JP2013256384A

JP2013256384A - エア噴出ノズル

Info

Publication number: JP2013256384A
Application number: JP2012134859A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Tokihisa; 昌吉時久; Yoshiyuki Kushizaki; 義幸串崎; Motoi Nakamura; 素惟中村
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2013-12-26

Abstract

【課題】本発明は、エア噴出ノズルの噴出口列間の排出用流路を介して、噴出し面と樹脂フィルム間の空気を外部に排出して噴流の噴き出し方向の安定及び加熱効率の向上を目的とする。
【解決手段】本発明によるエア噴出ノズルは、ノズル基台(20A)の噴出口(30)の配列方向は樹脂フィルム(4A)の搬送方向(A)と直交し、ノズル基台(20A)の各噴出口列(31,32)間にはその長手方向に沿って形成された断面凹状をなす排出流路(40)が形成され、各噴出口(30)の噴出し面(20Aa)と樹脂フィルム(4Ab)との間の空気を排出用流路(40)を介して外部に排出する構成で、このエア噴出ノズル(20)を用いてテンターオーブンを形成し、このテンターオーブンで樹脂フィルムを延伸する構成である。
【選択図】図６

Description

本発明は、エア噴出ノズルに関し、特に、エア噴出ノズルの噴出口列間の排出用流路を介して、噴出し面と樹脂フィルム間の空気を外部に排出するための新規な改良に関する。

従来、二軸延伸ポリプロピレンフィルムなどの樹脂フィルムの製造方法としては、Ｔダイからシート状に吐出してキャストドラム上で冷却固化した未延伸フィルムを、縦延伸機で樹脂フィルムの搬送方向に延伸した後、テンターオーブン内で樹脂フィルムの幅方向に延伸する遂次二軸延伸法や、前記未延伸フィルムをテンターオーブン内で樹脂フィルムの搬送方向とそれと直交方向に延伸する同時二軸延伸法などが広く知られている。

これらの製造方法に用いられるテンターオーブンは、樹脂フィルム表面と対向する面に空気の噴出口を設けたエア噴出ノズルが、樹脂フィルムの反双方向に複数配置されている。熱交換器によって所望の温度に制御された空気は、送気ファンによって各エア噴出ノズルに送り込まれ、噴出口から樹脂フィルム表面に向かって吹き付けられる。吹き付けられた空気は、テンターオーブン内の吸引口から回収され、再利用される。

一般にテンターオーブンは、樹脂フィルムの搬送方向に予熱ゾーン、延伸ゾーン、熱固定ゾーンおよび冷却ゾーンなど複数のゾーンに区分されており、少なくとも各ゾーンに空気の温度を設定できるように構成される。クリップによって両端を把持されて搬送される樹脂フィルムは、予熱ゾーンで延伸に適した温度まで加熱され、延伸ゾーンで幅方向に延伸された後、熱固定ゾーンや冷却ゾーンなどで熱処理や冷却処理される。エア噴出ノズルは、所望の温度に制御された空気を樹脂フィルム表面に吹き付けることで、空気と樹脂との熱交換を促進し、樹脂フィルムを加熱または冷却するものである。

このようにして製造される樹脂フィルムの特性は、テンターオーブンの各ゾーンを通過する際に受ける熱履歴に影響される。したがって、横方向に均一な特性を有する樹脂フィルムを得るためには、エア噴出ノズルから放出する空気と樹脂フィルムとの熱交換を横方向に均一化することが重要である。そのためエア噴出ノズルには、樹脂フィルムに当たる空気の温度が幅方向に均一であることと、エア噴出ノズルの伝熱効率が幅方向に均一であることが要求される。また、樹脂フィルムの搬送の影響により噴出ノズルからの空気流がフィルム面に垂直に当たらずに、屈曲することにより伝熱効率が低下したり、幅方向の伝熱効率にむらが生じたりするのを抑制することも要求される。そこで、従来は、特許文献１及び特許文献２に示されるように、樹脂フィルムの幅方向に噴出口を不連続に配置するホールノズルが用いられている。

特表２０００−５１１８４０号公報特開２００９−２５５５１１号公報

しかしながら、噴出口配列が特許文献１の図１や特許文献２の図１のように４列の場合は、２列目と３列目からの噴出空気がフィルム表面から流出してテンターオーブン内の吸引口に向かって流出する際に、１列目と４列目の噴出空気流に干渉してしまい、１列目と４列目の噴出空気を屈曲させてしまい、加熱効率が低下してしまうことが問題になっていた。
かかる問題を解決するため、１列目と４列目の噴出口間隔を広げることも考えられるが、この場合、フィルム幅方向での加熱むらが顕著になるという課題があった。

本発明によるエア噴出ノズルは、一方向に搬送される樹脂フィルムに、空気を吹き付けるための多数の噴出口からなる一対の噴出口列を有する複数のノズル基台からなるエア噴出ノズルにおいて、前記ノズル基台の前記噴出口の配列方向は前記樹脂フィルムの搬送方向と直交し、前記各ノズル基台の前記各噴出口列間には前記ノズル基台の長手方向に沿って形成された断面凹状をなす排出用流路が形成され、前記各噴出口の噴出し面と前記樹脂フィルムとの間の空気を前記排出用流路を介して外部に排出するようにした構成であり、また、前記噴出口の平面形状は、丸、正方形、長方形、楕円の何れかである構成である。

本発明によるエア噴出ノズルは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、一方向に搬送される樹脂フィルムに、空気を吹き付けるための多数の噴出口からなる一対の噴出口列を有する複数のノズル基台からなるエア噴出ノズルにおいて、前記ノズル基台の前記噴出口の配列方向は前記樹脂フィルムの搬送方向と直交し、前記各ノズル基台の前記各噴出口列間には前記ノズル基台の長手方向に沿って形成された断面凹状をなす排出用流路が形成され、前記各噴出口の噴出し面と前記樹脂フィルムとの間の空気を前記排出用流路を介して外部に排出するようにしたことにより、噴流の噴き出し方向の安定性に優れ、それにより加熱効率が向上し、使用するエネルギー量の低減や、テンターオーブンの装置長さの短縮と、それによる装置コスト低減を図ることができる。
また、前記噴出口の平面形状は、丸、正方形、長方形、楕円の何れかであることにより、安定した噴流を得ることができる。

本発明によるエア噴出ノズルを用いるための遂次二軸延伸法による樹脂フィルムの製造工程の一形態を説明するための概略構成図である。図１のテンター装置を示す平面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図３のＢ−Ｂ断面図である。本発明によるエア噴出ノズルを示す平面図である。図５の斜視図である。本発明のエア噴出ノズルの噴出空気の流跡線を示す説明図である。従来例のエア噴出ノズルの平面図である。図８の斜視図である。図８のエア噴出ノズルにおける噴出空気の流跡線を示す説明図である。

本発明は、エア噴出ノズルの噴出口列間の排出用流路を介して噴出し面と樹脂フィルム間の空気を外部に排出して加熱性能を高めるようにしたエア噴出ノズルを提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明によるエア噴出ノズルの好適な実施の形態について説明する。
周知の遂次二軸延伸法による樹脂フィルムの製造工程は、図１に示すように、押出機１、Ｔダイ２、キャストドラム３、縦延伸機、横延伸機であるテンターオーブン５、巻取りロール６を主要な構成とし、樹脂ポリマーを押出機１で溶融して押し出し、Ｔダイ２のスリット間隙からシート状に吐出し、キャストドラム３で冷却固化して得られる未延伸の樹脂フィルム４Ａを、縦延伸機４で搬送方向に延伸して一軸延伸の樹脂フィルム４Ａａとし、当該一軸延伸の樹脂フィルム４Ａａをテンターオーブン５で樹脂フィルム幅方向に延伸して二軸延伸の樹脂フィルム４Ａｂとし、該二軸延伸の樹脂フィルム４Ａｂを巻取りロール６によって連続的に巻き取るものである。上記の行程中において、樹脂フィルム表面に塗液を塗布する際は、テンターオーブン５の直前に塗布装置(図示せず)を設置しても良い。ここでは遂次二軸延伸法における例を示したが、同時二軸延伸法においては縦延伸機４を用いず、キャストドラムで冷却固化して得られる未延伸の樹脂フィルム４Ａを、テンターオーブン５で樹脂フィルム４Ａの搬送方向と樹脂フィルム４Ａの幅方向とに同時延伸して二軸延伸の樹脂フィルム４Ａｂとする方法であってもよい。本発明でいう搬送方向Ａとは、図１の製造工程において、押出機から巻取りロールに向かう方向を示す。

図２は、前記テンターオーブン５の一形態を示す平面図（上面図）である。図２に示すように、テンターオーブン５は、相対して配置されたレール１０,１１とレール１０,１１に沿って走行する複数のクリップ１２とを有し、所望の温度に制御された空気を循環するように構成されている。

前記クリップ１２は、テンターオーブン５の入口で樹脂フィルム４Ａａの両端を把持し、テンターオーブン５内を通過し、テンターオーブン５の出口で樹脂フィルム４Ａｂを解放する。

前記テンターオーブン５は、樹脂フィルム搬送方向Ａの上流側から下流側に、仕切板１８によって予熱ゾーンＢ、延伸ゾーンＣ、熱固定ゾーンＤ、冷却ゾーンＥに区分されており、少なくとも各ゾーンＢ〜Ｅ毎に空気の温度が設定できるように構成されている。これら各ゾーンＢ〜Ｅは、樹脂フィルム４Ａａの搬送方向に、複数の室に区分され、各室毎に空気の温度が設定できるように構成されていても良い。つまり、テンターオーブン５は、例えば予熱ゾーンＢとして５室有し、延伸ゾーンＣとして５室有し、熱固定ゾーンＤとして１０室有し、冷却ゾーンＥとして１室有し、などとすることが可能であり、さらに各ゾーンＢ〜Ｅ内の各室の温度を独立に設定することも可能である。

また、各ゾーンＢ〜Ｅの温度範囲は、例えば、樹脂フィルム４Ａａがポリプロピレンフィルムの場合、空気の温度は、予熱ゾーンＢ１５０〜１６０℃、延伸ゾーンＣ１５０〜１６０℃、熱固定ゾーンＤ１６０〜１６５℃、冷却ゾーンＥ５０〜２００℃に設定することができる。

前記レール１０,１１は、延伸ゾーンＣ内において、レール１０,１１間の相対距離が徐々に広がるように配置されることで、樹脂フィルム４Ａａを幅方向に延伸することができる。また必要に応じ、熱固定ゾーンＤ内や冷却ゾーンＥ内に、レール１０,１１間の相対距離が徐々に狭くなる区間を設けることで、樹脂フィルム４Ａａを幅方向に弛緩処理することもできる。

尚、同時二軸延伸法による樹脂フィルムの製造工程では、テンターオーブン５の延伸ゾーンＣ内で各クリップ１０,１１の間隔を徐々に広げることで、樹脂フィルム４Ａａを搬送方向Ａにも延伸することができる。

図３は、図２中のＡ−Ａ間の断面図であり、図４は図３中のＢ−Ｂ間の断面図である。図３、図４に示すように、テンターオーブン５は、樹脂フィルム４Ａｂの搬送方向Ａに複数のエア噴出ノズル２０を有する。このエア噴出ノズル２０は、樹脂フィルム４Ａｂの上側と下側とに、樹脂フィルム４Ａｂの幅方向に延伸するように配置されている。このエア噴出ノズル２０においては、所望の温度に制御された空気は、エア吸引部２５によって供給ダクト２０Ａを介して各エア噴出ノズル２０に送り込まれ、エア噴出ノズル２０の樹脂フィルム４Ａｂ表面と対向する面に設けられた噴出口２０ａから放出される。放出された空気は、テンターオーブン５内の吸引口２１から回収ダクト２２を介して回収されることで、テンターオーブン５内を循環する。なお、図３、図４は、図１のテンターオーブン５の予熱ゾーンＢを示すものであるが、上述したように本発明のエア噴出ノズル２０は、予熱ゾーンＢに限らず延伸ゾーンＣ、熱固定ゾーンＤ、冷却ゾーンＥにも用いることができる。

前記エア噴出ノズル２０は、所望の温度に制御された空気を、一方向に搬送される樹脂フィルム４Ａｂの表面に吹き付けることで、空気と樹脂フィルムとの熱交換を促進する働きがある。すなわち、樹脂フィルム４Ａｂは、エア噴出ノズル２０が吹き付ける空気の温度より樹脂フィルム４Ａｂの温度が低い場合には加熱され、エア噴出ノズル２０が吹き付ける空気の温度より樹脂フィルム４Ａｂの温度が高い場合には冷却され、エア噴出ノズル２０が吹き付ける空気の温度と樹脂フィルムの温度が等しい場合には保温される。

図５は、一方向に搬送される樹脂フィルム４Ａｂに空気を吹き付ける本発明のエア噴出ノズル２０の一形態を示す図であり、エア噴出ノズル２０の樹脂フィルム４Ａａ表面と対向する噴出し面２０Ａａを示す平面図である。図６は図５に示す本発明のエア噴出ノズル２０の斜視図である。エア噴出ノズル２０には、エア噴出ノズル２０が樹脂フィルム４Ａｂ表面と対向する面に、直径Ｄ（ｍｍ）の円形の噴出口３０を複数設けてある。なお、噴出口３０の形状は、円が代表的であるが、正方形、長方形、楕円であっても良い。
尚、このエア噴出口ノズル２０は、多数の噴出口３０を有する及び排出用流路４０を有するノズル基台２０Ａによって構成されている。

前記噴出口３０の配列は、樹脂フィルム４Ａの搬送方向Ａに直交する方向の複数の噴出口３０から形成される噴出口列３１,３２が、樹脂フィルム４Ａｂの搬送方向に２列以上である。前記各噴出口列３１,３２間には、溝状の排出用流路４０が形成されている。
本発明でいう直交とは、９０度から１度でも外れれば直交ではないという訳ではなく、外観上で直交に見える範囲であれば良く、許容範囲として９０℃±７度の範囲が好ましい。さらに９０℃±２℃の範囲であれば、より好ましい。
そして、隣り合う噴出口列３１,３２どうしは、互いに千鳥配列であることが好ましい。

図７は、数値流動解析ソフトウエアＳｏｌｉｄＷｏｋｓＦｌｏｗＳｉｍｕｌａｔｉｏｎにより算出した本発明のエア噴出ノズル２０の隣接する噴出口３１,３２の噴出口３０からの空気の流跡線を示したものである。噴出口３０から吹き出した空気は樹脂フィルム４Ａｂ面に垂直に衝突した後に、樹脂フィルム４Ａｂの搬送方向および反搬送方向に流出している。この時、隣接列の噴出口３０からのエアとは千鳥配列になっていることと、隣接列との間に設けられた排出流路に流れ込むことで干渉しにくくなっている。これにより、噴出空気が屈曲することなくフィルムに衝突し、効率的に温度制御を行うことができる。

図８及び図９は、従来用いられてきたエア噴出ノズル２０である噴出口列３１〜３３が３列の場合の、従来例１の平面図および斜視図を示したものである。従来例においても隣り合う列３１〜３３どうしは、互いに千鳥配列で噴出口３０が配列されている。

また、図１０は同様の数値流動解析ソフトウエアにより算出した従来例のエア噴出ノズルの各噴出口列３１〜３３の噴出口３０からの空気の流跡線を示したものである。この場合は、中央列の噴出口３０から噴き出した空気は樹脂フィルム４Ａｂ面に垂直に衝突した後に、樹脂フィルム４Ａｂの搬送方向Ａおよび反搬送方向に流出している。この時、隣接列である最上流と最下流の噴出口３０からのエアと干渉してしまい、最上流と最下流の噴出口３０からのエアが樹脂フィルム４Ａｂに衝突する直前で屈曲してしまい、樹脂フィルム４Ａｂに対して斜め方向に衝突してしまうため熱伝達効率が低下し、効率的に温度制御が出来なくなってしまう。

（実施例）
本発明の効果を検証するために、エア噴出ノズル２０の熱伝達性能を測定した。本発明のエア噴出ノズル２０は、図５及び図６にあるように直径２５ｍｍの円状とし、これを６０ｍｍピッチで２列を千鳥形状に配置し、１列目の噴出口数は１８個、２列目は１７個とした。また、噴出口列３１,３２間には略断面凹状の排出用流路４０を設けた。従って、この噴出口３０の噴出し面２０Ａａと樹脂フィルム４Ａｂとの間の空気を排出用流路４０を介して外部に排出することができる。

これに対し、従来例のエア噴出ノズル２０は図８及び図９にあるように直径２５ｍｍの円状とし、これを６０ｍｍピッチで３列を千鳥形状に配列した。そのため、１列目と３列目とはフィルム幅方向で同一の配置である。なお、１列目の噴出口３０数は１７個、２列目は１８個、３列目は１７個とした。

熱伝達性能の測定は、噴出口３０から１４０ｍｍ離れた位置に内部に通水路を設けた板を設置し、内部に通水しつつ各エア噴出ノズル２０から１４０℃の熱風を吹き付けて加熱し、通水前後の温度上昇から算出した。熱伝達性能の測定結果を表１に示す。なお、測定結果は吹き出し送風量が０．５１ｍ^３／秒の場合での従来のエア噴出ノズル３０の測定結果を１とした場合の相対値として示している。

表１から噴出口列３１,３２間に排出用流路４０を設けた本発明のエア噴出ノズル２０では、排出用流路４０を設けない従来のエア噴出ノズル２０に比べて、いずれの風量においても熱伝達係数が高くなっていることが判る。

本発明によるエア噴出ノズルは、ノズル基台の噴出口列間に凹状の排出用流路が形成され、噴流の噴き出し方向の安定性に優れ、加熱効率を向上させることができる。

３０噴出口
３１、３２噴出口列
２０Ａノズル基台
４Ａ、４Ａｂ樹脂フィルム
Ａ搬送方向
４０排出用流路
２０Ａａ噴出し面

Claims

一方向に搬送される樹脂フィルム(4A)に、空気を吹き付けるための多数の噴出口(30)からなる一対の噴出口列(31,32)を有する複数のノズル基台(20A)からなるエア噴出ノズルにおいて、
前記ノズル基台(20A)の前記噴出口(30)の配列方向は前記樹脂フィルム(4A)の搬送方向(A)と直交し、前記各ノズル基台(20A)の前記各噴出口列(31,32)間には前記ノズル基台(20A)の長手方向に沿って形成された断面凹状をなす排出用流路(40)が形成され、前記各噴出口(30)の噴出し面(20Aa)と前記樹脂フィルム(4Ab)との間の空気を前記排出用流路(40)を介して外部に排出するようにしたことを特徴とするエア噴出ノズル。
前記噴出口(30)の平面形状は、丸、正方形、長方形、楕円の何れかであることを特徴とする請求項１記載のエア噴出ノズル。