專利名稱：涂布系統(tǒng)的制作方法
背景技術：
在烘干爐、高頻感應加熱裝置、遠紅外發(fā)生裝置等設備之中，烘干爐可以均勻地加熱，穩(wěn)定地烘烤涂層材料，但是需要很長的時間將爐溫升高到預定值。而且，因為烘干爐需要一個開/關門，所以難以把烘干爐安置在生產(chǎn)線(沿輸送路徑連續(xù)布置的一系列設備)上。此外，當烘干爐在現(xiàn)有技術中所描述的涂布涂層材料的生產(chǎn)線之外單獨安置時，步驟的數(shù)目會增加，因為需要在不同的生產(chǎn)線之間移動。所以涂布系統(tǒng)的尺寸和能耗巨大，難以進行充分高效的生產(chǎn)。
另一方面，高頻感應加熱裝置和遠紅外發(fā)生裝置可以安置在生產(chǎn)線之中。但是，在只使用高頻感應加熱裝置的時候，可以在短時間內將溫度提高到所要求的值，卻難以在溫度升高后保持溫度。因此，很容易導致烘烤涂層材料的加熱溫度超過烘烤涂層材料的耐熱溫度的缺點。而且，雖然容易保持緩慢加熱的溫度，但能耗又增加了。因此這種加熱方法并沒有利用到高頻感應加熱的特性。另一方面，當只使用遠紅外加熱時，需要很長的時間將涂布的涂層材料加熱到烘烤溫度，因此必須加長輸送路徑的長度或減慢輸送的速度。
另外，在JP-A-9-262844中公開了結合高頻感應加熱和遠紅外加熱的加熱方法和裝置。但是這種技術針對的是發(fā)泡橡膠，無法將這種技術應用到涂層材料的烘烤上。
發(fā)明綜述因此本發(fā)明旨在解決上述的問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種輸送路徑長度短、尺寸小、能耗低、生產(chǎn)效率高的穩(wěn)定涂布系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種涂布系統(tǒng)，其具有包含輸送路徑的輸送裝置可以連續(xù)地進行一系列的步驟，在輸送工件的同時完成從涂布烘烤涂層材料到涂層的形成，其中涂布烘烤涂層材料的涂布裝置、由高頻感應加熱進行烘烤的第一加熱裝置、由遠紅外加熱進行烘烤的第二加熱裝置、進行自然冷卻的靜態(tài)冷卻裝置，以及進行強制冷卻的冷卻裝置順序安置。
圖2是這個實施例中使用的粉末靜電涂布裝置的示意圖。
發(fā)明詳述以下對本發(fā)明進行詳細說明。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種涂布系統(tǒng)，其設有包含輸送路徑的輸送裝置，在輸送裝置輸送工件時，可以連續(xù)地進行一系列的步驟，從烘烤涂層材料的涂布到涂層的形成，其中涂布烘烤涂層材料的涂布裝置、由高頻感應加熱進行烘烤的第一加熱裝置、由遠紅外加熱進行烘烤的第二加熱裝置、進行自然冷卻的靜態(tài)冷卻裝置，以及進行強制冷卻的冷卻裝置順序安置。
上述的“輸送裝置”是用于在涂布系統(tǒng)中輸送工件的裝置。輸送裝置不僅具有輸送路徑，而且具有用以移動傳輸路徑的動力或類似裝置。
對于上述的“輸送路徑”，可以使用各種輸送裝置，如皮帶輸送機、吊式輸送機，以及鏈式輸送機。輸送路徑可以分成多個部分，如穿過涂布裝置的部分、穿過高頻感應加熱裝置的部分、穿過遠紅外加熱裝置的部分，等等。
當輸送路徑被分成上述的多個部分時，工件可以在每個部分上以不同的速度輸送。但是各個部分分別需要不同的動力源，所以輸送裝置會變得復雜并且尺寸變大。所以理想的是輸送路徑由少量的動力源運轉，以使輸送裝置簡單并且尺寸小。據(jù)此，理想的是各個部分互鎖地運動，更理想的是輸送路徑環(huán)狀(循環(huán))布置，以在整個圓周上恒速運動。這樣涂布系統(tǒng)可以作得更簡單，尺寸更小。
除了至少待涂布的表面是金屬的外，上述的“工件”并沒有什么特別的限制。因此，除了待涂布的表面外，其它的部分可以是任何材料制成，如金屬、陶瓷、樹脂，等等。因為待涂布的表面是金屬制成的，所以通過高頻感應加熱，由烘烤涂層材料形成的涂層可以在很短的時間內加熱到所要求的溫度(從15秒到50秒的范圍內)。
上述的“烘烤涂層材料”是可以加熱固化的涂層材料。這樣的烘烤涂層材料包括各自主要含有環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、氟樹脂、酚樹脂、三聚氰胺樹脂、聚氨酯樹脂、硅酮樹脂、醇酸樹脂、鄰苯二甲酸樹脂，等等。這些烘烤涂層材料可以以粉末或液態(tài)的形式提供，并可含有色料等。這些烘烤涂層材料可以單獨或兩種或多種結合使用。
除了這些樹脂外，也可將其它材料與烘烤涂層材料混合，以賦以涂層某種功能。例如，可以使用在涂層表面上形成突起或不規(guī)則的突起成型粉末，賦以導電性的導電粉末，等等。突起成型粉末的例子有陶瓷粉末，如氧化鋁粉末、鎳粉、無定型二氧化硅粉和碳化硅粉末。此外，也可以使用長度為50至1200μm的尼龍短纖維或類似物。導電粉末的例子包括碳粉，以及各種金屬粉末。
用作上述“涂布裝置”的涂布裝置不受限制，只要能安置在生產(chǎn)線中?？梢愿鶕?jù)涂層材料的特性、涂層的目標厚度等選擇合適的涂布裝置。涂布裝置的例子可以包括靜電噴涂裝置、粉末靜電涂布裝置、噴涂裝置、熱噴涂裝置、輥涂裝置、幕流涂布裝置、浸漬涂布裝置，等等。特別的，優(yōu)選使用靜電噴涂裝置和粉末靜電涂布裝置，因為金屬制成的待涂布表面很容易帶上電荷。
順便提及，在粉末靜電涂布裝置中，工件在浸入流體箱之后涂布上涂層材料、流體箱中有涂層材料(粉末)，液化后帶與工件相反的電荷。
上述的“第一加熱裝置”是通過高頻感應加熱裝置加熱待涂布的表面的金屬，從而從涂層的背面加熱涂層的裝置。已知的高頻波發(fā)生裝置，如高頻感應線圈或磁控管，可以用于高頻感應加熱裝置中。
上述的“第二加熱裝置”是即使在第一加熱裝置之后，也通過使用遠紅外發(fā)生裝置，作用于涂層表面的加熱和溫度保持裝置。在第二加熱裝置中，不需要將涂層加熱到比剛從第一加熱裝置出來時的溫度更高的溫度。如果涂層能被第二加熱裝置加熱而保持剛從第一加熱裝置出來時的溫度或緩慢地降低，就實現(xiàn)了第二加熱裝置的功能。當涂層被從前面緩慢地加熱時，涂層就能被有效地固化。
任何能產(chǎn)生遠紅外線的合適的已知加熱器都能用作遠紅外發(fā)生裝置。加熱器的例子包括石英護套元件加熱器，其中在石英護套元件中插入鎢加熱絲，石英護套元件被減壓(近似真空)；Miracron加熱器，其中在晶體玻璃管中插入鐵-鉻-鋁合金的加熱線圈；各種碳加熱器，等等。在這些加熱器中，最優(yōu)選的是具有高的遠紅外線發(fā)射率(能高效地產(chǎn)生遠紅外線)的碳加熱器。
上述的“靜態(tài)冷卻裝置”是不主動加熱或冷卻工件，特別是不使用加熱器或通過鼓風冷卻等等來冷卻工件涂層的熱輻射裝置，第一和第二加熱裝置給予的熱量中，一部分用于涂層通過第一和第二加熱裝置時固化涂層，其余的積累在涂布的工件內。因此，積累的熱量隨后通過靜態(tài)冷卻裝置發(fā)散，而涂布的工件作為涂層的熱源而使涂層的固化更加穩(wěn)定。而且，使用靜態(tài)冷卻裝置能夠充分地利用第一和第二加熱裝置給予的熱量。
輸送路徑的一部分可以直接用作靜態(tài)冷卻裝置。這種情況下，靜態(tài)冷卻裝置是從第二加熱裝置的出口到進行強制冷卻區(qū)域的輸送路徑部分。另外，對應于靜態(tài)冷卻裝置的這一段輸送路徑可以部分或全部地由面板或類似東西所覆蓋，以改變靜態(tài)冷卻速度(涂布后的工件的溫度降低速度)。這種情況下，面板或類似東西包括在靜態(tài)冷卻裝置之中。
另外，用作靜態(tài)冷卻裝置的輸送路徑的理想長度為2～15米(更理想的是5～10米)。如果輸送路徑的長度小于2米，則難以有效地對烘烤涂層材料進行固化。另一方面，也沒有必要使輸送路徑的長度大于15米。
順便提及，即使是在用作靜態(tài)冷卻裝置的輸送路徑短于2米的情況下，如果輸送速度降低，也可以在由冷卻裝置冷卻之前對涂層進行充分的散熱和固化。但是，在從把工件送進涂布系統(tǒng)到把已涂布的工件從涂布系統(tǒng)中取出的各步驟是連續(xù)進行的情況下，高頻感應加熱的時間變長，從而容易產(chǎn)生工件的加熱溫度高于所需烘烤溫度的不利情況。
上述的“冷卻裝置”是進行強制冷卻的裝置。將室溫或更低溫度的空氣吹到已涂布的工件上(以下只稱為“送氣”)的裝置、使已涂布的工件通過外部有冷卻劑循環(huán)的空間的裝置，等等，都可以用于強制冷卻。在這些裝置之中，優(yōu)選使用送氣裝置來冷卻工件，因為該裝置可以由簡單的設備實現(xiàn)，且能耗低。
第一加熱裝置、第二加熱裝置、靜態(tài)冷卻裝置、以及冷卻裝置這四種裝置對于涂布系統(tǒng)是基本的。如果沒有使用第一加熱裝置，只能由第二加熱裝置進行加熱。在這種情況下，第二加熱裝置不能快速地加熱，這樣其尺寸不得不加大，因此涂布系統(tǒng)的輸送路徑的總長度變得很長。如果沒有使用第二加熱裝置，只能由第一加熱裝置進行加熱。在這種情況下，快速加熱烘烤難以充分地給予涂層所需的總熱量。在使用環(huán)氧樹脂烘烤涂層材料的情況下，用以下方法測量，同使用了所有的四種裝置的情況相比，涂層固化的百分比降低了50％～70％。
另一方面，可以通過降低第一加熱裝置的輸出來實現(xiàn)慢速加熱，但能耗會顯著增加。
另外，如果沒有使用靜態(tài)冷卻裝置進行冷卻，就不可能充分地對烘烤涂層材料進行固化。在使用環(huán)氧樹脂烘烤涂層材料的情況下，按照以下的方法測量，與四種裝置都使用了的情況相比，涂層固化的百分比降低了50％～70％。因此，可以通過第二加熱裝置延長加熱時間來保證充分的固化，但與使用了靜態(tài)冷卻裝置的情況相比，設備尺寸需要加大，能耗要增加。另外，如果沒有使用冷卻裝置，涂布的工件僅僅由靜態(tài)冷卻裝置進行靜態(tài)冷卻，直到低于工件可以取出的溫度。在這種情況下，輸送路徑會變得非常長，完成涂布所需的時間也長。
順便提及，涂層固化的百分比是根據(jù)公式(1)計算{(W2-W0)/(W1-W0)}×100……(1)其中，W0是工件的重量，W1是已涂布的工件的重量，W2是將已涂布的工件浸在甲苯(第一類試劑)中30分鐘，完全干燥后的重量。
大體上，除了涂布裝置、第一加熱裝置、第二加熱裝置、靜態(tài)冷卻裝置和冷卻裝置之外，涂布系統(tǒng)還包括位于涂布裝置上游側的送料裝置，以及位于冷卻裝置下游側的取出裝置。送料裝置可以由接著涂布裝置入口的輸送路徑構成。取出裝置可以由接著冷卻裝置出口的輸送路徑構成?？梢匀斯さ貙⒐ぜ腿胪坎枷到y(tǒng)，以及將已涂布的工件從涂布系統(tǒng)中取出。也可以提供自動送料和取出的送料裝置和取出裝置。
在上述的涂布系統(tǒng)中，從將工件送入涂布系統(tǒng)到將已涂布的工件從涂布系統(tǒng)中取出，這一段輸送路徑的長度可以選擇為15～80m(優(yōu)選為16～75m，更優(yōu)選為17～60m)。也就是說，在非常短的輸送路徑長度中，可以在短時間內完成涂布。而且，根據(jù)該涂布系統(tǒng)，工件可以在10～50分鐘內完成涂布(尤其在11～40分鐘)。
當涂布系統(tǒng)中使用環(huán)氧樹脂烘烤涂層材料或聚丙烯烘烤涂層材料的時候，穿過第一加熱裝置的輸送路徑的長度可以選擇為0.5～1.5m(優(yōu)選0.8～1.2m)。穿過第二加熱裝置的輸送路徑的長度可以選擇為2～15m(優(yōu)選3～10m)。另外，作為靜態(tài)冷卻裝置的輸送路徑的長度可以選擇為2～15m(優(yōu)選3～10m)。穿過冷卻裝置的輸送路徑的長度可以選擇為3～15m(優(yōu)選5～10m)。
另外，當輸送路徑是環(huán)形的時候，輸送路徑的總長度，即用作送料裝置的輸送路徑部分(從取出裝置的終端到涂布裝置的入口)的長度、用作取出裝置的輸送路徑部分(從冷卻裝置的出口到送料裝置的起始端)的長度、連接從涂布裝置到冷卻裝置的各裝置的輸送路徑部分的長度，以及各裝置內的輸送路徑部分的長度的總和，可以選擇為15～80m(優(yōu)選16～75m)。輸送路徑所有區(qū)域的輸送速度可以選擇為0.5～4m/分鐘(理想的是0.75～3.75m/分鐘)。因此，可以在10～50分鐘內完成工件的涂布(優(yōu)選11～40分鐘)。
該涂布系統(tǒng)可以用于對任何工件進行涂布。具體來說，該涂布系統(tǒng)理想的是用于金屬制成的、具有較大的尺寸(截面積為0.5～7cm2，長度為20～100cm)從而可以充分地蓄熱的工件的涂布。另外，該涂布系統(tǒng)適用于涂層薄(25～40μm)的場合。因此，該涂布系統(tǒng)可以理想地應用于輥子等具有需要通過烘烤而涂布烘烤涂層材料的表面的物體。特別地，該涂布系統(tǒng)可以理想地應用于打印機、復印機、傳真機等上用的送紙滾筒(具有涂布有由烘烤涂層材料固結的突起成型粉末的表面)、導電輥(涂布有含導電粉末的烘烤涂層材料)等的制造。涂布系統(tǒng)概述

圖1是用于以下要說明的項目(2)的涂布系統(tǒng)1的典型視圖。涂布系統(tǒng)1包括由皮帶輸送機111和吊式輸送機112組成的輸送裝置11，涂布系統(tǒng)1還包括由開放的長度為3m的皮帶輸送機構成的送料裝置12，這樣工件可以人工地放置在皮帶輸送機上。涂布系統(tǒng)1還包括由長度為3m的粉末靜電涂布裝置2構成的涂布裝置13。接下來會結合圖2詳細地說明粉末靜電涂布裝置。
涂布系統(tǒng)1還包括由線圈長度為0.85m的高頻感應加熱裝置構成的第一加熱裝置14。涂布系統(tǒng)1還包括由長度為2m的遠紅外發(fā)生裝置構成的第二加熱裝置15。涂布系統(tǒng)1還包括由長度為30m的皮帶輸送機構成的靜態(tài)冷卻裝置16，其中皮帶輸送機曲折了四次形成直線。涂布系統(tǒng)1還包括由定點鼓風機(一對)構成的冷卻裝置17，其中定點鼓風機在2m的長度范圍內輸送室溫空氣。涂布系統(tǒng)1還包括由開放的長度為3m的皮帶輸送機構成的取出裝置18，這樣當涂布完成后就可以人工地將工件從皮帶輸送機上取出圖2是粉末靜電涂布裝置的典型視圖。投進粉末靜電涂布裝置2中的粉末3(例如烘烤涂層材料和突起成型粉末)被第一和第二吹起管221、222吹向流體箱21，從而形成塵霧。另外，當塵霧經(jīng)過電針23的周圍和/或觸到電針時會帶上電荷。這樣，待涂布工件4的表面就通過吹管223而涂布上了塵霧。吊式輸送機被旋轉電機24轉動時，工件便被吊式輸送機移進流體箱中。在這個運動之中，工件的周圍表面可以均勻地涂布上粉末。送紙滾筒的涂布(1)使用的工件和混合粉末(烘烤涂層材料粉末和突起成型粉末)(i)工件一個棒狀的工件，由易切削鋼(SUM23L)制成，加工成直徑12mm，長度330mm，外表面通過無電鍍鍍上了一層厚度為4μm的鎳。
(ii)混合粉末包含37.5％重量百分比的烘烤涂層材料粉末和62.5％重量百分比的突起成型粉末的混合物。
烘烤涂層材料粉末聚酯/環(huán)氧樹脂粉末涂層材料(商品名稱為“V-PET1340QDLB，平均粒度25μm，體積密度0.5g/cm3，由Dai NipponToryo Co.生產(chǎn))。
突起成型粉末氧化鋁粉(商品名稱為“MORUNDUM A320“，平均粒度40μm，體積密度1.9g/cm3，由Showa Denko K.K.生產(chǎn))。
(2)涂布(例子)設置輸送機的速度，使輸送速度為每分鐘1.5m。從送料裝置將上述工件的一端插入一個內徑比工件的直徑大的圓筒中，并由卡盤卡緊，從而工件被固定。將多個待涂布工件順次放置在皮帶輸送機上，這些工件之間的間距為0.05m。每個通過了送料裝置的工件進入到粉末靜電涂布裝置之中。在粉末靜電涂布裝置之中，進行調整，使得工件在經(jīng)過離各個吹管75cm的位置的同時由旋轉電機驅動以20rpm的速度旋轉。另外，壓力為0.02Mpa的空氣從第一吹起管吹起，壓力為0.05Mpa的空氣從第二吹起管吹起，壓力為0.03Mpa的空氣從吹管吹出。電針上施加有-30kV的電壓。工件就被涂布有上述的烘烤涂層材料粉末和突起成型粉末的混合物。
在涂布裝置之后，已涂布的工件通過高頻感應加熱裝置的內部。高頻感應加熱裝置輸出20kHz的高頻波(電壓為62V，電流為65A)，從而涂層的表面溫度在40秒內上升到240℃。然后，已涂布的工件進入設定為200℃固定溫度的遠紅外發(fā)生裝置，使已涂布的工件在通過該裝置的1.3分鐘內被加熱(涂層的溫度在剛進第二加熱裝置之前是240℃，剛出第二加熱裝置之后是190℃)。然后，工件在皮帶輸送機上傳輸并冷卻2分鐘(溫度30℃，濕度65％)，這一區(qū)域在涂布系統(tǒng)中是開放的空間，接下來的空間安裝了定點鼓風機(鼓風速度為0.5m3/分，每個)將涂層的溫度冷卻到50℃。通過了冷卻裝置的已涂布的工件通過取出裝置而被取出。
該涂布系統(tǒng)輸送路徑的總長度是20m，涂布一個送紙滾筒所需的時間為13分鐘。
另外，在送紙滾筒的表面上形成了一層烘烤涂層。涂層的平均厚度是25～40μm。送紙滾筒的圓柱度是0.5～8μm。也就是說，所形成的涂層是非常精確的。
順便提及，“圓柱度”的概念是外徑的最大值減最小值所得到的值。用非接觸激光掃描測微計(型號“LSM-3100，由Mitutoyo公司生產(chǎn))對每個工件進行檢測。
另外，根據(jù)上述的公式(1)計算的涂層固化百分比是90～95％(順便提及，浸入甲苯后，將已涂布的工件置于70℃的干燥爐中30分鐘以進行干燥)。還有，根據(jù)JIS K 5400(8.5.3)中記述的橫切帶法測量的粘附度為8～10點。從測量結果可以看出具有很好的黏附特性。
(3)涂布(對比例)作為對比例，與上述相同的涂布是使用單獨具有加熱干燥爐的現(xiàn)有技術的涂布系統(tǒng)(輸送路徑長度為90m)進行的。結果，涂布一個送紙滾筒所需的時間為59分鐘。
根據(jù)這個結果，與現(xiàn)有技術的涂布系統(tǒng)和對比例中的涂布系統(tǒng)相比較，顯然本發(fā)明的涂布系統(tǒng)尺寸更小，生產(chǎn)效率更高。
根據(jù)本發(fā)明，從烘烤涂層材料的涂布到烘烤一系列步驟可以在短時間內連續(xù)進行，并且可以穩(wěn)定地得到充分烘烤的高質量的涂層。
權利要求
1.一種涂布系統(tǒng)，包括將涂層材料涂布在待涂布的工件上的涂布裝置；用于進行高頻感應加熱以烘烤工件的第一加熱裝置；用于進行遠紅外加熱以烘烤工件的第二加熱裝置；用于對工件進行自然冷卻的靜態(tài)冷卻裝置；以及用于對工件進行強制冷卻，以使涂層在工件上成型的冷卻裝置。
2.如權利要求1所述的涂布系統(tǒng)，還包括包含輸送工件的輸送路徑在內的輸送裝置。
3.如權利要求2所述的涂布系統(tǒng)，其特征在于，涂布裝置，第一加熱裝置，第二加熱裝置，靜態(tài)冷卻裝置和冷卻裝置，沿輸送路徑順序安置。
4.如權利要求3所述的涂布系統(tǒng)，其特征在于，輸送裝置輸送工件連續(xù)實行從涂布涂層材料到涂層成型的一系列步驟。
5.如權利要求4所述的涂布系統(tǒng)，其特征在于，輸送路徑的一部分是用作靜態(tài)冷卻裝置，其長度為2～15m。
6.如權利要求1至5中任意一項所述的涂布系統(tǒng)，其特征在于，從工件的送入到涂布完成取出工件的各步驟所需的輸送路徑長度為15～80m。
7.如權利要求1所述的涂布系統(tǒng)，其特征在于，涂布裝置涂布的涂層材料包括環(huán)氧樹脂，聚脂樹脂；且該涂層材料還包括作為突起成型粉末的氧化鋁粉末。
8.如權利要求1所述的涂布系統(tǒng)，用于生產(chǎn)送紙滾筒。
9.如權利要求1所述的涂布系統(tǒng)，其特征在于，涂布裝置由粉末靜電涂布裝置構成。
全文摘要
一種涂布系統(tǒng),包括輸送裝置11、由作為輸送路徑一部分的,開放的皮帶輸送機111構成的送料裝置12、由粉末靜電涂布裝置構成的涂布裝置13、由高頻感應加熱裝置構成的第一加熱裝置14、由遠紅外發(fā)生裝置構成的第二加熱裝置15、由長度為30m的皮帶輸送機構成的靜態(tài)冷卻裝置16,其中皮帶輸送機曲折成多個直線、由一對定點鼓風機構成的冷卻裝置17,其中每個定點鼓風機送出室溫空氣、以及由開放的皮帶輸送機構成的取出裝置18。該涂布系統(tǒng)輸送路徑的總長度可以選擇為所要求的最小值。
文檔編號B05D3/02GK1353017SQ0113465
公開日2002年6月12日 申請日期2001年11月8日 優(yōu)先權日2000年11月8日
發(fā)明者富田充彥, 福永浩之 申請人:井上株式會社