JPH0775695B2

JPH0775695B2 - シート材料の塗工装置及び方法

Info

Publication number: JPH0775695B2
Application number: JP1294758A
Authority: JP
Inventors: ヴィクターハッセルモーガン; ジェイムズスティーヴンスフレデリック; ジョンエドワーズアーネスト; アレンボールマイケル
Original assignee: イーシーシーインターナショナルリミテッド
Priority date: 1988-11-11
Filing date: 1989-11-13
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: ES2047686T3; GB2224673A; FI895373A7; ATE100160T1; EP0372731A2; GB2224673B; DE68912289T2; EP0372731B1; US5074776A; EP0372731A3; JPH02198661A; DE68912289D1; GB8826439D0; FI895373A0; GB8925588D0

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、紙及び紙等の繊維質シート材料に塗工（コー
ティング）する装置及び方法に関し、特に、コータヘッ
ドが、作動時に、シート材料を支持するバッキングロー
ルの回転軸線に対し平行に移動して、シート材料の螺旋
状のストリップを塗工できるように構成された形式の紙
塗工装置に関する。

本件出願人に係る英国特許第1032536号に開示のシート
材料塗工装置は、円筒を形成すべくシート材料のサンプ
ルが取り付けられるようになっている回転自在のバッキ
ングロールと、ブレード及び塗料（coating compositio
n）を受け入れるためのリザーバを備えたコータヘッド
と、作動時でバッキングロールが回転しているときに、
該バッキングロールに取り付けられたシート材料に接触
させた状態でバッキングロールの回転軸線に対し平行に
コータヘッドを移動させる手段とを有しており、これに
より、螺旋状をなすシート材料のストリップに塗工でき
るようになっている。この装置は、パイロット紙塗工機
すなわちフルスケール紙塗工機が作動する方法を模擬で
きるため、従来の紙塗工機すなわちフルスケール紙塗工
機において得られる条件と同じ条件下で付着（apply）
される塗料のレオロジー的特性の分析に使用するのに適
している。従って、シート材料とコータヘッドとの間
に、例えば、少なくとも1,500m/分までの比較的大きな
速度を達成することができ、この速度はパイロット紙塗
工機及びフルスケール紙塗工機に用いられる塗工速度の
大きさのオーダに等しい。しかしながら、本件出願人に
係るこの早期の英国特許に開示の構成は、塗料が、コー
タヘッドと塗工すべき表面とにより形成される「パドル
（puddle）」から供給される形式のものである。かよう
な構成では、現在のパイロット紙塗工機及びフルスケー
ル紙塗工機に用いられておりかつ「短時間滞留」アプリ
ケータ（“short dwell"applicators）として知られて
いる最新形の塗料アプリケータを模擬することはできな
い。この短時間滞留構成においては、塗料が、ブレード
の塗工縁の領域においてコータヘッドの出口に供給され
るようになっている。また、この構成では、シート材料
が取り付けられるシリンダの、コータヘッドに隣接する
表面が上方に移動するように、シリンダが回転するよう
になっている。コータヘッドの出口から流出する塗料
は、塗工表面に隣接する領域へと流れ、塗工可能な材料
の表面の上昇運動により前記領域内に保持すなわち支持
される。塗工可能な表面の上昇運動により、塗料が塗工
ブレードの下に引き込まれて該塗工ブレードを通過し、
これにより、塗料が所望の方法により塗工可能な表面に
付着される。

上記英国特許第1032536号に開示された一般的形式の螺
旋状塗工装置でも、コータヘッドに特別な改造を施すこ
とにより短時間滞留形装置の作動を模擬可能になるかも
しれないが、特に、特別な高塗工速度（例えば、少なく
とも1,500m/分までの速度）で塗料を付着させたい場合
には問題が生じる。かような場合には、コータヘッド
を、バッキングロールの回転軸線に対して平行に、かつ
高速（一般的には、1mの距離を１秒以下の時間で移動）
で移動させなくてはならない。コータヘッドが紙塗工装
置を横切ってスイープし始めるときの初期加速度は非常
に大きく、「サージング」効果が生じる。これにより、
塗料が横方向運動するため、コータヘッドがバッキング
ロールを横切って移動する間にブレードの全幅に沿って
塗料を均一に供給することが妨げられる。

英国公開特許出願Ａ−2106015号には、短時間滞留ファ
ウンティン形の塗工装置が記載されており、該塗工装置
は、ブレード縁の全長に亘って塗料を均一に供給できる
と云われている。この効果は、比較的直径の大きな一連
のポートを設けることにより達成されるが、ポートの数
は比較的少ない。

本発明の第１の特徴によれば、次のような構成、すなわ
ち、円筒が形成されるようにしてシート材料のサンプル
を取り付けることができる回転自在のバッキングロール
と、ブレード、塗料を分配する出口、及び前記ブレード
の塗工縁の領域において前記出口に塗料を供給する供給
手段を備えたコータヘッドと、作動時において前記バッ
キングロールが回転しているときに、前記コータヘッド
が、バッキングロールに取り付けられたシート材料に接
触した状態でバッキングロールの回転軸線に対して平行
に移動できるようにする手段とを有しており、前記シー
ト材料を螺旋状にして塗工することができるシート材料
の塗工装置において、前記供給手段が、前記コータヘッ
ドを通る塗料の流れに関して長手方向に配置された管状
通路のマトリックスからなるエレメントを備えているこ
とを特徴とするシート材料の塗工装置が提供される。

本発明の別の特徴によれば、次のような構成、すなわ
ち、円筒状をなすシート材料を円筒体の軸線の回りで回
転する工程と、ブレード、塗料を分配する出口、及び前
記ブレードの塗工縁の領域において前記出口に塗料を供
給する供給手段を備えたコータヘッドにより、前記シー
ト材料に塗料を付着させる工程とを有するシート材料の
塗工方法において、前記供給手段が、前記コータヘッド
を通る材料の流れに関して長手方向に配置された管状通
路のマトリックスからなるエレメントを備えており、前
記コータヘッドは、前記円筒体が回転されているときに
該円筒体の前記軸線に対して平行に移動することがで
き、前記円筒状のシート材料に塗料を付着して、塗工さ
れたシート材料のストリップを螺旋状にすることを特徴
とするシート材料の塗工方法が提供される。

各通路すなわちチューブは比較的細い寸法を有してお
り、このため、塗工ブレードに対して実質的に均一で乱
れていない塗料の流れを与え、かつ「サージング」効果
を大幅に低減できるようになっている。

一般に、管状通路のマトリックスの幅は、その深さに比
べ非常に大きい。30〜60本のオーダの通路が数列（例え
ば２列、３列又は４列）に配置されており、これらの列
は僅かにオーバラップさせることができる。しかしなが
ら、マトリックスの幅はブレードの幅により制限され
る。マトリックスの目的は、塗料の薄い流れをブレード
に供給することであり、マトリックスの形状を上記のよ
うにしたのはそのためである。通路を上記のように構成
したことにより、ブレードにおける層流が促進され、こ
れにより塗料を均一に分散させることができる。通路は
マトリックスエレメントの幅全体に均一に拡がって配置
されている。各通路の横断面形状はほぼ円形にし、その
直径は8mm以下が好ましく、より好ましくは２〜6mmの範
囲内にする。単位面積当り（例えば1m²当り）の通路の
数は1.25×10⁴〜５×10⁴の範囲内にするのが好ましく、
より好ましくは1m²当り約２×10⁴にする。従って、約15
0×15mmのエレメントにおいては、通路数を40〜50にす
るのが好ましい。

通路の長さは、特定の塗工条件に合うように定められる
が、ヘリ塗工（HELI−COATING）を行う場合には、20〜1
00mm（一般的には約40mm）のオーダにすることができ
る。

供給手段の出口と管状通路のマトリックスからなるエレ
メントとの間には、ベンチュリの形状の横断面形状をも
つのど部を設けるのが好ましい。

ベンチュリ状ののど部自体の構造的効果は、背圧を発生
させて流れのサージングを低減させることにある。ま
た、ベンチュリ状の幾何学的形状にすることによって、
流れの乱れを最小限にでき、このため、層流のパターン
ではないにしても流れの整合性を維持することが可能に
なる。

通路のマトリックスの上流側には、塗料に対する初期バ
ッファとして作用するチャンバを設けることができる。
このチャンバは、通路のマトリックスの直ぐ上流側に設
けるのが好ましい。このチャンバには、塗料が該チャン
バ内で横方向に流れることを抑制する手段を設けること
ができる。横方向に流れることを抑制するこの手段は、
チャンバを分割する少なくとも１つのバッフルで構成す
るのが好ましい。各バッフルは、コータヘッドを通る液
体（塗料）の流れの方向に沿って、全体としてチャンバ
を横切るように配置されている。各バッフルには一連の
孔が設けられており、これらの孔は、塗料が一方のチャ
ンバから他方のチャンバへと透過できるようにして、コ
ータヘッドを通って流れる塗料にサージングが生じ難い
ようにする機能を有している。各バッフルに設けられる
孔の形状はほぼ円形にし、その直径は5mmまでのオーダ
にするのが好ましく、１つのバッフルには例えば20個ま
での孔を設けることができる。チャンバ内には、１つの
バッフルを設けるのが好ましい。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図に示す紙塗工装置は、互いに整合した２つのベア
リングブロック２が取り付けられたフレーム１を有して
いる。ベアリングブロック２には、ゴムが面張りされた
バッキングロール４の軸３が回転できるように取り付け
られている。このバッキングロール４は、可変速電気モ
ータ５、プーリ６及びベルト７により、矢印Ｒで示す方
向に駆動されるようになっている。フレーム１にはダイ
アモンド形の横断面形状をもつキャリッジウェーすなわ
ちクロスビーム８が取り付けられており、該クロスビー
ム８は、バッキングロール４の軸３より下方の位置にお
いて該軸３に対して平行に延在している。

第１図に示した紙塗工装置に使用するのに適したコータ
ヘッド９の一部が、第２図及び第３図に示されている。
このコータヘッド９をキャリッジウェー８に取り付ける
機構は図示されていないけれども、この取付け機構は、
キャリッジウェー８に対し摺動自在に取り付けられたプ
ラットホーム自体にコータヘッド９を着脱自在に取り付
けることができかつコータヘッド９を枢動させてドラム
（バッキングロール）４に近付けかつ遠ざけることがで
きるようにする一般的な機構で構成することができる。
コータヘッド９は、キャリッジウェー８上で、バッキン
グロール４の回転軸線に対し平行な方向に駆動される。
キャリッジウェー８上でコータヘッド９を駆動する駆動
機構は図示されていないけれども、一般的な構造で構成
することができる。コータヘッド９は、塗料供給機構11
を支持するフレーム部材を備えている。塗料供給機構11
は、紙塗工装置のドラム４に隣接して（しかし接触はし
ない）配置される部材10の側方に向かって上方に傾斜し
ている。塗工機構（塗料供給機構）11には、円形のボア
13を備えた供給パイプ12を介して塗料が供給される。供
給パイプ12は、塗工機構11の第１領域すなわちチャンバ
15（第３図）に開口している開放端14を有している。第
１チャンバ15には、塗料が横方向に流れることを抑制す
る手段が設けられている。この手段は、孔17（第３図）
が穿けられたバッフルの形態をないている。バッフル16
は、チャンバ15を２つの別々の部分すなわちサブチャン
バ15a、15bに分割している。第１チャンバ15には第２領
域18が連通しており、該第２領域18は長手方向に配置さ
れたチューブ19（第４図）のマトリックスを備えてい
る。これらの各チューブ19は、その両端19a、19b（第３
図）が開放している。マトリックスエレメント（第２領
域）18は、第４図に示すように、通路（チューブ）19を
直径4mmとし、約150×15mmの面積内で３段にオーバラッ
プした列として42個のオーダの通路19を配置することが
できる。第２領域18には更に、領域すなわちチャンバ20
が連通している。チャンバ20の上流側には、断面で見て
ベンチュリ状の形状を有している通路21が設けられてい
る。従って、チャンバ20の下流側端部には通路21の拡が
った上流側開口部21aが設けられており、通路21は、中
央部21cが狭くなっていて、拡がった下流側開口部21bに
終端している。塗工機構11の下流側端部にはブレード22
が固定されており、該ブレード22は本体（フレーム部
材）10の前端部を越えて突出している。塗工機構11の直
ぐ下には膜23が配置されており、該膜23は、フレーム部
材10に固定された支持体24により支持されている。

図面の明瞭化のため、図示されてはいないが、第２図の
コータヘッド９は、クロスメンバにより固定された２つ
側部部材を有しており、これらの側部部材は、ブレード
22の幅だけ互いに間隔を隔てている。また、これらの側
部部材は、コータヘッド９を包囲していて、塗工すべき
表面とのシールを形成している。更にこれらの側部部材
は、それらの前面部すなわち前縁部がドラム４の曲率に
一致するように正確に機械加工されている。これらの側
部部材には、例えばステンレス鋼のような高熱伝導性を
もつ材料で形成された表面を設けるのが好ましい。ま
た、これらの側部部材の前縁部は、高度に研磨して摩擦
が低減されるようにするのがよい。コータヘッドのこの
点に関しては、本件出願人に係る英国特許出願第882590
8.0号（1988年11月４日出願）により詳しく説明されて
いる。

作動に際し、ドラム４（該ドラム４には、シート材料の
サンプル例えば紙が取り付けられている）が所望の作動
速度に到達したならば、コータヘッド９は、コータヘッ
ド取付け機構（図示せず）によりドラム４に向かって移
動される。コータヘッド９がドラム４に向かって移動さ
れると、ブレード22及び膜23が回転するドラム４に接触
し、次いで、ポンプにより、塗料が、供給パイプ12から
塗工機構11を通って、ベンチュリ（通路）21の出口21b
を直ぐ出たところの領域30に送出される。この領域30
は、塗料の小さな「リザーバ」、すなわち、両側が側部
部材（図示せず）により、頂部がブレード22により、底
部が膜23によりそれぞれ形成されたリザーバであると考
えることができる。「リザーバ」すなわち領域30の後部
は動的流体（dynamic fluid）で形成されており、コー
タヘッドを通る塗料の供給量及びドラム４の表面速度に
より決定される。ポンプにより塗料が送出される時点と
塗料が付着される時点との間の遅延時間を最短にするた
め、コータヘッドは、塗工サイクルが開始される直前に
塗料で充満されるように構成されている。このため、塗
工の開始前に、塗料は、第２図に破線32で示すレベルに
維持される。塗料が領域30内に入ると、塗料は、塗工す
べき材料に付着される間に、ドラム４の上方への回転運
動によって直ちに取り上げられる。このようにして付着
されない塗料は、重力により全て排除（ドレン）され、
膜23によりシート部材の表面から離れる方向に向けられ
る。このことから、塗料は、極めて短時間（すなわち、
ドラム４上のシート部材がブレード22と接触する点から
膜23と接触する点まで、ドラム４が移動する時間）だけ
シート部材と接触した状態にあることが理解されよう。
これが、この種のコータヘッドが「短時間滞留」ヘッド
として知られている理由である。

コータヘッド９を通る塗料のルートに戻って考えると、
第１図に示す形式の塗工装置の１つの問題点は、コータ
ヘッド９が、各塗工サクルにおいて、キャリッジウェー
８上でドラム４に関して直線状（translationally）に
移動しなければならないことである。非常に高速の塗料
付着速度を模擬したいならば、コーダヘッド９は１秒以
内にキャリッジウェー８を横切ることができなければな
らないし、そうすると、コータヘッド中の塗料に「サー
ジング」を生じさせる結果を招くことになる。本発明の
塗工機構11に２の際立つ特徴、すなわち孔穿きバッフル
16及び管状マトリックス18が設けられているのは、上記
の問題を解決するためである。

バッフル16は、塗料がチャンバ15内の左側（第３図）す
なわちサブチャンバ15b内に蓄積するのを防止し、孔17
は、塗料がサブチャンバ15b内に直線的に移動すること
を緩和するためのものである。一般的な構成として、孔
17の直径は2.5mmとし、１つのバッフル16につき、14個
のそのような孔17を、7mmの中心間距離を隔てて２列に
配置することができる。

管状マトリックス18について説明すると、チューブ19も
また、塗料が第３図で見て左方にサージングするのを防
止すべく機能する。一般に、通路（チューブ）19の長さ
は約3.8mm、直径は約4mmである。しかしながら、チュー
ブ19の最も重要な機能は、塗料の実質的に均一で乱れの
ない流れがブレード22に与えられるようにすることであ
る。

通路21はベンチュリとして機能し、コータヘッド９が前
述のように作動する間に利益をもたらすようになってい
る。

以上、本発明のコータヘッド９について、HELI−COATER
（英国登録商標第940752号）として知られている塗工装
置すなわち英国特許第1032536号に開示の塗工装置に関
連して説明したが、本発明によるコータヘッドの構成
は、HELI−COATER形の紙塗工装置以外の紙塗工装置にも
使用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、シート材料を塗工する装置の全体の斜視図で
あり、簡明化のためコータヘッドを除去した状態が示さ
れている。第２図は、第１図に示す装置のクロスビームに取り付け
られる本発明のコータヘッドの概略側面図である。第３図は、第２図のＡ−Ａ方向から見た図面である。第４図は、塗料供給機構の第２領域における管状マトリ
ックスを示す断面図である。１……フレーム、４……バッキングロール（ドラム）、８……クロスビーム（キャリッジウェー）、９……コータヘッド、 11……塗料供給機構（塗工機構）、 12……供給パイプ、 15……チャンバ、 15a、15b……サブチャンバ、 16……バッフル、 17……孔、 18……第２領域（管状マトリックス）、 19……チューブ（通路）、 20……チャンバ、 21……通路（ベンチュリ）、 21a……通路21の拡がった上流側開口部、 21b……通路21の狭い中央部、 21c……通路21の拡がった下流側開口部、 22……ブレード、 23……膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アーネストジョンエドワーズ英国ウォーウィックシャーケニルワースロウアーレディースヒルズ 34 (72)発明者マイケルアレンボール英国コーンウォールセイントオーステルポルグースストーニーレーン “アランディーン”（番地なし)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒が形成されるようにしてシート材料の
サンプルを取り付けることができる回転自在のバッキン
グロールと、ブレード、塗料を分配する出口、及び前記
ブレードの塗工縁の領域において前記出口に塗料を供給
する供給手段を備えたコータヘッドと、作動時において
前記バッキングロールが回転しているときに、前記コー
タヘッドが、バッキングロールに取り付けられたシート
材料に接触した状態でバッキングロールの回転軸線に対
して平行に移動できるようにする手段とを有しており、
前記シート材料を螺旋状にして塗工することができるシ
ート材料の塗工装置において、前記供給手段が、前記コ
ータヘッドを通る塗料の流れに関して長手方向に配置さ
れた管状通路のマトリックスからなるエレメントを備え
ていることを特徴とするシート材料の塗工装置。
【請求項２】前記管状通路のマトリックスの上流側には
チャンバが設けられており、該チャンバは、前記塗料が
該チャンバ内で横方向に流れることを抑制する手段を備
えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記横方向の流れを抑制する手段が、前記
コータヘッドを通る塗料の流れの方向に全体として延在
している少なくとも１つのバッフルを備えており、該バ
ッフルが前記チャンバを少なくとも２つのサブチャンバ
に分割しており、各バッフルには、前記塗料が互いに隣
接する前記両サブチャンバ間を比較的ゆっくりと通るこ
とを可能にする一連の孔が設けられていることを特徴と
する請求項２に記載の装置。
【請求項４】前記各通路の横断面積は、前記コータヘッ
ドの横断面積に比べて比較的小さいことを特徴とする請
求項１に記載の装置。
【請求項５】1m²当りの前記通路の数は、1.25×10⁴〜５
×10⁴の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載
の装置。
【請求項６】前記各通路の直径は約8mm以下であること
を特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】前記管状通路のマトリックスの幅は、その
深さに比べ非常に大きいことを特徴とする請求項１に記
載の装置。
【請求項８】前記出口と前記管状通路のマトリックスと
の間には、ベンチュリの形状をなす横断面を備えたのど
部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
装置。
【請求項９】前記ブレードの両側には側板が設けられて
おり、これらの両側板の間には塗工領域が形成されてお
り、前記両側板は、例えばステンレス鋼のような高熱伝
導性をもつ金属材料で形成されていて、使用時に塗工す
べき表面と接触するようになっていることを特徴とする
請求項１に記載の装置。
【請求項１０】円筒状をなすシート材料を円筒体の軸線
の回りで回転する工程と、ブレード、塗料を分配する出
口、及び前記ブレードの塗工縁の領域において前記出口
に塗料を供給する供給手段を備えたコータヘッドによ
り、前記シート材料に塗料を付着させる工程とを有する
シート材料の塗工方法において、前記供給手段が、前記
コータヘッドを通る塗料の流れに関して長手方向に配置
された管状通路のマトリックスからなるエレメントを備
えており、前記コータヘッドは、前記円筒状が回転され
ているときに該円筒体の前記軸線に対して平行に移動す
ることができ、前記円筒状のシート材料に塗料を付着し
て、塗工されたシート材料のストリップを螺旋状にする
ことを特徴とするシート材料の塗工方法。