JP4020198B2

JP4020198B2 - 塗布装置

Info

Publication number: JP4020198B2
Application number: JP2002591160A
Authority: JP
Inventors: ベルネルト、リヒャルト; メンデツ−ガロン、ベンジャミン; ユーバーシェール、マンフレット
Original assignee: ボイスペ−パ− パテントゲ−エムベ−ハ−
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2022-05-22
Also published as: US20040107899A1; DE50214344D1; JP2004531387A; EP1432525B1; US20060065190A1; WO2002094452A3; ATE463620T1; EP1432525A2; US7037375B2; WO2002094452A2; US7326301B2

Description

本発明は、アプリケータを用いて、液体や粘着性の塗布剤を、移動している塗布面へ塗布する装置に関する。

直接塗布の場合、塗布面は、巻き取り材料の表面、具体的には、紙又は巻き取りボール紙である。又、間接塗布の場合の転写面は、巻き取り材料の表面へ塗布剤を転写する転写部材、好ましくは転写ロールの転写面である。そして、塗布面に沿って移動する空気の境界層を弱めるための装置が、移動方向から見て、アプリケータの前に設けられている。

塗布面の表面に沿って移動する空気の境界層は、別のタイプのアプリケータによって行われた塗布結果に対しても悪影響を及ぼす虞があるが、以下の例では、カーテンコータを用いて、本発明の説明を行う。カーテンコータは、塗布剤を、基本的に重力で形成されるカーテンあるいはベールとして、塗布面へ供給するアプリケータである。

カーテンコータを使って塗布する場合（「カーテン・コーティング」として業界で知られている）、塗布剤は、その動きが重力に基本的に左右される塗布剤カーテンとして、塗布面へ供給される。塗布面から一定の距離にカーテンコータが位置するという事実には、例えば、巻き取り材料の破損の場合、ダメージを被る危険性を軽減するという利点がある。供給ノズルから出るカーテンの形状は、塗布剤の表面張力と重力との相互作用にのみ依存するので、カーテン・タイプのコータは、例えば、アプリケータから塗布面への塗布剤の移動がアプリケータの供給ノズルからの放出力に起因するような、解放型ジェット・ノズル・タイプといった他のタイプの「非接触」アプリケータ装置とは区別される。このような状況で、カーテンは、その体積や断面に比較して非常に大きな表面や周囲の長さを持っており、表面張力によって収縮し表面領域が減少する傾向にある。この効果は、カーテンを伸ばす重力によってのみ逆らわれる。従って、より大きな有効幅を得ると共に、その有効幅の全体に亙って均一な厚みを持った塗布剤カーテンを得ることが、非常に困難であることは容易に理解できる。

重力による塗布剤カーテンやベールとして、塗布剤を、巻き取り材料に供給するカーテンコータによる巻き取り材料の塗布の技術は、写真のフィルム、オーディオ・テープなどの塗布でしばしば知られている。この種の塗布に関連した巻き取り材料は、１０ｍ以上の巻き取り材料幅が要求されるような、現在の紙やボール紙の生産のものよりはるかに狭い。そのような幅の塗布剤カーテンを形成し、かつ安定している状態を保つことは、比較的制御の容易な既知の狭い塗布剤カーテン塗布の方法からは、容易に見いだすことのできない機能的な解決策を必要とするものである。さらに、紙とボール紙の巻き取り材料の生産は、現在では、最大３０００ｍ／分の速度で行われている。これは、既知の狭い巻き取り材料の速度の何倍もの速度であり、塗布剤カーテンの安定性に関する更に高い要求を示すものである。

特許公報 DE 199 03 559 A1には、カーテンコータの直前に、巻き取り材料に沿って移動する空気の境界層を弱める為のいくつかの動作原理が記載されている。この公報では、動作原理の効率を改善する可能性には触れていない。

複数の部材を利用する方法がWO 01/16427に示されている。これらの部材は、空気の境界層が塗布剤カーテンとの干渉を引き起こすことを防止するために、巻き取り材料の表面に対向し、巻き取り材料移動方向から見てカーテンコータの直前の位置に設けられている。

この技術分野の状況の説明を十分にするために、DE 197 16 647 A1、DE 199 03 559, DE 198 03 240 A1、DE 198 29 449 A1、EP O 974 403 A1及び、優先権としては早いが、後で公開されるDE 100 12 347及びDE 100 57 734を参照文献とする。
DE 199 03 559 A1 DE 197 16 647 A1 DE 199 03 559 DE 198 03 240 A1 DE 198 29 449 A1 EP O 974 403 A1 DE 100 12 347 DE 100 57 734 WO 01/16427

本発明の目的は、特に空気の境界層の影響を弱める点に関して、高速で動く幅の広い巻き取り材料、好ましくは、紙やボール紙の生産や加工の為のラインに用いるアプリケータ装置を改良することである。

上述した課題を解決するため、本発明では、アプリケータ（１２）を用いて、液体や粘着性の塗布剤（１６）を、移動している塗布面へ塗布する塗布装置であって、直接塗布の場合、塗布面（Ｕ）は巻き取り材料の表面（２０ａ）、具体的には、紙又は巻き取りボール紙であり、間接塗布の場合、転写面は、巻き取り材料の表面へ塗布剤を転写する転写部材、好ましくは転写ロールの転写面であり、塗布面に沿って移動する空気の境界層を弱めるための弱め装置（２４）が、移動方向（Ｌ）から見て、アプリケータ（１２）の前に設けられており、弱め装置（２４）には、吹き付け装置（２６）と吸い込み装置（３０）が備えられており、吹き付け装置（２６）は、塗布面（Ｕ）の移動方向（Ｌ）から見て、アプリケータ（１２）の前に設けられており、移動方向（Ｌ）とは反対方向の気流（３６）を生成し、吸い込み装置（３０）は、塗布面（Ｕ）の移動方向（Ｌ）から見て、吹き付け装置（２６）の前に設けられており、吹き付け装置（２６）により生成された気流（３６）の少なくとも一部と、気流（Ｇ）の境界層の少なくとも一部を吸い込むことを特徴としている。

本発明によれば、上記問題は、吹き付け装置および吸い込み装置を含む弱め装置が設けられている上述のタイプの装置によって解決される。吹き付け装置は、塗布面の移動方向から見て、アプリケータの前に位置し、移動方向に対して反対方向に気流を生成する。
吸い込み装置は、塗布面の移動方向から見て、吹き付け装置の前に位置し、吹き付け装置により生成された気流の少なくとも一部と、塗布面に沿って移動する気流の境界層の少なくとも一部を吸い込む。

空気の境界層を弱める為に、吹き付け装置だけの使用あるいは吸い込み装置だけを使用することは、主たる出願DE 100 12 257に、基本的に記載されている。しかしながら、これら両方のシナリオでは、ストリップ、ブラシあるいはドクター要素も利用されている。
それらは、吸い込み装置の動作範囲へ入る前の空気の境界層を弱めるか、あるいは、吹き付け装置によって予め弱められた空気の残りの境界層をさらに弱める目的で、設けられている。これらの要素は、巻き取り材料に接触し、好ましくない磨耗や破れを巻き取り材料や弱め装置に与える。従って、巻き取り材料の破損の虞や、そして保守費用やスペア部品の出費が増加してしまう。

本発明によれば、塗布装置面の磨耗や破れは、吹き付け装置と、巻き取り材料の移動方向から見て、この吹き付け装置の前に置かれた吸い込み装置の組み合わせによって防止される。吸い込み装置の１つの機能は、移動している塗布面に沿って移動する空気の境界層をあらかじめ弱めることである。吸い込み装置の持つ別の機能は、前記吹き付け装置によって放出された空気流を吸い取り、この空気流の動きを塗布面に沿って安定させることである。特に、本発明の弱め装置は、巻き取り材料に接する弱め要素を含まず、巻き取り材料から離れて設けられている。この意味で、本発明の弱め装置は、その動作において完全に非接触の弱め装置である。

本発明による吹き付け装置は、塗布面の両側面の端の領域に空気を供給する吹き付け箱を含んでもよい。この２方向の、そして好ましくは対称的な空気供給によって、塗布面に沿って移動する空気の境界層に対して反対方向に動く塗布面の横断方向に関して、基本的に均一の気流が得られる。吹き付け装置の供給ノズルは、この例では、１つのスロット状のノズルあるいは独立した多数のノズルからなる。
これに対応して、本発明の吸い込み装置は、塗布面の側面端のうちの１つの領域、好ましくは、駆動側端の領域でのみ、空気を吸い取る吸い込み箱を備えている。本発明のこの改良は、吸い込み装置が、主に空気の境界層を弱める処理の前段としての効果を利用するものである。したがって、構造上複雑で、それ故高価な２方向空気除去は、必要がない。

吹き付け装置の影響によって塗布剤カーテンの安定性を改善し、本発明を更に改良するためには、移動方向から見てアプリケータ装置に面する、吹き付け装置の端が、塗布面と塗布剤の接触ポイントから約１０ｍｍから約５０ｍｍだけ離れた位置にあるようにするとよい。

吹き付け装置に、移動している塗布面から所定の距離に位置するバッフルが設けられている場合、このバッフルと塗布面の間に流路が形成され、吹き付け装置によって放出される空気が、塗布面の移動方向に対して反対方向にこの流路を移動する。これにより、吹き付け装置によって放出される空気流れが、塗布面に沿って移動する空気の境界層に及ぼす効果をより改善する。バッフルが、塗布面の移動方向の方向から見て、約３００ｍｍから約５００ｍｍの長さを有する場合、特に、この効果が顕著となる。少なくとも部分的に、吹き付け装置が、巻き取り材料が移動する支持ロールの領域に位置する場合、ロール直径に応じて、ほぼ９０°の角度に相当する領域をカバーする。

本発明の更なる改良では、塗布面移動の方向から見て、吸い込み装置は、対向するバッフル又は吹き付け装置から、約１０ｍｍから約５０ｍｍだけ離れた位置にあるようにするとよい。したがって、塗布面移動方向の方向から見て、吹き付け装置および吸い込み装置は、互いに直接接続（距離＝０）しても良い。あるいは、吸い込み装置が、それらは互いに所定の距離だけ離れていても良く、その場合、吹き付け装置によって放出される空気が、必ずしも全て吸収するわけではない。

弱め装置の前に、空気の境界層の最上部の層を基本的に取り除く調節装置が設けておけば、より有利である。通常は、弱め装置の効率は、例えば塗布面の移動速度等の様々な要因に依存する。調節装置は、空気の境界層の最上部の除去により、これらの要因の影響を抑えるか、全く除くことができる。さらに、弱め装置は、もはや空気の全境界層を処理する必要はなく、調節装置を通り抜けた気流だけを扱えば良い。従って、弱め装置をそれほど高効率に設計しなくとも良いことになる。

単純な具体化では、調節装置を、例えば、塗布面の横断方向へ延びた板金ストリップで構成することができる。しかしながら、さらに、調節装置を上下逆さまの翼形の断面を持ったものにするなど、航空力学の結果を利用することもできる。

調節装置が塗布面から約３ｍｍから約１０ｍｍだけ離れて位置する場合、好結果が期待できる。調節装置は独立に設けても良いし、弱め装置に取り付けて設けても良い。

既に述べたように、本発明の弱め装置は、特に、アプリケータ（カーテンコータ）を持つアプリケータ装置で利用されるものであり、このアプリケータ（カーテンコータ）は、基本的に重力に依存するカーテンやベールの形で、塗布面へ供給される。

本明細書では「空気」という用語で、全ての気体や気体の混合物であって、塗布面に沿って移動する「空気」の境界層を形成するものを示すものとする。例えば、空気でなくとも、窒素ガスを代わりに用いても良い。圧縮空気は、ほとんどすべての工場において利用可能であり、したがって、追加の設備投資もなく低費用で利用可能なので、空気を利用することが普通は好ましい。

空気の境界層を弱める為に、更なる手段を用いても良いが、代わりに、弱め装置の領域、好ましくは、吹き付け装置の放出口の直前の領域で、巻き取り材料の進行が曲線に沿うようなものとしても良い。巻き取り材料は、支持ロール、支持ベルト及び支持シューの少なくとも１つに巻き取られていてもよい。曲線上の移動の結果、空気の境界層は遠心力を受け、巻き取り材料から離れる力を受ける。そのため、空気の境界層に対する吹き付け装置の影響は効果的となる。この移動曲線の曲率半径は、約３００ｍｍから約５００ｍｍの間とすると良い。曲率半径がより小さいほど、生成された遠心力は大きくなる。しかしながら、実際には、巻き取り材料の偏位特性によって、曲率半径の最小値が設定される。又、曲率半径の上限も、１つの理由としては遠心力を抑える為に、別の理由としては設備スペースを確保する為に、設定される。

巻き取り材料の経路に起因する、塗布剤カーテンの移動特性の問題を避ける為に、塗布面は、塗布剤と塗布面との接触点に向かって、下から供給されることが望ましい。しかしながら、十分なスペースが利用できない場合には、巻き取り材料を上から供給することも可能である。

本発明は、以下に添付図面を参照して、実施例と共に説明される。

図１には、本発明のアプリケータ装置が、参照番号１０によって示されている。装置１０は、アプリケータ（カーテンコータ）１２を含み、このアプリケータ１２のノズル１４から、塗布剤カーテン１８として塗布剤１６が供給され、Ｌの方向へ移動している塗布面Ｕに対して塗布される。塗布面Ｕ上の塗布剤カーテン１８との接触ポイントは、図１の中のＰで示されている。図示されている例では、塗布面Ｕは、塗布剤１６がコーティング層２２として供給される巻き取り材料２０の表面２０ａとなっている。

弱め装置２４が、塗布面Ｕの表面に沿って移動する空気Ｇの境界層を弱めるように、移動方向Ｌから見てアプリケータの前に設けられている。この弱め装置２４は、吹き付け箱２８と末端２７を持った吹き付け装置２６と、吸い込み箱３２を持った吸い込み装置３０を備えている。

塗布面Ｕの移動方向Ｌの方向から見て、吹き付け箱２８は、アプリケータ１２の直ぐ上流、特に塗布剤カーテン１８の直ぐ上流に位置する。吹き付けノズル２８ａは、塗布剤カーテン１８から、好ましくは約１０ｍｍから約５０ｍｍの距離ａだけ離れた位置に設けられている。吹き付けノズル２８ａは、移動方向Ｌの反対方向に空気流３４を放出する。この空気流３４は、バッフル２８ｂと塗布面Ｕの間に形成される流路３６を移動し、塗布剤カーテン１８に対する空気Ｇの境界層の影響を弱める。このバッフル２８ｂは、約３００ｍｍから約５００ｍｍの長さｂを持っている。

移動方向Ｌの方向から見て、吸い込み箱３２は、吹き付け箱２８の上流に、距離ｃだけ離れた位置に設けられている。吸い込み箱３２は、塗布面Ｕから空気Ｇの境界層を吸い込むことによって、空気Ｇの境界層を弱める。これは、図１に、塗布面Ｕに対して傾斜した線によって示されている。更に、吸い込み箱３２は、流路３６および吹き付け箱２８からの気流を吸収することによって、吹き付け箱２８から放出される気流３４を安定させ、特に、塗布面Ｕの表面に沿った流れとしている。これは図１で、塗布面Ｕから離隔する小さな矢によって示される。吸い込み箱３２が、吹き付け箱２８の最も直前に位置する場合、つまり、直接接している場合(c = 0 mm)に、上記した吸い込み箱３２の機能は、特に効果的となる。

図１では、少なくとも、吸い込み装置３０の上流に位置する矩形の調節ストリップ３８が、調節装置として設けられている。調節ストリップ３８は、塗布面に最も近い空気の境界層の領域が、吸い込み箱３２に達する前に、空気Ｇの境界層の最上部の層を持ち上げるように設けられている。このように空気Ｇの境界層を容易に弱めることができた結果、吸い込み装置３０の能力を下げ、従ってより安価にすることができる。加えて、空気Ｇの境界層の強さは、調節ストリップ３８を設けない場合のように、アプリケータ装置１０の動作パラメータに依存して変わってしまうということがなくなる。

図２を参照して、吹き付け装置２６は、吹き付け箱２８の両側に空気を供給する。言い換えれば、供給ライン２８ｃは、２本の支流ライン２８ｄ、２８eに分離し、塗布面Ｕの横断方向或いは動き幅方向Ｑに対して、つまり、横方向エッジＵ１、Ｕ２に対応して、吹き付け箱２８の駆動側面２８ｆやオペレータ側面２８ｇへの空気の放出を行う。この２方向空気供給によって、横断方向Ｑに関して均一の気流が得られる。

他方では、吸い込み装置３０の吸い込み箱３２では、図３で示されているように、空気は、吸い込み箱３２の駆動側面の一方の側面或いは端面３２ａからのみ吸い込まれる。

図１に関して付け加えることは、吹き付け装置２６の領域では、半径Ｒの支持ロール４０によって、巻き取り材料２０が移送されているということである。巻き取り材料の進行方向が曲がっているために、空気Ｇの境界層は遠心力を受け、巻き取り材料２０から離れる力を受ける。そのため、空気Ｇの境界層に対する吹き付け装置２６の影響は、強められる。更に、巻き取り材料２０は、支持ロール４０の下方から移動されるので、塗布剤カーテン１８の流れを乱すことが避けられる。

この発明は、特に空気の境界層の影響を弱める点に関して、高速で動く幅の広い巻き取り材料、好ましくは、紙やボール紙の生産や加工の為のラインに用いるアプリケータ装置に適している。

図１は、本発明によるアプリケータ装置の実施例を示す概略側面図である。図２は、塗布面の移動方向から見た、本発明による吹き付け装置の実施例を示す概略図である。図は、塗布面の移動方向から見た、本発明による吸い込み装置の実施例を示す概略図である。

符号の説明

１０…直接又は間接的に、材料ストリップ、特に紙やボール箱へ塗布する装置
１２…アプリケータ
１６…液体や粘着性の塗布剤
２４…弱め装置
２６…吹き付け装置
３０…吸い込み装置
Ｕ…塗布面
Ｌ…移動方向
Ｇ…空気の境界層Ｇ

Claims

アプリケータ（１２）を用いて、液体や粘着性の塗布剤（１６）を、移動している塗布面へ塗布する塗布装置であって、
直接塗布の場合、塗布面（Ｕ）は巻き取り材料の表面（２０ａ）、具体的には、紙又は巻き取りボール紙であり、間接塗布の場合、転写面は、巻き取り材料の表面へ塗布剤を転写する転写部材の転写面であり、
塗布面に沿って移動する空気の境界層を弱めるための弱め装置（２４）が、移動方向（Ｌ）から見て、アプリケータ（１２）の前に設けられており、
弱め装置（２４）には、吹き付け装置（２６）と吸い込み装置（３０）が備えられており、
吹き付け装置（２６）は、塗布面（Ｕ）の移動方向（Ｌ）から見て、アプリケータ（１２）の前に設けられており、移動方向（Ｌ）とは反対方向の気流（３６）を生成し、
吸い込み装置（３０）は、塗布面（Ｕ）の移動方向（Ｌ）から見て、吹き付け装置（２６）の前に設けられており、吹き付け装置（２６）により生成された気流（３６）の少なくとも一部と、気流（Ｇ）の境界層の少なくとも一部を吸い込む塗布装置において、
吹き付け装置（２６）は、空気を供給する吹き付け箱（２８）を具え、空気は、供給ライン（２８ｃ）と該供給ライン（２８ｃ）から分かれる２本の支流ライン（２８ｄ、２８ｅ）とを介して塗布面（Ｕ）の横断方向に対し吹き付け箱（２８）の両側面（２８ f 、２８ g ）へ放出されることを特徴とする塗布装置。
吸い込み装置（３０）は、空気を排出する吸い込み箱（３２）からなり、塗布面（Ｕ）の側面端の領域の１つからのみ空気を排出する請求項１に記載の塗布装置。
塗布面（Ｕ）の移動方向（Ｌ）の方向から見て、アプリケータ（１２）に面する吹き付け装置（２６）の端部は、約１０ｍｍから約５０ｍｍの距離（ａ）だけ、塗布面（Ｕ）と塗布剤（１６）との接点（Ｐ）から離れた位置に設けられている前記請求項のいずれかに記載の塗布装置。
吹き付け装置（２６）には、塗布面（Ｕ）から所定の距離（ａ）にバッフル（２８ｂ）が設けられている前記請求項のいずれかに記載の塗布装置。
バッフル（２８ｂ）は、塗布面（Ｕ）の移動方向（Ｌ）の方向から見て、約３００ｍｍから約５００ｍｍの長さ（ｂ）を有する請求項４に記載の塗布装置。
吸い込み装置（３０）は、塗布面（Ｕ）の移動方向（Ｌ）の方向から見て、バッフル（２８ｂ）および吹き付け装置（２８）の端部から約０ｍｍから約５０ｍｍの距離（ｃ）に位置する請求項４又は５のいずれかに記載の塗布装置。
吹き付け装置（２６）の吹き付けノズル（２８ａ）は、スロット状のノズルあるいは独立した多数のノズルからなる前記請求項のいずれかに記載の塗布装置。
空気（Ｇ）の境界層の複数の最上部層を取り除く調節装置（３８）が、弱め装置（２４）の前に設けられている前記請求項のいずれかに記載の塗布装置。
調節装置（３８）は、塗布面（Ｕ）の横断方向（Ｑ）に延びたストリップを有する請求項８に記載の塗布装置。
調節装置（３８）は、塗布面（Ｕ）から、約３ｍｍから約１０ｍｍの距離だけ離れて位置する請求項８又は９に記載の塗布装置。
塗布面（Ｕ）は、弱め装置（２４）の領域で、曲線上を移動する前記請求項のいずれかに記載の塗布装置。
巻き取り材料（２０）は、支持ロール（４０）、支持ベルト及び支持シューの少なくとも１つに巻き取られている請求項１１に記載の塗布装置。
前記曲線の曲率半径（Ｒ）は約３００ｍｍから約５００ｍｍである請求項１１又は１２に記載の塗布装置。
塗布面（Ｕ）は、下から、塗布面（Ｕ）と塗布剤（１６）との接点（Ｐ）へ移動している前記請求項のいずれかに記載の塗布装置。