JP2018024528A - 液中搬送装置および液中搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体中において、長尺のシートを低い搬送張力で、かつ製品不良部を生じずに高速搬送する液中搬送装置、およびその液中搬送装置を用いたシートの液中搬送方法を提供する。【解決手段】本発明の液中搬送装置は、液体中で長尺のシートを搬送する液中搬送装置であって、シートを支持して搬送するための複数本の搬送ローラであって、少なくとも１本の搬送ローラが液体中でシートを支持する複数の搬送ローラと、前記搬送ローラ間の少なくとも１箇所において、シート走行面の片側または両側に間隔をあけて設けられ、シート走行面に対向する略平行な面を有する整流板と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、長尺のシートを液中において搬送する装置、およびその装置を用いた長尺のシートの液中搬送方法に関する。

フィルムなどの長尺のシートを製膜する過程や、長尺のシートの表面に塗膜を形成する過程において、シートの洗浄や化学処理を目的として、シートを液体中に浸漬しながら搬送する工程が含まれる場合がある。長尺のシートを空中または液体中で搬送する方法としては、複数本の搬送ローラを用いてシートを支持し、かつシートが弛まないよう、シートの搬送方向に搬送張力を付与して搬送する方法が一般的である。シートを液体中で搬送する場合、シートに付与する搬送張力は、シートを空中で搬送する場合に比べて高く設定する必要がある。これは、液体の粘度が空気の粘度に比べて非常に高いことに起因して、シートと周囲の液体との間に搬送方向と逆向きに粘性抵抗が働くためである。この粘性抵抗は、静止した液体中をシートが移動することで、シートの周囲の液体がシートに随伴して流れる境界層を形成するために発生し、シートの搬送速度が大きいほど粘性抵抗が大きくなる性質がある。そのため、シートの搬送速度を大きくすると、シートを弛みなく搬送するのに必要な搬送張力が増大する。さらに、シートの搬送速度が大きい場合には、シートの周囲の液体が層流から乱流に遷移するため、シートに働く粘性抵抗がより大きくなることが知られている。

ところで、液体中で長尺のシートを低い搬送張力で搬送する方法として、シートの幅方向端部をシートと並走する搬送クランプ群で把持することで、シート自体には搬送張力を付与せずにシートを液中搬送する方法が知られている。（特許文献１）

特開２０１２−２５１１８１号公報

シートを弛みなく搬送するのに必要な搬送張力は、一般的にはシートの剛性に比べて小さい値であるので、特に問題となることはない。しかしながら、シートの種類によっては、高い搬送張力を付与できない場合もある。例えば、薄膜で剛性の小さいシートや、多孔フィルムのような伸縮性のあるシートが挙げられる。これらのシートに高い搬送張力を付与すると、シートが搬送方向に伸びてシワや幅方向に収縮を生じてしまう。あるいは、これらのシートの表面に塗膜を形成している場合は、シートの伸縮によって塗膜に亀裂を生じてしまう。その結果、製品の品質が低下してしまう。この問題を回避するため、シートの搬送速度を落として低い搬送張力で運転することが必要となり、シートの生産効率が低下してしまう。

特許文献１に開示されている液中搬送方法であれば、シート自体には搬送張力を付与せずにシートを搬送できるが、シートの端部を接触保持するため、シートの端部にキズや塗膜の剥がれなどを有する製品不良部が生じ、製品ロスが大きくなってしまう。

そこで本発明では、液体中において、長尺のシートを低い搬送張力で、かつ製品不良部を生じずに高速で搬送する液中搬送装置、およびその液中搬送装置を用いたシートの液中搬送方法を提供する。

上記課題を解決する本発明の液中搬送装置は、液体中で長尺のシートを搬送する液中搬送装置であって、
シートを支持して搬送するための複数本の搬送ローラであって、少なくとも1本の搬送ローラが液体中でシートを支持する複数の搬送ローラと、
前記搬送ローラ間の少なくとも１箇所において、シート走行面の片側または両側に間隔をあけて設けられ、液体中にあるシート走行面に対向する略平行な面を有する整流板と、を備えている。

本発明の液中搬送装置は下記のような構成であることが好ましい。
・前記シート走行面から前記整流板のシート走行面に対向する面までの距離が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
・前記整流板が前記シート走行面の両側に間隔をあけて設けられている。
・前記整流板が、前記シート走行面に対向する面とその面とは反対側の面との間で、液体が透過可能な構造である。
・前記整流板が、前記シート走行面に対向する面とその面とは反対側の面との間を貫通する複数の穴が形成されている。
・前記整流板が、多孔質体である。
・前記整流板のシート走行面に対向する面が前記シートの搬送方向と同じ方向に移動できる。
・ベルトコンベアを備え、前記整流板がベルトコンベアのベルトであり、前記整流板のシート走行面に対向する面がベルトの面である。

本発明のシートの液中搬送方法は、本発明の液中搬送装置を用い、前記複数の搬送ローラでシートを支持させながら、シートを液体中で搬送する方法である。

前記整流板のシート走行面に対向する面がシートの搬送方向と同じ方向に移動できる本発明の液中搬送装置を用いた本発明のシートの液中搬送方法は、前記複数本の搬送ローラでシートを支持し、前記略平行な面をシートの搬送速度以上の速さで移動させながら、シートを液体中で搬送する方法である。

本発明の液中搬送装置によれば、整流板がシートの周囲に形成される境界層の発達を阻害し、シートに随伴して流れる液体の総量を少なくするため、シートが液体から受ける粘性抵抗が低減され、その結果、シートを低い搬送張力で高速搬送することができる。また、整流板はシートと非接触に設けられるため、シートにキズや塗膜の剥がれなどの製品不良部を生じさせず、製品ロスを生じることもない。これらの結果、シートの生産効率を高くすることができる。

本発明の第１の実施形態の液中搬送装置６の概略断面図である。 本発明の第２の実施形態の液中搬送装置７の概略断面図である。 本発明の第３の実施形態の液中搬送装置８の概略断面図である。 本発明の第４の実施形態の液中搬送装置９の概略断面図である。 第１の実施形態の液中搬送装置において、シート５の搬送速度が８０ｍ／分のときの間隔Ｄと粘性抵抗Ｓの関係を表したグラフである。 第４の実施形態の液中搬送装置において、シート５の搬送速度が８０ｍ／分のときのベルトの速度と粘性抵抗Ｓの関係を表したグラフである。 従来の液中搬送装置１の概略断面図である。

本発明の望ましい実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は本発明の実施形態の１つを例示するものであり、これに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

[従来の液中搬送装置]
図７は従来の液中搬送装置１の概略断面図である。液中搬送装置１には液体２を貯留する液槽３と、液槽３の内部に搬送ローラ４が設けられている。シート５は液体２の中を、搬送ローラ４に支持されてＡの方向に搬送される。

シート５に発生する粘性抵抗Ｓについて説明する。シート５をＡの方向に搬送する際、シート５の周囲の液体２ａには、シート５から搬送方向に向かう力を受けて、シート５の搬送方向に向かう随伴流Ｘを生じる。逆に、シート５は周囲の液体２ａから、シート５の搬送方向とは逆向きの力を受けることになり、これがシート５に働く粘性抵抗Ｓとなる。また、シート５の周囲で随伴流Ｘが発生する液体２ａの範囲を境界層と呼ぶ。境界層は下流に行くほど発達して厚くなり、境界層が厚いほど随伴流Ｘの発生する液体２ａの総量が多くなり、シート５に働く粘性抵抗Ｓが大きくなる。シート５を弛みなく搬送するためには、図７に示すシート５を引く搬送張力Ｔを、粘性抵抗Ｓよりも大きく設定する必要がある。搬送速度が大きくなって粘性抵抗Ｓが増大すると、より大きな搬送張力Ｔをシート５に付与することになり、シートの種類によってはシート５に伸びや幅収縮が発生してしまう。

[第１の実施形態の液中搬送装置]
図１は本発明の第１の実施形態の液中搬送装置６の概略断面図である。液中搬送装置６には、液体中にある２本の搬送ローラ４、４’の間において、シート５の走行面の両側に整流板１０、１０’が間隔をあけて設けられている。ここで、「シートの走行面」とは、実際にシートを搬送した状態においてシートが走行する位置となる仮想の面である。液中搬送装置６は、整流板１０が設けられている以外は図７の液中搬送装置１と同じであるので、液中搬送装置１と共通する構成要素については説明を省略する。

整流板１０、１０’は、シート５の走行面に対向する面が、シート５の走行面と間隔Ｄをあけて略平行な面となっている板状の部材であり、液槽３の内部に固定されている。ここで「略平行」には、設計上は平行であるが、製作誤差により厳密には平行ではなくなっている形態も含む。この状態でシート５をＡの向きに搬送すると、シート５の周囲の液体２ａには随伴流Ｘが生じるが、整流板１０、１０’によって境界層の発達が阻害され、境界層の厚みが薄く保たれるため、随伴流Ｘの発生する液体２ａの総量が少なくなる。その結果、シート５に加わる粘性抵抗Ｓは、整流板１０、１０’を設けない場合と比較して小さくなり、それに伴ってシート５を引く搬送張力Ｔを小さく設定して搬送することができる。

本実施形態の液中搬送装置６では、整流板１０、１０’をシート５の走行面の両側に設けているが、整流板１０（１０’）をシート５の走行面の片側のみに設けた場合でも、粘性抵抗Ｓを小さくしてシート５の搬送張力Ｔを小さくする効果は得られる。ただし、より粘性抵抗Ｓを小さくするためには、整流板１０、１０’をシート５の走行面の両側に設けることが好ましい。

本実施形態の液中搬送装置６では、整流板１０、１０’としてそれぞれ１枚の板状の部材を用いたが、これに限定されず、複数の細長い板状やひも状の部材を長手方向がシート５の搬送方向に略平行となるように平面状に並べた構成でもよい。

[第２の実施形態の液中搬送装置]
図２は本発明の第２の実施形態の液中搬送装置７の概略断面図である。液中搬送装置７には３本の搬送ローラ４、４’、４’’が設置されており、搬送ローラ４と４’’は液面より上で、搬送ローラ４’は液体中でシート５を支持しながら搬送する。そして、搬送ローラ４と４’の間のシート５の走行面のうち、液体中にある部分の走行面を挟むように整流板１０と１０’が、搬送ローラ４’と４’’の間のシート５の走行面のうち、液体中にある部分の走行面を挟むように整流板１０’と１０’’が設置されている。

この第２の実施形態のように、本発明の液中搬送装置は全ての搬送ローラが液体中にある構成でなく、少なくとも１本の搬送ローラが液体中でシートを支持する構成でもよい。少なくとも1本の搬送ローラが液体中にあれば、搬送されるシートは必ず液体中を通過することになるので、その液体中にあるシートは搬送中に粘性抵抗を受ける。液体中にあるシートの走行面の近傍に整流板を設けることで、シートを引く搬送張力を小さくできる効果が得られる。

また、第２の実施形態の液中搬送装置７では、整流板１０（１０’、１０’’）の全体が液体中にある構成となっているが、必ずしも１つの整流板の全体が液体中にある必要はない。整流板の一部分が液面上のある状態であっても、整流板の液体中にある部分がシート走行面と対向する平面を有していればよい。

[第３の実施形態の液中搬送装置]
図３は本発明の第３の実施形態の液中搬送装置８の概略断面図である。この液中搬送装置８には、第１の実施形態の液中搬送装置６に設けられていた整流板１０、１０’の代わりに、液体２が透過可能な構造の整流板１２、１２’が設けられている。図１の第１の実施形態の液中搬送装置６でシート５を搬送すると、シート５の周囲の液体２ａがＸの方向に掻き出され、シート５と整流板１０、１０’の間の液体２ａが不足して、シート５と整流板１０、１０’の間の空間が減圧される。シート５の搬送速度を大きくしていくと、この減圧が著しくなり、シート５が整流板１０または１０’のどちらかに貼りつくことがある。これに対し図３の第３の実施形態の液中搬送装置８では、整流板１２、１２’は液体２が透過可能な構造であるため、シート５の搬送によってシート５の周囲の液体２ａが掻き出されても、整流板１２、１２’を通して図３のＹの方向に液体２が透過するので、シート５と整流板１２、１２’の間の液体２ａが不足せず、シート５と整流板１０、１０’の間の空間が減圧されない。これにより、シート５の搬送速度を大きくした場合でも、シート５が整流板１２、１２’に貼りつかず、シート５を整流板１２、１２’に対し非接触で搬送することができる。その結果、シートにキズや塗膜の剥がれなどの製品不良部を生じさせず、製品ロスを生じることもないため、シートの生産効率をより高くすることができる。

ここで、液体２が透過可能な整流板１２、１２’の構造としては、例えば、以下のような構造を適用することができる。
・整流板に、シートの走行面に対向する面とその面とは反対側の面との間を貫通する複数の穴が形成されている構造。
・整流板が、多孔質体である構造。

[第４の実施形態の液中搬送装置]
図４は本発明の第４の実施形態の液中搬送装置９の概略断面図である。この液中搬送装置９には、第１の実施形態の液中搬送装置６に設けられていた板状の整流板１０、１０’の代わりに、ベルトコンベア１１、１１’が設けられている。ベルトコンベア１１、１１’は、シート５の走行面に対向して略平行な面を有するベルト１１ａ、１１’ａと、一対の駆動ローラ１１ｂで構成されている。駆動ローラ１１ｂが所定の方向に回転することで、シート５の走行面と対向するベルト１１ａ、１１’ａの表面が、シート５の搬送方向に移動する。このとき、ベルト１１ａ、１１’ａとシート５の間の液体２ａにはベルト１１ａ、１１’ａによる随伴流Ｘ’が生じる。そのため、シート５と周囲の液体２ａの相対速度が小さくなり、シート５によって発生する随伴流Ｘの総量は、図１に示す液中搬送装置６と比較してさらに小さくなる。その結果、シート５に加わる粘性抵抗Ｓがさらに小さくなり、より小さな搬送張力Ｔでシート５を搬送することができる。

本実施形態の液中搬送装置９では、移動する整流板としてベルトコンベア１１、１１’を用いたが、これに限定されず、シート５の走行面と略平行に設けられた整流板がシート５の搬送方向と同じ方向に移動できる構成であればよく、例えば整流板をモーターなどで直接駆動してもよい。

また、本実施形態の液中搬送装置９においても、第１から第３の実施形態の液中搬送装置で説明した様々な構成を適用することができる。例えば、以下に列記するような構成である。
・複数の細長いベルトを並べて幅広のベルトにした構成。
・３本以上の搬送ローラが液体中にある構成。
・液面上にある搬送ローラと液体中にある搬送ローラとが混在した構成。
・整流板の一部分が液面上に出ている構成。
・整流板が、液体が透過可能な構造である構成。

図５は、図１に示した第１の実施形態の液中搬送装置６において、シート５の表面と整流板の表面の間隔Ｄとシート５に発生する粘性抵抗Ｓの関係を表したグラフである。このとき、シート５の幅を１ｍ、シート５の搬送速度を８０ｍ／分、２つの搬送ローラ４、４’の軸芯間隔を４００ｍｍ、整流板１０の搬送方向長さを３００ｍｍ、整流板１０の幅を１ｍ、整流板１０の厚みを５ｍｍ、液体２は水とした。整流板１０を設けない場合の粘性抵抗Ｓの大きさは１．３７Ｎであった。本実施形態では、シート５の走行面と整流板１０のシート走行面と対向する面の間隔Ｄを１０ｍｍとしたときに、最も粘性抵抗Ｓが小さくなり、概ね間隔Ｄが３ｍｍ以上３０ｍｍ以下のときに粘性抵抗Ｓを低減する効果が得られた。そのため、粘性抵抗Ｓを小さくしてシート５の搬送張力Ｔを小さくするためには、間隔Ｄを３ｍｍ以上３０ｍｍ以下にするのが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。

図６は、図４の第４の実施形態の液中搬送装置９において、ベルト１１ａの速度と粘性抵抗Ｓの関係を表したグラフである。このとき、シート５の幅を１ｍ、シート５の搬送速度を８０ｍ／分、２つの搬送ローラ４、４’の軸芯間隔を４００ｍｍ、ベルト１１ａ、１１’ａの幅を１ｍ、ベルトコンベア１１、１１’の駆動ローラ１１ｂ、１１’ｂの軸芯間隔を３００ｍｍ、ベルト１１ａ、１１’ａとシート５の間隔Ｄを１０ｍｍ、液体２は水とした。ベルトコンベア１１、１１’を設けない場合の粘性抵抗Ｓの大きさは１．３７Ｎであった。ベルト１１ａ、１１’ａの速度を大きくすると、粘性抵抗Ｓが小さくなっており、特にベルト１１ａ、１１’ａの速度をシート５の搬送速度と同じ８０ｍ／分か、それ以上に設定すると、粘性抵抗Ｓが極小となった。すなわち、シート５に働く粘性抵抗Ｓを小さくして、より低い搬送張力Ｔでシート５を搬送するためには、整流板であるベルト１１ａ、１１’ａのシート５に対向する面をシート５の搬送速度以上の速さで移動させるのが好ましい。

１ 従来の液中搬送装置
２ 液体
２ａ 随伴流が発生する領域の液体
３ 液槽
４、４’、４’’ 搬送ローラ
５ シート
６ 本発明の第１の実施形態の液中搬送装置
７ 本発明の第２の実施形態の液中搬送装置
８ 本発明の第３の実施形態の液中搬送装置
９ 本発明の第４の実施形態の液中搬送装置
１０、１０’、１０’’ 整流板
１１、１１’ ベルトコンベア
１１ａ、１１’ａ ベルト
１１ｂ、１１’ｂ 駆動ローラ
１２、１２’ 液体が透過可能な構造の整流板
Ａ シート５の搬送方向
Ｄ シート５と整流板１０の間隔
Ｓ シート５に働く粘性抵抗
Ｔ シート５の搬送張力
Ｘ シート５によって発生する随伴流
Ｘ’ ベルト１１ａによって発生する随伴流
Ｙ 整流板１２を透過する液体２の流れ

Claims (10)

1. 液体中で長尺のシートを搬送する液中搬送装置であって、
   シートを支持して搬送するための複数本の搬送ローラであって、少なくとも１本の搬送ローラが液体中でシートを支持する複数の搬送ローラと、
   前記搬送ローラ間の少なくとも１箇所において、シート走行面の片側または両側に間隔をあけて設けられ、液体中にあるシート走行面に対向する略平行な面を有する整流板と、
   を備えた液中搬送装置。
2. 前記シート走行面から前記整流板のシート走行面に対向する面までの距離が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下である、請求項１の液中搬送装置。
3. 前記整流板が前記シート走行面の両側に間隔をあけて設けられた、請求項１または２の液中搬送装置。
4. 前記整流板が、前記シート走行面に対向する面とその面とは反対側の面との間で、液体が透過可能な構造である、請求項１〜３のいずれかの液中搬送装置。
5. 前記整流板が、前記シート走行面に対向する面とその面とは反対側の面との間を貫通する複数の穴が形成されている、請求項４の液中搬送装置。
6. 前記整流板が多孔質体である、請求項４の液中搬送装置。
7. 前記整流板が、前記シート走行面に対向する面が前記シートの搬送方向と同じ方向に移動できる、請求項１〜６のいずれかの液中搬送装置。
8. ベルトコンベアを備え、前記整流板がベルトコンベアのベルトであり、前記シート走行面に対向する面がベルトの面である、請求項７の液中搬送装置。
9. 請求項１〜６のいずれかの液中搬送装置を用い、前記複数本の搬送ローラでシートを支持させながら、シートを液体中で搬送する、液中搬送方法。
10. 請求項７または８の液中搬送装置を用い、前記複数本の搬送ローラでシートを支持し、前記整流板のシート走行面に対向する面をシートの搬送速度以上の速さで移動させながら、シートを液体中で搬送する、液中搬送方法。

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