JP7069708B2 - 水切り装置、水切り方法およびウェブの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面が水で濡れたウェブから水を除去する水切り装置及び方法に関する。

長尺の樹脂フィルムなどであるウェブの表面に付着した水を除去する方法として、空気をウェブの表面に吹きつけて空気流とともに水を飛散させる方法が知られている。特許文献１には、ロールに沿って搬送されている長尺のフィルムに対し、シート状あるいはカーテン状の空気を吹きつけることにより、フィルムの表面に付着している水を除去することが開示されている。シート状あるいはカーテン状の空気の噴流は、例えば、細長いスリットからなるノズル、あるいは、一直線上に配置された多数の噴出穴を有するノズルから空気を噴出させることにより形成される。シート状あるいはカーテン状の空気の噴流のことをシート状空気流と呼び、シート状空気流を生成するノズルをスリットノズルあるいはエアナイフとも呼ぶ。

特開２０１１－２３２０１６号公報

生産性向上などの観点から、樹脂フィルムなどのウェブを加工し処理するときにウェブの搬送速度を高くすることが望まれている。ウェブの搬送速度が高くなった場合、それに対応して除去しなければならない水の量の多くなるから、ロールに沿って搬送されているウェブに対してシート状空気流を吹きつけて水切りを行なうときの空気流の速度も高くする必要がある。しかしながら、空気流の速度が高くなった場合、特許文献１に記載されているような、ウェブがロールなどの回転体に張架されて背面側から支持されている場合であっても、ウェブにしわが生ずることがある。ウェブが例えば樹脂フィルムである場合であれば、しわの発生は外観不良の原因となるだけでなく、そのウェブを後工程に搬送するときの搬送不良の原因ともなる。

よって本発明の目的は、表面に水が濡れているウェブの水切りを行なう装置及び方法であって、しわ等を発生させることなく水切りを行うことができる装置及び方法を提供することにある。

本発明の水切り装置は、表面が濡れたウェブの水切りを行なう水切り装置であって、搬送されるウェブを背面から支える回転体と、回転体に近接して設けられ、回転体に支えられたウェブの表面に向けて空気流を噴出する吹き出し口と、吹き出し口からみてウェブの搬送方向上流側に設けられ、先端にウェブの幅よりも長い辺を有する整流板と、を有し、整流板の先端と回転体との間にウェブが通過可能な隙間が設けられていることを特徴とする。

本発明の水切り方法は、表面が濡れたウェブの水切りを行なう水切り方法であって、ウェブの背面を回転体によって支持しながらウェブを搬送し、ウェブの表面から離れて配置され先端にウェブの幅よりも長い辺を有する整流板からみてウェブの搬送方向の下流側の位置で、回転体によって支えられたウェブの表面に向けて吹き出し口から空気流を噴出することを特徴とする。

本発明のウェブの製造方法は、本発明の水切り方法により表面が濡れたウェブの水切りを行なう工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、空気流を吹きつけてウェブの水切りを行なうときに、空気流を吹きつける位置よりもウェブの搬送方向上流側に整流板を配置することにより、空気流の風速が大きい場合であっても回転体からウェブが浮き上がることを抑制できてしわの発生を防止できるようになる、という効果が得られる。

水切り装置が適用されるシステムの一例を示す図である。 本発明の実施の一形態の水切り装置を示す図である。 水切り途中のウェブを説明する斜視図である。 ウェブにおけるしわの発生を説明する図である。 ウェブのロール表面からの浮上を説明する図である。 浮上の原因を説明する図である。 整流板の配置の一例を示す図である。 実施の一形態の水切り装置の要部を説明する図である。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、長尺の樹脂フィルムなどのウェブを処理するシステムであって、本発明に基づく水切り装置を含むシステムの構成の一例を示している。

図１に示すシステムは、ロール形態で供給されるウェブ１０の表面に対して塗工を行い、次いで水で洗浄し、洗浄後にウェブ１０を乾燥させて再びロール形状に巻き取るものである。乾燥を行なう際にウェブ１０の表面に水滴が付着していると、乾燥ムラが生じ、例えば外観不良などの原因となる。そこで乾燥を行なう前に水切りを行なう必要がある。このシステムは、ロール形態で供給されるウェブ１０を巻き出す巻出し部１１と、巻き出されたウェブ１０の表面に塗工を行なう塗工機１２と、塗工後のウェブ１０を水で洗浄する洗浄槽１３と、洗浄後のウェブ１０の水切りを行なう水切り装置１４と、水切りが行われたウェブ１０を乾燥させる乾燥炉１５と、乾燥後のウェブ１０を巻き取る巻取り部１６と、を備えている。ウェブ１０は、巻出し部１１から塗工機１２、洗浄槽１３、水切り装置１４及び乾燥炉１５を経て巻取り部１６に連続して架け渡されており、巻出し部１１から巻取り部１６へ連続的に搬送されるようになっている。ウェブ１０は、一例として樹脂フィルムであり、ＪＩＳ Ｃ２１５１（ＪＩＳ Ｋ７１２７）に基づいて測定される引張弾性率が好ましくは０．１ＧＰａ以上５．５ＧＰａ以下の範囲内にあるものである。

図２は、水切り装置１４の内部構成を断面図として示している。水切り装置１４は、筺体２４の内部に、空気を噴出するノズルである４本のエアノズル２１と、エアノズル２１ごとにエアノズル２１に対向して設けられたロール２２と、エアノズル２１ごとにエアノズル２１の空気吹き出し口に近接して配置された整流板２３と、を備えている。このほか、ウェブ１０を案内するためのいくつかの補助ロール２５も設けられており、ロール２２と補助ロール２５とによってウェブ１０のためのＷ字形の搬送経路が形成されており、ウェブ１０はこの搬送経路に沿って図示矢印方向に連続的に搬送される。ウェブ１０は、少なくともエアノズル２１に対向する位置において、回転体であるロール２２によって支えられることになる。ウェブ１０の搬送のとき、ロール２２や補助ロール２５もウェブ１０に引きずられて回転する。当然のことながら、ロール２２及び補助ロール２５の長さは、ウェブ１０の幅よりも長い。

各エアノズル２１はスリットノズルあるいはエアナイフとして構成されたものであって、内部に空気通路２６を有しており、この空気通路２６は、エアノズル２１の外周部においてスリット状に開口しており空気流の吹き出し口を形成している。空気通路２６には、不図示の圧縮空気源から圧縮空気が供給されている。空気通路２６の開口は、ロール２２に沿って搬送されているウェブ１０を向いており、開口が延びる方向は、対応するロール２２の回転軸方向と平行になっている。開口は、ウェブ１０の幅よりも長く形成されている。図では、エアノズル２１が略四角形の断面形状として描かれており、空気通路２６の開口は、断面を示す四角形の頂点の１つに位置することになる。このようにエアノズル２１が構成されていることにより、エアノズル２１からはシート状空気流が噴出し、ウェブ１０の表面においてシート状空気流が衝突する領域は、ウェブ１０の全幅にわたってロール２２の回転軸方向に延びる細長い領域となる。

ウェブの表面性状（親水性／疎水性）や表面状態により水の付着量が変化すること、およびウェブの搬送速度によって水の持ち込み量が異なることから、水切りに必要なエアノズルからの風速は任意に選択される。本発明の例では、１０～１００ｍ／分の搬送速度に対し、３０～１４０ｍ／ｓのノズル風速を好適に選択するのが好ましい。

また、ウェブをシワなく安定搬送させるには、ウェブの搬送に適した張力を付与する必要がある。ウェブの材質、厚み、幅、剛性といったパラメータと適用する工程、速度条件から最適な張力を付与する場合がほとんどであるが、過剰な張力はウェブの変形を生じさせることから好ましくない。本発明の例では１５～１００Ｎ／ｍの範囲で適用するのが好ましい。

ここでは、スリット状の開口によってエアノズル２１の吹き出し口を形成しているが、吹き出し口の構成はこれに限られるものではない。例えば、空気通路２６に連通する複数の円形の貫通孔を一列に配置し、これらの貫通孔から同時に空気を噴出してシート状空気流を形成するようにした吹き出し口を用いるようにしてもよい。以下の説明においてエアノズル２１の吹き出し口の長さとは、吹き出し口についてのロール２２の回転軸方向での長さをいう。

ロール２６の回転軸に直交する面で考えると、エアノズル２１からのシート状空気流は、ウェブ１０に対して垂直方向ではなく、ウェブ１０の搬送方向の上流側に空気流が流れるように、ウェブ１０に対して傾斜する方向で噴出する。空気流をどの程度の傾斜角で噴出するかはエアノズル２１の設置角度を変更することで調整できる。ウェブ１０の搬送方向上流側に向かうようにエアノズル２１からシート状空気流を噴き出すことにより、ウェブ１０上の水滴も上流側に飛ばされるので、水切りを効率よく行うことができる。整流板２３は、シート状空気流が当たったときのウェブ１０の表面近傍での流れを制御するためのものであるが、その詳細については後述する。筺体２４は、水切りによってウェブ１０の表面から除去された水が水滴として周囲に飛散することを防ぐためのものである。効率的に水切りを行なうためには、筺体２４の内部を排気することが好ましい。

図２に示した水切り装置１４では、ウェブ１０の一方の表面に対して２個のエアノズル２１を配置し、他方の表面に対しても２個のエアノズル２１を配置することによって、ウェブ１０の両方の表面の水切りが行なわれる。ウェブ１０の各表面に対して複数のエアノズル２１を配置するのは、ウェブ１０の表面の性状や搬送速度によっては１つのエアノズル２１だけでは水切りが十分に行なえない場合があるからである。図３は、水切り工程の途中の状態を示す図である。エアノズル２１からシート状空気流をウェブ１０に対して吹きつけることによって、ウェブ１０の表面の水が吹き飛ばされるが、エアノズル２１からの１回の吹きつけだけでは、図において影を付した部分によって示すように、ウェブ１０の表面に筋状に不均一に水が残存する。図２に示したものではエアノズル２１、ロール２２及び整流板２３からなる組を４組設けているが、必要に応じ、この組の数を増減することができる。

本実施形態の水切り装置１４では、ロール２２に対するエアノズル２１及び整流板２３の配置を最適化することによって、シート状空気流の風速が大きい場合であってもしわ等を発生させることなく確実に水切りを行うことができるようにしている。以下、最適な配置を見つけるために本発明者らが得た知見を説明することによって、本実施形態の水切り装置１４についてさらに詳しく説明する。

図４は、ロール２２に対向してエアノズル２１を設けたが整流板２３を設けなかった場合におけるウェブ１０でのしわの発生を説明する図であり、（ａ）はエアノズル２１からのシート状空気流の風速が相対的に小さい場合を示し、（ｂ）は風速が相対的に大きい場合を示している。風速が相対的に小さい場合には、（ａ）に示すように、ロール２２に沿って搬送されているウェブ１０に対してエアノズル２１からシート状空気流を吹きつけてもウェブ１０にしわが発生することはなかった。これに対し、風速が相対的に大きい場合には、（ｂ）に示すように、ロール２２の表面に接している領域から搬送方向下流側に向け、ウェブ１０の表面にしわ３１が形成された。本発明者らはこの現象を検討したところ、シート状空気流を吹きつけたときにウェブ１０がロール２２の表面から浮き上がる現象を見出し、これがしわ３１の原因ではないかとの結論を得るに至った。

図５はロール２２からのウェブ１０の浮き上がりを説明する図であり、（ａ）はエアノズル２１からのシート状空気流の風速が相対的に小さい場合を示し、（ｂ）は風速が相対的に大きい場合を示している。風速が相対的に小さい場合には、（ａ）に示すように、ロール２２に沿って搬送されているウェブ１０に対してエアノズル２１からシート状空気流を吹きつけてもウェブ１０の浮き上がりが発生することはなかった。一方、風速が相対的に大きい場合には、（ｂ）に示すように、ロール２２の表面からウェブ１０が浮き上がった。この浮き上がりをもたらす力を浮力Ｆとする。（ｂ）ではウェブ１０の全体がロール２２から浮き上がっているが、図３に示したようにウェブ１０の表面に不均一に水が付着している場合、水が付着している領域ではウェブ１０とロール２２の表面との間の吸着力が発生するため、ロール２２からのウェブ１０の浮き上がりは、ウェブ１０での筋状の領域で起こるものと考えられる。筋状の領域でウェブ１０が浮き上がることより、ウェブ１０にしわ３１（図４参照）が形成されるものと考えられる。

図６は、ウェブ１０の浮き上がりの原因を説明する図である。（ａ）に示すように、シート状空気流は、エアノズル２１の空気通路２６から吹き出し口を経てウェブ１０に衝突し、衝突後は、ロール２３に沿って湾曲しているウェブ１０の表面に沿って流れる。ウェブ１０の表面に沿って空気流が湾曲して流れると、コアンダ効果によって、ウェブ１０をロール２２の表面から引き離す方向への力すなわち浮力Ｆが発生するものと考えられる。図において、浮力Ｆが発生する領域の主要部には影が付されている。その結果、（ｂ）においてＳで示す領域において、ウェブ１０がロール２２の表面から浮き上がることになる。ここではシート状空気流は十分速くて乱流になっているから、浮き上がったウェブ１０は、図示するように波打ってばたつくことになる。この波打ちはウェブ１０の下流側にも伝播し、その結果、シート状空気流が衝突する領域よりも下流側において、ウェブ１０にしわが発生するものと考えられる。以上の考察から明らかなように、シート状空気流の風速が大きいほど、ウェブ１０の浮き上がりとしわの発生とが顕著になる。

以上の結果を踏まえ、本発明者らは、エアノズル２１の吹き出し口の近傍であってロール２２の表面に近接した位置に整流板２３を配置し、コアンダ効果によるウェブ１０における浮力Ｆの発生を抑制することを検討した。整流板２３は、例えば略四辺形である板状の部材である。整流板２３は、シート状空気流を制御するために、エアノズル２１の吹き出し口に近接するとともにロール２２の回転軸方向と平行な辺を備えており、この辺は整流板２３の先端となるものである。整流板２３の先端を構成するこの辺の長さはエアノズル２１の吹き出し口の長さよりも長くなっている。図７は整流板２３の配置の一例を示している。図示した例では、ロール２２の回転軸に直交する平面で考えて、整流板２３は、ロール２２の回転軸とエアノズル２１の吹き出し口とを結ぶ線に対してほぼ直交して配置している。このように整流板２３を配置した場合、ウェブ１０のロール２２からの浮き上がりを抑制する一定の効果が認められた。しかしながら、整流板２３とロール２２の表面との間の間隔が狭くなっている部分で負圧が発生するので、この間隔が狭くなっている部分の面積が大きい場合、すなわちロール２２の周方向での整流板２３の長さが大きい場合、かえってウェブ１０の浮き上がりを促進してしわの発生の原因となる。

本発明者らは整流板２３の配置についてさらに検討を重ね、ウェブ１０の浮き上がりを抑制してウェブ１０でのしわの発生を防止できる配置を見出した。図８は、本発明の実施の一形態の水切り装置におけるエアノズル２１、ロール２２及び整流板２３の配置を説明するものであって、ロール２２の回転軸Ｏに垂直な平面での断面図として描かれている。エアノズル２１の吹き出し口から噴出したシート状空気流がウェブ１０に衝突する位置をＰとする。ウェブ１０の厚さが十分に薄いとすれば、点Ｐは、吹き出し口に連通する空気通路２６の中心線とロール２２の表面との交点と考えることができる。直線ＯＰに沿った方向での点Ｐとエアノズル２１の吹き出し口との距離をａとする。直線ＯＰと整流板２３の先端との距離をＬとする。整流板２３の先端とロール２２の表面との間隔をｂとし、直線ＯＰと整流板２３がなす角度をαとする。角度αは、整流板２３の先端を中心として整流板２３がウェブ１０の搬送方向上流側に回転する方向が正となるように定める。エアノズル２１におけるシート状空気流の噴出方向と直線ＯＰとがなす角度をθとする。上述したようにシート状空気流は、ウェブ１０の搬送方向上流側に向けて噴出させることが好ましいから、搬送方向上流側に噴出することとなるときが正の値となるように角度θを定める。エアノズル２１の吹き出し口の幅、すなわち噴出時におけるシート状空気流の厚さをｄとする。

整流板２３の傾きを示す角αについて、図７に示すようにα＝９０°とした場合には、整流板２３とロール２２との間の間隔の狭い部分において負圧が発生するので、しわ防止の効果があまり得られない。本発明者らの検討によれば、しわ防止の観点から、角αを５°以上８０°以下とすることが好ましく、例えば２０°程度とすることがさらに好ましい。整流板２３の先端とウェブ１０の表面との間隔ｄは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが好ましく、例えば１ｍｍ程度とすることが好ましい。直線ＯＰに直交する方向におけるエアノズル２１の吹き出し口と整流板２３との先端の距離Ｌは、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが好ましく、例えば１０ｍｍ程度とすることが好ましい。

エアノズル２１の吹き出し口とロール２２の表面との間隔ａは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが好ましく、例えば１ｍｍとすることが好ましい。吹き出し口の幅ｄは、例えば０．８ｍｍに設定されるが、これよりも広くても狭くてもよい。エアノズル２１の吹き出し口からのシート状空気流の噴出方向を表わす角度θについて、θ＝０°すなわちウェブ１０に対して垂直にシート状空気流が衝突する場合であっても水切り効果が得られるが、ウェブ１０の搬送方向上流側に向けてシート状空気流を噴出する方が、言い換えればθを０°よりも大きくするほうが、より高い効果が得られる。その一方で、θ＝９０°すなわちウェブ１０に対して平行にシート状空気流を噴出した場合には、吹き出し口の位置がロール２２の表面から離れているので空気流がウェブ１０に衝突しないこととなり、水切り効果が得られにくいことになる。本発明者らの検討によれば、θは０°以上７０°以下とすることが好ましく、１０°以上５０°以下とすることがさらに好ましい。一例として角θは４５°に設定される。

以上説明した本実施形態の水切り装置１４によれば、ウェブ１０にしわを発生させることなく、エアノズル２１の吹き出し口から大きい風速でシート状空気流をウェブ１０に吹きつけることができる。その結果、ＪＩＳ Ｃ２１５１（ＪＩＳ Ｋ７１２７）に基づいて測定される引張弾性率が例えば０．１ＧＰａ以上５．５ＧＰａ以下の範囲内にあるウェブ１０の表面に付着している水を、ウェブ１０にしわを発生させることなく確実に除去することができる。また本発明の水切り装置は、排気チャンバのような大がかりな装置を要せずとも本発明の効果を奏することができ、運転コストの節約やメンテナンス負担の軽減にも資する。

［実施例１］
図１に示すシステムで、多孔を有する樹脂フィルムを加工した。具体的には、まず、幅６００ｍｍのポリオレフィン多孔質膜（厚さ７μｍ）を搬送速度６０ｍ／分でロールから巻き出し、塗工機１２でポリオレフィン多孔質膜の両面に塗工液を塗布した後、洗浄槽１３で表面を水洗浄し、水切り装置１４、乾燥炉１５を経て巻取り装置１６で巻取った。

エアノズル２１、ロール２２、整流板２３の位置関係は、図８で示すｄ＝０．８ｍｍ、θ＝４５°、α＝２０°、ａ＝ｂ＝１ｍｍに調整し、ノズルからの風速８５ｍ／ｓ、水切り装置内のフィルム張力が４０Ｎ／ｍとなる条件で加工運転を行った。その結果得られた巻取り後のフィルムを目視観察した結果、乾燥ムラやシワのない好適なフィルムを得ることができた。

［比較例１］
実施例１と同じシステム、材料、及び搬送速度で、水切り装置１４の整流板２３を取り外した構成で、図８に示すｄ＝０．８ｍｍ、θ＝４５°、ａ＝１ｍｍに調整し、ノズルからの風速８５ｍ／ｓ、水切り装置内のフィルム張力が４０Ｎ／ｍとなる条件で加工運転を行った。その結果、図６の（ｂ）に示すようなロールからのフィルム浮き上がりが生じて強いシワが発生したため、運転を中断した。

１０ ウェブ
１４ 水切り装置
２１ エアノズル
２２ ロール
２３ 整流板
２４ 筺体
２５ 補助ロール
２６ 空気通路

Claims (12)

1. 表面が濡れたウェブの水切りを行なう水切り装置であって、
   搬送される前記ウェブを背面から支える回転体と、
   前記回転体に近接して設けられ、前記回転体に支えられた前記ウェブの表面に向けて空気流を噴出する吹き出し口と、
   前記吹き出し口からみて前記ウェブの搬送方向上流側に設けられ、先端に前記ウェブの幅よりも長い辺を有する整流板と、
   を有し、前記整流板の前記先端と前記回転体との間に前記ウェブが通過可能な隙間が設けられており、
   前記吹き出し口が前記回転体に対向して配置されており、
   前記回転体の中心軸に直交する平面内で前記空気流の向きが、前記ウェブに衝突する位置からみて前記中心軸から前記ウェブの搬送方向下流側に測った角度において、前記空気流の噴出の方向が０°以上７０°以下の範囲内にあり、
   前記回転体の中心軸に直交する平面内で前記整流板の前記先端を中心として、前記整流板は、前記衝突する位置と前記中心軸とを結ぶ直線に対し、前記ウェブの搬送方向上流に向かって５°以上８０°以下の角度で傾いていることを特徴とする水切り装置。
2. 前記吹き出し口は前記回転体の回転軸の方向に延びるように設置されており、前記吹き出し口からシート状空気流が前記ウェブに吹きつけられる、請求項１に記載の水切り装置。
3. 前記吹き出し口と前記回転体に支えられた前記ウェブの表面との間隔が０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の水切り装置。
4. 前記整流板の前記先端と前記回転体に支えられた前記ウェブの表面との間隔が０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水切り装置。
5. 前記回転体の中心軸に直交する平面内で、前記衝突する位置と前記中心軸を結ぶ直線と、前記整流板の前記先端との距離が、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水切り装置。
6. 表面が濡れたウェブの水切りを行なう水切り方法であって、
   前記ウェブの背面を回転体によって支持しながら前記ウェブを搬送し、
   前記ウェブの表面から離れて配置され先端に前記ウェブの幅よりも長い辺を有する整流板からみて前記ウェブの搬送方向の下流側の位置で、前記回転体によって支えられた前記ウェブの表面に向けて吹き出し口から空気流を噴出し、
   前記吹き出し口が前記回転体に対向して配置されており、
   前記回転体の中心軸に直交する平面内で前記空気流が前記ウェブに衝突する位置からみて前記中心軸からウェブの搬送方向下流側に測った角度において、前記空気流の噴出の方向を０°以上７０°以下の範囲内とし、
   前記回転体の中心軸に直交する平面内で前記整流板の前記先端を中心として、前記整流板を、前記衝突する位置と前記中心軸とを結ぶ直線に対し、前記ウェブの搬送方向上流に向かって５°以上８０°以下の角度で傾かせることを特徴とする、水切り方法。
7. 前記吹き出し口は前記回転体の回転軸の方向に延びるように設置されており、前記吹き出し口からシート状空気流を前記ウェブの表面に吹きつける、請求項６に記載の水切り方法。
8. 前記吹き出し口と前記回転体に支えられた前記ウェブの表面との間隔を０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下とする、請求項６または７に記載の水切り方法。
9. 前記整流板の前記先端と前記回転体に支えられた前記ウェブの表面との間隔を０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下とする、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の水切り方法。
10. 前記回転体の中心軸に直交する平面内で、前記衝突する位置と前記中心軸を結ぶ直線と、前記整流板の前記先端との距離を、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下とする、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の水切り方法。
11. 前記ウェブの引張弾性率が０．１ＧＰａ以上５．５ＧＰａ以下である、請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の水切り方法。
12. 請求項６乃至１１のいずれか記載の水切り方法により表面が濡れたウェブの水切りを行なう工程を含むことを特徴とするウェブの製造方法。

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