JP4442100B2 - Coating tank with ultrasonic oscillator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷機又は塗工機の塗液を溜めておく塗液タンクに関し、特に、塗液中に含まれる顔料や固形添加物を均一に分散させるために超音波を用いて攪拌する超音波発振子付き塗液タンクに関する。
【0002】
【従来の技術】
紙又は合成樹脂フィルム等への印刷又は塗工の際に、連続して良好な色調や塗膜物性を維持するためには、塗液の濃度や組成が時間の経過と共に変化したりムラを生じたりすることがない様に、塗液を常に均一に攪拌することが重要である。一方で、特殊な意匠の絵柄を印刷したり、特殊な物性又は機能性を有する塗膜を塗工形成したりするために、塗液中に粒径が例えば数十μm以上といった大粒径の顔料や固形添加物を配合する事例が増加しつつある。しかし、こうした大粒径の顔料や固形添加物は、時間の経過と共に塗液中で沈降や凝集を発生し、塗液の濃度変化のために色調や物性、機能性等が変化したり、異物として塗工欠陥の原因となったりすることが問題となっている。
【0003】
上記した顔料や固形添加物の沈降や凝集を防止するために、印刷機や塗工機の塗液タンクには、例えば、スクリュー状の攪拌羽根を先端に取り付けた軸を電動モーター又は圧縮空気等の力で回転させる回転羽根式攪拌装置(通称:ディスパー)を設置して、印刷又は塗工の作業中は絶えず塗液を攪拌するのが一般的である。しかし、この回転羽根式攪拌装置は、攪拌の作用点が一点であるために、攪拌の不均一が発生し易く、例えば攪拌力が及びにくい塗液タンクの隅部等における顔料や固形添加物の沈降や凝集を完全に防止することは極めて困難である。
【0004】
攪拌効果をより高めるためには、塗液タンクの大きさに応じて回転羽根を大きくしたり、回転数を上げたりすることも考えられる。しかし、こうした方法では、印刷や塗工が進行し、塗液の残量が少なくなった時に、回転羽根の一部が塗液の液面上に露出したり、塗液が過度に激しく攪拌されたりして、塗液が飛散して周囲を汚染したり、塗液の一部分のみを激しく攪拌するために、却って攪拌が不均一になったりする原因となる。この際、液量を維持するために塗液を余分に調製することは、コスト上好ましくない。一方、塗液の残量が少なくなった時にも対応できる様に、小型で低出力の回転羽根式攪拌装置を複数設置することも考えられる。しかし、攪拌装置が複数となるので、費用と共にメンテナンスも煩雑となる他、攪拌装置同士の干渉により攪拌不十分な箇所が発生することなどの問題もある。
【0005】
上記の他、回転羽根式攪拌装置は、特に2液硬化型の塗液を用いる場合等には、時間の経過と共に硬化した固形分が羽根や軸に付着し、攪拌効果を低下させたり、塗液の飛散の原因となったり、凝集物が異物として塗膜欠陥の原因となったり、印刷又は塗工後の攪拌装置の洗浄が困難になったりすることなどの問題がある。
【0006】
回転羽根式攪拌装置によらずに、塗液中の顔料や固形添加物の沈降や凝集を防止する方法として、塗液タンク又は塗液流路等に超音波振動子を設置して、塗液中に超音波を放射する方法の提案もある(特許文献1、2等)。しかし、単に塗液中に超音波を放射するのみでは、超音波が放射された箇所の塗液中における顔料等の再分散には有効であるかも知れないが、超音波が届きにくい箇所における顔料等の沈降や凝集を防ぐことはできないので、塗液全体としての濃度変化や異物発生を防止する手段としては不十分である。
【0007】
【特許文献1】
特開昭62−136264号公報
【特許文献2】
特開平9−131555号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術における上記の問題を解決し、塗液中での顔料や固形添加物等の沈降や凝集を防止し、経時による濃度変化や濃度ムラ、凝集異物による印刷・塗工欠陥等の発生を効果的に防止することのできる塗液タンクを提供することを目的としてなされたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は下記の構成によってなるものであり、本発明の請求項1に係る発明は、印刷機又は塗工機に塗液を連続的に供給する為の塗液タンクにおいて、略中央部に位置する最深部に向かって傾斜した2つの斜面を有するタンク底面によって構成されてなり、該底面の2つの斜面における前記最深部の近傍箇所、及び前記2つの斜面における前記最深部と最浅部との中間部から最浅部にかけての箇所の、前記最深部を挟んで向かい合う位置の一部が、各々1個以上の超音波発振子を接続した振動板により構成され、これらの超音波発振子の協働作用により、前記底面の最深部から液面へ向かって上昇する直進流を発生させ、該直進流によって液面へ運ばれた塗液を、液面に沿って幅方向両端部の最浅部へと移動させ、最浅部において下降流として底面へ向かわせ、さらに最浅部の底面から斜面に沿って最深部へと向かわせ、もって最深部を挟んで右側には時計回り、左側には反時計回りの対称形の対流を発生させることにより、塗液タンク内の塗液全体が攪拌されるようにしたことを特徴とする超音波発振子付き塗液タンクであり、本発明の請求項2に係る発明は、上記請求項1に係る発明の超音波発振子付き塗液タンクにおいて、タンクの外面に冷却装置が設置されていることを特徴とする超音波発振子付き塗液タンクである。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波発振子付き塗液タンクは、図1〜2に示す様に、塗液タンク1の底面が、幅方向の略中央部に最深部を有するV字型形状をなす様に、該最深部に向かって傾斜した2つの斜面2によって構成されている。斜面2の斜度は、3度から20度程度の範囲内で選ばれ、10度程度が最も望ましい。そして、これらの2つの斜面2の最深部近傍の箇所に、該最深部を挟んで向かい合う位置に、各斜面2に各々1個以上の超音波発振子が設置される。超音波発振子の設置の態様は、要するに塗液4中に超音波が放射される様に設置されていればよい。なお図1〜2に示すように、底面の超音波発振子の設置位置における斜面2の一部は超音波発振子を接続した振動板3によって構成されている。また前記超音波発振子(を接続した振動板3)は、2つの斜面2における最深部の近傍箇所のみならず、図3〜4に示す様に、最深部と最浅部との中間部から最浅部にかけての箇所にも設置される。
【0011】
本発明で使用する超音波発振子の必要電力、振動数、直径等は、塗液タンク1の容量や塗液4の組成等に応じて選択する必要がある。条件にもよるが一般的には、超音波発振子出力は0.7〜4W/cm2程度、必要電力は50〜1200W程度、振動数は20〜45kHz程度、超音波発振子のチップ径は20〜45mmφ程度である。超音波発振子は独立に用いてもよいし、公知の様に複数の超音波発振子を接続した振動板を用いてもよい。
【0012】
液体中では、適正な周波数の超音波発振を行うと、超音波発振子の振動面中心軸付近へキャビテーションによる直進流が発生する。本発明では、この直進流を攪拌に利用するため、少なくとも1対以上の超音波発振子を底面に設置している。そして、該1対以上の超音波発振子を、2つの斜面における最深部近傍に、該最深部を挟んで向かい合う位置に設置したことにより、これらの超音波発振子の協働作用により、底面の最深部から液面へ向かって上昇する直進流が発生する。この直進流によって液面へ運ばれた塗液4は、液面に沿って幅方向両端部の最浅部へと移動し、該最浅部において下降流となって底面へ向かい、さらに最浅部の底面から斜面2に沿って最深部へと向かう。こうして、最深部を挟んで右側には時計回り、左側には反時計回りの対称形の対流が発生して、塗液タンク1内の塗液4全体が効果的に攪拌される。
【0013】
しかも、塗液4が最深部近傍の超音波発振子付近を通過する際には、超音波による激しい分散作用を受けるため、塗液4中に分散された顔料や固形添加物の凝集が極めて発生しにくいと共に、仮に最浅部や最浅部と最深部との中間部において顔料や固形添加物が凝集して沈降することがあっても、沈降した凝集粒子は、重力及び上記対流の作用によって、斜面下方の最深部へと運ばれ、ここで超音波による強力な分散作用を受けて再分散され、凝集粒子の沈降は解消される。こうして、塗液4中における顔料や固形添加物の凝集による粗大粒子の形成が妨げられ、異物として塗工欠陥を発生する現象が防止されると共に、凝集粒子の沈降による塗液4の濃度変化もないので、長時間連続して印刷や塗工の作業を行っても、安定した色調や物性の塗膜を得ることができる。
【0014】
図3〜4に示した様に、超音波発振子(を接続した振動板3)は、2つの斜面2における最深部の近傍箇所と、最深部と最浅部との中間部から最浅部にかけての箇所に設置されるが、この箇所に設置した超音波発振子の利用法としては以下の2種類がある。
【0015】
まず第1は、最深部から離れた箇所の斜面2上に沈降した凝集粒子が斜面2上に固着するのを防ぎ、塗液4の対流に乗せて速やかに最深部へと移動させるための利用法である。この利用法は、塗液4の対流自体は塗液タンク1の内部全体に十分な流速で発生している条件では有用であり、当該箇所の超音波発振子の出力密度は、最深部近傍のそれよりも小さ目であってよいが、斜面2中の出来るだけ広い面積に超音波が伝わる様にするのが良く、最深部と最浅部との中間部近傍に設置するのがよい。
【0016】
第2は、最深部近傍に設置された超音波発振子の超音波による塗液4の対流が、塗液タンク1の幅方向両端部の最浅部にまでは十分には及んでいない場合に有効な利用法であって、中間部から最浅部にかけての箇所に設置された超音波発振子によっても、塗液4に液面へ向かって上昇する直進流を発生させ、最深部近傍とは別の対流を発生させるものである。この場合は、超音波発振子は最浅部の近傍に設置し、最深部近傍に設置したものとほぼ同等の出力で超音波を放射させるのがよい。この様にすれば、最深部で上昇し中間部で下降する対流と、最浅部で上昇し中間部で下降する対流との2つの対流が、最深部を挟んで対称に、すなわち全部で4つの対流が発生し、そのうち最深部側の2つの対流では最深部近傍、最浅部側の2つの対流では最浅部近傍において、塗液4中の顔料や固形添加物は超音波による分散作用を受ける。
【0017】
本発明の超音波発振子付き塗液タンクには、外面に冷却装置を設けることが好ましい。すなわち、冷却装置を設けることにより、超音波発振に伴う発熱による塗液4の温度上昇を抑制することができ、塗液の乾燥や変質、粘度変化等を防止し、塗液の印刷・塗工適性を良好に維持することができる。冷却方式としては、5〜10℃程度の冷水、又は場合によっては最低−30℃に達するエチレングリコール/水混合液等の冷却液を循環させる方式などによるのがよい。冷却温度は、塗液タンク1内の塗液4の温度が概ね25℃程度以下となるように制御することが好ましい。
【0018】
【実施例】
以下に、本発明の実施例および比較例について図面を参照して説明するが、本発明の内容がこれらに限定されるものではない。
【0019】
<実施例1>
図1〜2に示す様に、外形が奥行40cm、幅60cm、最深部の深さ40cmであり、底面が幅方向両端部の最浅部から幅方向中央部の最深部へ向かって斜度10度の斜面2となっている塗液タンク1に、超音波発振子3個を接続した振動板3を、最深部近傍の斜面2に、最深部を挟んで2対が向かい合う様に合計4枚設置してなる、超音波発振子付き塗液タンクを用意した。
【0020】
この塗液タンクに、樹脂ワニス中に顔料として粒径15μmの酸化チタン被覆雲母片を分散させたパールインキ(溶剤:酢酸エチル/2−ブタノン=1/1、粘度:ザーンカップ#3にて25秒)を60リットル投入し、超音波発振子を周波数28kHz、出力600Wにて駆動しつつ30分間攪拌したところ、塗工上問題となる様な顔料の沈降及び滞留は認められなかった。
【0021】
<実施例2>
図3〜4に示す様に、上記実施例1において用いたものと同一の外形の塗液タンク1に、超音波発振子3個を接続した振動板3を、最深部近傍及び最浅部近傍に、最深部を挟んで各2対ずつ、合計8枚設置してなる超音波発振子付き塗液タンクを用意した。
【0022】
この塗液タンク1に、上記実施例1において用いたものと同じパールインキを同量投入し、超音波発振子を周波数28kHz、出力1200Wにて駆動しつつ30分間攪拌したところ、顔料の沈降及び滞留は全く認められなかった。但し、超音波による発熱が顕著であったので、塗液タンク1を密閉すると共に、塗液タンク1の外面に設けた冷却管に温度5℃の冷却水を循環して冷却することで対処した。
【0023】
<比較例1>
上記実施例1及び実施例2において用いたものと同一の外形で超音波発振子が設置されていない塗液タンクに、上記実施例1及び実施例2において用いたものと同じパールインキを同量投入し、常用の回転羽根式攪拌装置(ディスパー)を圧縮空気にて回転数150rpmで駆動しつつ30分間攪拌したところ、塗液タンクの隅部に沈降した顔料の滞留が認められ、さらに塗液中には顔料の凝集粒子が認められて、もはや塗工には適さない状態であった。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波発振子付き塗液タンクによれば、塗液タンク内の塗液の攪拌の偏りを防止でき、塗液中の顔料や固形添加物を凝集させたり沈降させたりすることなく、常に均一に分散させて濃度変化を防止でき、また凝集による粗大粒子の生成も防止して、印刷・塗工時において塗液を優れた品質に維持し、以て塗膜の濃度や物性が均一で欠陥のない高品質の印刷・塗工物を安定的に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超音波発振子付き塗液タンクの一例の横断面図である。
【図2】図1に示した超音波発振子付き塗液タンクの平面図である。
【図3】本発明の超音波発振子付き塗液タンクの他の一例の横断面図である。
【図4】図3に示した超音波発振子付き塗液タンクの平面図である。
【符号の説明】
1 塗液タンク
2 斜面
3 超音波発振子を接続した振動板
4 塗液[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coating liquid tank for storing a coating liquid of a printing machine or a coating machine, and in particular, an ultrasonic stirring using ultrasonic waves to uniformly disperse pigments and solid additives contained in the coating liquid. The present invention relates to a coating liquid tank with a sound wave oscillator.
[0002]
[Prior art]
In order to maintain good color tone and physical properties of the coating film continuously during printing or coating on paper or synthetic resin film, the concentration and composition of the coating solution change over time or cause unevenness. It is important to always stir the coating liquid uniformly so that it does not occur. On the other hand, in order to print a pattern with a special design or to form a coating film having special physical properties or functionality, the particle size of the coating liquid is, for example, several tens of μm or more. Examples of blending pigments and solid additives are increasing. However, these large particle size pigments and solid additives cause sedimentation and aggregation in the coating liquid over time, and color tone, physical properties, functionality, etc. change due to changes in the concentration of the coating liquid. As a problem, it may cause coating defects.
[0003]
In order to prevent sedimentation and aggregation of the above-mentioned pigments and solid additives, the coating liquid tank of a printing machine or coating machine has, for example, an electric motor or compressed air with a shaft attached with a screw-like stirring blade at the tip. It is common to install a rotating blade type stirring device (commonly known as Disper) that is rotated by the force of the above, and continuously stir the coating liquid during printing or coating operations. However, since this rotating blade type stirring device has only one action point of stirring, non-uniform stirring is likely to occur. For example, a pigment or a solid additive in a corner of a coating liquid tank where stirring force is difficult to be applied. It is extremely difficult to completely prevent sedimentation and aggregation.
[0004]
In order to further increase the stirring effect, it is conceivable to increase the rotating blades or increase the number of rotations according to the size of the coating liquid tank. However, in such a method, when printing or coating progresses and the remaining amount of the coating liquid decreases, a part of the rotary blade is exposed on the surface of the coating liquid, or the coating liquid is stirred excessively vigorously. In other words, the coating liquid may scatter and contaminate the surroundings, or only a part of the coating liquid may be vigorously stirred, resulting in uneven stirring. At this time, it is not preferable in terms of cost to prepare an extra coating liquid in order to maintain the liquid amount. On the other hand, it is conceivable to install a plurality of small, low-power rotary blade type agitators so as to be able to cope with the remaining amount of the coating liquid. However, since there are a plurality of stirring devices, there is a problem in that, in addition to the cost and maintenance being complicated, there is a problem that insufficient stirring occurs due to interference between the stirring devices.
[0005]
In addition to the above, the rotary blade type agitator is used, particularly when a two-component curing type coating solution is used. There are problems such as scattering of the liquid, agglomerates causing foreign film defects as a foreign matter, and difficulty in cleaning the stirrer after printing or coating.
[0006]
As a method of preventing sedimentation and aggregation of pigments and solid additives in the coating liquid without using a rotating blade type stirring device, an ultrasonic vibrator is installed in the coating liquid tank or the coating liquid flow path, etc. There is also a proposal of a method for emitting ultrasonic waves (
[0007]
[Patent Document 1]
JP 62-136264 A [Patent Document 2]
JP-A-9-131555
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, prevents sedimentation and aggregation of pigments and solid additives in the coating liquid, density changes over time, density unevenness, printing / coating defects due to aggregated foreign matter The purpose of the present invention is to provide a coating liquid tank that can effectively prevent the occurrence of the above.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows, and the invention according to claim 1 of the present invention is a coating liquid for continuously supplying a coating liquid to a printing machine or a coating machine. In the tank, it is constituted by a tank bottom surface having two slopes inclined toward the deepest portion located substantially at the center portion, the vicinity of the deepest portion on the two slopes of the bottom surface, and the two slopes A part of the position from the middle part to the shallowest part between the deepest part and the shallowest part, facing each other across the deepest part is composed of diaphragms each connected with one or more ultrasonic oscillators, By the cooperative action of these ultrasonic oscillators, a straight flow that rises from the deepest part of the bottom surface toward the liquid surface is generated, and the coating liquid carried to the liquid surface by the straight flow flows along the liquid surface. Move to the shallowest part at both ends in the width direction In the shallowest part, it descends to the bottom as a downward flow, and further from the bottom of the shallowest part to the deepest part along the slope, so that the right side of the deepest part is clockwise and the left side is counterclockwise. A coating liquid tank with an ultrasonic oscillator, characterized in that the entire coating liquid in the coating liquid tank is agitated by generating a convection of a shape , and the invention according to
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in FIGS. 1 and 2, the coating liquid tank with an ultrasonic oscillator of the present invention has a V-shaped shape in which the bottom surface of the coating liquid tank 1 has a deepest portion at a substantially central portion in the width direction. It is comprised by the two
[0011]
The required power, frequency, diameter, etc. of the ultrasonic oscillator used in the present invention must be selected according to the capacity of the coating liquid tank 1 and the composition of the
[0012]
In a liquid, when ultrasonic oscillation with an appropriate frequency is performed, a straight flow due to cavitation occurs near the center axis of the vibration surface of the ultrasonic oscillator. In the present invention, in order to use this straight flow for stirring, at least one pair of ultrasonic oscillators is installed on the bottom surface. Then, the one or more pairs of the ultrasonic oscillators are disposed in the vicinity of the deepest part on the two slopes at positions facing each other with the deepest part interposed therebetween. A straight flow rising from the deepest part toward the liquid level is generated. The
[0013]
In addition, when the
[0014]
As shown in FIGS. 3-4, (vibrating
[0015]
First, it is used to prevent the aggregated particles that have settled on the
[0016]
Second, when the convection of the
[0017]
The coating liquid tank with an ultrasonic oscillator of the present invention is preferably provided with a cooling device on the outer surface. That is, by providing a cooling device, it is possible to suppress the temperature rise of the
[0018]
【Example】
EXAMPLES Examples and comparative examples of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the contents of the present invention are not limited to these.
[0019]
<Example 1>
As shown in FIGS. 1 and 2, the outer shape has a depth of 40 cm, a width of 60 cm, and a depth of 40 cm at the deepest part, and the bottom surface has a slope of 10 from the shallowest part at both ends in the width direction toward the deepest part at the center in the width direction. A total of four
[0020]
Pearl ink (solvent: ethyl acetate / 2-butanone = 1/1, viscosity:
[0021]
<Example 2>
As shown in FIGS. 3 to 4, the
[0022]
The same amount of the same pearl ink as that used in Example 1 was put into the coating liquid tank 1 and stirred for 30 minutes while driving the ultrasonic oscillator at a frequency of 28 kHz and an output of 1200 W. No stagnation was observed. However, since heat generation due to ultrasonic waves was remarkable, the coating liquid tank 1 was sealed and the cooling pipe provided on the outer surface of the coating liquid tank 1 was cooled by circulating cooling water at a temperature of 5 ° C. .
[0023]
<Comparative Example 1>
The same amount of the same pearl ink as that used in Examples 1 and 2 above is applied to the coating liquid tank having the same external shape as that used in Examples 1 and 2 and having no ultrasonic oscillator. The mixture was stirred for 30 minutes while driving a conventional rotary vane stirrer (disper) with compressed air at a rotation speed of 150 rpm, and the retention of pigment settled in the corner of the coating liquid tank was observed. Aggregated particles of pigment were observed inside, and it was no longer suitable for coating.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the coating liquid tank with an ultrasonic oscillator of the present invention, it is possible to prevent uneven stirring of the coating liquid in the coating liquid tank, and to aggregate or settle the pigment and solid additive in the coating liquid. The coating solution can be dispersed evenly and constantly to prevent concentration changes, and the generation of coarse particles due to agglomeration can also be prevented to maintain the coating liquid in excellent quality during printing and coating. It is possible to stably produce high-quality printed and coated products having uniform density and physical properties and no defects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a coating liquid tank with an ultrasonic oscillator according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the coating liquid tank with an ultrasonic oscillator shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of another example of a coating liquid tank with an ultrasonic oscillator according to the present invention.
4 is a plan view of the coating liquid tank with an ultrasonic oscillator shown in FIG. 3. FIG.
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