JP3621708B2 - 高速赤外／対流ドライヤ - Google Patents

Description

発明の背景
本発明はウエブ乾燥装置に関する。紙、フィルム又は他のシートの如き材料或いは平坦材料の運動するウエブの乾燥においては、ウエブを迅速に乾燥させること、及び、空間及びコストの制約に鑑み、乾燥器即ちドライヤの長さを制限することがしばしば望ましい。ウエブドライヤの長さを減少させ及び（又は）その効率及びライン速度を増大させるための種々の試みが従来から行われてきた。この目的のため、ウエブを乾燥させるために、赤外線が独立で又は空気と組み合わせて使用されていた。例えば、米国特許第4,936,025号明細書は、ウエブを非接触状態で種々の乾燥ギャップを通過させることにより、運動中のウエブを乾燥させる方法を開示している。つまり、ウエブが赤外処理ギャップを通過しているときに、赤外ユニットからの赤外線がウエブに加えられ、次いで、空気乾燥ギャップを通過しているときに、非接触状態でウエブを支持する浮揚（airborne）ウエブドライヤユニットからの送風ガスによりウエブを乾燥させる。更に、米国特許第4,756,091号明細書はハイブリッド（混成）ガス加熱空気及び赤外線乾燥オーブンを開示しており、このオーブン内では、赤外ヒータのストリップがこれに沿った加熱空気流入ノズルと一緒に配置されている。米国特許第5,261,166号明細書は組合わせの赤外及び空気浮揚ドライヤを開示しており、複数の空気バーがウエブの非接触式の対流乾燥のためにウエブの上方及び下方で装着され、複数の赤外ガス点火バーナーが空気バー間に装着されている。
しかし、多くの従来の赤外ドライヤにおいては、赤外エネルギ源により供給される熱の大半は伝達、反射及び放射により周囲に吸収される。更に、ウエブの燃焼を回避するために赤外素子を連続的にオン・オフ制御しなければならない。これにより、効率が低下し、また、赤外素子の寿命が短くなることがある。
それ故、本発明の目的は運動中のウエブを乾燥させるための一層有効な組合わせの赤外／対流オーブン即ちドライヤを提供することである。
本発明の別の目的は赤外／対流オーブンの最適な制御を提供することである。
本発明の更に別の目的は運動中のウエブを浮揚支持しながら赤外及び対流乾燥を行うことである。
本発明の他の目的は赤外素子の連続的なオン・オフの必要性を排除することである。
発明の概要
従来技術の問題点は、運行中のウエブのための組合わせの赤外／対流ドライヤ即ちオーブンを提供する本発明により解決される。赤外線源と運動中のウエブとの間にシャッター組立体を設け、ウエブを赤外線に選択的に晒させる。乾燥効率は、機械の方向の両端において及び赤外素子間で、加熱された衝突空気を高速で付与することにより最適化される。素子を横切って中央の戻り空気ダクトへ空気が吸引されるときに、ウエブ上へ放出されている空気が加熱される。戻り空気は閉結合された供給ファンの入口内へ吸引され、このファンが次いで空気をノズルへ排出する。空気の一部はまた大気中へ放出されて、オーブンの内部を負圧状態に維持し、ウエブ入口及び出口溝を通して新鮮な調整空気をオーブンハウジング内へ吸入させる。ウエブ及び（又は）ウエブ上のコーティングの高速での向上した乾燥がドライヤの長さを付随的に増大させることなく達成される。
本発明の１つの実施の形態においては、ウエブとドライヤ素子との接触を回避するために、空気バーを使用して運動中のウエブを浮揚支持する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る赤外／対流オーブンの前面図、
第２図は本発明のドライヤに使用するシャッター組立体の上面図、
第３図は第２図の３−３線に沿って見たシャッター組立体の前面図、
第４図は第２図の４−４線に沿って見たシャッター組立体の側面図、
第５図は本発明に係る制御機構へのシャッター組立体の接続を示す詳細図、
第６図は閉結合されたファン組立体を備えたオーブンの前面図、
第７図は本発明の別の実施の形態に係る赤外／対流浮揚オーブンの概略横断面図である。
発明の詳細な説明
まず第１図を参照すると、本発明に係るドライヤ即ちオーブンが符号10にて示されている。オーブン10は、好ましくは絶縁されたハウジング11により画定され、このハウジングは、図示のように、ハウジング内へのウエブＷの進入を可能にするウエブ入口開口12と、入口12から離れ、ハウジングからのウエブＷの退出を可能にするウエブ出口開口13とを有する。ハウジング11はアルミニウム又はステンレス鋼の如き任意の適当な好ましくは反射性の材料で構成することができる。複数の離間したアイドラローラ14a−14nを設けて、ウエブがオーブン10を通って入口12から出口13へ進行するときに、ウエブＷを案内し、支持する。好ましくは、ローラ14は図示のような各衝突空気源15a、15b、15cの少なくとも下方に位置する。その理由は、衝突地点において、特に低張力段階（instances）中にウエブのフラッタ（はためき）を回避するために、ウエブＷが最大の支持を必要とするからである。一対の赤外線素子16、16aがハウジング内で固定され、ウエブの乾燥を補助する。
好ましくは、衝突空気は各赤外線源16、16aの上流及び下流において提供され、図示の実施の形態においては、オーブンの入口12の近傍、オーブンの出口13の近傍及びオーブン内の中央位置において提供される。この目的のために空気バー15a、15b、15cが設けられ、空気バーは適当なダクト網を介してファンの如き空気供給源に連通する。空気バー15a、15cの特殊な形状は類似しており、ウエブへの物質移動及びシャッター組立体への冷却空気を提供する空気ナイフを形成するように設計される。中央の空気バー15bの形状は乾燥を促進させるための物質移動を提供するように設計される。
空気衝突源15a、15b間には自然の赤外線源16が位置する。ウエブ入口端に向かって、赤外線源16はＬ字状のシート７により空気衝突源15aに装着され、好ましくは、図示のようにオーブンの中心に向かって上方に傾斜する。この上向きの角度は駆動されないアイドラローラ上に十分な超過巻掛け（overwrap）を生じさせ、ウエブＷがオーブンを通って適正に進行するように、ローラのための駆動力を発生させる。同様に、空気衝突源15b、15c間には第２の赤外線源16aが位置し、同様にＬ字状のシート7aにより空気衝突源15cに装着され、また、図示のようにオーブン10の中心に向かって上方に傾斜する。
シャッター組立体８、９は赤外素子16a、16の下方にそれぞれ位置し、赤外線源をオフする必要なしに、ウエブＷへの到達を許す放射線の制御を可能にする。第２図を参照すると、各シャッター組立体は複数の整合したブレード20を有し、第３図に明示するように、各ブレード20は閉位置にあるときにその隣接するブレードと僅かに重なる。各シャッター組立体のブレード20の数は変更することができ、使用される赤外加熱素子の特定の寸法に依存する。各ブレードの寸法は決まったものではないが、１インチ（約25.4mm）幅のブレードが適当であり、また、必要な重なりを得るためにこのようなブレードが0.94インチ（約23.9mm）の中心間距離で配置できることが判明した。好ましくは、ダンパブレード20は、赤外光を赤外素子の方へ戻すように反射させ、ウエブから離れるように導くように設計される。
ここで第５図を参照すると、ブレード20は図示のようなピン配列を使用してシャッター組立体に取り付けられる。つまり、各ブレード20の各端部はピン30の端部のクランプ32に枢着される。クランプ32とは反対側のピン30の端部はダンパプッシュリンクアーム33に取り付けられる。次いで、各ダンパブレード20のための各プッシュリンクアーム33は連結リンク34（第４図）を介して連結され、連結リンクは、シリンダクレビス37に接続し次いでダンパリンクピボット35を介して連結リンク34に接続する（オーブンの外部に位置した）空気シリンダ40の作動時に、すべてのダンパの枢動を許容する。
好ましくは、シャッターの開閉はライン速度に基づく。（被覆ライン駆動シャフトに接続された磁気ピックアップの如き任意の適当な手段により合図できる）所定のライン速度設定点において、シャッターが開き、赤外線に対するウエブの露出を許容する。ライン速度が設定点以下に下がった場合は、シャッターが閉じてウエブの燃焼を阻止する。
第６図に示すように、供給／排気ファン28はオーブンと連通し、特に適当なダクト網40、41を介して空気バー15a、15b、15cに連通する。ファン28はオーブンの内部を負圧状態に維持するために排気された過剰の空気を取り扱うような寸法を有する。この負圧はウエブ入口及び出口溝12、13を通して侵入空気をオーブン10内へ進入させる。ダンパ５、６をダクト網内に設けて、ファン28に対して出入りする空気の流れを規制する。戻り空気は供給／排気ファン28によりオーブン内の戻りダクト42、43から吸引される。戻りダクトがオーブン10内で中央に位置しているため、戻り空気は赤外加熱素子の全表面にわたって導かれ、循環する供給空気を加熱して効率を改善する。
第７図は非接触式のウエブ支持を提供するためにアイドラローラの代わりに浮揚ノズルを使用する本発明の別の実施の形態を示す。適当な浮揚空気バーはグレース・テック・システムズ社（Grace Tec Systims）から商業的に入手できるHI−FLOAT（商標名）空気バーを含む。図示の実施の形態においては、空気ナイフ15a、15cは先の実施の形態と同様の態様でドライヤのウエブ入口及び出口端部に位置し、前述のようにウエブへの物質移動及びシャッター組立体への冷却空気を提供する。空気浮揚ノズル150は好ましくは空気ナイフ15a、15b間で中央に位置する。同様な空気浮揚ノズル151、152は空気ナイフ15a′、15c′間でウエブの下方に位置し、空気浮揚ノズル150から片寄っている。空気浮揚ノズルから出現する空気は運行中のウエブを支持し、浮揚状態で乾燥させる。自然の赤外線源16、16aはシャッター組立体（図示せず）と共に、先の実施の形態と同様、ウエブの上方で各空気ナイフと浮揚ノズル150との間に位置する。オプションとして、乾燥効率を向上させるために、赤外線源160及び対応するシャッター組立体（図示せず）をウエブの下方で浮揚ノズル151、152間に配置することができる。
当業者なら、所望される乾燥能力に応じて、赤外線源をウエブの上方、ウエブの下方又はその両方で使用できることを認識できよう。同様に、十分なウエブ支持を達成できる限り、浮揚ノズルの特定の位置は乾燥能力に依存する。
赤外高温計（図示せず）が制御系に組み込まれ、出口ウエブ温度を維持する。シャッターの開閉タイミングはパーセントプレス速度に基づく。シャッターの開閉制御はまたウエブ破断検出器と組み合される。
作動において、供給／排気ファン28がオンされ、シャッター組立体を閉位置へ作動させることにより予熱サイクルが開始される。赤外素子がオンされ、1400゜Fの如き所望の温度設定点が達成される。設定点が達成（これは、制御パネル上の灯の如き任意の適当な手段により合図することができる）されたら、熱電対及びSCRコントローラを介して、温度を引き続き制御する。
設定点温度において、オーブンの乾燥準備が整う。分速70フィートの如きライン速度制御設定点に応じて、シャッター組立体が開閉される。ライン速度設定点に達したとき、シャッターが開き、赤外エネルギをウエブＷ媒体へ放出する。このとき、ウエブ温度赤外高温計及びSCRコントローラを介して、素子温度の制御がウエブ温度に移行する。
ライン速度が間欠停止まで下がると、ライン速度制御設定点以下に減速するので、シャッター組立体が再度閉じる。赤外素子の温度制御が引き継がれ、準備温度設定点を支持する。ウエブが破断した場合に同じシーケンスが生じる。
好ましくは、赤外素子の温度に基づく安全操業停止を採用する。例えば、素子の温度が1800゜Fに達した場合、高温リミットスイッチが作動し、素子をオフする。

Claims (14)

1. 運動中のウエブのための赤外／対流ドライヤにおいて、
   ウエブ入口溝と、上記ウエブ入口溝から離れたウエブ出口溝とを有するドライヤ囲い；
   上記囲い内に位置し、上記ウエブにガスを衝突させる衝突手段；
   上記衝突手段に連通し、当該衝突手段に上記ガスを供給するファン；
   上記囲い内に位置し、赤外光を放射して上記ウエブを加熱する赤外加熱手段；
   上記囲い内に位置し、放射された上記赤外光が上記ウエブに衝突できる第１の開位置と、放射された当該赤外光が当該ウエブに衝突するのを阻止する第２の閉位置との間を移動できるシャッター手段；及び
   上記ファンに連通し、上記ドライヤ囲いからの上記ガスの一部を上記衝突手段へ循環させる循環手段；
   を有することを特徴とする赤外／対流ドライヤ。
2. 請求の範囲第１項に記載の赤外／対流ドライヤにおいて、上記ドライヤ囲い内に位置し、加熱された空気を上記ファンへ送り当該囲い内へ戻すように循環させる戻りダクトを更に有することを特徴とする赤外／対流ドライヤ。
3. 請求の範囲第１項に記載の赤外／対流ドライヤにおいて、上記衝突手段が複数の空気ノズルを有することを特徴とする赤外／対流ドライヤ。
4. 請求の範囲第３項に記載の赤外／対流ドライヤにおいて、上記ウエブが空気ノズルの下方にそれぞれ位置する複数のローラにより上記囲い内で支持されることを特徴とする赤外／対流ドライヤ。
5. 請求の範囲第１項に記載の赤外／対流ドライヤにおいて、上記衝突手段が複数の浮揚ノズルを有することを特徴とする赤外／対流ドライヤ。
6. 請求の範囲第１項に記載の赤外／対流ドライヤにおいて、上記シャッター手段の開閉が上記運動中のウエブの速度に応答することを特徴とする赤外／対流ドライヤ。
7. 走行中のウエブを乾燥させるための赤外／対流ドライヤにおいて、
   ウエブ入口溝と、上記ウエブ入口溝から離れたウエブ出口溝とを有するドライヤハウジング；
   上記ハウジング内に位置し、上記ウエブにガスを衝突させる衝突手段；
   上記衝突手段に連通し、当該衝突手段に上記ガスを供給するファン；
   上記ハウジング内に位置し、赤外光を放射して上記ウエブを加熱する赤外加熱手段；
   上記走行中のウエブの速度を測定する手段；
   上記ハウジング内に位置し、上記走行中のウエブの測定された速度に応答して、当該測定された速度が所定の値以下に下がった場合に、当該走行中のウエブから離れるように上記赤外光を選択的に導くシャッター手段；及び
   上記ファンに連通し、上記ドライヤ囲いからの上記ガスの一部を上記衝突手段へ循環させる循環手段；
   を有することを特徴とする赤外／対流ドライヤ。
8. 請求の範囲第７項に記載の赤外／対流ドライヤにおいて、上記ドライヤハウジング内に位置し、加熱された空気を上記ファンへ送り当該ハウジング内へ戻すように循環させる戻りダクトを更に有することを特徴とする赤外／対流ドライヤ。
9. 請求の範囲第７項に記載の赤外／対流ドライヤにおいて、上記衝突手段が複数の空気ノズルを有することを特徴とする赤外／対流ドライヤ。
10. 請求の範囲第９項に記載の赤外／対流ドライヤにおいて、上記ウエブが空気ノズルの下方にそれぞれ位置する複数のローラにより上記ドライヤ内で支持されることを特徴とする赤外／対流ドライヤ。
11. 請求の範囲第７項に記載の赤外／対流ドライヤにおいて、上記衝突手段が複数の浮揚ノズルを有することを特徴とする赤外／対流ドライヤ。
12. 走行中のウエブを乾燥させる方法において、
    ウエブ入口溝と、上記ウエブ入口溝から離れたウエブ出口溝とを有するドライヤ囲いを提供する工程と；
    上記ドライヤ囲いを通して上記走行中のウエブを運行させる工程と；
    上記走行中のウエブの速度を測定する工程と；
    上記囲い内で上記走行中のウエブにガスを衝突させる工程と；
    上記囲い内で上記走行中のウエブ上に赤外光を選択的に放射させる工程と；
    上記走行中のウエブの測定された速度が所定の値以下に下がった場合に、当該走行中のウエブから離れるように上記赤外光を導く工程と；
    を有することを特徴とする方法。
13. 請求の範囲第12項に記載の方法において、上記赤外光が反射により上記走行中のウエブから離れるように導かれることを特徴とする方法。
14. 請求の範囲第12項に記載の方法において、上記囲い内で上記赤外光と上記ウエブとの間に位置するシャッター組立体を閉じることにより、当該赤外光が上記走行中のウエブから離れるように導かれることを特徴とする方法。

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