JP4726798B2 - スプレー被覆装置及びスプレー被覆方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段部によれば、移動する紙又は板紙のウェブを処理剤で処理するスプレー被覆装置に係る。この種のスプレー被覆装置は、適用チャンバーを有し、処理すべきウェブが適用チャンバーを通って移動するようになっており、且つ少なくとも１列のノズル群が、適用チャンバーのウェブ表面に処理剤を噴霧する少なくとも１つのノズルを備える。

本発明は、移動する紙又は板紙のウェブを処理剤で処理する方法にも係る。

現在、紙及び板紙を被覆する様々な方法が用いられる。各被覆方法は、各自の特別な特徴を有し、完成品の品質及び製造工程を左右する。製造技法に関しては、何よりも、必要とされる生産速度及びウェブの強度に応じて被覆方法を選択する。完成品の品質係数は、製品の用途、すなわち、実際のところ、製品に使用する印刷方法及び最終的な印刷表面をどれほど良い品質で製造するかによって決まる。一般に、良好な印刷適性を達成するには、適当に滑らかで均一な、非常に白い表面が必要である。これらの特性は、製造の様々な段階で、十分な数の被覆層を使用し且つ製造されるウェブをカレンダ加工することにより達成される。当然ながら、製造段階が増加すると、製品の値段が上がる。したがって、処理工程の選択は、主に完成品の所望の特性によって決定される。完成品に向けて適切な工程が選択されるとき、生産及び完成品の品質の観点から最良の結果をもたらす処理方法が選択される。

１つの将来性がある被覆方法は、スプレー被覆である。スプレー被覆は、高圧ノズルを用いて被覆混合剤又は他の何らかの処理剤を紙又は板紙の表面に噴霧する。この方法では、処理剤は高圧に加圧され、且つ小さなノズルから高速でウェブに噴霧される。この方法の１つの利点は、ウェブにほとんど負担をかけないことであり、スプレー被覆機器の作業性が良い理由である。完全に非接触な表面処理は、現在用いられるブレード式被覆又はフィルム転写被覆と比べてより優しく、トラックにかかる負担が少ないことから、ブレード式被覆と比べて生産効率の約５％の成長が可能である。一方、ウェブをより弱いパルプで製造することができ、特に再生繊維の使用において有益である。

ブレード式被覆等の接触被覆を用いるとき、ウェブ表面と部材との間に隙間が残り、被覆重量を制限する。その隙間が被覆厚を決める。これが、得られた被覆重量が、ベース紙の品質差、たとえば形状差及び粗さ差等に縛られる理由の１つである。スプレー被覆では、機器は常に、ベース紙の品質差にも拘わらず、ウェブに一定の被覆層を提供する。加えて、スプレー被覆は湿性で、したがって以前より弱いウェブであってもよい。スプレー被覆は、たとえば、欧州特許第８５６ ０８４号明細書（特許文献１）に記載される。

被覆混合剤、表面の寸法又はスプレー被覆の他の何らかの処理剤が、ウェブ上に液滴の噴射として広がる際、液滴の噴射は、自由空間でノズルの先端と処理すべきウェブとの間の距離にわたって飛翔する。実際の被覆工程では、被覆ミストが周囲空気に広がるという問題が起こる。したがってスプレーノズルは、ケーシング内に設置されなければならない。処理剤のミストは、ケーシングの適用チャンバーの表面上に凝結されてそこから収集され、凝結の大きな液滴がウェブに侵入することを防止しなければならない。如何なる凝結された処理剤もスプレージェット内に入れるべきではない。適用チャンバーの表面は、適用チャンバー内に広がる条件である凝結点より低い温度まで冷却される。この場合、冷却された表面のミストから処理剤が凝結され、表面に沿って下向に流れる。流動する液膜はミストを収集し、処理剤を乾燥から又はプレートの表面に固化して固形物になることから防ぐ。凝結点が高いほど、適用チャンバー内の空気は湿潤する。凝結点を高くするには、湿性で、湿潤された空気又は蒸気を適用チャンバーに吹き込む、という解決策が開発されてきた。

解決策では、湿潤した空気を適用チャンバーに吹き込むには、被覆装置は空気加湿器を設けなければならない。空気加湿器は、機器の値段を上げてしまう。被覆混合剤の液滴もまた空気ノズルで形成され、液滴がウェブ表面上に落下する場合がある。更に、空気を吹き込むことで適用チャンバー内の圧力が高まり、被覆混合剤のミストの一部が機械チャンバーに漏れる場合がある。

適用チャンバー内に蒸気を吹き込む場合、機器は蒸気発生器を設けなければならない。蒸気発生器は、機器及び被覆装置の作業費を増大させる。加えて、蒸気は、適用チャンバーの熱応力を増大させて適用チャンバーの表面温度を高めることで、表面上の被覆混合剤のミストの凝結を減少させる。
欧州特許第８５６ ０８４号明細書 米国特許第５，３００，２６０号明細書

本発明は、スプレー被覆装置の適用チャンバーの表面上の被覆混合剤ミストの凝結を改良することに用いることのできる、新たな種類の解決策を提供することを目的とする。

本発明は、適用チャンバーにある空気中の含水度が、高純度の水ミストを適用チャンバー内に噴霧することにより高くなる、という事実に基づく。水ミストは１つ又は複数のノズル等の噴霧部材で噴霧され、ウェブの入口開口近傍に好ましくは取り付けられる。本発明の１つの望ましい実施例では、噴霧される水ミストの平均液滴寸法はせいぜい１５０μｍ、好ましくはせいぜい５０μｍである。

より厳密にいえば、本発明によるスプレー被覆装置は、請求項１の特徴部に記載されることにより特徴付けられる。

さらに、本発明による方法は、請求項６の特徴部に記載されている方法により特徴付けられる。

本発明は、特筆すべき利点を示す。

水ミストは、適用チャンバーに蒸気を吹き込むとき、適用チャンバー表面の温度を上げない。湿潤した空気又は蒸気を吹きつけることと比べ、水スプレーは動作への負担及び機器への負担が少ない。さらに、高純度の水ミストが効果的に適用チャンバー内の空気を湿潤することにより、水分が表面で凝結することを容易にする。加えて、被覆混合ミストが噴霧されるまえに非常に薄い水層がウェブ上に形成され、表面の表面エネルギーを増大させ、被覆混合剤を適用するときに、ウェブ表面の均一な液膜の形成に寄与する。

以下に、本発明を添付図面と併せて、詳細に説明する。

適用デバイスであるスプレー被覆装置１を、周囲Ｐ１から装置の部分を仕切るケーシング２の内部に配置する。ケーシング２には、３つの相互接続する空間、すなわち、適用チャンバーＰ２、吸引チャンバーＰ３及びビームチャンバーＰ４がある。ウェブ３を、ケーシング２を縦に通って移動するよう配置する。この位置は、自由空域でミストが凝結して液滴になることを防ぐことを容易にし、且つ適用チャンバーＰ２内のミスト及び適用チャンバーの壁に凝結される処理剤を収集することを容易にすることで、液状の処理剤又は凝結の大きな液滴をウェブ３に付着させないようにする。

被覆すべきウェブ３を、入口開口４を通って適用チャンバーＰ２に取り込んだ後、スプレーノズル６を用いて被覆混合剤をウェブ３の表面に適用する。適用した後、ウェブ３を、出口開口５を通って適用チャンバーＰ２から取り出す。

適用チャンバーＰ２は主に流出プレート７により限定され、その間をウェブが移動するよう配置される。適用チャンバーＰ２は、サイドブレード（図示せず）により両側を閉鎖され、ウェブに付着しない如何なる被覆をも除去する吸引チャネルを備える。ウェブに向かって流出プレート７の反対側に、仕切８がある。仕切８の後方には、ノズルビーム９がビームチャンバーＰ４に設置される。ノズルビーム９は、ノズルビーム９に結合するスプレーノズル６を有し、スプレーノズル６は、仕切８の穴を少なくとも流出プレート７のレベルまで通って伸び、好ましくは流出プレート７を通って適用チャンバーＰ２内に入る。ケーシング２内には、少なくとも１列のノズル群をウェブの横方向に設置し、ノズル群は少なくとも１つのノズル６を備える。ノズル６を、ウェブ３の一方の側又はウェブ３の両側に設けてもよい。図面の実施例では、適用装置は、２つの付加されたノズルビーム９及びノズル列をウェブ３の両側に備える。

被覆混合剤又は他の何らかの処理剤の適用を実行する。典型的には、被覆混合剤をノズル６に約３０〜１８０バールの高圧を用いて与えることにより、実行する。被覆混合剤が、ノズル６の先端にある直径約０．２５〜０．４ｍｍの小さな出口開口を抜け出るとき、被覆混合剤は約１００ｍ／ｓの速度に達し、霧化されて小水滴となり、扇形のスプレーに広がる。この形状は、ノズル開口の形状によって定まる。被覆ミストは、ノズル６の先端から少し離れてノズル６の前を移動するウェブ３表面に衝突する。典型的には、スプレー被覆装置１は、少なくとも１列のノズル群をウェブ３の移動方向に有する。ノズル列にあるノズル群は、典型的には、ウェブ３の横方向に互いに２０〜２００ｍｍだけ離間される。横方向では、隣接するノズル群６の衝突領域は、別々か又は部分的に重なることができる。典型的には、ウェブ３からノズル６の先端までの距離は、１０〜２００ｍｍである。２列以上のノズル群を用いるとき、たとえば、図面に示す実施例に成されるように、洗浄又はメンテナンスを理由に、ノズル列の噴霧する順序を変更することができる。図面では、第２列目のノズル群がビームチャンバーＰ４で洗浄されるあいだに、１列のノズル群のみから被覆混合剤が適用される。

流出プレート７及び仕切８の間に、吸引チャンバーＰ３を形成する。吸引チャンバーＰ３では、適用チャンバーＰ２及びビームチャンバーＰ４よりも圧力が低く留められている。吸引チャンバーＰ３の上側部分では、処理剤を噴霧する１つ又は複数のノズル１０がある。この処理剤は、吸引チャンバーＰ３及び吸引チャネル１１の下側部分で起こり得る堆積の除去に用いる。

ウェブ３は、処理剤のミスト及び空気を携帯する傾向にある。被覆ミストが、適用チャンバーＰ２を抜け出ることは許されない。ウェブ３の出口側は、ガスナイフ１２により閉鎖される。ガスナイフ１２は、出口開口５の両側に設置され、過圧チャンバー１３と相互に連通する。ガス、通常は空気が、ガスナイフ１２のノズル開口から吹き出し、被覆混合ミストが環境に広がるのを防ぐ。必要とされる圧力が、ファン又はポンプを用いて過圧チャンバー１３で生成される。過圧は、周囲Ｐ１の圧力に対して、典型的には１００〜６０００パスカルである。

スプレー被覆装置１は少なくとも２つに分割され、より好ましくは３つのチャンバーＰ２、Ｐ３及びＰ４に分割される。３つのチャンバーＰ２、Ｐ３及びＰ４は、周囲Ｐ１の圧力から分離される。処理剤が環境に流入するのを防ぐため、適用チャンバーＰ２内の圧力は、周囲Ｐ１の圧力より低く且つ吸引チャンバーＰ３内の圧力よりも高くなければならず、同時に、適用チャンバーＰ２に堆積した如何なるミスト及び凝結された液体物質を収集することができなければならない。処理剤ミストがデバイス内に侵入するのを防ぐため、ビームチャンバーＰ４内の圧力は、好ましくは吸引チャンバーＰ３の圧力より高い。流出プレート７のノズル列の上側部分が、適用チャンバーＰ２内に広がる条件である凝結点より低い温度まで冷却される。この場合、冷却された表面のミストから処理剤が凝結され、プレートに沿って下向に流れる。流動する液膜はミストを収集し、且つ処理剤を乾燥から又はプレートの表面に固化して固形物になることから防ぐ。

ウェブ３の両側にある流出プレート７の上縁に１つ又は複数のノズル１５を取り付け、ノズル１５から高純度の水ミストを、適用チャンバーＰ２の内部に向けて吹き付ける。ノズル１５から噴霧された水のスプレーは、せいぜい１５０μｍ、好ましくはせいぜい５０μｍの平均液滴寸法に拡散する。ノズル１５は、所望の平均液滴寸法に水のスプレーを拡散する部材を有する。実際には、たとえば、ポンプが十分に高圧に用いられることにより、水のスプレーが霧化され、それによって、水がノズル１５に与えられるようになる。ノズル１５の開口部の直径は小さいため、水のスプレーは、開口部を通って移動するときに霧化されて小水滴になる。ノズル１５に与えられる水の圧力が２０〜７０バール及びノズル１５の開口部の直径が０．０５〜０．２ｍｍであるとき、所望の平均液滴寸法が達成される。

代替的に、ノズル１５に引き込まれる圧縮空気を用いて、水を霧化して液滴にすることができる。ノズル１５に設置された振動結晶を用いて、水を霧化して液滴にすることもできる。結晶は、約４０ｋＨｚの高周波で振動し、たとえば、ノズル１５内で水を小水滴に霧化する。このようにして形成された水ミストの液滴寸法は、水圧又は気圧のみにより霧化が実行された水ミストより小さい。これが、ミストが適用チャンバーＰ２により均一に広がる理由である。発振器により形成された水ミストの平均液滴寸法は、典型的には、１〜２０μｍである。液滴寸法は、発振器の振動周波数を変更することによって調節することができる。

超音波を用いて、水を拡散してミストにすることもできる。たとえば、超音波拡散が実行されることで、水が水槽に引き込まれる。水槽には、超音波変換器が据え付けられ、槽内の水を拡散して水ミストにする。水ミストは、水槽上に吹く空気又は他の何らかのガスを用いて、適用チャンバーＰ２に運ばれる。超音波による霧化では、たとえば、米国特許第５，３００，２６０号明細書（特許文献２）に記載のデバイスを用いることができる。

ノズル１５から適用チャンバーＰ２に噴霧される水の量が、好ましくは非常に多いことで、適用チャンバーＰ２の空気の含水度が非常に高くなる。適用チャンバーＰ２内の凝結温度が空気と接する表面の温度より高くなるほどである。この場合、適用チャンバーＰ２内の空気中の水分が、適用チャンバーの表面に効果的に凝結する。典型的には、適用チャンバーＰ２内へと噴霧される水分の量が空気１ｍ^３あたり５〜１０ｇで適用チャンバーＰ２に入るとき、十分な含水度が達成される。

典型的には、ウェブ３の入口開口４の近傍にノズル１５が設置されることで、ウェブ３の両側に幾つかのノズル１５が、ウェブ３の横方向に互いに隣り同士に配置される。処理剤がウェブ３の両面に適用される場合、水ミストはウェブ３の両側にある適用チャンバーＰ２内に噴霧される。処理剤がウェブ３の一方の側のみに適用される場合、水ミストは、適用処理すべきウェブ３の側のみのノズル群を通って適用チャンバーＰ２内に噴射されることができる。典型的には、隣接するノズル群１５の間の距離は約１２０ｍｍであり、１つのノズル１５から噴霧される水の量は２〜４ｌ／ｈである。

本発明による、１つのスプレー被覆装置の概略的な断面図である。

Claims (9)

1. 移動する紙又は板紙のウェブを処理剤で処理するスプレー被覆装置であって、
   処理すべきウェブが通って移動する適用チャンバーであって、当該適用チャンバーに前記ウェブを入れる入口開口及び当該適用チャンバーから前記ウェブを出す出口開口を備える、ところの適用チャンバー、及び
   前記適用チャンバー内の前記ウェブの表面に前記処理剤を噴霧する少なくとも１つのノズルを備える少なくとも１列のノズルと、
   から構成される、ところのスプレー被覆装置であって、
   前記ウェブの少なくとも一方の側の前記入口開口の近傍に取り付けられ、前記適用チャンバー内に水スプレーを噴霧する噴霧部材
   を有すること特徴とするスプレー被覆装置。
2. 前記噴霧部材は平均液滴寸法が１５０μｍ以下の水スプレーに霧化する部材を有すること特徴とする請求項１に記載のスプレー被覆装置。
3. 前記噴霧部材は平均液滴寸法が５０μｍ以下の水スプレーに霧化する部材を有すること特徴とする請求項１記載のスプレー被覆装置。
4. 前記噴霧部材は前記ウェブの両側の前記入口開口の近傍に取り付けられる、ことを特徴とする、
   請求項２又は３に記載のスプレー被覆装置。
5. 前記噴霧部材は前記ウェブの横方向に互いに隣り合って取り付けられるノズル群を備える、ことを特徴とする、
   請求項１乃至４のいずれか一項記載のスプレー被覆装置。
6. 移動可能な紙又は板紙のウェブを処理剤で処理する方法であって、
   前記ウェブを入口開口を通って適用チャンバーに取り込むこと、
   前記適用チャンバー内の前記ウェブの表面に前記処理剤を噴霧すること、及び
   出口開口を通って前記適用チャンバーから前記ウェブを取り出すこと
   を含む方法であって、
   水スプレーが前記ウェブの少なくとも一方の側の前記入口開口の近傍において前記適用チャンバー内に噴霧される、
   ことを特徴とする方法。
7. 前記水スプレーは、平均液滴寸法が１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記水スプレーは、平均液滴寸法が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 前記水スプレーは前記ウェブの両側の前記入口開口の近傍に噴霧される、ことを特徴とする、
   請求項７又は８に記載の方法。

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