(57)【要約】【課題】外気の延伸室内への流れ込みや、仕切り板を横切ってフィルムの長手方向に流れるＭＤ流の発生を効果的に阻害することでシート幅方向の温度斑を低減し、シート幅方向の特性が均一なシートの製造を可能にすることができ、熱交換器の消費電力を低下することもできるシートの延伸装置およびシートの製造方法を提供すること。【解決手段】シート幅方向の両端をクリップで把持しながら幅方向と直交する所定方向へ走行させながら延伸する装置において、クリップの走行経路に、上記所定方向とシート幅方向の両方に直交する偏向方向へ傾いている傾斜部位を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート幅方向の両端をクリップで把持しながら前記幅方向と直交する所定方向へ走行させながら延伸する装置であって、前記クリップの走行経路が、前記所定方向とシート幅方向の両方に直交する偏向方向へ傾いている傾斜部位を有することを特徴とするシートの延伸装置。
【請求項２】
前記シート面にエアーを吹き付ける吹き出し装置を備え、前記傾斜部位の前記所定方向における開始点と終了点との間の偏向方向における高さ間隔が、エアー吹き出し位置からシート面までの距離の半分以上であり、かつ、前記傾斜部位の傾斜開始点と終了点との前記所定方向における間隔が、前記高さ間隔の６倍以下であることを特徴とする請求項１に記載のシートの延伸装置。
【請求項３】
前記傾斜部位を複数有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシートの延伸装置。
【請求項４】
前記傾斜部位内および／またはその近傍のシート走行面近傍に少なくとも１つの気流阻害部材が設置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシートの延伸装置。
【請求項５】
シート面に最も近い前記気流阻害部材の位置から、シートまでのシート面の法線方向距離が、２ｃｍ以上であり、かつ、シート面からエアー吹き出し口までの距離以下であることを特徴とする請求項４に記載のシートの延伸装置。
【請求項６】
シートを所定方向に走行させながらシートを製造するシートの製造方法であって、シートの走行方向を前記所定方向とシート幅方向に直交する偏向方向に傾斜させることによって前記所定方向の気流を阻害しながら製膜することを特徴とするシート製造方法。
【請求項７】
さらに、前記シートとは非接触である気流阻害部材により前記気流を阻害する請求項６に記載のシート製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱可塑性樹脂フィルムなどのシートを延伸するための装置およびシートの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、熱可塑性樹脂フィルムの延伸装置は、フィルム長手方向に複数のゾーンが連結して構成され、各ゾーン内を所定の温度に保持しながら、前記フィルムに対して予熱、延伸、熱セット、冷却等の処理を行う。また、前記ゾーンは、フィルム長手方向に１つまたは複数の室に区画されており、各室で温度設定が行えるようになっている。
【０００３】
一般的な延伸装置１の一例を図３、４に示す。図３は延伸装置１のうち２つの室、２、３の概略正面断面図であり、図４は図３におけるＢ−Ｂ’断面図である。フィルム４は図３の紙面の左側から右側の方向（所定方向）に走行している。
各室２、３間は、フィルム４を通すために開口部５が設けられた仕切り板６によって区画されている。各室２、３内をそれぞれ所定の温度に保持する手段として、一般的に各室内でエアーを循環させるエアー循環装置１６が設けられている。
このエアー循環装置１６は、熱交換器７により所定の温度に制御したエアーを、ファン８によりフィルム４両面に対向してフィルム４長手方向に複数設置されたエアー吹き出し部９からフィルム４へ向けて吹き出し、エアー吹き出し部９の周囲に設置されたエアー吸い込み部１０から回収するものである。フィルム４は、クリップ１１によってフィルム幅方向（図３の紙面に垂直な方向）の両端を把持されて、クリップ１１がクリップガイドレール１２を走行することにより延伸装置内を上記所定方向に走行している。そして、室内を循環するエアーとの熱交換によって加熱あるいは冷却されながらフィルム幅方向、または幅方向と長手方向とを同時に延伸される。
【０００４】
さて、フィルム４の特性は製造工程で受ける熱履歴によって決まる。よって、延伸装置の各室内におけるフィルム幅方向の温度斑は、フィルム４特性斑や厚み斑の原因になる。また、延伸装置１内でのフィルム４破れ、巻き姿の悪化といったトラブルを招くことにもなる。
【０００５】
温度斑の発生要因として、２つ考えられる。
【０００６】
１つ目の要因は、フィルム中央部に比べ側部は、側壁やフィルム４を把持しているクリップ１１やクリップガイドレール１２等が抵抗となり、フィルム４に吹き付けられるエアーの流量が少ない点である。この問題に対して、エアー吹き出し部９の吹き出し口形状を改良することでフィルム端部からの吹き出し量をフィルム中央部に比べて多くする方法（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
【０００７】
２つ目の要因は、設定温度の異なる隣接室からの循環エアーの流れ込み、または、外気の延伸室内への流れ込みといった、仕切り板６を横切ってフィルム４の長手方向に流れるエアーの存在が考えられる。上記気流をＭＤ流（Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  Ｆｌｏｗの略）と呼ぶ。ＭＤ流は温度斑だけでなく、異なる温度のエアーが混入することにより熱交換器７の消費電力が増加し、エネルギー効率が低下するという問題をも誘発している。そこで、従来よりＭＤ流を阻害するため、仕切り板６の開口部５には、気流阻害部材１３が設置されている。しかし、延伸装置内でフィルム４は走行しながら上下にばたついているため、気流阻害部材１３をフィルム４に近づけすぎると、気流阻害部材１３にフィルム４が接触し、傷や破れを引き起こす可能性がある。
【０００８】
なお、フィルム４のばたつきを抑制する方法としてエアー吹き付け部９と、そのエアー吹き付け部の吹き出し口に対向してフィルムに接した状態で回転するローラを設ける方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。この構成は、ばたつきを抑制するとともに、結果的にフィルム４に接触しているローラでＭＤ流を阻害することができるため、気流阻害部材１３を設置する必要はなくなる。
他にも、ボーイング現象の抑制効果を目的とし、延伸装置内でフィルム４にローラを接触させる構成（例えば、特許文献３参照）は知られている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−９６６１９号公報（第２−４頁、第１−３図）
【００１０】
【特許文献２】
特開平８−２４４１０９号公報（第２−４頁、第１−２図）
【００１１】
【特許文献３】
特開昭５０−７３９７８号公報（第２−５頁、第１−２図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のエアー吹き出し部の吹き出し口形状を改良することでフィルム端部からの吹き出し量をフィルム中央部に比べて多くする方法は、ＭＤ流が発生している場合には効果を発揮しない。また、延伸装置内でローラに接触させる構成は、フィルムに熱が加えられて軟化している状態でローラへ接触させるため、フィルムに傷がつきやすく、フィルム幅方向へのフィルムの延伸装置には使いにくい。
【００１３】
本発明は、かかる従来技術の欠点を改良し、ＭＤ流の発生を効果的に阻害することでシート幅方向の温度斑を低減し、シート幅方向の特性が均一なシートの製造を可能にすることができ、熱交換器の消費電力を低下することもできるシートの延伸装置およびシートの製造方法を提供することをその目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するため、本発明の延伸装置は下記の構成からなる。
【００１５】
すなわち、シート幅方向の両端をクリップで把持しながら前記幅方向と直交する所定方向へ走行させながら延伸する装置であって、前記クリップの走行経路が、前記所定方向とシート幅方向の両方に直交する偏向方向へ傾いている傾斜部位を有することを特徴とするシートの延伸装置である。
【００１６】
また、前記シート面にエアーを吹き付ける吹き出し装置を備え、前記傾斜部位の前記所定方向における開始点と終了点との間の偏向方向における高さ間隔が、エアー吹き出し位置からシート面までの距離の半分以上であり、かつ、前記傾斜部位の傾斜開始点と終了点との前記所定方向における間隔が、前記高さ間隔の６倍以下であることを特徴とするシートの延伸装置である。
【００１７】
また、前記傾斜部位を複数有することを特徴とするシートの延伸装置である。
【００１８】
また、前記傾斜部位内および／またはその近傍のシート走行面近傍に少なくとも１つの気流阻害部材が設置されていることを特徴とするシートの延伸装置である。
【００１９】
また、シート面に最も近い前記気流阻害部材の位置から、シートまでのシート面の法線方向距離が、２ｃｍ以上であり、かつ、シート面からエアー吹き出し口までの距離以下であることを特徴とするシートの延伸装置である。
【００２０】
また、シートを所定方向に走行させながらシートを製造するシートの製造方法であって、シートの走行方向を前記所定方向とシート幅方向に直交する偏向方向に傾斜させることによって前記所定方向の気流を阻害しながら製膜することを特徴とするシート製造方法である。
【００２１】
また、前記シートとは非接触である気流阻害部材により前記気流を阻害するシート製造方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の延伸装置の一実施形態の詳細について説明する。
【００２３】
本発明で言うシートとは、熱可塑性樹脂フィルムや布等の薄板のことを言う。
また、延伸とは少なくとも一軸方向に延伸することで、シート幅方向のみの延伸、または幅方向と所定方向との同時延伸のことを言う。延伸装置内では、延伸前に予熱、延伸後に熱処理、冷却を行う手段が設けられているのが一般的である。
本発明における延伸装置としては、これら延伸前後の熱処理、冷却等を行なう手段の存在は任意である。
【００２４】
本形態のシートの延伸装置の特徴は、シート幅方向における両端を把持してシートの走行と延伸をガイドするクリップの走行経路が傾斜していることにある。
図１により詳しく説明する。なお、図１は本発明の延伸装置内における傾斜部位周辺のシート４、クリップ１１、クリップガイドレール１２のみを示した概略斜視図である。この図でシートは左から右へ走行しているものとする。本発明における所定方向とは延伸装置の入口から出口へ向かう方向をいう。図１においては、紙面の左から右に向かう方向に該当する。多くのシンプルな延伸装置においては、本発明における傾斜部位を除いてシートの長手方向にほぼ一致する。幅方向はシート両端間の距離が最短になる方向を表す。偏向方向は、前記所定方向と幅方向とにそれぞれ直交する方向を示す。図１では所定方向に対してクリップガイドレール１２を鉛直方向下向きに傾斜させているが、上向きに傾斜させても良い。
【００２５】
クリップ１１の走行方式には、環状のチェーン上にクリップ１１を取り付け、チェーンをクリップガイドレール１２に沿って走行させることでクリップ１１を走行させるチェーン方式や、リニアコイルのＮＳ磁界とクリップ１１の永久磁石の反発で推進力を得てクリップガイドレール１２に沿ってクリップ１１を走行させるリニアモータ方式等が知られているが、本発明においては、どのような方式であっても良い。
【００２６】
本形態の装置により、ＭＤ流が阻害される原理を、図面を参照しながら説明する。図２は図１におけるＡ−Ａ’矢視におけるシート４断面のみを示したものである。なお、図中の矢印はＭＤ流の流れの方向を示している。シート４の下面を流れているＭＤ流は、傾斜したシート４そのものが抵抗となり阻害され、シート４上面を流れているＭＤ流は、傾斜開始点１４でシート４面上から剥離されて流れが拡散し流速が低下する。反対方向にＭＤ流が流れている場合でも、同じ原理でＭＤ流は阻害される。
【００２７】
なお、傾斜開始点１４とは、傾斜前のシート面を含む平面と傾斜部のシート面を含む平面とが交わる直線を図２のＡ−Ａ’方向から見た点であり、傾斜終了点１５とは、傾斜後のシート面を含む平面と傾斜部のシート面を含む平面とが交わる直線を図２のＡ−Ａ’方向から見た点である。
【００２８】
上記原理から、クリップガイドレール１２の傾斜する角度が急峻であるほど、ＭＤ流の阻害効果は高く、逆に傾斜する角度が緩いとＭＤ流阻害効果は低い。本発明における傾斜する角度の大きさについて図５により説明する。この図には２つの室間のシート４近辺のみを図示した。傾斜開始点１４と傾斜終了点１５の前記所定方向における間隔をｍ、傾斜部位における偏向方向の間隔をｔとする。ｔと比較してｍが大きいと傾斜は緩いことになる。ｍがｔの６倍以上であるとＭＤ流阻害効果はあまり得られない。よって、ｍがｔの６倍以下であることが望ましい。ただし、傾斜部が小さすぎるとその効果も小さくなるため、傾斜部位における偏向方向の間隔（ｔ）が、傾斜部位から最も近いエアー吹き出し口２０とシート間の偏向方向における距離（ｓ）の半分以上であることが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明の特徴である傾斜部位を延伸装置機内に複数設けることで、ＭＤ流阻害効果が高くなる。特に、循環温度が大きく変わるゾーンとゾーンの間、さらに好ましくは室と室の間に設置することで大きな効果が得られる。
【００３０】
上記クリップガイドレールを傾斜することに加え、一つの傾斜部位に対して少なくとも一つの気流阻害部材を設置することにより、ＭＤ流阻害効果は大幅に向上する。気流阻害部材とは、ＭＤ流を阻害する部材全てであり、ゾーンや室を区画するために設けられた仕切り板や、各室両端のエアー吹き出し部の傾斜側の面もこれに含まれる。
【００３１】
気流阻害部材の所定方向の取り付け位置は、傾斜部位に近いほどＭＤ流阻害効果は高く、離れすぎているとＭＤ流の阻害効果は低い。傾斜部位、または傾斜開始点か終了点から前記所定方向においてエアー吹き出し口とシート間の偏向方向における距離（ｓ）以内の位置に設置されていないと、効果は小さい。
【００３２】
気流阻害部材の偏向方向における取り付け位置は、シート面から最も近い気流阻害部材の先端から、シートまでのシート面の法線方向距離が２ｃｍ以上で、エアー吹き出し口とシート間の偏向方向における距離（ｓ）以下であることが好ましい。２ｃｍ以下であると、ばたついたシートに接触し傷や破れを引き起こす可能性がある。しかし、エアー吹き出し口とシート間の偏向方向における距離（ｓ）以上離してしまうと、ＭＤ流の阻害効果はあまり得られない。
【００３３】
つづいて、本発明のシートの製造方法について説明する。本発明の特徴は、シートに傾斜部を与えることによってＭＤ流を阻害するものである。傾斜部位においてシートの両端は、例えばクリップで把持されているが残りの部位（中央部）はローラ等による機械的な把持は受けない。特許文献２、３の延伸装置内でローラを用いる構成は、ローラのみがＭＤ流を阻害しているものであり、本発明の方法とは異なる。
【００３４】
図６により傾斜部と気流阻害部材１３を設置することによるＭＤ流抑制の相乗効果について説明する。この図には２つの室間のシート４近辺のみを図示した。
気流阻害部材１３をシート４に近づけすぎることができないため、従来の形状ではシート面上を流れているＭＤ流が気流阻害部材１３の下を通過してしまう。ところが、本発明の形状では、シート４上面を流れているＭＤ流が傾斜開始点１４でシート４面上から剥離され、気流阻害部材１３に衝突する。また、シート４下面を流れるＭＤ流は、傾斜したシート４そのものが抵抗になると共に、気流阻害部材の下を通過したＭＤ流は傾斜終了点１５でシート４面から剥離されてから室両端エアー吹き出し部の傾斜側の面１７に衝突する。このように、傾斜部位を設け、さらに気流阻害部材１３を設置することによってＭＤ流抑制効果は大幅に向上する。
【００３５】
【実施例】
本発明を実施例に基づいて説明する。
【００３６】
実施例は図７のように構成された室間の構成を、市販の汎用熱流体解析ソフト（株式会社シー・ディー・アダプコ・ジャパンの「ＳＴＡＲ−ＣＤ」）により流体解析を行うことで算出した。本ソフトは流体の運動方程式であるナヴィエ・ストークス方程式を有限体積法により解析するものである。室両端エアー吹き出し部の傾斜側の面１７間の所定方向距離（ｗ）が１．５ｍ、エアー吹き出し部からシート間の距離（ｓ）は上下ともに０．２５ｍ、室の床から天井までの距離（ｙ）は２．５ｍ、室両端エアー吹き出し部の傾斜側の面１７から入口境界１８および出口境界１９までの距離（ｘ）が５ｍである。
【００３７】
解析における境界条件として、入口部の圧力が出口部の圧力よりも１０Ｐａ高くなるよう、入口境界１８および出口境界１９に圧力境界条件を設定した。解析は２次元で行い、シートは幅方向へ無限に続き、厚さが無く、走行していないと仮定した。クリップやクリップガイドレールによる影響は無視した。また、雰囲気を非圧縮性流体とし、温度による密度変化はないと仮定した。以上の条件は、図３や４に示した延伸装置に本発明による傾斜部位を設けた状況をよく模擬している。
【００３８】
ＭＤ流速が速ければ傾斜部の抵抗が小さく、ＭＤ流速が遅ければ抵抗が大きいことになる。
【００３９】
それぞれ表１のように異ならせた本発明の実施例、比較例により解析を実施した。表に用いられている記号は図７に対応している。なお、記載されている流速は、流量と流路断面積から算出した。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
［実施例１］
傾斜部位の開始点と終了点の所定方向における間隔（ｍ）を１．５ｍ、傾斜部位における偏向方向におけるの高さ間隔（ｔ）を０．５ｍとした。気流阻害部材は存在しない状態とした。
【００４２】
［比較例１］
実施例１において傾斜部位をなくした。従来の一般的な延伸装置の形状と言える。傾斜部位を設けた延伸装置に比べＭＤ流速が速い。
【００４３】
［実施例２］
実施例１において、傾斜部位における偏向方向における高さ間隔（ｔ）をエアー吹き出し位置からシート面までの距離（ｓ）０．２５ｍの半分以下の０．１ｍにした。傾斜部位が小さいためにシート下を流れるＭＤ流を阻害する効果が比較的小さい。また、シート上を流れるＭＤ流もシート面上から剥離しにくくなっている。よって、ＭＤ流速が速く抑制効果は実施例１に比べると小さい。また、ｔがｓの半分以下ならＭＤ流速の変化はさらに小さかった。
【００４４】
［実施例３］
実施例１において、前記高さ間隔（ｔ）を０．２４ｍとし傾斜部位の傾斜を緩やかにした。傾斜部位の傾斜が相対的に緩く、ＭＤ流の抑制効果は実施例１よりは低い。
【００４５】
［実施例４］
実施例１において、気流阻害部材を取り付けた。なお、シート面から最も近い気流阻害部材の先端から、シートまでのシート面の法線方向距離（ａ）が０．２ｍとなるようにした。その取り付け位置（ｌ）は傾斜開始点と傾斜終了点のちょうど中間である。気流阻害部材を取り付けることによってＭＤ流は減少した。
【００４６】
［実施例５］
実施例４において、気流阻害部材の先端の位置が、シート面からシート面の法線方向距離で０．３ｍになるよう遠ざけた。気流阻害部材とシート間が広いため、シート面上を流れるＭＤ流を阻害する効果が低減している。シート面から最も近い気流阻害部材の位置から、シートまでのシート面の法線方向距離が、シートからエアー吹き出し口までの距離以上であると、実施例１と比較してＭＤ流を阻害する効果があまり得られなかった。
【００４７】
図８は、横軸にシート面から最も近い気流阻害部材の先端からシートまでのシート面の法線方向距離（ａ）の逆数、縦軸にＭＤ流速（Ｖ）を気流阻害部材が無かったときのＭＤ流速（Ｖ０）で割った値、を表示したグラフである。なお、ＭＤ流速は、フィルム上面を流れるＭＤ流とフィルム下面を流れるＭＤ流速との平均値でプロットした。傾斜する角度が急峻である（ｍ／ｔが小さい）ほど、仕切りによるＭＤ流抑制効果は大きくなることがわかった。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＭＤ流を阻害することでシート幅方向の温度斑を低減し、シート幅方向の特性が均一なシートの製造を実現することができる。また、温度均一性に優れているため、エアーを循環使用する際に必要な熱交換器の消費電力が小さくなり、省エネ効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る延伸装置を構成する傾斜部位におけるクリップ、クリップガイドレール、シートの概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’矢視のシートのみの概略図およびＭＤ流の速度ベクトルである。
【図３】従来用いられてきた延伸装置を構成するゾーンまたは室の一般的な形態である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’矢視の概略構成図である。
【図５】２つの室間のシート近辺のみの寸法を説明するための概略構成図である。
【図６】２つの室間のシート近辺のみの本発明の形状および従来形状の概略構成図である。
【図７】実験装置の概略構成図である。
【図８】気流阻害部材の先端位置と傾斜角度がＭＤ流におよぼす影響を示す図である。
【符号の説明】
１：延伸装置
２：室▲１▼
３：室▲２▼
４：フィルム
５：仕切り開口部
６：仕切り板
７：熱交換器
８：ファン
９：エアー吹き出し部
１０：エアー吸い込み部
１１：クリップ
１２：クリップガイドレール
１３：気流阻害部材
１４：傾斜開始点
１５：傾斜終了点
１６：エアー循環装置
１７：室両端エアー吹き出し部の傾斜側の面
１８：入口境界
１９：出口境界
２０：傾斜部位から最も近いエアー吹き出し口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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