JP5784192B1 - フィルム延伸装置、及びフィルム延伸方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルムの表面に空気の熱エネルギをムラなく効率的に伝えることを可能とし、製造されるフィルムの品質を向上する。【解決手段】一方向に搬送されるフィルムに空気を吹き付ける複数の噴射孔１２と、フィルムの面に対向し、複数の噴射孔１２が配列された噴射面１１と、を有するダクト７を備える。複数の噴射孔１２は、最密六方格子状に互いに等間隔に配置されると共に、互いに隣接する噴射孔１２同士を仮想的に結ぶ配列線１３の全てが、ＭＤ方向及びＭＤ方向に直交するＴＤ方向に対してそれぞれ傾斜している。【選択図】図５

Description

本発明は、フィルムに空気を吹き付けるためのエア噴射装置を備えたフィルム延伸装置、及びフィルムに所定の温度の空気を吹き付けて加熱や冷却を行うフィルム延伸方法に関する。

二軸延伸ポリプロピレンフィルムや二軸延伸ポリエステルフィルム等に代表される二軸延伸フィルムが知られている。二軸延伸フィルムの製造工程では、一般に、押出機によって固体原料を溶融可塑化してＴダイから、溶融状態の樹脂材を薄く幅広いシート状に吐出し、樹脂材が成形ロールによって冷却固化される。冷却固化された後、樹脂材は、縦延伸装置と横延伸装置を用いてそれぞれ延伸が行われている。
このようなフィルム製造工程で用いられる横延伸装置が、フィルムの搬送方向（以下、ＭＤ（Machine Direction）方向と称する）と直交するフィルムの幅方向（以下、ＴＤ（Transverse Direction）方向と称する）の両端部をクリップで把持しながら、熱処理装置（以下、テンターオーブンと称する）の内部をフィルムは通過する。テンタ−オーブンの内部において、ダクトに設けられたノズルの噴射孔から吹き出す熱風を吹き付けてフィルムを加熱しながら、対向するクリップ間隔をＴＤ方向に対して広げることで、ＴＤ方向に対する延伸が行われる。

熱処理装置は、例えば予熱、加熱、保温、冷却をそれぞれ行う領域毎に仕切られた複数の温調ゾーンを有しており、各温調ゾーンに、空気を噴射するための複数のダクトが、ＭＤ方向に沿って配置されている。
ダクトは、フィルムを挟んで上下に対向して配置されており、フィルムの表面に対向する面に、複数のノズル列が設けられている。各ノズルの噴射孔は、フィルムの表面に平行な噴射面上に設けられており、フィルムの表面に対して垂直方向からフィルムに空気を吹き付ける構成が標準的である。
特に、フィルムを加熱しながら延伸する前にフィルムの予熱を行う予熱ゾーンは、他の温調ゾーンに比べて、フィルムの表面に対する熱伝達効率を高めることが要求されている。熱伝達効率を高めるためには、ノズルの噴射孔から噴射する熱風の風量、風速を高めることや、熱風の温度を高く設定することが効果的である。しかし、消費エネルギを削減する観点では、熱風の温度を高く設定せずに、ダクトの熱伝達効率を効果的に高め、噴射孔の配置を最適化することによって、消費エネルギを大幅に削減することが可能である。

図１２に、ノズルの噴射孔の配置例を示す。図１２において、（ａ）にノズルの噴射孔単体を示し、（ｂ）に正方格子状の配置を示し、（ｃ）に最密六方格子状の配置を示す。また、図１２において、噴射孔の直径をＤ、フィルムに対する衝突噴流のヌッセルト数を求めるための領域の半径をｒ、衝突噴流の熱伝達係数を推算するためのパラメータをｇとする。
ここで、ダクトから空気を噴射するためのノズルの噴射孔の形状や配列に関して、図１２に示すように、噴射孔単体における衝突噴流の熱伝達係数と比較して説明する。
噴射孔が円形であるとき、複数の噴射孔の配列が、縦横の正方格子状に配列される場合と、互いに隣接する噴射孔同士が正三角形をなすように最密六方格子状に配列される場合とを、噴射孔単体の場合と比較したとき、衝突噴流の熱伝達係数の比が、単体：正方格子状の配列：最密六方格子状の配列＝１：３．１：３．６となる。したがって、複数の噴射孔の配列に関して、最密六方格子状に配列された場合が、フィルムの表面に対して熱伝達効率が最も高くなることが知られている（非特許文献１、２）。

図１３に、従来の一般的なダクトの形状の斜視図を示す。一方、図１３に示すように、一般的なダクト１０７自体の形状は、ＴＤ方向に対して長尺状に延ばされて、ＭＤ方向に対して短い形状である。このため、ダクト１０７の噴射面１１１には、複数のノズルの噴射孔１１２の孔列が、ＭＤ方向に対して２〜５列で配列され、ＴＤ方向に対して数十列で配列されている。したがって、噴射孔が正方格子状に配列される場合や、最密六方格子状に配列される場合であっても、一般に、ＭＤ方向に間隔をあけて配置される各孔列は、ＴＤ方向と平行に延びている。そのため、ＴＤ方向と平行な各孔列同士において、必然的にＭＤ方向に平行な直線上に複数の噴射孔が配列される、あるいはＴＤ方向に沿って噴射孔が千鳥状に配列されることになる（図３、４参照）。このように複数の噴射孔がＭＤ方向と平行に一列に配列されることで、ＭＤ方向に搬送されるフィルムに熱風を吹き付けたとき、フィルムの表面には、ＴＤ方向において熱風から熱量が十分に付与される領域と、熱風から熱量が十分に付与されない領域とが発生してしまう。その結果、搬送されるフィルムのＴＤ方向における位置毎に、フィルムに伝えられた熱エネルギにムラが生じることになる。
特許文献１、２には、フィルムのＴＤ方向において、フィルムが熱風から受ける熱量にムラが生じることを解消するための噴射孔の配列が提案されている。この配列では、ＴＤ方向に沿って配列された複数の孔列において、各孔列の噴射孔を、ＴＤ方向に対して互いに位置をずらして配置することで、各孔列の噴射孔が、ＴＤ方向に対して均一な間隔をあけて並べて配置されている。すなわち、各孔列の噴射孔は、ＴＤ方向における一端側から他端側に向かって、各孔列を跨ぐ周期的な順番で配置されており、ＴＤ方向に対する位相差が等しくなるように配列されている。この配列によって、搬送されるフィルムのＴＤ方向において、フィルムに伝えられる熱エネルギを均一化することが可能になっている。

特開２００９−２５５５１１号公報 国際公開第２００８／１１４５８６号

Martin, H., "Heat and Mass Transfer Between Impinging Gas Jets and Solid Surfaces", Advances in Heat Transfer, Academic Press, New York, Vol. 13, pp.1-60 （社）日本機械学会、伝熱ハンドブック、初版第１刷、P.55

しかしながら、上述した特許文献１、２に記載された技術では、ダクトの噴射面における複数のノズルの噴射孔の配置が、上述した正方格子状や最密六方格子状の配列ではなくなるので、上述したように、特に熱伝達効率が最も高い最密六方格子状の配列に比べて、フィルムの表面に付与される熱伝達効率が低下する問題がある。
したがって、ＭＤ方向に搬送されるフィルムのＴＤ方向において、フィルムに伝えられる熱エネルギを均一化させることと、フィルムの表面に付与される熱伝達効率を高めることとを両立させる必要がある。

そこで、本発明は、フィルムの面に空気の熱エネルギをムラなく効率的に伝えることを可能とし、製造されるフィルムの品質を向上することができるフィルム延伸装置及びフィルム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、本発明に係るフィルム延伸装置は、エア噴射装置を備え、エア噴射装置は、延伸しながら一方向に搬送されるフィルムに空気を吹き付ける複数の噴射孔と、フィルムの面に対向し、複数の噴射孔が配列された噴射面と、を有する噴射部材を備える。複数の噴射孔は、最密六方格子状に互いに等間隔に配置されると共に、隣接する噴射孔同士を仮想的に結ぶ配列線の全てが、フィルムの搬送方向及び搬送方向に直交するフィルムの幅方向に対してそれぞれ傾斜している。
なお、本発明において、最密六方格子状に互いに等間隔に配置されるとは、平面上に投影した最密六方格子をなす正六角形の各頂点及び中心（各配列線同士の交点）に配置されることを指している。換言すれば、これは、平面上で互いに組み合わされて配列された正三角形の各頂点に配置されることを意味している。

以上のように構成した本発明に係るフィルム延伸装置によれば、エア噴射装置の噴射孔が最密六方格子状に配置されることによって、フィルムの面に付与する熱エネルギの熱伝達効率が高められる。加えて、互いに隣接する噴射孔同士を仮想的に結ぶ配列線の全てが、フィルムの搬送方向及び幅方向に対してそれぞれ傾斜して配置されることによって、フィルムの幅方向において隣接する噴射孔の間隔が均一化されるので、フィルムの幅方向に対する熱伝達効率が均一化される。したがって、本発明によれば、フィルムの面の搬送方向及び幅方向に対する熱伝達効率がそれぞれ高められる。

また、本発明に係るフィルム延伸方法は、延伸しながら一方向に搬送されるフィルムに、フィルムの面に対向する噴射面に配列された複数の噴射孔から所定の温度の空気を吹き付ける熱処理工程を有する。熱処理工程では、最密六方格子状に互いに等間隔に配置されると共に、互いに隣接する噴射孔同士を仮想的に結ぶ配列線の全てが、フィルムの搬送方向及び搬送方向に直交するフィルムの幅方向に対してそれぞれ傾斜して配置された複数の噴射孔から、フィルムに空気を吹き付ける。
なお、本発明における熱処理とは、フィルムの加熱、保温、冷却を含めて指している。

本発明によれば、フィルムの面に吹き付けられる空気の熱エネルギをムラなく効率的に伝えることが可能になり、製造されるフィルムの品質を向上することができる。

本実施形態のエア噴射装置を備えるテンタ−オーブンを模式的に示す断面図である。 本実施形態のエア噴射装置の要部を示す斜視図である。 最密六方格子状の配置に関して、ＭＤ方向に対して３列の孔列が並ぶ配置例を示す平面図である。 最密六方格子状の配置に関して、ＭＤ方向に対して５列の孔列が並ぶ配置例を示す平面図である。 本実施形態における最密六方格子状の配列を示す平面図である。 図５において、ＭＤ方向に対して間隔をあけて並ぶ各孔列を示す平面図である。 第１の比較例のダクトにおける噴射孔の配列を示す平面図である。 第２の比較例のダクトにおける噴射孔の配列を示す平面図である。 実施例のダクトにおける噴射孔の配列を示す平面図である。 １つのダクトの噴射面を通過したフィルムのＭＤ方向における面平均熱伝達率の比較結果を示す図である。 １つのダクトの噴射面を通過したフィルムのＴＤ方向における面平均熱伝達率の比較結果を示す図である。 ノズルの噴射孔の配置例を示す図である。 従来の一般的なダクトの形状を示す斜視図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に、本実施形態のエア噴射装置を備えるテンタ−オーブンの、ＴＤ方向に平行な断面図を示す。図２に、本実施形態のエア噴射装置の要部の斜視図を示す。
図１に示すように、フィルムの製造工程においてフィルムの熱処理を行うテンタ−オーブンは、一方向であるＭＤ方向に搬送されるフィルム３の表面に空気を吹き付けるエア噴射装置１と、搬送されるフィルム３のＴＤ方向の両側をそれぞれ把持してフィルム３をＴＤ方向に延伸するためのクリップ６と、を備えている。

実施形態のエア噴射装置１は、搬送されるフィルム３の両面に空気をそれぞれ吹き付ける噴射部材としての複数対のダクト７と、各ダクト７に所定の温度の空気を供給する流路８と、流路８内に配置されて各ダクト７に空気を送るためのファン９と、を備えている。上下一対のダクト７は、フィルム３を間に挟んで対向する位置に配置されると共に、フィルム３のＭＤ方向に所定の間隔をあけて配置されている。
フィルム３を挟んで上下に配置される一対のダクト７において、フィルム３の表面に吹き付ける空気による押圧力を、フィルム３の両面で等しくするために、一対のダクト７における複数の噴射孔１２の位置が同一にされている。

図２に示すように、エア噴射装置１は、ＭＤ方向に搬送されるフィルム３に空気を吹き付ける複数の噴射孔１２と、フィルム３の表面に対向し、複数の噴射孔１２が配列された噴射面１１と、を有するダクト７を備えている。複数の噴射孔１２は、噴射面１１上に、最密六方格子状に互いに等間隔で配置されると共に、互いに隣接する噴射孔１２の中心同士を仮想的に結ぶ配列線１３の全てが、フィルム３のＭＤ方向及びＭＤ方向に直交するフィルム３のＴＤ方向に対してそれぞれ傾斜して配置されている。

以上のように構成されたテンタ−オーブンが備えるエア噴射装置１において、フィルム３を加熱する動作を説明する。
エア噴射装置１に供給されるフィルム３は、ＴＤ方向における両端がクリップ６によって把持されながらＭＤ方向に搬送される。エア噴射装置１は、ＭＤ方向に搬送されるフィルム３を挟んで上下に配置された一対のダクト７の噴射孔１２から熱風を噴射し、熱風がフィルム３の表面に吹き付けられることでフィルム３が加熱される。

上述した本実施形態における噴射孔１２の最密六方格子状の配置について詳細に説明する。
まず、ノズルの噴射孔１２が最密六方格子状に配列される場合、噴射孔１２の配列パターンの一例として、図３に示すように、ＭＤ方向に対して３列の孔列が並んで配置される構成や、図４に示すように、ＭＤ方向に対して５列の孔列が並んで配置される構成が考えられる。
図３及び図４に示すように、これらの構成では、フィルム３がＭＤ方向に搬送されたとき、ＴＤ方向におけるフィルム３の同一位置（ＴＤ方向における同一座標）に熱風が吹き付けられ続けることになり、同一位置に熱エネルギが蓄積されることになる。このため、フィルム３のＴＤ方向に対する座標において、熱風から熱エネルギが蓄えられやすい（付与されやすい）座標と、熱エネルギが蓄えられにくい座標とが分布することになる。その結果、フィルム３のＴＤ方向において、フィルム３に伝わる熱エネルギのムラが生じやすいという不都合がある。

ここで、図４に示した最密六方格子状の配列パターンを、図４中の反時計回りに回転させることによって、隣接する噴射孔１２同士を結ぶ配列線１３を、噴射面１１上で、ＭＤ方向に対して傾斜させていく。図５に示すように、任意の１つの噴射孔１２を通り、ＭＤ方向に平行な直線Ｌと、前記１つの噴射孔１２を通る配列線１３Ａとがなす角度のうちで最小の角度をθとする。このとき、この最小の角度θ（以下、最密六方格子の傾斜角θと称する）が所定の角度をなすとき、図５に示すように、全ての噴射孔１２が、ＴＤ方向に対して所定の間隔ｘをあけて均等に配置されることになる。つまり、間隔ｘは、ＴＤ方向に対する噴射孔１２のピッチに相当する。
言い換えると、最密六方格子の傾斜角θが所定の角度であるときに、複数の噴射孔１２は、ＭＤ方向における位置を周期的に変化させるように配置され、かつ、ＴＤ方向に対する各噴射孔１２の位相差が均等に配置されることになる。また、ＴＤ方向における一端側から他端側にわたって噴射面１１に配置された複数の噴射孔１２において、ＴＤ方向における同一座標に位置する噴射孔１２は存在していない。
このとき、隣接する噴射孔１２同士を結ぶ配列線１３の全てが、フィルム３のＭＤ方向及びＴＤ方向に対してそれぞれ傾斜して配置されている。すなわち、噴射面１１における全ての配列線１３は、ＭＤ方向及びＴＤ方向に対してそれぞれ非平行になるように、噴射孔１２が配置されている。

図６に、図５に示した噴射孔１２の配置と同一配置において、ＭＤ方向に対して間隔をあけて並ぶ各孔列を示す。図６において、１つのダクト７において、隣接する噴射孔１２同士を結ぶ配列線１３の長さをＷとし、ＭＤ方向における両端に配置された２つの噴射孔１２間の長さをＷＬとする。
図６に示す配置例では、ＴＤ方向における同一座標に、噴射孔１２ｉと噴射孔１２ｊとがそれぞれ配置されることになる。このような配置は、本発明における課題の観点から、ＴＤ方向における同一座標に噴射孔１２が存在することを避ける必要がある。このため、実質的に噴射孔１２ｉと噴射孔１２ｊとを同時に存在させることができないので、噴射孔１２ｉと噴射孔１２ｊのいずれか一方のみが存在することになる。このように考えると、図６中に示す第１孔列（１）と第１’孔列（１’）は、周期的な配列パターンにおける同一の孔列と見なすことができる。このため、図６に示した孔列の配置例は、実質的に、第１孔列（１）ないし第４孔列（４）からなる４列の配置であると考えることができる。

ここで、噴射孔１２が一列に配列されてＭＤ方向に対して間隔をあけて並ぶ複数の孔列の数をｎとしたとき、最密六方格子の傾斜角θは、式（１）によって定義される。

すなわち、本実施形態のエア噴射装置１は、複数の噴射孔１２が、式（１）を満たすように配列されている。
なお、本実施形態では、一例として最密六方格子を反時計回りに回転させて配置している。このため、最密六方格子の傾斜角θは、図６に示すように、噴射孔１２ｉと噴射孔１２ｊとを結ぶ直線に平行な方向、すなわちＭＤ方向に平行な直線（基準線）と、この直線の図６中左側に隣接する配列線１３とがなす角度として定義されている。しかし、最密六方格子を反時計回りに回転させて配置する構成に限定するものではなく、時計回りに回転させて配置してもよく、本実施形態と同一の効果を得ることができる。最密六方格子を時計回りに回転させて配置する場合、最密六方格子の傾斜角θは、ＭＤ方向に平行な直線と、この直線の右側に隣接する配列線１３とがなす角度として定義される。

式（１）を用いることで、ダクト７の噴射面１１に、ＭＤ方向に対して間隔をあけて並ぶ複数の孔列を３列にする場合には、ｎ＝３であり、θ＝１９．１度となる。また、ＭＤ方向に対して間隔をあけて並ぶ孔列を４列にする場合には、ｎ＝４であり、θ＝１３．９度となる。また、ＭＤ方向に対して間隔をあけて並ぶ孔列を５列にする場合には、ｎ＝５であり、θ＝１０．９度となる。すなわち、ＭＤ方向に対して間隔をあけて並ぶ孔列の数ｎが増えることに伴って、傾斜角θが徐々に小さくなる。

さらに、孔列の数ｎ、傾斜角θ、配列線１３の長さＷを用いて、ＴＤ方向における噴射孔１２の間隔ｘは、式（２）によって定義される。

すなわち、本実施形態のエア噴射装置１は、複数の噴射孔１２が、式（２）を満たすように配列されている。

式（２）を用いることで、孔列の数ｎを３列にする場合には、ｎ＝３であり、ｘ＝０．３２７Ｗとなる。孔列の数ｎを３列にする場合には、ｎ＝３であり、ｘ＝０．３２７Ｗとなる。また、孔列の数ｎを４列にする場合には、ｎ＝４であり、ｘ＝０．２４０Ｗとなる。また、孔列の数ｎを５列にする場合には、ｎ＝５であり、ｘ＝０．１８９Ｗとなる。
したがって、配列線１３の長さＷを一定にした場合には、ＭＤ方向に対して間隔をあけて並ぶ孔列の数ｎが増えること伴って、ＴＤ方向における噴射孔１２の間隔ｘが小さくなる。

ここで、図６に示した噴射孔１２の配置例について、式（１）及び式（２）を用いて、例えば配列線の長さＷ＝４０ｍｍである場合を考えると、ＭＤ方向に対して間隔をあけて並ぶ孔列の数ｎを４列とした場合、ｘ＝９．６ｍｍとなる。この場合、噴射孔１２の直径がφ９．６ｍｍ以上に形成されていれば、フィルム３の表面のＴＤ方向において、噴射面１１に対向する領域全体に噴射孔１２からの熱風が吹き付けられることになる。そのため、実質的に、１つのダクト７の噴射面１１を通過するフィルム３は、ＴＤ方向における全域にわたって熱風から熱エネルギがムラなく付与されることになると共に、噴射孔１２を最密六方格子状に配置することよってフィルム３の表面に付与する熱エネルギの熱伝達効率を高める効果を併せ持つことになる。すなわち、フィルム３の加熱をムラなく効率的に行うことができる。
なお、噴射孔１２の直径よりも、ＴＤ方向における噴射孔１２の間隔ｘが大きすぎる場合には、ＭＤ方向に搬送されるフィルム３に吹き付けられる熱風によって付与される熱量の分布が、ＴＤ方向に対して生じ易くなる。したがって、ＴＤ方向に対してフィルムをムラなく加熱するためには、上述したように、噴射孔１２の直径は、噴射孔１２の間隔ｘ以上に設定することが望ましい。

（実施例）
上述した実施形態のエア噴射装置１の効果について、比較例と比較した結果を説明する。
図７に、第１の比較例のダクト７における噴射孔１２の配列の平面図を示す。図８に、第２の比較例のダクト７における噴射孔１２の配列の平面図を示す。図９に、実施例のダクト７における噴射孔１２の配列の平面図を示す。
第１及び第２の比較例、実施例では、ファン９からダクト７へ供給する空気の温度を１６０℃とし、ダクト７へ供給する空気の流量を９３［ｍ³／ｍｉｎ］とし、ダクト７を通過するフィルム３の初期温度（ダクト７の通過前の温度）を２０℃とした。また、フィルム３は、ＴＤ方向に対する幅寸法を９００ｍｍとし、搬送速度を２４０［ｍ／ｍｉｎ］とした。
ダクト７の外形寸法は、ＴＤ方向の長さを１６００ｍｍ、ＭＤ方向の長さを３００ｍｍ、フィルム３の全幅にわたって空気が吹き付けられるようにＴＤ方向における幅１１００ｍｍの領域にわたって噴射孔１２を配置した。また、フィルム３の表面と、ダクト７の噴射面１１との距離（図２に示す距離Ｈ）を１４０ｍｍに設定した。
図７に示すように、第１の比較例において、第１孔列（１）と第３孔列（３）は、噴射孔１２をＴＤ方向と平行にピッチ６０ｍｍで配列し、配列を互いに同一にした。第２孔列（２）は、噴射孔１２をＴＤ方向と平行にピッチ６０ｍｍで配列し、噴射孔１２が、第１孔列（１）において隣接する噴射孔１２同士の間の中央に位置するように、ＴＤ方向に対して位置をずらして配置した。
図８に示すように、第２の比較例において、第１孔列（１）、第２孔列（２）、第３孔列（３）は、噴射孔１２をＴＤ方向と平行にピッチ７２ｍｍで配列した。また、第２孔列（２）の噴射孔１２の位置を、第１孔列（１）の噴射孔１２の位置に対して１／３ピッチだけ位置をずらして配置した。同様に、第３孔列（３）の噴射孔１２の位置を、第２孔列（２）の噴射孔１２の位置に対して１／３ピッチだけ位置をずらして配置した。したがって、第１孔列（１）の噴射孔１２に対して、第２孔列（２）の噴射孔１２、第３孔列（３）の噴射孔１２が互いに１／３ピッチずつ位置をずらして配置されている。

図９に示すように実施例では、噴射孔１２を最密六方格子状に配列し、配列線１３の長さＷを８２ｍｍ、噴射孔１２の孔列の数ｎを４として、上述した式（１）を満たすように噴射孔１２を配列した。実施例における最密六方格子の傾斜角θは１３．９度になった。
また、第１の比較例、第２の比較例、実施例の各配列において、噴射面１１に配置される噴射孔１２の総数が異なるので、噴射孔１２からの空気の流量が一定値とするために、流量が互いに等しくなるように噴射孔１２の直径をそれぞれ設定した。第１の比較例、第２の比較例、実施例において、噴射孔１２からの流量が３０［ｍ／ｓ］となるように、第１の比較例における噴射孔１２の直径をφ２５ｍｍとし、第２の比較例における噴射孔１２の直径をφ２２ｍｍとし、実施例における噴射孔１２の直径をφ２２ｍｍとした。

以上のように構成した第１の比較例、第２の比較例、実施例における噴射孔の配列について、フィルム３に対する面平均熱伝達率を評価した結果を図１０及び図１１に示す。
図１０に、１つのダクト７の噴射面１１を通過したフィルム３のＭＤ方向における面平均熱伝達率［Ｗ／ｍ²Ｋ］の比較結果を示す。図１１に、１つのダクト７の噴射面１１を通過したフィルム３のＴＤ方向における面平均熱伝達率［Ｗ／ｍ²Ｋ］の比較結果を示す。
第１の比較例の配列では、ＴＤ方向における噴射孔１２のピッチが、相対的に狭い６０ｍｍであるため、ＴＤ方向に対して隣接する噴射孔１２同士が噴射する空気が互いに干渉し、フィルム３の表面に対する熱伝達効率の低下を招いた。その結果、第１の比較例では、図１０及び図１１に示すように、ＭＤ方向及びＴＤ方向に対する面平均熱伝達率が５３．２［Ｗ／ｍ²Ｋ］程度になった。
第２の比較例の配列では、ＴＤ方向における噴射孔１２のピッチが、第１の比較例よりも広い７４ｍｍであるため、ＴＤ方向に対して隣接する噴射孔１２同士が噴射する空気が互いに干渉することが少なくなり、ＴＤ方向に対する熱伝達効率が、第１の比較例よりも高くなった。その結果、第２の比較例は、図１１に示すように、ＴＤ方向に対する面平均熱伝達率が６１．４［Ｗ／ｍ²Ｋ］となり、第１の比較例と比べて１５．２％向上した。また、第２の比較例の配列は、第１孔列（１）から第３孔列（３）の各噴射孔１２を、ＴＤ方向に対して１／３ピッチずつ位置をずらして配置したことで、ＭＤ方向に対する熱伝達効率が高められた。その結果、第２の比較例は、図１０に示すように、ＭＤ方向に対する面平均熱伝達率が６１．０［Ｗ／ｍ²Ｋ］となり、第１の比較例と比べて１４．７％向上した。

そして、本実施例の配列では、最密六方格子状に配列されると共に、ＴＤ方向に対して間隔ｘで均等に配置、すなわちＴＤ方向に対して所定のピッチで配置されたことによって、図１０に示すように、ＭＤ方向に対する面平均熱伝達率が６７．０［Ｗ／ｍ²Ｋ］となり、第１の比較例に比べて２６％向上し、第２の比較例に比べて９．８％向上した。また、実施例の配列では、図１１に示すように、ＴＤ方向に対する面平均熱伝達率が６７．１［Ｗ／ｍ²Ｋ］となり、第１の比較例に比べて２５．９％向上し、第２の比較例に比べて９．３％向上した。

上述したように、実施形態のエア噴射装置１によれば、噴射孔１２が最密六方格子状に配列されると共に、噴射孔１２が式（１）を満たすように配列されることによって、噴射面１１全体において、ＴＤ方向に並んで配置される噴射孔１２の間隔ｘが均等に配置される（ＴＤ方向に対する噴射孔１２の位相差が均等に配置される）。これにより、最密六方格子状の配列によってフィルム３の表面に対する面平均熱伝達率を高めることができると共に、搬送されるフィルム３のＴＤ方向において、フィルム３に付与される熱エネルギを均一化することができる。
したがって、実施形態のエア噴射装置１は、フィルム３の表面に空気の熱エネルギをムラなく効率的に伝えることを可能とし、フィルム３の品質の向上を図ることができる。その結果、本実施形態によれば、噴射孔１２の配列を最適化することが可能になり、フィルム３を効率的に加熱することができ、消費エネルギの削減に貢献できる。
なお、本発明は、フィルムの加熱に限定されるものではなく、冷却や保温等の熱処理に用いられてもよいことは勿論である。

１ エア噴射装置
３ フィルム
７ ダクト
１１ 噴射面
１２ 噴射孔
１３ 配列線

Claims (9)

1. エア噴射装置を備えたフィルム延伸装置であって、
   前記エア噴射装置が、延伸しながら一方向に搬送されるフィルムに空気を吹き付ける複数の噴射孔と、前記フィルムの面に対向し、前記複数の噴射孔が配列された噴射面と、を有する噴射部材を備え、
   前記複数の噴射孔は、前記噴射面上において、最密六方格子状に互いに等間隔に配置されると共に、互いに隣接する前記噴射孔同士を仮想的に結ぶ配列線の全てが、前記フィルムの搬送方向及び前記搬送方向に直交する前記フィルムの幅方向に対してそれぞれ傾斜している、フィルム延伸装置。
2. 前記噴射面上において、１つの前記噴射孔を通り、前記搬送方向に平行な直線と、前記１つの噴射孔を通る前記配列線とがなす角度のうちで最小の角度をθとし、前記噴射孔が一列に配列されて前記搬送方向に対して間隔をあけて並ぶ複数の孔列の数をｎとしたとき、
   

   

   を満たすように前記複数の噴射孔が配列されている、請求項１に記載のフィルム延伸装置。
3. 前記噴射面上において、１つの前記噴射孔を通り、前記搬送方向に平行な直線と、前記１つの噴射孔を通る前記配列線とがなす角度のうちで最小の角度をθとし、前記噴射孔が一列に配列されて前記搬送方向に対して間隔をあけて並ぶ複数の孔列の数をｎとし、前記配列線の長さをＷとしたとき、前記幅方向において隣接する前記噴射孔の間隔ｘが、
   

   

   を満たすように前記複数の噴射孔が配列されている、請求項１に記載のフィルム延伸装置。
4. 前記噴射孔の直径は、前記間隔ｘ以上である、請求項３に記載のフィルム延伸装置。
5. 前記複数の噴射孔は、前記搬送方向に搬送される前記フィルムを挟んで互いに対向する位置に配置されている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフィルム延伸装置。
6. フィルム延伸方法であって、
   延伸しながら一方向に搬送されるフィルムに、前記フィルムの面に対向する噴射面に配列された複数の噴射孔から所定の温度の空気を吹き付ける熱処理工程を有し、
   前記熱処理工程では、最密六方格子状に互いに等間隔に配置されると共に、互いに隣接する前記噴射孔同士を仮想的に結ぶ配列線の全てが、前記フィルムの搬送方向及び前記搬送方向に直交する前記フィルムの幅方向に対してそれぞれ傾斜して配置された前記複数の噴射孔から、前記フィルムに空気を吹き付ける、フィルム延伸方法。
7. 前記熱処理工程では、前記噴射面上において、１つの前記噴射孔を通り、前記搬送方向に平行な直線と、前記１つの噴射孔を通る前記配列線とがなす角度のうちで最小の角度をθとし、前記噴射孔が一列に配列されて前記搬送方向に対して間隔をあけて並ぶ複数の孔列の数をｎとしたとき、
   

   

   を満たすように配列された前記複数の噴射孔から、前記フィルムに空気を吹き付ける、請求項６に記載のフィルム延伸方法。
8. 前記熱処理工程では、前記噴射面上において、１つの前記噴射孔を通り、前記搬送方向に平行な直線と、前記１つの噴射孔を通る前記配列線とがなす角度のうちで最小の角度をθとし、前記噴射孔が一列に配列されて前記搬送方向に対して間隔をあけて並ぶ複数の孔列の数をｎとし、前記配列線の長さをＷとしたとき、前記幅方向において隣接する前記噴射孔の間隔ｘが、
   

   

   を満たすように配列された前記複数の噴射孔から、前記フィルムに空気を吹き付ける、請求項６に記載のフィルム延伸方法。
9. 前記噴射孔の直径を、前記間隔ｘ以上にする、請求項８に記載のフィルム延伸方法。

Images