JP2019210861A

JP2019210861A - 液供給装置

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Publication number: JP2019210861A
Application number: JP2018107466A
Authority: JP
Inventors: 陽一遠藤; Yoichi Endo; 知大中澤; Tomohiro Nakazawa; 真小久保; Makoto Kokubo
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2019-12-12

Abstract

【課題】簡単な構成で、高粘度の液を高精度に定量吐出することができる液供給装置を提供すること。【解決手段】液供給装置１は、高粘度の液を自吸して送り出す二軸スクリューポンプ３０と、二軸スクリューポンプ３０の下流側に直列に連結され、二軸スクリューポンプ３０から供給される高粘度の液を所量吐出する一軸偏心ねじポンプ７０と、二軸スクリューポンプ３０と一軸偏心ねじポンプ７０との間の圧力を測定する第１圧力センサ５ａと、第１圧力センサ５ａにより測定される圧力が設定した設定圧力となるように、二軸スクリューポンプ３０の回転数をフィードバック制御する制御部８とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、液供給装置に関し、詳しくは、高粘度の液を供給する液供給装置に関する。

従来、複数のポンプを直列に連結して液の供給に利用する技術が知られている。
例えば、特許文献１には、２台のポンプを直列に連結し、これら２台のポンプの吐出側にそれぞれ圧力検知器を設け、該圧力検知器の出力に基づいてそれぞれのポンプの吐出圧力が所定の値となるように可変速制御する可変速制御手段を備える消火ポンプ装置が開示されている。
また液供給装置の所定箇所に流量計を設けて流量を制御することも知られている。例えば、特許文献２には、高粘度材料の流量を測定する流量計と、塗布ガンのノズル開度を変化させるノズル駆動機構と、該ノズル駆動機構を制御して塗布ガンから吐出される高粘度材料の流量を調整する制御装置とを備える流量制御装置が開示されている。

特開２００６−３４５２９号公報特開平５−１０４０５０号公報

ところで、高分子の架橋構造体中に水分等を保持するゲル層を含む含水ゲルシートが知られている。このゲル層に用いられるゲル組成物には、例えば、保湿剤等の美容成分や薬効成分を含有したものがあり、斯かる成分をゲル層に含有した含水ゲルシートも知られている。斯かる含水ゲルシートの製造工程においてシート材にゲル層を設ける方法としては、例えば、搬送されている長尺帯状の支持シートに対してダイコータを用いてゲル組成物を塗工する方法や、長尺帯状の支持シート及び剥離シートがそれぞれ捲き掛けられている一対のローラを回転させて該一対のローラのニップ部にゲル組成物を流し込んで支持シートと剥離シートとで挟持する方法等が考えられる。
しかし、斯かるゲル組成物を、ダイコータのダイやニップ部に臨むノズル部等に、ゲル組成物を高精度に定量供給することは難しかった。
特許文献１に記載の消火ポンプ装置は、水の吐出圧力が所定圧力になるように調整するものであり、高粘度の液を定量吐出するためのものではない。また特許文献２に記載の流量制御装置は、構造が複雑であり、コストがかかるという問題がある。

したがって、本発明は、前述した従来技術が有する課題を解決することを解決課題とする。

高粘度の液を自吸して送り出す自吸式ポンプと、前記自吸式ポンプの下流側に直列に連結され、該自吸式ポンプから供給される前記高粘度の液を定量吐出する定量ポンプと、前記自吸式ポンプと前記定量ポンプとの間の圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサにより測定される圧力が設定した設定圧力となるように、前記自吸式ポンプの回転数をフィードバック制御する制御部とを備えた液供給装置を提供するものである。

本発明の液供給装置によれば、簡単な構成で、高粘度の液を高精度に定量供給することができる。

図１は、本発明の一実施形態である液供給装置を模式的に示す概略構成図である。図２は、本実施形態の塗工手段の他の形態を模式的に示す模式図である。

以下、本発明の液供給装置を、その好ましい一実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。本実施形態の液供給装置は、高粘度の液の供給装置であり、図１に示すように、塗工対象物１１に液１２を塗工する塗工手段２に、塗工する液１２として高粘度の液を供給する装置である。より具体的には、高分子の架橋構造体中に水分等を保持するゲル層を含む含水ゲルシートの製造に使用される液供給装置であり、塗工手段としてのダイコータ２に、含水ゲルシートの一部を構成する基材シート１１にゲル層を形成させるためのゲル組成物１２を高粘度の液として高精度に定量供給するものである。本明細書において「高粘度の液」は、一定の形状をもたない液体に加え、ゲル状及びクリーム状のものを含む意味である。

含水ゲルシートを製造する場合のゲル組成物としては、含水ゲルシートにおけるゲル層を形成し得るものを特に制限なく用いることができる。ゲル組成物としては、例えば、ゲル基材となる高分子、架橋剤、水、その他の成分を含むもの等が挙げられる。ゲル層を形成させるゲル組成物には、保湿剤等の美容成分や薬効成分を含有させることも好ましい。ゲル組成物の含水率は、水、薬効成分及び他の成分の保持性を良好にするとともに、ゲル組成物の機械的強度を向上させ、得られるゲル組成物の柔軟性を向上させる観点から、好ましくは３０質量％以上、そして、好ましくは９０質量％以下、さらに好ましくは８５質量％以下である。

塗工手段等に供給する「高粘度の液」がゲル組成物である場合、静止状態の粘度が、塗工工程及び所望により行うその後の打ち抜き工程等での加工のし易さを考慮して、好ましくは１００Ｐａ・ｓ以上、より好ましくは２００Ｐａ・ｓ以上、さらに好ましくは３００Ｐａ・ｓ以上である。これにより、例えば、塗工中にゲル層が型崩れを起こすことや含水ゲルシートを構成する不織布等の基材シート１１からのゲル組成物の染み出し等を防止することができる。またその上限は、好ましくは３０００Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは２０００Ｐａ・ｓ以下、さらに好ましくは１０００Ｐａ・ｓ以下である。これにより、ゲル組成物を安定して塗工することができる。

〔ゲル組成物の静止状態の粘度の測定方法〕
ゲル組成物の静止状態の粘度は、気温２０℃、湿度５０％で、ヘリカル粘度計（ＴＯＫＩＳＡＮＧＹＯ．ＣＯ．ＬＴＤ製）のスピンドルＮｏ．Ｔ−Ｆ、Ｔ−Ｄ、Ｔ−Ｅを用い、回転速度０．５−５ｒ／ｍｉｎ、１分間の条件で測定することができる。

本発明の液供給装置は、図１に示す本実施形態の液供給装置１のように、自吸式ポンプ３と、真空ポンプ４と、第１圧力センサ５ａと、リリーフバルブ６ａと、定量ポンプ７と、第２圧力センサ５ｂと、補助リリーフバルブ６ｂと、制御部８とを備えていることが好ましい。

自吸式ポンプ３としては、高粘度の液を自吸して送り出し得るものを特に制限なく用いることができる。即ち、本明細書において「自吸式ポンプ」とは、高粘度の液を吸引して送り出すことが可能な能力を有するポンプを意味する。自吸式ポンプとしては、例えば、遠心ポンプ、斜流ポンプ及び軸流ポンプ等の非容積式ポンプ、並びに往復ポンプ及び回転ポンプ等の容積式ポンプ等が挙げられる。自吸式ポンプとしては、容積式の回転ポンプを用いることが好ましく、高粘度の液を効率的に吸引して送り出す観点から、スクリューを回転させて該スクリューの軸方向に高粘度の液を送り出すスクリュー式のねじポンプを用いることがさらに好ましい。自吸式ポンプ３が自吸し得る高粘度の液の静止状態の粘度としては、好ましくは１００Ｐａ・ｓ以上、より好ましくは３００Ｐａ・ｓ以上、また好ましくは３０００Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは２０００Ｐａ・ｓ以下、そして好ましくは１００Ｐａ・ｓ以上３０００Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは３００Ｐａ・ｓ以上２０００Ｐａ・ｓ以下である。高粘度の液の粘度の測定方法としては、上述したゲル組成物の粘度の測定方法と同様の測定方法を用いることができる。

本実施形態においては、自吸式ポンプ３としては、公知の二軸スクリューポンプ３０を用いている。二軸スクリューポンプ３０は、例えば、ケーシング３１内に配置され、モータＭ１の駆動によって回転する２本のスクリュー３２の回転によってケーシング３１内へ液を吸引し、ケーシング３１内に吸引された液を該スクリュー３２で軸方向に送り出すようになっている。ケーシング３１には、ホッパー３３が接続されており、ホッパー３３には、混練されたゲル組成物が導入されている。

真空ポンプ４は、二軸スクリューポンプ３０のケーシング３１に接続されている。本実施形態では、真空ポンプ４は、ケーシング３１の上流側（スクリュー３２によるゲル組成物の供給方向上流側）に接続されており、ケーシング３１内を減圧することで、ホッパー３３からケーシング３１内に吸引されたゲル組成物の中に残留する気泡を除去するために用いられる。このように本実施形態の液供給装置１は、真空ポンプ４を用いてゲル組成物の中に残留する気泡を除去してゲル組成物の比重を高くすることで、二軸スクリューポンプ３０によるゲル組成物の移送能力を高めている。ゲル組成物の比重としては、好ましくは０．８ｇ／ｃｍ^２以上、より好ましくは０．９ｇ／ｃｍ^２以上、また好ましくは１．５ｇ／ｃｍ^２以下、より好ましくは１．３ｇ／ｃｍ^２以下、そして好ましくは０．８ｇ／ｃｍ^２以上１．５ｇ／ｃｍ^２以下、より好ましくは０．９ｇ／ｃｍ^２以上１．３ｇ／ｃｍ^２以下である。
真空ポンプ４とケーシング３１との間には、圧力センサ４２が配置されており、圧力センサ４２は、真空ポンプ４とケーシング３１との間の圧力を測定する。

定量ポンプ７は、自吸式ポンプ３の下流側に直列に連結されている。定量ポンプ７としては、高粘度の液を定量吐出し得るものを特に制限なく用いることができる。即ち本明細書において「定量ポンプ」とは、一定量の液を連続して吐出し得る能力を有するポンプを意味する。定量ポンプ７としては、例えば、往復ポンプ及び回転ポンプ等の容積式ポンプが挙げられる。特に回転ポンプであることが好ましく、一定量の液を高い精度で連続して吐出させる観点から、回転式のねじポンプを用いることが好ましい。定量ポンプ７は、自吸式ポンプ３よりも自吸能力は低いが、定量吐出能力の高いポンプであることが好ましい。
本実施形態では、定量ポンプ７として、公知の一軸偏心ねじポンプ７０を用いている。一軸偏心ねじポンプ７０は、ステータ７１の中に差し込まれたロータ７２がモータＭ２の駆動によって回転すると、ステータ７１とロータ７２との隙間に形成されているキャビティ（不図示）が軸方向に順次移動することで、キャビティ内の一定量の液がキャビティとともに移動して吐出されるようになっている。

第１圧力センサ５ａは、二軸スクリューポンプ３０と一軸偏心ねじポンプ７０との間に配置されている。第１圧力センサ５ａは、一軸偏心ねじポンプ７０の背圧を高精度に測定する観点から、二軸スクリューポンプ３０と一軸偏心ねじポンプ７０との間において、二軸スクリューポンプ３０側に配置されることが好ましい。二軸スクリューポンプ３０と一軸偏心ねじポンプ７０との距離に対する、第１圧力センサ５ａと一軸偏心ねじポンプ７０との距離の割合（（第１圧力センサ５ａと一軸偏心ねじポンプ７０との距離／二軸スクリューポンプ３０と一軸偏心ねじポンプ７０との距離）×１００）は、同様の観点から、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上、また好ましくは９９％以下、より好ましくは９５％以下、そして好ましくは６０％以上９９％以下、より好ましくは７０％以上９５％以下である。

リリーフバルブ６ａは、二軸スクリューポンプ３０と一軸偏心ねじポンプ７０との間に配置されている。リリーフバルブ６ａは、一定の圧力になると開放して圧力を逃がす開放弁（図示せず）を有している。該開放弁が開放される一定の圧力である開放圧力は、二軸スクリューポンプ３０と一軸偏心ねじポンプ７０との間の圧力として設定した設定圧力よりも高い圧力に設定されている。即ちリリーフバルブ６ａは、二軸スクリューポンプ３０と一軸偏心ねじポンプ７０との間の圧力が設定圧力よりも高くなると、開放弁を開放して設定圧力を保つようになっている。設定圧力としては、一軸偏心ねじポンプ７０（定量ポンプ７）に効率的にゲル組成物（高粘度の液）を定量吐出させる観点から、好ましくは０．１ＭＰａ以上、より好ましくは０．２ＭＰａ以上、また好ましくは１．０ＭＰａ以下、より好ましくは０．８ＭＰａ以下、そして好ましくは０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下、より好ましくは０．２ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下である。

第２圧力センサ５ｂは、一軸偏心ねじポンプ７０とダイコータ２との間に配置されている。第２圧力センサ５ｂは、一軸偏心ねじポンプ７０とダイコータ２との間において、一軸偏心ねじポンプ７０の吐出圧力を高精度に測定する観点から、一軸偏心ねじポンプ７０側に配置されていることが好ましい。

補助リリーフバルブ６ｂは、一軸偏心ねじポンプ７０とダイコータ２との間に配置されている。補助リリーフバルブ６ｂは、一定の圧力になると開放して圧力を逃がす開放弁（図示せず）を有している。該開放弁が開放される開放圧力は、一軸偏心ねじポンプ（定量ポンプ７）７０の最大吐出圧力よりも低い圧力に設定されている。即ち補助リリーフバルブ６ｂは、一軸偏心ねじポンプ（定量ポンプ７）７０による吐出圧力が最大吐出圧力よりも高くなると、開放弁を開放して、一軸偏心ねじポンプ（定量ポンプ７）７０の吐出圧力を最大吐出圧力以下で保つ。補助リリーフバルブ６ｂを設けることで一軸偏心ねじポンプ（定量ポンプ７）７０の破損等が低減され、液供給装置１の安全性も高くなる。

制御部８は、二軸スクリューポンプ（自吸式ポンプ３）３０、及び第１圧力センサ５ａに電気的に接続されている。制御部８は、記憶部８１と、演算部８２とを有しており、記憶部８１には、前述した設定圧力や各種プログラム等が記憶されている。演算部８２は、例えば、第１圧力センサ５ａが測定した圧力が設定圧力となるように、二軸スクリューポンプ３０のモータＭ１に印加する電圧等を演算する。

次に、上述した液供給装置１によるゲル組成物の供給動作、即ち制御部８による各部の制御動作について説明する。
先ず、ゲル組成物の成分を配合し、該成分を混練して生成されたゲル組成物がホッパー３３内に導入されると、制御部８は、モータＭ１を駆動し、二軸スクリューポンプ３０の２本のスクリュー３２を回転させる。２本のスクリューが回転すると、該回転によってケーシング３１内が減圧され、ゲル組成物に対するケーシング３１内への吸引力が発現する。該吸引力が、ホッパー３３内のゲル組成物がケーシング３１内に留まろうとする力を上回ると、ホッパー３３内のゲル組成物がケーシング３１内に吸引される。

これより前又は同時に、真空ポンプ４を駆動する。真空ポンプ４を駆動すると、真空ポンプ４によってケーシング３１内が減圧され、ケーシング３１内に吸引されたゲル組成物が含有する気泡が除去される。真空ポンプ４によって気泡が除去されたゲル組成物は、気泡が除去される前よりも比重が高くなり、二軸スクリューポンプ３０によって安定して移送されるようになる。このように液供給装置１は、ゲル組成物の比重を高くすることでも、二軸スクリューポンプ３０の送り量を安定させるようになっている。

ここで、本発明者らは、二軸スクリューポンプ（自吸式ポンプ３）３０と一軸偏心ねじポンプ（定量ポンプ７）７０とを直列接続した場合、一軸偏心ねじポンプ（定量ポンプ７）７０による高粘度の液の吐出量は、一軸偏心ねじポンプ（定量ポンプ７）７０の背圧と相関性を有することを知見した。具体的には、一軸偏心ねじポンプ（定量ポンプ７）７０の背圧が一定となれば、一軸偏心ねじポンプ（定量ポンプ７）７０は安定して定量吐出を行うことができることを知見した。

そこで、制御部８は、第１圧力センサ５ａが測定する圧力が設定圧力（例えば、０．２ＭＰａ）となるように、二軸スクリューポンプ３０の回転数をフィードバック制御している。例えば、制御部８は、第１圧力センサ５ａが測定した圧力が設定圧力（例えば、０．２ＭＰａ）よりも高い場合（例えば、０．３ＭＰａ）には、第１圧力センサ５ａが測定した圧力が設定圧力となるように、二軸スクリューポンプ３０の回転数を低くする。また例えば、制御部８は、第１圧力センサ５ａが測定した圧力が設定圧力（例えば、０．２ＭＰａ）よりも低い場合（例えば、０．１ＭＰａ）には、第１圧力センサ５ａが測定した圧力が設定圧力となるように、二軸スクリューポンプ３０の回転数を高くする。二軸スクリューポンプ３０の回転数の制御は、例えば、モータＭ１に印加する電圧を制御することで行うことができる。
第１圧力センサ５ａが測定する圧力が設定圧力となるように、二軸スクリューポンプ３０の回転数をフィードバック制御することで、二軸スクリューポンプ３０と一軸偏心ねじポンプ７０との間の圧力、即ち一軸偏心ねじポンプ７０の背圧が安定し、一軸偏心ねじポンプ７０によるゲル組成物の定量吐出を安定して高精度に行うことができる。

以上のように、本実施形態に係る液供給装置１は、第１圧力センサ５ａが測定した圧力が設定圧力となるように、二軸スクリューポンプ３０の回転数をフィードバック制御する制御部８を備えている。そのため、例えば、自吸式ポンプ３及び定量ポンプ７のような異なる特性のポンプどうしを直列に連結した場合においても、定量ポンプ７の背圧が安定し、高粘度の液を安定して定量吐出させることができる。特に、自吸能力の高い自吸式ポンプ３を供給側に配置し、定量供給能力の高い定量ポンプ７を吐出側に配置することで、ゲル組成物のような高粘度の液をも安定して定量吐出させることができる。

以上、本発明をその好ましい一実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。該ゲル組成物を供給する塗工手段として、シートにゲル組成物を塗工するダイコータ２を用いて説明したが、例えば、図２に示すように、ゲル組成物を貯留部２１に貯留し、長尺帯状の支持シート２３及び剥離シート２４がそれぞれ捲き掛けられている一対のローラ２２，２２を回転させて該一対のローラ２２，２２のニップ部Ｎにゲル組成物を流し込んで支持シート２３と剥離シート２４とで挟持させるダブルロール方式の塗工部２０であってもよい。

１液供給装置
２ダイコータ（塗工手段）
３自吸式ポンプ
３０二軸スクリューポンプ
３１ケーシング
３２スクリュー
４真空ポンプ
５ａ第１圧力センサ
５ｂ第２圧力センサ
６ａリリーフバルブ
６ｂ補助リリーフバルブ
７定量ポンプ
７０一軸偏心ねじポンプ
７１ステータ
７２ロータ
８制御部
８１記憶部
８２演算部
Ｍ１，Ｍ２モータ

Claims

高粘度の液を自吸して送り出す自吸式ポンプと、
前記自吸式ポンプの下流側に直列に連結され、該自吸式ポンプから供給される前記高粘度の液を定量吐出する定量ポンプと、
前記自吸式ポンプと前記定量ポンプとの間の圧力を測定する圧力センサと、
前記圧力センサにより測定される圧力が設定した設定圧力となるように、前記自吸式ポンプの回転数をフィードバック制御する制御部とを備えた液供給装置。
前記高粘度の液の粘度が１００〜３０００Ｐａ・ｓである、請求項１に記載の液供給装置。
前記自吸式ポンプと前記定量ポンプとの間に、開放圧力が前記設定圧力よりも高い圧力に設定されたリリーフバルブが配置されている、請求項１又は２に記載の液供給装置。
前記定量ポンプの下流側に、開放圧力が該定量ポンプの最大吐出圧力よりも低い圧力に設定された補助リリーフバルブが配置されている、請求項１〜３の何れか１項に記載の液供給装置。
塗工対象物に液を塗工する塗工手段に、塗工する液として前記高粘度の液を供給する装置である、請求項１〜４の何れか１項に記載の液供給装置。