerem Endmaß bereit. Dementsprechend müssen Ofenauslegung und -größe die höchste voraussichtliche Trocknungslast berücksichtigen.
Bei typischen Herstellungsabläufen kann die Trocknung erschwert werden aufgrund von unbeabsichtigten, aber allgemein auftretenden Beschichtungsprozeßfaktoren, wie beispielsweise Fehlern des Bedieners, Systemsteuerungs-Fehlfunktionen oder Maschinenausfällen. Diese Faktoren können große Erhöhungen des Beschichtungsendmaßes verursachen (z.B. um einen Faktor von 10 oder mehr). Ein typisches Beispiel ist einen momentaner Verlust des Hydraulikdrucks, der den Dosierungsspalt einer Gegenlaufwalzenstreichmaschine geschlossen hält. Wenn der Trocknungsabschnitt einer Beschichtungsverfahrens-Straße nicht mit beträchtlicher Überkapazität ausgelegt ist, kann das Auftreten eines derartigen akuten Anstiegs dazu führen, daß sich die Bahn am Ende der Verfahrensstraße aufwickelt. Dies kann die gesamte aufgewickelte Bahn unbrauchbar machen. Wenn die Beschichtungsflüssigkeit zudem ein entflammbares Lösungsmittel enthält, entstehen unter Umständen entflammbare Konzentrationen von Lösungsmittel am Wickler. Da die Walzenwicklungsstation oft beachtliche elektrostatische Entladungen verursacht, können Feuer oder Explosionen auftreten.
Die Verbesserungsstationen unserer Erfindung reduzieren die Zeit beträchtlich, die zum Erzeugen eines trockenen Substrats erforderlich ist, und verbessern die Auswirkungen von akuten Beschichtungsendmaß-Anstiegen erheblich. Die Verbesserungsstation verringert akute Anstiege des Beschichtungsendmaßes aus den oben bereits erläuterten Gründen. Selbst wenn die Beschichtung, die in die Verbesserungsstation gelangt, bereits gleichförmig ist, erhöht die Verbesserungsstation die Geschwindigkeit der Trocknung erheblich. Ohne durch Theorie gebunden sein zu wollen, sind wir der Ansicht, daß die wiederholte Berührung der nassen Beschichtung durch die Bestückungsvorrichtungen den exponierten Flüssigkeits-Oberflächenbereich vergrößert, wodurch die Geschwindigkeit von Wärme- und Masseübertragung erhöht wird. Das wiederholte Aufteilen, Entfernen und erneute Aufbringen von Flüssigkeit auf das Substrat kann die Trocknungsgeschwindigkeit ebenfalls verbessern, indem Temperatur- und Konzentrationsgradienten und die Wärme- und Massenübertragungsgeschwindigkeit erhöht werden. Außerdem können Nähe und Bewegung der Bestückungsvorrichtung auf dem nassen Substrat helfen, die Geschwindigkeit einschränkende Grenzflächen in der Nähe der Flüssigkeitsoberfläche der Bahn aufzubrechen. Alle dieser Faktoren scheinen die Trocknung zu unterstützen. Bei Prozessen mit einer sich bewegenden Bahn ermöglicht dies den Einsatz von kleineren oder kürzeren Trocknungsstationen (z.B. Trocknungsöfen oder Gebläse) stromabwärts der Bahn von der Beschichtungsstation. Falls gewünscht, kann die Verbesserungsstation sich in die Trocknungsstation erstrecken.
Die Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung können verwendet werden, um Beschichtungen auf eine Reihe von biegsamen oder starren Substraten, einschließlich Papier, Kunststoff, Glas, Metalle und Verbundmaterialien, aufzutragen, sie gleichförmiger zu machen oder zu trocknen. Die Substrate können im wesentlichen durchgehend (z.B. Bahnen) oder von finiter Länge (z.B. Bögen) sein. Die Substrate können eine Reihe von Oberflächen-Topographien aufweisen, einschließlich glatte, strukturierte, gemusterte, mikrostrukturierte und poröse Oberflächen, (z.B. glatte Folien, geriffelte Folien, prismatische optische Folien, elektronische Schaltkreise und Vliesbahnen). Die Substrate können eine Reihe von Verwendungen aufweisen, einschließlich Bändern, Membranen (z.B. Brennstoffzellen-Membranen), Isolierung, optische Folien oder Komponenten, elektronische Folien, Komponenten oder Zwischenprodukte davon, und ähnliches. Die Substrate können eine Schicht oder viele Schichten unter der Beschichtungsschicht aufweisen.
Die Erfindung ist des weiteren in den folgenden Bei spielen dargestellt, in denen alle Bestandteile und prozentualen Angaben nach Gewicht angegeben sind, sofern nichts anderes angegeben ist.
Beispiel 1
Unter Verwendung einer modifizierten Beschichtungs- und Aushärtungsmaschine wurde eine Rolle von gegossener Polypropylenfolie mit einer ultravioletten (UV) polymerisierbaren Formulierung einer Epoxidharz-Silikon abgebenden Beschichtung mit einem Epoxidharz-Äquivalenzgewicht von 530 beschichtet, die wie die abgebende Beschichtung des Beispiels 3 des U.S.-Patents Nr. 5,332,797 angesetzt wurde. Das reaktive Gemisch enthielt 97 Teile Epoxidharz-Silikon, 2 Teile Bis(dodecylphenyl)iodonium-Hexafluoroantimonat, 3 Teile ALFOL^TM 1012HA und 0,2 Teile 2-Isopropylthioxanthon. Die Polypropylenfolie wies ein Endmaß von 50 Mikrometer auf war 152 mm breit mit einem matten Oberflächenzustand. Die Beschichtung wurde nicht direkt auf die Bahn aufgebracht; stattdessen wurde sie auf ein Endlos-Übertragungsband als periodisches Streifenmuster aufgetragen. Die Beschichtung auf dem Übertragungsband wurde gleichförmig gemacht, indem sie durch eine Verbesserungsstation hindurchgeführt wurde. Die so verbesserte glatte, dünne Beschichtung wurde auf die Bahn mit einer Abzugswalzenanordnung aufgebracht. Die Beschichtung wurde auf der Bahn mit UV-Energie ausgehärtet.
Der Bahnpfad führte von der Abwickelrolle einer HIRANO MULTI COATER^TM-Beschichtungsmaschine des Typs M-200 (Hirano Tecseed Company, Ltd.) durch den Walzenspalt von zwei angetriebenen Walzen auf der Beschichtungsmaschine durch eine Aushärtungsstation Modell 1250 UV (Fusion UV Systems, Inc.), die an die Beschichtungsmaschine und eine Bahn-Aufwicklung angeschlossen war. Der Walzenspalt wies eine obere Walze aus Stahl und eine untere Walze aus Gummi auf. Die UV-Aushärtungs station wurde mit ihrer niedrigen Leistungsstufe betrieben.
Die Verbesserungsstation wies eine Reihe von zwölf nicht-angetriebenen Bestückungs-Berührungswalzen mit Durchmessern von 54,86, 72,85, 69,52, 62,64, 56,90, 52,53, 66,04, 39,65, 41,66, 69,09, 53,92 und 49,33 mm ± 0,025 Millimeter auf. Die Walzen wurden von Webex Inc. bezogen als dynamisch ausgewuchtete angetriebene Walzen aus Stahl mit verchromten Walzenflächen, die auf 16 Ra feinverarbeitet waren. Ein mit Silikongummi überzogenes Gewebeband mit einer Breite von 152 Millimetern und einer Länge von 3,05 Metern wurde durch die Verbesserungsstation, um die untere Walze des Walzenspalts auf der Beschichtungsmaschine und dann vorbei an einer zum Band querverlaufenden Streifenaufbringposition eingefädelt, an der die abgebende Beschichtungsformulierung auf das Band aufgebracht werden konnte. Das Band wurde als nächstes um eine erste Gruppe von fünf Bestückungs-Berührungswalzen eingefädelt, wobei der Bahnpfad derart ausgelegt war, daß wenigstens 45 Grad einer Umwicklung um jede Walze erreicht wurden. Das Band wurde dann um eine Bandsteuereinheit MDG SERIES DISPLACEMENT GUIDE (Coast Controls Corp.) eingefädelt, die verwendet wurde, um die präzise Verfolgung durch die Verbesserungsstation aufrechtzuerhalten. Von der Steuereinheit wurde das Band vorbei an einer zweiten Gruppe von sieben Bestückungs-Berührungswalzen, wobei eine Umwicklung von wenigstens 45 Grad um jede Walze ausgeführt wurde, in den Walzenspalt der Beschichtungsstation und dann zurück zu der Verbesserungsstation eingefädelt. Die Bandenden wurden miteinander verbunden, um eine Endlosschleife auszubilden. Die Abzugswalzen wurden gegenläufig gedreht als ein Paar mit abgestimmten Oberflächengeschwindigkeiten im Walzenspaltbereich. Das Band wurde durch seinen Kraftschluß mit der Gummiwalze angetrieben, und die Bahn wurde durch ihren Kraftschluß mit der Stahlwalze angetrieben.
Die Beschichtungsstation verwendete einen luftbetriebenen, quer zum Band verlaufenden Schwingmechanismus, der eine Katheternadel quer über das Band vor- und zurückschwang mit einer Geschwindigkeit von 48 Zyklen pro Minute. Der Schwingmechanismus war ein Modell BC406SK13.00 TOLOMATIC^TM Band Cylinder (Tol-O-Matic, Inc.). Die Katheternadel war eine 32 mm lange Nadel der Größe 20 mit rechtwinkliger Spitze von Abbott Ireland. Der Mechanismus wurde derart eingestellt, daß die Nadelspitze das Band berührte, wenn sie zyklisch über das Band geführt wurde. Zwei parallele Abfangplatten wurden 138 mm voneinander über dem Band positioniert und fingen die Bahn der Nadel ab, um zu verhindern, daß Beschichtungsflüssigkeit entlang von 7 mm breiten Bahnspuren abgelegt wurde, die sich von jeder Kante des Bands nach innen erstreckten. Ein dosierter Fluß der Beschichtungsflüssigkeit wurde in die Nadel gepumpt, um einen diagonal über die Bahn verlaufenden Streifen zu erzeugen, wenn sich sowohl die Nadel als auch das Band bewegten. Die Dosierpumpe war eine Zahnradpumpe mit einer Kapazität von 0,292 Kubikzentimeter pro Umdrehung, angetrieben von einem digitalen Dosiersystem des Typs QM (beides bezogen von Parker Hanniford Corp.).
Unter Einsatz dieser Vorrichtung und bei einer Bahngeschwindigkeit von 3 Metern pro Minute wurden drei verschiedene Fließgeschwindigkeiten der Beschichtungsflüssigkeit verwendet, um Beschichtungsendmaße von 0,2, 0,4 und 0,6 Mikrometer zu erzeugen. Die Abgabeeigenschaften der beschichteten Proben wurden jeweils mit durchschnittlich 398, 458 und 501 Gramm pro 2,54 Zentimeter Breite ermittelt. Die Standardabweichungen der Abgabeeigenschaften betrugen jeweils 19, 28 und 24 Gramm pro 2,54 Zentimeter Breite. Dies gibt an, daß im wesentlichen leerstellenfreie Beschichtungen mit sehr guter Beschichtungsendmaß-Gleichförmigkeit erhalten wurden.
Beispiel 2
Unter weiterer Modifizierung der Beschichtungs- und Aushärtungsmaschine von Beispiel 1 wurde eine Rolle von gegossener Polyesterfolie mit zwei Silikon abgebenden Materialien in nebeneinander aneinander angrenzenden Streifen beschichtet. Die Beschichtungsflüssigkeit bestand aus zwei UV polymerisierbaren Silikon abgebenden Beschichtungsverbindungen mit verschiedenen Abgabemerkmalen. Die erste Verbindung, eine Formulierung mit sogenannter "erstklassiger Abgabe", enthielt 55 Gewichtsanteile von RC711^TM Silikon und 45 Gewichtsanteile von RC726^TM Silikon, beide erhältlich von Goldschmidt Chemical Corp. Die zweite Verbindung, eine Formulierung mit sogenannter "mittlerer Abgabe", enthielt 100 Gewichtsanteile RC711 Silikon. Zu jeder dieser Verbindungen wurden 3 Gewichtsanteile des Aushärtungsmittels DANOCUR^TM 1173 (Ciba-Geigy Corp.) hinzugefügt.
Die Zielbahn war die Polyesterfolie SCOTCHPAR^TM (3M) mit einem Endmaß von 35,6 Mikrometer und einer Breite von 152 mm. Für alle Proben wurde eine Bahngeschwindigkeit von 16,1 Meter pro Minute verwendet. Eine Aushärtungsstation Modell 1223 UV (Fusion UV Systems, Inc.) wurde anstelle der in Beispiel 1 verwendeten Station des Modells 1250 an die Beschichtungsmaschine angeschlossen. Die Aushärtungsstation wurde mit ihrer niedrigen Leistungsstufe betrieben, wobei eine stickstoffinerte Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 50 Teilchen pro Million in der Aushärtungskammer aufrechterhalten wurden.
Die Verbesserungsstation und das Übertragungsband waren die gleichen wie in Beispiel 1. Der Walzenspalt wurde mit einer Stahlwalze an der oberen Seite und einer Gummiwalze an der Unterseite ohne Unterschnitte ausgelegt, um 152 Millimeter von Walzenspaltberührung zu ergeben. Die Bahn wurde um die obere Stahlwalze des Walzenspalts gewunden, und das Band wurde um die untere Gummiwalze gewunden. Die Abzugswalzen wurden gegenläufig gedreht als ein Paar mit abgestimmten Oberflächengeschwindigkeiten im Walzenspaltbereich. Das Band wurde durch seinen Kraftschluß mit der Gummiwalze angetrieben, und die Bahn wurde durch ihren Kraftschluß mit der Stahlwalze angetrieben.
Die Beschichtungsstation verwendete eine nebeneinander liegende doppelte Applikator-Düse 270, wie diejenige, die in 27 gezeigt ist. Die erste Flüssigkeits-Beschichtungsverbindung 271 wurde von einem Behälter 272 durch eine Dosierpumpe 273 durch eine Leitung 274 und eine Zufuhröffnung 275 zu einem ersten inneren Hohlraum 276 in dem Düsenblock 280 zugeführt. Ein erster Schlitz 277 gestattet es der Flüssigkeit 271, auf die Düsenlippe 278 herauszufließen. Die zweite Verbindung 281 wurde von einem Behälter 282 durch eine Dosierpumpe 283 durch eine Leitung 284 und eine Zufuhröffnung 285 zu einem zweiten inneren Hohlraum 286 in dem Düsenblock 280 zugeführt. Ein zweiter Schlitz 287 gestattet es der Flüssigkeit 281, auf die Düsenlippe 278 herauszufließen. Die Dosierpumpen waren die gleichen wie in Beispiel 1. Innere Dämme 279 und 289 unterbrechen die Schlitze 277 und 287 derart, daß die Flüssigkeiten 271 und 281 auf die Düsenlippe 278 nur in beabstandeten, quer über die Bahn verlaufenden Bahnspuren fließen, die durch das Fehlen eines Damms definiert werden. Die Flüssigkeiten 271 und 281 bleiben auf der Lippe, bis das Band 300 sie berührt. Das Band wird auf der Walze 301 vorbei an und unter der Düse 270 hindurch übersetzt. Auf dem Umfang der Walze 302 ist entlang ihrer Achse ein Höckerkissen 304 befestigt. Das Höckerkissen war ein 3 mm hoher und 6 mm breiter Schaumstoffblock. Bei jeder Umdrehung der Walze 302 hebt das Höckerkissen das Band 300 in Berührung mit den Flüssigkeiten auf der Düsenlippe 278. Die inneren Dämme 279 und 289 wurden so eingestellt, daß sie beabstandete Bahnspuren der ersten und der zweiten Verbindung bereitstellen, die genau aneinander angrenzen. Wie in 28a gezeigt, ermöglicht dies das Aufbringen von quer über das Band verlaufenden Streifen 271a und 271b aus der ersten Verbindung und quer über das Band verlaufenden Streifen 281a und 281b aus der zweiten Verbindung auf das Band 300. Wie in 28b gezeigt, können, wenn das so beschichtete Band 300 durch die Verbesserungsstation geführt wird, die aneinander angrenzenden Streifen 305 und 307 ausgebildet werden. Es wurden zwei Fließgeschwindigkeiten verwendet, um Beschichtungsendmaße von 0,3 und 0,5 Mikrometer bei 16 Metern pro Minute zu erzeugen. Jeder Streifen 305 und 307 enthält nur die Verbindung 271 oder 281, die zunächst von dem jeweiligen Düsenschlitz 277 oder 287 aufgebracht wurde. Es ist keine bedeutende Vermischung der jeweiligen Verbindungen 271 und 281 an der Verbindungslinie 306 zwischen den Bahnspuren vorhanden. Ein zweckdienliches Schwingen der Bandverfolgung durch die Bandsteuervorrichtung kann verwendet werden, um ein Vermischen der Verbindungslinie zu erzeugen, sofern gewünscht. Das Endmaß jeder Bahnspur wird durch Fließgeschwindigkeiten der Dosierpumpen 273 und 283 gesteuert, die wiederum den Fluß von Flüssigkeit in die Hohlräume 276 und 286 und den Fluß aus den Schlitzen 277 und 287 steuern.
Wie in 29a gezeigt, können die Dämme 279 und 289 auch eingestellt werden, um quer über das Band verlaufende Streifen zu erzeugen, die auf dem Band 300 nicht aneinander angrenzen. Wie in 29b gezeigt, können, wenn das so beschichtete Band 300 durch die Verbesserungsstation hindurchgeführt wird, die aneinander angrenzenden Streifen 308 und 310 mit einer klar definierten unbeschichteten Bahnspur 309 zwischen den Streifen 308 und 310 ausgebildet werden.
Wir fanden es nützlich und unerwartet, Bahnspuren mit steuerbarem Endmaß und guter Kantendefinition auf bringen zu können und aneinander angrenzende Bahnspuren mit verschiedenen Formulierungen ohne eine Vermischung zwischen den Bahnspuren aufbringen zu können. Ohne durch Theorie gebunden sein zu wollen, sind wir der Ansicht, daß dies möglich war, weil wir dosierte Mengen der Flüssigkeiten ohne jeden Überschuß aufbringen konnten. Dies ermöglichte es uns, die Bildung von sich wälzenden Wällen von überschüssiger Flüssigkeit zu vermeiden. Die Eliminierung dieser sich wälzenden Wälle kann das Vermischen verhindert haben. Dieses Fehlen von Vermischung ist ein beträchtlicher Vorteil und unter Verwendung von herkömmlichen Beschichtungsvorrichtungen schwierig zu erreichen. Wir sind der Ansicht, daß wir dieses unerwartete Ergebnis erzielen, weil die Kräfte, die den Fluß der Flüssigkeit bestimmen, auf die Bandlängenrichtung ausgerichtet sind, und minimale oder keine quer über das Band verlaufenden Kräfte erzeugt zu werden scheinen.
Beispiel 3
Die Beschichtungsvorrichtung von Beispiel 1 wurde modifiziert, indem das Band entfernt wurde, und die Bahn derart eingefädelt wurde, daß die Bahn eine Gruppe von 13 Verbesserungswalzen direkt berührte. Die Bestückungswalzen hatten jeweils Durchmesser von 5,245, 5,321, 5,398, 5,474, 5,550, 5,626, 5,702, 5,779, 5,855, 5,931, 6,007, 6,083 und 6,160 mm. Die Vorrichtung wurde verwendet, um einen UV-aushärtbaren Primer auf eine 30,5 mm breite Polyimidfolie mit einem Endmaß von 50 Mikrometer aufzubringen, (im Handel erhältlich von E.I. duPont de Nemours and Co.), die sich mit 3 Metern pro Minute bewegte. Die Beschichtungsstation verwendete einen Schwingnadel-Applikator mit einem Innendurchmesser von 0,094 mm zum Aufbringen der Primer-Flüssigkeit direkt auf die sich bewegende Polyimid-Bahn. Die Nadel schwang mit einer Geschwindigkeit von einem Zyklus pro 2 Sekunden über die Bahn. Die Nadel konnte auch dazu verwendet werden, die Primer-Flüssigkeit auf eine dazwischenliegende, gleich schnell rotierende Übertragungswalze mit einem Durchmesser von 76 mm aufzubringen. Die Übertragungswalze half dabei, eine Beschichtung über die Kante der Bahn hinaus zu vermeiden, und verringerte die Möglichkeit, daß die Primer-Flüssigkeit auf die Rückseite der Bahn gelangte. Unter Verwendung beider Aufbringungstechniken wurden die Streifenmuster zunächst auf der Bahn aufgebracht. Die Primer-Flüssigkeit wurde zu dem Applikator gepumpt mit einem Mengendurchfluß, der ausreichend war, um ein endgültiges gleichförmiges nasses Endmaß von 1 Mikrometer auf der Bahn zu erzielen. Die sich daraus ergebende Beschichtung bildete eine durchgehende Primer-Schicht auf dem Substrat aus.
Beispiel 4
Eine Beschichtungsvorrichtung mit einer 8-Walzen-Verbesserungsstation wurde konstruiert, um eine UV-aushärtbare Abgabebeschichtung auf eine 30,5 cm breite Polyester- (PET) Bandverstärkung mit einem Endmaß von 23,4 Mikrometer aufzubringen. Die Beschichtungsvorrichtung verwendete einen Elektrospray-Beschichtungskopf, wie im U.S.-Patent Nr. 5,326,598 beschrieben, und eine Düse mit eingeschränktem Durchfluß, wie im U.S.-Patent Nr. 5,702,527 beschrieben, die über einer großen, sich frei drehenden geerdeten Metalltrommel befestigt war. Der Trommeldurchmesser betrug 50,8 cm, und ihre -Breite betrug 61 cm. Die Düsenleitung wurde in einem festen Abstand von 10,8 cm von der Oberfläche der Trommel und auf einer elektrischen Spannung von minus 40.000 Volt in bezug auf Masse gehalten. Die Düse war 33 cm breit. Aufgrund der Ladungsabstoßung der Tropfen in dem Flüssigkeitsnebel, der durch die Düse erzeugt wurde, konnte die Düse einen 38 cm breiten Nebel über die Trommel sprühen.
Die sich bewegende PET-Bahn wurde von einer Abwickelrolle zugeführt und über die geerdete Metalltrommel gewunden. Die Bahn wurde auf der Trommel direkt vor der Elektrospray-Beschichtungsdüse vorgeladen, wozu eine Reihe von 3 Corotron-Corona-Ladegeräten verwendet wurde, um eine positive Spannung von wenigstens 1000 Volt bereitzustellen, die durch einen elektrostatischen Spannungsmesser gemessen wurden, der 1 cm über der Bahn und der geerdeten Trommel positioniert war. Die Bahn wurde dann unter der Elektrospray-Beschichtungsdüse hindurchgeführt, an der negativ geladene Tröpfchen, die an der Düse generiert wurden, elektrostatisch von der Bahn angezogen wurden. Die Tröpfchen landeten voneinander beabstandet auf der Band und fingen dann an, sich zu verteilen, um schließlich eine durchgehende Beschichtung auszubilden. Während dieser Tropfenverteilzeit wurde eine Stelle auf der Bahn von der geerdeten Trommel um eine Strecke von 1, 45 m in eine UV-Aushärtungsstation bewegt, wo die Flüssigkeitsbeschichtung ausgehärtet wurde, um eine feste Beschichtung auszubilden. Wenn sich die Bahn zu schnell von der Beschichtungsstation zu der Aushärtungsstation bewegt, findet keine vollständige Tropfenverteilung statt, und die ausgehärtete Bahnbeschichtung liegt in der Form von diskreten Punkten oder eines diskontinuierlichen Films mit vielen Leerstellen vor, anstatt als ein kontinuierlicher Film. Die vorhandenen unbeschichteten Flächen weisen eine blanke Substratoberfläche auf, die keine guten Klebemittel-Abgabeeigenschaften aufweist.
Zwischen der Beschichtungs- und der Aushärtungsstation wurde bei einer Pfadlänge von 0,86 m ab der Aufbringung des Sprühnebels auf die Bahn eine Verbesserungsstation positioniert, die 8 Bestückungswalzen enthielt, die in einem kompakten gewundenen Pfad mit einer Länge von 1,14 m angeordnet waren. Die Walzen wiesen jeweils einen Durchmesser von 54,86, 69,52, 39,65, 56,90, 41,66, 72,85, 66,04 und 52,53 mm auf, alle mit einer Toleranz von plus oder minus 0,025 mm.
Die PET-Bahn wurde durch die Beschichtungsvorrichtung mit Maschinengeschwindigkeiten von 15,24, 30,48, 60,96 und 121,92 m/min hindurchgeführt, wobei jede Geschwindigkeit jeweils das Doppelte der vorherigen Geschwindigkeit war. Eine lösungsmittelfreie Silikonacrylat-, UV-aushärtbare Abgabeformulierung, wie in Beispiel 10 des U.S.-Patents Nr. 5,858,545 wurde angesetzt und in die Düse gepumpt. Die Fließgeschwindigkeit zu der Düse wurde konstant bei 5,81 ccm/min gehalten, um bei der zunehmenden verschiedene abnehmende Beschichtungshöhen zu erzeugen, wenn die Bahngeschwindigkeit zunahm. Da die Fließgeschwindigkeit konstant gehalten wurde, bedeutete dies, daß sich die Tropfen hätten weiter verteilen müssen, wenn die Beschichtung dünner wurde. In einer ersten Gruppe von Durchläufen wurde die PET-Bahn unter der Düse beschichtet und dann direkt der UV-Aushärtungsstation zugeführt, ohne die Verbesserungsstation zu durchlaufen. In einer zweiten Gruppe von Durchläufen wurde die PET-Bahn unter der Düse beschichtet, durch die 8-Walzen-Verbesserungsstation geführt und dann in die UV-Aushärtungsstation geführt. In beiden Gruppen von Durchläufen wurde die Bahn auf eine Aufwickelrolle aufgewickelt, nachdem sie die UV-Aushärtungsstation durchlaufen hatte. Die Leistung zur UV-Aushärtungsstation wurde für alle Durchläufe konstant gehalten. Die UV-C- (250 – 260 nm) Energiedichte oder -dosis wurde unter Verwendung eines EIT UVIMAP UV-Dosimeters des Modells Nr. UM254L-S (Electronic Instrumentation and Technology, Inc.) gemessen. Bei einer Bahngeschwindigkeit von 15,24 m/min betrug die Dosis 32 mJ/cm². Jedesmal, wenn die Bahngeschwindigkeit verdoppelt wurde, wurde die UV-C-Dosis effektiv halbiert, so daß bei einer Bahngeschwindigkeit von 121,92 m/min die UV-C-Dosis 4 mJ/cm² betrug. Die UV-Dosis war ausreichend, um die Beschichtung für alle Durchläufe auszuhärten.
Die beschichtete und ausgehärtete Bahn wurde abgewickelt, und es wurden Proben für einen Klebemittel- Schältest entnommen, um die Abgabe-Eigenschaften der ausgehärteten Beschichtung zu bewerten, die in jedem Durchlauf erzeugt wurde. Ein standardmäßiger 180°-Schältest wurde mit einer Schälgeschwindigkeit von 0,23 m/min unter Verwendung von Acryl-Buchklebeband SCOTCH^TM 845 und einem IMASS^TM Slip/Peel-Tester des Modells 3M90 (Imass, Inc.) durchgeführt. Ein Gewicht von 2,04 kg wurde zweimal über das Band vor- und zurückgerollt, gefolgt von einer Alterung von 3 Tagen bei Raumtemperatur, bevor das Band entfernt wurde. Wenn die Stücke des Schältest-Bands, die für den 180°-Schältest verwendet worden waren, wieder auf ein sauberes Glassubstrat aufgebracht und anschließend entfernt wurden, wurde keine Abnahme in den erneuten Haftfähigkeitswerten für irgendeines der Stücke des Schältest-Bands beobachtet, was anzeigte, daß alle Proben vollständig ausgehärtet worden waren. In der folgenden Tabelle I sind die Anzahl der Durchläufe, die Bahngeschwindigkeit, die berechnete Dicke der ausgehärteten Beschichtung, die Anzahl der Verbesserungswalzen und die gemessene erste Abgabekraft dargelegt, die unter Verwendung des 180°-Schältests erhalten wurde. Tabelle I
Wenn, wie in Tabelle I gezeigt, keine Bestückungswalzen verwendet wurden, erhöhten sich die Abgabekraftwerte mit zunehmender Bahngeschwindigkeit. Es wurde eine Zunahme von mehr als einer Größenordnung beobachtet, wobei die Zunahmegeschwindigkeit besonders bemerkenswert war bei Bahngeschwindigkeiten über 30 m/min. Dies gibt an, daß die Tropfen sich bei diesen höheren Bahngeschwindigkeiten nicht vollständig verteilt hatten, und daß die ausgehärtete Beschichtung beträchtliche leere Flächen enthielt. Wenn die Verbesserungsstation und ihre Reihe von 8 Bestückungswalzen zwischen der Beschichtungsdüse und der UV-Aushärtungsstation verwendet wurde, nahmen die Abgabekraftwerte nicht beträchtlich zu, wenn sich die Bahngeschwindigkeit erhöhte. Lösungsmittelfreie Dünnfilmbeschichtungen mit Endmaßen unter 1 Mikrometer sind sehr schwer zu erzielen. Die oben gezeigten Ergebnisse zeigen, daß wesentliche Verbesserungen in der Beschichtungs-Gleichförmigkeit dieser sehr dünnen Beschichtungen unter Verwendung der vorliegenden Erfindung erzielt werden können.
Beispiel 5
Eine Beschichtungs- und Trocknungsvorrichtung wurde konstruiert, um eine Bahn eines Films mit einem Endmaß von 37,5 Mikrometer zu beschichten und zu trocknen. Die Vorrichtung wies eine 4-Walzen-Verbesserungsstation mit nicht-angetriebenen Bestückungswalzen aus Stahl mit jeweils einem Durchmesser von 48,48, 39,91, 52,12 und 55,12 mm auf. Die Trocknungsstation wies vier HEPA Luftfiltereinheiten auf, die 152 mm über der Bahn befestigt waren und Luft mit 22 °C und 8,5% relativer Feuchtigkeit bereitstellten. Die Beschichtungsstation war eine kleine Injektionsnadel, die an einer HARVARD^TM-Spritzenpumpe (im Handel erhältlich von Harvard Instruments, Inc.) befestigt war, die so eingestellt war, daß sie 0,01 ml destilliertes Wasser pro Minute in Tropfen mit einem Volumen von 0,0009 ml auf die Bahn abgab.
Der Berührungswinkel des Wassers auf den Bestückungswalzen war kleiner als 45°. Durch Umwickeln der Walzen mit einem druckempfindlichen Band mit einer Rückseitenbeschichtung mit geringer Haftfähigkeit konnte der Berührungswinkel des Wassers auf den Walzen auf über 90° erhöht werden.
In einem Kontrolldurchlauf wurde die Verbesserungsstation entfernt, und Wasser wurde auf der sich bewegenden Bahn unter Verwendung der Spritze aufgebracht und verfolgt, bis es die Mitte der Trocknungsstation erreichte. Die Bahn wurde angehalten, und die zum Abschließen des Trocknens erforderliche Zeit wurde durch Sichtprüfung notiert. Die Trocknungszeit betrug 45 Minuten.
In einer Reihe von Durchläufen wurde die Bahn mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben, wobei die Verbesserungsstation und mit und ohne Umwickeln der Bestückungswalzen mit Band verwendet wurde. Die Trocknungszeit wurde notiert, und das Verhältnis der Trocknungszeiten mit und ohne die Verbesserungsstation wurde notiert. In der folgenden Tabelle II sind die Anzahl der Durchläufe, die Bahngeschwindigkeit, ob die Walzen mit Band umwickelt waren oder nicht und das Verhältnis der Kontrolltrocknungszeit zu der Trocknungszeit bei Verwendung der Verbesserungsstation dargelegt.
Tabelle II
Wie in Tabelle II gezeigt, stellte die Verwendung der Verbesserungsstation eine drastische Zunahme der Trocknungsgeschwindigkeit bereit. Wenn die Walzen nicht mit Band umwickelt waren, wurden Flecken der Flüssigkeit auf den nassen Walzen beobachtet, und eine 70-fache Verbesserung der Trocknungsgeschwindigkeit wurde beobachtet.
Verschiedene Modifizierungen und Veränderungen dieser Erfindung ohne Abweichung vom Umfang dieser Erfindung, die in den Ansprüchen definiert ist, sind für den Fachmann offenkundig. Diese Erfindung sollte nicht auf das eingeschränkt werden, was hierin nur zu veranschaulichenden Zwecken dargelegt wurde.

Claims

Verfahren zum Verbessern der Gleichförmigkeit einer nassen Beschichtung auf einem Substrat, das eine Bewegungsrichtung aufweist, umfassend das Berühren der nassen Beschichtung an einer ersten Position mit benetzten Oberflächenabschnitten von: a) zwei oder mehreren Bestückungsvorrichtungen, die sich in der Bewegungsrichtung drehen oder übersetzt werden, oder b) vier oder mehreren Bestückungsvorrichtungen, die sich entgegen der Bewegungsrichtung drehen oder übersetzt werden, und das erneute Berühren der nassen Beschichtung mit solchen benetzten Oberflächenabschnitten an Positionen auf dem Substrat, deren Längen entlang dem Substrat in bezug auf die erste Position nicht die gleichen sind.
Verbesserungsstation für den Einsatz in dem Verfahren von Anspruch 1, umfassend: a) zwei oder mehrere Bestückungsvorrichtungen, die sich in der Bewegungsrichtung drehen oder übersetzt werden, oder b) vier oder mehrere Bestückungsvorrichtungen, die sich entgegen der Bewegungsrichtung drehen oder übersetzt werden, welche die nasse Beschichtung periodisch an einer ersten Position auf dem Substrat berühren und die nasse Beschichtung erneut an Positionen auf dem Substrat berühren können, deren Längen entlang dem Substrat unter bezug auf die erste Position nicht die gleichen sind.
Vorrichtung, die eine Beschichtungsstation zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein erstes Substrat umfaßt, eine Verbesserungsstation, umfassend zwei oder mehrere Bestückungs vorrichtungen zum Berühren und erneuten Berühren der Beschichtung an verschiedenen Positionen auf dem ersten Substrat, wodurch die Beschichtung auf einem solchen ersten Substrat gleichförmiger wird, und eine Übertragungsstation zum Übertragen der Beschichtung von dem ersten Substrat auf ein zweites Substrat.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Beschichtung mit mindestens fünf Bestückungsvorrichtungen berührt wird, von denen mindestens eine Walze umfaßt.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Beschichtung diskontinuierlich ist, bevor sie mit einer Bestückungsvorrichtung berührt wird.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei ein Geschwindigkeits-Unterschied zwischen dem Substrat und mindestens einer Bestückungsvorrichtung vorhanden ist, die eine Walze umfaßt.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei Geschwindigkeits-Unterschiede zwischen dem Substrat und zwei oder mehreren Bestückungsvorrichtungen vorhanden sind, die Walzen umfassen.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei zwei der Geschwindigkeits-Unterschiede entgegengesetzte Vorzeichen für einen Zeitabschnitt aufweisen.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zwei Geschwindigkeits-Unterschiede periodisch und zueinander außer Phase sind.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei mindestens zwei der Bestückungsvorrichtungen Berührungszeiträume aufweisen, welche die Beschichtungs-Gleichförmigkeit in der Richtung der Substratbewegung verbessern.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Berührungszeitraum von mindestens einer Bestückungsvorrichtung geändert wird, während sich die Vorrichtung in Betrieb befindet.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Berührungszeitraum von mindestens einer Bestückungsvorrichtung als Reaktion auf ein Signal von einem Kontrollsystem geändert wird.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Beschichtung auf ein Substrat aufgebracht wird, das bereits von einer vorher aufgebrachten Schicht der Beschichtung benetzt worden ist.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beschichtung in Intervallen oder periodisch aufgebracht wird.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Beschichtungs-Applikator einen Aufbringungszeitraum aufweist, der sich als Reaktion auf ein Signal von einer Endmaß- bzw. Dicken-Erfassungsvorrichtung ändern kann.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Beschichtungs- Applikator einen Aufbringungszeitraum aufweist, und wobei dieser Aufbringungszeitraum und der Berührungszeitraum von mindestens einer der Bestückungsvorrichtungen nicht durch einen Bruch ausgedrückt werden kann, in dem der Zähler und der Nenner ganze Zahlen im Bereich von eins bis zwanzig sind.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Beschichtung in einem oder mehreren querverlaufenden Streifen aufgebracht wird.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Bestückungsvorrichtungen Walzen umfassen und mindestens zwei der Walzen-Zeiträume nicht als "Walzengrößen-Bruchteile" in Beziehung stehen, wobei der Bruch durch m/d vorgegeben ist, wobei m und d ganze Zahlen sind und d kleiner als 41 ist.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Beschichtung aus einer oder mehreren Düsen aufgebracht wird, von denen mindestens eine das Substrat in einer anderen Richtung als die Bewegungsrichtung überquert.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die aufgebrachte Beschichtung vorab so bemessen werden kann, daß ein gezieltes endgültiges Beschichtungsendmaß erhalten wird.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Beschichtung in zwei oder mehreren aneinander angrenzenden oder beabstandeten Bahnen aufgebracht wird.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die ursprünglich aufgebrachte Beschichtung ein maximales Endmaß, ein minimales Endmaß und einen Endmaßbereich aufweist, der gleich dem maximalen Endmaß minus dem minimalen Endmaß ist, und wobei die Bestückungsvorrichtungen den Endmaßbereich um mehr als 90% reduzieren.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die ursprünglich aufgebrachte Beschichtung Lücken aufweist, und wobei die Bestückungsvorrichtungen den gesamten Lückenbereich um mehr als 99% reduzieren.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Beschichtungs-Berührungsabschnitte von einer oder mehreren Bestückungsvorrichtungen genutet, gerändelt, geätzt oder anderweitig texturiert bzw modelliert werden.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Beschichtung getrocknet wird und die Bestückungsvorrichtungen die Trocknungsgeschwindigkeit erhöhen.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Beschichtung getrocknet, ausgehärtet oder anderweitig gehärtet wird und ein endgültiges Beschichtungsendmaß von weniger als 1 Mikrometer aufweist.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Beschichtung getrocknet, ausgehärtet oder anderweitig gehärtet wird und ein endgültiges Beschichtungsendmaß von weniger als 0,1 Mikrometer aufweist.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Beschichtung eine oder mehrere der Bestückungsvorrichtungen mit einem Berührungswinkel von weniger als 45° benetzt.
Verfahren, Verbesserungsstation oder Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Substrat einen elektronischen Film, eine elektronische Komponente oder einen Vorläufer davon umfaßt.