【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は塗工ウェブの乾燥システムに関し、特に当該システムにおいて使用する対流式エアドライヤの動作を制御する改良された方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の浮遊式対流エアドライヤを図１の参照数字１０により概略的に示す。 このドライヤは連通する入出孔スロット１４、１６をともなう乾燥室１２を定める絶縁されたハウジング１１から成る。 すなわち、
当該ドライヤ１０においては、塗工ウェブ１８がスロット１４からハウジング１１内に送られ、乾燥室１２を通過して、スロット１６からハウジング１１外に送出される。 この際、加熱された空気が供給ダクト２０を介してドライヤ１０内のウェブ１８の上方および下方にそれぞれ供給される。 なお、各供給ダクト２０は複数の加熱器２２に連通しており、これらの加熱器はそれぞれ２４で模式的に示される複数のノズルに交互に連通する。 そして、当該ノズル２４から加熱された乾燥用空気が上記ウェブ１８の両面に供給される。 この空気は、２６で示す排出ダクトから除去されるまでに、ウェブ１８に含まれる水分を奪う。 その後、ウェブ１８から奪った水分を担持する空気は集められ、部分的に転送あるいは排出され、また、部分的に再利用される。 なお、再利用される空気は供給ダクト２０を介してドライヤ１０に帰還する前に予め加熱処理される。

【０００３】なお、上記ノズル２４をいわゆる千鳥足状に配列することにより、ウェブ１８はドライヤ１０内を通過する際にサインカーブ状の形状を成す。 また、このような形状となることにより、送り方向と垂直な方向に対して適当な剛性が発生し、うねりを抑制するとともに端部に発生するカールを低減することできる。

【０００４】さらに、図１に示す上記ドライヤ１０は、
通常、図２により概略的に示されるような外部エアシステムを備える。 該エアシステムは燃焼室２８あるいはこれに類似する加熱器を含み、この燃焼室２８には燃焼用の空気（Ｍｃａ）および燃料（ＭＦ）が供給される。 なお、加熱された乾燥用空気は燃焼室２８から循環用ファン３０により送出され、導管３２、３４を介して上記供給ダクト２０に送られる。 一方、上記水分を担持する空気は排出ダクト２６から導管３６、３８を介して燃焼室２８に送られる。 また、排出用ファン４０が導管４２を介して導管３８に連通しており、当該エアシステムから排出すべき空気（ＭＥ）を転送し除去する。 さらに、上記燃焼室２８には、補給用の空気（ＭＭＵ）が導管４４
を介して供給される。 また、流量制御装置（ダンパ）４
６、４８、５０が上記補給空気、乾燥空気および排出空気の流量を制御するためにそれぞれ設けられている。

【０００５】ドライヤ１０内の空気圧（共通に「箱体の内圧」と称する）が大気圧を超えるような場合は、加熱空気が上記入口側および出口側のスロット１４、１６を介してドライヤ１０から流出あるいは吹き出る。 逆に、
該箱体の内圧が大気圧よりも低くなると、冷たい空気がスロット１４、１６を介してドライヤ１０内に流入する。 このような空気の流入あるいは流出をＭＩで示し、
また、ウェブから蒸散する水分をＭＷで示す。 なお、上記のような入出スロット１４、１６を介する空気の流入あるいは流出のない場合は、ドライヤ１０は「平衡状態にある」とする。

【０００６】しかしながら、上記の空気の流出は処理領域に送るべき熱処理用空気の放出を余儀なくする。 この状態は容易に認識することができ、しばしば、内圧を意図的に減少することによって解消し、逆に、空気が流入するようにしている。 一方、上記の空気の流入も燃料の浪費、ドライヤ１０の処理能力および紙質の低下等の問題をひきおこす。 これまで、当業者はこのような空気流入に起因する問題を正しく理解していなかったか、あるいは、上記空気の流出を回避するために不可避の問題として受け入れて来た。

【０００７】なお、ドライヤ１０を平衡状態に保つためには前述した排出空気および補給空気のダンパ４６、４
８、５０を注意深く連係して調節する必要がある。 しかし、従来技術の大半においては、このような調節を満足におこなうことは非常に困難である。 つまり、この加うなダンパ４６、４８、５０は、しばしば、手動で調節するものであり、取り扱いに手間がかかり、最適に動作状態を維持することが難しい。

【０００８】そこで、ここ１０年間にわたり、上記補給空気および排出空気用ダンパの自動制御に関する技術開発がおこなわれてきた。 例えば、ウィップル（原文：Ｗ
ｈｉｐｐｌｅ）他による米国特許第４，５９１，５１７
号によれば、大気圧を基準とするドライヤ１０の内圧の上下変動に対応して、補給空気用ダンパの調節が一つの制御ループによって自動的に制御され、他の処理条件、
例えばウェブに使用されたインク又は他の液体材料の量等、の変化に対応して、排出用ダンパが別の制御ループにより自動的に制御される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これらの制御ループは統括して制御されていないので、ダンパのどちらかが完全に開いた状態かあるいは完全に閉鎖した状態となることが起こり得る。 後で詳細に説明するが、このような状態になると、エアシステムはもはや正常に動作しなくなり、ドライヤの平衡状態を維持することが困難になる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上記ドライヤを連続的かつ自動的に平衡状態に保つための改良された方法および装置を提供することによって、上記の従来技術における問題点を解消することである。

【００１１】また、本発明の他の目的は、上記補給空気用および排出用ダンパのいずれかが完全開放または完全閉鎖等の極限状態となることを回避するようにして、これらダンパ等の流量制御装置を連係的に調節することである。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、上記ドライヤを自動的に平衡状態に保つと同時に、例えば燃費あるいはウェブ温度等の他の処理条件を自動的に制御するための方法および装置を提供することである。

【００１３】さらに、本発明の他の目的は、補給空気用及び／または排出空気用の流量制御装置を極限状態に設定することを別の方法で要求できるようにするため、あるいは、これら流量制御装置を、他の処理条件の値が予め設定した上限値あるいは下限値を超えるように、調節することを要求できるようにするために、処理条件の設定値を自動的に再調節するための方法および制御システムを提供することである。

【００１４】また、本発明の他の目的は、例えば浄化処理等において非乾燥動作モードとなった場合に、補給空気用及び／または排出空気用の流量制御装置の設定値をそれまでの設定値から異なる値に変更するための方法および制御システムを提供することである。

【００１５】以下、上記および上記以外の本発明の目的および利点を添付図面に基づいてさらに詳細説明する。

【００１６】

【実施例】まず、図２に基づいて説明する。 この場合、
ドライヤを平衡状態にするために六種類の空気の流れが関与している。

【００１７】すなわち、ＭＥ（排出空気）、ＭＦ（燃料（通常ガス状態である））、ＭＣＡ（燃焼用空気）、Ｍ
Ｗ（ウェブからの水分の蒸散）、ＭＭＵ（補給空気）、
＋ＭＩ（流入空気（スロット経由））および−ＭＩ（流出空気（スロット経由））である。

【００１８】さらに、これらの空気量の関係は以下の式で表せる。

【００１９】 ＭＥ＝ＭＦ＋ＭＣＡ＋ＭＷ＋ＭＭＵ±ＭＩ （１） ただし、最終項はドライヤ１０の平衡状態が不完全である場合、すなわち空気流入が過剰であるとか、空気流出が不足である場合に、上式に関与するものである。 そこで、本発明の目的はこの最終項を上式において最小にし、その影響をできるだけ除去することである。 さらに、乾燥用空気のうちの循環空気がスチームコイル等の非燃焼式手段によって過熱されている場合は、ＭＦおよびＭＣＡの項は上式（１）より除去することができる。

【００２０】また、同式（１）から明らかなように、ドライヤ１０の平衡状態をすべての動作モードで維持するためには、上記補給空気用および排出空気用のダンパ４
６、５０が協同で動作する必要がある。 例えば、乾燥速度を上げるということは、燃料、燃焼空気および水分の蒸散の量を増やすということである。 したがって、ある一定の排気量の下では、補給空気の量を乾燥速度の増加に対応して減らさなければならない。 つまり、排気ダンパの所定の設定条件にしたがって、補給空気用ダンパが調節される必要がある。 さもなければ、上記の空気流入あるいは空気流出による問題が発生する。

【００２１】このようにドライヤ１０を平衡状態に維持することは乾燥システムが好適に動作するための最優先条件ではあるが、他の処理条件、例えば、燃費、ウェブの温度およびドライヤ内の湿度等にも注意を払う必要がある。 燃費については、当該システムに供給される未加熱の補給空気量を制御することによって調節できる。 また、ドライヤ１０内の湿度は、ウェブ温度に影響を与える反面、システムから除去される排出空気の量の変化に左右される。 もちろん、乾燥処理の環境が変化すれば、
大気の温度、投入されるウェブの温度およびウェブから蒸散される液体の量等が変化し、そのために、補給空気用および排気用ダンパをその初期設定状態を基準として連続的に変更させる必要がある。 例えば、図３における曲線７４で示すように、燃費効率を上げるために、補給空気用ダンパを「ほとんど閉じた状態」で運転した場合、当該ダンパが補給空気の流量を制御している限り、
システムは制御可能な状態にあるといえる。 しかしながら、点７４ａと７４ｂとの間では、該ダンパは完全に閉じた状態であり、このために、システムは制御不能となる。 また、同図における曲線７６で示すように、同ダンパが「ほとんど完全に開いた状態」である場合にも同様の運転状態が現出する。 そして、この場合においても、
点７６ａと７６ｂとの間で当該ダンパは完全に開いた状態となり、システムは制御不能となる。

【００２２】そこで、本発明は、システムを常に制御可能な状態に保つために、処理環境の諸条件に対応する場合において、上記補給空気用および排気用ダンパが完全に開いたり、あるいは、閉じた状態にならないように自動的に制御することを目的とする。

【００２３】図４はこの目的を達成するための機構を示す。 同図から理解されるように、本発明は、接続線５４
および電流／圧力変換器５８を介して上記補給空気用ダンパ４６を調節するための線形アクチュエータ６２に接続するマイクロプロセッサを主体とする制御装置５２を有する制御システムを含む。 該制御装置５２はまた、接続線５４および電流／圧力変換器５８を介して排気ダンパ５０を調節するための線形アクチュエータ６４に接続している。 また、圧力変換器６６のプローブ６５はドライヤ１０の内圧を感知する。 該圧力変換器６６の出力は接続線６８を介して制御装置５２に送られる。

【００２４】このような制御システムによれば、補給空気用および排気用ダンパ４６、５０の自動調節によって、例えば、燃費、ウェブ温度および湿度等の二次的あるいは三次的物理量の上限および下限の範囲内でドライヤを連続的に平衡状態に保つことができる。 この場合の調節の度合は比例積分微分（ＰＩＤ）アルゴリズムを基準にして上記制御装置５２によって決定される。 すなわち、該制御装置５２は一つの処理条件の値とそれについて予め設定した値とを比較し、その差あるいは誤差を決定する。 その後、当該誤差を除去するために、適当なダンパに対して制御信号を出力する。

【００２５】なお、上記ＰＩＤアルゴリズムは以下のように表現できる。

【００２６】 ０＝ＰＥ＋Ｉ∫Ｅｄｔ＋Ｄ（ｄＥ／ｄｔ）＋Ｏ _pただし、上式においては、Ｏは出力、Ｏ _pは従来出力、
Ｅはある処理条件の実際値とその初期設定値との間の誤差、ＰはＥに係わる調整用変数、ＩはＥの時間についての積分項に係わる調整用変数、さらに、ＤはＥの時間についての微分項に係わる調整用変数である。

【００２７】上記の如く、本発明の主眼はドライヤ１０
を乾燥モードにおいて連続的に平衡状態に保つことであるが、以下は、種々の動作状態における二次的あるいはその他の目的についての重要性について言及する。 なお、これらについては、二つの乾燥モードにおける動作例および一つの非乾燥モードにおける動作例に基づいて説明する。

【００２８】図５はドライヤを平衡状態に保つことを主目的とし、燃費の最適化を二次的な目的とする上記制御システムの動作モードを示すフローチャートである。 図示の如く、該フローチャートはセットアップの段階と動作段階とに別れている。

【００２９】セットアップの段階では、まず機能ブロック８０で示すように、運転者は初期的にドライヤを平衡状態にし、第１処理条件の初期設定値（ＳＰ ₁ ）として当該ドライヤの内部圧力を測定し、記録する。 この場合の操作では、通常、入口側および出口側スロット１４、
１６からの空気の出入りをスモークスティック等を使用することによって検知しながら、補給空気用および排気用ダンパを手動で調節する。

【００３０】次いで、機能ブロック８２で示すように、
補給空気用ダンパ４６を自動運転モードに切り替え、手動により排気用ダンパ５０による排気量を低減する。 この際、補給空気用ダンパは自動運転モードになっているので、ドライヤを平衡状態にするために、その流量も制御システムによって自動的に低減される。 なお、排気用ダンパの排気量の手動による低下は補給空気用ダンパが「ほとんど閉じた状態」になるまで続けられ、これによって、未加熱の冷たい補給空気がシステムに供給されるのを抑制し、その結果、燃料の消費量をできるだけ少なくすることができる。 また、この際の補給空気用ダンパ４６の設定値が第２処理条件の初期設定値（ＳＰ ₂ ）として制御装置５２に記録される。

【００３１】なお、該制御装置５２は情報処理をし、かつ、所定のＰＩＤアルゴリズムにしたがって制御信号を出力するようにプログラムされている。 さらに、乾燥システムの連続動作の間に、機能ブロック８４で示す如く、プローブ６５が上記ドライヤ１０の内部圧力を測定し、圧力変換器６６が対応する信号を第１処理条件の実際値（ＰＶ ₁ ）として制御装置に伝達する。

【００３２】次いで、機能ブロック８６で示す如く、制御装置５２は上記ＳＰ ₁およびＰＶ ₁の間の差あるいは誤差Ｅ ₁に基づいてＰＩＤ演算を実行し、適当な出力Ｏ
₁を得る。 さらに、機能ブロック８８で示すように、該Ｏ ₁に基づいて補給空気用ダンパ４６の設定値がＰＶ ₁
とＳＰ ₁を等しくするように、すなわちドライヤが平衡状態に維持されるように、補正される。 もちろん、Ｅ＝
０であれば、Ｏ ₁とＯ _pは等しくなり、補給空気用ダンパの設定値は維持されることになる。

【００３３】つまり、上記制御装置５２は圧力プローブ６５および圧力変換器６６とともに上記電流／圧力変換器５８および線形アクチュエータ６２に基づいて動作して、補給空気用ダンパ４６を調節するためにドライヤ１
０の内圧の変動に対応して動作する第１制御ループを形成することにより、当該ドライヤ１０を平衡状態に保つ。 この場合、補給空気用ダンパ４６は燃料を節約するために意図的にほとんど閉じた状態に設定されているので、完全に閉じた状態（図３における点７４ａと７４ｂ
との間で示される状態）に移行するおそれがある。

【００３４】そこで、このような事態を回避するために、機能ブロック９０で示すように、上記出力Ｏ ₁は制御システムによって補給空気用ダンパの現在における状態の指示値としてみなされ、上記制御装置において第２
処理条件の実際値（ＰＶ ₂ ）として扱われる。

【００３５】その後、制御装置５２は、機能ブロック９
２において、上記ＳＰ ₂およびＰＶ ₂の間の差あるいは誤差Ｅ ₂に基づいてＰＩＤ演算を実行し、第２出力Ｏ ₂
を得る。 なお、該出力値Ｏ ₂は排気用ダンパ５０に対して必要となる補正のために用いられる。 すなわち、当該補正においては、排気用ダンパ５０が開かれ、完全に閉じられようとする補給空気用ダンパ４６に対して補給空気を増やすような要求が出される。 つまり、図３に基づいて説明すると、この補正によって上記曲線７４が部分的に点線で示す曲線７４'を描くようになり、これによって、ドライヤ１０は「制御可能」領域に維持されることになる。

【００３６】すなわち、制御装置５２は電流／圧力変換器６０および線形アクチュエータ６４に基づいて動作して、排気用ダンパ５０を調整する際に、上記第１制御ループの出力に対応して動作する第２制御ループを形成する。 さらに、これら二制御ループは、補給空気用ダンパ４６が完全に閉じた状態になることを回避するように、
互いに協同して動作する。 なお、上記の説明から、上記と同様の論理および操作手順によって、排気用ダンパの流量を低減することにより、補給空気用ダンパ４６が完全に開いた状態になることを回避することができ、この場合、図３に示す曲線７６は部分的に点線部７６'を描くことが理解できる。

【００３７】図６は上記と異なる動作モードを示し、ここでは、予め設定されたウェブ温度を維持することが第２の目的であり、第１の目的はドライヤを平衡状態に保つことである。 本実施例では、図４に示すように、上記制御システムがドライヤ１０の出口側スロットの近傍にウェブ温度センサ７０を備えている。 該センサ７０はウェブ温度を示す信号を制御装置５２に信号線７２を介して送信する。 なお、図６においては、機能ブロック９６
においてドライヤ１０が手動で平衡状態にされ、当該平衡状態におけるドライヤ１０の内部圧力が第１処理条件の初期設定値ＳＰ ₁として記録される。 次いで、その他の初期設定値ＳＰ ₂およびＳＰ ₃が機能ブロック９８において選定される。 これらの設定値はそれぞれ上記補給空気用ダンパ４６のほとんど閉じた状態およびほとんど完全に開いた状態を示す。 その後、機能ブロック１００
に示すように、所望のウェブ温度が選定され第４処理条件の初期設定値ＳＰ ₄として記録される。

【００３８】さらに、動作段階においては、機能ブロック１０２において上記制御ループが、上記と同様にドライヤ１０の内部圧力を第１処理条件の実際値ＰＶ ₁として測定し、その測定結果を示す信号を制御装置５２に送る。 その後、制御装置５２は機能ブロック１０４においてＥ（ＳＰ ₁ −ＰＶ ₁ ）を決定し、さらに、ＰＩＤ演算により第１出力Ｏ ₁を得る。 ついで、該出力Ｏ ₁に基づいて、機能ブロック１０６において、上記ドライヤ１０
を平衡状態に保つべく補給空気用ダンパ４６が補正される。

【００３９】また、機能ブロック１０８においては、出力Ｏ ₁が補給空気用ダンパ４６の現在の設定値を示す第２処理条件の実際値ＰＶ ₂として制御装置５２により取り扱われ、当該ＰＶ ₂が上記ＳＰ ₂およびＳＰ ₃によって定められた限界値のいずれかに到達しているかが判断される。 もし「到達している」と判断される場合、機能ブロック１１０において、ウェブ温度を上記所望値ＳＰ
₄とすると、ドライヤの平衡状態が損なわれることを警告する旨の信号が運転者に対して発せられる。 そして、
現在のウェブ温度ＰＶ ₃が機能ブロック１１２において測定され、ＳＰ ₄が機能ブロック１１４において該ＰＶ
₃と同値に設定される。 以下、同様の動作が繰り返される。

【００４０】一方、機能ブロック１０８において「到達せず」と判断された場合、ウェブ温度ＰＶ ₃が機能ブロック１１６において測定され、ＳＰ ₄とＰＶ ₃との差Ｅ
₂が決定される。 次いで、機能ブロック１１８において、当該Ｅ ₂に基づいてＰＩＤ演算が実行され、第２出力Ｏ ₂が得られる。 さらに、該Ｏ ₂に基づいて排気用ダンパ５０の設定値が機能ブロック１２０において補正される。 以下、同様の処理が繰り返される。

【００４１】つまり、本動作例においては、平衡状態に保たれたドライヤ１０を第１の目的とし、所定のウェブ温度の維持が第２の目的であり、かつ、後者が、第１目的の実現困難時に、自動的に設定し直される。

【００４２】なお、本実施例の論理構成を、例えば、湿度、燃料使用量等の第３の処理条件の上限および下限値を予め選定し、これらを上記機能ブロック１０８において使用する補給空気用ダンパ４６の限界値として取り扱うように拡張することも可能である。 このような場合、
ドライヤを平衡状態に保つことが第１目的、第３の処理条件の上限および下限値を超えないようにすることが第２目的、さらに、所定のウェブ温度を保つことが第３目的となる。 なお、該ウェブ温度は上記第１および第２目的の実現が困難である場合に自動的に設定し直される。

【００４３】もちろん、「休止」、「環境浄化」および「バイパス使用」等によりドライヤが非乾燥モードとなる場合がある。 図７は環境浄化の場合の動作手順を概略的に示している。 この場合、循環する乾燥空気を加熱するための燃料に着火する前に、送気系統および燃焼室に新鮮な空気を供給してドライヤを浄化することが第１目的である。

【００４４】まず、同図示の機能ブロック１２２において、上記浄化処理が必要であるか否かが決定される。
「必要なし」の場合はループが繰り返され、「必要あり」の場合は、機能ブロック１２４において、上記補給空気用ダンパ４６および排気用ダンパ５０の動作信号Ｏ
₁およびＯ ₂が調節され、両方のダンパが完全にひらかれて、システム全体に流通する新鮮な空気の量が最大になる。 ついで、機能ブロック１２６において上記浄化処理が完了したか否かが決定される。 「完了せず」の場合は、機能ブロック１２４の浄化処理が繰り返される。
「処理完了」と判断された場合は、機能ブロック１２８
において燃料が点火され、機能ブロック１３０において通常の動作が再開される。

【００４５】すなわち、このような場合は、上記補給空気用および排気用ダンパの状態を設定する制御信号が支障のない限りにおいて当該ダンパを完開するように変更される。 以上述べた如く「環境浄化」処理が行われるが、当業者によれば、その他の「休止」および「バイパス使用」等による非乾燥動作モードが同様に実現できることが容易に理解される。

【００４６】さらに、上記のことから、当業者により、
本発明の精神および範囲を逸脱することなく上記実施例を変更することが可能である。 例えば、上記ダンパの調節による空気量の制御に代えて、可変速度のファンを用いることも可能である。 また、ダンパを用いる場合には、各ファンの上流側および下流側のいずれにも設けることができる。 該ダンパの調節はピストンシリンダ機構よりはむしろにモータにより行うほうがよい。 また、乾燥用媒体としては、空気の代わりに窒素ガスを用いることも可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上のことから、本発明は、従来技術に比して、優れた乾燥システムの制御が実現できる。

【００４８】すなわち、本発明によれば、ドライヤの平衡状態が他の処理条件を制御しながら維持され、かつ、
それらの条件設定値が乾燥システムを制御不能としない範囲において自動的に変更可能になる。 さらに、該条件設定値は非乾燥モードへの移行時に、乾燥モード時に必要とされる設定値から非乾燥モード時に必要とされるシステムの状態に適応した設定値に、自動的に変更され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の浮遊式ドライヤの概略図である。

【図２】図１に示すドライヤに関する外部システムの概略図である。

【図３】補給空気用ダンパの設定条件の変化を表すグラフである。

【図４】本発明に従う制御システムの概略図である。

【図５】本発明の制御システムの一動作モードを示すフローチャートである。

【図６】本発明の制御システムの他の動作モードを示すフローチャートである。

【図７】本発明の制御システムのさらに他の動作モードを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ ドライヤ １２ 乾燥室 １４ 入口側スロット １６ 出口側スロット １８ ウェブ ２８ 加熱室 ３０ 循環ファン ４０ 排気ファン ４６ 補給空気用ダンパ ５０ 排気用ダンパ ５２ 制御装置 ５８、６０ 電流／圧力変換器 ６２、６４ 線形アクチュエータ， ６５ プローブ ６６ 圧力変換器 Ｍｃａ 燃焼空気 ＭＦ 燃料 ＭＭＵ 補給空気 ＭＥ 排出空気 ＭＩ 流入または流出空気 ＭＷ ウェブから蒸散する水分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス ジー． ヘイガン アメリカ合衆国 04107 メーン州 ケイ プ エリザベス ラウンダバウト レイン ９ (72)発明者 ジェイムズ アール． ボウデン アメリカ合衆国 02857 ロードアイラン ド州 ノース スィテュエイト メイプル ロック ロード 11