JP2017058086A

JP2017058086A - 乾燥方法及び乾燥装置

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Publication number: JP2017058086A
Application number: JP2015184077A
Authority: JP
Inventors: 航佐藤; Wataru Sato; 山本　竜彦; Tatsuhiko Yamamoto; 竜彦山本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2035-09-17
Also published as: JP6584254B2

Abstract

【課題】近赤外線ランプによって加熱される被乾燥物の昇温速度が部位によって異なる場合であっても、被乾燥物を良好に乾燥させることができる乾燥技術を提供すること。【解決手段】乾燥方法は、車体１０の温度をポイントＡ〜Ｋごとに第１測定温度として取得する第１測定工程と、予め設定される目標温度及び第１測定温度から算出された出力に基づいて制御される近赤外線ランプ４２の放射熱で車体１０を加熱する加熱工程と、近赤外線ランプ４２による加熱後の車体１０の温度をポイントＡ〜Ｋごとに第２測定温度として取得する第２測定工程と、第１測定温度及び第２測定温度に基づいてポイントＡ〜Ｋごとに近赤外線ランプ４２の出力を算出する方法を調整する調整工程と、を含み、車体１０よりも後に導入された車体１０の加熱では、調整工程の調整結果が反映される。【選択図】図４

Description

本発明は、被乾燥物を加熱して乾燥させる乾燥方法及び乾燥装置に関する。

従来から、乾燥炉を用いて被乾燥物を乾燥させる技術が知られている。この種の技術を開示するものとして、例えば特許文献１がある。特許文献１には、被乾燥物を熱風により乾燥させる乾燥炉において、被乾燥物中で熱容量が他の部位より大きくて暖まり難い部位に、放射熱を加えて暖まり難い部位の温度が他の部位の温度に近似するように加熱するヒータを備える構成が開示されている。

特許第５５６８３７７号公報

特許文献１に開示される技術では、局部加熱部により被乾燥物の暖まり難い部位を加熱することで、被乾燥物の暖まり難い部位を他の部位の温度に近似させている。しかしながら、暖まり難い部位の中でも板厚の差や近赤外線ランプまでの距離等によって昇温速度が異なるため、同じ近赤外線ランプによって昇温されていても、加熱され過ぎてしまったり、十分に加熱されなかったりする可能性がある。例えば、特許文献１に開示されるような塗料の乾燥では、被乾燥物の暖まり難い部位の中でも温度が上昇し易い部分が想定される温度よりも加熱されてしまい、塗装状態に影響を与えるおそれがある。被乾燥物の乾燥を品質に影響を与えることなくより安定的に行うという点で改善の余地があった。

本発明は、近赤外線ランプによって加熱される被乾燥物の昇温速度が部位によって異なる場合であっても、被乾燥物を良好に乾燥させることができる乾燥技術を提供することを目的とする。

本発明は、被乾燥物（例えば、後述の車体１０）を加熱して乾燥させる乾燥方法において、前記被乾燥物の温度を複数の部位（例えば、後述のポイントＡ〜Ｋ）ごとに第１測定温度として取得する第１測定工程と、予め設定される目標温度及び前記第１測定温度から算出された出力に基づいて制御される近赤外線ランプ（例えば、後述の近赤外線ランプ４２）の放射熱で前記被乾燥物を加熱する加熱工程と、前記近赤外線ランプによる加熱後の前記被乾燥物の温度を前記複数の部位ごとに第２測定温度として取得する第２測定工程と、前記第１測定温度及び前記第２測定温度に基づいて前記複数の部位ごとに前記近赤外線ランプの出力を算出する方法を調整する調整工程と、を含み、前記被乾燥物よりも後に導入された前記被乾燥物の加熱では、前記調整工程の調整結果が反映される乾燥方法に関する。

これにより、板厚の差や近赤外線ランプまでの距離等によって昇温速度が部位ごとに異なる被乾燥物を乾燥させる場合であったとしても、加熱後の第２測定温度が考慮されるので被乾燥物の乾燥状態が複数の部位ごとにばらつく事態を確実に防止できる。加熱され過ぎたり、十分に加熱されなかったりすることもないので、被乾燥物の品質を安定させることができる。

前記加熱工程では、前記被乾燥物は移動しながら前記近赤外線ランプにより加熱され、前記第１測定工程及び前記第２測定工程では、前記被乾燥物の移動方向に設定された前記複数の部位の温度が第１測定温度及び第２測定温度として取得され、前記被乾燥物の加熱は、前記被乾燥物の移動に伴って変化する前記複数の部位の位置に応じて前記近赤外線ランプの出力を経時的に変化させて行われることが好ましい。

これにより、複数の部位の間隔が狭い場合であっても、経時的に出力が変化する近赤外線ランプの加熱によって被乾燥物の加熱をより一層精密に制御することができる。

本発明は、移動する被乾燥物（例えば、後述の車体１０）を加熱して乾燥させる乾燥装置において、前記被乾燥物に放射熱を加える近赤外線ランプ（例えば、後述の近赤外線ランプ４２）と、前記近赤外線ランプの上流側に配置され、前記被乾燥物の複数の部位（例えば、後述のポイントＡ〜Ｋ）の第１測定温度を取得する第１温度測定部（例えば、後述の温度センサユニット６０ａの温度検出部６２）と、前記近赤外線ランプの下流側に配置され、前記複数の部位の第２測定温度を取得する第２温度測定部（例えば、後述の温度センサユニット６０ｂの温度検出部６２）と、予め設定される目標温度及び前記第１測定温度から算出された出力に基づいて前記近赤外線ランプを制御する制御部（例えば、後述の制御部９０）と、を備え、前記制御部は、前記第１測定温度と前記第２測定温度に基づいて前記複数の部位ごとに前記近赤外線ランプの出力を算出する方法を調整する乾燥装置（例えば、後述の乾燥装置１）に関する。

本発明の乾燥技術によれば、近赤外線ランプによって加熱される被乾燥物の昇温速度が部位によって異なる場合であっても、被乾燥物を良好に乾燥させることができる

本発明の一実施形態に係る乾燥装置の内部を示す図である。炉体におけるランプユニットの位置を示す図である。車体が局部加熱部に差し掛かったときの炉体内部を示す図である。車体の底面に設定される複数の部位の例を模式的に示す図である。昇温速度と照射エネルギーの相関関係（モデル）を示すグラフである。制御部による加熱制御を概略的に示すフローチャートである。

以下、本発明の乾燥方法及び乾燥装置の好ましい一実施形態として、塗装済みの車体を被乾燥物として乾燥させる乾燥装置について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る乾燥装置１の内部の様子を模式的に示す図である。なお、以下の説明において左右方向は車体１０の移動方向を前方とした場合における左右である。

本実施形態の乾燥装置１は、いわゆる熱風循環式の乾燥炉であり、塗料が塗布された車体１０を被乾燥物として乾燥させる。乾燥装置１は、車体１０を搬送するコンベア式の搬送装置１１と、搬送される車体１０を囲む炉体１２と、備える。

炉体１２の内部には、第１熱風加熱部１５と、第２熱風加熱部１６と、局部加熱部３０と、が配置される。

第１熱風加熱部１５は、上流側に設けられる車体１０の昇温を行う昇温部である。第１熱風加熱部１５には、熱風ノズル（図示省略）が設けられる。熱風ノズルを通じて熱風が照射され、車体１０が昇温される。

第２熱風加熱部１６は、下流側に設けられる昇温した車体１０の温度を保持する温度保持部である。第２熱風加熱部１６にも、熱風ノズル（図示省略）が設けられ、熱風によって車体１０の温度が維持される。

局部加熱部３０は、第１熱風加熱部１５と第２熱風加熱部１６の間に設けられ、車体１０の底周り等を加熱する。

なお、乾燥装置１には、車体１０が搬送装置１１のどこに位置するかを検出するための台車検知センサ（図示省略）が配置されており、台車検知センサの検出信号に基づいて車体１０の移動を検出できるようになっている。

次に、局部加熱部３０について説明する。図２は、炉体１２におけるランプユニット４０の位置を示す図である。図３は、車体１０が局部加熱部３０に差し掛かったときの炉体内部を示す図である。この図３では、上から見た炉体１２の内部が模式的に示されている。

図２に示すように、局部加熱部３０では、炉体１２の内側に、ランプユニット４０や温度センサユニット６０、配管を取り回すための分岐継手ユニット７０等の各ユニットが配置される。本実施形態では、炉体１２内部に搬送装置１１を挟んで左右両側のそれぞれにランプユニット４０及び温度センサユニット６０が配置される。

次に、ランプユニット４０の構成について説明する。ランプユニット４０は、車体１０を加熱するヒータ部である。図３に示すように、ランプユニット４０は、車体１０の移動方向に沿って左右それぞれに複数配置されている。

本実施形態のランプユニット４０は、ランプフレーム４１と、該ランプフレーム４１によって保持される１又は複数の近赤外線ランプ４２と、を備える。

近赤外線ランプ４２は、直管式であり、その長手方向が車体１０の搬送方向と同じ方向になるようにランプフレーム４１に複数支持される。

本実施形態の近赤外線ランプ４２は、中央に近づくにつれて下に近づくように傾斜する方向に配列される第１グループ４５と、水平方向に配列される第２グループ４６と、に分かれるようにランプフレーム４１に支持されている。

ランプユニット４０は、複数の近赤外線ランプ４２のそれぞれに必要な電力を供給し、近赤外線を照射させる。近赤外線ランプ４２のそれぞれから照射される近赤外線は、近赤外線透過部１１０を透過して車体１０の底周りに照射される。

次に、温度センサユニット６０について説明する。温度センサユニット６０は、車体１０の温度を測定する温度測定部である。

温度センサユニット６０は、センサフレーム６１と、該センサフレーム６１によって保持される複数の温度検出部６２と、を備える。温度検出部６２は、車体１０の温度を測定する非接触式の放射温度センサである。

温度検出部６２は、近赤外線ランプ４２の数及び位置に応じて複数設けられる。温度検出部６２は、第１グループ４５及び第２グループ４６の近赤外線ランプ４２の配列に対応するようにセンサフレーム６１に支持されており、近赤外線ランプ４２ごとに車体１０の温度情報を取得することが可能になっている。

本実施形態では、ランプユニット４０の上流側に配置される第１温度測定部としての温度センサユニット６０ａと、下流側に配置される第２温度測定部としての温度センサユニット６０ｂが、２つ一組で各ランプユニット４０の前後方向の両側に配置される。温度センサユニット６０ａ及び温度センサユニット６０ｂによって測定された加熱前後の温度情報は、ランプユニット４０のフィードバック制御等に使用される。

ランプユニット４０及び温度センサユニット６０ａ，６０ｂは、制御部９０に電気的に接続されている。制御部９０は、乾燥装置１の各種の制御を行うコンピュータである。この制御部９０によって局部加熱部３０における各ランプユニット４０の加熱制御が行われる。

次に、ランプユニット４０の加熱制御について説明する。図４は、車体１０の底面に設定される複数の部位（ポイントＡ〜Ｋ）の例を模式的に示す図である。

図４に示すように、車体１０における温度センサユニット６０の検出箇所として、ポイントＡ〜Ｋ（図４の鎖線で示す円の領域）が設定されている。このポイントＡ〜Ｋは、近赤外線ランプ４２に設定される複数の部位である。なお、図４中には、１つの近赤外線ランプ４２に対して設定された複数の部位を示しており、これら以外にも複数の部位は近赤外線ランプ４２ごとに設定されている。

ポイントＡ〜Ｋは、車体１０の移動方向（図４の矢印の方向）で設定されており、対応する近赤外線ランプ４２によって放射熱が加えられるポイントである。

ポイントＡ〜Ｋのそれぞれでは、形状の違いによって近赤外線ランプ４２までの距離が違ったり、厚みが異なったりする。そのため、同じ近赤外線ランプ４２によって加熱される場合でも、ポイントごとに昇温速度が異なる。

ここで、ポイントＡ〜Ｋごとに異なる昇温速度の違いについてモデルを示しながら説明する。図５は、昇温速度と照射エネルギーの相関関係（モデル）を示すグラフである。

図５には、３点のポイントにおける昇温速度の違いが示されている。図５中のＸ軸は、近赤外線ランプ４２に投入される出力としての照射エネルギー（Ｗ／ｍｍ・ｍｉｎ）である。図５中のＹ軸は、照射エネルギー（Ｗ／ｍｍ・ｍｉｎ）に対する昇温速度（℃／分）である。

図５のグラフに示すように、照射エネルギー（Ｗ／ｍｍ・ｍｉｎ）に対して昇温速度（℃／分）は、Ｙ＝ａ_ｎＸの線形に近い相関関係を示しており、この相関関係により、車体１０の部位ごとに傾きａ_ｎが異なることがわかる。即ち、薄板状に形成されている部位や搬送中における近赤外線ランプ４２との距離が近い部位等では、温度が上がり易いため、傾きが大きくなる。逆に、厚みがある部位や搬送中における近赤外線ランプ４２との距離が遠い部位等では、温度が上がり難いため、傾きが小さくなる。

本実施形態では、この相関関係を利用してポイントＡ〜Ｋのそれぞれに特性係数ａ_ｎを予めシミュレーションや実測等で算出し、ポイントごとに設定する。ポイントＡからポイントＫのそれぞれに特性係数ａ_ｎが設定される。例えば、ポイントＡでは、ａ₁（数値）を設定し、ポイントＢでは、別のａ₂（数値）が特性係数として設定される。

予め設定される目標温度によって局部加熱部３０による車体１０の加熱を行う。この目標温度はポイントＡ〜Ｋごとに設定することができる。なお、目標温度は、ポイントＡ〜Ｋを均一に加熱する場合は同じ温度に設定してもよい。

制御部９０には、ポイントＡ〜Ｋごとに目標温度と特性係数ａ_ｎ等の初期情報が設定されており、これらの情報が近赤外線ランプ４２の位置に応じて管理されている。初期情報には、ポイントＡ〜Ｋの位置情報や照射時間等が含まれる。

次に、目標温度と特性係数ａ_ｎを用いた近赤外線ランプ４２の制御について説明する。図６は、制御部９０による加熱制御を概略的に示すフローチャートである。

まず、１台目の車体１０に対する加熱制御について説明する。車体１０が炉体１２の内部に導入され、局部加熱部３０の温度センサユニット６０ａの検出位置まで到達すると、制御部９０は、温度センサユニット６０ａの温度検出部６２の検出信号に基づいて第１測定温度をポイントＡ〜Ｋごとに取得する（Ｓ１０１）。

本実施形態のＳ１０１の処理では、温度センサユニット６０ａの温度検出部６２が移動する車体１０の温度を測定し、制御部９０は検出位置が各ポイントに差し掛かったときの温度を当該ポイントの第１測定温度として記憶する。例えば、ポイントＡが温度検出部６２の検出位置を通過したときの温度検出部６２の検出信号に基づいてポイントＡの第１測定温度を取得する。車体１０の移動に伴ってポイントＡからポイントＫまで順次第１測定温度が取得されていく。

制御部９０は、ポイントＡ〜Ｋごとに取得した第１測定温度に基づいてポイントＡ〜Ｋごとの照射エネルギーを算出して近赤外線ランプ４２の出力パターンを算出する（Ｓ１０２）。

本実施形態のＳ１０２の処理では、ポイントＡに設定される目標温度とポイントＡの第１測定温度の差から昇温速度を算出し、予め設定される特性係数ａ₁の一次関数によりポイントＡでの照射エネルギーを算出する。この算出処理をポイントＢ〜Ｋについても行ってポイントＡ〜Ｋごとの照射エネルギーを算出する。そして、ポイントＡ〜Ｋごとに設定される照射エネルギーに基づいて出力パターンが自動算出される。出力パターンは、ポイントＡ〜Ｋが目標温度に達するように調整される。

本実施形態の出力パターンでは、ポイントＡ〜Ｋの区間を単位として出力値が変更される。例えば、ポイントＡ〜Ｃに比べてポイントＤ〜Ｆが昇温し易い部位であり、他の部位に比べてポイントＧが昇温し難い部位であったとする。この場合、車体１０の移動によって近赤外線ランプ４２の放射位置がポイントＤ〜Ｆにある状態では出力値が相対的に低くなり、ポイントＧに到達すると出力値が相対的に高くなるような出力パターンが算出される。これにより、近赤外線ランプ４２に投入される照射エネルギーが熱容量の違う部位に応じて調整されることになる。なお、出力パターンは、近赤外線ランプ４２の長さや移動速度等によって適宜算出変更される。

制御部９０は、Ｓ１０２の処理で算出された出力パターンに基づいて近赤外線ランプ４２の加熱制御を行う（Ｓ１０３）。本実施形態のＳ１０３の処理では、基づいて制御対象の近赤外線ランプ４２と車体１０のポイントＡ〜Ｋの位置関係に応じて出力が経時的に変化し、ポイントＡ〜Ｋのそれぞれの特性に応じた加熱が行われる。

近赤外線ランプ４２を通過したポイントが温度センサユニット６０ｂの検出位置まで到達すると、制御部９０は、温度センサユニット６０ｂの温度検出部６２の検出信号に基づいて第２測定温度をポイントＡ〜Ｋごとに取得する（Ｓ１０４）。Ｓ１０４の処理では、Ｓ１０１の処理と同様に、ポイントＡ〜Ｋごとに第２測定温度が順次取得される。

制御部９０は、Ｓ１０４の処理で取得した第２測定温度に基づいて特性係数ａ_ｎを修正するフィードバック処理をポイントＡ〜Ｋごとに行う（Ｓ１０５）。本実施形態のＳ１０５の処理では、第２測定温度を目標温度に置き換えて特性係数ａ_ｎを新たに算出する。

Ｓ１０１からＳ１０５の処理の後、次に導入される車体１０の加熱制御が行われる。この車体１０の加熱制御は、１台目の加熱制御のＳ１０５の処理で補正された特性係数ａ_ｎに基づいて照射エネルギーを算出し、この照射エネルギーに基づいて出力パターンが調整されることになる。Ｓ１０１からＳ１０５の処理は、ループし、実際の状況に応じて特性係数ａ_ｎは随時補正されていくことになる。

以上の処理が、各ランプユニット４０における近赤外線ランプ４２のそれぞれで行われる。加熱し難い車体１０の底周りを局部加熱部３０で加熱する乾燥装置１において、車体１０の底板における部位の熱容量が移動方向で違う場合でも、当該熱容量に応じた制御がなされるのである。

以上説明した本実施形態の乾燥方法によれば、以下のような効果を奏する。本実形態の乾燥方法は、車体１０の温度をポイントＡ〜Ｋごとに第１測定温度として取得する第１測定工程と、予め設定される目標温度及び第１測定温度から算出された出力に基づいて制御される近赤外線ランプ４２の放射熱で車体１０を加熱する加熱工程と、近赤外線ランプ４２による加熱後の車体１０の温度をポイントＡ〜Ｋごとに第２測定温度として取得する第２測定工程と、第１測定温度及び第２測定温度に基づいてポイントＡ〜Ｋごとに近赤外線ランプ４２の出力を算出する方法を調整する調整工程と、を含み、車体１０よりも後に導入された車体１０の加熱では、調整工程の調整結果が反映される。

また、上記乾燥方法を行う乾燥装置１は、車体１０に放射熱を加える近赤外線ランプ４２と、近赤外線ランプ４２の上流側に配置され、車体１０の複数の部位の第１測定温度を取得する温度センサユニット６０ａの温度検出部６２と、近赤外線ランプ４２の下流側に配置され、ポイントＡ〜Ｋの第２測定温度を取得する温度センサユニット６０ｂの温度検出部６２と、予め設定される目標温度及び第１測定温度から算出された出力に基づいて近赤外線ランプ４２を制御する制御部９０と、を備える。制御部９０は、第１測定温度と第２測定温度に基づいてポイントＡ〜Ｋごとに近赤外線ランプ４２の出力を算出する方法を調整する。

これにより、板厚の差や近赤外線ランプ４２までの距離等によって昇温速度がポイントＡ〜Ｋごとに異なる車体１０を乾燥させる場合であったとしても、加熱後の第２測定温度が考慮されるので車体１０の乾燥状態がポイントＡ〜Ｋごとにばらつく事態を確実に防止できる。加熱され過ぎたり、十分に加熱されなかったりすることもないので、塗装済みの車体１０の品質を安定させることができる。

加熱工程では、車体１０は移動しながら近赤外線ランプ４２により加熱され、第１測定工程及び前記第２測定工程では、車体１０の移動方向に設定されたポイントＡ〜Ｋの温度が第１測定温度及び第２測定温度として取得され、車体１０の加熱は、車体１０の移動に伴って変化するポイントＡ〜Ｋの位置に応じて近赤外線ランプの出力を経時的に変化させて行われる。

以上、本発明の乾燥装置の好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、本実施形態では、ランプユニット４０の両側に温度センサユニット６０が設けられる構成であるが、複数のランプユニット４０のうち、最上流に位置するランプユニット４０の上流側に温度センサユニット６０ａを配置し、最下流に位置するランプユニット４０の下流側に温度センサユニット６０ｂを配置する構成とし、近赤外線ランプ４２単位ではなくランプユニット４０ごとに出力を調整する構成としてもよい。

上記実施形態では、炉体１２にランプユニット４０及び温度センサユニット６０ａ，６０ｂを配置する構成としたが、この構成に限定されない。ランプユニット４０及び温度センサユニット６０ａ，６０ｂの位置は、事情に応じて適宜変更することができる。

上記実施形態では、Ｓ１０５の処理が２台目以降も繰り返されるように制御されているが、２台目以降はＳ１０５の処理を省略する構成としてもよい。また、照射エネルギーの算出方法や出力パターンの決定方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。事情に応じて各種数値を算出する処理を適宜変更することができる。

上記実施形態では、車体１０が移動する構成であるが近赤外線ランプが移動することによって車体１０が相対的に移動する構成に変更することもできる。

上記実施形態では、車体１０を被乾燥物の例として説明したが、車体１０に限らず種々の被乾燥物にも本発明を適用することができる。

１乾燥装置
１０車体（被乾燥物）
４２近赤外線ランプ
６０ａ温度センサユニット
６０ｂ温度センサユニット
６１温度検出部（第１温度測定部、第２温度測定部）
９０制御部
Ａ〜Ｋポイント（部位）

Claims

被乾燥物を加熱して乾燥させる乾燥方法において、
前記被乾燥物の温度を複数の部位ごとに第１測定温度として取得する第１測定工程と、
予め設定される目標温度及び前記第１測定温度から算出された出力に基づいて制御される近赤外線ランプの放射熱で前記被乾燥物を加熱する加熱工程と、
前記近赤外線ランプによる加熱後の前記被乾燥物の温度を前記複数の部位ごとに第２測定温度として取得する第２測定工程と、
前記第１測定温度及び前記第２測定温度に基づいて前記複数の部位ごとに前記近赤外線ランプの出力を算出する方法を調整する調整工程と、
を含み、
前記被乾燥物よりも後に導入された前記被乾燥物の加熱では、前記調整工程の調整結果が反映される乾燥方法。
前記加熱工程では、前記被乾燥物は移動しながら前記近赤外線ランプにより加熱され、
前記第１測定工程及び前記第２測定工程では、前記被乾燥物の移動方向に設定された前記複数の部位の温度が第１測定温度及び第２測定温度として取得され、
前記被乾燥物の加熱は、前記被乾燥物の移動に伴って変化する前記複数の部位の位置に応じて前記近赤外線ランプの出力を経時的に変化させて行われる請求項１に記載の乾燥方法。
移動する被乾燥物を加熱して乾燥させる乾燥装置において、
前記被乾燥物に放射熱を加える近赤外線ランプと、
前記近赤外線ランプの上流側に配置され、前記被乾燥物の複数の部位の第１測定温度を取得する第１温度測定部と、
前記近赤外線ランプの下流側に配置され、前記複数の部位の第２測定温度を取得する第２温度測定部と、
予め設定される目標温度及び前記第１測定温度から算出された出力に基づいて前記近赤外線ランプを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１測定温度と前記第２測定温度に基づいて前記複数の部位ごとに前記近赤外線ランプの出力を算出する方法を調整する乾燥装置。