JP3945203B2 - 液体の脱泡方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗料、接着剤等の液剤、天然又は合成樹脂等の粘調な液体の脱泡処理装置に関する。例えば、塗料等の比較的粘度の高い液体は、その製造過程で泡を含むことが多く、粘度が高いために泡が抜けにくい。泡を含む液体は、例えば、塗料として用いた場合、塗装面にピンホール、ストリーク、クレーター、泡はげ等の塗布むらが発生するので、脱泡処理が必要となる。
【０００２】
【従来の技術】
脱泡方法で、一般に用いられている方法は、静置法、減圧法、静置減圧法である。静置法は、文字どおり、一定時間静置することにより、泡を浮上させる方法である。減圧法は、減圧により泡を膨張させ、泡の発生を促進する方法である。一例を挙げれば、減圧タンク内に処理すべき液体を入れ、減圧下で撹拌して泡を膨張させ、泡を液面に浮上させたうえ、回転バー等の破泡手段で泡を破砕し、泡が除去された液体をタンクの下部から回収する方法である。
【０００３】
上記従来技術による脱泡装置の一例を図２に示す。図２において、脱泡処理すべき液体は、液体導入弁８を開き、減圧タンク内に導入される。減圧タンクは、液体タンク１とタンク蓋２からなり、タンク蓋２により密封される。タンク蓋２には、撹拌羽根３が取り付けられ、撹拌羽根３はモーター６により回転する。羽根は、回転軸方向に複数段取り付けられており、液体を均一に撹拌できるよう、それぞれの羽根は一定の角度差をもって軸から減圧タンクの内周面に向けて突き出している。
【０００４】
また、タンク蓋２の上部には、液体導入口と吸引口が設けられている。液体は、液体導入弁８を開放することにより、減圧タンク内に導入される。吸引口は吸引パイプ１０を介して真空ポンプに連結しており、減圧タンク内の液体の上部の空気を吸引することにより、タンク内を減圧状態に保つ。撹拌羽根３の回転軸の上部には、突起を有するバー１１が取り付けられており、このバー１１が回転することにより、液面から上昇してくる泡を破壊する。
従来技術には、図２に示す装置の他に、例えば、減圧タンク内に高速回転する円盤を設け、その円盤から脱泡すべき液体の液滴を射出し、タンクの壁面に衝突させて泡を破壊する方式のもの（分散板式脱泡法）や、減圧されたチャンバー内で液体を薄膜に引き延ばして泡の湧出を促進させるとともに、泡が内包する気体の圧力で泡を破壊する方式（真空薄膜法）のものがある。薄膜上に浮上してきた泡は、泡の膜を形成する液体の界面張力が内包する気体の膨張圧力に耐えられなくなり、破壊されるのである。また、泡を湧出させる方法には、タンクを超音波発振器により振動させたり、タンク内に超音波発振器を設け、超音波により泡の湧出を促進させる方法も知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えばインクジェット用紙の塗工液を上記装置によって、脱泡しようとすると、液面に浮上する泡の量が多く、しかも泡が消えにくいので、破泡手段の能力がそれに追いつかず、泡が真空ポンプに吸い込まれ、真空ポンプが詰まる等の故障を起こしやすい。それを避けようとすると、どうしても、処理速度を落とさざるを得ないので、作業効率が低下する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記問題点を解決するために、以下に述べる脱泡方法及び装置を考案した。即ち、本発明の方法は、減圧タンク内で、液体中の泡を膨張、浮上させ、浮上してきた泡に対して、上部から圧力空気を吹き付けて泡を破壊することを特徴とする脱泡方法である。この破泡作業を人手により実施する場合は、液体を入れた減圧タンクの上部に、透明ガラス又は透明プラスチック製の泡監視窓を設け、泡の浮上状態を監視しながら、圧力空気導入弁を開いて、泡に向けて圧力空気を噴射し、泡が破壊されたら、開閉弁を閉じることになる。タンク内は減圧状態にあるので、圧力空気をタンク内に導入するには、タンク上部に開閉弁を設け、開閉弁に連なるノズルからタンク内に圧力空気を噴射することができる。従って、通常の場合、圧力空気を供給するコンプレッサー等の装置は要らない。また、タイマーを用いて、所定の時間間隔でタイマーから開閉弁に信号を送り、弁の開閉を所定の時間間隔で自動制御することも可能である。脱泡及び破泡作業を更に効率よく実施するには、請求項１に記載のごとく、減圧タンク内で、液体中の泡を膨張、浮上させ、浮上してきた泡をセンサー等の検出手段で検出し、前記検出手段からの信号に基づき、タンク上部に備えた制御弁に連なるノズルから浮上してきた泡に向けて圧力空気を噴射して泡を破壊する方法がある。
【０００７】
請求項１の発明は、タンク内に備えた攪拌手段で液体を攪拌して泡の湧出を促進することを特徴とする脱泡方法の発明である。攪拌手段は通常、タンク外部からの動力によって回転する攪拌羽根を用いる。攪拌羽根に換えて又は攪拌羽根と併用し、タンクを超音波発振器により振動させたり、タンク内に超音波発振器を設け、超音波により泡の湧出を促進させてもよい。
【０００８】
圧力空気の噴射は、液面に浮上してきた泡が、タンクを減圧状態にする吸引パイプに吸い込まれないよう、噴射力によって泡を消すものであるが、必要以上に噴射すると、タンク内の圧力が上昇し、液中から泡が出にくくなる。そこで、請求項１の発明では、減圧タンク内に必要以上の空気を入れないよう、タンク内に泡を検出するセンサー等の検出手段を設け、圧力空気を導入する泡が真空ポンプに吸引される恐れのある高さに達しときに、検出手段で泡を検出し、検出手段からの信号により、タンク上部に備えた制御弁を開かせ、制御弁に連なるノズルから泡に向けて圧力空気を噴射させ、泡を破壊し、吸引パイプに泡が吸い込まれるのを防止するとともに、泡が破壊され、検出手段が泡を検出しなくなったら、検出手段からの信号により制御弁を閉鎖させて、圧力空気の供給を絶ち、タンク内の圧力上昇を防止するのである。検出手段としては、静電容量式センサー、又はレーザー式変位センサーを用いることができる。また、ＣＣＤカメラ又はイメージセンサー等の撮像機能を備えたセンサーを用いて、画像を取り込み、その画像を解析装置により解析して、泡を検出することもできる。
【０００９】
請求項２の発明は、本発明の脱泡方法を実施するための好ましい脱泡装置の一例であって、真空ポンプにより吸引・減圧される減圧タンクと、減圧タンク内に備えられ、外部からの動力により回転駆動する攪拌羽根と、減圧タンク上部に設けられたセンサーと、減圧タンク上部に設けられ、上記センサーからの信号により作動する制御弁と、制御弁に連なるノズルとを備え、タンク内の液体を減圧状態で攪拌羽根で攪拌し、液体中の泡を膨張、浮上させ、浮上した泡をセンサーで検出するとともに、制御弁を開放してノズルから減圧タンク内に圧力空気を噴射し、該圧力空気によって浮上した泡を破壊することを特徴とする脱泡装置である。
【００１０】
泡を破壊するための圧力空気の噴射は、減圧タンク上部に設けられた制御弁を開き、外気をタンク内に取り入れることによる。タンク内は減圧状態になっているから、制御弁を開けば、圧力空気がタンク内に噴射される。従って、特に高圧の空気を必要とする場合を除いて、コンプレッサー等の圧力空気供給源を必要としない。
圧力空気は、前述のように、必要以上に噴射するとタンク内の圧力が上昇し、液中から泡が出にくくなる。必要以上に噴射することを避けるためには、ノズルに設けた制御弁をセンサーからの信号により自動的に操作させ、泡が破壊され、センサーが泡を検出しなくなったら、制御弁を自動的に閉鎖させるようにすることが望ましい。
【００１１】
請求項２の発明は、攪拌羽根が、減圧タンクの中心部の液体を攪拌する攪拌羽根と減圧タンクの内周面に沿って回転し、液体を攪拌する攪拌羽根とからなることを特徴とする。減圧タンクの中心部を攪拌すれば、同時に周辺部も攪拌されるが、周辺部は壁面の抵抗を受けるため、流速が低くなり、液体の粘度が高い場合等、中心部に比べて周辺部の攪拌が十分に行われないため、周辺部の泡がなかなか浮上しない。これを解消するため、タンク内の内周面に、内周面と一定の角度で傾斜する仕切板を内周面に沿って取り付け、液体の流れを乱して攪拌効率を上げることも行われているが、液体が直接衝突しない仕切板の裏面では、液体が滞留し、この部分の液体は攪拌が十分に行われないという欠点がある。請求項２の発明は、この点を考慮し、減圧タンクの内周面に沿って回転する攪拌羽根を設けたものである。
【００１２】
減圧タンクの中心部の液体を攪拌する攪拌羽根の一定時間当たりの回転数と減圧タンクの内周面に沿って回転する攪拌羽根の一定時間当たりの回転数との間に大きな差を設けると、タンク中心部の液体とタンク内周面近傍の液体がよく混じり合い、泡の膨張及び上昇が促進されることが実験により確かめられている。なお、中心部の液体を攪拌する攪拌羽根と減圧タンクの内周面に沿って回転する攪拌羽根とは、互いに逆方向に回転させることが望ましい。逆方向に回転させることにより液体の流れがさらに大きく乱れ、攪拌効果が大きくなる。
【００１３】
回転数の比の最適値は、撹拌羽根の構造によって異なるが少なくとも５以上の差が必要であり、２００以上にすると、タンクの内周面に沿って回転する撹拌羽根が停止している状態と大差がなくなる。タンクの内周面に沿って回転する撹拌羽根が停止している状態は、タンクの内周面に羽状の仕切板を固定した状態と同じであり、液流が衝突する仕切板の表側では液体の撹拌が行われるが、仕切板の裏側では、液体の一部が滞留し、そこに滞留した液体の脱泡が遅れる。従って、タンクの内周面に沿って回転する撹拌羽根も、回転させることが好ましい。なお、回転数の比の最適値は２０〜８０である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の方法、及び装置の好ましい実施の形態として、図１に示す実施例について以下に述べる。図１において、減圧タンクは、液体タンク１とタンク蓋２からなり、本装置で脱泡中、液体タンク１はタンク蓋２により密閉される。脱泡処理すべき液体は、液体導入弁８を開いて液体タンク１内に導入される。３、４は液体を撹拌する撹拌羽根で、３はタンク中心部の液体を撹拌する中心部撹拌羽根であり、４はタンク内周面近傍の液体を撹拌する周辺部撹拌羽根であり、この両者は、互いに反対方向に回転する。上記２つの撹拌羽根は、それぞれ、タンク蓋２の上部に取り付けられたモータ６及び７の回転駆動力によって回転する。また、タンク蓋２の上部には、制御弁１２とセンサー１３が取り付けられている。
【００１５】
中心部撹拌羽根３と周辺部撹拌羽根４の回転軸の軸位置は同一としている。従って、周辺部撹拌羽根４を吊持するアーム１４は、タンクの中央部を中心として回転するので、上記アームは従来技術の図２の脱泡装置におけるバー１１と同じように、ある程度の破泡効果がある。
【００１６】
タンクを減圧状態にするための吸引口はタンク蓋２の上部に設けられ、吸引パイプ１０を介して図示しない真空ポンプに連結されている。
上記脱泡装置により、液体を脱泡するには、先ず、タンク蓋２で液体タンク1を密閉し、タンク内に脱泡処理すべき液体を導入する。次ぎに、図示しない真空ポンプを作動させ吸引パイプから吸引し、タンク内を減圧状態にし、撹拌羽根３及び４を回転させ、液体を撹拌する。減圧状態で液体が撹拌されると、液体中の泡が膨張するとともに、液面に向けて浮上してくる。
【００１７】
液体の粘度が低く、破壊しやすい泡の場合は、液面に達すると同時に大部分は破砕するが、インクジェット用紙の塗工液のように、泡が破砕されにくい液体の場合、液体から次々に泡が供給されるので、液体上に泡の山が形成され、それが次第に大きな山に成長し、ついには、真空ポンプの吸引口にまで達する。
【００１８】
本発明では、泡が真空ポンプに吸引されるのを防止するため、泡が所定の高さに達したら、制御弁１２を開き、外気を減圧タンク内に導入する。外気は１気圧であり、タンク内は１気圧以下に減圧されているので、径の小さなノズルを設けておけば、タンク内部に向かって空気が勢いよく噴射される。この圧力空気によって、泡を破壊するのである。制御弁１２の開閉は、センサー１３からの信号によって制御されている。即ち、泡が成長し、真空ポンプに吸引されるおそれのある高さに達すると、センサー１３が泡を検出し、信号を制御弁１２に送り、制御弁１２を開かせる。泡が破壊され、センサー１３に検出されなくなると、制御弁は閉じられる。
【００１９】
即ち、センサー１３によって、泡の上昇状態を検出し、必要に応じて制御弁を作動させて、タンク内に空気を噴射することができるのである。このように、空気の噴射を制御することにより、タンク内の圧力をできるだけ減圧状態に維持しつつ、泡が真空ポンプに吸い込まれるのを防ぐことを可能としたのである。
センサーは、例えば、静電容量方式又はレーザー光による変位センサー等が用いられる。
【００２０】
図１はバッチ式の装置であるが、図３のように、図１の装置を複数基連結して、液体を連続的に脱泡処理することも可能である。図１の装置１基でも連続処理が可能であるが、泡の発生量が多い液体の場合は、圧力空気を噴射して浮上してきた泡を破壊しても、液中から再び泡が浮上してくるので、泡の上昇、圧力空気噴射、減圧を数回繰り返さないと、液体中の泡を完全に除去できない。従って、図１の装置１基では、泡の発生量が多い液体の場合、連続処理は難しく、断続的に処理せざるを得ない。
図３のように、液体導入路と脱泡された液体の排出路を設けた減圧タンクを複数基連結すれば、連続的に脱泡処理を繰り返し行うことができる。
【００２１】
ところで、同一の成分配合の液体でも、配合時の温度、撹拌状態によって、液体中に含まれる泡の量は異なる。液体の脱泡に本発明の装置を用いた場合、泡が盛んに上昇してくる脱泡作業の初期は制御弁１２が頻繁に開き、脱泡が終了に近づくに従って、開く頻度が少なくなる。言い換えれば、脱泡が終了に近づくに従って、制御弁１２が閉じた状態での継続時間が長くなる。従って、制御弁１２が閉じられた状態の継続時間の変化を監視するか、或いは、センサー１３から制御弁１２に送られる信号を監視すれば、タンク内を観察しなくとも、脱泡の進行状態や終了状態を把握することができる。
【００２２】
また、液体導入弁８及び液体排出弁９をセンサー１３と電気回路で結ばれた自動制御弁とすれば、脱泡が終了したら、液体排出弁９を解放して減圧タンクから液体を排出するとともに、液体導入弁８から新たな液体を導入することもできる。更に、吸引パイプにも制御弁を設けて、タンク内の圧力が所定の圧力以下に下がると、制御弁が開き、吸引するようにし、液体導入、タンク減圧、破泡のための圧力空気噴射、脱泡を終了した液体の排出、これら一連の作業サイクルをコンピューターにより自動制御すれば、無人運転で液体を脱泡することも可能である。無人運転は、図１の装置１基でも、
図３のように、複数基連結した場合でも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、圧力空気を噴射して泡を破壊するので、泡を消す効果が大きい。また、センサー等の検出手段を用いて泡を検出するので、圧力空気の噴射を必要最小限にすることができ、その結果、タンク内の圧力低下を防止し、脱泡効率を工場させることができる。攪拌羽根を用いて、液体中の泡の膨張、浮上を促進する発明である。請求項２の発明は、中心部攪拌羽根３と周辺部攪拌羽根４を設け、攪拌効果、即ち泡の湧出効果を向上させた装置の発明である。また、センサーを用いて泡を検出する発明においては、制御弁が閉じられた状態の継続時間の変化又はセンサーから制御弁に送られる信号を監視すれば、タンク内を観察しなくとも、脱泡の進行状態や終了状態を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の脱泡装置の説明図
【図２】 従来技術による脱泡装置の説明図
【図３】 連続脱泡装置の説明図
【符号の説明】
１ 液体タンク
２ タンク蓋
３ 中心部撹拌羽根
４ 周辺部撹拌羽根
５ ゴムパッキング
６ モータ
７ モータ
８ 液体導入弁
９ 液体排出弁
１０ 吸引パイプ
１１ バー
１２ 制御弁
１３ センサー
１４ アーム

Claims (2)

1. 液体中の泡を除去する脱泡方法であって、減圧タンク内で、液体中の泡を膨張、浮上させる際に、該減圧タンク内に備えた撹拌羽根が、減圧タンクの中心部の液体を撹拌する撹拌羽根と減圧タンクの内周面に沿って回転する撹拌羽根とからなり互いに逆方向に回転する撹拌手段で該液体を撹拌し、浮上した泡を検出手段で検出し、前記検出手段からの信号に基づき、タンク上部に備えた制御弁に連なるノズルから浮上してきた泡に向けて大気圧空気を噴射して泡を破壊することを特徴とする脱泡方法。
2. 液体中の泡を除去する脱泡装置であって、１．真空ポンプにより吸引・減圧される減圧タンクと、２．減圧タンク内に備えられ、外部からの動力により回転駆動する、減圧タンクの中心部の液体を撹拌する撹拌羽根と減圧タンクの内周面に沿って回転する撹拌羽根とからなり互いに逆方向の回転である撹拌羽根と、３．減圧タンク上部に設けられたセンサーと、４．減圧タンク上部に設けられ、上記センサーからの信号により作動する制御弁と制御弁に連なるノズルを備え、タンク内の液体を減圧状態で撹拌羽根で撹拌し、液体中の泡を膨張、浮上させ、浮上した泡をセンサーで検出するとともに、制御弁を開放してノズルから減圧タンク内に大気圧空気を噴射し、該大気圧空気によって浮上した泡を破壊することを特徴とする脱泡装置。

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