JP7129943B2 - エアナイフ - Google Patents

Description

本発明は、エアナイフに関する。

近年、空気を強く吹きかけることによって対象に付着した液体などを吹き飛ばす、エアナイフなどと呼ばれる装置が使用されている（例えば特許文献１）。このようなエアナイフは、例えば、搬送ローラに掛けまわされた帯状のシートの幅方向に沿って、長い吹出口が配置される状態で、使用される。

特許文献１の技術では、エアナイフの両側から空気を供給し、供給した空気を吹出口から吹き出す。この吹出口から吹き出される空気の速度は、理想的には吹出口の全域に渡って一定であることが望ましい。しかしながら実際には、空気が供給されるエアナイフの両端部付近で空気の吹き出し速度が遅くなりがちである。

実開平５－３０１６４号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エアナイフが吹き出す空気の速度分布精度を改善することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るエアナイフは、筒形状の端部に備える開口部から吹き込まれた空気を、長手方向に沿って設けられた吹出口から吹き出すものであって、前記開口部と前記吹出口との間に位置し、前記長手方向に沿って複数の穴が設けられた板状の部材である整流部と、前記整流部よりも上流側に配置され、前記端部に備える前記開口部から所定範囲の空気の流路を狭めることによって、空気の流速を高める整流板と、を備え、前記整流部における前記開口部側から所定範囲に設けられた前記穴の面積は、他の前記穴の面積よりも大きい。

本発明に係るエアナイフは、エアナイフが吹き出す空気の速度分布精度を改善することができるという効果を奏する。

実施形態１に係るエアナイフを備えるシート水切り装置の概略構造を示す図である。 実施形態１に係るエアナイフの構造を示す図である。 実施形態１に係るエアナイフの構造を図２と別の向きから示す図である。 実施形態１に係る実験モデルの違いを示す一覧表である。 実施形態１に係る実験モデルにおける整流板の状態を示す図である。 実施形態１に係る１～３番の実験モデルにおける整流穴の状態を説明する図である。 実施形態１に係る４～６番の実験モデルにおける整流穴の状態を説明する図である。 実施形態１に係る７～９番の実験モデルにおける整流穴の状態を説明する図である。 実施形態１に係る１０番の実験モデルにおける整流穴の状態を説明する図である。 実施形態１に係る１～３番の実験モデルにおける風速分布を示す図である。 実施形態１に係る４～６および１０番の実験モデルにおける風速分布を示す図である。 実施形態１に係る７～９番の実験モデルにおける風速分布を示す図である。 実施形態１に係る各実験モデルにおける風速誤差を示す一覧表である。

以下に、本開示に係るエアナイフの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。説明の便宜上、各図に３軸（座標軸）を添える。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易に想到できるもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るエアナイフ２００を備えるシート水切装置３００の概略構造を示す図である。シート水切装置３００は、帯状のシート５００が掛けまわされる複数のローラ３０１を備えている。エアナイフ２００は、ローラ３０１に掛けまわされたシート５００の表面に空気を吹き付けるよう、長手方向がローラ３０１の軸に沿うように配置される。また、このシート水切装置３００は、ダクト３０２を備えている。ダクト３０２は、エアナイフ２００から吹き出された空気とともにシート５００の表面から吹き飛ばされた液体などを回収し排出する。

図２は、エアナイフ２００の構造を示す図であって、図３は、エアナイフ２００の構造を図２と別の向きから示す図である。より詳細には、シート５００の幅方向およびローラ３０１やエアナイフ２００の長手方向（図１の紙面奥行き方向）をＸ軸方向とし、高さ方向をＺ軸方向とすると、図１および図２はＹＺ平面、図３はＺＸ平面を図示したものである。エアナイフ２００の空気を吹き出す口である吹出口２０１は、エアナイフ２００の長手方向に沿って設けられており、ローラ３０１に対して、適切な距離および角度で配置される。

本実施形態のエアナイフ２００は、両端開放の筒形状であって、長手方向の両端部２１０に、開口部２１１（図３参照）を有する。当該開口部２１１から吹き込まれた空気は、エアナイフ２００の本体部２２０に入り、吹出口２０１から吹き出される。本体部２２０は、略直方体状の形状を有し、両端部２１０と連通する面以外の一面（本実施形態では底となる部分）に、整流部２３０を有している。整流部２３０は、開口部２１１から吹き込まれた空気を整流するためのものである。

整流部２３０は、略直方体の本体部２２０の底部を形成する部分（板状の部材）に、複数の穴（整流穴、後述）が設けられたものである。当該整流部２３０は、本体部２２０内の空間を、開口部２１１側と吹出口２０１側とに仕切るように位置する。これにより整流部２３０は、本体部２２０内の空気の流れ方向における、開口部２１１の下流側かつ吹出口２０１より上流側である位置に位置する。

上述のような構成のエアナイフ２００は、空気を、両端部２１０の開口部２１１から本体部２２０内に取り込む。取り込まれた空気は、整流部２３０の穴（整流穴）を通って、吹出口２０１から出る。吹出口２０１から出た空気は、対象（例えばシート５００）に吹き付けられる。

上述のようなエアナイフ２００において整流部２３０等の構造を変えた１０種類の実験モデルについて、吹出口２０１が吹き出す空気の速度分布を調査する実験を行った。図４は、実験モデルの違いを示す一覧表である。本実施形態では、図４に示すＮｏ．１～１０の１０種類のモデルのエアナイフ２００が吹き出す空気の速度分布を計測し、結果から最適な実施形態を導出する。なお、エアナイフ２００が吹き出す空気の速度を、以下では「風速」と記す。

上記各実験モデルにおいては、上記整流穴の状態および次に説明する整流板の状態が異なる。以下、各実験モデルについて説明する。図５は、各実験モデルにおける整流板２４０の状態（有無、形状および配置）を説明する図である。整流板２４０は、整流部２３０と対向する位置に配置され、配置された位置における空気の流路を狭め、これにより、設置個所に対向する吹出口２０１より吹き出す空気の流速を高めることを狙うものである。

Ｎｏ．１～３の実験モデルにおいては、整流板２４０の状態は図５（ａ）～（ｃ）のように異なり、整流部２３０は共通して図６（後述）に示すものである。まず、Ｎｏ．１の実験モデルにおいては、整流板２４０は、図５（ａ）に示すように、設けられていない。

Ｎｏ．２の実験モデルは、図５（ｂ）に示すように、整流板２４１が設けられたものである。整流板２４０（２４１，２４２）は、エアナイフ２００の本体部２２０の両端部に配置されている。整流板２４１は、ストレートタイプであって、エアナイフ２００の長手方向に平行な面を有する板状の部材である。整流板２４１は、本体部２２０内の、開口部２１１に近い方の端部から所定範囲において、空気の流路を狭める（流路の断面積を小さくする）。

Ｎｏ．３の実験モデルは、図５（ｃ）に示すように、整流板２４２が設けられたものである。整流板２４２は、斜めタイプであって、エアナイフ２００の長手方向に対して斜めの面を有する板状の部材である。整流板２４２は、本体部２２０内の、開口部２１１に近い方の端部から所定範囲において、端部から遠ざかるにつれて空気の流路をより狭める（流路の断面積を漸減させる）。

また、図６～図９は、各実験モデルにおける整流穴２３１の状態（形状および配置）を説明する図である。本実施形態では、整流穴２３１の状態毎に、整流板２４０の状態を変えた実験モデルを準備した。Ｎｏ．１～３の実験モデルにおいて、整流部２３０は、まず図６（ａ）に示すように吹出口２０１の上流側に配置されたもので、図６（ｂ）に示すように本体部２２０の底となる部分の長手方向に沿って並べて整流穴２３１が設けられたものである。また、Ｎｏ．１～３の実験モデルにおける整流穴２３１は、図６（ｃ）に示すように、長穴であって、長手方向が一直線に並ぶように、また、整流部２３０の幅方向（長手方向に直交する方向）の中央に、配置されている。また、Ｎｏ．１～３の実験モデルにおいて、整流穴２３１の面積は、全て同一面積である。

Ｎｏ．４～６の実験モデルにおいては、整流板２４０の状態は図５（ａ）～（ｃ）のように異なり、整流部２３０は共通して図７に示すものである。

すなわち、Ｎｏ．４の実験モデルにおいては、整流板２４０は、図５（ａ）に示すように、設けられていない。Ｎｏ．５の実験モデルは、図５（ｂ）に示すように、整流板２４１が設けられたものである。Ｎｏ．６の実験モデルは、図５（ｃ）に示すように、整流板２４２が設けられたものである。

また、Ｎｏ．４～６の実験モデルにおいて、整流部２３０は、まず図７（ａ）に示すように吹出口２０１の上流側に配置されたもので、図７（ｂ）に示すように本体部２２０の底となる部分の長手方向に沿って並べて整流穴２３１が設けられたものである。また、Ｎｏ．４～６の実験モデルにおける整流穴２３１は、図７（ｃ）に示すように、長穴であって、長手方向が一直線に並ぶように、また、整流部２３０の幅方向（長手方向に直交する方向）の中央に、配置されている。また、Ｎｏ．４～６の実験モデルの整流穴２３１は、端３つが他よりも大きく、端から中央へ向かって面積が漸減している。

Ｎｏ．７～９の実験モデルにおいては、整流板２４０の状態は図５（ａ）～（ｃ）のように異なり、整流部２３０は共通して図８に示すものである。

すなわち、Ｎｏ．７の実験モデルにおいては、整流板２４０は、図５（ａ）に示すように、設けられていない。Ｎｏ．８の実験モデルは、図５（ｂ）に示すように、整流板２４１が設けられたものである。Ｎｏ．９の実験モデルは、図５（ｃ）に示すように、整流板２４２が設けられたものである。

また、Ｎｏ．７～９の実験モデルにおいて、整流部２３０は、まず図８（ａ）に示すように吹出口２０１の上流側に配置されたもので、図８（ｂ）に示すように本体部２２０の底となる部分の長手方向に沿って並べて整流穴２３１が設けられたものである。また、Ｎｏ．７～９の実験モデルにおける整流穴２３１は、図８（ｃ）に示すように、丸穴であって、整流部２３０の幅方向（長手方向に直交する方向）の中央に、千鳥配置されている。

最後に、Ｎｏ．１０の実験モデルは、図９に示すように、Ｎｏ．１の実験モデルの整流穴２３１の端３つを、他よりも拡大したものである。つまり、Ｎｏ．１０の実験モデルにおいては、一直線に並んだ長穴状の整流穴２３１の端３つが、他よりも面積が大きい。また、当該Ｎｏ．１０の実験モデルにおける端３つの整流穴２３１の面積は、等しい。

なお、参考までに、各部の寸法の一例として、吹出口２０１の長手方向の寸法が３～４．５メートル、エアナイフ２００のローラ３０１からの退避距離は７０ｍｍである。また、セット位置におけるエアナイフ２００とローラ３０１との距離は１０ｍｍである。

以上の構造の各実験モデルについての風速分布シミュレーション結果を、図１０～図１３のグラフと、図１３の表に、示す。図１０は実験モデルＮｏ．１～３における風速分布を示す図である。図１１は実験モデルＮｏ．４～６およびＮｏ．１０における風速分布をＮｏ．１と比較して示す図である。図１２は実験モデルＮｏ．７～９における風速分布をＮｏ．１と比較して示す図である。各グラフでは、吹出口２０１の幅方向（Ｘ軸方向）の位置を横軸として縦軸に風速をプロットした。そして、図１３は、各実験モデルの風速誤差を示す一覧表である。風速誤差は、プラス側およびマイナス側と、それらを合計した範囲とを、パーセントで示したものである。より詳しくは、プラス側の風速誤差は、平均風速と最大風速との差、つまり最大風速が平均風速から何％上かを示す。マイナス側の風速誤差は、平均風速と最小風速との差、つまり最小風速が平均風速から何％下かを示す。範囲は、プラス側からマイナス側を引いたものである。

上述の構成のエアナイフ２００において、開口部２１１から吹き込まれた空気は、端部２１０を経て本体部２２０へ進み、整流部２３０を通って流れを整えられて、吹出口２０１から吹き出される。整流板２４０は、開口部２１１から本体部２２０へ進む空気の進む方向を変えるとともに流路を狭めることにより、整流板２４０が存在する範囲の空気の流れ速度を上げる。

上述の実験結果からは、以下のように推定される。
（１） 実験モデルＮｏ．１～３によれば、長穴である整流穴２３１の面積が一定の場合、整流板２４０を用いても、風速誤差の改善を期待できない。

（２） 実験モデルＮｏ．１とＮｏ．１０との比較によれば、長穴であって一直線に並んだ整流穴２３１の端のいくつかの拡大で、風速誤差の改善を期待できる。

（３） 実験モデルＮｏ．１とＮｏ．４との比較によれば、長穴である整流穴２３１の面積を、端部から中央へ向かって漸減させることで、風速誤差の改善を期待できる。
（４） 実験モデルＮｏ．４とＮｏ．５（或いはＮｏ．６）との比較によれば、長穴である整流穴２３１の面積を端部から中央へ向かって漸減させることと、整流板２４０を用いることとの併用によって、風速誤差の更なる改善を期待できる。

（５） 実験モデルＮｏ．７～９によれば、整流穴２３１が丸穴で千鳥配置されている場合、整流板２４０を用いることにより、風速誤差の改善を期待できる。
（６） 実験モデルＮｏ．８とＮｏ．９との比較によれば、整流板２４０は、ストレートタイプの整流板２４１よりも、斜めタイプの整流板２４２を採用した方が、風速誤差の改善を、より期待できる。

（７） 本実施形態における実験モデルによれば、Ｎｏ．９の実験モデルが、実施の最適な形態の一つと考えられる。
（８） しかしながら、Ｎｏ．９以外の実験モデルにおいても、従来よりも改善が見られるものもある。上記（７）は、他の実験モデルＮｏ．４～６，８，１０の可能性を否定するものではない。

以上の（１）～（８）の推定をまとめると、以下のように考えられる。すなわち、整流穴２３１が一直線に並んだ長穴であるならば、端部の複数の穴を拡大すると、風速誤差の改善に好適である。またこの場合、端部の複数の穴の面積が端部側から中央部へ向かって漸減しているとさらに好適である。また、穴面積漸減の場合、整流板２４０が併設されているとより好適である。一方、整流穴２３１が千鳥配置の丸穴であるならば、端に整流板２４０を配置すると、風速誤差の改善に好適である。またこの場合、ストレートの整流板２４１よりも斜めの整流板２４２であるとより好適である。

以上のように、本実施形態の構成によれば、開口部２１１から所定範囲内の整流穴２３１の面積を所定範囲外の整流穴２３１の面積よりも大きくしたことで、当該面積を大きくした整流穴２３１付近の圧力損失が低減され、当該面積を大きくした整流穴２３１付近の空気の流れる速度が早くなるので、エアナイフ２００が吹き出す空気の速度分布精度が改善できる。

また本実施形態の構成によれば、開口部２１１から所定範囲の空気の流路を狭める整流板２４０を設けたことで、開口部２１１付近の空気の流れる速度が早くなり、昇圧されるとともに空気の進む方向を吹出口２０１のある向きに向かせられるので、エアナイフ２００が吹き出す空気の速度分布精度が改善できる。

［変形例１］
上記実施形態では、両端部２１０に有する開口部２１１から空気が吹き込まれる構造であるが、実施にあたっては、一端部は閉じていて他端部に有する開口部から空気を取り込む構造のエアナイフに、上記実施形態を適用してもよい。この理由は、開口部が片側の場合には、反対側の閉じた端部が、空気が突き当たる壁となるのに対し、上記実施形態の場合には、両側の開口部２１１から吹き込まれた空気が本体部２２０の中央部で互いに突き当たる構成であるので、反対側からの空気が壁が存在する如く働くため、同様の結果が想定されるからである。

［変形例２］
上記実施形態では、整流部２３０は、空気の流れ方向における吹出口２０１の上流側に配置されているが、実施にあたってはこれに限らず、例えば、整流部２３０の整流穴２３１が吹出口２０１として機能するのであってもよい。

［変形例３］
また、上記実施形態では、整流部２３０は略直方体の本体部２２０の一面を利用していて本体部２２０と一体であるが、実施にあたって別体とされていてもよい。つまり、例えば、吹出口２０１まで空気を導く本体部の内部に、本体部とは別体の板状の部材（板金など）に整流穴を設けた整流部を、取り付けるのであってもよい。

２００…エアナイフ、２０１…吹出口
２１０…端部、２１１…開口部
２２０…本体部
２３０…整流部、２３１…整流穴
２４０（２４１，２４２）…整流板
３００…シート水切装置、３０１…ローラ、３０２…ダクト
５００…シート

Claims (5)

1. 筒形状の端部に備える開口部から吹き込まれた空気を、長手方向に沿って設けられた吹出口から吹き出すエアナイフであって、
   前記開口部と前記吹出口との間に位置し、前記長手方向に沿って複数の穴が設けられた板状の部材である整流部と、
   前記整流部よりも上流側に配置され、前記端部に備える前記開口部から所定範囲の空気の流路を狭めることによって、空気の流速を高める整流板と、を備え、
   前記整流部における前記開口部側から所定範囲に設けられた前記穴の面積は、他の前記穴の面積よりも大きい、
   エアナイフ。
2. 前記所定範囲には複数の前記穴が設けられ、当該複数の前記穴の面積は、前記開口部から遠ざかるにつれて漸減する
   請求項１に記載のエアナイフ。
3. 筒形状の端部に備える開口部から吹き込まれた空気を、長手方向に沿って設けられた吹出口から吹き出すエアナイフであって、
   前記開口部と前記吹出口との間に配置され、前記長手方向に沿って複数の穴が千鳥状に設けられた整流部と、
   前記整流部よりも上流側に配置され、前記端部に備える前記開口部から所定範囲の空気の流路を狭めることによって、空気の流速を高める整流板と、
   を備えるエアナイフ。
4. 前記整流板は、前記開口部から遠ざかるにつれて前記流路がより狭まるように前記エアナイフの長手方向に対して傾いている
   請求項３に記載のエアナイフ。
5. 前記開口部は、前記筒形状の両端部に備えられ、
   前記整流部は、前記筒形状の両端部から空気を取り込む
   請求項１～４のいずれか１項に記載のエアナイフ。

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