KR19990044015A - 합류 공기를 제거하고 표면을 제어하는 박막 도포기 - Google Patents

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씨. 리 알프레드
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에이치. 버스커 리로이
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캠벨 레이몬드 더블유
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Abstract

코팅의 균일막은 고정된 수렴 웨지(32;88;108;128;150), 조정 가능한 수렴 웨지(33) 및 그 두 웨지 사이에 위치한 추출 구역 채널(45,92,112,132,154)를 구비한 박막 도포기(20,100,120,142)에 의해 종이, 펠트 및 블랭킷같은 기재 상으로 전송된다. 유닛으로서, 박막 도포기는 유체 역학적 흐름의 불안정성을 최소화시키고, 불균일한 공급 및 동적 접선과 관련한 흐름 변화를 감소시킨다. 또한, 박막 도포기는 흐름 안정성과 기계 작동성을 향상시키기 위해서 도포 구역으로부터 합류 공기 및 과잉의 코팅재를 제거한다.

Description

합류 공기를 제거하고 표면을 제어하는 박막 도포기
박층의 코팅을 종이의 한쪽 또는 양쪽에 도포함으로써 특수한 기능성을 가진 종이를 제조할 수 있다. 이러한 코팅은 통상, 대개는 점토 혹은 입상 탄산 칼슘인 미세한 판형 광물질, 백색 시이트용 이산화 티탄인 착색제, 유기물 형태 또는 합성 조성물일 수도 있는 결합제의 혼합물이다. 또한, 사이징을 위해서, 로진(rosin), 젤라틴, 아교, 전분 또는 왁스가 종이에 도포될 수 있다.
코팅 종이는 잡지, 상업적 카탈로그, 신문의 삽입 광고지 및 특수한 종이 특성을 필요로 하는 다른 용도에 통상적으로 사용되고 있다.
코팅된 쇄목(碎木) 펄프지는 "경량 코팅"(LWC)이라는 통속적인 명칭의 종이를 포함한다. 경량 코팅 종이에 대해, 코팅의 중량은 총 시이트 중량의 대략 30%이고, 이 등급의 종이는 우편 요금 및 다른 중량 관련 비용에서 돈을 줄일 수 있기 때문에 잡지 발행자, 직접적인 판매업자 및 인쇄업자 사이에서 유명하다. 보다 경량이고 보다 싼 코팅 종이에 대한 수요가 증가함에 따라, 이들 종이를 생산함에 있어서의 보다 큰 효율성에 대한 필요가 증가하고 있다.
종이는 대개 종이의 형성 속도를 증가시킴으로써 보다 생산적으로 제조되고, 제기기 상에 정지되어 있는 종이를 코팅함으로써 코팅 비용을 더욱 낮출 수 있다. 상기 종이는 점점 더 고속으로 제조되기 때문에, 그리고 기계상에서의 직접적인 코팅(on-machine coating)의 잇점 때문에, 차례로 배치된 코팅기(coater)들은 고속으로 작동해야만 한다. 종이의 중량과 코팅 재료의 비용을 낮게 유지하기 위해서 경량 코팅을 생성하기 위한 필요성은 높은 기계 속도에서의 우수한 주행성 때문에 짧은 쇼트 드웰 코팅기(short dwell coater)의 사용을 장려하고 있다.
그러므로, 고속의 코팅기는 경량의 코팅된 종이를 비용 효율적으로 생산하는 중요한 열쇠다.
현재, 코팅기는 코팅을 두 가지 분리된 방식으로 웨브에 도포한다. 한 가지는 이동하는 웨브 상에 코팅기로 박막을 직접적으로 도포하는 것이다. 다른 한 가지는 이송 매체, 즉 도포기 로울 상에 도포를 하고, 그 후 도포기 로울이 웨브 상에 유체 박막을 도포하는 것이다. 어떤 방식이든 도포 방식을 사용하는 장치는 박막 도포기로서 분류될 수 있다.
통상적인 박막 도포기는 도포 구역으로서의 역할을 하는 코팅 폰드(coating pond)를 구비한다. 도포 구역의 경계 벽 중의 하나는 이동 기재, 즉 받침 로울, 도포 로울등에 의해 지지되는 종이 웨브 또는 블랭킷에 의해 제공된다. 코팅 폰드 내의 코팅재는 효율적으로 기재에 전달된다. 상기 기재는 그 기재가 동적 접선으로 코팅 유체와 초기 접촉을 하는 넘침 구역(overflow region)을 통해 코팅 폰드로 진입한다. 상기 기재가 코팅 폰드를 통해서 진행함에 따라 이동 기재에 인접하여 경계층이 빠르게 형성된다. 상기 기재는 계량 요소에서 상기 코팅 폰드를 나온다. 상기 코팅 폰드는 차폐 장치를 통한 넘침을 허용함으로써 내부 흐름이 재순환될 수 있게 하고 기계 횡방향 흐름 변동을 감쇠시킴으로써, 이동하는 기재의 속도까지 코팅 유체를 가속시키기 위한 수단을 제공한다. 일반적으로, 잔류 시간은 기재에 대해서는 짧지만, 코팅 유체에 대해서는 비교적 길 수 있다.
이런 형태의 박막 도포기와 관련된 주요 문제는, 기계 속도가 소정의 임계 속도 한계를 초과함에 따라, 기계 횡방향 및 기계 방향의 제어될 수 없고 불균일한 코팅 중량 분포의 양상이다. 이 속도 한계는 도포 구역의 흐름 형태 및 코팅 유체의 유동성에 달려있다. 상기 불균일성은 흐름 불안정 및 난류가 발생하는 활성화 구역의 크기 특성에 비례해서 나타나는 것으로 보이는 독특한 기계 횡방향 길이 스케일(cross-machine length scale)을 나타낸다.
박막 도포기에 의한 실험적인 데이터는 코팅 폰드내의 3차원 와류 및, 동적 접선 방향에서, 그리고 코팅 원료 공급원으로부터 합류된 공기에 의해 생성된 난류가 존재함에 의해 유도된 유체 역학적 불안정성이 불균일한 코팅 중량 분포에 기여하는 중요한 현상이라는 것을 보여줬다. 그러나, 이들 두 현상 사이의 관계는 아직 알려져 있지 않다. 유체가 작업 조건에서의 변화 때문에 안정한 평형 모드로부터 벗어나게될 때, 상기 유체는 종종 일련의 불안정성을 겪게되는데, 각각의 불안정성은 흐름에 공간적 또는 시간적 구조의 변화를 일으킨다. 이 경우에, 레이놀즈 수(또는 기계 속도)가 증가함에 따라 안정한 흐름에서 불안정한 흐름으로의 이동과 같은 다른 동적 체계의 천이를 겪는 코팅 유체때문에 유체 역학적 불안정은 전개된다. 상기 레이놀즈 수(Re)는 다음과 같이 정의될 수 있다.
식 중, ρ는 코팅 유체의 밀도, u는 특성 속도(기재의 속도), L은 흐름 상태가 다른 동적 변화를 겪는 활성화 영역의 특성 차원, μ는 코팅 유체의 겉보기 점도이다. 활성화 영역의 흐름 안정성은 속도의 균일성 및 압력 구배에 영향을 줄 수 있으며, 이들은 다시 기재 상의 코팅 중량 분포에 영향을 미친다.
비록, 공기의 합류(air entrainment)가 비압축 유체 시스템으로 진입하거나 또는 그것과 접촉하여 이동하는 표면과 관련된 다수 영역의 연구 주제가 되어왔지만, 심지어 낮은 기계 속력에서조차, 공기가 어떻게 동적 접촉선에서 합류되는지, 얼마나 많은 부피의 공기가 이동하는 기재와 함께 도입하는지, 그리고 합류된 공기가 어디로 가는지에 대한 근본적인 이해는 여전히 부족하다. 일반적으로, 낮은 기계 속도에서 관찰된 어떠한 현상은 증폭되는 경향이 있고, 기계 속도가 증가함에 따라 심지어 더욱 악화된다.
압축 박막 도포기에서의 흐름의 경우, 기계 속도가 증가함에 따라 합류되는 공기의 양은 증가한다. 동시에, 상기와 같이 속도가 증가하고 공기 부피가 증가하면 코팅 폰드 내에 난류가 발생하여, 이동하는 기재에 인접한 필요한 경계층은 물론 속도와 압력 구배의 균일성을 파괴시킨다. 낮은 기계 속도에서, 대부분의 공기는 넘침 영역을 통해서 성공적으로 변위되거나 또는 제거된다. 그러나, 보다 빠른 기계 속도에서는, 더욱 더 큰 체적의 공기가 넘침 영역을 통해서, 가능하게는 계량 블레이드 아래로 밀려나간다. 흐름 불안정성과 제어되지 않은 공기 제거의 결합 작용으로 기재 상에 코팅 중량의 변동이 나타나게 된다.
필요한 것은 고속으로 일관성있게 작업할 수 있고 코팅 결함을 최소화하는 박막 도포기이다.
본 발명은 종이, 도포기 로울, 펠트 및 블랭킷같은 이동 기재에 코팅재를 도포하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 종이 웨브가 관통하여 진행하는 본 발명의 고속 박막 코팅 도포기의 사시도.
도 2는 도 1의 도포기의 횡단면도.
도 3은 추출 경로에 의해 분리되고 제2의 웨지는 조정 가능한 두 개의 중실(中實) 웨지를 구비하는, 사이즈 도포(size application) 실시예는 도시한 본 발명의 도포기의 개략도.
도 4는 금속 블레이드에 의해 형성된 동적 웨지(dynamic wedge)를 구비한 본 발명의 또 다른 실시예의 횡단면도.
도 5는 로드 기구(rod arrangement)를 가진 조정 가능한 웨지를 구비한 본 발명의 또 다른 실시예의 도포기의 횡단면도.
도 6은 능동식 팽창 및 수축 구조체를 가진 강성 부재에 의해 형성된 조정 가능한 웨지를 구비한 본 발명의 또 다른 실시예의 도포기의 횡단면도.
본 발명의 고속 박막 도포기는 고정된 수렴 웨지, 조정 가능한 수렴 웨지 및 이 두 개의 웨지 사이에 위치된 추출 채널로 구성되어 있다. 고정된 수렴 웨지 및 조정 가능한 수렴 웨지는 도표에 의해서 크기 및 각도가 변하여 기재 아래에서 높이가 감소하는 영역을 형성할 수 도 있다. 고정된 수렴 웨지, 조정 가능한 수렴 웨지 및 기재에 의해 경계가 정해지는 형태는 불균일한 코팅재 공급 및 불균일한 동적 접선 형태에 의한 흐름의 변동을 최소화시킨다. 그 결과, 도포 구역 내에 안정한 흐름이 발생된다. 조정 가능한 수렴 웨지는 코팅 폰드 내의 코팅재 도포 갭의 폭을 조정함으로써 도포되는 코팅 중량을 제어한다. 고정된 웨지와 조정 가능한 웨지 사이에 추출 구역이 위치되어, 대기압 또는 부분 진공 압력 구역으로 배기한다. 도포 구역의 평균 압력 수준을 감소시키고 기계 횡방향 흐름의 변동을 감쇠시키는 추출 구역에서 코팅재가 코팅 폰드로부터 인출된다. 추가해서, 상기 추출 공정은 코팅 유체에 합류된 공기를 제거하는데, 이는 코팅재 흐름의 안정성을 향상시키게 된다.
본 발명의 특징은 최소의 표면 변동으로 고속으로 이동하는 기재에 코팅재를 도포하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 코팅재 흐름 및 종이 주행의 변동에 둔감한 박막 도포기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 다른 종이 원료 및 코팅기용 화학물질을 위해 쉽게 구성될 수 있는 고속의 박막 도포기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 향상된 코팅 특성을 제공하기 위해서 높은 진동수 및 낮은 진동수의 흐름 변동을 감쇠시키는 박막 도포기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 잇점은 첨부 도면과 관련하여 후술되는 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다.
동일 부분에 동일 부호가 부여된 도 1 내지 도 6에 대하여 구체적으로 설명하면, 도 1 및 도 2에는 고속으로 이동하는 기재에 코팅재를 도포하기 위한 도포기(20)가 도시되어 있다. 코팅되지 않은 기재(36)는 원하는 표면 코팅을 도포하기 위하여 도포기(20)를 통과한다. 상기 도포기(20)는 적어도 웨브의 폭만큼 연장하고 받침 로울(24) 아래에 위치하는 코팅기 헤드(coater head)(22)를 구비한다. 상기 코팅기 헤드(22)는 기계 횡방향으로 연장하는 강성 하우징(23)을 구비하는데, 그 강성 하우징은 코팅기 헤드 하우징에 대한 받침 로울의 세그먼트 위의 기재 표면과 함께 기재(36)를 코팅용 도포 챔버(10)를 형성한다. 상기 하우징(23)은 전방 배플판(30)과 경사져 있는 고정된 도포 웨지(32) 그리고, 조정 가능한 도포 웨지(33)와의 사이에 형성된 폰드(pond)(28)로 도입되는 코팅재(34)가 통과하는 유입구(26)를 구비한다. 기재에 코팅재가 도포되는 구역은 고정된 도포 웨지와 조정 가능한 도포 웨지 상의 도포 챔버 내에 있으며, 상기 각 웨지를 위한 도포 구역이다. 코팅재(34)는 유입구(26)로부터 유입 채널(27)로 압력을 받으면서 도입되고, 그 유입 채널(27)로부터 코팅 폰드(28)로 도입된다. 상기 채널(27)은 넘침 배플판(30)과 고정된 웨지(32)와의 사이에 형성되고, 그 채널 폭은 1/8 내지 1/4 인치(0.3175cm 내지 0.635cm)인 것이 바람직하다. 채널 깊이는 4 내지 8인치(10.16 내지 20.32cm)인 것이 바람직하다. 코팅재의 공급율은 단위 횡방향 인치당 횡방향 인치당 1 내지 4 갤론/분(1.4903ℓ/cm 내지 5.9612ℓ/cm)인 것이 바람직하다.
코팅재(34)는 폰드(28)로부터 기재(36)에 도포되는데, 상기 기재(36)는 받침 로울(24)과 코팅기 헤드(22)와의 사이를 통과한다. 배플판(30)의 상부 립(40)과 기재(36)과의 사이에 갭(38)이 형성된다. 코팅재(34)가 배플판(30)을 넘쳐 흐르면, 상기 갭(38)을 통해 폰드(28)를 벗어날 수 있다. 이 갭(38)은 높이가 1/16 내지 3/16 인치(0.15875cm 내지 0.47625cm) 사이인데, 대략 1/8 인치(0.3175cm)인 것이 바람직하다. 상기 갭은 기재(36)의 경계층에 의해 폰드(28) 내로 유입되는 공기량을 감소시키기 위해서는 물론, 폰드의 평균 압력을 변화시키기 위해서 사용된다. 갭(38)을 통해 넘쳐 흐르는 코팅재(34)는 공기 경계층의 일부를 제거한다. 그 넘친 흐름은 배플판(30)의 상류에 위치한 트로프(42) 속으로 흐른다. 상기 넘쳐 흐르는 코팅재(34)는 트로프에 축적되어 재순환된다. 동적 접선(44)이 형성되는데, 이 동적 접선에서 코팅재(34)가 기재에 인접한 공기의 경계층을 제거한다.
도 2에 도시한 바와같이, 고정된 웨지(32)는 이동하는 기재(36)에 일정한 경사 표면을 제공하기 위해서 하우징(23)에 고정된다. 고정된 웨지(32)는 코팅재 유입구(26)에서 시작하여 상류로, 고정된 웨지(32)와 조정 가능한 웨지(33)와의 사이에 형성된 추출 구역 채널(45)까지 연장한다. 추출 채널(45)은 폭이 0 내지 1/4인치(0 내지 0.635cm)이고, 깊이가 0.5 내지 5인치(1.27 내지 12.7cm)인 것이 바람직하다. 고정된 웨지는 15도까지의 수렴각을 가지는데, 3 내지 15도인 것이 바람직하다. 상기 수렴각은 고정된 웨지의 도포 표면(32a)과 받침 로울 상의 기재의 표면과의 사이에 형성된다. 고정된 웨지(32)의 기계 방향 길이는 1 내지 5인치(2.54 내지 12.7cm) 이어야 한다.
조정 가능한 수렴 웨지(33)는 고정된 웨지(32)의 하류에서, 이동하는 기재(36)에 원근 방향으로 제어된 이동을 하도록 하우징(23)에 탄력적으로 장착된다. 상기 하우징(23)은 조정 가능한 웨지(33)의 양측부에서 기재(36)를 향하여 연장하는 상류 및 하류의 구속 벽(restraining wall)(46)을 구비한다. 상기 구속 벽(46)은 조정 가능한 웨지(33)의 상부 표면(48) 위로는 연장하지 않는다. 조정 가능한 웨지(33)의 측벽(52)과 하우징 구속 벽(46)과의 사이에는 두 개의 O-링(50)이 마련되어, 그들 사이의 흐름을 막는다.
상기 조정 가능한 웨지(33)는 두 개의 팽창성 부재 즉, 공기 튜브(54) 상에 지지되는데, 그 공기 튜브(54)는 기계 횡방향으로 연장되고, 조정 가능한 웨지(33)의 하류 연부와 기재(36)와의 사이에 원하는 도포 갭(56)을 확보하도록 팽창된다. 그 도포 갭(56)은 0.001인치와 0.100인치(0.00254cm와 0.254cm)사이인 것이 바람직하다. 하우징(23)과 조정 가능한 웨지(33)와의 사이에서 하나 이상의 스프링(58) 또는 다른 탄성 수단이 연장하여 조정 가능한 웨지를 하우징 쪽으로 편향시킨다. 조정 가능한 웨지(33)는 기계 횡방향으로 강성이고 기계 방향으로 구속된다. 또한, 공기 튜브(54)가 충전되면, 비록 충전된 공기 튜브(54)의 약간의 탄성이 조정 가능한 웨지가 기계에서의 진동을 제거할 수 있게 하기는 하지만, 기재(36)에 대해 조정 가능한 웨지(33)를 실질적으로 일정한 수직 위치에 유지시킨다. 공기 튜브(56)는 조정 가능한 웨지 부재 위치 조정 수단을 제공하여 도포 갭의 높이를 조정한다.
실험에서, 도포 갭(56)의 치수가 증가함에 따라, 갭을 통한 흐름 균일성은 기계 속도의 변화에 보다 더 민감하게 되는 것으로 나타났다. 조정 가능한 수렴 웨지(33)는 안정한 2 차원의 코팅 흐름에 가까운 흐름 영역을 조성하는데 기여하여, 기재 상의 코팅 중량을 조절한다. 조정 가능한 웨지의 위치를 적절하게 조정함으로써, 도포기(20)는 가동 공정 사이에, 그리고 가동시에 언제나 조정될 수 있어서, 일정한 성질의 코팅을 얻는다. 예를 들면, 변화가 가동 중에 기재 상의 균일성에 있어서 변동이 일어난다면, 작업자 또는 자동 제어기는 조정 가능한 웨지(33)의 위치를 조정하여, 조정 가능한 웨지를 지나는 코팅재의 유량을 증가시키거나 또는 감소시키게 할 수 있다. 최종적으로 원하는 코팅 중량은 계량 블레이드(62) 뒤의 공기 튜브(63) 내의 압력을 제어함으로써 조정될 수 있다. 조정 가능한 웨지는 고정된 웨지와 유사한 방식으로, 15°까지, 바람직하게는 3°과 15°사이의 수렴각을 가진다. 상기 수렴각은 조정 가능한 웨지의 도포 표면(33a)과 받침 로울 상의 기재의 표면과의 사이에 형성된다. 조정 가능한 웨지(33)의 기계 방향 길이는 1인치 내지 5인치(2.54 내지 12.7cm) 사이인 것이 바람직하다.
추출 구역 채널(45)은 고정된 웨지(32) 및 폭이 1/4인치(0.635cm)까지 이르는 하류의 구속 벽(46) 사이에 채널 갭을 구비하는데, 그 폭이 약 1/8인치(0.3175cm)인 것이 바람직하다. 추출 구역 채널(45)의 깊이는 1/2인치와 5인치(1.27cm와 12.7cm) 사이여야 한다. 추출 구역 채널(45)은 대기 압력 수준에서 유지되는 재순환 챔버(60) 또는 다른 영역에 연결되나, 또는 바람직하게는 상기 재순환 채널이 대기압 보다 높지만 폰드(28)내에서 겪는 압력 수준 이하의 압력에서 유지된다. 추출 구역 채널(45)은 도포 구역과 대기 사이의 압력 차에 의해서 주로 구동되며, 코팅 유체 내에 합류된 공기의 일부를 제거하여 흐름 안정성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 추출 구역 채널(45)은 폰드(28) 내의 과도한 코팅재를 제거하여 도포 내의 흐름 변화의 정도를 최소화시키고, 또한 도포 구역 내의 평균 압력 수준을 감소시켜서, 코팅기의 주행성을 향상시키는 작용을 한다.
선택적으로, 도포 조건이 필요하다면, 조정 가능한 웨지(33)의 하류에 계량 블레이드(62)가 설치되어 코팅 기재(36)에 맞물릴 수 있다. 도포에 따라서, 다른 계량 장치, 로드, 공기 나이프등도 사용될 수 있다. 두껍게 코팅된 기재(36)는 계량 블레이드(62) 위로 통과하는데, 그곳에서 대부분의 코팅층이 긁어내져서 기재 에 균일한 코팅층을 남긴다. 제거된 코팅재(34)는 수집되어 제순환된다. 공기 튜브(63)는 하우징(23)과 계량 블레이드(62) 사이에서 연장되어, 기재(36)에 대한 계량 블레이드의 위치를 제어할 수 있다. 코팅 기재(36)는 그 후에 받침 로울(24)을 떠나, 전환 로울(78)을 지나서 건조부(도시 안됨)로 들어간다.
그러므로, 도포기(20)에는 예측 가능한 정해진 코팅재 흐름에 기여하는 구조가 마련된다. 코팅재 흐름을 가능한 한 2차원 형태의 흐름으로 제한함에 의해서, 일관성 있는 코팅을 훼손시키는 것을 와류 및 다른 난류 효과가 최소화된다. 일반적으로, 도포기는 유체의 흐름 통로를 결정하기 위하여 유체 흐름의 용량을 감소시키지만, 코팅재가 원하는 경로를 따라 흐르도록 코팅재를 제한한다.
또 다른 실시예의 박막 도포기(80)가 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 상기 박막 도포기(80)는 본 발명의 도포기의 사이즈 도포 실시예를 보여준다. 도포기(80)는 코팅재가 직접 코팅되는 사이즈 로울(81) 및, 위로 웨브(36)가 안내되는 받침 로울(82)을 구비한다. 코팅기 헤드(84)는 고정된 웨지(88)에 장착되는 하우징(86)을 구비하는데, 그 고정된 웨지(88)는 조정 가능한 웨지(90)로부터 이격되어 추출 구역 채널(92)을 형성한다. 그 고정된 웨지(88) 및 조정 가능한 웨지(90)는 도포기(20)의 웨지와 유사할 수 있다. 이하에서 기술된 것과 같은 다양한 조정 가능한 웨지 기구가 채용될 수 있음을 나타내기 위하여, 조정 가능한 웨지(90)가 블록으로서 개략적으로 도시되어 있다. 도 3에서, 조정 가능한 웨지는 적합한 제어 기구에 따라 갭의 폭을 변화시킬 수 있다. 코팅재는 사이즈 로울로부터 받침 로울에 의해 안내된 웨브(36)로 전달된다. 도포기(80)는 추출 구역 채널(92) 아래에 위치되는 흐름 제한용 밸브 또는 다른 흐름 제한 수단(94)을 구비한다. 흐름 제한 수단(94)을 개폐시킴으로써, 추출 구역 채널(94)로부터의 유속이 제어될 수 있다. 흐름 제한 수단(94)을 폐쇄시킴으로써, 코팅 폰드(98)로부터 코팅재의 유출을 감소시킨다. 흐름 제한 수단을 개방시킴으로써, 코팅재의 유출을 증가시킨다. 상기 흐름 제한 수단은 흐름 특성을 조정하기 위해서 채널(92)로부터 접근 및 이격되도록 조정될 수 있는 부재이다.
또 다른 조정 가능한 웨지 구조가 도 4 내지 도 6의 도포기에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 또 다른 실시예의 도포기(100)는 받침 로울(102) 및 그 받침 로울(102) 아래에 위치된 하우징(106)과 함께 코팅기 헤드(104)를 구비한다. 고정된 웨지(108)는 하우징(106)에 고정되고, 조정 가능한 웨지(110)는 고정된 웨지(108)로부터 하류에 이격되고, 추출 구역 채널(112)에 의해서 고정된 웨지로부터 분리되어 있다. 조정 가능한 웨지(108)는 일 단부가 포스트(116)에 고정되어 팽창성 튜브(118)에 의해 편향될 수 있는 유연한 금속 블레이드(114)로 구성되어 있다. 상기 블레이드(114)는 낮은 각도 형태 또는 벤딩된 형태이다. 상기 블레이드는 조정 가능한 웨지로서 작용을 하고, 코팅 조건을 충족시키도록 튜브(118)를 선택적으로 가압함에 의해 조정될 수 있다.
또 다른 도포기(120)가 도 5에 도시되어 있다. 도포기(120)는 받침 로울(122) 및 그 받침 로울(122) 아래에 위치된 하우징(126)과 함께 코팅기 헤드(124)를 구비한다. 고정된 웨지(128)는 하우징(126)에 고정되고, 조정 가능한 웨지(130)는 고정된 웨지(128)의 하류에 이격되어, 추출 구역 채널(132)에 의해 고정된 웨지로부터 분리되어 있다. 조정 가능한 웨지(130)는 상류측 연부에서 포스트(138)에 피벗가능하게 장착되어 있는 지지체(136)에 장착된 고정 또는 회전식 로울러(134)을 구비하고 있다. 상기 로울러는 정회전 또는 역회전을 할 수 있으며, 매끄럽거나 또는 원주형 홈이 마련될 수 있다. 상기 로울러(134)의 직경은 3/8인치 및 2인치(0.9525cm 내지 5.08cm) 사이인 것이 바람직하다. 상기 지지체(136)는 원하는 팽창 수준으로 채워지는 팽창성 튜브(140)에 의해 지지된다. 상기 튜브(140)는 밀봉되어, 튜브 내의 압력이 상승함에 따라 팽창되어 로울러(134) 및 기재(36) 사이의 갭을 감소시킨다.
또 다른 실시예의 도포기(142)가 도 6에 도시되어 있다. 상기 도포기(142)는 받침 로울(144) 및, 그 받침 로울(144) 아래에 하우징(148)이 배치되어 있는 코팅기 헤드(146)를 구비한다. 고정된 웨지(150)는 하우징(148)에 고정되고, 조정 가능한 웨지(152)는 상기 고정된 웨지(150)로부터 상류로 이격되어 추출 구역 채널(154)에 의해 상기 고정된 웨지(152)로부터 분리되어 있다. 상기 조정 가능한 웨지(152)는 포스트(158)에 피벗가능하게 장착된 강성의 판(156)을 구비한다. 상기 판은 기재를 향하여 볼록하게 돌출하여, 그 위에서의 매끄러운 흐름을 증진시킨다. 개략적으로 도시된 제어 기구(160)는 원하는 각도로 상기 판을 조정가능하게 위치시키기 위한 임의의 종래 위치 제어 기구이다. 제어 기구는 복잡한 장전 및 철회 기구를 구비하고, 감지기에 응답하여 상기 강성판(156)을 원하는 각도로 위치조정할 수 있다. 상기 제어 기구는 공압 또는 수압 작동기, 압전 작동기, 전기적으로 조정가능한 제1철 작동기, 링크 작동기 또는 다른 제어 기구일 수 있다.
소정의 도포기에서는, 합류 공기의 추출 및 과도한 코팅재가 필요하지 않는 경우, 예를 들면 기계 속도가 저속인 경우, 또는 고체 농도가 낮거나 또는 점성도가 낮은 코팅제가 사용되는 경우, 추출 구역 채널을 전체적으로 폐쇄시키는 것이 바람직할 수도 있다. 또한, 본 발명의 장치가 웨브 코팅 용법으로 예시되기는 하였지만, 사이즈 압력 도포에 있어서의 도포 로울을 코팅하기 위해서도 유사한 장치가 사용될 수 있다.
본 발명은 본 명세서에 설명되고 개시된 특정 구조 및 부품의 배열로 제한되지 않으며, 오히려 후술하는 청구 범위의 보호 범위 내로 들어오는 그러한 변형 형태를 포괄하는 것으로 이해된다.

Claims (34)

  1. 받침 로울에 안내되는 기재에 코팅 재료를 도포하기 위한 도포 장치에 있어서,
    상기 받침 로울(24)에 의해 안내된 기재(36)가 받침 로울(24) 및 헤드 하우징(23) 사이를 이동하도록 그 받침 로울에 근접하게 배치된 코팅기 헤드 하우징(23)으로서, 상기 하우징(23)은 기재 쪽으로 개방되고 기계 횡방향으로 기재를 따라 연장되는 도포 챔버를 형성하며, 상기 도포 챔버는 코팅 폰드(28) 내에 코팅재를 수납하여 유지하고, 상기 도포 챔버는 코팅 재료의 공급원에 연결되는 코팅기 헤드 하우징(23);
    도포 챔버의 상류에 배플판(30)을 형성하는 코팅기 헤드 하우징(23)의 일부로서, 상기 배플판은 받침 로울(24)로부터 이격된 립을 형성하는 일부를 구비하고, 도포 챔버 내의 과잉의 코팅재가 배플판 립을 넘쳐흘러 도포 챔버에서 이탈하며; 하우징에 고정되고 기재와의 사이에서 도포 구역을 형성하는 고정된 웨지 부재(32)를 구비하고, 상기 고정된 웨지 부재(32)는 그 고정된 웨지 부재가 하류로 연장할 때 기재에 보다 근접하게 접근하는 도포 표면을 구비하고, 상기 도포 표면은 하우징에 대해 실질적으로 고정되는 코팅기 헤드 하우징(23)의 부분 및;
    상기 고정된 웨지 부재의 하류에 있는 폰드 내의 하우징에 연결되는 조정 가능한 웨지 부재(33)로서, 상기 조정 가능한 웨지 부재(33)는 그 조정 가능한 웨지 부재(33)가 하류에 연장할 때 기재와 도포 표면 사이의 변화하는 높이의 도포 갭을 형성하며 기재에 매우 근접하게 접근하는 도포 표면을 구비하고, 상기 조정 가능한 웨지 부재 도포 표면은 하우징에 탄력있게 연결되는 조정 가능한 웨지 부재(33)
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고정된 웨지 부재는 3 내지 15도 사이의 수렴각을 가지는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고정된 웨지 부재는 기계 방향의 길이가 1인치 내지 5인치(2.54cm 내지 12.7cm) 사이인 것을 특징으로 하는 도포용 코터 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수렴 웨지 부재는 3 내지 15도의 수렴각을 가지는 것을 특징으로 하는 도포용 코터 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 조정 가능한 웨지 부재는 1인치 내지 5인치(2.54 내지 12.7cm)인 것을 특징으로 하는 도포용 코터 장치.
  6. 제1항에 있어서, 폰드 내의 코팅의 압력 이하의 압력에서 유지된 낮은 압력 챔버를 구비하고, 낮은 압력 챔버는 고정된 웨지 부재와 조정 가능한 웨지 부재 사이에 형성된 추출 구역 채널을 통해서 코팅재 폰드와 결합하고, 공기 및 과잉의 코팅재는 폰드에서 낮은 압력 챔버로 인출되는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  7. 제6항에 있어서, 추출 채널은 기계 방향의 폭이 0 내지 1/4인치(0 내지 0.635cm) 이고, 깊이가 1/2 내지 5인치(1.27 내지 12.7cm)인 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  8. 제6항에 있어서, 고정된 웨지 부재 및 조정 가능한 웨지 부재 사이의 추출 구역 채널 아래에 위치된 흐름 제한 수단을 구비하고, 상기 흐름 제한 수단은 추출 구역 채널을 통해 인출된 코팅재의 유속을 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    하우징으로부터 연장하는 상류 벽;
    하우징으로부터 연장하는 하류 벽으로서, 상기 조정 가능한 웨지 부재를 기재로부터 원근 방향으로 이동시키기 위해서 상류 벽과의 사이에 맞물리는 하류 벽 및;
    하우징과 조정 가능한 웨지 사이에 연장하는 하나 이상의 팽창성 부재로서, 조정 가능한 웨지를 원하는 바와같이 위치시키기 위해 팽창되는 하나 이상의 팽창성 부재
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 조정 가능한 웨지 부재는
    하우징의 하나의 단부에 연결된 도포 블레이드; 및
    하우징 및 도포 블레이드 사이에 연장하는 팽창성 부재로서, 도포 블레이드를 원하는 바와같이 위치시키도록 조정될 수 있는 팽창성 부재
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  11. 제10항에 있어서, 도포 로울러는 도포 블레이드에 장착되어 기계 횡방향으로 연장하고, 상기 로울러는 이동 기재와 맞물릴 수 있는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 도포 로울러는 도포 블레이드에 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 도포 로울러는 도포 블레이드에 고정되는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 도포 로울러는 원주형 홈을 형성하는 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 로울러는 그 직경이 3/8인치 및 2인치(0.9525cm 및 5.08cm) 사이인 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 로울러는 하류 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  17. 제11항에 있어서, 상기 로울러는 상류 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 조정 가능한 웨지 부재는
    도포 표면을 구비한 강성 부재; 및
    상기 하우징에 대해 강성 부재를 위치시키기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  19. 제18항에 있어서, 도포 표면은 기재쪽으로 볼록한 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  20. 제1항에 있어서, 조정 가능한 웨지 부재의 하류의 코팅 기재와 맞물리고, 그 기재 상의 코팅재의 일부를 제거하는 계량 요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 코팅재는 고정된 웨지 부재의 상류 위치에서 도포 구역에 공급되는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  22. 코팅재를 기재에 공급하기 위한 코팅기에 있어서,
    코팅되는 기재와 맞물리는 받침 로울;
    기재 및 받침 로울로부터 밀접하게 이격된 코팅기 헤드 하우징으로서, 기재쪽으로 개방되고 기계 횡방향으로 기재을 따라 연장하는 도포 챔버를 구비하고, 상기 코팅재가 코팅 폰드로부터 가압하에 공급되는 코팅기 헤드 하우징;
    폰드 내의 코터 하우징에 고정되는 고정된 웨지 부재로서, 도포 챔버의 웨지 형태 구역을 형성하기 위해서 기재 쪽으로 연장하는 고정된 웨지 부재;
    고정된 웨지 부재의 하류의 폰드 내에 있는 하우징에 연결된 조정 가능한 웨지 부재로서, 기재와 도포 갭 사이의 변화할 수 있는 높이의 도포 갭을 형성하며 하류에 연장할 때 기재에 보다 밀접하게 접근하는 도포 표면을 구비하는 조정 가능한 웨지 부재 및;
    도포 갭의 높이를 조정하기 위해서 조정 가능한 웨지 부재를 위치시키기 위한 수단;
    고정된 웨지 부재 및 조정 가능한 웨지 부재 사이에 형성된 추출 구역 채널; 및
    폰드 내의 코팅재의 압력 이하의 압력에서 유지되고, 폰드 내의 합류 공기 및 코팅재는 추출 구역 채널을 통해서 인출되는 저압력 구역을 형성하는 하우징의 일부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  23. 제22항에 있어서, 고정된 웨지 부재 및 조정 가능한 웨지 부재 사이의 추출 구역 채널 아래에 위치된 흐름을 제한하기 위한 수단을 구비하며, 상기 흐름 제한 수단이 추출 구역 채널을 통해 인출된 코팅재의 유속을 제어하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  24. 제22항에 있어서, 하우징으로부터 연장하는 상류 벽 및 하우징으로부터 연장하는 하류 벽을 구비하고, 상기 조정 가능한 웨지 부재는 기재로부터 접근 및 이탈하는 이동을 위해서 상류 벽 및 하류 벽 사이에 맞물리고, 조정 가능한 웨지 부재를 위치시키기 위한 수단은 하우징과 조정 가능한 웨지 사이에 연장하는 하나 이상의 팽창성 부재를 구비하고, 상기 팽창성 부재는 조정 가능한 웨지를 원하는 바와같이 위치시키기 위해 팽창될 수 있는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  25. 제22항에 있어서, 상기 조정 가능한 웨지 부재는 하나의 단부가 하우징에 연결된 도포 블레이드를 구비하고, 그 조정 가능한 웨지 부재를 위치시키기 위한 상기 수단은 하우징과 도포 블레이드 사이에 연장하는 팽창성 부재를 구비하고, 상기 팽창성 부재는 도포 블레이드를 원하는 바와같이 위치시키기 위해 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  26. 제25항에 있어서, 도포 로울러는 도포 블레이드에 장착되고 기계 횡방향으로 연장하고, 상기 로울러는 이동 기재와 맞물릴 수 있는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  27. 제22항에 있어서, 조정 가능한 웨지 부재 하류의 코팅 기재와 맞물려서 그 위에 있는 일부 코팅재를 제거하는 계량 블레이드를 구비하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  28. 제22항에 있어서, 상기 코팅재는 고정된 웨지 부재의 상류에 위치한 도포 폰드에 공급되는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  29. 제22항에 있어서, 추출 구역 채널의 기계 방향의 폭은 1/4인치(0.635cm)까지이고, 1/2인치 내지 5인치(1.27cm 내지 12.7cm) 사이의 깊이인 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  30. 받침 로울에 의해 안내되는 기재에 코팅 재료를 도포하기 위한 도포 장치에 있어서,
    받침 로울에 의해 안내된 기재이 받침 로울 및 헤드 하우징 사이를 이동하도록 받침 로울에 매우 근접하게 배치된 코팅기 헤드 하우징으로서, 기재쪽으로 개방되고 기계 횡방향에서 기재을 따라 연장하고, 코팅 폰드 내의 코팅 재료를 수납하고 유지하고, 코팅 재료의 가압 공급원에 연결된 도포 챔버를 형성하는 코팅기 헤드 하우징;
    코팅기 헤드 하우징의 일부로서, 받침 로울로부터 이격된 립을 일부가 형성하고 도포 챔버 내의 과잉의 코팅재가 도포 챔버를 이탈하도록 흘러넘치는 도포 챔버 상류의 배플판을 형성하는 코팅기 헤드 하우징의 일부;
    하우징에 고정되어, 부재 및 기재 사이의 도포 구역을 형성하는 고정된 웨지 부재, 상기 고정된 웨지 부재는 그 고정된 웨지 부재가 하류로 연장할 때 기재에 보다 밀착하고, 하우징에 대해 실질적으로 고정되는 표면;
    상기 고정된 웨지 부재 하류의 폰드 내의 하우징에 연결되는 조정 가능한 웨지 부재로서, 기재 및 도포 표면 사이의 변화할 수 이는 높이의 도포 갭을 형성하며 하류로 연장할 때 그 기재에 보다 밀접하게 접근하는 도포 표면을 구비하는 조정 가능한 웨지 부재 및;
    도포 갭의 높이를 제어하기 위해서 조정 가능한 웨지 부재의 위치를 조정하기 위한 수단
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  31. 제30항에 있어서, 폰드 내의 코팅재의 압력 이하의 압력에서 유지되는 저압력 챔버를 구비하고, 상기 저압력 챔버는 고정된 웨지 부재 및 조정 가능한 웨지 부재 사이에 형성된 추출 구역 채널을 통해 코팅재 폰드와 연결하고, 공기 및 과잉의 코팅재는 저압력 챔버로 폰드에서 인출되는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  32. 코팅재를 받침 로울에 안내된 기재에 도포하기 위한 도포 장치에 있어서,
    받침 로울에 의해 안내된 기재이 받침 로울과 제1 로울 사이의 닙을 통해 이동하도록 받침 로울과 함께 닙(nip)을 형성하는 제1 로울에 매우 근접하게 배치된 코터 헤드 하우징으로서, 제1 로울 쪽으로 개방되고 기계 횡방향으로 제1 로울을 따라 연장하고, 코팅 폰드 내의 코팅 재료를 수납하고 유지하고, 코팅 재료의 가압 공급원에 연결되는 도포 챔버를 형성하는 코팅기 헤드 하우징;
    코팅기 헤드 하우징의 일부로서, 받침 로울로부터 이격된 립을 일부가 형성하고, 도포 챔버 내의 과코팅 재료가 도포 챔버를 이탈하도록 그 립을 흘러넘치는 도포 챔버 상류의 배플판을 형성하는 코팅기 헤드 하우징의 일부;
    상기 하우징에 고정되고 제1 로울과의 사이에 도포 구역을 형성하는 고정된 웨지 부재로서, 하류로 연장할 때 제1 로울에 보다 밀착하고 하우징에 대해 실질적으로 고정되는 도포 표면을 구비하는 고정된 웨지 부재 및;
    상기 고정된 웨지 부재 하류의 폰드 내에 있는 하우징에 연결된 조정 가능한 웨지 부재로서, 제1 로울 및 도포 표면 사이에 변화할 수 있는 높이의 도포 갭을 형성하며 하류로 연장할 때 제1 로울에 보다 밀착하고, 하우징에 탄력있게 연결되는 도포 표면을 구비하는 조정 가능한 웨지 부재
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
  33. 코팅 재료를 기재에 도포하기 위한 코팅기에 있어서,
    코팅되는 기재와 맞물리는 받침 로울;
    받침 로울로부터 밀접하게 이격된 코터 헤드 하우징으로서, 받침 로울쪽으로 개방되고 기계 횡방향으로 연장하는 도포 챔버를 구비하고, 상기 코팅재가 코팅재 폰드로부터 가압하에 공급되는 코팅기 헤드 하우징;
    폰드 내의 코터 하우징에 고정되는 고정된 웨지 부재로서, 받침 로울 쪽으로 연장하여 도포 챔버의 웨지형 구역을 형성하는 고정된 웨지 부재;
    고정된 웨지 부재 하류의 폰드 내에 있는 하우징에 연결되는 조정 가능한 웨지 부재로서, 기재 및 도포 표면 사이의 변화할 수 있는 도포 갭을 형성하며 하류로 연장할 때 받침 로울에 보다 밀착하는 도포 표면을 구비하는 조정 가능한 웨지 부재;
    도포 갭의 높이를 조정하기 위해서 조정 가능한 웨지 부재를 위치시키는 수단;
    고정된 웨지 부재 및 조정 가능한 웨지 부재 사이에 형성된 추출 구역 채널 및;
    상기 폰드 내의 코팅재의 압력 이하의 압력에서 유지되고, 폰드 내의 흡인 공기 및 코팅재가 추출 구역 채널을 통해 인출되는 저압력 구역을 형성하는 하우징의 일부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 도포용 코팅기.
  34. 제33항에 있어서, 코팅기 헤드로부터 이격된 닙을 형성하기 위해 받침 로울에 맞대어 기재와 맞물리는 제2 로울을 구비하고, 코팅재는 코팅 폰드로부터 받침 로울로, 그리고 받침 로울로부터 닙에 있는 기재로 도포되는 것을 특징으로 하는 도포용 코팅기.
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