JP2009030927A - ウェブの加熱冷却装置及びウェブの加熱冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小さな設置面積で効率よくウェブを略均一に加熱、冷却できる加熱冷却装置を提供する。
【解決手段】本発明のウェブの加熱冷却装置１は、所定の速度で搬送されるウェブの搬送経路中でその上流側に加熱手段１ａと下流側に冷却手段１ｂとを相互に隣接させて備える。冷却手段１ｂは、ウェブＲＬの片面に向かって気体を吹き出す吹き出しノズル１７を有し、この吹き出しノズル１７は、前記ウェブの下流側方向またはウェブに対し直角方向からウェブに近接させ、その先端部をウェブの搬送方向下流側を指向するように曲げたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、所定の速度で搬送される帯状のウェブを所定温度に加熱し、冷却できるウェブの加熱冷却装置及びウェブの加熱冷却方法に関する。

一般に、帯状のプラスチックフィルム、紙や布などの長尺のウェブを一定の速度で搬送しながら、ウェブ表面に所定の塗膜を連続して形成し、例えばヒートシール層や反射防止層などの光学層を有する所望の製品を作製することがある。このような装置として、ウェブをロール状に巻回した保持手段からウェブを所定の速度で搬送する搬送手段と、このウェブの搬送経路中でウェブ表面に所定の塗膜を形成する塗工装置と、塗布された塗膜を加熱乾燥して固化させる加熱手段と、ウェブをロール状に巻き取って回収する巻取手段とから構成されたものが知られている（特許文献１）。

ここで、例えばウェブ表面にヒートシール層を形成する場合、所定の樹脂成分を塗布した後、１００℃程度の温度までウェブを加熱して所定時間保持し、この塗膜を乾燥させる必要がある。このウェブの加熱乾燥時、ウェブ自体も略同温まで加熱されるため、乾燥後直ちにウェブを巻き取って回収すると、ロール状に巻き取られたウェブに熱がこもり、ヒートシール層が溶けてウェブの裏面（ヒートシール層が形成されていない面）に付着するという不具合が生じる。他方で、光学層を形成した製品では、ウェブが幅方向で収縮して光学特性が劣化する等の不具合が生じる。

このような不具合は、加熱手段と巻取手段との間の搬送距離を長く設定したり、ウェブの搬送速度を低下させたりして、ウェブが巻き取られるまでの時間を長くすれば解消できるものの、このような構成では、装置の設置面積の増加や搬送速度の低下による生産効率の低下を招く。このことから、ウェブの搬送経路中で加熱手段の下流側にこの加熱手段に隣接させて冷却手段を設けることが考えられ、簡単な構成の冷却手段としては、ウェブの搬送方向に対して鉛直方向から気体を吹き付けるものが知られている（引用文献２）。
特開２０００−８４４６５号公報 特開２００３−４３７５号公報

しなしながら、上記のような冷却手段を、装置の設置面積を小さくすべく加熱手段に隣接させて設けると、ウェブに向けて吹き付けた気体の一部が加熱手段側に流出し、加熱手段からの熱気と冷却手段の冷気とが混ざり合う領域が生じる。この領域が生じると、加熱手段での加熱効率が局所的に低下したり、または、加熱手段で加熱した後、気体を吹き付けて冷却するまでの間でウェブが局所的に冷却されたりして、ウェブの幅方向で温度むらが発生する。その結果、ウェブをその全幅に亘り略均一に加熱または冷却ができず、光学層を形成した製品では光学特性が劣化する等の問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑み、小さな設置面積で効率よくウェブを略均一に加熱、冷却できるウェブの加熱冷却装置及び加熱冷却方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の加熱冷却装置は、所定の速度で搬送されるウェブの搬送経路中でその上流側に加熱手段と下流側に冷却手段とを相互に隣接させて備えたウェブの加熱冷却装置であって、前記冷却手段は、ウェブの片面または両面に向かって気体を吹き出す吹き出しノズルを有し、この吹き出しノズルは、前記ウェブの下流側方向またはウェブに対し直角方向からウェブに近接させ、その先端部をウェブの搬送方向下流側を指向するように曲げたものであることを特徴とする。

また、前記吹き出しノズルの先端部からウェブの搬送方向の少なくとも下流側に向かって延出する遮蔽板を備える構成を採用してもよい。

前記吹き出しノズルの吹出口の幅を、ウェブの幅より大きく設定することが望ましい。

また、前記加熱手段は内部をウェブが搬送される加熱炉とこの加熱炉内に配置され輻射熱によりウェブを加熱する熱源とを有することが望ましい。

さらに、上記課題を解決するために、本発明の加熱冷却方法は、所定の速度でウェブを搬送しながら、その搬送経路中でウェブを輻射熱により所定温度に加熱する加熱工程と、その下流側で前記ウェブの搬送方向の上流側斜め方向から気体を吹き付けてウェブを冷却する冷却工程とを含むことを特徴とする。

上記冷却工程において、前記気体を予め室温以下に冷却しておけばよい。

他方で、前記ウェブに気体を吹き付ける周辺の雰囲気を室温以下に冷却するようにしてもよい。

本発明によれば、吹き出しノズルを、前記ウェブの下流側方向またはウェブに対して直角方向からウェブに近接させているため、上流側の加熱手段との間の間隔を狭くできることで、装置自体の設置面積を小さくできる。また、吹き出しノズルの先端部を、ウェブの搬送方向下流側を指向するように曲げているため、気体を搬送方向の上流側斜め方向からウェブに吹き付けることができ、高いエネルギー効率でウェブを急冷できる。この冷却の際、ウェブで反射した気体の大部分は、その下流側方向へと流れるため、加熱手段と冷却手段とを狭い間隔で隣接配置しても、加熱手段からの熱気と冷却手段の冷気とが混ざり合うことを防止でき、その結果、ウェブをその幅方向全幅に亘り略均一に加熱または冷却できる。

また、遮蔽板を備えておけば、ウェブ表面に衝突して反射した気体が遮蔽板で再反射されてウェブに再度吹き付けられ、ウェブの冷却効率を一層高めることができる。

また、前記吹き出しノズルの吹出口の幅を、ウェブの幅より大きく設定しておけば、ノズルの吹出口の幅方向両端部で生じ易い乱流状態の気体がウェブに吹き付けられることを防止できる。その結果、流線方向が揃った層流状態の気体のみがウェブに吹き付けられ、加熱手段からの熱気と冷却手段の冷気とが混ざり合うことが防止されることと相俟って、ウェブをその幅方向全幅に亘りより均一に冷却できる。

さらに、加熱手段の熱源を輻射熱によりウェブを加熱するもので構成すれば、冷却手段に熱気が伝わり難くなり、加熱手段からの熱気と冷却手段の冷気とが混ざり合うことが一層防止できる。

図１において、１は、本発明の帯状のウェブの加熱冷却装置であり、加熱冷却装置１は、所定の速度でウェブＲを搬送する搬送装置２においてウェブＲの搬送経路中に配置される。搬送装置２は、フレーム２０に設けた繰出軸２１と、巻取軸（巻取手段）２２とを有し、繰出軸２１には、ロール状に巻回されたウェブＲが保持されている。ウェブＲは、作製しようとする製品に応じて合成樹脂フィルム、紙や布などから適宜選択された材料で構成される。

繰出軸２１から繰り出されたウェブＲは、ガイドローラ２３及び上下一対のピンチローラ２４ａ、２４ｂ間を通って、フレーム２０の下方に案内された後、加熱冷却装置を支持する他のフレーム１０の下側に設けたガイドローラ１０ａ、１０ｂによって、このフレーム１０の他側まで水平搬送される。そして、後述の塗工装置を支持するフレーム３０に設けたガイドローラ３１によって直角方向上方に向けられ、塗工装置３へと案内される。塗工装置３は、公知の構造を有し、ウェブＲを搬送するバッキングローラ３２と、ヒートシール層や反射防止層などウェブＲ表面に作製しようとする層に応じて適宜選択される所定の塗膜を一定の膜厚で形成するダイコータ３３とから構成されている。尚、塗工装置３は、これに限定されるものではなく、ウェブＲ表面に形成しようとする塗膜に応じて、ロールコート法、ブレードコート法、ナイフコート法やグラビアコート法などを実施するものを適宜選択できる。

所定の塗膜が形成されたウェブＲＬは水平搬送されつつ、本発明の加熱冷却装置１に搬送される。フレーム１０で支持された加熱冷却装置１の加熱手段１ａは、内部をウェブＲＬが水平搬送できるように入口１２ａと出口１２ｂとが形成された加熱炉１２であってウェブＲＬの周囲を一定の長さで囲うものを有する。加熱炉１２内には、赤外線ランプやハロゲンランプなどから構成される公知の構造の熱源１３がその長手方向に沿って所定の間隔で列設され、加熱炉１２の入口１２ａから出口１２ｂに到達する間に輻射熱によりウェブＲＬを所定の温度範囲に加熱して所定時間保持する。この加熱炉１２の長さは、ウェブＲＬの加熱温度や熱源１３の加熱効率に応じて適宜設定され、また、効率よくウェブＲＬを加熱すべく熱源１３の上方及び下方には金属製の反射板１４が配置されている。加熱手段１ａの下流側には、この加熱手段１ａに隣接させて冷却手段１ｂが設けられている。

図２に示すように、冷却手段１ｂは、例えば、筐体１５内に設けたブロワーや送風ファンなどの気流発生手段（図示せず）と、気流発生手段に接続された送風ダクト１６と、送風ダクト１６の先端に接続された吹き出しノズル１７とから構成され、吹き出しノズル１７は、この吹き出しノズル１７の上流側の壁面が鉛直方向、つまり、出口１２ｂを形成した加熱炉１２の壁面１２ｃに平行になるように形成され、壁面１２ｃに沿って這うように近接配置されている。

先細りに形成した吹き出しノズル１７の先端部は、ウェブＲＬの搬送方向下流側を指向するように曲げられ、吹き出しノズル１７から吹き出された気体がウェブＲＬの搬送方向の上流側斜め上方からウェブＲＬに吹き付けられるように構成されている。また、吹き出しノズル１７の吹出口１７ａの横幅Ｗ１は、ウェブＲＬの全幅Ｗ２より広い（図２（ｂ）参照）。このため、流線方向が揃った層流状態の気体のみをウェブＲＬに吹き付けることができる。吹き付ける気体として通常空気が用いられるが、塗膜の種類に応じてアルゴン、窒素などの不活性ガスを用いてもよい。これにより、吹き出した気体が搬送方向上流側斜め上方からウェブＲＬに衝突することで、高いエネルギー効率でウェブを急冷できる。

尚、風速は、塗膜の種類や単位時間当たりの冷却速度に応じて適宜設定され、例えば表面平滑性が問われるような塗膜の場合には１０ｍ／ｍｉｎ以下に設定される。また、ウェブＲＬからの吹出口１７ａまでの高さｈは、気体を吹き付けたとき、十分な風量でウェブＲＬに気体が衝突すると共に、衝突した気体が下流側へと流れるように設定される。また、吹出口１７ａから吹き出された気体のウェブＲＬへの入射角αは、１０〜４５度、好ましくは２５〜３０度になるように吹き出しノズル１７の先端部が曲げられている（図２（ａ）参照）。１０度より小さく角度では、高い冷却効率を達成できず、他方で、４５度より大きい角度では、気体が加熱炉１２側に流出する虞がある。

上記構成により、加熱炉１２の壁面１２ｃに沿って冷却手段１ｂ吹き出しノズル１７を配置することで、加熱手段１ａと冷却手段１ｂとの間の間隔を狭くでき、装置の設置面積を小さくできる。それに加えて、加熱炉１２の出口１２ｂを出た後、気体を衝突させて冷却が開始される位置までの距離Ｄが短くなり（図２（ａ）参照）、加熱後直ちにウェブＲＬが急冷される。この冷却の際、ウェブＲＬで反射した気体の大部分がその下流側方向へと流れるため、加熱手段１ａと冷却手段１ｂとを狭い間隔で隣接して配置しても、気体を衝突させて冷却が開始される位置より上流側で加熱手段１ａからの熱気と冷却手段１ｂの冷気とが混ざり合うことが防止でき、加熱または冷却後のウェブＲＬに温度むらが発生することを防止できる。

そして、冷却手段１ｂで所定温度以下に冷却されたウェブＲＬは、ガイドローラ１８ａ、１８ｂ及び１８ｃを介して、モータによって駆動ローラ（図示せず）が回転駆動し、巻取軸２２にロール状に巻き付けられて回収される。この場合、モータによって回転駆動する駆動ローラがウェブＲＬを一定の速度で搬送する搬送手段を構成する。尚、駆動ローラの数や配置場所は適宜設定すればよく、例えば、前述のガイドローラのうち少なくとも１つを駆動ローラとすればよい。

次に、上記装置によるウェブＲへの塗膜の形成を、ヒートシール層を例に挙げて説明する。先ず、搬送装置の繰出軸２１にロール状に巻回されたウェブＲを保持させた後、ウェブＲの先端を繰り出し、ガイドローラ２３に掛け回す。そして、ウェブＲの先端を上下一対のピンチローラ２４ａ、２４ｂの間を通して、ガイドローラ１０ａ、１０ｂ、３１及びバッキングローラ３２に掛け回した後、加熱炉１２内を通す。加熱炉１２の出口１２ｂから出たウェブＲの先端を、ガイドローラ１８ａ、１８ｂ及び１８ｃを介して、その先端を巻取軸２２に固定し、ウェブＲのセットが完了する。

次いで、加熱炉１２内の熱源１３及び冷却手段１ｂの送風ファンを作動させた後、モータを作動させて駆動ローラを回転駆動する。駆動ローラが回転駆動されると、ウェブＲに繰り出し力が付与され、所定の速度でウェブＲが連続して搬送される。そして、ダイコータ３３によりウェブＲ表面に所定の塗膜が形成され、加熱炉１２へと案内される。例えば、ウェブＲ表面にヒートシール層を形成する場合には、所定の樹脂成分を塗布した後、加熱炉１２内で１００℃程度の温度範囲でウェブＲＬが加熱され所定時間保持され、ヒートシール層が形成される。

次いで、加熱炉１２を出たウェブＲＬは大気に触れて自然冷却しつつ、冷却手段１ｂによって気体が吹き付けられる位置に搬送され、この冷却手段１ｂによって気体が吹き付けられ、所定温度以下に急冷される。ウェブＲＬ表面にヒートシール層を形成し、１００℃程度の温度でウェブＲＬを加熱乾燥した場合であっても、巻取軸２２にロール状にウェブＲＬを巻き取った時にこのウェブＲＬに熱がこもり、ヒートシール層が融着しないような温度まで急冷される。気体を吹き付けてウェブＲＬを冷却する際、気体を予め室温以下（例えば、室温〜１０℃の範囲の温度）に冷却しておき、この冷却した気体を吹き付けるようにして冷却効率を高めるようにしてもよい。そして、所定温度以下に冷却されたウェブＲＬが巻取軸２２にロール状に連続して巻き取られて回収される。

尚、本実施の形態では、気流発生手段を設けたものについて説明したが、これに限定されるものではなく、吹き出しノズル１７を公知のコンプレッサーに接続し、圧縮空気をウェブＲＬに吹き付けるように構成してもよい。これにより、吹き出しノズル１７から噴射された圧縮空気に、吹き出しノズル１７周辺の空気が同伴されることでウェブＲＬに衝突する気体の風量が増加し、冷却効率を高めることができてよい。

また、図３に示すように、ウェブＲＬの冷却効率を高めるために、冷却手段１ｂをウェブＲＬの上方及び下方に配置（つまり、ウェブＲＬの両面に気体を吹き付けるように構成）してもよい。また、吹き出しノズル１７の先端部からウェブＲＬの搬送方向の上流側及び下流側に延出する遮蔽板４ａ、４ｂを、ウェブＲＬの上面及び下面に対向させて設けてもよい。遮蔽板４ａ、４ｂは、ウェブＲＬの幅より広い幅に設定される。これにより、ウェブＲＬで反射した気体が遮蔽板４ａで再反射されてウェブＲＬに再度吹き付けられるようになり、ウェブＲＬの冷却効率を一層高めることができる。この場合、遮蔽板４ａの周囲に冷媒の循環系を設け、遮蔽板４ａとウェブＲＬとで区画される空間が室温より低い雰囲気となるようにしてもよい。尚、図３では、吹き出しノズル１７の先端部からウェブＲＬの搬送方向上流側に向けて、加熱炉１２の壁面１２ｃに当接するまで延出する他の遮蔽板を設けているが、この遮蔽板は省略してもよい。

また、本実施の形態では、吹き出しのノズル１７として、吹き出しノズル１７の上流側の壁面をウェブＲＬに対し直角の直線状に形成し、先細りになるようにその他側の壁面を傾斜させているが、吹き出しノズル１７からの気体を上記角度でウェブＲＬに吹き付けることができれば、吹き出しノズル１７の形態は、これに限定されるものではない。図４に示すように、他の形態を有する吹き出しノズル５ａとして、両側の壁面をウェブＲＬに対し直角の直線状に形成し、その先端のみを屈曲させたもの（図４（ａ）参照）、また、他の吹き出しノズル５ｂ、５ｃとして、ウェブＲＬの搬送方向上流側から下流側に向かって吹き出しノズルの上流側の壁面を湾曲または屈曲させると共に、その下面のみをウェブＲＬに対し略平行に形成し、その先端を略直角に屈曲させたものであってもよい（図４（ｂ）及び図４（ｃ）参照）。

本発明の加熱冷却装置の搬送装置への配置を説明する図。 （ａ）及び（ｂ）は、図１に示す加熱冷却装置を用いたウェブの冷却を説明する要部拡大図。 図１に示す加熱冷却装置の他の変形例を説明する要部拡大図。 （ａ）及び（ｂ）は、吹き出しノズルの他の変形例を説明する図。

符号の説明

１ 加熱冷却装置
１ａ 加熱手段
１ｂ 冷却手段
１２ 加熱炉
１３ 熱源
１７ 吹き出しノズル
１７ａ 吹出口
２ 搬送装置
４ａ、４ｂ 遮蔽板
Ｒ、ＲＬ ウェブ
Ｗ１、Ｗ２ 幅

Claims (7)

1. 所定の速度で搬送されるウェブの搬送経路中でその上流側に加熱手段と下流側に冷却手段とを相互に隣接させて備えたウェブの加熱冷却装置であって、前記冷却手段は、ウェブの片面または両面に向かって気体を吹き出す吹き出しノズルを有し、この吹き出しノズルは、前記ウェブの下流側方向またはウェブに対し直角方向からウェブに近接させ、その先端部をウェブの搬送方向下流側を指向するように曲げたものであることを特徴とするウェブの加熱冷却装置。
2. 前記吹き出しノズルの先端部からウェブの搬送方向の少なくとも下流側に向かって延出する遮蔽板を備えることを特徴とする請求項１記載のウェブの加熱冷却装置。
3. 前記吹き出しノズルの吹出口の幅を、ウェブの幅より大きく設定したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のウェブの加熱冷却装置。
4. 前記加熱手段は、内部をウェブが搬送される加熱炉とこの加熱炉内に配置され輻射熱によりウェブを加熱する熱源とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のウェブの加熱冷却装置。
5. 所定の速度でウェブを搬送しながら、その搬送経路中でウェブを輻射熱により所定温度に加熱する加熱工程と、その下流側で前記ウェブの搬送方向の上流側斜め方向から気体を吹き付けてウェブを冷却する冷却工程とを含むことを特徴とするウェブの加熱冷却方法。
6. 前記気体を予め室温以下に冷却することを特徴とする請求項５記載のウェブの加熱冷却方法。
7. 前記ウェブに気体を吹き付ける周辺の雰囲気を室温以下に冷却することを特徴とする請求項５または請求項６記載のウェブの加熱冷却方法。
   

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