JP2015230104A

JP2015230104A - ロール・トゥ・ロール加熱炉

Info

Publication number: JP2015230104A
Application number: JP2014114792A
Authority: JP
Inventors: 毅史小牧; Takeshi Komaki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2015-12-21

Abstract

【課題】加熱ゾーンでフィルムをジグザグに配置するロール・トゥ・ロール加熱炉において、炉内温度を均一にすると共にフィルムのテンションを管理できるようにする。【解決手段】スラローム式のロール・トゥ・ロール加熱炉１０は、加熱ゾーン１６の上流側に巻出装置１２、下流側に巻取装置４８を備え、巻出装置１２から巻き出されたフィルムＦを加熱ゾーン１６で加熱したあと巻取装置４８で巻き取るものである。加熱ゾーン１６には、１番目からｎ番目（ｎは２以上の整数）の独立した加熱室２０1〜２０nが下から上へ並べられている。各加熱室２０1〜２０nは断熱材で囲まれており、ｋ番目（ｋは１から（ｎ−１）までの整数）の加熱室２０kと（ｋ＋１）番目の加熱室２０k+1との間の室外位置には、ｋ番目の加熱室２０kを通過したフィルムＦを方向転換させて（ｋ＋１）番目の加熱室２０k+1へ導く方向転換ローラ２６kが設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、ロール・トゥ・ロール加熱炉に関する。

従来より、加熱炉本体の上流側に巻出装置、下流側に巻取装置を備えたロール・トゥ・ロール加熱炉が知られている（例えば特許文献１，２）。ロール・トゥ・ロール方式の加熱炉では、処理前のフィルムを上流側の巻出装置に巻いておき、そのフィルムを高温の加熱炉本体に通すことにより加熱処理を施し、加熱炉本体を通過したあとの処理済みのフィルムを下流側の巻取装置に巻き取る。

特開２００６−２７３６４５号公報特開２００４−３０８０９８号公報

ところで、ロール・トゥ・ロール加熱炉において、加熱炉本体を長くして処理能力を高くして生産効率を上げることがある。その場合、単純に加熱炉本体を水平方向に長くすると、装置全体が大型化してしまう。そのため、例えば図７や図８に示すように、加熱炉本体１０４の内部に方向転換用のローラ１０６を複数設け、巻出装置１０２から巻き出されたフィルムＦをそれらのローラ１０６にジグザグとなるように架け渡して巻取装置１０８に巻き取らせるスラローム式を採用することが考えられる。

しかしながら、図７や図８に示したロール・トゥ・ロール加熱炉では、炉内温度を一定に制御しようとしても、煙突現象（ドラフト現象）で炉内の下部Ｌから上部Ｕへ熱が移動してしまい、炉内温度を均一にできないという問題がある。特に、炉内温度を３００〜６００℃に設定する場合にこの問題は顕著になる。また、こうした加熱炉では、フィルムＦのテンションが予め設定したテンションとなるように管理する必要がある。その場合、方向転換用ローラ１０６にテンションセンサを取り付けることになる。しかし、方向転換用ローラ１０６が炉内で加熱されると、伝熱によってテンションセンサが高温になり、センサ内の素子へ熱ダメージを与え故障するおそれがある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、加熱ゾーンでフィルムをジグザグに配置するロール・トゥ・ロール加熱炉において、炉内温度を均一にすると共にフィルムのテンションを容易に管理できるようにすることを主目的とする。

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

すなわち、本発明のロール・トゥ・ロール加熱炉は、
加熱ゾーンの上流側に巻出装置、下流側に巻取装置を備え、前記巻出装置から巻き出されたフィルムを前記加熱ゾーンで加熱したあと前記巻取装置で巻き取るロール・トゥ・ロール加熱炉であって、
前記加熱ゾーンには、１番目からｎ番目（ｎは２以上の整数）の独立した加熱室が下から上へ並べられ、各加熱室は断熱材で囲まれており、ｋ番目（ｋは１から（ｎ−１）までの整数）の加熱室と（ｋ＋１）番目の加熱室との間の室外位置には、ｋ番目の加熱室を通過したフィルムを方向転換させて（ｋ＋１）番目の加熱室へ導く方向転換手段が設けられている
ものである。

このロール・トゥ・ロール加熱炉は、加熱ゾーンに、１番目からｎ番目の独立した加熱室が下から上へ並べられ、各加熱室は断熱材で囲まれている。各加熱室は、これらの加熱室の容積の総和と同じ容積の加熱炉本体を用いる場合と比べて、容積が小さい分、ドラフト現象による下部から上部への熱の移動が少ない。そのため、各加熱室内の温度を容易に均一にすることができる。また、方向転換手段が加熱室の室外に設けられているため、テンションセンサを室外に設置できる。そのため、テンションセンサが加熱室内の温度の影響を受けることがなく、フィルムのテンションを容易に管理することができる。

本発明のロール・トゥ・ロール加熱炉において、１番目からｎ番目の加熱室は、断熱材で囲まれた筐体の内部空間を（ｎ−１）個の断熱性の仕切壁で仕切ることにより形成されていてもよい。こうすれば、本発明のロール・トゥ・ロール加熱炉を容易に実現することができる。この場合、ｎ番目の加熱室から排出された排気を１番目の加熱室へ供給する排気供給手段を備えていてもよい。１〜（ｎ−１）番目の加熱室の熱は仕切壁を介して最上層のｎ番目の加熱室に伝わり、ｎ番目の加熱室の室温が高くなることがある。そのため、ｎ番目の加熱室から排出された高温の排気を１番目の加熱室へ供給して、１番目の加熱室の加熱を補助することにより、省エネを図ることができる。また、ｋ番目の加熱室と（ｋ＋１）番目の加熱室とを仕切る仕切壁には、両室を繋ぐ開閉可能な通気孔が設けられていてもよい。こうすれば、ｋ番目の加熱室と（ｋ＋１）番目の加熱室とを任意に連通したり遮断したりすることができる。

本発明のロール・トゥ・ロール加熱炉において、１番目からｎ番目の加熱室は、それぞれ断熱材で囲まれた個別の小型加熱炉としてもよい。こうしても、本発明のロール・トゥ・ロール加熱炉を容易に実現することができる。

本実施形態のスラローム式のロール・トゥ・ロール加熱炉１０の説明図。仕切壁２４の断面図。シングルローラ２８の平面図。別の実施形態のロール・トゥ・ロール加熱炉の説明図。別の実施形態のロール・トゥ・ロール加熱炉の説明図。別の実施形態のロール・トゥ・ロール加熱炉の説明図。通常考えられるスラローム式のロール・トゥ・ロール加熱炉の説明図。通常考えられるスラローム式のロール・トゥ・ロール加熱炉の説明図。

次に、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて説明する。図１はスラローム式のロール・トゥ・ロール加熱炉１０の説明図、図２は仕切壁２４の断面図、図３はシングルローラ２８の平面図である。

ロール・トゥ・ロール加熱炉１０は、図１に示すように、巻出装置１２と、インフィード装置１４と、加熱ゾーン１６と、アウトフィード装置４６と、巻取装置４８と、テンションコントローラ５０とを備えている。このロール・トゥ・ロール加熱炉１０は、加熱ゾーン１６でフィルムＦをジグザグに配置するスラローム式の加熱炉である。

巻出装置１２は、加熱ゾーン１６の上流側に配置されている。この巻出装置１２の円筒状の芯には、加熱処理前のフィルムＦが巻かれている。

インフィード装置１４は、巻出装置１２と加熱ゾーン１６との間に配置されている。このインフィード装置１４は、駆動ローラ１４ａと従動ローラ１４ｂからなるニップローラであり、駆動ローラ１４ａには図示しないモータがギヤを介して動力を伝達可能に接続されている。また、インフィード装置１４は、巻出装置１２から巻き出された加熱処理前のフィルムＦを加熱ゾーン１６へ搬送する役割を果たす。

加熱ゾーン１６には、加熱炉本体１８と、複数の方向転換ローラ２６（方向転換手段）と、１つのシングルローラ４０とが設けられている。

加熱炉本体１８は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の独立した加熱室２０を有している。図１の加熱炉本体１８は、４個（つまりｎ＝４）の加熱室２０を有している。加熱室２０の末尾には序数を表す下付数字を付し、１番目の加熱室２０₁，２番目の加熱室２０₂，……，ｎ番目の加熱室２０_nのように表すものとする。加熱炉本体１８には、下から上に向かって１番目、２番目、……、ｎ番目の加熱室２０₁，２０₂，……，２０_nが並べられている。１番目からｎ番目の加熱室２０₁〜２０_nは、直方体形状の筐体２２の内部空間を、（ｎ−１）個の断熱性の仕切壁２４で仕切ることにより形成されている。仕切壁２４は、図２に示すように、金属製（例えばステンレス製）の表面部材２４ａによって囲まれた空隙にグラスファイバーなどの断熱材２４ｂが充填された構造となっている。筐体２２の壁も、この仕切壁２４と同じ構造となっている。各加熱室２０₁〜２０_nは、図示しないが、フィルムＦを加熱するヒータを有している。ヒータは、定ピッチとなるように水平方向に沿って複数配置されている。ヒータの種類は、特に限定されないが、例えば、遠赤外線ヒータや近赤外線ヒータ等が挙げられ、１種類でもよいし複数種類を組み合わせてもよい。ヒータはフィルムＦを上方から加熱するように配置されていてもよいし、下方から加熱するように配置されていてもよいし、上下両方から加熱するように配置されていてもよい。また、ヒータに加えて熱風を併用してもよい。各加熱室２０₁〜２０_nには、図示しないが、フィルムＦを下方から支持するローラが水平方向に定ピッチで配置されると共に、フィルムＦから蒸発した気体を外へ排出する排気パイプが設けられている。

方向転換ローラ２６は、加熱炉本体１８の外側に支持されている。方向転換ローラ２６の末尾には序数を表す下付数字を付し、１番目の方向転換ローラ２６₁，２番目の方向転換ローラ２６₂，……のように表すものとする。ｋ番目（ｋは１から（ｎ−１）までの整数）の方向転換ローラ２６_kは、ｋ番目の加熱室２０_kと（ｋ＋１）番目の加熱室２０_k+1との間の室外位置に配置されており、ｋ番目の加熱室２０_kを通過したフィルムＦを方向転換させて（ｋ＋１）番目の加熱室２０_k+1へ導く。各方向転換ローラ２６₁〜２６_n-1は、その上流側から水平な一方向に沿って送られてきたフィルムＦを上向きに方向転換するシングルローラ２８と、上向きに方向転換されたフィルムＦを水平な一方向とは反対方向に転換して下流側へ送り出すニップローラ３４とを備えている。シングルローラ２８は、図３に示すように、軸の両端にベアリングからなるピローブロック３０が取り付けられ、そのピローブロック３０にテンションセンサ３２が取り付けられている。テンションセンサ３２は、フィルムＦがシングルローラ２８に及ぼすテンションを電気信号に変換して出力するものである。ニップローラ３４は、駆動ローラ３６と従動ローラ３８からなり、両ローラ３６，３８の間にフィルムＦを挟んで送り出すものである。駆動ローラ３６には、図示しないモータがギヤを介して動力を伝達可能に接続されている。ｎ番目の加熱室２０_n の下流側の室外位置には、シングルローラ４０が配置されている。このシングルローラ４０は、シングルローラ２８と同様、軸の両端にベアリングからなるピローブロック４２が取り付けられ、そのピローブロック４２にテンションセンサ４４が取り付けられている。なお、ｋ番目の方向転換ローラ２６_kのテンションセンサ３２は、ｋ番目の加熱室２０_kにおけるフィルムＦのテンションを検出し、テンションセンサ４４は、ｎ番目の加熱室２０_nにおけるフィルムＦのテンションを検出する。

アウトフィード装置４６は、加熱ゾーン１６と巻取装置４８との間に配置されている。このアウトフィード装置４６は、駆動ローラ４６ａと従動ローラ４６ｂからなるニップローラであり、駆動ローラ４６ａには、図示しないモータがギヤを介して動力を伝達可能に接続されている。また、アウトフィード装置４６は、加熱ゾーン１６から排出されたフィルムＦを巻取装置４８へ搬送する役割を果たす。

巻取装置４８は、アウトフィード装置４６の下流側に配置されている。この巻取装置４８の円筒状の芯には、加熱処理後のフィルムＦが巻き取られる。

テンションコントローラ５０は、ＣＰＵをメインとするマイクロプロセッサで構成されている。テンションコントローラ５０の末尾には序数を表す下付数字を付し、１番目のテンションコントローラ５０₁，２番目のテンションコントローラ５０₂，……，ｎ番目のテンションコントローラ５０_nのように表すものとする。１番目のテンションコントローラ５０₁は、１番目の加熱室２０₁の下流に配置されたテンションセンサ３２で検出されたテンションが予め設定された加熱室２０₁に固有の目標値になるように、１番目の加熱室２０₁の上流に配置された駆動ローラ１４ａへ駆動信号を出力する。２番目のテンションコントローラ５０₂は、２番目の加熱室２０₂の下流に配置されたテンションセンサ３２で検出されたテンションが予め設定された加熱室２０₂に固有の目標値になるように、２番目の加熱室２０₂の上流に配置された駆動ローラ３６へ駆動信号を出力する。３番目のテンションコントローラ５０₃は、３番目の加熱室２０₃の下流に配置されたテンションセンサ３２で検出されたテンションが予め設定された加熱室２０₃に固有の目標値になるように、３番目の加熱室２０₃の上流に配置された駆動ローラ３６へ駆動信号を出力する。４番目のテンションコントローラ５０₄は、４番目の加熱室２０₄の下流に配置されたテンションセンサ４４で検出されたテンションが予め設定された加熱室２０₄に固有の目標値になるように、４番目の加熱室２０₄の上流に配置された駆動ローラ３６へ駆動信号を出力する。各加熱室２０₁〜２０_nに固有のテンション目標値は、各加熱室２０₁〜２０_nを通過するフィルムＦが垂れ下がって底面に接触することのないように設定される。

次に、本実施形態のロール・トゥ・ロール加熱炉１０の使用例について説明する。図１に示すように、巻出装置１２から巻き出された加熱処理前のフィルムＦは、インフィード装置１４を通過したあと、加熱ゾーン１６の１番目の加熱室２０₁の入口から内部を通って出口を出て、室外の１番目の方向転換ローラ２６₁で１８０°方向転換する。続いて、フィルムＦは、２番目の加熱室２０₂の入口から内部を通って出口を出て、室外の２番目の方向転換ローラ２６₂で１８０°方向転換する。更に、フィルムＦは、３番目の加熱室２０₃の入口から内部を通って出口を出て、室外の３番目の方向転換ローラ２６₃で１８０°方向転換し、４番目の加熱室２０₄の入口から内部を通って出口を出る。その後、フィルムＦは、シングルローラ４０及びアウトフィード装置４６を通過して巻取装置４８に巻き取られる。各加熱室２０₁〜２０₄の内部はそれぞれ所定温度（例えば３００〜４００℃）に設定されている。フィルムＦには、各加熱室２０₁〜２０₄を通過するたびに加熱処理が施される。上流側の１，２番目の加熱室２０₁，２０₂では、主にフィルムＦから溶媒（例えば水分）が蒸発し、下流側の３，４番目の加熱室２０₃，２０₄では、主にフィルムＦが焼成される。加熱処理前のフィルムＦとしては、カーボンを含む織布、不織布又は紙（例えば東レ製のトレカ（登録商標）など）をフッ素樹脂水溶液に浸漬したカーボンシートなどが挙げられる。こうしたカーボンシートは、加熱処理後、撥水性を有するカーボンシートとなる。

以上詳述した本実施形態のロール・トゥ・ロール加熱炉１０によれば、各加熱室２０₁〜２０_nは、仕切壁２４のない加熱炉本体１８を用いた場合に比べて容積が小さい分、ドラフト現象による下部から上部への熱の移動が少ない。そのため、各加熱室２０₁〜２０_nの温度を容易に均一にすることができる。また、方向転換ローラ２６₁〜２６_n-1が加熱室２０₁〜２０_nの外に設けられているため、各テンションセンサ３２を室外に設置できる。そのため、テンションセンサ３２が加熱室内の温度の影響を受けることがなく、フィルムＦのテンションを容易に管理することができる。更に、加熱処理前のフィルムＦが塗布部（焼成によりフィルムＦのベースへの密着強度が上がる部位）を有する場合、そのフィルムＦは高温のｋ番目の加熱室２０_kから低温の室外へ出たあと高温の（ｋ＋１）番目の加熱室２０_k+1へ入るため、焼き入れ・焼き鈍しの効果でフィルムＦの塗布部の密着強度が向上する。更にまた、１番目からｎ番目の加熱室２０₁〜２０_nは、断熱材で囲まれた筐体２２の内部空間を（ｎ−１）個の断熱性の仕切壁２４で仕切ることにより形成されているため、容易に作製することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態のロール・トゥ・ロール加熱炉１０において、図４に示すように、最上層のｎ番目の加熱室２０_nから排出された排気をファン６２を介して下層の１，２番目の加熱室２０₁，２０₂へ供給する排気供給ライン６０（排気供給手段）を備えていてもよい。１〜（ｎ−１）番目の加熱室２０₁〜２０_n-1の熱は仕切壁２４を介して最上層のｎ番目の加熱室２０_nに伝わり、ｎ番目の加熱室_nの室温が高くなることがある。そのため、ｎ番目の加熱室２０_nから排出された高温の排気を比較的低温の１，２番目の加熱室２０₁，２０₂へ供給して、これらの加熱室２０₁，２０₂の加熱を補助することにより、省エネを図ることができる。なお、ｎ番目の加熱室２０_nから排出された高温の排気は、１，２番目の加熱室２０₁，２０₂の内部へ供給してもよいし、１，２番目の加熱室２０₁，２０₂の外周にジャケットを設けてそのジャケットの内部へ供給してもよい。また、供給先は１番目の加熱室２０₁のみとしてもよいし、最上層以外の加熱室２０₁〜２０_n-1のすべてとしてもよい。このような排気供給ライン６０を加熱炉１０に備えた場合、図５に示すように、ｋ番目の加熱室２０_kと（ｋ＋１）番目の加熱室２０_k+1とを仕切る仕切壁２４に、両室を繋ぐ通気孔６４を設け、その通気孔６４は蓋６４ａにより開閉自在としてもよい。こうすれば、ｋ番目の加熱室２０_kと（ｋ＋１）番目の加熱室２０_k+1とを任意に連通したり遮断したりすることができる。例えば、積極的にドラフト現象を利用したい場合には通気孔６４を開けばよく、ドラフト現象を利用したくない場合には通気孔６４を閉じればよい。また、１番目の加熱室２０₁は蒸発気体の量が多いため、１番目の加熱室２０₁と２番目の加熱室２０₂との間の仕切壁２４の通気孔６４の蓋６４ａを閉じて１番目の加熱室２０₁を独立の雰囲気にしておき、２番目の加熱室２０₂ より上の通気孔６４を開けるようにしてもよい。

上述した実施形態のロール・トゥ・ロール加熱炉１０では、加熱ゾーン１６に、筐体２２の内部空間を複数の仕切壁２４で仕切って１〜ｎ番目の加熱室２０₁〜２０_nを形成したが、図６に示すようにしてもよい。即ち、加熱ゾーン１６に、ｎ個の小型加熱炉６８を下段から上段へ積み重ねることで１〜ｎ番目の加熱室２０₁〜２０_nを形成してもよい。各小型加熱炉６８の内部空間（つまり加熱室２０）は、仕切壁２４と同じ断熱構造の壁で囲まれている。なお、図６ではテンションコントローラ５０₁〜５０_nを省略したが、図１と同様にテンションコントローラ５０₁〜５０_nが接続されているものとする。こうしても、本発明のロール・トゥ・ロール加熱炉を容易に実現することができる。

上述した実施形態では、加熱処理前のフィルムＦとして、カーボンを含む織布、不織布又は紙をフッ素樹脂溶液に浸漬したカーボンシートを例示したが、特にこれに限定されるものではなく、加熱処理が必要なものであればどのようなものでもよい。

上述した実施形態では、シングルローラ２８とニップローラ３４とを備えた方向転換ローラ２６を採用したが、図７や図８に示した１つのローラからなる方向転換ローラ１０６を採用してもよい。

上述した実施形態では、テンションセンサ３２をシングルローラ２８の軸の両側に設けたが（図３参照）、軸の片側のみに設けてもよい。

上述した実施形態において、巻出装置１２から巻き出されたフィルムＦの上面（片面）のみ加熱処理を施す必要がある場合には、奇数番目の加熱室２０のヒータはフィルムＦよりも上方に配置し、偶数番目の加熱室２０のヒータはフィルムＦよりも下方に配置してもよい。こうすれば、どの加熱室２０においてもフィルムＦのうち加熱処理を施す必要のある面が加熱されることになる。

１０ロール・トゥ・ロール加熱炉、１２巻出装置、１４インフィード装置、１４ａ駆動ローラ、１４ｂ従動ローラ、１６加熱ゾーン、１８加熱炉本体、２０加熱室、２２筐体、２４仕切壁、２４ａ表面部材、２４ｂ断熱材、２６方向転換ローラ、２８シングルローラ、３０ピローブロック、３２テンションセンサ、３４ニップローラ、３６駆動ローラ、３８従動ローラ、４０シングルローラ、４２ピローブロック、４４テンションセンサ、４６アウトフィード装置、４６ａ駆動ローラ、４６ｂ従動ローラ、４８巻取装置、５０テンションコントローラ、６０排気供給ライン、６２ファン、６４通気孔、６４ａ開閉蓋、６８小型加熱炉、１０２巻出装置、１０４加熱炉本体、１０６方向転換用ローラ、１０８巻取装置。

Claims

加熱ゾーンの上流側に巻出装置、下流側に巻取装置を備え、前記巻出装置から巻き出されたフィルムを前記加熱ゾーンで加熱したあと前記巻取装置で巻き取るロール・トゥ・ロール加熱炉であって、
前記加熱ゾーンには、１番目からｎ番目（ｎは２以上の整数）の独立した加熱室が下から上へ並べられ、各加熱室は断熱材で囲まれており、ｋ番目（ｋは１から（ｎ−１）までの整数）の加熱室と（ｋ＋１）番目の加熱室との間の室外位置には、ｋ番目の加熱室を通過したフィルムを方向転換させて（ｋ＋１）番目の加熱室へ導く方向転換手段が設けられている、
ロール・トゥ・ロール加熱炉。
１番目からｎ番目の加熱室は、断熱材で囲まれた筐体の内部空間を（ｎ−１）個の断熱性の仕切壁で仕切ることにより形成されている、
請求項１に記載のロール・トゥ・ロール加熱炉。
ｎ番目の加熱室から排出された排気を１番目の加熱室へ供給する排気供給手段を備えている、
請求項２に記載のロール・トゥ・ロール加熱炉。
ｋ番目の加熱室と（ｋ＋１）番目の加熱室とを仕切る仕切壁には、両室を繋ぐ開閉可能な通気孔が設けられている、
請求項２又は３に記載のロール・トゥ・ロール加熱炉。
１番目からｎ番目の加熱室は、それぞれ断熱材で囲まれた個別の小型加熱炉である、
請求項１に記載のロール・トゥ・ロール加熱炉。