JP7139172B2 - ローラ乾燥抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、水性インキを使用するフレキソ印刷機などで実施して有用なローラ表面乾燥抑制装置に関するものである。

印刷インキは、油性インキ、水性インキ、ＵＶインキなど、いろいろなタイプがある。最近は、水性インキが増えつつある。水性インキは、溶媒として水を使用する。そのため、ＶＯＣがほとんどなく、印刷工程での環境負荷が小さいと考えられている。

一方で、水性インキ特有の問題がある。水性インキの乾燥及び硬化の特性は、溶媒である水の揮発に依存する。水の揮発は、印刷工程の気温と湿度の影響を強く受ける。

水の揮発が早すぎると、版から印刷媒体にインキが転写される前に硬化が始まる。水の揮発が遅すぎると、印刷媒体に転写されたインキの乾燥が遅くなる。そのため、水性インキを使用したフレキソ印刷においては、印刷に適した気温と湿度があり、例えば気温２５度、湿度６０％程度に維持されることが望ましい。

一方、印刷の版によっては、最適な気温と湿度を一律に決めることができない。特に、画線数が多いと、版胴の意図しない乾燥が問題となることがある。この原因は、通常の画線数と比較して、画線数が多いと、版胴のインキの厚みが薄いためである。

印刷の待機時に、版胴の意図しない乾燥が生じると、印刷再開のときに印刷障害が発生しやすい。また、印刷中であっても、気温と湿度の状態によっては、版胴の意図しない乾燥が生じて印刷品質を損ねることがある。

特許文献１には、ローラの表面に水を付着させる装置が記載されている。ここには、超音波振動子によって霧を発生させ、その霧を空気圧でローラの表面に吹き付ける構造が示されている。すなわち、霧を水滴としてローラ表面に衝突させることによって、ローラ表面を濡らす。

しかし、ローラ表面を意図的に均一に加湿したり、ローラ表面の乾燥を抑制したりするのには向かない。ここに示された装置は、オフセット印刷機の水着けローラを濡らすためのものであって、水滴をローラの表面に吹き付けるものである。

特許文献２には、霧を利用した、ローラ表面を濡らす装置が示されている。ここに示された技術は、霧をダクトに閉じ込めて、ローラ表面に霧を付着させ、もってローラ表面を濡らすものである。しかし、ここに示された技術は、ローラの回転速度によっては殆ど濡れず、加湿もされない。この原因は、回転するローラの表面に境界層が存在するためである。この文献には、図３として霧を静電気でローラ表面に引き寄せる案も示されるが、導電性の水の霧を使用するので、実際には絶縁構造などが複雑になる。

特許文献３には、水性インキを使用したフレキソ印刷機の版胴の乾燥抑制装置が示されている。ここに記載された装置は、印刷直後の版胴の乾燥抑制を目的としている。そのため、印刷直後の版胴をカバーで覆い、そのカバー内部にファンによって霧を送り込む構造になっている。しかし、霧で版胴を湿らす構造であるため、版胴以外の装置自体の構造体への結露や水滴付着対策が不可欠である。

実開昭５５－０９４８３４ 特開２０００－１４１５９６ 特開２０１６－０７８３７４

従来の水性インキを使用した印刷機では、特に版胴などのローラの表面の乾燥を効果的に抑制する手段が見られなかった。
本発明は、ローラ以外の構造体に結露を生じさせることなく、選択的にローラの表面のみの乾燥抑制を行うことができないという従来の課題を解決する。

本発明は、回転するローラの表面の乾燥を抑制するためのローラ乾燥抑制装置において、霧を含む加湿空気を生成する霧発生手段と、前記ローラの表面に向けて前記加湿空気を吹き付けるための開口を備え、前記加湿空気を前記開口に案内する案内手段と、前記霧発生手段によって生成した前記加湿空気が前記案内手段の前記開口から吹き出すように送風する送風手段と、前記案内手段を通過する前記加湿空気を加温する加温手段とから構成されることを特徴とするローラ乾燥抑制装置とした。

さらに、前記開口から吹き出す前記加湿空気の湿度と温度は、前記ローラ表面の温度に対して湿り空気線図における結露領域であることを特徴とするローラ乾燥抑制装置とした。

さらに、前記開口から吹き出す前記加湿空気の風速は、前記回転するローラの表面に形成される空気膜を希釈する風速であることを特徴とするローラ乾燥抑制装置とした。

さらに、前記霧発生手段は、気温より高い温度の温水を使用して霧を発生させることを特徴とするローラ乾燥抑制装置とした。

さらに、前記案内手段は、少なくとも前記加湿空気によって、結露が生じない温度まで加温されていることを特徴とするローラ乾燥抑制装置とした。

本発明は、ローラ以外の構造体に結露を生じさせることなく、選択的にローラの表面のみの乾燥抑制を行うことができるという効果がある。

本発明の一実施形態に係るローラ乾燥抑制装置の横断面図である。 本発明の一実施形態に係るローラ乾燥抑制装置の斜視図である。 湿り空気線図である。 本発明の一実施形態に係るローラ乾燥抑制装置の全体の構成図である。

図１は、ローラ乾燥抑制装置の横断面図である。１は、ローラ乾燥抑制装置である。２は、回転するローラであり、例えば、水性インキを使用するフレキソ印刷機の版胴である。

ローラ２は、矢印３で示すように、図面において時計方向に回転する。
４は、霧を含む加湿空気を生成する霧発生手段である。霧発生手段４は、水を保持する水タンク５及び水タンク５の水を霧化するための霧発生ユニット６から構成されている。

７は、案内手段である。８は、開口である。開口８は、案内手段７の一部であり、ローラ２の表面９に向けられている。案内手段７は、霧発生手段４で生成した加湿空気を開口８に向けて案内する。

１０は、送風手段である。送風手段１０は、外気を取り入れて、その外気を矢印１１に示す方向に送り出す。そうすると、その空気は、霧発生手段４の霧発生ユニット６から発生した霧と混じって加湿空気となり、案内手段７の開口８から吐出される。
１２は、加温手段である。加温手段１２は、例えば電気ヒーターであり、案内手段７の加湿空気を加温する。

図２は、ローラ乾燥抑制装置１の斜視図である。２は長さＬのローラである。ローラ乾燥抑制装置１は、ローラ２の長さＬとほぼ同等の幅をもった横長の箱である。開口８は、ローラ２の回転軸と平行になった、ほぼＬの長さの横長の形状になっている。従って、開口８からは、加湿空気が、ほぼ長さＬの幅で吐出する。図１の断面図は、図２のＡ－Ａから見た断面図である。

図１において、１３は、水のプールである。１４は、プール１３の水面である。１６は、プール１３に水を供給する給水口である。１８は、水を排水する排水口である。１９は、オーバーフロー板である。給水口１６から供給された水は、プール１３を形成し、オーバーフロー板１９を乗り越えて、排水口１８から排水される。従って、プール１３の水面１４のレベルは、オーバーフロー板１９のエッジ４０の高さで決まり、常に一定である。

霧発生ユニット６には、市販されている、超音波式の霧発生装置が適している。霧発生ユニット６が、超音波式であれば、霧は、水面１４の上に沸き立つ。２０は、空気バイパスである。２１は分岐室である。

分岐室２１の空気の一部は、矢印２２に示すように風圧空気として、空気バイパス２０を通って案内手段７に至る。分岐室２１と空気バイパス２０は、風圧空気手段を構成する。分岐室２１の残りの空気は、矢印２３、２４に示すように、水面１４の上を通って加湿空気として案内手段７に至る。

すなわち、送風手段１０から分岐室２１に送り込まれた空気は、分岐室２１で風圧空気用の空気と加湿空気用の空気に分岐する。なお、空気の分岐量の比率は、分岐室２１の窓２５の面積を増減して決めることができる。

風圧空気２２と加湿空気２４は、案内手段７で合流する。風圧空気２２は、加湿空気２４と混合されることによって、開口８から吐出する加湿空気の吐出速度を増大させる。

２６は、加温モジュールである。加温モジュール２６は、加温手段１２と同様な、電気ヒーターで実現可能である。加温モジュール２６は、バイパス２０を通過する風圧空気２２を加温する。風圧空気２２は、加温されることによって、加湿空気２４と混合された後の、開口８から吐出する加湿空気の温度を下げないようにする。風圧空気２２は、開口８から吐出する加湿空気を加速し、吐出速度を増大させる。

図３は、湿り空気線図である。湿り空気線図は、物体の表面温度Ｔ、気温Ｌ、相対湿度Ｋがあるときに、物体に結露が生じるかどうかの相互関係を示したグラフである。例示すれば、Ｍ点は、気温２５度、湿度７５％で、Ｎ点は、気温２８．５度、湿度６０％の座標を示している。今、物体の表面温度が２０度であるとき、Ｍ点であれば、気温が２５度を上回るか、湿度が７５％を上回れば、物体の表面に結露が始まる。Ｎ点であれば、気温が２８．５度を上回るか、湿度が６０％を上回れば物体の表面に結露が始まる。すなわち、湿り空気線図を使用すれば、物体が結露する気温と湿度の条件を予見することができる。

図１において、開口８から吐出される加湿空気の温度Ｌと湿度Ｋは、ローラ２の表面９の温度Ｔに対して、結露する領域に調整する。ただし、本発明を実施したローラ乾燥抑制装置１の目的は、ローラ２の表面を水滴が垂れるほど結露させることではなく、表面９の乾燥が抑制されれば足りる。実際の加湿空気の温度Ｌと湿度Ｋの条件は、ローラ２の表面９の状態を確認しながら実験で決めるのがよい。

これは、回転するローラ２の表面９の乾燥状態は、ローラ２の置かれた環境の気温と湿度の影響を受けるからである。従って、ローラ乾燥抑制装置１の動作条件は、加湿空気の温度、湿度、風量、風速などを必要に応じて調整し設定が可能なように設計するのが好ましい。

矢印２４で示す加湿空気及び矢印２２で示す風圧空気としての空気は、案内手段７で合流するが、案内手段７の加湿空気と接する内部壁面の温度は、案内手段７の内部で結露が生じないような温度まで加温するのがよい。もし、案内手段７の内部で結露が生じると、結露した水がローラ２の表面９に滴下し、印刷障害の原因になるからである。

すなわち、加温手段１２は、ローラ２の表面９の乾燥を抑制できるように加湿空気を加温することと、案内手段７で結露が生じないように加温することとを行う。案内手段７で案内される加湿空気の湿度にもよるが、案内手段７の内部壁面の温度は、加湿空気の温度Ｌよりも高いほうが安全である。案内手段７の壁面の温度が加湿空気の温度Ｌより高ければ、加湿空気の湿度Ｋが１００％であっても、案内手段７の内部壁面には結露は生じないからである。

ローラ２が、回転すると、表面９には境界層を含む空気の膜が形成される。開口８から吐出する加湿空気は、この空気の膜によって、全部が表面９に到達するわけではない。そうではあっても、開口８から吐出する加湿空気の速度によって、表面９に到達する加湿空気の状態が変わる。その実験結果は次のとおりである。

なお、実験の評価は、開口８から吐出する加湿空気によって、ローラ２の表面９に結露が見られるかどうかで判断した。また、開口８から吐出する加湿空気の吐出速度は、送風手段１０の送風能力からの推定値である。
実験の条件は、室温及びローラ２の表面９の温度が２５度、加湿空気の温度が３０度、加湿空気の湿度がほぼ１００％である。

（実験１）
ローラ２の表面の移動速度が０．５ｍ／秒のときは、開口８からの加湿空気の吐出速度は、０．０５ｍ／秒から１．０ｍ／秒くらいのときに加湿空気の温度と湿度によって表面９の結露状態が変化した。これは、開口８から吐出した加湿空気が、回転ローラ２の表面９に形成される空気膜と混合され、空気膜を希釈していることが推定される。すなわち、加湿空気は、表面９に到達している。

さらに、加湿空気の吐出速度が、０．０５ｍ／秒から１．０ｍ／秒くらいあると、回転ローラ２の周辺の環境に風の移動がある（風が吹いている）場合でも、表面９に結露を形成させることができた。

（実験２）
開口８からの加湿空気の吐出速度が、０．０５ｍ／秒を下回ると、ローラ２の周辺に空気の移動がない（風が吹いていない）ときは、加湿空気の温度と湿度によって、表面９の結露状態を生じさせることができるが、ローラ２の周辺に風が吹き始めると、開口８から吐出した加湿空気が舞い上がり、ローラ２の表面９に定着しない。これは、ローラ２の表面９に形成された空気膜と加湿空気が層的に分離しており、馴染んでいないからあろうと推定される。

実験１と実験２からは、開口８から吐出される加湿空気の吐出速度は、ローラ乾燥抑制装置１を印刷機で実施するときに、重要な要素であることがわかる。ローラ２の周辺に空気の移動がない（風が吹いていない）状態であれば、開口８から吐出される加湿空気の風速はそれほど重要ではないが、実用的な印刷機環境では、開口８から吐出する加湿空気の風速は、ローラ２の表面９に形成される空気膜を希釈する風速であるのが望ましい。印刷機は、有機溶剤を使用したインキを使用することを想定して、印刷機内部の有機溶剤の濃度が、爆発限界未満になるように、意図的に空気が移動する（風が吹く）構造にしていることが多いからである。

なお、開口８から吐出される加湿空気には、バイパス２０を通って供給される風圧空気２２は原理的には必須ではない。しかし、開口８から安定した吐出速度の加湿空気を吐出させるには、風圧空気２２を混合したほうが安定する。すなわち、風圧空気２２を閉じて、開口８で必要な加湿空気の吐出速度を得ようとすると、霧発生ユニット６で発生する霧を吹き飛ばして使い切ってしまうからである。風圧空気２２が利用できれば、吐出速度を自由に設定することができる。図１で示した構造では、１つの送風手段１０で、矢印２２で示す風圧空気と矢印２４で示す加湿空気を生成しているが、比率の調整を容易にするために、別々の専用の送風手段を設けてもよい。開口８から吐出される加湿空気は、霧を含んでいる。そのため、開口８から吐出され、ローラ２の表面９に到達した加湿空気は、空中に放散される。空中に放散された加湿空気は、霧の気化熱で、速やかに温度が下がる。そのことによって、ローラ２の表面９以外の印刷機の構造体を結露させることはない。

図４は、本発明の一実施形態に係るローラ乾燥抑制装置の全体の構成図である。ローラ乾燥抑制装置１の図面で向かって左側には、図１に示した給水口１６と、排水口１８が設けられている。２７は、水を蓄積する給水タンクである。

２９は原水を供給する給水源である。２８は給水源２９からの原水を開閉するバルブである。３０は、給水タンク２７の水位を検出する水位センサである。水位センサ３０は、バルブ２８を開閉して、給水タンク２７の水位を一定に保つ。３１は、給水タンク２７に蓄えられた水を加熱する加熱ユニットである。

給水タンク２７の水は、加熱ユニット３１によって、例えば４０度程度に保たれる。３２はポンプである。ポンプ３２は、給水タンク２７の水を、送りパイプ３３を経由して、ローラ乾燥抑制装置１の給水口１６に給水する。ローラ乾燥抑制装置１に送られた水は、ローラ乾燥抑制装置１の内部であふれて排水口１８から排水され、戻りパイプ３４を通して給水タンク２７に戻される。

なお、水は、給水タンク２７とプール１３の間を循環する。そのため、給水タンク２７での水温が４０度であれば、プール１３の水温もほぼ４０度程度になる。このように、霧発生手段４のプール１３の水の温度は、気温より高い温度であることが好ましく、気温より高い温度の水を用いて霧を発生させることが好ましい。しかし、矢印２４付近の加湿空気は、霧の気化熱によって、急速に温度が下がる。そこで、空気バイパス２０を通過する空気を個別に加温し、開口８から吐出される加湿空気の温度を上げることができる。

図２において、ローラ２の長さが長く、ローラ２とローラ１０２を合わせた長さである場合は、ローラ乾燥抑制装置１に加えて、ローラ乾燥抑制装置１０１を追加することができる。別の案として、ローラ乾燥抑制装置１を、そのまま延長して横幅を広げることも考えられる。しかし、実際には、ローラ乾燥抑制装置１の幅を延長すると、プール１３を支える構造を強化する必要があり、更に開口８が吐出する加湿空気を、開口８の幅方向で均一にするのが難しいという問題もある。従って、ローラ乾燥抑制装置１は、幅を狭くして、モジュールとして扱い、連結することによって、必要な幅を実現するのが良い。

１ ローラ乾燥抑制装置
２ ローラ
４ 霧発生手段
５ 水タンク
６ 霧発生ユニット
７ 案内手段
８ 開口
９ 表面
１０ 送風手段
１２ 加温手段
１３ プール
１４ 水面
１６ 給水口
１８ 排水口
１９ オーバーフロー板
２０ 空気バイパス
２１ 分岐室
２２ 風圧空気
２３ 加湿空気
２４ 加湿空気
２５ 窓
２６ 加温モジュール
２７ 給水タンク
２８ バルブ
２９ 給水源
３０ 水位センサ
３１ 加熱ユニット
３２ ポンプ
３３ 送りパイプ
３４ 戻りパイプ
４０ エッジ
１０１ ローラ加湿抑制装置
１０２ ローラ

Claims (4)

1. 回転するローラの表面の乾燥を抑制するためのローラ乾燥抑制装置において、
   霧を含む加湿空気を生成する霧発生手段と、
   前記ローラの表面に向けて前記加湿空気を吹き付けるための開口と、
   を備え、
   前記加湿空気を前記開口に案内する案内手段と、
   前記霧発生手段によって生成した前記加湿空気が前記案内手段の前記開口から吹き出すように送風する送風手段と、
   前記案内手段を通過する前記加湿空気を加温する加温手段と、から構成され、
   前記送風手段から前記案内手段に至る空気は、水面の上を通る加湿空気の経路の空気とバイパスを通って供給される風圧空気の経路の空気を合成したものであることを特徴とするローラ乾燥抑制装置。
2. 前記開口から吹き出す前記加湿空気の風速は、前記回転するローラの表面に形成される空気膜を希釈する風速であることを特徴とする請求項１に記載のローラ乾燥抑制装置。
3. 前記案内手段は、少なくとも前記加湿空気によって結露が生じない温度まで加温されていることを特徴とする請求項１に記載のローラ乾燥抑制装置。
4. 前記霧発生手段によって生成した前記加湿空気が前記案内手段の前記開口から吹き出すときに、前記加湿空気を加速し、吐出速度を増大させる風圧空気を供給する風圧空気手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のローラ乾燥抑制装置。

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