JP2018124027A - 高濃度塗工機用乾燥装置及び乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面に塗工液を塗工して形成したワークの塗工層を短時間で効率よく乾燥する為の乾燥装置の提供。【解決手段】ワーク１を載せて入口から出口にかけて移動することが出来るコンベヤ６を備え、入口側には平板状遠赤外線ヒータ３及び反射板付き棒状ヒータ４とエアーを吹き付けるノズル２を対にして配置し、出口側には熱風を吹き付けるノズル２を設けている。【選択図】 図１

Description

本発明は高濃度で塗工した塗工層を効率良く乾燥する為の乾燥装置並びに乾燥方法に関するものである。

高濃度で塗工されたワークを乾燥する場合、従来のバッチ式熱風オーブンではゆっくり時間をかけて乾燥ムラを無くすように乾燥する必要がある。例えば、熱風を吹き付けて乾燥する場合、表面からしか熱が伝わらないので、表面だけが過乾燥して被膜化し、内部に低沸点溶剤まで閉じ込めてしまうことが多い。
したがって、熱サイホンによる温度差の影響や温風との接触の良いところと悪いところがあるなかで、一番悪いところに焦点を当ててゆっくり時間をかけて乾燥しないと乾燥ムラを増長することになる。

図１１はセラミック基板の表面を塗工した状態の断面を表しているが、塗工液（固形分）濃度が例えば７０％の状態では溶剤が表面に現れないで内部に点在して固形分が露出している状態と成っている。
このような高濃度で塗工されたワークに熱風を吹き付けて乾燥する場合を図１２に表しているが、吹き付ける熱風にて表面の溶剤は吹き飛ばされ、同時に露出している固形分の表面は被膜化（硬化）する。溶剤は炉外（大気中）でも乾燥し易く、長時間おいているワークの一部被膜化が進み、製品の乾燥度にバラツキを招く。

また、熱風を吹き付ける乾燥は、乾燥効率が良過ぎることによって、固形分内部の蒸発物質の表面への移動が間に合わず、表面の被膜化が進むことから、表面上には問題がなくても固形分内部に溶剤が残留していることで、後工程で品質上のバラツキの影響が出る可能性がある。その為に、従来の熱風乾燥では低風速の熱風循環によって乾燥効率を下げ、約６０分バッチで溶剤が表面まで移動するに必要な時間をかけている。

図１３は遠赤外線を照射して乾燥する場合を示している。波長が長い遠赤外線を用いることで、ワーク内部に熱量を与えることが出来る。塗工液内部から温めて乾燥させることで固形分内部の溶剤が表面に移動する時間を早くする効果を得ることは出来る。固形分内部の溶剤が表面へ移動したことで蒸発物質にて覆われた状態となり、最も乾燥が促進される。
ただし、遠赤外線効果だけでは表面からの乾燥効率は悪いので、その為に熱風強制対流乾燥との併用が必要となる。

このように、熱風を吹き付ける乾燥及び遠赤外線照射による乾燥には、それぞれ上記の問題がある。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であり、熱風と遠赤外線を併用して立ち上がり時間を早めて乾燥時間を大幅に短縮することが出来る高濃度塗工機用乾燥装置及び乾燥方法を提供する。

本発明に係る乾燥装置は遠赤外線乾燥と熱風乾燥を併用することで、両方の利点を併せ持って構成している。すなわち、遠赤外線によって前記図１３に示す状態を作り、表面に移動した溶剤を最も乾燥効率の良い熱風で表面の溶剤を飛ばすことによって乾燥時間を短縮している。

そこで、本発明の高濃度塗工機用乾燥装置は、その入口側に平板状遠赤外線ヒータを単列又は複数列配置し、発熱部表面と被乾燥ワークとの間を所定距離にセットしている。例えば、３列構造とした場合に発熱部表面と被乾燥ワークとの距離を一定でなく、段階的に変えることも可能である。
そして、遠赤外線が照射される乾燥表面に安定した空気流境界層を作る為に、遠赤外線ヒータの両サイドに空気吹き付けノズルを設け、該ノズルの吹き付け角度を例えば３０°〜６０°とし、空気の衝突後の２次流の干渉を最小に抑えると同時に、出口ノズルの入口部近傍で速やかに下部へ排気吸引することが出来る構造としている。
これをなくして近距離照射の遠赤外線は熱サイホンによる大きな温度ムラで均一乾燥不能となる。

上記吹き付けノズルから吹き付ける風速は塗工表面温度をコントロールするように制御され、かつ遠赤外線照射によるワーク表面温度が過加熱されないように抑えることが出来る。そして、乾燥装置の中間部位には放射線型反射板付きの棒状ヒータを使用し、棒状ヒータからワーク乾燥表面までを所定の距離としている。
さらに、乾燥装置の最後（出口側）には熱風のみのノズルを設け、低沸点溶剤乾燥後に高沸点溶剤を乾燥させない温度で、表面からしか熱が伝わらない対流の良さを生かし、表面を過乾燥・被膜化し、乾燥後の質量の経時変化を抑えることが出来るようにしている。ただし、温度制約がない塗工剤に関しては従来の管型遠赤外線を使用しても構わない。

本発明に係る高濃度塗工機用乾燥装置は、連続で塗工層の内部を加熱することが出来る遠赤外線の良さで、蒸発物質の表面までの移動を促進させると同時に、プレヒートゾーンでは遠赤外線表面温度を同一に抑えながら大容量にし（一般的には平板状遠赤となる）、室温から低沸点溶剤湿球温度プラスα、例えば５０℃まで２０〜３０℃を熱風と併せて、瞬時に立ち上げることは、乾燥時間を短縮する為に絶対必須条件である。

また、遠赤外線表面温度が低いほど内部を加熱する長い波長（例えば、３．５μ以上）の分布が増加する。しかし、遠赤表面温度が下がると伝熱効果は落ちる。そこで、効果を落とさない為には照射距離を近づけて輻射熱の吸収効率を上げる必要がある。

本発明に係る乾燥装置を示す概略図。 塗工液が塗工される前のセラミック基板。 セラミック基板の表面に塗工液を塗工して塗工層を形成したワークを示す具体例。 セラミック基板の表面に塗工した塗工層に遠赤外線を照射すると共に過加熱を抑制する為にエアーを吹き付けている工程。 セラミック基板の表面に塗工した塗工層に遠赤外線を照射することで乾燥溶剤が表面側へ移動し、そして過加熱を抑制する為にエアーを吹き付けている工程。 セラミック基板の表面に塗工した塗工層に反射板を介して遠赤外線を照射することで乾燥溶剤が表面側へ移動して内部が固化し、そして過加熱を抑制する為にエアーを吹き付けている工程。 セラミック基板の表面に塗工した塗工層に反射板を介して遠赤外線を照射することで乾燥溶剤が表面側へ移動して内部がさらに固化し、そして過加熱を抑制する為にエアーを吹き付けている工程。 セラミック基板の表面に塗工して遠赤外線を照射して乾燥した塗工層に熱風を吹き付ける工程で、この部分は温度制約がなければ従来の遠赤外線表面温度、例えば８００℃を使用してもよい。 平板状遠赤外線ヒータを示す具体例。 反射板を組み合わせた棒状ヒータを示す具体例。 セラミック基板に塗工液を塗工して溶剤が点在している状態。 セラミック基板に塗工液を塗工して形成した塗工層に熱風を吹き付けて表面が被覆化した状態。 セラミック基板に塗工液を塗工して形成した塗工層に遠赤外線を照射して内部が一部固化している状態。

図１は高濃度塗工機用乾燥装置の概略図を示す実施例であり、同図の１ａ，１ｂ，１ｃ・・・は塗工して乾燥される対象物（以下、ワークという）を示し、２ｃ、２ｄ，２ｅ・・・はノズル、３ｃ，３ｄは平板状遠赤外線ヒータ、４ｅ，４ｆは棒状ヒータ、５ｅ，５ｆは反射板をそれぞれ表している。
そして、上記ワーク１ａ，１ｂ・・・はコンベヤ６に載っていて、コンベヤ６の動きに伴って一定速度で移動することが出来る。

ところで、本発明の乾燥装置は熱風とヒータを用いて表面が塗工されたワーク１ａ，１ｂ・・・を短時間で乾燥することが出来るように構成している。
図２は乾燥装置に入る前で塗工されていない場合（図１のＡ部）のワーク１ａを示す断面図であり、塗工前のワーク１ａは所定の縦横寸法及び厚さを有すセラミック基板である。ただし、ベースとなるワーク１ａの材質はセラミックに限定するものではない。

図３に示すワーク１ｂはワーク１ａのセラミック基板７の表面に塗工液８が塗工されて、塗工層９を形成しているＢ部での状態であり、塗工された塗工液８は乾燥溶剤が塗工層９の表面及び内部に分散している。
そこで、表面が塗工されたワーク１ｂは本発明の乾燥装置の内部をコンベヤに載って移動することで、上記塗工層９は短時間で乾燥することが出来る。

図４は乾燥装置のＣ部でのワーク１ｃを示している。Ｃ部には平板状遠赤外線ヒータ３ｃと冷却用ノズル２ｃが配置され、セラミック基板７に塗工されたワーク１ｃには上記平板状遠赤外線ヒータ３ｃから遠赤外線を照射して、余熱を目的とした急速加熱を行う。ただし、塗工液８の部分的な過加熱を防ぐ為にノズル２ｃからエアーを吹き出している。

図５は乾燥装置のＤ部でのワーク１ｄを示している。平板状遠赤外線ヒータ３ｄから遠赤外線が照射されて、塗工液８の内部から加熱されて乾燥溶剤１０，１０・・・が表面に移動する。前記図４に示したＣ部の場合と同じく、ノズル２ｄからはエアーが噴き出して部分的な過加熱を防止している。
従来のように熱風を吹き付ける場合とは異なり、表面が被膜化（硬化）することはない。

図６は乾燥装置のＥ部でのワーク１ｅを示している。Ｅ部には棒状ヒータ４ｅが配置され、該棒状ヒータ４ｅには反射板５ｅが組み合わされている。該棒状ヒータ４ｅから放射する遠赤外線は反射板５ｅにて反射してワーク１ｅに照射し、塗工液８内部の乾燥溶剤１０は表面に移動する。そして、ノズル２ｅから噴射するエアーが表面に当たって、過加熱を抑制すると共に表面が被膜化しないように該表面に移動した乾燥溶剤１０を乾燥する。その為に、塗工層９は内部から徐々に固化することが出来る。

図７は乾燥装置のＦ部でのワーク１ｆを示しているが、図６に示したＥ部と同じである。したがって、Ｆ部には棒状ヒータ４ｆが配置され、該棒状ヒータ４ｆには反射板５ｆが組み合わされている。該棒状ヒータ４ｆから放射する遠赤外線は反射板５ｆにて反射してワーク１ｆに照射し、塗工液８内部の乾燥溶剤１０はさらに表面に移動する。
そして、ノズル２ｆから噴射するエアーが表面に当たって、過加熱を抑制すると共に表面が被膜化しないように該表面に移動した乾燥溶剤１０が乾燥される。その為に、塗工層９の内部から硬化がさらに進む。

図８は乾燥装置のＧ部でのワーク１ｇを示している。Ｇ部には遠赤外線ヒータはなく、２本のノズル２ｇ，２ｇは両側からワーク１ｇに吹き付けることが出来るように、対にして取付けられている。２本のノズル２ｇ，２ｇからは熱風が吹き出し、この熱風にて表面に移動した乾燥溶剤１０，１０・・・が乾燥される。そして、塗工液は乾燥して固化することが出来る。
このように、ワーク１はコンベヤ６に載って乾燥装置を移動する間に塗工液８は効率よく乾燥して固化することが出来る。
この部分は温度制約がなければ、一般的遠赤外線を使用してもよい。

図９は平板状遠赤外線ヒータ３を表す実施例であり、下面から遠赤外線を放射することが出来る。そして、両端部には電気コードが接続される端子１１，１１を設けている。該平板状遠赤外線ヒータ３は図１に示しているように、ワーク１との距離を調整することが出来るように、上下動可能に取付けられている。

図１０は反射板５と組み合わされた棒状ヒータ４を示している。反射板５は円弧状に湾曲し、その中心部に上記棒状ヒータ４が配置され、棒状ヒータ４から上方へ照射する遠赤外線は反射板５に当たって反射し、下方へ放射してワーク１に当たるように成っている。
そして、ワーク１の過加熱を抑制する為にエアーを吹き付けるノズル２ｃ，２ｄ、２ｅ，２ｆは水平面からの角度が３０°を成しており、出口側に設けられて熱風を吹き付けるノズル２ｇは水平面からの角度が６０°を成して傾斜している。

乾燥装置のＣ部、Ｄ部・・・にはノズル２ｃ，２ｄ・・・から吹き出すエアーを吸い込む為のダクト１２ｃ，１２ｄ・・・がコンベヤ６の下側に設けられている。
ところで、図１に示す乾燥装置は、ノズル２と組合した平板状遠赤外線ヒータを２組、ノズル２と組み合わせた反射板付き棒状ヒータを２組配置し、出口側では熱風を吹き出す対を成して配置した２本のノズルを１組設けている。
本発明では、これら組数は限定するものではなく、乾燥されるワーク１の種類や大きさによって異なる。

１ ワーク
２ ノズル
３ 平板状遠赤外線ヒータ
４ 棒状ヒータ
５ 反射板
６ コンベヤ
７ セラミック基板
８ 塗工液
９ 塗工層
10 乾燥溶剤
11 端子
12 ダクト

Claims (6)

1. 基板の表面に塗工液を塗工して形成したワークの塗工層を乾燥する為の乾燥装置において、乾燥初期にプレヒート時間の短縮を目的として表面温度が３００℃近辺以下に成るように平板状遠赤外線ヒータを配置すると共に、該遠赤外線ヒータの照射による弊害熱サイホンによる温度ムラを除去する目的で空気流境界層を形成する傾斜ノズルを設け、該傾斜ノズルから噴射するエアーの衝突による２次流が遠赤外線の外乱とならないように排気ダクトを設けて構成したことを特徴とする塗工機用乾燥装置。
2. 工程の中間部位に、蒸発潜熱に失われた熱量を塗工液内部に補給する目的で、上記棒状遠赤外線ヒータと傾斜ノズル及び排気ダクトを設けた請求項１記載の塗工機用乾燥装置。
3. 上記傾斜ノズルから噴射する風速にて塗工表面温度をコントロールし、遠赤外線による温度のオーバーシュートを抑えるようにした請求項１、又は請求項２記載の塗工機用乾燥装置。
4. 高沸点溶剤の蒸発を抑えて内部に閉じ止める為に、又は表面処理を目的として、温度制約のあるものには熱風を噴射し、温度制約のないものに対しては遠赤外線ヒータを必要数配置した請求項１、請求項２、又は請求項３記載の塗工機用乾燥装置。
5. 基板の表面に塗工液を塗工して形成したワークの塗工層を乾燥する乾燥方法において、上記ワークは入口から出口にかけてコンベヤに載って移動し、入口側では遠赤外線ヒータから放射する遠赤外線をワークに当てて加熱すると共に過加熱を抑制する為に傾斜ノズルからエアーを吹き付け、噴射したエアーの衝突による２次流が遠赤外線の外乱とならないように排気ダクトから排気し、出口側ではノズルから吹き付ける熱風をワークに当てて乾燥することを特徴とする塗工層の乾燥方法。
6. 上記出口側に設けたノズルによる熱風吹き付けの代わりに、遠赤外線ヒータにて加熱するようにした請求項５記載の塗工層の乾燥方法。