JP4174861B2 - ダイレクトファウンテンコーター - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、テープ状のベース紙等の表面に塗料等を直接塗工した、塗工紙等を連続して製造するためのダイレクトファウンテンコーター(Direct-Fountain-Coater) に係り、特に塗料をベース紙に膜状に塗工するヘッダを改良したダイレクトファウンテンコーターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、感熱紙や、カーボンは、例えば、図3に示すようないわゆるダイレクトファウンテンコーター(Direct-Fountain-Coater、以下DFコーターと称す)によって製造されている。
【0003】
図示するように、このDFコーターは、テープ状のベース紙Bが巻き付けられた繰出しロール1aと、この繰り出しロール1aから繰り出されるベース紙Bを巻き取る巻き取りローラ2aと、これら繰り出しロール1aと巻き取りローラ2a間を略水平に案内する一対の案内ローラ3a、3aと、これら案内ローラ3a、3a間に位置する塗工用のヘッダ8と定着部4aとから主に構成されており、このヘッダ8によって案内ローラー3a、3a間を略水平に流れるベース紙Bの上方から感熱剤等の塗料を膜状に流下させてベース紙B上に塗工膜Lを塗工した後、その下流側に位置する加熱ヒータ等の定着部4aによってこの塗工膜Lをベース紙Bの上面に連続的に定着させるようにしたものである。
【0004】
また、このDFコーターにおけるヘッダ8に塗料を供給するシステムを図4により説明する。
【0005】
図に示すように、ヘッダ8は、第1ヘッダ部材6と第2ヘッダ部材7を分離可能に接合して形成され、その第1ヘッダ部材6に、その第1ヘッダ部材6の接合面の長手方向に沿って上下に2つの半円形の溝からなる第1チャンバ1cと第2チャンバ2が形成され、その両チャンバ1c、2間に流下路9が形成され、第2チャンバ2の下部に第2ヘッダ部材7とで塗料を膜状に流下させる出口スリット3が形成され、構成される。
【0006】
このヘッダ8の第1チャンバ1cの一方の塗料供給口4にはポンプ11を介して塗料の原料タンク10が接続され、他方の塗料リーク口5にはバルブ12を介して、原料タンク10が接続される。原料タンク10内の塗料はポンプ11により塗料供給口4から第1チャンバ1c内に流れ、塗料リーク口5に至る。この間、流下路9を通って、第2チャンバ2から出口スリット3を介して膜状に流下してベース紙B等に塗工される。
【0007】
他方、第1チャンバ1cを通った余剰の塗料はバルブ12を介して原料タンク10に戻されるようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
出口スリット3から膜状に流下する塗料の流量は、バルブ12の開度を調節して第1チャンバ1c内を流れる塗料の流量を変化させることで、調整されるが、第1チャンバ1c内に塗料供給口4から流れ込む塗料は、その一部を第1チャンバ1cの下方に設けられた第2チャンバ2へ、流下路9を通って流れることで、徐々に流量を減らしながら、第1チャンバ1cの塗料リーク口5まで略水平に流れることとなる。
【0009】
そのため、第1チャンバ1cの断面形状が一様の半円であることにより、第1チャンバ1c内を流れる塗料の流速は、塗料供給口4から塗料リーク口5に至って徐々に遅くなる。
【0010】
従って、塗料リーク口5辺りのチャンバ1c内を流れる塗料の流速が低いため、壁面近傍のせん断速度も低下し、塗料の付着が起こりやすい。
【0011】
特に、第1チャンバ1c内に供給される塗料の粘度は高いため、付着が起こると壁面に凝集し、これがある程度堆積すると、この凝集した塗料が出口スリット3から流出し、ベース紙B等に塗工されて、塗工紙の品質低下を招く。
【0012】
また、極力壁面に塗料が付着しないように、第1チャンバ1c内の塗料流速は162(mm/s)以上に保たれ、ヘッダ8の出口スリット3の幅を調節することで流下する塗工膜Lの厚みを調整している。
【0013】
通常、塗料の粘性が大きいものは、塗料の付着を抑えるために、塗料循環量を増やして第1チャンバ1c内の塗料の流速を上げて塗工せざるをえないが、あまり塗料循環量を多くすると、ポンプ11への負荷が大きくなってしまう問題がある。
【0014】
このため、塗料替えの際に壁面の清掃を要する場合がある。
【0015】
そこで、本発明の目的は、第1チャンバの断面の形状を工夫して、該第1チャンバ壁面に塗料が付着せず、該壁面に塗料が堆積しないダイレクトファウンテンコーターを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1の発明は、略水平に流れるテープ状のベース紙の上方に、そのベース紙を横断するようヘッダを設け、そのヘッダ内に塗料の流れる第1チャンバをヘッダに沿って形成すると共に、その第1チャンバの両端に塗料供給口と塗料リーク口を形成し、該第1チャンバの下方に塗料を一時貯留すると共に第1チャンバより断面積の小さな第2チャンバを形成し、第1チャンバと第2チャンバ間に流下路を形成し、さらに第2チャンバの下部に塗料を膜状に流下させる出口スリットを形成し、上記塗料供給口に、塗料を貯留した原料タンクをポンプを介して接続し、上記塗料リーク口をバルブを介して上記原料タンクに接続したダイレクトファウンテンコーターにおいて、上記第1チャンバの断面を、その内を流れる塗料の流速が塗料供給口から塗料リーク口に至るまで略一定の流速となるようにその断面形状をテーパー状に形成したことを特徴とするダイレクトファウンテンコーターである。
【0017】
また、請求項2の発明は、第1チャンバ内の塗料供給量と出口スリットから流下する単位長さ当たりの塗料流出量から塗料リーク量を決定し、他方、塗料供給口から塗料リーク口までの断面形状を相似で変化させたときの相似比を定義し、塗料供給量と塗料流出量から上記第1チャンバ内の平均流速を一定にするための相似比を求め、その相似比から塗料供給口に対する塗料リーク口の断面形状の寸法を決定すると共にその相似比に基づいて、塗料供給口から塗料リーク口に至る断面形状をテーパー状に形成する請求項1記載のダイレクトファウンテンコーターである。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0019】
先ず、図1は本発明における一実施形態のシステム模式図である。
【0020】
図に示すように、断面が一様なくさび状の細長いヘッダ8は、ベース紙B(図示せず)上方にて該ベース紙Bを横断するように設けられ、該ヘッダ8の一端に、このヘッダ8に供給する塗料を貯留した原料タンク10が、ポンプ11を介して接続され、他端に、余剰の塗料を再循環させるべく、バルブ12を介して原料タンク10に接続される。
【0021】
そして、この塗料は、原料タンク10からポンプ11によって送り出され、ヘッダ8内部に供給される。供給された塗料はベース紙Bに塗工されて、余剰の塗料は再びバルブ12を介して原料タンク10に戻って再循環される。
【0022】
上記ヘッダ8は、断面が半割くさび状の第1ヘッダ部材6と、同じく半割くさび状の第2ヘッダ部材7を分離可能に接合して形成される。そして、これらの接合部分に塗料を流すのに、第1ヘッダ部材6は、その第1ヘッダ部材6の長手方向に沿って、接合面上に、上下に2つの溝からなる第1チャンバ1と第2チャンバ2が形成され、その両チャンバ1、2間に流下路9が形成され、第2チャンバ2の下方に第2ヘッダ部材7とで塗料を膜状に流下させる出口スリット3が形成されて、構成される。
【0023】
そして、該第1チャンバ1は、ヘッダ8長手方向の両端に塗料供給口4と塗料リーク口5を有し、塗料は塗料供給口4から流れ、塗料リーク口5に至る。この間、塗料は少しずつ下部にある流下路9に流れて、塗料供給口4から塗料リーク口5に至るまでに第1チャンバ1内の塗料の流量は少しずつ少なくなる。
【0024】
ゆえに、第1チャンバ1は、塗料が流下路9に流れることを考慮して、この塗料供給口4から塗料リーク口5に至って、徐々にその断面積を減じたテーパー状に形成される。
【0025】
また、第2チャンバ2は、上記流下路9の下部に位置して、半円形の断面を有しており、この断面は、ヘッダ8の塗料供給口4側から塗料リーク口5側迄、一様に同じ断面積を有する。この第2チャンバ2は、第1チャンバ1から流れてきた塗料を一時貯留し、塗料を出口スリット3へ、ヘッダ長手方向に極力一様な流速で流すために設けられ、ここを流れた塗料は、第2チャンバ2下部に位置する出口スリット3に流れ込む。
【0026】
該出口スリット3は、ヘッダ8の長手方向に略一様な隙間を設けた2つの平面によって形成され、この隙間の幅は調節可能である。塗料は、この出口スリット3によって膜状に流下してベース紙B上に塗工される。
【0027】
一方、塗料リーク口5より流出した塗料は、バルブ12を介して原料タンク10に戻って再循環されることになる。このときバルブ12は、開度を調節することで第1チャンバ1内の塗料の流量を調節して、チャンバ1内の流速及び出口スリット3から流出する塗料の膜厚を調整する。
【0028】
次に本発明の作用を述べる。
【0029】
このように、第1チャンバ1内を流れる塗料は、その第1チャンバ1が塗料供給口4から塗料リーク口5に至って、徐々に断面積が減じるように形成されているため、その塗料の流速はせん断速度以下になることがなく、第1チャンバ1内の壁面への塗料の付着を防止できる。
【0030】
また、粘度の異なる塗料を用いる場合でも、バルブ12の調節を行うことで、出口スリット3から流下する塗料の流量を容易に調整することができる。
【0031】
つまり、ある粘度の塗料に合わせて、塗料供給口4から塗料リーク口5に至るまでの塗料の流速が著しく低下しないよう第1チャンバ1を形成し、この塗料より粘度の高い塗料を使用する場合、粘度が大きな塗料の方が膜厚が薄くて済むために、バルブ12を緩めて塗料をより多く再循環させる。
【0032】
逆に、はじめの塗料より粘度の小さな塗料を使用する場合、塗料リーク口5辺りになると、膜を厚くする分塗料は流下路9へ余分に必要になるので、その分バルブ12を少し閉めることになる。
【0033】
次に図2の第1チャンバ1のテーパー状断面を説明する図により、第1チャンバ1をテーパー状に形成したときの、塗料の平均流速をせん断速度以上に保つための、塗料供給口4側断面積S0 と塗料リーク口5側断面積S1 との関係を説明する。
【0034】
図2中、第1チャンバ1の塗料供給量Q0 、塗料リーク量Q1 、出口スリット3の全長xa 、出口スリット3から流下する単位長さ辺りの流量をqとすると、
Q1 =Q0 −qxa (1)
の関係がある。
【0035】
これにより、塗料供給口4からの位置xでの断面積をS(x) とすると、第1チャンバ1内平均流速Vm は
Vm =(Q0 −qx)/S(x) (2)
となり、ゆえに、
S(x)=(Q0 −qx)/Vm (3)
となる。
【0036】
第1チャンバ1の断面の形状を塗料供給口4側の断面形状と相似で変化させる場合、r=( S(x) /S0 ) 1/2 で定義される相似比r を用いたとき、任意の位置xでの断面積S(x) は、この定義により、
S(x)=r2 ・S0 (4)
ここで、(4)式を(3)式に代入して、
r2 ・S0 =(Q0 −qx)/Vm (5)
よって、
r=((Q0 −qx)/(S0 ・Vm ))1/2 (6)
を得る。
【0037】
よって、第1チャンバ1内の塗料の平均流速Vm を一定にするには(6)式の相似比rの断面積変化を与えることになる。また、S0 ・Vm はQ0 に等しいので、
r=((Q0 −qx)/Q0 )1/2 (7)
と表せる。
【0038】
従って、塗料供給口4(図では半円を示しているが全円として断面積S 0 を計算)の半径を60(mm)、出口スリット3の全長を2950(mm)、第1チャンバ1内の平均流速Vmの最小値を162(mm/s)、出口スリット3からの塗料流出量qを551.7(mm2/s)とすると、相似比rは、(7)式により、約0.335となる。
【0039】
これから塗料リーク口5の半径R1 を求めると、
R1 =60×0.335=20.01(mm) (8)
となり、塗料リーク口5の半径は約20(mm)であり、出口スリット3からの塗料流出量qの流量変化を考慮して、塗料リーク口5の半径は、20±5(mm)の範囲にしてあればよい。
【0040】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、塗料供給口から塗料リーク口に至るまでの塗料の平均流速が、せん断速度以下になることがなく、第1チャンバ1内の壁面に塗料が付着せず、塗料の凝集を防止できる。よって、凝集した塗料が塗工されることによる、塗工紙の品質低下を招くことがなくなる。従って、壁面の清掃の頻度を最小限に押さえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態のシステム模式図である。
【図2】第1チャンバのテーパー状断面を説明する図である。
【図3】本発明の前提となるDFコーター装置の概略図である。
【図4】本発明の前提となる従来技術の模式図である。
【符号の説明】
1 第1チャンバ
2 第2チャンバ
3 出口スリット
4 塗料供給口
5 塗料リーク口
9 流下路
Q0 塗料供給量
S0 塗料供給口断面積
V 塗料の流速
Vm 塗料の平均流速
Q1 塗料リーク量
S1 塗料リーク口断面積
x 第1チャンバ内の任意の位置又はその位置の塗料供給口からの距離
S(x) 位置xでの断面積
xa 出口スリットの全長
q 出口スリットからの単位長さあたりの塗料流出量
Claims (2)
- 略水平に流れるテープ状のベース紙の上方に、そのベース紙を横断するようヘッダを設け、そのヘッダ内に塗料の流れる第1チャンバをヘッダに沿って形成すると共に、その第1チャンバの両端に塗料供給口と塗料リーク口を形成し、該第1チャンバの下方に塗料を一時貯留すると共に第1チャンバより断面積の小さな第2チャンバを形成し、第1チャンバと第2チャンバ間に流下路を形成し、さらに第2チャンバの下部に塗料を膜状に流下させる出口スリットを形成し、上記塗料供給口に、塗料を貯留した原料タンクをポンプを介して接続し、上記塗料リーク口をバルブを介して上記原料タンクに接続したダイレクトファウンテンコーターにおいて、上記第1チャンバの断面を、その内を流れる塗料の流速が塗料供給口から塗料リーク口に至るまで略一定の流速となるようにその断面形状をテーパー状に形成したことを特徴とするダイレクトファウンテンコーター。
- 第1チャンバ内の塗料供給量と出口スリットから流下する単位長さ当たりの塗料流出量から塗料リーク量を決定し、他方、塗料供給口から塗料リーク口までの断面形状を相似で変化させたときの相似比を定義し、塗料供給量と塗料流出量から上記第1チャンバ内の平均流速を一定にするための相似比を求め、その相似比から塗料供給口に対する塗料リーク口の断面形状の寸法を決定すると共にその相似比に基づいて、塗料供給口から塗料リーク口に至る断面形状をテーパー状に形成する請求項1記載のダイレクトファウンテンコーター。
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