TW201201620A - Coating film drying furnace - Google Patents

Description

201201620 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種使用力經離子電池用冑極塗膜或 太陽光發電用電極塗臈等塗膜連續乾燥之塗膜乾燥爐。' 【先前技術】 在鋰離子電池用電極塗膜或太陽光發電用電極塗膜等 之製造程序中，當加熱乾燥塗膜形成於片體表面之工件 時，如第1圖所示，有—邊在爐體10内部移動工件，一邊 藉配置在爐内之複數支紅外線加熱器5〇進行紅外線加熱 或熱風加熱之乾燥方法。使用於這種爐之紅外線加熱器 50，如第2圖所示，有在中央燈絲51周圍配置保護管52 之構造被廣泛使用（專利文獻1)。而且，53係燈絲51之 支撐體。 上述塗膜之成分’含有在分子間具有氫結合之水或有 機溶媒等。因此’為提高塗膜乾燥爐之生產效率，有必要 使來自紅外線加熱器50之大量熱量放射到爐内，使包含在 工件之水或有機溶媒加速蒸發。 在此’先前當使用第2圖所示之加熱器時，一般係採 用提高紅外線加熱器50燈絲51之溫度，增加放射能量之 方法。當提高燈絲51之溫度時，如第3圖所示，眾所周知 地放射光譜之峰值會往短波長側移動’尤其，當使燈絲51 m·度超過7 0 〇它時’放射光譜主波長係近紅外線領域之3. 5 Μ ro以下。此近紅外線聽說切斷阻礙蒸發之分子間氫結合 201201620 之能力很強，提高紅外線加熱器5〇燈絲51之溫度就此點 來看’效果不錯。而且’在本專利說明書中，將波長3 5 M m以下之領域稱做近紅外線領域。 但是，當提高紅外線加熱器5〇之燈絲溫度時，包圍其 周圍之保護管52溫度也逐漸上升，保護管52本身成為放 射體以放射紅外線。例如當保護f 52溫度為3阶時，如 第3圖所不，主波長為5 # m之紅外線被放射到爐内，藉此， 能加熱工件及爐壁。但是’在其條件下’作為目標之& 5 # m以下近紅外線領域之輻射能量很微量。因此，無法切 斷上述氫結合。當增大該35#m以下之㈣能量時，遠紅 外線領域之輻射能量也增大，工件或爐壁會過熱。又有 可能超過蒸發之有機溶媒著火點，而發生爆炸事件。 叩且，在專利文獻 卜線加熱器。專利文獻2之加熱器係鹵素加熱器，被插 :透明石英管中心。此透明石英管形成有必須加熱氣體之 及喷出口，加熱流動在其中之氣體。又，在專利文 獻3記載有一種使封入鎢加熱器在矽玻璃管内部之放射 *裝人由石夕破場製成之冷卻管内部，一邊使必須加熱之 液體或氣體流動在形成於放射管與冷卻管間之通路一邊加 .....卜線70件。而且，又，在專利文獻4記載有-種使 入有齒素燈之第2中空管，裝入具有流體流入部與流出 第1中空官内部，加熱第1中空管内流體之液體加熱 器。旦> 甘比乂么 '白係用於加熱流動在加熱器周圍流路之流體 力熱器，並非用於加熱爐内工件之物件。 201201620 此外，在專利文獻5記載有一種設置石英保護管到爐 體中心，以置入加熱對象物到其中，藉配置在其周圍四個 紅外線加熱器，以加熱到20001左右高溫之加熱爐。為了 防止覆蓋加熱器外表面之保護管軟化變形，使用有冷卻空 氣彳-疋此專利文獻5也係加熱石英保護管之内容物者， 並非用於加熱爐内工件者，溫度領域也完全不同。 而且在專利文獻6中，開示有一種配置二重管式加 熱器到反應室内之氣相成長裝置。此二重管式加熱器藉空 冷外側管與内側管之間，降低表面溫度，防止不期望的反 應物堆積在加熱器表面，同時緩和構成外側管之石英玻璃 之熱應力。但是，開示於此者係批次式氣相成長裝置，並 非具有3. 5 // m以下電磁波之吸收光譜，且使含有具有氫結 合之水或有機溶媒等之塗膜連續乾燥之爐。又，在本氣相 成長裝置中，其爐内壁係間接水冷，能量發散很大，尤其， 在大型連續爐時很不經濟。如此一來，在本案申請人調查 過之先行技術文獻中，未開示有—邊抑制爐内溫度上升， 一邊高效率地乾燥具有氫結合之塗膜之技術。 【先行技術文獻】 【專利文獻】 【專利文獻1】日本特開2006-294337號公報 【專利文獻2】曰本特開平8-35724號公報 【專利文獻3】日本特開2〇〇4_273453號公報 【專利文獻4】曰本專利第25831 59號公報 【專利文獻5】曰本特開昭58_1〇2482號公報 5 201201620 【專利文獻6】日本特開昭62-97324號公報 【發明内容】 因此’本發明之目的係解決上述先前問題點’提供一 種抑制爐内溫度上升’使切斷分子間氫結合能力優良之近 紅外線集中放射到工件上，能高效率且連續乾燥加熱塗膜 之塗膜乾燥爐。 【用於解決課題的手段】 為解決上述課題之本發明係一種塗膜乾燥爐，具有3 5 //m以下電磁波之吸收光譜，使具有氫結合之塗膜一邊在 爐體内部行走一邊乾燥，其特徵在於：在爐體内部具有紅 外線加熱器，前述紅外線加熱器係燈絲外周被作為低通過 濾器之管體做同心圓狀覆蓋，在這些複數管體間具有形成 /瓜體流路之構造。而且，具有3. 5以m以下電磁波之吸收光 言曰'且具有氫結合之塗膜，係例如链離子電池用電極塗膜或 太陽光發電用電極塗膜。 在本發明中，將流體當作空氣，使自被配置於爐體前 半部之紅外線加熱器排出之熱風，再度導入爐内，藉此， 能高效率地使揮發自工件之溶劑排出到爐外。又，最好使 爐體内壁以紅外線反射率較小之反射性材料構成。又能 依據流體之種類，控制紅外線加熱器之放射波長。此外， 使覆蓋燈絲外周之管體為三重，在形成於這些管體間之流 體流路，流過相互反向之流體。而且，也可以在紅外線加 熱器本身縱向形成複數流體出入口。

S 6 201201620 【發明效果】 t本發明之塗臈乾燥爐，係燈絲外周藉發揮低通過濾器 、尨之s體成同心圓狀覆蓋，使具有在這些複數管體間形 U机路之構造之紅外線加熱器具備於爐體内部。此紅 外線加熱器使燈絲成為7〇(TC〜1200t：之高溫’以能選擇 性放射調節到對塗膜乾燥非常有效之3.5㈣以下短波長 波峰波長之紅外線，在如滾輪對滚輪之連續爐也能充分乾 燦。又’因為僅選擇期望切斷分子間氫結合之3 5“以下 ，長所以由3 · 5 “ m以上長波長所做之爐内溫度上升不 會：生’能高效率地乾燥塗膜。χ，結果能減少加熱器表 面/皿度’所以，對於在經離子電池電極乾燥工序中產生之 爆炸性揮發物，在使用時能不必擔心起火。 而且，當使流動在第5圖所示紅外線加熱器通路16之 空氣，於爐體後半部中當作熱風供給到爐内時，能防止爐 體後半部份中之工件溫度高溫化，能防止在乾燥爐出口與 室溫之激烈溫度變化所致之熱收縮，不會浪費能源。而且， 當使爐體内壁藉紅外線反射率較小之反射性材料構成時， 能防止爐壁吸收紅外線而爐壁本身成為發熱體，能有效抑 制爐内環境氣體溫度。 【實施方式】 以下，詳細說明本發明之實施形態。 第4圖係表示本發明第！實施形態之說明圖。ι〇 膜乾燥爐之爐體，薄膜狀工件W在其内部一邊往一方 201201620 續移動一邊被連續性乾燥❶在薄膜狀工件w表面，形成有 具有3. 5 // m以下電磁波之吸收光譜，且具有氫結合之塗 膜。在此實施形態中’塗膜係鋰離子電池用電極塗膜。 經離子電池之電極’係使作為正極材料或負極材料之 活物質之粉末（電極材料），與結合劑 '導電材料及溶劑 一齊混練，使藉此所得之電極材料軟膏塗佈在鋁或銅等之 金屬片上以形成厚度約l〇〇/t/in〜300/zin左右之塗膜，然後 加以乾燥以製造之。電極材料，一般係正極材料使用鈷酸 鋰，結合劑使用PVDF，導電材料使用碳，溶劑使用NMp。 在此實施形態中，正極用電極材料雖然使用鈷酸鋰，但是， 也可以使用鎳酸鋰或錳酸鋰。又，負極用電極材料係例如 使用石墨。其皆細微粉末。 結合劑係用於接著電極材料與作為導電材料之碳粉之 成分，在此實施形態中係PVDF (聚偏氟乙烯）。溶劑在本 實施形態中，係NMP ( N-甲基-吡咯烷酮）。但是，結合劑 或溶劑之種類並不侷限於此，鋰離子電池用電極塗膜之構 成材料可使用眾所周知之各種物質。 之爐内天井， 在爐體10前半部第1區21與第2區22 紅外線加熱器11卩適宜間隔配置。前述紅外線加熱器i i 之構造’如第5圖及第6圖所示’係燈絲12外周藉複數管 體U’U成同心1狀覆蓋’在這些複數管體間形成流體之 流路。内側之管體13係燈絲12之保護f，其為石英玻璃 或棚石夕酸冕玻璃等之紅外線透過性保護f。又，外侧管體 14係用於在内側管體13外周流過流體之管體，這些管體，

S 8 201201620 如第7圖所示，係發揮電磁波低通過濾器功能之物件。 質有石英玻璃或硼石夕酸晃玻璃等，对熱性、耐熱衝擊j 經濟性優良之保護管最好使用石英玻璃管。 在因為製品物性而已決定上限溫度之乾燥爐内，欲控 制使得對乾燥塗膜很有效之短波長（3. m以下）成為支 配性的紅外線輻射並不容易。其理由在於：藉普朗克放射 法則’將該當波長領域當作主體之放射體溫度最低也會超 過700 C。。在通常之乾燥爐内，與著火性揮發有機溶劑接 觸之加熱器表面溫度不容許超過7〇〇t，假設即使容許， 自放射理論面推論有以下問題點。首先，自該當高溫放射 體，雖然埃實優先放射短波長之放射，但是，藉由斯得方· 波會人又法貝卜每單位面積之放射能量會變得非常大。如 此一來，最後導致在爐内各部溫度上升到超過必要溫度， 士其：由曰省能源性或搬運停止時之製品耐熱性方面來考 量以大量生產為目的之乾燥製程無法成立。 相對於此，在第5圖及第6圖所示形狀之加熱器中， 放射體做成細燈絲狀，所v 、 斤^ ’放射面積及熱容量同時變小， 當觀看每一支加熱器時’其意味具有作為所謂「少量放射 =波長紅外線」放射源之特徵。亦即，該燈絲本身很容易 =上升’改變該燈絲之溫度’而且調整加熱器設置支數 即）#此’成很容易控制爐内單位體積中之放射面 =(總能量產生量）。又，I⑽。C〜削。C通電之燈絲 备停止通電時’溫度瞬間降低，所以，在搬運停止時之安 全性报尚。在該特徵之外，藉由導入管體冷卻機構，可消 201201620 除上述各問題，可以控制以寬廣用途為前提之乾燥爐内之 輻射波長。 燈4 12係在7〇〇〜12〇〇艺被通電加熱，放射在波長3 附近具有峰值之紅外線，但是，石英玻璃或硼矽酸冕 玻璃等係具有3 · 5 # m以下波長之紅外線可透過，吸收3. 5 以上波長紅外線之低通過濾器之功能所以，管體13 及管體14在自燈絲12放射之電磁波中，選擇性透過波長 V m之紅外線以供給到爐内。此波長領域之紅外線 月b里被NMP等溶劑直接吸收且很容易轉換成熱，又，也能 與溶劑或水之分子間氫結合之震動頻率一致，所以，能高 效率地乾燥鋰離子電池用電極塗膜。 但是，管體u及管體14在比35/zm還長之長波長領 域中，反而成為輻射吸收體，藉吸收紅外線能量，其本身 溫度會上升。自上述溫度中之燈、絲12也放射相當量之比 3. 5 // m還要長波長領域之紅外線，所以，結果管體本身成 為紅外線放射體’使主要比3· 還要長波長之紅外線二 次放射到爐心這種長波長紅外線當與3"m附近之紅外線 相比較時’我想不僅乾燥效果會降低，經由由爐内壁吸收 該紅外線所致之壁溫上升，^内流體溫度也會上彳，在鋰 離子電池用電極塗膜中’爐内各部溫度有上升到超過溶媒 著火點之虞。 在此，於本發明係使流體流過管體13與管體14間之 空間16’使暫時被管體13及管體14吸收之長波長領域红 外線能量，以對流熱傳遞之形式轉換以傳遞到前述流體，

S 10 201201620 可在系統外加以去除。結果，最後使被供給到爐内之紅外 線波長限定在短波長領域，同時，即使燈絲12在高溫繼續 通電加熱’在管體13及管體14 ’尤其鋰離子電池用電極 土膜中’可使與揮發有機溶劑直接接觸之管體^維持在安 全溫度（低於溶劑之著火點）之·。C以下，最好維持在 15〇C以下。流體係例如空氣、惰性氣體等，在本實施形離 中’係自流體供給口 1 7吹入*裔^ ^ 人入二乳，使被加熱之空氣自流體 与 _ 出口 18 Ψ 。b / , 自k體排出口 18取出之空氣雖然 因條件而有所不同，也有可能忐故】η Λ 、 成為i〇〇c以上之熱風，所 以’最好當作後半部浮動搬 丁I子動搬運用熱風之一部份，自熱風狹 缝20供給到爐内。 這種構成之紅外線加熱器u，能使波長未滿3·5“ 红外線選擇性地供給到爐内，而且，紅外線加熱器η之 ^面溫度係例如保持在低於20(rc之低溫，所以，能使爐 内溫度在200X：以下，最好在15〇。 υ L以下。因此，就沒有溶 劑著火或爆炸等之虞。又，當^。+ «便爐體1 〇内壁以紅外線放射 率較小之反射性材料來構成時，At 時flb更有效抑制爐壁之溫 度。這種材料可使用例如具有光泽 另7之不銹鋼板。 在上述紅外線加熱器u之外 喊n r 在别半部第1區21與 第2區22之爐内處，配置有多數 带^ 数個用於使熱風吹到鋰離子 電池用電極塗膜之熱風狹縫19。 天井部之熱風狹縫19係 破配置成自紅外線加熱器31間吹屮也 ®熟風。下側之熱風狭縫 Μ使熱風吹到鋰離子電池用電極 A聘之下表面。 在本實施形態之塗膜乾燥爐 將第4圖所示之第1 201201620 區21當作初期狀態’將第2區22當作中期狀態，將第3 區23及第4區24當作終期狀態，以進行鐘離子電池用電

極塗膜之乾燥，對應於此，當然各區中之紅外線加熱器U 概度及熱風皿度等係個別控制，而且，在本實施形態中， 在第3區23及第4區24並未配置紅外線加熱器u，僅以 熱風進行乾燥，但是’也可以使紅外線加熱器11配置在較 廣之範圍。 、代表性加熱器之設定例表示在表1及表2。加熱器表 面恤度之认定,皿度，並非表示燈絲溫度，而係表示外側管 體14之溫度。放射紅外線之主體部分係自中心之燈絲被放 射’透過管體14以射出外部，所以，即使管體U溫度較 低加熱效果也凡全沒有問題。而如上所述，加熱器之與 爐内机體之接觸部係保持在安全溫度以下。在實際運用 時’可藉對加熱器之通電量（w)及氣體流量來控制。 【表1】 鋰離子電池用J極涂瞄

【表2】 太陽光發電用涂賊 加熱器表面溫宥 燈絲溫度 塗膜溫度 先前方法. 450〇c 1000°c 210°c 本申請案 190°c ___1000°c 200°c ------1 201201620 而且，太陽光發電用電極塗膜也係具有3 5#m以下電 磁波之吸收光譜，且具有氫結合之塗膜，所以，與上述鋰 離子電池用電極塗膜同樣地，可以藉本發明之塗膜乾 來乾燥。 ” 又，在本發明中’能任意控制流體之種類或流量。如 第8圖所示，藉增減流體之流量，改變紅外線加熱器11之 表面皿度，調整3. 5 /z m以上之放射光譜。藉此，能使紅外 線加熱器11之放射波長相同，同時在爐體縱向能改變溫度 平衡。例如在必須積極切斷分子間氫結合之區域中，可分 開使用如下：強化紅外線加熱器11之冷卻以放射近紅外線 到工件W，之後，緩和冷卻以升溫工件整體。 第9圖係本發明第2實施形態之說明圖，紅外線加熱 器11之構造係在其縱向具有複數流體供給口丨7及流體排 出口 18。在第9圖中，於中央兩處設有流體供給口 17，流 體往外側流動以自兩端部之流體排出口 i 8排出。 第10圖係本發明第3實施形態之說明圖，紅外線加熱 之俯視圖。在此第3實施形態中，一支紅外線加熱器 11在端部各具有一個流體之流體供給口丨7與流體排出口 18，但是，設定使流體之流動方向交互反向。藉此，即使 在紅外線加熱器11爐寬方向具有溫度傾斜，也能緩和對工 件W之影響。 第11圖係本發明第4實施形態之說明圖，使空氣自被 配置於爐體1前半部份之各紅外線加熱器11回收到管匯流 益25 ’自被配置於爐體1後半部份之供給口 2〇吹入爐體丄 13 201201620 内部。通過各紅外線加熱器u流路16之流體被加熱到ι〇〇 所以，藉將其吹入爐體1其他區，爐内溫度 分佈不會紊亂，能推出爐内之溶媒氣體，能防止爐體後半 部份中之工件之高溫化’能防止在乾燥爐出口處與室溫之 激烈溫度變化所致之熱收縮。 第12圖係本發明第5實施形態之說明圖，使覆蓋燈絲 12外周之管體為二重物件。在形成於這些管體間之兩個流 體流路16可流過不同種類之流體，也可以流過相同種類之 抓體# ’任何情形，當使流體之流動方向在外側與内側 反向時，能獲得均勻化紅外線加熱器丨丨縱向溫度分佈之效 果0 如上所述，在本發明雖然使用燈絲12外周藉複數管體 13’ 14同心圓狀覆蓋之紅外線加熱器u，但是，為使用在 業上而要求在能確實獲得上述功能外，要能盡量便宜 製造’維修容易’而且安全性很優良。第13圖係表示具體 1·生的紅外線加熱器丨丨之構造圖。此红外線加熱器11係使 外側管體14兩端部藉—對有底筒狀體3〇保持。外側管體 14係石英玻璃管，有底筒狀體30最好係金屬製。有底筒 狀體30係在圆筒部外側端氣密安裝有蓋體31。在這些有 底筒狀體30内部配置有保持器32，内側管體丨3藉這些保 持器32在外側管體14中心位置被支撐。内側管體13係在 石英破璃管内部具有燈絲12，可使用市售之直管加熱器。 這些有底筒狀體30分別具有流體出入口 33。空氣等 肌體係由任一邊有底筒狀體30之流體出入口 33被供給，

S 14 201201620 在通過形成於外側管體14與内側管體13間之流體流路i 6 期間’冷卻這些管體13,丨4 ’自另一邊有底筒狀體3〇之流 體出入口 33排出。 又’在這些有底筒狀體30設有短管狀之配線拉出部 34。連接在内側管體1 3燈絲1 2之電氣配線35通過配線拉 出。P 3 4以被拉出到外部，但是，藉由在配線拉出部34形 成密封部36’遮斷有底筒狀體3〇之内外，防止爐内環境 氣體與電氣配線35直接接觸。燈絲丨2附近成為高溫，所 以’藉此構造能不與爐内環境氣體接觸，防止爆炸事故之 危險。 這種構造之紅外線加熱器U可使用市售之直管加熱 器’藉與對應必要流量之粗石英管組合’可以比較便宜地 製造。又，當燈絲12斷線時，能藉取出蓋體31以拔出内 側管體13，能很容易更換，所以，很容易維修。又，也能 很谷易進行流量調整，很容易控制紅外線加熱器11之表面 又而且’有底琦狀體30,30内部通過有流體，所以， 電軋配線3 5雄、封部3 6也不會過度被加熱。上述紅外線加 熱盗11當使一對有底筒狀體3〇配置在爐壁外部之位置 時，能提高維修容易性，同時流體之打入或排出也變容易。 使長度4公尺之爐體分成前後各2公尺，在前側2公 尺部分之爐内天井部，以〇.丨公尺之節距，如第2圖所示 之剖面構造地配置19支紅外線加熱器。爐室高度係〇· 3公 尺，紅外線加熱器之設置高度係〇. 25公尺。又，各紅外線 加熱益之外周管體材質係石英玻璃’其直徑為20mm。使紅 15 201201620 外線加熱器之燈絲溫度為8 5 0 °C，在其外周流過空氣，以 維持紅外線加熱器外表面溫度為1 87它。而且，投入之空 氣在投入時係201，但是，自紅外線加熱器排出時之溫度 為1 29°C。當測定自紅外線加熱器放射之紅外線光譜時， 係放射波峰波長為3. 2 e m之近紅外線。又，爐壁溫度係穩 疋狀態之183°C，能維持在比溶劑有爆炸危險之2〇(rc還要 低之溫度。 而且，在先前型之乾燥爐中，為了使爐壁溫度維持在 2〇〇 c以下，必須使加熱器溫度為46〇它，在此情形下，波 峰波長為4. 2 y m。先前型之塗膜乾燥爐係溶劑蒸汽有爆炸 之虞，所以，無法使用於塗膜乾燥。 【圖式簡單說明】 第1圖係先前塗膜乾燥爐之說明圖。 第2圖係先前紅外線加熱器之剖面圖。 第3圖係表示紅外線加熱器放射光譜之曲線圖。 第4圖係表示本發明第1實施形態之說明圖。 第5圖係使用於第丨實施形態之紅外線加熱器剖面圖。 第6圖係使用於第丨實施形態之紅外線加熱器剖面圖。 第7圖係表示紅外線加熱器放射光譜之曲線圖。 .第8圖係表示紅外線加熱器表面溫度與放射光譜之 係之曲線圖。 第9圖係表示本發明第2實施形態之說明圖。 第10圖係表示本發明第3實施形態之說明圖。 201201620 第11圖係表示本發明第4實施形態之說明圖。 第1 2圖係表示本發明第5實施形態之說明圖。 第1 3圖係具磕紅外線加熱器之剖面圖。 【主要元件符號說明】 W 工件 10 爐體 11 紅外線加熱器 12 燈絲 13 管體 14 管體 16 空間 17 流體供給口 18 流體排出口 19 熱風狹縫 20 熱風狹縫 21 第1區 22 第2區 23 第3區 24 第4區 25 管匯流器 30 有底筒狀體 31 間隙 32 保持器 17 201201620 33 流體出入口 34 配線拉出部 35 電氣配線 36 密封部 50 先前紅外線加熱器 51 燈絲 52 保護管 53 支撐體

S 18

Claims (1)

1. 201201620 七、申睛專利範圍： 、嫌1.種塗膜乾燥爐，使具有3.5βιη以下電磁波之吸收 光^且具有氫結合之塗膜，一邊在爐體内部行走一邊乾燥， 其特徵在於： ' 爐體内。ρ具有紅外線加熱器，前述紅外線加熱器係 燈絲外周被作為低通過濾'器之管體做同心圓狀覆蓋，在這 些複數管體間具有形成流體流路之構造。 2. 如申凊專利範圍第1項所述之塗膜乾燥爐，其中， 具有3.5#m以下電磁波之吸收光譜且具有氫結合之塗 、係鋰離子電池用電極塗膜或太陽光發電用電極塗膜。 3. 如申請專利範圍第i項所述之塗膜乾燥爐，其中， 將机體虽作空氣，使自配置於爐體前半部之紅外線加熱器 排出之熱風，在爐體後半部中供給到爐内。 4_如申請專利範圍第1項所述之塗膜乾燥爐，其中， 使爐體内壁藉紅外線反射率較小之反射性材料構成。 如申靖專利乾圍第丨項所述之塗膜乾燥爐，其中， 依據流體之種類’控制紅外線加熱器之放射波長。 6·如申請專利範圍第1項所述之塗膜乾燥爐，其中， 吏覆蓋燈絲外周之管體為三重，在形成於這些管體間之流 體流路，流過相互反向之流體。 7·如中5青專利範圍第1項所述之塗膜乾燥爐，其中， 在紅外線加熱器本身縱向形成複數流體出入口。 19