JP2016017255A - 基材への液体の含浸装置及び含浸方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材へ液状の材料を均一に含浸させること。【解決手段】開口部を有する繊維基材６０２に、液状材料６０４を含浸させるにあたって、含浸ローラ１０１には内側ローラ１０３と外側ローラ１０５を備え、繊維基材６０２を圧縮させて繊維基材中の空気を外部に放出した直後に、液状材料６０４を流し込むことにより、繊維基材６０２に再度空気が入り込むことなくなり、均一に液状材料６０４を繊維基材６０２に含浸させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、基材に、液状体を含浸させる方法と装置に関するものである。特に、不織布、グラスウール等の繊維基材に、液状のエアロゲルを含浸させる方法と装置に関するものである。

断熱材として使用するエアロゲルシートは、不織布、グラスウール等の繊維基材に、液状の材料を含浸させた後、撥水処理を行い、乾燥することにより製造することができる。

上記断熱材の製造方法としては、長尺の連続繊維を用い、連続生産する方法がある。

そして、繊維基材に液状の材料を連続して均一に含浸する方法としては、繊維基材を連続して送りながら、液状の材料の入った槽（含浸槽）に浸漬するディップ方式がある。

また、繊維基材に液状の材料をシャワーにより塗布するシャワー方式もある。

一方の一部が含浸槽に浸漬された１対のローラ間に繊維基材を通すことにより、液状の材料と繊維基材を接触させて含浸するローラ方式もある。

これらの方式では、繊維基材の内部に空気が閉じ込められて残り、これが気泡となって未含浸部分が残存し易いという問題がある。

そこで、繊維基材を１対のローラの間に通すことにより繊維基材を圧縮させ、繊維基材中に含まれる空気を大気中に押し出した直後、含浸させる液状の材料が付着したローラに、繊維基材を通すことにより含浸させている方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

図６は、特許文献１に記載された従来の含浸方法を示す図である。

図６において、圧縮ローラ６０１は繊維基材６０２を挟み込む１対のローラになっており、ローラ間を通した繊維基材６０２を、ロール圧により圧縮することにより、繊維基材６０２中に存在している空気を大気中に逃がしている。含浸ローラ６０３は、繊維基材６０２の進行方向に対し、圧縮ローラ６０１の直後に設置され、下側の含浸ローラ６０３は液状材料６０４が入った材料槽６０５に一部が接触している。含浸ローラ６０３は回転することにより材料槽６０５中の液状材料６０４が繊維基材６０２に含浸され、常に、液体を保持するという方法となっている。

特開昭５９−５０２４号公報

しかしながら、従来の構成では、１対の圧縮ローラ６０１で繊維基材６０２を挟み込んで繊維基材６０２中の空気を大気中に押し出した後に、含浸ローラ６０３で、液状材料６０４を含浸させるまでの間に少しでも繊維基材６０２を開放する区間が存在する。このため、圧縮から開放された瞬間に、空気が繊維基材６０２に再度入り込むため、液状材料６０４が繊維基材６０２に入り込めなくなる場所が発生する。繊維基材６０２に液状材料６０４の含浸が完全にできていない未含浸部分ができることにより、含浸ムラとなってしまい。最終的に性能が不十分な製品ができてしまうという課題を有している。

本発明は、従来のこの課題を解決するもので、繊維基材６０２に均一に液状材料６０４を含浸させることができる、含浸方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、液体を供給するガイドと、ガイドの外周に位置しガイドから液体を受ける外側ローラと、を含むローラと、基材を運搬する台座と、ローラと前記台座との間で前記基材を圧縮する加圧部と、を有し、外側ローラには複数の第１穴があり、複数の前記第１穴から前記液体を前記基材へ塗布する基材への液体の含浸装置を用いる。

また、ガイドから前記液体を外側ローラの内側へ供給し、外側ローラは、その外側面と台座との間で、基材を圧縮し、外側ローラは、有する複数の第１穴を介して、液体を基材の圧縮された部分へ塗布する基材への液体の含浸方法を用いる。

繊維基材中に含まれている空気を大気中に追い出すと同時に、液状材料を繊維基材含浸できるため、繊維基材の圧縮後から液状材料を含浸させるまでの間に、再度空気が基材中に進入できず、含浸ムラのない均一な含浸が可能となる

実施の形態１における含浸装置の断面図 実施の形態１における含浸ローラの切断斜視図 （ａ）〜（ｂ）実施の形態１における含浸装置の構造の他例を示す図 実施の形態１における内側ローラの穴構造を示す図 実施の形態２における含浸ローラの断面図 従来例を示す断面図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１、２は、本発明の実施の形態１における含浸装置を示す断面図である。図１、図２において、図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図１は、断面図、図２は、その断面から後方の斜視図である。

＜構成＞
実施の形態１の含浸装置は、含浸ローラ１０１とローラ１０２とからなる。以下各ローラは円筒形状である。

ローラ１０２は、含浸ローラ１０１と協動して、被対象物を送るためのローラである。ローラやテーブルなどの台座である。また、別途台座に被対象物を載せて、ローラ間を通してもよい。

含浸ローラ１０１は、液状材料６０４を繊維基材６０２へ塗布するローラである。圧縮と含浸とを同時に行うローラである。

含浸ローラ１０１は、内側ローラ１０３と、外側ローラ１０５と、ガイド５０１と、荷重５０２とからなる。

内側ローラ１０３は、円筒状形状である。液状材料６０４を、外部から含浸ローラ１０１に供給するローラである。含浸ローラ１０１の中心部分に位置する。複数の塗布穴４０１を均等に有しており、液状材料６０４を外側にあるガイド５０１へ送る。

ガイド５０１は、円筒状で一部にスリット形状の開口部５０３を有する。内側ローラ１０３と外側ローラ１０５との間に位置する。開口部５０３の幅は、内側ローラ１０３、外側ローラ１０５と同じ幅である。ガイド５０１は、内側ローラ１０３から液状材料６０４を受け、液状材料６０４の方向を制御する部分である。ガイド５０１は、液状材料６０４を外側ローラ１０５へ塗布する部分である。開口部５０３を有しており、開口部５０３を通じて、液状材料６０４を塗布する。開口部５０３は、繊維基材６０２の面に対して垂直方向である、図１では鉛直方向である。

荷重５０２は、ガイド５０１の開口部５０３を下方へ向けるための重しである。

外側ローラ１０５は、含浸ローラ１０１の外周部分に位置する。繊維基材６０２に触れ、液状材料６０４を繊維基材６０２に加圧しながら、塗布する部分である。ガイド５０１の開口部５０３からの液状材料６０４を受け、その含浸穴２０１から、繊維基材６０２へ塗布する。

図示しないが、含浸ローラ１０１とローラ１０２とで繊維基材６０２を加圧（圧縮）する機構が別途ある。

含浸ローラ１０１、内側ローラ１０３、外側ローラ１０５、ガイド５０１は、アルミニウムで作製できる。荷重５０２は、ステンレスで作製できる。

＜プロセス＞
図１において、繊維基材６０２を圧縮する含浸ローラ１０１とローラ１０２で挟み込み、繊維基材６０２を圧縮させることにより空気を大気中に逃がし、かつ、液状材料を塗布する構成になっている。

また、圧縮開放と同時に液状材料６０４を繊維基材６０２に塗布し含浸させるため、以下をする。
（ａ）内側ローラ１０３に液状材料６０４を供給する。
（ｂ）内側ローラ１０３の塗布穴４０１より、液状材料６０４を流出する。
（ｃ）液状材料６０４を、ガイド５０１にて流出方向を規定し、外側ローラ１０５に流出する。
（ｄ）外側ローラ１０５の外周に施された含浸穴２０１より、液状材料６０４を流出し、繊維基材６０２に液状材料６０４を含浸させる。

なお、外側ローラ１０５が回転し、繊維基材６０２がそれに合わせて送られる。開口部５０３の位置は、鉛直下方であり、外側ローラ１０５が繊維基材６０２を圧縮している部分の上方である。含浸穴２０１により、その圧縮している部分の前後に液状材料６０４が塗布される。結果、繊維基材６０２が圧縮、開放時に、液状材料６０４が塗布される。

結果、繊維基材６０２へ液状材料６０４を未含浸部分の無い、均一な含浸を行うことができる。

＜外側ローラ１０５の含浸穴２０１＞
外側ローラ１０５は、図３（ａ）に示すように、外側ローラ１０５の外周に複数の含浸穴２０１が存在する形状になっている。たとえば、図１で、外側ローラ１０５の内側に液状材料６０４が存在した場合、その液状材料６０４が外側ローラ１０５の内側に滞ることなく、外側に流出する構造となっている。外側ローラ１０５の外側に繊維基材６０２があれば、内側にある液状材料６０４をその繊維基材６０２に含浸させることのできる構造になっている。

図３（ａ）に示すように、外側ローラ１０５の外周に、複数の含浸穴２０１が、均一
存在する。繊維基材６０２に液状材料６０４（図１）が流れ込むように、含浸穴２０１を配置する。含浸穴２０１の間隔２０２は、小さいほど望ましい。最小の含浸穴２０１の間隔２０２を、０．５ｍｍとしており、範囲は０．０１ｍｍ〜３ｍｍの範囲が好ましい。

含浸穴２０１の間隔２０２の範囲については、含浸させる液状材料６０４を繊維基材６０２に対して滴下した場合（図１）の、繊維基材６０２中での広がりやすさにより決定している。例えば、液状材料６０４を１ミリリットルの繊維基材６０２に滴下した場合、滴下の中心点から半径４ｍｍまでは１秒以内に広がるが、それ以上の広がりは時間を要すため、繊維基材６０２の送り速度により、未含浸部分が発生する可能性がある。つまり、この４ｍｍ以上間隔が空くと、未含浸部分が発生する可能性があるため、最大値を４ｍｍより小さいとしている。

また、含浸穴２０１間の最小値については、外側ローラ１０５を構成するために、また、強度の点、繊維基材６０２の圧縮の点で、ゼロより大きな数値が必要になり、実現可能な値として０．０１ｍｍとしている。

外周の含浸穴２０１の径２０３は、液状材料６０４が十分に流れ出す様に、大きい程望ましく、含浸穴２０１の径２０３を５ｍｍとしており、含浸穴２０１の径２０３は３ｍｍ〜１０ｍｍの間が望ましい。

含浸穴２０１の径２０３の範囲については、浸させる液状材料６０４を繊維基材６０２に対して滴下した場合の、穴からの液の出やすさにて決定している。含浸穴２０１の径２０３が３ｍｍ以下の場合、滴下した液状の材料が穴から出しきれないものが発生し、十分な量が塗布できない。また、１０ｍｍ以上の場合、均一に塗布する液量が多くなりすぎてしまい、含浸ムラが発生してしまうため、この範囲としている。

外周の含浸穴２０１の形状は、図３（ｂ）に示すように、円形穴ではなく多角形穴３０１でも可能である。

＜内側ローラ１０３の外周に存在する複数の塗布穴４０１＞
内側ローラ１０３の外周に存在する複数の塗布穴４０１は、液状材料６０４を一度に大量に内側ローラ１０３の外側に流出させないために小さいほど望ましい。塗布穴４０１の間隔４０２の最大穴間隔を、５ｍｍとしており、範囲は１ｍｍ〜５ｍｍの範囲が望ましい。

塗布穴４０１の間隔４０２の範囲については、外部から供給される液状材料６０４の量により決定している。液量が多い場合は塗布穴４０１の間隔４０２の値が５ｍｍでも、均一に塗布が可能である。しかし、それより大きい場合、液状材料６０４の供給口に近い部分からの塗布量が多くなり、均一に塗布ができない。

また、間隔４０２が、１ｍｍより小さい場合、塗布穴４０１から十分な液状材料６０４が塗布できず、均一に塗布することが不可能となるため、この範囲としている。

外周の塗布穴４０１の径４０３は、液状材料６０４が大量に内側ローラ１０３の外側に流出させないために、小さいほど望ましく、塗布穴径を０．５ｍｍとしている。その範囲は０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲が好ましい。

塗布穴４０１の径４０３の範囲については、塗布穴４０１からの液状材料６０４の出やすさにより決定している。塗布穴４０１の径が０．５ｍｍより小さい場合、液状材料６０４が塗布穴４０１より外側に出切らず、塗布量にバラツキが発生する。

径４０３が、３ｍｍより大きい場合、液状材料６０４を供給する上流と下流の塗布量がバラつくため、この範囲としている。

＜効果＞
この内側ローラ１０３、外側ローラ１０５構成により、含浸対象である繊維基材６０２中に含まれている空気を大気中に追い出し且つ、液状材料６０４を繊維基材６０２へ含浸させることが可能となる。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２の含浸ローラ１０１の断面図である。その他の構成は実施の形態１と同じである。

図５では、ガイド５０１の開口部５０３が下方からθ角度、進行方向へずれている。荷重５０２により、角度θを調整できる、このことで、液状材料６０４を、繊維基材６０２の圧縮前より、圧縮中および圧縮直後に、塗布できる。圧縮前に液状材料６０４を塗布すると、液状材料６０４の塗布残りがでやすい。
液状材料６０４を繊維基材６０２に塗布するタイミングは、繊維基材６０２の圧縮中もしくは圧縮後の開放直後に材料を塗布する必要がある。

圧縮と含浸のタイミングをずらす構造として、図５に示すように、ガイド５０１の開口部５０３の両端に、荷重５０２となる部分を付加する。

この荷重５０２は左右の重量が異なっており、軽い加重側に傾く構造となっており、この左右の加重重量比を調節することにより、塗布角度を調節することが可能となる。調節する塗布角度であるが、内側ローラ１０３の円の中心から、外側ローラ１０５と繊維基材６０２の接触部を結ぶ直線を基準に角度θを定義する。繊維基材６０２の送り方向に対し角度θは、３度としており、この角度θは、０度〜１０度の間が望ましい。

この角度θは、繊維基材６０２に塗布される液状材料６０４の塗布範囲によって決定している。角度θが大きくなると、圧縮位置と塗布位置の距離が大きくなり、圧縮開放と含浸の間で繊維基材６０２の中に再度空気が入り込んでしまい、均一な含浸ができない。この角度が１０度を超えると、空気が入り込む。

０度以上１０度以下なら、空気がはいり込まず液状材料が塗布できる。３度±２度なら、さらに、均質に液状材料が塗布できる。

結果、繊維基材６０２が、含浸ローラ１０１にて圧縮されているポイントの前後、つまり圧縮前の基材部分と圧縮後の基材部分に、液状材料６０４が塗布される。この場合、均一な含浸ができず、含浸ムラが発生する。

（なお書き）
なお、実施の形態１，２は組み合わせができる。繊維基材６０２は、他の基材でもよい。圧縮できるものならよい。液状材料６０４は、液体だけでなく、固体成分、粉が入った液体でもよい。スラリー、粘性液体、液体の樹脂材料でもよい。

本発明の基材への含浸方法及び含浸装置は、繊維基材へ液状の材料をムラ無く均一に、含浸させることが可能であり、ゲルシート、プリプレグ、積層板等の製造用途にも適用できる。

１０１ 含浸ローラ
１０２ ローラ
１０３ 内側ローラ
１０５ 外側ローラ
２０１ 含浸穴
２０２ 間隔
２０３ 径
３０１ 多角形穴
４０１ 塗布穴
４０２ 間隔
４０３ 径
５０１ ガイド
５０２ 荷重
５０３ 開口部
６０１ 圧縮ローラ
６０２ 繊維基材
６０３ 含浸ローラ
６０４ 液状材料
６０５ 材料槽

Claims (6)

1. 液体を供給するガイドと、前記ガイドの外周に位置し前記ガイドから前記液体を受ける外側ローラと、を含むローラと、
   基材を運搬する台座と、
   前記ローラと前記台座との間で前記基材を圧縮する加圧部と、を有し、
   前記外側ローラには複数の第１穴があり、複数の前記第１穴から前記液体を前記基材へ塗布する基材への液体の含浸装置。
2. さらに、前記ガイドの内側に、前記液体を前記ガイドへ導入する内側ローラがあり、
   前記内側ローラには、複数の第２穴があり、前記複数の第２穴を介して、前記液体を前記ガイドへ送る請求項１記載の基材への液体の含浸装置。
3. 前記ガイドには、前記外側ローラへ前記液体を供給するスリット形状の開口部がある請求項１または２記載の基材への液体の含浸装置。
4. 前記ガイドには、前記開口部を前記基材へ向ける荷重がある請求項３記載の基材への液体の含浸装置。
5. 前記開口部が前記液体を塗布する方向は、前記基材の面に垂直方向から、１０度以内で傾いている請求項３または４記載の基材への液体の含浸装置。
6. ガイドから前記液体を外側ローラの内側へ供給し、
   前記外側ローラは、その外側面と台座との間で、前記基材を圧縮し、
   前記外側ローラは、有する複数の第１穴を介して、前記液体を前記基材の前記圧縮された部分へ塗布する基材への液体の含浸方法。

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