JP2008213470A - シート状物の加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シート状物の幅方向の物性むらを効果的に低減させることが出来るシート状物の加工装置の提供。
【解決手段】一定方向に連続して搬送されるシート状物を、搬送方向に複数設けられているノズル１から噴出すエアによって、加熱または冷却させるシート状物の加工装置において、シート状物の把持部がシート状物搬送方向の下流側ほどシート状物幅方向に広がることにより、シート状物を幅方向に延伸させる領域を有し、該領域のノズルはシート状物幅方向にスリット状のエア噴出し口２を持つスリットノズルであり、該ノズルのエア噴出し口はシート状物幅方向に周期的に遮蔽することで周期的なエア噴出し部分を有し、さらにシート状物搬送方向の下流側に設置されたノズルほど、該エア噴出し部分のシート状物幅方向長さが長くなることを特徴とする、シート状物の加工装置。
【選択図】図１

Description

本発明はシート状物の加工装置において、シート状物搬送方向の下流側に設置されたノズルほど、該エア噴出し部分のシート状物幅方向長さが長くなるように構成されたシート状物の加工装置に関するものである。

熱可塑性フィルムを製造する際に、延伸や熱処理を行うシート状物の加工装置はテンタオーブンと呼ばれている。このテンタオーブンを例にして説明すると、一般的にはフィルム長手方向に複数の領域が連結して構成され、各領域内を所定の温度に保持しながら、前記フィルムに対して予熱、延伸、熱処理、冷却等の処理を行っている。また、前記領域は、フィルム長手方向に１つまたは複数の室に区画されており、各室で温度設定を行うことが出来るようになっている。

一般的なシート状物の加工装置であるテンタオーブン１室分の一例を図２に示す。シート状物搬送方向は、図中の左から右とする。ノズル１には、シート状物３に向けてエア噴出口が設けられている。

ここで、特にノズルがスリットノズルである場合、噴出したエアは不安定になることが多い。これにより、シート状物のばたつき、熱伝達率の低下、物性むらなど様々な問題が発生する。そこで、この問題の対策として、図３に示すようにスリットノズルのエア噴出し部分２を周期的に遮蔽する、または、図４に示すようなホールノズルを使用する方法が提案されている（特許文献１、２）。ここで、スリットノズルとは、ノズル先端のエア噴出し口が、シート状物幅方向に同じ幅で開口しているものである。また、ホールノズルとは、ノズルの先端のエア噴出し口が多孔板状になったものである。その結果、装置内でのエア流れが安定し、シート状物のばたつき、熱伝達率の低下、物性むらなどの問題を低減させることが出来る。

しかし、この方法を使うと、エア噴出し部分がシート状物幅方向で不連続になるため、幅方向で熱伝達率が高い部分と低い部分を生じる。そのため、シート状物の幅方向に温度むらを生じ、シート状物にシート状物幅方向の物性むらを引き起こす可能性がある。この対策として、例えばスリットノズルのエア噴出し部分を周期的に遮蔽したノズルにおいて、エア噴出し部分や遮蔽部分のシート状物幅方向長さはどのノズルでも同じだが、エア噴出し部分の配置を図５のように、ノズル毎にずらす方法がある。図５は、テンタオーブンの１室の上側にノズルが８本配置された構成としてある。

ここで、エア噴出し部分の配置をずらす方法を説明する。まず、図５に示すように、シート状物幅方向に隣り合うエア噴出し部分の、シート状物幅方向の中心間距離をエア噴出し周期の１ピッチと定義する。また、上流側の１番目のノズルに対して、各番目のノズルでのエア噴出し部分の配置のずらし量を、順にＬ１、Ｌ２、Ｌ３とすると、図５では、Ｌ１を１／４ピッチ、Ｌ２を２／４ピッチ、Ｌ３を３／４ピッチとして、シート状物幅方向の同じ向き（図５では上向き）にずらしてある。これは、上流側１番目のノズルの幅方向の中心（図５の中心線）に対して、上流側２番目のスリットノズルの配置をＬ１＝１／４ピッチ片側、上流側３番目のスリットノズルの配置をＬ２＝２／４ピッチ片側、上流側４番目のスリットノズルの配置をＬ３＝３／４ピッチ片側にずらしたものである（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のずらす方向は同じ側である）。これにより、ノズル４本分でずらし量のパターンが１組となり、残りのノズル４本も同じパターンとしてある。

この方法を使うと、図５に示すように、シート状物を幅方向に延伸しない場合には、シート状物は幅方向のどの位置においてもノズル長手方向に対してほぼ直交する方向に通過するため、個々のノズルを通過する際にはシート状物の幅方向に熱伝達率の高い部分と低い部分を生じるが、ずらしパターンの１組分を通過することで、シート状物が受ける熱伝達率履歴の平均値がシート状物幅方向にほぼ均一となるため、シート状物幅方向の熱伝達むらを低減出来、その結果物性むらを低減出来る。
昭６０−１３６７７５ 実開平５−１６７５８

しかしながら、シート状物の把持部がシート状物搬送方向の下流側ほどシート状物幅方向に広がることにより、シート状物を幅方向に延伸させる領域である延伸領域においては、シート状物がシート状物幅方向に広がりながら搬送されるので、図５に示すように規則的にエア噴出し部分をずらしただけでは、シート状物の場所によってはエア噴出し部分からエアを直接受けて熱伝達率が高くなっている部分ばかりを通過したり、逆に熱伝達が低くなっている部分ばかりを通過したりするところが出来るため、熱伝達率履歴の平均値がシート状物幅方向で不均一となる。このため延伸領域においては、図５のずらしパターンによっても、シート状物の物性むらを低減させることが出来ない。

本発明の課題は、予熱、延伸、熱処理、冷却が可能なシート状物の加工装置の延伸領域において、エア噴出し部分のパターンを効果的に変更することにより、シート状物のシート状物幅方向の物性むらを効果的に低減させることが出来るシート状物の加工装置を提供することにある。

本発明のシート状物の加工装置は、かかる課題を解決するために以下のような構成をとるものである。すなわち、本発明のシート状物の加工装置は、
一定方向に連続して搬送されるシート状物を、搬送方向に複数設けられているノズルから噴出すエアによって、加熱または冷却させるシート状物の加工装置において、
シート状物の把持部がシート状物搬送方向の下流側ほどシート状物幅方向に広がることにより、シート状物を幅方向に延伸させる領域を有し、
該領域のノズルはシート状物幅方向にスリット状のエア噴出し口を持つスリットノズルであり、
該ノズルのエア噴出し口はシート状物幅方向に周期的に遮蔽することで周期的なエア噴出し部分を有し、
さらにシート状物搬送方向の下流側に設置されたノズルほど、該エア噴出し部分のシート状物幅方向長さが長くなることを特徴とする、シート状物の加工装置、
である。

本発明のシート状物の加工装置によれば、シート状物幅方向の物性の均一性に優れたシート状物を得ることが出来る。

以下、本発明の最良の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

シート状物の加工装置内では、予熱、延伸、熱処理、冷却などを行う領域が設けられているのが一般的であり、本発明におけるシート状物の加工装置は延伸領域を有することが特徴であり、延伸領域以外の領域は任意に設けることができる。

また本発明のシート状物の加工装置では、各領域はシート状物搬送方向に、複数の室と呼ばれる部屋に分けられていることが好ましい。複数の室に分けることで、各室ごとに異なった温度設定とすることができるために好ましい。また室ごとに異なった温度設定とすることで、予熱工程のための室、延伸工程のための室、熱処理工程のための室、と各室の機能を分離することができる。上述したように本発明のシート状物の加工装置では延伸領域を有しており、そのため延伸工程のための室を有する。延伸領域以外の機能を有す室は任意に設けることができる。

また本発明のシート状物の加工装置では、一定方向に連続して搬送されるシート状物を、搬送方向に複数設けられているノズルから噴出すエアによって、加熱または冷却させる。
またこのノズルは、ノズル先端のエア噴出し口が、シート状物幅方向に同じ幅で開口しているスリットノズルを使用するのが好ましい。

さらにこれらのノズルは、シート状物の上側のみや下側のみに設置しても構わないが、上下両方に設置することが好ましい。シート状物の上下両方に設置することで、シート状物の両面から均一にシート状物を加熱・冷却処理できるために好ましい。
また各室に設置されるノズルの数は特に限定されないが、上下各々において８本〜１０本設置した場合が好ましく用いられる。

図１は本発明のシート状物の加工装置に設けられたノズルの概略図である。

本発明のシート状物の加工装置に用いられるノズルのエア噴出し口は、図１に示すように、シート状物幅方向に周期的に遮蔽部分を有することによって、周期的なエア噴出し部分を有している。さらにシート状物搬送方向の下流側に設置されたノズルほど、該エア噴出し部分のシート状物幅方向長さが長くなっている。

また、本発明においても、エア噴出し部分の配置をノズル毎にずらすことが好ましく、このときのずらし量は、例えば、ずらしパターンの１組をｎ本のノズルで構成し、シート状物幅方向に隣り合うエア噴出し部分の、シート状物幅方向の中心間距離をエア噴出し周期の１ピッチとした場合に、シート状物搬送方向の上流側から１番目のノズルを（０／ｎ）ピッチ、２番目のノズルを（１／ｎ）ピッチ、・・・、ｎ番目のノズルを{（ｎ−１）／ｎ}ピッチとして、シート状物幅方向の同じ向きにずらすことが好ましい。

ここで、そのずらし量の順番は任意であり、例えば、２番目のノズルを（４／ｎ）ピッチ、３番目のノズルを（３／ｎ）ピッチ、４番目のノズルを（１／ｎ）ピッチ、５番目のノズルを（２／ｎ）ピッチとなるように、例えばｎ本のノズルからなる場合は、各ノズルが（０／ｎ）ピッチ、（１／ｎ）ピッチ、・・・、{（ｎ−１）／ｎ}ピッチ、のずらし量のいずれかを重複することなく有していれば良く、ノズルの順番を入れかえても良い。ここで、本発明では、シート状物搬送方向の下流側に設置されたノズルほど、エア噴出し部分のシート状物幅方向長さが長くなっているため、１ピッチの距離はノズル毎に異なっている。そのため、ずらし量を求める際に使う１ピッチは、それぞれのノズルでの値を用いる。

またエア噴出し部分のシート状物幅方向長さは、図１で示すように、シート状物の把持部のシート状物幅方向への拡大と等倍で拡大することが好ましい。その理由を説明する。シート状物の熱伝達むらを低減させるためには、当然シート状物の幅方向全面が均等にエア噴出し部分の上（および／または下）を通過することが好ましい。しかし周期的なエア噴出し部分を有する場合、シート状物の幅方向においてエア噴出し部分の上（および／または下）を通過しない部分が生じえる。そこで本発明では、シート状物の把持部が、シート状物幅方向へ拡大するのと等倍で、エア噴出し部分のシート状物幅方向の長さが拡大すると、ノズル毎のエア噴出し部分のずらし量とシート状物の拡大が対応して、図１のようにずらしパターンの１組分を通過した際には、熱伝達率履歴の平均値がシート状物幅方向にほぼ均一となるため、シート状物の熱伝達むらを低減させることが出来るためである。

ここで、エア噴出し部分のシート状物幅方向長さは、シート状物の把持部のシート状物幅方向への拡大と等倍で拡大することが最も好ましいが、必ずしも正確に等倍である必要はなく、本発明の目的を達成できる範囲で等倍から倍率を変更することもできる。ここで本発明の目的とは、上述したように、シート状物幅方向に周期的なエア噴出し部分を有するノズルを用いたシート状物の延伸領域を有する装置において、シート状物幅方向の全面が均等にエア噴出し部分の上（および／または下）を通過することによって、シート状物の熱伝達むらを低減させることである。

もちろんすべてのノズルにおいて、エア噴出し部分のシート状物幅方向長さを変更する必要は無く、一部だけでも良い。例えば、本発明のシート状物の加工装置が複数の室に分かれた構成の場合、１室の中でノズルを複数の組に分け、その組の中では、シート状物搬送方向の下流側に設置されたノズルほど、該エア噴出し部分のシート状物幅方向長さが長くなっていれば良い。

また本発明のシート状物の加工装置は、各ノズルにおける、各エア噴出し部分のシート状物幅方向長さが同じであり、かつ、各エア遮蔽部分のシート状物幅方向長が同じであることが好ましい。

またエア噴出し部分の遮蔽方法としては、噴出し部分に１つ１つ遮蔽カバーを取り付ける方法や、シート状物幅方向の全面にカバーをしてから、エア噴出し部分のみを開口させる方法、ノズル内部に遮蔽板を取り付ける方法などが挙げられるが、特に限定するものではない。

また本発明のシート状物の加工装置によって処理されるシート状物としては、熱可塑性樹脂フィルムや、紙、布などが挙げられる。好ましくは熱可塑性樹脂フィルムに用いる場合であり、熱可塑性樹脂フィルムとしては、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン等が挙げられるが特に限定するものではない。

本発明を実施例に基づいて説明する。

図６に示すように、室を１室有するシート状物の加工装置の上側にノズルが４つある構成のシート状物の加工装置を解析モデルとして、市販の汎用熱流体解析ソフト（株式会社シー・ディー・アダプコ・ジャパン製「ＳＴＡＲ−ＣＤ」）により流体解析を行うことで、シート面における熱伝達の分布を求めた。また、図６の両端にある広い部分は解析領域の端部境界が室内の流れ場に影響しないように追加したもので、特に本構成に影響を与えるものではない。

上記ソフトは流体の運動方程式であるナヴィエ・ストークス方程式を有限体積法により解析するソフトである。もちろん、上記ソフト以外であっても、同様の解析ができるものであれば、どのような熱流体解析ソフトを用いてもよい。

ノズル先端とシート状物間の距離Ｌ４は１８０ｍｍ、各ノズル間のピッチＬ５は３１０ｍｍ（Ｌ５は、ノズルの搬送方向の中心と、隣り合うノズルの搬送方向の中心との距離とする）、各ノズルのエア噴出口はシート状物搬送方向の幅が１２ｍｍのスリットノズルである。また、エア噴出部分でのエアの速度は２２ｍ／ｓである。また、それぞれのノズルにおいて、エア噴出し部分と遮蔽部分のシート状物幅方向長さは同じにしており、上流側から１番目のノズルにおけるエア噴出し部分のシート状物幅方向長さＬ６は８１ｍｍであり、下流側ほどシート状物の拡大と等倍で幅を大きくしてあり、上流側から２番目のノズルにおけるエア噴出し部分のシート状物幅方向長さＬ７は８３．２５ｍｍ、上流側から３番目のノズルにおけるエア噴出し部分のシート状物幅方向長さＬ８は、８５．５ｍｍ、上流側から４番目のノズルにおけるエア噴出し部分のシート状物幅方向長さＬ９は８７．７５ｍｍとした。ここで、シート状物の幅は一番上流側のノズルの位置で２４００ｍｍ、一番下流側のノズルの位置で２７５０ｍｍとしてある。

この構成で、シートがこの領域を通過し終えるまでに受ける熱伝達の平均値の解析結果を図８に示す。

ここで、エア噴出し部分の条件としては、各ノズルでエア噴出し部分のパターンをずらして、さらにシート状物の拡大に合わせてエア噴出し部分の長さを長くしたものを実施例とした。ここで図７の中心線は、各ノズルのシート状物幅方向の中心を線結んだ線であり、この中心線上には、シート状物の幅方向の中心を結んだ線も重なる線とする。上流側から１番目のノズル中の中心線は、図７に記載のように中央の１つのエア噴出し部分の中心を通る。また上流側から２番目のノズル中の中心線は、図７に記載のように中央の１つのエア噴出し部分と中央の１つの遮断部分の境界を通る。上流側から３番目のノズル中の中心線は、図７に記載のように中央の１つの遮断部分の中心を通る。上流側から４番目のノズル中の中心線は、図７に記載のように中央の１つの遮断部分と中央の１つのエア噴出し部分の境界を通る。

またすべてのエア噴出し部分と遮蔽部分のシート状物幅方向長さを８１ｍｍにしたものを比較例とした。

比較例の解析結果では、熱伝達率の最大値と最小値の差は、２５．４[Ｗ／(ｍ^２Ｋ)]であった。また、実施例では、６．６[Ｗ／(ｍ^２Ｋ)]であった。これより、本発明では、熱伝達率の幅方向むらを低減させていることがわかった。よって本発明では、シート状物幅方向の物性の均一性に優れたシート状物を得ることが出来ることが分かった。これにより、例えば、本発明の設計のノズルを使ってフィルムを製膜した場合、フィルム幅方向の厚みむらを低減させることが出来る。

次に、本発明を実際にテンタオーブンに適用し、熱可塑性フィルムを製造した実施例を説明する。テンタオーブンの構成としては、一般的なものと同様に、フィルム長手方向に複数の領域が連結して構成され、各領域内を所定の温度に保持しながら、前記フィルムに対して予熱、延伸、熱処理、冷却等の処理を行っており、前記領域は、フィルム長手方向に複数の室に区画されている。また、本発明が適用される延伸領域以外は通常の製造条件と同じである。

延伸領域では、図２に示すように、１室の中に４本を１セットとしたノズルが４セットある構造になっている。ノズルの噴出し部分に関しては、エア噴出し部分と遮蔽部分のシート状物幅方向長さは同じにした。また、各ノズルセットで、エア噴出し部分のシート状物幅方向長さの平均値は９０ｍｍになるようにし、かつエア噴出し部分のシート状物幅方向長さは、フィルムの拡大と等倍で、下流側ほど長くなるようにした。ここで、一番上流側のノズルセットでは、４本のノズルのエア噴出し部分のシート状物幅方向長さは、上流側から、８４ｍｍ、８８ｍ、９２ｍｍ、９６ｍｍで、その下流側の隣のノズルセットでは、８５．１ｍｍ、８８．４ｍｍ、９１．７ｍｍ、９５ｍｍとなっている。また、向かい合う上下のノズルではエア噴出し部分のシート状物幅方向長さは同じである。

この構成で製造したフィルムの厚み分布を図９に示す。また比較例として、すべてのエア噴出し部分と遮蔽部分のシート状物幅方向長さを９０ｍｍにした点を除いては実施例と同様に行った結果も示す。

これにより厚みの最大値と最小値の差は、実施例では２．７μｍなのに対して、比較例では５．０μｍであった。よって、本発明を適用することにより、フィルム幅方向の厚みむらを低減させることができた。

本発明のシート状物の加工装置は、シート状物を横延伸するテンタオーブンとして利用可能である。また対象のシート状物としては、熱可塑性樹脂フィルムに限らず、紙や布などに利用可能である。

シート状物の上側にノズルを設置した場合の、ノズルの側面図、およびノズル下面図である。 シート状物の加工装置の一つの室の側面図である。 スリットノズルのエア噴出し部分を周期的に遮蔽した様子を示す図である。 一般的なホールノズルを示す図である。 エア噴出し部分のずらしパターンを示す図である。 実施例の解析モデルの側面図である。 実施例の解析モデルのノズルの下面図である。 本発明の解析結果である。 本発明を実機に適用した結果である。

符号の説明

１ ノズル
２ エア噴出し部分
３ シート状物
４ 遮断部分
Ｌ１ 上流側から二番目のノズルにおけるエア噴出し部分のずらし量
Ｌ２ 上流側から三番目のノズルにおけるエア噴出し部分のずらし量
Ｌ３ 上流側から四番目のノズルにおけるエア噴出し部分のずらし量
Ｌ４ エア遮断部分とシート状物間の距離
Ｌ５ 各ノズル間のピッチ
Ｌ６ 上流側から一番目のエア噴出し部分のシート状物幅方向長さ
Ｌ７ 上流側から二番目のエア噴出し部分のシート状物幅方向長さ
Ｌ８ 上流側から三番目のエア噴出し部分のシート状物幅方向長さ
Ｌ９ 上流側から四番目のエア噴出し部分のシート状物幅方向長さ

Claims (4)

1. 一定方向に連続して搬送されるシート状物を、搬送方向に複数設けられているノズルから噴出すエアによって、加熱または冷却させるシート状物の加工装置において、
   シート状物の把持部がシート状物搬送方向の下流側ほどシート状物幅方向に広がることにより、シート状物をシート状物幅方向に延伸させる領域を有し、
   該領域のノズルはシート状物幅方向にスリット状のエア噴出し口を持つスリットノズルであり、
   該ノズルのエア噴出し口はシート状物幅方向に周期的に遮蔽することで周期的なエア噴出し部分を有し、
   さらにシート状物搬送方向の下流側に設置されたノズルほど、該エア噴出し部分のシート状物幅方向長さが長くなることを特徴とする、シート状物の加工装置。
2. 該把持部のシート状物幅方向への拡大と等倍で、エア噴出し部分のシート状物幅方向の長さが拡大することを特徴とする、請求項１に記載のシート状物の加工装置。
3. 該ノズル毎で、各エア噴出し部分のシート状物幅方向長さが同じであり、かつ、各遮蔽部分のシート状物幅方向長さが同じであることを特徴とする、請求項１または２に記載のシート状物の加工装置。
4. 該ノズル毎で、エア噴出し部分と遮蔽部分のシート状物幅方向長さが同じであることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のシート状物の加工装置。

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