JP2001310367A - 液晶ポリマーフィルム - Google Patents

液晶ポリマーフィルム

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JP2001310367A
JP2001310367A JP2001131586A JP2001131586A JP2001310367A JP 2001310367 A JP2001310367 A JP 2001310367A JP 2001131586 A JP2001131586 A JP 2001131586A JP 2001131586 A JP2001131586 A JP 2001131586A JP 2001310367 A JP2001310367 A JP 2001310367A
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rotor
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アンドリュー・シイ・ハービー
Richard W Lusignea
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Leslie S Rubin
レスリー・エス・ルービン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に平坦であり、その各々の層における熱膨
張率が方向によって局所的に不均一であるにもかかわら
ず、すべての平面的な方向において、ほとんど均一な熱
膨張率を有するフィルムおよびその製造方法。 【解決手段】 二環状または三環状のチューブ押出ダイ
によって、ある方向に制御可能なように配向している２
つの比較的薄い外層と、１つまたはそれ以上の異なる方
向に制御可能なように配向している１つまたはそれ以上
の比較的厚い内層とからなるフィルム構造体を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】これは、１９８９年６月１６
日付で出願され、共に譲渡された米国特許出願第０７／
３６７，４３３号の一部継続出願であるが、この米国出
願は同一発明者によるものであって現在も係属中であ
る。
【０００２】本発明は、機械的な異方性を有する液晶ポ
リマーフィルムを形成する方法および装置に関する。さ
らに詳しくは、本発明は、その平坦な形状を本質的に保
持すると共に、熱膨張係数が従来から得られているもの
より均一なフィルムを製造することに関する。また、本
発明は、ある方向に制御可能なように配向している２つ
の比較的薄い外層と、１つまたはそれ以上の異なる方向
に制御可能なように配向している１つまたはそれ以上の
比較的厚い内層とからなるフィルム構造体を形成する方
法および装置にも関する。
【０００３】
【従来の技術】本発明は、一般的には、フィルムが制御
された分子配向を有するような加工条件下で高分子量の
液晶性リオトロピックポリマーまたはサーモトロピック
ポリマー（ホモポリマー、コポリマーなど）から多軸配
向フィルムを形成することに関する。本発明のフィルム
は、好ましくは、棒状の伸長鎖芳香族−ヘテロ環ポリマ
ーから調製される。これらのポリマーは、一般的には、
溶液形態によって変形するもの、すなわちリオトロピッ
ク液晶ポリマー、および温度変化によって変形するも
の、すなわちサーモトロピック液晶ポリマーという２つ
の部類に分かれる。両タイプのポリマーを包含する簡略
な表現として、本願では、「規則ポリマー」または「液
晶ポリマー」という用語を用いる。かかる規則ポリマー
は、ポリマー鎖を構成する単量体の繰り返し単位の性質
に起因して、所定の分子形状、例えば線状などを有する
と考えられる。線状の規則ポリマーは「棒状」ポリマー
としても知られている。これらの棒状ポリマーは、分子
鎖が所定の形状を比較的有しない、より普通の典型的な
「コイル状」ポリマーとブレンドすることができる。こ
れらのブレンドには、液晶ポリマーに類似した加工特性
および機能特性を有するものがあり、その点では、これ
らのブレンドは、ここに開示されている発明に包含され
ると見なすべきである。
【０００４】液晶ポリマーフィルムは、数多くの用途に
おいて望ましい特質を示すが、機械的な異方性に関連し
た著しい欠点を有する。それらは、特に、回路基板を形
成するのに有用である。メッキやエッチングによって、
このようなフィルム上に回路を形成し、次いで、このよ
うな回路を複数個、積層することにより、その内部に多
数の回路が収容された回路板を形成することができる。
フレキシブルな回路も、液晶ポリマーフィルム上に形成
することができる。しかしながら、液晶ポリマーフィル
ムの機械的性質は、これらの用途には不適当である。そ
れらは、ダイ内での過度の配向状態になるので、コイル
ポリマーのように、押出後にブローしたり延伸したりす
ることができない。それらは、半流動形態の間であって
も、押出後に延伸されるべき非配向方向には、非常に弱
い。強度を向上するために、液晶ポリマーフィルムは、
典型的には、同軸の円筒形をした一対の二重回転ダイの
間を押出して、チューブを形成する。この工程により、
チューブの内側および外側の表面層は、各々異なるフィ
ブリル配向方向を有するようになり、そしてこのことに
より、チューブには二軸強度が付与され、必要に応じて
ブローや延伸が可能になる。
【０００５】図２Ａ〜２Ｃは配向したポリマー材料層の
形態を示す押出フィルムの略図である。図２Ａにおい
て、横方向または円周方向の剪断を受けることなく、フ
ィルムは一軸配向しており、すべての分子は機械方向、
すなわちダイを通る流れの方向に対して縦方向に配向し
ている。図２Ｂにおいて、フィルムは二軸配向してい
る。フィルムの上方部分における分子は機械方向に対し
て＋θの角度で配向しているが、図２Ｂの下方部分にお
けるフィルムの部分は機械方向に対して−θの角度で配
向している。図２Ｃは平面的な等方性フィルムを示し、
ポリマーロッドはフィルム面内にランダムに位置し、機
械方向に対して特定の角度で強く配向していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】二軸配向チューブは、
切れ目を入れて広げ、平坦なフィルム構造体を形成する
ことができる。しかしながら、本発明者らは、この工程
に関して以前は理解されなかった問題点に気づいた。か
くして形成されたフィルムは平坦には存在しない。この
ようなフィルムは、加熱下で圧力をかけることによって
平坦にすることができるが、加圧後に冷却し続けると、
このフィルムがカールする傾向を回復することが観察さ
れている。簡単に説明すれば、このフィルムの２つの表
面層は、本質的に、その分子の配向に対して軸方向およ
び横方向に異なる熱膨張率（ＣＴＥ）を有している。一
般的には、横方向のＣＴＥの方が大きい。従って、シー
トが冷却するにつれて、各層は、それ自身の横方向へ大
きく収縮しようとする。しかし、２つの層はシートの両
側部分であるので、シートは全体として、いずれの方向
へも自由に収縮することはできない。このことにより、
層内には応力が蓄積され、シートは両方向に安定となる
ので、２つの異なる軸のいずれかの回りにカールを保持
することができ、このカールは、積極的に平坦にしよう
としなければ、これら２つの状態の一方を容易にとる。
【０００７】最もよく理解されているように、ポリ−
（ｐ−フェニレン−ベンゾビスチアゾール）(ＰＢＺＴ)
などから製造された液晶ポリマーフィルムは、フィブリ
ル状であるので、すなわち比較的直線的な分子からなる
ので、このようなカールに関する問題点を有する。その
分子はダイ内で強く配向しており、流動ポリマーは、ラ
ンダムになる傾向のある通常のコイルポリマーに比べて
一層異方性になる。コイルポリマーのチューブまたはシ
ートは、ダイから排出した後、ブローイングおよび延伸
により、全厚み方向にわたって二軸的に強化することが
できる。また、従来のポリマーをより等方的にするため
に、二重回転ダイが時々用いられる。しかし、剪断およ
び延伸の組み合わせが極めて重要であるが、液晶ポリマ
ーの押出物は容易にダイ内で非常に異方的に配向するよ
うになるので、それらを最適化することは困難である。
このポリマーを、そのフィブリル方向に対して実質的に
横方向に延伸することは可能ではない。
【０００８】我々は、環状の二重回転ダイを用いて、流
れの中の分子を二軸または多軸（特に、捩れネマティッ
ク型に）配向させると、押出チューブのブローイングに
よる横方向の延伸が可能であり、効果的であることを見
い出した。しかし、上述したように、このような方法
は、フィルム内において、相補的な配向、すなわち大き
さが等しく符号が反対の角度、例えば±４５°を有する
本質的に２つの層を、押出の行われている機械方向のい
ずれの側にも形成する。これは、このような押出された
チューブからなる液晶ポリマーフィルムシートがカール
するという欠点をもたらす。液晶ポリマーフィルムは横
方向の剪断を受けることにより異方性ではなくなるが、
上述の不均一な熱膨張率（ＣＴＥ）現象により、冷却後
も依然としてカールする。フィルムがオルソトロピック
である場合、すなわち望ましい均等二軸フィルムのよう
に、フィルム面内の直行する方向に等しい性質を有する
場合には、カールが非常に著しくなる。
【０００９】チューブラバブル法によって製造されたフ
ィルムに頻繁に伴う別の問題点は継合せである。継目
は、フィルムチューブをピンチローラに通過させなが
ら、それらを平坦にしたり、「閉塞」したりする公知の
方法で形成される。これらの問題点は、少なくとも部分
的には、チューブ押出法の固有の特性に関係し、また部
分的にはシステム制御法、および凝固や冷却に始まる下
流での加工法に関係し、そしておそらく部分的には上流
での不適切なドープ均質性にも関係している。従来、こ
れらの問題点を解決することができる技術は当該技術分
野では知られていない。１９８８年６月１３日付で出願
された米国特許出願第２０６，１３７号；１９８８年６
月７日付で出願された第２０３，３２９号；および１９
８７年９月２１日付で出願された０９８，７１０号は、
すべて共に譲渡されたものであり、二軸配向した実質的
に２層の液晶ポリマーフィルムを、そのすべてが最終製
品の分子配向に影響を与える横方向の剪断速度、材料の
流速、ブロー比および延伸比を制御して、２つの表面層
の実質的に±４５°配向を得ることによって二重回転環
状ダイで形成する方法を開示している。また、１９８８
年６月２０日付で出願された米国特許出願第２０９，２
７１号を参照。ナガサワ(Nagasawa)らの特開昭５３−４
７４６０号は、ドープに横方向の剪断力を加えることを
含むリオトロピック液晶ポリマーフィルムの製造方法を
開示している。図２および第８〜９頁を参照。
【００１０】他の興味深い先行技術としては、 ウラサキ(Urasaki)、特開昭５３−８６７９８号 スギモト(Sugimoto)ら、特開昭５４−４４３０７号 フジイ(Fujii)ら、特開昭６３−１９９６２２号 フジイ(Fujii)ら、特開昭６３−１７３６２０号 イナダ(Inada)ら、特開昭５２−１０９５７８号 ミヤモト(Miyamoto)ら、特開昭６３−２９６９２０号 ドナルド(Donald)、米国特許第３，２７９，５０１号 ドナルド(Donald)、米国特許第３，４０４，２０３号 シャープス・ジュニア(Sharps, Jr.)、米国特許第４，
４９６，４１３号 イサエフ(Isayev)ら、米国特許第４，７２８，６９８号 ヘルミニアク(Helminiak)ら、米国特許第４，３７７，
５４６号が挙げられる。当該技術分野におけるこれらの
問題点は、実質的には、ここに開示されている方法およ
び装置、すなわち二環状または三環状のチューブ押出ダ
イによって解消される。
【００１１】「層」という用語については、この開示内
容は、時として、数多くの個々の中間体フィルムからな
る積層フィルム構造に関し；また時として、その主表面
に平行な、いくつかの点で個々のフィルムに類似した様
々な平面的領域を有し、これらの種々の平面的領域にお
いて異なる性質を有する一体的フィルム構造に関する。
この開示における教示内容は、これら両方の形態の液晶
ポリマーフィルムに等しく適用できることを理解すべき
である。「層」のような用語の使用は、積層フィルム内
における個々の中間体フィルムまたはその一部を意味す
るだけでなく、一体化フィルム内の平面的領域を等しく
意味するものと理解されねばならない。ここに記載され
ているすべての先行技術資料の各々の開示内容は、明ら
かに参考資料として援用する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の中心的
な目的は、ほとんど均一な機械的性質を有する液晶ポリ
マーフィルム、特に平坦であり、その各々の層における
熱膨張率が方向によって局所的に不均一であるにもかか
わらず、すべての平面的な方向において、ほとんど均一
な熱膨張率を有するフィルムを形成することにある。別
の目的は、第１の制御可能な方向に配向した２つの比較
的薄い外側表面部分と、少なくとも第２の制御可能な方
向に配向し、おそらく部分的には第３の制御可能な方向
に同様に配向した比較的厚い内側部分とからなる液晶ポ
リマーフィルム構造を形成することにある。さらに、ほ
とんどまたは全く変更することなく、従来の装置によっ
て実施することができる方法を提供することも目的であ
る。さらに別の目的は、従来の装置を用いて得られるよ
りも高い制御性および効率で、このような方法を実施す
るための装置を提供することにある。
【００１３】本発明の１つの態様によれば、上記の比較
的厚い内側部分は、２つの表面部分の配向と相補的な配
向を有するように制御されるが、これらの部分の各々の
方向は、好ましくは、押出の行われる機械方向に対し
て、大きさが等しく符号が反対の角度、好ましくは±４
５°をなす。液晶ポリマーからこのタイプの多軸配向フ
ィルムを調製する方法は、（ａ）軸方向に流れるポリマ
ー材料に横方向の動きを与えることにより、軸方向の流
れを歪ませ；次いで、（ｂ）このようにして得られた巨
視的な構造上の配向を固定化することからなる。このタ
イプの配向液晶ポリマーフィルムを押出す回転ダイは、
有利には、フレーム手段；同軸であり、内側および外側
の環状ポリマー流路を定める対向表面を有する、該フレ
ーム手段上の内側、中間および外側の回転子；ポリマー
の流れを該環状流路の各々に供給する手段；および該流
路内の該ポリマー流を剪断するために内側および外側の
回転子を所定の方向に回転させ、中間回転子を反対方向
に回転させる手段からなる。また、このダイは、有利に
は、フィルムの中間面の一方の側におけるポリマーのフ
ィブリル配向が実質的に中間面の他方の側における配向
の鏡像であるフィルムを形成するためにポリマーの流れ
および回転子の回転を制御する手段を備えている。この
タイプのフィルムを製造する他の装置および方法も開示
されている。
【００１４】さらに別の目的は、比較的厚い内側部分内
に、そのフィルム構造の分子配向が好ましくは機械方向
またはその近くにある中心コア層を含ませる方法および
装置を提供することにある。
【００１５】追加の目的は、一般的には第１の制御可能
な方向に配向した２つの外側表面層；該外側表面層の各
々内側にある一般的には第２の制御可能な方向に配向し
た２つの中間層；および該中間層に挟まれた一般的には
第３の制御可能な方向に配向した中心コア層からなる液
晶ポリマーフィルム構造を形成することにある。中心コ
ア層は、好ましくは、機械方向またはその近くに配向し
ている。中間層は、隣接する外層の配向と相補的な配向
を有しうる。従って、各外側表面層および隣接する中間
層の各々の配向方向は、押出の行われる機械方向に対し
て、大きさが等しく符号が反対の角度をなしうる。ある
いは、各中間層の配向方向は、隣接する外層の配向方向
と、中心コア層の配向方向との間にあり、かくして外層
から中心コア層への徐々の方向変化を与えうる。外側表
面層および中間層の各々の配向方向は、好ましくは、押
出の行われる機械方向に対して、大きさが等しく符号が
反対の角度をなす。これらのタイプのフィルムは、少な
くともいくつかのタイプのダイによって得ることができ
る。
【００１６】配向した液晶ポリマーフィルムを押出す１
つの回転ダイは、フレーム手段；同軸であり、内側およ
び外側の環状ポリマー流路を定める対向表面を有する、
該フレーム手段上の内側、中間および外側の回転子；ポ
リマーの流れを該環状流路の各々に供給する手段；およ
び該流路内の該ポリマー流を剪断するために内側および
外側の回転子を所定の方向に回転させ、中間回転子を反
対方向に回転させる手段からなる。均等二軸液晶ポリマ
ーフィルムを押出すための集成スリットダイは、一対の
対向する短辺および一対の対向する長辺を有し、それゆ
えポリマーの軸方向の流れに対して実質的に矩形の断面
積を定め、その短辺側に形成されたスリットを有するダ
イ；および該スリットを通って連続的に移動可能であ
り、それゆえ該長辺側に実質的に平行な連続ベルトから
なり；それゆえ、該ダイを軸方向に通過するポリマー
が、第１の方向に通過する該ベルトによって横方向の剪
断力を受け、横方向の剪断パターンが反対の第２の方向
の該長辺に沿って形成される。配向した液晶ポリマーフ
ィルムを押出すための別の回転ダイは、フレーム手段；
同軸であり、その間には内側および外側の環状ポリマー
流路および中間マンドレル内には中間環状流路を定める
対向表面を有する、該フレーム手段上の内側、該中間お
よび外側のマンドレル；ポリマーの流れを該環状流路の
各々に供給する手段；および少なくとも内側および外側
の回転子を選択された方向に回転させ、該外側および内
側の流路内の該ポリマー流を剪断する手段からなる。ま
た、ここに記載された装置に加えて、３つより多くの回
転または非回転のマンドレルを有する回転ダイは、ここ
に記載された方法を実施して製品を得るために使用する
ことができると考えられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】これらの目的は、ここに開示さ
れ、請求の範囲に記載された方法、装置、および製品に
よって達成される。本発明の以上の目的および他の目
的、特徴および利点は、図面を参照すれば、本発明の好
ましい具体例に関する以下の詳細な説明から、よりよく
理解される。
【００１８】
【実施例】第１の具体例 図１は、特に本発明の方法を実施するのに適するダイの
一部断面略図である。流動可能な規則ポリマードープは
入口２０から導入される。ドープは、任意の適当なタイ
プであり、この時点ではさらに考察する必要のないフィ
ルター／ストレーナ２２を通過する。次いで、ドープ
は、主要な分配流路２５および一群の副分配流路２６〜
２９を有する分配ブロック２４を通過する。一般的に３
０で示される集成ダイは、３つの管状回転子、すなわち
内側管状回転子３２、中間管状回転子３４、および外側
管状回転子３６からなる。円筒状の内側空間または内環
３３は回転子３２および３４の間に定められる。同様
に、外環３５は回転子３４および３６の間に定められ
る。環３３および３５を通過した後、押出されたドープ
の２つの層は、回転子３４の下方であり、回転子３２お
よび３６の下方部分の間に定められた出口空間３７内で
接着される。
【００１９】この実施例では、回転子３４の最下端は、
回転子３２および３６の対向する内側表面の形状に対応
する下向きに尖った形状を有するので、空間３７の厚み
寸法は実質的に環３３および３５の厚み寸法と同じであ
る。しかし、この配置は本質的ではない。有利な構造の
他の例は実験によって見い出すことができるが、いくつ
かは以下で考察する。各々の秩序ポリマー流を空間３７
内で接着した結果、チューブ状フィルム３８が形成さ
れ、フィルムをブローするために空気を通じる流路４０
の下向きおよび外側に押出される。回転付属品は、例え
ば、ブロー用空気を導入するための流路４０に沿ったあ
る箇所に設けることができる。内側および外側の回転子
３２、３６は、第１の方向、例えば、この実施例を上か
ら見て時計回りに回転する。中間回転子３４は、反対の
方向、すなわち、この実施例を上から見て反時計回りに
回転する。回転子３２、３４、３６は、対応する共軸歯
車３２ａ、３４ａ、３６ａに接続する。歯車は次に対応
するピニオン歯車３２ｂ、３４ｂ、３６ｂによって回転
する。有利には、この具体例では、ピニオン歯車３２
ｂ、３６ｂは、回転子３２および３６を同じ方向に回転
させるように、同じ方向に回転するので、共通の軸に取
り付けてもよい。
【００２０】得られたフィルム３８の円周方向の剪断パ
ターンは、図１の底部に示す。明らかに、環３３、３５
内におけるポリマー流の対向する層は、中間回転子３４
の回転によって第２の方向に剪断される。従って、空間
３７内で接着されると、これらの表面は結合され、かく
して第２の方向に強く配向した、得られたフィルムの中
心部分を形成する。逆に、内側および外側の回転子の回
転は環３３内の流れの内側表面および環３５内の流れの
外側表面を第１の方向に配向させる。これらの２つの層
は得られたフィルムの外層を形成する。図１の底部に示
されている円周方向の剪断パターンが、出口空間３７へ
向かうポリマー流の下向き移動から生ずる機械方向にお
ける縦方向の剪断パターンとの組合せ効果を有すること
を理解すべきである。この縦方向の剪断は、環３３、３
５内のポリマー流と、回転子３２、３４、３６との間の
各界面において同じである。
【００２１】この押出工程の生産物は、例えば、顕著な
強度および熱安定性を有する二軸配向したポリ−(p−フ
ェニレンベンゾビスオキサゾール)（ＰＢＺＯ）、ポリ
−(p−フェニレンベンゾビスチアゾール)（ＰＢＺＴ）
またはポリ−(p−フェニレンベンゾビスイミダゾール)
（ＰＢＺＩ）フィルムである。回転子の相対的な回転速
度、ポリマードープの流速、および他のパラメータを調
節することによって、広範囲にわたる機械的性質および
二軸配向を得ることができる。ＰＢＺＯ、ＰＢＺＴおよ
びＰＢＺＩフィルムは、大きい強度および剛性を有す
る。また、フィルムのすべての軸方向において、熱膨張
率を著しく均一にすることができる。特に、リオトロピ
ック液晶棒状ポリマーＰＢＺＯを用いると、得られたフ
ィルムは、熱的および化学的に安定性が高く、引張りの
機械的性質が極めて大きいので、興味深い。有利に用い
られうるサーモトロピックポリマーには、セラニーズ社
（CelaneseCorp.）製のベクトラ(VectraＴＭ)、および
以前はダルトコ・マニファクチャリング社(Dartco Mf
g., Inc.)製であり、現在ではアモコ(Amoco Inc.)製の
キシダール(XydarＴＭ)のようなパラ配向の芳香族ポリ
エステルが含まれる。
【００２２】図３は、本発明に従って製造された規則ポ
リマーフィルムからなる印刷回路板の一例を示す。１９
８８年６月２０日付で出願された米国特許第２０９，２
８１号を参照。この文献は参考資料として援用するが、
印刷回路板およびそれらの製造方法に関する。本発明に
従って製造された材料は、特に、このような回路板を作
製するのに有用である。図４は、本発明による集成ダイ
３０の他の態様の断面を示す詳細図である。内側回転子
３２は、ブロー用の空気流路４０の周囲を回転する。第
１のポンプ４１によって、ポリマー材料は内環３３に供
給される。第２のポンプ４２によって、ポリマー材料は
外環３５に供給される。内環３３は、内側回転子３２と
中間回転子３４との間で、シール４３の下方に定められ
る。通路は、ポンプ４１から環３３へ、図式的に５０で
示される周囲の支持構造体を通って、通路５１ａにより
与えられる。さらに、通路は、支持構造体５０と外側回
転子３６との間における一対のシール４５、４７；外側
回転子３６内に定められた通路５１ｂ；外側回転子３６
と中間回転子３４との間における一対のシール４４、４
６；および中間回転子３４内に定められた通路５１ｃに
よって定められる。同様に、ポリマーは、ポンプ４２に
より、まず支持構造体５０内の通路５２ａ、さらに支持
構造体５０と外側回転子３６との間にある一対のシール
４８、４９に定められる通路、そして外部回転子３６内
に形成された通路５２ｂを通って、環３５へ供給され
る。従来の放出手段は、無効空間、例えばシール４７お
よび４８の間の環状空間から外部へ向けて、有利に設け
ることができる。
【００２３】図５は、一般的に５５で示される集成ベア
リングおよび集成ダイ３０の断面図である。図５からわ
かるように、回転子３２、３４、３６は、空気流路４０
に対して同軸状に、円筒形の延長部分３２ａ、３４ａ、
３６ａの分だけ上向きに伸びている。延長部分は、さら
に、対応するフランジ部分３２ｂ、３４ｂ、３６ｂの分
だけ延長されている。これらのフランジ部分は、回転子
および流路４０の共通軸から外向きに、この具体例では
上向きにある角度で伸びている円錐形に配向したリング
の形状を有する。示されているように、この実施例で
は、フランジ部分は一般的には互いに平行である。さら
に、フランジ部分は水平方向の取付け部分の分３２ｃ、
３４ｃ、３６ｃだけ伸びている。これらの取付け部分は
次にネジなどで各々の取付けリング５６、５７、５８に
取り付けられる。各々の歯車５９、６０、６１は次に取
付けリング５６、５７、５８の半径方向の外側部分の上
部に取り付けられている。歯車の機能は、さらに以下で
考察する。
【００２４】歯車の外側に、それと接触することなく、
集成ベアリングの閉鎖容器が継目のない金属シリンダー
６２などによって形成されている。ボールベアリング６
３などは、取付けリング５６、５７、５８とシリンダー
６２との間に取り付けられている。底部カバー６４は、
一般的にはプレート状であるが、シリンダー６２の底部
に締め付けられ、それを支持している。底部カバー６４
は次に支持構造体５０（図４および５を参照）を取り囲
み、またそれゆえ回転子および関連の構造物を取り囲
む、一般的には円筒形のダイカバー６５の外側上部表面
によって支持されている。絶縁リング６６はダイカバー
６５上に支持され、ダイブロックからベアリングおよび
駆動装置システムへの熱伝導を防止する。矢印６７によ
って示されているように、冷却空気は、自然または強制
的な対流により、フランジ部分３２ｂ、３４ｂ、取付け
リング５８、および底部カバー６４の各々の穴、溝孔な
どを通って、自由に流れることができる。シリンダー６
２の上部に締め付けられているのは、トップリング６８
であり、その上に支持されているのは、トップベアリン
グカバー７０である。トップベアリングカバー７０は、
手動ノッブ７４で操作可能なネジ７２などによってトッ
プリング６８に締め付けられている。トップベアリング
カバー７０に取り付けられるブッシュ７６などは、少な
くとも部分的に、空気流路４０を定める。
【００２５】再び図５を参照すると、回転子３２、３
４、３６の取付け部分３２ｃ、３４ｃ、３６ｃは半径方
向にずれている。すなわち、取付け部分３２ｃは取付け
部分３４ｃよりも半径方向にさらに外側へ伸びており、
取付け部分３４ｃは次に取付け部分３６ｃよりも半径方
向にさらに外側へ伸びている。相応じて、取付けリング
５８は取付けリング５７よりも半径方向にベアリング６
３からさらに内側へ伸びており、取付けリング５７は次
に取付けリング５６よりも半径方向にさらに内側へ伸び
ている。この構造によって、カバー７０を取り外した
後、どのような理由で必要な場合にも、回転子は、それ
ぞれ容易に取り外すことができる。さらに、ダイカバー
６５を底部カバー６４に締め付けているネジを外すこと
によって、集成ベアリング５５のすべての組合せは、回
転子３２、３４、３６と共に、ユニットとしてダイカバ
ー６５から容易に取り外すことができる。かくして、集
成ダイなどの修理は、流路５１ａ、５２ａと、ダイカバ
ー６５および適当な取付部品に関係する対応の流路とを
含むポリマー供給装置を妨害することなく容易に行うこ
とができる。また、回転子の取り外しによって妨害を受
けないのは、図５にも示されているように、電気ヒータ
７８であり、集成ダイ３０全体を加熱するために、ダイ
カバー６５内に配置されている。ヒータ７８はブラッシ
ングなど８０により、絶縁リング６６内に締め付けられ
ている。ヒータ７８に電力を供給するために、導電線８
１が備えられている。
【００２６】図５の装置の有利な特徴は、ヒータ７８、
ポリマー供給設備および回転子のダイ部分が、すべて装
置の下方部分、すなわち底部カバー６４、絶縁リング６
６の直下、およびダイカバー６５の上部表面の直下に配
設されていることである。かくして、サーモトロピック
ポリマーの場合には、すべての発熱成分が、あるいはリ
オトロピックポリマーの場合には、溶媒が装置の下方部
分に局在化する。このことは、集成ベアリングおよび集
成駆動装置に対する悪影響を防止する。
【００２７】図６は、さらに集成ベアリング５５および
集成駆動装置８２の詳細を示す。溝孔などは、歯車５
９、６０、６１に隣接するシリンダー６２内に形成され
ている。各々のピニオン歯車８４、８５、８６は、歯車
５９、６０、６１の外側に配設され、それらを回転さ
せ、また相応じて回転子を回転させるように、これらの
歯車とかみ合っている。モータ、減速歯車などからなる
集成部品８７は、トップリング６８の上方に取り付けら
れ、その上に部分的に支持されており、ピニオン歯車８
４を駆動する。好ましくは、ピニオン歯車８５、８６を
独立に駆動するために、２つの付加的なモータ、減速歯
車などが備えられている。３つの別々のモータは、ポリ
マーに与えられる剪断力を精密に調節するために、回転
子の速度に対して最良の制御を与えるものと期待され
る。
【００２８】第２の具体例 本発明の別の態様によれば、図１に示されているものに
類似した有利なタイプの剪断パターンを別の方法によっ
て得ることができる。２つの二重回転マンドレルを有す
る従来の押出ダイは、図２Ｂに示すような均等二軸フィ
ルムを製造することが知られている。我々は、２つのこ
のような層を、従来のフィルム積層用およびフィルム接
着用の装置および方法を用いて貼合せ、それゆえ図２Ｂ
の剪断パターンを有する張り合わせフィルムが得られる
ことを発見した。
【００２９】第３の具体例 図７は、本発明によってフィルム製品を得るために利用
することができる別の型のダイ、すなわち移動ベルトを
備えたスリットダイを示す。他の型のスリットダイは知
られているが、スリットダイ９０と、このダイの実質的
に中間を連続的に通っているエンドレスベルト９１との
組合せは、本発明の非常に有利な特徴であり、当該技術
分野では知られていない。連続的なステンレス鋼平ベル
トがスリットダイの流路を横断し、図８に示すように、
流れの比較的厚い中間層において強い横方向剪断パター
ンを生じさせる。ダイの横方向側部にポリマー材料を再
循環させると、ダイの上部および底部における比較的薄
い表面層がダイの中間におけるものとは反対の剪断を受
けるような流れのパターンが生じる。
【００３０】第４の具体例 図９は、本発明の別の態様を示す。図９は、図１および
４〜６に示されている具体例の変形である三軸（三環）
ダイを示す。余分な説明を省くために、この具体例が第
１の具体例と異なる部分についてのみ考察する。この具
体例では、内側回転子３２および外側回転子３６は、反
対方向の対応する歯車装置３２ａ、３２ｂ、３６ａ、３
６ｂによって駆動される。非回転部材３４’は、図１の
中間回転子３４の位置に対応する位置において内側およ
び外側の回転子の間に配設されている。共軸の環状通路
は非回転部材３４’を通って形成される。このダイによ
って製造されるフィルムの配向は、図９の底部および図
１０にも示されている。その厚さの約９０％を構成しう
る、フィルムの実質的な中心コア層は機械方向に配向し
ている。内環３３および外環３５に供給され、二重回転
の内側回転子３２および外側回転子３６によって作用を
受けたポリマー材料は、それぞれフィルムの厚さの約５
％を構成しうる比較的薄い表面層を作り出す。これらの
表面層は、機械方向に対して相補的な方向に配向してい
る。フィルム表面における配向は±４５°であるのが有
利である。配向角は表面と中心コア層との間で徐々に減
少し、それにより配向方向は徐々に機械方向となる。
【００３１】３つの共軸環状通路における流れがポリマ
ーブレンドのうちの同じポリマーからなる必要のないこ
とを認識すべきである。例えば、規則ポリマーが環３９
内を流れているのに対し、配合ポリマーまたはコイル状
ポリマーは外環３３および内環３５を流れている。同時
押出は当該技術分野で知られているが、典型的には、図
９に示すような装置を用いて実施されていない。図９お
よび１０によって形成された押出物は、細長く切断して
フィルムを形成したり、チューブ状のまま残すことがで
きる。実質的な、ほとんど一軸の中心コア層は、得られ
たフィルムまたはチューブに、従来の方法および装置を
用いて製造された製品より大きい引張強さおよび圧縮強
さ（ヤング率）を与える。チューブまたはフィルムの強
さは、非回転環３９を通過する材料の量に依存して増大
する。例えば、強さは小さいが大きい可撓性が必要な場
合には、少ない材料を非回転環３９を通じて供給するこ
とができるであろう。この具体例は、均等二軸フィルム
の利点のいくつかを有し、しかも一軸の中心コア層に起
因する向上した強さを有する極めて強いチューブまたは
フィルムを製造する。
【００３２】第５の具体例 本発明の別の形態によれば、図１および４〜６の具体例
は、中間回転子３４内に形成された中間環３９’を設け
ることによって変形することができる。材料は、５３で
示されたポンプ３から、通路５４ａ、５４ｂを通じて供
給され、この通路は次に追加シール９２によって封止さ
れている。図１１の装置では、好ましくは、中間回転子
３４をゆっくり回転させ、中間回転子３４の回転により
生ずる中間コア層の螺旋配向を最小限に抑える。外側お
よび内側の回転子３２、３６は、好ましくは、共に同じ
回転速度で反対方向に回転し、図１２に示すような剪断
パターンを作り出す。外側および内側の回転子は、好ま
しくは、中間回転子よりも大きい回転速度で回転する。
図１２では、中心コア層９３は中間回転子の運動によっ
てわずかに剪断され、かくして機械方向に対して負の角
度として定めれる小さい角度で配向する。各々の外層９
５ａ、９５ｂは、好ましくは、機械方向に対して少なく
とも４５°の正の角度で配向している。表面層の配向角
は、できるだけ大きくすべきである。表面層９５ａ、９
５ｂおよびコア層９３の正の角度間における徐々の変化
は中間層９４ａ、９４ｂ内に生じる。様々な規則ポリマ
ー、コイル状ポリマーおよびブレンドポリマーの同時押
出は、以前の具体例と同様、この具体例においても可能
である。さらに、同時押出は一般的に知られているが、
図１１に示すような装置を用いて典型的には実施されて
いない。
【００３３】本発明はここに特定の具体例およびその態
様に関して説明されているが、添付の請求の範囲はその
開示内容に限定されることはなく、ここに記載された基
本的な教示内容にまったく該当し、当業者が想到しうる
すべての変形および変化を具体化するものと解釈すべき
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法を実施するのに適したダイの断
面図。
【図２】 配向ＰＢＺＴ層の形態を示す押出フィルムの
概略図；（Ａ）すべての分子が機械方向に配向している
一軸配向を示す概略図、（Ｂ）分子が機械方向に対して
±θで配向している均等角度の二軸配向を示す概略図、
および（Ｃ）ポリマーロッドがフィルム面内にランダム
に存在する平面的等方性状態を示す概略図。
【図３】 本発明に従って製造された規則ポリマーフィ
ルムからなる印刷回路板の一例の断面図。
【図４】 本発明による集成ダイの他の態様の断面図。
【図５】 本発明による集成ベアリングおよび集成ダイ
の断面図。
【図６】 本発明による集成ベアリングおよび集成駆動
装置の断面図。
【図７】 本発明によるスリットダイを示す概略図。
【図８】 本発明によるスリットダイ内部における横方
向剪断パターンを示す概略図。
【図９】 本発明の方法を実行するのに適した別の形態
のダイの断面図。
【図１０】 本発明によるフィルム全体の配向を示す概
略図。
【図１１】 本発明による集成ベアリングおよび集成ダ
イの断面図。
【図１２】 本発明によるダイの回転子における円周方
向の剪断パターンを示す概略図。
【符号の説明】
２０・・・ポリマードープ入口、 ２２・・・フィルター／ストレーナ、 ２４・・・分配ブロック、 ２５・・・主分配流路、 ２６、２７、２８、２９・・・副分配流路、 ３０・・・集成ダイ、 ３２・・・内側管状回転子、 ３２ａ・・・共軸歯車、 ３２ｂ・・・ピニオン歯車、 ３２ｃ・・・回転子の取付け部分、 ３３・・・内環、 ３４・・・中間管状回転子、 ３４ａ・・・共軸歯車、 ３４ｂ・・・ピニオン歯車、 ３４ｃ・・・回転子の取付け部分、 ３４’ ・・・非回転部材、 ３５・・・外環、 ３６・・・外側管状回転子、 ３６ａ・・・共軸歯車、 ３６ｂ・・・ピニオン歯車、 ３６ｃ・・・回転子の取付け部分、 ３７・・・出口空間、 ３８・・・チューブ状フィルム、 ３９・・・非回転環、 ３９’・・・中間環、 ４０・・・ブロー用空気流路、 ４１・・・第１のポンプ、 ４２・・・第２のポンプ、 ４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９・・・シー
ル、 ５０・・・支持体構造、 ５１ａ〜ｃ・・・通路、 ５２ａ、ｂ・・・通路、 ５３・・・第３のポンプ、 ５４ａ、ｂ・・・通路 ５５・・・集成ベアリング、 ５６、５７、５８・・・取付けリング、 ５９、６０、６１・・・歯車、 ６２・・・金属シリンダー、 ６３・・・ボールベアリング、 ６４・・・底部カバー、 ６５・・・ダイカバー、 ６６・・・絶縁リング、 ６７・・・矢印、 ６８・・・トップリング、 ７０・・・トップベアリングカバー、 ７２・・・ネジ、 ７４・・・手動ノッブ、 ７６・・・ブッシュ、 ７８・・・電気ヒータ、 ８０・・・ブラッシング、 ８１・・・導電線、 ８２・・・集成駆動装置、 ８４、８５、８６・・・ピニオン歯車、 ８７・・・集成部品、 ９０・・・スリットダイ、 ９１・・・エンドレスベルト、 ９２・・・追加シール、 ９３・・・中心コア層、 ９４ａ、ｂ・・・中間層、 ９５ａ、ｂ・・・表面層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｌ 79/06 Ｃ０８Ｌ 79/06 101/12 101/12 // Ｂ２９Ｌ 7:00 Ｂ２９Ｌ 7:00 (72)発明者 リチャード・ダブリュ・ルシグニア アメリカ合衆国マサチューセッツ州02135、 ブライトン、エルコ・ストリート15番 (72)発明者 レスリー・エス・ルービン アメリカ合衆国マサチューセッツ州02161、 ニュートン、パーカー・アベニュー114番 Ｆターム(参考） 4F071 AA43 AA58 AA80 AF62 AH13 BA01 BB06 BC02 4F207 AA27 AG01 KA07 KA19 KL80 KL88 KM15 4F210 AA27 AC07 AE01 AG01 QA01 QK12 4J002 CF00W CF00X CM03W CM03X GF00 GQ01

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 配向した液晶ポリマーから調製され、２
    つの実質的に平行かつ平坦な主表面を有し、その実質的
    にいかなる面においても、各面での配向が軸に対して選
    択された正または負の角度によって定められる制御され
    た分子配向を有し、該分子配向によって定まる該角度が
    一般的には正として定義される値をとる平面的な表面積
    域を有し、該角度が一般的には負値をとる内部領域を有
    し、該表面領域の厚さが実質的に等しいのに対し、前記
    内部領域が各該表面領域よりも厚く、正および負の最大
    角度が前記軸に対して実質的に等しいフィルムであっ
    て、該フィルムは平坦であって、すべての平面的な方向
    において、ほとんど均一な熱膨張率を有し、前記領域
    が、各々が実質的な二軸配向を有する２つの別々の中間
    体フィルムを形成し、次いで該領域を有する前記フィル
    ムを形成するために該中間体フィルムを連続法で積層す
    ることにより構成される該フィルム。
  2. 【請求項２】 前記中間体フィルムが、回転子の回転方
    向が逆向きである二回転子型の二重回転ダイを各々適用
    することにより形成された二軸フィルムであり、対向す
    る積層表面の分子配向の角度が実質的に等しい請求項１
    記載のフィルム。
  3. 【請求項３】 前記領域が単一ダイ形成法によって形成
    された一体的フィルムの各々の部分である請求項１記載
    のフィルム。
  4. 【請求項４】 前記一体的フィルム構造が、２つの環状
    流路を形成する３つの同軸回転子を有するチューブ押出
    ダイを用い；該流路を通じてポリマーを供給し；外側お
    よび内側の回転子を第１の方向に回転させながら、中間
    回転子を反対方向に回転させ；次いで、該一体的フィル
    ム構造を形成するために、該流路内に形成された各々の
    ポリマーフィルムを接着することによって形成される請
    求項３記載のフィルム。
  5. 【請求項５】 前記ポリマーが配向ポリマーおよびコイ
    ル状ポリマーのブレンドである請求項４記載のフィル
    ム。
  6. 【請求項６】 前記最大角度が実質的に±４５°である
    請求項１または３記載のフィルム。
  7. 【請求項７】 フィルムの中間面の一方の側におけるフ
    ィブリル配向が中間面の他方の側における配向の実質的
    に鏡像である請求項１または３記載のフィルム。
  8. 【請求項８】 前記ポリマーがリオトロピックである請
    求項１または３記載のフィルム。
  9. 【請求項９】 前記リオトロピックポリマーがポリ−(p
    −フェニレンベンゾビスオキサゾール)、ポリ−(p−フ
    ェニレンベンゾビスチアゾール)およびポリ−(p−フェ
    ニレンベンゾビスイミダゾール)からなる群から選択さ
    れる請求項８記載のフィルム。
  10. 【請求項１０】 前記ポリマーがサーモトロピックであ
    る請求項１または３記載のフィルム。
  11. 【請求項１１】 前記ポリマーがパラ配向の芳香族ポリ
    エステル類からなる群から選択される請求項１１記載の
    フィルム。
  12. 【請求項１２】 前記ポリマーがベクトラ(Ｖectra)で
    ある請求項１１記載のフィルム。
  13. 【請求項１３】 前記ポリマーがキシダール(Ｘydar)で
    ある請求項１１記載のフィルム。
  14. 【請求項１４】 前記フィルムが配向ポリマーおよびコ
    イル状ポリマーのブレンドである請求項１または３記載
    のフィルム。
  15. 【請求項１５】 (a)軸方向に流れるポリマー材料に横
    方向の動きを与えることにより、軸方向の流れを歪ま
    せ；次いで、(b)工程(a)で形成された巨視的な構造上の
    配向を固定化することを含み、フィルムの中間面の一方
    の側におけるフィブリル配向が実質的に中間面の他方の
    側における配向の鏡像であるようにフィルムを形成する
    ことを特徴とする、２つの実質的に平行かつ平坦な主表
    面を有し、その実質的にいかなる面においても、各面で
    の配向が軸に対して選択された正または負の角度によっ
    て定められる制御された分子配向を有し、該分子配向に
    よって定まる該角度が一般的には正として定義される値
    をとる平面的な表面領域を有し、該角度が一般的には負
    値をとる内部領域を有し、該表面積城の厚さが実質的に
    等しいのに対し、前記内部領域が各該方面領域より厚
    く、正および負の最大角度が前記軸に対して実質的に等
    しいフィルムであって、該フィルムは平坦であって、す
    べての平面的な方向において、ほとんど均一な熱膨張率
    を有し、前記フィルムが、まず各々が実質的な二軸配向
    を有する２つの別々の中間体フィルムを形成し、次いで
    該領域を有する該フィルムを形成するために該中間体フ
    ィルムを連続法で積層することにより形成される多軸配
    向フィルムを液晶ポリマーから調製する方法。
  16. 【請求項１６】 前記中間体フィルムが、回転子の回転
    方向が逆向きである二回転子型の二重回転ダイを各々適
    用することにより形成された二軸フィルムであり、対向
    する積層表面の分子配向の角度が実質的に等しい請求項
    １５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記領域が単一ダイ形成法によって形
    成された一体的フィルム構造の各々の部分である請求項
    １５記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記一体的フィルム構造が、その間に
    ２つの環状流路を形成する３つの同軸回転子を有するチ
    ューブ押出ダイを用い；該流路を通じてポリマーを供給
    し；外側および内側の回転子を第１の方向に回転させな
    がら、中間回転子を反対方向に回転させ；次いで、該一
    体的フィルム構造を形成するために、該流路内に形成さ
    れた各々のポリマーフィルムを接着することによって形
    成される請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記フィルムが、前記ポリマー流の断
    面積を定めるダイに前記ポリマーを軸方向に通過させ；
    該ダイは該ダイの対向する横側面部分にスリットを有
    し；該スリットおよび該ポリマー流に連続ベルトを単一
    方向に通過させ、該ポリマー流の該断面積を実質的に二
    等分して、流れの中間層における横方向剪断パターン
    と、スリットを有しないダイの側面を横切る反対方向の
    横方向剪断パターンとを生じさせることにより形成され
    る請求項１５または１７記載の方法。
  20. 【請求項２０】 ダイがポリマー流の長方形の断面積を
    定め、前記スリットが該断面積の短辺側に存在し、該連
    続ベルトが該断面積の長辺に平行に通過する請求項１５
    または１７記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記ポリマーがリオトロピックであ
    り、前記材料が該ポリマーを含むドープである請求項１
    ５または１７記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記ポリマーがサーモトロピックであ
    り、前記材料が該ポリマーの溶融物である請求項１５ま
    たは１７記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記リオトロピックポリマーがポリー
    (p−フェニレンベンゾビスオキサゾール)、ポリ−(p−
    フェニレンベンゾビスチアゾール)、およびポリ−(p−
    フェニレンベンゾビスイミダゾール)からなる群から選
    択される請求項２１記載の方法。
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