JP2014047934A - 裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線乾燥装置と熱風乾燥装置を組み合わせたことで乾燥時間が短縮することができ、熱風乾燥装置と同等のコストとランニング費用で実現することができる裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置を提供すること。
【解決手段】塗膜が塗布されたウェブを浮揚させて搬送しながら乾燥させる裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置であって、前記ウェブの下方から熱風を噴き出すことによってウェブを浮揚させる複数の熱風噴き出しノズルの間に設置した赤外線放射板Ａと、前記ウェブの上方に、前記塗膜が塗布された幅以上に広く、且つ前記ウェブと平行に流れ方向をカバーするように設置した赤外線放射板Ｂと、を備えていることを特徴とする裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウェブ上に塗布された塗膜の乾燥装置に関する。

図１に乾燥装置を含めた一般的な塗工ラインの例を示す概念図を示す。塗工ラインの主な構成要素は、ウェブ１０Ａを送り出す送り出し装置１１とウェブ１０Ａ上に塗液を塗布する塗工装置１２と、ウェブ１０Ａ上に塗布形成された塗布膜を乾燥させる乾燥装置１３Ａと、塗布・乾燥された製品を巻き取る巻き取り装置１４およびウェブ１０Ａを支持しながら搬送させる多数のガイドローラー１５Ａからなる。

ウェブ上に塗布された塗膜を乾燥する方法としては、熱風を用いた乾燥方法が一般的である。なかでもノズルから高速の熱風を塗膜に直接噴き付ける噴出流タイプの熱風乾燥装置では、非常に高い乾燥効率が得られ、短時間で塗膜を乾燥させることができる。また、塗膜に熱風を直接噴き付けた場合に乾燥ムラが発生するような場合には、塗膜の裏面からのみ熱風を噴き付けつつ安定搬送させる負圧式のノズルを用いた裏面負圧式の熱風乾燥装置が用いられる。

図２に従来の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置の例を示す断面模式図を示す。乾燥装置１３Ｂは熱風噴き出しノズル２０Ｂに熱風を供給する給気ダクト（図示せず）と、塗膜を乾燥させた熱風を排気する排気ダクト（図示せず）とを備えている。

熱風噴き出しノズル２０Ｂはウェブ１０Ｂの下方に等ピッチに設置される。熱風噴き出しノズル２０Ｂにはスリットが設けられており、加熱装置（図示せず）で所定の設定温度まで昇温された熱風が前記給気ダクト及び給気ヘッダー２１Ｂを通って熱風噴き出しノズル２０Ｂの前記スリットから噴き出すようになっている。そして、噴き出した熱風によりウェブ１０Ｂは、熱風噴き出しノズル２０Ｂなどの構造物に接触することなく浮揚して搬送されるとともに、ウェブ１０Ｂ上の塗膜の乾燥が進められる。

さらに乾燥時間を短縮させる手法として、赤外線を併用した乾燥装置が提案されている。熱風乾燥の伝熱量が熱風温度と被加熱物温度の差に比例するのに対し、赤外線乾燥はヒーター温度の４乗と被加熱物温度の４乗の差に比例することから、一般的に熱風乾燥よりも早く加熱することができる。また、特に塗膜が厚い場合は、熱風乾燥では塗膜表面だけが先に昇温されて皮張りの状態になってしまい乾燥し難い状態になるのに対し、赤外線乾燥は塗膜内部も均一に加熱されるために、熱風乾燥よりも早く乾燥させることができる。また、赤外線乾燥は分子振動を伴う加熱方式であり、高分子材料の化学反応を促進することから、塗膜の密着性の向上が期待できる。ただし、赤外線乾燥だけでは塗膜近傍に高濃度の蒸気による境界層を形成し、物質移動が妨げられることから、熱風乾燥と併用されることが多い。

例えば、特許文献１及び特許文献２では噴出流タイプ（以降、フローティングタイプと呼ぶ）の熱風乾燥と赤外線乾燥とを組み合わせた乾燥装置が提案されている。熱風を噴き出してウェブを浮揚させると同時に加熱し乾燥させるための複数の熱風噴き出しノズルの間に、赤外線加熱装置を設置し、赤外線での加熱と熱風による境界層の除去を交互に繰り返すことにより乾燥時間を大幅に短縮することを可能としている。

しかしながら、このような赤外線乾燥装置と熱風乾燥装置を組み合わせたフローティングタイプの乾燥装置は、イニシャルコストが高くなるとともに、ランニングコストも増大
する。また、ウェブが高分子フィルム基材の場合は、異常停止時に高分子フィルム基材が溶断することを防ぐために、赤外線加熱装置にシャッター機構などを設けるか、赤外線加熱装置の温度を高分子フィルム基材の融点以下に設定する必要がある。さらに塗液が有機溶剤系の場合は、防爆規定から、含まれる有機溶剤の発火点温度より低温で使用する必要があるため、赤外線加熱装置の表面温度が制限される。シャッター機構などを設ける場合は、更なるコストアップの要因となり、また赤外線加熱装置の温度を低く抑える場合は、乾燥に要する時間が長くなり、生産効率が低下し、費用対効果が小さくなるなどの問題点を抱えている。

特許第２６９４３２５号公報 特開平５−２０３３５５号公報

そこで本発明は、赤外線乾燥装置と熱風乾燥装置を組み合わせることで乾燥時間を短縮することができ、且つ熱風乾燥装置と同等のイニシャルコストとランニング費用を実現することができる裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置を提供することを課題とする。

本発明者は、赤外線を放射する手段として、赤外線放射率が高い物質を用いた赤外線放射板を採用し、乾燥用の熱風を赤外線放射板の熱源とすることで、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

上記課題を解決する手段として、本発明の請求項１に記載の発明は、塗膜が塗布されたウェブを浮揚させて搬送しながら乾燥させる裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置であって、
前記ウェブの下方から熱風を噴き出すことによってウェブを浮揚させる複数の熱風噴き出しノズルの間に設置した赤外線放射板Ａと、
前記ウェブの上方に、前記塗膜が塗布された幅以上に広く、且つ前記ウェブと平行に流れ方向をカバーするように設置した赤外線放射板Ｂと、を備えていることを特徴とする裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置である。

請求項２に記載の発明は、赤外線放射板Ａと赤外線放射板Ｂが、金属板の表面に赤外線放射物質が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置である。

請求項３に記載の発明は、熱風噴き出ノズルのウェブと対面する面に、赤外線放射物質が形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置である。

請求項４に記載の発明は、赤外放射板Ｂとウェブとの距離が１０ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置である。

フィルム基材上に塗布された塗膜の乾燥を短時間で行うことができ、且つ乾燥ムラを生じさせること無く、密着性の良い膜を得ることができる。

乾燥装置を含めた一般的な塗工ラインの例を示す概念図 従来の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置の例を示す断面模式図 本発明による裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置の例を示す断面模式図 本実施例におけるクロスハッチテストの結果を示す表

以下、本発明について図を用いて詳細に説明する。
塗工装置１２にはグラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター等、各種方式の塗工装置が使用できる。

図３に本発明による裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置の例を示す断面模式図を示す。従来の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置と比較した場合の主な相違点は、ウェブ１０Ｃの上方に、塗膜が塗布された幅以上に広く、且つウェブ１０Ｃと平行にウェブ１０Ｃの流れ方向をカバーするように設置された赤外線放射板Ｂ２２が備えられていることと、ウェブ１０Ｃの下方に設けられた複数の熱風噴き出しノズル２０Ｃの間に赤外線放射板Ａ２４が備えられていることと、熱風噴き出しノズル２０Ｃの熱風が噴き出す面に赤外線放射物質２３が形成されていること、などである。

ウェブ１０Ｃの上方（塗膜が塗布された面側）に、ウェブ１０Ｃ上の塗膜が塗布された幅以上に広く、且つウェブ１０Ｃと平行にウェブ１０Ｃの流れ方向をカバーするように設置された赤外線放射板Ｂ２２と、ウェブ１０Ｃの下方に設置された複数の熱風噴き出しノズル２０Ｃの間に設置された赤外線放射板Ａ２４としては、金属の表面に赤外線放射物質を形成したものを用いることができる。金属を使用せずに、セラミックを使用することもできるが、特にウェブの幅が広い場合など、大面積を均一に加熱する場合には、温度分布の均一性が良好な材料の表面に赤外線放射物質を形成したものを使用する方が好ましい。そのためには、熱伝導率が高い材料の表面に赤外線放射物質を形成した方が良い。一般に熱伝導率が高い材料は金属であるが、金属以外でも熱伝導率が金属と同等以上の材料であれば好適に使用することができる。以下は、金属を用いた場合について説明する。

赤外線は０．７８〜３μｍの近赤外線と３〜１０００μｍの遠赤外線とに分けられる。高分子材料はほとんどが３〜４μｍ及び６μｍ以上に強い吸収帯を持っていることから、高分子材料に効率よく吸収され発熱する遠赤外線領域を使用することが好ましい。

金属の表面に形成する赤外線放射物質としては、赤外線放射率が高い物質が好ましく、赤外線放射率が０．６以上、好ましくは０．９以上、更に好ましくは０．９５以上のものを好適に使用することができる。

赤外線放射板の形態としては、金属板の表面にセラミックをコートした形態が挙げられる。セラミックは、赤外線波長域３μｍ〜１４μｍで０．９以上の赤外線放射率を容易に得ることができる。

セラミックはその組成の幅が広く、赤外線放射率が高いものを選択または調整して使用することが可能である。またセラミックを金属の表面にコートする方法としては、セラミック微粒子を主成分とする塗液を金属板に塗布・焼成する方法、セラミック微粒子を金属板に溶射する方法、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングなどの物理的な薄膜形成方法、ＣＶＤ、ＰＣＶＤなどの化学的な薄膜形成方法など様々な方法を採用することが可能である。基材である金属板と形成されるセラミックコート層との密着性や、高い赤外線放射率を得るのに必要なセラミック組成を考慮し、コートする方法を選択することができる。

金属としては、熱伝導率が高い銀、金、銅、アルミニウム、真鍮、鉄、ステンレス鋼、各種の合金など用いることが可能である。金属以外でも、ＳＵＳ３０４（熱伝導率：１６．７[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]）と同等以上の熱伝導率を持つ材料であれば好適に使用することが可能である。

また金属の表面にセラミックをコートする代わりに、金属の表面を酸化や窒化させることによっても、高い赤外線放射率を持った赤外線放射板を得ることが可能である。例えば、ニクロム、鉄、インコネル、銅、モリブデンなどは表面を酸化させることによって０．８以上（波長域：３μｍ〜１４μｍ）の赤外線放射率を得ることが可能である。

また、赤外線放射率が高い材料としては、レンガ、グラファイト、カーボン、コンクリート、玄武岩なども挙げることができる。これらも温度の均一性を確保することにより、広いウェブの場合でも適用することができる。

また、熱風噴き出しノズル２０Ｃのウェブ対向面（熱風噴き出し面）に形成する赤外線放射物質２３には、赤外線放射板Ｂ２２、赤外線放射板Ａ２４に使用した材料と同じものを好適に使用することができる。

赤外線放射板Ｂ２２は、ウェブ１０Ｃと平行に設置するが、ウェブ１０Ｃとの距離を１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲に設定することが好ましい。１０ｍｍ未満では、搬送中のウェブ１０Ｃが熱風により部分的に上下に変動し、赤外線放射板Ｂ２２と接触する恐れがあり、１００ｍｍより離した場合では、赤外線が減衰するために十分な加熱、乾燥効果が得られない。また、赤外線放射板Ｂ２２の幅方向の大きさは、塗膜面全体を均一に加熱する上で、塗膜の幅と同等以上とすることが好ましい。赤外線放射板Ｂ２２の流れ方向の長さは、赤外線放射板Ｂ２２により加熱される時間が長くなるように、熱風により除去した蒸気が滞留しない範囲で、長くした方が好ましい。

赤外線放射板Ｂ２２、赤外線放射物質２３、赤外線放射板Ａ２４の加熱は、乾燥装置１３Ｃ内の熱風により行うものであり、専用の加熱手段を備えていない。よって、赤外線放射板Ｂ２２、赤外線放射物質２３、赤外線放射板Ａ２４の温度は乾燥装置１３Ｃの設定温度とほぼ同じになる。実際にはウェブ１０Ｃとの輻射熱交換により熱を奪われるため、若干の温度低下が発生する。この温度低下を最小限に抑えるためには、図３に示すウェブ上方の赤外線放射板Ｂ２２のように、給気ヘッダー２１Ｃに密着させ、熱風からの熱の供給だけでなく、給気ヘッダー２１Ｃからの熱伝導によっても熱を供給することが好ましい。

このように裏面負圧式フローティングタイプの熱風乾燥と、赤外線乾燥とを併用することで、塗膜の乾燥時間を短縮することが可能となり、生産効率を向上させることができる。また、使用している赤外線放射板Ｂ２２、赤外線放射物質２３、赤外線放射板Ａ２４は熱風を熱源としているため、従来の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置と同等のランニングコストで効率良く乾燥させることができる。

ウェブ１０ＡとしてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリカーボネート等の樹脂フィルムや金属箔、紙等が使用できる。塗布前のウェブ１０Ａにコロナ処理等の前処理を実施しても良い。

以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。
ポリオールを主剤、イソシアネートを硬化剤とし、ＮＣＯ／ＯＨ当量比＝１．２で混合し
、この混合物を酢酸エチルで希釈して得られた固形分濃度３０ｗｔ％の塗液をダイコーターでＰＥＴ基材に塗布（ウェット膜厚は、全て１００μｍとした。）し、１５０℃で乾燥させて保護シートを作成した。塗膜の乾燥状態はＰＥＴ基材と塗膜の密着性の良否を、ＪＩＳ Ｋ５４００に従ってクロスハッチテスト（１ｍｍ間隔、１００マス）で評価し、以下の基準で判定した。
○・・・１００／１００（十分に乾燥し、密着している。）
△・・・１〜９９／１００（乾燥が不十分、または密着性能が十分に発現していない。）
×・・・０／１００（乾燥していない。）
ここで、例えば１〜９９／１００とは、１００マスのうち１〜９９マスが残留していることを示している。

＜実施例１＞
本発明の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置において、赤外線放射板Ｂ２２とウェブ１０Ｃとの距離を１０ｍｍに設定して、３０秒から６０秒まで乾燥時間を５秒間隔で変更した７水準の保護シートを作成した。尚、赤外線放射板Ｂ２２と赤外線放射板Ａ２４は、厚さ２ｍｍのＳＵＳ３０４板の表面上に、赤外線放射率０．９５の無機酸化物からなるセラミックコートを施した。熱風噴き出しノズルの赤外線放射物質２３は、ＳＵＳ３０４で作製した熱風噴き出しノズルの表面に、同じセラミックコートを施すことによって作製した。

＜実施例２＞
赤外線放射板とウェブとの距離を１００ｍｍに設定した以外は、実施例１と同様にして保護シートを作成した。

＜比較例１＞
赤外線放射板とウェブとの距離を２００ｍｍに設定した以外は、実施例１と同様にして保護シートを作成した。

＜比較例２＞
図２に示すような一般的な裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置で、３０秒から６０秒まで乾燥時間を５秒間隔で変更した７水準の保護シートを作成した。

図４に示すように、本発明の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置を用いると乾燥時間が短縮できることが分かる。また、赤外線放射板とウェブとの距離は近いほど効果が高いことが分かる。

本発明のように間接加熱の赤外線放射を活用することで、従来の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置に比べ、ランニングコストを増大させることなく乾燥時間が短縮でき、乾燥工程の生産効率を向上させることができる。

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ・・・ウェブ
１１・・・送り出し装置
１２・・・塗工装置
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ・・・裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置
１４・・・巻き取り装置
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ・・・ガイドローラー
２０Ｂ、２０Ｃ・・・熱風噴き出しノズル
２１Ｂ、２１Ｃ・・・給気ヘッダー
２２・・・赤外線放射板Ｂ
２３・・・赤外線放射物質
２４・・・赤外線放射板Ａ

Claims (4)

1. 塗膜が塗布されたウェブを浮揚させて搬送しながら乾燥させる裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置であって、
   前記ウェブの下方から熱風を噴き出すことによってウェブを浮揚させる複数の熱風噴き出しノズルの間に設置した赤外線放射板Ａと、
   前記ウェブの上方に、前記塗膜が塗布された幅以上に広く、且つ前記ウェブと平行に流れ方向をカバーするように設置した赤外線放射板Ｂと、を備えていることを特徴とする裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置。
2. 赤外線放射板Ａと赤外線放射板Ｂが、金属板の表面に赤外線放射物質が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置。
3. 熱風噴き出ノズルのウェブと対面する面に、赤外線放射物質が形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置。
4. 赤外放射板Ｂとウェブとの距離が１０ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の裏面負圧式フローティングタイプの乾燥装置。

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