JP4243507B2 - 管内壁の塗布膜の乾燥方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光放電管等や多目的のガラス管の内壁面上に塗布される皮膜や、電池等の筒状電解質基材や絶縁基材面上に正負極の電極膜を形成する塗布方法に関して、特に内径の細い管状の内壁面に所望の機能を有する塗布膜の乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パソコン、テレビの画像表示に液晶表示装置が多用されているが、この液晶表示装置には液晶表示素子を背面から照明するいわゆるバックライトと呼ばれる照明装置が必要であり、この照明装置の光源には一般的に熱陰極や冷陰極の蛍光放電管が使用される。図１３は、一般的な蛍光放電管の構造を示す説明図である。管状バルブ７３の両端の封止部に電極７５が装着されたリード線７６が封着されている。蛍光体膜７７は、封止の妨げにならないように封着部７８に接触しない寸法で、管状バルブ７３の内壁表面７４に塗布形成されている。
【０００３】
従来の技術の実施例として、蛍光機能を有する蛍光体塗布液などを用いて、ガラス管内壁に蛍光体膜を形成する塗布方法について図を参照して説明する。この蛍光体を形成するための従来の塗布方法を示すのが図１２（ａ）（ｂ）である。ガラス管７９を垂直（ほぼ重力が作用する方向）に立てて、下端部８０を容器８１内の蛍光体塗布液８２に漬けて、ガラス管７９の上端部８３から、ポンプ８４で蛍光体塗布液８２を所定位置まで吸い上げ、大気圧に開放して液面を下げることにより、ガラス管７９の内壁８５に蛍光体塗布液８２を塗布する方法である。また、蛍光体塗布液をガラス管内部に充填する手段として、前記のような上端部からのポンプによる蛍光体塗布液の吸い上げる方法などの他に、蛍光体塗布液の入った密閉容器にエアーを流出入させることにより、蛍光体塗布液をガラス管内に強制的に圧送して、充填させて、圧送圧力を徐々に開放しながらガラス管内壁に蛍光体皮膜を塗布する形成方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、ガラス管内壁に形成される塗布膜の厚みを積極的に均一に塗布するための手段として、以下のような提案がされている。
【０００５】
すなわち、ガラス管内壁との間隔を保持するための先端ガイドを取り付けた外パイプと外パイプから所定寸法飛び出した内パイプとで構成された２重パイプを、垂直に保持したガラスの上部開口部から挿入して、皮膜を形成しようとする下端部の位置から引き上げる。引き上げる途中は、前記２重パイプの外パイプと内パイプとの間から塗布液（本文献では「溶剤」と記している）を流し込んでガラス管内と溶剤を接触させて、さらに内パイプからポンプにより溶剤を吸い上げる動作を与えることにより塗布膜を形成するものである（特許文献２）。
【０００６】
また、このようにガラス管の内壁に塗布された未乾燥の蛍光体皮膜に対する従来の技術による乾燥方法としては、ガラス管のどちらか一方の開口部から、加熱された空気などの熱風をガラス管内部に吹き込んで乾燥させるのが一般的である。また、ガラス管の内部に空気を供給しながらガラス管の外側より加熱して管内部を乾燥させる方法もある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３４８６１７号公報（第３頁、第３図）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−３４６４７２号公報（第４頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
これまで、液晶用バックライト用の蛍光放電管は、デジタルカメラや携帯電話、小型（４〜１５インチ）サイズのテレビ表示画面を中心に、内径の細いものの需要が多かったが、最近は、大型サイズの表示画面の需要が多く、さらに製品デザインとしての見栄えを重視する傾向から、バックライト等の照明装置の占有する設置スペース（液晶表示装置の周辺に配置されることが多い）を小さく設計する傾向がみられる。そのため要求される蛍光放電管形状も管長さ５００ｍｍ以上、内径φ６ｍｍ以下の非常に細くて長いものが使用されるに至っている。よって、管径が極端に細くまたは管長さの長いガラス管の内部に蛍光体塗布液のような一般的に塗布液粘度の高い（液粘性係数の大きい）塗布液を通過させるためには、従来技術に示したような、これまでの解決手段だけでは、相当莫大な塗布処理時間を要することが周知となっている。加えて、前記した塗布処理の所要時間の増大は、ガラス管内壁に塗布された蛍光体塗布液による蛍光体皮膜の厚みに対して、特にガラス管の長手方向に対して上端側より下端側の蛍光体皮膜が極端に厚みが大きく、不均一な塗布膜形状となっている。条件によっては下端部において蛍光体塗料の目詰まりなどが原因となり多くの不良品を発生する。また、ガラス管内壁に塗布された蛍光体膜の乾燥については、どちらかの管端開口部からの乾いた熱風の導入が、ガラス管端部の偏在的な乾燥となって、ガラス管長手方向の乾燥ムラを発生させている。このような塗布および乾燥状況が、製品の歩留まり低下を生じさせ、製造時の損失としてコスト高の原因の一つになっている。さらに、蛍光体塗布液の塗布膜厚および乾燥状態が不均一な状態で完成された蛍光放電管は、その発光特性に極めて悪影響を及ぼすことがわかっている。
【００１０】
本発明は、前記した従来の問題を解決するため、長尺細管であっても、均一にかつ短時間で塗料皮膜を塗布形成または乾燥することができる管内壁の塗布膜の乾燥方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【発明が解決しようとする手段】
前記目的を達成するため、本発明の管内壁の塗布膜の乾燥方法は、管状構造体の内壁面に形成された塗布膜に対して、前記管状構造体の外部側にて発生させた電磁界によって、前記管状構造体内部にある浮動子を加熱制御させるとともに、前記管状構造体の管開口側の少なくとも一方より気体を導入することを特徴とする。
【００１２】
本発明の乾燥方法においては、前記管状構造体の下端の開口側より気体を導入して、その流量もしくは圧力を制御し、加熱された前記浮動子の位置を制御し、前記浮動子の表面に形成した気体の流通路により浮動子を揺動または回転運動をさせることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、基本的な手段として、ガラス管のような前記管状構造体の外側に位置し、磁気力または機械的作用による力を発生させる手段と、前記塗布液を管状構造体の内部に位置し、管状構造体の内部に挿入された管状構造体の長手方向に垂直な管断面の内寸法より小さな外寸法形状を有し、管状構造体内部を自在に移動できる「浮動子」からなり、前記発生した磁気力または機械的作用による力を前記浮動子に作用させて浮動子の位置および運動を制御する手段を有することで、塗布液を前記管状構造体内壁に均一な膜厚で、かつ高速に塗布膜を形成することを可能とする塗布方法である。
【００１４】
また、管状構造体の内部に挿入された管状構造体の長手方向に垂直な管断面の内寸法より小さな外寸法形状を有し、管状構造体の外部側に位置し、管状構造体内部を自在に移動できる浮動子が所定温度になるように加熱制御できる熱供給手段と、管状構造体の内部に、所定の状態の気体を制御導入することにより、浮動子に浮力を作用させるとともに、管状構造体内壁に均一塗布された膜中に残留する溶媒蒸気を管状構造体から排出して短時間でかつ均一な塗布乾燥膜を形成することができる。
【００１５】
さらに、管状構造体の内壁面に安定かつ均一な膜厚の塗布膜を形成するために、前記浮動子に塗布液の流れを安定して制御するための構造的工夫がなされている。
【００１６】
第１番目の工夫として、管状構造体が円筒状の場合で、前記浮動子が外部からの磁性力に作用して、回転モータのように回転するよう浮動子内部の所定の位置に回転運動を生じるような磁性体（磁石でもよい）が配置されていることを特徴とする。浮動子の回転速度や回転力は、外部の磁性力を発生する手段に印加する電流、電圧や周波数等を調整することによって、浮動子を所望の回転状態になるように設定制御することができる。また、管状構造体の長手方向の移動については、回転運動を生じさせる磁性体とは別の磁性体が設けられ、管状構造体の外部には、これに作用力を供給するための磁性力を発生する手段が備えられている。
【００１７】
第２番目の工夫として、構造子の形状の一部を円錐形としていることを特徴とする。この円錐形状は、浮動子の外表面とそれに面する管状構造体の内壁面との隙間において、浮動子周辺での一様な隙間を常に維持するように塗布液または気体を流れの抵抗なく導引するためのものである。さらに、浮動子を回転運動させることで、流体流れによる圧力損失が最も小さくなろうとする位置に保持され、この浮動子の回転中心が、管状構造体の管中心軸と一致しようとするため、浮動子周辺での塗布液の流れはより安定して、均一な膜厚の塗布形成が実現できるようになる。
【００１８】
第３番目の工夫として、浮動子の回転安定性と、所望の膜厚を形成する塗布膜の均一性をより向上するための手段として、浮動子の外表面に溝形状または、邪魔板が施されていることを特徴とする。溝形状や邪魔板は、管状構造体の内壁面と浮動子外表面との隙間に存在する塗布液や気体の流れをより一様な流れ（例えば、層流流れ）に制御する働きを有する。さらに、浮動子の回転運動による変動バラツキを抑える効果がある。
【００１９】
第４番目の工夫として、管状構造体の内壁に所望の膜厚の塗布膜を均一に形成し、それを安定して再現するための手段として、浮動子に塗布液や気体の流体溜り部となる「括れ部」を有することを特徴とする。この括れ部に流入した塗布液および気体は、管軸に対して周方向への流動が生じる空間である。この流動によって、浮動子周辺の動圧および静圧のバラツキがなくなり、管状構造体の内壁面との隙間は均一な寸法隙間を維持され、より均一かつ安定した塗布液や気体の流れを形成することができる。
【００２０】
第５番目の工夫として、浮動子に外力を作用し制御するために管状構造体の外側に設けられた駆動手段および制御手段と、前記駆動手段と浮動子とが細線によって接続され、前記細線を巻き取り、または巻き出したりすることによって、浮動子の管状構造体の内部での位置を制御したり、または前記細線を捻ることで浮動子に回転運動を与えて制御することを特徴とする。
【００２１】
これらの工夫は全て、管状構造体の内壁に形成された塗布膜の厚みや乾燥状態をより均一かつ安定するように作用し、製品としての品質性能を良好に大きく貢献する手段である。
【００２２】
本発明の実施の形態を図１〜図３を用いて以下に説明する。本発明の基本的形態は、管状構造体（以下、「管」と記す）の内壁に塗料膜を形成するために、管外部側から作用する力を管内部の浮動子に作用させて、管内壁面と浮動子の間に均一かつ安定した隙間を形成することで、その隙間の塗布液の流れを制御して塗布液を管壁面に塗布する方法である。
【００２３】
（実施の形態１）
管外部側から作用する力として「磁気力」を用いた実施の形態１を図１（ａ）（ｂ）に示す。図１中（ａ）に示すように、容器１に入った塗布液２中に管３の下端部４を浸漬し、制御手段５で上下移動可能な磁気力発生器６の発生部７から発生する磁気力８によって、管３の内部に挿入した浮動子９が所定の高さに保持される。磁気発生器６の発生部７を所望の位置に移動させることにより、浮動子９は、磁性体１０との引力または斥力により、磁気発生器６の上下操作に従って管３の内を移動させることができる。さらに、浮動子９の一部はＮ極およびＳ極で構成される磁性体１１で構成されている。磁気発生器６の発生部７から周期的に発生させた変動する磁界１２の中で、浮動子９が有するＮ極およびＳ極の磁性体１１と引力および斥力により、浮動子９は所望の周方向１３に回転させることができる。
【００２４】
磁気発生器６を上方向へ移動させることで、浮動子９を管３の上方向に移動させると、塗布液２が管３の内部に吸引される。浮動子９を管３の内部の所定の上端部位置までに移動させると管３の内部は塗布液２で満たされる。このとき浮動子９は回転させながらでも良い。
【００２５】
続いて、磁気発生器６を下方向へ移動させると、浮動子９は管３の内部を下方向へ移動するため、図１（ｂ）に示すように、管３の内壁１４と浮動子９との間に形成された隙間１５を流動する塗布液２によって、管３の内壁面１４に膜１５が形成させる。浮動子９は、管３の内壁１４のあらゆる場所でその安定かつ均一な膜厚の膜１６を形成することができる構造を有している。
【００２６】
浮動子９の位置や状態を、管３の外側にある磁気発生器６を制御するための制御因子として、電流または電圧がある。これらの電気的制御因子の一つを特定の周波数で制御することにより、管３内における浮動子９の回転数を制御することができる。
【００２７】
管内にある浮動子を用いて壁面に均一かつ安定した塗布膜を形成するために、塗布液の粘性や密度、表面張力等の性質を加味した上で、浮動子の形状、回転数、管内での上下走査速度などの制御パメータの最適な塗布操作条件を予め決定しておく必要がある。具体的には後の実施例で説明する。
【００２８】
（実施の形態２）
実施の形態２として、細線と接続することのより「機械的張力」によって浮動子を制御して塗布液を塗布する方法についての実施の形態を図２（ａ）（ｂ）に示す。本実施の形態は、図２（ａ）に示すように、容器１の塗布液２中に管３の下端部４を浸漬して、制御により、浮動子９と接続された細線１７を巻き取ったり、または巻き出したりする駆動手段１８を有している。浮動子９は前記細線１７と接続され、駆動手段１８の動作により、浮動子９が管３の内部を自在に移動することができる。実施の形態１と同様に管内の塗布液の流れを制御して、浮動子９と管３の壁面１９に形成される隙間１５で規制することにより、図２（ｂ）に示すように、塗布液２を管３の内壁１４に塗布する。以下、実施の形態１と同じ説明は省く。また、管３の内部にある浮動子９を用いて壁面１４に均一かつ安定した塗布膜を形成するためには、塗布液２の粘性や密度、表面張力等の性質を加味した上で、浮動子９の形状、回転数、管３内での上下走査速度などの最適な塗布操作条件を予め決定しておく必要がある。具体的には後の実施例で説明する。
【００２９】
（実施の形態３）
実施の形態３について図３に示す。本実施の形態３は、前記実施の形態１および実施の形態２で示した基本的な動作の一部を組み合わせたもので、管の内壁に塗布した塗布膜を均一に乾燥する方法を提供するものである。浮動子を移動させるには、実施の形態１および２で説明したような方法を採用しても良い（具体的手段は省略：図１、図２を参照）。管の内部に挿入された浮動子を機械的張力または磁気力または管３内に導入する気体の流れによって、管の内部での浮動子の位置および動作を制御する。次に、浮動子９を加熱するための電磁誘導磁気発生器２０から発生する磁界２１によって、管３の内部に挿入した浮動子３が誘導加熱される。浮動子９は、電磁誘導磁気発生器２０の磁気発生部２１に対して、電気的パラメータ（例えば、電流、電圧、その周波数等）を調整制御することにより所望の温度になるように加熱することができる。浮動子９は、磁気力や機械的張力、または管内を流れる気体２４の流れを調整して、所定の位置に浮動子９を移動させて、管３の管壁面１４に塗布された塗布膜１５を加熱する。気体の調整には調整バルブ２２の付いた流量計２３を用いると良い。９’は浮動子の先端部を示す。加熱により塗布膜１５中に含まれた溶媒蒸気は、管壁１４と浮動子９との隙間を流れる気体２４によって持ち去られ、管３の上端開口２５より管３の外側へ排出される。乾燥が不十分な塗布膜の箇所があれば、浮動子をその近傍へ移動させ、浮動子を所望の温度に調整して、所定時間保持させて乾燥すれば良い。これらの動作を管内全体に対して操作することにより、管壁に塗布された塗布膜の均一な乾燥を効率的に実現することができる。また、壁面の塗布膜の製品としての品質性能を確保しながら乾燥するために、塗布膜中の溶媒の揮発性や過剰蒸発による乾燥膜の欠陥（ピンホール）発生状況等の性質を加味した上で、導入気体の流動（種類、流速、圧力等）、浮動子の形状、温度、回転数や管内での上下走査速度などの最適な塗布操作条件を予め決定しておく必要がある。具体的には後の実施例で説明する。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明による実施例について、図４から図１１を用いて説明する。
【００３１】
（実施例１）
図４（ａ）〜（ｃ）に、本発明の実施例１として、管外側からの「磁気力」により動作制御された浮動子によるガラス管内壁に蛍光体塗布膜を形成する動作図と、その装置を用いて形成した外径６ｍｍ、内径４ｍｍで管長さ１０００ｍｍのガラス管内壁に塗布された蛍光体乾燥膜の膜厚分布特性グラフを図５に示す。なお、塗布液の性状および浮動子の動作および制御などの基本的条件は図中に記載している。さらに、図５には従来の技術を用いて最適とされる塗布条件にて塗布膜を形成した場合の膜厚データを合わせて示した。
【００３２】
塗布動作の手順について、図４（ａ）〜（ｃ）に示す動作図を使って説明する。ガラス容器２６に満たされた蛍光体材料を含む塗布液２７（粘度５０Ｐａ・ｓ）の液面２８にガラス管２９の下端部３０を浸漬する。次に、ガラス管２９の長さ方向に上下移動できる浮動子走査装置３１内にある浮動子保持用磁気発生部３２に一定電圧のもとで所定の電流を印加して強力な磁界３３（通常、目視できない）を発生させる。この浮動子走査装置３１の磁気発生部３２は、初めは浮動子３４がガラス管２９の下端部３０の液面２８付近に位置３５する高さに配置されている。そして、予めガラス管内２９に挿入された浮動子３４の一部を構成する鉄芯３６が、ガラス管２９を透過した磁力線に作用して、所定の高さを保持されている。このとき、浮動子３４より下のガラス管２９の内部には塗布液２７が存在している。次に、浮動子走査装置３１を所定の速度で管上方へ移動させる。移動の際に、浮動子走査装置３１内に設けられた他の磁気発生部３７に、一定電圧のもと、その特定の周波数で制御した所定の電流を印加して磁界３８を発生させる。この磁界３８により発生した磁力線が、浮動子３４内の別に設けられた永久磁石４０（Ｎ極S極組み合わせ構造：後述の図８（ａ）（ｂ）を参照）に作用して、浮動子３４は、所望の管周方向、回転速度で回転する。本実施例では５０ｒｐｍで回転させた。浮動子３４を回転させながら、浮動子走査装置３１を所定の上昇速度でガラス管２９の上方へ移動させると、浮動子３４の下側のガラス管２９内の塗布液４１が満たされた空間４２が減圧されることにより、ガラス容器２６内の塗布液２７がガラス管２９の内部に流入する。浮動子走査装置３１を上方向に移動させて、浮動子３４がガラス管２９の内壁への塗布を開始する最上端４４の高さに位置した後、所定の速度で浮動子３４を回転および落下させながら下方へ移動させた。浮動子３４の降下速度は１０ｍｍ／ｓであった。
【００３３】
そして、浮動子３４が下方向へ回転落下するときに、ガラス管２９の内壁４３と浮動子３４との隙間４５を通って流動する塗布液２７は、ガラス管２９の壁面４３へ付着され、膜４６が形成される。ここで注意しなければならないのは、浮動子の回転速度や落下速度が適正に制御されないと、ガラス管内壁全面での厚みにバラツキが生じ、所望の膜厚と異なった塗布膜が形成されてしまうことである。
【００３４】
次に、一様な塗布膜厚４６を形成しながら、浮動子３４を最初に位置した最下端３５の高さまで移動させる。その後、ガラス管２９を引き上げて、容器２６の塗布液２７の液面２８より離して、浮動子３４をガラス管２９内より取り出す。これで塗布操作は完了する。
【００３５】
図５に示すとおり、「磁気力」を利用した塗布方法によって形成された塗布膜厚の均一性は、従来の技術による方法の膜厚特性と比較して極めて良好であることがわかる。また、塗布操作に要した時間を比較しても、全体で従来の方法の約１／５の程度の時間短縮を確認した。特に、本発明の塗布方法で考慮すべき注意事項として、(1)塗布中に塗布液の温度を変動させないこと、(2)ガラス管を常に垂直になるよう保持すること、(3)浮動子の塗布液の性質が磁気に影響されないものであることが重要である。
【００３６】
（実施例２）
図６（ａ）〜（ｃ）に、本発明の実施例２として、浮動子に細線（ワイヤ−）を接続し、管外側に位置する巻取り巻き出し装置によって「機械的張力」を発生させて、浮動子を動作制御しながらガラス管内壁に蛍光体塗布膜を形成する動作を図６（ａ）〜（ｃ）に示し、その方法によって形成した外径６ｍｍ、内径４ｍｍで管長さ１０００ｍｍのガラス管内壁の蛍光体乾燥膜の膜厚分布特性グラフを図７に示す。なお、塗布液の性状および浮動子の動作および制御の基本的条件は図中に記載している。さらに、本図中には図５で示したものと同じように「従来の技術」を用いて塗布膜を形成した場合の膜厚データを示した。
【００３７】
塗布動作の手順について、図６（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。ガラス容器２６に満たされた蛍光体材料を含む塗布液２７の液面２８に、ガラス管２９の下端部３０を浸漬する。次に、巻取り巻き出し装置４７を所定の電圧で制御しながら細線４８に張力を作用させながら、初めは、浮動子４９がガラス管２９の内部の下端部３０の液面２８付近に位置するように移動させる。このとき、浮動子４９より下のガラス管２９の内部には塗布液２７が存在している。次に、巻取り巻き出し装置４７によって浮動子４９を所定の速度で管上方へ移動させる。移動の際に、巻取り巻き出し装置４７のモータ駆動部５０に所定の電圧を印加する。さらに、浮動子４９に回転運動を与える捻り装置５１を動作させることで、細線４８が捻られ、浮動子４９は、所望の管周方向へ所定の回転速度で回転する。浮動子４９を回転させながら、所定の上昇速度でガラス管２９の上方へ移動させることにより、浮動子４９の下側のガラス管２９の内部空間４１が減圧されるため、ガラス容器２６に入った塗布液２７がガラス管２９の内部に流入する。浮動子４９を上方向に移動させて、浮動子４９がガラス管２９内の塗布を開始する最上端４４の高さに位置した後、浮動子４９の上側に接続されている細線４８’を浮動子４９から外す。このとき、下側の細線４８は接続されたままである。そして、所定の速度で浮動子４９を回転および落下させながら下方へ移動させる。次に、浮動子４９が下方向へ回転落下するときに、ガラス管２９の内壁４３と浮動子４９との隙間５２を通って流動する塗布液２７は、ガラス管２９の壁面４３に付着塗布される。このとき、浮動子４９の回転速度や落下速度がうまく制御されないと、ガラス管内壁での塗布厚みが偏ったり、所望の膜厚と異なった膜が形成されてしまうことがある。
【００３８】
一様な膜厚の塗布膜５３を形成しながら、浮動子４９を最初に位置した最下端３０の高さまで移動させる。その後、ガラス管２９を引き上げて、ガラス容器２６の塗布液面２８より離し、浮動子４９をガラス管２９内より取り出す。これで塗布操作は完了する。
【００３９】
図７に示すとおり、細線の「機械的張力」を利用した塗布方法によって形成された塗布膜厚の均一性は、「磁気力」を用いた場合と比較して、細線の捻れ操作による浮動子の回転の不安定性が原因と思われる膜厚バラツキがみられるものの、従来の技術による方による膜厚分布特性と比較しても、極めて良好な膜厚均一性が得られていることがわかる。また、「磁気力」を用いた場合と同様に、塗布操作に要した時間をみても、従来の技術と比較して、磁気力を利用した場合と同等の約１／５程度の時間短縮ができた。
【００４０】
特に本発明の塗布方法で考慮すべき注意事項として、(1)塗布中に塗布液の温度を変動させないこと、(2)ガラス管を常に垂直になるよう保持することに加え、(3)浮動子と接続する細線の腐蝕による塗布液への金属や油分等の不純物を混入させないことが重要である。
【００４１】
（実施例３）
図８（ａ）（ｂ）に、本発明である実施例１および実施例２で使用した浮動子の基本形状とその構造透過図を示す。図８（ａ）は実施例１の中で、「磁気力」に作用して、管内の移動や回転動作を行える浮動子の形状と構造透過図である。また、図８（ｂ）の浮動子は、実施例２の中で、細線を接続した機械的張力に作用して、管内の移動や回転動作ができる浮動子の基本形状とその構造透過図である。
【００４２】
先ず、図８（ａ）に示す浮動子について説明する。浮動子３４は、その内部に、回転運動に働く磁性体としてＮ極とＳ極を交互に配置した永久磁石等４０で構成されている。永久磁石４０の上には、管内を移動するための導引する磁性体として鉄芯３５が設置されている。浮動子３４は、ポリテトラフルオロエチレンによって覆われているが、幾つかの加工が施されている。浮動子３４の下部側は円錐角度を有する形状の部分５５が施され、管内壁と面するところには、らせん状の溝５６が形成されている。なお、このような溝形状以外にも同じ作用が得られれば邪魔板などで構成されていても良い。その上方部には液溜りとなる括れ部分５７が位置し、さらに最上部には塗布膜厚を規制するためのスリット部５８が施されている。管内壁とスリット部５８との隙間は、０．２５ｍｍであり、条件によるが形成された塗布膜の厚みはこのスリット部５８とのギャップで決定される。スリット部５８表面に傷などがあると塗布膜にその痕跡が残るため、この浮動子の加工には十分注意する必要がある。
【００４３】
次に、本発明による実施例２で使用した図８（ｂ）に示す浮動子について説明する。浮動子４９は、その中心部に、細線４８、４８’と接続するための接続部５９、５９’が設けられている。細線４８、４８’と接続部５９、５９’との接続は、動作上、容易に取り付け、取り外しができる構成であれば、接続の仕方はどのようなものであってもよい。それ以外は図８（ａ）に示す浮動子の基本的形状と同じであり、それぞれの部分の作用は前記の通りである。本実施例の浮動子４９には磁気力に作用する磁性体構造は有しない。なお、らせん状の溝形状６０の他に同じ作用が得られれば邪魔板などが施されていても良い。
【００４４】
（実施例４）
本発明の実施例４の電磁誘導によって発熱する金属材料からなる浮動子を管内に挿入して、さらに気体の流れによって浮力を得ながら管内壁に塗布された未乾燥膜を乾燥するための動作図を図９（ａ）（ｂ）に、浮動子付近の拡大図を図９（ｃ）に示す。図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、内壁４３に蛍光体材料を含む未乾燥の塗布膜８９が塗布されたガラス管２９の下端口部６１より所定の流量（１Ｌ／分）の空気を、バルブ２０と流量計１７を通じて供給した。次にガラス管の上端開口部６２より、ガラス管２９の内径（４ｍｍ）よりも小さい寸法で、鉄芯６３からなる浮動子６４（重さ０．５ｇ、外径３．５ｍｍ）を挿入した。浮動子６４は重力作用により下方向へ落下しようとするが、下方から上方へ流れてくる空気６５に対して反作用（浮力）が働く。空気６５の設定流量に応じて、浮動子６４はガラス管２９の内部の所望の位置に浮遊させることができる。次に、ガラス管２９の長さ方向に上下移動できる電磁誘導加熱装置６６内の磁気発生コアに一定電圧のもとで所定の電流を印加して強力な電磁界６８を発生させる。この電磁誘導加熱装置６６は、空気６５の流量によって高さが変化する浮動子６４の高さを検知するセンサを持っており、浮動子６４の動きに追従して移動することができる。発生した電磁界６８は、ガラス管２９内を透過し、浮動子６４を所望の温度（本実施例では、８０℃）に加熱された。次に、空気６５の流量を流量計１７で０．５Ｌ／分に減らして、ガラス管２９の下端部６１付近で浮動子６４を浮遊停止させた。浮動子の電磁誘導加熱装置６６により加熱された浮動子６４によって、浮動子６４の周辺を流れる空気６５に対流熱６９（通常見えない）を与え、または浮動子６４の外表面から放射される熱輻射７０（通常見えない）によって蛍光体塗布膜７１に熱が与えられる。蛍光体塗布膜７１中に残留する溶媒である「水」は、加熱蒸発されて空気６５中に拡散し、空気６５の流れに沿ってガラス管２９の上端開口部６２より排出させた。
【００４５】
そして、徐々に空気６５の流量を増やしながら浮動子６４を上方側へ移動させて塗布膜７１を乾燥させた。この方法は、空気６５の流量を時間的に調整することによって所望の位置に必要な分の熱を供給する長所がある。さらに、浮動子６４を上方向に移動させて、浮動子６４がガラス管２９内の上端開口６２付近の高さに到達すると乾燥は完了する。
【００４６】
さらに、乾燥が必要な塗布膜部分があれば、空気流量を調節して浮動子の位置を変え、乾燥を継続させれば良い。浮動子６４に回転運動を与えることで浮動子６４はガラス管２９の内部での浮遊状態が安定になり、さらに、空気６５の流れにらせん運動が加わることで、空気６５の乱れが生じ、より均一な乾燥が行えることがわかっている。
【００４７】
図１０に示すように、従来の技術であるガラス管の一方の端口部から所定の熱風を供給する場合に比べて、乾燥重量分布をみると、乾燥重量による長手方向の良好な均一性が得られ、かつ時間短縮の効果が確認された。
本発明の乾燥に用いた浮動子の基本形状とその構造を図１１に示す。本発明の浮動子６４は、電磁誘導作用によって発熱する部分を鉄芯６３で構成している。一般には加熱される温度によって材質を選択するのだが、浮動子６４の表面は、高精度の表面加工が要求される。ガラス管２９の内部での様々動作による衝突で、塗布膜７１に傷を生じさせないために、例えばポリテトラフルオロエチレン（デュポン社登録商標“テフロン”）のようなフッ素樹脂で被覆してあっても良い。また、浮動子６４周辺の表面には空気６５の流れに作用する溝形状７２の加工が施されている。これは、ガラス管２９の下方部より導入された空気６５などの気体を浮動子表面の溝形状７２部に沿わせて通過させることにより、浮動子６４に作用して回転運動を生じさせる働きをするためのものである。なお、本実施例の溝形状７２以外に、塗布膜７１に傷などの痕跡を残さないなどの前提で、同じ機能がえられるものであれば、邪魔板を施したものであってもかまわない。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、特に長尺細管のような管状構造体の内部に管軸方向に垂直な管断面の内寸法より小さい外寸法形状を有する浮動子を挿入し、管外側より、「磁気力」を作用させる手段を用いて、管内部に挿入した浮動子に作用させて、管内部における浮動子の位置および運動を制御することにより、一般的に液粘度の高い、すなわち液粘性係数の大きい塗布液を充填させ、管壁面への塗布に要する時間を極めて短縮することができるとともに、特に管長手方向に対し、管内壁に塗布された塗布膜の厚みにおいて、均一な塗布が可能となり、塗布均一性に影響する製品特性が改善され、また、塗布液の目詰まりなどによる不良品の発生や処理時間のロスが抑えられるなど製造におけるコスト損失を少なくすることが可能である。
【００４９】
また、浮動子を電磁誘導加熱によって加熱し、さらに管内部に気体を導入供給することで、管内の所定の位置に塗布された塗布膜中の溶媒を高速かつ均一に蒸発乾燥させることが可能である。乾燥状態が不十分な塗布膜部分を選択的に乾燥することができるため、管内の塗布膜全体の乾燥ムラをなくすことができる。
【００５０】
なお、本発明の塗布方法および乾燥方法は、液晶用バックライト等の蛍光放電管の製造以外にも、比較的大きな寸法（内径、長さ）形状の室内用の蛍光灯管や、水道管、熱交換器の伝熱管内などにコーティングするポリテトラフルオロエチレン皮膜やガラス皮膜となる塗布液を用いたランニング加工にも応用でき、製品形状の大小に関わらず高分子電解質液や触媒電極塗料などによる高分子電解質膜−電極膜接合体を形成する燃料電池製造分野にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１における浮動子による管内壁の塗布動作を示す模式的説明図、（ｂ）は（ａ）中の破線域の拡大図。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態２における浮動子による管内壁の塗布動作を示す模式的説明図、（ｂ）は（ａ）中の破線域の拡大図。
【図３】本発明の実施の形態３における加熱制御された浮動子による管内壁の塗布膜乾燥動作を示す模式的説明図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施例１における浮動子による管内壁に蛍光体膜を塗布するための模式的動作図。
【図５】同実施例１における塗布膜厚分布特性を示すグラフ。
【図６】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施例２における浮動子による管内壁に蛍光体膜を塗布するための模式的動作図。
【図７】同実施例２における塗布膜厚分布特性を示すグラフ。
【図８】（ａ）は本発明の実施例１で使用した磁力作用浮動子の基本形状図、（ｂ）は実施例２で使用した細線による張力作用浮動子の基本形状図。
【図９】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例４における浮動子による管内壁に蛍光体膜を乾燥するための模式的動作図、（ｃ）は（ａ）の波線域の拡大図。
【図１０】同実施例４における乾燥重量分布特性図。
【図１１】同実施例４における乾燥用浮動子の基本形状図、
【図１２】（ａ），（ｂ）は従来の技術を説明する蛍光体を形成する塗布方法を示す模式的断面図。
【図１３】従来の蛍光放電管の構成を説明する図。
【符号の説明】
１ 容器
２ 塗布液
３ 管
４ 下端部
５ 制御手段
６ 上下移動可能な磁気力発生器
７ 磁気発生部
８，１２ 磁界
９ 浮動子
１０ 磁性体
１１ 極性を有する磁性体
１３ 周方向矢印
１４ 内壁
１５ 隙間
１６ 膜
１７，１７’ 細線
１８ 巻き取り巻き出し手段
１９ 壁面
２０ 電磁誘導磁気発生器
２１ 磁気発生部
２２ 調整バルブ
２３ 流量計
２４ 気体の雰囲気
２５ 上端開口
２６ ガラス容器
２７ 塗布液
２８ 液面
２９ ガラス管
３０ 下端部
３１ 浮動子走査装置
３２ 浮動子保持用磁気発生部
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光放電管等や多目的のガラス管の内壁面上に塗布される皮膜や、電池等の筒状電解質基材や絶縁基材面上に正負極の電極膜を形成する塗布方法に関して、特に内径の細い管状の内壁面に所望の機能を有する塗布膜の乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パソコン、テレビの画像表示に液晶表示装置が多用されているが、この液晶表示装置には液晶表示素子を背面から照明するいわゆるバックライトと呼ばれる照明装置が必要であり、この照明装置の光源には一般的に熱陰極や冷陰極の蛍光放電管が使用される。図１３は、一般的な蛍光放電管の構造を示す説明図である。管状バルブ７３の両端の封止部に電極７５が装着されたリード線７６が封着されている。蛍光体膜７７は、封止の妨げにならないように封着部７８に接触しない寸法で、管状バルブ７３の内壁表面７４に塗布形成されている。
【０００３】
従来の技術の実施例として、蛍光機能を有する蛍光体塗布液などを用いて、ガラス管内壁に蛍光体膜を形成する塗布方法について図を参照して説明する。この蛍光体を形成するための従来の塗布方法を示すのが図１２（ａ）（ｂ）である。ガラス管７９を垂直（ほぼ重力が作用する方向）に立てて、下端部８０を容器８１内の蛍光体塗布液８２に漬けて、ガラス管７９の上端部８３から、ポンプ８４で蛍光体塗布液８２を所定位置まで吸い上げ、大気圧に開放して液面を下げることにより、ガラス管７９の内壁８５に蛍光体塗布液８２を塗布する方法である。また、蛍光体塗布液をガラス管内部に充填する手段として、前記のような上端部からのポンプによる蛍光体塗布液の吸い上げる方法などの他に、蛍光体塗布液の入った密閉容器にエアーを流出入させることにより、蛍光体塗布液をガラス管内に強制的に圧送して、充填させて、圧送圧力を徐々に開放しながらガラス管内壁に蛍光体皮膜を塗布する形成方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、ガラス管内壁に形成される塗布膜の厚みを積極的に均一に塗布するための手段として、以下のような提案がされている。
【０００５】
すなわち、ガラス管内壁との間隔を保持するための先端ガイドを取り付けた外パイプと外パイプから所定寸法飛び出した内パイプとで構成された２重パイプを、垂直に保持したガラスの上部開口部から挿入して、皮膜を形成しようとする下端部の位置から引き上げる。引き上げる途中は、前記２重パイプの外パイプと内パイプとの間から塗布液（本文献では「溶剤」と記している）を流し込んでガラス管内と溶剤を接触させて、さらに内パイプからポンプにより溶剤を吸い上げる動作を与えることにより塗布膜を形成するものである（特許文献２）。
【０００６】
また、このようにガラス管の内壁に塗布された未乾燥の蛍光体皮膜に対する従来の技術による乾燥方法としては、ガラス管のどちらか一方の開口部から、加熱された空気などの熱風をガラス管内部に吹き込んで乾燥させるのが一般的である。また、ガラス管の内部に空気を供給しながらガラス管の外側より加熱して管内部を乾燥させる方法もある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３４８６１７号公報（第３頁、第３図）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−３４６４７２号公報（第４頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
これまで、液晶用バックライト用の蛍光放電管は、デジタルカメラや携帯電話、小型（４〜１５インチ）サイズのテレビ表示画面を中心に、内径の細いものの需要が多かったが、最近は、大型サイズの表示画面の需要が多く、さらに製品デザインとしての見栄えを重視する傾向から、バックライト等の照明装置の占有する設置スペース（液晶表示装置の周辺に配置されることが多い）を小さく設計する傾向がみられる。そのため要求される蛍光放電管形状も管長さ５００ｍｍ以上、内径φ６ｍｍ以下の非常に細くて長いものが使用されるに至っている。よって、管径が極端に細くまたは管長さの長いガラス管の内部に蛍光体塗布液のような一般的に塗布液粘度の高い（液粘性係数の大きい）塗布液を通過させるためには、従来技術に示したような、これまでの解決手段だけでは、相当莫大な塗布処理時間を要することが周知となっている。加えて、前記した塗布処理の所要時間の増大は、ガラス管内壁に塗布された蛍光体塗布液による蛍光体皮膜の厚みに対して、特にガラス管の長手方向に対して上端側より下端側の蛍光体皮膜が極端に厚みが大きく、不均一な塗布膜形状となっている。条件によっては下端部において蛍光体塗料の目詰まりなどが原因となり多くの不良品を発生する。また、ガラス管内壁に塗布された蛍光体膜の乾燥については、どちらかの管端開口部からの乾いた熱風の導入が、ガラス管端部の偏在的な乾燥となって、ガラス管長手方向の乾燥ムラを発生させている。このような塗布および乾燥状況が、製品の歩留まり低下を生じさせ、製造時の損失としてコスト高の原因の一つになっている。さらに、蛍光体塗布液の塗布膜厚および乾燥状態が不均一な状態で完成された蛍光放電管は、その発光特性に極めて悪影響を及ぼすことがわかっている。
【００１０】
本発明は、前記した従来の問題を解決するため、長尺細管であっても、均一にかつ短時間で塗料皮膜を塗布形成または乾燥することができる管内壁の塗布膜の乾燥方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【発明が解決しようとする手段】
前記目的を達成するため、本発明の管内壁の塗布膜の乾燥方法は、管状構造体の内壁面に形成された塗布膜に対して、前記管状構造体の外部側にて発生させた電磁界によって、前記管状構造体内部にある浮動子を加熱制御させるとともに、前記管状構造体の管開口側の少なくとも一方より気体を導入することを特徴とする。
【００１２】
本発明の乾燥方法においては、前記管状構造体の下端の開口側より気体を導入して、その流量もしくは圧力を制御し、加熱された前記浮動子の位置を制御し、前記浮動子の表面に形成した気体の流通路により浮動子を揺動または回転運動をさせることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、基本的な手段として、ガラス管のような前記管状構造体の外側に位置し、磁気力または機械的作用による力を発生させる手段と、前記塗布液を管状構造体の内部に位置し、管状構造体の内部に挿入された管状構造体の長手方向に垂直な管断面の内寸法より小さな外寸法形状を有し、管状構造体内部を自在に移動できる「浮動子」からなり、前記発生した磁気力または機械的作用による力を前記浮動子に作用させて浮動子の位置および運動を制御する手段を有することで、塗布液を前記管状構造体内壁に均一な膜厚で、かつ高速に塗布膜を形成することを可能とする塗布方法である。
【００１４】
また、管状構造体の内部に挿入された管状構造体の長手方向に垂直な管断面の内寸法より小さな外寸法形状を有し、管状構造体の外部側に位置し、管状構造体内部を自在に移動できる浮動子が所定温度になるように加熱制御できる熱供給手段と、管状構造体の内部に、所定の状態の気体を制御導入することにより、浮動子に浮力を作用させるとともに、管状構造体内壁に均一塗布された膜中に残留する溶媒蒸気を管状構造体から排出して短時間でかつ均一な塗布乾燥膜を形成することができる。
【００１５】
さらに、管状構造体の内壁面に安定かつ均一な膜厚の塗布膜を形成するために、前記浮動子に塗布液の流れを安定して制御するための構造的工夫がなされている。
【００１６】
第１番目の工夫として、管状構造体が円筒状の場合で、前記浮動子が外部からの磁性力に作用して、回転モータのように回転するよう浮動子内部の所定の位置に回転運動を生じるような磁性体（磁石でもよい）が配置されていることを特徴とする。浮動子の回転速度や回転力は、外部の磁性力を発生する手段に印加する電流、電圧や周波数等を調整することによって、浮動子を所望の回転状態になるように設定制御することができる。また、管状構造体の長手方向の移動については、回転運動を生じさせる磁性体とは別の磁性体が設けられ、管状構造体の外部には、これに作用力を供給するための磁性力を発生する手段が備えられている。
【００１７】
第２番目の工夫として、構造子の形状の一部を円錐形としていることを特徴とする。この円錐形状は、浮動子の外表面とそれに面する管状構造体の内壁面との隙間において、浮動子周辺での一様な隙間を常に維持するように塗布液または気体を流れの抵抗なく導引するためのものである。さらに、浮動子を回転運動させることで、流体流れによる圧力損失が最も小さくなろうとする位置に保持され、この浮動子の回転中心が、管状構造体の管中心軸と一致しようとするため、浮動子周辺での塗布液の流れはより安定して、均一な膜厚の塗布形成が実現できるようになる。
【００１８】
第３番目の工夫として、浮動子の回転安定性と、所望の膜厚を形成する塗布膜の均一性をより向上するための手段として、浮動子の外表面に溝形状または、邪魔板が施されていることを特徴とする。溝形状や邪魔板は、管状構造体の内壁面と浮動子外表面との隙間に存在する塗布液や気体の流れをより一様な流れ（例えば、層流流れ）に制御する働きを有する。さらに、浮動子の回転運動による変動バラツキを抑える効果がある。
【００１９】
第４番目の工夫として、管状構造体の内壁に所望の膜厚の塗布膜を均一に形成し、それを安定して再現するための手段として、浮動子に塗布液や気体の流体溜り部となる「括れ部」を有することを特徴とする。この括れ部に流入した塗布液および気体は、管軸に対して周方向への流動が生じる空間である。この流動によって、浮動子周辺の動圧および静圧のバラツキがなくなり、管状構造体の内壁面との隙間は均一な寸法隙間を維持され、より均一かつ安定した塗布液や気体の流れを形成することができる。
【００２０】
第５番目の工夫として、浮動子に外力を作用し制御するために管状構造体の外側に設けられた駆動手段および制御手段と、前記駆動手段と浮動子とが細線によって接続され、前記細線を巻き取り、または巻き出したりすることによって、浮動子の管状構造体の内部での位置を制御したり、または前記細線を捻ることで浮動子に回転運動を与えて制御することを特徴とする。
【００２１】
これらの工夫は全て、管状構造体の内壁に形成された塗布膜の厚みや乾燥状態をより均一かつ安定するように作用し、製品としての品質性能を良好に大きく貢献する手段である。
【００２２】
本発明の実施の形態を図１〜図３を用いて以下に説明する。本発明の基本的形態は、管状構造体（以下、「管」と記す）の内壁に塗料膜を形成するために、管外部側から作用する力を管内部の浮動子に作用させて、管内壁面と浮動子の間に均一かつ安定した隙間を形成することで、その隙間の塗布液の流れを制御して塗布液を管壁面に塗布する方法である。
【００２３】
（実施の形態１）
管外部側から作用する力として「磁気力」を用いた実施の形態１を図１（ａ）（ｂ）に示す。図１中（ａ）に示すように、容器１に入った塗布液２中に管３の下端部４を浸漬し、制御手段５で上下移動可能な磁気力発生器６の発生部７から発生する磁気力８によって、管３の内部に挿入した浮動子９が所定の高さに保持される。磁気発生器６の発生部７を所望の位置に移動させることにより、浮動子９は、磁性体１０との引力または斥力により、磁気発生器６の上下操作に従って管３の内を移動させることができる。さらに、浮動子９の一部はＮ極およびＳ極で構成される磁性体１１で構成されている。磁気発生器６の発生部７から周期的に発生させた変動する磁界１２の中で、浮動子９が有するＮ極およびＳ極の磁性体１１と引力および斥力により、浮動子９は所望の周方向１３に回転させることができる。
【００２４】
磁気発生器６を上方向へ移動させることで、浮動子９を管３の上方向に移動させると、塗布液２が管３の内部に吸引される。浮動子９を管３の内部の所定の上端部位置までに移動させると管３の内部は塗布液２で満たされる。このとき浮動子９は回転させながらでも良い。
【００２５】
続いて、磁気発生器６を下方向へ移動させると、浮動子９は管３の内部を下方向へ移動するため、図１（ｂ）に示すように、管３の内壁１４と浮動子９との間に形成された隙間１５を流動する塗布液２によって、管３の内壁面１４に膜１５が形成させる。浮動子９は、管３の内壁１４のあらゆる場所でその安定かつ均一な膜厚の膜１６を形成することができる構造を有している。
【００２６】
浮動子９の位置や状態を、管３の外側にある磁気発生器６を制御するための制御因子として、電流または電圧がある。これらの電気的制御因子の一つを特定の周波数で制御することにより、管３内における浮動子９の回転数を制御することができる。
【００２７】
管内にある浮動子を用いて壁面に均一かつ安定した塗布膜を形成するために、塗布液の粘性や密度、表面張力等の性質を加味した上で、浮動子の形状、回転数、管内での上下走査速度などの制御パメータの最適な塗布操作条件を予め決定しておく必要がある。具体的には後の実施例で説明する。
【００２８】
（実施の形態２）
実施の形態２として、細線と接続することのより「機械的張力」によって浮動子を制御して塗布液を塗布する方法についての実施の形態を図２（ａ）（ｂ）に示す。本実施の形態は、図２（ａ）に示すように、容器１の塗布液２中に管３の下端部４を浸漬して、制御により、浮動子９と接続された細線１７を巻き取ったり、または巻き出したりする駆動手段１８を有している。浮動子９は前記細線１７と接続され、駆動手段１８の動作により、浮動子９が管３の内部を自在に移動することができる。実施の形態１と同様に管内の塗布液の流れを制御して、浮動子９と管３の壁面１９に形成される隙間１５で規制することにより、図２（ｂ）に示すように、塗布液２を管３の内壁１４に塗布する。以下、実施の形態１と同じ説明は省く。また、管３の内部にある浮動子９を用いて壁面１４に均一かつ安定した塗布膜を形成するためには、塗布液２の粘性や密度、表面張力等の性質を加味した上で、浮動子９の形状、回転数、管３内での上下走査速度などの最適な塗布操作条件を予め決定しておく必要がある。具体的には後の実施例で説明する。
【００２９】
（実施の形態３）
実施の形態３について図３に示す。本実施の形態３は、前記実施の形態１および実施の形態２で示した基本的な動作の一部を組み合わせたもので、管の内壁に塗布した塗布膜を均一に乾燥する方法を提供するものである。浮動子を移動させるには、実施の形態１および２で説明したような方法を採用しても良い（具体的手段は省略：図１、図２を参照）。管の内部に挿入された浮動子を機械的張力または磁気力または管３内に導入する気体の流れによって、管の内部での浮動子の位置および動作を制御する。次に、浮動子９を加熱するための電磁誘導磁気発生器２０から発生する磁界２１によって、管３の内部に挿入した浮動子３が誘導加熱される。浮動子９は、電磁誘導磁気発生器２０の磁気発生部２１に対して、電気的パラメータ（例えば、電流、電圧、その周波数等）を調整制御することにより所望の温度になるように加熱することができる。浮動子９は、磁気力や機械的張力、または管内を流れる気体２４の流れを調整して、所定の位置に浮動子９を移動させて、管３の管壁面１４に塗布された塗布膜１５を加熱する。気体の調整には調整バルブ２２の付いた流量計２３を用いると良い。９’は浮動子の先端部を示す。加熱により塗布膜１５中に含まれた溶媒蒸気は、管壁１４と浮動子９との隙間を流れる気体２４によって持ち去られ、管３の上端開口２５より管３の外側へ排出される。乾燥が不十分な塗布膜の箇所があれば、浮動子をその近傍へ移動させ、浮動子を所望の温度に調整して、所定時間保持させて乾燥すれば良い。これらの動作を管内全体に対して操作することにより、管壁に塗布された塗布膜の均一な乾燥を効率的に実現することができる。また、壁面の塗布膜の製品としての品質性能を確保しながら乾燥するために、塗布膜中の溶媒の揮発性や過剰蒸発による乾燥膜の欠陥（ピンホール）発生状況等の性質を加味した上で、導入気体の流動（種類、流速、圧力等）、浮動子の形状、温度、回転数や管内での上下走査速度などの最適な塗布操作条件を予め決定しておく必要がある。具体的には後の実施例で説明する。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明による実施例について、図４から図１１を用いて説明する。
【００３１】
（実施例１）
図４（ａ）〜（ｃ）に、本発明の実施例１として、管外側からの「磁気力」により動作制御された浮動子によるガラス管内壁に蛍光体塗布膜を形成する動作図と、その装置を用いて形成した外径６ｍｍ、内径４ｍｍで管長さ１０００ｍｍのガラス管内壁に塗布された蛍光体乾燥膜の膜厚分布特性グラフを図５に示す。なお、塗布液の性状および浮動子の動作および制御などの基本的条件は図中に記載している。さらに、図５には従来の技術を用いて最適とされる塗布条件にて塗布膜を形成した場合の膜厚データを合わせて示した。
【００３２】
塗布動作の手順について、図４（ａ）〜（ｃ）に示す動作図を使って説明する。ガラス容器２６に満たされた蛍光体材料を含む塗布液２７（粘度５０Ｐａ・ｓ）の液面２８にガラス管２９の下端部３０を浸漬する。次に、ガラス管２９の長さ方向に上下移動できる浮動子走査装置３１内にある浮動子保持用磁気発生部３２に一定電圧のもとで所定の電流を印加して強力な磁界３３（通常、目視できない）を発生させる。この浮動子走査装置３１の磁気発生部３２は、初めは浮動子３４がガラス管２９の下端部３０の液面２８付近に位置３５する高さに配置されている。そして、予めガラス管内２９に挿入された浮動子３４の一部を構成する鉄芯３６が、ガラス管２９を透過した磁力線に作用して、所定の高さを保持されている。このとき、浮動子３４より下のガラス管２９の内部には塗布液２７が存在している。次に、浮動子走査装置３１を所定の速度で管上方へ移動させる。移動の際に、浮動子走査装置３１内に設けられた他の磁気発生部３７に、一定電圧のもと、その特定の周波数で制御した所定の電流を印加して磁界３８を発生させる。この磁界３８により発生した磁力線が、浮動子３４内の別に設けられた永久磁石４０（Ｎ極S極組み合わせ構造：後述の図８（ａ）（ｂ）を参照）に作用して、浮動子３４は、所望の管周方向、回転速度で回転する。本実施例では５０ｒｐｍで回転させた。浮動子３４を回転させながら、浮動子走査装置３１を所定の上昇速度でガラス管２９の上方へ移動させると、浮動子３４の下側のガラス管２９内の塗布液４１が満たされた空間４２が減圧されることにより、ガラス容器２６内の塗布液２７がガラス管２９の内部に流入する。浮動子走査装置３１を上方向に移動させて、浮動子３４がガラス管２９の内壁への塗布を開始する最上端４４の高さに位置した後、所定の速度で浮動子３４を回転および落下させながら下方へ移動させた。浮動子３４の降下速度は１０ｍｍ／ｓであった。
【００３３】
そして、浮動子３４が下方向へ回転落下するときに、ガラス管２９の内壁４３と浮動子３４との隙間４５を通って流動する塗布液２７は、ガラス管２９の壁面４３へ付着され、膜４６が形成される。ここで注意しなければならないのは、浮動子の回転速度や落下速度が適正に制御されないと、ガラス管内壁全面での厚みにバラツキが生じ、所望の膜厚と異なった塗布膜が形成されてしまうことである。
【００３４】
次に、一様な塗布膜厚４６を形成しながら、浮動子３４を最初に位置した最下端３５の高さまで移動させる。その後、ガラス管２９を引き上げて、容器２６の塗布液２７の液面２８より離して、浮動子３４をガラス管２９内より取り出す。これで塗布操作は完了する。
【００３５】
図５に示すとおり、「磁気力」を利用した塗布方法によって形成された塗布膜厚の均一性は、従来の技術による方法の膜厚特性と比較して極めて良好であることがわかる。また、塗布操作に要した時間を比較しても、全体で従来の方法の約１／５の程度の時間短縮を確認した。特に、本発明の塗布方法で考慮すべき注意事項として、(1)塗布中に塗布液の温度を変動させないこと、(2)ガラス管を常に垂直になるよう保持すること、(3)浮動子の塗布液の性質が磁気に影響されないものであることが重要である。
【００３６】
（実施例２）
図６（ａ）〜（ｃ）に、本発明の実施例２として、浮動子に細線（ワイヤ−）を接続し、管外側に位置する巻取り巻き出し装置によって「機械的張力」を発生させて、浮動子を動作制御しながらガラス管内壁に蛍光体塗布膜を形成する動作を図６（ａ）〜（ｃ）に示し、その方法によって形成した外径６ｍｍ、内径４ｍｍで管長さ１０００ｍｍのガラス管内壁の蛍光体乾燥膜の膜厚分布特性グラフを図７に示す。なお、塗布液の性状および浮動子の動作および制御の基本的条件は図中に記載している。さらに、本図中には図５で示したものと同じように「従来の技術」を用いて塗布膜を形成した場合の膜厚データを示した。
【００３７】
塗布動作の手順について、図６（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。ガラス容器２６に満たされた蛍光体材料を含む塗布液２７の液面２８に、ガラス管２９の下端部３０を浸漬する。次に、巻取り巻き出し装置４７を所定の電圧で制御しながら細線４８に張力を作用させながら、初めは、浮動子４９がガラス管２９の内部の下端部３０の液面２８付近に位置するように移動させる。このとき、浮動子４９より下のガラス管２９の内部には塗布液２７が存在している。次に、巻取り巻き出し装置４７によって浮動子４９を所定の速度で管上方へ移動させる。移動の際に、巻取り巻き出し装置４７のモータ駆動部５０に所定の電圧を印加する。さらに、浮動子４９に回転運動を与える捻り装置５１を動作させることで、細線４８が捻られ、浮動子４９は、所望の管周方向へ所定の回転速度で回転する。浮動子４９を回転させながら、所定の上昇速度でガラス管２９の上方へ移動させることにより、浮動子４９の下側のガラス管２９の内部空間４１が減圧されるため、ガラス容器２６に入った塗布液２７がガラス管２９の内部に流入する。浮動子４９を上方向に移動させて、浮動子４９がガラス管２９内の塗布を開始する最上端４４の高さに位置した後、浮動子４９の上側に接続されている細線４８’を浮動子４９から外す。このとき、下側の細線４８は接続されたままである。そして、所定の速度で浮動子４９を回転および落下させながら下方へ移動させる。次に、浮動子４９が下方向へ回転落下するときに、ガラス管２９の内壁４３と浮動子４９との隙間５２を通って流動する塗布液２７は、ガラス管２９の壁面４３に付着塗布される。このとき、浮動子４９の回転速度や落下速度がうまく制御されないと、ガラス管内壁での塗布厚みが偏ったり、所望の膜厚と異なった膜が形成されてしまうことがある。
【００３８】
一様な膜厚の塗布膜５３を形成しながら、浮動子４９を最初に位置した最下端３０の高さまで移動させる。その後、ガラス管２９を引き上げて、ガラス容器２６の塗布液面２８より離し、浮動子４９をガラス管２９内より取り出す。これで塗布操作は完了する。
【００３９】
図７に示すとおり、細線の「機械的張力」を利用した塗布方法によって形成された塗布膜厚の均一性は、「磁気力」を用いた場合と比較して、細線の捻れ操作による浮動子の回転の不安定性が原因と思われる膜厚バラツキがみられるものの、従来の技術による方による膜厚分布特性と比較しても、極めて良好な膜厚均一性が得られていることがわかる。また、「磁気力」を用いた場合と同様に、塗布操作に要した時間をみても、従来の技術と比較して、磁気力を利用した場合と同等の約１／５程度の時間短縮ができた。
【００４０】
特に本発明の塗布方法で考慮すべき注意事項として、(1)塗布中に塗布液の温度を変動させないこと、(2)ガラス管を常に垂直になるよう保持することに加え、(3)浮動子と接続する細線の腐蝕による塗布液への金属や油分等の不純物を混入させないことが重要である。
【００４１】
（実施例３）
図８（ａ）（ｂ）に、本発明である実施例１および実施例２で使用した浮動子の基本形状とその構造透過図を示す。図８（ａ）は実施例１の中で、「磁気力」に作用して、管内の移動や回転動作を行える浮動子の形状と構造透過図である。また、図８（ｂ）の浮動子は、実施例２の中で、細線を接続した機械的張力に作用して、管内の移動や回転動作ができる浮動子の基本形状とその構造透過図である。
【００４２】
先ず、図８（ａ）に示す浮動子について説明する。浮動子３４は、その内部に、回転運動に働く磁性体としてＮ極とＳ極を交互に配置した永久磁石等４０で構成されている。永久磁石４０の上には、管内を移動するための導引する磁性体として鉄芯３５が設置されている。浮動子３４は、ポリテトラフルオロエチレンによって覆われているが、幾つかの加工が施されている。浮動子３４の下部側は円錐角度を有する形状の部分５５が施され、管内壁と面するところには、らせん状の溝５６が形成されている。なお、このような溝形状以外にも同じ作用が得られれば邪魔板などで構成されていても良い。その上方部には液溜りとなる括れ部分５７が位置し、さらに最上部には塗布膜厚を規制するためのスリット部５８が施されている。管内壁とスリット部５８との隙間は、０．２５ｍｍであり、条件によるが形成された塗布膜の厚みはこのスリット部５８とのギャップで決定される。スリット部５８表面に傷などがあると塗布膜にその痕跡が残るため、この浮動子の加工には十分注意する必要がある。
【００４３】
次に、本発明による実施例２で使用した図８（ｂ）に示す浮動子について説明する。浮動子４９は、その中心部に、細線４８、４８’と接続するための接続部５９、５９’が設けられている。細線４８、４８’と接続部５９、５９’との接続は、動作上、容易に取り付け、取り外しができる構成であれば、接続の仕方はどのようなものであってもよい。それ以外は図８（ａ）に示す浮動子の基本的形状と同じであり、それぞれの部分の作用は前記の通りである。本実施例の浮動子４９には磁気力に作用する磁性体構造は有しない。なお、らせん状の溝形状６０の他に同じ作用が得られれば邪魔板などが施されていても良い。
【００４４】
（実施例４）
本発明の実施例４の電磁誘導によって発熱する金属材料からなる浮動子を管内に挿入して、さらに気体の流れによって浮力を得ながら管内壁に塗布された未乾燥膜を乾燥するための動作図を図９（ａ）（ｂ）に、浮動子付近の拡大図を図９（ｃ）に示す。図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、内壁４３に蛍光体材料を含む未乾燥の塗布膜８９が塗布されたガラス管２９の下端口部６１より所定の流量（１Ｌ／分）の空気を、バルブ２０と流量計１７を通じて供給した。次にガラス管の上端開口部６２より、ガラス管２９の内径（４ｍｍ）よりも小さい寸法で、鉄芯６３からなる浮動子６４（重さ０．５ｇ、外径３．５ｍｍ）を挿入した。浮動子６４は重力作用により下方向へ落下しようとするが、下方から上方へ流れてくる空気６５に対して反作用（浮力）が働く。空気６５の設定流量に応じて、浮動子６４はガラス管２９の内部の所望の位置に浮遊させることができる。次に、ガラス管２９の長さ方向に上下移動できる電磁誘導加熱装置６６内の磁気発生コアに一定電圧のもとで所定の電流を印加して強力な電磁界６８を発生させる。この電磁誘導加熱装置６６は、空気６５の流量によって高さが変化する浮動子６４の高さを検知するセンサを持っており、浮動子６４の動きに追従して移動することができる。発生した電磁界６８は、ガラス管２９内を透過し、浮動子６４を所望の温度（本実施例では、８０℃）に加熱された。次に、空気６５の流量を流量計１７で０．５Ｌ／分に減らして、ガラス管２９の下端部６１付近で浮動子６４を浮遊停止させた。浮動子の電磁誘導加熱装置６６により加熱された浮動子６４によって、浮動子６４の周辺を流れる空気６５に対流熱６９（通常見えない）を与え、または浮動子６４の外表面から放射される熱輻射７０（通常見えない）によって蛍光体塗布膜７１に熱が与えられる。蛍光体塗布膜７１中に残留する溶媒である「水」は、加熱蒸発されて空気６５中に拡散し、空気６５の流れに沿ってガラス管２９の上端開口部６２より排出させた。
【００４５】
そして、徐々に空気６５の流量を増やしながら浮動子６４を上方側へ移動させて塗布膜７１を乾燥させた。この方法は、空気６５の流量を時間的に調整することによって所望の位置に必要な分の熱を供給する長所がある。さらに、浮動子６４を上方向に移動させて、浮動子６４がガラス管２９内の上端開口６２付近の高さに到達すると乾燥は完了する。
【００４６】
さらに、乾燥が必要な塗布膜部分があれば、空気流量を調節して浮動子の位置を変え、乾燥を継続させれば良い。浮動子６４に回転運動を与えることで浮動子６４はガラス管２９の内部での浮遊状態が安定になり、さらに、空気６５の流れにらせん運動が加わることで、空気６５の乱れが生じ、より均一な乾燥が行えることがわかっている。
【００４７】
図１０に示すように、従来の技術であるガラス管の一方の端口部から所定の熱風を供給する場合に比べて、乾燥重量分布をみると、乾燥重量による長手方向の良好な均一性が得られ、かつ時間短縮の効果が確認された。
本発明の乾燥に用いた浮動子の基本形状とその構造を図１１に示す。本発明の浮動子６４は、電磁誘導作用によって発熱する部分を鉄芯６３で構成している。一般には加熱される温度によって材質を選択するのだが、浮動子６４の表面は、高精度の表面加工が要求される。ガラス管２９の内部での様々動作による衝突で、塗布膜７１に傷を生じさせないために、例えばポリテトラフルオロエチレン（デュポン社登録商標“テフロン”）のようなフッ素樹脂で被覆してあっても良い。また、浮動子６４周辺の表面には空気６５の流れに作用する溝形状７２の加工が施されている。これは、ガラス管２９の下方部より導入された空気６５などの気体を浮動子表面の溝形状７２部に沿わせて通過させることにより、浮動子６４に作用して回転運動を生じさせる働きをするためのものである。なお、本実施例の溝形状７２以外に、塗布膜７１に傷などの痕跡を残さないなどの前提で、同じ機能がえられるものであれば、邪魔板を施したものであってもかまわない。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、特に長尺細管のような管状構造体の内部に管軸方向に垂直な管断面の内寸法より小さい外寸法形状を有する浮動子を挿入し、管外側より、「磁気力」を作用させる手段を用いて、管内部に挿入した浮動子に作用させて、管内部における浮動子の位置および運動を制御することにより、一般的に液粘度の高い、すなわち液粘性係数の大きい塗布液を充填させ、管壁面への塗布に要する時間を極めて短縮することができるとともに、特に管長手方向に対し、管内壁に塗布された塗布膜の厚みにおいて、均一な塗布が可能となり、塗布均一性に影響する製品特性が改善され、また、塗布液の目詰まりなどによる不良品の発生や処理時間のロスが抑えられるなど製造におけるコスト損失を少なくすることが可能である。
【００４９】
また、浮動子を電磁誘導加熱によって加熱し、さらに管内部に気体を導入供給することで、管内の所定の位置に塗布された塗布膜中の溶媒を高速かつ均一に蒸発乾燥させることが可能である。乾燥状態が不十分な塗布膜部分を選択的に乾燥することができるため、管内の塗布膜全体の乾燥ムラをなくすことができる。
【００５０】
なお、本発明の塗布方法および乾燥方法は、液晶用バックライト等の蛍光放電管の製造以外にも、比較的大きな寸法（内径、長さ）形状の室内用の蛍光灯管や、水道管、熱交換器の伝熱管内などにコーティングするポリテトラフルオロエチレン皮膜やガラス皮膜となる塗布液を用いたランニング加工にも応用でき、製品形状の大小に関わらず高分子電解質液や触媒電極塗料などによる高分子電解質膜−電極膜接合体を形成する燃料電池製造分野にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１における浮動子による管内壁の塗布動作を示す模式的説明図、（ｂ）は（ａ）中の破線域の拡大図。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態２における浮動子による管内壁の塗布動作を示す模式的説明図、（ｂ）は（ａ）中の破線域の拡大図。
【図３】本発明の実施の形態３における加熱制御された浮動子による管内壁の塗布膜乾燥動作を示す模式的説明図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施例１における浮動子による管内壁に蛍光体膜を塗布するための模式的動作図。
【図５】同実施例１における塗布膜厚分布特性を示すグラフ。
【図６】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施例２における浮動子による管内壁に蛍光体膜を塗布するための模式的動作図。
【図７】同実施例２における塗布膜厚分布特性を示すグラフ。
【図８】（ａ）は本発明の実施例１で使用した磁力作用浮動子の基本形状図、（ｂ）は実施例２で使用した細線による張力作用浮動子の基本形状図。
【図９】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例４における浮動子による管内壁に蛍光体膜を乾燥するための模式的動作図、（ｃ）は（ａ）の波線域の拡大図。
【図１０】同実施例４における乾燥重量分布特性図。
【図１１】同実施例４における乾燥用浮動子の基本形状図、
【図１２】（ａ），（ｂ）は従来の技術を説明する蛍光体を形成する塗布方法を示す模式的断面図。
【図１３】従来の蛍光放電管の構成を説明する図。
【符号の説明】
１ 容器
２ 塗布液
３ 管
４ 下端部
５ 制御手段
６ 上下移動可能な磁気力発生器
７ 磁気発生部
８，１２ 磁界
９ 浮動子
１０ 磁性体
１１ 極性を有する磁性体
１３ 周方向矢印
１４ 内壁
１５ 隙間
１６ 膜
１７，１７’ 細線
１８ 巻き取り巻き出し手段
１９ 壁面
２０ 電磁誘導磁気発生器
２１ 磁気発生部
２２ 調整バルブ
２３ 流量計
２４ 気体の雰囲気
２５ 上端開口
２６ ガラス容器
２７ 塗布液
２８ 液面
２９ ガラス管
３０ 下端部
３１ 浮動子走査装置
３２ 浮動子保持用磁気発生部
Claims (2)
- 管状構造体の内壁面に形成された塗布膜に対して、
前記管状構造体の外部側にて発生させた電磁界によって、前記管状構造体内部にある浮動子を加熱制御させるとともに、
前記管状構造体の管開口側の少なくとも一方より気体を導入することを特徴とする管内壁の塗布膜の乾燥方法。 - 前記管状構造体の下端の開口側より気体を導入して、その流量もしくは圧力を制御し、加熱された前記浮動子の位置を制御し、前記浮動子の表面に形成した気体の流通路により浮動子を揺動または回転運動をさせる請求項１に記載の管内壁の塗布膜の乾燥方法。
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