JP2005515056A - ノズルアレイ - Google Patents

Abstract

本発明は、移動可能なウェブのような材料をコーティングするためのノズルアレイに係り、ウェブの横方向に複数の高圧ノズル（２．１，２．２）を含む。ノズル（２．１，２．２）は、アレイ内の変数の偏差が所定の限界値より小さいように、流れに影響を及ぼす変数によって分別される。各ノズルの吐出量は最適な精度で同一であるので、最適に均一なコーティングがウェブ上に実現される。

Description

発明の詳細な説明

［技術的な背景］
本発明は、高圧吹き付け技術による移動可能なウェブのような材料のコーティングに係り、また、かかるコーティングで使用されるノズルアレイに向けられる。本発明は、特に、紙のコーティングに適用可能である。

紙のコーティングでは、特に印字性を改善するのを目的とする液体コーティング混合物が、紙の表面に塗工される。プレス、ブレードアプリケータ及びフィルム転写装置が、従来的にはこの目的のために使用される。駆動レートの増加が必要とされるか若しくは連続的に減少する厚さを備える紙が塗工されるとき、これらの技術は現実的に信頼性のある態様で実現することが困難である。

吹き付けコーティングは、最近のコーティングの１つとして現れている。それは、研磨ブレードや回転ロッドのような、ウェブと接触する如何なる機械的なコーティング手段を必要としない利点を有している。高圧吹き付け技術と称される吹き付け技術は、特に有望であることが実証されている。それは、高圧下で如何なるガス状の媒体を用いることなくコーティング混合物を小さな穴を備えたノズルを介して単に駆動し、混合物が、小さな液滴で噴霧される。圧力は、例えば１…２００ＭＰａであってよく、ノズル開口領域は例えば０．０２…０．５ｍｍ^２であってよい。典型的な最大液滴サイズは約１００μｍである。かかる装置は、ウェブの横方向で幾つかのノズルからなる一若しくはそれ以上のノズル列を備えたノズルアレイを含む。ノズルは、可能な限り均一にウェブを被覆するコーティングジェットをウェブ上に供給するように配置される。その際、ノズル列において隣接するノズルにより生成されるジェットは、各々の縁部で適切にオーバーラップする。コーティング混合物は、１つの単一供給パイプから各ノズルに同一圧力下で配分される。これは、共に供給されるノズルのみの流れを、圧力、濃度及び粘性を変化させることによって調整することを可能とする。ノズルにより供給されるジェット形状は、ノズルの開口の形状に依存する。一般的な目的は、ウェブの横方向で縦方向よりも幅の広いジェットを供給することである。この際それに応じてノズルの開口は楕円形である。

吹き付けによる紙コーティングは、例えば文献ＦＩ Ｂ １０８０６１（ＷＯ ９７１７０３６に対応）及びＮｉｓｓｉｎｅｎ Ｖ， ＯｐｔｉＳｐｒａｙ， ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｌｏｗ Ｉｍｐａｃｔ Ｐａｐｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ＯｐｔｉＳｐｒａｙ Ｃｏａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｚｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｆｉｎｌａｎｄ， １５ Ｍａｒｃｈ ２００１に開示される。

［本発明の一般的な説明］
請求項１記載のノズルアレイは、ウェブのような材料のコーティングでの使用のために発明された。他の請求項は、本発明の幾つかの好ましい実施例を言及する。

ノズル開口の寸法の偏差（誤差）が、ノズルを通る流れ（吐出量）及びジェット形状に実質的な影響を与える事がわかった。これは、ウェブ上に形成されるコーティングの対応する偏差をもたらす。従って、吐出量の偏差に相関する変数に基づいて事前にノズルを分別することがノズルアレイの吐出量の偏差を無くすことができることがわかった。ノズルは、アレイ内の平均値からの変数の偏差を許容可能な質的要求値以下に維持するように分別される。要求値は、例えば±５％未満や±２％未満であってよい。

測定されるノズル変数は特にノズルの開口面積であってよい。面積は、特に光学的な方法で算出できる。この算出は、例えば、レーザービームのような光ビームを開口に導き、開口により保持されるビームの部位を測定することを含んでよい。領域は、また、例えばＣＣＤカメラの撮像面のピクセルとして直接的に取得できる。領域に代えて、開口の幅及び長さは、それらの結果を変数として用いて計算できる。これらは、例えばマイクロスコープを用いて光学的に求めることもできる。光学的な測定方法は自動化が容易である。

上述のように分別されたノズルによると、ノズルアレイは、ウェブ上に可能な限り均一なコーティング分布を生み、また、ノズルの磨耗も可能な限り均一に保つ。コーティングは、必要な度に供給値を変更することによって各アレイにおいて所望の厚さで達成できる。ここで言う分別は、ノズルの流れ測定値に直接基づく分別に比して非常に迅速で簡易である。使用されたノズルは戻すことができ、再分別できる。

本発明は、印刷紙やカード板紙のようなコーティング紙用に使用されるノズルの分別に適用可能である。分別されたノズルアレイは、最適に均一な質のコーティングをもたらす。

本発明の幾つかの実施例が以下説明される。添付図面はその説明に関連する。

［本発明の幾つかの実施例の詳細な説明］
ノズル製造業者により使用される製造プロセスは不正確である。製造業者は、ノズルに対してせいぜい±５％のオーダーの体積流量偏差を報告する。実際には、これは、コーティング量プロファイルにおける１０％の偏差がありうることを示す。しかし、実際の観測は、同一の標準サイズのノズルの製造バッチから取られたノズルが、求めた平均吐出量から±１０％を超える吐出量の偏差を有することを示す。

発明者は、３６個のノズルの典型的なバッチ内の各ノズルにより提供されるマスフロー及び１００バール未満の水を用いたジェットファン（扇形）の幅を検査した。ノズルのノミナルの直径は０．３ｍｍであった。結果が図１に示される。棒は吐出量（ｙｉｅｌｄ）を示し、曲線は、ジェットファンの幅を示す。

ノズル水のように、吐出量の変動は更に増加することも観測された。実際、コーティング混合物は、しばしば、顔料のような、磨耗を促進する固体物質を含む。この問題は、炭酸カルシウムを含むコーティングペーストを吹き付け、ノズルの動作時間中に体積流量偏差における変化を監視することによって、９つのノズルのバッチに関してスタディされた。結果が図２に示される。

従って、ノズルアレイにおける各ノズルが、適切な精度で同一の初期吐出量を有することが最も重要である。このようにして、最適に均質なコーティングが得られる。

ノズルを分別するため、吐出量に相関する変数が選択される。流速技術の観点から、ノズルの開口面席が、流れに最も正確な相関を示す。満足のいく結果は、一若しくはそれ以上の点で開口する流れの直径を測定することによって得られる。楕円形の開口の場合、例えば、幅及び高さを求めることができる。ノズルのこれらの変数が実質的に相互に等しい時、相互の吐出量は等しいだろう。

求めた変数の偏差が許容可能なノミナル偏差未満のノズルだけ同一のノズルアレイに搭載される。許容可能な限界値は例えば±２％であってよい。

図３は、許容可能な部品アレイに分類されたノズルアレイの流速の典型的な変動を示す。

ノズルを分別する１つの方法は、マイクロスコープでノズルの開口の幅及び高さを測定し、これらの結果を分別変数として使用することである。１００倍拡大マイクロスコープは０．００１ｍｍの精度を達成する。添付した表は、１０個のノズルのバッチの穴の寸法及び対応するマスフローを示す。マスフローは、管内に１００バールの圧力下で水を２分間吹き付け、水の量の重さを計ることによって得られる。

楕円形ノズル開口の高さを乗算した幅は、開口面積よりも必然的に大きいが、マスフローに完全に良好に相関する。

ノズル開口面積は、例えば図４の構成を用いて高精度に求めることができる。これにおいて、開口よりも大きな径を有するレーザービーム３は、レーザー源１からノズル２の開口まで至る。開口を通った後、レーザービーム４は、検出器５で求められる。制御及び計算ユニット６は、レーザービーム間の相違を計算し、これを基礎として用いて、開口面積を計算し、また、望ましい場合には主要寸法が計算される。結果は、ディスプレイ上に示すことができる。かかる測定装置は商業的に入手可能である（例えば、Ｋｅｙｅｎｃｅ）。

上述の種の光学的な測定は容易に自動化できる。

図５は、ノズルアレイにおける２つの最外側ノズル２．１及び２．２の扇形ジェットにより形成されるジェットパターン７．１及び７．２、及び、形成したコーティングの重量分布８を示す。ジェットの縁部は、中間領域９で適切にオーバーラップされ、コーティング量がノズル間の領域でも一定になるようにする。ノズルが本発明により事前に分別されている時、重量分布はウェブ全体に亘って最適に均一になるだろう。

分別されないノズルアレイの吐出量及び扇形幅の分布を示す。 ノズル磨耗としてノズルアレイの吐出量偏差の変化を示す図である。 本発明によるノズルアレイの吐出量の典型的な偏差及びその分別を示す図である。 ノズル領域の光学的計測を示す図である。 ノズルアレイにおける２つの最外側のノズルの位置及びこれらにより達成されるコーティングの分布を示す図である。

Claims (6)

1. 移動可能なウェブのような材料をコーティングするためのノズルアレイであって、ウェブの横方向に複数の高圧ノズルを含み、該ノズルが、ウェブ上へのコーティング混合物の吹き付けを可能とする、ノズルアレイにおいて、
   前記ノズルは、流れに影響を及ぼす変数によって分別されており、アレイ内の変数の偏差が所定の限界値より小さいようにすることを特徴とする、ノズルアレイ。
2. 前記影響を及ぼす変数は、ノズルの開口の面積若しくは直径である、請求項１記載のノズルアレイ。
3. 前記変数は、光学的に求められる、請求項２記載のノズルアレイ。
4. アクティブな変数は、平均値から２％未満のような平均値から５％未満の偏差を有する、請求項１〜３のうち何れか１項に記載のノズルアレイ。
5. 移動可能なウェブのような材料のコーティングで使用される複数の高圧ノズルアレイを分別する方法であって、
   流れに影響を及ぼす変数が前記ノズルにおいて決定され、前記ノズルは、アレイ内の変数の偏差が所定の限界値より小さいように、この変数により分別されることを特徴とする、方法。
6. 請求項１〜４のうち何れか１項に記載のノズルアレイ若しくは請求項５記載の方法により分別されたノズルアレイがコーティングで使用される、移動可能なウェブのような材料をコーティングする方法。

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