(57)【要約】【課題】  走行中のシート状物を効率良く冷却し、これによってシート状物の走行速度を大きくしてもシート状物を十分に冷却することを可能とする冷却方法及び装置を提供する。【解決手段】  支持ロール５の外周面に支持されて走行しているシート状物１に対して、エアロゾルノズル６から含水滴気流を高速で吹き付け、微細な無数の水滴をシート状物１に吹き付け、シート状物を効率良く冷却し、その後、エアナイフ８から乾き空気９を吹き付けてシート状物表面に残っている水滴を除去する構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状物を連続的に走行させる工程と、走行中の前記シート状物に含水滴気流を吹き付ける工程と、前記シート状物に吹き付けられて付着した水を除去する工程を有するシート状物の冷却方法。
【請求項２】
前記含水滴気流に含まれる水滴の平均粒径を、５０〜１００μｍとしたことを特徴とする請求項１記載のシート状物の冷却方法。
【請求項３】
連続的に走行するシート状物が所定の経路を通るように支持する支持体と、該支持体に支持されて走行するシート状物に対して含水滴気流を吹き付けるノズルと、該ノズルによる含水滴気流吹き付け位置よりも下流に設けられ、前記シート状物に付着している水を除去する水除去装置を有するシート状物の冷却装置。
【請求項４】
前記水除去装置を、前記シート状物の表面に空気を吹き付けるエアナイフで構成すると共に、前記シート状物に前記ノズルで含水滴気流を吹き付ける領域及び前記エアナイフで空気を吹き付ける領域を収容するチャンバーを形成するようにカバーを設け、該カバー内を吸引手段で吸引するように構成したことを特徴とする請求項３記載のシート状物の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックフィルム、プラスチックシート、紙、積層材などのシート状物を冷却するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シート状物の製造工程、処理工程等において、加熱されたシート状物を冷却することが広く行われている。従来、シート状物の冷却は、シート状物を連続的に走行させながら、低温に保ったロール（冷却ロールという）に巻き付ける形態で通過させ、シート状物から冷却ロールへの熱伝導を利用して行っていた。なお、シート状物に対する冷却ではないが、加熱炉内の冷却方法として、液体窒素等の液化ガスを噴霧し、その蒸発潜熱を利用して急速に冷却する方法（特許文献１参照）も知られている。
【０００３】
しかしながら、冷却ロールを用いたシート状物の冷却方法では、処理能力を高めるためシート状物の走行速度を速くすると、冷却ロール−シート状物間の熱伝導時間が短くなって冷却不足を生じ、製品不良（例えば、ラミネータ等の貼り合わせ処理の場合、接着層の結晶化に不具合が生じてピール強度が低下するといった製品不良）が発生していた。この不具合に関する対策としては、冷却ロールの設定温度を下げるとか、冷却ロールを大径化するといった対策が採られていたが、設置スペース等の制約があり、十分な冷却能力を確保できなかった。また、特許文献２に記載されている液化ガスを利用する方法をシート状物の冷却に適用し、走行中のシート状物に対して液化ガスを噴霧して冷却することも考えられるが、その場合、冷却能力は確保できるものの有人環境下では大気中の酸素濃度を変えてしまい危険であるため、装置を密閉する等の設備が別途必要となり、設備費がきわめて高くなるという問題を生じる。
【特許文献１】特許第２６９６３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、構造の簡単な装置を用いながら、走行中のシート状物を効率良く冷却し、これによってシート状物の走行速度を大きくしてもシート状物を十分に冷却することを可能とする冷却方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は、シート状物の冷却効率を向上すべく検討の結果、次の事項を見出した。すなわち、従来の冷却ロールを用いる方法では冷却ロールとシート状物の間に微小な空気層が生じ、それが伝熱を阻害するため伝熱係数はさほど大きくならない。そこで、水等の冷却媒体をシート状物に直接接触させて冷却することが考えられるが、その場合、シート状物と冷却媒体との接触した界面での伝熱係数は大きくなるものの、その界面の冷却媒体側に境界層が形成され、その境界層での伝熱が悪いため、全体としての伝熱係数はさほど大きくならない。これに対し、冷却媒体を微小な無数の液滴としてシート状物に高速で吹き付けると、シート状物に衝突した液滴とシート状物との間の伝熱係数は大きく、このため、各液滴が効率よくシート状物を冷却し、自身は昇温すると共に一部は蒸発して潜熱によってもシート状物を冷却し、しかも、衝突した液滴は多くのものがシート状物から跳ね返ってシート状物から離れるため、シート状物には次々と無数の新たな液滴が直接衝突して冷却することとなる。この結果、きわめて効率よくシート状物の冷却を行うことができる。
【０００６】
本発明はかかる知見に基づいてなされたもので、請求項１に係る発明は、シート状物を連続的に走行させる工程と、走行中の前記シート状物に含水滴気流を吹き付ける工程と、前記シート状物に吹き付けられて付着した水を除去する工程を有するシート状物の冷却方法である。
【０００７】
請求項２に係る発明は、上記した請求項１にかかる発明において、前記含水滴気流に含まれる水滴の平均粒径を、５０〜１００μｍとしたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に係る発明は、上記した冷却方法の実施に用いる装置を提供するものであり、連続的に走行するシート状物が所定の経路を通るように支持する支持体と、該支持体に支持されて走行するシート状物に対して含水滴気流を吹き付けるノズルと、該ノズルによる含水滴気流吹き付け位置よりも下流に設けられ、前記シート状物に付着している水を除去する水除去装置を有するシート状物の冷却装置である。
【０００９】
請求項４に係る発明は、上記した請求項３に係る発明において、前記水除去装置を、前記シート状物の表面に空気を吹き付けるエアナイフで構成すると共に、前記シート状物に前記ノズルで含水滴気流を吹き付ける領域及び前記エアナイフで空気を吹き付ける領域を収容するチャンバーを形成するようにカバーを設け、該カバー内を吸引手段で吸引するように構成したものである。
【発明の効果】
【００１０】
上記した本発明の冷却方法及び装置では、走行中のシート状物に対して含水滴気流を吹き付ける構成としたことで、シート状物に対して無数の水滴が連続的に衝突してシート状物を冷却すると共に一部が蒸発してその潜熱でもシート状物を冷却し、各水滴の吸熱容量は微小であってもきわめて多数の水滴（例えば、数万〜数百万個／秒）が連続的にシート状物に衝突して冷却することで、シート状物をきわめて効率良く冷却できる。このため、冷却不良を生じることなくシート状物の走行速度を増すことができ、シート状物の製造能力或いは処理能力を大幅に向上できる。更に、本発明の冷却方法に使用する装置としては、含水滴気流を吹き付けるノズル、エアナイフ等の水除去装置などの比較的簡単な構造のものでよく、このため設備費があまり高くなることはない。また、冷却に使用する媒体は水であるので、液体窒素等の液化ガスを使用する場合のように環境を悪化させることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るシート状物の冷却装置の概略断面図であり、１は冷却されるべき樹脂フィルム等のシート状物、２はそのシート状物１を冷却する冷却装置である。この冷却装置２は、連続的に走行するシート状物１が所定の経路を通るように支持する支持体を構成する支持ロール５と、その支持ロール５の外周面で支持されて走行しているシート状物１に対して含水滴気流７を吹き付けるノズル６と、そのノズル６による含水滴気流吹き付け位置よりも下流に設けられ、シート状物１に付着している水を除去する水除去装置８等を備えている。
【００１２】
支持ロール５は、進入してくる高温のシート状物１からの熱を受けても高温に昇温しないよう内部に冷却水等の冷却媒体を通す構成となっており、シート状物１を冷却する冷却ロールとしても作用する。なお、シート状物１が所定の経路を通るように支持する支持体は、図示した支持ロール５に限らず、他の構造のもの、例えば、ベルトでシート状物１を支持する構造のもの、多数の小径ロールでシート状物１を支持する構造のもの等を用いても良い。
【００１３】
含水滴気流を吹き付けるノズル６は、微小な水滴を無数に含んだ気流を高速でシート状物１に噴射しうるものであり、この実施の形態では、エア配管１１と水配管１２に接続され、供給された水をきわめて微細な水滴に変え、気流に乗せて高速で噴射する機能を備えたエアロゾルノズルが用いられている。ここでシート状物１に含水滴気流を吹き付けて冷却する際、冷却効率を上げるためには、極力微細な水滴を多量に高速で吹き付けることが望ましく、このため、ノズル６から噴射する含水滴気流中の水滴の平均粒径は、５０〜１００μｍ程度としておくことが好ましい。また、シート状物１への含水滴気流の吹き付け速度としては、２０ｍ／秒以上とすることが好ましい。なお、水滴の平均粒径の測定は、公知の測定方法を用いて行なえば良く、例えば、株式会社日本レーザーによって、「ＶｉｓｉＳｉｚｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ」との名称で提供されている、水滴粒子を直接撮影し、その画像から粒子径を測定する画像解析式粒子径分布測定システムを用いることで、水滴の平均粒径を測定できる。
【００１４】
水除去装置８は、シート状物１に付着している水を除去しうるものであれば、その構造は任意であるが、この実施の形態では、シート状物１の表面の水を吹き飛ばし且つ乾燥させるよう乾き空気９を吹き付けるエアナイフを用いている。更に、ノズル６とエアナイフ８を配置した領域には、ノズル６、エアナイフ８及びそれに向かい合うシート状物１を取り囲むようにカバー１５を設けて、シート状物１にノズル６で含水滴気流７を吹き付ける領域及びエアナイフ８で空気を吹き付ける領域を収容するチャンバー１６を形成しており、且つそのカバー１５には、カバー１６内を吸引する吸引手段（図示せず）がダクト１７を介して接続されている。なお、カバー１５がシート状物１に接触してトラブルを生じることがないよう、カバー１５の先端をシート状物１から若干離し、両者の間に小さい隙間が生じるようにしている。
【００１５】
次に、上記構成の冷却装置２による冷却動作を説明する。支持ロール５の上流から、高温（例えば、１４０℃程度）に加熱されたシート状物１が走行してきて、支持ロール５の外周面で支持されて走行する。シート状物１が支持ロール５の外周面で支持されて走行する間に、シート状物１はその裏面を、低温に保たれている支持ロール５によって冷却され、同時に、表面にノズル６から含水滴気流７が高速で吹き付けられ、含水滴気流によって冷却される。
【００１６】
ここで、図２（ａ）に示すように、含水滴気流７は無数の微細な水滴２０を同伴しており、これらの水滴２０が次々とシート状物１の表面に衝突してゆく。各水滴２０がシート状物１の表面と衝突した際にシート状物１の熱が水滴２０に伝わるが、その際の伝熱効率が大きいため、各水滴２０は敏速にシート状物１の熱を奪い、シート状物１を効率良く冷却する。また、昇温した水滴２０は一部が蒸発し、潜熱によってもシート状物１を冷却する。シート状物１に衝突してシート状物１を冷却した水滴２０は、瞬間的に多くのものがシート状物１から跳ね返ってシート状物から離れる。かくして、シート状物１には次々と無数の新たな水滴２０が衝突して冷却する。各水滴２０はきわめて小径であって吸熱容量は微小であるが、数万〜数百万個／秒の水滴２０が連続的にシート状物１に衝突してシート状物１を冷却する。この結果、きわめて効率よくシート状物１が冷却される。なお、図２（ｂ）に示すように、シート状物１の表面に単に流水２３を接触させて冷却した場合、流水２３のシート状物１との接触界面には流れのない境界層２３ａが形成され、この境界層２３ａでは熱伝導によって熱伝達が行われるので、伝熱効率が悪く、流水２３のほとんどの部分は冷却に寄与せず、大量の流水を使った割には冷却速度が上がらない。これに対し、本発明では含水滴気流を用いたことで、気流中の水滴のほとんどを冷却に有効に使用することができ、シート状物１を効率良く冷却できる。
【００１７】
ノズル６からの含水滴気流７によって冷却されたシート状物１には、その後、エアナイフ８から乾き空気が吹き付けられ、その乾き空気がシート状物１の表面に付着していた水滴を吹き飛ばすと共にシート状物１表面を乾燥させる。ノズル６による含水滴気流７の吹き付け及びエアナイフ８からの乾き空気吹き付けが行われている間、カバー１５で囲まれたチャンバー１６は、ダクト１７を介して吸引手段によって内部が負圧となるように吸引されている。これにより、ノズル６でシート状物１に吹き付けた後の含水滴気流やエアナイフ８でシート状物１に吹き付けた後の乾き空気などがチャンバー１６から吸引、除去され、周辺への気流漏れが防止されている。
【００１８】
以上のようにして、支持ロール５で支持されて走行しているシート状物１が効率良く冷却され、付着した水分が除去された後、下流に送り出される。本発明者らが確認した結果、低温に保持している支持ロール５のみで冷却する場合に比べ、ノズル６による含水滴気流吹き付けを併用した場合、冷却効率が大幅に向上することが判明した。すなわち、シート状物１として、厚さ１２０〜１７０μｍの樹脂フィルムを用い、支持ロール５へ入る前のシート状物１の温度を約１４０〜１６０℃とした場合、支持ロール５のみによる冷却を行った場合、走行速度４０〜５０ｍ／ｍｉｎで、冷却後のシート状物１の温度が、７０〜８０℃程度にしか降下しなかったが、ノズル６による含水滴気流吹き付けを併用した場合、走行速度を８０〜１００ｍ／ｍｉｎでも、冷却後のシート状物１の温度が、４０〜５０℃程度に降下した。かくして、実施形態に示す冷却装置２を用いることで、冷却不良を生じることなくシート状物１の走行速度を大幅に上げることが可能となり、生産性を大幅に向上できる。
【００１９】
以上に、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷却装置の概略断面図
【図２】（ａ）はシート状物に含水滴気流を吹き付けて冷却する状態を説明する概略断面図、（ｂ）はシート状物を流水で冷却する状態を説明する概略断面図
【符号の説明】
【００２１】
１  シート状物
２  冷却装置
５  支持ロール
６  ノズル（エアロゾルノズル）
７  含水滴気流
８  水除去装置（エアナイフ）
９  乾き空気
１１  エア配管
１２  水配管
１５  カバー
１６  チャンバー
１７  ダクト
２０  水滴
２３  流水
【図１】
2006056087.tif 000003
【図２】
2006056087.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月19日(2004.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
しかしながら、冷却ロールを用いたシート状物の冷却方法では、処理能力を高めるためシート状物の走行速度を速くすると、冷却ロール−シート状物間の熱伝導時間が短くなって冷却不足を生じ、製品不良（例えば、ラミネータ等の貼り合わせ処理の場合、接着層の結晶化に不具合が生じてピール強度が低下するといった製品不良）が発生していた。この不具合に関する対策としては、冷却ロールの設定温度を下げるとか、冷却ロールを大径化するといった対策が採られていたが、設置スペース等の制約があり、十分な冷却能力を確保できなかった。また、特許文献１に記載されている液化ガスを利用する方法をシート状物の冷却に適用し、走行中のシート状物に対して液化ガスを噴霧して冷却することも考えられるが、その場合、冷却能力は確保できるものの有人環境下では大気中の酸素濃度を変えてしまい危険であるため、装置を密閉する等の設備が別途必要となり、設備費がきわめて高くなるという問題を生じる。
【特許文献１】特許第２６９６３５１号公報