JP2011167923A - 横延伸装置及び横延伸方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを増加させることなく、処理室の内側から外側に流出する空気を抑える。
【解決手段】帯状のフィルム３の長手方向に直交する幅方向の両端を保持した状態でフィルム３を長手方向に搬送させながら、所定の温度の空気をフィルム面３ａに吹き付けることによってフィルム３を処理する複数のゾーンを備える。空気の温度が異なる複数のゾーンが、フィルム３の搬送方向に沿って配置される。ゾーンは、フィルム３の搬送方向の上流側及び下流側に配置された仕切壁７を有する。仕切壁７は、隣接するゾーン同士を連通させる連通口１０と、連通口１０を通るフィルム３のフィルム面３ａに向かって連通口１０から延ばされ、ゾーンの内側から外側に流出する空気を遮断する遮蔽板１１と、を有する。遮蔽板１１は、フィルム面３ａに近接する先端がフィルム３の搬送方向に対してゾーンの内側に向かうように、フィルム面３ａに対して傾斜されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィルムやシートを搬送方向に直交する幅方向に延伸する横延伸装置及び横延伸方法に関する。特に、温度が異なる複数の処理室間を仕切る仕切壁を備える横延伸装置に関する。

高分子フィルムやシートを延伸して分子鎖の配向を促進することによって、機械的強度などの諸物性を向上させる方法は、現在幅広く実施されている。ここで、帯状のフィルムを幅方向に延伸する場合には、テンターと呼ばれる横延伸装置を用いて行われている。テンターでは、フィルムの幅方向の両端一対のクリップで把持した状態でフィルムの長手方向へ搬送させながら、所定の温度に制御された空気をフィルム面に吹き付けている。そして、フィルムの温度を制御しながら一対のクリップの間隔を広げることによって、フィルムの幅方向に対する横延伸を行なっている。

一般に横延伸装置は、複数のゾーン（処理室）として、フィルムを延伸温度まで予備加熱する予熱ゾーンと、フィルムの延伸を行なう延伸ゾーンと、延伸したフィルムの分子鎖の配向を固定する熱固定ゾーンと、フィルムを冷却する冷却ゾーンと、を有して構成されている。これらの各ゾーンにおける温度は、使用するフィルムの樹脂の種類にもよるが、ほとんどの場合では、それぞれのゾーンにおける温度が異なっている。一例として、フィルム材料としてポリエチレンテレフタレートを用いる場合、予熱温度が８０℃〜１１０℃、延伸温度が９０℃〜１２０℃、熱固定ゾーンの温度が１８０℃〜２３０℃、冷却ゾーンの温度が１００℃以下に温度にそれぞれ制御された空気をフィルム面に吹き付けている。

このように温度が異なる２つのゾーンが隣接して配置されている場合において、一方のゾーン内の空気が、一方のゾーンに隣接する他方のゾーンに流れ込む場合がある。この場合には、ゾーン内の温度を所望の温度に保つことが困難となり、設定温度と異なる温度でフィルムの延伸を行ってしまうおそれがある。その結果、所望の品質のフィルムを製造できなくなる場合があった。

この問題の対策として、本発明に関連する横延伸装置では、特許文献１に図示されているように、ギャップ状入口及びギャップ状出口の区間で、少なくとも下側のギャップ制限体と帯状シートとの間に層状の空気流を発生させることによって、エアクッションを形成させている。これにより、フィルムのばたつきを抑止し、ギャップ間隔を安定させることで、横延伸装置の内外に流出入する空気量が変動するのが抑制されている。

また、特許文献２には、加熱ゾーンと冷却ゾーンとの間に仕切壁を介して構成された中間室に、フィルム面に向けてフレッシュエアを噴射することで、フィルム面を横断するエア層を形成するエア噴射ノズルが設けられた構成が開示されている。この構成では、温度が異なる２つのゾーンの間で、ゾーンの間を気流がまたいで、一方のゾーンから他方のゾーンに空気が進入するのが防止されている。

さらに、特許文献３には、隣接するゾーン間におけるクリップの走行経路をフィルム面に対して傾斜した構造にすることで、隣接するゾーン間における空気の流れを抑制する構成が提案されている。

特開２００１−２７７３４９号公報 特開２００３−３９５４３号公報 特開２００４−２８４１２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成は、横延伸装置のギャップ状入口及びギャップ状出口に適用することが可能であるが、フィルムに伴って移動する空気流が増えるので、温度の異なるゾーン間に設置することが困難である。また、特許文献１に記載の構成は、基本的に横延伸装置内外の空気の流れを安定化するためのものであって、横延伸装置内外における空気の流れを抑制することが困難である。

また、特許文献２に記載の構成では、中間室を追加する必要があるので、横延伸装置における搬送方向の全長が長くなり、装置全体の製造コストの増加を招いてしまう。

また、特許文献３に記載の構成では、クリップの走行レールを特殊な構造に構成する必要があり、装置全体の製造コストが増加するといった問題があった。

そこで、本発明は、上記関連する技術の課題を解決し、製造コストを増加させることなく、処理室の内側から外側に流出する空気を抑制することができる横延伸装置及び横延伸方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る横延伸装置は、帯状のフィルムの長手方向に直交する幅方向の両端を保持した状態でフィルムを長手方向に搬送させながら、所定の温度の流体をフィルム面に吹き付けることによってフィルムを処理する複数の処理室を備え、流体の温度が異なる複数の処理室が、フィルムの搬送方向に沿って配置された、フィルムを幅方向に延伸する横延伸装置である。処理室は、フィルムの搬送方向の上流側及び下流側に配置された仕切壁を有する。仕切壁は、隣接する処理室同士を連通させる連通口と、連通口を通るフィルムのフィルム面に向かって連通口から延ばされ、処理室の内側から外側に流出する流体を遮断する遮蔽板と、を有する。遮蔽板は、フィルム面に近接する先端がフィルムの搬送方向に対して処理室の内側に向かうように、フィルム面に対して傾斜されている。

また、本発明に係る横延伸方法は、帯状のフィルムの長手方向に直交する幅方向の両端を保持した状態でフィルムを長手方向に搬送させながら、所定の温度の流体をフィルム面に吹き付けることによって複数の処理室でフィルムを処理する横延伸方法において、流体の温度が異なる複数の処理室における、フィルムの搬送方向の上流側及び下流側に配置された仕切壁が有する遮蔽板であって、フィルムのフィルム面に向かって連通口から延ばされた遮蔽板によって、処理室の内側から外側に流出する流体を遮断する。そして、フィルム面に近接する先端が、フィルムの搬送方向に対して処理室の内側に向かうように、フィルム面に対して傾斜された遮蔽板を用いる。

本発明によれば、簡素な構造なので製造コストを増加させることなく、処理室の内側から外側に流出する空気を抑制することができる。その結果、隣接する処理室間における空気の流れを抑制することが可能になり、各処理室の温度を設定温度近くに保つことができる。したがって、所定の設定温度でフィルムの延伸を行えるので、所望の品質のフィルムを得ることが可能になる。

実施形態の横延伸装置を構成する１つのゾーンに設置されたノズルを模式的に示す斜視図である。 実施形態の横延伸装置を構成する１つのゾーンの上方半分において、上流側及び下流側の連通口に遮蔽板が設けられた構成を模式的に示す断面図である。 実施形態の横延伸装置を構成する１つのゾーンの上方半分において、遮蔽板が傾斜された場合の気流の流跡ベクトルを示す断面図である。 実施形態の横延伸装置を構成する１つのゾーンの上方半分において、遮蔽板が傾斜された場合の気流の流跡ベクトルを示す断面図である。 本発明に関連する横延伸装置を構成する１つのゾーンの上方半分において、上流側及び下流側の連通口に遮蔽板が、フィルム面に垂直に設けられた構成を模式的に示す断面図である。 本発明に関連する横延伸装置を構成する１つのゾーンの上方半分において、遮蔽板がフィルム面に垂直に設けられた場合の気流の流跡ベクトルを示す断面図である。 フィルムの搬送速度と、ゾーンの内側から外側に流出する空気量との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

実施形態の横延伸装置は、図示しないが、所定の温度の流体としての空気を、帯状のフィルムの厚み方向の両面であるフィルム面に吹き付けることによってフィルムを処理する複数の処理室としての複数のゾーンを備えている。複数のゾーンは、フィルム面に吹き付ける空気の温度が異なっており、フィルムの搬送方向に沿って配置されている。以下、便宜上、１つのゾーンの上方半分の構成についてのみ説明するが、ゾーンの下方半分の構成についても同様である。

図１は、実施形態の横延伸装置を構成する１つのゾーンに設置されたノズルを模式的に示す斜視図である。図２は、実施形態の横延伸装置を構成する１つのゾーンの上方半分において、上流側及び下流側の連通口に遮蔽板が設けられた構成を模式的に示す断面図である。また、図３及び図４は、実施形態の横延伸装置を構成する１つのゾーンの上方半分において、遮蔽板が傾斜された場合の気流の流跡ベクトルを示す断面図である。図５は、本発明に関連する横延伸装置を構成する１つのゾーンの上方半分において、上流側及び下流側の連通口に遮蔽板が、フィルム面に垂直に設けられた構成を模式的に示す断面図である。図６は、本発明に関連する横延伸装置を構成する１つのゾーンの上方半分において、遮蔽板がフィルム面に垂直に設けられた場合の気流の流跡ベクトルを示す断面図である。

図１から図４、及び図５、６に示すゾーンの構成において、フィルム３のフィルム面３ａに空気を吹き付けるノズル５は、隣接するゾーン間を仕切る仕切壁７を構成する筐体６内に配置されている。図１及び図２に示すように、ノズル５は、吹出口８ａを有する複数のプレナムダクト８を備えており、複数のプレナムダクト８がフィルム３の搬送方向に沿って間隔をあけて配置されている。

図２に示すように、ゾーンの筐体６は、フィルム３の搬送方向の上流側及び下流側にそれぞれ配置された仕切壁７を有している。筐体６の仕切壁７は、隣接するゾーン同士を連通させる連通口１０と、ゾーンの内側から外側に流出する空気を遮断する遮蔽板１１と、を有している。遮蔽板１１は、連通口１０を通るフィルム３のフィルム面３ａに向かって連通口１０から延ばされて設けられている。

図１に示すように、帯状のフィルム３は、搬送方向に直交する幅方向の両端が、クリップ１３によって保持された状態で、フィルム３の長手方向に沿って搬送される。フィルム３は、ノズル５に対して搬送される間、所定の温度に制御された空気がフィルム面３ａに対して垂直方向に吹き付けられる。

ノズル５から吹き出された空気は、複数のプレナムダクト８の間を通って上方に流れてゾーンの外部に排出される。しかし、その空気の一部は、仕切壁７の連通口１０を通って、ゾーンの内側から外側に流出し、隣接するゾーンに流れてしまう。あるいは、隣接するゾーンの筐体６から流出した空気が、連通口１０を通ってゾーンの筐体６の内側に流入してしまう。このように、隣接するゾーンの間で互いに流入及び流出する空気が設定温度と異なる場合には、ゾーンの筐体６内の実際の温度と設定温度との間に差異が生ずる。特に、フィルム３が搬送されるときにフィルム３が空気を伴って移動することによって、ゾーンの内側から外側に流出する空気量が増えるので、ゾーンの設定温度との差異が更に大きくなる傾向にある。

このように、隣接するゾーンの間を跨いで流れる空気量を減らすために、本発明に関連する横延伸装置が備える筐体６の仕切壁７には、図５に示すように、連通口１０にフィルム面３ａに対して垂直方向に遮蔽板３１が設けられている。遮蔽板３１によって、連通口１０の開口断面積を小さくする対策が採られている。しかしながら、図６に示すように、ゾーンの内側から、連通口１０の開口部付近に流れ込んできた空気は、遮蔽板３１によってせき止められ、急激に行き場を失うので、遮蔽板３１の下端とフィルム面３ａとの間隙から、筐体６の外方に流出してしまう。特に、フィルム３の搬送速度が大きくなるのに従って、ノズル５から吹き出された空気もフィルム３の移動に伴って運ばれてしまうので、ゾーンの内側から外側に流出する空気量が更に多くなっていた。なお、図６はフィルム３が搬送方向に対して搬送速度が５ｍ／秒で搬送される場合における気流解析の結果を示した図である。

このような本発明に関連する構成に対して、本実施形態では、図２に示すように、フィルム面３ａに対して傾斜された遮蔽板１１が連通口１０に設けられている。上流側及び下流側の各連通口１０に設けられた遮蔽板１１は、フィルム面３ａに近接する先端としての下端が、フィルム３の搬送方向に対してゾーンの内側に向かうように、フィルム面３ａに対して傾斜されている。このように遮蔽板１１が傾斜されて設けられることで、図３に示すように、連通口１０の開口部付近にノズル５側から流れ込んできた空気を、遮蔽板１１の内面（筐体６の内側）に沿って上方に逃がすように作用する。このため、遮蔽板１１の下端とフィルム面３ａとの間隙から筐体６の外側に向かって流れる空気が抑制される。その結果、ゾーンの内側から外側に流出する空気量を低減することができる。

なお、ゾーンの下方半分においても、仕切壁７の上流側及び下流側の各連通口１０に、フィルム面３ａに対して遮蔽板１１が傾斜されて設けられている。すなわち、上流側及び下流側の各連通口１０には、フィルム３の厚み方向における対向する位置に、一対の遮蔽板１１が設けられている。

フィルム面３ａに対して遮蔽板１１を傾斜させる傾斜角度に関して説明する。上流側の連通口１０には、遮蔽板１１の下流側の面が、フィルム面３ａに対して鈍角をなすように遮蔽板１１が設けられている。また、下流側の連通口１０には、遮蔽板１１の下流側の面が、フィルム面３ａに対して鋭角をなすように遮蔽板１１が設けられている。このように各遮蔽板１１が傾斜されて設けられることによって、ゾーンの内側から外側に流出する空気を抑制する効果が顕著に得られる。図２及び図３において、上流側の連通口１０における遮蔽板１１の傾斜角度θが１２０°であり、下流側の連通口１０における遮蔽板１１の傾斜角度θが６０°である。また、図３は、フィルム３の搬送方向に対する搬送速度が５ｍ／秒である場合の気流解析の結果を示した図である。

また同様に、図４に示す構造では、上流側の連通口１０における遮蔽板１１の傾斜角度θを１３５°に設定し、下流側の連通口１０における遮蔽板１１の傾斜角度θを４５°に設定した。また、図４は、フィルム３の搬送方向に対する搬送速度が５ｍ／秒である場合の気流解析の結果を示した図である。このような傾斜角度θをなす遮蔽板１１である場合にも、連通口１０の開口部付近に流れ込んできた空気を、遮蔽板１１の内面に沿って上方に逃がすように作用し、隣接するゾーンに向かって流出する空気量を低減することができる。

上述したように、本実施形態によれば、簡素な構造によって製造コストを増加させることなく、ゾーンの内側から外側に流出する空気を抑制することができる。その結果、フィルム３を処理する温度が異なるゾーン間における空気の流れを抑制することが可能になり、各ゾーンの温度を設定温度近傍に保つことができる。したがって、所定の設定温度でフィルム３の延伸を行えるので、所望の品質のフィルム３を得ることが可能になる。さらに、ゾーンを所望の温度に設定することができるので、ヒーターなどの加熱手段の出力を低く抑えることが可能になり、使用するエネルギーを削減することができる。

なお、本発明における帯状のフィルムとしては、厚みが限定されるものではなく、いわゆるシートが適用されてもよいことは勿論である。

本発明の効果を検証するために、汎用熱流体解析ソフトウエア（ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ Ｆｌｏｗ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）を用いて、ゾーンの内側からゾーンの外側へ流出する空気量を算出した。図２に示した構成において、ノズル５から吹き出す空気の流速は１５ｍ／秒に設定し、フィルム３の搬送速度としては、０ｍ／分、３００ｍ／分、４５０ｍ／分の３種類に設定した。遮蔽板１１の傾斜角度θ（遮蔽板１１における下流側の面とフィルム面３ａとがなす角度）を、上流側の連通口１０において１２０°に設定し、下流側の連通口１０において６０°に設定した第１の実施例と、上流側の連通口１０において１３５°に設定し、下流側の連通口１０において４５°に設定した第２の実施例との２種類を行った。フィルム表面３ａと遮蔽板１１の先端との間隙における、フィルム面３ａに垂直な距離を２０ｍｍに設定した。その結果を図７に示す。図７において、第１の実施例を実線で示し、第２の実施例を破線で示す。

比較例

本発明との比較例として、図５に示した構成において、ノズル５から吹き出す空気の流速を１５ｍ／秒に設定し、フィルム３の搬送速度を、０ｍ／分、３００ｍ／分、４５０ｍ／分の３種類とした。遮蔽板３１の傾斜角度θは、上流側及び下流側の連通口１０において、共に９０°に設定した。フィルム表面３ａと遮蔽板３１の先端との間隙における、フィルム面３ａに垂直な距離を２０ｍｍに設定した。その結果を図７に示す。図７において、比較例を一点鎖線で示す。

図７から明らかなように、本発明では、比較例と比べて、ゾーンの内側から外側に流出する空気量を１５％〜５０％程度低減することができた。特に、フィルム３の搬送速度が高い場合には、フィルム面３ａに対して傾斜させた遮蔽板１１を適用する効果が顕著であった。また、フィルム３の搬送速度が３００ｍ／分よりも高い場合には、遮蔽板１１の傾斜角度θが６０゜よりも小さい４５゜に設定された第２の実施例の方が、第１の実施例に比べて、ゾーンの内側から外側に流出する空気量を小さくすることができた。

１ 横延伸装置
３ フィルム
３ａ フィルム面
６ 筐体
７ 仕切壁
１０ 連通口
１１ 遮蔽板

Claims (3)

1. 帯状のフィルムの長手方向に直交する幅方向の両端を保持した状態で前記フィルムを長手方向に搬送させながら、所定の温度の流体をフィルム面に吹き付けることによって前記フィルムを処理する複数の処理室を備え、前記流体の温度が異なる前記複数の処理室が、前記フィルムの搬送方向に沿って配置された、前記フィルムを前記幅方向に延伸する横延伸装置において、
   前記処理室は、前記フィルムの搬送方向の上流側及び下流側に配置された仕切壁を有し、
   前記仕切壁は、隣接する前記処理室同士を連通させる連通口と、前記連通口を通る前記フィルムの前記フィルム面に向かって前記連通口から延ばされ、前記処理室の内側から外側に流出する前記流体を遮断する遮蔽板と、を有し、
   前記遮蔽板は、前記フィルム面に近接する先端が前記フィルムの搬送方向に対して前記処理室の内側に向かうように、前記フィルム面に対して傾斜されている、横延伸装置。
2. 前記連通口には、前記フィルムの厚み方向における対向する位置に、一対の前記遮蔽板が設けられている、請求項１に記載の横延伸装置。
3. 帯状のフィルムの長手方向に直交する幅方向の両端を保持した状態で前記フィルムを長手方向に搬送させながら、所定の温度の流体をフィルム面に吹き付けることによって複数の処理室で前記フィルムを処理する横延伸方法において、
   前記流体の温度が異なる前記複数の処理室における、前記フィルムの搬送方向の上流側及び下流側に配置された仕切壁が有する遮蔽板であって、前記フィルムの前記フィルム面に向かって前記連通口から延ばされた前記遮蔽板によって、前記処理室の内側から外側に流出する前記流体を遮断し、
   前記フィルム面に近接する先端が、前記フィルムの搬送方向に対して前記処理室の内側に向かうように、前記フィルム面に対して傾斜された前記遮蔽板を用いる、横延伸方法。

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