JP3052209B2 - 塗工装置 - Google Patents

塗工装置

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JP3052209B2
JP3052209B2 JP9514313A JP51431397A JP3052209B2 JP 3052209 B2 JP3052209 B2 JP 3052209B2 JP 9514313 A JP9514313 A JP 9514313A JP 51431397 A JP51431397 A JP 51431397A JP 3052209 B2 JP3052209 B2 JP 3052209B2
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リー、アルフレッド・シー
バーンズ、ジェイムズ・アール
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    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/22—Addition to the formed paper
    • D21H23/32—Addition to the formed paper by contacting paper with an excess of material, e.g. from a reservoir or in a manner necessitating removal of applied excess material from the paper
    • D21H23/34—Knife or blade type coaters
    • D21H23/36—Knife or blade forming part of the fluid reservoir, e.g. puddle-type trailing blade or short-dwell coaters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C3/00—Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material
    • B05C3/18—Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material only one side of the work coming into contact with the liquid or other fluent material

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  • Coating Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、一般に移動するウェブに塗料を適用する塗
工装置、特にショートドウェルコータに関する。
〔背景技術〕
紙は、抄紙機において紙料中の水分を除去することに
より作られる繊維、通常は木材からのセルロース繊維を
マット状にして形成される。紙のシートを形成する繊維
は、紙の表面仕上げ又は肌目に影響する。紙の表面特性
は紙のカレンダーがけ（艶出し）又は化学処理により修
正することができる。しかしながら、雑誌やちらし広告
用の紙等の多くの用途に好んで用いられる明るい光沢の
ある仕上による紙は、紙に塗料を適用することにより最
善に作ることができる。
塗布材は通常、表面を平らにするクレーや炭酸カルシ
ウム微粒子；白色用二酸化チタン；及び粘結剤の混合物
からなる。塗工済の紙は紙の重量、塗布の厚みにより種
々の重量及び等級のものに分けられる。
浸液ニップ型コータと呼ばれる型式と呼ばれる型式の
塗工装置は、比較的重量のある塗工紙に特に適したもの
で、ロールが部分的に塗料溜め中に浸されている。この
ロールは紙ウェブの一面に塗料の薄層を転移させる。塗
布された紙ウェブはコーティングロールとニップを形成
するバッキングロールに巻付けられる。紙ウェブはコー
ティングロールと接触した後バッキングロール周りを通
過し、定量化ブレードに達する。定量化ブレードは適用
された塗料と接触し、塗料の全体的な厚みを調整する。
軽量等級の紙の場合には、より高い機械速度で運転さ
れるため、ショートドウェルコータが開発された。ショ
ートドウェルコータはバッキングロールに対向して保持
される塗料溜めを有する。紙ウェブは塗料溜めを通って
バッキングロール周りに送られる。紙ウェブは塗料溜め
中に短時間のみ滞留するため、紙ウェブ上の塗料の層は
比較的薄くなる。
BA1500型塗工装置として知られるベロイト社（Beloit
Corporation）の改良型塗工装置は、浸液ニップ型塗工
装置に類似したものでショートドウェルコータにぬぐい
取りブレードを組合わせており、広い範囲の紙重量及び
紙速度に実用されている。
ショートドウェルコータは、軽量のみならずその他の
等級の紙の塗料液を塗布するのに有利に使用されてる。
ショートドウェルコータには塗料溜めがあり、これは塗
料供給部中に形成され、過剰な塗料が供給されている。
こうして塗料溜めから機械上方へ塗料がオーバーフロー
し、それによって紙ウェブが塗料溜め近くに来た時紙ウ
ェブには塗料液により予備湿し（プレウェッティング）
が行われる。下流側には定量化ブレードがあり、これが
移動する紙ウェブに適用される塗布材の量を調整する。
塗布材は移動する紙ウェブに向い塗料溜め中に比較的低
速で供給される。しかしながら、塗布材は紙ウェブに接
触すると毎秒22.86〜30.48cm（75〜100フィート）以上
の速度で移動する紙ウェブに追随する境界層に引き込ま
れる。この拘束の境界層はドクターブレードに突き当
り、下方に転向して塗料溜め中に入る。こうして塗料溜
めの下方端と過剰塗料がオーバーフローする塗料溜め上
方端の塗料供給部との間の塗料循環域が形成される。塗
料溜めに入り湿しが行われた紙ウェブは空気の境界層を
引き込み、紙ウェブが塗料溜めを通る動きと共に空気が
塗料溜め内に一定の深さで入り込む。
塗布材により紙の湿しが行われる位置は動的接触線と
称される。機械速度が増すにつれて塗料溜め中の流体の
流れは乱れが大きくなり、循環する流れは渦を形成す
る。乱流の結果として、動的接触線はマシン方向とクロ
スマシン方向双方に振れるようになる。これらの塗料溜
め内の現象、乱れた流れ及び渦への空気の巻き込みの結
果として、塗布された紙に縞が現われて塗巾の欠陥が生
じる。
抄紙機において紙ウェブ速度を増すことは紙の品質に
有害な効果を及ぼすとはいえ、機械速度の増加は生産性
の向上、コスト減少には不可欠である。抄紙機への投資
は極めて実体的な資本投資であり、これはその機械によ
り生産される紙の量に応じて償却しなければならないも
のである。従って、機械速度の向上は紙の生産性を継続
的に向上させるには決定的に重要である。
紙は、紙の形成速度を上げることにより典型的に生産
性が向上し、塗工は紙が抄紙機内にある間に行うことに
よりそのコストを低く維持することができる。紙はその
生産速度を増々上げられるため、かつ、塗工をオンマシ
ンで行う利点を得るため、塗工装置はより高速で運転す
ることになる。紙の軽量化と塗布材コストの低減を維持
すべく軽量の塗工を行う必要があり、そのためショート
ドウェルコータの使用が奨励される。つまり、ショート
ドウェルコータは塗布材を短時間紙ウェブに曝すだけで
あるので塗料の浸透深さを限定しそれによって塗工重量
を軽減する。
かくして、高速の塗工装置はコスト効率よく軽量の塗
工紙を生産するためのキーとなる。しかしながら、高速
のショートドウェルコータを使用することは、塗工にお
ける欠陥、典型的には塗工の縞を招いてきた。塗工にお
ける縞は、原繊維又は紙ウェブの境界層中に巻込まれる
空気により発生させられる。境界層の空気は塗料溜め中
で泡となり、この泡が定量化ブレードに当たって塗料が
ブレード部を均質に流れるのを阻害する。
このため、紙の生産において欠陥を生じさせないより
高速のショートドウェルコータが必要とされる。
〔発明の開示〕
本発明のショートドウェルコータは、バッキングロー
ルの下方に配された塗布ヘッドを有する。この塗布ヘッ
ドは、３室に分けられたハウジングを有する。第一塗料
溜めはオーバーフロー壁と第一壁との間に形成される。
収束板が第一壁と第二壁との間にあり、紙ウェブに向っ
て先細状に収束しており、そして収束板と端壁との間に
第二塗料溜めが形成されている。塗料は両塗料溜め内に
導入される。低圧空間が収束板の下方かつ第一壁と第二
壁との間に形成されている。低圧空間は第二塗料溜め内
に開口しており、第二塗料溜めから空気及び過剰な塗料
を吸引する。紙ウェブは第一塗料溜めを通過する時予備
湿しが行われ、かつ、巻き込まれた空気を除去された塗
料が第二塗料溜めにおいて紙ウェブに適用される。こう
して塗布される塗料重量の均質化と機械速度の向上が達
成可能となる。
本発明の一特徴は、より高速で運転することのできる
ショートドウェルコータを提供することである。
本発明の更なる特徴は、巻き込まれた空気を、移動す
る紙ウェブに塗料を適用する前に塗料溜めから除去する
塗工装置を提供することである。
本発明の別の特徴は、高速で移動する紙ウェブに均質
な塗工を施す装置を提供することである。
本発明の更なる特徴は、塗料の流れにおける変動を減
少させた装置を提供することである。
本発明の更なる特徴は、塗料の不安定な流れが定量ブ
レードに当たるのを防止するショートドウェルコータを
提供することである。
本発明の更なる目的、特徴及び利点は、以下の詳細説
明と付随する図面との組合せからより明らかとなろう。
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本発明の塗工装置の部分的に切欠いた斜視図
である。
図２は、図１の塗工装置の断面立面図である。
図３は、従来の塗工装置における紙ウェブの通過状態
を示す部分図で、紙ウェブ上の塗料のつき具合が示され
ている。
〔発明を実施するための最良の形態〕
図１〜図３において、共通の符号は同一の部品を示し
ており、先ず図１及び図２にはショートドウェルコータ
20が示されている。塗布のされていない紙ウェブ36は、
その表面に塗料を適用するため塗工装置20を通過させら
れる。塗工装置20は塗布ヘッド22を有し、この塗布ヘッ
ド22は少くとも紙ウェブの巾に相当する長さを有し、バ
ッキングロール24の下方に位置している。塗布ヘッド22
は剛性のハウジング23を有し、このハウジング23は３室
に分けられている。各室は塗布ヘッド22の全長に沿って
クロスマシン方向に延びている。第一室25は第一塗料溜
め28を形成しており、この第一塗料溜め28はバッフル板
30と収束板32との間に配されている。塗料は第一塗料入
口26から導入され、第一塗料溜め28を満たし、バッフル
板30の上方端40を越えて上流方向にオーバーフローす
る。上方端40を越えてオーバフローした塗料は再使用の
ため樋42中に集められる。
収束板32は第一壁33から第二壁35の間に配されてい
る。第一壁33、第二壁35は共に通常バッフル板30に平行
になっている。第一壁33はバッキングロール24から間隔
を置いて配され、第二壁35はバッキングロール24に接近
し僅少な間隔をもって配されている。第一壁33及び第二
壁35は第二室37を形成しており、この第二室37は圧力を
制御されるオーバフロー室37となっている。オーバフロ
ー室37は出口31を有し、この出口31はオーバフロー室37
内の圧力を調整するバルブ（図示なし）により制御され
る。このバルブはシステム内の排出圧力及び内部圧力を
制御すべく調整することができる。
塗布ヘッド22は端壁39を有し、この端壁39は通常第二
壁35に対し平行をなしている。第三室41が第二壁35と端
壁39との間に形成されている。第三室41は第二塗料溜め
43を形成している。第二塗料溜め43は第二塗料入口49を
有する。端壁39には定量化ブレード62が取付けられてい
る。塗料溜め28,43内の塗料は、紙ウェブ36がバッキン
グロール24と塗布ヘッド22との間を走行する時に紙ウェ
ブ36に塗布される。
紙ウェブ36は、バッキングロール24とバッフル板30の
上方端40との間の間隙38を通って塗布ヘッド22に入って
くる。塗料34はバッフル板30を越えて間隙38を通過し、
こうして第一塗料溜め28からオーバフローすることがで
きる。間隙38は通常高さ方向に0.15875〜0.47625cm（1/
16〜3/16インチ）の寸法をなし、塗料はこの間隙を通り
紙ウェブに近接してオーバフローするため、紙ウェブ36
の境界層によって第一塗料溜め28内に持ち込まれる空気
量を減じることができる。間隙38を通ってオーバフロー
する塗料34は、この境界層の一部と置換する。動的接触
線44は、紙ウェブ36に密着した塗料34が巻き込まれた境
界層と置換する位置に形成される。
高速の紙ウェブ上に均等に塗布を行うことの困難性は
図３に示されており、ここでは従来の塗工装置において
紙ウェブ48が塗料溜め（図示なし）及び定量化ブレード
50を通過する状態が示されている。動的接触線52は不均
一であり、マシン方向及びクロスマシン方向に振れてい
る。境界層が定量化ブレード50に向って侵入し指状の空
隙54を形成し、これが定量化ブレード50を通過して縞55
を作っている。
塗工装置が高速運転され、かつ、塗工の標準化が行わ
れるにつれて、塗工装置には塗料溜め中に引き込まれる
空気の境界層に関して２つの問題が生じてきた。第一の
問題は、紙ウェブの走行から生じる流れ様式に係わる。
抄紙機が高速、これは毎分4,500〜6,000フィート周辺で
ある、で運転されると、紙ウェブは塗料溜め中に流体の
乱流を誘発することになる。乱流は本来混沌とした流れ
である。混沌としたシステムは、過去の状態から将来の
状態を容易に予見できないシステムである。実際には図
３に見るように、指状の空隙や縞が現われたり消えたり
し、また時間と共に容易に予見し得ないように移動した
りする。従って、混沌とした環境において縞を解消する
塗工装置の設計を見出すことは困難である。
高速で移動する紙ウェブと塗料溜め内の塗料との境界
面により引起される第二の問題は、塗料溜め内の塗料の
循環によって引起される渦である。渦は空気の泡を取り
込み、これが後に流れの中に巻き込まれ形成される紙ウ
ェブに縞となって現われる。
塗布ヘッド22では、収束板32は第一壁33から係合点又
はニップ58に延びており、この係合点又はニップ58にお
いて収束板32は紙ウェブ36とバッキングロール24とに出
合う。収束板32は塗料溜めの先細状領域60を形成してい
る。この領域60はマシン方向に先細となっており、塗料
を楔状に形成するので、この部分で紙ウェブに付着した
境界層と収束板に近接した境界層とが合流する。これら
の境界層が合流する時、紙ウェブ36に近接した流れは層
状になる。層状となった流れは混沌状態ではなく平滑な
塗布を行うように調整することができる。
塗布ヘッド22の第二室27は低圧空間37となっている。
この低圧空間37は第一壁33、第二壁35及び収束板32によ
り形成されている。第二壁35には穴72があり、塗料がこ
こを通過して第二塗料溜め43から低圧空間37中にオーバ
フローするようになっている。低圧空間37にはバルブ
（図示なし）があり、これにより低圧空間37内の圧力が
制御される。穴72を通ってオーバフローする塗料34は低
圧領域を作り、これにより第二塗料溜め43内に形成され
る渦から空気を引き出す。こうして穴72をもった低圧空
間37は、第二塗料溜め43から塗料を引き出す手段を提供
すると共に、巻き込まれた空気を第二塗料溜め43から除
去する。
定量化ブレード62は、紙ウェブ36が塗布ヘッド22を通
過する時に紙ウェブ36に適用される塗料の厚みを調整す
る。運転時には、塗布ヘッド22は次の機能を行う：即
ち、紙ウェブ36がバッフル板30の上方端40を通過して第
一塗料溜め28に入る時、このバッフル板30の上方端40の
部分でオーバフローする塗料34が境界層の大半を剥ぎと
る。次に紙ウェブ36は第一塗料溜め28を通って先細状領
域60に入ってくる。紙ウェブ36には第一塗料溜め28にお
いて塗料の予備湿しが行われ、次に先細状領域60により
形成される収束する楔部分により塗料は強制的に紙ウェ
ブ36に塗布される。紙ウェブ36がニップ58を通過する
と、第二塗料溜め43において塗料は軽量塗布領域に曝さ
れ、ここで先細状領域60でも残留した空気の巻き込みが
除去される。穴72により作られる低圧領域が第一塗料溜
め28から持越された空気を第二塗料溜め43において吸引
して除去する。塗布された紙ウェブ36は次いでバッキン
グロール24を離れ転回ロール74を通過して乾燥部（図示
なし）に入る。
こうして、第一塗料溜め28と収束板32は紙ウェブ36の
予備湿し及び塗料と紙との間の接触時間の増加という機
能を達成する。第一塗料溜め28及び収束板32は、動的接
触線が定量化ブレード62の極わめて近接した位置で振れ
ることを防止する。収束板32とバッキングロール24との
間に形成されるニップもまた、第二塗料溜め43に入る空
気の巻き込み量を制限する。
第一塗料溜め28から空気を除去する場合に状況によっ
ては、収束板32に穴を設けて収束板32に近接して低圧領
域を形成し、第一塗料溜め28内に形成される渦の空気を
引き出すことが好ましい。
また、状況によっては、定量化ブレード62を予備定量
化ブレードとし、比較的厚みのある塗料を紙ウェブに施
し、次いで最終定量化ブレードにより望みの最終の塗布
厚みにするようにすることが好ましい。
なお、収束板の収束の角度及び塗料溜め内の流体の通
路位置並びに塗料溜め28,43の容量は種々の値のものと
することができる。更に、低圧空間37の容量も変えるこ
とができる。また、オーバフロー制御を強化して塗料溜
め内の圧力変動を緩和させることも可能である。
本発明は、ここに図示し説明した特定の構成及び配置
に限定されず、以下の請求の範囲内の種々の修正をも含
むものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リー、アルフレッド・シー アメリカ合衆国、イリノイ 60540、ネ イパーヴィル、ジョン フレンド ドラ イヴ、912 (72)発明者 バーンズ、ジェイムズ・アール アメリカ合衆国、ペンシルベニア 19064、スプリングフィールド、エッジ ウッド ドライブ、927 (56)参考文献 特開 昭60−255168（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−151871（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4791879（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B05C 3/18,5/02 B05C 11/02,11/04 B05D 1/26 B05D 7/00 - 7/04 D21H 23/34 - 23/40

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転自在のバッキングロール（24）に支持
    されるように配された移動する下地（36）に塗料を適用
    する塗工装置であって、前記塗工装置は、バッキングロ
    ールに支持された下地の下方に位置する塗布ヘッド（2
    2）とハウジング（23）と、前記ハウジングから延びる
    上流側のバッフル板（30）と、前記バッフル板から間隔
    を置いてその下流側に位置して前記ハウジングから前記
    バッキングロールに向って延びる第一壁（33）と、前記
    第一壁の下流側で前記ハウジングから前記バッキングロ
    ールに向って延びる第二壁（35）、及び前記第二壁の下
    流側に位置して前記ハウジングから前記バッキングロー
    ルに向って延びる定量化部材（62）を備え、前記第一壁
    （33）は、前記第一壁から下流方向に延びて前記バッキ
    ングロールに近接するように収束し、前記塗布ヘッドの
    楔形領域（60）を形成する収束板（32）を有してなる塗
    工装置において、 前記収束板は前記第一壁（33）と第二壁（35）との間に
    延びて、前記第一及び第二壁と共に、塗工装置のマシン
    方向に延びるオーバフロー室（37）を形成してなり； 前記バッフル板（30）、収束板（32）及びバッキングロ
    ール（24）の間に形成された第一塗料溜め（28）中に塗
    料を導入する第一手段（26）と； 前記第二壁（35）、定量化部材（62）及びバッキングロ
    ール（24）、及び前記第二壁（35）の下流側の端壁（3
    9）の間に形成される第二塗料溜め（43）中に塗料を導
    入する第二手段（49）；及び、 前記第二塗料溜めを前記オーバフロー室に連絡させ、前
    記第二壁（35）と端壁（39）との間の第二室内の流体圧
    により、塗料及び塗料中に巻き込まれた空気を通過させ
    るように、前記第二壁に形成された開口手段（72）；を
    備えた ことを特徴とする塗工装置。
JP9514313A 1995-10-02 1996-09-16 塗工装置 Expired - Fee Related JP3052209B2 (ja)

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