(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙乾燥システムにおいて、
被覆側と非被覆側とを有する移動基板と、
前記移動基板の前記非被覆側に配置される加熱プラテンと、
前記移動基板の前記被覆側に配置される凝縮プラテンと、
前記加熱プラテンと前記移動基板の前記非被覆側との間に配置される非流体の絶縁層と、
を具備することを特徴とする間隙乾燥システム。
【請求項２】
被覆側と非被覆側とを有する基板を乾燥させる方法において、
前記基板の前記非被覆側に第１プラテンを配置するステップと、
前記第１プラテンと前記基板の前記非被覆側との間に非流体の絶縁層を配置するステップと、
凝縮面を有する第２プラテンを前記基板の前記被覆側に配置するステップと、
前記第１プラテンを加熱して、前記基板の前記被覆側から液体を蒸発させて被覆用蒸気を生成するステップと、
前記被覆用蒸気を前記第２プラテンの前記凝縮面上で凝縮させるステップと、
前記第１プラテンと前記第２プラテンとの間で前記基板を移動させるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
第１側と該第１側に隣接する第２側とを有する移動基板の、該第１側の液体を乾燥させる間隙乾燥装置において、
凝縮プラテンと、
前記凝縮プラテンに隣接して配置される加熱プラテンと、
前記凝縮プラテンと前記加熱プラテンとの間に配置される非流体の絶縁層とを具備し、
前記凝縮プラテンと前記絶縁層との間に、移動基板が通過進行可能な間隙が形成されること、
を特徴とする間隙乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、広くは基板上の液状被膜を乾燥させる方法及び装置に関し、更に詳しくは、加熱プラテン上を移動する基板を有し、基板と加熱プラテンとの間に薄い流体層が典型的に封じ込まれる間隙乾燥システムに関する。
【０００２】
発明の背景
ウェブなどの被覆基板の乾燥には、一般に、被膜から液体を蒸発させるために被覆基板を加熱することが必要である。蒸発した液体は除去される。被覆基板のための代表的な従来の衝突乾燥システムにおいては、移動基板の一面または両面に空気を衝突させるために一面または二面衝突乾燥技術が利用される。かかる従来型の衝突乾燥システムにおいては、空気は、基板を支えて加熱し、また基板の被覆面と非被覆面との両方に熱を供給することができる。従来型乾燥技術の詳細な検討は、Ｅ．Ｃｏｈｅｎ  ａｎｄ  Ｅ．Ｇｕｔｏｆｆ，Ｍｏｄｅｒｎ  Ｃｏａｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｒｙｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  （ＶＣＨ  ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ  Ｉｎｃ．，１９９２）を参照のこと。本明細書中に参照により盛り込まれるＨｕｅｌｓｍａｎ他の米国特許第５，５８１，９０５号およびＨｕｅｌｓｍａｎ他の米国特許第５，６９４，７０１号などに教示されるように、間隙乾燥システムにおいては、ウェブなどの被覆基板は、一般に、固体面と接触することなく間隙乾燥システム内を移動する。一つの間隙乾燥システムの構成においては、溶剤を蒸発させるために熱が移動ウェブの裏側に供給され、冷却されたプラテンが凝縮により溶剤を除去するために移動ウェブの上に配置される。この間隙乾燥システムは、溶剤回収と、環境への溶剤排出量の低減と、制御された比較的安価な乾燥システムを供する。同間隙乾燥システムにおいて、一般に、ウェブは空気などの流体により支持される乾燥システム内を移動するが、それによりウェブ上に掻き傷ができることが回避される。
【０００３】
衝突乾燥システムの場合、移動ウェブを非接触に動かすための先のシステムは、一般に、空気噴流をウェブに対して衝突させる空気噴流ノズルを用いる。熱の大半は、一般に、空気噴流ノズルからの空気流が高速であるために、対流によりウェブの裏側に伝達される。多くの衝突乾燥システムは、また、熱をウェブの表面に伝達することができる。衝突乾燥システムにおいて空気流は著しく不均一であり、それは不均一な熱伝達係数をもたらす原因となる。熱伝達係数は、衝突ゾーンと呼ばれる空気噴流ノズル近傍の領域では比較的大きい。熱伝達係数は、空気流の速度がはるかに遅く表面に対して接線方向である空気噴流ノズルから離れた領域では、比較的低い。不均一な熱伝達係数は、乾燥上の欠陥をまねき得る。加えて、ウェブの裏側に供給されるエネルギー量を均一に調節するのは、空気流に乱れがありかつ複雑であることから困難である。乾燥速度に対する操作パラメーターの実際の効果は、通常、広範にわたる試行錯誤の実験の後に初めて判定される。
【０００４】
ウェブに対するいっそう均一な熱伝達係数を得る一つの方法は、加熱プラテンと移動ウェブとの間の流体層を介した伝導により、加熱プラテンからウェブの裏側にエネルギーを供給することである。ウェブの裏側に供給されるエネルギー量は、加熱プラテンの温度と、加熱プラテンと移動ウェブとの間の流体層の厚さとの関数である。この場合において、熱伝達係数は、加熱プラテンと移動ウェブとの間の距離に逆比例する。ゆえに、衝突乾燥システムにより得られるものと同様の大きな熱伝達係数を得るためには、移動ウェブと加熱プラテンとの間の距離は非常に短くなければならない。多くの応用例において、ウェブに掻き傷ができるのを避けるために、ウェブは加熱プラテンに触れてはならない。しかしながら、幾つかの応用例においては、ウェブと加熱プラテンとの接触の程度はウェブ被覆材料からつくられる製品にとって有害とはならず、しかも高い熱伝達率が必要とされ、又は所望される。このような他のタイプの応用例においては、ウェブを加熱プラテンに接触させることができるように、十分な量の流体層を計量できることが好都合である。
【０００５】
ある間隙乾燥システム応用例においては、流体層を介する加熱プラテンから移動ウェブへの熱伝達は不均一となる。かかる応用例においては、加熱プラテンから移動ウェブへの不均一な熱伝達は、基板上の被覆の不均一な乾燥を生じさせ、それにより、乾燥された被覆ウェブ上に乾燥模様が生じる。
【０００６】
上述の理由から、また、本明細書の好ましい実施形態の説明の項に更に詳しく記される理由から、移動する被覆基板へのより均一な熱伝達、および基板上の被覆のより均一な乾燥をもたらし、それによって、不均一な熱伝達により生じる被覆基板上の乾燥模様の発現を低減する乾燥システムが所望される。加えて、熱伝達および乾燥速度をいっそう容易に制御する乾燥システムが要求されている。
【０００７】
発明の概要
本発明は、被覆側と非被覆側とを有する基板を間隙乾燥するシステムおよび方法を提供する。加熱プラテンが基板の非被覆側に配置される。凝縮プラテンが基板の被覆側に配置される。絶縁層が、加熱プラテンと基板の非被覆側との間に配置される。基板は、加熱プラテンと凝縮プラテンとの間で動かされる。
【０００８】
一実施形態においては、流体層が基板と絶縁層との間に配置される。別の実施形態においては、裏側クリアランス距離は基板の非被覆側の底面と加熱プラテンの上面との間で定義され、絶縁層が裏側クリアランス距離を埋める。
【０００９】
一実施形態において、絶縁層は加熱プラテンと基板との間で動かされる。この実施形態において、絶縁層は、基板が動かされる方向と反対の方向に動かされる。
【００１０】
絶縁層は、好ましくは、加熱プラテンの熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料を備える。
【００１１】
本発明の間隙乾燥システムおよび方法は、従来の間隙乾燥システムよりも、さらに均一な移動被覆基板への熱伝達と、さらに均一な基板上の被膜の乾燥とをもたらす。かくて、本発明の間隙乾燥システムは、不均一な熱伝達により引き起こされる被覆基板上の乾燥模様の発生を低減させる。加えて、本発明の間隙乾燥システムは、被覆基板への熱伝達および被覆基板の乾燥速度を調整するのに利用できる。
【００１２】
好ましい実施形態の説明
下記の好ましい実施形態の詳細な説明において、添付の図面について言及する。これらの図面は実施形態の説明の一部を成し、発明を実践する特定の実施形態が図解により示されている。他の実施形態が用いられてもよく、本発明の範囲を逸脱することなく構成上あるいは理論上の変更が行われてもよいと理解されるべきである。以下の詳細な説明は、ゆえに、限定的な意味に解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の請求の範囲により定義される。
【００１３】
従来の間隙乾燥システム 従来の間隙乾燥システムが全体として参照番号１１０により図１および図２において示される。間隙乾燥システム１１０は、上記したＨｕｅｌｓｍａｎ他の特許第‘９０５号および第‘７０１号に開示される間隙乾燥システムと類似している。間隙乾燥システム１１０は、加熱プラテン１１４から離間配置された凝縮プラテン１１２を備える。一実施形態において、凝縮プラテン１１２は冷却される。被膜１１８を有する移動する基板またはウェブ１１６が、凝縮プラテン１１２と加熱プラテン１１４との間を矢印１１９で示される方向にウェブ速度Ｖで移動する。基板またはウェブの材料の例は、紙、フィルム、プラスチック、箔、布帛および金属である。加熱プラテン１１４は間隙乾燥システム１１０内で静止している。加熱プラテン１１４はウェブ１１６の非被覆側に配置され、通常はウェブ１１６とプラテン１１４の間に、図４において１３２で示される小さな流体クリアランスがある。凝縮プラテン１１２はウェブ１１６の被覆側に配置されている。凝縮プラテン１１２は、静止していても可動でもよいが、被覆面の上方かつ近傍に配置される。凝縮プラテン１１２を配置することにより、被覆ウェブ１１６の上に実質的平坦な小さい間隙１２０が形成される。
【００１４】
加熱プラテン１１４は、ウェブ１１６の下に対流の力を作用させる必要性を排除する。加熱プラテン１１４は、実質的にウェブ１１６を通過する対流なくして熱を被膜１１８に伝達し、液体を被膜１１８から蒸発させ、それにより被膜を乾燥させる。熱は一般に、主として伝導により、また僅かに放射および対流により伝達され、高い熱伝達率を達成する。これにより、液体はウェブ１１６上の被膜１１８から蒸発する。被膜１１８から蒸発した液体は次に、ウェブ１１６と凝縮プラテン１１２との間に形成される間隙１２０を横切って移動し、凝縮プラテン１１２の凝縮面１２２上に凝縮する。間隙１２０は、矢印ｈ1により示される高さを有する。
【００１５】
加熱プラテン１１４は、機能的被膜により選択的に表面処理される。機能的被膜の例には、ウェブ１１６および／またはプラテン１１４の機械的摩耗や損耗を最小にする被膜、清浄度を改善する被膜、放射熱伝達の効果を増すための選択された射出性を有する被膜、並びに選択された電気的および／または選択された熱的特性を有する被膜が含まれる。
【００１６】
図３は凝縮プラテン１１２の断面図を示す。図示のごとく、凝縮面１２２は、毛管力を利用して凝縮液をエッジプレート１２６に至るまで横方向に移動させる、横断方向への開渠あるいは溝１２４を有する。他の実施形態においては、溝１２４は、長手方向あるいは他の方向に向いている。
【００１７】
凝縮液は、溝１２４の端に達すると、それはエッジプレート１２６と凝縮面１２２との間の内部境界コーナー１２７と交差する。液体は内部境界コーナー１２７に集まり、重力が毛管力を上回り、液体が薄膜または液滴１２８として、同様に毛管面を有することができるエッジプレート１２６の面を流下する。エッジプレート１２６は、溝を有する凝縮面のみならずあらゆる凝縮面を有するものとして用いることができる。凝縮液滴１２８は、各エッジプレート１２６から流れ落ち、随意、集液装置１３０などの集液装置によって集められる。集液装置１３０は凝縮液滴を容器（図示せず）に導く。あるいは、凝縮液を凝縮プラテン１１２から除去せずに、ウェブ１１６に戻るのを防止する。図示のごとく、エッジプレート１２６は凝縮面１２２に対してほぼ直角であるが、エッジプレート１２６は凝縮面１２２に対して他の角度を成してもよい。エッジプレート１２６は、滑らかで、毛管作用を有する多孔質の媒体、あるいはその他の表面を有してもよい。
【００１８】
あるいは、凝縮液がウェブ１１６に戻るのを防ぐために、凝縮面１２２から凝縮液を移動させる他の機構が用いられる。例えば、ワイパー、ベルトまたはスクレーパーあるいはそれらの組み合わせなどの機械的装置を、プラテンの代わりに用いて凝縮液を除去してもよい。一実施形態においては、凝縮面１２２上の複数のフィンが凝縮液を除去するのに用いられる。一実施形態においては、重力を用いて流体を流れさせるために凝縮面１２２を傾ける。毛管面は、重力を利用する前、あるいはその代わりに、液体をより高い位置に押し上げるか圧送するために用いられてもよい。さらに、凝縮面１２２を毛管面として形成することは、凝縮液の除去を容易にする。
【００１９】
加熱プラテン１１４と凝縮プラテン１１２は、随意に流路などの内部通路を備える。熱伝達流体は、随意に、外部加熱システム（図示せず）によって加熱され、加熱プラテン１１４内の内部通路を通じて循環させられる。同一あるいは異なる熱伝達流体は、随意に、外部冷却器により冷却されるか、凝縮プラテン１１２内の通路を循環させられる。加熱プラテン１１４および冷却プラテン１１２用として、他の多くの適当な公知機構が存在する。
【００２０】
図４は、従来の間隙乾燥システム１１０の概略側面図であり、いくつかのプロセス変数を図示する。凝縮プラテン１１２は温度Ｔ1に設定され、この温度Ｔ1は周囲温度より高い場合も低い場合もある。加熱プラテン１１４は温度Ｔ2に設定され、この温度Ｔ2は周囲温度より高い場合も低い場合もある。被覆ウェブ１１６は変温Ｔ3により定義される。
【００２１】
凝縮プラテン１１２の底面（凝縮面１２２）と加熱プラテン１１４の上面との間の距離は、矢印ｈにより示される。凝縮プラテン１１２の底面とウェブ１１６の表（被覆）側の上面との間の表側間隙距離は、矢印ｈ1により示される。ウェブ１１６の裏側（非被覆側）の底面と加熱プラテン１１４の上面との間の裏側クリアランス距離は、矢印ｈ2により示される。かくて、ウェブ１１６の位置は、距離ｈ1およびｈ2により定義される。また、距離ｈは、ｈ1とｈ2と被覆ウェブ１１６の厚さとを合計したものに等しい。
【００２２】
ウェブ１１６への熱伝達は、主として伝導により、そして多少は対流および放射により、加熱プラテン１１４と移動ウェブ１１６との間の薄い流体層１３２を介して、エネルギーをウェブ１１６の裏側に供給することにより得られる。流体層１３２の例には、空気、イオン化空気および窒素が含まれるが、それらに限定されるものではない。ウェブ１１６の裏側に供給されるエネルギー量は、プラテン温度Ｔ2と、矢印ｈ2で示される流体層１３２の厚さとにより決定される。伝導が支配的であると仮定すれば、エネルギー束（Ｑ）は下式Ｉにより与えられる。
式Ｉ
Ｑ＝ｋFLUID（Ｔ2- Ｔ3）／ｈ2
式中、ｋFLUID は流体の熱伝導率、
Ｔ2は加熱プラテン温度、
Ｔ3はウェブ温度、そして
ｈ2は、ウェブの底（非被覆）面と加熱プラテンの上面との間の裏側クリアランス距離である。
【００２３】
式Ｉは、ｋFLUID／ｈ2に等しい簡略化された熱伝達係数を含む。式Ｉの熱伝達係数の部分によれば、比較的短い裏側クリアランス距離ｈ2により、いっそう大きな熱伝達係数が得られる。間隙乾燥システム１１０の多くの応用例においては、ウェブ１１６に掻き傷ができるのを防ぐためにウェブ１１６は加熱プラテン１１４と接触してはならない。しかしながら、間隙乾燥システム１１０のいくつかの応用例においては、ウェブ１１６と加熱プラテン１１４との間の接触の程度は、ウェブ１１６により被覆される材料から製造される製品に対して不利益を被らせるものではなく、しかも高い熱伝達率が必要とされ、または所望される。間隙乾燥システム１１０のこれらの他の種類の応用例において、ウェブ１１６が加熱プラテン１１４に接触することを可能ならしめるために十分な量の流体層１３２を計量する能力を有することが有利である。裏側クリアランス距離ｈ2の実例範囲は、（ウェブを引っ張るために）ほぼゼロから０．１インチ、またはそれ以上である。
【００２４】
式Ｉの簡略化された熱伝達係数の部分は、加熱プラテン１１４と移動ウェブ１１６との間の裏側クリアランスにおける流体の流れが層流であるように、裏側クリアランス距離ｈ2が十分に小さいときに適用される。ウェブ１１６の裏側の熱伝達係数は、他のあらゆる放射伝熱の働きに加えて、流体の熱伝導率（ｋFLUID）と裏側クリアランス距離ｈ2との関数である。
【００２５】
表側間隙ｈ1が間隙乾燥状態下で層流を確保するのに十分に小さいと仮定すると、ウェブ１１６の表側被覆面から凝縮プラテン１１２への溶剤の物質移動は、下式ＩＩで示されるように、流体中の溶剤の拡散係数（Ｄi,fluid）と表側間隙ｈ1との関数である。
式ＩＩ
ｋｇi＝（Ｄi,fluidＭｗiＰatm）／（ｈ1，ＲＴ1）
式中、ｋｇiは溶剤ｉの物質移動係数、
Ｄi,fluidは流体内の溶剤ｉの拡散係数、
Ｍｗiは溶剤ｉの分子量、
Ｐatmは大気圧、
ｈ1は凝縮プラテンの底面とウェブの表（被覆）側の上面との間の表側間隙距離、
Ｒはガス定数、そして
Ｔ1は凝縮プラテン温度である。
【００２６】
上記の式Ｉおよび式ＩＩは、従来の間隙乾燥システム１１０の定速タイプの乾燥モデルを導くのに用いることができる。式Ｉおよび式ＩＩより導かれる間隙乾燥システム１１０のかかる定速タイプの乾燥モデルの一例は、図５にグラフで示されている。図５において、凝縮プラテン温度Ｔ1＝１８．３３℃であり、加熱プラテン温度Ｔ3＝６０．０℃である。またウェブ温度Ｔ3は、以下の曲線で表されるように、表側間隙距離ｈ1と裏側クリアランス距離ｈ2との様々な値について、間隙乾燥システム１１０の時間に対比してプロットされている。
ｈ1＝０．１８７インチおよびｈ2＝０．００１インチの曲線４２、
ｈ1＝０．１５０インチおよびｈ2＝０．００１インチの曲線４４、
ｈ1＝０．１２５インチおよびｈ2＝０．００１インチの曲線４６、
ｈ1＝０．１００インチおよびｈ2＝０．００１インチの曲線４８、
ｈ1＝０．１８７インチおよびｈ2＝０．００２インチの曲線５２、
ｈ1＝０．１５０インチおよびｈ2＝０．００２インチの曲線５４、
ｈ1＝０．１２５インチおよびｈ2＝０．００２インチの曲線５６、
ｈ1＝０．１００インチおよびｈ2＝０．００２インチの曲線５８、
ｈ1＝０．１８７インチおよびｈ2＝０．０１０インチの曲線６２、
ｈ1＝０．１５０インチおよびｈ2＝０．０１０インチの曲線６４、
ｈ1＝０．１２５インチおよびｈ2＝０．０１０インチの曲線６６、
ｈ1＝０．１００インチおよびｈ2＝０．０１０インチの曲線６８、
ｈ1＝０．１８７インチおよびｈ2＝０．０２０インチの曲線７２、
ｈ1＝０．１５０インチおよびｈ2＝０．０２０インチの曲線７４、
ｈ1＝０．１２５インチおよびｈ2＝０．０２０インチの曲線７６、
並びに、
ｈ1＝０．１００インチおよびｈ2＝０．０２０インチの曲線７８。
【００２７】
図５に示されるモデル結果は、裏側クリアランス距離ｈ2に基づく４つの異なる曲線グループを示している。それらは、ｈ2＝０．００１インチである曲線グループ４０、ｈ2＝０．００２インチである曲線グループ５０、ｈ2＝０．０１０インチである曲線グループ６０、およびｈ2＝０．０２０インチである曲線グループ７０である。これらグループの各々の中で、表側間隙距離ｈ1が増大するにつれて、乾燥速度は低下し、ウェブ温度Ｔ3は僅かに高くなる。図５に示されるように、ウェブ温度Ｔ3は、裏側クリアランス距離ｈ2が０．００１インチであるとき、加熱プラテン温度Ｔ2よりもほぼ２℃ほど低い。しかしながら、裏側クリアランス距離が０．０２０インチであるとき、ウェブ温度Ｔ3は加熱プラテン温度Ｔ2よりも約２０℃ほど低い。
【００２８】
図５は、また、裏側クリアランス距離ｈ2が大きくなるにつれて実質的に乾燥速度が低下することを図式的に示している。したがって、裏側クリアランス距離ｈ2における変化をもたらすウェブ１１６の位置の偏差は、ウェブ１１６上の被膜１１８における乾燥と模様の差異を生む。加えて、被覆１１８内の温度差が表面張力により駆られる被膜１１８の流れを生じさせ、斑紋やその他の望ましくない模様を生じさせることが当業界においてよく知られている。
【００２９】
さらに、間隙乾燥システム１１０の多くの応用例において、ウェブ１１６が裏側クリアランス距離ｈ2を橋絡して加熱プラテン１１４に接触することは望ましくない。ウェブ１１６が加熱プラテン１１４に接すると、熱伝達係数はウェブの大部分に対し接触点において本質的に無限である。ウェブ１１６と加熱プラテン１１４との間のこの種の接触は、ウェブ１１６上の乾燥被膜１１８内に縞状の模様を生じさせる。さらに、ウェブ１１６と加熱プラテン１１４との接触はウェブ１１６に掻き傷をつける可能性がある。
【００３０】
図５のモデル結果は、乾燥のための名目作業条件下で、放射伝熱の効果が顕著ではないことを示している。加えて、図５に示されるモデル結果は、ウェブ温度Ｔ3と乾燥速度とは、裏側クリアランス距離ｈ2の変化に対して極めて敏感であることを示している。
【００３１】
ウェブと加熱プラテンとの間に絶縁層を有する間隙乾燥システム
本発明による間隙乾燥システムは、全体として参照番号２１０により図６の概略断面図に示されている。間隙乾燥システム２１０は、概して図１および図２に示される従来の間隙乾燥システム１１０と類似している。間隙乾燥システム２１０は、加熱プラテン（ａ  ｈｅａｔｅｄ  ｐｌａｔｅｎ）２１４から離間配置された凝縮プラテン２１２を備える。一実施形態において、凝縮プラテン２１２は冷却される。被膜２１８を有する移動する基板あるいはウェブ２１６は、ウェブ速度Ｖにて矢印２１９で示される方向に凝縮プラテン２１２と加熱プラテン２１４との間を移動する。加熱プラテン２１４は間隙乾燥システム２１０の中で静止している。従来の間隙乾燥システム１１０と異なり、間隙乾燥システム２１０は、加熱プラテン２１４とウェブ２１６の非被覆側との間に配置された絶縁材料よりなる絶縁層２４０を備える。凝縮プラテン２１２はウェブ２１６の被覆側に配置されている。凝縮プラテン２１２は、静止していても可動でもよいが、ウェブ２１６の被覆面の上方かつ近傍に配置される。凝縮プラテン２１２を配置することにより、被覆ウェブ２１６の上方に小さく実質的に平坦な間隙２２０が生じる。
【００３２】
加熱プラテン２１４は、絶縁層２４０を介して熱をウェブ２１６に伝え、さらにウェブ２１６を介して被膜２１８に伝える。加熱プラテン２１４から被膜２１８に伝達された熱は、被膜２１８から液体を蒸発させ、それにより被膜を乾燥させる。被膜２１８から蒸発した液体は、ウェブ２１６と凝縮プラテン２１２との間に形成される間隙２２０を横切って移動し、凝縮プラテン２１２の凝縮面２２２上に凝縮する。間隙２２０は、矢印ｈ1で示される高さを有する。
【００３３】
図３に関連して先に議論したように、凝縮プラテン２１２の作用は凝縮プラテン１１２の作用と同様である。加えて、従来の間隙乾燥システム１１０に関して図４に示されるプロセス変数は、概して、本発明の間隙乾燥システム２１０に適用される。したがって、凝縮プラテン２１２は温度Ｔ1に設定され、それは周囲温度以上でも以下でもよい。加熱プラテン２１４は温度Ｔ2に設定され、それは周囲温度以上でも以下でもよい。被覆ウェブ２１６は、変温Ｔ3により定義される。
【００３４】
凝縮プラテン２１２の底面（凝縮面２２２）と加熱プラテン２１４の上面との間の距離は、矢印ｈにより示される。凝縮プラテン２１２の底面とウェブ２１６の表（被覆）側の上面との間の表側間隙距離は、矢印ｈ1により示される。ウェブ２１６の裏側（非被覆側）の底面と加熱プラテン２１４の上面との間の裏側クリアランス距離は、矢印ｈ2により示される。かくて、ウェブ２１６の位置は、距離ｈ1およびｈ2により定義される。さらに、距離ｈは、ｈ1とｈ2と被覆ウェブ２１６の厚さとを合計したものに等しい。
【００３５】
図６に示される実施形態において、絶縁層２４０は、ウェブ２１６の裏側と加熱プラテン２１４との間の裏側クリアランス距離ｈ2を埋める絶縁材料から形成される。したがって、本発明の間隙乾燥システム２１０においては、絶縁層２４０は単なる流体（例えば空気）ではなく、移動ウェブ２１６と加熱プラテン２１４との間の実質的一定の裏側クリアランス距離ｈ2を保つために、実際に移動ウェブ２１６を支える。実質的一定の裏側クリアランス距離ｈ2は、実質的一定の熱伝達係数がウェブ２１６の裏側に適用される結果をもたらす。熱伝達係数が実質的に一定である結果として、熱は、いっそう均一に加熱プラテン２１４からウェブ２１６、そして被膜２１８へと伝達される。均一な熱伝達は、ウェブ２１６全体に渡る実質的均一なウェブ温度Ｔ3と被膜２１８の実質的均一な乾燥速度とをもたらす。実質的均一なウェブ温度Ｔ3および乾燥速度は、乾燥された被膜材料２１８における望ましくない模様を排除する。
【００３６】
ウェブ２１６への熱伝達は、エネルギーをウェブ１１６の裏側に、主として伝導により、そして僅かに対流および放射によって、加熱プラテン２１４と移動ウェブ２１６との間の絶縁層２４０を介して供給することにより得られる。ウェブ１１６の裏側に供給されるエネルギー量は、プラテン温度Ｔ2と、矢印ｈ2により示される絶縁層２４０の厚さとにより決定される。伝導が支配的であると仮定すると、エネルギー束（Ｑ）は下式ＩＩＩにより与えられる。
式ＩＩＩ
Ｑ＝ｋINSULATION（Ｔ2−Ｔ3）／ｈ2
式中、ｋINSULATIONは絶縁材料の熱伝導率、
Ｔ2は加熱プラテン温度、
Ｔ3はウェブ温度、そして
ｈ2はウェブの底（非被覆）面と加熱プラテンの上面との間の裏側クリアランス距離であり、絶縁層の高さに等しい。
【００３７】
式ＩＩＩは、絶縁層２４０を介するＫINSULATION／ｈ2に等しい簡略化された熱伝達係数を有している。かくて、本発明の間隙乾燥システム２１０の熱伝達係数は、流体の熱伝導率（ｋFLUID）ではなく絶縁層２４０の熱伝導率（ｋINSULATION）が用いられることを除き、従来の間隙乾燥システム１１０の熱伝達係数と同様に計算される。絶縁層２４０の選定基準は、熱伝導率（ｋINSULATION）が加熱プラテン２１４のそれ（ｋPLATEN）よりも低いことである。ほとんどの一般的な絶縁材料は、層の中の空気を停滞した（すなわち実質的に対流のない）状態に維持する。したがって、この種の絶縁材料が絶縁層２４０として用いられれば、絶縁層２４０は空気と同じかそれ以上の熱伝達率を有する。したがって、式ＩＩＩによれば、絶縁層２４０を介する熱伝達係数は、流体が空気であるときの、式Ｉで表される層流の流体クリアランスの場合に等しいかより大きい。その結果、熱伝達率および乾燥速度は、本発明による絶縁層２４０を用いることにより、一般には低下しない。
【００３８】
式ＩＩＩによれば、絶縁層２４０を介した熱伝達係数は、絶縁材料と絶縁層の厚さとを特定することにより選択可能である。絶縁層２４０を形成する絶縁材料は、好ましくは、特徴部寸法のパターンが不均一な熱伝達そのものとして被膜に移動することができないように、比較的小さな特徴部寸法（例えば、粒子またはセルの寸法）を有する。絶縁層２４０が、繊維材料、不織布、気泡体又は粒状構造などの固体／空気混成物より構成されている場合は、固体／空気混成物の固体部分は好ましくは、ウェブ２１６が絶縁層２４０に接する際に生じうる差分熱伝達を実質的に排除するために、実質的に空気に近い熱伝達率を有する。
【００３９】
さらに、絶縁層２４０を形成する絶縁材料は、好ましくは、ウェブ２１６を形成する材料とともに選択され、ウェブ２１６を引っ張る際に掻き傷が生じないようにする。また、ウェブ上の掻き傷を回避するために、ウェブ２１６は、好ましくは、間隙乾燥システム２１０に入る前に塵埃を除去される。
【００４０】
絶縁層２４０のための適当な絶縁材料には、フェルト、布帛、不織布、フィルム、連続気泡発砲体、独立気泡発砲体および他のかかる絶縁材料を含むが、それらに限定されるものではない。絶縁層２４０のための適当な絶縁材料には、絶縁層２４０が、その熱伝導率が加熱プラテン２１４のそれよりも低いことを前提として、例えばセラミック、有機質、セルロースまたは高分子を素材としたものがあり得る。二つの適当な絶縁層２４０には、ミネソタ州セントポールの３Ｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが製造する３Ｍ  Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｐｅ  Ｗｅｂ  Ｃｌｅａｎｅｒ，ｍｏｄｅｌ５３２と、サウスカロライナ州グリーンビルのＢｏｎａｒ  Ｆａｂｒｉｃｓが製造するＢｏｎａｒ  Ｍｅｄｉａ  Ｗｉｐｅが含まれる。
【００４１】
間隙乾燥の応用例として、絶縁層２４０を間隙乾燥システム２１０において随意に使用し、絶縁材料と絶縁層の厚さとを特定して熱伝達係数を選択することにより、間隙乾燥の特定の応用例のために加熱プラテン２１４からウェブ２１６への熱伝達を制御し、または遅らせるものがある。
【００４２】
本発明による間隙乾燥システムの別の実施形態が、全体として２１０’により図７に示される。間隙乾燥システム２１０’は、図６に示す上記した間隙乾燥システム２１０に類似するが、ただし図７の間隙乾燥システム２１０’はウェブ２１６の裏側と加熱プラテン２１４との間の裏側クリアランス距離ｈ2における流体の一部のみと入れ換わる絶縁層２４０’を備える。図６の間隙乾燥システム２１０においては、絶縁層２４０は裏側クリアランス距離ｈ2に等しい高さを有する。これに対し、図７の間隙乾燥システム２１０’は、矢印ｈ3で示される高さあるいは厚さを有する絶縁層２４０’と、絶縁層２４０’と裏側ウェブ２１６との間に形成される流体層２４２とを備える。流体層２４２は、矢印ｈ4で示される高さあるいは厚さを有する。したがって、間隙乾燥システム２１０’においては、絶縁層２４０’の高さ（ｈ3）と流体層２４２の高さ（ｈ4）との和が裏側クリアランス距離ｈ2に等しい。
【００４３】
図６の間隙乾燥システム２１０において、絶縁層はウェブ２１６を引っ張る。図７の間隙乾燥システム２１０’において、ウェブ２１６は絶縁層２４０’上の流体層２４２の上に浮かぶ。かくて、本発明の間隙乾燥システム２１０’において、絶縁層２１０’は、実際に直接には移動ウェブ２１６を支えず、移動ウェブ２１６と加熱プラテン２１４との間の実質的一定の裏側クリアランス距離ｈ2を維持する。しかしながら、間隙乾燥システム２１０’においては、従来の間隙乾燥システムに勝る均一性の利点を供しながら、引っ張り接触の複雑さは低減される。間隙乾燥システム２１０’は、絶縁層２４０’が加熱プラテン２１４とウェブ２１６との間に配置されない場合にウェブ２１６が加熱プラテン２１４に接するであろう状況において、特に有益である。
【００４４】
本発明による間隙乾燥システムの別の実施形態が、図８の概略側断面図において全体として３１０で示される。間隙乾燥システム３１０は、図６に示す上記した間隙乾燥システム２１０と類似している。間隙乾燥システム３１０は、加熱プラテン３１４から離間配置された凝縮プラテン３１２を備える。一実施形態において、凝縮プラテン３１２は冷却される。被膜３１８を有する移動基板あるいはウェブ３１６は、凝縮プラテン３１２と加熱プラテン３１４との間を矢印３１９で示す方向にウェブ速度Ｖで移動する。加熱プラテン３１４は間隙乾燥システム３１０の中で静止している。間隙乾燥システム３１０は、加熱プラテン３１４とウェブ３１６の非被覆側との間に配置される絶縁材料より成る移動絶縁層３４０を備える。凝縮プラテン３１２は、ウェブ３１６の被覆側に配置される。凝縮プラテン３１２は、静止していても可動でもよいが、ウェブ３１６の被覆面の上方かつ近傍に配置される。凝縮プラテン３１２の配置は、被覆ウェブ３１６上に小さく実質的平坦な間隙３２０をつくる。
【００４５】
加熱プラテン３１４は、熱を、絶縁層３４０を介してウェブ３１６に伝達し、ウェブ３１６を介して被膜３１８に伝達する。加熱プラテン３１４から被膜３１８へ伝達される熱は、被膜３１８から液体を蒸発せしめ、それにより被膜を乾燥させる。被膜３１８から蒸発した液体は、ウェブ３１６と凝縮プラテン３１２との間に形成される間隙３２０を横切って移動し、凝縮プラテン３１２の凝縮面３２２上に凝縮する。
【００４６】
凝縮プラテン３１２の作用は、図３に関連して上述したように、凝縮プラテン１１２の作用と同様である。また、図４に示される従来の間隙乾燥システム１１０のためのプロセス変数は、概して本発明の間隙乾燥システム３１０に適用される。したがって、凝縮プラテン３１２は温度Ｔ1に設定され、それは周囲温度より上でも下でもよい。加熱プラテン３１４は、温度Ｔ2に設定され、それは周囲温度より上でも下でもよい。被覆ウェブ３１６は、変温Ｔ3により定義される。
【００４７】
間隙乾燥システム３１０は、上流側ローラー３４２と下流側ローラー３４４とを備え、それらは連続的に絶縁層３４０を矢印３４６で示される方向、すなわちウェブの移動方向３１９に抗する方向に送る。ローラー３４２、３４４は、矢印３４８で示されるように、反時計回りに回転して、絶縁層３４０を方向３４６に送る。間隙乾燥システム３１０において、絶縁層３４０は移動ウェブ３１６の速度Ｖに比べて低速で送られる。このようにして、絶縁材料の新しい層は移動ウェブ３１６と加熱プラテン３１４との間に維持され、それにより、摩耗やウェブ３１６に取り込まれる塵埃の堆積に起因する変動が最小限度になる。ウェブ３１６の被る掻き傷、不均一な熱伝達および乾燥模様に誘発される塵埃は、実質的に本発明の間隙乾燥システム３１０により排除される。なぜならば、塵埃や他のかかる汚染物が実質的に乾燥域から除去されるからである。さらに、ウェブ３１６の裏側は移動絶縁層３４０により浄化される。
【００４８】
結論
間隙乾燥システム２１０、２１０’および３１０などの、移動ウェブと加熱プラテンとの間に絶縁層を有する本発明の間隙乾燥システムは、従来型間隙乾燥システム１１０などの従来の間隙乾燥システムにより供されるものに比べて、より均一な熱伝達を移動被覆ウェブに供する。より均一な熱伝達は、ウェブ上の被膜の均一な乾燥をもたらす。非均一な熱伝達により生じる乾燥模様は、したがって、実質的に低減される。さらに、可動ウェブへの掻き傷は、本発明の間隙乾燥システムにより実質的に低減される。加えて、本発明による間隙乾燥システムは、より容易に熱伝達と乾燥速度とを制御することができる。
【００４９】
好ましい実施形態の説明を目的として本明細書においては特定の実施形態が示されているが、当業者には、同じ目的を達成するために考慮された広範囲にわたる代替的あるいは同等の具現化を、本発明の範囲を逸脱することなく、図示および説明された特定の実施形態と置き換えてもよいことが理解されよう。化学、機械、電気機械、電気およびコンピュータの技術を有する者には、本発明が広範囲の実施形態において具現化可能であることが容易に理解できるであろう。本出願は、ここに議論された好ましい実施形態のあらゆる適応や変形を含むものである。したがって、本発明は請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることを、明確に意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の間隙乾燥システムの斜視図である。
【図２】  図１の間隙乾燥システムの端面図である。
【図３】  図１の線３−３に沿った部分断面図である。
【図４】  図１の間隙乾燥システムの複数のプロセス変数を示す概略側面図である。
【図５】  様々な表側間隙距離および裏側クリアランス距離に関する時間対ウェブ温度を表すグラフである。
【図６】  移動ウェブと加熱プラテンとの間に絶縁層を有する本発明の間隙乾燥システムの一実施形態の概略側断面図である。
【図７】  移動ウェブと加熱プラテンとの間に絶縁層を有する本発明の間隙乾燥システムの他の実施形態の概略側断面図である。
【図８】  移動ウェブと加熱プラテンとの間に可動絶縁層を有する本発明の間隙乾燥システムの他の実施形態の概略側断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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