JP2011064406A

JP2011064406A - 複合材料シート製造機および複合材料シートの製造方法

Info

Publication number: JP2011064406A
Application number: JP2009215637A
Authority: JP
Inventors: Takashi Iwasaki; 隆司岩崎; Shuichi Iwanaga; 収一岩永; Yoshinari Yasui; 義成康井
Original assignee: Yasui Seiki Co Ltd
Current assignee: Yasui Seiki Co Ltd
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】塗工液の乾燥時間の更なる短縮化と基材の熱変形の更なる抑制とによって、製造効率および歩留まりを向上させることができる複合材料シート製造機および複合材料シートの製造方法を提供すること。
【解決手段】熱風乾燥炉３内における熱風による塗工液の乾燥を、逆転温度よりも低温の雰囲気温度の下で行い、熱処理炉５内における過熱蒸気による塗工液の乾燥および硬化を、逆転温度よりも高温の雰囲気温度の下で行うこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合材料シート製造機および複合材料シートの製造方法に係り、特に、基材上に塗工液を硬化してなる塗工層を備えた複合材料シートを製造するのに好適な複合材料シート製造機および複合材料シートの製造方法に関する。

従来から、基材上に塗工技術を用いて形成された塗工層を備えた複合材料シートが、種々の用途に利用されている。例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ブチラールまたはナイロン等の樹脂材料を基材としたものは、耐熱性フィルムや電子用カバーレイフィルム等に利用されている。

この種の複合材料シートの製造に際しては、例えば、特許文献１に示すように、長尺の基材を、ローラ等の搬送装置によって塗工位置まで搬送し、この塗工位置に搬送された基材上に、ダイコートやグラビアコート等の塗工方法を用いて塗工液を塗布するようになっていた。そして、塗工液が塗布された基材を搬送装置によって炉内に搬送した上で、この炉内において基材上の塗工液をヒータを用いて加熱することによって、塗工液を乾燥硬化するようになっていた。このようにして、基材上に塗工液を硬化してなる塗工層が形成された複合材料シートが得られるようになっていた。

特開２００６−２３１１４９号公報

特願２００８−３１８１４４号

ところで、このような複合材料シートを効率的に製造するためには、炉内における塗工液の乾燥を短時間のうちに十分に行うようにすることが有効である。しかしながら、単純に炉内の雰囲気温度を高めただけでは、基材の種類によっては基材に大きな熱変形が生じてしまうことによって、複合材料シートを適切に製造することができなくなってしまう。

ここで、出願人は、非特許文献１において、基材上に塗布された塗工液（有機溶液）の乾燥を過熱蒸気によって行う複合材料シート製造機を提案している。この複合材料シート製造機によれば、過熱蒸気によって基材上の塗工液に対して瞬時に大きな熱エネルギを付与することができるので、基材の熱変形を抑制しつつ塗工液を短時間のうちに乾燥することができる。

本発明は、このような過熱蒸気を用いた塗工液の乾燥の利点を活かしつつも、塗工液の乾燥時間の更なる短縮化と基材の熱変形の更なる抑制とを図るべくなされたものである。すなわち、本発明は、塗工液の乾燥時間の更なる短縮化と基材の熱変形の更なる抑制とを両立させることによって、製造効率および歩留まりを向上させることができる複合材料シート製造機および複合材料シートの製造方法を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明に係る複合材料シート製造機は、連続した基材上に塗工液を塗布した後に、この塗布された塗工液を乾燥して硬化することによって、前記基材上に前記塗工液が硬化されてなる塗工層を備えた複合材料シートを製造する複合材料シート製造機において、前記基材をその長手方向に搬送する搬送装置と、この搬送装置による前記基材の搬送経路上に配設され、前記搬送装置によって搬送される前記基材上に前記塗工液を塗布する塗工装置と、前記基材の搬送経路上における前記塗工装置の下流側に、前記塗工装置による前記塗工液の塗布後の前記基材をその長手方向において搬入および搬出自在に配設された熱風乾燥炉と、この熱風乾燥炉内に熱風を供給することによって、前記熱風乾燥炉内に搬入された前記基材上の前記塗工液を加熱して乾燥する熱風供給装置と、前記基材の搬送経路上における前記熱風乾燥炉の下流側に、前記熱風乾燥炉における前記塗工液の乾燥後の前記基材をその長手方向において搬入および搬出自在に配設された熱処理炉と、この熱処理炉内に過熱蒸気を供給することによって、前記熱処理炉内に搬入された前記基材上の前記塗工液を加熱して乾燥および硬化する過熱蒸気供給装置とを備え、その温度よりも低温の雰囲気温度の下では乾燥空気雰囲気下における希釈溶液または溶液の蒸発速度が過熱蒸気雰囲気下における前記蒸発速度より速くなり、その温度よりも高温の雰囲気温度の下では前記過熱蒸気雰囲気下における前記蒸発速度が前記乾燥空気雰囲気下における前記蒸発速度より速くなるような温度である逆転温度よりも低温の雰囲気温度の下で、前記熱風乾燥炉内における前記塗工液の乾燥を行い、前記逆転温度よりも高温の雰囲気温度の下で、前記熱処理炉内における前記塗工液の乾燥および硬化を行うことを特徴としている。

そして、このような構成によれば、熱風乾燥炉内における熱風による塗工液の乾燥を逆転温度よりも低温の雰囲気温度の下で行い、熱処理炉内における過熱蒸気による塗工液の乾燥および硬化を逆転温度よりも高温の雰囲気温度の下で行うことによって、塗工液の乾燥時間を従来よりも短縮することができるとともに、基材の熱変形を従来よりも有効に抑制することができる。

また、本発明に係る複合材料シートの製造方法は、連続した基材上に塗工液を塗布した後に、この塗布された塗工液を乾燥して硬化することによって、前記基材上に前記塗工液が硬化されてなる塗工層を備えた複合材料シートを製造する複合材料シートの製造方法において、前記基材をその長手方向に搬送する前記基材の搬送経路上において、搬送される前記基材上に前記塗工液を塗布し、次いで、前記基材の搬送経路上における前記塗工液の塗布が行われた位置に対する下流側の位置において、その温度よりも低温の雰囲気温度の下では乾燥空気雰囲気下における希釈溶液または溶液の蒸発速度が過熱蒸気雰囲気下における前記蒸発速度より速くなり、その温度よりも高温の雰囲気温度の下では前記過熱蒸気雰囲気下における前記蒸発速度が前記乾燥空気雰囲気下における前記蒸発速度より速くなるような温度である逆転温度よりも低温の雰囲気温度の下で、前記基材上の前記塗工液を熱風によって加熱して乾燥し、次いで、前記基材の搬送経路上における前記塗工液の熱風による乾燥が行われた位置に対する下流側の位置において、前記逆転温度よりも高温の雰囲気温度の下で、前記基材上の前記塗工液を過熱蒸気によって加熱して乾燥および硬化することを特徴としている。

そして、このような方法によれば、熱風による塗工液の乾燥を逆転温度よりも低温の雰囲気温度の下で行い、過熱蒸気による塗工液の乾燥および硬化を逆転温度よりも高温の雰囲気温度の下で行うことによって、塗工液の乾燥時間を従来よりも短縮することができるとともに、基材の熱変形を従来よりも有効に抑制することができる。

さらに、前記基材を樹脂材料によって形成してもよい。

そして、このような方法によれば、基材を金属に比べれば相対的に熱による変形が大きい樹脂材料によって形成することによって、基材の熱変形の抑制効果は更に大きなものとなる。

さらにまた、前記熱風による前記塗工液の乾燥を、前記基材のガラス転移温度よりも低温の雰囲気温度の下で行うようにしてもよい。

そして、このような方法によれば、基材の熱変形を更に有効に抑制することができる。

また、前記基材をポリエチレンナフタレートによって形成し、前記過熱蒸気による前記塗工液の乾燥および硬化を、前記基材の融点よりも１２℃低温の雰囲気温度からこれよりも低温側にわたる所定の温度範囲内に属する雰囲気温度の下で行うようにしてもよい。

そして、このような方法によれば、過熱蒸気による塗工液の乾燥および硬化を、ポリエチレンナフタレートからなる基材の熱変形を確実に抑制しつつ十分な高温下で行うことができるので、塗工液の乾燥時間を更に短縮することができる。

さらに、前記基材をポリエチレンテレフタレートによって形成し、前記過熱蒸気による前記塗工液の乾燥および硬化を、前記基材の融点よりも３０℃低温の雰囲気温度からこれよりも低温側にわたる所定の温度範囲内に属する雰囲気温度の下で行うようにしてもよい。

そして、このような方法によれば、過熱蒸気による塗工液の乾燥および硬化を、ポリエチレンテレフタレートからなる基材の熱変形を確実に抑制しつつ十分な高温下で行うことができるので、塗工液の乾燥時間を更に短縮することができる。

本発明によれば、塗工液の乾燥時間の短縮化と基材の熱変形の抑制とを両立させることができ、ひいては、製造効率および歩留まりを向上させることができる。

本発明に係る複合材料シート製造機の実施形態を示す構成図本発明に係る複合材料シート製造機の実施形態において、過熱蒸気供給装置を示す拡大図本発明に係る複合材料シート製造機および複合材料シートの製造方法の実施形態において、複合材料シートの一例を示す側面図本発明に係る複合材料シート製造機および複合材料シートの製造方法の実施形態において、蒸発速度の温度特性を示すグラフ本発明に係る複合材料シート製造機および複合材料シートの製造方法の実施形態において、ＭＤ方向に延伸されたＰＥＮからなる基材についての熱変形特性を示すグラフ本発明に係る複合材料シート製造機および複合材料シートの製造方法の実施形態において、ＴＤ方向に延伸されたＰＥＮからなる基材についての熱変形特性を示すグラフ本発明に係る複合材料シート製造機および複合材料シートの製造方法の実施形態において、ＭＤ方向に延伸されたＰＥＴからなる基材についての熱変形特性を示すグラフ本発明に係る複合材料シート製造機および複合材料シートの製造方法の実施形態において、ＴＤ方向に延伸されたＰＥＴからなる基材についての熱変形特性を示すグラフ

以下、本発明に係る複合材料シート製造機および複合材料シートの製造方法の実施形態について、図１乃至図８を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態における複合材料シート製造機１は、基材送り出し室２と、この基材送り出し室２に連通された熱風乾燥炉３と、この熱風乾燥炉３に第１の連通部４を介して連通された熱処理炉としてのキュア炉５と、このキュア炉５に第２の連通部６を介して連通されたシート巻き取り室７とを有している。なお、熱風乾燥炉３とキュア炉５とは、それぞれ脚部９を介して複合材料シート製造機１の設置面よりも鉛直上方に離間した位置に設置されている。

図１に示すように、基材送り出し室２内には、扁平な連続した（長尺な）基材８が巻回収容された送り出しロール１０が回転自在に配設されており、この送り出しロール１０は、基材８をその搬送方向における下流側へと送り出すようになっている。この送り出しロール１０は、シート巻き取り室７内に配設された後述する巻き取りロール１２とともに基材８の搬送装置を構成するようになっている。なお、基材８としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ブチラールまたはナイロン等の樹脂材料からなる基材や、銅箔やアルミ箔等の金属箔からなる基材を用いることができる。

また、図１に示すように、基材送り出し室２の内部における送り出しロール１０に対して基材８の搬送方向の下流側の位置には、基材送り出し室２内における搬送装置による基材８の搬送経路を形成する複数個のガイドローラ１１が回転自在に配設されている。そして、送り出しロール１０から送り出された基材８は、各ガイドローラ１１に順次巻回されて搬送を保持されるようにして下流側に搬送されるようになっている。なお、各ガイドローラ１１の中には、基材８にテンションを付与するように付勢されたガイドローラ１１Ａも含まれている。また、基材送り出し室２内における基材８の搬送経路は、水平方向における複合材料シート製造機１の外側方向に向かった後に水平方向における複合材料シート製造機１の内側方向かつ鉛直上方向に折り返すような搬送経路に形成されており、これによって基材送り出し室２の省スペース化が可能となっている。

さらに、図１に示すように、基材送り出し室２内における基材８の搬送経路上には、塗工装置１４が配設されており、この塗工装置１４は、送り出しロール１０によって送り出される基材８上に塗工液を塗布するようになっている。

なお、塗工液としては、例えば、セラミックスラリーを用いることができる。このセラミックスラリーは、セラミック粉末と、トルエン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の有機溶剤等からなる溶媒と、エチルセルロース、アクリル樹脂またはポリビニルブチラール等からなるバインダとによって構成される。また、この他にも、塗工液としては、例えば、イミド系樹脂の一つであるポリイミド樹脂（ＰＩ）の前駆体としてのアミック酸溶液を用いることができる。このアミック酸溶液は、酸無水物とジアミンの重合体からなる有機溶剤と、溶媒としての高沸点水溶性溶剤の一種であるＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）とによって構成される。さらに、この他にも、塗工液としては、リチウムイオン電池の電極の活物質のペースト（例えば、コバルト酸リチウムにバインダを混入したもの等）や、スーパーキャパシタの形成に用いられる塗工液を採用することができる。塗工液の種類は、基材８の種類に応じて適宜選択すればよい。

また、塗工装置１４としては、ダイコータ、リバースコータ、ナイフコータもしくはグラビアロールの直径が５０ｍｍ以下のマイクログラビアコータ等を用いることができる。ただし、基材８としてポリイミド樹脂製のものを用いる場合には、ポリイミド樹脂の吸水性が強く、空気を巻き込むと基材８が粘度の変化を起こしたり白濁化を起こすことによって品質が劣化する可能性が高いので、空気が触れないダイコータを用いることが好ましい。

そして、このような基材送り出し室２内を搬送された基材８は、基材送り出し室２を出て熱風乾燥炉３の内部に搬入されるようになっている。図１に示すように、熱風乾燥炉３は、複合材料シート製造機１全体の基材８の搬送経路上における塗工装置１４の下流側に配設されており、この熱風乾燥炉３は、塗工装置１４によって塗工液が塗布された基材８を、その長手方向において搬入および搬出自在とされている。

図１に示すように、熱風乾燥炉３内には、複数個のガイドローラ１５が回転自在に配設されており、これらのガイドローラ１５は、熱風乾燥炉３における搬入口３ａから排出口３ｂに向かって間隔を設けるようにして配置されている。そして、これら複数個のガイドローラ１５によって、熱風乾燥炉３内における基材８の搬送経路が形成されている。すなわち、熱風乾燥炉３内に搬入された基材８は、その塗工液が塗布された塗布面を鉛直上方に向けるとともに、塗布面に対向する底面を熱風乾燥炉３内の各ガイドローラ１５に順次保持されるようにして下流側に向かって搬送されるようになっている。

また、図１に示すように、熱風乾燥炉３内における各ガイドローラ１５に対する上部対向位置には、第１の熱風供給装置１６および第２の熱風供給装置１７からなる２台の熱風供給装置１６，１７が、互いに基材８の搬送方向に間隔を設けるようにして配設されている。

第１の熱風供給装置１６は、熱風乾燥炉３内の上流側に熱風を供給することによって、熱風乾燥炉３内における上流側の搬送経路上を搬送される基材８上の塗工液を加熱して乾燥するようになっている。第１の熱風供給装置１６の具体的な構成について述べると、図１に示すように、第１の熱風供給装置１６は、熱風乾燥炉３内における基材８の搬送経路に平行とされた第１の熱風用ノズル部１８を有している。この第１の熱風用ノズル部１８は、熱風乾燥炉３内における上流側の搬送経路上の基材８に対してその塗工面側（図１における上方）において近接する位置に配置されている。第１の熱風用ノズル部１８における上部には、第１の熱風供給管２０が連結されており、この第１の熱風供給管２０は、熱風乾燥炉３における上壁部に形成された第１の開孔３ｃを介して熱風乾燥炉３の外部に突出されている。また、図１に示すように、第１の熱風供給管２０における上端部には、第１の熱風の流路２１を介して第１の送風加熱部２２が連結されており、この第１の送風加熱部２２には、不図示の第１の送風ファンが連結されている。このような第１の熱風供給装置１６においては、第１の送風ファンによって発生した風が、第１の送風加熱部２２において加熱された上で、熱風として第１の熱風供給管２０内に流入するようになっている。そして、第１の熱風供給管２０内に流入した熱風は、第１の熱風供給管２０から第１の熱風用ノズル部１８へと供給された後に、この第１の熱風用ノズル部１８によって図１における下方へと噴射されるようになっている。これにより、第１の熱風用ノズル部１８に臨む基材８上の塗工液に熱風が上方から吹き付けられるようになっている。なお、第１の送風加熱部２２は、第１の送風ファンから送られた風を、ニクロム線等の熱抵抗体を用いた電気加熱によって加熱するものであってもよい。

一方、第２の熱風供給装置１７は、熱風乾燥炉３内の下流側に熱風を供給することによって、熱風乾燥炉３内における下流側の搬送経路上を搬送される基材８上の塗工液を加熱して乾燥するようになっている。図１からも分かるように、第２の熱風供給装置１７は、第１の熱風供給装置１６における熱風による乾燥が行われた塗工液に対して、更なる熱風による乾燥を行うようになっている。第２の熱風供給装置１７の具体的な構成は、第１の熱風供給装置１６と同様とされている。すなわち、図１に示すように、第２の熱風供給装置１７は、熱風乾燥炉３内における基材８の搬送経路に平行とされた第２の熱風用ノズル部２５を有しており、この第２の熱風用ノズル部２５は、熱風乾燥炉３内における下流側の搬送経路上の基材８に対してその塗工面側において近接する位置に配置されている。第２のノズル部１８における上部には、第２の熱風供給管２６が連結されており、この第２の熱風供給管２６は、熱風乾燥炉３における上壁部に形成された第２の開孔３ｄを介して熱風乾燥炉３の外部に突出されている。また、図１に示すように、第２の熱風供給管２６における上端部には、第２の熱風の流路２７を介して第２の送風加熱部２８が連結されており、この第２の送風加熱部２８には、不図示の第２の送風ファンが連結されている。第２の熱風供給装置１７においては、第２の送風ファンによって発生した風が、第２の送風加熱部２８において加熱された上で、熱風として第２の熱風供給管２６内に流入するようになっている。そして、第２の熱風供給管２６内に流入した熱風は、第２の熱風供給管２６から第２の熱風用ノズル部２５へと供給された後に、この第２の熱風用ノズル部２５によって図１における下方へと噴射されるようになっている。これにより、第２の熱風用ノズル部２５に臨む基材８上の塗工液に熱風が上方から吹き付けられるようになっている。なお、第２の送風加熱部２８は、第１の送風加熱部２２と同様に、第２の送風ファンから送られた風を、ニクロム線等の熱抵抗体を用いた電気加熱によって加熱するものであってもよい。

そして、このような熱風乾燥炉３内における熱風による塗工液の乾燥が行われた基材８は、排出口３ｂを通って熱風乾燥炉３から排出された後に、第１の連通部４を経てキュア炉５内に搬入されるようになっている。

図１に示すように、キュア炉５は、複合材料シート製造機１全体の基材８の搬送経路上における熱風乾燥炉３の下流側に配設されており、このキュア炉５は、熱風乾燥炉３内における塗工液の乾燥が行われた基材８を、その長手方向において搬入および搬出自在とされている。

図１に示すように、キュア炉５の内部には、複数個のガイドローラ３１が回転自在に配設されており、これらのガイドローラ３１は、キュア炉５における搬入口５ａから排出口５ｂに向かって間隔を設けるようにして配置されている。そして、これら複数個のガイドローラ３１によって、キュア炉５内における基材８の搬送経路が形成されている。すなわち、キュア炉５内に搬入された基材８は、その塗布面を鉛直上方に向けるとともに、その底面をキュア炉５内の各ガイドローラ３１に順次保持されるようにして下流側に向かって搬送されるようになっている。

また、図１に示すように、キュア炉５内における各ガイドローラ３１に対する上部対向位置には、過熱蒸気供給装置３２が配設されており、この過熱蒸気供給装置３２は、キュア炉５内に過熱蒸気を供給することによって、キュア炉５内に搬入された基材８上の塗工液を、低酸素雰囲気下で加熱して乾燥および硬化するようになっている。ここで、低酸素雰囲気としては、例えば、酸素濃度が５００ＰＰＭ以下（より好ましくは１００ＰＰＭ以下）の雰囲気を挙げることができる。なお、過熱蒸気の理論上の酸素濃度は５ＰＰＭとされているが、このような過熱蒸気の理論上の酸素濃度の雰囲気を実現することができるのであれば、このような酸素濃度が５ＰＰＭの雰囲気を低酸素雰囲気として採用するようにしてもよい。

過熱蒸気供給装置３２の具体的な構成について述べると、図１に示すように、過熱蒸気供給装置３２は、キュア炉５内における基材８の搬送方向下流側に向かって順次連設された第１の過熱蒸気用ノズル部３４、第２の過熱蒸気用ノズル部３５、第３の過熱蒸気用ノズル部３６および第４の過熱蒸気用ノズル部３７からなる４個の過熱蒸気用ノズル部３４，３５，３６，３７を有している。第１の過熱蒸気用ノズル部３４における上部には、第１の分岐管３９が、第２の過熱蒸気用ノズル部３５における上部および第３の過熱蒸気用ノズル部３６における上部には、第２の分岐管４０が、第４の過熱蒸気用ノズル部３７における上部には、第３の分岐管４１がそれぞれ連結されている。これら第１〜第３の分岐管３９，４０，４１は、その上流側の端部において１本の過熱蒸気供給管４２としてまとめられている。なお、過熱蒸気供給管４２は、キュア炉５における上壁部に形成された開孔５ｃを介してキュア炉５の外部に突出されている。また、図２に示すように、過熱蒸気供給管４２における上端部には、過熱蒸気の流路４３を介して過熱蒸気発生ユニット４５が連結されており、この過熱蒸気発生ユニット４５には、図示しない蒸気ボイラによって生成された湿り蒸気が所定の流速で供給されるようになっている。

そして、このような構成を有する過熱蒸気供給装置３２は、まず、過熱蒸気発生ユニット４５に供給された湿り蒸気を過熱蒸気発生ユニット４５によって加熱することによって、過熱蒸気を発生させるようになっている。なお、過熱蒸気発生ユニット４５は、例えば、流入口および吐出口を有する筒状の導電体の外側に巻回したコイルに高周波交流電流を流すことによって導電体に渦電流を発生させ、この渦電流によって導電体に生じたジュール熱を利用して流入口に流入した湿り蒸気を誘導加熱して過熱蒸気へと変換し、この過熱蒸気を所定の流速で吐出口から吐出させるものであってもよい。さらに、このようにして過熱蒸気発生ユニット４５によって発生された過熱蒸気は、流路４３および過熱蒸気供給管４２を順次経た後に、図１に示す第１〜第３の分岐管３９，４０，４１によって分流されるようになっている。そして、第１の分岐管３９に分流された過熱蒸気は、第１の過熱蒸気用ノズル部３４から鉛直下方に向かって噴射されることによって、キュア炉５内における上流側を通る基材８上の塗工液に供給されるようになっている。また、第２の分岐管４０に分流された過熱蒸気は、第２の過熱蒸気用ノズル部３５および第３の過熱蒸気用ノズル部３６から鉛直下方に向かって噴射されることによって、キュア炉５内における中流側を通る基材８上の塗工液に供給されるようになっている。さらに、第３の分岐管４１に分流された過熱蒸気は、第４の過熱蒸気用ノズル部３７から鉛直下方に向かって噴射されることによって、キュア炉５内における下流側を通る基材８上の塗工液に供給されるようになっている。

このような過熱蒸気供給装置３２によって、キュア炉５内の基材８は、基材８上の塗工液が、過熱蒸気による膜凝縮伝熱によって高い熱エネルギを付与されることによって、塗工液中の水分がほぼ完全に蒸発して除去されることになる。そして、過熱蒸気供給装置３２によって加熱された基材８は、図３に示すように、基材８上の塗工液が乾燥硬化されてなる薄膜層４７が形成された複合材料シート４８の状態としてキュア炉５から排出されるようになっている。

図１に示すように、シート巻き取り室７の内部には、キュア炉５から排出された複合材料シート４８が、第２の連通部６を経て搬入されるようになっており、このシート巻き取り室７内には、搬入された複合材料シート４８を巻き取るための巻き取りロール１２が配設されている。巻き取りロール１２は、モータによって駆動されるようになっている。

また、シート巻き取り室７内における巻き取りロール１２に対する上流側の位置には、シート巻き取り室７内における複合材料シート４８の搬送経路を形成する複数個のガイドローラ４９が回転自在に配設されている。そして、シート巻き取り室７内に搬入された複合材料シート４８は、各ガイドローラ４９に順次巻回されるようにして巻き取りロール１２に巻き取られるようになっている。

図１に示すように、第１の連通部４における上壁部には、第１の排気口５１が形成されており、また、第２の連通部６における上壁部には、第２の排気口５２が形成されている。さらに、これら第１の排気口５１および第２の排気口５２には、図示はしないが、排気管を介して排気ブロワが連結されている。そして、キュア炉５内において基材８上に供給された過熱蒸気は、搬入口５ａまたは排出口５ｂを通って第１の連通部４または第２の連通部６に流入した上で、排気ブロワの吸引力によって吸引されて排気されるようになっている。また、第１の連通部４および第２の連通部６に流入した過熱蒸気が結露して水滴になることを防止するために、各連通部４，６に結露防止用のヒータ（図示せず）を設けたり、万一結露した水滴を除去するためのドレン抜き（図示せず）を設けるようにしてもよい。そのようにすれば、塗工液から除去された有害物質（例えば、アミック酸溶液の溶媒であるＮＭＰ）を、排気と一緒に複合材料シート製造機１の系外に取り出して、凝縮分離等の処理によって無害化することができ、環境汚染を防止することができる。

そして、このような構成を備えた上で、本実施形態における複合材料シート製造機１は、熱風乾燥炉３内における塗工液の乾燥を、逆転温度よりも低温の雰囲気温度の下で行い、キュア炉５内における塗工液の乾燥および硬化を、逆転温度よりも高温の雰囲気温度の下で行うように構成されている。ただし、逆転温度とは、当該温度よりも低温の雰囲気温度の下では、乾燥空気雰囲気下における希釈溶液または溶液の蒸発速度が過熱蒸気雰囲気下における前記蒸発速度より速くなり、当該温度よりも高温の雰囲気温度の下では、前記過熱蒸気雰囲気下における前記蒸発速度が前記乾燥空気雰囲気下における前記蒸発速度より速くなるような温度のことをいう。この逆転温度は、一般に、１７０℃とされている。なお、塗工液は、希釈溶液または溶液に含まれる概念である。

ここで、熱風乾燥炉３内における塗工液の乾燥を逆転温度よりも低温の雰囲気温度の下で行うためのより具体的な手段としては、例えば、次のような手段を考えることができる。すなわち、熱風乾燥炉３内における基材８の搬送経路の近傍位置に、熱風乾燥炉３内の温度を測定する温度センサを設けておき、この温度センサの測定結果を送風加熱部２２，２８の電気制御系（図示せず）にフィードバックさせる。そして、熱風乾燥炉３内の温度センサの測定結果が常に逆転温度よりも低温となるように送風加熱部２２，２８による送風の加熱温度を送風加熱部２２，２８の電気制御系によって電気的に制御させるようにする。より具体的には、熱風乾燥炉３内の温度センサの測定結果が逆転温度よりも低温の所定値を上回っている場合には、送風加熱部２２，２８による送風の加熱温度を現在の温度よりも一定温度下げ、当該温度センサの測定結果が当該所定値を下回っている場合には、送風加熱部２２，２８による送風の加熱温度を現在の温度よりも一定温度上げるようにしてもよい。また、熱風乾燥が開始される前に、予め熱風乾燥炉３内を逆転温度よりも低温の雰囲気温度になるように予備加熱するために、熱風乾燥炉３内に遠赤外線ヒータのような加熱手段を設けるようにしてもよい。

また、キュア炉５内における塗工液の乾燥および硬化を逆転温度よりも高温の雰囲気温度の下で行うためのより具体的な手段としては、例えば、次のような手段を考えることができる。すなわち、キュア炉５内における基材８の搬送経路の近傍位置に、キュア炉５内の温度を測定する温度センサを設けておき、この温度センサの測定結果を過熱蒸気発生ユニット４５の電気制御系（図示せず）にフィードバックさせる。そして、キュア炉５内の温度センサの測定結果が常に逆転温度よりも高温となるように過熱蒸気発生ユニット４５から発生する過熱蒸気の温度を過熱蒸気発生ユニット４５の電気制御系によって電気的に制御させるようにする。より具体的には、キュア炉５内の温度センサの測定結果が逆転温度よりも高温の所定値を下回っている場合には、過熱蒸気発生ユニット４５から発生する過熱蒸気の温度を現在の温度よりも一定温度上げ、当該温度センサの測定結果が当該所定値を上回っている場合には、過熱蒸気発生ユニット４５から発生する過熱蒸気の温度を現在の温度よりも一定温度下げるようにしてもよい。なお、過熱蒸気乾燥が開始される前に、予めキュア炉５内を所定の雰囲気温度（逆転温度よりも高温の雰囲気温度であってもよい）になるように予備加熱するために、キュア炉５内に図１に示すような遠赤外線ヒータ５５や不図示の熱風ヒータのような加熱手段を設けるようにしてもよい。

次に、図４は、過熱蒸気、乾燥空気（換言すれば乾き空気）および湿り空気のそれぞれの雰囲気下における水分の蒸発速度についての雰囲気温度特性を示すグラフである。図４から分かるように、逆転温度である１７０℃よりも低温の雰囲気温度の下では、乾燥空気雰囲気下における蒸発速度が最も速くなり、過熱蒸気雰囲気下における蒸発速度が最も遅くなる。しかし、このような蒸発速度の関係は、１７０℃を堺に逆転し、１７０℃よりも高温の雰囲気温度の下では、過熱蒸気雰囲気下における蒸発速度が最も速く、乾燥空気雰囲気下における蒸発速度が最も遅くなる。

また、図５は、基材８の一例としての二軸延伸装置によってＭＤ(Machine Direction)方向に延伸されたＰＥＮからなる基材８についてのＴＭＡ(Thermomechanical Analysis)（熱機械分析）によって得られた熱変形特性を示すグラフである。ここで、ＴＭＡは、試料に一定荷重を加えながら試料を加熱していき、加熱温度の変化に応じた試料の変形量を計測する手法として知られている。図５および後述する図６〜図８においては、いずれも、試料としての基材８に当該基材８の延伸方向への一定荷重を加えている。ここで、図５には、基材８を熱風のみによって加熱した場合における熱変形特性（実線部）と、基材８を過熱蒸気のみによって加熱した場合における熱変形特性（破線部）とが示されている。なお、図５における横軸の値は温度〔℃〕であり、縦軸の値は、基材８の変形量としての基材８の延伸方向の寸法変化量〔μｍ〕である。また、図５における縦軸の値の符号が正の場合には、基材８が膨脹するような熱変形が生じたことを示しており、縦軸の値の符号が負の場合には、基材８が収縮するような熱変形が生じたことを示している。

さらに、図６は、基材８の一例としての二軸延伸装置によってＴＤ（Transverse Direction）方向に延伸されたＰＥＮからなる基材８についてのＴＭＡによって得られた熱変形特性を示すグラフである。図６にも、基材８を熱風乾燥のみによって加熱した場合における熱変形特性（実線部）と、基材８を過熱蒸気のみによって加熱した場合における熱変形特性（破線部）とが示されている。また、図６における横軸および縦軸の値は、図５と同様である。

さらにまた、図７は、基材８の一例としての二軸延伸装置によってＭＤ方向に延伸されたＰＥＴからなる基材８についてのＴＭＡによって得られた熱変形特性を示すグラフである。図７にも、基材８を熱風乾燥のみによって加熱した場合における熱変形特性（実線部）と、基材８を過熱蒸気のみによって加熱した場合における熱変形特性（破線部）とが示されている。また、図７における横軸および縦軸の値は、図５および図６と同様である。

また、図８は、基材８の一例としての二軸延伸装置によってＴＤ方向に延伸されたＰＥＴからなる基材８についてのＴＭＡによって得られた熱変形特性を示すグラフである。図８にも、基材８を熱風乾燥のみによって加熱した場合における熱変形特性（実線部）と、基材８を過熱蒸気のみによって加熱した場合における熱変形特性（破線部）とが示されている。また、図８における横軸および縦軸の値は、図５〜図７と同様である。

ここで、図４によれば、本実施形態のように、乾燥空気雰囲気下における水分の乾燥に相当する熱風乾燥炉３内における熱風による塗工液の乾燥を、逆転温度よりも低温の雰囲気温度の下で行い、尚かつ、過熱蒸気雰囲気下における水分の乾燥に相当するキュア炉５内における過熱蒸気による塗工液の乾燥を、逆転温度よりも高温の雰囲気温度の下で行えば、塗工液が最短時間で乾燥されることが分かる。

また、例えば、図５、図８によれば、低温側から逆転温度（１７０〔℃〕）近辺に至る温度範囲においては、過熱蒸気による基材８の加熱を行った場合における基材８の変形量よりも、熱風による基材８の加熱を行った場合における基材８の変形量が小さくなることが分かる。さらに、図５〜図８によれば、逆転温度よりも高温の温度範囲においては、総合的に見た場合に、過熱蒸気による基材８の加熱を行った場合における基材８の変形量の方が、熱風による基材８の加熱を行った場合における基材８の変形量よりも小さくなることが分かる。このことは、本実施形態のように、熱風による塗工液の乾燥と過熱蒸気による塗工液の乾燥とを逆転温度を境として切り替えて適用すれば、塗工液の乾燥時間の短縮化に加えて、更に、基材８の熱変形を有効に抑制することができることを示している。

さらに、ＰＥＮのガラス転移温度は１５５℃であるところ、図５および図６に示すように、逆転温度以下の温度範囲のうちの１５５℃以下の温度範囲においては、熱風によるＰＥＮからなる基材８の加熱を行った場合における当該基材８の熱変形量が特に小さいことが分かる。また、ＰＥＴのガラス転移温度は１１０℃であるところ、図７および図８に示すように、逆転温度以下の温度範囲のうちの１１０℃以下の温度範囲においては、熱風によるＰＥＴからなる基材８の加熱を行った場合における当該基材８の熱変形量が特に小さいことが分かる。このようなことから、基材８を樹脂材料によって形成する場合には、熱風乾燥炉３内における熱風による塗工液の乾燥を、基材８のガラス転移温度よりも低温の雰囲気温度の下で行うことが望ましい。そのようにすれば、基材８の熱変形をさらに有効に抑制することができる。

さらにまた、ＰＥＮの融点は２６２℃であるところ、図５および図６に示すように、過熱蒸気によるＰＥＮからなる基材８の加熱は、２５０℃までは当該基材８の熱変形の問題がなく行うことができることが分かる。このようなことから、基材８をＰＥＮによって形成する場合には、キュア炉５内における過熱蒸気による塗工液の乾燥および硬化を、ＰＥＮの融点（２６２℃）よりも１２℃低温の雰囲気温度からこれよりも低温側にわたる所定の温度範囲内（例えば、２４０〜２５０℃）に属する雰囲気温度（好ましくは、２５０℃）の下で行うようにしてもよい。そのようにすれば、ＰＥＮからなる基材８の熱変形が生じない雰囲気温度における可及的に高い雰囲気温度の下で塗工液を乾燥させることができるので、塗工液の乾燥時間を更に短縮することができる。

同様に、ＰＥＴの融点は２６０℃であるところ、図７および図８に示すように、過熱蒸気によるＰＥＴからなる基材８の加熱は、２３０℃までは当該基材８の熱変形の問題がなく行うことができることが分かる。このようなことから、基材８をＰＥＴによって形成する場合には、キュア炉５内における過熱蒸気による塗工液の乾燥および硬化を、ＰＥＴの融点（２６０℃）よりも３０℃低温の雰囲気温度からこれよりも低温側にわたる所定の温度範囲内（例えば、２２０〜２３０℃）に属する雰囲気温度（好ましくは、２３０℃）の下で行うようにしてもよい。そのようにすれば、ＰＥＴからなる基材８の熱変形が生じない雰囲気温度における可及的に高い雰囲気温度の下で塗工液を乾燥させることができるので、塗工液の乾燥時間を更に短縮することができる。

以上述べたように、本実施形態によれば、熱風乾燥炉３内における熱風による塗工液の乾燥を逆転温度よりも低温の雰囲気温度の下で行い、キュア炉５内における過熱蒸気による塗工液の乾燥および硬化を逆転温度よりも高温の雰囲気温度の下で行うことによって、塗工液の乾燥速度を向上させることができるとともに、基材８の熱変形を抑制することができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することができる。

１複合材料シート製造機
３熱風乾燥炉
５キュア炉
８基材
１４塗工装置
１６第１の熱風供給装置
１７第２の熱風供給装置
３２過熱蒸気供給装置
４７塗工層
４８複合材料シート

Claims

連続した基材上に塗工液を塗布した後に、この塗布された塗工液を乾燥して硬化することによって、前記基材上に前記塗工液が硬化されてなる塗工層を備えた複合材料シートを製造する複合材料シート製造機において、
前記基材をその長手方向に搬送する搬送装置と、
この搬送装置による前記基材の搬送経路上に配設され、前記搬送装置によって搬送される前記基材上に前記塗工液を塗布する塗工装置と、
前記基材の搬送経路上における前記塗工装置の下流側に、前記塗工装置による前記塗工液の塗布後の前記基材をその長手方向において搬入および搬出自在に配設された熱風乾燥炉と、
この熱風乾燥炉内に熱風を供給することによって、前記熱風乾燥炉内に搬入された前記基材上の前記塗工液を加熱して乾燥する熱風供給装置と、
前記基材の搬送経路上における前記熱風乾燥炉の下流側に、前記熱風乾燥炉における前記塗工液の乾燥後の前記基材をその長手方向において搬入および搬出自在に配設された熱処理炉と、
この熱処理炉内に過熱蒸気を供給することによって、前記熱処理炉内に搬入された前記基材上の前記塗工液を加熱して乾燥および硬化する過熱蒸気供給装置と
を備え、
その温度よりも低温の雰囲気温度の下では乾燥空気雰囲気下における希釈溶液または溶液の蒸発速度が過熱蒸気雰囲気下における前記蒸発速度より速くなり、その温度よりも高温の雰囲気温度の下では前記過熱蒸気雰囲気下における前記蒸発速度が前記乾燥空気雰囲気下における前記蒸発速度より速くなるような温度である逆転温度よりも低温の雰囲気温度の下で、前記熱風乾燥炉内における前記塗工液の乾燥を行い、前記逆転温度よりも高温の雰囲気温度の下で、前記熱処理炉内における前記塗工液の乾燥および硬化を行うこと
を特徴とする複合材料シート製造機。
連続した基材上に塗工液を塗布した後に、この塗布された塗工液を乾燥して硬化することによって、前記基材上に前記塗工液が硬化されてなる塗工層を備えた複合材料シートを製造する複合材料シートの製造方法において、
前記基材をその長手方向に搬送する前記基材の搬送経路上において、搬送される前記基材上に前記塗工液を塗布し、
次いで、前記基材の搬送経路上における前記塗工液の塗布が行われた位置に対する下流側の位置において、その温度よりも低温の雰囲気温度の下では乾燥空気雰囲気下における希釈溶液または溶液の蒸発速度が過熱蒸気雰囲気下における前記蒸発速度より速くなり、その温度よりも高温の雰囲気温度の下では前記過熱蒸気雰囲気下における前記蒸発速度が前記乾燥空気雰囲気下における前記蒸発速度より速くなるような温度である逆転温度よりも低温の雰囲気温度の下で、前記基材上の前記塗工液を熱風によって加熱して乾燥し、
次いで、前記基材の搬送経路上における前記塗工液の熱風による乾燥が行われた位置に対する下流側の位置において、前記逆転温度よりも高温の雰囲気温度の下で、前記基材上の前記塗工液を過熱蒸気によって加熱して乾燥および硬化すること
を特徴とする複合材料シートの製造方法。
前記基材を樹脂材料によって形成すること
を特徴とする請求項２に記載の複合材料シートの製造方法。
前記熱風による前記塗工液の乾燥を、前記基材のガラス転移温度よりも低温の雰囲気温度の下で行うこと
を特徴とする請求項３に記載の複合材料シートの製造方法。
前記基材をポリエチレンナフタレートによって形成し、前記過熱蒸気による前記塗工液の乾燥および硬化を、前記基材の融点よりも１２℃低温の雰囲気温度からこれよりも低温側にわたる所定の温度範囲内に属する雰囲気温度の下で行うこと
を特徴とする請求項３または請求項４に記載の複合材料シートの製造方法。
前記基材をポリエチレンテレフタレートによって形成し、前記過熱蒸気による前記塗工液の乾燥および硬化を、前記基材の融点よりも３０℃低温の雰囲気温度からこれよりも低温側にわたる所定の温度範囲内に属する雰囲気温度の下で行うこと
を特徴とする請求項３または請求項４に記載の複合材料シートの製造方法。