JP2004205091A

JP2004205091A - 加熱ローラ、乾燥装置、および乾燥方法

Info

Publication number: JP2004205091A
Application number: JP2002373886A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hayashi; 賢二林
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】被加熱物との温度差が大きくても被加熱物に歪を生じさせない加熱ローラ、前記加熱ローラを備える提供を乾燥装置と乾燥方法の提供。
【解決手段】ローラ表面と前記被加熱物との間の静止摩擦係数μが、以下の式：ｔ＋Ｖ≦Ｇ、なお、Ｇ＝μ・σ_Al＝μ・ｔ・ｓｉｎ（θ／２）（但し、ｔは、前記被加熱物に加わる張力、Ｇは、加熱ローラが前記被加熱物を摩擦力により保持する保持力、Ｖは、加熱ローラに保持された前記被加熱物が熱膨張することにより発生する熱膨張力、σ_Alは被加熱物に加わる張力により、前記被加熱物から前記加熱ローラの表面に及ぼされる押圧力、θは、前記被加熱物を前記加熱ローラに巻き掛けるラップ角）を満たす加熱ローラ、前記加熱ローラを備える乾燥装置、および前記加熱ローラを用いた乾燥方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱ローラ、乾燥装置、および乾燥方法に関し、特に、帯状の被加熱物と加熱ローラとの間の温度差が大きな場合においても前記被加熱物に歪を生じさせることのない加熱ローラ、前記加熱ローラを備える乾燥装置、および前記加熱ローラを用いた乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＳ版は、少なくとも一方の面を砂目立てした帯状アルミニウム薄板であるアルミニウムウェブの砂目立て面に、感光性樹脂または感熱性樹脂を含有する製版層形成液を塗布・乾燥して製版層を形成することにより製造される。
【０００３】
前記製版層形成液を塗布したアルミニウムウェブの加熱・乾燥には、通常、熱風などを用いた通気乾燥が用いられる。
【０００４】
しかし、通気乾燥は、アルミニウムウェブへの伝熱効率が低く、前記製版層形成液を塗布後のアルミニウムウェブの乾燥工程に使用すると、乾燥負荷が大きくなり、過大な設備が必要になるという問題点を有している。
【０００５】
設備が過大になるのを抑制するための方法としては、たとえば風速の速い熱風吹き付けノズルを用いたり、アルミニウムウェブの両側から熱風を吹きつけたりする方法などがある（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特願２００１−２３６７２１号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、乾燥の進んでいない塗布面に風速の大きな熱風を吹きつけると、塗布面の表面状態が不均一になるので、前記方法は、乾燥の初期には使用できない。また、熱風の風速を増加させても、伝熱効率を大幅に向上させることはできなかった。
【０００８】
加熱ロールなどを用いる伝導伝熱法によれば、伝熱効率を著しく向上させることができるが、これまでは、皺や傷、折れなどの問題があり、乾燥工程の後半において、アルミニウムウェブの温度を数℃上昇させるのに用いられているに過ぎなかった。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、乾燥工程の初期に使用しても、アルミニウムウェブが急激に加熱されることによる皺や傷、折れなどの問題が生じない加熱ローラ、前記加熱ローラを加熱手段として用い、高効率でコンパクトな乾燥装置、および乾燥工程の初期に加熱ローラを用いたときにおけるアルミニウムウェブの皺や傷、折れなどの問題の発生を抑制できる乾燥方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、帯状の被加熱物を巻き掛けて加熱する加熱ローラであって、ローラ表面と前記被加熱物との間の静止摩擦係数μが、以下の式：
ｔ＋Ｖ≦Ｇ
なお、Ｇ＝μ・σ_Al
＝μ・ｔ・ｓｉｎ（θ／２）
（但し、ｔは、前記被加熱物に加わる張力、Ｇは、加熱ローラが前記被加熱物を摩擦力により保持する保持力、Ｖは、加熱ローラに保持された前記被加熱物が熱膨張することにより発生する熱膨張力、σ_Alは被加熱物に加わる張力により、前記被加熱物から前記加熱ローラの表面に及ぼされる押圧力、θは、前記被加熱物を前記加熱ローラに巻き掛けるラップ角を示す。）を満たすように定められてなることを特徴とする加熱ローラに関する。
【００１１】
前記加熱ローラにおいては、被加熱物とローラ表面との間の静止摩擦係数が前記式で与えられる範囲に設定されているから、前記ローラ表面に前記被加熱物が接触することにより、前記被加熱物が急激に加熱されて熱膨張しても、前記被加熱物にはそれほど大きな応力が生じることがない。したがって、前記被加熱物には皺や折れなどの歪が生じることがない。
【００１２】
前記被加熱物としては、帯状金属薄板である金属ウェブなどが挙げられる。前記金属ウェブとしては、従来技術のところで述べたアルミニウムウェブのほか、帯状ステンレス鋼や帯鋼板、帯状アルミニウム板、帯状軽合金板などが挙げられる。
【００１３】
前記被加熱物と前記加熱ローラのローラ表面との摩擦係数が前記式で与えられる範囲であれば、前記加熱ローラの表面は、クロム鍍金など各種金属鍍金が施されていてもよく、セラミックスや弗素系樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、および各種エラストマなどによってコーティングされていてもよい。また、前記加熱ローラがステンレス鋼や普通鋼、青銅など金属製の場合は、ローラ表面は金属を磨き出した面であってもよい。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、帯状の被加熱物を巻き掛けて加熱する加熱ローラであって、ローラ表面と前記被加熱物との間の静止摩擦係数μが、以下の式：
σ_Al＋α・Ｅ・ΔＴ／（１−ν）≦１０／μ
（αは前記被加熱物の線膨張係数を、Ｅは前記被加熱物の厚み方向弾性率を、ΔＴは、前記被加熱物と前記ローラ表面との温度差を、νは前記被加熱物のポアソン比を示す。）に従って定められてなることを特徴とする加熱ローラに関する。
【００１５】
なお、応力σ_Alは、以下の式：
σ_Al＝ｔ×ｓｉｎ（θ／２）
（ｔは、前記被加熱物に及ぼされる張力を、θは、前記被加熱物を加熱ローラの表面に巻き掛けるラップ角を示す。）
で与えられる。
【００１６】
前記加熱ローラにおいては、被加熱物とローラ表面との間の静止摩擦係数が前記式で与えられる範囲に設定されているから、前記ローラ表面に前記被加熱物が接触することにより、前記被加熱物が急激に加熱されて熱膨張しても、前記被加熱物にはそれほど大きな応力が生じることがない。したがって、前記被加熱物には皺や折れなどの歪が生じることがない。
【００１７】
また、被加熱物に加わる張力が小さなときは、被加熱物から加熱ローラに及ぼされる応力も小さいから、被加熱物と加熱ローラとの間にスリップが生じやすいが、前記張力が小さなときは、応力σ_Alも小さい。したがって、前記式から明らかなように、摩擦係数μは、応力σ_Alが高い場合に比較して高い値まで許容されるから、前記加熱ローラの表面を摩擦係数の比較的大きな材料で被覆することにより、前記被加熱物との間のスリップを防止できる。
【００１８】
前記被加熱物および前記加熱ローラのローラ表面については、請求項１で説明した通りである。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、帯状の被乾燥物を搬送する搬送ローラを備えてなり、前記搬送ローラのうちの少なくとも１本が請求項１に記載の加熱ローラであることを特徴とする乾燥装置に関する。
【００２０】
前記乾燥装置においても、実施例１で述べたのと同様の理由により、被乾燥物を、前記被乾燥物よりも５０〜１００℃程度高温の加熱ローラに接触させた場合にも、前記被乾燥物と加熱ローラとの間に生じる応力は小さいから、被乾燥物に皺や折れなどの歪が生じることがない。
【００２１】
したがって、前記乾燥装置において被乾燥物が最初に導入される初期乾燥セクションにおいて前記加熱ローラを使用しても被乾燥物に皺や折れなどの故障が生じることがないから、乾燥装置の全体に前記熱ローラを導入することにより、被乾燥物の乾燥を少ないエネルギーで効率的に行える。また、前記乾燥装置内において熱風乾燥を行う場合においても、熱風の風量を削減できるから、前記熱風を発生させる加熱装置やブロワーにおけるエネルギー消費を節減できる。
【００２２】
前記被乾燥物としては、製版層形成液を塗布したアルミニウムウェブのほか、各種塗料を塗布したステンレス鋼、普通鋼、およびアルミニウムなどの帯板などが挙げられる。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の加熱ローラに前記被加熱物として帯状の被乾燥物を巻き掛けて加熱乾燥することを特徴とする乾燥方法に関する。
【００２４】
前記乾燥方法においても、被乾燥物と前記加熱ローラとの温度差が大きな場合に前記被乾燥物と加熱ローラとの間に生じる応力は小さいから、被乾燥物に歪が生じることがない。
【００２５】
被乾燥物については、請求項２のところで説明した通りである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
１．実施形態１
本発明の乾燥装置の一例である乾燥ラインの構成を図１に示す。
【００２７】
実施形態１に係る乾燥ライン１００は、上面に製版層形成液を塗布されたアルミニウムウェブＷを乾燥する乾燥ラインであり、図１に示すように、内部をアルミニウムウエブＷが搬送される乾燥ボックス２Ａ，２Ｂ、および２Ｃを，アルミニウムウェブＷの搬送方向ａに沿って縦列に繋げて形成されている。
【００２８】
乾燥ボックス２Ａ、２Ｂ，および２Ｃは、何れもアルミニウムウェブＷの搬送方向ａに沿って配設された長尺箱状であり、蛇腹状の接続ジョイント４によって接続されて１つの箱体を形成している。乾燥ボックス２Ａにおける搬送方向ａに沿って上流側の端面には、アルミニウムウェブＷが導入されるスリット状の導入口２２が水平に設けられ、乾燥ボックス２Ｃにおける搬送方向ａに沿って下流側の端面には、アルミニウムウェブＷが導出されるスリット状の導出口２４が水平に設けられている。
【００２９】
乾燥ボックス２Ａ、２Ｂ，および２Ｃのそれぞれの内部における底面近傍には、アルミニウムウェブＷを搬送する一群の加熱ローラ６が、回転可能に配設されている。
【００３０】
加熱ローラ６は、表面とアルミニウムウェブＷの下面との間の静止摩擦係数μ_webが、式：
σ_web＋α_web・Ｅ_web・ΔＴ／（１−ν_web）≦１０／μ_web
（σ_webはアルミニウムウェブＷに加わる張力ｔによってアルミニウムウェブＷに及ぼされる加熱ローラ６の表面に押圧される方向の応力を、α_webはアルミニウムウェブＷの線膨張係数を、Ｅ_webはアルミニウムウェブＷの厚み方向弾性率を、ΔＴは、導入前のアルミニウムウェブと加熱ローラ６との温度差、ν_webはアルミニウムウェブＷのポアソン比を示す。）
に従って設定されている。
【００３１】
前記加熱手段は、温水、熱水、蒸気、熱媒体油などの各種熱媒体を循環させて加熱するものであってもよく、電磁誘導コイルや電熱ヒータなどの電気的加熱手段で加熱するものであってもよい。また、加熱ローラ６においては、前記加熱手段は胴とともに回転してもよく、胴のみが前記加熱手段の周りに回転し、前記加熱手段は乾燥ボックス２Ａ，２Ｂ、および２Ｃに対して固定されてもよい。
【００３２】
また、加熱ローラ６の胴は、図２に示すように被覆層を有していなくてもよく、図３に示すようにセラミックスや弗素製樹脂などの被覆層６Ａが胴の表面に設けられてもよい。
【００３３】
さらに、加熱ローラ６は、乾燥ボックス２Ａ，２Ｂ、および２Ｃへの取り付け高さおよび直径の何れも同一である。したがって、アルミニウムウェブＷは、平面上を搬送される。
【００３４】
加熱ローラ６の上方には、加熱ローラ６によって搬送されるアルミニウムウェブＷの上面に熱風を吹き付ける熱風ノズル８Ａ、８Ｂ、および８Ｃが設けられ、ている。乾燥ボックス２Ａ，２Ｂ、および２Ｃの内部には、加熱ローラ６と熱風ノズル８Ａ、８Ｂ、および８ＣとによってアルミニウムウェブＷの搬送通路１０Ａ，１０Ｂ，および１０Ｃが形成される。熱風ノズル８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、搬送通路１０Ａ，１０Ｂ，および１０Ｃの天井を形成する。
【００３５】
熱風ノズル８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは２次元ノズルであり、図４に示すように、搬送方向ａに対して直角な方向に下方に向かって突出する三角稜状のノズル部８２が等間隔に形成され、ノズル部８２の先端に、加熱空気を噴き出すスリット状のノズル口８４が設けられている。
【００３６】
乾燥ボックス２Ａ，２Ｂ、２Ｃの天井および側壁と、熱風ノズル８Ａ、８Ｂ、８Ｃとにより、ノズル口８２から噴き出す加熱空気の流路８６Ａ、８６Ｂ，８６Ｃが形成されている。
【００３７】
流路８６Ａ、８６Ｂ，８６Ｃは、接続ジョイント４により接続されて一体の流路を形成している。
【００３８】
流路８６Ａにおける導入口２２の近傍には、流路８６Ａ、８６Ｂ，８６Ｃに加熱空気を供給する加熱空気供給口１２が設けられている。
【００３９】
一方、乾燥ボックス２Ｃには、導出口２４に隣接して排気口１４が設けられている。排気口１４は、熱風ノズル８Ａ、８Ｂ、および８Ｃから乾燥ボックス２Ａ、２Ｂ、２Ｃに導入された熱風を外部に排出する機能を有する。
【００４０】
乾燥ライン１００の作用について以下に説明する。
【００４１】
導入口２２から搬送通路１０Ａに導入されたアルミニウムウェブＷは、加熱ロール６によって下方から支持されつつ搬送され、搬送通路１０Ｂおよび搬送通路１０Ｃを通過して導出口２４から外部に導出される。
【００４２】
アルミニウムウェブＷは、搬送通路１０Ａ、搬送通路１０Ｂ、および搬送通路１０Ｃを通過する間に、加熱ロール６によって下方から加熱されると同時に、熱風ノズル８Ａ、８Ｂ、および８Ｃから噴射された加熱空気によって上方からも加熱される。
【００４３】
したがって、アルミニウムウェブＷの上面に塗布された製版層形成液は効率的に乾燥され、アルミニウムウェブＷが導出口２４から外部に導出されるときには、アルミニウムウェブＷの砂目立て面に完全な製版層が形成される。
【００４４】
乾燥ライン１００の備える加熱ローラ６は、ローラ表面とアルミニウムウェブＷとの間の静止摩擦係数μ_webが前記式に従って与えられる範囲の値である。
【００４５】
したがって、搬送通路１０Ａに導入される前のアルミニウムウェブＷの温度が２５℃程度の室温であり、前記加熱ローラ６の表面温度が７５〜８０℃程度の乾燥温度に設定されている場合に、前記加熱ローラ６の表面にアルミニウムウェブＷが接触してアルミニウムウェブＷが急激に加熱され、熱膨張しても、それほど大きな厚み方向の応力が生じることがない。ここで、アルミニウムウェブＷには、通常５０〜２００ｋｇの張力が負荷されるから、前記張力により、アルミニウムウェブＷの変形は充分に規制される。したがって、アルミニウムウェブＷに皺や折れなどの歪が生じることはない。
【００４６】
このように、搬送方向ａに沿って最も上流側の乾燥ボックス２Ａにおいても加熱ローラ６を使用できるから、導入口２２から導入された直後のアルミニウムウェブＷを、加熱ローラ６からの高い熱伝導率によって急速に加熱できる。
【００４７】
したがって、乾燥ライン１００において、熱風ノズル８Ａ，８Ｂ，および８Ｃから噴出する加熱空気の風量は、アルミニウムウェブＷ表面の製版層形成液の層から蒸発した有機溶媒蒸気で飽和しないように、搬送通路１０Ａ、搬送通路１０Ｂ、搬送通路１０Ｃ内の空気を置換するのに十分な程度であればよく、前記製版層形成液の層を乾燥させるのに必要な風量よりは遥かに小さな風量でよい。
【００４８】
故に、乾燥ライン１００においては、加熱空気の供給に費やされるエネルギーを大幅に節減できるから、大幅な省エネルギーを実現できる。
【００４９】
なお、実施形態１においては、乾燥ライン１００を、アルミニウムウェブＷに製版層形成液を塗布する塗布ラインの下流に設けて製版層形成液の乾燥に使用する例について述べたが、乾燥ライン１００は、製版層に重ねてポリビニル水溶液を塗布して乾燥し、酸素遮断層を形成するのにも使用される．
【００５０】
【実施例】
（実施例１〜４、比較例１、２）
図２および図３に示す加熱ローラ６に、幅８００ｍｍ、厚み０．１ｍｍのアルミニウムウェブを巻き掛け、１５０ｋｇ／アルミニウムウェブ幅の張力ｔを負荷したときの歪の発生の有無を調べた。結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】

表１に示すように、加熱ローラ６とアルミニウムウェブＷとの間の摩擦係数μ_webが０．７以下であった実施例１〜４においては、アルミニウムウェブＷには歪の発生は殆ど見られなかったが、前記摩擦係数μ_webが０．７８および１．２と０．７よりも大きかった比較例１および比較例２においては、皺の発生が見られた。
【００５２】
ここで、前記アルミニウムウェブの張力ｔに由来するσ_webは１７．５ｋｇ／ｃｍ²であり、アルミニウムウェブＷの線膨張係数α_webは２３．５×１０^-6ｍ／℃であり、アルミニウムウェブＷの厚み方向弾性率Ｅ_webは６８．６ｋＮ／ｍｍ²であり、アルミニウムウェブＷのポアソン比ν_webは０．３３であった。また、加熱ローラ６の表面温度と加熱ローラ６に接触する前のアルミニウムウェブＷとの温度差ΔＴは５０℃であったから、式：
σ_web＋α_web・Ｅ_web・ΔＴ／（１−ν_web）≦１０／μ_web
から計算される摩擦係数μ_webは０．７以下である。
【００５３】
したがって、表１に示す実施例１〜４の摩擦係数μ_webは、前記式で与えられる歪の発生しない摩擦係数μ_webの範囲と一致する。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、乾燥工程の初期に使用しても、アルミニウムウェブが急激に加熱されることによる皺や傷、折れなどの問題が生じない加熱ローラ、前記加熱ローラを加熱手段として用い、高効率でコンパクトな乾燥装置、および乾燥工程の初期に加熱ローラを用いたときおけるアルミニウムウェブの皺や傷、折れなどの問題の発生を抑制できる乾燥方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の乾燥装置の一例である乾燥ラインの構成を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す乾燥ラインの備える加熱ローラの一例を示す斜視図である。
【図３】図１に示す乾燥ラインの備える加熱ローラであって表面に被覆を設けたもののの例を示す斜視図である。
【図４】図４は、図１に示す乾燥ラインの備える熱風ノズルの詳細を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
２Ａ乾燥ボックス
２Ｂ乾燥ボックス
２Ｃ乾燥ボックス
４接続ジョイント
６加熱ローラ
８Ａ熱風ノズル
８Ｂ熱風ノズル
８Ｃ熱風ノズル

Claims

帯状の被加熱物を巻き掛けて加熱する加熱ローラであって、ローラ表面と前記被加熱物との間の静止摩擦係数μが、以下の式：
ｔ＋Ｖ≦Ｇ
なお、Ｇ＝μ・σ_Al
＝μ・ｔ・ｓｉｎ（θ／２）
（但し、ｔは、前記被加熱物に加わる張力、Ｇは、加熱ローラが前記被加熱物を摩擦力により保持する保持力、Ｖは、加熱ローラに保持された前記被加熱物が熱膨張することにより発生する熱膨張力、σ_Alは被加熱物に加わる張力により、前記被加熱物から前記加熱ローラの表面に及ぼされる押圧力、θは、前記被加熱物を前記加熱ローラに巻き掛けるラップ角を示す。）
を満たすように定められてなることを特徴とする加熱ローラ。
帯状の被加熱物を巻き掛けて加熱する加熱ローラであって、ローラ表面と前記被加熱物との間の静止摩擦係数μが、以下の式：
σ_Al＋α・Ｅ・ΔＴ／（１−ν）≦１０／μ
（αは前記被加熱物の線膨張係数を、Ｅは前記被加熱物の厚み方向弾性率を、ΔＴは、前記被加熱物と前記ローラ表面との温度差を、νは前記被加熱物のポアソン比を示す。）
に従って定められてなる請求項１に記載の加熱ローラ。
帯状の被乾燥物を搬送する搬送ローラを備えてなり、前記搬送ローラのうちの少なくとも１本が請求項１または２に記載の加熱ローラであることを特徴とする乾燥装置。
請求項１または２に記載の加熱ローラに前記被加熱物として帯状の被乾燥物を巻き掛けて加熱乾燥することを特徴とする乾燥方法。