(57)【要約】【課題】本発明の課題は、有機溶媒などの揮発性の液体を含む塗膜を形成したフィルムや基板の乾燥装置において、乾燥装置周囲の環境の変化や乾燥装置の出力変化に追従して乾燥装置の動作状態を逐次設定し、装置内の塗膜の乾燥速度を最適となるように制御する機能を持った塗膜乾燥装置を提供することである。【解決手段】塗膜が形成された基材を搬送するための搬送装置と、搬送中の基材表面の塗膜を乾燥させるための乾燥装置と、搬送される基材表面に形成された塗膜の乾燥速度を測定する塗膜乾燥速度測定装置と、前記塗膜乾燥速度測定装置から得られる乾燥速度をもとに、塗膜の乾燥速度が常に最適な乾燥速度となるように、前記乾燥装置を制御する制御装置で構成される塗膜乾燥装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗膜が形成された基材を搬送するための搬送装置と、搬送中の基材表面の塗膜を乾燥させるための乾燥装置と、搬送される基材表面に形成された塗膜の乾燥速度を測定する塗膜乾燥速度測定装置と、前記塗膜乾燥速度測定装置から得られる乾燥速度をもとに、塗膜の乾燥速度が常に最適な乾燥速度となるように、前記乾燥装置を制御する制御装置で構成される塗膜乾燥装置。
【請求項２】
前記塗膜乾燥速度測定装置において、複数の駆動装置によって駆動され、搬送される基材と接して同速度で動作する塗膜乾燥速度測定装置基材と、該塗膜乾燥速度測定装置基材の外周に貼り付けられた温度コントロール機能をもつ加熱フィルムと、該加熱フィルムの上に貼り付けられた熱流束センサと、乾燥炉内の温度を測定する温度センサと、前記熱流束センサから出力される熱流束値と基材温度、および前記温度センサから出力される温度値より、塗膜の乾燥速度を導出する計算機とを備えることを特徴とする塗膜乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルムや紙および板材に塗布した有機溶媒などの揮発成分を含む塗膜を乾燥させる送風乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ウェットコーティング技術を利用して製造される光学フィルム製品には、膜厚精度として誤差１％以下を要求されるような製品が増えてきている。そのような光学フィルムの製造では、一般的に塗布液の溶媒として有機溶剤を使用することが多いが、有機溶剤は水に比べると蒸発速度が速く、塗布後の乾燥過程において精密に乾燥しないと、乾燥した塗膜に風紋のようなムラを生じせしめることが知られている。
【０００３】
ムラを生じさせない精密な塗膜の乾燥には乾燥速度を制御することが必要である。そのため光学フィルムの製造装置の一部には乾燥炉が設けられる。乾燥炉内の乾燥速度制御方法としては特許文献１に記載の乾燥炉の領域を分けることで、それぞれの領域での条件を別々に設定して所望の乾燥状態を得られるものがある。
【０００４】
また、ムラの無い、所望の膜構造を得るのに適した塗膜の乾燥速度を知るためには、あらかじめ塗膜の乾燥速度を測定する必要がある。測定方法としては特許文献２に記載の乾燥中の重量変化を測定する方法や、非特許文献１に記載の溶媒が蒸発するときの熱の移動量を測定し、乾燥速度を算出する方法がある。
【０００５】
しかしながら、前記先行技術文献記載の乾燥装置は、製品の製造工程中において刻々と変化し得る、室温や湿度の変化、乾燥炉内の温度変化や乾燥装置出力の変化など、塗膜の乾燥速度に影響を及ぼす環境の変化に対し、乾燥速度を一定に保つ最適な乾燥条件を設定することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０９２５９３号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７８５８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｄｒｙｉｎｇ  Ｒａｔｅ  ｏｆ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｉｌｍ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｈｅａｔ  Ｆｌｕｘ  Ｍｅｔｈｏｄ，Ｄｒｙｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ２７，  Ｉｓｓｕｅ  ６  Ｊｕｎｅ  ２００９，  ｐａｇｅｓ  ８１７−８２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、有機溶媒などの揮発性の液体を含む塗膜を形成したフィルムや基板の乾燥装置において、乾燥装置周囲の環境の変化や乾燥装置の出力変化に追従して乾燥装置の動作状態を逐次設定し、装置内の塗膜の乾燥速度を最適となるように制御する機能を持った塗膜乾燥装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、塗膜が形成された基材を搬送するための搬送装置と、搬送中の基材表面の塗膜を乾燥させるための乾燥装置と、搬送される基材表面に形成された塗膜の乾燥速度を測定する塗膜乾燥速度測定装置と、前記塗膜乾燥速度測定装置から得られる乾燥速度をもとに、塗膜の乾燥速度が常に最適な乾燥速度となるように、前記乾燥装置を制御する制御装置で構成される塗膜乾燥装置である。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記塗膜乾燥速度測定装置において、複数の駆動装置によって駆動され、搬送される基材と接して同速度で動作する塗膜乾燥速度測定装置基材と、該塗膜乾燥速度測定装置基材の外周に貼り付けられた温度コントロール機能をもつ加熱フィルムと、該加熱フィルムの上に貼り付けられた熱流束センサと、乾燥炉内の温度を測定する温度センサと、前記熱流束センサから出力される熱流束値と基材温度、および前記温度センサから出力される温度値より、塗膜の乾燥速度を導出する計算機とを備えることを特徴とする塗膜乾燥装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、有機溶媒などの揮発成分を含む塗膜がフィルムや板状の部材に塗布されたものを、ムラなく高精度に乾燥させる乾燥装置において、環境の変化による乾燥速度の変化に応じて、最適な乾燥速度で塗膜を乾燥するための乾燥条件を逐次設定し、乾燥に伴う塗膜の欠陥を発生させることなく、塗膜の乾燥が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態の塗膜乾燥装置の全体を示した概略図である。
【図２】本発明の一実施形態の塗膜乾燥速度測定装置の構成を示した概略図である。
【図３】本発明の一実施形態の塗膜乾燥速度の制御プロセスを説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
以下に、図１を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
本発明は、図１に示すように、塗布装置１１により表面に塗膜を形成した基材１５を搬送する搬送装置９と、乾燥炉１の内部に搬送される基材１５の表面の塗膜を乾燥させる乾燥装置７と、乾燥炉内の温度を測定する温度センサ２５と、前記基材１５の表面の塗膜の乾燥速度を測定するベルト状の塗膜乾燥速度測定装置１７と、該塗膜乾燥速度測定装置１７を基材１５の搬送速度と同速度で駆動するための駆動装置３と、塗膜乾燥速度測定装置１７より出力される乾燥速度を最適な乾燥速度にするために乾燥装置７の制御を行う制御装置１３とから構成される。
【００１６】
塗布装置１１はスロットコーターやバーコーターなど、基材１５表面に対して塗液を均一に塗布できるものを用いる。基材１５はフィルムや紙といったロールトゥーロールで連続して流れるものでも、間欠で搬送されるガラスや鋼板などの板材でもよい。搬送装置９は前記基材を塗膜乾燥速度測定装置１７の上を搬送できる構成にする必要がある。
【００１７】
乾燥炉１は前記基材１５表面の塗膜を均一に乾燥させるための乾燥装置７を設置する場となる。該基材１５は表面に塗膜を形成後、該乾燥装置７により乾燥される。該乾燥装置７の乾燥方式としては熱風や湿潤風の送風、赤外線加熱が挙げられる。
【００１８】
塗膜乾燥速度測定装置１７は駆動装置３によって基材１５と同速度で走行するベルト状の装置である。該塗膜乾燥速度測定装置で測定された基材１５表面の塗膜乾燥速度をもとに、この塗膜乾燥速度が塗膜の乾燥に最適な値となるように、制御装置１３が乾燥装置７を駆動する。
【００１９】
塗膜乾燥速度測定装置１７のベルト状の乾燥速度検出部の層構成は、図２に示すように、ベルト状の塗膜乾燥速度測定装置基材３５と、接着層３３を介して前記基材に貼り合わせられた加熱フィルム３１と、接着層２９を介して前記加熱フィルム３１に貼り合わせられた熱流束センサ２７とで構成されている。塗膜が形成された基材１５は熱流束センサ２７と接し、該熱流束センサと同速度で搬送される。該塗膜乾燥速度測定装置は、該熱流束センサの熱流束値と、該熱流束センサの温度値と、乾燥炉１内の温度センサ２５から読み取られる温度値を制御装置１３にて取り込んで、塗膜乾燥速度を導出する。
【００２０】
ベルト状の塗膜乾燥速度測定装置基材３５は平坦性のあるステンレス製のベルトなどが望ましい。加熱フィルム３１はカーボン製などのシート状で曲げることが可能なヒーターなどが適している。熱流束センサ２７はシート状で、熱流束の検出パターンが領域分割可能なものが適している。特に、搬送方向に対して基材の幅方向に均一に乾燥させる場合は該熱流束センサのパターンは搬送方向に垂直な短冊状であることが望ましい。
【００２１】
次に、塗膜乾燥速度測定装置１７において、塗膜乾燥速度を導出する方法について説明する。
【００２２】
本発明の塗膜乾燥速度測定装置の測定方式は、溶媒が蒸発する際に、蒸発潜熱により発生する熱の移動を、熱流束センサにより検出して塗膜乾燥速度に換算するものである。
【００２３】
塗膜乾燥速度ｒ［ｇ／（ｍ２・ｓ）］は次の（１）式で求められる。
【００２４】
【数１】
2013072636.tif 000003
【００２５】
ここで、溶媒の蒸発潜熱ΔＨ［Ｊ／ｇ］、基材と空気層との界面の熱伝達率ｈａｉｒ［Ｗ／（ｍ２・Ｋ）］、全熱流束ｑ［Ｗ／ｍ２］基材の熱伝導率λＳ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、基材の厚さＨＳ［ｍ］、塗膜の熱伝導率λＬ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、塗膜の厚さＨＬ［ｍ］、基材の温度ＴＳ［Ｋ］、空気層の温度Ｔａｉｒ［Ｋ］である。
【００２６】
前記塗膜乾燥速度の導出式（１）において、塗膜の熱伝導の効果はほぼ無視できる。したがって、次の（２）式に簡略化できる。
【００２７】
【数２】
2013072636.tif 000004
【００２８】
前記数式内で使用される変数のうち、ｑおよびＴＳは熱流束センサ２７、Ｔａｉｒは温度センサ２５で測定される値である。
【００２９】
基材１５の表面４１から空気層への熱伝達係数ｈａｉｒ［Ｗ／（ｍ２・Ｋ）］を導出する。前記熱伝達係数は基材１５に塗膜を形成せずに乾燥炉１内を搬送させ、乾燥速度測定装置１７の加熱フィルム３１で適当な熱を加えながら熱流束センサ２７で塗布前の熱流束ｑ０［Ｗ／ｍ２］と温度ＴＳ０を測定し、温度センサ２５で風温度Ｔａｉｒ０［Ｋ］を測定し、次の（３）式で導出する。
【００３０】
【数３】
2013072636.tif 000005
【００３１】
上記方法で炉内の風速と風温度と前記基材１５の搬送速度と炉内の位置をパラメータとした、乾燥装置の各乾燥条件における熱伝達係数ｈａｉｒが求められる。
【００３２】
基材１５に塗液を塗布し、塗膜を形成した状態で乾燥炉１内を搬送する。この時測定されるｑとＴＳとＴａｉｒおよび（３）式で求めたｈａｉｒの値を（２）式に挿入し、乾燥工程における塗膜乾燥速度ｒを逐次導出する。
【００３３】
次に、塗膜乾燥速度の制御プロセスについて図３を用いて説明する。塗膜の最適な乾燥速度は予め求められ、この乾燥速度をｒ＊とする。この塗膜を乾燥装置７で乾燥させると、そのときの塗膜乾燥速度ｒが塗膜乾燥速度測定装置１７より逐次出力される。乾燥速度ｒは装置周囲の環境変化や乾燥装置の出力の変化によって変動し、制御装置１３へと取り込まれる。制御装置１３は最適乾燥速度ｒ＊と現在の塗膜乾燥速度ｒの差の絶対値｜ｒ−ｒ＊｜が最小となるように乾燥装置７の出力を制御する。このようにして、塗膜乾燥速度ｒが常に最適乾燥速度ｒ＊に近づくように乾燥速度の制御が行われ、環境変化による塗膜の欠陥を発生させることなく塗膜を乾燥することができる。
【００３４】
以下に、本発明の具体的実施例について説明する。
【００３５】
＜実施例＞
乾燥装置全体は図１の構成のものを使用した。乾燥炉は幅５０ｃｍ、高さ５０ｃｍ、長さ２ｍの方形型の筒を使用し、その内部に幅１５ｃｍ、長さ１．５ｍの乾燥速度測定装置を設けた。前記筒の出口には送風用のファンを設け、送風式の乾燥装置とした。基材は幅１３ｃｍのものを使用し、搬送は入り口側のロールから送り出し、出口側のロールで巻き取る構成とした。入り口側の塗布装置には塗出幅１０ｃｍのスロットコーターを使用した。乾燥速度の導出用計算機、制御装置としては汎用のパソコンを使用した。
【００３６】
次に、乾燥速度測定装置は図２の構成のものを使用した。厚さ１ｍｍのステンレスのベルトを使用し、フィルムシートヒーターと、熱流束センサを、熱伝導シートを介して貼り付けた。風温の測定には風速センサを使用し、センサ部分が乾燥炉の中央部分に位置するように固定した。
【００３７】
熱流束センサはＣＡＰＴＥＣ製のフィルム状センサを用い、検出パターンは幅１０ｃｍ×搬送方向のピッチ５ｍｍの短冊形状を搬送方向に隙間無く並べるパターンとした。
【００３８】
風速・風温計はＫＡＮＯＭＡＸ  ６５３１  風速計、熱流束センサの出力読み取りにはＨＩＯＫＩ８４００データロガーを用い、それぞれの出力データはパソコンに取り込み、乾燥速度を導出した。導出した乾燥速度と最適な乾燥速度を比較し、その値に応じて風速を調節するように制御装置を設定した。
【００３９】
塗液にはトルエンにポリスチレン樹脂を１ｗｔ．％加えたものを使用し、１０μｍの厚さに塗布した。予め求めた最適乾燥速度は８ｇ／（ｍ２・ｓ）であり、室温を２２℃〜２６℃の間で増減させ、２４ｍ／ｍｉｎの搬送速度で基材を搬送させて乾燥を行い、乾燥後の塗膜の膜厚変化を観察した結果、所望の膜厚に対して±１％の変動に収まった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の塗膜乾燥装置は、光学フィルムや液晶ディスプレイのカラーフィルタ部材といった、有機溶媒を含む溶液を塗布して形成した塗膜を、精密に乾燥させる装置において、周囲環境の変化に応じて逐次乾燥条件を設定して塗膜乾燥速度を最適な状態に保ち、乾燥に伴う塗膜の欠陥を発生させずに塗膜を乾燥することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１    ・・・乾燥炉
３    ・・・塗膜乾燥速度測定装置駆動装置
７    ・・・乾燥装置
９    ・・・基材搬送装置
１１  ・・・塗布装置
１３  ・・・制御装置
１５  ・・・基材
１７  ・・・塗膜乾燥速度測定装置
２５  ・・・温度センサ
２７  ・・・熱流束センサ
２９  ・・・接着層
３１  ・・・加熱シート
３３  ・・・接着層
３５  ・・・塗膜乾燥速度測定装置基材
４１  ・・・基材と気相の界面
【図１】
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【図２】
2013072636.tif 000007
【図３】
2013072636.tif 000008