JP4417735B2 - 空気酸素を層状の空気境界層からの不活性ガスによって置換する装置とその方法 - Google Patents

Description

本発明は、移送方向に移動される基体の少なくとも１つの空気境界層中の酸素を不活性ガスによって置換する装置に関する。

この種の装置は、シート紙オフセット印刷において使用するために知られており（特許文献１）、同装置においては、もちろん第１のチャンバは不活性ガスを供給する装置を有している。

ＵＶインクまたはＵＶラッカーが乾燥（硬化）する場合に、一般に、インクないしラッカー表面に直接接する空気の酸素がフォトイニシエータと共に、いわゆるフリーラジカルを形成し、それがフォトイニシエータの本来の機能を妨害し、それをＯ２阻害と称することが知られている。従って空気酸素が存在する場合には、高価なフォトイニシエータの量をそれに応じて増大させなければならず、それが印刷を高価なものにし、従って望ましくない。

同じ理由から、しばしばＵＶ乾燥機またはプラズマ乾燥機はチャンバとして形成されて、そのチャンバが不活性ガス、たとえば窒素で洗浄される。その場合に基体のための進入および退出間隙は、窒素損失を限界内に維持するために、できるだけ小さくされる。この種のチャンバは、それ自体知られている（特許文献２、および、特許文献３）。

請求項１の上位概念に記載された、この分野の既知の装置（特許文献１）には、不活性ガスで洗浄される、この種のチャンバが設けられている。シート紙オフセット印刷機内のチャンバのシールは、移送方向において上流側と下流側の終端縁に配置された前側コロナ電極ないし後側コロナ電極を介して行われ、それらコロナ電極は高い直流電圧に接続されている。従来のこの分野の装置においては、移動される基体と一緒に案内されるガス状の層状空気境界層を、基体の他方の側に付設されている相手方電極を備えた、正または負の高圧に接続されているコロナ電極を介して、乱流に変換する、既知の原理も使用される（特許文献４）。

既知のこの分野の装置は、優れているとは言えない。１つには、相変わらず極めて大量の窒素消費が必要であって、それが既知の装置を駆動するためのコストを著しく増大させている。さらに、それにもかかわらず効率が悪いことにより、ＵＶ放射源の形式で乾燥機のための著しいエネルギを使用しなければならない。さらに、相変わらずおびただしい量の高価なフォトイニシエータが必要である。

ドイツ公開公報ＤＥ−１００５０５１７Ａ１ ドイツ公開公報ＤＥ−１９８５７９８４Ａ１ ドイツ公開公報ＤＥ−２９７０７１９０Ｕ１ ドイツ公開公報ＤＥ−１９５２５４５３Ａ１

本発明の課題は、主請求項の上位概念に記載の分野の装置を、必要とされる不活性ガスの量とそれに伴って駆動コストを劇的に削減し、かつそれを使用する方法を提案することである。

この課題は、主請求項の上位概念に記載の分野の装置において、本発明によれば、それに記載の特徴によって、すなわち、不活性ガスを供給する装置が、移送方向において後側コロナ電極の電子／イオン流のすぐ下流側に形成される負圧ゾーンの領域内に開口していることによって、解決される。
本発明は、移送方向に移動される基体の少なくとも１つの空気境界層中の酸素を不活性ガスによって置換する装置において、前記基体の方向へ向かってだけ開放している第１のチャンバと、不活性ガスを供給する装置とを具備し、前記第１チャンバが、移送方向において上流側の、移送方向に対して横方向に延びる前側終端縁の領域に、基体を挟んで反対側に前側相手方電極を伴う前側コロナ電極と、前記前側コロナ電極よりも移送方向において下流側で、前記前側終端縁と同様に移送方向に対して横方向に延びる後側終端縁の領域に、基体を挟んで反対側に後側相手方電極を伴う後側コロナ電極と、前記前側コロナ電極と後側コロナ電極の双方を覆い、前記第１のチャンバの上方を閉塞して該第１のチャンバを外部空間から隔離する上方の電極カバーと、前記２つのコロナ電極を側方で覆う側方の２つの電極カバーとを有しており、負圧ゾーンが前記後側コロナ電極の下端と前記基体との間に形成されるように、前記第１のチャンバは、前記基体の空気境界層の近傍に配置されており、前記不活性ガスを供給する装置は、前記移送方向に関して前記負圧ゾーンの下流側から前記第１のチャンバ内に不活性ガスを供給するようになっている装置を要旨とする。

本発明に基づく装置は、凹版印刷、フレキソ印刷、ロール紙オフセット印刷またはシート紙オフセット印刷のための印刷機内および、たとえば製紙工業または織物工業における、種々のコーティング方法において使用することができ、それらにおいては−一般にＵＶ硬化系と称される−ＵＶ硬化するインクまたはラッカーが多く使用されるようになってきている。これらは、所定の割合の、所謂フォトイニシエータを含んでいる。この種のインクまたはラッカーの硬化ないし乾燥は、ＵＶ乾燥機内で行われる。そこでは、使用されるＵＶインクまたはラッカーに従って、狭帯域のいわゆるＵＶエキシマー放射器または広帯域のＵＶ放射器が放射源として使用される。その場合にフォトイニシエータは、提供されるＵＶ放射エネルギの一部を吸収して、ＵＶインクまたはラッカーの重合または硬化を行わせる。ここで話題とされているのは、放射化学的に硬化する系である。硬化のためのエネルギが高周波コロナ放電によって生成される、いわゆるプラズマ乾燥機と、電子ビーム（ＥＳ）による硬化も、これと極めて似通っており、本発明はそれらにおいても使用可能である。

本発明においては、移動方向に移動される基体と一緒に案内される層状の空気境界層は、前側コロナ電極の領域内へ達する。ここに存在している、以下においては電子／イオン流と略称する、電子流ないしイオン流が、移動される基体の表面において、前側コロナ電極もそこに配置されている側で、層状の状態を乱れた状態へ変換する。層状の空気境界層の上方で一緒に引きずられる、大体において乱れた空気ドラッグ流は、前側コロナ電極の前で上方かつ移動される基体から離れるように方向変換される。前側コロナ電極の下流側に形成される乱れた空気境界層は、移送方向において下流側のかつ前側コロナ電極に関して好ましくは平行に配置されている後側コロナ電極から離れて−基体によってさらに一緒に移動される層状の残りの境界層は別にして−移動される基体の方面に対して垂直にチャンバの内部で上方へメイン空気流として方向変換されて、閉鎖された第１のチャンバ内で−移送方向に抗して−戻るように、再び前側コロナ電極の領域へ移動する。そこに存在している、前側コロナ電極の個々の隣接する尖端の個々の電子／イオン流間の隙間を通して、このメイン空気流は−移送方向に抗して−再び第１のチャンバの外部でこのチャンバを包囲する、戸外の外部空間へ達して、前側コロナ電極の前で空気ドラッグ流と共に基体に対して垂直に上方へ上昇する。

第１の−閉鎖された−チャンバの、移送方向下流側の端縁において後側コロナ電極によって、乱れた空気境界層がいわば掻き取られることにより、そこに配置されている後側コロナ電極の下流側に、負圧ゾーンが発生する。この負圧ゾーンの領域内に開口している、不活性ガスを供給する装置は、この不活性ガスをある程度負圧ゾーン内へ引きつけるので、移動される基体の上方に、−新しい−層が、今度はわずかな乱れ度を有する層状の不活性ガス境界層としての不活性ガスから構築される。層状の不活性ガス層を十分に不活性化するために必要な不活性ガスの量が、移動される基体の速度に従って、わずかな不活性ガス漏れ流が移送方向に抗して移動され、方向変換されたメイン空気流と共に第１のチャンバ内で最終的にこのチャンバに関して外部へ達するように調節される場合には、後側コロナ電極の下流側に最初からある負圧ゾーンは完全に不活性ガスで満たされるので、その結果そこにはわずかな負圧が発生し、それが、空気流が第１のチャンバを包囲する外部空間から吸い出されることを阻止する。

本発明に基づく装置によって、後側コロナ電極の下流側の帯状材料近傍の不活性ガス境界層を不活性化するための不活性ガスの消費は、従来技術に比較して８０％まで減少され、それは駆動コストのかなりの節約を意味している。帯状材料近傍の境界層内の残留酸素含有量がわずかであることによって、さらに、高価なフォトイニシエータの必要な量をさらに削減することができる。同時に、これは、フォトイニシエータに基づく煩わしい臭い形成の減少と結びついている。従って将来的には、従来は衛生的な理由からこの臭い形成を許容できなかった製品も、形成することができる。

後側コロナ電極と不活性ガスを供給する装置との間に、他のチャンバ、好ましくは第１のチャンバに対して同一のチャンバが配置される場合には、本発明に基づく装置の効果のさらにはっきりとした改良と、それに伴って他の利点も得られる。その場合にはこのチャンバによって、少なくとも層状の残留境界層を除去することができ、それは特に移動される基体の速度が高い場合には、重要である。

不活性ガスを供給する装置のすぐ後ろに、ＵＶ放射源の形式の乾燥機が配置されていると、効果的である。帯状材料近傍の不活性ガス層内の酸素含有量がわずかであることにより、同時にわずかな窒素消費において、ＵＶインクおよび／またはＵＶラッカーの十分な硬化のために必要なＵＶ放射出力を−従来技術に関して−約４０％だけ削減することができる。電気的なエネルギの節約の他に、さらに、広帯域のＵＶ放射器の赤外線成分も減少され、それは、ＰＥ−箔のような、熱に敏感な基体を処理する場合に効果的である。

本発明の好ましい形態において、ＵＶ放射源の下流側に、基体の他方の側上の付属の相手方電極を備えた、閉鎖する終端コロナ電極が配置されており、配置全体がチャンバの形式に従って密閉されている場合には、大体において不活性ガスからなり、大体において乱れた、不活性ガス境界層の上にあるドラッグ流は、密閉された構造により形成されたチャンバ内へ−移送方向に抗して−戻るように案内することができるので、これら不活性ガスの一部が再び層状の不活性ガス境界層のために提供される。戻るように案内する理由は、電子／イオン流によって発生される、終端電極の流れ抵抗である。密閉されたチャンバ内のわずかな圧力上昇がそれに結びついているので、不活性ガス消費をさらに削減することが可能である。

本発明の他の好ましい形態と展開は、従属請求項に記載されている。

本発明の実施例を、以下で図面を参照して説明する。
図１には、本発明に基づく装置が概略的な断面で示されている。移送方向２に移動される、帯状材料としての基体１は、層状の空気境界層３を一緒に移動させる。装置は、さらに、基体１へ向かってだけ開放し、その他においては包囲する外部空間４０から隔離された第１チャンバ４１を有している。第１チャンバ４１は移送方向２において上流側の、移送方向に対して横方向に延びる前側終端縁の領域に高い直流電圧のための前側コロナ電極５を有し、前側コロナ電極５は基体１を挟んで反対側４２に前側相手方電極７を伴っている。また、第１チャンバ４１は移送方向２において前側コロナ電極５の下流側で、基体１に対して前側コロナ電極５と同じ側４０で、同様に移送方向２に対して横方向に延びる後側終端縁の領域に高い直流電圧のための後側コロナ電極６を有し、後側コロナ電極６は基体１を挟んで反対側４２に後側相手方電極７を伴っている。前側相手方電極７は、たとえば、接地された案内ドラムとして形成され、後側相手方電極８は静止した個別電極の形式とされている。

第１チャンバ４１は、ここでは、前側コロナ電極５と後側コロナ電極６およびこれら２つを覆う、唯一の上方の電極カバー１９並びに２つの電極を側方で覆う側方の電極カバー２０によって形成されている。移送方向２において後側電極６の下流側に、後側電極に対して平行に、不活性ガス、好ましくは窒素を供給するための装置が不活性ガスノズル１５として配置されており、その不活性ガスノズルは基体１に関して近傍に配置され、かつこの基体１へ向けられている。

不活性ガスを供給する装置は、不活性ガス分配器１４を有しており、それに不活性ガスノズル１５が配置されている。

不活性ガス分配器１４には、移送方向２において下流側の、基体１の幅全体にわたって延びるブラインド１６と、移送方向に対して平行に基体１の一方の側の表面近傍まで延びる２つの側方のブラインド２１が設けられており、基体１に対して垂直に延びるブラインド１６は、不活性ガス分配器１４の後ろ側の端部と、好ましくは一直線に並んでいる。

前側コロナ電極５と後側コロナ電極６は、図２に示すように、それぞれ１つの平面内に位置する、互いに対して所定寸法において等しい間隔を有する個別尖端電極を有しており、それらは電流制限抵抗２９を介して高圧発生器３０に接続されており、その高圧発生器自体はアースと接続されている。この概略的な正面図は、図１にも概略的に示されている電子−イオン流９を示しており、その電子−イオン流は層流３を乱流１０に変換する。後側コロナ電極６の個別尖端電極は、前側コロナ電極５の個別尖端電極の所定寸法の間隔ｘに関して半分の距離ｘ／２だけ変位されている。

本発明においては、移送方向２に移動される基体１と一緒に案内される層状の空気境界層３は、前側コロナ電極５の領域内へ達する。ここに存在している電子／イオン流９は、移動される基体１の表面の、前側コロナ電極５もそこに配置されている−図面では上方の−側において、層状態から乱れた空気境界層１０としての乱状態への変換を発生させる。一緒に引きずられる、大体において乱れている空気ドラッグ流４は、前側コロナ電極５の上流側で上方に、移動される基体１から離れるように方向変換される。前側コロナ電極５の下流側に形成される空気境界層１０は、移送方向２において下流側で、前側コロナ電極５に関して好ましくは平行に配置されている後側コロナ電極６から距離を置いて−基体によってさらに一緒に移動される層状の残りの境界層２３（図３）を除いて−移動される基体１の表面に対して垂直に、第１のチャンバ４１の内部で、メイン空気流１１として上方へ方向変換され、さらに、閉鎖されている第１のチャンバ４１内で移送方向２に抗して戻り、再び前側コロナ電極５の領域内へ移動する。そこに存在している、前側コロナ電極５の個々の隣り合った尖端の個々の電子／イオン流９間の間隙２８を通して、このメイン空気流１１は−移送方向２に抗して−再び第１のチャンバ４１の外部でこのチャンバを包囲する戸外の外部空間４０へ達して、空気ドラッグ流３と共に前側コロナ電極５の上流側で基体１に対して垂直に上方へ上昇する。

移送方向２において第１の−隔離された−チャンバ４１の下流側の端縁において後側コロナ電極６によって、乱れた空気境界層１０が、いわば掻き取られることにより、後側コロナ電極６の下流側に負圧ゾーン１２が生じる。この負圧ゾーン１２の領域内に開口する、不活性ガスを供給するための不活性ガスノズル１５は、この不活性ガスをある程度負圧ゾーン１２内へ引き寄せるので、移動される基体１の上方に−新しい−、今度は層状の不活性ガス境界層１７としての不活性ガスから成る、わずかな乱れ度を有する層状の層が形成される。
層状の不活性ガス境界層１７を十分に不活性化するために必要な不活性ガス量が、移動される基体１の速度に応じて調節され、その際、わずかな不活性ガス漏れ流１８が移送方向２に抗して移動されて、方向変換されたメイン空気流１１と共に、第１のチャンバ４１内でこのチャンバに関して最終的に外部へ達するようにされる。すると、後側コロナ電極６の下流側の元々の負圧ゾーン１２は完全に不活性ガスで満たされ、それによってそこにはわずかな正圧が発生し、その正圧が、第１のチャンバ４１を包囲する外部空間４０からの空気の流れを阻止する。

図３に示す第２の実施形態は、第１の実施形態とは異なり、後側コロナ電極６と不活性ガス分配器１４ないし不活性ガスノズル１５との間に、追加後側コロナ電極２２、電極カバー１９および２つの側方の電極カバー２０によって隔離された、他のチャンバ４３が形成されており、そのチャンバ内に後側コロナ電極６へ向かって乱れた残留境界層２４が形成され、その場合に前側コロナ電極５へ向かってまだ存在している層状の残留境界層２３は測定可能な程度には存在していない。

負圧ゾーン１２から追加後側コロナ電極２２へ向かって不活性ガス流１８が延びており、その不活性ガス流１８は上方へ方向変換された残りの空気流２５と共に、−移送方向２に抗して−後側コロナ電極６の領域内へ達し、そこから方向変換されたメイン空気流１１へ向かって第１のチャンバ４１内へ達して、そこからは、図１で説明したように、外部空間４０内へ達する。

図２に示したのと同様に、この第２の実施形態においても、後側コロナ電極６の個別尖端電極は、前側コロナ電極５および下流側のコロナ電極２２に関して所定距離ｘ／２だけ変位されている。

図４に示す第３の実施形態は、第２の実施形態（図３）とは異なり、不活性ガス分配器１４のすぐ下流側に、ＵＶ放射源３４とそれを閉鎖する石英板ガラス３５の形式の乾燥機が隣接しており、その石英板ガラスは基体１に対してほぼ平行に延びているので、不活性ガスノズル１５によって形成された層状の不活性ガス境界層１７は、障害となる酸素なしで乾燥ないし硬化プロセスに効果的に作用することができる。ここでは、配置全体に下方のカバー３７と２つの側方のカバー３６が設けられており、それらは基体１の下方まで、そして移送方向２においてＵＶ放射源３４の下流側に配置された終端コロナ電極３１に達しているので、層状の不活性ガス境界層１７は乱れた不活性ガス境界層３３へ変換されて、大体において乱れた不活性ガスのドラッグ流３２は、石英板ガラス３５と基体１の間の空間３８内へ戻るように堰き止められる。乱れた不活性ガス層３３は、外部空間４０へ向かって装置を出て行く。

本発明に基づく装置の第１の実施形態を概略的に示す側面図である。 図１に示す実施形態を概略的に示す正面図である。 本発明に基づく装置の第２の実施形態を示している。 本発明に基づく装置の第３の実施形態を示している。

符号の説明

１ 基体
２ 移送方向
３ 空気境界層
５ 前側コロナ電極
６ 後側コロナ電極
７ 相手方電極
８ 相手方電極
９ 電子／イオン流
１２ 負圧ゾーン
１４ 不活性ガス分配器
１５ 不活性ガスノズル
１６ ブラインド
１９ 上方の電極カバー
２０ 側方の電極カバー
２１ 側方のブラインド
２２ 追加後側コロナ電極
３１ 終端コロナ電極
３４ ＵＶ放射源
３５ 石英板ガラス
３６ 側方カバー
３７ 下方チャンバカバー
４０ 外部空間
４１ 第１のチャンバ
４２ （第１のチャンバ４１と）基体１を挟んで反対側
４３ 第２チャンバ

Claims (15)

1. 移送方向（２）に移動される基体（１）の少なくとも１つの空気境界層（３）中の酸素を不活性ガスによって置換する装置において、
   前記基体（１）の方向へ向かってだけ開放している第１のチャンバ（４１）と、不活性ガスを供給する装置（１４、１５）とを具備し、
   前記第１チャンバ（４１）が、移送方向（２）において上流側の、移送方向に対して横方向に延びる前側終端縁の領域に、基体（１）を挟んで反対側（４２）に前側相手方電極（７）を伴う前側コロナ電極（５）と、
   前記前側コロナ電極（５）よりも移送方向（２）において下流側で、前記前側終端縁と同様に移送方向に対して横方向に延びる後側終端縁の領域に、基体（１）を挟んで反対側（４２）に後側相手方電極（８）を伴う後側コロナ電極（６）と、
   前記前側コロナ電極（５）と後側コロナ電極（６）の双方を覆い、前記第１のチャンバ（４１）の上方を閉塞して該第１のチャンバ（４１）を外部空間（４０）から隔離する上方の電極カバー（１９）と、
   前記２つのコロナ電極（５，６）を側方で覆う側方の２つの電極カバー（２０）とを有しており、
   負圧ゾーン（１２）が前記後側コロナ電極（６）の下端と前記基体（１）との間に形成されるように、前記第１のチャンバ（４１）は、前記基体（１）の空気境界層（３）の近傍に配置されており、
   前記不活性ガスを供給する装置（１４、１５）は、前記移送方向（２）に関して前記負圧ゾーン（１２）の下流側から前記第１のチャンバ（４１）内に不活性ガスを供給するようになっている装置。
2. 不活性ガスを供給する装置は、不活性ガス分配器（１４）と、不活性ガスノズル（１５）とを具備しており、前記不活性ガスノズルは、前記基体（１）の近傍に配置されて、前記負圧ゾーン（１２）内に開口し、かつその負圧ゾーンへ向けられている請求項１に記載の装置。
3. 不活性ガス分配器（１４）が、前記移送方向（２）において下流側の、前記基体（１）の幅全体にわたって延びる後側ブラインド（１６）と、前記移送方向（２）に対して平行に、前記基体（１）の表面近傍まで延びる２つの側方ブラインド（２１）を具備する請求項２に記載の装置。
4. 前記後側ブラインド（１６）は、前記不活性ガス分配器（１４）の、前記移送方向（２）に関して下流側の終端部と一直線に並んでいる請求項３に記載の装置。
5. 前記前側相手方電極（７）、および／または、前記後側相手方電極（８）は、アースされ、かつ案内ドラムとして形成されている請求項１に記載の装置。
6. 前記前側相手方電極（７）、および／または、前記後側相手方電極（８）は、アースされ、かつ静止した電極として形成されている請求項１に記載の装置。
7. 前記前側コロナ電極（５）および前記後側コロナ電極（６）の各々は、前記基体（１）の上方の１つの平面内に位置する複数の個別尖端電極を有しており、該個別尖端電極は、互いに対して所定間隔（ｘ）を以って離間配置されている請求項１に記載の装置。
8. 前記後側コロナ電極（６）の個別尖端電極の各々は、前記所定間隔の半分の距離（ｘ／２）を以って前記前側コロナ電極（５）の個別尖端電極の各々からずらして配置されている請求項７に記載の装置。
9. 前記不活性ガスを供給する装置が不活性ガスノズル（１５）を具備しており、
   前記不活性ガスノズル（１５）と、前記後側コロナ電極（６）との間に、第２チャンバ（４３）を形成する追加後側コロナ電極（２２）が配置され、該追加後側コロナ電極（２２）は、基板（１）を挟んで反対側に追加後側相手方電極（８′）を伴っている請求項１に記載の装置。
10. 前記第２チャンバ（４３）は、前記追加後側コロナ電極（２２）、前記後側コロナ電極（６）、これら２つのコロナ電極（２２、６）を覆う上方の電極カバー（１９）、および、前記２つのコロナ電極（２２、６）を側方でカバーする２つの側方の電極カバー（２０）から成る請求項９に記載の装置。
11. 前記基体（１）が前記第１チャンバ（４１）に導入される前に、該基体にはＵＶ硬化するインクまたはラッカーが塗布され、
    前記装置は石英板ガラス（３５）を有したＵＶ放射源（３４）を更に具備しており、該ＵＶ放射源（３４）の石英板ガラス（３５）は、前記移送方向（２）に関して前記不活性ガスノズル（１５）のすぐ下流側に前記基体に対して平行に配置されている請求項１に記載の装置。
12. 前記移送方向（２）に関して前記不活性ガスノズル（１５）の下流側に、前記ＵＶ照射源（３４）および終端コロナ電極（３１）が配置されており、該終端コロナ電極（３１）は基体（１）を挟んで反対側に終端相手方電極（７′）を伴っている請求項１１に記載の装置。
13. 前記終端相手方電極（７′）は、アースされた案内ドラムとして形成されている請求項１２に記載の装置。
14. 前記側方の電極カバー（２０）は、前記基体（１）沿いに反対側（４２）まで延設され下方チャンバカバー（３７）によって閉鎖されるように形成された側方カバー（３６）として形成されている請求項１２に記載の装置。
15. 終端コロナ電極（３１）、前記側方カバー（３６）、下方チャンバカバー（３７）および案内ドラムとして形成された前記終端相手方電極（７′）は、チャンバ構造を形成する請求項１４に記載の装置。

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