JP4782773B2 - エアフォイル及びこれを備えたウェブ乾燥機 - Google Patents

Description

本発明は、移動中のウェブを、非接触式に乾燥し案内する装置に関し、より具体的には、ウェブのしわをできる限り少なくするか、排除するか、又は取り除く、改良されたウェブ空気浮上装置に関する。

ウェブ被覆、印刷、及び乾燥の作業では、ウェブ自体に、又はウェブの１つ又はそれ以上の面に事前に塗布された被覆（インクなど）に、傷がつかないようにするために、ウェブを非接触式に支持するのが望ましい場合が多い。乾燥時にウェブを非接触式に支持するための従来型の装置の１つとして、水平方向に上側及び下側に配置したエアバーのセットを設け、それらエアバーの間をウェブが移動するようにした装置がある。ウェブが乾燥機内を移動する際、エアバーから排出される温風が、ウェブを乾燥させると共にウェブを支持する。

どの様な浮上システムであってもその重要な特性は、浮上装置によって提供されるクッションの量と、ウェブが装置上を通過する際の安定性である。支持が適切であれば、軽量のウェブに高い張力を掛けた場合によく生じるウェブのしわを取り除くことができる。ウェブ付近の気流が不安定であれば、ウェブは、はためき、その結果、乾燥機の機械部品に接触して、被覆が乱れ、又はウェブに傷が付く結果を招くこともある。ウェブのはためきは、ウェブが激しくはためく状態から高周波のドラミング状態まで多様な形態で現れる。

単一スロット式のエアバーは、当技術では、エアフォイルとして知られている。エアフォイルは、ダブル及びトリプルスロット式のエアバーとは異なり、エアフォイルでは、エアバーの表面に正圧と負圧の両方が存在するのに対して、ダブル及びトリプルスロット式バーでは正圧だけしか存在しない。その結果、ダブル及びトリプルスロット式エアバーは、より広い圧力及びクリアランス範囲に亘って作動させることができ、エアフォイルの代表的な浮上クリアランス約２．３ｍｍに比較して、ダブル及びトリプル式エアバーの場合は６．３ｍｍである。エアフォイルは、クリアランスが大きくなると、熱伝達と浮上安定性の両方が劇的に低下するが、ダブル及びトリプル式エアバーの場合の熱伝達は、クリアランス２５ｍｍ（単一寸法バー）までは比較的安定している。単一スロットエアバーの代表的な適用例は、ウェブの片側だけに空気を当てて浮上させねばならない場合である。

従来型のエアフォイルは、ウェブに対して約４５度で空気を排出し、この空気がウェブを上方に押し上げるのであるが、空気を捕らえてエアフォイル面に沿わせるのは、ウェブの平坦度に懸かっている。これにより負圧が発生してウェブを下方に引き戻してエアフォイル上で正しい位置に保持する。中度から高度の張力を掛けて軽量ウェブを浮上させる場合、ウェブには機械方向のひだが生じる。このひだは、４５度のスロットから排出された空気を逃がしてしまい、エアフォイル面とウェブの間に空気を閉じ込めることができなくなるので、ウェブをエアフォイル面に引き降ろすために作り出される速度が低下するか又は生成されなくなってしまう。その結果、浮上性能が劣り、エアフォイルがその効果を発揮できなくなる。

従って、本発明の目的は、広い範囲のウェブ重量に対して、優れたウェブ支持性能を発揮すると共に優れたウェブ安定性を実現する、ウェブを浮上させるためのエアフォイルを提供することである。

先行技術の問題点は、特に移動しているウェブの片面浮上のためのステップ式エアフォイルと、そのようなエアフォイルを１つ又はそれ以上有する乾燥機とを提供する本発明により解決することができた。このエアフォイルの設計は、浮上しているウェブの機械方向のしわを無くす引き下げ力を増すように配慮した２つの排出スロットを含んでいる。この設計は、従来の設計のように、平坦なウェブに頼って面横断速度を作り出し、正しく浮上させるためにウェブを面上に引き戻すのではない。一次スロットから排出された空気は、集められ二次スロットの気流に合流されるので、空気クッション性が高まり、移動しているウェブに対する支持力が増して、軽量ウェブに高張力を掛けた際に発生するウェブの機械方向のしわが取り除かれる。２つの排気スロットは、従来の設計よりも長い領域に亘ってウェブに平行に気体（空気）を吹き出すので、ウェブに対する引き下げ力が増す。

このエアフォイルは、一次排出スロットと、この一次排出スロットから間隔を空け段を下げて配置されている第２排出スロットと、一次排出スロットと二次排出スロットの間の第１ウェブ支持面と、二次スロットのウェブ移動方向下流に配置されている第２ウェブ支持面と、を含んでいる。エアフォイルは、空気を一次及び二次スロットに一様に分配して供給する空気供給部と連通している。

このエアフォイルは、主に片側浮上に使用されるが、乾燥力を高める場合には、両面式装置でも使用することができる。

本発明のエアフォイルは、平坦なウェブとは関係なく一定の引き下げ力を維持するために、ウェブに平行に空気を排出する二次的なスロットを組み込んだ独自の設計である。これは、片面浮上用途に特に有用である。

さて図１は、本発明の好適な実施形態によるエアフォイルの全体を、符号１０で示している。エアフォイル１０は、部分的には、図示の実施形態では上部分を除き断面が略矩形であるヘッダ１によって画定されている。図２に示すように、ヘッダ１の相対する側面１１ａと１１ｂは、それぞれ上フランジ部分１２ａ、１２ｂで終端している。上フランジ部分１２ａは傾斜しており、望ましくは、垂直方向に対して約６５度の傾斜であり、曲がり部分１３で終端している。上フランジ部分１２ｂは、反対側の側面１１ａに向けて略水平方向に伸張している。ヘッダ１は、エアフォイルの基部の、気体供給部（図示せず）と気体受け入れ可能に連通している、１つ又はそれ以上の孔３６を介して受け入れられる気体用のプレナムとして機能する内部空間５を画定している。ヘッダ１は、ヘッダの各端板のアライナー８を整列させることにより適したダクト系上に位置決めされ、保持用ガスケット７で密閉されている。間隔を空けて配置された複数の孔を有する拡散板６（図１）がヘッダに配置され、気体がスロットに向けて流れる際に、供給気体が一様に分配されるようにしている。図示の実施形態では、拡散器６は、ヘッダ１の中心線ＣＬ上又はその付近を頂点とした勾配（約１５度）を有している。

ヘッダ１のフランジ部分１２ａ、１２ｂと曲がり部分１３は、追従用上板２及び追従用下板３と共に、エアフォイルの一次及び二次スロットを形成している。具体的には、図３Ａと３Ｂは、追従用下板３を詳しく示している。板３は、間隔を空けて複数の開口３２ａ−３２ｎが形成された比較的短い部分３１を含んでいる。開口は円形で、プレナムからエアフォイルの段を下げた二次スロットへの気体の流れが均一になるように等間隔に配置されているのが望ましい。図示の実施形態では、そのような開口が６つ設けられており、それぞれ直径が約２インチ（５．０８ｃｍ）であるが、当業者には理解頂けるように、本発明は、特定の個数や特定の直径の開口に限定されるものでない。

板３は、短い部分３１から或る角度で伸張する比較的長い部分３３も含んでいる。比較的長い部分３３は、図６に最も分かり易く示されているエアフォイルのウイングを形成しており、下向きに伸張するフランジ３４で終端している。板３の比較的長い部分３３は、短い部分３１から約２８度の角度で伸張し、部分３３の中間地点に向け更に２度から３度だけ曲がり、フランジ３４から約１インチ（２．５４ｃｍ）の箇所で更に５度曲がっているのが望ましい。フランジ３４は、直角下向きに約０．５インチ（１．２７ｃｍ）伸張している。板３は、追従用上板２と共に二次スロットＳを画定しており、開口３２ａ−３２ｎから流れてきた空気がこのスロットを抜けて放出される。空気は、その後、ウイングの上面に沿ってウェブ移動方向に移動する。

図４は、追従用上板２の断面を示している。上板２は、追従用下板３の短い部分３１の端に、溶接などで接続されている（図１参照）フランジ２１を含んでいる。フランジ２１からは第１平坦部分２２が伸張しており、平坦部分２２からは約９０度の角度で第２平坦部分２３が伸張しており、更に、第２平坦部分からは約２７度の角度で細長い部分２４が伸張している。ヘッダ１に正しく取り付けられた状態で、追従用上板２の第２平坦部分２３は、ヘッダ１のフランジ１３と共に、一次スロットＰを画定し、細長い部分２４は、エアフォイル１０の上側ウェブ支持面（図１に最も分かり易く示す）を画定しており、一次スロットＰを出た空気は、この支持面に沿ってウェブ移動方向に流れる。一次スロットＰの排出口は約０．８インチ（２．０３ｃｍ）であるのが望ましい。

一次スロットＰと二次スロットＳの間の距離は、適切な気流とウェブ浮上にとって重要である。距離が短すぎると、一次スロットＰから排出された空気がウェブと平行に流れない。距離が長すぎると、一次スロットの気流は速度が下がってしまう。望ましくは、スロット間の距離は約２．５インチ（６．３５ｃｍ）から約６．５インチ（１６．５１ｃｍ）であり、３．２５インチ（８．２６ｃｍ）がとりわけ好適である。

次に図５は、スペーサ４の断面を示している。スペーサ４は、上下の追従用板アッセンブリで画定される空間内に入る形状に作られている。エアフォイルの長さに亘って複数のスペーサ４が配置され、追従用下板３の開口と開口の間に、開口３２ａ−３２ｎから放出される気体の流れに干渉しないように配置されるのが望ましい。スペーサは単に強度のためにトラスシステムを形成するにすぎず、エアフォイルの長さに亘る間隔取りはそれ程重要なものではない。スペーサ４の断面形状は、追従用の上板２と下板３によって画定される領域の断面に整合している。スペーサ４は、適していればどの様な手段で所定の位置に固定してもよいが、タブ４７ａをヘッダ１に溶接し、タブ４７ｂを追従用上板２に溶接し、タブ４７ｃを追従用下板３に溶接することにより固定するのが望ましい。スペーサの端部は、二次スロットＳの間隙又は開口寸法を設定するが、開口寸法は約０．０８インチ（２ｍｍ）であるのが望ましい。二次スロットＳは、ウェブに平行に空気を排出し、最大引き下げ力を得るために平坦面に亘って一定の空気速度を維持する。

追従用下板のウイング延長部を適切に支持するために、図６に示すようにウイングの下には複数のガゼット６０（図７）が配置されている。各ガゼット６０は、タブ６１ａ、６１ｂを溶接するなど適した手段でヘッダ１に取り付けられている。同様に、タブ６１ｃを溶接することにより、ガゼット６０の上部がウイングの下側に取り付けられている。各ガゼット６０の上部は、ウイングの傾斜に対応するためにテーパが付いている。ガゼットの必要な個数はノズルの長さによって異なるが、当業者の技量の範囲内にある。図６に示す実施形態では、等間隔に配置された３つのガゼットが設けられている。

図８に示すように、２つの排出スロットは、薄い膜類から重い紙や膜類まで、あらゆる重量のウェブの効果的な片面ウェブ浮上を考慮している。それぞれが、空気供給ヘッダ１０１と連通しており、移動しているウェブ２００の片面に配置されている、複数のエアフ
ォイル１０を備えたウェブ乾燥機の一部分１００が示されている。移動しているウェブ２００の反対側には複数のノズル１０５が配置されており、各ノズルは、各エアフォイル１０の位置と互い違いの関係に配置されているのが望ましい。図示の実施形態では、乾燥機１００のステップ式エアフォイル領域にある反対側のノズル１０５は、溶剤を希釈してＬＦＬレベルを低く保つために、低速高容量の基本的な単一スロットノズルである。一定の面横断速度は、ウェブをエアフォイル面に引きつけ、良好な浮上性能とウェブ特性が得られる。スロットを２個設けた設計は、引き下げ力を２倍にして、浮上しているウェブの機械方向のしわを伸ばすことを考慮している。エアフォイルの引き下げ保持力が増すと、ウェブのはためき、うねり、又は傷付き問題を発生させること無く、相対するエアバー領域へ安定して移行するのに備えた平坦なウェブとすることができる。

この様に、作動時、気流は一次及び二次スロット又はオリフィスを通して排出される。この設計は、一次スロットから排出された空気を集めて二次スロットからの気流に合流させて再利用し、空気クッション性能を高め、移動するウェブに対する支持力を大きくして、軽量ウェブに高い張力を掛けると生じる機械方向のウェブのしわを取り除くことを考慮している。高い張力の掛かったウェブでは、高い浮上高（例えば、ライン速度に関係なく、エアフォイル面からの浮上高は正方向に０．１２５インチ（３．２ｍｍ））とすることができる。空気はウェブの下方にウェブに平行に排出されるので、しわの寄ったウェブを表面に引き下げて正しい位置に保持し、制御された移送ができるようにするための速度が、エアフォイル面全体に亘って常に存在する。二次スロットの増強されたクッション圧力によりウェブが引き伸ばされ、ウェブに形成されている機械方向のしわが取り除かれ、ウェブにガラスのような外観が作り出される。２つの排出スロットを２つの異なる面位置に組み込んで、２つの広い平坦な表面領域を作り出すことにより、機械方向に寄ったしわを伸ばす場合に不可欠な引き下げ力が倍増する。

本発明が優れた浮上特性を発揮できるウェブの重量と張力の条件の範囲は、従来の設計の場合の２倍を超える。
このエアフォイルの性能により、乾燥機に設置した場合には、エアフォイル同士の間隔を広く取ることができ、異なるウェブ重量とウェブ張力での作動枠がより広くなる。この装置は、ウェブ捕捉特性が高くなるように設計されているので、ウェブ安定化装置として使用することができる。

本発明によるエアフォイルの断面図である。 図１のエアフォイルのヘッダの断面図である。 図３Ａは、本発明のエアフォイルの追従用下板の上面図である。

図３Ｂは、図３ＡのＡ−Ａ線に沿う追従用下板の断面図である。
本発明のエアフォイルの追従用上板の断面図である。 本発明のエアフォイルのスペーサの断面図である。 本発明のエアフォイルの斜視図である。 本発明のエアフォイルのガセットの断面図である。 本発明の或る実施形態による、ウェブの片面に複数のエアフォイルを備えた乾燥機の概略図である。

Claims (18)

1. 材料のウェブを浮上させるためのエアフォイルにおいて、一次排出スロットと、該一次排出スロットから間隔をあけて段を下げて配置されると共に、前記ウェブの移送方向に前記一次排出スロットの下流に配置されている二次排出スロットと、前記一次排出スロットと前記二次排出スロットの間の第１の平らなウェブ支持面と、前記二次排出スロットのウェブ移送方向下流にある第２ウェブ支持面と、を備え、前記二次排出スロットが前記ウェブに平行に空気を排出することを特徴とするエアフォイル。
2. 材料のウェブを浮上させるためのエアフォイルにおいて、一次排出スロットと、該一次排出スロットから間隔をあけて段を下げて配置されると共に前記ウェブの移送方向に前記一次排出スロットの下流に配置されている二次排出スロットと、前記一次排出スロットと前記二次排出スロットの間の第一の平らなウェブを支持面と、前記二次排出スロットのウェブ移送方向下流にある第２ウェブ支持面と、を備え、
   前記一次排出スロットから排出された空気は、集められて、ウェブ移送方向に平行な方向の前記第二次排出スロットの気流に合流されること特徴とするをエアフォイル。
3. 材料のウェブを浮上させるためのエアフォイルにおいて、一次排出スロットと、該一次排出スロットから間隔をあけて段を下げて配置されると共に前記ウェブの移送方向に前記一次排出スロットの下流に配置されている二次排出スロットと、前記一次排出スロットと前記二次排出スロットの間の第一の平らなウェブを支持面と、前記二次排出スロットのウェブ移送方向下流にある第２ウェブ支持面と、を備え、
   前記第２ウェブ支持面は、前記二次排出スロットから遠ざかるにつれて下向きに傾斜するウイング部分を備えていることを特徴とするエアフォイル。
4. 前記一次排出スロットと前記二次排出スロットに空気を均一に分配する拡散器を更に備えている、請求項１から３のいずれかに記載のエアフォイル。
5. ウェブ乾燥機において、ウェブ入口と、前記ウェブ入口から間隔を空けて配置されているウェブ出口と、前記ウェブを乾燥させるための前記乾燥機内の複数の空気排出ノズルと、前記乾燥機内の少なくとも１つのエアフォイルであって、一次排出スロットと、前記一次排出スロットから間隔を空け段を下げて配置され前記ウェブ移送方向に前記一次排出スロットの下流に配置されている二次排出スロットと、前記一次排出スロットと前記二次排出スロットの間の第１の平らなウェブ支持面と、前記二次排出スロットのウェブ移送方向下流にある第２ウェブ支持面と、を備え、前記二次排出スロットが前記ウェブに平行に空気を排出するエアフォイルと、からなることを特徴とするウェブ乾燥機。
6. ウェブ乾燥機において、ウェブ入口と、前記ウェブ入口から間隔を空けて配置されているウェブ出口と、前記ウェブを乾燥させるための前記乾燥機内の複数の空気排出ノズルと、前記乾燥機内の少なくとも１つのエアフォイルであって、一次排出スロットと、前記一次排出スロットから間隔を空け段を下げて配置され前記ウェブ移送方向に前記一次排出スロットの下流に配置されている二次排出スロットと、前記一次排出スロットと前記二次排出スロットの間の第１の平らなウェブ支持面と、前記二次排出スロットのウェブ移送方向下流にある第２ウェブ支持面と、を備え、前記二次排出スロットが前記ウェブに平行に空気を排出するエアフォイルと、からなり、
   前記乾燥機には複数のエアフォイルが設けられ、全てのエアフォイルが前記ウェブの同じ側に配置されていることを特徴とするウェブ乾燥機。
7. 前記第２のウェブ支持面は一連の曲げ部を有する長いウイングで終端することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載にエアフォイル。
8. 前記長いウイングは下向きに伸張するフランジで終端することを特徴とする請求項７に記載のエアフォイル。
9. 前記曲げ部の１つが３度の角度で曲がっていることを特徴とする請求項７に記載のエアフォイル。
10. 材料のウェブを浮上させるためのエアフォイルにおいて、一次排出スロット及び該一次排出スロットから間隔をあけて段を下げて配置された二次排出スロット、前記一次排出スロットと前記二次排出スロットとの間の第１ウェブ支持面、前記二次排出スロットのウェブ移送方向下流に配置され曲げられた板からなる第２ウェブ支持面、を備えてなり、前記二次排出スロットが前記第１ウェブ支持面と前記曲げられた板とによって画成されており、前記一次排出スロットから排出された空気は、集められて、ウェブ移送方向に平行な方向の前記二次排出スロットの気流に合流されることを特徴とするエアフォイル。
11. 前記曲げられた板は前記二次排出スロットに空気の流れを可能ならしめる複数の開口を有することを特徴とする請求項１０に記載のエアフォイル。
12. 前記二次排出スロットは前記ウェブに平行に空気を排出することを特徴とする請求項１０に記載のエアフォイル。
13. ウェブ乾燥機において、ウェブ入口と、該ウェブ入口から間隔をあけたウェブ出口と、前記ウェブを乾燥させるためのウェブ乾燥機内の複数の空気排出ノズルと、ウェブ乾燥機内の少なくとも１つのエアフォイルであって、一次排出スロットと該一次排出スロットから間隔をあけ段を下げて前記一次排出スロットのウェブ移送方向下流に配置された二次排出スロット、前記一次排出スロットと前記二次排出スロットとの間の平らな第１ウェブ支持面、前記二次排出スロットのウェブ移送方向下流に配置された第２ウェブ支持面を備えたエアフォイルとからなり、前記一次排出スロットから排出された空気は、集められて、前記ウェブ移送方向に平行な方向の前記二次排出スロットの気流に合流されることを特徴とするウェブ乾燥機。
14. ウェブ乾燥機において、ウェブ入口と該ウェブ入口から間隔をあけたウェブ出口、前記ウェブを乾燥するためのウェブ乾燥機内の複数の空気排出ノズル、ウェブ乾燥機内の１つのエアフォイルであって、一次排出スロットと該一次排出スロットから間隔をあけ段を下げて前記一次排出スロットのウェブ移送方向下流に配置された二次排出スロット、前記少なくとも１つのエアフォイルであって、一次排出スロットと該一次排出スロットから間隔をあけ段を下げて前記一次排出スロットのウェブ移送方向下流に配置された二次排出スロット、前記一次排出スロットと前記二次排出スロットの間の平らな第１のウェブ支持面、前記二次排出スロットのウェブ移送方向下流に配置された第２のウェブ支持面を有するエアフォイルを備え、前記第２のウェブ支持面が前記二次排出スロットから下方に傾斜して伸張するウイング部分からなることを特徴とするウェブ乾燥機。
15. 前記一次排出スロットから排出される空気は、集められて、ウェブ移送方向に平行な方向の前記二次排出スロットの気流に合流されることを特徴とする請求項１２に記載のウェブ乾燥機。
16. 前記第２のウェブ支持面は、前記二次排出スロットから下方に傾斜して伸張するウイング部分からなることを特徴とする請求項１２に記載のウェブ乾燥機。
17. 前記第２のウェブ支持面は曲げられた板からなることを特徴とする請求項１２に記載のウェブ乾燥機。
18. 前記曲げられた板は前記二次排出スロットに空気が通流する複数の開口を備えてなることを特徴とする請求項１７に記載のウェブ乾燥機。

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