JP3572934B2 - 液体の脱泡装置および液体の塗布装置 - Google Patents
液体の脱泡装置および液体の塗布装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続的に液体を送る際に液体中に存在する気泡を除去する装置に関する。また本発明は、塗液中の気泡を低減して、気泡巻き込みに起因する被塗布物の塗膜欠陥を防止できる液体の塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板のような金属板に対して、ロールコーター方式、カーテンコーター方式、ノズルコーター方式等の塗布装置を用いて、塗料や化成処理液等の塗液の塗布が広く行われている。
【０００３】
例えば、鋼板の連続処理ラインにおいて、鋼板に塗料や化成処理液等の塗液を塗布する場合、ロールコーター塗布装置を用いることが多い。気泡を巻き込んだ塗液が鋼板に塗布されると、塗膜にクレーター状の塗膜欠陥等が発生し、製品の外観を損なったり、塗膜性能を損なったりする。
【０００４】
塗布部に供給される塗液中には、種々の原因で気泡が巻き込まれている。そのため、ロールコーター塗布装置では、図８（ａ）に示すように塗布部のコーターパン１９ａ内に液面付近がピックアップロール２０ａ側と連通する板状の仕切板８０ａ、図８（ｂ）に示すようにコーターパン１９ａの底部でピックアップロール２０ａ側と連通する板状の仕切板８０ｂ、あるいは両者を設けて、これらの仕切板によって、循環流路４０ａからコーターパン１９ａに送られてきた塗液中の気泡５ａの浮上を促進して破泡し、気泡５ａがピックアップロール２０ａ側に移動しないようにしている（例えば、特開昭６２−１６０１６１号公報等）。
【０００５】
しかし、前記した板状の仕切板は気泡の浮上を促進する作用が弱いので、気泡の巻き込みに起因する塗膜欠陥が発生しやすい。特に塗料のように粘性が高い液体で、また塗料中の気泡のように直径の小さい気泡の場合、気泡の浮上が遅いので、塗液中の気泡を浮上除去する作用が低下し、気泡の巻き込みに起因する塗膜欠陥がより発生しやすくなる。
【０００６】
したがって、塗料のように粘性が高い液体で、また塗料中の気泡のように直径の小さい気泡であっても、塗液中に存在する気泡を効率よく除去できることが必要である。
【０００７】
液体中の気泡の挙動について、容器内の静止した液体中に存在する気泡を例にして、図９を用いて説明する。
【０００８】
容器２８内の液体２９中に存在する気泡３０は、その周りの液体２９よりも比重が小さいため液体２９中を浮上し、液面３１まで到達すると、気泡膜３２が破れて消滅する。矢印Ｂで示される速度で浮上中の気泡３０には上向き方向に矢印Ｃで示される浮力が、下向き方向には矢印Ｄで示される液体２９の粘性による流体抵抗力が作用している。ここで、気泡３０の直径が小さいほど、気泡３０の浮力Ｃは小さくなるから浮上速度Ｂは小さくなり、また、液体２９の粘性が大きいほど気泡３０の浮上時の粘性による流体抵抗力Ｄが大きくなるから気泡３０の浮上速度Ｂは小さくなる。したがって、一般的に、気泡３０の直径が小さくなるほど、また液体２９の粘性が大きくなるほど、気泡３０が浮上消滅するまでの時間が長くなるので、消泡しにくくなる。
【０００９】
液体中の気泡を除去する装置として、超音波を利用した脱泡装置や遠心分離式脱泡装置が知られている。
【００１０】
図１０に、超音波を利用した液体の脱泡装置を示す。多数の気泡５を含む液体４が流入管１から送られ、超音波加振器２を外壁に設置した加振容器３内に流入する。超音波加振器２で加振容器３内の液体４に超音波による振動を与え、加振容器３内を流れる液体４中に圧力分布の不均一を形成して、高圧部の気泡５を低圧部に移動させ、液体４中に分散している複数の気泡５をブドウの房のように集合させ、気泡集合体６をつくる。
【００１１】
加振容器３から流出した液体４は、連結管３３を経て気泡浮上容器３４内に送られる。気泡浮上容器３４では、気泡を含む液体４を溜め、静止に近い状態にして、気泡集合体６を浮上させて液面３１で消滅させる。
【００１２】
気泡集合体６は一つ一つの分散した気泡５に比べて体積が大きいため、その浮力が分散した気泡５の浮力より大きいので、気泡浮上容器３４内での浮上速度が速くなり、液面３１に浮上消滅するまでの時間が短くなるので、気泡除去が促進される。流出管１２から流出する液体４中の気泡は、加振容器３内への流入時と比べると、少なくなっている。
【００１３】
しかし、この装置では、気泡集合体６の浮上消滅を十分に行うためには、浮上に要する時間を確保するために気泡浮上容器３４の容積をかなり大きくする必要がある。そのため、設備が大規模になり、設備費の増加、設置場所の確保、気泡浮上容器３４内の液体量の増加などの問題点がある。特に、気泡５の直径が小さくて気泡集合体６の体積が小さくなる場合、液体４の粘性が大きい場合には、図９で説明した通り、気泡浮上容器３４内での気泡集合体６の浮上速度が遅くなるため、この問題が顕著になる。そのため、設備規模の制約から、気泡集合体６が浮上して消滅するまでの時間が十分に得られず、気泡集合体６は液面３１で消滅する前に流出管１２から液体４とともに流出してしまい、低い気泡除去効率で利用しているのが実状である。
【００１４】
図１１に遠心分離式脱泡装置を示す。遠心分離式脱泡器８で液体を強制的に旋回させて、発生する大きな遠心力を利用し、また気体と液体の遠心力の差を利用して気液分離を行う。
【００１５】
多数の気泡５を含む液体４が流入管１から、円筒状の遠心分離式脱泡器８の下部に高流速で流入する。遠心分離式脱泡器８内では矢印Ａで示される螺旋回転の運動により、大きな遠心力が発生する。気泡５より比重が大きい液体４は旋回円の中心から外側に向かって移動する。逆に、液体４より比重が小さい気泡５は旋回円の中心に向かって移動する。旋回円の中心に集まった気泡５は互いに合体して大きな気泡塊９になり、旋回円の中心軸上に設置された放気管１０から吸引ポンプ１１で吸引され、若干の液体４とともに系外に排出される。
【００１６】
ここで、旋回円の中心に向かって移動中の気泡５には旋回円の中心に向かって向心力が、外側に向かって流体粘性力が作用している。この時、気泡５の直径が小さいほど、気泡５の向心力は小さくなるから旋回円中心への移動速度は遅くなり、さらに液体４の粘性が大きいほど液体の粘性による流体抵抗が大きくなるから気泡５の旋回円中心への移動速度は遅くなる。したがって、超音波を利用した脱泡装置の場合と同様、遠心分離式脱泡装置でも、気泡５の直径が小さく、さらに液体４の粘性が大きくなると、気泡５が旋回円中心に集まって放気管１０から系外に排出されるまでの所要時間が長くなるため、気泡５は放気管１０から遠心分離式脱泡装置の系外へ排出される前に流出管１２から液体４とともに流出してしまい、その結果、気泡除去効率が著しく低くなる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、超音波を利用した液体の脱泡装置では、十分な浮上速度が得られず、気泡除去時間が長くかかるため、設備規模が大きくなり、また設備規模を小さくした場合、気泡除去効率が極めて低くなってしまう。また、遠心分離式脱泡装置でも、気液の分離効果が十分に得られず、気泡除去効率が極めて低いという問題がある。この問題は、液体の粘性が高くかつ気泡の直径が小さい場合に、特に顕著になる。
【００１８】
したがって、例えば、鋼板のロールコーター塗布装置の塗液の供給部に前記脱泡装置を設けても、塗料のように粘性が大きく、塗液中の気泡の直径の小さい塗液を塗布すると、塗液中の気泡を十分に除去できない。そのため、多数の小さな気泡の残った塗液が塗布部に供給され、鋼板に塗布されるので、鋼板表面にクレーター状の欠陥等の塗膜欠陥が発生し、外観を損なったり、塗膜性能が低下したりする。 塗液中に存在する気泡が弊害になるのは、前記の例だけでない。例えば、感光性印刷版の製造にあたって、ロールコーター塗布装置等の塗布装置を用いて、アルミニウム板やプラスチック板等の支持体上に感光液を塗布することなどが広く行われているが、塗布する感光液中に気泡があると、この気泡が塗布膜（感光膜）中に巻き込まれて性能が低下する。
【００１９】
また、塗液に限らず、液体中に含まれる気泡が弊害になることも多い。例えば、セラミック原料、焼結用助材，樹脂、可塑剤および有機溶剤を適正粘度に混合した後、テープ成形するグリーンシートの製造に際して、前記混合物に気泡が含まれていると、乾燥後のグリーンシートの性能が低下する。また、オンライン分析などにおいて、液体分析試料を連続的に採取して分析装置に供給するにあたって、液体中に空気などの気泡が混入していると、分析に支障をきたしたり、分析精度が低下したりする。
【００２０】
したがって、液体中の気泡を効率よく除去できる脱泡装置があれば、前記した多様な問題にも対処できる。
【００２１】
本発明は、前記した必要性を考慮して、液体中に存在する気泡を小さい設備規模で効率良く除去できる装置を提供することを目的とする。また、本発明は、鋼板の連続塗布ライン等において、塗液中の気泡を低減して、塗膜欠陥を防止できる液体の塗布装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段は、第１発明は超音波加振器と加振容器を備えた超音波脱泡手段と遠心分離式脱泡器を備えた遠心分離式脱泡手段とを液体の流れ方向に順次連接した液体の脱泡装置であって、加振容器とその下流の遠心分離式脱泡器の下部を連結する連結管を有し、該連結管は連結管内の液体が遠心分離式脱泡器の内壁に沿って流入するように連結されていることを特徴とする液体の脱泡装置、第２発明は第１発明の脱泡装置を有する液体の塗布装置、第３発明は第２発明の塗布装置が、ロールコーター塗布装置、また第４発明は、第３発明のロールコーター塗布装置が、メッシュの見開きサイズが１５０〜２０００μｍの網目状開口部を有する高分子樹脂製仕切板を有するコーターパンを備えている場合である。
【００２３】
［作用］
超音波脱泡手段、遠心分離式脱泡手段のそれぞれの脱泡作用自体は公知であるが、第１発明では、両者を連接することによって、各々の公知の作用の組み合わせからは予測できない顕著な脱泡作用を奏する。すなわち、第１発明では、液体中に分散して存在する多数の気泡は、先ず、超音波加振器と加振容器を備えた超音波脱泡手段の超音波振動により液体中に生ずる圧力分布の不均一によって、高圧部から低圧部へ移動してブドウの房状の気泡集合体になる。ブドウの房状の気泡集合体は一つ一つの分散した気泡に比べて、体積が大きい。加振容器とその下流の遠心分離式脱泡器の下部を連結管で連結するとともに、該連結管は連結管内の液体が遠心分離式脱泡器の内壁に沿って流入するように連結されることで、遠心分離式脱泡器を備えた遠心分離式脱泡手段において、旋回円中心への向心力が大きくなり、ブドウの房状の気泡集合体の旋回円中心への移動速度が格段に速くなる。そのため、遠心式脱泡器内に流入してから流出していくまでの短時間の間で、確実に旋回円中心に集まり、そこで互いに合体し大きな気泡塊となって放気管から系外に排出される。
【００２４】
以上の作用により、第１発明の脱泡装置は、これまでの装置に比べて気泡除去効率が著しく高くなる。また、粘度が高く、小さい気泡を含む液体であっても気泡除去効率が優れる。さらに、気泡を浮上させるための大容積の気泡浮上容器が不必要となるため、脱泡装置の設備規模を著しく小さくできる。
【００２５】
第１発明の脱泡装置を有する液体の塗布装置（第２発明）は、塗料のように粘性が大きくかつ気泡の直径が小さい塗液であっても、塗液中の気泡を十分に除去できるので、気泡の巻き込みに起因する塗膜欠陥を防止できる。ロールコーター塗布装置に、この脱泡装置を設ける（第３発明）と、塗布部に持ち込まれる塗液中の気泡が少なくなっているので、塗液を塗布後の鋼板表面に発生する気泡巻き込みに起因するクレーター状の塗膜欠陥等を防止できる。
【００２６】
第３発明の液体のロールコーター塗布装置においては、第１発明の脱泡装置によって塗液中の気泡が大幅に低減されるが、塗液中に少量の気泡が残存することがあり、あるいは塗液が塗布部に送られる際に気泡が発生することもある。したがって、塗布部で塗液中の気泡をさらに低減できると、気泡巻き込みに起因する塗膜欠陥等を防止する上でより有利である。
【００２７】
第４発明では、コーターパン内にメッシュの見開きサイズが１５０〜２０００μｍの網目状開口部を有する高分子樹脂製仕切板を有するコーターパンを備えることによって、コーターパン内に供給された塗液が塗料のように粘度が高く、気泡の小さい場合であっても、塗液が仕切板の網目状開口部を通過してピックアップロール側に移動する際に、塗液中の気泡が仕切板の網目部にトラップされて脱泡される。そのため、ピックアップロールで汲み上げ時の塗液中の気泡がさらに少なくなるので、気泡巻き込みに起因する塗膜欠陥等の防止効果がさらに向上する。
【００２８】
第４発明の仕切板の材質、開口部寸法の限定理由について説明する。図１に示す塗液を循環させる簡易な実験装置を用いて、コーターパン内の流れを制御するために使用されている仕切板の材質、形状を変更して、塗液中の気泡の除去性を検討した。
【００２９】
図１において、７２は塗液の流れを制御する仕切板であり、底部に塗液が容易に流れることができる隙間を有する仕切板７２ａ、上部に塗液が通過する部位のある仕切板７２ｂからなる。
【００３０】
塗液として、粘度３００ｃｐのアミノアルキド系クリアー塗料をおよそ１０００ｍｌ入れた後、小型高速ディスペーサーを用いて強制的に気泡を巻き込んだ試料を作成した。そして、図１の実験装置において、材質、メッシュの目開きサイズの異なる網目状開口部を有する仕切板７２ａ、７２ｂを用い、それぞれについて、試料７０をポンプ７１を用いて５分間循環した後、塗液槽７３（深さ１０ｃｍ）の液面下２ｃｍの部分（ｃ点）から試料７０をスポイトでサンプリングした。サンプリングした試料７０を、スペーサーを介したスライドガラスに滴下し、上部にカバーガラスをのせた後、倍率３倍の顕微鏡観察により光点として認められた気泡数をカウントした。
【００３１】
調査結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１から、仕切板の材質が高分子樹脂で、メッシュの目開きサイズが１５０〜２０００μｍの網目状開口部を有する場合に、気泡数の減少効果が大きいことがわかる。
【００３４】
高分子樹脂製仕切板が、金属製仕切板よりも、網目部で気泡をトラップする効果が大きいのは、高分子樹脂製仕切板の方が、金属製仕切板よりも、塗料との濡れ性がよいので、網目部で気泡をトラップする効果が優れるためと考えられる。
【００３５】
また、メッシュの目開きサイズを１５０〜２０００μｍで気泡数の減少効果が大きいのは、メッシュの目開きサイズが１５０μｍより小さい場合、塗料が網目状開口部を通過しにくくなり、従来の板状の仕切板と同様な流れになるため、気泡をトラップする効果が不十分になり、また、メッシュの目開きサイズが２０００μｍより大きい場合、塗料が網目状開口部を通過する際に、気泡をトラップする効果がほとんどなくなるためと考えられる。
【００３６】
また、コーターパンに送られる塗液中の気泡は、超音波脱泡手段を経ているので、気泡の直径が大きくなっているので、仕切板での脱泡効果をより向上できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図２は、第１発明の第１の実施の形態に係る液体の脱泡装置を示す図であり、説明の便宜上、脱泡装置の中の液体および気泡の様子を透視する斜視図としている。
【００３８】
図２において、流入管１を通り、超音波加振器２が設置された加振容器３内に流入する液体４中には多数の気泡５が存在する。超音波加振器２が設置された加振容器３内の液体４に超音波により振動を与えることによって加振容器３内を流れる液体４中に圧力分布の不均一が生じ、高圧部の気泡５が低圧部に移動して、液体４中に分散している複数の気泡５が、ブドウの房状に集合して、気泡集合体６となる。
【００３９】
ブドウの房状に集合した気泡集合体６を含む液体４は、加振容器３から流出し、連結管７を経て下流に設置された遠心分離式脱泡器８内にその下部から流入する。図３は、図２の遠心分離式脱泡器８下部の液体４流入部の断面（Ｅ−Ｅ断面）を示す図である。図３に示すように、遠心分離式脱泡器８の入口３６は、高流速を得るために流路が狭くなっている。液体４は流入管１から遠心分離式脱泡器８の断面形状が円形の内壁３５の矢印Ｆで示される接線方向に高流速で流れ込んでくる。高流速で流れ込んできた液体４は遠心分離式脱泡器８の内壁３５に沿って、図３の矢印Ｇで示されるように旋回し、図２の矢印Ａで示される螺旋回転をしながら上昇し、最終的に遠心分離式脱泡器８の上部の流出管１２から流出していく。
【００４０】
遠心分離式脱泡器８内では、ブドウの房状の気泡集合体６は、一つ一つの分散した気泡５に比べて、矢印Ａで表される旋回円の中心への向心力が大きくなるため、旋回円中心への移動速度が速くなって効率良く旋回円中心に集められる。旋回円中心に集合した複数の気泡集合体６は互いに合体し、一つの大きな気泡塊９となる。気泡塊９は放気管１０から放気ポンプ１１により系外へ連続的に排出される。流出管１２から気泡を含まない液体４が流出する。
【００４１】
図２の装置において、液体４の流量が多くなる程、また、液体４の粘性が大きくなる程、もしくは気泡５の直径が小さくなる程、脱泡装置にかかる負荷が大きくなり、気泡除去効率が低下する。このような場合、前記図２に示した超音波脱泡手段と遠心分離式脱泡手段とを順次連設した脱泡装置を、図４あるいは図５に示すように液体４の流れに対して並列あるいは直列に設置することにより、気泡除去効率を向上できる。
【００４２】
図４は、第１発明の第２の実施の形態に係る脱泡装置を示す図で、図２に示した脱泡装置が液体４の流れに対して並列に設置されており、図中の符号は図２における符号と同じものを示す。図４の脱泡装置では、一組の脱泡装置の負荷を少なくして気泡除去効率をさらに向上できる。尚、並列に設置する脱泡装置の列数は２列にとどまらず、３列以上でも良い。
【００４３】
図５は、第１発明の第３の実施の形態に係る脱泡装置を示す図で、図２に示した脱泡装置が液体４の流れに対して直列に設置されており、図中の符号は図２における符号と同じものを示す。図５の脱泡装置では、前段の脱泡装置で除去しきれなかった気泡を後段の脱泡装置で除去でき、トータルの気泡除去効率をさらに向上できる。尚、直列に設置する脱泡装置の段数は２段にとどまらず、必要に応じては３段以上でも良い。
【００４４】
尚、脱泡装置の気泡除去効果をより高めるために、超音波加振器２を設置した加振容器３とその下流の遠心分離式脱泡器８を連結する連結管７の長さはできる限り短くすることが望ましい。加振容器３内でブドウの房状に集合した気泡集合体６は、加振容器３を出た後の流れの中で、特に流れが乱流の場合、時間が経つと再び分散して気泡５が均一に分布してしまい、下流の遠心分離式脱泡器８において、気泡集合体６を旋回円の中心に効率よく集めるという作用が低下する。したがって、気泡集合体６が再び分散する時間をなるべく与えないために、加振容器３とその下流の遠心分離式脱泡器８の間の連結管７の長さはできる限り短くすることが、気泡除去効率を高める上でより有効である。
【００４５】
本発明の第１発明の脱泡装置は、液体中に含まれる気泡を除去する装置として、広く使用することができる。
【００４６】
例えば、鋼板等の帯状体にカーテンコーター、ノズルコーター等の塗布装置を用いて塗料や化成処理液等の塗液を塗布するにあたって、塗液中の気泡を除去する装置として好適である。
【００４７】
また、感光性印刷版の製造に際して、ロールコーター塗布装置等の塗布装置を用いてアルミニウム板やプラスチック板等の支持体上に感光性液を塗布するにあたって、感光液中の気泡を除去する装置としても使用できる。
【００４８】
また、セラミック原料、焼結用助材，樹脂、可塑剤および有機溶剤を適正粘度に混合した後、テープ成形するグリーンシートの製造に際して、前記混合物中の気泡を除去する装置として使用することもできる。
【００４９】
また、本発明の脱泡装置は、オンライン分析などにおいて、液体分析試料を連続的に採取して分析装置に供給するにあたって、液体中に混入している空気などの気泡を除去する装置として使用する等、液体の脱泡装置として広く使用することができる。
【００５０】
次に、本発明の第２発明乃至第４発明の実施の形態について、図６に示す鋼板の連続塗装ラインのロールコーター塗装装置に基いて説明する。図６において、塗装部への塗料供給部に、脱泡装置として、超音波加振器２を外壁に設置した加振容器３、および遠心分離式脱泡器８が連設されている。塗装部のコーターパン１９内には、塗料中に一部浸漬しているピックアップロール２０を挟むように仕切板８０が設けられている。
【００５１】
塗料１４はその成分分布を均一にするため循環タンク１５内で攪拌器１６により攪拌されている。攪拌された塗料１４は塗料送りポンプ１７で送り配管１８を通してコーターパン１９に送られる。コーターパン１９では、送られてきた塗料１４の一部が、回転しているピックアップロール２０の表面に付着する様にコーターパン１９内の塗料液面レベルが制御されている。ピックアップロール２０の表面に付着した塗料はさらに回転しているコーターロール２１の表面に付着する。コーターロール２１は一定速度で回転しており鋼板１３と接触しているため、コーターロール２１に付着した塗料１４は一定量鋼板１３に塗布される。
【００５２】
ここで、コーターパン１９内の塗料１４の成分分布の均一性を良くするために、コーターパン１９に送られてくる塗料１４の流量は鋼板１３に塗布する流量より数倍多いのが一般的である。よって、コーターパン１９では塗料１４が余るため、余った塗料１４を一旦リザーバ２２で受けて、塗料戻しポンプ２３にて、戻し配管２４をとおして循環タンク１５に戻すようになっている。
【００５３】
循環タンク１５内の塗料レベルを一定に保つため、循環タンク１５内には鋼板１３に塗布される分に相当する量の塗料１４を外部の塗料缶２５からポンプ２６を介して供給されている。
【００５４】
以上のようにして鋼板１３に連続塗装する間、塗料１４は循環タンク１５、コーターパン間１９を循環している。
【００５５】
ここで、主に、塗料缶２５の輸送時、塗料缶２５から循環タンク１５への塗料供給時、塗装装置稼動時の空の配管内に塗料１４を送液しはじめる時、稼働中の循環タンク１５での塗料攪拌時、およびコーターパン１９からリザーバ２２へ塗料１４が落ちる時等、塗料１４が外気と接触しかつ乱れて流れる時に塗料１４は外気を巻き込み塗料１４内に微小な気泡が生成する。
【００５６】
一旦、塗料１４内に生成した前記気泡は、塗料１４の粘性が大きいこと、気泡の直径が小さいことが原因で、自然に浮上して消滅することなく、塗料１４の流れに乗って移動する。
【００５７】
コーターパン１９の上流側に第１発明の脱泡装置、具体的には、遠心分離式脱泡器８の上流に直列に超音波加振器２を設置した加振容器３が設置されている。塗料１４はコーターパン１９に流入する前に、上流側の加振容器３中に流れ込み、一旦ここで超音波振動によって、塗料１４中の気泡がブドウの房状に集合し気泡集合体となり、そのままの状態で、遠心分離式脱泡器８内に流入する。遠心分離式脱泡器８内で、気泡集合体はその体積に比例した強い向心力を受けるため、短時間で効率良く旋回円の中心上に集まり、旋回円の中心に集まった気泡集合体は互いに合体して大きな気泡塊になり、旋回円の中心軸上に設置された放気管１０を通してコーターパン１９の下流のリザーバ２２に戻される。気泡が除去された塗料は、流出管１２を経てコーターパン１９へ送られる。
【００５８】
ここで、放気管１０内の気泡を、リザーバ２２に戻す理由は以下の通りである。放気管１０からは、除去された気泡だけではなく、若干の塗料１４も排出されるため、その分の塗料１４を無駄に捨てないためにリザーバ２２に戻している。この際、リザーバ２２に戻った気泡は既に塊となって大きくなっているため、リザーバ２２内で素早く浮上して消滅する。万が一、気泡塊が塗料１４の流れに巻き込まれ、微細化して、塗料１４とともに移動していっても、コーターパン１９の前で脱泡装置で除去されるために問題はない。
【００５９】
この事から、放気管１０内の気泡塊を戻す場所としては、塗料が溜められていて、戻ってきた気泡塊が浮上して外部の大気中に消滅していく場所が望ましく、前記のリザーバ２２内の他には、循環タンク１５内が望ましい。
【００６０】
尚、前記の例に限らず、放気管１０から気泡塊とともに若干排出される塗料１４を専用に回収する塗料回収装置を設置し、この塗料回収装置に放気管１０内の塗料１４を回収することも有効である。
【００６１】
さらにここで、放気管１０に気泡塊９を吸引するポンプが設置されていないにもかかわらず、気泡塊が遠心分離式脱泡器８から放気管１０を通して排出される理由は、遠心分離式脱泡器８の下流に設置した圧力調整弁２７の開度を調整することによって、塗料送りポンプ１７により発生した正圧の影響で遠心分離式脱泡器８内が外部に対して正圧になるため、その圧力差により遠心分離式脱泡器８内の気泡塊９は放気管１０を通って外部に流れるためである。
【００６２】
コーターパン１９内に設けられている仕切板８０を図７に示す。仕切板８０は第４発明に規定するメッシュの見開きサイズ（ｄ）が１５０〜２０００ｍμの網目状開口部を有する高分子樹脂製仕切板であり、その上部と両側部がＳＵＳ板８１で補強されており、コーターパン１９内の塗料中に一部浸漬しているピックアップロール２０を挟むように設けられている。
【００６３】
図６に示した装置では、塗料供給部に設けた第１発明の脱泡装置によって気泡が大幅に低減された塗液がコーターパン１９に供給されるが、塗液中に少量の気泡が残存することもあり、あるいはコーターパンに塗液が流入する際に気泡が発生することもある。
【００６４】
このような場合、必要に応じてコーターパン１９内に仕切板を設けることができる。仕切板は図８に示したような板状の仕切板であってもよいが、板状の仕切板の場合、塗料流量が多い場合や気泡のサイズが数十μｍ以下の場合などでは、塗料中に気泡を巻き込んだまま、塗料が仕切板にそって流れるため、気泡を浮上除去する作用が弱く、気泡がピックアップロール２０側へ流れ込むことがある。
【００６５】
図６に示した装置では、コーターパン１９内に、第４発明に規定する特定寸法の網目状開口部を有する高分子樹脂製仕切板８０を設けてあるので、塗料流量が多い場合や泡のサイズが小さい場合であっても、塗料が網目状開口部を通過する際に、塗料中の気泡を網目部でトラップして破泡し、網目状開口部を通過後の塗料中の気泡をさらに減少することができる。
【００６６】
網目状開口部は、気泡除去の面からは仕切板の全面に設けることが好ましいが、必用に応じて、仕切板の一部の面に設けてもよく、また、強度確保のために、仕切板の周囲等にＳＵＳ板等の補強部材を取り付けてもよい。
【００６７】
仕切板は、底部に塗料流通部がなく、塗料が仕切板を必ず通過する方が、気泡除去効果がより優れる。しかし、必用に応じて、底部に塗料流通部のある仕切板にして一部の塗料がここを通過してもよい。 仕切板の材質は、耐塗料性の観点からフッ素樹脂製であることがより好ましい。
【００６８】
どのような仕切板にするかは、塗料の粘度や塗料中に含まれる顔料の種類などによって適宜選択することができる。
【００６９】
仕切板８０を通過した塗料は、ピックアップロール２０で汲み上げられ、コーターロール２１を介して、鋼板１３に塗布される。ピックアップロール２０が汲み上げる塗料は、気泡が少ないので、気泡巻き込みに起因するクレーター状の欠陥等の塗膜欠陥の発生を著しく低減できる。
【００７０】
以上、本発明の第２発明乃至第４発明の実施の形態について、ロールコーター塗装装置を用いて鋼板に塗料を塗装する場合について説明したが、本発明の塗布装置は、カーテンコーター方式、ノズルコーター方式、ディップ方式等他の塗布方式にも適用でき、特にロールコーター方式に制限されるものではない。また、塗液については、塗料だけでなく、化成処理液、感光液、その他の塗液の塗布に広く適用できる。被塗布物は、鋼板のような金属板、プラスチック等の帯状体だけでなく、帯状体以外のものであってもよい。
【００７１】
【実施例】
図２に示した超音波加振器を備える加振容器（容量１５リットル）と遠心分離式脱泡器を連接した本発明の脱泡装置、図１０に示した超音波加振器を備える加振容器と気泡浮上容器を備える脱泡装置および図１１に示した遠心分離式脱泡器を備える脱泡装置を準備した。超音波加振容器の容量はいずれも１５リットル、気泡浮上容器の容量は１０００リットルであり、遠心分離式脱泡器には、仕様が粘度３００ｃＰで流量３０リットル／分の市販品を使用した。
【００７２】
予め攪拌して微細な気泡を含有させた透明な有機系塗料を前記の各脱泡装置を用いて脱泡処理し、気泡除去効率を調査した。気泡除去効率は、脱泡装置に流入直前の塗料、脱泡装置から流出直後の塗料を透明容器にそれぞれ５０ｃｃサンプリングし、塗料中の気泡を光学顕微鏡で撮影して気泡数を測定し、下式から求めた気泡除去率で評価した。
【００７３】
【数１】
【００７４】
脱泡条件と気泡除去率を表２に示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
また、前記塗液を用いて、図６に示したロールコーター塗装装置を用い、気泡除去率を調査した結果も合わせて表２に示す。
【００７７】
表２に示されるように、気泡除去率は従来例の遠心分離式脱泡装置では４０％、超音波加振器を用いた脱泡装置では３０％であるのに対して、本発明例の超音波加振器と遠心分離式脱泡器を連設した脱泡装置では、高粘性の塗料であるにもかかわらず８５〜９５％ときわめて高い気泡除去率である。
【００７８】
そして、コーターパン内に第４発明に規定する仕切板を設けることにより、更に９２〜９８％の気泡除去が可能となる。よって、この結果により、本発明の脱泡装置の有効性が示される。
【００７９】
【発明の効果】
本発明の脱泡装置によれば、液体が高粘度であっても、あるいは液体中に含まれる気泡の直径が小さい場合であっても、液体中の気泡を効率よく除去できる。そのため、気泡除去効率を高めることができ、あるいは脱泡装置を小規模にできる。
【００８０】
本発明の脱泡装置を有する液体の塗布装置では、塗液中の気泡を低減できるので、従来、問題になっていた被塗布物表面の気泡巻き込みによるクレーター状の欠陥等の塗膜欠陥を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コーターパン内の仕切板による塗料の脱泡性調査に用いた実験設備を示す図。
【図２】本発明の第１発明の第１の実施の形態に係る脱泡装置を示す図。
【図３】図２の脱泡装置のＥ−Ｅ断面を示す図。
【図４】本発明の第１発明の第２の実施の形態に係る脱泡装置を示す図。
【図５】本発明の第１発明の第３の実施の形態に係る脱泡装置を示す図。
【図６】本発明の第２発明乃至第４発明の実施の形態に係る鋼板の連続塗装ラインのロールコーター塗装装置を示す図。
【図７】図６に示したロールコーター塗装装置のコーターパンに配設した仕切板を示す図。
【図８】ロールコーター塗布装置において、コーターパンに配設される仕切板を示す図。
【図９】静止液体中に存在する気泡の挙動を示す図。
【図１０】従来技術の超音波を利用した脱泡装置を示す図。
【図１１】従来技術の遠心分離式脱泡装置を示す図。
【符号の説明】
１ 流入管
２ 超音波加振器
３ 加振容器
４ 液体
５、５ａ 気泡
６ 気泡集合体
７ 連結管
８ 遠心分離式脱泡器
９ 気泡塊
１０ 放気管
１１ 放気ポンプ
１２ 流出管
１３ 鋼板
１４ 塗料
１５ 循環タンク
１６ 攪拌器
１７、１７ａ 塗料送りポンプ
１８ 送り配管
１９、１９ａ コーターパン
２０、２０ａ ピックアップロール
２１ コーターロール
２２ リザーバ
２３ 塗料戻しポンプ
２４ 戻し配管
２５ 塗料缶
２６ ポンプ
２７ 圧力調整弁
２８ 容器
２９ 液体
３０ 気泡
３１ 液面
３２ 気泡膜
３３ 連結管
３４ 気泡浮上容器
３５ 内壁
３６ 遠心分離式脱泡器入口
８０、８０ａ、８０ｂ 仕切板
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続的に液体を送る際に液体中に存在する気泡を除去する装置に関する。また本発明は、塗液中の気泡を低減して、気泡巻き込みに起因する被塗布物の塗膜欠陥を防止できる液体の塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板のような金属板に対して、ロールコーター方式、カーテンコーター方式、ノズルコーター方式等の塗布装置を用いて、塗料や化成処理液等の塗液の塗布が広く行われている。
【０００３】
例えば、鋼板の連続処理ラインにおいて、鋼板に塗料や化成処理液等の塗液を塗布する場合、ロールコーター塗布装置を用いることが多い。気泡を巻き込んだ塗液が鋼板に塗布されると、塗膜にクレーター状の塗膜欠陥等が発生し、製品の外観を損なったり、塗膜性能を損なったりする。
【０００４】
塗布部に供給される塗液中には、種々の原因で気泡が巻き込まれている。そのため、ロールコーター塗布装置では、図８（ａ）に示すように塗布部のコーターパン１９ａ内に液面付近がピックアップロール２０ａ側と連通する板状の仕切板８０ａ、図８（ｂ）に示すようにコーターパン１９ａの底部でピックアップロール２０ａ側と連通する板状の仕切板８０ｂ、あるいは両者を設けて、これらの仕切板によって、循環流路４０ａからコーターパン１９ａに送られてきた塗液中の気泡５ａの浮上を促進して破泡し、気泡５ａがピックアップロール２０ａ側に移動しないようにしている（例えば、特開昭６２−１６０１６１号公報等）。
【０００５】
しかし、前記した板状の仕切板は気泡の浮上を促進する作用が弱いので、気泡の巻き込みに起因する塗膜欠陥が発生しやすい。特に塗料のように粘性が高い液体で、また塗料中の気泡のように直径の小さい気泡の場合、気泡の浮上が遅いので、塗液中の気泡を浮上除去する作用が低下し、気泡の巻き込みに起因する塗膜欠陥がより発生しやすくなる。
【０００６】
したがって、塗料のように粘性が高い液体で、また塗料中の気泡のように直径の小さい気泡であっても、塗液中に存在する気泡を効率よく除去できることが必要である。
【０００７】
液体中の気泡の挙動について、容器内の静止した液体中に存在する気泡を例にして、図９を用いて説明する。
【０００８】
容器２８内の液体２９中に存在する気泡３０は、その周りの液体２９よりも比重が小さいため液体２９中を浮上し、液面３１まで到達すると、気泡膜３２が破れて消滅する。矢印Ｂで示される速度で浮上中の気泡３０には上向き方向に矢印Ｃで示される浮力が、下向き方向には矢印Ｄで示される液体２９の粘性による流体抵抗力が作用している。ここで、気泡３０の直径が小さいほど、気泡３０の浮力Ｃは小さくなるから浮上速度Ｂは小さくなり、また、液体２９の粘性が大きいほど気泡３０の浮上時の粘性による流体抵抗力Ｄが大きくなるから気泡３０の浮上速度Ｂは小さくなる。したがって、一般的に、気泡３０の直径が小さくなるほど、また液体２９の粘性が大きくなるほど、気泡３０が浮上消滅するまでの時間が長くなるので、消泡しにくくなる。
【０００９】
液体中の気泡を除去する装置として、超音波を利用した脱泡装置や遠心分離式脱泡装置が知られている。
【００１０】
図１０に、超音波を利用した液体の脱泡装置を示す。多数の気泡５を含む液体４が流入管１から送られ、超音波加振器２を外壁に設置した加振容器３内に流入する。超音波加振器２で加振容器３内の液体４に超音波による振動を与え、加振容器３内を流れる液体４中に圧力分布の不均一を形成して、高圧部の気泡５を低圧部に移動させ、液体４中に分散している複数の気泡５をブドウの房のように集合させ、気泡集合体６をつくる。
【００１１】
加振容器３から流出した液体４は、連結管３３を経て気泡浮上容器３４内に送られる。気泡浮上容器３４では、気泡を含む液体４を溜め、静止に近い状態にして、気泡集合体６を浮上させて液面３１で消滅させる。
【００１２】
気泡集合体６は一つ一つの分散した気泡５に比べて体積が大きいため、その浮力が分散した気泡５の浮力より大きいので、気泡浮上容器３４内での浮上速度が速くなり、液面３１に浮上消滅するまでの時間が短くなるので、気泡除去が促進される。流出管１２から流出する液体４中の気泡は、加振容器３内への流入時と比べると、少なくなっている。
【００１３】
しかし、この装置では、気泡集合体６の浮上消滅を十分に行うためには、浮上に要する時間を確保するために気泡浮上容器３４の容積をかなり大きくする必要がある。そのため、設備が大規模になり、設備費の増加、設置場所の確保、気泡浮上容器３４内の液体量の増加などの問題点がある。特に、気泡５の直径が小さくて気泡集合体６の体積が小さくなる場合、液体４の粘性が大きい場合には、図９で説明した通り、気泡浮上容器３４内での気泡集合体６の浮上速度が遅くなるため、この問題が顕著になる。そのため、設備規模の制約から、気泡集合体６が浮上して消滅するまでの時間が十分に得られず、気泡集合体６は液面３１で消滅する前に流出管１２から液体４とともに流出してしまい、低い気泡除去効率で利用しているのが実状である。
【００１４】
図１１に遠心分離式脱泡装置を示す。遠心分離式脱泡器８で液体を強制的に旋回させて、発生する大きな遠心力を利用し、また気体と液体の遠心力の差を利用して気液分離を行う。
【００１５】
多数の気泡５を含む液体４が流入管１から、円筒状の遠心分離式脱泡器８の下部に高流速で流入する。遠心分離式脱泡器８内では矢印Ａで示される螺旋回転の運動により、大きな遠心力が発生する。気泡５より比重が大きい液体４は旋回円の中心から外側に向かって移動する。逆に、液体４より比重が小さい気泡５は旋回円の中心に向かって移動する。旋回円の中心に集まった気泡５は互いに合体して大きな気泡塊９になり、旋回円の中心軸上に設置された放気管１０から吸引ポンプ１１で吸引され、若干の液体４とともに系外に排出される。
【００１６】
ここで、旋回円の中心に向かって移動中の気泡５には旋回円の中心に向かって向心力が、外側に向かって流体粘性力が作用している。この時、気泡５の直径が小さいほど、気泡５の向心力は小さくなるから旋回円中心への移動速度は遅くなり、さらに液体４の粘性が大きいほど液体の粘性による流体抵抗が大きくなるから気泡５の旋回円中心への移動速度は遅くなる。したがって、超音波を利用した脱泡装置の場合と同様、遠心分離式脱泡装置でも、気泡５の直径が小さく、さらに液体４の粘性が大きくなると、気泡５が旋回円中心に集まって放気管１０から系外に排出されるまでの所要時間が長くなるため、気泡５は放気管１０から遠心分離式脱泡装置の系外へ排出される前に流出管１２から液体４とともに流出してしまい、その結果、気泡除去効率が著しく低くなる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、超音波を利用した液体の脱泡装置では、十分な浮上速度が得られず、気泡除去時間が長くかかるため、設備規模が大きくなり、また設備規模を小さくした場合、気泡除去効率が極めて低くなってしまう。また、遠心分離式脱泡装置でも、気液の分離効果が十分に得られず、気泡除去効率が極めて低いという問題がある。この問題は、液体の粘性が高くかつ気泡の直径が小さい場合に、特に顕著になる。
【００１８】
したがって、例えば、鋼板のロールコーター塗布装置の塗液の供給部に前記脱泡装置を設けても、塗料のように粘性が大きく、塗液中の気泡の直径の小さい塗液を塗布すると、塗液中の気泡を十分に除去できない。そのため、多数の小さな気泡の残った塗液が塗布部に供給され、鋼板に塗布されるので、鋼板表面にクレーター状の欠陥等の塗膜欠陥が発生し、外観を損なったり、塗膜性能が低下したりする。 塗液中に存在する気泡が弊害になるのは、前記の例だけでない。例えば、感光性印刷版の製造にあたって、ロールコーター塗布装置等の塗布装置を用いて、アルミニウム板やプラスチック板等の支持体上に感光液を塗布することなどが広く行われているが、塗布する感光液中に気泡があると、この気泡が塗布膜（感光膜）中に巻き込まれて性能が低下する。
【００１９】
また、塗液に限らず、液体中に含まれる気泡が弊害になることも多い。例えば、セラミック原料、焼結用助材，樹脂、可塑剤および有機溶剤を適正粘度に混合した後、テープ成形するグリーンシートの製造に際して、前記混合物に気泡が含まれていると、乾燥後のグリーンシートの性能が低下する。また、オンライン分析などにおいて、液体分析試料を連続的に採取して分析装置に供給するにあたって、液体中に空気などの気泡が混入していると、分析に支障をきたしたり、分析精度が低下したりする。
【００２０】
したがって、液体中の気泡を効率よく除去できる脱泡装置があれば、前記した多様な問題にも対処できる。
【００２１】
本発明は、前記した必要性を考慮して、液体中に存在する気泡を小さい設備規模で効率良く除去できる装置を提供することを目的とする。また、本発明は、鋼板の連続塗布ライン等において、塗液中の気泡を低減して、塗膜欠陥を防止できる液体の塗布装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段は、第１発明は超音波加振器と加振容器を備えた超音波脱泡手段と遠心分離式脱泡器を備えた遠心分離式脱泡手段とを液体の流れ方向に順次連接した液体の脱泡装置であって、加振容器とその下流の遠心分離式脱泡器の下部を連結する連結管を有し、該連結管は連結管内の液体が遠心分離式脱泡器の内壁に沿って流入するように連結されていることを特徴とする液体の脱泡装置、第２発明は第１発明の脱泡装置を有する液体の塗布装置、第３発明は第２発明の塗布装置が、ロールコーター塗布装置、また第４発明は、第３発明のロールコーター塗布装置が、メッシュの見開きサイズが１５０〜２０００μｍの網目状開口部を有する高分子樹脂製仕切板を有するコーターパンを備えている場合である。
【００２３】
［作用］
超音波脱泡手段、遠心分離式脱泡手段のそれぞれの脱泡作用自体は公知であるが、第１発明では、両者を連接することによって、各々の公知の作用の組み合わせからは予測できない顕著な脱泡作用を奏する。すなわち、第１発明では、液体中に分散して存在する多数の気泡は、先ず、超音波加振器と加振容器を備えた超音波脱泡手段の超音波振動により液体中に生ずる圧力分布の不均一によって、高圧部から低圧部へ移動してブドウの房状の気泡集合体になる。ブドウの房状の気泡集合体は一つ一つの分散した気泡に比べて、体積が大きい。加振容器とその下流の遠心分離式脱泡器の下部を連結管で連結するとともに、該連結管は連結管内の液体が遠心分離式脱泡器の内壁に沿って流入するように連結されることで、遠心分離式脱泡器を備えた遠心分離式脱泡手段において、旋回円中心への向心力が大きくなり、ブドウの房状の気泡集合体の旋回円中心への移動速度が格段に速くなる。そのため、遠心式脱泡器内に流入してから流出していくまでの短時間の間で、確実に旋回円中心に集まり、そこで互いに合体し大きな気泡塊となって放気管から系外に排出される。
【００２４】
以上の作用により、第１発明の脱泡装置は、これまでの装置に比べて気泡除去効率が著しく高くなる。また、粘度が高く、小さい気泡を含む液体であっても気泡除去効率が優れる。さらに、気泡を浮上させるための大容積の気泡浮上容器が不必要となるため、脱泡装置の設備規模を著しく小さくできる。
【００２５】
第１発明の脱泡装置を有する液体の塗布装置（第２発明）は、塗料のように粘性が大きくかつ気泡の直径が小さい塗液であっても、塗液中の気泡を十分に除去できるので、気泡の巻き込みに起因する塗膜欠陥を防止できる。ロールコーター塗布装置に、この脱泡装置を設ける（第３発明）と、塗布部に持ち込まれる塗液中の気泡が少なくなっているので、塗液を塗布後の鋼板表面に発生する気泡巻き込みに起因するクレーター状の塗膜欠陥等を防止できる。
【００２６】
第３発明の液体のロールコーター塗布装置においては、第１発明の脱泡装置によって塗液中の気泡が大幅に低減されるが、塗液中に少量の気泡が残存することがあり、あるいは塗液が塗布部に送られる際に気泡が発生することもある。したがって、塗布部で塗液中の気泡をさらに低減できると、気泡巻き込みに起因する塗膜欠陥等を防止する上でより有利である。
【００２７】
第４発明では、コーターパン内にメッシュの見開きサイズが１５０〜２０００μｍの網目状開口部を有する高分子樹脂製仕切板を有するコーターパンを備えることによって、コーターパン内に供給された塗液が塗料のように粘度が高く、気泡の小さい場合であっても、塗液が仕切板の網目状開口部を通過してピックアップロール側に移動する際に、塗液中の気泡が仕切板の網目部にトラップされて脱泡される。そのため、ピックアップロールで汲み上げ時の塗液中の気泡がさらに少なくなるので、気泡巻き込みに起因する塗膜欠陥等の防止効果がさらに向上する。
【００２８】
第４発明の仕切板の材質、開口部寸法の限定理由について説明する。図１に示す塗液を循環させる簡易な実験装置を用いて、コーターパン内の流れを制御するために使用されている仕切板の材質、形状を変更して、塗液中の気泡の除去性を検討した。
【００２９】
図１において、７２は塗液の流れを制御する仕切板であり、底部に塗液が容易に流れることができる隙間を有する仕切板７２ａ、上部に塗液が通過する部位のある仕切板７２ｂからなる。
【００３０】
塗液として、粘度３００ｃｐのアミノアルキド系クリアー塗料をおよそ１０００ｍｌ入れた後、小型高速ディスペーサーを用いて強制的に気泡を巻き込んだ試料を作成した。そして、図１の実験装置において、材質、メッシュの目開きサイズの異なる網目状開口部を有する仕切板７２ａ、７２ｂを用い、それぞれについて、試料７０をポンプ７１を用いて５分間循環した後、塗液槽７３（深さ１０ｃｍ）の液面下２ｃｍの部分（ｃ点）から試料７０をスポイトでサンプリングした。サンプリングした試料７０を、スペーサーを介したスライドガラスに滴下し、上部にカバーガラスをのせた後、倍率３倍の顕微鏡観察により光点として認められた気泡数をカウントした。
【００３１】
調査結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
表１から、仕切板の材質が高分子樹脂で、メッシュの目開きサイズが１５０〜２０００μｍの網目状開口部を有する場合に、気泡数の減少効果が大きいことがわかる。
【００３４】
高分子樹脂製仕切板が、金属製仕切板よりも、網目部で気泡をトラップする効果が大きいのは、高分子樹脂製仕切板の方が、金属製仕切板よりも、塗料との濡れ性がよいので、網目部で気泡をトラップする効果が優れるためと考えられる。
【００３５】
また、メッシュの目開きサイズを１５０〜２０００μｍで気泡数の減少効果が大きいのは、メッシュの目開きサイズが１５０μｍより小さい場合、塗料が網目状開口部を通過しにくくなり、従来の板状の仕切板と同様な流れになるため、気泡をトラップする効果が不十分になり、また、メッシュの目開きサイズが２０００μｍより大きい場合、塗料が網目状開口部を通過する際に、気泡をトラップする効果がほとんどなくなるためと考えられる。
【００３６】
また、コーターパンに送られる塗液中の気泡は、超音波脱泡手段を経ているので、気泡の直径が大きくなっているので、仕切板での脱泡効果をより向上できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図２は、第１発明の第１の実施の形態に係る液体の脱泡装置を示す図であり、説明の便宜上、脱泡装置の中の液体および気泡の様子を透視する斜視図としている。
【００３８】
図２において、流入管１を通り、超音波加振器２が設置された加振容器３内に流入する液体４中には多数の気泡５が存在する。超音波加振器２が設置された加振容器３内の液体４に超音波により振動を与えることによって加振容器３内を流れる液体４中に圧力分布の不均一が生じ、高圧部の気泡５が低圧部に移動して、液体４中に分散している複数の気泡５が、ブドウの房状に集合して、気泡集合体６となる。
【００３９】
ブドウの房状に集合した気泡集合体６を含む液体４は、加振容器３から流出し、連結管７を経て下流に設置された遠心分離式脱泡器８内にその下部から流入する。図３は、図２の遠心分離式脱泡器８下部の液体４流入部の断面（Ｅ−Ｅ断面）を示す図である。図３に示すように、遠心分離式脱泡器８の入口３６は、高流速を得るために流路が狭くなっている。液体４は流入管１から遠心分離式脱泡器８の断面形状が円形の内壁３５の矢印Ｆで示される接線方向に高流速で流れ込んでくる。高流速で流れ込んできた液体４は遠心分離式脱泡器８の内壁３５に沿って、図３の矢印Ｇで示されるように旋回し、図２の矢印Ａで示される螺旋回転をしながら上昇し、最終的に遠心分離式脱泡器８の上部の流出管１２から流出していく。
【００４０】
遠心分離式脱泡器８内では、ブドウの房状の気泡集合体６は、一つ一つの分散した気泡５に比べて、矢印Ａで表される旋回円の中心への向心力が大きくなるため、旋回円中心への移動速度が速くなって効率良く旋回円中心に集められる。旋回円中心に集合した複数の気泡集合体６は互いに合体し、一つの大きな気泡塊９となる。気泡塊９は放気管１０から放気ポンプ１１により系外へ連続的に排出される。流出管１２から気泡を含まない液体４が流出する。
【００４１】
図２の装置において、液体４の流量が多くなる程、また、液体４の粘性が大きくなる程、もしくは気泡５の直径が小さくなる程、脱泡装置にかかる負荷が大きくなり、気泡除去効率が低下する。このような場合、前記図２に示した超音波脱泡手段と遠心分離式脱泡手段とを順次連設した脱泡装置を、図４あるいは図５に示すように液体４の流れに対して並列あるいは直列に設置することにより、気泡除去効率を向上できる。
【００４２】
図４は、第１発明の第２の実施の形態に係る脱泡装置を示す図で、図２に示した脱泡装置が液体４の流れに対して並列に設置されており、図中の符号は図２における符号と同じものを示す。図４の脱泡装置では、一組の脱泡装置の負荷を少なくして気泡除去効率をさらに向上できる。尚、並列に設置する脱泡装置の列数は２列にとどまらず、３列以上でも良い。
【００４３】
図５は、第１発明の第３の実施の形態に係る脱泡装置を示す図で、図２に示した脱泡装置が液体４の流れに対して直列に設置されており、図中の符号は図２における符号と同じものを示す。図５の脱泡装置では、前段の脱泡装置で除去しきれなかった気泡を後段の脱泡装置で除去でき、トータルの気泡除去効率をさらに向上できる。尚、直列に設置する脱泡装置の段数は２段にとどまらず、必要に応じては３段以上でも良い。
【００４４】
尚、脱泡装置の気泡除去効果をより高めるために、超音波加振器２を設置した加振容器３とその下流の遠心分離式脱泡器８を連結する連結管７の長さはできる限り短くすることが望ましい。加振容器３内でブドウの房状に集合した気泡集合体６は、加振容器３を出た後の流れの中で、特に流れが乱流の場合、時間が経つと再び分散して気泡５が均一に分布してしまい、下流の遠心分離式脱泡器８において、気泡集合体６を旋回円の中心に効率よく集めるという作用が低下する。したがって、気泡集合体６が再び分散する時間をなるべく与えないために、加振容器３とその下流の遠心分離式脱泡器８の間の連結管７の長さはできる限り短くすることが、気泡除去効率を高める上でより有効である。
【００４５】
本発明の第１発明の脱泡装置は、液体中に含まれる気泡を除去する装置として、広く使用することができる。
【００４６】
例えば、鋼板等の帯状体にカーテンコーター、ノズルコーター等の塗布装置を用いて塗料や化成処理液等の塗液を塗布するにあたって、塗液中の気泡を除去する装置として好適である。
【００４７】
また、感光性印刷版の製造に際して、ロールコーター塗布装置等の塗布装置を用いてアルミニウム板やプラスチック板等の支持体上に感光性液を塗布するにあたって、感光液中の気泡を除去する装置としても使用できる。
【００４８】
また、セラミック原料、焼結用助材，樹脂、可塑剤および有機溶剤を適正粘度に混合した後、テープ成形するグリーンシートの製造に際して、前記混合物中の気泡を除去する装置として使用することもできる。
【００４９】
また、本発明の脱泡装置は、オンライン分析などにおいて、液体分析試料を連続的に採取して分析装置に供給するにあたって、液体中に混入している空気などの気泡を除去する装置として使用する等、液体の脱泡装置として広く使用することができる。
【００５０】
次に、本発明の第２発明乃至第４発明の実施の形態について、図６に示す鋼板の連続塗装ラインのロールコーター塗装装置に基いて説明する。図６において、塗装部への塗料供給部に、脱泡装置として、超音波加振器２を外壁に設置した加振容器３、および遠心分離式脱泡器８が連設されている。塗装部のコーターパン１９内には、塗料中に一部浸漬しているピックアップロール２０を挟むように仕切板８０が設けられている。
【００５１】
塗料１４はその成分分布を均一にするため循環タンク１５内で攪拌器１６により攪拌されている。攪拌された塗料１４は塗料送りポンプ１７で送り配管１８を通してコーターパン１９に送られる。コーターパン１９では、送られてきた塗料１４の一部が、回転しているピックアップロール２０の表面に付着する様にコーターパン１９内の塗料液面レベルが制御されている。ピックアップロール２０の表面に付着した塗料はさらに回転しているコーターロール２１の表面に付着する。コーターロール２１は一定速度で回転しており鋼板１３と接触しているため、コーターロール２１に付着した塗料１４は一定量鋼板１３に塗布される。
【００５２】
ここで、コーターパン１９内の塗料１４の成分分布の均一性を良くするために、コーターパン１９に送られてくる塗料１４の流量は鋼板１３に塗布する流量より数倍多いのが一般的である。よって、コーターパン１９では塗料１４が余るため、余った塗料１４を一旦リザーバ２２で受けて、塗料戻しポンプ２３にて、戻し配管２４をとおして循環タンク１５に戻すようになっている。
【００５３】
循環タンク１５内の塗料レベルを一定に保つため、循環タンク１５内には鋼板１３に塗布される分に相当する量の塗料１４を外部の塗料缶２５からポンプ２６を介して供給されている。
【００５４】
以上のようにして鋼板１３に連続塗装する間、塗料１４は循環タンク１５、コーターパン間１９を循環している。
【００５５】
ここで、主に、塗料缶２５の輸送時、塗料缶２５から循環タンク１５への塗料供給時、塗装装置稼動時の空の配管内に塗料１４を送液しはじめる時、稼働中の循環タンク１５での塗料攪拌時、およびコーターパン１９からリザーバ２２へ塗料１４が落ちる時等、塗料１４が外気と接触しかつ乱れて流れる時に塗料１４は外気を巻き込み塗料１４内に微小な気泡が生成する。
【００５６】
一旦、塗料１４内に生成した前記気泡は、塗料１４の粘性が大きいこと、気泡の直径が小さいことが原因で、自然に浮上して消滅することなく、塗料１４の流れに乗って移動する。
【００５７】
コーターパン１９の上流側に第１発明の脱泡装置、具体的には、遠心分離式脱泡器８の上流に直列に超音波加振器２を設置した加振容器３が設置されている。塗料１４はコーターパン１９に流入する前に、上流側の加振容器３中に流れ込み、一旦ここで超音波振動によって、塗料１４中の気泡がブドウの房状に集合し気泡集合体となり、そのままの状態で、遠心分離式脱泡器８内に流入する。遠心分離式脱泡器８内で、気泡集合体はその体積に比例した強い向心力を受けるため、短時間で効率良く旋回円の中心上に集まり、旋回円の中心に集まった気泡集合体は互いに合体して大きな気泡塊になり、旋回円の中心軸上に設置された放気管１０を通してコーターパン１９の下流のリザーバ２２に戻される。気泡が除去された塗料は、流出管１２を経てコーターパン１９へ送られる。
【００５８】
ここで、放気管１０内の気泡を、リザーバ２２に戻す理由は以下の通りである。放気管１０からは、除去された気泡だけではなく、若干の塗料１４も排出されるため、その分の塗料１４を無駄に捨てないためにリザーバ２２に戻している。この際、リザーバ２２に戻った気泡は既に塊となって大きくなっているため、リザーバ２２内で素早く浮上して消滅する。万が一、気泡塊が塗料１４の流れに巻き込まれ、微細化して、塗料１４とともに移動していっても、コーターパン１９の前で脱泡装置で除去されるために問題はない。
【００５９】
この事から、放気管１０内の気泡塊を戻す場所としては、塗料が溜められていて、戻ってきた気泡塊が浮上して外部の大気中に消滅していく場所が望ましく、前記のリザーバ２２内の他には、循環タンク１５内が望ましい。
【００６０】
尚、前記の例に限らず、放気管１０から気泡塊とともに若干排出される塗料１４を専用に回収する塗料回収装置を設置し、この塗料回収装置に放気管１０内の塗料１４を回収することも有効である。
【００６１】
さらにここで、放気管１０に気泡塊９を吸引するポンプが設置されていないにもかかわらず、気泡塊が遠心分離式脱泡器８から放気管１０を通して排出される理由は、遠心分離式脱泡器８の下流に設置した圧力調整弁２７の開度を調整することによって、塗料送りポンプ１７により発生した正圧の影響で遠心分離式脱泡器８内が外部に対して正圧になるため、その圧力差により遠心分離式脱泡器８内の気泡塊９は放気管１０を通って外部に流れるためである。
【００６２】
コーターパン１９内に設けられている仕切板８０を図７に示す。仕切板８０は第４発明に規定するメッシュの見開きサイズ（ｄ）が１５０〜２０００ｍμの網目状開口部を有する高分子樹脂製仕切板であり、その上部と両側部がＳＵＳ板８１で補強されており、コーターパン１９内の塗料中に一部浸漬しているピックアップロール２０を挟むように設けられている。
【００６３】
図６に示した装置では、塗料供給部に設けた第１発明の脱泡装置によって気泡が大幅に低減された塗液がコーターパン１９に供給されるが、塗液中に少量の気泡が残存することもあり、あるいはコーターパンに塗液が流入する際に気泡が発生することもある。
【００６４】
このような場合、必要に応じてコーターパン１９内に仕切板を設けることができる。仕切板は図８に示したような板状の仕切板であってもよいが、板状の仕切板の場合、塗料流量が多い場合や気泡のサイズが数十μｍ以下の場合などでは、塗料中に気泡を巻き込んだまま、塗料が仕切板にそって流れるため、気泡を浮上除去する作用が弱く、気泡がピックアップロール２０側へ流れ込むことがある。
【００６５】
図６に示した装置では、コーターパン１９内に、第４発明に規定する特定寸法の網目状開口部を有する高分子樹脂製仕切板８０を設けてあるので、塗料流量が多い場合や泡のサイズが小さい場合であっても、塗料が網目状開口部を通過する際に、塗料中の気泡を網目部でトラップして破泡し、網目状開口部を通過後の塗料中の気泡をさらに減少することができる。
【００６６】
網目状開口部は、気泡除去の面からは仕切板の全面に設けることが好ましいが、必用に応じて、仕切板の一部の面に設けてもよく、また、強度確保のために、仕切板の周囲等にＳＵＳ板等の補強部材を取り付けてもよい。
【００６７】
仕切板は、底部に塗料流通部がなく、塗料が仕切板を必ず通過する方が、気泡除去効果がより優れる。しかし、必用に応じて、底部に塗料流通部のある仕切板にして一部の塗料がここを通過してもよい。 仕切板の材質は、耐塗料性の観点からフッ素樹脂製であることがより好ましい。
【００６８】
どのような仕切板にするかは、塗料の粘度や塗料中に含まれる顔料の種類などによって適宜選択することができる。
【００６９】
仕切板８０を通過した塗料は、ピックアップロール２０で汲み上げられ、コーターロール２１を介して、鋼板１３に塗布される。ピックアップロール２０が汲み上げる塗料は、気泡が少ないので、気泡巻き込みに起因するクレーター状の欠陥等の塗膜欠陥の発生を著しく低減できる。
【００７０】
以上、本発明の第２発明乃至第４発明の実施の形態について、ロールコーター塗装装置を用いて鋼板に塗料を塗装する場合について説明したが、本発明の塗布装置は、カーテンコーター方式、ノズルコーター方式、ディップ方式等他の塗布方式にも適用でき、特にロールコーター方式に制限されるものではない。また、塗液については、塗料だけでなく、化成処理液、感光液、その他の塗液の塗布に広く適用できる。被塗布物は、鋼板のような金属板、プラスチック等の帯状体だけでなく、帯状体以外のものであってもよい。
【００７１】
【実施例】
図２に示した超音波加振器を備える加振容器（容量１５リットル）と遠心分離式脱泡器を連接した本発明の脱泡装置、図１０に示した超音波加振器を備える加振容器と気泡浮上容器を備える脱泡装置および図１１に示した遠心分離式脱泡器を備える脱泡装置を準備した。超音波加振容器の容量はいずれも１５リットル、気泡浮上容器の容量は１０００リットルであり、遠心分離式脱泡器には、仕様が粘度３００ｃＰで流量３０リットル／分の市販品を使用した。
【００７２】
予め攪拌して微細な気泡を含有させた透明な有機系塗料を前記の各脱泡装置を用いて脱泡処理し、気泡除去効率を調査した。気泡除去効率は、脱泡装置に流入直前の塗料、脱泡装置から流出直後の塗料を透明容器にそれぞれ５０ｃｃサンプリングし、塗料中の気泡を光学顕微鏡で撮影して気泡数を測定し、下式から求めた気泡除去率で評価した。
【００７３】
【数１】
脱泡条件と気泡除去率を表２に示す。
【００７５】
【表２】
また、前記塗液を用いて、図６に示したロールコーター塗装装置を用い、気泡除去率を調査した結果も合わせて表２に示す。
【００７７】
表２に示されるように、気泡除去率は従来例の遠心分離式脱泡装置では４０％、超音波加振器を用いた脱泡装置では３０％であるのに対して、本発明例の超音波加振器と遠心分離式脱泡器を連設した脱泡装置では、高粘性の塗料であるにもかかわらず８５〜９５％ときわめて高い気泡除去率である。
【００７８】
そして、コーターパン内に第４発明に規定する仕切板を設けることにより、更に９２〜９８％の気泡除去が可能となる。よって、この結果により、本発明の脱泡装置の有効性が示される。
【００７９】
【発明の効果】
本発明の脱泡装置によれば、液体が高粘度であっても、あるいは液体中に含まれる気泡の直径が小さい場合であっても、液体中の気泡を効率よく除去できる。そのため、気泡除去効率を高めることができ、あるいは脱泡装置を小規模にできる。
【００８０】
本発明の脱泡装置を有する液体の塗布装置では、塗液中の気泡を低減できるので、従来、問題になっていた被塗布物表面の気泡巻き込みによるクレーター状の欠陥等の塗膜欠陥を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コーターパン内の仕切板による塗料の脱泡性調査に用いた実験設備を示す図。
【図２】本発明の第１発明の第１の実施の形態に係る脱泡装置を示す図。
【図３】図２の脱泡装置のＥ−Ｅ断面を示す図。
【図４】本発明の第１発明の第２の実施の形態に係る脱泡装置を示す図。
【図５】本発明の第１発明の第３の実施の形態に係る脱泡装置を示す図。
【図６】本発明の第２発明乃至第４発明の実施の形態に係る鋼板の連続塗装ラインのロールコーター塗装装置を示す図。
【図７】図６に示したロールコーター塗装装置のコーターパンに配設した仕切板を示す図。
【図８】ロールコーター塗布装置において、コーターパンに配設される仕切板を示す図。
【図９】静止液体中に存在する気泡の挙動を示す図。
【図１０】従来技術の超音波を利用した脱泡装置を示す図。
【図１１】従来技術の遠心分離式脱泡装置を示す図。
【符号の説明】
１ 流入管
２ 超音波加振器
３ 加振容器
４ 液体
５、５ａ 気泡
６ 気泡集合体
７ 連結管
８ 遠心分離式脱泡器
９ 気泡塊
１０ 放気管
１１ 放気ポンプ
１２ 流出管
１３ 鋼板
１４ 塗料
１５ 循環タンク
１６ 攪拌器
１７、１７ａ 塗料送りポンプ
１８ 送り配管
１９、１９ａ コーターパン
２０、２０ａ ピックアップロール
２１ コーターロール
２２ リザーバ
２３ 塗料戻しポンプ
２４ 戻し配管
２５ 塗料缶
２６ ポンプ
２７ 圧力調整弁
２８ 容器
２９ 液体
３０ 気泡
３１ 液面
３２ 気泡膜
３３ 連結管
３４ 気泡浮上容器
３５ 内壁
３６ 遠心分離式脱泡器入口
８０、８０ａ、８０ｂ 仕切板
Claims (4)
- 超音波加振器と加振容器を備えた超音波脱泡手段と遠心分離式脱泡器を備えた遠心分離式脱泡手段とを液体の流れ方向に順次連接した液体の脱泡装置であって、加振容器とその下流の遠心分離式脱泡器の下部を連結する連結管を有し、該連結管は連結管内の液体が遠心分離式脱泡器の内壁に沿って流入するように連結されていることを特徴とする液体の脱泡装置。
- 請求項１記載の脱泡装置を有する液体の塗布装置。
- 塗布装置が、ロールコーター塗布装置であることを特徴とする請求項２に記載の液体の塗布装置。
- ロールコーター塗布装置が、メッシュの見開きサイズが１５０〜２０００μｍの網目状開口部を有する高分子樹脂製仕切板を有するコーターパンを備えていることを特徴とする請求項３に記載の液体の塗布装置。
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