JP2006205064A

JP2006205064A - 乾燥装置

Info

Publication number: JP2006205064A
Application number: JP2005020759A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nakano; 公一中野
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】乾燥ムラを発生させることのなく基材をフローティングさせることができる乾燥装置を提供する。
【解決手段】超音波駆動信号を出力する超音波発生器と、超音波駆動信号を入力して超音波振動を起こす超音波振動子と、超音波振動を伝達し超音波を放射する表面を有するとともにその表面が乾燥対象の基材の表面と平行となるように配置された超音波浮揚板と、基材を超音波浮揚板の表面と平行方向に搬送する搬送手段と、基材を加温する加熱手段とを具備するようにした乾燥装置。
【選択図】図１

Description

本発明は長尺材料を乾燥するための装置の技術分野に属する。特に、塗工装置において塗工された基材を、乾燥ムラを発生させずに非接触で支持する乾燥装置に関する。

走行する基材の乾燥装置においてはその基材を乾燥器内の所定の位置に支持するための機構を必要とする。従来は、図４（Ａ）に示すように、多数のガイドローラを配置し塗膜面の反対側の基材表面に接触して基材を支持する方式が一般的である。しかしこのとき、ガイドローラが接触した基材の部位と他の部位とでは熱的な特性が相違する。そのため、基材の乾燥を促進させるために、熱風、遠赤外線、等により加熱すると基材には温度分布が生じることになる。塗膜、基材の温度履歴は乾燥精度と関係しており、温度分布は乾燥精度に悪影響する。

その対策としてはガイドローラを温度調節し基材の温度変動を少なくする方式が一般的である。しかし、基材に厚みムラやしわが存在すると接触状態は不均一となり、基材には部分的な温度分布が生じる。その温度分布に起因して塗膜内部に対流（べナール対流、マランゴニ対流）が生じる。その結果、乾燥ムラによる製品不良が生じるという問題がある。

また、基材を非接触で支持する方式としては、図４（Ｂ）に示すような多孔質板を利用した面圧フローティング方式や、図４（Ｃ）に示すような直接風を吹付けるフローティングノズル方式が知られている（特許文献１）。しかし風の吹付けが行われるために乾燥ムラによる製品不良が生じるという問題がある。それを軽減させるために非塗膜面から送風することも行われるが、基材の端部からの風の回り込みによる乾燥ムラが発生し、それを回避することは困難である。
特開平９−２６２５０４

本発明は上記の問題を解決するために成されたものである。その目的は、乾燥ムラを発生させることなく、基材をフローティングさせて支持することができる乾燥装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る乾燥装置は、超音波駆動信号を出力する超音波発生器と、前記超音波駆動信号を入力して超音波振動を起こす超音波振動子と、前記超音波振動を伝達し超音波を放射する表面を有するとともにその表面が乾燥対象の基材の表面と平行となるように配置された超音波浮揚板と、前記基材を超音波浮揚板の表面と平行方向に搬送する搬送手段と、前記基材を加温する加熱手段と、を具備するようにしたものである。
また本発明の請求項２に係る乾燥装置は、請求項１に係る乾燥装置において、前記超音波浮揚板は前記基材の最大幅よりも大きな寸法を有する金属材料の板材であって前記超音波振動子を前記基材の幅方向の両端近傍に少なくとも２つ配置するようにしたものである。
また本発明の請求項３に係る乾燥装置は、請求項１または２に係る乾燥装置において、前記超音波浮揚板は前記基板の搬送経路長と比較して搬送方向の寸法が小さいものであって、前記超音波浮揚板を前記搬送方向に沿って間隔を置いて複数個を配列するとともに、前記配列する前記超音波浮揚板の間に前記加熱手段を配置するようにしたものである。
また本発明の請求項４に係る乾燥装置は、請求項１〜３のいずれかに係る乾燥装置において、前記加熱手段は前記基材に電磁放射線を照射するようにしたものである。

本発明の請求項１に係る乾燥装置によれば、超音波発生器により超音波駆動信号が出力され、超音波振動子によりその超音波駆動信号が入力されて超音波振動が起き、表面が乾燥対象の基材の表面と平行となるように配置された超音波浮揚板によりその超音波振動が伝達され表面から超音波が放射され、搬送手段により基材が超音波浮揚板の表面と平行方向に搬送され、加熱手段により基材が加温される。すなわち、超音波振動によって非接触で基材が浮揚するから基材を浮揚するために風を吹付ける必要性がない。したがって、乾燥ムラを発生させることのなく基材をフローティングさせて支持することができる乾燥装置が提供される。
また本発明の請求項２に係る乾燥装置によれば、基材の幅方向に対して均等な浮揚力を付与することが容易にできる。
また本発明の請求項３に係る乾燥装置によれば、基材の一方の側に超音波浮揚板と加熱手段の両方を配置することができる。
また本発明の請求項４に係る乾燥装置によれば、加熱手段によって風が吹付けられることがないため加熱による乾燥ムラを発生させることがない。

次に、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。本発明の乾燥装置におけるフローティングと加熱に係わる構成の一例を斜視（透視）図として図１に示す。また、その部分的な拡大図を図２に示す。図１、図２において、１，１ａ〜１ｄは浮揚機構、２，２ａ〜２ｄは遠赤外線ヒータ、１１ａ，１１ｂは振動子、１２は浮揚板、１３ａ，１３ｂは支持体、１００は基材（ウェブ）である。

図１、図２に示す一例においては、浮揚機構１，１ａ〜１ｄと遠赤外線ヒータ２，２ａ〜２ｄは互い違いに基材１００の搬送方向（矢印で示す方向）に、かつ基材１００の片面の側にだけ配置している。この配置では、主たる機構が片側（フレームの側）に配置されるため、その反対側を全面開閉が可能な軽量のフードとすることによりメンテナンスがやり易くなる。
この配置は一例であって、基材１００を挟むように、浮揚機構を基材１００における一方の面の側に、遠赤外線ヒータ２，２ａ〜２ｄを基材１００における他方の面の側に配置してもよい。その配置では、浮揚機構１，１ａ〜１ｄと遠赤外線ヒータ２，２ａ〜２ｄをより高密度に配置することができる

浮揚機構１，１ａ〜１ｄは振動子１１ａ，１１ｂと浮揚板１２と支持体１３ａ，１３ｂを有する。
振動子１１ａ，１１ｂは超音波駆動信号を入力して超音波振動を起こす超音波振動子である。前記超音波振動子を前記基材の幅方向の両端近傍に少なくとも２つ配置する。複数個を配置することにより基材１００の幅方向に対して均等な浮揚力を容易に付与することができる。振動子１１ａ，１１ｂとしては、本発明において特に限定はなく、磁歪型振動子、ランジュバン型振動子、等を使用することができる。特にフェライト磁歪振動子は好適である。

なおここでは、超音波とは人間の耳で聞こえる音波における振動数の範囲を超えた音波（たとえば２０ｋＨｚ以上）という意味ではなく、音として聞くことを目的としない音波のことを意味する。すなわち、ここでは基材１００の浮揚を目的とした音波のことを意味する。したがって、振動数によっては限定されず、２０ｋＨｚ以下の音波であっても超音波に含まれている。

浮揚板１２は振動子１１ａ，１１ｂが起こした超音波振動を伝達し超音波を放射する表面を有する。また、その表面が乾燥対象の基材１００の表面と平行となるように配置されている。浮揚板１２は基材１００の最大幅よりも大きな寸法を有する金属材料の板材とする。これにより基材１００の幅方向に対して均等な浮揚力を容易に付与することができ、基材１００が蛇行したとして均等な浮揚力を保持できる。

支持体１３ａ，１３ｂは浮揚板１２を乾燥装置のフレームに固定するための支持体である。支持体１３ａ，１３ｂは浮揚板１２が超音波振動するのを妨げず、かつ超音波を放射する浮揚板１２の表面の位置が所定の位置となるように浮揚板１２を支持する。すなわち、支持体１３ａ，１３ｂは、フレームに対して浮揚板１２を弾性変形可能に支持する。

遠赤外線ヒータ２，２ａ〜２ｄは基材１００を加熱して乾燥を促進させるための加熱手段の一例である。図１、図２に示す一例においては、３本のヒータ管（発熱管）を１組とする遠赤外線ヒータである。遠赤外線ヒータ２，２ａ〜２ｄは電磁放射線の一種である遠赤外線を基材１００に照射する。遠赤外線の波長は、たとえば３〜１００μｍであり熱作用を有する。

基材１００は、たとえば、塗工装置によって塗工が行われた基材である。基材１００はプラスチックフィルム、用紙、金属箔、等のウェブ状の基材である。塗工装置においては、塗工装置の搬送機構によってウェブの巻取体から巻き解かれて基材１００に塗工が行われた後に、塗工装置に組み込まれた乾燥装置を通過して塗膜の乾燥が行われ、巻き取られて基材１００の巻取体を形成する。基材１００は搬送機構によって乾燥装置の浮揚板１２と平行方向に搬送が行われる。

基材１００には、通常はテンションと重力とが作用している。送風乾燥が行われるときには送風による風圧も作用する。それらの力が作用する状況下において、基材１００は浮揚板１２から放射される超音波によって形成される音場において音圧を受け、その音圧により基材１００は所定の搬送経路に非接触で支持される。基材１００が浮揚板１２に近付くと基材１００に作用する音圧は高くなり、基材１００が浮揚板１２から遠退くと基材１００に作用する音圧は低くなる。

基本的な配置は、図１、図２に示すように、基材１００と浮揚板１２とは互いの表面が平行となっている。また基材１００と浮揚板１２の姿勢は水平面に対して平行となっていて、基材１００に作用する重力と音圧とがつり合う位置において基材１００が支持されるような配置である。しかし、本発明においては、必ずしも基材１００と浮揚板１２とは水平面に対して平行となっていなくてもよい。基材１００に作用するテンション、重力、音圧、等のすべての力がつり合って、所定の搬送経路に非接触で支持されればよく、基材１００と浮揚板１２の姿勢は無関係である。

以上、本発明の乾燥装置におけるフローティングと加熱に係わる構成について説明した。次に、電気系を含むフローティングに係わる構成について図３を参照して説明する。図３は超音波浮揚機構の構成を示すブロック図である。図３において図１、図２と同一部分は同一番号が付されている。図３において、１４ａ，１４ｂは波形発生器、１５ａ，１５ｂはアンプである。

波形発生器１４ａ，１４ｂは振動子１１ａ，１１ｂを振動させるときの振動波形を発生する。波形発生器１４ａ，１４ｂは波形の形状と振動数を設定することができる。振動波形の形は基本的には正弦波である。しかし、その他の波形たとえば三角波等であってもよい。高い振動数で質量の大きな弾性材料（金属材料）から成る浮揚板１２を振動させることから、振動子１１ａ，１１ｂ等に過剰な負荷の掛からない波形が好ましい。逆に、パルス状の波形は好ましくない。

振動波形の振動数は振動系の共振周波数と一致するように設定される。共振周波数としては基底共振周波数と高次共振周波数があるが特に限定はない。波形発生器１４ａ，１４ｂが発生する振動波形の振動数と振動系の共振周波数とを一致させると効率的に振幅が増幅され基材１００を浮揚させることができる。逆に、基材１００の浮揚状態を観察し、浮揚が最大と成るように調節することにより振動波形の振動数を適正値に設定できる。

波形発生器１４ａと波形発生器１４ｂは、図３に示す一例においては独立したものとして図示されている。このときには、振動数と位相を独立に調節して振動系が適正な動作を行うようにする。
また、１つの波形発生器が発生する振動波形をアンプ１５ａ，１５ｂに出力するように構成することができる。そのときには振動波形の振動数と位相とが一致する。その場合は、振動子１１ａ，１１ｂ、浮揚板１２、等からなる振動系が、振動数と位相とが一致したときに、適正な動作を行うように振動系そのものを調節しておく。その調節は、振動子１１ａ，１１ｂと浮揚板１２の相対的な配置、質量のトリミング、等によって行う。
また、波形発生器１４ａと波形発生器１４ｂにおける振動波形の振動数を一致させ、位相を変化可能とし、位相調節できる方式としてもよい。

アンプ１５ａ，１５ｂは波形発生器１４ａ，１４ｂが出力する振動波形を入力して振動子１１ａ，１１ｂを駆動することができる電力を有する駆動信号を出力する増幅器である。駆動信号の波形は振動波形と同一である。ただし、振動波形の振幅、すなわち増幅器のゲインは、アンプ１５ａとアンプ１５ｂの各々について独立に設定することができる。この振幅の設定により振動子１１ａ，１１ｂの各々の個体差（変換効率の差、等）を調節することができる。

振動子１１ａ，１１ｂはアンプ１５ａ，１５ｂが出力する駆動信号を入力して機械的な振動を起こす。振動子１１ａ，１１ｂの振動端は浮揚板１２の表面に接触しており、振動子１１ａ，１１ｂの機械的な振動は浮揚板１２に伝達される。浮揚板１２は振動子１１ａ，１１ｂによって励起される振動を起こす。

次に、具体的な実施例について説明する。基材１００としては１２５μｍの厚さを有するＰＥＴ（ポリテレフタル酸エチレン：poly(ethylene terephthalate)）フィルムを使用し、塗工装置で塗工し、乾燥機に送給する。上述した図３に示す乾燥機の構成において、振動子１１ａ，１１ｂと真鍮製の浮揚板１２とは焼結接着して一体化し、これにより振動を安定化する。１０ｋＨｚ以上の１２０Ｖ_p-pの交流電圧を振動子１１ａ，１１ｂに印加する。これによりＰＥＴフィルムが０．５μｍ程度浮揚する。ＰＥＴフィルムを走行させながら遠赤外線を照射して乾燥させる。ＰＥＴフィルムにおける乾燥後の塗膜に乾燥ムラは発生していないことが確認された。

本発明の乾燥装置におけるフローティングと加熱に係わる構成の一例を示す斜視（透視）図である。図１の部分拡大図である。超音波浮揚機構の構成を示すブロック図である。従来の乾燥器内における基材を所定の位置に支持するための機構を示す説明図である。

符号の説明

１，１ａ〜１ｄ浮揚機構
２，２ａ〜２ｄ遠赤外線ヒータ
１１ａ，１１ｂ振動子
１２浮揚板
１３ａ，１３ｂ支持体
１４ａ，１４ｂ波形発生器
１５ａ，１５ｂアンプ
１００基材（ウェブ

Claims

超音波駆動信号を出力する超音波発生器と、前記超音波駆動信号を入力して超音波振動を起こす超音波振動子と、前記超音波振動を伝達し超音波を放射する表面を有するとともにその表面が乾燥対象の基材の表面と平行となるように配置された超音波浮揚板と、前記基材を超音波浮揚板の表面と平行方向に搬送する搬送手段と、前記基材を加温する加熱手段と、を具備することを特徴とする乾燥装置。
請求項１記載の乾燥装置において、前記超音波浮揚板は前記基材の最大幅よりも大きな寸法を有する金属材料の板材であって前記超音波振動子を前記基材の幅方向の両端近傍に少なくとも２つ配置することを特徴とする乾燥装置。
請求項１または２記載の乾燥装置において、前記超音波浮揚板は前記基板の搬送経路長と比較して搬送方向の寸法が小さいものであって、前記超音波浮揚板を前記搬送方向に沿って間隔を置いて複数個を配列するとともに、前記配列する前記超音波浮揚板の間に前記加熱手段を配置することを特徴とする乾燥装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の乾燥装置において、前記加熱手段は前記基材に電磁放射線を照射することを特徴とする乾燥装置。