(57)【要約】  【課題】連続ウエブ又は枚葉シートに塗布液を塗布する塗布装置において、塗布終了後の循環タンクの洗浄作業、および洗浄水を必要としない塗布液の脱気方法及び脱気装置を提案することを目的とした。  【解決手段】連続ウエブ又は枚葉シートに塗布される塗布液中の気泡を除去する塗布液の脱気方法および脱気装置において、塗布液を移送し概ね水平に配置された直線状の脱気配管２及び脱気配管２より上方向に分岐した枝管３を備え、配管２を流れる塗布液中の気泡の配管中心位置と偏心位置の速度差によって発生する圧力差に基づいて気泡に発生する配管中心向きの力の鉛直方向の成分を気泡の浮力より小さくして塗布液中の気泡を枝管３より分離除去する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続ウエブ又は枚葉シートに塗布される塗布液中の気泡を除去する塗布液の脱気方法において、
塗布液を移送し概ね水平に配置された直線状の脱気配管及び脱気配管より上方向に分岐した枝管を備え、
配管を流れる塗布液中の気泡の配管中心位置と偏心位置の速度差によって発生する圧力差に基づいて気泡に発生する配管中心向きの力の鉛直方向の成分を気泡の浮力より小さくして塗布液中の気泡を枝管より分離除去することを特徴とした塗布液の脱気方法。
【請求項２】
連続ウエブ又は枚葉シートに塗布される塗布液中の気泡を除去する塗布液の脱気装置において、
塗布液を移送し概ね水平に配置された直線状の脱気配管及び脱気配管より上方向に分岐した枝管を備え、
配管を流れる塗布液中の気泡の配管中心位置と偏心位置の速度差によって発生する圧力差に基づいて気泡に発生する配管中心向きの力の鉛直方向の成分を気泡の浮力より小さくして塗布液中の気泡を枝管より分離除去することを特徴とした塗布液の脱気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエブに塗布される塗布液中の気泡を除去する脱気方法及び脱気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
感熱紙は、一般に紙ベース（以下「ウエブ」という）に下塗り層、感熱層、保護層を表面に、バック層を裏面に配し、形成されている。塗布液は塗布され、乾燥工程を経て各層を形成し、これらを順次繰り返して製造される。ところで、塗布液の塗布工程において、気泡を含有した塗布液をそのまま塗布すると、気泡によって泡はじき、ピンホール等の塗布欠陥が塗布面に生じ、ウエブに均一な感熱記録層を形成することができない。このため、ウエブに塗布される塗布液中に含有する気泡を除去する必要がある。
【０００３】
従来、感熱紙製造工程では図７に示すように循環タンク５の底面側から排出された塗布液14をフィルター７を介して圧送する給液ポンプ６と、給液された塗布液を塗布するフィーダー８と計量ロッドバー９で掻き落された余剰の塗布液を循環タンク５に戻す計量余剰液受け樋11を有している。計量ロッドバー９で掻き落された余剰の塗布液14には主として落下に伴い多量の気泡が含まれている。
【０００４】
循環タンク５には計量ロッドバー９で掻き落された余剰の塗布液14が還流し、貯留することにより気泡13はその浮力により液面へ浮き上がり、一方循環タンク５の底面側には気泡の無い塗布液14のみが停留することになるため、循環タンク５の底面側から排出される塗布液14には気泡が含まれないようになっている。そのため、塗布液14に含まれる気泡が少なくなり、気泡を原因とする塗布欠陥を抑制することができる。
【０００５】
しかし、上記の循環タンク５にあっては、次のような問題があった。即ち、気泡を分離する方法は、気泡13自身が粘性のある循環タンク５内の塗布液中を浮力により浮上することにより達成されるものであるが、気泡の浮上速度は遅いので、気液分離に要する時間が比較的長い。このため、気泡の無い塗布液14を給液ポンプ６で給液される量を得るには、貯留する塗布液14を大量に確保しておく必要があり、また、大型の循環タンク５が必要となっており、多大な設置スペースも必要となっている。感熱記録紙を形成する各機能層には塗布液中に硬化剤を含有したものがあり、これらの塗布液は液ライフが短いため塗布終了後には循環タンク５内の残液は廃棄することになる。大型の循環タンク５の場合には破棄する残液の量も多く、廃棄物量を増やすとともに、塗布コスト増の要因にもなっている。
【０００６】
このような塗布液中の気泡を効率的に除去する方法として、特許文献１に記載の特許２９１４９０５号公報に示すように、「勾配流路底を持ち、一端部側の流入口から流入する粘性流体を他端部側へ送液して他端部側の流路底に開口した流出口から流出させる流路本体と、前記流路本体の流れ方向に間隔を空けて複数個列設されており、前記勾配流路底に先端縁が臨んで流動断面を画成する流動遮断板とを備え、前記流動遮断板の少なくとも浸漬部分は前記先端縁が前記流路の上流側に寄る下降傾斜姿勢であって、相隣る前記流動遮断板同士の前記先端縁のうち下流側の方が低位にあることを特徴とする」方法がある。また、他の方法として、特許文献２に記載の方法があり、これはオーバーフローした液を傾斜面に沿って流すことにより気泡の巻き込みを防ぐものである。
【０００７】
【特許文献１】特許２９１４９０５号公報
【特許文献２】特開２００２−７９１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した方法は、感熱記録紙の下塗り層では液固形分が約50％と高いため、液が乾燥固化しやすく、また凝集もしやすいため、多数の流動遮断板が開放状態で設置されていると、流動遮断板に液が乾燥固着、凝集固着しやすく、塗布終了後の循環タンクの洗浄のために多くの労力、洗浄水が必要となる問題があった。
そこで、本発明は、連続ウエブ又は枚葉シートに塗布液を塗布する装置において、塗布終了後の循環タンクの洗浄作業、および洗浄水を必要としない塗布液の脱気方法及び脱気装置を提案することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の塗布液の脱気方法は、連続ウエブ又は枚葉シートに塗布される塗布液中の気泡を除去する塗布液の脱気方法において、塗布液を移送し概ね水平に配置された直線状の脱気配管及び脱気配管より上方向に分岐した枝管を備え、配管を流れる塗布液中の気泡の配管中心位置と偏心位置の速度差によって発生する圧力差に基づいて気泡に発生する配管中心向きの力の鉛直方向の成分を気泡の浮力より小さくして塗布液中の気泡を枝管より分離除去することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２に記載の塗布液の脱気装置は、連続ウエブ又は枚葉シートに塗布される塗布液中の気泡を除去する塗布液の脱気装置において、塗布液を移送し概ね水平に配置された直線状の脱気配管及び脱気配管より上方向に分岐した枝管を備え、配管を流れる塗布液中の気泡の配管中心位置と偏心位置の速度差によって発生する圧力差に基づいて気泡に発生する配管中心向きの力の鉛直方向の成分を気泡の浮力より小さくして塗布液中の気泡を枝管より分離除去することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように本発明によれば、塗布液の脱気方法及び脱気装置において、脱気工程部分を密閉構造として、小型化かつ設備構造の単純化を可能にしたことで、塗布終了後の循環タンクの洗浄作業を不要にするとともに、洗浄水を不要とする効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１に示すように本形態では、塗布液14を貯留する循環タンク５を備えている。循環タンク５の底部には送液管15が接続されており、給液ポンプ６によって循環タンク５に貯留された塗布液14がフィルター７を介して脱気装置１へ送られる。脱気装置１で脱気された塗布液14は、送液管16によりフィーダー８に送られて、フィーダー８により塗布液14がウエブ10へ均一に塗布される。
【００１３】
ここで脱気装置１の構造について説明する。図２に示すように脱気装置１は塗布液14が流れる脱気配管２と枝管３より構成されている。枝管３には戻り配管17が接続されており、戻り液は循環タンク５へ送られる。送液管16での送液による圧損及びフィーダー８での吐出圧損により脱気装置１は一定の液圧が立つ。この圧力が枝管から戻り液を流出させ、分岐流量調節バルブ４により戻り液量を調節する。気泡13を含んだ塗布液14が送液ポンプ６により脱気装置１に送られると、直管である脱気配管２で気泡13は浮力で脱気配管２の上端に向けて浮上しようとする。
【００１４】
一方、図５に示す通り、塗布液14の管内流速は、いわゆる助走区間と呼ばれる一定距離を進むと管内には塗布液14の流速分布が放物線分布31となり、図５において気泡13の管中心側と、その反対側（偏心位置）に塗布液14の流速差が発現する。その速度差は、いわゆるベルヌーイの定理として知られる連続の式により算出可能である圧力差として現れる。図６に示すように、この時、気泡13の管中心側と、その反対側（偏心位置）に現れる圧力差は、脱気配管２の中心に向かう気泡に掛かる配管中心向きの力23となり、気泡13に作用する。
【００１５】
気泡に掛かる配管中心向きの力23の鉛直方向の成分22と気泡の浮力21のつり合いにより、気泡の浮力21が気泡に掛かる鉛直方向成分の力より大きい場合に気泡13は浮上する。
図６において、図示しないが、気泡13が脱気配管２の中心より下側にある場合には、気泡に掛かる配管中心向きの力23の鉛直方向成分22は上向きとなるため、気泡の浮力21と同じ上向きの力となり、気泡13は必ず浮上する。したがって、本発明で実質的に問題となるのは、脱気配管2の中心より上側にある気泡13である。
【００１６】
ここで問題になるのは、気泡13を含む塗布液14が送液ポンプ６により送られ、脱気配管２に入ったときに脱気配管２の中心より上側に有る気泡13、又は浮力及び塗布液14中の気泡13の脱気配管２中心を中心とした気泡13の脱気配管２中心側とその反対側（偏心位置）の塗布液の速度差によって発生する圧力差により発現する力により脱気配管中心まで浮上した気泡13である。
【００１７】
図３に示す本発明に関わる塗布液の脱気装置の他の実施例では、枝管３は、脱気配管２の進行方向に対し15度上向きに設けられている。脱気配管２内の塗布液14の流速が60ｃｍ/秒程度以下と小さい場合には問題ないが、それ以上になると脱気配管２の上端近くまで浮上した気泡13は枝管３の戻り液流れ方向に進むことなく、枝管３の入り口を通過してしまい、気泡13の分離ができない場合がある。
【００１８】
この場合には、図３に示す他の実施例のように、枝管３を脱気配管２の進行方向に対し15度上向きに設け、かつ枝管入り口長さ26が充分大きく、更に枝管入り口の逃げ角度として15度を設けてある。枝管入り口の逃げ角度は、脱気条件により適正角度があると考えられるが、本件発明に関わる給液ポンプ吐出量、脱気配管径、液粘度等の条件の中で、枝管入り口部での気泡の流動状況を高速ビデオ（朋栄製：ＶＦＣ-1000  撮影速度：1000ｆ/ｓ）により気泡の浮上速度を測定し、適正角度として15度を求めた。
【００１９】
気泡13の脱気配管２中心側とその反対側（偏心位置）の塗布液の速度差によって発生する圧力差により発現する力は図５及びベルヌーイの法則で理解できる。気泡の浮力よりも、この下向きの力が小さければ気泡は浮上する。気泡が浮上し、脱気配管の上端付近まで浮上すれば脱気が可能となる。詳細は以下に説明する。
【００２０】
ここで、流量をＱ、管内半径をＲ、管内半径方向位置をＺ、液流速をｕ、気泡上側の液流速をｕ上、気泡下側の液流速をｕ下とすると、エネルギー保存則（ベルヌーイの法則）は次式により表せる。
ｕ2／２ｇ  ＋  Ｐ／ρｇ  ＋  Ｚ  ＝一定（＝Ｈ）
また、脱気管２内の流速分布は、本発明において脱気配管２内の塗布液14の流動状態は層流であることから、層流での管内平均流速は次式により表せる。
ｕ平均＝Ｑ／（πＲ2）＝−１／（８μ）×ｄｐ／ｄｘ×Ｒ2
⇒  ｄｐ／ｄｘ＝−８Ｑμ／（πＲ4）
また、管内流速は次式により表せる。
ｕ＝−１／（４μ）×ｄｐ／ｄｘ×（Ｒ2−Ｚ2）
＝−２Ｑ／（πＲ4）×Ｚ2+２Ｑ／（πＲ2）
となり、よって管内各位置の流速は次式で表される。
ｕ  ＝−２Ｑ／（πＲ4）×Ｚ2+２Ｑ／（πＲ2）
＝２Ｑ（Ｒ2−Ｚ2）／（πＲ4）
【００２１】
また、Ｐ上とＰ下との差圧による泡押付け力は次式により表せる。
ｕ上2／２ｇ  ＋  Ｐ上／ρｇ  ＋  Ｚ上  ＝  ｕ下2／２ｇ  ＋  Ｐ下／ρｇ  ＋Ｚ下
ここで、  Ｐ上を条件として入力すると、Ｐ下は次式により表せる。
Ｐ下＝ρｇ（１／２ｇ＊（ｕ上2− ｕ下2）＋（Ｚ上−Ｚ下）＋Ｐ上／ρｇ）
その結果、液圧による泡押付け力は次式により表せる。
液圧による泡押付け力＝（  Ｐ上−Ｐ下  ）＊泡断面積
＝（  Ｐ上−Ｐ下  ）＊π＊r泡2
【００２２】
次に、気泡の浮力を求める。
泡体積は、Ｖ泡 ＝ ４／３πｒ3から、泡の浮力は次式により表せる。
泡の浮力  ＝  泡体積相当の液重量
Ｆ泡  ＝  ρ泡  ＊  Ｖ泡  ＊  ｆ
その結果、気泡浮上有無は、管中心より上側のみについて計算する。
すなわち、気泡を浮上させるためには、次式を満足すれば良いことになる。
泡の浮力  −  液圧による泡押付け力（下方向）    ＞0    
【００２３】
脱気配管２の上端付近に浮上した気泡13は、その浮力と枝管３での戻り流れにより脱気配管２の流れから分離されるとともに塗布液14からの脱気が可能となる。以上の結果、これまで塗布液吐出量150Ｌ/分で、循環タンク容量300Ｌで脱泡が不充分であったものが、く、塗布欠陥を発生させる気泡のない塗布液を得ることが可能となった。
【００２４】
図４に示す本発明に関わる塗布液の脱気装置の他の実施例では、枝管３は、脱気配管２の進行方向に対し15度上向きに設けられており、更に、枝管３の直下に金網27を設けてある。この金網の通過抵抗により塗布液14の分岐流れを発生させるとともに、金網27に沿った流れにより気泡13を効率よく分離することが可能となる。
【００２５】
図１に示す後計量型塗布方式の場合、塗布欠陥を発生させない塗布液中の気泡径はφ１ｍｍ以上であるので、本実施例ではφ１ｍｍ以上の気泡の除去を目標とした。本発明に適する塗布液は、水系、有機溶剤系のいずれでも構わない。液粘度は、気泡脱気性能が気泡の脱気配管内での浮上に依存し、気泡径、脱気配管径、管内平均流速、液密度及び液粘度によるが、基本的には低粘度が望ましい。
【００２６】
以下に示す実施例において、脱気装置の材質は透明塩化ビニールであるが、これは脱気装置内部の気泡流動状態を目視できるよう材質を選定したものであって、材質は塗布液により腐食の発生がない、若しくは塗布液を変化、変質させるものでなければ、いずれでも構わない。
【実施例１】
【００２７】
次に、図２に示す構造の気泡除去装置により効果を確認した実施例１について説明する。実施例１は、以下の条件で実施した。
・脱気装置：脱気配管径をφ25ｍｍ、枝管径をφ13、直管部長さを４ｍ、材質を透明塩化ビニール、戻り液量を給液量の1.0〜1.9％の間に設定した。
・気泡径：φ３ｍｍ  
・気泡発生方法：脱気配管の最上流側位置の下方より内径φ0.3ｍｍの注射針より圧空を吐出し、透明脱気配管の外部よりスケールにて気泡径を測定、調節し、狙いの気泡径を得た。
・塗布液：ＰＶＡ318（6.4％水溶液）、粘度80mＰａ・ｓ（Ｂ型粘度計）
結果は表１のようになった。
【００２８】
【表１】
2009160529.tif 000003
【実施例２】
【００２９】
次に、図３に示す構造の気泡除去装置により効果を確認した実施例２について説明する。
実施例２は、以下の条件で実施した。
・脱気装置：脱気配管径をφ65ｍｍ、枝管径をφ18、直管部長さを８ｍ、材質を透明塩化ビニール、戻り液量を給液量の1.0〜1.9％の間に設定した。
・気泡径：φ５、φ３、φ１  ＊ただし、管内の気泡であるため透明管外側よりスケールで測定
・気泡発生方法：脱気配管の最上流側位置の下方より内径φ0.3ｍｍの注射針より圧空を吐出し、透明脱気配管の外部よりスケールにて気泡径を測定、調節し、狙いの気泡径を得た。
・塗布液：ＰＶＡ318（6.4％水溶液）、粘度80ｍＰａ・ｓ（Ｂ型粘度計）ほぼニュートニアン
結果は表２のようになった。表中の○は泡を除去できた場合であり、×は泡を除去できなかった場合であり、△は泡を一部除去できない場合である。
【００３０】
【表２】
2009160529.tif 000004
【００３１】
実施例２では、気泡径φ３ｍｍ及びφ５ｍｍでは管内平均流速60〜120ｃｍ／ｓｅｃまでは全ての条件で気泡の除去ができる。また、気泡径φ１ｍｍでは管内平均流速80ｃｍ／ｓｅｃまでは気泡の除去ができるが、流速100ｃｍ／ｓｅｃ以上の場合は助走区間が４ｍでは短いため気泡は管上端まで浮上することができず、除去もできないが、観察の中ではφ１ｍｍの気泡がそれぞれの速度のもとで管上端まで浮上するものがあり、これらの観察結果から助走距離を大きくすることで気泡を浮上させれば除去できると判断し “泡除去できる”とした。
【実施例３】
【００３２】
次に、実施例３について説明する。実施例３では表３に示す条件で気泡除去テストを実施するとともに、ベルヌーイの定理に基づく気泡浮上有無について計算し、計算結果からの浮上予測と気泡除去の可能性を比較した。
【００３３】
【表３】
2009160529.tif 000005
【００３４】
実施例３は、以下の条件で実施した。
・脱気装置：図４に示す構造とし、脱気配管径をφ25ｍｍ、枝管径をφ13、直管部長さを４ｍ、材質を透明塩化ビニール、金網は30メッシュ（ＳＵＳ）、戻り液量を給液量の1.0〜1.9％の間に設定した。
・気泡発生方法：脱気配管の最上流側位置の下方より内径φ0.3ｍｍの注射針より圧空を吐出し、透明脱気配管の外部よりスケールにて気泡径を測定、調節し、狙いの気泡径を得た。
・塗布液：ＰＶＡ318（6.4％水溶液）、粘度80ｍＰａ・ｓ（Ｂ型粘度計）
結果は表４のようになった。
【００３５】
【表４】
2009160529.tif 000006
【００３６】
実施例３では、次の点が確認できた。
（１）実測では、低速で気泡は浮上し、脱気できたが、高速では、管上端まで浮ききらず、脱気できなかった。
（２）計算の結果、速度の効果が現われており、高速では気泡には沈む方向に力が作用し、低速では気泡には浮上方向に力が作用している。
この結果、概ね、計算結果に基づく気泡挙動と実測は一致傾向にあり、ベルヌーイの定理に基づく気泡の浮上有無予測計算の妥当性が確認できた。
【実施例４】
【００３７】
次に、実施例４について説明する。実施例４は、下記に示す条件および表５に示す条件で気泡除去テストを実施するとともに、ベルヌーイの定理に基づく気泡浮上有無について計算し、計算結果からの浮上予測と気泡除去の可能性を比較した。
・脱気装置：図４に示す構造とし、脱気配管径をφ65ｍｍ、直管部長さを４ｍ、材質を透明塩化ビニール、金網は30メッシュ（ＳＵＳ）、  戻り液量を給液量の1.0〜1.9％の間に設定した。
・気泡発生方法：脱気配管の最上流側位置の下方より内径φ0.3ｍｍの注射針より圧空を吐出し、透明脱気配管の外部よりスケールにて気泡径を測定、調節し、狙いの気泡径を得た。
・塗布液Ａ：ＰＶＡ318（6.4％水溶液）、粘度80mＰａ・ｓ（Ｂ型粘度計）
・塗布液Ｂ：ＰＶＡ318、粘度400mＰａ・ｓ（Ｂ型粘度計）
【００３８】
テスト結果は、表５の通りであり、表中の○は泡を除去できた場合であり、×は泡を除去できなかった場合である。
【００３９】
【表５】
2009160529.tif 000007
【００４０】
すなわち、塗布液Ａの80ｍＰａ・ｓでは、次の結果が得られた。
（１）管内平均流速  60〜120ｃｍ／ｓｅｃまでは全ての気泡径で気泡の除去ができた。ただし、気泡径φ１ｍｍの条件である。80ｃｍ／ｓｅｃ以上では助走距離４ｍで気泡は管上端まで浮上することができないが、管上端まで浮上したφ１ｍｍの気泡もあり、これらは全て除去できているので“泡除去できる”と判定した。
（２）技メモC17060260で推定した気泡の管内での浮上、沈降のメカニズムからの期待通り２５Ａサイズインライン型気泡除去装置で浮上しなかった流速100ｃｍ／ｓｅｃ以上の条件でも６５Ａサイズでは気泡は管上端まで浮上し気泡の除去ができた。
【００４１】
塗布液のＢ400ｍＰａ・ｓでは、次の結果が得られた。
（１）φ５ｍｍの気泡は、管内平均流速120ｃｍ／ｓｅｃまで気泡は浮上し、気泡除去ができる。φ３ｍｍの気泡は、管内平均流速100ｃｍ／ｓｅｃまで気泡は浮上し気泡除去ができるが、120ｃｍ／ｓｅｃでは気泡は浮上せず、気泡除去できない。φ１ｍｍの気泡は、管内平均流速60ｃｍ／ｓｅｃ以上では、８ｍの助走距離でも気泡は浮上せず、気泡除去は難しい。
（２）６５Ａサイズ80ｍＰａ・ｓ気泡径φ３ｍｍの結果と比較すると、浮上距離が２倍以上となり、この結果、気泡除去性能は低い。原因は液粘度が高いため浮上速度が小さくなることによると考えられる。
【００４２】
また、気泡分離部（金網前後）の圧損は、表６となり、最大でも0.01Ｍｐａ程度と大きくない。
【００４３】
【表６】
2009160529.tif 000008
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に関わる塗布液の脱気装置を利用した脱気システムを示す説明図である。
【図２】本発明に関わる塗布液の脱気装置の基本構造を示す断面図である。
【図３】本発明に関わる塗布液の脱気装置の他の実施例を示す断面図である。
【図４】本発明に関わる塗布液の脱気装置の他の実施例を示す断面図である。
【図５】管内流速分布を示す説明図である。
【図６】気泡に掛かる力を示す管断面説明図である。
【図７】従来の塗布液の脱気システムを示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  脱気装置
２  脱気配管
３  枝管
４  分岐流量調節バルブ
５  循環タンク
６  給液ポンプ
７  フィルター
８  フィーダー
９  計量ロッドバー
１０  ウエブ
１１  計量部余剰液受け樋
１２  戻り配管
１３  気泡
１４  塗布液
１５  送液管
１６  送液管
１７  戻り配管
２１  気泡の浮力
２２  気泡に掛かる鉛直方向成分の力
２３  気泡に掛かる配管中心向きの力
２６  枝管入り口
２７  メッシュ
３１  発達した管内流速分布を示す放物線
【図１】
2009160529.tif 000009
【図２】
2009160529.tif 000010
【図３】
2009160529.tif 000011
【図４】
2009160529.tif 000012
【図５】
2009160529.tif 000013
【図６】
2009160529.tif 000014
【図７】
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