涂布系统 发明背景发明领域
本发明涉及涂布系统。更具体地说，本发明涉及一种稳定的涂布系统，其具有很短的传输路径长度，很小的尺寸，很低的能耗，以及很高的生产效率。本发明的涂布系统可以用于各种烘烤涂层材料。相关技术说明
迄今为止，在烘烤涂层材料的烘烤步骤中，需要用到加热干燥炉、高频感应加热装置、远红外发生装置，等等。但是，所讨论的应用于烘烤涂层材料的稳定涂布系统技术能否缩短传输路径长度，减少总体尺寸，降低能耗仍不为所知。
在烘干炉、高频感应加热装置、远红外发生装置等设备之中，烘干炉可以均匀地加热，稳定地烘烤涂层材料，但是需要很长的时间将炉温升高到预定值。而且，因为烘干炉需要一个开/关门，所以难以把烘干炉安置在生产线(沿输送路径连续布置地一系列设备)上。此外，当烘干炉在现有技术中所描述的涂布涂层材料的生产线之外单独安置时，步骤的数目会增加，因为需要在不同的生产线之间移动。所以涂布系统的尺寸和能耗巨大，难以进行充分高效的生产。
另一方面，高频感应加热装置和远红外发生装置可以安置在生产线之中。但是，在只使用高频感应加热装置的时候，可以在短时间内将温度提高到所要求的值，却难以在温度升高后保持温度。因此，很容易导致烘烤涂层材料的加热温度超过烘烤涂层材料的耐热温度的缺点。而且，虽然容易保持缓慢加热的温度，但能耗又增加了。因此这种加热方法并没有利用到高频感应加热的特性。另一方面，当只使用远红外加热时，需要很长的时间将涂布的涂层材料加热到烘烤温度，因此必须加长输送路径的长度或减慢输送的速度。
另外，在JP-A-9-262844中公开了结合高频感应加热和远红外加热的加热方法和装置。但是这种技术针对的是发泡橡胶，无法将这种技术应用到涂层材料的烘烤上。发明综述
因此本发明旨在解决上述的问题，本发明的一个目的是提供一种输送路径长度短、尺寸小、能耗低、生产效率高的稳定涂布系统。
根据本发明，提供了一种涂布系统，其具有包含输送路径的输送装置可以连续地进行一系列的步骤，在输送工件的同时完成从涂布烘烤涂层材料到涂层的形成，其中涂布烘烤涂层材料的涂布装置、由高频感应加热进行烘烤的第一加热装置、由远红外加热进行烘烤的第二加热装置、进行自然冷却的静态冷却装置，以及进行强制冷却的冷却装置顺序安置。附图说明
图1是本发明的一个实施例中使用的涂布系统的示意图。
图2是这个实施例中使用的粉末静电涂布装置的示意图。发明详述
以下对本发明进行详细说明。
根据本发明，提供了一种涂布系统，其设有包含输送路径的输送装置，在输送装置输送工件时，可以连续地进行一系列的步骤，从烘烤涂层材料的涂布到涂层的形成，其中涂布烘烤涂层材料的涂布装置、由高频感应加热进行烘烤的第一加热装置、由远红外加热进行烘烤的第二加热装置、进行自然冷却的静态冷却装置，以及进行强制冷却的冷却装置顺序安置。
上述的“输送装置”是用于在涂布系统中输送工件的装置。输送装置不仅具有输送路径，而且具有用以移动传输路径的动力或类似装置。
对于上述的“输送路径”，可以使用各种输送装置，如皮带输送机、吊式输送机，以及链式输送机。输送路径可以分成多个部分，如穿过涂布装置的部分、穿过高频感应加热装置的部分、穿过远红外加热装置的部分，等等。
当输送路径被分成上述的多个部分时，工件可以在每个部分上以不同的速度输送。但是各个部分分别需要不同的动力源，所以输送装置会变得复杂并且尺寸变大。所以理想的是输送路径由少量的动力源运转，以使输送装置简单并且尺寸小。据此，理想的是各个部分互锁地运动，更理想的是输送路径环状(循环)布置，以在整个圆周上恒速运动。这样涂布系统可以作得更简单，尺寸更小。
除了至少待涂布的表面是金属的外，上述的“工件”并没有什么特别的限制。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，如金属、陶瓷、树脂，等等。因为待涂布的表面是金属制成的，所以通过高频感应加热，由烘烤涂层材料形成的涂层可以在很短的时间内加热到所要求的温度(从15秒到50秒的范围内)。
上述的“烘烤涂层材料”是可以加热固化的涂层材料。这样的烘烤涂层材料包括各自主要含有环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂、氟树脂、酚树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂、硅酮树脂、醇酸树脂、邻苯二甲酸树脂，等等。这些烘烤涂层材料可以以粉末或液态的形式提供，并可含有色料等。这些烘烤涂层材料可以单独或两种或多种结合使用。
除了这些树脂外，也可将其它材料与烘烤涂层材料混合，以赋以涂层某种功能。例如，可以使用在涂层表面上形成突起或不规则的突起成型粉末，赋以导电性的导电粉末，等等。突起成型粉末的例子有陶瓷粉末，如氧化铝粉末、镍粉、无定型二氧化硅粉和碳化硅粉末。此外，也可以使用长度为50至1200μm的尼龙短纤维或类似物。导电粉末的例子包括碳粉，以及各种金属粉末。
用作上述“涂布装置”的涂布装置不受限制，只要能安置在生产线中。可以根据涂层材料的特性、涂层的目标厚度等选择合适的涂布装置。涂布装置的例子可以包括静电喷涂装置、粉末静电涂布装置、喷涂装置、热喷涂装置、辊涂装置、幕流涂布装置、浸渍涂布装置，等等。特别的，优选使用静电喷涂装置和粉末静电涂布装置，因为金属制成的待涂布表面很容易带上电荷。
顺便提及，在粉末静电涂布装置中，工件在浸入流体箱之后涂布上涂层材料、流体箱中有涂层材料(粉末)，液化后带与工件相反的电荷。
上述的“第一加热装置”是通过高频感应加热装置加热待涂布的表面的金属，从而从涂层的背面加热涂层的装置。已知的高频波发生装置，如高频感应线圈或磁控管，可以用于高频感应加热装置中。
上述的“第二加热装置”是即使在第一加热装置之后，也通过使用远红外发生装置，作用于涂层表面的加热和温度保持装置。在第二加热装置中，不需要将涂层加热到比刚从第一加热装置出来时的温度更高的温度。如果涂层能被第二加热装置加热而保持刚从第一加热装置出来时的温度或缓慢地降低，就实现了第二加热装置的功能。当涂层被从前面缓慢地加热时，涂层就能被有效地固化。
任何能产生远红外线的合适的已知加热器都能用作远红外发生装置。加热器的例子包括石英护套元件加热器，其中在石英护套元件中插入钨加热丝，石英护套元件被减压(近似真空)；Miracron加热器，其中在晶体玻璃管中插入铁-铬-铝合金的加热线圈；各种碳加热器，等等。在这些加热器中，最优选的是具有高的远红外线发射率(能高效地产生远红外线)的碳加热器。
上述的“静态冷却装置”是不主动加热或冷却工件，特别是不使用加热器或通过鼓风冷却等等来冷却工件涂层的热辐射装置，第一和第二加热装置给予的热量中，一部分用于涂层通过第一和第二加热装置时固化涂层，其余的积累在涂布的工件内。因此，积累的热量随后通过静态冷却装置发散，而涂布的工件作为涂层的热源而使涂层的固化更加稳定。而且，使用静态冷却装置能够充分地利用第一和第二加热装置给予的热量。
输送路径的一部分可以直接用作静态冷却装置。这种情况下，静态冷却装置是从第二加热装置的出口到进行强制冷却区域的输送路径部分。另外，对应于静态冷却装置的这一段输送路径可以部分或全部地由面板或类似东西所覆盖，以改变静态冷却速度(涂布后的工件的温度降低速度)。这种情况下，面板或类似东西包括在静态冷却装置之中。
另外，用作静态冷却装置的输送路径的理想长度为2～15米(更理想的是5～10米)。如果输送路径的长度小于2米，则难以有效地对烘烤涂层材料进行固化。另一方面，也没有必要使输送路径的长度大于15米。
顺便提及，即使是在用作静态冷却装置的输送路径短于2米的情况下，如果输送速度降低，也可以在由冷却装置冷却之前对涂层进行充分的散热和固化。但是，在从把工件送进涂布系统到把已涂布的工件从涂布系统中取出的各步骤是连续进行的情况下，高频感应加热的时间变长，从而容易产生工件的加热温度高于所需烘烤温度的不利情况。
上述的“冷却装置”是进行强制冷却的装置。将室温或更低温度的空气吹到已涂布的工件上(以下只称为“送气”)的装置、使已涂布的工件通过外部有冷却剂循环的空间的装置，等等，都可以用于强制冷却。在这些装置之中，优选使用送气装置来冷却工件，因为该装置可以由简单的设备实现，且能耗低。
第一加热装置、第二加热装置、静态冷却装置、以及冷却装置这四种装置对于涂布系统是基本的。如果没有使用第一加热装置，只能由第二加热装置进行加热。在这种情况下，第二加热装置不能快速地加热，这样其尺寸不得不加大，因此涂布系统的输送路径的总长度变得很长。如果没有使用第二加热装置，只能由第一加热装置进行加热。在这种情况下，快速加热烘烤难以充分地给予涂层所需的总热量。在使用环氧树脂烘烤涂层材料的情况下，用以下方法测量，同使用了所有的四种装置的情况相比，涂层固化的百分比降低了50％～70％。
另一方面，可以通过降低第一加热装置的输出来实现慢速加热，但能耗会显著增加。
另外，如果没有使用静态冷却装置进行冷却，就不可能充分地对烘烤涂层材料进行固化。在使用环氧树脂烘烤涂层材料的情况下，按照以下的方法测量，与四种装置都使用了的情况相比，涂层固化的百分比降低了50％～70％。因此，可以通过第二加热装置延长加热时间来保证充分的固化，但与使用了静态冷却装置的情况相比，设备尺寸需要加大，能耗要增加。另外，如果没有使用冷却装置，涂布的工件仅仅由静态冷却装置进行静态冷却，直到低于工件可以取出的温度。在这种情况下，输送路径会变得非常长，完成涂布所需的时间也长。
顺便提及，涂层固化的百分比是根据公式(1)计算：
{(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是将已涂布的工件浸在甲苯(第一类试剂)中30分钟，完全干燥后的重量。
大体上，除了涂布装置、第一加热装置、第二加热装置、静态冷却装置和冷却装置之外，涂布系统还包括位于涂布装置上游侧的送料装置，以及位于冷却装置下游侧的取出装置。送料装置可以由接着涂布装置入口的输送路径构成。取出装置可以由接着冷却装置出口的输送路径构成。可以人工地将工件送入涂布系统，以及将已涂布的工件从涂布系统中取出。也可以提供自动送料和取出的送料装置和取出装置。
在上述的涂布系统中，从将工件送入涂布系统到将已涂布的工件从涂布系统中取出，这一段输送路径的长度可以选择为15～80m(优选为16～75m，更优选为17～60m)。也就是说，在非常短的输送路径长度中，可以在短时间内完成涂布。而且，根据该涂布系统，工件可以在10～50分钟内完成涂布(尤其在11～40分钟)。
当涂布系统中使用环氧树脂烘烤涂层材料或聚丙烯烘烤涂层材料的时候，穿过第一加热装置的输送路径的长度可以选择为0.5～1.5m(优选0.8～1.2m)。穿过第二加热装置的输送路径的长度可以选择为2～15m(优选3～10m)。另外，作为静态冷却装置的输送路径的长度可以选择为2～15m(优选3～10m)。穿过冷却装置的输送路径的长度可以选择为3～15m(优选5～10m)。
另外，当输送路径是环形的时候，输送路径的总长度，即用作送料装置的输送路径部分(从取出装置的终端到涂布装置的入口)的长度、用作取出装置的输送路径部分(从冷却装置的出口到送料装置的起始端)的长度、连接从涂布装置到冷却装置的各装置的输送路径部分的长度，以及各装置内的输送路径部分的长度的总和，可以选择为15～80m(优选16～75m)。输送路径所有区域的输送速度可以选择为0.5～4m/分钟(理想的是0.75～3.75m/分钟)。因此，可以在10～50分钟内完成工件的涂布(优选11～40分钟)。
该涂布系统可以用于对任何工件进行涂布。具体来说，该涂布系统理想的是用于金属制成的、具有较大的尺寸(截面积为0.5～7cm2，长度为20～100cm)从而可以充分地蓄热的工件的涂布。另外，该涂布系统适用于涂层薄(25～40μm)的场合。因此，该涂布系统可以理想地应用于辊子等具有需要通过烘烤而涂布烘烤涂层材料的表面的物体。特别地，该涂布系统可以理想地应用于打印机、复印机、传真机等上用的送纸滚筒(具有涂布有由烘烤涂层材料固结的突起成型粉末的表面)、导电辊(涂布有含导电粉末的烘烤涂层材料)等的制造。优选实施方案
以下根据用于送纸滚筒的涂布系统实施例来详细说明本发明的优选实施方案。
[1]涂布系统概述
图1是用于以下要说明的项目(2)的涂布系统1的典型视图。涂布系统1包括由皮带输送机111和吊式输送机112组成的输送装置11，涂布系统1还包括由开放的长度为3m的皮带输送机构成的送料装置12，这样工件可以人工地放置在皮带输送机上。涂布系统1还包括由长度为3m的粉末静电涂布装置2构成的涂布装置13。接下来会结合图2详细地说明粉末静电涂布装置。
涂布系统1还包括由线圈长度为0.85m的高频感应加热装置构成的第一加热装置14。涂布系统1还包括由长度为2m的远红外发生装置构成的第二加热装置15。涂布系统1还包括由长度为30m的皮带输送机构成的静态冷却装置16，其中皮带输送机曲折了四次形成直线。涂布系统1还包括由定点鼓风机(一对)构成的冷却装置17，其中定点鼓风机在2m的长度范围内输送室温空气。涂布系统1还包括由开放的长度为3m的皮带输送机构成的取出装置18，这样当涂布完成后就可以人工地将工件从皮带输送机上取出
图2是粉末静电涂布装置的典型视图。投进粉末静电涂布装置2中的粉末3(例如烘烤涂层材料和突起成型粉末)被第一和第二吹起管221、222吹向流体箱21，从而形成尘雾。另外，当尘雾经过电针23的周围和/或触到电针时会带上电荷。这样，待涂布工件4的表面就通过吹管223而涂布上了尘雾。吊式输送机被旋转电机24转动时，工件便被吊式输送机移进流体箱中。在这个运动之中，工件的周围表面可以均匀地涂布上粉末。
[2]送纸滚筒的涂布
(1)使用的工件和混合粉末(烘烤涂层材料粉末和突起成型粉末)
(i)工件
一个棒状的工件，由易切削钢(SUM23L)制成，加工成直径12mm，长度330mm，外表面通过无电镀镀上了一层厚度为4μm的镍。
(ii)混合粉末
包含37.5％重量百分比的烘烤涂层材料粉末和62.5％重量百分比的突起成型粉末的混合物。
烘烤涂层材料粉末：聚酯/环氧树脂粉末涂层材料(商品名称为“V-PET1340QDLB，平均粒度25μm，体积密度0.5g/cm3，由Dai NipponToryo Co.生产)。
突起成型粉末：氧化铝粉(商品名称为“MORUNDUM A320“，平均粒度40μm，体积密度1.9g/cm3，由Showa Denko K.K.生产)。
(2)涂布(例子)
设置输送机的速度，使输送速度为每分钟1.5m。从送料装置将上述工件的一端插入一个内径比工件的直径大的圆筒中，并由卡盘卡紧，从而工件被固定。将多个待涂布工件顺次放置在皮带输送机上，这些工件之间的间距为0.05m。每个通过了送料装置的工件进入到粉末静电涂布装置之中。在粉末静电涂布装置之中，进行调整，使得工件在经过离各个吹管75cm的位置的同时由旋转电机驱动以20rpm的速度旋转。另外，压力为0.02Mpa的空气从第一吹起管吹起，压力为0.05Mpa的空气从第二吹起管吹起，压力为0.03Mpa的空气从吹管吹出。电针上施加有-30kV的电压。工件就被涂布有上述的烘烤涂层材料粉末和突起成型粉末的混合物。
在涂布装置之后，已涂布的工件通过高频感应加热装置的内部。高频感应加热装置输出20kHz的高频波(电压为62V，电流为65A)，从而涂层的表面温度在40秒内上升到240℃。然后，已涂布的工件进入设定为200℃固定温度的远红外发生装置，使已涂布的工件在通过该装置的1.3分钟内被加热(涂层的温度在刚进第二加热装置之前是240℃，刚出第二加热装置之后是190℃)。然后，工件在皮带输送机上传输并冷却2分钟(温度30℃，湿度65％)，这一区域在涂布系统中是开放的空间，接下来的空间安装了定点鼓风机(鼓风速度为0.5m3/分，每个)将涂层的温度冷却到50℃。通过了冷却装置的已涂布的工件通过取出装置而被取出。
该涂布系统输送路径的总长度是20m，涂布一个送纸滚筒所需的时间为13分钟。
另外，在送纸滚筒的表面上形成了一层烘烤涂层。涂层的平均厚度是25～40μm。送纸滚筒的圆柱度是0.5～8μm。也就是说，所形成的涂层是非常精确的。
顺便提及，“圆柱度”的概念是外径的最大值减最小值所得到的值。用非接触激光扫描测微计(型号“LSM-3100，由Mitutoyo公司生产)对每个工件进行检测。
另外，根据上述的公式(1)计算的涂层固化百分比是90～95％(顺便提及，浸入甲苯后，将已涂布的工件置于70℃的干燥炉中30分钟以进行干燥)。还有，根据JIS K 5400(8.5.3)中记述的横切带法测量的粘附度为8～10点。从测量结果可以看出具有很好的黏附特性。
(3)涂布(对比例)
作为对比例，与上述相同的涂布是使用单独具有加热干燥炉的现有技术的涂布系统(输送路径长度为90m)进行的。结果，涂布一个送纸滚筒所需的时间为59分钟。
根据这个结果，与现有技术的涂布系统和对比例中的涂布系统相比较，显然本发明的涂布系统尺寸更小，生产效率更高。
根据本发明，从烘烤涂层材料的涂布到烘烤一系列步骤可以在短时间内连续进行，并且可以稳定地得到充分烘烤的高质量的涂层。